(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に配列された複数の気筒及びエンジン出力軸を備えるエンジン本体と、
前記エンジン本体に隣接して配置され、前記エンジン本体から排気が供給される排気通路と前記エンジン本体へ吸気を供給する吸気通路とを有し、前記吸気を過給するターボ過給機と、を備え、
前記エンジン本体は、前記気筒の軸方向における平面視で略矩形の形状を有し、気筒列方向に対向する２つの側面の内の一方の第１側面と、前記気筒列方向と直交する方向に対向する２つの側面の内の一方の第２側面とを有し、前記ターボ過給機は前記第１側面付近であって前記第２側面に隣接して配置され、
前記ターボ過給機は、
前記排気通路に連通する大タービン内蔵の大タービン室及び前記吸気通路に連通する大コンプレッサ内蔵の大コンプレッサ室と、これら両室間に延びて前記大タービンと前記大コンプレッサとを連結する大タービン軸とを含み、前記大コンプレッサ室が前記大タービン室に対して前記第１側面付近に位置するように配置され、前記エンジン本体の中速から高速回転域で主に動作する大型ターボ部と、
前記排気通路に連通する小タービン内蔵の小タービン室及び前記吸気通路に連通する小コンプレッサ内蔵の小コンプレッサ室と、これら両室間に延びて前記小タービンと前記小コンプレッサとを連結する小タービン軸とを含み、前記エンジン本体の低速回転域で主に動作する小型ターボ部と、を含み、
前記大コンプレッサ室の上流側の吸気通路を構成する吸気導入管は、前記第１側面から前記第２側面へ引き回されて前記大コンプレッサ室に連結され、
前記大コンプレッサ室は、前記吸気通路において前記小コンプレッサ室よりも上流側に配置され、前記大タービン軸の軸線である大ターボ軸及び前記小タービン軸の軸線である小ターボ軸は、大略的に前記エンジン出力軸と同方向に延びるように配置されており、
前記気筒の軸方向における平面視において、前記大ターボ軸が前記エンジン出力軸に対して非平行であって、前記大ターボ軸の大コンプレッサ室側の方が前記大タービン室側よりも前記エンジン出力軸に近くなるように、前記大型ターボ部が前記エンジン本体に対して配置されている、ターボ過給機付エンジン。
【請求項２】
請求項１に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記平面視において、前記小タービン軸が、前記大タービン軸と前記エンジン出力軸との間に位置するように、前記小型ターボ部が配置されている、ターボ過給機付エンジン。
【請求項３】
請求項２に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記平面視において、前記小ターボ軸の前記小コンプレッサ室側が、前記大ターボ軸に最も接近するように、前記小型ターボ部が配置されている、ターボ過給機付エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン本体に、２つの独立したターボ部を有するターボ過給機が付設されたターボ過給機付エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ過給機付エンジンでは、エンジンの排気エネルギーを利用して吸気を過給するターボ過給機が、エンジン本体の一側壁に隣接して取り付けられる。ターボ過給機のハウジング内には排気通路及び吸気通路が備えられ、前記排気通路にはタービンを収容するタービン室が連通され、前記吸気通路にはコンプレッサ扇車を収容するコンプレッサ室が連通される。前記排気通路にはエンジン本体から排気が供給され、前記吸気通路にはエンジン本体に供給する吸気が流通する。排気によって前記タービンはタービン軸回りに回転し、前記タービン軸に連結されたコンプレッサ室のコンプレッサ扇車を回転させ、吸気を過給する。
【０００３】
従来、２つの独立したターボ部を、前記排気経路に直列状に配置してなるターボ過給機が知られている。例えば特許文献１には、主としてエンジンの中速から高速回転域で動作する大型ターボ部と、主として低速回転域で動作する小型ターボ部とを備えた２ステージ型のターボ過給機が開示されている。これら大型及び小型ターボ部は、各々タービン室及びコンプレッサ室と、これら両室間に延びるタービン軸とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許４９４１５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ターボ過給機においては、過給効率を向上させるため、吸気のフローになるべく抵抗（吸気抵抗）を生じさせないようにして、コンプレッサ室に吸気を供給することが求められる。しかし、２ステージ型のターボ過給機を備えるエンジンの場合、吸気通路のルートが複雑化する一方で装置のコンパクトも求められることから、吸気抵抗の低減が難しい場合がある。また、慣例的にターボ過給機は、そのタービン軸がエンジン本体のクランク軸（出力軸）と平行になるように、エンジン本体に対して組み付けられている。このことが、吸気通路のレイアウトの自由度に制限を加える一因となっていることを、本発明者らは認識した。
【０００６】
本発明の目的は、大型及び小型のターボ部を有するターボ過給機が付設されたエンジンにおいて、吸気抵抗を低減し過給効率を向上させることが可能なターボ過給機付エンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一局面に係るターボ過給機付エンジンは、直列に配列された複数の気筒及びエンジン出力軸を備えるエンジン本体と、前記エンジン本体に隣接して配置され、前記エンジン本体から排気が供給される排気通路と前記エンジン本体へ吸気を供給する吸気通路とを有し、前記吸気を過給するターボ過給機と、を備え、前記エンジン本体は、前記気筒の軸方向における平面視で略矩形の形状を有し、気筒列方向に対向する２つの側面の内の一方の第１側面と、前記気筒列方向と直交する方向に対向する２つの側面の内の一方の第２側面とを有し、前記ターボ過給機は前記第１側面付近であって前記第２側面に隣接して配置され、前記ターボ過給機は、前記排気通路に連通する大タービン内蔵の大タービン室及び前記吸気通路に連通する大コンプレッサ内蔵の大コンプレッサ室と、これら両室間に延びて前記大タービンと前記大コンプレッサとを連結する大タービン軸とを含み、前記大コンプレッサ室が前記大タービン室に対して前記第１側面付近に位置するように配置され、前記エンジン本体の中速から高速回転域で主に動作する大型ターボ部と、前記排気通路に連通する小タービン内蔵の小タービン室及び前記吸気通路に連通する小コンプレッサ内蔵の小コンプレッサ室と、これら両室間に延びて前記小タービンと前記小コンプレッサとを連結する小タービン軸とを含み、前記エンジン本体の低速回転域で主に動作する小型ターボ部と、を含み、前記大コンプレッサ室の上流側の吸気通路を構成する吸気導入管は、前記第１側面から前記第２側面へ引き回されて前記大コンプレッサ室に連結され、前記大コンプレッサ室は、前記吸気通路において前記小コンプレッサ室よりも上流側に配置され、前記大タービン軸の軸線である大ターボ軸及び前記小タービン軸の軸線である小ターボ軸は、大略的に前記エンジン出力軸と同方向に延びるように配置されており、前記気筒の軸方向における平面視において、前記大ターボ軸が前記エンジン出力軸に対して非平行であって、前記大ターボ軸の大コンプレッサ室側の方が前記大タービン室側よりも前記エンジン出力軸に近くなるように、前記大型ターボ部が前記エンジン本体に対して配置されていることを特徴とする。
【０００８】
このターボ過給機付エンジンによれば、大ターボ軸の大コンプレッサ室側がエンジン出力軸に接近するように、大ターボ軸が傾きを持つ状態で大型ターボ部が配置される。このため、大コンプレッサ室の上流側の吸気通路を構成する上流吸気配管がエンジン本体側から引き回されているような場合に、前記傾きの分だけ前記上流吸気配管の曲げ度合いを鈍角的に設定することが可能となる。従って、大コンプレッサ室へ流入する吸気の吸気抵抗を低減することができる。
【０００９】
上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記平面視において、前記小タービン軸が、前記大タービン軸と前記エンジン出力軸との間に位置するように、前記小型ターボ部が配置されていることが望ましい。
【００１０】
このターボ過給機付エンジンによれば、小コンプレッサ室へ吸気が導入される開口（小ターボ軸に沿った開口）が、前記平面視において、自ずと大コンプレッサ室の軸心とエンジン本体の側面との間に位置することになる。従って、吸気通路において上流側の大コンプレッサ室から下流側の小コンプレッサ室へ向かうコンプレッサ間吸気通路を、極力短く、しかも曲がりの少ない吸気通路として構成し易くなる。従って、コンプレッサ間吸気通路における吸気抵抗を低減することが可能となる。
【００１１】
この場合、前記平面視において、前記小ターボ軸の前記小コンプレッサ室側が、前記大ターボ軸に最も接近するように、前記小型ターボ部が配置されていることがより望ましい。これにより、前記コンプレッサ間吸気通路を、一層短く且つ曲がりの少ない吸気通路として構成し易くなる。
【００１２】
上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記エンジン本体は、直列に配置された複数の気筒を備え、前記大コンプレッサ室が、前記エンジン本体の気筒列方向の側面付近に配置されていることが望ましい。
【００１３】
大コンプレッサ室がエンジン本体の気筒列方向の側面付近に配置されているレイアウトでは、前記上流吸気配管の曲げ度合いが鋭角的になり易い。とりわけ、エンジン本体の気筒列方向の側面に沿って前記上流吸気配管が引き回されている場合には、前記上流吸気配管が鋭角的に曲がった直後に大コンプレッサ室に接続されることになる。従って、大ターボ軸がエンジン出力軸に接近するように傾きを持つ本発明に係るターボ過給機付エンジンに、上記レイアウトは好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、大型及び小型のターボ部を有するターボ過給機が付設されたエンジンにおいて、吸気抵抗を低減し過給効率を向上させることが可能なターボ過給機付エンジンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るターボ過給機付エンジンの斜視図である。
【図２】図２は、上記エンジンのターボ過給機部分を一部破断して示す斜視図である。
【図３】図３は、前記ターボ過給機の斜視図である。
【図４】図４は、前記ターボ過給機の側面図である。
【図５】図５は、ターボ過給機付エンジン及びその周辺部品の構成と、吸気及び排気のフローとを模式的に示す図である。
【図６】図６は、エンジン本体の低速回転域における、ターボ過給機内の吸気フローを示した、ターボ過給機の側面図である。
【図７】図７は、エンジン本体の中速及び高速回転域における、ターボ過給機内の吸気フローを示した、ターボ過給機の側面図である。
【図８】図８は、上記エンジンの上面図である。
【図９】図９は、上記エンジンの側面図である。
【図１０】図１０は、図９のＸ−Ｘ線断面図である。
【図１１】図１１は、図９のＸＩ−ＸＩ線断面図である。
【図１２】図１２は、比較例に係るターボ過給機の配置を示す模式図である。
【図１３】図１３は、実施形態に係るターボ過給機の配置を示す模式図である。
【図１４】図１４は、実施形態に係るターボ過給機を、コンプレッサ側から見た側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［エンジンの概略構成］
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係るターボ過給機付エンジンを詳細に説明する。先ずは、当該エンジンの概略構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るターボ過給機付エンジン１の斜視図、図２は、エンジン１のターボ過給機３の部分を一部破断して示す斜視図である。図１、図２及び他の図面において、前後、左右、上下の方向表示を付している。これは説明の便宜のためであり、実際の方向を必ずしも示すものではない。
【００１７】
ターボ過給機付エンジン１は、多気筒型のエンジン本体１０と、エンジン本体１０の左側面に連結された排気マニホールド１４と、吸気マニホールド１８（図８参照）と、エンジン本体１０の左方に隣接して配置されたターボ過給機３とを含む。図１では除去した状態を示しているが、排気マニホールド１４の周囲はマニホールドインシュレータ１５で囲まれ、エンジン本体１０の左側面はエンジン本体インシュレータ１６で覆われ、ターボ過給機３の周囲はターボインシュレータ１７で覆われている。
【００１８】
エンジン本体１０は、直列四気筒のディーゼルエンジンであり、シリンダブロック１１と、シリンダブロック１１の上面に取り付けられたシリンダヘッド１２と、シリンダヘッド１２の上方に配置されたシリンダヘッドカバー１３とを備えている。シリンダブロック１１は、燃料の燃焼室を形成する４つの気筒２（図５、図１１参照）を備えている。
【００１９】
排気マニホールド１４は、各気筒２の排気ポート２５から排出される排気ガスを一つの流路に集合させるマニホールド通路を内部に備えている。排気マニホールド１４の入気側はシリンダヘッド１２に連結され、出気側はターボ過給機３に接続されている。吸気マニホールド１８は、一つの吸気通路から各気筒２の吸気ポート２４に吸気を供給するマニホールド通路を内部に備えている。
【００２０】
ターボ過給機３は、エンジン本体１０の左後方の側部に隣接して配置され、エンジン本体１０から排出される排気エネルギーを利用して、エンジン本体１０へ導入される吸気を過給する装置である。ターボ過給機３は、エンジン本体１０の全回転域において動作して吸気を過給する大型ターボ部３Ａと、低速回転域で主に動作して吸気を過給する小型ターボ部３Ｂとを備えている。本実施形態では、大型ターボ部３Ａの下方に小型ターボ部３Ｂが連設されている。大型ターボ部３Ａ及び小型ターボ部３Ｂは各々、前方側に配置されるタービン室と、後方側に配置されるコンプレッサ室とを備える。ターボ過給機３内には、前記各タービン室を経由し、エンジン本体１０から排気が供給される排気通路と、前記各コンプレッサ室を経由し、エンジン本体１０へ供給される吸気が流通する吸気通路とが備えられている。つまり、前記各タービン室はエンジン本体１０の排気経路に、前記各コンプレッサ室はエンジン本体１０の吸気経路に、各々組み込まれている。
【００２１】
マニホールドインシュレータ１５は、高温の排気が流通する排気マニホールド１４から発せられる熱によって周辺部品が熱害を受けないよう遮熱するインシュレータである。エンジン本体インシュレータ１６は、排気マニホールド１４及びターボ過給機３から発せられる熱から、シリンダヘッドカバー１３、ハーネス、センサ類を保護する。ターボインシュレータ１７は、同じく高温の排気が流通するターボ過給機３のタービン室の周囲を覆い、周辺部品の熱害を抑止するインシュレータである。
【００２２】
［ターボ過給機の外観構成］
図３は、ターボ過給機３の斜視図、図４は、ターボ過給機３の側面図である。大型ターボ部３Ａは、前方側に配置された大型タービンケース３１Ｔと、後方側に配置された大型コンプレッサケース３１Ｃとを備える。同様に、小型ターボ部３Ｂは、前方側に配置された小型タービンケース３２Ｔと、後方側に配置された小型コンプレッサケース３２Ｃとを備える。各々、大型タービンケース３１Ｔの下方に小型タービンケース３２Ｔが、大型コンプレッサケース３１Ｃの下方に小型コンプレッサケース３２Ｃが配置されている。
【００２３】
大型タービンケース３１Ｔは、排気通路に連通する大タービン室３３（図５）を区画する。大型タービンケース３１Ｔは、板金製のケースからなる板金ハウジング３１１と、板金ハウジング３１１の下端を支持する上フランジ部３１２と、ターボ過給機３からの排気の出口となる排気口を備えた排気側フランジ部３１３とを含む。排気側フランジ部３１３には、排気通路の下流側配管が接続される。
【００２４】
小型タービンケース３２Ｔは、排気通路に連通する小タービン室３５（図５）を区画する。小型タービンケース３２Ｔは、鋳鉄性のケースからなるハウジングであり、排気通路の上流側には排気導入フランジ部３２１が、下流側には下フランジ部３２２が一体的に備えられている。排気導入フランジ部３２１は、排気マニホールド１４との連結を行うためのフランジ部であり、ターボ過給機３への排気の入口となる排気導入口５１Ａが形成されている。下フランジ部３２２は、大型タービンケース３１Ｔとの連結を行うためのフランジ部である。
【００２５】
大型タービンケース３１Ｔの上フランジ部３１２の下面からは、フランジスタッド３１２Ａが下方に向けて突設されている。一方、小型タービンケース３２Ｔの下フランジ部３２２には、フランジスタッド３１２Ａを受容する貫通孔が備えられている。下フランジ部３２２の上に上フランジ部３１２が載置され、フランジスタッド３１２Ａを利用して両者がボルト締結されることによって、大型タービンケース３１Ｔと小型タービンケース３２Ｔ（大型ターボ部３Ａと小型ターボ部３Ｂ）とが一体化されている。
【００２６】
大型コンプレッサケース３１Ｃは、吸気通路に連通する大コンプレッサ室３４（図５）を区画する。大型コンプレッサケース３１Ｃは、例えばアルミニウム製のケースからなり、吸気導入フランジ部３１４、大スクロール部３１５及び第１カップリング部３１６を含む。吸気導入フランジ部３１４は、ターボ過給機３への吸気の入口となる吸気導入口４５Ａが形成されたフランジ部である。大スクロール部３１５は、大コンプレッサ室３４の一部を形成し、大コンプレッサ３４Ｂ（図５）の周囲に渦巻き状の吸気通路を形成する部分である。第１カップリング部３１６は、大スクロール部３１５の下流端に位置し、その内径が大スクロール部３１５の上流部分よりも拡径された円筒型の部分である。第１カップリング部３１６は、下方に向けて開口しており、大型コンプレッサケース３１Ｃからの吸気の出口となる。
【００２７】
小型コンプレッサケース３２Ｃは、吸気通路に連通する小コンプレッサ室３６（図５）を区画する。上記の大コンプレッサ室３４は、吸気通路においてこの小コンプレッサ室３６よりも上流側に配置されている。小型コンプレッサケース３２Ｃは、例えばアルミニウム製のケースからなり、第２カップリング部３２３、小スクロール部３２４、下流ハウジング３２５及び吸気吐出フランジ部３２６を含む。
【００２８】
第２カップリング部３２３は、小型コンプレッサケース３２Ｃへの吸気の入口となる円筒型の部分であり、上方に向けて開口している。第２カップリング部３２３は、第１カップリング部３１６と同じ内径を有する円筒体であり、両カップリング部３１６、３２３は、両者の開口が上下方向に正対するように配置されている。第２カップリング部３２３の下流側は、小コンプレッサ室３６の入口に連通している。
【００２９】
両カップリング部３１６、３２３間は、円筒管からなるコールドデカップラ３１７が介在されている。コールドデカップラ３１７は、可撓性を有する円筒管の外周面にフッ素ゴム等のシール層を有するカップリングパイプである。コールドデカップラ３１７の上端部分は、第１カップリング部３１６に気密に内挿され、下端部分は第２カップリング部３２３に気密に内挿され、中間部分は外部に露出している。
【００３０】
小スクロール部３２４は、小コンプレッサ室３６の一部を形成し、小コンプレッサ３６Ｂ（図５）の周囲に渦巻き状の吸気通路を形成する部分である。下流ハウジング３２５は、小スクロール部３２４の下流側の吸気通路や小コンプレッサ室３６をバイパスする吸気通路（吸気バイパス通路４９）を形成している。吸気吐出フランジ部３２６は、ターボ過給機３への吸気の出口となる吸気吐出口４８Ａが形成されているフランジ部である。
【００３１】
ターボ過給機３の組立方法について説明する。まず、大型ターボ部３Ａ及び小型ターボ部３Ｂが個別に組み立てられる。つまり、大型タービンケース３１Ｔと大型コンプレッサケース３１Ｃとが一体化されて大型ターボ部３Ａが製作され、小型タービンケース３２Ｔと小型コンプレッサケース３２Ｃとが一体化されて小型ターボ部３Ｂが製作される。続いて、小型ターボ部３Ｂの上から大型ターボ部３Ａが組み付けられる。この際、第２カップリング部３２３には、予めコールドデカップラ３１７が嵌め込まれる。そして、上フランジ部３１２に突設されているフランジスタッド３１２Ａを下フランジ部３２２の前記貫通孔に挿通させると同時に、第１カップリング部３１６がコールドデカップラ３１７に嵌り込むように、大型ターボ部３Ａが小型ターボ部３Ｂの上に載置され、ボルト締め等が行われることによって両者が組み付けられる。
【００３２】
上述のような組み付けの態様は、作業効率が良い。この組み付け性を確保しつつ、吸気通路を流通する吸気フローの抵抗を如何に低減するかが問題となる。つまり、フランジスタッド３１２Ａ及びコールドデカップラ３１７の嵌め込みを同時に行うという組み付け上の制限下で、可及的に吸気抵抗（圧損）を低減できるように、ターボ過給機３内の吸気通路を設定することが望ましい。後記で詳述するが、本実施形態のターボ過給機３は、この要請を満たすものである。
【００３３】
［エンジンの内部的構成］
図５は、ターボ過給機付エンジン１及びその周辺部品の構成と、吸気及び排気のフローとを模式的に示す図である。エンジン１は、エンジン本体１０と、エンジン本体１０に燃焼用の空気を導入するための吸気通路Ｐ１と、エンジン本体１０で生成された燃焼ガス（排気）を排出するための排気通路Ｐ２と、これら吸気通路Ｐ１及び排気通路Ｐ２の一部を各々構成する通路を備えたターボ過給機３と、排気通路Ｐ２の下流端付近に配置された排気浄化装置７０と、吸気通路Ｐ１と排気通路Ｐ２との間に配置されたＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置８０とを備えている。
【００３４】
エンジン本体１０の各気筒２には、ピストン２１、燃焼室２２、クランク軸２３、吸気ポート２４、排気ポート２５、吸気弁２６及び排気弁２７が備えられている。図５では、１つの気筒２が示されている。ピストン２１は、気筒２内に往復運動可能に収容されている。燃焼室２２は、気筒２内においてピストン２１の上方に形成されている。燃焼室２２には、図略のインジェクタからディーゼル燃料が噴射される。前記インジェクタから噴射された燃料は、吸気通路Ｐ１から供給される空気と混合して燃焼室２２内で自着火する。ピストン２１は、この燃焼による膨張力で押し下げられて上下方向に往復運動する。
【００３５】
クランク軸２３は、エンジン本体１０の出力軸であり、ピストン２１の下方に配設されている。ピストン２１とクランク軸２３とは、コネクティングロッドを介して互いに連結されている。クランク軸２３は、ピストン２１の往復運動に応じて、その中心軸回りに回転する。吸気ポート２４は、吸気通路Ｐ１から供給される空気（吸気）を気筒２に導入する開口である。排気ポート２５は、気筒２内での燃料の燃焼によって生成された排気を排気通路Ｐ２に導出するための開口である。吸気弁２６は、吸気ポート２４を開閉する弁であり、排気弁２７は排気ポート２５を開閉する弁である。
【００３６】
吸気通路Ｐ１には、吸気のフローの上流側から順に、エアクリーナ４１、ターボ過給機３のコンプレッサ部（大コンプレッサ室３４及び小コンプレッサ室３６）、インタークーラ４２及びスロットルバルブ４３が設けられている。吸気通路Ｐ１の下流端は、吸気マニホールド１８（図８）を介して吸気ポート２４に接続されている。エアクリーナ４１は、吸気通路Ｐ１に取り入れる空気を浄化する。インタークーラ４２は、吸気ポート２４を通して燃焼室２２に送る吸気を冷却する。スロットルバルブ４３は、燃焼室２２に送る吸気の量を調整するバルブである。なお、吸気通路Ｐ１においてターボ過給機３の上流側には、ブローバイガスを燃焼室２２に送るブローバイ還流路４１１が接続されている。吸気は、後記で詳述するターボ過給機３の前記コンプレッサ部を通過する際に過給される。
【００３７】
排気通路Ｐ２の上流端は、排気マニホールド１４を介して、排気ポート２５に接続されている。排気通路Ｐ２には、排気のフローの上流側から順に、ターボ過給機３のタービン部（小タービン室３５及び大タービン室３３）、排気浄化装置７０が設けられている。排気浄化装置７０は、排気中のＮＯｘを一時的に吸蔵し後に還元するＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む触媒装置７１と、排気中の粒子状物質を捕集するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）７２とからなる。排気が有する運動エネルギーは、当該排気がターボ過給機３の前記タービン部を通過する際に回収される。
【００３８】
ＥＧＲ装置８０は、エンジン本体１０から排出された排気の一部（ＥＧＲガス）を吸気に還流させるための装置である。ＥＧＲ装置８０は、排気通路Ｐ２と吸気通路Ｐ１とをそれぞれ連通させる第１ＥＧＲ通路８１及び第２ＥＧＲ通路８４と、これら通路８１、８４を各々開閉する第１ＥＧＲバルブ８２及び第２ＥＧＲバルブ８５とを有する。第１ＥＧＲ通路８１には、ＥＧＲクーラ８３が設けられている。ＥＧＲガスは、第１ＥＧＲ通路８１の通過途中にＥＧＲクーラ８３により冷却されて、その後、吸気通路Ｐ１に流入する。一方、第２ＥＧＲ通路８４にはＥＧＲクーラは設けられておらず、ＥＧＲガスは高温のまま吸気通路Ｐ１に流入可能である。第１、第２ＥＧＲ通路８１、８４は、排気通路Ｐ２のターボ過給機３よりも上流側の部分と、吸気通路Ｐ１のスロットルバルブ４３よりも下流側の部分とを連通している。従って、ターボ過給機３の前記タービン部へ導入される前の排気が、吸気と共に吸気ポート２４に供給される。
【００３９】
［ターボ過給機の詳細］
続いて、本実施形態に係るターボ過給機３の詳細構造について、図３〜図５を参照して説明する。既述の通りターボ過給機３は、中速〜高速回転域動作用の大型ターボ部３Ａと低速回転域動作用の小型ターボ部３Ｂとを備える。大型ターボ部３Ａは、大タービン室３３及び大コンプレッサ室３４を備える。同様に、小型ターボ部３Ｂは、小タービン室３５及び小コンプレッサ室３６を備える。大タービン室３３及び小タービン室３５は排気通路Ｐ２に連通しており、大コンプレッサ室３４及び小コンプレッサ室３６は吸気通路Ｐ１に連通している。
【００４０】
大タービン室３３には大タービン３３Ｔが、大コンプレッサ室３４には大コンプレッサ３４Ｂが、各々内蔵されている。大タービン３３Ｔと大コンプレッサ３４Ｂとは、大タービン軸３７で連結されている。大タービン軸３７は、大タービン室３３と大コンプレッサ室３４との間に延び、大タービン軸３７の一端に大タービン３３Ｔが取り付けられ、他端に大コンプレッサ３４Ｂが取り付けられている。大タービン３３Ｔは、排気のフロー（運動エネルギー）を受け取り、大タービン軸３７の軸回り回転する。大コンプレッサ３４Ｂは、同じく大タービン軸３７の軸回りに回転して吸気を圧縮（過給）する。大タービン３３Ｔが排気の運動エネルギーを受けて回転すると、大コンプレッサ３４Ｂも大タービン軸３７の軸回りに一体回転する。
【００４１】
大タービン３３Ｔとしては、複数の翼を有しこれら翼に排気が衝突することで大タービン軸３７の軸回りに回転するインペラを用いることができる。この大タービン３３Ｔは、排気の流速（タービン容量）を変更する可変ベーン機構３９が付設されたＶＧＴ（Variable Geometry Turbocharger）仕様とされている。可変ベーン機構３９は、大タービン３３Ｔの外周部に配置され、角度変更が可能な複数のノズルベーンを含む。前記ノズルベーンの角度が調整されることによって、大タービン３３Ｔに流入する排気の流路面積が変更され、これにより排気の流速が調整される。前記ノズルベーンの角度は、ＶＧＴアクチュエータ３９Ａによって調整される。この可変ベーン機構３９の搭載される分、大タービン室３３（大型タービンケース３１Ｔ）は大型化を要する。
【００４２】
小タービン室３５には小タービン３５Ｔが、小コンプレッサ室３６には小コンプレッサ３６Ｂが、各々内蔵されている。小タービン３５Ｔと小コンプレッサ３６Ｂとは、小タービン軸３８で連結されている。小タービン軸３８は、小タービン室３５と小コンプレッサ室３６との間に延び、小タービン軸３８の一端に小タービン３５Ｔが取り付けられ、他端に小コンプレッサ３６Ｂが取り付けられている。小タービン３５Ｔは、排気の運動エネルギーを受け取り、小タービン軸３８の軸回り回転する。小コンプレッサ３６Ｂは、同じく小タービン軸３８の軸回りに回転して吸気を圧縮（過給）する。小タービン３５Ｔが排気の運動エネルギーを受けて回転すると、小コンプレッサ３６Ｂも小タービン軸３８の軸回りに一体回転する。本実施形態では、小タービン３５Ｔとして、流入する排気の流速を変更不能な、いわゆるＦＧＴ（Fixed Geometry Turbocharger）が用いられている。
【００４３】
大タービン３３Ｔの容量は小タービン３５Ｔの容量よりも大きく、また、大コンプレッサ３４Ｂの容量は小コンプレッサ３６Ｂの容量よりも大きく設定されている。これにより、大型ターボ部３Ａは、小型ターボ部３Ｂよりも大きな流量の排気によって大タービン３３Ｔを回転させ、大コンプレッサ３４Ｂの回転によってより大きな流量の吸気を過給することが可能である。
【００４４】
ターボ過給機３には、その機内において吸気通路Ｐ１の一部を担う通路として、過給機内吸気通路４４が備えられている。過給機内吸気通路４４は、吸気導入通路４５、コンプレッサ間通路４６、下流通路４７、出口通路４８及び吸気バイパス通路４９を含む。吸気導入通路４５は、ターボ過給機３内において最も上流側の吸気通路であり、大タービン軸３７の軸方向から大コンプレッサ室３４内の大コンプレッサ３４Ｂに向かう通路である。コンプレッサ間通路４６は、大コンプレッサ３４Ｂの外周のスクロール部（大スクロール部３１５）から、小コンプレッサ室３６内の小コンプレッサ３６Ｂの軸心へ向けて吸気を案内する通路である。上述の第１カップリング部３１６、第２カップリング部３２３及びコールドデカップラ３１７は、コンプレッサ間通路４６の一部を形成している。
【００４５】
下流通路４７は、小コンプレッサ３６Ｂの外周のスクロール部（小スクロール部３２４）から、出口通路４８に向かう通路である。出口通路４８は、ターボ過給機３内において最も下流の吸気通路であり、インタークーラ４２に接続される通路である。このように、吸気のフローにおいて、大コンプレッサ３４Ｂが小コンプレッサ３６Ｂの上流側に配置されている。
【００４６】
吸気バイパス通路４９は、小コンプレッサ室３６をバイパスする通路、すなわち、小コンプレッサ３６Ｂに吸気を与えることなく、吸気を下流に導く通路である。具体的には吸気バイパス通路４９は、大コンプレッサ室３４と小コンプレッサ室３６とを繋ぐコンプレッサ間通路４６の途中から分岐し、下流通路４７と共に出口通路４８に合流している。吸気バイパス通路４９には、該通路４９を開閉する吸気バイパス弁４９１が配置されている。上述の下流ハウジング３２５は、下流通路４７及び吸気バイパス通路４９を主に区画するハウジングである。
【００４７】
吸気バイパス弁４９１が全閉となり吸気バイパス通路４９を閉鎖している状態では、吸気の全量が小コンプレッサ室３６に流入する。一方、吸気バイパス弁４９１が開弁している状態では、吸気の多くは小コンプレッサ室３６をバイパスし、吸気バイパス通路４９を通して下流側に流れる。すなわち、小コンプレッサ室３６に収容されている小コンプレッサ３６Ｂは、吸気のフローに対して抵抗となるため、吸気バイパス弁４９１が開弁している状態では、吸気の多くはより抵抗の小さい吸気バイパス通路４９に流入する。吸気バイパス弁４９１は、負圧式のバルブアクチュエータ４９２により開閉される。
【００４８】
ターボ過給機３には、その機内において排気通路Ｐ２の一部を担う通路として、過給機内排気通路５０が備えられている。過給機内排気通路５０は、排気導入通路５１、連絡通路５２、小スクロール通路５３、ターボ間通路５４、大スクロール通路５５、排出通路５６及び排気バイパス通路５７を含む。排気導入通路５１、連絡通路５２及び小スクロール通路５３は小型タービンケース３２Ｔ内に形成される通路、大スクロール通路５５及び排出通路５６は大型タービンケース３１Ｔ内に形成される通路、ターボ間通路５４及び排気バイパス通路５７は両ケース３１Ｔ、３２Ｔに跨って形成される通路である。本実施形態では、小タービン３５Ｔ（即ち小タービン室３５）が、排気通路Ｐ２において大タービン３３Ｔ（即ち大タービン室３３）の上流側に配置されている。
【００４９】
排気導入通路５１は、ターボ過給機３内において最も上流側の排気通路であり、エンジン本体１０側から排気を受け入れる通路である。連絡通路５２は、排気導入通路５１の下流に連なり、排気を小タービン室３５に向けて導く通路である。小スクロール通路５３は、小タービン室３５の一部を形成しており、小タービン３５Ｔへ向けて排気を導く通路である。連絡通路５２の下流端は、小スクロール通路５３の上流部に連なっている。小スクロール通路５３は、小タービン３５Ｔの外周を周回するように配置された渦巻き状の通路であり、下流に向けて流路幅が徐々に狭くなっている。排気は、小スクロール通路５３から小タービン３５Ｔの径方向中心に向けて流入し、小タービン３５Ｔを小タービン軸３８の軸回りに回転させる。
【００５０】
ターボ間通路５４は、小タービン３５Ｔと大スクロール通路５５の上流部とを繋ぐ通路である。ターボ間通路５４の上流部分は、小タービン室３５から小タービン３５Ｔの軸方向に延び出す部分であり、下流部分は、大スクロール通路５５の上流部に連なる部分である。小タービン３５Ｔの外周から径方向内側に流入し小タービン３５Ｔに対して膨張仕事を為した排気は、ターボ間通路５４から取り出され、大タービン３３Ｔに向かうことになる。
【００５１】
大スクロール通路５５は、大タービン室３３の一部を形成しており、大タービン３３Ｔへ向けて排気を導く通路である。大スクロール通路５５は、大タービン３３Ｔの外周を周回するように配置された渦巻き状の通路であり、下流に向けて流路幅が徐々に狭くなっている。排気は、大スクロール通路５５から大タービン３３Ｔの径方向中心に向けて流入し、大タービン３３Ｔを大タービン軸３７の軸回りに回転させる。排出通路５６は、ターボ過給機３内において最も下流の排気通路であり、大タービン室３３から大タービン３３Ｔの軸方向に延び出している。大タービン３３Ｔの外周から径方向内側に流入し大タービン３３Ｔに対して膨張仕事を為した排気は、排出通路５６から取り出される。排出通路５６の下流端は、排気側フランジ部３１３に設けられた開口であり、下流の排気浄化装置７０に至る排気通路に接続される。
【００５２】
排気バイパス通路５７は、小タービン室３５をバイパスする通路、すなわち、小タービン３５Ｔに排気を作用させることなく、排気を下流（大タービン３３Ｔ）に導く通路である。具体的には排気バイパス通路５７は、排気導入通路５１と連絡通路５２との間から分岐し、大スクロール通路５５の上流部に合流しており、小スクロール通路５３及びターボ間通路５４をバイパスしている。排気バイパス通路５７には、該通路５７を開閉する排気バイパス弁６が配置されている。排気バイパス弁６は、実際に排気バイパス通路５７を開閉する弁本体６１と、弁本体６１を動作させるバルブアクチュエータ６Ａとを含む。
【００５３】
排気バイパス弁６（弁本体６１）が全閉となり排気バイパス通路５７を閉鎖している状態では、排気の全量が小タービン室３５に流入する。なお、ＥＧＲ装置８０が作動して、ＥＧＲガスの還流が実施されている場合は、エンジン本体１０から排出された排気から前記ＥＧＲガスを除いたガスの全量が、小タービン室３５に流入する。一方、排気バイパス弁６が開弁している状態では、排気の多くは小タービン室３５をバイパスして下流側の大タービン室３３（大スクロール通路５５）に流れ込む。すなわち、小タービン室３５に収容されている小タービン３５Ｔは、排気のフローに対して抵抗となるため、排気バイパス弁６が開弁している状態では、排気の多くはより抵抗の小さい排気バイパス通路５７に流入する。つまり、排気は、小タービン３５Ｔを通過せずに下流側に流れる。
【００５４】
換言すると、排気バイパス弁６が如何に動作しようとも、排気は必ず大タービン室３３の大タービン３３Ｔを通過する。つまり、常に大型ターボ部３Ａが動作して吸気の過給を行わせることができるので、ターボ過給機３による吸気の過給圧を高くし、エンジンシステム全体でのエネルギー効率を高めることができる。
【００５５】
［ターボ過給機の動作］
ターボ過給機３は、エンジン本体１０の低速回転域においては、小型ターボ部３Ｂ及び大型ターボ部３Ａが協働して吸気を過給し、エンジン本体１０の中速から高速回転域においては大型ターボ部３Ａが吸気を過給する。
【００５６】
排気バイパス弁６は、エンジン本体１０が低速回転域で動作している場合には全閉とされ、連絡通路５２及び小スクロール通路５３を通して小タービン３５Ｔに排気が供給される。小タービン３５Ｔはイナーシャが小さいため、たとえ排気流量が小さくても早期に回転数が上昇し、小コンプレッサ３６Ｂによる過給力を高めることができる。その後、排気は、ターボ間通路５４及び大スクロール通路５５を通過し、大タービン３３Ｔに供給される。すなわち、低速回転域では大タービン３３Ｔ及び小タービン３５Ｔの双方が回転し、これに伴い大コンプレッサ３４Ｂ及び小コンプレッサ３６Ｂも回転する。従って、大型ターボ部３Ａ及び小型ターボ部３Ｂの双方が動作して、吸気を過給することができる。
【００５７】
この際、大タービン３３Ｔに付設されている可変ベーン機構３９の開度は小さく設定される。すなわち、図略の制御装置は、ＶＧＴアクチュエータ３９Ａが図略のノズルベーンを所定角度だけ回動させ、排気の流路面積が小さくなるように制御する。これにより、大タービン３３Ｔに流入する排気の流速が高められ、低速回転域における大コンプレッサ３４Ｂによる過給力を高めることができる。
【００５８】
一方、エンジン本体１０が中速〜高速回転域で動作している場合に、排気バイパス弁６は全開とされ、排気は排気バイパス通路５７を通して専ら大タービン３３Ｔに供給される。つまり、排気のフロー抵抗を極力抑えて、大タービン３３Ｔに排気を供給することができるので、エネルギー効率を高めることができる。この際、可変ベーン機構３９のノズルベーン開度は、予め設定された所定の過給圧を得るための基本ベーン開度とされる。
【００５９】
バルブアクチュエータ６Ａは、電動式のアクチュエータ装置からなり、弁本体６１を単純に開閉させるだけでなく、全閉から全開の間で弁本体６１の開度を調整することが可能である。弁本体６１の開度は、運転条件毎に、過給圧が目標の圧力になるように設定される。目標の過給圧及び弁本体６１の開度は、エンジン回転数とエンジン負荷とによって予め設定されている。バルブアクチュエータ６Ａは、その設定に従い、弁本体６１の開度を制御する。
【００６０】
次に、吸気のフローについて説明する。図６は、低速回転域におけるターボ過給機３内の吸気フローを、図７は、中速から高速回転域におけるターボ過給機３内の吸気フローを各々示した、ターボ過給機３の側面図である。低速回転域では、図６において矢印Ｆ０で示すように、吸気は吸気導入口４５Ａを通して大型コンプレッサケース３１Ｃ（大コンプレッサ室３４）内に入る。このときの吸気のフロー方向は、大コンプレッサ３４Ｂの回転軸（大タービン軸３７）に向かう方向である。
【００６１】
大タービン３３Ｔに連動して大コンプレッサ３４Ｂが軸回りに回転している場合、吸気は過給される。吸気は、矢印Ｆ１で示すように、大スクロール部３１５において大コンプレッサ３４Ｂの外周をスクロールした後に下方に向かい、コールドデカップラ３１７を通して小型コンプレッサケース３２Ｃに流れ込む。その後、矢印Ｆ２１で示すように、吸気は小コンプレッサ３６Ｂの回転軸（小タービン軸３８）に向かうように小コンプレッサ室３６に入り、小コンプレッサ３６Ｂによって過給される。続いて吸気は、小コンプレッサ３６Ｂの外周の小スクロール部３２４を経て、下流ハウジング３２５に向かう。そして、矢印Ｆ３で示す通り、吸気は吸気吐出フランジ部３２６の吸気吐出口４８Ａを通して、ターボ過給機３の外部に吐出される。
【００６２】
中速から高速回転域では、吸気バイパス弁４９１が全閉となり吸気バイパス通路４９を閉鎖するので、吸気のフロー経路は、小コンプレッサ室３６に入った後の経路が低速回転域とは異なるものとなる。すなわち、図７において、矢印Ｆ０及び矢印Ｆ１の経路は、図６と同じである。しかし、小型コンプレッサケース３２Ｃに入り込んだ後、矢印Ｆ２２で示すように、吸気は小コンプレッサ室３６へは向かわず、下流ハウジング３２５内の吸気バイパス通路４９を通過する。そして、矢印Ｆ３で示す通り、吸気は吸気吐出口４８Ａを通してターボ過給機３の外部に吐出される。
【００６３】
［ターボ軸の配置についての説明］
図８は、ターボ過給機付エンジン１の上面図、図９は、該エンジン１の側面図、図１０は、図９のＸ−Ｘ線断面図、図１１は、図９のＸＩ−ＸＩ線断面図である。図８に示されているように、ターボ過給機３の大型コンプレッサケース３１Ｃには、吸気導入管４０が接続されている。吸気導入管４０は、エアクリーナ４１（図５）と、大型コンプレッサケース３１Ｃの後端に設けられた吸気導入口４５Ａ（図３、図４）とを接続する管部材である。吸気導入管４０は、エンジン本体１０の後側面付近に沿って右方から左方に延び、その下流部分は前方に湾曲し、最下流端は吸気導入口４５Ａに結合されている。図中に矢印Ｆ０で示すように、この吸気導入管４０を通して、エアクリーナ４１によって浄化された吸気が大型コンプレッサケース３１Ｃに供給される。
【００６４】
図１１に示されているように、エンジン本体１０において直列に配置された４つの気筒２の配列方向は、エンジン本体１０の前後方向（気筒列方向）であって、エンジン出力軸（クランク軸２３）も前後方向に延びている。図１０、図１１には、前記エンジン出力軸の延在方向に相当する直線Ｌ１（以下、エンジン出力軸Ｌ１という）を示している。エンジン本体１０は、上面視（気筒２の軸方向における平面視）で大略的に、前後方向に長い矩形の形状を有し、後方側に後側面１０Ｂ（気筒列方向の側面）を、左方側に左側面１０Ｌを有している。
【００６５】
ターボ過給機３の配置位置は、エンジン本体１０の左側面１０Ｌに隣接し、後側面１０Ｂに近く、またエンジン本体１０の上端（シリンダヘッドカバー１３）付近の位置である。これにより、大コンプレッサ室３４を有する大型コンプレッサケース３１Ｃは、左側面１０Ｌの上端近傍における後側面１０Ｂ付近に配置されている。既述の通り、ターボ過給機３において大型ターボ部３Ａは上方に、小型ターボ部３Ｂは下方に配置されている。図９のＸ−Ｘ線は、大型ターボ部３Ａを前後方向に通過する線分（図１０がその線分の断面図）、ＸＩ−ＸＩ線は、小型ターボ部３Ｂを前後方向に通過する線分（図１１がその線分の断面図）である。
【００６６】
図１０、図１１には、大タービン軸３７の延在方向に相当する直線Ｌ２（大タービン軸の軸線）と、小タービン軸３８の延在方向に相当する直線Ｌ３（小タービン軸の軸線）とが各々描かれている（以下、大ターボ軸Ｌ２、小ターボ軸Ｌ３という）。大ターボ軸Ｌ２及び小ターボ軸Ｌ３は、エンジン出力軸Ｌ１と完全に平行ではないが、大略的にエンジン出力軸Ｌ１と同じく前後方向に延びている。
【００６７】
大ターボ軸Ｌ２は、上面視において、エンジン出力軸Ｌ１に対して非平行であって、大ターボ軸Ｌ２の後端側がエンジン本体１０の左側面１０Ｌに近づくように配置されている。すなわち大ターボ軸Ｌ２は、大型コンプレッサケース３１Ｃ（大コンプレッサ室３４）側の方が、大型タービンケース３１Ｔ（大タービン室３３）側よりもエンジン出力軸Ｌ１に近くなるように配置されている。このような大ターボ軸Ｌ２の配置関係を持つように、大型ターボ部３Ａがエンジン本体１０に対して配置されている。
【００６８】
小ターボ軸Ｌ３は、上面視において、エンジン出力軸Ｌ１に対して非平行であって、小ターボ軸Ｌ３の前端側がエンジン本体１０の左側面１０Ｌに近づくように配置されている。すなわち、小ターボ軸Ｌ３は、小型タービンケース３２Ｔ（小タービン室３５）側方が、小型コンプレッサケース３２Ｃ（小コンプレッサ室３６）側よりもエンジン出力軸Ｌ１に近くなるように配置されている。このような小ターボ軸Ｌ３の配置関係を持つように、小型ターボ部３Ｂがエンジン本体１０に対して配置されている。
【００６９】
図１１に示されているように、小ターボ軸Ｌ３は、上面視において、大ターボ軸Ｌ２とエンジン出力軸Ｌ１との間に位置している。つまり、小ターボ軸Ｌ３の方が、大ターボ軸Ｌ２よりもエンジン出力軸Ｌ１に近い側に配置されている。また、大ターボ軸Ｌ２と小ターボ軸Ｌ３とは、エンジン出力軸Ｌ１に対する傾きが互いに逆方向である。このため、大ターボ軸Ｌ２と小ターボ軸Ｌ３とを延長すると、後方側において両者は交差することとなる。実際のターボ過給機３では、上面視において、小タービン軸３８の小型コンプレッサケース３２Ｃ側の端部が、大タービン軸３７に最も接近するように、小型ターボ部３Ｂが大型ターボ部３Ａに対して配置されている。
【００７０】
［作用効果］
以上説明した本実施形態に係るターボ過給機付エンジン１によれば、次のような作用効果を奏する。ターボ過給機付エンジン１のターボ過給機３は、中速〜高速回転域動作用の大型ターボ部３Ａと、低速回転域動作用の小型ターボ部３Ｂと、を備える２ステージ型のターボ過給機である。過給機内吸気通路４４において、大型ターボ部３Ａの大コンプレッサ室３４は小型ターボ部３Ｂの小コンプレッサ室３６よりも上流側に配置されている。そして、大ターボ軸Ｌ２及び小ターボ軸Ｌ３は、大略的にエンジン出力軸Ｌ１と同じく前後方向に延びるように、大型ターボ部３Ａ及び小型ターボ部３Ｂがエンジン本体１０に対して配置されている。
【００７１】
このようなターボ過給機付エンジン１において、大型ターボ部３Ａは、大ターボ軸Ｌ２の大型コンプレッサケース３１Ｃ側の端部がエンジン出力軸Ｌ１に接近するように、大ターボ軸Ｌ２がエンジン出力軸Ｌ１に対して傾きを持つ状態で、エンジン本体１０に対して配置されている。ここで、大コンプレッサ室３４の上流側の吸気通路を構成する吸気導入管４０（上流吸気配管）は、エンジン本体１０の後側面１０Ｂに沿って引き回されている。このような吸気の導入経路が取られる場合、大ターボ軸Ｌ２の前記傾きの分だけ吸気導入管４０の曲げ度合いを鈍角的に設定することが可能となる。従って、大コンプレッサ室３４へ流入する吸気の吸気抵抗を低減することができる。
【００７２】
この点を、図１２及び図１３に基づいて説明する。図１２は比較例に係るターボ過給機３０の配置を、図１３は実施形態に係るターボ過給機３の配置を各々示す模式的な上面図である。図１２の比較例では、エンジン出力軸Ｌ１に対して、大ターボ軸Ｌ２０及び小ターボ軸Ｌ３０が平行になるように、ターボ過給機３０がエンジン本体１０に対して組み付けられている。従来の一般的な２ステージ型のターボ過給機では、このようなターボ軸の配置が慣例的に採用されている。
【００７３】
図１２の比較例によれば、ターボ過給機３０に吸気を供給する吸気導入管４００の下流部分は、その曲げ度合いを鋭角的に設定せざるを得なくなる。つまり比較例では、吸気の進入方向となる大ターボ軸Ｌ２０が、エンジン出力軸Ｌ１に対して傾きを持たない。このため、エンジン本体１０の後側面１０Ｂに沿って吸気導入管４００を引き回し、その下流端を大型ターボ部３Ａの大型コンプレッサケース３１Ｃに接続しようとすると、吸気導入管４００の下流部分をほぼ直角に湾曲させねばならない。従って、吸気導入管４００内を流れる吸気は、図中の矢印Ｆ０１で示すように大きく湾曲するルートで大型ターボ部３Ａに流入することとなり、吸気抵抗が大きくなる。
【００７４】
これに対し、図１３に示す、本実施形態に沿ったターボ過給機３の配置では、吸気導入管４０の曲げ度合いを緩く設定することができる。すなわち、本実施形態では、大ターボ軸Ｌ２が、エンジン出力軸Ｌ１に対して傾きを持つ。その傾きは、吸気の進入側となる大ターボ軸Ｌ２の後端側がエンジン出力軸Ｌ１に接近し、前端側がエンジン出力軸Ｌ１から離間するような傾きである。このため、エンジン本体１０の後側面１０Ｂに沿って吸気導入管４０を引き回し、その下流端を大型ターボ部３Ａの大型コンプレッサケース３１Ｃに接続する場合、吸気導入管４０の下流部分は大ターボ軸Ｌ２の傾きの分だけ曲げ度合いを緩く設定することができる。このことは、図中の矢印Ｆ０で示すように、吸気導入管４０内を流れる吸気フローのルートの湾曲を比較的小さくし、吸気抵抗を抑制することに貢献する。従って、大型ターボ部３Ａによる吸気の過給効率を高めることができる。
【００７５】
また、図１３に示すように、小ターボ軸Ｌ３が、大ターボ軸Ｌ２とエンジン出力軸Ｌ１との間に位置するように、小型ターボ部３Ｂが配置されている。さらに、小ターボ軸Ｌ３の後端側が、大ターボ軸Ｌ２に最も接近するように、小型ターボ部３Ｂが配置されている。このような配置関係の利点を、図１４に基づいて説明する。
【００７６】
図１４は、本実施形態に係るターボ過給機３を、コンプレッサ側から見た側面図である。図１４では、先の図６での説明と同様に、大型コンプレッサケース３１Ｃから小型コンプレッサケース３２Ｃに向かう吸気を、矢印Ｆ２１で示している。図５において説明したコンプレッサ間通路４６は、大スクロール部３１５の下流から第１カップリング部３１６、コールドデカップラ３１７、第２カップリング部３２３、及び、小コンプレッサ室３６に連なるコンプレッサ導入通路３２７からなる、上下方向に略直線状に延びる吸気通路である。このような形態のコンプレッサ間通路４６は、上記の大、小ターボ軸Ｌ２、Ｌ３の配置によって実現されている。
【００７７】
小ターボ軸Ｌ３が、大ターボ軸Ｌ２とエンジン出力軸Ｌ１との間に存在するので、小コンプレッサ室３６へ吸気が導入される開口（小コンプレッサ３６Ｂと対向するコンプレッサ導入通路３２７の下流開口）が、自ずと大コンプレッサ室３４の軸心（大ターボ軸Ｌ２）とエンジン本体１０の左側面１０Ｌとの間に位置することになる。従って、図１４において反時計方向にスクロールしている大スクロール部３１５を通して小型コンプレッサケース３２Ｃへ向かうコンプレッサ間通路４６を、極力短く、しかも曲がりの少ない吸気通路として構成することができる。このことは、矢印Ｆ２１の通りにコンプレッサ間通路４６内を流れる吸気の抵抗を低減する。
【００７８】
さらに、小ターボ軸Ｌ３の後端側が、大ターボ軸Ｌ２の後端側に接近する配置とされていることも、コンプレッサ間通路４６を、一層短く且つ曲がりの少ない吸気通路として構成し易くしている。本実施形態では、大タービン室３３内に可変ベーン機構３９が配置されていることから、大型タービンケース３１Ｔは比較的大型となる。一方、小タービン室３５の小タービン３５ＴはＦＧＴであるので、さほど大型化しない。このため、もし大ターボ軸Ｌ２と小ターボ軸Ｌ３とが平行であるならば、ターボ過給機３の後端側において大ターボ軸Ｌ２と小ターボ軸Ｌ３とが大きく左右方向に大きく離れるレイアウトになる。この場合、コンプレッサ間通路４６は湾曲を伴った長い通路となる。これに対し、本実施形態では、大ターボ軸Ｌ２と小ターボ軸Ｌ３とが後端において接近しているので、大スクロール部３１５の下流端から概ね鉛直下方に延びる態様のコンプレッサ間通路４６を設定することができる。
【００７９】
このようなコンプレッサ間通路４６を設定することにより、図４に基づき説明した通りの、フランジスタッド３１２Ａを下フランジ部３２２の前記貫通孔に挿通させると同時に、第１カップリング部３１６がコールドデカップラ３１７に嵌り込むように、大型ターボ部３Ａと小型ターボ部３Ｂとを組み付けるという効率的な製造の態様を採用することが可能となる。
【００８０】
また、大コンプレッサ室３４を区画する大型コンプレッサケース３１Ｃが、エンジン本体１０の後側面１０Ｂ付近に配置されている。このようなレイアウトでは、吸気導入管４０の曲げ度合いが鋭角的になり易い。とりわけ、本実施形態では吸気導入管４０が後側面１０Ｂに沿って引き回されており、吸気導入管４０の下流部分が前方に曲がった直後に大型コンプレッサケース３１Ｃに接続されねばならない。従って、大ターボ軸Ｌ２がエンジン出力軸Ｌ１に接近するように傾きを持つ本発明に係るターボ過給機付エンジン１に、上記レイアウトは好適である。
【００８１】
以上説明した通り、本発明によれば、大型、小型ターボ部３Ａ、３Ｂを有する２ステージ型のターボ過給機３が付設されたエンジン１において、ターボ過給機３の過給機内吸気通路４４における吸気フローの抵抗を低減することができる。これにより、吸気の圧力損失が抑制され、ターボ過給機３の過給効率を向上させることができる。
【００８２】
［変形実施形態の説明］
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば図１１において、小ターボ軸Ｌ３の前端側がエンジン出力軸Ｌ１に接近するよう、小ターボ軸Ｌ３がエンジン出力軸Ｌ１に対して傾斜している例を示した。これに代えて、小ターボ軸Ｌ３がエンジン出力軸Ｌ１と平行になるよう、小型ターボ部３Ｂをエンジン本体１０に対して配置するようにしても良い。また、大タービン室３３内に可変ベーン機構３９が配置される例を示したが、大タービン３３ＴもＦＧＴとしても良い。
【符号の説明】
【００８３】
１  ターボ過給機付エンジン
１０  エンジン本体
１０Ｒ  後側面（気筒列方向の側面）
２  気筒
２３  クランク軸（エンジン出力軸）
３  ターボ過給機
３Ａ  大型ターボ部
３Ｂ  小型ターボ部
３１  大型ターボハウジング
３２  小型ターボハウジング
３３  大タービン室
３３Ｔ  大タービン
３４  大コンプレッサ室
３４Ｂ  大コンプレッサ
３５  小タービン室
３５Ｔ  小タービン
３６  小コンプレッサ室
３６Ｂ  小コンプレッサ
３７  大タービン軸
３８  小タービン軸
Ｐ１  吸気通路
Ｐ２  排気通路
Ｌ１  エンジン出力軸
Ｌ２  大ターボ軸
Ｌ３  小ターボ軸
【図１】
0006399041.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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