JP2011038450A - 内燃機関の排気通路の配設構造 - Google Patents

Abstract

【課題】２基のターボチャージャを備える内燃機関において、排気浄化装置に導入される排気の温度を高温に維持することのできる内燃機関の排気通路の配設構造を提供することにある。
【解決手段】高圧段ターボチャージャ２０の排気導入口に排気を導入する第１の排気通路１０と低圧段ターボチャージャ３０の排気導入口に排気を導入する第２の排気通路１１とに挟まれる領域を通って両ターボチャージャ(２０、３０)から排出された排気を排気浄化装置に導入する第３の排気通路１３を形成するようにした。第３の排気通路１３は、周囲の構成から放射熱を受け昇温されるので、第３の排気通路１３を通過する排気は高温状態を維持したまま排気浄化装置４に至ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、２つの過給機を備えた内燃機関の排気通路の配設構造に関する。

周知のように、内燃機関の吸気充填効率を向上するための装置として、排気通路上に設置されるターボチャージャが実用されている。そして近年には、排気通路上に同ターボチャージャが２基設けられたツインターボシステムが実用されており、更に内燃機関の負荷状態に応じてそれぞれのターボチャージャを選択的に駆動するようにしたシーケンシャルターボシステムが知られている。

例えば、特許文献１には、２基のターボチャージャが並列に接続された、パラレル式のシーケンシャルターボシステムが記載されている。パラレルシーケンシャルターボシステムでは、内燃機関の低負荷時から駆動される第１のターボチャージャと、中・高負荷時にのみ駆動される第２のターボチャージャが並列に設けられている。すなわち、内燃機関の低負荷時には第１のターボチャージャのみが駆動され、中・高負荷時にはこれに加えて第２のターボチャージャも駆動される。したがって、こうしたパラレルシーケンシャルターボシステムを採用する内燃機関では、低負荷時における過給の応答性の確保と、中・高負荷時における高い過給性能の確保との両立を図ることが可能となる。

一方、２基のターボチャージャが直列に接続された、シリーズ式のシーケンシャルターボシステムも知られている。シリーズシーケンシャルターボシステムでは、内燃機関の低負荷時と中・高負荷時とで、それぞれのターボチャージャが選択的に駆動されるようになっている。

実公平６−２３７１７

ところで、上記のように内燃機関が２基のターボチャージャを備える場合、内燃機関から排出される排気を両ターボチャージャに導き、またそれぞれのターボチャージャから排出される排気を排気浄化装置等へと導くために、排気通路の配設経路が複雑かつ長くなる。そのため、内燃機関から排出された排気は、排気通路や２基のターボチャージャを通るうちに、より多くの熱量を奪われるようになり、排気の高温状態が維持できなくなってしまう。そしてその結果、排気浄化装置に至るまでに一層排気温度が低下して、排気浄化装置の暖機が遅れてしまうようになる。

本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであって、その解決しようとする課題は、２基のターボチャージャを備える内燃機関において、ターボチャージャから排出され、排気浄化装置に導入される排気の温度を高温に維持することのできる内燃機関の排気通路の配設構造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。
請求項１に記載の発明は、内燃機関から排出された排気を第１及び第２のターボチャージャの排気導入口にそれぞれ導入する第１及び第２の排気通路と、排気を排気浄化装置に導入する第３の排気通路と、を備える内燃機関の排気通路の配設構造において、前記第１及び第２の排気通路に挟まれる領域を通るように前記第３の排気通路及び前記排気浄化装置のいずれかを配設したことを要旨とする。

同構成では、排気浄化装置に接続される第３の排気通路及び同排気浄化装置のいずれかが、第１のターボチャージャの排気導入口に排気を導入する第１の排気通路と第２のターボチャージャの排気導入口に排気を導入する第２の排気通路とによって挟まれる領域に配設されるようになる。第３の排気通路または排気浄化装置を挟む２つの排気通路には、ターボチャージャを通過する前の高温の排気が流れている。そのため、第３の排気通路または排気浄化装置は、第１及び第２の排気通路からの放射熱を受け、昇温されるようになる。

すなわち、第３の排気通路が２つの排気通路に挟まれる領域に配設される場合、第１及び第２の排気通路からの放射熱をある程度回収して、排気浄化装置に導入される排気の温度低下の抑制に役立たせることができるようになる。その結果、第３の排気通路を通過するときの排気の温度低下が抑制されるようになり、排気浄化装置に導入される排気の温度を高温に維持することができるようになる。また、排気浄化装置が２つの排気通路に挟まれる領域に配設される場合、同排気浄化装置が直接第１及び第２の排気通路からの放射熱によって加温されるので、排気浄化装置の暖機性や保温性を更に向上することができるようになる。 なお、第３の排気通路または排気浄化装置が配設される第１及び第２の排気通路の間の領域は、本来であれば、単なるデッドスペースとなる空間である。そのため、上記構成によれば、デッドスペースを削減し、空間の有効利用が図られるようにもなる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気通路の配設構造において、前記第２の排気通路に設けられて前記第１の排気通路及び前記第１のターボチャージャを通じた前記第２のターボチャージャへの排気の導入度合を切り替える排気切替手段と、前記第２のターボチャージャの排気導入口と前記排気切替手段との間の部分における前記第２の排気通路と前記第１のターボチャージャの排気排出口とを接続する排気戻し通路と、を備えるとともに、前記第３の排気通路は、前記第２のターボチャージャの排気導出口から前記排気浄化装置に排気を導入するように形成されてなることを要旨とする。

同構成では、第２のターボチャージャと第１のターボチャージャとが直列に接続され、更に第２の排気通路に設けられて第２のターボチャージャへの第１の排気通路及び第１のターボチャージャを通じた排気の導入度合を切り替える排気切替手段の設けられた、所謂シリーズ式のシーケンシャルターボシステムが構成されている。こうしたターボシステムでは、排気切替手段によって、内燃機関から排出された排気が、第１のターボチャージャと第２のターボチャージャとを順に通過する状態と、同排気が主として第２のターボチャージャのみを通る状態とが切り替えられるようになる。

ここで、上記構成のような第２の排気通路に排気切替手段の設けられた構成では、排気切替手段の分、排気系の熱容量が大きくなり、排気浄化装置に至るまでの排気の温度低下が大きくなる。その点、上記構成では、排気切替手段の近くを通るように第３の排気通路が形成されるため、排気切替手段から放射される熱についても、ある程度回収することができるようになる。そのため、上記構成によれば、排気切替装置の設置に伴う排気系の熱容量の増大に応じた排気温度の低下を抑制することができるようになる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気通路の配設構造において、前記第２の排気通路に設けられて同第２の排気通路を通じた前記第２のターボチャージャへの排気の導入度合を切り替える排気切替手段と、前記第１のターボチャージャの排気排出口と前記第２のターボチャージャの排気排出口とを接続する排気集合通路と、を備えるとともに、前記第３の排気通路は、前記排気集合通路から前記排気浄化装置に排気を導入するように形成されてなることを要旨とする。

同構成では、第１のターボチャージャと第２のターボチャージャとが並列に接続され、更に第２の排気通路に設けられて同第２の排気通路を通じた第２のターボチャージャへの排気の導入の有無を切り替える排気切替手段の設けられた、所謂パラレル式のシーケンシャルターボシステムが構成されている。こうしたターボシステムでは、内燃機関から排出された排気が、第１のターボチャージャのみを通過する状態と、同排気が第１及び第２の双方のターボチャージャを通過する状態とが切り替えられるようになる。

ここで、上記のような第２の排気通路に排気切替手段の設けられた構成では、排気切替手段の分、排気系の熱容量が大きくなり、排気浄化装置に至るまでの排気の温度低下が大きくなる。その点、上記構成では、排気切替手段の近くを通るように第３の排気通路が形成されるため、排気切替手段から放射される熱についても、ある程度回収することができるようになる。そのため、上記構成によれば、排気切替装置の設置に伴う排気系の熱容量の増大に応じた排気温度の低下を抑制することができるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気通路の配設構造において、前記第３の排気通路は、前記第１の排気通路及び前記第２の排気通路及び前記第１のターボチャージャ及び前記第２のターボチャージャの少なくともひとつと一体形成されていることを要旨とする。

同構成では、第１の排気通路、第２の排気通路、第１のターボチャージャ、及び第２のターボチャージャといった排気系部材の少なくともひとつと第３の排気通路とを一体形成するようにしている。そのため、第３の排気通路は、同第３の排気通路に一体形成された排気系部材からの直接の熱伝導を通じても熱を受けることができるようになる。そのため、上記構成によれば、排気浄化装置に導入される排気の温度の高温維持をより有効に行うことができるようになる。また第３の排気通路が他の排気系部材と一体形成されていることから、部品点数が削減されるようにもなる。

本発明にかかる内燃機関の排気通路の配設構造の第１実施形態について、これが適用される内燃機関の吸排気系の構成を模式的に示す模式図。 第１実施形態の適用される内燃機関の低負荷時における吸気及び排気の流れを示す模式図。 第１実施形態の適用される内燃機関の中・高負荷時における吸気及び排気の流れを示す模式図。 本発明にかかる内燃機関の排気通路の配設構造の第２実施形態について、これが適用される内燃機関の吸排気系の構成を模式的に示す模式図。 第２実施形態の適用される内燃機関の低負荷時における吸気及び排気の流れを示す模式図。 第２実施形態の適用される内燃機関の中・高負荷時における吸気及び排気の流れを示す模式図。

（第１実施形態）
以下、この発明にかかる内燃機関の排気通路の配設構造を具体化した第１実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。本実施形態は、シリーズシーケンシャルターボシステムを採用する内燃機関に、本発明に係る排気通路の配設構造を適用したものとなっている。

図１に、本実施形態の適用される内燃機関の吸排気系の配設構造を模式的に示す。この図１に示すように、内燃機関１の各排気ポートには排気マニホールド２が接続されている。排気マニホールド２には、第１の排気通路１０と、上記排気切替手段としての排気切替弁３の設けられた第２の排気通路１１とが接続されている。この排気切替弁３は、開度調整可能な弁体を有した電磁弁であって、同弁体の開度が制御されることにより、排気の流れが切り替えられるようになっている。なお、本実施形態では、排気切替弁３において排気の流れる管部１１ａは上記第２の排気通路１１の一部を構成している。

第１の排気通路１０は、第１のターボチャージャとしての高圧段ターボチャージャ２０に形成された高圧段側タービンハウジング２１の排気導入口に接続されている。高圧段ターボチャージャ２０には、高圧段側タービンハウジング２１に加え、高圧段側コンプレッサハウジング２２が形成されている。高圧段側タービンハウジング２１には、排気により回転するタービンホイール２３が、高圧段側コンプレッサハウジング２２には、吸気を過給するコンプレッサホイール２４が、それぞれ設けられている。これらのホイール（２３，２４）は、ロータシャフト２５により、互いに一体回転可能に接続されている。

他方、第２の排気通路１１は、第２のターボチャージャとしての低圧段ターボチャージャ３０に形成された低圧段側タービンハウジング３１の排気導入口に接続されている。低圧段ターボチャージャ３０には、低圧段側タービンハウジング３１に加え、低圧段側コンプレッサハウジング３２が形成されている。低圧段側タービンハウジング３１には、排気により回転するタービンホイール３３が、低圧段側コンプレッサハウジング３２には、吸気を過給するコンプレッサホイール３４が、それぞれ設けられている。これらホイール（３４，３５）は、ロータシャフト３５により、互いに一体回転可能に接続されている。

なお、低圧段ターボチャージャ３０は、高圧段ターボチャージャ２０よりも容量が大きく設定されている。また、高圧段ターボチャージャ２０は、低圧段ターボチャージャ３０と吸気流れ方向に直列に接続されるとともに、低圧段ターボチャージャ３０よりも吸気下流側に設けられている。

高圧段側タービンハウジング２１の排気排出口と第２の排気通路１１とは、排気戻し通路１２によって接続されている。また、低圧段側タービンハウジング３１の排気排出口には、第３の排気通路１３が接続されており、この第３の排気通路の排気下流側には排気浄化装置４が設けられている。本実施形態の排気通路の配設構造では、こうした第３の排気通路１３を、上記第１の排気通路１０と第２の排気通路１１とによって挟まれる領域を通るように形成している。より詳しくは、排気マニホールド２、第１の排気通路１０、第２の排気通路１１及び排気戻し通路１２により囲まれた領域を通るように第３の排気通路１３が形成されている。

排気浄化装置４は、その内部に担持された触媒の酸化還元反応により排気を浄化するように構成されている。なお、本実施形態の排気通路の配設構造では、第３の排気通路１３の外壁の一部が、第２の排気通路１１の外壁の一部と一体的に形成されている。より詳細には、第３の排気通路１３の外壁の一部が、第２の排気通路１１の一部を構成する上記管部１１ａを有した排気切替弁３と一体的に形成されている。

こうした本実施形態の排気通路の配設構造では、シリーズシーケンシャルターボシステムにおける第１の排気通路１０と排気切替弁３及び第２の排気通路１１とは、略平行状態で排気マニホールド２に接続されている。また、高圧段側タービンハウジング２１の排気排出口と第２の排気通路１１とは、一定の管長をもつ排気戻し通路１２によって接続されている。したがって、第１の排気通路１０と排気切替弁３及び第２の排気通路１１とに挟まれた領域、すなわち本実施形態において排気浄化装置に接続される第３の排気通路１３が通る領域は、本来であれば、デッドスペースとなるような領域となっている。その点、本実施形態においては、第３の排気通路１３は、本来であればデッドスペースとなる空間を通って延伸されている。

一方、こうした内燃機関の吸気系の最上流部には、吸気を浄化するエアクリーナ６が設けられている。エアクリーナ６は、吸気通路４０を通じて上記低圧段側コンプレッサハウジング３２の吸気導入口に接続されている。また低圧段側コンプレッサハウジング３２の吸気排出口は、吸気通路４１を通じて吸気切替弁７に接続されている。

上記吸気通路４１は、途中で分岐されており、その分岐された吸気通路４１は、高圧段側コンプレッサハウジング２２の吸気導入口に接続されている。高圧段側コンプレッサハウジング２２の吸気排出口は、吸気通路４３を通じてインタークーラ８に接続されている。またこの吸気通路４３の途中には、上記吸気通路４１に合流する迂回通路４２が接続されている。

迂回通路４２の途中には、吸気切替弁７が設けられている。この吸気切替弁７は、開度調整可能な弁体を有した電磁弁であって、同弁体の開度が制御されることにより、吸気の流れが切り替えられる。すなわち、吸気切替弁７は、吸気通路４１内の吸気が高圧段側コンプレッサハウジング２２へ供給される状態と、同吸気が迂回通路４２により同高圧段側コンプレッサハウジング２２を迂回して吸気通路４３からインタークーラ８に直接供給される状態とを切り替える。なお、図１では、便宜上、吸気切替弁７及び迂回通路４２が高圧段ターボチャージャ２０の外部にように示されているが、実際にはこれらは高圧段ターボチャージャ２０内に設けられている。

次に、機関負荷状態に応じて変化する吸気及び排気の流れについて説明する。
（機関負荷が低負荷のとき）
機関負荷が低負荷のとき、排気切替弁３及び吸気切替弁７はそれぞれ閉弁状態とされる。これにより、排気マニホールド２からの排気はすべて、図２中の実線矢印にて示すように、第１の排気通路１０を介して高圧段側タービンハウジング２１に供給されるようになる。高圧段側タービンハウジング２１から排出された排気は、排気戻し通路１２、第２の排気通路１１を通って低圧段側タービンハウジング３１に供給される。そして低圧段側タービンハウジング３１から排出された排気は、第３の排気通路１３を通って排気浄化装置４に供給され、その後図示しないマフラー等を通過して車外へと排出される。

一方、エアクリーナ６からの吸気は、図２中の点線矢印に示すように、吸気通路４０を介して低圧段側コンプレッサハウジング３２に供給される。同低圧段側コンプレッサハウジング３２から排出された吸気は、吸気通路４１を介して高圧段側コンプレッサハウジング２２に供給される。そして高圧段側コンプレッサハウジング２２から排出された吸気は、吸気通路４３を介してインタークーラ８に供給され、その後図示しない吸気集合部から内燃機関１内に供給される。

したがって、機関負荷が低負荷のときには、排気が低圧段ターボチャージャ３０に供給される前に高圧段ターボチャージャ２０に供給され、高圧段ターボチャージャ２０はタービンホイール２３を通過する排気により駆動される。特に、高圧段ターボチャージャ２０はその容量が小さいため、低負荷時の排気の流量が少ない場合であってもタービンホイール２３は駆動することができる。これにより、ロータシャフト２５にてタービンホイール２３に接続されたコンプレッサホイール２４が駆動される。一方、同高圧段ターボチャージャ２０において排気の運動エネルギが消費されるため、低圧段ターボチャージャ３０のタービンホイール３３はほぼ停止した状態となる。そのため、このときには、高圧段ターボチャージャ２０のみが過給を行うこととなる。

（機関負荷が中負荷及び高負荷のとき）
機関負荷が中負荷及び高負荷のとき、排気切替弁３及び吸気切替弁７はそれぞれ開弁状態とされる。このときの第１の排気通路１０及び排気戻し通路１２内の負圧はほぼ等しくなるため、排気マニホールド２からの排気は、高圧段側タービンハウジング２１には供給されないようになる。すなわち、排気マニホールド２からの排気は、図３中の実線矢印にて示すように、排気切替弁３を通過して第２の排気通路１１を介し、低圧段側タービンハウジング３１にのみ供給される。同低圧段側タービンハウジング３１から排出された排気は、排気通路１３を介して、排気浄化装置４に供給され、その後図示しないマフラー等を通過し車外へと排出される。

一方、エアクリーナ６からの吸気は、図３中の点線矢印に示すように、吸気通路４０を介して低圧段側コンプレッサハウジング３２に供給される。同低圧段側コンプレッサハウジング３２から排出された吸気は、吸気通路４１及び吸気切替弁７、迂回通路４２を通過し、吸気通路４３を介してインタークーラ８に供給され、その後図示しない吸気集合部から内燃機関１内に供給される。すなわち、このときの低圧段側コンプレッサハウジング３２から排出された吸気は、高圧段側コンプレッサハウジング２２を経ずにインタークーラ８に供給されるようになる。

このように、機関負荷が中負荷及び高負荷のときには、排気が低圧段ターボチャージャ３０にのみ供給されるため、低圧段ターボチャージャ３０によってのみ過給が行われる。 以上のように、排気切替弁３により第１の排気通路１０及び高圧段ターボチャージャ２０を通じた低圧段ターボチャージャ３０への排気の導入度合を切り替えることで、機関負荷状態に応じたシリーズシーケンシャルターボシステムの過給特性を得ることができるようになる。

以上説明した本実施形態によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、高圧段ターボチャージャ２０の排気導入口に排気を導入する第１の排気通路１０と低圧段ターボチャージャ３０の排気導入口に排気を導入する第２の排気通路１１とが設けられている。そして両ターボチャージャ(２０、３０)から排出された排気を排気浄化装置４に導入する第３の排気通路１３が、それら２つの排気通路(１０、１１)に挟まれる領域を通って形成されている。そのため、第３の排気通路１３は、これを挟む第１の排気通路１０や第２の排気通路１１及び排気切替弁３からの放射熱によって昇温される。さらに、排気マニホールド２や排気戻し通路１２、各ターボチャージャといった周囲の構成からも放射熱を受ける。その結果、第３の排気通路１３を通る排気の温度低下が抑制され、ターボチャージャ（２０，３０）から排出された排気が高温の状態を維持したまま排気浄化装置４に至るようになり、排気浄化装置４の昇温速度が向上されるといった効果が得られる。

（２）本実施形態では、本来であればデッドスペースとなる領域に第３の排気通路１３が配設されている。そのため、デッドスペースを削減し、空間の有効利用が図られるようにもなる。

（３）第３の排気通路１３の外壁が第２の排気通路１１の外壁と、より詳細には排気切替弁３と一体的に形成されていることにより、第３の排気通路１３は同第２の排気通路１１から熱が直接的にも伝達されるようになる。そのため、第３の排気通路１３がいっそう昇温されるようになる。

（４）本実施形態では、第３の排気通路１３の外壁が第２の排気通路１１と、より詳細には排気切替弁３と一体的に形成されているので、シリーズシーケンシャルターボシステムの部品点数が削減されるようになる。

（第２実施形態）
次に、この発明にかかる内燃機関の排気通路の配設構造を具体化した第２実施形態について、図４〜６を参照して説明する。本実施形態は、本発明に係る排気通路の配設構造をシリーズシーケンシャルターボシステムを採用する内燃機関に適用したものとなっている。

図４に、本実施形態の適用される内燃機関の吸排気系の配設構造を模式的に示す。この図４に示すように、内燃機関１の各排気ポートには、排気マニホールド２が接続されている。排気マニホールド２には、第１の排気通路８０と、排気切替手段としての排気切替弁７０の設けられた第２の排気通路８１とが接続されている。排気切替弁７０は、開度調整可能な弁体を有した電磁弁であって、同弁体の開度が制御されることにより、排気の流れが切り替えられるようになっている。なお、本実施形態では、排気切替弁７０において排気の流れる管部８１ａは上記第２の排気通路８１の一部を構成している。

第１の排気通路８０は、第１のターボチャージャ５０に設けられた第１のタービンハウジング５１の排気導入口に接続されている。第１のターボチャージャ５０には、第１のタービンハウジング５１に加え、第１のコンプレッサハウジング５２が形成されている。第１のタービンハウジング５１には、排気により回転する第１のタービンホイール５３が、第１のコンプレッサハウジング５２には、吸気を過給する第１のコンプレッサホイール５４が、それぞれ設けられている。これらホイールは、ロータシャフト５５により互いに一体回転可能に接続されている。

他方、第２の排気通路８１は、第２のターボチャージャ６０に設けられた第２のタービンハウジング６１の排気導入口に接続されている。第２のターボチャージャ６０には、第２のタービンハウジング６１に加え、第２のコンプレッサハウジング６２が形成されている。第２のタービンハウジング６１には、排気により回転する第２のタービンホイール６３が、第２のコンプレッサハウジング６２には、吸気を過給する第２のコンプレッサホイール６４が、それぞれ設けられている。これらホイールは、ロータシャフト６５により、互いに一体回転可能に接続されている。なお、第１のターボチャージャ５０と第２のターボチャージャ６０とは吸気流れ方向に並列に接続されている。

第１のタービンハウジング５１の排気排出口と第２のタービンハウジング６１の排気排出口とは、排気集合通路８２によって接続されている。さらに、排気集合通路８２は、第３の排気通路８３に接続され、この第３の排気通路８３は、排気浄化装置４に接続される。なお、この第３の排気通路８３の外壁の一部は、第１の排気通路８０の外壁の一部と一体的に形成されている。

同図４に示すように、こうしたパラレルシーケンシャルターボシステムにおける第１の排気通路８０と排気切替弁７０及び第２の排気通路８１とは、略平行状態で排気マニホールド２に接続されている。また、第１のタービンハウジング５１の排気排出口と第２のタービンハウジング６１の排気排出口とは、ある程度の管長をもつ排気集合通路８２によって接続されている。したがって、第１の排気通路８０と排気切替弁７０及び第２の排気通路８１とに挟まれる領域は、本来であれば、デッドスペースとなるような領域となっている。そして、本実施形態においては、第１及び第２のターボチャージャ５０、６０から排出された排気を排気浄化装置４に導入する第３の排気通路８３が、第１の排気通路８０と第２の排気通路８１とに挟まれた領域を通るように設けられている。さらに本実施形態では、排気浄化装置４も、第１の排気通路８０と第２の排気通路８１とに挟まれた領域に設けられている。

一方、こうした内燃機関の吸気系の最上流部には、エアクリーナ６が設けられている。エアクリーナ６は、吸気通路９０によって第２のコンプレッサハウジング６２の吸気導入口に接続されている。吸気通路９０の途中には吸気切替弁７１が設けられている。この吸気切替弁７１は、第１実施形態における吸気切替弁７と同様なものである。

吸気通路９０にあって吸気切替弁７１の吸気上流側には、第１のコンプレッサハウジング５２の吸気導入口に吸気を導入する吸気分流通路９１が接続されている。
第１のコンプレッサハウジング５２の吸気排出口と第２のコンプレッサハウジング６２の吸気排出口とは吸気集合通路９２によって接続されている。また、同吸気集合通路９２は、吸気通路９３によってインタークーラ８に接続されている。なお、図４では、便宜上、吸気切替弁７１は、第２のターボチャージャ６０の外部にあるように示されているが、実際には第２のターボチャージャ６０内に設けられている。

次に、機関負荷状態に応じて変化する吸気及び排気の流れについて説明する。
（機関負荷が低負荷のとき）
機関負荷が低負荷のとき、排気切替弁７０及び吸気切替弁７１はそれぞれ閉弁状態とされる。これにより、排気マニホールド２からの排気は、図５中の実線矢印にて示すように、第１の排気通路８０を介して第１のタービンハウジング５１に供給される。第１のタービンハウジング５１から排出された排気は、排気集合通路８２、第３の排気通路８３を通って排気浄化装置４に供給され、その後図示しないマフラー等を通過して車外へと排出される。

一方、エアクリーナ６からの吸気は、図５中の点線矢印に示すように、吸気通路９０、吸気分流通路９１を介して第１のコンプレッサハウジング５２に供給される。そして第１のコンプレッサハウジング５２から排出された吸気は、吸気集合通路９２、吸気通路９３を通ってインタークーラ８に供給され、その後図示しない吸気集合部を通じて内燃機関１内に供給される。

したがって、機関負荷が低負荷のときには、排気は第２のターボチャージャ６０には供給されず、第１のターボチャージャ５０のみに供給され、第１のターボチャージャ５０は、第１のタービンホイール５３を通過する排気により駆動される。これにより、ロータシャフト５５にて第１のタービンホイール５３に接続された第１のコンプレッサホイール５４が駆動される。そのため、このときには、第１のターボチャージャ５０のみが過給を行うこととなる。
（機関負荷が中負荷及び高負荷のとき）
機関負荷が中負荷及び高負荷のとき、排気切替弁７０及び吸気切替弁７１はそれぞれ開弁状態とされる。このときの排気マニホールド２からの排気は、図６中の実線矢印にて示すように、第１の排気通路８０を通って第１のタービンハウジング５１に供給されるとともに、排気切替弁３及び第２の排気通路１１を通って第２のタービンハウジング６１にも供給される。第１のタービンハウジング５１及び第２のタービンハウジング６１から排出された排気は、排気集合通路８２を通って排気浄化装置４に供給され、その後図示しないマフラー等を通過して車外へと排出される。

一方、エアクリーナ６からの吸気は、図６中の点線矢印に示すように、吸気通路９０及び吸気分流通路９１を通って第１のコンプレッサハウジング５２に供給されるとともに、吸気通路９０及び吸気切替弁７１を通過して第２のコンプレッサハウジング６２にも供給される。そして、第１のコンプレッサハウジング５２及び第２のコンプレッサハウジング６２から排出された吸気は、吸気集合通路９２、吸気通路９３を通ってインタークーラ８に供給され、その後図示しない吸気集合部から内燃機関１内に供給される。

このように、機関負荷が中負荷及び高負荷のときには、排気が第１のコンプレッサハウジング５２及び第２のコンプレッサハウジング６２の双方に供給される。そのため、第１のターボチャージャ５０の第１のタービンホイール５３と、第２のターボチャージャ６０の第２のタービンホイール６３が駆動し、これらに連結された第１のコンプレッサホイール５４と第２のコンプレッサホイール６４も駆動する。したがって、機関負荷が中負荷及び高負荷のときには、第１のターボチャージャ５０と第２のターボチャージャ６０との双方による過給が行われる。

以上のように、排気切替弁７０により第２の排気通路８１を通じた第２のターボチャージャ６０への排気の導入度合を切り替えることで、機関負荷状態に応じたパラレルシーケンシャルターボシステムの過給特性を得ることができるようになる。

以上説明した本実施形態によれば、上記(１)〜(３)に記載の効果に加え、更に以下のような作用効果を得ることができる。
（５）本実施形態では、高温の排気の通る第１及び第２の排気通路８０、８１に挟まれた領域に排気浄化装置４が設けられている。そのため、排気浄化装置４が、これを挟む第１の排気通路８０や第２の排気通路８１及び排気切替弁７０からの放射熱によって直接昇温される。さらに、排気マニホールド２や排気集合通路８２、各ターボチャージャといった周囲の構成からも放射熱を受け昇温される。したがって、排気浄化装置４の暖機が促進されるといった効果が得られる。

（６）本実施形態では、第３の排気通路８３の外壁が、第１の排気通路８０の外壁と一体的に形成されている。そのため、パラレルシーケンシャルターボシステムの部品点数が削減されるようになる。

なお、上記各実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・第１実施形態では、第３の排気通路１３の外壁の一部を、排気切替弁３の管部１１ａと一体的に形成するようにした。この他、第３の排気通路１３の外壁の一部を、第２の排気通路１１にあって管部１１ａとは異なる部位の外壁と一体的に形成するようにしてもよい。

・第２実施形態では、第１及び第２の排気通路８０、８１に挟まれた領域に排気浄化装置４を配設するようにしていたが、そうした領域に十分な設置スペースが確保できないような場合などには、排気浄化装置４をそうした領域以外の場所に配設するようにしても良い。その場合にも、第３の排気通路８３が第１及び第２の排気通路８０、８１に挟まれた領域を通るように配設されていれば、上記（１）〜（３）及び（５）〜（６）に記載の効果を得ることはできる。

・第１実施形態では、第１及び第２の排気通路８０、８１に挟まれた領域以外の場所に排気浄化装置４を配設するようにしていたが、そうした領域に十分な設置スペースを確保できるのであれば、排気浄化装置４をそうした領域に配設するようにしても良い。その場合には、上記（１）〜（４）に記載の効果に加え、上記（５）に記載の効果も得られるようになる。

・第１実施形態では、第３の排気通路１３の一部の外壁を第２の排気通路１１と一体的に形成することで、直接の伝導による熱伝達で第３の排気通路１３の加温を図るようにしていた。もっとも、そうした効果は、第１の排気通路１０及び第２の排気通路１１及び高圧段ターボチャージャ２０（より詳細には高圧段タービンハウジング２１）及び低圧段ターボチャージャ３０（より詳細には低圧段タービンハウジング３１）といった排気系部材の少なくともひとつと第３の排気通路１３とが一体形成されていれば、同様に得ることが可能である。

・第２実施形態では、第３の排気通路８３の一部の外壁を、第１の排気通路８０の外壁と一体的に形成することで、直接の伝導による熱伝達で第３の排気通路８３の加温を図るようにしていた。もっとも、そうした効果は、第１の排気通路８０及び第２の排気通路８１及び第１のターボチャージャ５０（より詳細には第１のタービンハウジング５１）及び第２のターボチャージャ６０（より詳細には第２のタービンハウジング６１）といった排気系部材の少なくともひとつと第３の排気通路１３とが一体形成されていても、同様に得ることが可能である。

・上記実施形態では、第３の排気通路１３、８３を、他の排気系部材と一体形成するようにしていた。ただし、他の排気系部材からの放熱のみで第３の排気通路１３、８３を十分に加温することができるのであれば、第３の排気通路１３、８３を、他の部材と一体化されていない単体の部品として形成するようにしても良い。

・第１実施形態を示す図１や上記第２実施形態を示す図３において、排気マニホールド２に接続された２つの排気通路は、紙面方向において略平行状態に図示されていた。しかし、これらは紙面と垂直方向に略平行状態に形成されるようにしてもよい。

・第１実施形態では、排気切替弁３の開閉弁によって、内燃機関の機関負荷が低負荷時と中・高負荷時とで排気の経路を切り替えていたが、このとき、開閉弁の開度を徐々に変化させることによって、排気の流れを徐々に切り替えるようにしてもよい。例えば、駆動されるターボチャージャが高圧段ターボチャージャ２０から低圧段ターボチャージャ３０に完全に切り替わる前に、排気切替弁３の開閉弁が徐々に開弁してもよい。それにより、排気が徐々に低圧段ターボチャージャ３０に導入されることによって、低圧段ターボチャージャを予備的に駆動させておくことができる。その結果、排気切替弁３の開閉弁が完全に開弁したとき、低圧段ターボチャージャ３０が応答性よく駆動されるとともに、駆動されるターボチャージャの切り替え時に生じる一時的な過給圧低下によるショックも抑制される。

同様に、上記第２の実施形態においても、排気切替弁７０の開閉弁の開度を徐々に変化させてもよい。例えば、開閉弁が徐々に開弁されることによって、第２のターボチャージャ６０が予備的に駆動される。その結果、第１のターボチャージャ５０のみが駆動される状態から、第１のターボチャージャ５０と第２のターボチャージャ６０とが共に駆動される状態に切り替わるとき、第２のターボチャージャ６０が応答性よく駆動され、一時的な過給圧低下によるショックも抑制される。

・上記第１実施形態や上記第２実施形態において、排気切替弁は電磁弁であったが、例えばばね及びダンパ等を利用した機械的な弁であってもよい。
・第１及び第２実施形態では、排気切替弁によって内燃機関１の運転状態に応じて２基のターボチャージャを選択的に駆動するようにしていた。ただし、機関運転状態に応じた過給特性の変更を実施しない場合には、排気切替弁を割愛するようにしても良い。例えば、第２の実施形態においては、排気切替弁７０がなければ、常に２基のターボチャージャが駆動されるが、このときも第３の排気通路８３は周囲の構成から放射熱を受け、昇温されるようになる。

１…内燃機関、２…排気集合部、３，７０…排気切替弁（排気切替手段）、４…排気浄化装置、６…エアクリーナ、７，７１…吸気切替弁、８…インタークーラ、１０，８０…第１の排気通路、１１，８１…第２の排気通路、１２…排気戻し通路、１３，８３…第３の排気通路、２０…高圧段ターボチャージャ(第１のターボチャージャ)、２１…高圧段側タービンハウジング、２２…高圧段側コンプレッサハウジング、２３，３３…タービンホイール、２４，３４…コンプレッサホイール、２５，３５，５５，６５…ロータシャフト、３０…低圧段ターボチャージャ(第２のターボチャージャ)、３１…低圧段側タービンハウジング、３２…低圧段側コンプレッサハウジング、４０，４１，４３，９０，９３…吸気通路、９１…吸気分流通路、４２…迂回通路、５０…第１のターボチャージャ、５１…第１のタービンハウジング、５２…第１のコンプレッサハウジング、５３…第１のタービンホイール、５４…第１のコンプレッサホイール、６０…第２のターボチャージャ、６１…第２のタービンハウジング、６２…第２のコンプレッサハウジング、６３…第２のタービンホイール、６４…第２のコンプレッサホイール、８２…排気集合通路、９２…吸気集合通路。

Claims (4)

1. 内燃機関から排出された排気を第１及び第２のターボチャージャの排気導入口にそれぞれ導入する第１及び第２の排気通路と、排気を排気浄化装置に導入する第３の排気通路と、を備える内燃機関の排気通路の配設構造において、
   前記第１及び第２の排気通路に挟まれる領域を通るように前記第３の排気通路及び前記排気浄化装置のいずれかを配設した
   ことを特徴とする内燃機関の排気通路の配設構造。
2. 請求項１に記載の内燃機関の排気通路の配設構造において、
   前記第２の排気通路に設けられて前記第１の排気通路及び前記第１のターボチャージャを通じた前記第２のターボチャージャへの排気の導入度合を切り替える排気切替手段と、
   前記第２のターボチャージャの排気導入口と前記排気切替手段との間の部分における前記第２の排気通路と前記第１のターボチャージャの排気排出口とを接続する排気戻し通路と、
   を備えるとともに、
   前記第３の排気通路は、前記第２のターボチャージャの排気導出口から前記排気浄化装置に排気を導入するように形成されてなる
   ことを特徴とする内燃機関の排気通路の配設構造。
3. 請求項１に記載の内燃機関の排気通路の配設構造において、
   前記第２の排気通路に設けられて同第２の排気通路を通じた前記第２のターボチャージャへの排気の導入度合を切り替える排気切替手段と、
   前記第１のターボチャージャの排気排出口と前記第２のターボチャージャの排気排出口とを接続する排気集合通路と、
   を備えるとともに、
   前記第３の排気通路は、前記排気集合通路から前記排気浄化装置に排気を導入するように形成されてなる
   ことを特徴とする内燃機関の排気通路の配設構造。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気通路の配設構造において、
   前記第３の排気通路は、前記第１の排気通路及び前記第２の排気通路及び前記第１のターボチャージャ及び前記第２のターボチャージャの少なくともひとつと一体形成されている
   ことを特徴とする内燃機関の排気通路の配設構造。

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