JP2743609B2 - 多気筒内燃機関の排気ターボ過給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、多気筒内燃機関の吸
気系及び排気系に一対をなす主ターボチャージャ及び副
ターボチャージャを並列に備えてなり、運転状態に応じ
て各ターボチャージャの作動個数を切り替えるようにし
た多気筒内燃機関の排気ターボ過給装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、多気筒内燃機関の吸気系及び排気
系に対して主及び副の二つのターボチャージャを並列に
設け、内燃機関の低吸入空気量域では副ターボチャージ
ャに対応する吸気系及び排気系にそれぞれ設けられた吸
気切替弁及び排気切替弁を共に閉じて副ターボチャージ
ャの過給作動を停止させ、主ターボチャージャのみで過
給を行わせ、内燃機関の高吸入空気量域では吸気切替弁
及び排気切替弁を共に開いて主・副の両ターボチャージ
ャを過給作動させるようにした、いわゆる「２ステージ
ツインターボシステム」を備えた多気筒内燃機関が知ら
れている。

【０００３】例えば、本出願人が先に出願した特願平１
−２７３８０３では、上記のような２ステージツインタ
ーボシステムを備えた多気筒内燃機関において、副ター
ボチャージャのタービン出口下流から排気切替弁をバイ
パスして排気切替弁の下流部に連通する小径の排気バイ
パス通路を設け、その排気バイパス通路に排気切替弁の
開弁前に開かれる排気バイパス弁を設けている。そし
て、排気切替弁が開弁される前に排気バイパス弁を開く
ことにより、排気バイパス通路を通じ、副ターボチャー
ジャを作動前に助走回転させ、主ターボチャージャのみ
の過給作動から主・副両ターボチャージャの過給作動へ
の切替えをショックなくスムーズに行うようにしてい
た。そして、その排気バイパス通路の一部及び排気バイ
パス弁は、副ターボチャージャのタービンハウジングに
形成されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来技
術では、排気バイパス弁の弁座がタービンハウジングの
タービン出口通路に対して平行に形成されていた。この
ため、排気バイパス弁の開閉方向は、タービン出口通路
に直交する方向となっていた。従って、排気バイパス弁
の開閉ストロークを充分に確保するためには、タービン
ハウジング内の排気バイパス通路途中に余分な空間を設
けなければならず、その空間の分だけタービンハウジン
グが半径方向へ大型化するという問題があった。

【０００５】又、主ターボチャージャのタービンハウジ
ングには、タービン出力を設定値の範囲でコントロール
すべく、内燃機関からの排気ガスをタービン上流でバイ
パスさせるための周知のウェイストゲート通路及びその
開閉用のウェイストゲート弁を設けることも考えられ
る。この場合、ウェイストゲート通路はタービンハウジ
ングのタービン出口通路に平行に形成されることから、
ウェイストゲート弁の弁座はタービンハウジングのター
ビン出口通路に直交する平面上に形成することができ、
ウェイストゲート弁の開閉方向をウェイストゲート通路
内にてタービン出口通路の軸線方向へ一致させることが
できる。従って、主ターボチャージャと副ターボチャー
ジャとでは、各タービンハウジングにおけるウェイスト
ゲート弁と排気バイパス弁の開閉方向が異なり、それら
の組付け構造も異なることになり、両者の間で部品の共
通化や、組付け工程の共通化を図ることができない。

【０００６】この発明は前述した事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、運転状態に応じて主ターボ
チャージャのみの過給作動と、排気ガスの一部を排気バ
イパス通路を通じ副ターボチャージャのタービンへバイ
パスさせて副ターボチャージャを助走回転させた後の主
及び副の両ターボチャージャの過給作動とに切り替える
ようにした多気筒内燃機関において、副ターボチャージ
ャのタービンハウジングをその半径方向へ大型化するこ
とを防止することが可能で、主ターボチャージャと副タ
ーボチャージャとで各タービンハウジングにおける組付
け部品の共通化やそれらの組付け工程の共通化を図るこ
とが可能な多気筒内燃機関の排気ターボ過給装置を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明においては、多気筒よりなる内燃機関の
吸気系及び排気系に並列に設けられた一対をなす主ター
ボチャージャ及び副ターボチャージャと、副ターボチャ
ージャに対応する吸気系及び排気系にそれぞれ設けられ
た吸気切替弁及び排気切替弁と、副ターボチャージャを
構成するタービンハウジングのタービン出口通路から、
排気切替弁をバイパスして排気切替弁の下流側の部位又
はその下流側に連通する部位まで延びる排気バイパス通
路と、その排気バイパス通路に設けられて排気切替弁の
開弁前に開かれる排気バイパス弁とを備え、内燃機関の
運転状態が低吸入空気量域である場合には、吸気切替弁
及び排気切替弁を共に閉じて主ターボチャージャのみを
過給作動させ、内燃機関の運転状態が高吸入空気量域で
ある場合には、初めに排気バイパス弁を開いて内燃機関
からの排気ガスの一部を排気バイパス通路を通じ副ター
ボチャージャのタービンへバイパスして副ターボチャー
ジャを助走回転させた後に、吸気切替弁及び排気切替弁
を共に開いて主ターボチャージャ及び副ターボチャージ
ャを共に過給作動させるようにした多気筒内燃機関の排
気ターボ過給装置において、副ターボチャージャのター
ビンハウジングに形成され、タービン出口通路とほぼ直
交する方向に延びて排気バイパス通路の一部を構成する
バイパス通路部と、そのバイパス通路部に通じると共に
タービン出口通路にほぼ平行に形成されたバイパスポー
トと、そのバイパスポートの一端側にてタービン出口通
路にほぼ直交する平面上に形成され、排気バイパス弁を
着座させる弁座とを備えている。

【０００８】

【作用】上記の構成によれば、副ターボチャージャのタ
ービンハウジングにおいて、排気バイパス通路の一部を
構成するバイパス通路部がタービン出口通路とほぼ直交
する方向に延びて形成され、そのバイパス通路部に通じ
てタービン出口通路にほぼ平行に形成されたバイパスポ
ートの一端側には、タービン出口通路にほぼ直交する平
面上に排気バイパス弁の弁座が形成されている。従っ
て、排気バイパス弁の開閉方向は、排気バイパス通路内
にてタービン出口通路の軸線方向に一致することにな
り、その排気バイパス通路内にて排気バイパス弁のため
の充分な開閉ストロークが得られる。このため、排気バ
イパス弁開閉のために、タービンハウジングの半径方向
に広がる余分な空間を設ける必要がない。

【０００９】又、主ターボチャージャのタービンハウジ
ングに、内燃機関からの排気ガスをタービン上流でバイ
パスさせる周知のウェイストゲート通路及びその開閉用
のウェイストゲート弁を設ける。この場合には、そのウ
ェイストゲート通路をタービンハウジングのタービン出
口通路に平行に形成することにより、ウェイストゲート
弁の開閉方向をウェイストゲート通路内にてタービン出
口通路の軸線方向に一致させることができる。これは、
副ターボチャージャのタービンハウジングで、排気バイ
パス弁の開閉方向がタービン出口通路の軸線方向に一致
するのと同等であり、主・副両ターボチャージャの各タ
ービンハウジングにおいて、ウェイストゲート弁と排気
バイパス弁の組付け構造を同等にすることが可能とな
る。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の多気筒内燃機関の排気ター
ボ過給装置を具体化した一実施例を図１〜図１４に基づ
いて詳細に説明する。図１３はこの実施例における車両
に搭載された直列６気筒の過給機付ガソリンエンジンシ
ステムを説明する概略構成図である。多気筒内燃機関を
構成するエンジン１の吸気系には、吸気脈動或いは吸気
干渉を防止するためのサージタンク２が設けられてい
る。又、サージタンク２の上流側には、スロットルボデ
ィ３が設けられている。このスロットルボディ３の内部
には、図示しないアクセルペダルの操作に連動して開閉
されるスロットル弁４が設けられている。そして、その
スロットル弁４が開閉されることにより、サージタンク
２への吸入空気量が調節される。更に、サージタンク２
の下流側は、エンジン１の各気筒＃１，＃２，＃３，＃
４，＃５，＃６毎へ分岐された吸気マニホルド５となっ
ている。この吸気マニホルド５には、エンジン１の各気
筒＃１〜＃６毎に燃料を噴射供給する燃料噴射弁（イン
ジェクタ）６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ，６Ｆがそれ
ぞれ設けられている。各インジェクタ６Ａ〜６Ｆには図
示しない燃料ポンプの作動により、フユーエルタンクか
ら所定圧力の燃料が供給されるようになっている。更
に、エンジン１の各気筒＃１〜＃６に対応して、点火プ
ラグ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆがそれぞれ設
けられている。

【００１１】一方、エンジン１の排気系には、排気マニ
ホルド８が設けられている。この排気マニホルド８は排
気干渉を伴わない気筒群＃１〜＃３と、気筒群＃４〜＃
６との２つに集合され、その集合部８ａ，８ｂが連通路
９によって互いに連通されている。エンジン１の吸気系
及び排気系には、過給機を構成する主ターボチャージャ
１０及び副ターボチャージャ１１がそれぞれ並列に設け
られている。即ち、主・副の各ターボチャージャ１０，
１１を構成する各タービン１０ａ，１１ａは、その上流
側が排気マニホルド８の各集合部８ａ，８ｂにそれぞれ
連通されている。つまり、主ターボチャージャ１０に対
応してエンジン１の気筒群＃１〜＃３が連通され、副タ
ーボチャージャ１１に対応してエンジン１の気筒群＃４
〜＃６が連通されている。又、各タービン１０ａ，１１
ａの下流側は主・副別々の排気通路１２，１３に連通さ
れている。主・副の各排気通路１２，１３はその下流側
にて合流し、三元触媒を内蔵してなる触媒コンバータ１
４を介して外部に連通されている。

【００１２】一方、主・副の各ターボチャージャ１０，
１１を構成する各コンプレッサ１０ｂ，１１ｂは、その
上流側が主・副別々の吸気通路１５，１６に連通されて
いる。主・副の各吸気通路１５，１６の上流側は一本の
共通吸気通路１７に合流してエアクリーナ１８を介し外
部に連通されている。又、各コンプレッサ１０ｂ，１１
ｂの下流側は主・副別々の吸気通路１９，２０に連通さ
れている。主・副の各吸気通路１９，２０の下流側は一
本の共通吸気通路２１に合流して連通され、吸気冷却用
のインタークーラ２２、更にはスロットルボディ３を介
してサージタンク２に連通されている。

【００１３】この実施例において、主ターボチャージャ
１０はエンジン１の低吸入空気量域から高吸入空気量域
まで作動されるものであり、副ターボチャージャ１１は
低吸入空気量域で停止され、高吸入空気量域のみで作動
されるものであり、主・副の両ターボチャージャ１０，
１１により、いわゆる「２ステージツインターボシステ
ム」が構成されている。

【００１４】主・副の両ターボチャージャ１０，１１の
作動・停止を可能にするために、副ターボチャージャ１
１のタービン１１ａに連通する副排気通路１３の途中に
は、排気切替弁２３が設けられている。又、副ターボチ
ャージャ１１のコンプレッサ１１ｂに連通する副吸気通
路２０の途中には、吸気切替弁２４が設けられている。
これら排気切替弁２３及び吸気切替弁２４は、それぞれ
図示しないバキュームスイッチングバルブの開閉切替に
よって駆動されるダイヤフラム式のアクチュエータ２
５，２６によってそれぞれ開閉されるようになってい
る。そして、排気切替弁２３及び吸気切替弁２４の両方
が全開のときには、主・副の両ターボチャージャ１０，
１１が作動する「ダブル過給ステージ」となり、両切替
弁２３，２４の両方が全閉のときには、主ターボチャー
ジャ１０のみが作動する「シングル過給ステージ」とな
る。

【００１５】副ターボチャージャ１１のタービン１１ａ
に連通する副排気通路１３には、排気切替弁２３をバイ
パスして主排気通路１２に連通する排気バイパス通路２
７が設けられている。又、この排気バイパス通路２７に
は、同通路２７を開閉する排気バイパス弁２８が設けら
れている。この排気バイパス弁２８は、図示しないバキ
ュームスイッチングバルブのデューティ制御により駆動
されるダイヤフラム式のアクチュエータ２９によって開
度（開口量）が可変とされる。

【００１６】更に、吸気切替弁２４よりも上流側の副吸
気通路２０と、主ターボチャージャ１０のコンプレッサ
１０ｂよりも上流側の主吸気通路１５との間には、両通
路２０，１６を連通する第１の吸気バイパス通路３０が
設けられている。この第１の吸気バイパス通路３０は主
ターボチャージャ１０のみの作動から、主・副の両ター
ボチャージャ１０，１１の作動への切り替えをスムーズ
にするために開かれる通路である。そして、第１の吸気
バイパス通路３０の一端側には、同通路３０を開閉する
ために、ダイヤフラム式のアクチュエータ３１によって
駆動される第１の吸気バイパス弁３２が設けられてい
る。このアクチュエータ３１は図示しない三方式のバキ
ュームスイッチングバルブの開閉切替によって駆動され
る。

【００１７】又、副吸気通路２０において吸気切替弁２
４の上流側と下流側とを連通させるバイパス通路３３に
は、リード弁３４が設けられている。そして、副ターボ
チャージャ１１のコンプレッサ１１ｂの出口圧力が主タ
ーボチャージャ１０のそれよりも大きくなったとき、そ
のバイパス通路３３及びリード弁３４を介して吸気切替
弁２４の上流側から下流側へと空気がバイパスされるよ
うになっている。

【００１８】一方、主ターボチャージャ１０において、
タービン１０ａの上流側と下流側との間にはウェイスト
ゲート通路３５が設けられている。又、このウェイスト
ゲート通路３５には、同通路３５を開閉するウェイスト
ゲート弁３６が設けられている。このウェイストゲート
弁３６は、主ターボチャージャ１０による過給圧が予め
設定された圧力を越えることを防止するために、そのタ
ービン１０ａへの流入排気ガスを、タービン１０ａの出
口側へバイパスしてタービン１０ａの出力を調節し、主
ターボチャージャ１０による過給圧をコントロールする
ためのものである。そして、ウェイストゲート弁３６
は、図示しないバキュームスイッチングバルブのデュー
ティ制御により駆動されるダイヤフラム式のアクチュエ
ータ３７によって開度（開口量）が可変とされる。

【００１９】又、主ターボチャージャ１０に関わり、そ
のコンプレッサ１０ｂよりも上流側の主吸気通路１５と
同コンプレッサ１０ｂよりも下流側の共通吸気通路２１
との間には、第２の吸気バイパス通路３８が設けられて
いる。この第２の吸気バイパス通路３８の一端側には、
同通路３８を開閉するために、ダイヤフラム式のアクチ
ュエータ３９によって駆動される第２の吸気バイパス弁
４０が設けられている。このアクチュエータ３９の一室
はサージタンク２に連通されている。そして、アクチュ
エータ３９は、サージタンク２内が負圧になったときの
み、第２の吸気バイパス弁４０が開かれるように作動さ
れ、それ以外のときには第２の吸気バイパス弁４０が閉
じられるように作動される。

【００２０】そして、エンジン１はエアクリーナ１８を
通じて導入される外気を、共通吸気通路１７、主・副の
各吸気通路１５，１６、主・副の各ターボチャージャ１
０，１１のコンプレッサ１０ｂ，１１ｂ、インタークー
ラ２２、サージタンク２及び吸気マニホルド５等を通じ
て取り込む。又、その外気の取り込みと同時に、エンジ
ン１は各インジェクタ６Ａ〜６Ｆから噴射される燃料を
取り込む。更に、エンジン１はその取り込んだ燃料と外
気との混合気を各気筒＃１〜＃６の燃焼室にて爆発・燃
焼させて駆動力を得た後、その排気ガスを排気マニホル
ド８、主・副の各ターボチャージャ１０，１１のタービ
ン１０ａ，１１ａ、主・副の各排気通路１２，１３及び
触媒コンバータ１４を介して外部へ排出させる。

【００２１】上記のように構成された過給機付ガソリン
エンジンシステムにおいて、エンジン１の運転状態が低
速域でかつ高負荷域である場合には、排気切替弁２３及
び吸気切替弁２４が共に閉じられ、主ターボチャージャ
１０のみが作動される「シングル過給ステージ」とな
る。このとき、エンジン１からの排気ガスは主ターボチ
ャージャ１０のみを流れ、そのタービン１０ａを回転駆
動させる。更に、そのタービン１０ａを通過した排気ガ
スは、主排気通路１２を経て主・副の両排気通路１２，
１３の合流部に至り、更に下流の触媒コンバータ１４を
通過して外部へと排出される。このように、低吸入空気
量域で「シングル過給ステージ」とする理由は、低吸入
空気量域では主ターボチャージャ１０のみによる過給特
性の方が主・副の両ターボチャージャ１０，１１による
過給特性よりも優れているからである。そして、このよ
うな「シングル過給ステージ」にすることより、エンジ
ン１のトルクの立ち上がりが速くなり、低速域のレスポ
ンスを大幅に良くすることができる。

【００２２】又、エンジン１の運転状態が低吸入空気量
域から高吸入空気量域へ移行して「シングル過給ステー
ジ」から「ダブル過給ステージ」へ切り替わる場合に
は、排気切替弁２３及び吸気切替弁２４が共に開かれ
る。この際、排気切替弁２３が開かれるよりも前に排気
バイパス弁２８が開かれ、排気ガスの一部が副ターボチ
ャージャ１１へ流される。これにより、副ターボチャー
ジャ１１のタービン１１ａを助走回転させ、ステージ切
り替えをよりスムーズに行うことができる。併せて、第
１の吸気バイパス弁３２が開かれることにより、ステー
ジ切り替えを更にスムーズに行うことができる。

【００２３】一方、エンジン１の運転状態が高吸入空気
量域の場合には、排気切替弁２３と吸気切替弁２４が共
に開かれたままで、かつ排気バイパス弁２８が閉じられ
る。これによって、主・副の両ターボチャージャ１０，
１１により過給が行われる「ダブル過給ステージ」の状
態が保持される。この「ダブル過給ステージ」におい
て、エンジン１からの排気ガスは、主・副の両ターボチ
ャージャ１０，１１を流れ、各タービン１０ａ，１１ａ
を回転駆動させる。更に、各タービン１０ａ，１１ａを
通過した排気ガスは、主・副の両排気通路１２，１３を
経てそれらの合流部に至り、更に下流の触媒コンバータ
１４を通過して外部へと流れる。このように、「ダブル
過給ステージ」とすることにより、主・副の両ターボチ
ャージャ１０，１１の両コンプレッサ１０ｂ，１１ｂに
よって充分な過給圧が得られ、高速域におけるエンジン
１の出力が向上される。そして、ウェイストゲート弁３
６は、このときの過給圧を、例えば「＋５００ｍｍＨ
ｇ」よりも小さく抑えるために開閉される。

【００２４】次に、この実施例の主な特徴である主・副
の各ターボチャージャ１０，１１に関する管路構造につ
いて説明する。図１４は車両に搭載されたエンジン１に
おける主・副両ターボチャージャ１０，１１の組付け状
態を示している。主ターボチャージャ１０はコンプレッ
サ１０ｂを収容するコンプレッサハウジング５１と、タ
ービン１０ａを収容するタービンハウジング５２と、そ
れら両ハウジング５１，５２を連結するセンタハウジン
グ５３とを備えている。コンプレッサハウジング５１
は、主吸気通路１５を構成する主吸気管路５４の一端に
接続されている。この主吸気管路５４は共通吸気通路１
７を構成する共通吸気管路５５に接続されている。ター
ビンハウジング５２は、主排気通路１２を構成する主排
気管路５６，５７に接続されている。

【００２５】一方、副ターボチャージャ１１はコンプレ
ッサ１１ｂを収容するコンプレッサハウジング５８と、
タービン１１ａを収容するタービンハウジング５９と、
それら両ハウジング５８，５９を連結するセンタハウジ
ング６０とを備えている。コンプレッサハウジング５８
は、副吸気通路１６を構成する副吸気管路６１に接続さ
れている。この副吸気管路６１は共通吸気管路５５に合
流して接続されている。又、タービンハウジング５９
は、副排気通路１３を構成する副排気管路６２及び排気
切替弁２３を収容してなる副排気管路６３に接続されて
いる。

【００２６】この実施例において、主排気管路５６及び
副排気管路６２はタービンアウトレットエルボ６４に集
合して一体成形されている。又、主排気管路５７及び副
排気管路６３はバルブボディ６５に集合して一体成形さ
れている。従って、タービンアウトレットエルボ６４と
バルブボディ６５は互いに接続されている。そして、バ
ルブボディ６５は、その主排気管路５７及び副排気管路
６３を互いに合流させる排気合流管路６６に接続され、
同管路６６はフロントパイプ６７を介して触媒コンバー
タ１４に接続されている。

【００２７】ここで、タービンアウトレットエルボ６４
の構造について図１０〜図１２に従って説明する。図１
０はタービンアウトレットエルボ６４の正面図、図１１
はその右側面図、図１２はその左側面図である。タービ
ンアウトレットエルボ６４において、主排気管路５６の
上流端側には、主ターボチャージャ１０のタービンハウ
ジング５２に接続するためのフランジ６４ａが形成され
ている。又、主排気管路５６の下流端側には、バルブボ
ディ６５に接続するためのフランジ６４ｂが形成されて
いる。同じく、タービンアウトレットエルボ６４におい
て、副排気管路６２の上流端側には、副ターボチャージ
ャ１１のタービンハウジング５９に接続するためのフラ
ンジ６４ｃが形成されている。そして、副排気管路６２
の下流端側はバルブボディ６５に接続するためのフラン
ジ６４ｂとなっている。

【００２８】加えて、この実施例のタービンアウトレッ
トエルボ６４には、排気バイパス通路２７を構成する排
気バイパス管路６８が一体成形されている。そして、排
気バイパス管路６８の上流端側には前述したフランジ６
４ｃが位置し、同管路６８の下流端側は主排気管路５６
の途中に連通されている。従って、フランジ６４ｃは副
排気管路６２と排気バイパス管路６８の上流端側を副タ
ーボチャージャ１１のタービンハウジング５９に接続す
るようになっている。

【００２９】尚、図１４において、各アクチュエータ２
５，２９，３７は前述した排気切替弁２３、排気バイパ
ス弁２８及びウェイストゲート弁３６を開閉駆動させる
ためのものである。次に、主ターボチャージャ１０のタ
ービンハウジング５２の構造について図５〜図８に従っ
て説明する。図５はタービンハウジング５２とそのウェ
イストゲート通路３５を示す断面図、図６は図５の断面
に対して直交する切断方向におけるタービンハウジング
５２を示す断面図、図７はタービンハウジング５２の正
面図、図８はその側面図である。

【００３０】タービンハウジング５２は排気ガスをター
ビン１０ａへ導くために渦巻き状の通路からなるスクロ
ール７１と、そのスクロール７１に排気マニホルド８の
集合部８ａから排気ガスを導入する排気ガス入口７２
と、タービン１０ａを回転させた後の排気ガスを導出す
るタービン出口通路７３と、そのタービン出口通路７３
の反対側に位置してセンタハウジング５３に組付けられ
る組付け穴７４とを備えている。排気ガス入口７２に
は、排気マニホルド８に接続されるフランジ５２ａが形
成されている。又、タービン出口通路７３の一端側に
は、タービンアウトレットエルボ６４のフランジ６４ａ
に接続されるフランジ５２ｂが形成されている。

【００３１】図５，８に示すように、タービンハウジン
グ５２の一部には、ウェイストゲート通路３５の一部を
構成するウェイストゲートポート７５が形成されてい
る。又、ウェイストゲートポート７５の一端側には、前
述したウェイストゲート弁３６を着座させるための弁座
７６が形成されている。ウェイストゲートポート７５は
スクロール７１に連通してタービン出口通路７３に平行
に形成されている。又、この弁座７６はタービン出口通
路７３に直交する平面上に形成されている。ウェイスト
ゲート弁３６はウェイストゲート通路３５内にてタービ
ン出口通路７３の軸線方向へ開閉されるように組付けら
れ、その開閉ストロークを充分に確保できるようになっ
ている。

【００３２】そして、ウェイストゲート弁３６が開閉さ
れることにより、タービン１０ａを回すためにスクロー
ル７１に導入された排気ガスの一部が、タービン１０ａ
へ供給されることなくタービンアウトレットエルボ６４
の主排気管路５６へとバイパスされてタービン１０ａの
回転数が適度に調節される。続いて、副ターボチャージ
ャ１１のタービンハウジング５９の構造について図１〜
図４に従って説明する。図１はタービンハウジング５９
とその排気バイパス通路２７を示す断面図、図２は図１
の断面に対して直交する切断方向におけるタービンハウ
ジング５９を示す断面図、図３はタービンハウジング５
９の正面図、図４はその側面図である。

【００３３】この実施例において、タービンハウジング
５９の基本的な構造は、主ターボチャージャ１０のター
ビンハウジング５２のそれとほぼ同じである。即ち、タ
ービンハウジング５９は排気ガスをタービン１１ａへ導
くために渦巻き状の通路からなるスクロール８１と、そ
のスクロール８１に排気マニホルド８の集合部８ｂから
の排気ガスを導入する排気ガス入口８２と、タービン１
１ａを回転させた後の排気ガスを導出させるタービン出
口通路８３と、そのタービン出口通路８３の反対側に位
置してセンタハウジング６０に組付けられる組付け穴８
４とを備えている。排気ガス入口８２には排気マニホル
ド８に接続されるフランジ５９ａが形成されている。
又、タービン出口通路８３の一端側には、タービンアウ
トレットエルボ６４のフランジ６４ｃに接続されるフラ
ンジ５９ｂが形成されている。

【００３４】図１，２，４に示すように、タービンハウ
ジング５９には、排気バイパス通路２７の一部を構成す
るバイパス通路部８５及びバイパスポート８６が形成さ
れている。又、バイパスポート８６の一端側には、前述
した排気バイパス弁２８を着座させるための弁座８７が
形成されている。バイパス通路部８５はタービン出口通
路８３に連通して同通路８３と直交する方向に延びて形
成されている。バイパスポート８６はバイパス通路部８
５に通じると共にタービン出口通路８３に平行に形成さ
れている。又、弁座８７はタービン出口通路８３に直交
する平面上に形成されている。排気バイパス弁２８は排
気バイパス通路２７内にてタービン出口通路８３の軸線
方向へ開閉されるように組付けられ、その開閉ストロー
クを充分に確保できるようになっている。図２に示すよ
うに、タービン出口通路８３におけるバイパス通路部８
５の開口形状は、タービン出口通路８３の内周に沿って
長溝状に形成されて、排気ガスを導入しやすくしてい
る。又、図９に示すように、バイパス通路部８５は、タ
ービン出口通路８３の内周とバイパスポート８６のほぼ
外周を接線で結ぶような形状になっている。これによ
り、タービン出口通路８３からバイパスポート８６への
排気ガスの流れをスムーズになるようにしている。更
に、タービンハウジング５９をできるだけコンパクトに
するために、バイパス通路部８５の最小断面積は、副タ
ーボチャージャ１１のタービン１１ａを助走回転させる
のに最低限必要な面積に設定されている。

【００３５】このように、副ターボチャージャ１１のタ
ービンハウジング５９では、そのタービン出口通路８３
がバイパス通路部８５の分だけ軸方向へ長くなっている
だけで、基本的には主ターボチャージャ１０のタービン
ハウジング５２と同じ構造になっている。そして、主タ
ーボチャージャ１０のタービンハウジング５２における
ウェイストゲートポート７５及びウェイストゲート弁３
６と同等の構造として、副ターボチャージャ１１のター
ビンハウジング５９には、バイパスポート８６及び排気
バイパス弁２８が設けられている。

【００３６】従って、排気切替弁２３が閉じられている
ときに排気バイパス弁２８が開かれることにより、排気
切替弁２３をバイパスして、排気マニホルド８からター
ビンハウジング５９の排気バイパス通路２７を通じて主
排気通路１２に連通する通路が形成される。これによ
り、排気ガスの一部がスクロール８１を通じてタービン
１１ａに供給され、同タービン１１ａが助走回転され
る。

【００３７】次に、上記のような主・副の各ターボチャ
ージャ１０，１１に関する管路構造における作用及び効
果を説明する。この実施例では、副ターボチャージャ１
１のタービンハウジング５９において、排気バイパス通
路２７の一部を構成するバイパス通路部８５がタービン
出口通路８３と直交する方向に延び、そのバイパス通路
部８５に通じてタービン出口通路８３に平行に形成され
たバイパスポート８６の一端側には、タービン出口通路
８３に直交する平面上に排気バイパス弁２８のための弁
座８７が形成されている。

【００３８】そのため、排気バイパス弁２８の開閉方向
は、排気バイパス通路２７内にてタービン出口通路８３
の軸線方向に一致することになり、その排気バイパス通
路２７内にて排気バイパス弁２８の充分な開閉ストロー
クを得ることができる。従って、排気バイパス弁２８の
開閉のために、タービンハウジング５９の半径方向に広
がる余分な空間を設ける必要がなくなり、タービンハウ
ジング５９が半径方向へ大型化することを防止すること
ができる。よって、タービンハウジング５９は、バイパ
ス通路部８５の幅分だけタービン出口通路８３が軸線方
向へ少し長くなるだけであり、半径方向の外径寸法につ
いては、従来例のタービンハウジングとは異なりコンパ
クト化を図ることができる。

【００３９】又、この実施例では、主ターボチャージャ
１０のタービンハウジング５２に、エンジン１からの排
気ガスをタービン１０ａの上流でバイパスさせるウェイ
ストゲート通路３５及びその開閉用のウェイストゲート
弁３６が設けられている。そして、そのウェイストゲー
ト通路３５はタービンハウジング５２のタービン出口通
路７３に平行に形成され、ウェイストゲート弁３６の開
閉方向はウェイストゲート通路３５内にてタービン出口
通路７３の軸線方向に一致している。これは、副ターボ
チャージャ１１のタービンハウジング５９で、排気バイ
パス弁２８の開閉方向が排気バイパス通路２７内にてタ
ービン出口通路８３の軸線方向に一致するのと同等であ
る。よって、主ターボチャージャ１０のタービンハウジ
ング５２と副ターボチャージャ１１のタービンハウジン
グ５９とを比較した場合に、タービンハウジング５９の
構造はバイパス通路部８５を設けた以外、基本的に主タ
ーボチャージャ１０のタービンハウジング５２のそれと
同じになる。

【００４０】従って、各タービンハウジング５２，５９
において、ウェイストゲート弁３６と排気バイパス弁２
８の組付け構造を同等にすることができ、ウェイストゲ
ート弁３６と排気バイパス弁２８の間で、両者３６，２
８に関連する部品、即ち弁体や弁体を開閉させるリンク
等の部品を共通化することができ、しかもそれら各部品
の組付け工程を共通化することができる。このように、
各タービンハウジング５２，５９の間でそれらに関連す
る部品や組付け工程を共通化できることは、主・副一対
のターボチャージャ１０，１１により過給機を構成する
上で、その部品種類数を少なくすることができ、組付け
性を良好にできる等、極めて有利なものとなる。

【００４１】尚、この発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成
の一部を適宜に変更して実施することもできる。例え
ば、各タービンハウジング５２，５９やそれに接続され
るタービンアウトレットエルボ６４の形状を任意に変更
したり、或いはタービンハウジング５９から延びる排気
バイパス通路２７の接続位置を排気切替弁２３の下流側
の部位にしたりすることもできる。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、主ターボチャージャのみの過給作動と、排気バイパ
ス通路を通じ副ターボチャージャのタービンへ排気ガス
の一部をバイパスさせて副ターボチャージャを助走回転
させた後の主及び副の両ターボチャージャの過給作動と
に切り替えるようにした多気筒内燃機関において、副タ
ーボチャージャのタービンハウジングで、排気バイパス
通路の一部を構成するバイパス通路部をタービン出口通
路とほぼ直交する方向へ延ばして形成し、そのバイパス
通路部に通じてタービン出口通路にほぼ平行にバイパス
ポートを形成し、そのバイパスポートの一端側にてター
ビン出口通路にほぼ直交する平面上に排気バイパス弁の
弁座を形成している。これにより、排気バイパス弁の開
閉方向を排気バイパス通路内にてタービン出口通路のの
軸線方向と一致させることができ、排気バイパス弁の開
閉ストロークを確保するためにタービンハウジングに半
径方向へ広がる余分な空間を設ける必要がなく、副ター
ボチャージャのタービンハウジングをその半径方向へ大
型化することを防止することができ、しかも主ターボチ
ャージャと副ターボチャージャとの間で各タービンハウ
ジングにおける組付け部品の共通化やそれらの組付け工
程の共通化を図ることができるという優れた効果を発揮
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を具体化した一実施例における副ター
ボチャージャのタービンハウジングとその排気バイパス
通路を示す断面図である。

【図２】一実施例において図１の断面に対して直交する
切断方向におけるタービンハウジングを示す断面図であ
る。

【図３】一実施例において副ターボチャージャのタービ
ンハウジングを示す正面図である。

【図４】一実施例において副ターボチャージャのタービ
ンハウジングを示す側面図である。

【図５】一実施例において主ターボチャージャのタービ
ンハウジングとそのウェイストゲート通路を示す断面図
である。

【図６】一実施例において図５の断面に対して直交する
切断方向のタービンハウジングを示す断面図である。

【図７】一実施例において主ターボチャージャのタービ
ンハウジングを示す正面図である。

【図８】一実施例において主ターボチャージャのタービ
ンハウジングを示す側面図である。

【図９】一実施例において副ターボチャージャのタービ
ンハウジングのバイパス通路部の形状を示す断面図であ
る。

【図１０】一実施例においてタービンアウトレットエル
ボを示す正面図である。

【図１１】一実施例においてタービンアウトレットエル
ボを示す右側面図である。

【図１２】一実施例においてタービンアウトレットエル
ボを示す左側面図である。

【図１３】一実施例において過給機付ガソリンエンジン
システムを説明する概略構成図である。

【図１４】一実施例において主・副の各ターボチャージ
ャに関する管路構造を説明する図である。

【符号の説明】

１…内燃機関としてのエンジン ５…吸気系を構成する吸気マニホルド ８…排気系を構成する排気マニホルド １０…主ターボチャージャ １０ａ…タービン １１…副ターボチャージャ １１ａ…タービン ２３…排気切替弁 ２４…吸気切替弁 ２７…排気バイパス通路 ２８…排気バイパス弁 ５９…タービンハウジング ８３…タービン出口通路 ８５…バイパス通路部 ８６…バイパスポート ８７…弁座

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多気筒よりなる内燃機関の吸気系及び排
   気系に並列に設けられた一対をなす主ターボチャージャ
   及び副ターボチャージャと、前記副ターボチャージャに
   対応する前記吸気系及び前記排気系にそれぞれ設けられ
   た吸気切替弁及び排気切替弁と、前記副ターボチャージ
   ャを構成するタービンハウジングのタービン出口通路か
   ら、前記排気切替弁をバイパスして前記排気切替弁の下
   流側の部位又はその下流側に連通する部位まで延びる排
   気バイパス通路と、前記排気バイパス通路に設けられて
   前記排気切替弁の開弁前に開かれる排気バイパス弁とを
   備え、前記内燃機関の運転状態が低吸入空気量域である
   場合には、前記吸気切替弁及び前記排気切替弁を共に閉
   じて前記主ターボチャージャのみを過給作動させ、前記
   内燃機関の運転状態が高吸入空気量域である場合には、
   初めに前記排気バイパス弁を開いて前記内燃機関からの
   排気ガスの一部を前記排気バイパス通路を通じ前記副タ
   ーボチャージャのタービンへバイパスして前記副ターボ
   チャージャを助走回転させた後に、前記吸気切替弁及び
   前記排気切替弁を共に開いて前記主ターボチャージャ及
   び前記副ターボチャージャを共に過給作動させるように
   した多気筒内燃機関の排気ターボ過給装置において、前
   記副ターボチャージャのタービンハウジングに形成さ
   れ、前記タービン出口通路とほぼ直交する方向に延びて
   前記排気バイパス通路の一部を構成するバイパス通路部
   と、前記バイパス通路部に通じると共に前記タービン出
   口通路にほぼ平行に形成されたバイパスポートと、前記
   バイパスポートの一端側にて前記タービン出口通路にほ
   ぼ直交する平面上に形成され、前記排気バイパス弁を着
   座させる弁座とを備えたことを特徴とする多気筒内燃機
   関の排気ターボ過給装置。