(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記ターボ過給機は、
前記排気通路に連通する第１タービン内蔵の第１タービン室及び前記吸気通路に連通する第１コンプレッサ内蔵の第１コンプレッサ室と、これら両室間に延びて前記第１タービンと前記第１コンプレッサとを連結する第１タービン軸とを含む第１ターボ部と、
前記排気通路に連通する第２タービン内蔵の第２タービン室及び前記吸気通路に連通する第２コンプレッサ内蔵の第２コンプレッサ室と、これら両室間に延びて前記第２タービンと前記第２コンプレッサとを連結する第２タービン軸とを含む第２ターボ部と、を有し、
前記第１ターボ部はエンジンの低速回転域で動作し、前記第２ターボ部はエンジンの低速回転域から高速回転域の全回転域で動作し、
前記第１タービン室は、前記排気通路において前記第２タービン室よりも上流側に配置され、前記第１タービン軸及び前記第２タービン軸は、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、前記第２タービン軸が前記第１タービン軸よりも前記エンジン出力軸から遠くなるように、前記第２ターボ部が前記エンジン本体に対して配置され、かつ、
前記気筒の軸方向における平面視においての、前記第１コンプレッサ室での前記第１タービン軸の位置と、前記第２コンプレッサ室での前記第２タービン軸の位置との軸間距離に対して、前記第１タービン室での前記第１タービン軸の位置と、前記第２タービン室での前記第２タービン軸との軸間距離が大きくなるように、前記第１タービン軸と前記第２タービン軸とを各々前記第１、第２コンプレッサ室側に延長した軸線が交差するように配置され、
前記第１、第２タービン軸を前記第１、第２タービン室側から見た側面視において、
前記第２タービン室は、前記第２タービンの周囲に形成されたスクロール通路を備え、当該スクロール通路は、前記第２タービン軸に対して前記エンジン本体側に配置された入口部を有し、前記第１タービン室から遠ざかる方向に前記入口部から巻始め、反エンジン方向に至るようにスクロールする通路であり、
前記第１タービン室の出口から前記第２タービン室の入口に至るタービン間通路は、前記第２タービン軸よりも前記エンジン本体側に配置されている、
ことを特徴とす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、
前記側面視において、前記第１タービン軸と前記第２タービン軸との左右方向の軸心間距離Ａは、前記第２タービンの外径をＢとするとき、
Ｂ／２≦Ａ≦Ｂ
の範囲に設定されている、ターボ過給機付エンジン。
【請求項３】
請求項１に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記側面視において、前記第１タービン軸と前記第２タービン軸との左右方向の軸心間距離Ａは、前記第２タービンの外径をＢ、前記第２タービン室の前記スクロール通路の入口部の直径をＣとするとき、
Ｂ／２≦Ａ≦Ｂ／２＋Ｃ
の範囲に設定されている、ターボ過給機付エンジン。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記第２タービンが、前記第１タービンよりも大径のタービンである、ターボ過給機付エンジン。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記側面視において、前記タービン間通路の右方側に配置され、前記第１タービン室をバイパスして、前記エンジン本体から供給される排気を前記第２タービン室に導くバイパス通路をさらに備える、ターボ過給機付エンジン。
【請求項６】
請求項５に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記バイパス通路の下流端は、前記タービン間通路に合流している、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、エンジンの全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５４９９９５３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、排気の運動エネルギーを効率良くタービンに伝達して出力を向上させること、及び可及的にコンパクト化を図ることが常に求められる。上記の２ステージ型のターボ過給機においては、排気通路、とりわけ２つのタービン室間を繋ぐタービン間の排気通路が複雑な構造となる傾向がある。このため、排気通路における排気のフローに抵抗が生じ、タービンを駆動させる運動エネルギーが損なわれることがある。従って、上記の２つの要請を高いレベルで満たすことは難しい状況にある。
【０００６】
本発明の目的は、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エンジンにおいて、タービンに大きな排気運動エネルギーを与えることが可能で、且つ、コンパクト化を図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、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、前記ターボ過給機は、前記排気通路に連通する第１タービン内蔵の第１タービン室及び前記吸気通路に連通する第１コンプレッサ内蔵の第１コンプレッサ室と、これら両室間に延びて前記第１タービンと前記第１コンプレッサとを連結する第１タービン軸とを含む第１ターボ部と、前記排気通路に連通する第２タービン内蔵の第２タービン室及び前記吸気通路に連通する第２コンプレッサ内蔵の第２コンプレッサ室と、これら両室間に延びて前記第２タービンと前記第２コンプレッサとを連結する第２タービン軸とを含む第２ターボ部と、を有し、前記第１ターボ部はエンジンの低速回転域で動作し、前記第２ターボ部はエンジンの低速回転域から高速回転域の全回転域で動作し、前記第１タービン室は、前記排気通路において前記第２タービン室よりも上流側に配置され、前記第１タービン軸及び前記第２タービン軸は、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、前記第２タービン軸が前記第１タービン軸よりも前記エンジン出力軸から遠くなるように、前記第２ターボ部が前記エンジン本体に対して配置され、かつ、前記気筒の軸方向における平面視においての、前記第１コンプレッサ室での前記第１タービン軸の位置と、前記第２コンプレッサ室での前記第２タービン軸の位置との軸間距離に対して、前記第１タービン室での前記第１タービン軸の位置と、前記第２タービン室での前記第２タービン軸との軸間距離が大きくなるように、前記第１タービン軸と前記第２タービン軸とを各々前記第１、第２コンプレッサ室側に延長した軸線が交差するように配置され、前記第１、第２タービン軸を前記第１、第２タービン室側から見た側面視において、前記第２タービン室は、前記第２タービンの周囲に形成されたスクロール通路を備え、当該スクロール通路は、前記第２タービン軸に対して前記エンジン本体側に配置された入口部を有し、前記第１タービン室から遠ざかる方向に前記入口部から巻始め、反エンジン方向に至るようにスクロールする通路であり、前記第１タービン室の出口から前記第２タービン室の入口に至るタービン間通路は、前記第２タービン軸よりも前記エンジン本体側に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、前記平面視において第２タービン軸が第１タービン軸よりもエンジン出力軸から遠くなるように配置されている。このため、第１タービン軸を通り前記気筒の軸方向に延びる軸線に対し、第２タービン軸は右方向にシフトした位置に存在する。そして、前記側面視において、前記第２タービン軸は、その軸回りに時計方向に回転し、且つ、タービン間通路は、前記第２タービン軸よりも前記エンジン本体側に配置されている。このため、上記第２タービン軸の右方向シフトを利用して、前記タービン間通路を短く、湾曲の少ない通路として設定することが可能となる。従って、前記タービン間通路における排気のフロー抵抗を小さくでき、第２タービンに効率良く排気運動エネルギー与えることによって、過給効率を高めることができる。
【０００９】
上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記第１タービン軸と前記第２タービン軸、若しくは前記第１タービン軸の軸線である第１ターボ軸と前記第２タービン軸の軸線である第２ターボ軸とが、前記第１、第２コンプレッサ室側において交差するように、前記第１、第２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が望ましい。
【００１０】
このターボ過給機付エンジンによれば、第１タービン軸と第２タービン軸との軸心間距離は、第１、第２タービン室側において長くなる。従って、第１ターボ部と第２ターボ部とを左右方向に大きくシフトさせて配置せずとも、前記第２タービン軸が前記第１タービン軸よりもエンジン出力軸から所定距離だけ遠くなる配置を達成することができる。このことは、ターボ過給機の左右幅のコンパクト化に貢献する。
【００１１】
上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記側面視において、前記第１タービン軸と前記第２タービン軸との左右方向の軸心間距離Ａは、前記第２タービンの外径をＢとするとき、
Ｂ／２≦Ａ≦Ｂ
の範囲に設定されていることが望ましい。
【００１２】
或いは、前記第２タービン室は、前記第２タービンの周囲に形成されたスクロール通路を備え、前記側面視において、前記第１タービン軸と前記第２タービン軸との左右方向の軸心間距離Ａは、前記第２タービンの外径をＢ、前記スクロール通路の入口部の直径をＣとするとき、
Ｂ／２≦Ａ≦Ｂ／２＋Ｃ
の範囲に設定されていることが望ましい。
【００１３】
これらのターボ過給機付エンジンによれば、第１、第２タービン軸の左右方向における軸心間距離Ａが上式の範囲に設定されるので、第１タービン室の出口が第２タービン軸から左右方向に離間しすぎることはない。従って、前記タービン間通路を、前記側面視において一層湾曲の少ない通路とすることが可能となる。
【００１４】
上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記第２タービンが、前記第１タービンよりも大径のタービンであることが望ましい。
【００１５】
このターボ過給機付エンジンによれば、例えば第１ターボ部を、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し、第２ターボ部を、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した２ステージ型のターボ過給機を備えたエンジンとすることができる。
【００１６】
上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記側面視において、前記タービン間通路の右方側に配置され、前記第１タービン室をバイパスして、前記エンジン本体から供給される排気を前記第２タービン室に導くバイパス通路をさらに備えることが望ましい。
【００１７】
このターボ過給機付エンジンによれば、第２ターボ部のみで吸気を過給する運転シーンが実現できる。また、バイパス通路を、タービン間通路の右方側の領域を利用してコンパクトに形成することができる。
【００１８】
この場合、前記バイパス通路の下流端は、前記タービン間通路に合流する構成とすれば、ターボ過給機の一層のコンパクト化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、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エンジンにおいて、タービンに大きな排気運動エネルギーを与えることが可能で、且つ、コンパクト化を図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】
【００２０】
【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概略的な側面図である。
【図２】図２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３】図３は、ターボ過給機をタービン側から見た側面視の縦方向断面図である。
【図４】図４は、上記エンジンの上面図である。
【図５】図５は、上記ターボ過給機のターボ軸心間距離を説明するための断面図である。
【図６】図６は、エンジン本体の低速回転域における、ターボ過給機内の排気フローを示した、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、ターボ過給機内の排気フローを示した、ターボ過給機の側面図である。
【図８】図８は、変形実施形態に係るターボ過給機の配置を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［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の斜視図である。図１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。
【００２２】
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の右側面１０Ｒに連結された排気マニホールド１４と、図略の吸気マニホールドと、エンジン本体１０の右方に隣接して配置されたターボ過給機３とを含む。なお、図示は省略しているが、周辺部品への熱害防止のため、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で囲まれ、エンジン本体１０の右側面はエンジン本体インシュレータで覆われ、ターボ過給機３の周囲はターボインシュレータで覆われる。
【００２３】
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４参照）を備えている。
【００２４】
排気マニホールド１４は、各気筒２の排気ポート２５（図２）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。前記吸気マニホールドは、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。
【００２５】
ターボ過給機３は、エンジン本体１０の右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。
【００２６】
［エンジンの内部的構成］
図２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。
【００２７】
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２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。
【００２８】
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。
【００２９】
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、図略の吸気マニホールド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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
［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２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（第２タービン室）及び大コンプレッサ室３４（第２コンプレッサ室）を備える。同様に、小型ターボ部３Ｂは、小タービン室３５（第１タービン室）及び小コンプレッサ室３６（第１コンプレッサ室）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。
【００３３】
大タービン室３３には大タービン３３Ｔ（第２タービン）が、大コンプレッサ室３４には大コンプレッサ３４Ｂ（第２コンプレッサ）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（第２タービン軸）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。
【００３４】
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。
【００３５】
小タービン室３５には小タービン３５Ｔ（第１タービン）が、小コンプレッサ室３６には小コンプレッサ３６Ｂ（第１コンプレッサ）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（第１タービン軸）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。
【００３６】
大タービン３３Ｔの容量は小タービン３５Ｔの容量よりも大きい。すなわち、大タービン３３Ｔが、小タービン３５Ｔよりも大径のタービンである（図３参照）。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。
【００３７】
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。
【００３８】
下流通路４７は、小コンプレッサ３６Ｂの外周のスクロール部から、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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、タービン間通路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は小型ターボ部３Ｂ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は大型ターボ部３Ａ内に形成される通路、タービン間通路５４及び排気バイパス通路５７は両ターボ部３Ａ、３Ｂ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。
【００４２】
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。
【００４３】
タービン間通路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。タービン間通路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、タービン間通路５４から取り出され、大タービン３３Ｔに向かうことになる。
【００４４】
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、図略の排気側フランジ部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。
【００４５】
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及びタービン間通路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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
［ターボ過給機内の排気通路の詳細］
続いて、主に図３を参照して、ターボ過給機３内における過給機内排気通路５０の具体的な配置関係、通路の形状当について詳述する。図３は、ターボ過給機３を大、小タービン３３Ｔ、３５Ｔ（大、小タービン室３３、３５）側から見た側面視の縦方向断面図である。図３には、大型ターボ部３Ａの大タービン室３３を区画する大型タービンケース３１と、小型ターボ部３Ｂの小タービン室３５を区画する小型タービンケース３２とが示されている。大型タービンケース３１は、例えば板金製のケースからなり、その下端に上フランジ部３１１を有する。小型タービンケース３２は、例えば鋳鉄性のケースからなり、排気通路の上流側には導入フランジ部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。
【００４９】
図３に示す通り、タービン側からの側面視では、エンジン本体１０は、ターボ過給機３（大型ターボ部３Ａ）の左側に位置する。大型タービンケース３１は、小型タービンケース３２の上方に配置されている。下フランジ部３２２の上に上フランジ部３１１が載置され、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３１と小型タービンケース３２とが一体化されている。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部分である。排気マニホールド１４のマニホールド通路１４１の上流側は、排気ポート２５の出気開口に位置合わせしてシリンダヘッド１２に結合される。マニホールド通路１４１の下流側は、導入フランジ部３２１と結合される。
【００５０】
過給機内排気通路５０の最も上流側の排気導入通路５１は、上述の導入フランジ部３２１の端面に開口を有し、右方に延びる通路である。この排気導入通路５１は、大型ターボ部３Ａと小型ターボ部３Ｂとの間に配置されている。排気マニホールド１４のマニホールド通路１４１を介して、排気ポート２５と排気導入通路５１（過給機内排気通路５０）とが連通状態とされており、これによりエンジン本体１０側からの排気をターボ過給機３内へ取り入れ可能とされている。
【００５１】
排気導入通路５１の下流側は、排気通路が上方と下方とにＹ字型に分岐する分岐通路となっている。連絡通路５２の上流端は、前記分岐通路の下方側に連なり、連絡通路５２は下方に向けて延びている。連絡通路５２の下流端は、小スクロール通路５３の上流端に連なっている。小スクロール通路５３は、上流から下流に向けて時計方向にスクロールする通路である。このため、小タービン３５Ｔも、図３に矢印Ｒ２で示す通り、小タービン軸３８の軸回りに時計方向に回転する。
【００５２】
タービン間通路５４は、図３の側面視において、排気導入通路５１とクロスするように上下方向に概ね直線状に延びている。タービン間通路５４の上流端５４Ｕは小タービン軸３８の軸上に連なり、下流端５４Ｅは大スクロール通路５５のスクロール入口部５５Ｕに連なっている。すなわちタービン間通路５４は、小型タービンケース３２と大型タービンケース３１とに跨って形成された通路である。大スクロール通路５５は、上流から下流に向けて時計方向にスクロールする通路である。このため、大タービン３３Ｔも、図３に矢印Ｒ１で示す通り、大タービン軸３７の軸回りに時計方向に回転する。なお、大タービン軸３７の軸上に連なる排出通路５６は、この図３には現れていない。
【００５３】
排気バイパス通路５７は、前記分岐通路の上方側に連なり、大スクロール通路５５のスクロール入口部５５Ｕに向けて上方に延びている。この排気バイパス通路５７も、小型タービンケース３２と大型タービンケース３１とに跨って形成された通路である。排気バイパス通路５７は、図３の側面視において、タービン間通路５４の右方側に配置されている。つまり、前記側面視では、共に上下方向に延びるタービン間通路５４と排気バイパス通路５７とが、概ね左右方向に並列に並んでいる。排気バイパス通路５７の下流端５７Ｅは、タービン間通路５４の下流部分に合流している。つまり、排気バイパス通路５７は、大スクロール通路５５のスクロール入口部５５Ｕの上流付近において、タービン間通路５４に合流している。
【００５４】
排気バイパス通路５７に配置される排気バイパス弁６は、弁本体６１、保持片６２及び回動軸６３を備えている。弁本体６１は、既述の通り排気バイパス通路５７を開閉するものであり、排気バイパス通路５７を閉じことが可能な形状、つまり排気バイパス通路５７の下流端の開口サイズよりも大きいサイズを有している。保持片６２は、弁本体６１の背面に配置される矩形状の部材であり、その一端側で弁本体６１を保持している。
【００５５】
回動軸６３は、大タービン軸３７と略平行な方向（前後方向）に延び、保持片６２の他端側に結合されている。回動軸６３は、保持片６２を介して弁本体６１を片持ち支持している。従って、回動軸６３が軸回りに回動することで、弁本体６１も回動軸６３を軸心として回動する。回動軸６３は、バルブアクチュエータ６Ａによって、その軸回りに回動可能である。バルブアクチュエータ６Ａが回動軸６３を軸回りに回動させることで、弁本体６１は排気バイパス通路５７を閉じる姿勢（図６）と、排気バイパス通路５７を開放する姿勢（図７）との間で姿勢変更する。
【００５６】
［タービン軸及びタービン間通路の配置について］
続いて、図４及び図５を参照して、大、小タービン軸３７、３８及びタービン間通路５４の配置について説明する。図４は、ターボ過給機付エンジン１の模式的な上面図、図５は、図３と同じく、ターボ過給機３を大、小タービン３３Ｔ、３５Ｔ（大、小タービン室３３、３５）側から見た側面視の縦方向断面図である。
【００５７】
図４に示されているように、ターボ過給機３の大型ターボ部３Ａ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２）と大型ターボ部３Ａの後端に設けられた吸気導入口とを接続する管部材である。図中に矢印で示すように、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ターボ部３Ａの大コンプレッサ室３４に供給される。
【００５８】
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前後方向であって、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４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）が示されている。エンジン本体１０は、上面視で大略的に前後方向に長い矩形の形状を有している。ターボ過給機３の配置位置は、エンジン本体１０の右側面１０Ｒに隣接し、後側面１０Ｂ付近の位置である。
【００５９】
図４では、大型ターボ部３Ａの大タービン室３３及び大コンプレッサ室３４と、これら両室間に延びる大タービン軸３７、また、小型ターボ部３Ｂの小タービン室３５及び小コンプレッサ室３６と、これら両室間に延びる小タービン軸３８が模式的に描かれている。さらに、大タービン軸３７の軸線に相当する直線Ｌ２と、小タービン軸３８の軸線に相当する直線Ｌ３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、大略的にエンジン出力軸Ｌ１と同じく前後方向に延びように配置されている。
【００６０】
本実施形態では、気筒２の軸方向（図１の一点鎖線Ｓ参照）における平面視において、小ターボ軸Ｌ３はエンジン出力軸Ｌ１と概ね平行である一方で、大ターボ軸Ｌ２がエンジン出力軸Ｌ１と非平行である例を示している。換言すると、大ターボ軸Ｌ２が小ターボ軸Ｌ３に対して所定の傾き角を持つように、大型ターボ部３Ａと小型ターボ部３Ｂとがエンジン本体１０に対して配置されている。大ターボ軸Ｌ２の傾きは、該大ターボ軸Ｌ２の大コンプレッサ室３４側においてエンジン出力軸Ｌ１に接近するような傾きである。このため、大ターボ軸Ｌ２と小ターボ軸Ｌ３とは、大、小コンプレッサ室３４、３６側において互いに交差している。逆に、大、小タービン室３３、３５では、大ターボ軸Ｌ２と小ターボ軸Ｌ３との左右方向の間隔は拡張している。なお、大、小ターボ軸Ｌ２、Ｌ３が大、小タービン軸３７、３８の軸範囲内において、大、小コンプレッサ室３４、３６側で交差する態様としても良い。
【００６１】
大タービン軸３７及び小タービン軸３８とエンジン出力軸Ｌ１との位置関係において、気筒２の軸方向における平面視では、エンジン出力軸Ｌ１に対して大タービン軸３７が小タービン軸３８よりも遠い側に配置されている。図３を参照して換言すると、エンジン本体１０の右側面１０Ｒに近い側に小タービン軸３８が配置され、大タービン軸３７は小タービン軸３８よりも右方に離れている。
【００６２】
図５の側面視において、大タービン軸３７は、その軸回りに時計方向（図中の矢印Ｒ１）に回転する。このことは、大スクロール通路５５の上流から下流に向かうスクロール方向も、時計方向であることを意味する。大スクロール通路５５のスクロール入口部５５Ｕ（第２タービン室の入口）は、大タービン軸３７の左方側において下向けに開口している。一方、小タービン室３５の出口部３５１（第１タービン室の出口）は、小ターボ軸Ｌ３の軸上に配置されている。スクロール入口部５５Ｕと出口部３５１とは、小ターボ軸Ｌ３に対して大ターボ軸Ｌ２が右方にシフトしている分だけ、概ね上下方向に直線状に並ぶ位置関係となっている。
【００６３】
タービン間通路５４は、小タービン室３５の出口部３５１から大スクロール通路５５のスクロール入口部５５Ｕへ至る排気通路である。タービン間通路５４の下流端５４Ｅから下方（上流側）に延びる大部分は、前記側面視では、直線状に下方へ延び出すストレート部分である。一方、タービン間通路５４の上流端５４Ｕ付近は、前記ストレート部分から小ターボ軸Ｌ３が延びる水平方向へ吸気通路の方向を変更するように三次元に湾曲している。前記ストレート部分は、エンジン１がスラントして取り付けられていなければ、前記側面視では概ね鉛直方向に延びる直線的な通路である。
【００６４】
このようなタービン間通路５４は、図５に示す側面視において、大タービン軸３７よりもエンジン本体１０側に配置されている。つまりタービン間通路５４は、左右方向においてエンジン本体１０の右側面１０Ｒと大タービン軸３７との間に配置され、直線的に小型タービンケース３２（小タービン室３５）と大型タービンケース３１（大タービン室３３）とを繋いでいる。
【００６５】
続いて、図５の側面視において、大タービン軸３７の軸心の大ターボ軸Ｌ２と小タービン軸３８の軸心の第１ターボ軸との左右方向における好ましい軸心間距離について説明する。図５には、図３と同方向の側面視で大、小ターボ軸Ｌ２、Ｌ３が示されている。また、大、小ターボ軸Ｌ２、Ｌ３の軸心間距離をＡ、大タービン３３Ｔ（第２タービン）の外径をＢ、大スクロール通路５５のスクロール入口部５５Ｕ（スクロール通路の入口部）の直径をＣで表している。スクロール入口部５５Ｕは、大スクロール通路５５の下流端付近を区画する舌部３１２の先端部３１３と大型タービンケース３１の左内壁面との間に形成される断面略円形の開口である。
【００６６】
ターボ過給機３のコンパクト化を図り、タービン間通路５４の直線性を確保する観点から、大タービン３３Ｔの外径Ｂとの関係において、大、小ターボ軸Ｌ２、Ｌ３の軸心間距離Ａは、
Ｂ／２≦Ａ≦Ｂ    ・・・（１）
の範囲に設定されることが好ましい。軸心間距離ＡがＢ／２よりも小さくなると、下流端５４Ｅから上流端５４Ｕにかけて、タービン間通路５４を右方向に大きく湾曲させる必要が生じる。このため、当該タービン間通路５４を通過する排気の抵抗が大きくなる傾向が顕著となる。また、軸心間距離ＡがＢよりも大きくなると、タービン間通路５４を左方向に大きく湾曲させる必要が生じ、同様に排気抵抗が大きくなる傾向が顕著となる。
【００６７】
或いは、上記と同観点から、大タービン３３Ｔの外径Ｂ及びスクロール入口部５５Ｕの直径Ｃとの関係において、大、小ターボ軸Ｌ２、Ｌ３の軸心間距離Ａは、
Ｂ／２≦Ａ≦Ｂ／２＋Ｃ    ・・・（２）
の範囲に設定さることが好ましい。軸心間距離ＡがＢ／２よりも小さくなると、上記と同様に、下流端５４Ｅから上流端５４Ｕにかけて、タービン間通路５４を右方向に大きく湾曲させる必要が生じ、排気抵抗が大きくなる傾向が顕著となる。また、軸心間距離ＡがＢ／２＋Ｃよりも大きくなると、タービン間通路５４を左方向に大きく湾曲させる必要が生じ、排気抵抗が大きくなる傾向が顕著となる。
【００６８】
［排気のフローについて］
次に、図６、図７を参照して、ターボ過給機３内における排気のフローを説明する。図６は、エンジン本体１０の低速回転域における、ターボ過給機３内の排気のフローを示す断面図である。低速回転域では、バルブアクチュエータ６Ａは弁本体６１を閉姿勢とし、排気バイパス通路５７が閉じられる。この場合、エンジン本体１０側から吐出されてくる排気（矢印Ｆ）は、小型タービンケース３２の排気導入通路５１に進入する。排気は、連絡通路５２によって下方に導かれ、小スクロール通路５３の上流部５３Ｕに至る（矢印Ｆ１）。そして排気は、小タービン３５Ｔに作用すべく、小タービン３５Ｔの外周部の小スクロール通路５３から小タービン軸３８に向かう方向に流入し、小タービン３５Ｔを矢印Ｒ２で示す時計方向に回転させる。
【００６９】
その後、排気は、小タービン３５Ｔの軸方向から導出され、タービン間通路５４に進入する。排気は、タービン間通路５４に沿って上方へ導かれ、下流端５４Ｅを経て大スクロール通路５５のスクロール入口部５５Ｕに至る（矢印Ｆ２）。このとき、排気は小型タービンケース３２から大型タービンケース３１内へ流入することにもなる。そして排気は、大タービン３３Ｔに作用すべく、大タービン３３Ｔの外周部の大スクロール通路５５から大タービン軸３７に向かう方向に流入し、大タービン３３Ｔを矢印Ｒ２で示す時計方向に回転させる。しかる後、排気は大タービン３３Ｔの軸方向から導出され、排出通路５６（図２）を通してターボ過給機３の機外へ排出され、排気浄化装置７０へ向かう。
【００７０】
図７は、エンジン本体１０の中速及び高速回転域における、ターボ過給機３内の排気のフローを示す断面図である。中速〜高速回転域では、バルブアクチュエータ６Ａは弁本体６１を開姿勢とし、排気バイパス通路５７が開かれる。この場合、エンジン本体１０側から吐出されてくる排気（矢印Ｆ）は、排気導入通路５１を経て、フロー抵抗が小さい排気バイパス通路５７へ専ら流入する。そして排気は、排気バイパス通路５７に沿って左上方へ導かれ、大スクロール通路５５のスクロール入口部５５Ｕへ、右寄りの部分から流入する（矢印Ｆ３）。このとき、排気は小型タービンケース３２から大型タービンケース３１内へ流入することにもなる。以下同様に、排気は、大スクロール通路５５から大タービン３３Ｔに対して流入し、大タービン３３Ｔの軸方向から導出されて排出通路５６へ向かう。
【００７１】
［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は、過給機内排気通路５０上において大型ターボ部３Ａの上流に小型ターボ部３Ｂが直列に並ぶ２ステージ型のターボ過給機３を備える。ターボ過給機３は、気筒２の軸方向における平面視において、大タービン軸３７（第２タービン軸）が小タービン軸３８（第１タービン軸）よりもエンジン本体１０のクランク軸２３（エンジン出力軸Ｌ３）から遠くなるように配置されている。このため、大タービン軸３７（大ターボ軸Ｌ２）を通り気筒２の軸方向に延びる軸線に対し、小タービン軸３８（小ターボ軸Ｌ３）は右方向にシフトした位置に存在する（図３、図５参照）。
【００７２】
そして、ターボ過給機３を大、小タービン３３Ｔ、３５Ｔ側から見た側面視において、大タービン軸３７は、その軸回りに時計方向に回転し、且つ、タービン間通路５４は、大タービン軸３７よりもエンジン本体１０側に配置されている。このため、上記大タービン軸３７の右方向シフトを利用して、タービン間通路５４を短く、湾曲の少ない通路として設定することが可能となる。従って、タービン間通路５４における排気のフロー抵抗を小さくでき、大タービン３３Ｔに効率良く排気運動エネルギー与えることによって、過給効率を高めることができる。
【００７３】
また、大ターボ軸Ｌ２と小ターボ軸Ｌ３とは、大、小コンプレッサ室３４、３６側において互いに交差するように、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。このため、大タービン軸３７と小タービン軸３８との軸心間距離は、第１、第２タービン室３３、３５側において長くなる。従って、大型ターボ部３Ａと小型ターボ部３Ｂとを左右方向に大きくシフトさせて配置せずとも、大タービン軸３７が小タービン軸３８よりもエンジン出力軸Ｌ３から所定距離だけ遠くなる配置を達成することができる。このことは、ターボ過給機３の左右幅のコンパクト化に貢献する。
【００７４】
さらに、大、小タービン３３Ｔ、３５Ｔ側から見た側面視において、大、小タービン軸３７、３８（大、小ターボ軸Ｌ２、Ｌ３）の左右方向における軸心間距離Ａが上記（１）式、又は（２）式の範囲に設定されるので、小タービン室３５の出口部３５１が大タービン軸３７から左右方向に離間しすぎることはない。従って、タービン間通路５４を、前記側面視において一層湾曲の少ない通路とすることが可能となる。
【００７５】
ターボ過給機３は、小タービン室３５が排気通路Ｐ２において大タービン室３３の上流側に配置された２ステージ型のターボ過給機であって、大タービン３３Ｔが、小タービン３５Ｔよりも大径のタービンである。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。このような構成において、タービン間通路５４の排気抵抗が小さいので、エンジン本体１０の低速回転域において、大タービン３３Ｔを効率良く回転させることができる。
【００７６】
また、ターボ過給機３は、小タービン室３５をバイパスして、エンジン本体１０から供給される排気を大タービン室３３に導く排気バイパス通路５７を備える。この排気バイパス通路５７は、大、小タービン３３Ｔ、３５Ｔ側から見た側面視において、タービン間通路５４の右方側に配置されている。このため、大型ターボ部３Ａのみで吸気を過給する運転シーンが実現できる。また、排気バイパス通路５７を、タービン間通路５４の右方側の領域を利用してコンパクトに形成することができる。さらに、排気バイパス通路５７の下流端５７Ｅが、タービン間通路５４の下流端５４Ｅ付近に合流する構成を備えるので、ターボ過給機３の一層のコンパクト化を図ることができる。
【００７７】
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のタービン間通路５４における排気フローの抵抗を低減することができる。これにより、タービンに大きな排気運動エネルギーを与えてターボ過給機３の過給効率を向上させることが可能で、且つ、ターボ過給機３のコンパクト化を図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。
【００７８】
［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４において、大ターボ軸Ｌ２と小ターボ軸Ｌ３とが非平行に配置され、大ターボ軸Ｌ２と小ターボ軸Ｌ３とが、大、小コンプレッサ室３４、３６側において互いに交差する例を示した。これに代えて、両ターボ軸Ｌ２、Ｌ３を互いに平行、且つ、エンジン出力軸Ｌ１と平行に配置しても良い。
【００７９】
図８は、変形実施形態に係るターボ過給機３０の配置を示す上面図である。ターボ過給機３０においては、気筒２の軸方向における平面視において、大型ターボ部３Ａの大タービン軸３７の軸線に相当する大ターボ軸Ｌ２０と、小型ターボ部３Ｂの小タービン軸３８の軸線に相当する小ターボ軸Ｌ３０とは、互いに平行であって、いずれもエンジン出力軸Ｌ１と平行とされている。このようなターボ軸Ｌ２０、Ｌ３０の配置となるよう、大型、小型ターボ部３Ａ、３Ｂをエンジン本体１０に対して組み付けるようにしても良い。
【００８０】
この他、小タービン軸３８の回転方向については、図３では大タービン軸３７と同様に時計方向としている例を示しているが、大タービン軸３７とは反対の反時計方向に回転させるようにしても良い。また、２ステージ型のターボ過給機として、大型ターボ部３Ａと小型ターボ部３Ｂとを備えるターボ過給機３を例示した。これに代えて、２つのターボ部が、同じ過給能力を具備する２ステージ型のターボ過給機としても良い。
【符号の説明】
【００８１】
１  ターボ過給機付エンジン
１０  エンジン本体
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（第２ターボ部）
３Ｂ  小型ターボ部（第１ターボ部）
３３  大タービン室（第２タービン室）
３３Ｔ  大タービン（第２タービン）
３４  大コンプレッサ室（第２コンプレッサ室）
３４Ｂ  大コンプレッサ（第２コンプレッサ）
３５  小タービン室（第１タービン室）
３５１  出口部（第１タービン室の出口）
３５Ｔ  小タービン（第１タービン）
３６  小コンプレッサ室（第１コンプレッサ室）
３６Ｂ  小コンプレッサ（第１コンプレッサ）
３７  大タービン軸（第２タービン軸）
３８  小タービン軸（第１タービン軸）
５４  タービン間通路
５５  大スクロール通路（スクロール通路）
５５Ｕ  スクロール入口部（第２タービン室の入口／スクロール通路の入口部）
５７  排気バイパス通路（バイパス通路）
５７Ｅ  下流端
Ｐ１  吸気通路
Ｐ２  排気通路
Ｌ１  エンジン出力軸
Ｌ２  大ターボ軸Ｌ２（第２ターボ軸）
Ｌ３  小ターボ軸Ｌ３（第１ターボ軸）
【図１】
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【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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