JP2010255565A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】過給機及び排気還流装置を備えた内燃機関において、排気還流装置の制御弁の開閉不良を抑制した内燃機関を提供する。
【解決手段】エンジン１は、高圧側タービン室４２を有する高圧過給機４０及び低圧側タービン室５２を有する低圧過給機５０を有する多段式過給装置４と、排気通路の排気を吸気通路２３に還流する排気還流装置９と、燃焼室１１にて発生した排気を同排気通路３３に供給するエキゾーストマニホールド３２とを備えている。そして、多段式過給装置４には、エキゾーストマニホールド３２と接続する排気側過給通路８０が設けられ、排気側過給通路８０には、排気がエキゾーストマニホールド３２から低圧側タービン室５２に流れる状態と排気がエキゾーストマニホールド３２から高圧側タービン室４２に流れる状態とを切り替える機能と、排気還流装置９の排気還流量を調量する機能とを併せ有する切替制御バルブ６０が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧側タービン室を有する高圧過給機及び低圧側タービン室を有する低圧過給機を有する多段式過給機と、排気通路の排気を吸気通路に還流する排気還流装置と、燃焼室にて発生した排気を同排気通路に供給するエキゾーストマニホールドとを備える内燃機関に関する。

内燃機関には、吸気の過給特性の向上を図る目的として、吸気通路において高圧段及び低圧段のコンプレッサホイールが吸気の流れ方向に対して直列に設けられるとともに排気通路において高圧段及び低圧段のタービンホイールが排気の流れ方向に対して直列に設けられた、いわゆる多段式過給装置を備えるものが知られている。また、内燃機関には、機関出力の向上及び排気エミッションの低減等を目的として、排気通路を流れる排気を吸気通路に還流する排気還流装置が設けられている。このような多段式過給装置及び排気還流装置を備えた内燃機関としては、特許文献１のものが挙げられる。

図９を参照して、従来の多段式過給装置及び排気還流装置を備えた内燃機関の構造について説明する。
図９に示すように、この内燃機関１００では、吸気通路１１０に設けられたインテークマニホールド１１１を介して内燃機関本体１２０の燃焼室１２１に空気が供給される。そして燃焼室１２１にて燃焼した排気がエキゾーストマニホールド１１２を介して排気通路１３０に排出される。排気通路１３０には、高圧過給機１５０のタービン室１５１に排気を供給する第１接続配管１４０と、低圧過給機１６０のタービン室１６１に排気を供給する第２接続配管１４１と、各タービン室１５１，１６１を互いに接続する第３接続配管１４２とが設けられている。この第３接続配管１４２は、タービン室１５１の排気下流側に接続されるとともに、第２接続配管１４１に合流する態様にて設けられている。また、第２接続配管１４１には、第１接続配管１４０に供給された排気を同第１接続配管１４０を通じて高圧過給機１５０のタービン室１５１へ供給する状態と、排気を第２接続配管１４１を通じて低圧過給機１６０のタービン室１６１に供給する状態とを切り替える切替バルブ１７０が設けられている。

エキゾーストマニホールド１１２には、エキゾーストマニホールド１１２と吸気通路１１０とを互いに接続する連通路１８１を有する排気還流装置１８０が設けられている。この排気還流装置１８０の連通路１８１には、排気通路１３０から吸気通路１１０に還流する排気の量、即ちＥＧＲガスの量を調節するＥＧＲ弁１８２が設けられている。また、ＥＧＲ弁１８２より排気上流側には、連通路１８１の排気を冷却するＥＧＲクーラ１８３が設けられている。なおＥＧＲ弁１８２は、連通路１８１においてインテークマニホールド１１１の近傍に配設されている。

特開２００５−９８２５０号公報

ところで、内燃機関本体１２０におけるインテークマニホールド１１１が配置される側は、同エキゾーストマニホールド１１２が配置される側よりも雰囲気温度が低くなっている。そのため、ＥＧＲ弁１８２には、排気に含まれる未燃炭化水素（以下、「未燃ＨＣ」）が堆積してしまい、ＥＧＲ弁１８２の開閉不良を引き起こしてしまう場合がある。また、低温時には、ＥＧＲ弁１８２に凝縮水が生じることに起因して開閉不良を引き起こしてしまう場合がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、多段式過給装置及び排気還流装置を備えた内燃機関において、排気還流装置の制御弁の開閉不良を抑制することのできる内燃機関を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、高圧側タービン室が形成される高圧側タービンハウジングを有する高圧過給機及び低圧側タービン室が形成される低圧側タービンハウジングを有する低圧過給機を有する多段式過給装置と、排気通路の排気を吸気通路に還流する排気還流装置と、燃焼室にて発生した排気を同排気通路に供給するエキゾーストマニホールドとを備える内燃機関において、前記排気通路は、前記エキゾーストマニホールドと前記高圧側タービン室及び前記低圧側タービン室とを接続する接続通路を含み、同接続通路には、排気が前記エキゾーストマニホールドから前記低圧側タービン室に流れる状態と前記エキゾーストマニホールドから前記高圧側タービン室に流れる状態とを切り替える機能と、前記排気還流装置の排気還流量を調量する機能とを併せ有する切替制御バルブが設けられることを要旨とする。

この発明によれば、エキゾーストマニホールドと高圧側タービン室及び低圧側タービン室とを接続する接続通路に切替制御バルブが設けられるため、同切替制御バルブの雰囲気温度がこれが例えばインテークマニホールド近傍に設けられた場合と比較して高くなる。したがって、未燃ＨＣの堆積により切替制御バルブにおいて開閉不良が発生することを抑制することができる。また、低温時においても、雰囲気温度が高いことにより切替制御バルブに凝縮水が生じにくい環境となるため、そうした凝縮水に起因する切替制御バルブの開閉不良を制御することができるようになる。

また、切替制御バルブが、図９に示す従来構造の切替バルブ１７０とＥＧＲ弁１８２との機能を併せ有する構成であるため、従来構造では切替バルブ１７０及びＥＧＲバルブ１８２についてそれぞれ必要であった配置スペースを切替制御バルブの１つの配置スペースに集約することができる。したがって、内燃機関の他の構成部品のための配置スペースを確保することができるようになる。更に、従来構造では切替バルブ１７０及びＥＧＲバルブ１３２の２つ必要であったのが、切替制御バルブの１つになったことにより、内燃機関を構成する部品点数の削減を図ることができるようになる。

（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関において前記高圧側タービンハウジングと前記低圧側タービンハウジングとは一体に構成されることを要旨とする。
この発明によれば、高圧側タービンハウジングと低圧側タービンハウジングとを互いに離間した態様にて設けた場合と比較して、多段式過給装置の装置全体として小型化を図ることができるようになる。

（３）請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の内燃機関において、前記切替制御バルブは、前記高圧側タービン室に排気を供給する第１供給部と、前記低圧側タービン室に排気を供給する第２供給部と、前記排気還流装置に排気を供給する第３供給部とが設けられた基部と、前記第２供給部及び前記第３供給部の開閉状態を制御する弁体とを備えることを要旨とする。

（４）請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関において、前記排気還流装置には、前記切替制御バルブと前記吸気通路とを接続する連通路が設けられ、前記連通路の吸入口は、前記切替制御バルブの前記基部に対して前記高圧側タービン室の吸入口及び前記低圧側タービン室の吸入口の少なくとも一方と前記接続通路との接続方向に対して直交する方向に接続されて同方向に延伸することを要旨とする。

この発明によれば、連通路が高圧側タービンハウジング及び低圧側タービンハウジングの少なくとも一方とエキゾーストマニホールドとの間に形成される空間に設けることが可能となり、同連通路が高圧側タービンハウジングや低圧側タービンハウジング、あるいはエキゾーストマニホールドと干渉することを抑制することができるようになる。

（５）請求項５に記載の発明は、請求項３または請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関において、前記第２供給部の排気が通過する流路断面積は、前記第１供給部の同流路断面積よりも大きいことを要旨とする。

この発明によれば、低圧側タービン室に供給される排気の流量を高圧側タービン室に供給される排気の流量よりも大きく設定することができる。したがって、低圧過給機を作動させる場合において、その応答性を向上させることができるようになる。

（６）請求項６に記載の発明は、請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関において、前記第２供給部の排気が通過する流路断面積は、前記第３供給部の同流路断面積よりも大きいことを要旨とする。

この発明によれば、高圧側タービン室に供給される排気の流量を排気還流装置に供給される排気の流量よりも大きく設定することができる。したがって、エキゾーストマニホールドからの排気が排気還流装置よりも高圧過給機に多く流れるため、高圧過給機を作動させる場合において、その応答性を向上させることができるようになる。

（７）請求項７に記載の発明は、請求項３〜請求項６のいずれか一項に記載の内燃機関において、前記第１供給部の排気が通過する流路断面積は、前記第３供給部の同流路断面積よりも大きいことを要旨とする。

この発明によれば、低圧側タービン室に供給される排気の流量を排気還流装置に供給される排気の流量よりも大きく設定することができる。したがって、エキゾーストマニホールドからの排気が排気還流装置よりも低圧過給機に多く流れるため、低圧過給機を作動させる場合において、その応答性を向上させることができるようになる。

（８）請求項８に記載の発明は、請求項３〜請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関において、前記基部は、平板状をなし前記エキゾーストマニホールドと前記高圧側タービン室及び前記低圧側タービン室を形成するハウジングとの間に介装されるものであり、前記第１供給部及び前記第２供給部は、前記基部を厚み方向に貫通する貫通孔によりそれぞれ形成されることを要旨とする。

この発明によれば、切替制御バルブがエキゾーストマニホールドと高圧側タービン室及び低圧側タービン室との距離を短くすることができるようになる。また、切替制御バルブがエキゾーストマニホールドの吐出口と高圧側タービン室の吸入口及び低圧側タービン室の吸入口のそれぞれを直接接続することにより、切替制御バルブとエキゾーストマニホールドとを接続するための接続配管及び切替制御バルブと高圧側タービン室及び低圧側タービン室のそれぞれを接続するための接続配管が不要となる。したがって、内燃機関の部品点数を削減することができるようになる。

（９）請求項９に記載の発明は、請求項３〜請求項８のいずれか一項に記載の内燃機関において、前記弁体は、機関負荷状態が低負荷のとき、前記第２供給部を全閉とすることを要旨とする。

この発明によれば、機関負荷状態が低負荷のときにはエキゾーストマニホールドからの排気が直接低圧側タービン室に供給されず、高圧側タービン室に供給されるようになる。これにより、低負荷において高圧過給機を作動状態にするとき、その応答性を向上させることができるようになる。

（１０）請求項１０に記載の発明は、請求項３〜請求項９のいずれか一項に記載の内燃機関において、前記弁体は、機関負荷状態が中負荷のとき、前記第２供給部及び前記第３供給部はそれぞれ開状態であることを要旨とする。

この発明によれば、機関負荷状態が中負荷のときには、エキゾーストマニホールドから高圧側タービン室を介することなく低圧側タービン室に供給されるため、中負荷において低圧過給機が作動するときには、その応答性を向上させることができるようになる。また、排気還流装置にて排気を還流するため、排気性状の悪化を抑制することができる。

（１１）請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の内燃機関において、前記弁体は、機関負荷状態が中負荷のとき、同中負荷の範囲内において負荷が増大するにつれて前記第２供給部の開度を増大させることを要旨とする。

この発明によれば、機関負荷状態が中負荷のときには、その中負荷の範囲内において負荷が増大するにつれて第２供給部の開度が増大することにより、エキゾーストマニホールドから高圧側タービン室を介することなく低圧側タービン室に供給される排気の量が負荷の増大に伴い増大することになる。したがって、負荷の増大に伴い低圧過給機の過給圧が増大するため、負荷に応じた過給を行うことができるようになる。

（１２）請求項１２に記載の発明は、請求項３〜請求項１１のいずれか一項に記載の内燃機関において、前記弁体は、機関負荷状態が高負荷のとき、前記第２供給部を全開とするとともに、前記第３供給部を全閉とすることを要旨とする。

この発明によれば、機関負荷状態が高負荷のときには、第２供給部を全開とすることにより、低圧過給機の駆動を最大の状態とすることができる。したがって、吸気通路の過給特性を向上させることができるようになる。また、第３供給部を全閉とすることにより、排気還流装置への排気の供給を停止し、機関出力の向上を図ることができるようになる。

（１３）請求項１３に記載の発明は、請求項３〜請求項１２のいずれか一項に記載の内燃機関において、前記弁体は、単一部材により構成されることを要旨とする。
この発明によれば、弁体を複数の部材の組み合わせにて構成された場合よりも部品点数を削減することができる。したがって、切替制御バルブの構成を簡素化できるとともに、コストダウンを図ることができるようになる。

（１４）請求項１４に記載の発明は、請求項３〜請求項１３のいずれか一項に記載の内燃機関において、前記弁体は、前記第２供給部に設けられる第１弁体及び前記第３供給部に設けられる第２弁体により構成され、前記第２供給部と前記第３供給部とは、前記基部の所定の方向において同位置に設けられ、前記第１弁体及び前記第２弁体を回転させることによりそれぞれの開閉を可能とするとともに、前記第１弁体及び前記第２弁体の双方に挿通する共通のシャフトが設けられることを要旨とする。

この発明によれば、第１弁体及び第２弁体をそれぞれ別々のシャフトにて構成した場合よりも切替制御バルブを構成する部品点数を削減することができる。したがって、切替制御バルブの構成を簡素化できるとともにコストダウンを図ることができるようなる。

（１５）請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の内燃機関において、前記第１弁体及び前記第２弁体とはともにバタフライ弁であり、前記第１弁体に対して前記第２弁体は、互いに直交する態様にて前記シャフトに取り付けられてなることを要旨とする。

この発明によれば、機関負荷状態が高負荷のときに、第１弁体により第２供給部を全開とし、第２弁体により第３供給部を全閉とすることができる。したがって、低圧過給機の駆動を最大にすることができるとともに、排気還流装置からの排気が燃焼室に供給されなくなるため、機関出力の向上を図ることができるようになる。

（１６）請求項１６に記載の発明は、請求項３〜請求項１５のいずれか一項に記載の内燃機関において、前記高圧側タービン室の吸入口と前記低圧側タービン室の吸入口とは互いに隣接して設けられることを要旨とする。

この発明によれば、高圧側タービン室の吸入口と低圧側タービン室の吸入口とが互いに隣接することにより、切替制御バルブの基部に設けられる第１供給部と第２供給部との距離を短くすることができる。したがって、基部を小型化することができるようになり、ひいては切替制御バルブの小型化を図ることができるようになる。

（１７）請求項１７に記載の発明は、請求項１６に記載の内燃機関において、前記基部には、前記排気還流装置における前記エキゾーストマニホールドとの接続口が、前記高圧側タービンハウジングの前記エキゾーストマニホールドとの接続口と前記低圧側タービンハウジングの前記エキゾーストマニホールドとの接続口の少なくとも一方と隣接して設けられることを要旨とする。

この発明によれば、基部の排気還流装置の接続口が高圧側タービンハウジングの接続口または低圧タービンハウジングの接続口の少なくとも一方と隣接するため、基部を小型化することができるようになり、切替制御バルブの小型化を図ることができるようになる。

（１８）請求項１８に記載の発明は、請求項１〜請求項１７のいずれか一項に記載の内燃機関において、前記切替制御バルブは、前記エキゾーストマニホールドの吐出口及び前記高圧側タービン室の吸入口及び前記低圧側タービン室の吸入口のそれぞれを直接接続し、前記切替制御バルブに対して、前記エキゾーストマニホールドの吐出口と前記高圧側タービンハウジングの前記エキゾーストマニホールドとの接続口及び前記低圧側タービンハウジングの前記エキゾーストマニホールドとの接続口とが互いに反対側に位置する態様にて設けられることを要旨とする。

この発明によれば、切替制御バルブに対してエキゾーストマニホールドと高圧側タービンハウジング及び低圧側タービンハウジングとが同じ側に位置する態様にて設けられた場合と比較して、切替制御バルブとエキゾーストマニホールド、高圧側タービンハウジング及び低圧側タービンハウジングとの接続態様が簡単化されるようになる。

（１９）請求項１９に記載の発明は、請求項１８に記載の内燃機関において、前記多段式過給装置には、前記高圧側タービン室と前記低圧側タービン室とを互いに接続する連通用排気通路が設けられ、前記連通用排気通路は、前記高圧側タービン室及び前記低圧側タービン室の少なくとも一方に一体に設けられることを要旨とする。

この発明によれば、連通用排気通路が高圧側タービン室及び低圧側タービン室の少なくとも一方に一体に設けられることにより、連通用排気通路を高圧側タービンハウジング及び低圧側タービンハウジングとは別の配管等にて構成する場合と比較して、多段式過給装置を構成する部品点数を削減することができるようになる。

（２０）請求項２０に記載の発明は、請求項１８または請求項１９に記載の内燃機関において、前記高圧側タービンハウジングと前記低圧側タービンハウジングとは単一部材にて構成されることを要旨とする。

この発明によれば、高圧側タービンハウジング及び低圧側タービンハウジングを各別の部材によって構成される場合と比較して、多段式過給装置の部品点数を削減することができるようになる。

（２１）請求項２１に記載の発明は、請求項１８〜請求項２０のいずれか一項に記載の内燃機関において、前記多段式過給装置には、前記エキゾーストマニホールドからの排気を前記低圧過給機に供給する低圧側排気通路が設けられ、前記低圧側タービンハウジングには、前記低圧側排気通路が一体に設けられることを要旨とする。

この発明によれば、低圧側排気通路が低圧側タービンハウジングに一体に設けられることにより、低圧側排気通路と低圧側タービンハウジングとが各別の部材によって構成される場合と比較して、多段式過給装置の部品点数の削減を図ることができるようになる。

（２２）請求項２２に記載の発明は、請求項１８〜請求項２１のいずれか一項に記載の内燃機関において、前記多段式過給装置には、前記エキゾーストマニホールドからの排気を前記高圧過給機に供給する高圧側排気通路が設けられ、前記高圧側タービンハウジングには、前記高圧側排気通路が一体に設けられることを要旨とする。

この発明によれば、高圧側排気通路が高圧側タービンハウジングに一体に設けられることにより、高圧側排気通路と高圧側タービンハウジングとが各別の部材によって構成される場合と比較して、多段式過給装置の部品点数の削減を図ることができるようになる。

本発明の内燃機関を具体化した第１の実施形態について、同内燃機関の構成を模式的に示す模式図。 同実施形態の高圧過給機について、同過給機を軸方向に沿う断面構造を示す断面図。 同実施形態の高圧側タービン室と低圧側タービン室について、（ａ）高圧側タービン室及び低圧側タービン室の平面構造を示す平面図、（ｂ）高圧側タービン室を高圧側タービン室が配置される方向の側面から見た側面構造を示す側面図、（ｃ）高圧側タービン室及び低圧側タービン室の正面構造を示す平面図。 同実施形態の切替制御バルブについて、機関負荷状態が低負荷のときの制御弁の状態における斜視構造を示す斜視図。 同実施形態の切替制御バルブについて、機関負荷状態が中負荷のときの制御弁の状態における斜視構造を示す斜視図。 同実施形態の切替制御バルブについて、機関負荷状態が高負荷のときの制御弁の状態における斜視構造を示す斜視図。 同実施形態の切替制御バルブについて、（ａ）高圧側タービン室と低圧側タービン室とエキゾーストマニホールドとの断面構造を示す断面図、（ｂ）切替制御バルブから見た切替制御バルブと高圧側タービン室及び低圧側タービン室との側面構造を示す側面図。 本発明の内燃機関を具体化した第２の実施形態について、切替制御バルブの斜視構造を示す斜視図。 従来の内燃機関について、同内燃機関の構成を模式的に示す模式図。

図１〜図７を参照して、本発明の内燃機関を、多段式過給機及び排気還流装置を備えたディーゼルエンジン（以下、「エンジン１」）として具体化した第１の実施形態について説明する。

図１に示すように、エンジン１のエンジン本体１０には、外部からエンジン１内に取り込まれる吸気を燃焼室１１へ供給する吸気通路２３と、燃焼室１１から排出されたガス（以下、「排気」）を外部へ排出する排気通路３３とがそれぞれ接続されている。

また、吸気通路２３及び排気通路３３のそれぞれには、排気通路３３内を流通する排気により吸気通路２３内の吸気を過給する多段式過給装置４が設けられている。また、エンジン１には、排気通路３３内の排気を吸気通路２３に還流する排気還流装置９が設けられている。

吸気通路２３は、吸気が流通するための吸気管２１と、吸気管２１の吸気を各燃焼室１１に供給するインテークマニホールド２２とにより構成されている。吸気管２１には、吸気上流側から順に外気に含まれる塵埃等の異物を捕捉するエアクリーナ２４と、吸気通路２３内の吸気を冷却するインタークーラ２５と、吸気量を調節するディーゼルスロットル２６とが設けられている。

排気通路３３は、排気が流通するための排気管３１と、各燃焼室１１からの排気を排気管３１に供給するエキゾーストマニホールド３２とにより構成されている。排気管３１には、排気を浄化する排気浄化装置３４が設けられている。

多段式過給装置４には、高圧過給機４０及び低圧過給機５０と、吸気通路２３の一部を構成する吸気側過給通路７０及び排気通路３３の一部を構成する排気側過給通路８０とが設けられている。高圧過給機４０は低圧過給機５０よりも体格が小さく設定されるとともに膨張比及び圧縮比が大きく設定されている。また、吸気側過給通路７０は、吸気通路２３のうちのエアクリーナ２４とインタークーラ２５との間に設けられ、排気側過給通路８０は、排気通路３３のうちのエキゾーストマニホールド３２と排気浄化装置３４との間に設けられている。

高圧過給機４０のハウジング４１内には、高圧側タービン室４２及び高圧側コンプレッサ室４３が形成されている。高圧側タービン室４２には、排気により回転するタービンホイール４５が設けられている。高圧側コンプレッサ室４３には、吸気を過給するコンプレッサホイール４６が設けられている。これらホイールは、ロータシャフト４７により接続されている。

低圧過給機５０のハウジング５１内には、低圧側タービン室５２及び低圧側コンプレッサ室５３が形成されている。低圧側タービン室５２には、排気により回転するタービンホイール５５が設けられている。低圧側コンプレッサ室５３には、吸気を過給するコンプレッサホイール５６が設けられている。これらホイールは、ロータシャフト５７により接続されている。

吸気側過給通路７０は、入口側吸気通路７１、高圧側吸気通路７２、低圧側吸気通路７３及び連通用吸気通路７４により構成されている。また、低圧側吸気通路７３には、吸気側切替バルブ７５が設けられている。入口側吸気通路７１は、エアクリーナ２４と低圧側コンプレッサ室５３とを接続している。高圧側吸気通路７２は、高圧側コンプレッサ室４３の出口とインタークーラ２５の入口とを接続している。低圧側吸気通路７３は、低圧側コンプレッサ室５３と高圧側吸気通路７２とを接続している。連通用吸気通路７４は、低圧側吸気通路７３における吸気側切替バルブ７５の吸気上流側から分岐するとともに高圧側コンプレッサ室４３の入口に接続している。

吸気側切替バルブ７５は、制御装置を通じて開閉制御される電磁弁であり、開弁状態にあるときには低圧過給機５０のコンプレッサ室５３とインタークーラ２５の入口との間を連通し、閉弁状態にあるときには低圧過給機５０のコンプレッサ室５３とインタークーラ２５の入口との間を遮断する。

排気側過給通路８０は、入口側排気通路８１、高圧側排気通路８２、低圧側排気通路８３、連通用排気通路８４及び出口側排気通路８５により構成されている。また、排気側過給通路８０には、切替制御バルブ６０が設けられている。この切替制御バルブ６０は、排気側過給通路８０において高圧過給機４０および低圧過給機５０の排気上流側に位置している。入口側排気通路８１は、エキゾーストマニホールド３２と切替制御バルブ６０の入口とを接続している。高圧側排気通路８２は、切替制御バルブ６０の出口と高圧過給機４０のタービン室４２の入口とを接続している。低圧側排気通路８３は、切替制御バルブ６０の出口と低圧側タービン室５２の入口とを接続している。連通用排気通路８４は、高圧側タービン室４２の出口と低圧側タービン室５２の入口とを接続している。出口側排気通路８５は低圧過給機５０のタービン室５２の出口と排気浄化装置３４とを接続している。

排気還流装置９には、排気通路３３及び吸気通路２３を互いに連通する連通管９ａが設けられている。具体的には、連通管９ａは、切替制御バルブ６０とインテークマニホールド２２とを接続している。これにより、連通管９ａ内の通路（以下、「排気還流通路９ｃ」）が、切替制御バルブ６０とインテークマニホールド２２とを互いに連通することになる。この連通管９ａには、排気を冷却するＥＧＲクーラ９ｂが設けられている。この排気還流装置９により、排気通路３３の排気の一部は、ＥＧＲクーラ９ｂを介して冷却された状態にて吸気通路２３の吸気と混合され、燃焼室１１に供給されるようになる。

切替制御バルブ６０は、エキゾーストマニホールド３２からの排気を入口側排気通路８１及び高圧側排気通路８２を介して高圧側タービン室４２へ供給する状態と排気を入口側排気通路８１及び低圧側排気通路８３を介して低圧側タービン室５２へ供給する状態とを切り替える機能と、排気還流通路９ｃへ還流する排気の流量を調節する機能とを併せ有する四方切替弁である。この切替制御バルブ６０は機関負荷状態に応じて開閉切替動作を行う。具体的には、機関負荷状態が低負荷のときには切替制御バルブ６０の低圧側排気通路８３側が閉弁するとともに排気還流通路９ｃ側が開弁し、機関負荷状態が中負荷のときには切替制御バルブ６０の低圧側排気通路８３側及び排気還流通路９ｃ側がともに開弁し、機関負荷状態が高負荷のときには、切替制御バルブ６０の低圧側排気通路８３側が開弁し、排気還流通路９ｃ側が閉弁する。

ところで、図９に示す従来構造においては、ＥＧＲ弁１８２がインテークマニホールド１１１との合流部に近いため、ＥＧＲ弁１８２からインテークマニホールド１１１に供給される排気の流速が低下するようになる。したがって、吸気通路１１０から高圧過給機１５０または低圧過給機１６０を経てインテークマニホールド１１１に供給される過給された吸気との間に速度差を生じてしまう。その結果、これら吸気が互いに混合され難くなり、燃焼室１１内での燃焼安定性を低下させてしまう場合があった。

また、エンジン本体のインテークマニホールド１１１が配置される側は、エキゾーストマニホールド１１２が配置される側と比較して、雰囲気温度が低いため、高い雰囲気温度下におかれることを嫌う構成部品が多く配設される。そのため、ＥＧＲ弁１８２がエンジン本体のインテークマニホールドが配置される側に配置されると、他の構成部品の配置スペースが確保し難くなってしまう。

その点において、本実施形態の切替制御バルブ６０は、エキゾーストマニホールド３２と高圧過給機４０及び低圧過給機５０とを接続する接続通路を構成する排気側過給通路８０に設けられるため、排気還流通路９ｃにおける切替制御バルブ６０からエキゾーストマニホールド３２との合流部までの距離を長くなる。したがって、インテークマニホールド２２において吸気と混合される排気（ＥＧＲガス）の流速が高められるようになり、上記のような排気と吸気との混合が困難な問題の発生を抑制することができるようになる。また、エンジン本体１０のインテークマニホールド２２が配置される側の配置スペースが確保し難くなる問題を解消することができるようになる。

図２を参照して、高圧過給機４０及び低圧過給機５０の内部構造について説明する。ここで、高圧過給機４０及び低圧過給機５０のそれぞれは、互いに体格が異なるのみであり、内部構造は概ね共通しているため、高圧過給機４０についてのみ説明する。また、図中の括弧にて付した符号は、高圧過給機４０の部位に対応する低圧過給機５０の同一部位を示している。なお、高圧側タービン室４２については、図３以降にて詳細な構造の説明をするため、図２の高圧側タービン室４２の一部とその説明を省略する。

図２に示すように、高圧過給機４０の外枠を形成するハウジング４１には、タービンハウジング４１ａと、コンプレッサハウジング４１ｂと、タービンハウジング４１ａとコンプレッサハウジング４１ｂとの間に設けられる支持ハウジング４１ｃとにより構成されている。タービンハウジング４１ａは、その内部に高圧側タービン室４２が形成され、コンプレッサハウジング４１ｂは、その内部に高圧側コンプレッサ室４３が形成され、支持ハウジング４１ｃは、その内部に支持部４４が形成されている。この支持部４４は、タービンホイール４５及びコンプレッサホイール４６を互いに接続するロータシャフト４７を回転可能に支持する軸受機構４８が設けられている。この軸受機構４８は、高圧側タービン室４２側及び高圧側コンプレッサ室４３側にそれぞれ配設されている。

高圧側コンプレッサ室４３には、連通用吸気通路７４に接続されるとともに低圧過給機５０のコンプレッサ室５３からの空気を吸入する吸入側接続部４３ａと、インタークーラ２５と接続するとともに同インタークーラ２５に向けて吐出する吐出側接続部４３ｂとが設けられている。吸入側接続部４３ａの接続口となる吸入口４３ｃは、ロータシャフト４７の延設方向に沿った方向に開口されている。そして、吐出側接続部４３ｂの接続口となる吐出口４３ｄは、ロータシャフト４７の延設方向に対して直交した方向に開口されている。

以上の構成により、高圧側タービン室４２内に排気が供給されることによって、タービンホイール４５が回転するとともに、ロータシャフト４７に接続されたコンプレッサホイール４６が回転する。これにより、排気通路３３の排気を効率よく排出するとともに、吸気通路２３の吸気を燃焼室１１に過給することができる。

図３を参照して、高圧過給機４０のタービンハウジング４１ａ及び低圧過給機５０のタービンハウジング５１ａの配置態様及び接続態様について説明する。ここで、図３（ａ）は、統合タービンハウジング９０を低圧側タービン室５２の吐出口５２ｄ側より見た平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の矢視Ｂ方向から見た側面図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）の矢視Ｃ方向から見た正面図である。なお、図３（ａ）の破線は、統合供給部９１に設けられた各通路を示している。

一般に、多段式過給装置をエンジンに搭載する場合、高圧過給機及び低圧過給機の２種類の過給機を用いるため、エンジンの車両内における搭載スペースを多段式過給装置が占める割合が１つの過給機を用いた構造よりも増大してしまう。特に高圧過給機及び低圧過給機は互いに複数種類の配管にて接続されるとともに他の構成部材とも配管にて接続されるため、配管接続態様も複雑となり、それに伴い配管の部品点数の増加及び配置スペースの増大も懸念される。そのため、多段式過給機の部品点数を低減するとともに配置スペースをコンパクト化することが望まれている。

そこで、本実施形態では、高圧過給機４０及び低圧過給機５０の各タービンハウジング４１ａ，５１ａを一体化することにより、高圧過給機４０及び低圧過給機５０の配管接続の部品点数の低減及びコンパクト化を図るとともに、高圧過給機４０及び低圧過給機５０自体のコンパクト化を図っている。以下に、高圧過給機４０のタービンハウジング４１ａ及び低圧過給機５０のタービンハウジング５１ａの具体的な構成について説明する。

図３（ａ）に示すように、高圧過給機４０のタービンハウジング４１ａと低圧過給機５０のタービンハウジング５１ａとは単一部材にて構成されることにより一体化が図られている（以下、「統合タービンハウジング９０」）。この統合タービンハウジング９０には、エキゾーストマニホールド３２（図１参照）からの排気を供給するための統合供給部９１が設けられている。また、高圧過給機４０のタービンハウジング４１ａ及び低圧過給機５０のタービンハウジング５１ａには、スクロール部４２ａ，５２ａがそれぞれ設けられている。また、高圧過給機４０及び低圧過給機５０の配置態様は、高圧過給機４０のロータシャフト４７と低圧過給機５０のロータシャフト５７とが互いに平行となるとともに、ロータシャフト４７，５７の延設方向に対して直交する方向に対して高圧側タービン室４２及び低圧側タービン室５２が並列に配置されている。そして、これら高圧側タービン室４２及び低圧側タービン室５２のロータシャフト４７の延設方向に対して直交する方向における間に統合供給部９１が配置されている。

統合供給部９１には、エキゾーストマニホールド３２からの排気を高圧側タービン室４２に供給する高圧側供給部９２と、排気を低圧側タービン室５２に供給する低圧側供給部９３と、スクロール部４２ａから低圧側タービン室５２に接続する連通用供給部９４とが設けられている。これら高圧側供給部９２、低圧側供給部９３及び連通用供給部９４内のそれぞれの空間には、高圧側供給通路９２Ａ、低圧側供給通路９３Ａ及び連通用供給通路９４Ａが形成されている。

低圧側供給部９３は、統合供給部９１に設けられた連通用供給部９４と合流するように設けられ、スクロール部５２ａに排気を供給するようになる。したがって、低圧側供給通路９３Ａと連通用供給通路９４Ａは、スクロール部５２ａの一つの入口において同スクロール部５２ａに排気を供給するようになる。

図３（ｂ）に示すように、連通用供給部９４は、統合供給部９１から高圧側タービン室４２に向かい延設されている部位を含んでいる。そして、連通用供給部９４の同部位には、ロータシャフト４７と同軸の円筒形状の通路である第１通路９４ａと、この第１通路９４ａから屈曲するとともに低圧側タービン室５２に向かう第２通路９４ｂとが設けられている。この第２通路９４ｂは、第１通路９４ａの延設方向に対して直交する方向に延設されている。また、高圧側供給部９２と第２通路９４ｂとは互いに隣接するとともに、ロータシャフト４７の延設方向に対して略同位置に配設されている。この配置構成により、統合供給部９１の大型化を抑制し、ひいては統合タービンハウジング９０の大型化を抑制している。

図３（ｃ）に示すように、ロータシャフト４７の延設方向において、高圧側タービン室４２のスクロール部４２ａと低圧側タービン室５２のスクロール部５２ａとは互いに異なった位置に設けられている。具体的には、ロータシャフト４７の延設方向において、高圧側タービン室４２のスクロール部４２ａは、低圧側タービン室５２のスクロール部５２ａよりもコンプレッサ室４３側に位置する態様にて設けられている。

また、ロータシャフト４７の延設方向において、連通用供給部９４の第２通路９４ｂは、低圧側タービン室５２のスクロール部５２ａと同位置となる態様にて設けられている。そして、高圧側供給部９２も同様にスクロール部５２ａと同位置となる態様にて設けられている。

図４〜図９を参照して、切替制御バルブ６０の構造及び高圧過給機４０及び低圧過給機５０及びエキゾーストマニホールド３２との接続態様について説明する。図４は、機関負荷状態が低負荷のときの切替制御バルブ６０の開閉態様を示し、図５は、機関負荷が中負荷のときの切替制御バルブ６０の開閉態様を示し、図６は、機関負荷が高負荷のときの切替制御バルブの開閉態様を示している。

図４に示すように、切替制御バルブ６０には、エキゾーストマニホールド３２の吐出口３２ａ（図７参照）と統合供給部９１（図３参照）とにそれぞれ直接接続される平板状の基部６１が設けられている。この基部６１には、エキゾーストマニホールド３２からの排気を統合供給部９１に供給する供給部６２が設けられている。この供給部６２には、高圧側供給部９２に排気を供給する第１供給部６２ａと低圧側供給部９３に排気を供給する第２供給部６２ｂとが設けられている。また供給部６２には、エキゾーストマニホールド３２からの排気を排気還流装置９の連通管９ａに供給する第３供給部６２ｃが設けられている。

第１供給部６２ａ及び第２供給部６２ｂは、それぞれ基部６１の厚さ方向に沿って貫通する円形の貫通孔にて形成されている。そして、第３供給部６２ｃは、基部６１のエキゾーストマニホールド３２の吐出口３２ａが接続される側の面６１ａから基部６１の厚み方向に沿って延びるとともに、その厚み方向に対して直交する方向に延びる態様の円形の貫通孔にて形成されている（図７（ｂ）参照）。

第１供給部６２ａ〜第３供給部６２ｃの大きさの関係について、第２供給部６２ｂの内径Ｒ２は、第１供給部６２ａの内径Ｒ１及び第３供給部６２ｃの内径Ｒ３よりも大きく形成されている。また、第１供給部６２ａの内径Ｒ１は、第３供給部６２ｃの内径Ｒ３よりも大きく形成されている。これらの内径Ｒ１〜Ｒ３の大きさの関係（Ｒ２＞Ｒ１＞Ｒ３）により第２供給部６２ｂがエキゾーストマニホールド３２からの排気の通過を許容する流路断面積は、第１供給部６２ａ及び第３供給部６２ｃの流路断面積よりも大きくなる。そして、第２供給部６２ｂの流路断面積は、第３供給部６２ｃの流路断面積よりも大きくなる。

基部６１には、第２供給部６２ｂ及び第３供給部６２ｃの開閉状態を切り替える平板状の弁体６３が設けられている。この弁体６３は、基部６１に設けられた回転機構６４に固定されることにより、図中の矢印ＲＸに示す基部６１の周方向に回転可能となる。

この弁体６３は、アクチュエータ６５により回転駆動される。このアクチュエータ６５は、例えば圧力差に基づいて軸方向に沿って移動可能なロッドと、ロッドに接続されるとともに弁体６３に接続されるリンク機構とにより構成されている。即ち、ロッドの軸方向への移動は、リンク機構により弁体６３が回転する力に伝達される。

弁体６３には、第２供給部６２ｂ及び第３供給部６２ｃの開閉状態の切り替えを行う切り欠き形状である第１開閉部６３ａと、第１供給部６２ａを開弁状態に維持するとともに第３供給部６２ｃの開閉状態の切り替えを行う貫通孔である第２開閉部６３ｂとが形成されている。

この切替制御バルブ６０は、エキゾーストマニホールド３２と統合タービンハウジング９０とに以下の態様にて取り付けられている。
図７（ａ）に示すように、切替制御バルブ６０は、エキゾーストマニホールド３２の吐出口３２ａと統合供給部９１との間に設けられるとともに、同吐出口３２ａと統合供給部９１とにそれぞれ直接接続されている。また、切替制御バルブ６０に対して、高圧過給機４０及び低圧過給機５０とエキゾーストマニホールド３２とが互いに反対側に設けられている。これにより、第１供給部６２ａ及び第２供給部６２ｂのそれぞれが基部６１の厚み方向に沿った貫通孔の形状にて、エキゾーストマニホールド３２と統合タービンハウジング９０とを互いに連通することができる。

第３供給部６２ｃの連通管９ａとの接続口は、第１供給部６２ａの高圧側タービン室４２との接続口（即ち、高圧側排気通路８２との接続口）及び第２供給部６２ｂの低圧側タービン室５２との接続口（即ち、低圧側排気通路８３との接続口）のそれぞれに対して直交する態様にて設けられている。これにより、連通管９ａは、エキゾーストマニホールド３２と統合タービンハウジング９０との間に形成された空間Ｓの間に延設されている。特に連通管９ａは、エキゾーストマニホールド３２と高圧側タービン室４２との間に形成された空間Ｓの間に延設されている。

図７（ｂ）に示すように、切替制御バルブ６０は、第１供給部６２ａが高圧側供給部９２と対応した位置、第２供給部６２ｂが低圧側供給部９３と対応した位置となるように統合タービンハウジング９０に取り付けられている。

ここで、先の図１に示す吸気側過給通路７０において、統合タービンハウジング９０内に形成される各通路の対応は以下のように関係になる。
即ち、高圧側排気通路８２は高圧側供給通路９２Ａにより構成されている。また低圧側排気通路８３は低圧側供給通路９３Ａにより構成されている。また連通用排気通路８４は連通用供給通路９４Ａにより構成されている。

以上の構成により、統合タービンハウジング９０内には、高圧側タービン室４２、低圧側タービン室５２、高圧側排気通路８２、低圧側排気通路８３及び連通用排気通路８４が形成されている。

次に、機関負荷状態に応じた切替制御バルブ６０の開閉状態について説明する。
図４に示すように、機関負荷状態が低負荷のとき、第２供給部６２ｂは全閉状態となり、第３供給部６２ｃは第２開閉部６３ｂにより開状態となる。また、第１開閉部６３ａにより第１供給部６２ａは略全開状態が維持されている。これにより、エキゾーストマニホールド３２からの排気は、第１供給部６２ａから高圧側供給通路９２Ａを介して高圧側タービン室４２に供給されるとともに、排気の一部は、排気還流通路９ｃを介して吸気通路２３に供給される。そして、高圧側タービン室４２に供給された排気は連通用排気通路８４を経て低圧側タービン室５２に供給された上で排気浄化装置３４に供給される。一方、排気還流通路９ｃからの排気はインテークマニホールド２２にて吸気と混合されて燃焼室１１に供給される。

ここで、第２供給部６２ｂが全閉状態となることにより、排気は第２供給部６２ｂを介して低圧側タービン室５２への供給が停止される。一方、第１供給部６２ａは全開状態が維持されているため、第１供給部６２ａ及び高圧側排気通路８２を介して高圧側タービン室４２に排気が供給される。以上により、多段式過給装置４において高圧過給機４０のみが駆動することになる。

また、第３供給部６２ｃにおいては、低負荷の範囲内において、そのときどきの負荷の状態によって第３供給部６２ｃの開閉状態が制御される。即ち、低負荷の範囲内において、そのときどきの負荷の状態によって排気還流通路９ｃを介して吸気通路２３に還流する排気の流量が調節される。

図５に示すように、機関負荷状態が中負荷のとき、第２開閉部６３ｂにより第２供給部６２ｂ及び第３供給部６２ｃはそれぞれ開状態となる。また、第１開閉部６３ａにより第１供給部６２ａは全開状態が維持されている。これにより、エキゾーストマニホールド３２からの排気は、第１供給部６２ａから高圧側供給通路９２Ａを介して高圧側タービン室４２に供給されるとともに第２供給部６２ｂから低圧側供給通路９３Ａを介して低圧側タービン室５２に供給される。そして、低圧側タービン室５２に供給された排気は排気浄化装置３４に供給される。また、排気の一部は、排気還流通路９ｃを介してインテークマニホールド２２にて吸気と混合されて燃焼室１１に供給される。

また、第２供給部６２ｂにおいては、中負荷の範囲内において、負荷が増大するに伴い第２供給部６２ｂの開度が増大される。即ち、低負荷の範囲内において、負荷が増大するに伴いエキゾーストマニホールド３２から直接低圧側タービン室５２に供給される排気の流量が増大する。一方、中負荷の範囲内において、そのときどきの負荷の状態によって第３供給部６２ｃの開閉状態が制御される。即ち、中負荷の範囲内において、そのときどきの負荷の状態によって排気還流通路９ｃを介して吸気通路２３に還流する排気の流量が制御される。

ここで、第２供給部６２ｂが負荷が増大するに伴い第２供給部６２ｂの開度が増大することにより、負荷が増大するに伴い第２供給部６２ｂを通過する流量、即ち、第２供給部６２ｂ及び低圧側排気通路８３を介して低圧側タービン室５２に供給される排気の流量が増大する。一方、低圧側タービン室５２に供給される排気の流量が増大することに伴い、切替制御バルブ６０に供給される排気の全流量のうちの第１供給部６２ａ及び高圧側排気通路８２を介して高圧側タービン室４２に供給される排気の流量の割合が低下する。したがって、負荷が増大するに伴い、低圧過給機５０が徐々に駆動状態に移行するとともに、高圧過給機４０が徐々に停止状態に移行するようになる。

図６に示すように、機関負荷状態が高負荷のとき、第２開閉部６３ｂにより第２供給部６２ｂは全開状態となり、第３供給部６２ｃは全閉状態となる。また、第１開閉部６３ａにより第１供給部６２ａは全開状態が維持されている。これにより、エキゾーストマニホールド３２からの排気は、第２供給部６２ｂから低圧側供給通路９３Ａを介して低圧側タービン室５２に供給される。そして、低圧側タービン室５２に供給された排気は、排気浄化装置３４に供給される。また、第１供給部６２ａは全開状態であるが、低圧側タービン室５２と高圧側供給通路９２Ａとの圧力差が殆どないため、排気は高圧側供給通路９２Ａを介して高圧側タービン室４２には殆ど供給されない。

ここで、第２供給部６２ｂが全開状態となるため、第２供給部６２ｂ及び低圧側排気通路８３を介して低圧側タービン室５２に供給される排気の流量は最大となる。したがって、低圧過給機５０が最大限に駆動するようになる。一方、排気が高圧側タービン室４２に殆ど供給されないため、高圧過給機４０は停止するようになる。

以上により、切替制御バルブ６０により、機関負荷状態に応じて、エキゾーストマニホールド３２からの排気を高圧側タービン室４２を介して低圧側タービン室５２に供給する流通経路とエキゾーストマニホールド３２から直接低圧側タービン室５２に供給する流路経路とを切り替えることにより、機関負荷状態に応じた過給特性を得ることができるようになる。また、機関負荷状態に応じて、連通管９ａを介して吸気通路２３に供給する排気の流量を制御することにより、機関負荷状態に応じて適切なエンジン出力を得ることができるようになる。

本実施形態のエンジン１によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、排気側過給通路８０に切替制御バルブ６０が設けられる構成である。したがって、入口側排気通路８１と高圧側排気通路８２及び低圧側排気通路８３との間に切替制御バルブ６０が設けられるため、同切替制御バルブ６０の雰囲気温度がこれが例えばインテークマニホールド２２の近傍に設けられた場合と比較して高くなる。したがって、未燃ＨＣの堆積により切替制御バルブ６０において開閉不良が発生することを抑制することができる。また、低温時においても、雰囲気温度が高いことにより切替制御バルブ６０に凝縮水が生じにくい環境となるため、そうした凝縮水に起因する切替制御バルブ６０の開閉不良を制御することができるようになる。

また、切替制御バルブ６０が、エキゾーストマニホールド３２からの排気を入口側排気通路８１及び高圧側排気通路８２を介して高圧側タービン室４２へ供給する状態と入口側排気通路８１及び低圧側排気通路８３を介して低圧側タービン室５２へ供給する状態とを切り替える機能と、排気還流装置９の連通管９ａに供給する排気の流量を調節する機能こと併せ有している。したがって、図９に示す従来構造の切替バルブ１７０及びＥＧＲ弁１８２のような、エキゾーストマニホールド３２からの排気を高圧側タービン室４２へ供給する状態と低圧側タービン室５２へ供給する状態との切り替えと、連通管９ａに供給する排気の流量を制御とを各別に設ける構成と比較して、各別に切替バルブを設けるためのスペースが１つ省略することができる。その結果、エンジン１の他の構成部品のための配置スペースを確保することができるようになるとともに、各別に切替バルブを設ける構成と比較してエンジン１を構成する部品点数を削減することができるようになる。

（２）本実施形態では、高圧過給機４０のタービンハウジング４１ａ及び低圧過給機５０のタービンハウジング５１ａは一体に構成されている。したがって、タービンハウジング４１ａ及びタービンハウジング５１ａを離間した状態にて各別に設ける構成よりも多段式過給装置４の全体として小型化を図ることができるようになる。

（３）本実施形態では、切替制御バルブ６０の第３供給部６２ｃと連通管９ａとの接続方向は、第１供給部６２ａと高圧側供給部９２との接続方向及び第２供給部６２ｂと低圧側供給部９３との接続方向に対して直交する方向に接続される構成である。したがって、連通管９ａの延設方向がエキゾーストマニホールド３２と統合タービンハウジング９０との間の空間が形成される方向であるため、連通管９ａがエキゾーストマニホールド３２あるいは統合タービンハウジング９０に干渉することを抑制することができるようになる。

（４）本実施形態では、切替制御バルブ６０の第２供給部６２ｂの流路断面積は、第１供給部６２ａの流路断面積及び第３供給部６２ｃの流路断面積よりも大きい構成である。したがって、第２供給部６２ｂから低圧側供給部９３を介して低圧側タービン室５２に供給される排気の流量を第１供給部６２ａから高圧側供給部９２及び高圧側タービン室４２を介して低圧側タービン室５２に供給される排気の流量、及び排気還流装置９の連通管９ａに供給される排気の流量よりも多く設定することができる。その結果、低圧過給機５０を作動させるときに、その応答性を向上させることができるようになる。

（５）本実施形態では、第１供給部６２ａの流路断面積は、第３供給部６２ｃの流路断面積よりも大きい構成である。したがって、第１供給部６２ａから高圧側供給部９２を介して高圧側タービン室４２に供給される排気の流量を第３供給部６２ｃから連通管９ａに供給される排気の流量よりも多く設定することができる。その結果、高圧過給機４０を作動させるときに、その応答性を向上させることができる。

（６）本実施形態では、切替制御バルブ６０においては、基部６１が平板状をなし、エキゾーストマニホールド３２と統合タービンハウジング９０との間に介装される構成である。そして、第１供給部６２ａ及び第２供給部６２ｂは、基部６１の厚み方向を貫通する貫通孔にて形成される構成である。この構成によれば、切替制御バルブ６０の厚み方向において小型化を図ることができるようになる。

（７）また、切替制御バルブ６０は、エキゾーストマニホールド３２の吐出口３２ａと統合タービンハウジング９０の統合供給部９１と直接接続する構成である。したがって、エキゾーストマニホールド３２の吐出口３２ａと切替制御バルブ６０との間の接続配管（入口側排気通路８１）及び切替制御バルブ６０と統合供給部９１との間の接続配管とが不要となり、エキゾーストマニホールド３２と統合タービンハウジング９０とを最短距離にて接続することができる。その結果、エンジン１が全体としてコンパクト化することができるようになる。

（８）本実施形態では、機関負荷状態が低負荷のときには、切替制御バルブ６０は第２供給部６２ｂを全閉状態とする。これにより、低負荷のときにはエキゾーストマニホールド３２から直接低圧側タービン室５２に排気が供給されることなく、高圧側タービン室４２を介して低圧側タービン室５２に供給される。これにより高圧過給機４０を作動状態とすることができるため、低負荷に応じた過給を行うことができるようになる。

また、機関負荷状態が低負荷のときには、そのときどきの負荷の状態において、第３供給部６２ｃの開閉状態を開状態または閉状態に制御することにより、排気還流装置９の連通管９ａに排気が調節されるため、ＮＯｘ排出量の調整及び排気性状の調整を行うことができるようになる。

（９）本実施形態では、機関負荷状態が中負荷のときには、切替制御バルブ６０の第２供給部６２ｂを開状態とする。これにより、中負荷のときにはエキゾーストマニホールド３２から高圧側タービン室４２を介することなく、直接低圧側タービン室５２に排気が供給されることとなるため、中負荷において低圧過給機５０を作動するときには、その応答性を向上させることができるようになる。また、高圧過給機４０よりより高い過給特性を有する低圧過給機５０を作動状態とすることができるため、中負荷に応じた過給を行うことができるようになる。

（１０）また、中負荷の範囲内において、負荷が増大するにつれて切替制御バルブ６０は第２供給部６２ｂの開度を増大させている。したがって、中負荷の範囲内において、負荷が増大するにつれてエキゾーストマニホールド３２から高圧側タービン室４２を介することなく直接低圧側タービン室５２に供給される排気の流量が増大することになる。したがって、負荷の増大につれて、低圧過給機５０の過給圧が増大するため、負荷に応じた過給を行うことができるようになる。

（１１）本実施形態では、機関負荷状態が高負荷のときには、切替制御バルブ６０の第２供給部６２ｂを全開状態として、第３供給部６２ｃを全閉状態とする。これにより、エキゾーストマニホールド３２からの排気は、その殆どが直接低圧側タービン室５２に供給されるため、低圧過給機５０を最大限に作動させることができるようになる。したがって、高負荷に応じた過給を行うことができるようになる。また、第３供給部６２ｃが全閉状態であるため、連通管９ａへの排気の供給が停止され、エンジン１の出力の向上を図ることができるようになる。

（１２）本実施形態では、切替制御バルブ６０の弁体６３が単一部材により構成されている。したがって、弁体を複数の部材の組み合わせにより構成される場合よりも部品点数を削減することができるようになる。したがって、切替制御バルブ６０の部品点数の削減を図ることができるようになる。

（１３）本実施形態では、統合タービンハウジング９０により高圧側供給部９２と低圧側供給部９３とが互いに隣接して設けられる構成である。したがって、基部６１を小型化できるようになり、切替制御バルブ６０の小型化を図ることができるようになる。

（１４）本実施形態では、第３供給部６２ｃのエキゾーストマニホールド３２との接続口は、第１供給部６２ａ及び第２供給部６２ｂのエキゾーストマニホールド３２との接続口と隣接した態様にて設けられている。したがって、基部６１に設けられる第１供給部６２ａと第２供給部６２ｂとの距離を短くすることができる。その結果、基部６１を小型化できるようになり、切替制御バルブ６０の小型化を図ることができるようになる。

（１５）切替制御バルブ６０に対して、エキゾーストマニホールド３２と高圧過給機４０及び低圧過給機５０とが同じ側に配置される態様にて設けられた場合には、基部６１の第１供給部６２ａ及び第２供給部６２ｂは、基部６１の厚み方向の同じ側にエキゾーストマニホールド３２の吐出口３２ａとの接続口と統合供給部９１との接続口とを設けなければならない。したがって、基部６１の小型化を図ることが困難であった。その点において、本実施形態では、切替制御バルブ６０に対して、エキゾーストマニホールド３２と高圧過給機４０及び低圧過給機５０とが互いに反対側に配置される態様にて設けられる構成である。したがって、基部６１の厚み方向の一方側にエキゾーストマニホールド３２の吐出口３２ａとの接続口を設け、他方側に統合供給部９１との接続口を設ける構成となるため、基部６１の厚み方向の片側のみに接続口が設けられる構成ではなくなり、基部６１の小型化を図ることができるようになる。

（１６）本実施形態では、統合供給部９１の連通用供給部９４により高圧側タービン室４２と低圧側タービン室５２とを連通する構成である。したがって、連通用供給部９４を別部材にて設ける場合と比較して、多段式過給装置４を構成する部品点数を削減することができるようになる。

（１７）本実施形態では、高圧側タービン室４２及び低圧側タービン室５２が統合タービンハウジング９０として単一部材により構成されている。したがって、高圧側タービン室４２及び低圧側タービン室５２を各別にて設ける場合よりも多段式過給装置４の部品点数を削減することができるようになる。

（１８）本実施形態では、統合タービンハウジング９０の統合供給部９１に高圧側供給部９２が設けられる構成である。したがって、高圧側供給部９２を各別の部材として設ける場合よりも多段式過給装置４の部品点数を削減することができるようになる。

（１９）また、統合供給部９１に低圧側供給部９３が設けられる構成である。したがって、低圧側供給部９３を各別の部材として設ける場合よりも多段式過給装置４の部品点数を削減することができるようになる。

（第２の実施形態）
図８を参照して、本発明の内燃機関を、多段式過給機及び排気還流装置を備えたディーゼルエンジンとして具体化した第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態では、切替制御バルブ６０の構成が異なるのみであるため、同一部材には同一符号を付し、その説明を省略する。また、図中の「機関高さ方向Ｘ１」は、エンジン本体１０のシリンダの軸線方向を示す。

切替制御バルブ６０Ａは、エキゾーストマニホールド３２に対して機関高さ方向Ｘ１に沿った態様にて取り付けられる。
図８に示すように、切替制御バルブ６０Ａには、基部６１Ａと弁体６３Ａと回転機構６４Ａとアクチュエータ６５Ａとから構成されている。

基部６１Ａには、第１供給部６２ａ〜第３供給部６２ｃがそれぞれ設けられている。第２供給部６２ｂ及び第３供給部６２ｃは互いに機関高さ方向Ｘ１に対して同位置となる態様にて設けられている。そして、第１供給部６２ａは、第２供給部６２ｂ及び第３供給部６２ｃのそれぞれに対して機関高さ方向Ｘ１の下方となる態様にて設けられている。

弁体６３Ａには、第２供給部６２ｂの貫通孔内に設けられた第１弁体６６と、第３供給部６２ｃの貫通孔内に設けられた第２弁体６７とが含まれる。これら第１弁体６６及び第２弁体６７は、バタフライ式の弁であり、共通のシャフト（以下、「共通シャフト６８」）によりそれぞれ接続されている。この共通シャフト６８の回転により、第１弁体６６及び第２弁体６７は第２供給部６２ｂ及び第３供給部６２ｃの開度が増減するように回転する。また、第１供給部６２ａには、機関負荷にかかわらず連通状態であってもよいため、弁体は設けられていない。

第１弁体６６と第２弁体６７とは互いに共通シャフト６８の回転方向に対して互いに直交する態様にて共通シャフト６８に取り付けられている。したがって、機関負荷が低負荷のときには、第３供給部６２ｃを全開状態とするとともに、第２供給部６２ｂを全閉状態に設定することが可能となる。一方、機関負荷が高負荷のときには、第３供給部６２ｃを全閉状態とするとともに、第２供給部６２ｂを全開状態に設定することが可能となる。

切替制御バルブ６０Ａには、アクチュエータ６５Ａが設けられている。このアクチュエータ６５Ａは共通シャフト６８と接続し、アクチュエータ６５Ａの駆動に伴い共通シャフト６８が回転する。

本実施形態のエンジン１によれば、第１の実施形態の効果（１）〜（１１）、（１３）〜（１９）に加え、以下の効果を奏することができる。
（２０）本実施形態によれば、第１弁体６６と第２弁体６７とは共通シャフト６８により取り付けられる構成である。したがって、第１弁体６６と第２弁体６７との各別にシャフトを取り付ける構成と比較して、アクチュエータ６５Ａ等の切替制御バルブ６０Ａの部品点数の削減を図ることができるようになる。

（２１）本実施形態によれば、第１弁体６６と第２弁体６７とは互いに直交する態様にて設けられる構成である。したがって、機関負荷状態が高負荷のときには、第２供給部６２ｂを全開状態とするとともに、第３供給部６２ｃを全閉状態に設定することができる。したがって、高負荷に応じた過給特性を得るとともに、排気還流装置９による排気の還流が停止されるため、エンジン１の出力の向上を図ることができるようになる。

（その他の実施形態）
本発明の内燃機関は、上記各実施形態のエンジン１に限定されることなく、以下の変更が可能である。

・上記各実施形態では、統合タービンハウジング９０の統合供給部９１により高圧側供給部９２、低圧側供給部９３、及び連通用供給部９４がそれぞれ一体に設けられる構成であったが、これら高圧側供給部９２、低圧側供給部９３、及び連通用供給部９４のそれぞれは、統合タービンハウジング９０と各別に設けられる構成であってもよい。

・上記各実施形態では、統合タービンハウジング９０により高圧側タービン室４２及び低圧側タービン室５２が単一部材として構成されたが、高圧側タービン室４２及び低圧側タービン室５２は別部材として構成されてもよい。

・上記各実施形態では、高圧側タービン室４２及び低圧側タービン室５２が単一部材にて構成されることにより、連通用供給部９４がこれらタービン室４２，５２に対して一体に設けられる構成であったが、連通用供給部９４の形成態様はこれに限定されることはない。例えば、高圧側タービン室４２と低圧側タービン室５２とが別部材として構成される場合においては、連通用供給部９４は、高圧側タービン室４２または低圧側タービン室５２のどちらかに一体に設けられる構成であればよい。

・また、高圧側タービン室４２及び低圧側タービン室５２は一体として設けられたが、高圧側タービン室４２及び低圧側タービン室５２は、互いに離間して設けられる態様であってもよい。

・上記各実施形態では、切替制御バルブ６０に対して、エキゾーストマニホールド３２と高圧過給機４０及び低圧過給機５０とが互いに反対側に位置する態様にて設けられたが、エキゾーストマニホールド３２と高圧過給機４０及び低圧過給機５０とは、切替制御バルブ６０に対して同じ側に位置する態様にて設けられてもよい。

・上記各実施形態では、切替制御バルブ６０は、エキゾーストマニホールド３２の吐出口３２ａと統合供給部９１とそれぞれ直接接続される構成であったが、これら接続態様はこれに限定されることはない。切替制御バルブ６０とエキゾーストマニホールド３２とは接続配管を介して接続されてもよい。また切替制御バルブ６０と統合供給部９１とは接続配管を介して接続されてもよい。そしてこれら接続配管を同時に用いてもよい。

・上記各実施形態では、第３供給部６２ｃのエキゾーストマニホールド３２との接続口が、第１供給部６２ａ及び第２供給部６２ｂのエキゾーストマニホールド３２とのそれぞれの接続口と隣接して設けられる態様であったが、第３供給部６２ｃの接続口は第１供給部６２ａまたは第２供給部６２ｂのいずれかに隣接して設けられる態様であってもよい。

・上記各実施形態では、統合供給部９１により高圧側供給部９２と低圧側供給部９３とが互いに隣接した態様にて設けられたが、高圧側供給部９２と低圧側供給部９３とは、離間した態様にて設けられてもよい。

・上記各実施形態では、切替制御バルブ６０の基部６１に設けられた第１供給部６２ａ及び第２供給部６２ｂをそれぞれ基部６１の厚み方向に貫通した貫通孔により形成するようにしたが、第１供給部６２ａ及び第２供給部６２ｂの形状はこれに限定されることはない。例えば、第１供給部６２ａ及び第２供給部６２ｂは、基部６１の片側にエキゾーストマニホールド３２の接続口と統合供給部９１の接続口とを有する略Ｕ字形状にてそれぞれ形成されてもよい。

・上記各実施形態では、第１供給部６２ａ〜第３供給部６２ｃのそれぞれは円形の穴形状にて形成されたが、第１供給部６２ａ〜第３供給部６２ｃの形状はこれに限定されることはない。例えば、第１供給部６２ａ〜第３供給部６２ｃのそれぞれが楕円形状にて形成されてもよい。

・上記各実施形態では、第１供給部６２ａ〜第３供給部６２ｃのそれぞれの流路断面積が互いに異なった構成としたが、第１供給部６２ａ〜第３供給部６２ｃのそれぞれの流路断面積は全て同じであってもよい。

・上記各実施形態では、第３供給部６２ｃが第１供給部６２ａ及び第２供給部６２ｂに対して直交する方向に延設される構成であったが、第３供給部６２ｃは第１供給部６２ａ及び第２供給部６２ｂと同様の方向に延設される構成であってもよい。

・また、第１供給部６２ａと第２供給部６２ｂとが互いに異なる方向に延設されるときには、第３供給部６２ｃは第１供給部６２ａ及び第２供給部６２ｂのどちらかに対して直交する態様にて設けられていればよい。これにより、その直交した側のタービン室とエキゾーストマニホールド３２との間に形成される空間に連通管９ａを延設させることにより、連通管９ａと統合タービンハウジング９０及びエキゾーストマニホールド３２との干渉を抑制する効果を得ることができるようになる。

・上記各実施形態では、内燃機関としてディーゼルエンジンを例示したが、本発明は例えばガソリンエンジンとして具現化することができる。

１…ディーゼルエンジン（エンジン）、４…多段式過給装置、９…排気還流装置、９ａ…連通管、９ｂ…ＥＧＲクーラ、９ｃ…排気還流通路、１０…エンジン本体（内燃機関本体）、１１…燃焼室、２１…吸気管、２２…インテークマニホールド、２３…吸気通路、２４…エアクリーナ、２５…ディーゼルスロットル、３１…排気管、３２…エキゾーストマニホールド、３２ａ…吐出口、３３…排気通路、３４…排気浄化装置、４０…高圧過給機、４１…ハウジング、４１ａ…タービンハウジング（高圧側タービンハウジング）、４１ｂ…コンプレッサハウジング、４１ｃ…支持ハウジング、４２…高圧側タービン室、４２ａ…スクロール部、４３…高圧側コンプレッサ室、４３ａ…吸入側接続部、４３ｂ…吐出側接続部、４３ｃ…吸入口、４３ｄ…吐出口、４４…支持部、４５…タービンホイール、４６…コンプレッサホイール、４７…ロータシャフト、４８…軸受機構、５０…低圧過給機、５１…ハウジング、５１ａ…タービンハウジング（低圧側タービンハウジング）、５１ｂ…コンプレッサハウジング、５１ｃ…支持ハウジング、５２…低圧側タービン室、５２ａ…スクロール部、５２ｄ…吐出口、５３…低圧側コンプレッサ室、５３ａ…吸入側接続部、５３ｂ…吐出側接続部、５３ｃ…吸入口、５３ｄ…吐出口、５４…ベアリング室、５５…タービンホイール、５６…コンプレッサホイール、５７…ロータシャフト、５８…軸受機構、６０，６０Ａ…切替制御バルブ、６１…基部、６２…供給部、６２ａ…第１供給部、６２ｂ…第２供給部、６２ｃ…第３供給部、６３，６３Ａ…弁体、６３ａ…第１開閉部、６３ｂ…第２開閉部、６４，６４Ａ…回転機構、６５，６５Ａ…アクチュエータ、６６…第１弁体、６７…第２弁体、６８…共通シャフト、６９…アクチュエータ、７０…吸気側過給通路、７１…入口側吸気通路、７２…低圧側吸気通路、７３…連通用吸気通路、７４…高圧側吸気通路、７５…吸気側切替バルブ、８０…排気側過給通路、８１…入口側排気通路、８２…高圧側排気通路、８３…低圧側排気通路、８４…連通用排気通路、８５…出口側排気通路、９０…統合タービンハウジング、９１…統合供給部、９２…高圧側供給部、９２Ａ…高圧側供給通路、９３…低圧側供給部、９３Ａ…低圧側供給通路、９４…連通用供給部、９４Ａ…連通用供給通路。

Claims (22)

1. 高圧側タービン室が形成される高圧側タービンハウジングを有する高圧過給機及び低圧側タービン室が形成される低圧側タービンハウジングを有する低圧過給機を有する多段式過給装置と、排気通路の排気を吸気通路に還流する排気還流装置と、燃焼室にて発生した排気を同排気通路に供給するエキゾーストマニホールドとを備える内燃機関において、
   前記排気通路は、前記エキゾーストマニホールドと前記高圧側タービン室及び前記低圧側タービン室とを接続する接続通路を含み、同接続通路には、排気が前記エキゾーストマニホールドから前記低圧側タービン室に流れる状態と前記エキゾーストマニホールドから前記高圧側タービン室に流れる状態とを切り替える機能と、前記排気還流装置の排気還流量を調量する機能とを併せ有する切替制御バルブが設けられる
   ことを特徴とする内燃機関。
2. 請求項１に記載の内燃機関において、
   前記高圧側タービンハウジングと前記低圧側タービンハウジングとは一体に構成される
   ことを特徴とする内燃機関。
3. 請求項１または請求項２に記載の内燃機関において、
   前記切替制御バルブは、前記高圧側タービン室に排気を供給する第１供給部と、前記低圧側タービン室に排気を供給する第２供給部と、前記排気還流装置に排気を供給する第３供給部とが設けられた基部と、前記第２供給部及び前記第３供給部の開閉状態を制御する弁体とを備える
   ことを特徴とする内燃機関。
4. 請求項３に記載の内燃機関において、
   前記排気還流装置には、前記切替制御バルブと前記吸気通路とを接続する連通路が設けられ、
   前記連通路の吸入口は、前記切替制御バルブの前記基部に対して前記高圧側タービン室の吸入口及び前記低圧側タービン室の吸入口の少なくとも一方と前記接続通路との接続方向に対して直交する方向に接続されて同方向に延伸する
   ことを特徴とする内燃機関。
5. 請求項３または請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関において、
   前記第２供給部の排気が通過する流路断面積は、前記第１供給部の同流路断面積よりも大きい
   ことを特徴とする内燃機関。
6. 請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関において、
   前記第２供給部の排気が通過する流路断面積は、前記第３供給部の同流路断面積よりも大きい
   ことを特徴とする内燃機関。
7. 請求項３〜請求項６のいずれか一項に記載の内燃機関において、
   前記第１供給部の排気が通過する流路断面積は、前記第３供給部の同流路断面積よりも大きい
   ことを特徴とする内燃機関。
8. 請求項３〜請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関において、
   前記基部は、平板状をなし前記エキゾーストマニホールドと前記高圧側タービン室及び前記低圧側タービン室を形成するハウジングとの間に介装されるものであり、
   前記第１供給部及び前記第２供給部は、前記基部を厚み方向に貫通する貫通孔によりそれぞれ形成される
   ことを特徴とする内燃機関。
9. 請求項３〜請求項８のいずれか一項に記載の内燃機関において、
   前記弁体は、機関負荷状態が低負荷のとき、前記第２供給部を全閉とする
   ことを特徴とする内燃機関。
10. 請求項３〜請求項９のいずれか一項に記載の内燃機関において、
    前記弁体は、機関負荷状態が中負荷のとき、前記第２供給部及び前記第３供給部はそれぞれ開状態である
    ことを特徴とする内燃機関。
11. 請求項１０に記載の内燃機関において、
    前記弁体は、機関負荷状態が中負荷のとき、同中負荷の範囲内において負荷が増大するにつれて前記第２供給部の開度を増大させる
    ことを特徴とする内燃機関。
12. 請求項３〜請求項１１のいずれか一項に記載の内燃機関において、
    前記弁体は、機関負荷状態が高負荷のとき、前記第２供給部を全開とするとともに、前記第３供給部を全閉とする
    ことを特徴とする内燃機関。
13. 請求項３〜請求項１２のいずれか一項に記載の内燃機関において、
    前記弁体は、単一部材により構成される
    ことを特徴とする内燃機関。
14. 請求項３〜請求項１３のいずれか一項に記載の内燃機関において、
    前記弁体は、前記第２供給部に設けられる第１弁体及び前記第３供給部に設けられる第２弁体により構成され、
    前記第２供給部と前記第３供給部とは、前記基部の所定の方向において同位置に設けられ、
    前記第１弁体及び前記第２弁体を回転させることによりそれぞれの開閉を可能とするとともに、前記第１弁体及び前記第２弁体の双方に挿通する共通のシャフトが設けられる
    ことを特徴とする内燃機関。
15. 請求項１４に記載の内燃機関において、
    前記第１弁体及び前記第２弁体とはともにバタフライ弁であり、
    前記第１弁体に対して前記第２弁体は、互いに直交する態様にて前記シャフトに取り付けられてなる
    ことを特徴とする内燃機関。
16. 請求項３〜請求項１５のいずれか一項に記載の内燃機関において、
    前記高圧側タービン室の吸入口と前記低圧側タービン室の吸入口とは互いに隣接して設けられる
    ことを特徴とする内燃機関。
17. 請求項１６に記載の内燃機関において、
    前記基部には、前記排気還流装置における前記エキゾーストマニホールドとの接続口が、前記高圧側タービンハウジングの前記エキゾーストマニホールドとの接続口と前記低圧側タービンハウジングの前記エキゾーストマニホールドとの接続口の少なくとも一方と隣接して設けられる
    ことを特徴とする内燃機関。
18. 請求項１〜請求項１７のいずれか一項に記載の内燃機関において、
    前記切替制御バルブは、前記エキゾーストマニホールドの吐出口及び前記高圧側タービン室の吸入口及び前記低圧側タービン室の吸入口のそれぞれを直接接続し、
    前記切替制御バルブに対して、前記エキゾーストマニホールドの吐出口と前記高圧側タービンハウジングの前記エキゾーストマニホールドとの接続口及び前記低圧側タービンハウジングの前記エキゾーストマニホールドとの接続口とが互いに反対側に位置する態様にて設けられる
    ことを特徴とする内燃機関。
19. 請求項１８に記載の内燃機関において、
    前記多段式過給装置には、前記高圧側タービン室と前記低圧側タービン室とを互いに接続する連通用排気通路が設けられ、
    前記連通用排気通路は、前記高圧側タービン室及び前記低圧側タービン室の少なくとも一方に一体に設けられる
    ことを特徴とする内燃機関。
20. 請求項１８または請求項１９に記載の内燃機関において、
    前記高圧側タービンハウジングと前記低圧側タービンハウジングとは単一部材にて構成される
    ことを特徴とする内燃機関。
21. 請求項１８〜請求項２０のいずれか一項に記載の内燃機関において、
    前記多段式過給装置には、前記エキゾーストマニホールドからの排気を前記低圧過給機に供給する低圧側排気通路が設けられ、
    前記低圧側タービンハウジングには、前記低圧側排気通路が一体に設けられる
    ことを特徴とする内燃機関。
22. 請求項１８〜請求項２１のいずれか一項に記載の内燃機関において、
    前記多段式過給装置には、前記エキゾーストマニホールドからの排気を前記高圧過給機に供給する高圧側排気通路が設けられ、
    前記高圧側タービンハウジングには、前記高圧側排気通路が一体に設けられる
    ことを特徴とする内燃機関。

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