特許 6399042 ターボ過給機付エンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6399042

(24)【登録日】2018年9月14日

(45)【発行日】2018年10月3日

(54)【発明の名称】ターボ過給機付エンジン

(51)【国際特許分類】

   F02B 37/00 20060101AFI20180920BHJP

   F02B 37/013 20060101ALI20180920BHJP

【ＦＩ】

   F02B37/00 301H

   F02B37/013

   F02B37/00 301F

   F02B37/00 302F

【請求項の数】5

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2016-108958(P2016-108958)

(22)【出願日】2016年5月31日

(65)【公開番号】特開2017-214873(P2017-214873A)

(43)【公開日】2017年12月7日

【審査請求日】2017年3月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100067828

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 悦司

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100127797

【弁理士】

【氏名又は名称】平田 晴洋

(72)【発明者】

【氏名】丹羽 靖

(72)【発明者】

【氏名】中島 光広

(72)【発明者】

【氏名】住本 浩

(72)【発明者】

【氏名】荒木 啓二

【審査官】 倉橋 紀夫

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００３−５３１９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４０８９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５１４８４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０１２９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１２９４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２３５９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０４２８５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ ３７／００

Ｆ０２Ｂ ３７／０１３

(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コンプレッサ室の入口は、前記第１タービン軸の軸上に配置され、
前記第２コンプレッサ室は、前記吸気通路において前記第１コンプレッサ室よりも上流側に配置され、前記第２コンプレッサの周囲に渦巻き状の吸気通路を形成するスクロール部を有し、
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、前記エンジン出力軸に対して前記第２タービン軸が前記第１タービン軸よりも遠い側に配置されたターボ過給機付エンジンにおいて、
前記第１、第２タービン軸を前記第１、第２コンプレッサ室側から見た側面視において、
前記スクロール部の上流側は、左右方向において前記エンジン本体に対して前記第２タービン軸よりも遠い側から、前記第１コンプレッサ室に対して離間する方向であって次第に前記エンジン本体に接近する方向にスクロールし、
前記スクロール部の下流側は、前記エンジン本体に接近しつつ、左右方向において前記エンジン本体に対して前記第２タービン軸よりも近い側に配置された前記第１タービン軸に向かう方向にスクロールしており、
前記スクロール部の下流端部が前記第２コンプレッサ室の出口であり、当該出口は、前記第２タービン軸と直交する方向であって、前記第１タービン軸を向く方向に開口し、
前記第２コンプレッサ室の出口から前記第１コンプレッサ室の入口に至るコンプレッサ間通路は、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おり、前記第２コンプレッサ室の出口から、前記スクロール部の下流端部の接線方向へ延び出して、前記第１タービン軸を向く方向に延びている、
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タービン軸との前記左右方向の軸心間距離Ａは、前記第２コンプレッサの外径を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又は２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、前記コンプレッサ間通路は、
前記第２コンプレッサ室のスクロール部の下流端から直線状に延び出すストレート部と、
前記ストレート部の下流端と、前記第１コンプレッサ室の前記第１タービン軸に沿った入口部とを繋ぐ曲げ部と、を備えるターボ過給機付エンジン。

【請求項4】

請求項１又は２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、前記コンプレッサ間通路は、前記第２コンプレッサ室のスクロール部の下流端と、前記第１コンプレッサ室の前記第１タービン軸に沿った入口部とを繋ぐ、弓形の湾曲通路である、ターボ過給機付エンジン。

【請求項5】

請求項１又は２に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記吸気通路において前記第２コンプレッサ室よりも上流側には、ブローバイガスを前記吸気通路に合流させるブローバイ還流路が接続されている、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、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。とりわけ、吸気通路において、上流側に配置されるコンプレッサ室と下流側に配置されるコンプレッサ室との間のコンプレッサ間通路が、レイアウトの制限等で大きく湾曲せざるを得ず、吸気抵抗が大きくなる傾向がある。

【0006】

本発明の目的は、２つの独立したターボ部が排気及び吸気経路に直列的に配置されてな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、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コンプレッサ室の入口は、前記第１タービン軸の軸上に配置され、前記第２コンプレッサ室は、前記吸気通路において前記第１コンプレッサ室よりも上流側に配置され、前記第２コンプレッサの周囲に渦巻き状の吸気通路を形成するスクロール部を有し、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、前記エンジン出力軸に対して前記第２タービン軸が前記第１タービン軸よりも遠い側に配置されたターボ過給機付エンジンにおいて、前記第１、第２タービン軸を前記第１、第２コンプレッサ室側から見た側面視において、前記スクロール部の上流側は、左右方向において前記エンジン本体に対して前記第２タービン軸よりも遠い側から、前記第１コンプレッサ室に対して離間する方向であって次第に前記エンジン本体に接近する方向にスクロールし、前記スクロール部の下流側は、前記エンジン本体に接近しつつ、左右方向において前記エンジン本体に対して前記第２タービン軸よりも近い側に配置された前記第１タービン軸に向かう方向にスクロールしており、前記スクロール部の下流端部が前記第２コンプレッサ室の出口であり、当該出口は、前記第２タービン軸と直交する方向であって、前記第１タービン軸を向く方向に開口し、前記第２コンプレッサ室の出口から前記第１コンプレッサ室の入口に至るコンプレッサ間通路は、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おり、前記第２コンプレッサ室の出口から、前記スクロール部の下流端部の接線方向へ延び出して、前記第１タービン軸を向く方向に延び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、第２コンプレッサ室は、吸気通路において第１コンプレッサ室よりも上流側に配置されている。このため、コンプレッサ間通路は、第２タービン軸の周囲（スクロール出口）に存在することになる第２コンプレッサ室の出口と、第１タービン軸の軸方向に開口することになる第１コンプレッサ室の入口とを繋ぐ。また、エンジン出力軸に対して第２タービン軸が第１タービン軸よりも遠い側に配置されているので、前記側面視によれば、第１タービン軸は第２タービン軸の左側にシフトした位置に存在する。そして、前記第２タービン軸は反時計方向に回転するので、第２コンプレッサ室の出口の位置を、左右方向において第１コンプレッサ室の入口の位置に一致させ易くなる。その上で、コンプレッサ間通路が第２タービン軸よりもエンジン本体側に配置されるので、当該コンプレッサ間通路は、前記側面視において、自ずと殆ど湾曲を要さない通路とすることができる。従って、前記コンプレッサ間通路を流通する吸気の吸気抵抗を低いレベルに抑制することができる。

【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コンプレッサの外径を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。

【0010】

こ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コンプレッサ室の入口が第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、前記コンプレッサ間通路を、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。

【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、前記コンプレッサ間通路は、前記第２コンプレッサ室のスクロール部の下流端から直線状に延び出すストレート部と、前記ストレート部の下流端と、前記第１コンプレッサ室の前記第１タービン軸に沿った入口部とを繋ぐ曲げ部と、を備える構成とすることができる。

【0012】

このターボ過給機付エンジンによれば、第１コンプレッサ室の入口部付近の曲げ部を除いて、前記コンプレッサ間通路をストレート部によって形成することができるので、当該コンプレッサ間通路における吸気抵抗を低く抑えることができる。

【0013】

或いは、前記側面視において、前記コンプレッサ間通路は、前記第２コンプレッサ室のスクロール部の下流端と、前記第１コンプレッサ室の前記第１タービン軸に沿った入口部とを繋ぐ、弓形の湾曲通路である構成とすることができる。

【0014】

このターボ過給機付エンジンによれば、前記コンプレッサ間通路が弓形の湾曲通路、つまり全体的に緩やかに湾曲した通路とすることができるので、当該コンプレッサ間通路における吸気抵抗を低く抑えることができる。

【0015】

上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記吸気通路において前記第２コンプレッサ室よりも上流側には、ブローバイガスを前記吸気通路に合流させるブローバイ還流路が接続されている構成とすることができる。

【0016】

ブローバイ還流路が第２コンプレッサ室の上流側に接続されている場合、ブローバイ還流路よりも下流側の吸気通路において吸気の流れが乱れる（吸気抵抗が高い）部分が存在すると、当該部分にブローバイの油分が堆積してしまうことがある。上記のターボ過給機付エンジンによれば、ブローバイ還流路よりも下流側に配置されるコンプレッサ間通路の吸気の流れが乱れないので、前記油分の堆積を未然に防止することができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、２つの独立したターボ部が排気及び吸気経路に直列的に配置されてな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】

【0018】

【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、実施形態に係るターボ過給機を、コンプレッサ室側から見た側面図である。

【図9】図９は、上記エンジンの上面図（気筒の軸方向における平面図）である。

【図10】図１０は、大小ターボ軸の配置関係を示す模式図である。

【図11】図１１は、大小ターボ軸の配置関係を示す模式図である。

【図12】図１２は、変形実施形態に係るターボ過給機を、コンプレッサ室側から見た側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

［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。

【0020】

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、図略の吸気マニホールドと、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。

【0021】

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９参照）を備えている。

【0022】

排気マニホールド１４は、各気筒２の排気ポート２５（図５）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。

【0023】

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（第２ターボ部）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（第１ターボ部）とを備えている。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

［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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

［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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

［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（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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

ブローバイガスを吸気通路Ｐ１に合流させるブローバイ還流路４１１は、吸気導入通路４５に対して接続されている。すなわち、ブローバイ還流路４１１は、吸気通路Ｐ１において大コンプレッサ室３４よりも上流側に接続されている。このため、本実施形態では、ブローバイ還流路４１１よりも下流側の吸気通路Ｐ１において吸気の流れが乱れる部分が存在すると、当該部分にブローバイの油分が堆積する可能性がある。

【0048】

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。

【0049】

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、吸気通路Ｐ１において、大コンプレッサ３４Ｂ（大コンプレッサ室３４）が小コンプレッサ３６Ｂ（小コンプレッサ室３６）よりも上流側に配置されている。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

［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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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の斜視図である。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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

［タービン軸及びコンプレッサ間通路の配置について］
図８は、本実施形態に係るターボ過給機３を、大型、小型コンプレッサケース３１Ｃ、３２Ｃ（大、小コンプレッサ室３４、３６）側から見た側面図、図９は、ターボ過給機付エンジン１の概略的な上面図（気筒２の軸方向における平面視の図）である。図８に示されているように、吸気通路において上流側の大コンプレッサ室３４を区画する大型コンプレッサケース３１Ｃは、下流側の小コンプレッサ室３６を区画する小型コンプレッサケース３２Ｃの上方に配置されている。コンプレッサ間通路４６は、当該側面視において上下方向に概ね直線状に延びている。図８に示す通り、コンプレッサケース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。なお、図８に付されている左右の方向表示は、コンプレッサケース側からの側面視における左右方向を示しており、図１の方向表示とは左右方向が逆に表示されている。

【0068】

図９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。

【0069】

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９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の左側面１０Ｌに隣接し、後側面１０Ｂ付近の位置である。

【0070】

図９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ている。なお、図９では大ターボ軸Ｌ２及び小ターボ軸Ｌ３がエンジン出力軸Ｌ１と平行である例を示しているが、大、小ターボ軸Ｌ２、Ｌ３の少なくとも一方がエンジン出力軸Ｌ１に対して傾くような配置、或いは大、小ターボ軸Ｌ２、Ｌ３が大、小タービン軸３７、３８の軸範囲内又は軸範囲外で交差する配置等であっても良い。

【0071】

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８を参照して換言すると、エンジン本体１０の左側面１０Ｌ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。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の軸心の小ターボ軸Ｌ３とは、上下方向に離間していると共に、左右方向にも所定距離だけ離間している。このような大タービン軸３７及び小タービン軸３８の位置関係が満たされるように、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。

【0072】

図８の側面視において、大タービン軸３７は、その軸回りに反時計方向（図中の矢印ａ）に回転する。このことは、大スクロール部３１５の上流から下流に向かうスクロール方向も、反時計方向であることを意味する。大スクロール部３１５の下流端３１５Ｅ（第２コンプレッサ室の出口）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、小コンプレッサ室３６への入口部３２４Ａ（第１コンプレッサ室の入口）は、小ターボ軸Ｌ３の軸上に配置されている。下流端３１５Ｅと入口部３２４Ａ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。

【0073】

コンプレッサ間通路４６は、大コンプレッサ室３４の出口である下流端３１５Ｅから小コンプレッサ室３６の入口部３２４Ａへ至る吸気通路である。コンプレッサ間通路４６は、下流端３１５Ｅから直線状に下方へ延び出すストレート部４６１と、このストレート部４６１の下流端と入口部３２４Ａとを繋ぐ曲げ部４６２とを含む。ストレート部４６１は、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と、第１カップリング部３１６と下流端３１５Ｅとを繋ぐ第１連結部３１６Ｓと、第２カップリング部３２３と曲げ部４６２とを繋ぐ第２連結部３２３Ｓとからなる。

【0074】

第１連結部３１６Ｓは、図３に示されているように、前後方向には緩くカーブした通路であるが、図８に示す側面視では、第１カップリング部３１６の鉛直上方に位置している。第１カップリング部３１６、第２カップリング部３２３、コールドデカップラ３１７及び第２連結部３２３Ｓも、鉛直方向に並んでいる。つまり、ストレート部４６１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。曲げ部４６２は、上下方向に延びるストレート部４６１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た通路であり、小コンプレッサ３６Ｂの直ぐ上流に位置している。

【0075】

このようなコンプレッサ間通路４６は、図８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。つまりコンプレッサ間通路４６は、左右方向においてエンジン本体１０の左側面１０Ｌと大タービン軸３７との間に配置され、直線的に大型コンプレッサケース３１Ｃと小型コンプレッサケース３２Ｃとを繋いでいる。

【0076】

［ターボ軸の軸心間距離］
続いて、図８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１０及び図１１は、大、小ターボ軸Ｌ２、Ｌ３の配置関係を示す模式図であり、図８と同方向の側面視で大、小タービン軸３７、３８（大、小ターボ軸Ｌ２、Ｌ３）を示している。

【0077】

ターボ過給機３のコンパクト化を図り、コンプレッサ間通路４６の直線性を確保する観点から、大、小ターボ軸Ｌ２、Ｌ３の軸心間距離Ａは、大コンプレッサ３４Ｂ（第２コンプレッサ）の外径をＢとするとき、
Ｂ／２≦Ａ≦Ｂ ・・・（１）
の範囲に設定されることが好ましい。

【0078】

図１０は、軸心間距離Ａ＝Ｂ／２に設定された場合、すなわち大コンプレッサ３４Ｂの半径の長さ分だけ小ターボ軸Ｌが大ターボ軸Ｌ２に対して左方にシフトした場合の、コンプレッサ間通路４６の一態様を示している。この場合のコンプレッサ間通路４６は、図８の例とほぼ同様に、下流端３１５Ｅから下方に延びる大部分を上下方向に直線状の通路（ストレート部４６１）とし、入口部３２４Ａの付近において湾曲（曲げ部４６２）させた通路とすることができる。なお、軸心間距離ＡがＢ／２よりも小さくなると、曲げ部４６２において左右方向の湾曲度合いを大きくする必要が生じ、好ましくない。

【0079】

図１１は、軸心間距離Ａ＝Ｂに設定された場合、すなわち大コンプレッサ３４Ｂの直径の長さ分だけ小ターボ軸Ｌが大ターボ軸Ｌ２に対して左方にシフトした場合の、コンプレッサ間通路４６の一態様を示している。この場合、コンプレッサ間通路４６は、例えば下流端３１５Ｅからの延び出し部分に当たる上流部分で緩く左右方向へカーブさせ、下流部分で上下方向に直線状とし、曲げ部４６２に繋ぐ通路とすることができる。なお、軸心間距離ＡがＢよりも大きくなると、例えばコンプレッサ間通路４６の上流部分において左右方向の湾曲度合いを大きくする必要が生じ、好ましくない。

【0080】

［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３は、大型ターボ部３Ａと小型ターボ部３Ｂとを備える２ステージ型のターボ過給機である。大型ターボ部３Ａの大コンプレッサ室３４は、吸気通路Ｐ１において小型ターボ部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。このため、コンプレッサ間通路４６は、大タービン軸３７の周囲に存在する大スクロール部３１５の下流端３１５Ｅ（大コンプレッサ室３４の出口）と、小タービン軸３８の軸方向に開口することになる小コンプレッサ室３６の入口部３２４Ａとを繋ぐ。また、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ので、大、小コンプレッサ室３４、３６側から見る側面視によれば、小タービン軸３８は大タービン軸３７の左側にシフトした位置に存在する。

【0081】

上記の構成を前提として、大タービン軸３７はその軸周りに反時計方向に回転するので、大スクロール部３１５の下流端３１５Ｅの位置を、左右方向において小コンプレッサ室３６の入口部３２４Ａの位置に一致させ易くなる。すなわち、下流端３１５Ｅと入口部３２４Ａとが、概ね上下方向に直線状に並ぶ位置関係とし易くなる。

【0082】

その上で、コンプレッサ間通路４６が大タービン軸３７よりもエンジン本体１０側に配置されるので、当該コンプレッサ間通路４６は、前記側面視において、自ずと殆ど湾曲を要さない通路とすることができる。このため、コンプレッサ間通路４６をシンプル且つコンパクトな通路とすることができる。また、コンプレッサ間通路４６の入口部３２４Ａ付近の部分においては、上下方向に延びる通路を小タービン軸３８が延びる水平方向へ向かうよう吸気通路を三次元的に湾曲させる必要がある。本実施形態では、この通路の湾曲を、十分に余裕のある曲げＲをもって設定し易い。従って、コンプレッサ間通路４６を流通する吸気に偏在流等が生じず、吸気抵抗を低いレベルに抑制することができ、過給効率を高めることができる。

【0083】

また、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）式の範囲に設定されるので、小コンプレッサ室３６の入口部３２４Ａ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、コンプレッサ間通路４６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できる。

【0084】

さらに、前記側面視において、コンプレッサ間通路４６は、大スクロール部３１５の下流端３１５Ｅから直線状に延び出すストレート部４６１と、ストレート部４６１の下流端と、小コンプレッサ室３６の入口部３２４Ａとを繋ぐ曲げ部４６２とを備える。これにより、入口部３２４Ａ付近の曲げ部４６２を除いて、コンプレッサ間通路４６をストレート部４６１によって形成することができる。また、曲げ部４６２を、吸気抵抗が大きくなるような無理な湾曲形状にせずとも済む。従って、コンプレッサ間通路４６における吸気抵抗を低く抑えることができる。

【0085】

本実施形態では、ブローバイ還流路４１１は、吸気通路Ｐ１において大コンプレッサ室３４よりも上流側に接続されている。このため、吸気通路Ｐ１においてブローバイの油分が堆積する可能性がある。例えば、大スクロール部３１５から吐出された吸気は旋回流を形成しながらコンプレッサ間通路４６を通過するが、該通路内に吸気抵抗が大きい部分が存在すると該部分に旋回流が吹き当たり、ブローバイ油分の堆積を引き起こす。しかし、本実施形態では、ブローバイ還流路４１１よりも下流側に配置されるコンプレッサ間通路４６の吸気抵抗が低いので、前記油分の堆積を未然に防止することができる。

【0086】

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のコンプレッサ間通路４６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。

【0087】

［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。上記実施形態では、コンプレッサ間通路４６がストレート部４６１と曲げ部４６２とを具備する例を示した。これに代えて、コンプレッサ間通路４６を、例えば全体的に弓なりに緩く湾曲した通路とすることができる。

【0088】

図１２は、変形実施形態に係るターボ過給機３０を、コンプレッサ室側から見た側面図である。ターボ過給機３０が備えるコンプレッサ間通路４６Ａは、大スクロール部３１５の下流端３１５Ｅと小コンプレッサ室３６の入口部３２４Ａとを繋ぐ弓形の湾曲通路である。コンプレッサ間通路４６Ａは、下流端３１５Ｅと入口部３２４Ａとの間において、左方に緩く湾曲しており、その上下方向の中間付近において最もエンジン本体１０に接近している。このように、コンプレッサ間通路４６Ａが弓形の湾曲通路、つまり全体的に緩やかに湾曲した通路とすることによっても、当該コンプレッサ間通路４６Ａにおける吸気抵抗を低く抑えることができる。

【0089】

この他、小タービン軸３８の回転方向については、図８、図１２では大タービン軸３７と同様に反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】

【0090】

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）
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
３８ 小タービン軸
３１５Ｅ 下流端（第２コンプレッサ室の出口）
３２４Ａ 入口部（第１コンプレッサ室の入口）
４６、４６Ａ コンプレッサ間通路
４６１ ストレート部４６１
４６２ 曲げ部４６２
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】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】