WO2017169982A1 - ターボ過給機付エンジン - Google Patents

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WO2017169982A1
WO2017169982A1 PCT/JP2017/011231 JP2017011231W WO2017169982A1 WO 2017169982 A1 WO2017169982 A1 WO 2017169982A1 JP 2017011231 W JP2017011231 W JP 2017011231W WO 2017169982 A1 WO2017169982 A1 WO 2017169982A1
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passage
exhaust
turbine
turbo
engine
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PCT/JP2017/011231
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丹羽　靖
光広 中島
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マツダ株式会社
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a turbocharged engine in which a turbocharger having at least two independent turbo parts is attached to an engine body.
  • a turbocharger that supercharges intake air using the exhaust energy of the engine is attached adjacent to one side wall of the engine body.
  • An exhaust passage is provided in the housing of the turbocharger, and exhaust gas is supplied from the engine body to the exhaust passage.
  • the exhaust passage includes an introduction passage that receives exhaust from the engine body, a turbine chamber that houses a turbine, and a scroll passage that guides the exhaust from the introduction passage to the turbine chamber.
  • the introduced exhaust gas causes the turbine to rotate around the turbine shaft, rotate a blower fan of a compressor connected to the turbine shaft, and supercharge intake air.
  • Patent Document 1 discloses a two-stage turbocharger that includes a large turbo unit that mainly operates in a medium to high speed rotation region of an engine and a small turbo unit that mainly operates in a low speed rotation region. Yes.
  • the small turbine of the small turbo part is disposed upstream of the large turbine of the large turbo part in the exhaust passage.
  • the exhaust passage includes a bypass passage that connects the introduction passage and the large turbine chamber without passing through the small turbine chamber.
  • a regulating valve is disposed in the bypass passage, and the regulating valve is opened and closed in accordance with the engine rotation range.
  • turbochargers In turbochargers, it is always required to efficiently transmit exhaust kinetic energy to the turbine to improve output and to make it as compact as possible.
  • the exhaust passage In the above-described two-stage turbocharger, the exhaust passage has a complicated structure, so it is difficult to satisfy these two requirements at a higher level.
  • An object of the present invention is to provide a turbocharger capable of giving a large exhaust kinetic energy to a turbine and achieving a compact size in an engine provided with a turbocharger having at least two independent turbo parts.
  • the purpose is to provide an aircraft engine.
  • An engine with a turbocharger has an engine main body and an exhaust passage that is disposed adjacent to the engine main body and is supplied with exhaust from the engine main body, and is introduced into the engine main body.
  • a turbocharger for supercharging intake air is a turbocharger for supercharging intake air.
  • the turbocharger includes a first turbo unit including a first turbine having a first turbine shaft and a second turbo unit including a second turbine having a second turbine shaft.
  • the exhaust passage includes an introduction passage that receives exhaust from the engine body side, a first upstream portion that communicates with the introduction passage, a first scroll passage that guides exhaust toward the first turbine, and an introduction passage.
  • a second scroll passage having a second upstream portion communicating with the second turbine and guiding exhaust toward the second turbine.
  • the first and second upstream portions are disposed on the far side of the engine body from the first and second turbine shafts, respectively, and the first and second upstream portions
  • the passages are scrolled so that the downstream side of each section is directed toward the engine main body closer to the first and second turbine shafts.
  • the first turbine rotates around the first turbine axis in a predetermined first rotation direction
  • the second turbine rotates around the second turbine axis in a second rotation direction opposite to the first rotation direction.
  • FIG. 1 is a perspective view of a turbocharged engine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of the turbocharger portion of the engine, partly broken away.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the turbocharged engine and its peripheral components, and the flow of intake and exhaust.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the turbocharger according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a perspective view showing an example of an exhaust bypass valve.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the flow of exhaust in the turbocharger in the low speed rotation region of the engine body.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing an exhaust flow in the turbocharger in the medium speed and high speed rotation regions of the engine body.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a turbocharger according to a modified embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view of a turbocharger-equipped engine 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. In FIG. 1, FIG. 2 and other drawings, front / rear, left / right and up / down direction indications are attached. This is for convenience of explanation and does not necessarily indicate the actual direction.
  • the turbocharged engine 1 includes a multi-cylinder engine main body 10, an exhaust manifold 14 connected to the left side surface of the engine main body 10, an unillustrated intake manifold, and a left side of the engine main body 10. And a turbocharger 3 arranged. 1, the exhaust manifold 14 is surrounded by a manifold insulator 15, the left side surface of the engine body 10 is covered by an engine body insulator 16, and the turbocharger 3 is surrounded by a turbo insulator. 17 is covered.
  • the engine body 10 is an in-line four-cylinder diesel engine, and includes a cylinder block 11, a cylinder head 12 attached to the upper surface of the cylinder block 11, and a cylinder head cover 13 disposed above the cylinder head 12. .
  • the cylinder block 11 includes four cylinders 2 (one of which is shown in FIGS. 3 and 4 described later) that form a combustion chamber for fuel.
  • the exhaust manifold 14 includes a manifold passage 141 (FIG. 4) that collects exhaust gas discharged from the exhaust port 25 of each cylinder 2 in one flow path.
  • the inlet side of the exhaust manifold 14 is connected to the cylinder head 12, and the outlet side is connected to the turbocharger 3.
  • the turbocharger 3 is a device that supercharges intake air introduced into the engine body 10 by using exhaust energy discharged from the engine body 10.
  • the turbocharger 3 operates mainly in the medium to high speed rotation range of the engine body 10 to supercharge intake air, and the turbocharger 3A (first turbo unit) operates mainly in the low speed rotation range to intake air.
  • a small turbo part 3B (second turbo part).
  • a small turbo unit 3B is continuously provided below the large turbo unit 3A.
  • Each of the large turbo unit 3A and the small turbo unit 3B includes a turbine chamber disposed on the front side and a compressor chamber disposed on the rear side.
  • an intake passage through which the exhaust gas is supplied from the engine main body 10 through the turbine chambers, and intake air through which the intake air introduced into the engine main body 10 passes through the compressor chambers. And a passage. That is, the turbine chambers are incorporated in the exhaust passage of the engine body 10, and the compressor chambers are incorporated in the intake passage of the engine body 10.
  • FIG. 2 shows a large turbo housing 31 that partitions the large turbine chamber 33 (FIG. 3) of the large turbo section 3A and a small turbo housing 32 that partitions the small turbine chamber 35 (FIG. 3) of the small turbo section 3B.
  • the large turbo housing 31 includes a sheet metal housing 311 made of a sheet metal case that defines a large scroll passage 55 and others described later, and a housing base 312 that supports the lower end of the sheet metal housing 311.
  • An upper flange portion 313 is provided at the lower portion of the housing base 312.
  • the small turbo housing 32 is a housing made of a cast iron case, and is integrally provided with an introduction flange portion 321 on the upstream side of the exhaust passage and a lower flange portion 322 on the downstream side.
  • the introduction flange portion 321 is a flange portion for connecting to the exhaust manifold 14 and is a portion that serves as an exhaust inlet to the turbocharger 3.
  • the lower flange portion 322 is a flange portion for connecting to the large turbo housing 31.
  • the upper flange portion 313 is placed on the lower flange portion 322, and the large turbo housing 31 and the small turbo housing 32 are integrated by bolting them together.
  • An exhaust flange 323 is provided at a portion serving as an exhaust outlet from the turbocharger 3.
  • the exhaust side flange 323 is connected to the downstream side pipe of the exhaust passage.
  • the manifold insulator 15 is an insulator that shields peripheral components from being damaged by heat generated by the exhaust manifold 14 through which high-temperature exhaust flows.
  • the engine body insulator 16 protects the cylinder head cover 13, the harness, and the sensors from the heat generated from the exhaust manifold 14 and the turbocharger 3.
  • the turbo insulator 17 is an insulator that covers the periphery of large and small turbo housings 31 and 32 through which high-temperature exhaust gas circulates and suppresses thermal damage to peripheral components.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the turbocharged engine 1 and its peripheral components, and the flow of intake and exhaust.
  • the engine 1 includes an engine body 10, an intake passage P1 for introducing combustion air into the engine body 10, an exhaust passage P2 for discharging combustion gas (exhaust gas) generated in the engine body 10, and A turbocharger 3 having passages that respectively constitute part of the intake passage P1 and the exhaust passage P2, an exhaust purification device 70 disposed near the downstream end of the exhaust passage P2, an intake passage P1 and an exhaust passage P2. And an EGR (Exhaust Gas Recirculation) device 80 disposed between the two.
  • EGR exhaust Gas Recirculation
  • Each cylinder 2 of the engine body 10 is provided with a piston 21, a combustion chamber 22, a crankshaft 23, an intake port 24, an exhaust port 25, an intake valve 26, and an exhaust valve 27.
  • the piston 21 is accommodated in the cylinder 2 so as to be able to reciprocate.
  • the combustion chamber 22 is formed above the piston 21 in the cylinder 2.
  • Diesel fuel is injected into the combustion chamber 22 from an unillustrated injector. The fuel injected from the injector is mixed with the air supplied from the intake passage P ⁇ b> 1 and self-ignited in the combustion chamber 22.
  • the piston 21 is pushed down by the expansion force due to the combustion and reciprocates in the vertical direction.
  • the crankshaft 23 is an output shaft of the engine body 10 and is disposed below the piston 21.
  • the piston 21 and the crankshaft 23 are connected to each other via a connecting rod.
  • the crankshaft 23 rotates around its central axis according to the reciprocating motion of the piston 21.
  • the intake port 24 is an opening through which air (intake air) supplied from the intake passage P ⁇ b> 1 is introduced into the cylinder 2.
  • the exhaust port 25 is an opening for leading exhaust generated by the combustion of fuel in the cylinder 2 to the exhaust passage P2.
  • the intake valve 26 is a valve that opens and closes the intake port 24, and the exhaust valve 27 is a valve that opens and closes the exhaust port 25.
  • an air cleaner 41, a compressor section (a large compressor chamber 34 and a small compressor chamber 36) of the turbocharger 3, an intercooler 42, and a throttle valve 43 are provided in this order from the upstream side of the intake flow. .
  • the downstream end of the intake passage P1 is connected to the intake port 24 via an intake manifold (not shown).
  • the air cleaner 41 purifies the air taken into the intake passage P1.
  • the intercooler 42 cools the intake air sent to the combustion chamber 22 through the intake port 24.
  • the throttle valve 43 is a valve that adjusts the amount of intake air sent to the combustion chamber 22.
  • a blow-by recirculation passage 411 for sending blow-by gas to the combustion chamber 22 is connected to the upstream side of the turbocharger 3 in the intake passage P1. The intake air is supercharged when passing through the compressor section of the turbocharger 3 described in detail later.
  • the upstream end of the exhaust passage P2 is connected to the exhaust port 25 via the exhaust manifold 14.
  • the exhaust passage P2 is provided with the turbine section (the small turbine chamber 35 and the large turbine chamber 33) of the turbocharger 3 and the exhaust purification device 70 in order from the upstream side of the exhaust flow.
  • the exhaust gas purification device 70 includes a catalyst device 71 including a NOx storage reduction catalyst that temporarily stores NOx in exhaust gas and then reduces it, and a DPF (Diesel Particulate Filter) 72 that collects particulate matter in the exhaust gas. .
  • the kinetic energy of the exhaust gas is recovered when the exhaust gas passes through the turbine section of the turbocharger 3.
  • the EGR device 80 is a device for returning a part of the exhaust (EGR gas) discharged from the engine body 10 to the intake air.
  • the EGR device 80 includes a first EGR passage 81 and a second EGR passage 84 that allow the exhaust passage P2 and the intake passage P1 to communicate with each other, and a first EGR valve 82 and a second EGR valve 85 that open and close the passages 81 and 84, respectively.
  • An EGR cooler 83 is provided in the first EGR passage 81. The EGR gas is cooled by the EGR cooler 83 while passing through the first EGR passage 81 and then flows into the intake passage P1.
  • the EGR cooler is not provided in the second EGR passage 84, and the EGR gas can flow into the intake passage P1 at a high temperature.
  • the first and second EGR passages 81 and 84 communicate a portion of the exhaust passage P2 upstream of the turbocharger 3 and a portion of the intake passage P1 downstream of the throttle valve 43. Therefore, the exhaust before being introduced into the turbine part of the turbocharger 3 is supplied to the intake port 24 together with the intake air.
  • the turbocharger 3 includes the large turbo unit 3A for operation in the medium to high speed rotation region and the small turbo unit 3B for operation in the low speed rotation region.
  • the large turbo unit 3 ⁇ / b> A includes a large turbine chamber 33 and a large compressor chamber 34.
  • the small turbo unit 3 ⁇ / b> B includes a small turbine chamber 35 and a small compressor chamber 36.
  • the large turbine chamber 33 and the small turbine chamber 35 communicate with the exhaust passage P2, and the large compressor chamber 34 and the small compressor chamber 36 communicate with the intake passage P1.
  • the large turbine chamber 33 accommodates a large turbine 33T (first turbine), and the large compressor chamber 34 accommodates a large blower 34B.
  • the large turbine 33T and the large blower 34B are connected by a large turbine shaft 37 (first turbine shaft). That is, the large turbine 33T is attached to one end of the large turbine shaft 37, and the large blower 34B is attached to the other end.
  • the large turbine 33 ⁇ / b> T receives the exhaust flow (kinetic energy) and rotates around the large turbine shaft 37.
  • the large blower 34B also rotates around the large turbine shaft 37 to compress (supercharge) the intake air.
  • the large turbine 33T rotates in response to exhaust kinetic energy
  • the large blower 34B also rotates integrally around the large turbine shaft 37.
  • an impeller that has a plurality of blades and rotates around the large turbine shaft 37 when exhaust collides with the blades can be used.
  • a plurality of nozzle vanes whose angles can be changed are provided on the outer periphery of the turbine, and a VGT (Variable Geometry Turbine) capable of adjusting the flow velocity (that is, turbine capacity) of the exhaust gas flowing into the large turbine 33T according to the engine speed ) Is one of the preferred embodiments.
  • VGT Very Geometry Turbine
  • the small turbine chamber 35 accommodates a small turbine 35T (second turbine), and the small compressor chamber 36 accommodates a small blower 36B.
  • the small turbine 35T and the small blower 36B are connected by a small turbine shaft 38 (second turbine shaft). That is, the small turbine 35T is attached to one end of the small turbine shaft 38, and the small blower 36B is attached to the other end.
  • the small turbine 35T receives the kinetic energy of the exhaust and rotates around the small turbine shaft 38.
  • the small blower 36B rotates around the small turbine shaft 38 to compress (supercharge) the intake air.
  • the small turbine 35T rotates in response to exhaust kinetic energy
  • the small blower 36B also rotates integrally around the small turbine shaft 38.
  • FGT Fixed Geometry Turbine
  • the capacity of the large turbine 33T is larger than the capacity of the small turbine 35T, and the capacity of the large blower 34B is set larger than the capacity of the small blower 36B.
  • the large turbo unit 3A can rotate the large turbine 33T by exhaust gas having a larger flow rate than the small turbo unit 3B, and can supercharge intake air having a larger flow rate by rotation of the large blower 34B.
  • the turbocharger 3 is provided with an in-supercharger intake passage 44 as a passage serving as a part of the intake passage P1 in the aircraft.
  • the supercharger intake passage 44 includes an intake introduction passage 45, a first main passage 46, a second main passage 47, an outlet passage 48, and an intake bypass passage 49.
  • the intake intake passage 45 is the most upstream intake passage in the turbocharger 3, and is a passage from the axial direction of the large turbine shaft 37 toward the large blower 34 ⁇ / b> B in the large compressor chamber 34.
  • the first main passage 46 is a passage that guides intake air from the outer peripheral portion of the large blower 34B toward the axial center of the small blower 36B in the small compressor chamber 36.
  • the second main passage 47 is a passage from the outer peripheral portion of the small blower 36 ⁇ / b> B toward the outlet passage 48.
  • the outlet passage 48 is the most downstream intake passage in the turbocharger 3 and is a passage connected to the intercooler 42.
  • the large blower 34B is disposed upstream of the small blower 36B in the intake air flow.
  • the intake bypass passage 49 is a passage that bypasses the small compressor chamber 36, that is, a passage that guides intake air downstream without supplying intake air to the small blower 36B.
  • the intake bypass passage 49 branches from the middle of the first main passage 46 connecting the large compressor chamber 34 and the small compressor chamber 36, and joins the outlet passage 48 together with the second main passage 47.
  • An intake bypass valve 491 that opens and closes the passage 49 is disposed in the intake bypass passage 49.
  • the intake bypass valve 491 When the intake bypass valve 491 is fully closed and the intake bypass passage 49 is closed, the entire amount of intake air flows into the small compressor chamber 36. On the other hand, when the intake bypass valve 491 is open, most of the intake air bypasses the small compressor chamber 36 and flows downstream through the intake bypass passage 49. That is, since the small blower 36B accommodated in the small compressor chamber 36 becomes resistant to the flow of intake air, most of the intake air has a smaller resistance when the intake bypass valve 491 is open. It flows into the passage 49.
  • the intake bypass valve 491 is opened and closed by a negative pressure type valve actuator 492.
  • the turbocharger 3 is provided with an in-supercharger exhaust passage 50 as a passage serving as a part of the exhaust passage P2 in the aircraft.
  • the supercharger exhaust passage 50 includes an exhaust introduction passage 51 (introduction passage), a communication passage 52, a small scroll passage 53 (second scroll passage), a turbo passage 54, a large scroll passage 55 (first scroll passage), and a discharge passage. 56 and an exhaust bypass passage 57.
  • the exhaust introduction passage 51, the communication passage 52 and the small scroll passage 53 are formed in the small turbo housing 32, and the large scroll passage 55 and the discharge passage 56 are formed in the large turbo housing 31.
  • the passage, the inter-turbo passage 54 and the exhaust bypass passage 57 are passages formed across the housings 31 and 32.
  • the small turbine 35T that is, the small turbo part 3B
  • the large turbine 33T that is, the large turbo part 3A
  • the exhaust introduction passage 51 is the most upstream exhaust passage in the turbocharger 3 and is a passage that receives exhaust from the engine body 10 side.
  • the communication passage 52 is a passage that continues downstream of the exhaust introduction passage 51 and guides the exhaust toward the small turbine chamber 35.
  • the small scroll passage 53 forms a part of the small turbine chamber 35, and is a passage that guides exhaust toward the small turbine 35T.
  • the downstream end of the communication passage 52 is connected to the upstream portion 53U (second upstream portion) of the small scroll passage 53.
  • the small scroll passage 53 is a spiral passage disposed so as to circulate around the outer periphery of the small turbine 35T, and the flow path width gradually decreases toward the downstream.
  • the exhaust gas flows from the small scroll passage 53 toward the radial center of the small turbine 35T, and rotates the small turbine 35T around the small turbine shaft 38.
  • the inter-turbo passage 54 is a passage connecting the small turbine 35T and the upstream portion 55U (first upstream portion) of the large scroll passage 55.
  • the upstream portion of the inter-turbo passage 54 is a portion that extends from the small turbine chamber 35 in the axial direction of the small turbine 35T, and the downstream portion is a portion that continues to the upstream portion 55U.
  • Exhaust gas that has flowed radially inward from the outer periphery of the small turbine 35T and has performed expansion work on the small turbine 35T is taken out from the inter-turbo passage 54 and travels toward the large turbine 33T.
  • the large scroll passage 55 forms a part of the large turbine chamber 33 and is a passage that guides exhaust toward the large turbine 33T.
  • the large scroll passage 55 is a spiral passage disposed so as to go around the outer periphery of the large turbine 33T, and the flow passage width gradually narrows toward the downstream.
  • the exhaust gas flows from the large scroll passage 55 toward the radial center of the large turbine 33T, and rotates the large turbine 33T around the large turbine shaft 37.
  • the exhaust passage 56 is the most downstream exhaust passage in the turbocharger 3, and extends from the large turbine chamber 33 in the axial direction of the large turbine 33T.
  • Exhaust gas that has flowed radially inward from the outer periphery of the large turbine 33T and has performed expansion work on the large turbine 33T is taken out from the discharge passage 56.
  • the downstream end of the discharge passage 56 is an opening provided in the exhaust-side flange portion 323 and is connected to the exhaust passage that reaches the downstream exhaust purification device 70.
  • the exhaust bypass passage 57 is a passage that bypasses the small turbine chamber 35, that is, a passage that guides exhaust gas downstream (large turbine 33T) without causing exhaust to act on the small turbine 35T.
  • the exhaust bypass passage 57 branches from between the exhaust introduction passage 51 and the communication passage 52 and joins the upstream portion 55U of the large scroll passage 55, bypassing the small scroll passage 53 and the inter-turbo passage 54. is doing.
  • An exhaust bypass valve 6 that opens and closes the passage 47 is disposed in the exhaust bypass passage 57.
  • the exhaust bypass valve 6 includes a valve body 61 that actually opens and closes the exhaust bypass passage 57, and a valve actuator 6A that operates the valve body 61.
  • the exhaust always passes through the large turbine 33T of the large turbine chamber 33 no matter how the exhaust bypass valve 6 operates. That is, since the large turbo unit 3A can always operate to perform supercharging of intake air, the supercharging pressure of intake air by the turbo supercharger 3 can be increased, and the energy efficiency of the entire engine system can be increased. .
  • the exhaust bypass valve 6 is fully closed when the engine body 10 is operating in the low speed rotation region, and exhaust is supplied to the small turbine 35T through the communication passage 52 and the small scroll passage 53. Since the inertia of the small turbine 35T is small, even if the exhaust flow rate is small, the rotational speed can be increased early, and the supercharging force by the small blower 36B can be increased. Thereafter, the exhaust gas passes through the inter-turbo passage 54 and the large scroll passage 55 and is supplied to the large turbine 33T. That is, in the low speed rotation region, both the large turbine 33T and the small turbine 35T rotate, and accordingly, the large blower 34B and the small blower 36B also rotate.
  • both the large turbo unit 3A and the small turbo unit 3B operate and can supercharge intake air.
  • VGT when VGT is attached to the large turbine 33T, it is desirable to increase the flow rate of the exhaust gas flowing into the large turbine 33T by reducing the opening degree of the VGT. Thereby, the supercharging force by the large blower 34B in a low speed rotation area can be increased.
  • the exhaust bypass valve 6 is fully opened, and the exhaust is supplied exclusively to the large turbine 33T through the exhaust bypass passage 57. That is, since the exhaust flow resistance can be suppressed as much as possible and exhaust can be supplied to the large turbine 33T, energy efficiency can be improved.
  • the VGT opening be a basic VGT opening for obtaining a predetermined supercharging pressure set in advance.
  • the valve actuator 6A is composed of an electric actuator device, and can not only simply open and close the valve body 61 but also adjust the opening degree of the valve body 61 from fully closed to fully open.
  • the opening degree of the valve body 61 is set so that the supercharging pressure becomes a target pressure for each operating condition.
  • the target boost pressure and the opening degree of the valve body 61 are set in advance by the engine speed and the engine load.
  • the valve actuator 6A controls the opening degree of the valve body 61 according to the setting.
  • the exhaust introduction passage 51 is a passage having an opening at the end face of the introduction flange portion 321 and extending leftward.
  • the exhaust introduction passage 51 is disposed between the large turbo part 3A and the small turbo part 3B.
  • the large turbo unit 3A and the small turbo unit 3B are arranged in the vertical direction, and the exhaust introduction passage 51 is arranged at an intermediate height position between the turbo units 3A and 3B.
  • An exhaust opening of an exhaust port 25 is provided on the left side surface of the engine body 10 (cylinder head 12).
  • the exhaust manifold 14 has an inlet side flange portion 142 on the right end side and an outlet side flange portion 143 on the left end side.
  • the flange portions 142 and 143 are provided with openings on the left and right ends of the manifold passage 141. ing.
  • the inlet side flange portion 142 is coupled to the cylinder head 12 in alignment with the outlet opening of the exhaust port 25.
  • the outlet side flange portion 143 is coupled to the introduction flange portion 321.
  • the exhaust port 25 and the exhaust introduction passage 51 are in communication with each other via the manifold passage 141, and the exhaust from the engine body 10 side is turbocharged as indicated by an arrow F in FIG. It can be taken into the supercharger 3.
  • a Y-shaped branch passage 50B is arranged to connect these.
  • the upstream portions 53U and 55U are scroll start points where the scroll passages 53 and 55 start to vortex toward the axis of each turbine 33T and 35T.
  • a passage that extends downward from the downstream end of the exhaust introduction passage 51 and connects to the upstream portion 53U is a communication passage 52, and a passage that extends upward from the downstream end and connects to the upstream portion 55U is an exhaust bypass passage 57. is there.
  • the small scroll passage 53 is a passage that scrolls counterclockwise in FIG. 4, while the large scroll passage 55 is a passage that scrolls clockwise. That is, the directions in which the scroll passages 53 and 55 are swirled are set in opposite directions. This is because the upstream portions 53U and 55U of the scroll passages 53 and 55 are arranged as follows.
  • the upstream portion 53U is disposed on the side (left side) farther than the small turbine shaft 38 with respect to the left side surface of the engine body 10, and the portion of the small scroll passage 53 spiraling from the upstream portion 53U toward the downstream side is small turbine. It is a passage scrolled so as to be closer to the side closer to the engine body 10 (right side) than the shaft 38.
  • An upstream portion 53U of the small scroll passage 53 opens upward.
  • the small scroll passage 53 extends from the upstream portion 53U in the lower right direction, passes through the lower side of the small turbine shaft 38, and thereafter passes through the right side of the small turbine shaft 38 and moves upward.
  • the downstream end of the small scroll passage 53 that circulates around the small turbine 35T is located on the left side of the small turbine shaft 38.
  • the upstream portion 55U is disposed on the side (left side) farther than the large turbine shaft 37 with respect to the left side surface of the engine body 10, and a portion spiraling from the upstream portion 55U toward the downstream side is provided.
  • This is a passage scrolled so as to be closer to the engine body 10 (right side) than the large turbine shaft 37.
  • the upstream portion 55U of the large scroll passage 55 opens downward.
  • the large scroll passage 55 is directed upward from the upstream portion 55U, passes through the upper side of the first turbine shaft 37, and thereafter passes through the right side of the large turbine shaft 37 and travels downward.
  • the downstream end of the large scroll passage 55 that circulates around the large turbine 33 ⁇ / b> T is located on the left side of the large turbine shaft 37.
  • the small scroll passage 53 and the small scroll passage 55 are arranged so that the upstream portions 53U and 55U face each other in the vertical direction. Further, the exhaust introduction passage 51 is located between the upstream portions 53U and 55U. Therefore, it is possible to connect the scroll passages 53 and 55 to the exhaust introduction passage 51 by the Y-shaped compact branch passage 50B.
  • the rotation direction of the small turbine 35T and the rotation direction of the large turbine 33T are also opposite. That is, the small turbine 35T rotates in the counterclockwise direction (predetermined first rotation direction) around the small turbine shaft 38 along the scroll direction of the small scroll passage 53 in the cross section shown in FIG.
  • the large turbine 33T rotates in the clockwise direction (second rotation direction) around the axis of the large turbine shaft 37 along the scroll direction of the large scroll passage 55.
  • the arrangement of the large and small scroll passages 53 and 55 enables the upstream passages connected to the upstream portions 53U and 55U to be straight or gently curved exhaust passages.
  • the upstream passage 53UA which is a portion extending from at least the upstream portion 53U to the upstream side of the communication passage 52, is a passage that extends downward substantially linearly.
  • the upstream-side passage 55UA which is a portion extending from at least the upstream portion 55U to the upstream side of the inter-turbo passage 54, is also a passage that extends upward in a substantially linear shape. Therefore, the exhaust gas can enter the upstream portions 53U and 55U of the large and small scroll passages 53 and 55 along the linear route with little flow resistance.
  • the inter-turbo passage 54 extends from the arrangement position of the small turbine 35T in the axial direction of the small turbine 35T, changes its path in the upper left direction, and has the substantially straight upstream passage 55UA (near the downstream of the inter-turbo passage 54). Through the passage) to the upstream portion 55U of the large scroll passage 55.
  • the exhaust bypass passage 57 is also an exhaust passage connected to the upstream portion 55U. The arrangement relationship between the two is such that the inter-turbo passage 54 is arranged farther from the left side surface of the engine body 10 than the exhaust bypass passage 57.
  • the upstream portion 55U is disposed on the far side from the large turbine shaft 37 with respect to the left side surface of the engine body 10.
  • the upstream end 55U is joined to the downstream end 54E of the inter-turbo passage 54 and the downstream end 57E of the exhaust bypass passage 57.
  • the positional relationship between the downstream end 57E and the downstream end 54E is greater than that of the downstream end 54E.
  • the exhaust bypass passage 57 and its downstream end 57E are disposed closer to the engine body 10 that discharges the exhaust than the inter-turbo passage 54 and its downstream end 54E. Therefore, the exhaust bypass passage 57 that connects the exhaust introduction passage 51 and the upstream portion 55U in a short circuit can be easily set as an exhaust passage that is short and has a small degree of curvature.
  • such an arrangement relationship is a layout in which the upstream-side passage 55UA of the upstream portion 55U in the inter-turbo passage 54 can be easily set in a linear shape or a gentle curved shape. That is, by disposing the exhaust bypass passage 57 on the side closer to the engine body 10, it is easy to take a space below the upstream portion 53U that opens downward. Further, in the present embodiment, the small turbine shaft 38 is disposed closer to the left side of the engine body 10 than the large turbine shaft 37, and the diameter of the small turbine 35T is small. It is easy to make an empty space. Therefore, it is easy to set the upstream side passage 55UA, which is the downstream portion of the inter-turbo passage 54, in a substantially straight line by using the space below the upstream portion 55U.
  • disposing the small turbine shaft 38 closer to the engine body 10 also contributes to setting the communication passage 52 in a substantially linear shape.
  • the small turbine shaft 38 By arranging the small turbine shaft 38 to the right of the large turbine shaft 37, it becomes easy to take a space to the left of the small scroll passage 53.
  • the left space has a suitable width. it can. Therefore, by using this left space, the upstream passage 53UA can be joined to the upstream portion 53U by making the upstream passage 53UA substantially straight in the communication passage 52 branched downward from the exhaust introduction passage 51 extending to the left.
  • FIG. 5 is a perspective view showing an example of the exhaust bypass valve 6.
  • the exhaust bypass valve 6 includes a valve main body 61, a holding piece 62, and a rotating shaft 63.
  • the valve body 61 opens and closes the exhaust bypass passage 57 as described above, and has a shape capable of closing the exhaust bypass passage 57, that is, a size larger than the opening size of the downstream end of the exhaust bypass passage 57.
  • the holding piece 62 is a rectangular member disposed on the back surface of the valve main body 61, and holds the valve main body 61 on one end side thereof.
  • the rotating shaft 63 extends in a direction (front-rear direction) substantially parallel to the large turbine shaft 37 and is coupled to the other end side of the holding piece 62.
  • the rotation shaft 63 can be rotated around its axis by the valve actuator 6A.
  • the rotating shaft 63 cantilever-supports the valve body 61 via a holding piece 62. Accordingly, when the rotation shaft 63 rotates about the axis, the valve body 61 also rotates about the rotation shaft 63 as an axis. When the valve actuator 6A rotates the rotation shaft 63 about the axis, the valve main body 61 is between the posture (FIG. 6) closing the exhaust bypass passage 57 and the posture opening the exhaust bypass passage 57 (FIG. 7). Change the posture with.
  • the rotation shaft 63 is arranged on the right side of the exhaust bypass passage 57, that is, on the side closer to the engine body 10 in the cross section (FIG. 4) orthogonal to the large turbine shaft 37. This is because it is easy to change the posture of the valve main body 61 from the closed posture to the open posture without going against the flow of exhaust flowing into the upstream portion 55U of the large scroll passage 55 from the exhaust bypass passage 57. Another reason is that the valve body 61 in the open posture is unlikely to become an exhaust flow resistance.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the flow of exhaust in the turbocharger 3 in the low speed rotation region of the engine body 10.
  • the valve actuator 6A closes the valve body 61 and the exhaust bypass passage 57 is closed.
  • the exhaust (arrow F) discharged from the engine body 10 side enters the exhaust introduction passage 51 provided in the small turbo housing 32 of the turbocharger 3.
  • the exhaust is guided downward by the communication passage 52 and reaches the upstream portion 53U of the small scroll passage 53 (arrow F1).
  • the exhaust gas flows from the small scroll passage 53 on the outer peripheral portion of the small turbine 35T toward the small turbine shaft 38 in order to act on the small turbine 35T, and rotates the small turbine 35T in the counterclockwise direction R2.
  • the exhaust is led out from the axial direction of the small turbine 35T and enters the inter-turbo passage 54.
  • the exhaust gas is guided upward along the inter-turbo passage 54 and reaches the upstream portion 55U of the large scroll passage 55 via the upstream passage 55UA (arrow F2).
  • the exhaust gas also flows from the small turbo housing 32 into the large turbo housing 31.
  • the exhaust gas flows in the direction from the large scroll passage 55 on the outer peripheral portion of the large turbine 33T toward the large turbine shaft 37 to act on the large turbine 33T, and rotates the large turbine 33T in the clockwise direction R1.
  • the exhaust gas is led out from the axial direction of the large turbine 33T, discharged to the outside of the turbocharger 3 through the discharge passage 56 (FIG. 3), and directed to the exhaust gas purification device 70.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the flow of exhaust in the turbocharger 3 in the medium speed and high speed rotation regions of the engine body 10.
  • the valve actuator 6A opens the valve body 61 and the exhaust bypass passage 57 is opened.
  • the exhaust (arrow F) discharged from the engine body 10 side flows exclusively through the exhaust introduction passage 51 and into the exhaust bypass passage 57 having a low flow resistance.
  • the exhaust gas is guided to the upper left along the exhaust bypass passage 57 and flows into the upstream portion 55U of the large scroll passage 55 from the right side (arrow F3).
  • the exhaust gas also flows from the small turbo housing 32 into the large turbo housing 31.
  • the exhaust gas flows into the large turbine 33T from the large scroll passage 55, is led out from the axial direction of the large turbine 33T, and travels toward the discharge passage 56.
  • the turbocharged engine 1 has the following operational effects.
  • the upstream portion 53 ⁇ / b> U serving as the scroll starting point of the small scroll passage 53 is disposed on the side farther from the engine body 10 than the small turbine shaft 38, and the scroll starting point of the large scroll passage 55 is provided.
  • the upstream portion 55 ⁇ / b> U to be arranged has a structure arranged on the side farther from the engine body 10 than the large turbine shaft 37.
  • the layout of the exhaust passages (the communication passage 52 and the inter-turbo passage 54) from the exhaust introduction passage 51 to the respective upstream portions 53U and 55U can be provided with a margin, and the exhaust passages can be prevented from being extremely curved. . Therefore, the flow of the exhaust gas in the exhaust passage can be made smooth, and a large exhaust kinetic energy can be given to the turbines 33T and 35T.
  • the supercharger exhaust passage 50 having a small exhaust flow resistance can be realized.
  • the small scroll passage 53 and the large scroll passage 55 are passages scrolled so that the downstream sides of the upstream portions 53U and 55U are closer to the engine body 10 than the turbine shafts 38 and 37, and are in opposite directions. Scroll to For this reason, the large turbine 33T and the small turbine 35T rotate in directions opposite to each other. If the exhaust passage is set on the assumption that both turbines 33T and 35T are rotated in the same direction, an exhaust passage that is greatly curved is inevitably required, and the turbocharger 3 tends to be enlarged. In the existing two-stage turbocharger, since it is assumed that two turbines rotate in the same direction, it is generally difficult to reduce the size of the turbocharger 3. However, according to the structure of this embodiment, it becomes easy to design the exhaust path in the turbocharger 3 simply, and the turbocharger 3 can be made compact.
  • the upstream side passage 53UA and the upstream side passage 55UA that are respectively connected to the upstream portion 53U of the small scroll passage 53 and the upstream portion 55U of the large scroll passage 55 are substantially straight exhaust passages. For this reason, exhaust can be introduced into each of the upstream portions 53U and 55U without substantially giving resistance to the flow of exhaust. Therefore, larger exhaust kinetic energy can be given to the large turbine 33T and the small turbine 35T.
  • the turbocharger 3 of the present embodiment is a two-stage turbocharger in which a large turbo part 3A is arranged in series downstream of the small turbo part 3B on the supercharger exhaust passage 50.
  • the upstream side passage 53UA corresponding to the downstream portion of the communication passage 52 and the upstream side passage 55UA corresponding to the downstream portion of the inter-turbo passage 54 are made substantially linear, so that the large turbine 33T and The exhaust kinetic energy can be increased by smoothing the flow of exhaust toward the small turbine 35T.
  • An exhaust introduction passage 51 that receives exhaust from the engine body 10 is disposed between the large turbo part 3A and the small turbo part 3B.
  • the exhaust manifold 14 is disposed on one side of the engine body 10, the large turbo part 3 ⁇ / b> A and the small turbo part 3 ⁇ / b> B are disposed in the vertical direction, and are connected to the exhaust manifold 14 at an intermediate height position between them.
  • An exhaust introduction passage 51 is disposed.
  • the upstream portions 53U and 55U of the large and small scroll passages 53 and 55 are arranged on the side farther from the engine body 10 than the turbine shafts 37 and 38, and the large and small turbines 33T and 35T rotate.
  • the layout connecting the exhaust introduction passage 51 with a smooth exhaust passage with a small degree of curvature can be set compactly for both of the upstream portions 53U and 55U.
  • the inter-turbo passage 54 is disposed farther from the engine main body 10 than the exhaust bypass passage 57.
  • the downstream end 57E of the exhaust bypass passage 57 faces the upstream portion 55U of the large scroll passage 55 on the side closer to the engine body 10 than the downstream end 54E of the inter-turbo passage 54.
  • the exhaust bypass passage 57 can be easily set as an exhaust passage having a short curvature and a small degree of curvature, and the exhaust can be smoothly sent to the upstream portion 55U through the exhaust bypass passage 57 when the large turbo unit 3A is mainly operated. it can.
  • the exhaust bypass passage 57 is provided with an exhaust bypass valve 6 having a valve body 61 and a rotating shaft 63 that cantilever-supports the valve body 61.
  • the rotation shaft 63 extends in a direction substantially parallel to the large turbine shaft 37 and is disposed on the side of the exhaust bypass passage 57 closer to the engine body 10. For this reason, the valve body 61 receives a biasing force in the direction of turning around the turning shaft 63 so that the valve body 61 is in the open posture by the flow of exhaust gas passing through the exhaust bypass passage 57. That is, the valve body 61 can be opened without countering the exhaust flow.
  • valve main body 61 can be easily opened at the start of use of the exhaust bypass passage 57, which can contribute to the smooth supply of exhaust gas through the exhaust bypass passage 57. Further, since the valve main body 61 is cantilevered by the rotation shaft 63, the valve main body 61 in the open posture is completely retracted from the exhaust bypass passage 57. Therefore, the valve main body 61 can be made less likely to become exhaust flow resistance.
  • the small scroll passage 53 and the large scroll passage 55 are arranged so that the upstream portions 53U and 55U face each other.
  • the exhaust introduction passage 51 is disposed between the large turbo part 3A and the small turbo part 3B, and a Y-shaped branch passage 50B is provided between the exhaust introduction passage 51 and the upstream part 53U and the upstream part 55U.
  • a passage connecting the exhaust introduction passage 51 and the upstream portion 55U of the branch passage 50B is an exhaust bypass passage 57.
  • the Y-shaped branch passage 50B has an advantage that a layout connecting the exhaust introduction passage 51 with a smooth exhaust passage having a small degree of curvature can be set compactly with respect to the upstream portions 53U and 55U.
  • turbocharged engine 1 of the present embodiment in the engine to which the turbocharger 3 having at least two independent turbo parts (the large turbo part 3A and the small turbo part 3B) is attached.
  • the large and small turbines 33T and 35T can be given large exhaust kinetic energy, and the turbocharger 3 can be made compact.
  • the present invention is not limited to this.
  • the example in which the first turbo unit and the second turbo unit are the large turbo unit 3A and the small turbo unit 3B is shown.
  • the first and second turbo units may be turbo units having the same turbine capacity.
  • the large turbo part 3A was shown in the example arrange
  • the first and second turbo units may be connected to the exhaust introduction passage 51 in parallel.
  • the first and second turbo units are not limited to being arranged in the vertical direction, but may be arranged in a horizontal direction or an oblique direction. Further, as long as the first and second turbo units satisfy the conditions of the present invention, other turbo units may be provided.
  • turbocharger 3 having the exhaust passage set so that the large turbine 33T and the small turbine 35T rotate in directions opposite to each other is shown. Instead of this, the large and small turbines 33T and 35T may be rotated in the same direction.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a turbocharger 30 according to a modified embodiment.
  • the turbocharger 30 includes a large turbo part 30A and a small turbo part 30B arranged in the vertical direction.
  • the same parts as those in the embodiment shown in FIG. The point that the inter-turbo passage 54 is disposed farther than the exhaust bypass passage 57 with respect to the engine body 10, and the downstream end 57E of the exhaust bypass passage 57 is closer to the engine body 10 than the downstream end 54E of the inter-turbo passage 54.
  • similar to is also the same.
  • the difference is the arrangement of the communication passage 520 and the small scroll passage 530.
  • the upstream portion 530U of the small scroll passage 530 opens upward on the side closer to the engine body 10 than the small turbine shaft 38.
  • the communication passage 520 is an exhaust passage having a U-turn shape so as to connect the upstream portion 530 ⁇ / b> U and the downstream end of the exhaust introduction passage 51.
  • the small scroll passage 530 scrolls from the upstream portion 530U to the downstream side so as to go to the left of the small turbine shaft 38. Thereby, the small turbine 35T also rotates clockwise R3 similarly to the large turbine 33T.
  • the arrangement relationship between the inter-turbo passage 54 and the exhaust bypass passage 57 is the same as that in the above embodiment, so that the same advantages as described above can be obtained.
  • the downstream end 57E of the exhaust bypass passage 57 has a shape cut obliquely in a cross section orthogonal to the turbine shafts 37 and 38.
  • the example in which the valve main body 61 is cantilevered by the rotating shaft 63 disposed on the side of the exhaust bypass passage 57 closer to the engine main body 10 is shown.
  • the downstream end 57E has a shape that is obliquely cut so that the left side is higher and the right side (side closer to the engine body 10) is lower, the valve body 61 is more easily opened by the flow of exhaust. It can be a structure.
  • An engine with a turbocharger has an engine main body and an exhaust passage that is disposed adjacent to the engine main body and is supplied with exhaust from the engine main body, and is introduced into the engine main body.
  • a turbocharger that supercharges intake air including a first turbo part including a first turbine having a first turbine shaft and a second turbine having a second turbine shaft.
  • a first turbo section, the exhaust passage including an introduction passage for receiving exhaust from the engine body side and a first upstream portion communicating with the introduction passage, and leading the exhaust toward the first turbine.
  • the first and second upstream portions serving as the scroll start points of the first and second scroll passages are arranged on the side farther from the engine body than the first and second turbine shafts.
  • the layout of the exhaust passage from the introduction passage to the first and second upstream portions can be given a margin, and the exhaust passage can be prevented from being extremely curved. Therefore, the flow of the exhaust gas in the exhaust passage can be made smooth, and a large exhaust kinetic energy can be given to the first and second turbines. Further, the rotation directions of the first and second turbines are opposite to each other.
  • the upstream side passage connected to the first upstream portion and the second upstream portion is an exhaust passage having a linear shape or a gently curved shape.
  • exhaust can be introduced into the first and second upstream portions of the first and second scroll passages without substantially giving resistance to the exhaust flow. Therefore, it becomes possible to give larger exhaust kinetic energy to the first and second turbines.
  • the second turbo unit is disposed upstream of the first turbo unit in the exhaust passage, and the exhaust passage further includes the introduction passage and the second scroll passage.
  • a communication passage connecting the second upstream portion, and an inter-turbo passage connecting the second turbine and the first upstream portion of the first scroll passage, and at least upstream of the communication passage from the second upstream portion It is desirable that a portion extending to the upstream side and at least a portion of the inter-turbo passage extending from the first upstream portion to the upstream side are the upstream passage connected to the second upstream portion and the first upstream portion.
  • the flow of exhaust toward the first and second turbines can be increased by smoothing.
  • the introduction passage is preferably disposed between the first turbo part and the second turbo part.
  • the first and second upstream portions are arranged on the side farther from the engine body than the first and second turbine shafts, and the rotation directions of the first and second turbines
  • the layout connecting the introduction passage with a smooth exhaust passage with a small degree of curvature is easily set compactly for both the first and second upstream portions.
  • the first turbo unit and the second turbo unit are arranged in a vertical direction, and the introduction passage is located between the first turbo unit and the second turbo unit. It is desirable that they are arranged in this position.
  • the turbocharger when an exhaust manifold is arranged on one side of the engine body, the turbocharger can be arranged compactly on the side.
  • the exhaust passage further includes an inter-turbo passage connecting the second turbine and a first upstream portion of the first scroll passage, the second scroll passage, and the inter-turbo passage.
  • An exhaust bypass passage that connects the introduction passage and the first upstream portion, and the inter-turbo passage is disposed on a side farther than the exhaust bypass passage with respect to the engine body, It is desirable that the downstream end of the exhaust bypass passage faces the first upstream portion on the side closer to the engine body than the downstream end of the inter-turbo passage.
  • the first upstream portion of the first scroll passage is disposed on the far side of the first turbine shaft with respect to the engine body. For this reason, the layout of the exhaust passage from the introduction passage to the first upstream portion can be given a margin, and the exhaust passage can be prevented from being extremely curved.
  • the inter-turbo passage is disposed on a side farther than the exhaust bypass passage with respect to the engine body, and the downstream end of the exhaust bypass passage is closer to the downstream end of the inter-turbo passage. Opposite the upstream. For this reason, it becomes easy to set the exhaust bypass passage as an exhaust passage that is short and has a low degree of curvature, and smoothly sends exhaust to the first upstream portion through the exhaust bypass passage when the first turbo unit mainly operates. Can do. Accordingly, it is possible to give a large exhaust kinetic energy to the first turbine of the first turbo part without generating a large resistance in the flow of the exhaust.
  • the engine with a turbocharger may further include a bypass valve that is disposed in the exhaust bypass passage and opens and closes the exhaust bypass passage, and the bypass valve has a shape capable of closing the exhaust bypass passage.
  • the engine main body of the exhaust bypass passage is cross-sectionally orthogonal to the first turbine shaft, and the rotational shaft extends in a direction substantially parallel to the first turbine shaft. It is desirable to arrange on the side near the side.
  • the bypass valve receives an urging force in a direction in which the valve body rotates about the rotation axis so that the valve main body is in the opening posture due to the flow of exhaust gas passing through the exhaust bypass passage. It will be. That is, the valve body can be opened without countering the exhaust flow. Therefore, the valve body can be easily opened at the start of use of the exhaust bypass passage, which can contribute to the smooth supply of exhaust gas through the exhaust bypass passage.
  • the first scroll passage and the second scroll passage are arranged so that the first upstream portion and the second upstream portion face each other, and the introduction passage is
  • a Y-shaped branch passage is disposed between the first turbo section and the second turbo section, and is connected between the introduction passage and the first upstream section and the second upstream section. It is desirable that a passage connecting the introduction passage and the first upstream portion of the branch passage is the exhaust bypass passage.
  • the layout connecting the introduction passage with the smooth exhaust passage with a small degree of curvature is compact with respect to both the first and second upstream portions by the Y-shaped branch passage. It becomes easy to set.
  • the first turbo unit is a large turbocharger that mainly operates in a medium to high-speed rotation range of the engine body
  • the second turbo unit is the engine body. It is one of the preferred embodiments that the turbocharger is a small turbocharger that mainly operates in the low-speed rotation range.

Abstract

ターボ過給機付エンジン（１）は、第１ターボ部（３Ａ）及び第２ターボ部（３Ｂ）を備える。第１ターボ部（３Ａ）の第１スクロール通路（５５）のスクロール始点である第１上流部（５５Ｕ）、第２ターボ部（３Ｂ）の第２スクロール通路（５３）のスクロール始点である第２上流部（５３Ｕ）が、各々第１タービン軸（３７）、第２タービン軸（３８）よりもエンジン本体（１０）に対して遠い側に配置されている。第１、第２スクロール通路（５５、５３）は、各第１、第２上流部（５５Ｕ、５３Ｕ）の下流側が各タービン軸（３８、３７）よりもエンジン本体（１０）に近い側に向かうようにスクロールした通路であって、互いに反対方向にスクロールしている。このため、第１タービン（３３Ｔ）と第２タービン（３５Ｔ）とは互いに逆方向に回転する。

Description

ターボ過給機付エンジン
　本発明は、エンジン本体に、少なくとも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。
　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が備えられ、この排気通路に対して、エンジン本体から排気が供給される。前記排気通路は、エンジン本体から排気を受け入れる導入通路、タービンを収容するタービン室、及び前記導入通路から前記タービン室へ排気を導くスクロール通路を含む。導入された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のブロワー扇車を回転させ、吸気を過給する。
　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。小型ターボ部の小タービンは、排気通路において大型ターボ部の大タービンよりも上流側に配置される。前記排気通路は、小タービン室を経由せず、前記導入通路と大タービン室とを繋ぐバイパス通路を備える。このバイパス通路にはレギュレートバルブが配置され、エンジンの回転域に応じて前記レギュレートバルブが開閉される。
　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、排気通路が複雑な構造となるため、これら２つの要請をより高いレベルで満たすことは難しい。
特許５４９９９５３号公報
　本発明の目的は、少なくとも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、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。
　本発明の一局面に係るターボ過給機付エンジンは、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を有し、前記エンジン本体へ導入される吸気を過給するターボ過給機と、を備える。
　前記ターボ過給機は、第１タービン軸を有する第１タービンを含む第１ターボ部と、第２タービン軸を有する第２タービンを含む第２ターボ部とを含む。前記排気通路は、前記エンジン本体側から排気を受け入れる導入通路と、前記導入通路に連通する第１上流部を備え、前記第１タービンへ向けて排気を導く第１スクロール通路と、前記導入通路に連通する第２上流部を備え、前記第２タービンへ向けて排気を導く第２スクロール通路と、を含む。
　前記第１、第２スクロール通路は、前記第１、第２上流部が、それぞれ前記エンジン本体に対して前記第１、第２タービン軸よりも遠い側に配置され、前記第１、第２上流部の下流側が、それぞれ前記エンジン本体に対して前記第１、第２タービン軸よりも近い側に向かうようにスクロールした通路である。前記第１タービンは前記第１タービン軸回りに所定の第１回転方向へ回転する一方、前記第２タービンは前記第２タービン軸回りに前記第１回転方向とは反対の第２回転方向へ回転する。
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の斜視図である。 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４は、本実施形態に係るターボ過給機の概略断面図である。 図５は、排気バイパス弁の一例を示す斜視図である。 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のフローを示す断面図である。 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のフローを示す断面図である。 図８は、変形実施形態に係るターボ過給機の概略断面図である。
　［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。
　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。
　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（後出の図３、図４にその一つが示されている）を備えている。
　排気マニホールド１４は、各気筒２の排気ポート２５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１４１（図４）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。
　ターボ過給機３は、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の中速から高速回転域において主に動作して吸気を過給する大型ターボ部３Ａ（第１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２ターボ部）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へ導入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。
　図２には、大型ターボ部３Ａの大タービン室３３（図３）を区画する大型ターボハウジング３１と、小型ターボ部３Ｂの小タービン室３５（図３）を区画する小型ターボハウジング３２とが示されている。大型ターボハウジング３１は、後記で説明する大スクロール通路５５他を区画する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の下端を支持するハウジングベース３１２とを含む。ハウジングベース３１２の下部には、上フランジ部３１３が備えられている。
　一方、小型ターボハウジング３２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。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。下フランジ部３２２は、大型ターボハウジング３１との連結を行うためのフランジ部である。下フランジ部３２２の上に上フランジ部３１３が載置され、両者がボルト締結されることによって、大型ターボハウジング３１と小型ターボハウジング３２とが一体化されている。ターボ過給機３からの排気の出口となる部分には、排気側フランジ３２３が備えられている。排気側フランジ３２３には、排気通路の下流側配管が接続される。
　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大型、小型ターボハウジング３１、３２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。
　［エンジンの内部的構成］
　図３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。
　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３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。
　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。
　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（図示せず）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。
　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。
　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をそ各々開閉する第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。
　［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の内部構造について、上掲の図３と、ターボ過給機３の概略断面を示す図４と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及び大コンプレッサ室３４を備える。同様に、小型ターボ部３Ｂは、小タービン室３５及び小コンプレッサ室３６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。
　大タービン室３３には大タービン３３Ｔ（第１タービン）が、大コンプレッサ室３４には大ブロワー３４Ｂが、各々収容されている。大タービン３３Ｔと大ブロワー３４Ｂとは、大タービン軸３７（第１タービン軸）で連結されている。すなわち、大タービン軸３７の一端に大タービン３３Ｔが取り付けられ、他端に大ブロワー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。大ブロワー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、大ブロワー３４Ｂも大タービン軸３７の軸回りに一体回転する。
　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。また、大タービン３３Ｔとして、角度変更可能な複数のノズルベーンをタービン外周部に備え、エンジン回転数に応じて大タービン３３Ｔへ流入する排気の流速（すなわちタービン容量）を調整可能なＶＧＴ（Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｇｅｏｍｅｔｒｙ　Ｔｕｒｂｉｎｅ）を用いることは、好ましい実施形態の一つである。
　小タービン室３５には小タービン３５Ｔ（第２タービン）が、小コンプレッサ室３６には小ブロワー３６Ｂが、各々収容されている。小タービン３５Ｔと小ブロワー３６Ｂとは、小タービン軸３８（第２タービン軸）で連結されている。すなわち、小タービン軸３８の一端に小タービン３５Ｔが取り付けられ、他端に小ブロワー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。小ブロワー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、小ブロワー３６Ｂも小タービン軸３８の軸回りに一体回転する。なお、小タービン３５Ｔとしては、流入する排気の流速を変更不能な、いわゆるＦＧＴ（Ｆｉｘｅｄ　Ｇｅｏｍｅｔｒｙ　Ｔｕｒｂｉｎｅ）を用いることができる。
　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、大ブロワー３４Ｂの容量は小ブロワー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、大ブロワー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。
　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、第１主通路４６、第２主通路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内の大ブロワー３４Ｂに向かう通路である。第１主通路４６は、大ブロワー３４Ｂの外周部から、小コンプレッサ室３６内の小ブロワー３６Ｂの軸心へ向けて吸気を案内する通路である。第２主通路４７は、小ブロワー３６Ｂの外周部から、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、大ブロワー３４Ｂが小ブロワー３６Ｂの上流側に配置されている。
　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、小ブロワー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とを繋ぐ第１主通路４６の途中から分岐し、第２主通路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。
　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ブロワー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。
　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（導入通路）、連絡通路５２、小スクロール通路５３（第２スクロール通路）、ターボ間通路５４、大スクロール通路５５（第１スクロール通路）、排出通路５６及び排気バイパス通路５７を含む。図４から明らかな通り、排気導入通路５１、連絡通路５２及び小スクロール通路５３は小型ターボハウジング３２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は大型ターボハウジング３１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は両ハウジング３１、３２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（即ち小型ターボ部３Ｂ）が、排気通路Ｐ２において大タービン３３Ｔ（即ち大型ターボ部３Ａ）の上流側に配置されている。
　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５３Ｕ（第２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。
　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５５Ｕ（第１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、上流部５５Ｕ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。
　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３２３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。
　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５５Ｕ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４７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。
　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。
　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。
　基本動作として、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、小ブロワー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、これに伴い大ブロワー３４Ｂ及び小ブロワー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。ここで、大タービン３３ＴにＶＧＴが付設されている場合、ＶＧＴの開度を小さくして大タービン３３Ｔに流入する排気の流速を高めることが望ましい。これにより、低速回転域における大ブロワー３４Ｂによる過給力を高めることができる。
　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。なお、大タービン３３ＴがＶＧＴを有する場合は、そのＶＧＴ開度を、予め設定された所定の過給圧を得るための基本ＶＧＴ開度とすることが望ましい。
　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。
　［ターボ過給機内の排気通路の詳細］
　続いて、主に図４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。まず、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、左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。詳しくは、大型ターボ部３Ａと小型ターボ部３Ｂとは上下方向に配置され、排気導入通路５１はこれらターボ部３Ａ、３Ｂの間の中間の高さ位置に配置されている。
　エンジン本体１０（シリンダヘッド１２）の左側面には排気ポート２５の出気開口が設けられている。排気マニホールド１４は、右端側に入気側フランジ部１４２を、左端側に出気側フランジ部１４３を有しており、これらフランジ部１４２、１４３にはマニホールド通路１４１の左右端部開口が設けられている。入気側フランジ部１４２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。出気側フランジ部１４３は、導入フランジ部３２１と結合される。これにより、排気ポート２５と排気導入通路５１（過給機内排気通路５０）とがマニホールド通路１４１を介して連通状態となり、図４において矢印Ｆで示すように、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。
　排気導入通路５１と、小スクロール通路５３の上流部５３Ｕと大スクロール通路５５の上流部５５Ｕとの間には、これらを繋ぐＹ字型の分岐通路５０Ｂが配置されている。なお、上流部５３Ｕ、５５Ｕとは、スクロール通路５３、５５が各タービン３３Ｔ、３５Ｔの軸心に向けて渦を巻始めるスクロール始点部分である。この分岐通路５０Ｂのうち、排気導入通路５１の下流端より下方へ向かい上流部５３Ｕに繋がる通路が連絡通路５２であり、同下流端より上方へ向かい上流部５５Ｕに繋がる通路が排気バイパス通路５７である。
　小スクロール通路５３は、図４において反時計方向にスクロールする通路である一方、大スクロール通路５５は時計方向にスクロールする通路である。つまり、両スクロール通路５３、５５が渦を巻く方向は互いに反対方向に設定されている。これは、スクロール通路５３、５５の上流部５３Ｕ、５５Ｕを次の通りに配置したことによる。
　小スクロール通路５３は、上流部５３Ｕがエンジン本体１０の左側面に対して小タービン軸３８よりも遠い側（左側）に配置され、上流部５３Ｕから下流側に向けて渦を巻く部分が小タービン軸３８よりもエンジン本体１０に近い側（右側）に向かうようにスクロールした通路である。小スクロール通路５３の上流部５３Ｕは、上向きに開口している。小スクロール通路５３は、この上流部５３Ｕから右下方向に向かい、小タービン軸３８の下方側を通過し、その後に小タービン軸３８の右方側を抜けて上方に向かっている。もちろん、小タービン３５Ｔの周囲を周回した小スクロール通路５３の下流端は、小タービン軸３８よりも左側に位置している。
　大スクロール通路５５も同様に、上流部５５Ｕがエンジン本体１０の左側面に対して大タービン軸３７よりも遠い側（左側）に配置され、上流部５５Ｕから下流側に向けて渦を巻く部分が大タービン軸３７よりもエンジン本体１０に近い側（右側）に向かうようにスクロールした通路である。大スクロール通路５５の上流部５５Ｕは、下向きに開口している。大スクロール通路５５は、この上流部５５Ｕから右上方向に向かい、第１タービン軸３７の上方側を通過し、その後に大タービン軸３７の右方側を抜けて下方に向かっている。もちろん、大タービン３３Ｔの周囲を周回した大スクロール通路５５の下流端は、大タービン軸３７よりも左側に位置している。
　このように小スクロール通路５３と小スクロール通路５５とは、それぞれの上流部５３Ｕ、５５Ｕが概ね上下方向において向き合うように配置されている。また、排気導入通路５１は、上流部５３Ｕ、５５Ｕの中間に位置している。それゆえ、上述のＹ字型のコンパクトな分岐通路５０Ｂにて、両スクロール通路５３、５５を排気導入通路５１に繋ぐことが可能である。
　また、両スクロール通路５３、５５が渦を巻く方向が互いに反対方向であることから、小タービン３５Ｔの回転方向と大タービン３３Ｔの回転方向も反対である。すなわち、小タービン３５Ｔは、小スクロール通路５３のスクロール方向に沿って、図４に示す断面では、小タービン軸３８の軸回りに反時計方向（所定の第１回転方向）へ回転する。一方、大タービン３３Ｔは、大スクロール通路５５のスクロール方向に沿って、大タービン軸３７の軸回りに時計方向（第２回転方向）へ回転する。
　さらに、このような大、小スクロール通路５３、５５の配置は、それぞれの上流部５３Ｕ、５５Ｕに連なる上流側通路を、直線状乃至は緩やかな湾曲状の排気通路とすることを可能としている。図４に示されている通り、連絡通路５２の少なくとも上流部５３Ｕから上流側に延びる部分である上流側通路５３ＵＡは、概ね直線状に下方に延びる通路である。また、ターボ間通路５４の少なくとも上流部５５Ｕから上流側に延びる部分である上流側通路５５ＵＡも、概ね直線状に上方に延びる通路である。従って、排気は、大、小スクロール通路５３、５５の上流部５３Ｕ、５５Ｕに、それぞれ直線的なルートに沿ってフロー抵抗が少ない状態で進入することができる。
　ターボ間通路５４は、小タービン３５Ｔの配置位置から当該小タービン３５Ｔの軸方向に延び出し、左上方向に経路を変え、上述の略直線状の上流側通路５５ＵＡ（ターボ間通路５４の下流付近の通路）を通して大スクロール通路５５の上流部５５Ｕへ繋がっている。既述の通り、排気バイパス通路５７も、上流部５５Ｕへ繋がる排気通路である。両者の配置関係は、ターボ間通路５４が排気バイパス通路５７よりもエンジン本体１０の左側面に対して遠い側に配置される関係にある。
　上述の通り、上流部５５Ｕはエンジン本体１０の左側面に対して大タービン軸３７よりも遠い側に配置されている。この上流部５５Ｕに、ターボ間通路５４の下流端５４Ｅ及び排気バイパス通路５７の下流端５７Ｅが合流しているのであるが、両者の位置関係は、下流端５７Ｅの方が下流端５４Ｅよりもエンジン本体１０に対して近い側において上流部５５Ｕに対向する関係にある。
　このように、排気バイパス通路５７及びその下流端５７Ｅが、ターボ間通路５４及びその下流端５４Ｅよりも、排気を吐出するエンジン本体１０により近い側に配置される。このことから、排気導入通路５１と上流部５５Ｕとを短絡的に繋ぐ排気バイパス通路５７を、短く且つ湾曲度合いが小さい排気通路として設定し易くなる。
　他方、このような配置関係は、ターボ間通路５４における、上流部５５Ｕの上流側通路５５ＵＡを直線状乃至は緩やかな湾曲状に設定し易いレイアウトである。つまり、排気バイパス通路５７をエンジン本体１０に近い側に配置することで、下向きに開口する上流部５３Ｕの下方にスペースを取り易くなる。さらに本実施形態では、小タービン軸３８の方が大タービン軸３７よりもエンジン本体１０の左側により近い位置に配置されており、小タービン３５Ｔの径も小さいことから、小型ターボ部３Ｂの左側方に空きスペースを作り易い。従って、上流部５５Ｕの下方スペースを利用して、ターボ間通路５４の下流部分である上流側通路５５ＵＡを略直線状に設定し易いものである。
　なお、小タービン軸３８をエンジン本体１０により近く配置することは、連絡通路５２を略直線状に設定することにも寄与している。小タービン軸３８を大タービン軸３７よりも右方に配置することで、小スクロール通路５３の左方にスペースを取り易くなる。上流部５３Ｕが小タービン軸３８よりも左方に位置し、小スクロール通路５３の径が大スクロール通路５５の径よりも小さいことも相俟って、前記左方スペースは相応の広さを確保できる。従って、この左方スペースを利用して、左方に延びる排気導入通路５１から下方に分岐する連絡通路５２について、その上流側通路５３ＵＡを略直線状にして上流部５３Ｕに合流させることができる。
　［排気のフローについて］
　次に、図５～図７をさらに参照して、ターボ過給機３内における排気のフローを、排気バイパス弁６の動作状態と関連付けて説明する。図５は、排気バイパス弁６の一例を示す斜視図である。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。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、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。
　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。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。
　ここで、回動軸６３は、大タービン軸３７と直交する断面（図４）において、排気バイパス通路５７の右方、つまりエンジン本体１０に対して近い側の側方に配置されている。これは、排気バイパス通路５７から大スクロール通路５５の上流部５５Ｕに流れ込む排気のフローに逆らわず、弁本体６１を閉姿勢から開姿勢へ姿勢変更させ易くすることを考慮したものである。また、開姿勢の弁本体６１が、排気フローの抵抗になり難いようにするためでもある。
　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、ターボ過給機３の小型ターボハウジング３２に備えられている排気導入通路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を反時計方向Ｒ２に回転させる。
　その後、排気は、小タービン３５Ｔの軸方向から導出され、ターボ間通路５４に進入する。排気は、ターボ間通路５４に沿って上方へ導かれ、上流側通路５５ＵＡを経て大スクロール通路５５の上流部５５Ｕに至る（矢印Ｆ２）。このとき、排気は小型ターボハウジング３２から大型ターボハウジング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を時計方向Ｒ１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３）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。
　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の上流部５５Ｕへ、右寄りの部分から流入する（矢印Ｆ３）。このとき、排気は小型ターボハウジング３２から大型ターボハウジング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。
　［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、小スクロール通路５３のスクロール始点となる上流部５３Ｕが、小タービン軸３８よりもエンジン本体１０に対して遠い側に配置され、また、大スクロール通路５５のスクロール始点となる上流部５５Ｕが、大タービン軸３７よりもエンジン本体１０に対して遠い側に配置される構造を有する。このため、排気導入通路５１から各上流部５３Ｕ、５５Ｕまでの排気通路（連絡通路５２、ターボ間通路５４）のレイアウトに余裕を持たせることができ、これら排気通路を極端に湾曲させずに済む。従って、排気通路中における排気の流れをスムーズにすることができ、大きな排気運動エネルギーを各タービン３３Ｔ、３５Ｔに与えることが可能となる。また、排気のフロー抵抗が小さい過給機内排気通路５０を実現することができる。
　また、小スクロール通路５３、大スクロール通路５５は、各上流部５３Ｕ、５５Ｕの下流側が各タービン軸３８、３７よりもエンジン本体１０に近い側に向かうようにスクロールした通路であって、互いに反対方向にスクロールしている。このため、大タービン３３Ｔと小タービン３５Ｔとは互いに逆方向に回転する。両タービン３３Ｔ、３５Ｔを同方向に回転させることを前提に排気通路を設定すると、どうしても大きく湾曲した排気通路が必要となり、ターボ過給機３が大型化する傾向がある。既存の２ステージ型ターボ過給機では、２つのタービンを同方向に回転させることを前提としているため、ターボ過給機３の小型化は一般に難しい。しかしながら、本実施形態の構成によれば、ターボ過給機３内の排気経路をシンプルに設計し易くなり、ターボ過給機３のコンパクト化を図ることができる。
　小スクロール通路５３の上流部５３Ｕ及び大スクロール通路５５の上流部５５Ｕに各々連なる上流側通路５３ＵＡ及び上流側通路５５ＵＡは、略直線状の排気通路である。このため、排気の流れに実質的に抵抗を与えることなく、各上流部５３Ｕ、５５Ｕへ排気を導入することができる。従って、より大きな排気運動エネルギーを大タービン３３Ｔ及び小タービン３５Ｔに与えることができる。
　とりわけ、本実施形態のターボ過給機３は、過給機内排気通路５０上において小型ターボ部３Ｂの下流に大型ターボ部３Ａが直列に並ぶ２ステージ型のターボ過給機である。かかるターボ過給機において、連絡通路５２の下流部分に相当する上流側通路５３ＵＡ、及びターボ間通路５４の下流部分に相当する上流側通路５５ＵＡが略直線状とされることで、大タービン３３Ｔ及び小タービン３５Ｔに向かう排気の流れをスムーズにして排気運動エネルギーを大きくすることができる。
　エンジン本体１０から排気を受け入れる排気導入通路５１が、大型ターボ部３Ａと小型ターボ部３Ｂとの中間に配置されている。詳しくは、エンジン本体１０の一側面に排気マニホールド１４が配置され、大型ターボ部３Ａと小型ターボ部３Ｂとは上下方向に配置され、これらの中間の高さ位置に、排気マニホールド１４へ連結される排気導入通路５１が配置されている。
　これにより、大、小スクロール通路５３、５５の各上流部５３Ｕ、５５Ｕが各タービン軸３７、３８よりもエンジン本体１０に対して遠い側に配置され、且つ、大、小タービン３３Ｔ、３５Ｔの回転方向が互いに逆方向とされる構成において、各上流部５３Ｕ、５５Ｕの双方に対し、湾曲度合いの少ない滑らかな排気通路で排気導入通路５１と繋ぐレイアウトを、コンパクトに設定することができる。
　また、エンジン本体１０に対して、ターボ間通路５４が排気バイパス通路５７よりも遠い側に配置されている。排気バイパス通路５７の下流端５７Ｅは、ターボ間通路５４の下流端５４Ｅよりもエンジン本体１０に近い側において、大スクロール通路５５の上流部５５Ｕと対向している。このため、排気バイパス通路５７を短く且つ湾曲度合いが小さい排気通路として設定し易くなり、大型ターボ部３Ａが主に動作する場面において、排気バイパス通路５７を通してスムーズに排気を上流部５５Ｕへ送り込むことができる。従って、大型ターボ部３Ａの上流に小型ターボ部３Ｂを備えた２ステージ型のターボ過給機３において、排気のフローに大きな抵抗を発生させず、大型ターボ部３Ａの大タービン３３Ｔに大きな排気運動エネルギーを与えることが可能となる。
　排気バイパス通路５７には、弁本体６１と該弁本体６１を片持ち支持する回動軸６３とを備えた排気バイパス弁６が配置されている。回動軸６３は、大タービン軸３７と略平行な方向に延び、排気バイパス通路５７の、エンジン本体１０に対して近い側の側方に配置されている。このため、排気バイパス通路５７を通過する排気の流れによって、弁本体６１が開姿勢となるよう回動軸６３回りに回動する方向に、弁本体６１は付勢力を受けることになる。つまり、排気流に逆らわず、弁本体６１を開放させることができる。従って、排気バイパス通路５７の使用開始時に弁本体６１を開放し易くなり、排気バイパス通路５７を通したスムーズな排気の供給に貢献することができる。また、弁本体６１は回動軸６３で片持ち支持されているので、開姿勢となった弁本体６１は、排気バイパス通路５７から完全に退避する。よって、弁本体６１が、排気フローの抵抗になり難いようにすることができる。
　小スクロール通路５３と大スクロール通路５５とは、上流部５３Ｕ、５５Ｕ同士が互いに向き合うように配置されている。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、排気導入通路５１と上流部５３Ｕ及び上流部５５Ｕとの間には、これらを繋ぐＹ字型の分岐通路５０Ｂが配置されている。この分岐通路５０Ｂの、排気導入通路５１と上流部５５Ｕとを繋ぐ通路が排気バイパス通路５７である。このため、Ｙ字型の分岐通路５０Ｂによって、各上流部５３Ｕ、５５Ｕに対し、湾曲度合いの少ない滑らかな排気通路で排気導入通路５１と繋ぐレイアウトを、コンパクトに設定し易い利点がある。
　以上の通り、本実施形態のターボ過給機付エンジン１によれば、少なくとも２つの独立したターボ部（大型ターボ部３Ａ及び小型ターボ部３Ｂ）を有するターボ過給機３が付設されたエンジンにおいて、大、小タービン３３Ｔ、３５Ｔに大きな排気運動エネルギーを与えることができ、且つターボ過給機３のコンパクト化を図ることができる。
　［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。例えば上記実施形態では、第１ターボ部及び第２ターボ部が大型ターボ部３Ａ及び小型ターボ部３Ｂである例を示した。これに代えて、第１、第２ターボ部が同じタービン容量を持つターボ部としても良い。また、上記実施形態では、小型ターボ部３Ｂの下流に大型ターボ部３Ａが直列に配置される例を示した。第１、第２ターボ部は、排気導入通路５１にパラレルに接続されるものであっても良い。
　上記実施形態では、小型ターボ部３Ｂの上に大型ターボ部３Ａが配置される態様を例示した。第１、第２ターボ部は、上下方向に並ぶ態様に限らず、水平方向、斜め方向に並ぶ態様としても良い。また、第１、第２ターボ部が本発明の条件を満たす限りにおいて、さらに他のターボ部が備えられていても良い。
　上記実施形態では、大タービン３３Ｔと小タービン３５Ｔとが互いに逆方向に回転するように設定された排気通路を有するターボ過給機３を示した。これに代えて、大、小タービン３３Ｔ、３５Ｔが同方向に回転する態様としても良い。
　図８は、変形実施形態に係るターボ過給機３０の概略断面図である。ターボ過給機３０は、上下方向に配置された大型ターボ部３０Ａ及び小型ターボ部３０Ｂを備える。図４に示した実施形態と同じ部分には同じ符号を付している。エンジン本体１０に対して、ターボ間通路５４が排気バイパス通路５７よりも遠い側に配置されている点、排気バイパス通路５７の下流端５７Ｅが、ターボ間通路５４の下流端５４Ｅよりもエンジン本体１０に近い側において、大スクロール通路５５の上流部５５Ｕと対向している点も同じである。
　相違する点は、連絡通路５２０及び小スクロール通路５３０の配置である。小スクロール通路５３０の上流部５３０Ｕは、小タービン軸３８よりもエンジン本体１０に近い側において、上方に開口している。連絡通路５２０は、この上流部５３０Ｕと排気導入通路５１の下流端とを繋ぐために、Ｕターンする態様の排気通路とされている。小スクロール通路５３０は、上流部５３０Ｕから下流側にかけて、小タービン軸３８の左方に向かうようにスクロールしている。これにより、小タービン３５Ｔも、大タービン３３Ｔと同じく時計方向Ｒ３に回転する。図８のターボ過給機３０においても、ターボ間通路５４と排気バイパス通路５７との配置関係が上記実施形態と同様であるので、上記と同様の利点を享受することができる。
　他の変形実施形態として、タービン軸３７、３８と直交する断面において、排気バイパス通路５７の下流端５７Ｅが斜めにカットされた形状を具備することが望ましい。上記実施形態では、弁本体６１が、排気バイパス通路５７のエンジン本体１０に対して近い側の側方に配置されている回転軸６３によって、片持ち支持される例を示した。この構成において、下流端５７Ｅを、左側方が高く右側方（エンジン本体１０に近い側）が低くなるように斜めにカットされた形状とすれば、排気のフローによって弁本体６１がより開放し易い構造とすることができる。
　最後に、上記実施形態の中で開示された特徴的な構成およびそれに基づく作用効果についてまとめて説明する。
　本発明の一局面に係るターボ過給機付エンジンは、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を有し、前記エンジン本体へ導入される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、第１タービン軸を有する第１タービンを含む第１ターボ部と、第２タービン軸を有する第２タービンを含む第２ターボ部とを含み、前記排気通路は、前記エンジン本体側から排気を受け入れる導入通路と、前記導入通路に連通する第１上流部を備え、前記第１タービンへ向けて排気を導く第１スクロール通路と、前記導入通路に連通する第２上流部を備え、前記第２タービンへ向けて排気を導く第２スクロール通路と、を含み、前記第１、第２スクロール通路は、前記第１、第２上流部が、それぞれ前記エンジン本体に対して前記第１、第２タービン軸よりも遠い側に配置され、前記第１、第２上流部の下流側が、それぞれ前記エンジン本体に対して前記第１、第２タービン軸よりも近い側に向かうようにスクロールした通路であり、前記第１タービンは前記第１タービン軸回りに所定の第１回転方向へ回転する一方、前記第２タービンは前記第２タービン軸回りに前記第１回転方向とは反対の第２回転方向へ回転することを特徴とする。
　このターボ過給機付エンジンによれば、第１、第２スクロール通路のスクロール始点となる第１、第２上流部が、第１、第２タービン軸よりもエンジン本体に対して遠い側に配置されている。このため、導入通路から第１、第２上流部までの排気通路のレイアウトに余裕を持たせることができ、前記排気通路を極端に湾曲させずに済む。従って、排気通路中における排気の流れをスムーズにすることができ、大きな排気運動エネルギーを第１、第２タービンに与えることが可能となる。また、第１、第２タービンの回転方向が互いに逆方向とされる。両タービンを同方向に回転させることを前提に排気通路を設定すると、どうしても大きく湾曲した排気通路が必要となりターボ過給機が大型化することが多いが、上記構成によれば排気経路をシンプルに設計し易くなり、ターボ過給機のコンパクト化に貢献できる。
　上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記第１上流部及び前記第２上流部に連なる上流側通路は、直線状乃至は緩やかな湾曲状の排気通路であることが望ましい。
　このターボ過給機付エンジンによれば、排気の流れに実質的に抵抗を与えることなく、第１、第２スクロール通路の第１、第２上流部へ排気を導入することができる。従って、より大きな排気運動エネルギーを第１、第２タービンに与えることが可能となる。
　上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記第２ターボ部が、前記排気通路において前記第１ターボ部の上流側に配置され、前記排気通路は、さらに、前記導入通路と前記第２スクロール通路の第２上流部とを繋ぐ連絡通路と、前記第２タービンと前記第１スクロール通路の第１上流部とを繋ぐターボ間通路と、を含み、前記連絡通路の少なくとも前記第２上流部から上流側に延びる部分、及び、前記ターボ間通路の少なくとも前記第１上流部から上流側に延びる部分が、前記第２上流部及び前記第１上流部に連なる前記上流側通路であることが望ましい。
　このターボ過給機付エンジンによれば、第１ターボ部と第２ターボ部とが排気通路上において直列に並ぶ２ステージ型のターボ過給機において、第１、第２タービンに向かう排気の流れをスムーズにして排気運動エネルギーを大きくすることができる。
　上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記導入通路は、前記第１ターボ部と前記第２ターボ部との間に配置されていることが望ましい。
　このターボ過給機付エンジンによれば、第１、第２上流部が第１、第２タービン軸よりもエンジン本体に対して遠い側に配置され、且つ、第１、第２タービンの回転方向が互いに逆方向とされる構成において、第１、第２上流部の双方に対し、湾曲度合いの少ない滑らかな排気通路で前記導入通路と繋ぐレイアウトを、コンパクトに設定し易くなる。
　上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記第１ターボ部と前記第２ターボ部とは上下方向に配置され、前記導入通路は、前記第１ターボ部と前記第２ターボ部との間の高さ位置に配置されていることが望ましい。
　このターボ過給機付エンジンによれば、エンジン本体の一側面に排気マニホールドが配置されている場合等に、前記側面の側にターボ過給機をコンパクトに配置することができる。
　上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記排気通路は、さらに、前記第２タービンと前記第１スクロール通路の第１上流部とを繋ぐターボ間通路と、前記第２スクロール通路及び前記ターボ間通路をバイパスして、前記導入通路と前記第１上流部とを繋ぐ排気バイパス通路と、を含み、前記エンジン本体に対して、前記ターボ間通路は前記排気バイパス通路よりも遠い側に配置され、前記排気バイパス通路の下流端は、前記ターボ間通路の下流端よりも前記エンジン本体に対して近い側において、前記第１上流部と対向していることが望ましい。
　このターボ過給機付エンジンによれば、エンジン本体に対して、第１スクロール通路の第１上流部が第１タービン軸よりも遠い側に配置される。このため、導入通路から前記第１上流部までの排気通路のレイアウトに余裕を持たせることができ、前記排気通路を極端に湾曲させずに済む。そして、エンジン本体に対して、ターボ間通路が排気バイパス通路よりも遠い側に配置され、また、前記排気バイパス通路の下流端は、前記ターボ間通路の下流端よりも近い側において、前記第１上流部と対向している。このため、前記排気バイパス通路を短く且つ湾曲度合いが小さい排気通路として設定し易くなり、第１ターボ部が主に動作する場面において、排気バイパス通路を通してスムーズに排気を前記第１上流部へ送り込むことができる。従って、排気の流れに大きな抵抗を発生させず、第１ターボ部の第１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となる。
　上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記排気バイパス通路に配置され、該排気バイパス通路を開閉するバイパス弁をさらに備え、前記バイパス弁は、前記排気バイパス通路を閉じることが可能な形状を有する弁本体と、前記弁本体を片持ち支持する回動軸とを含み、前記回動軸が軸回りに回動されることで、前記弁本体が前記排気バイパス通路を閉じる姿勢と、前記バイパス通路を開放する姿勢との間で姿勢変更し、前記回動軸は、前記第１タービン軸と略平行な方向に延び、前記第１タービン軸と直交する断面において、前記排気バイパス通路の、前記エンジン本体に対して近い側の側方に配置されていることが望ましい。
　このターボ過給機付エンジンによれば、排気バイパス通路を通過する排気の流れによって、弁本体が前記開放する姿勢となるよう回動軸回りに回動する方向に、バイパス弁は付勢力を受けることになる。つまり、排気流に逆らわず、前記弁本体を開放させることができる。従って、排気バイパス通路の使用開始時に前記弁本体を開放し易くなり、前記排気バイパス通路を通したスムーズな排気の供給に貢献することができる。
　上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記第１スクロール通路と前記第２スクロール通路とは、前記第１上流部と前記第２上流部とが互いに向き合うように配置され、前記導入通路は、前記第１ターボ部と前記第２ターボ部との間に配置され、前記導入通路と前記第１上流部及び前記第２上流部との間には、これらを繋ぐＹ字型の分岐通路が配置され、前記分岐通路の、前記導入通路と前記第１上流部とを繋ぐ通路が、前記排気バイパス通路であることが望ましい。
　このターボ過給機付エンジンによれば、Ｙ字型の分岐通路によって、第１、第２上流部の双方に対し、湾曲度合いの少ない滑らかな排気通路で前記導入通路と繋ぐレイアウトを、コンパクトに設定し易くなる。
　上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記第１ターボ部は、前記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過給部であり、前記第２ターボ部は、前記エンジン本体の低速回転域で主に動作する小型ターボ過給部であることは、好ましい実施形態の一つである。
　以上説明した通り、本発明によれば、少なくとも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、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。

Claims (9)

  1. 　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を有し、前記エンジン本体へ導入される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、第１タービン軸を有する第１タービンを含む第１ターボ部と、第２タービン軸を有する第２タービンを含む第２ターボ部とを含み、
    　前記排気通路は、
    　　前記エンジン本体側から排気を受け入れる導入通路と、
    　　前記導入通路に連通する第１上流部を備え、前記第１タービンへ向けて排気を導く第１スクロール通路と、
    　　前記導入通路に連通する第２上流部を備え、前記第２タービンへ向けて排気を導く第２スクロール通路と、を含み、
    　前記第１、第２スクロール通路は、前記第１、第２上流部が、それぞれ前記エンジン本体に対して前記第１、第２タービン軸よりも遠い側に配置され、前記第１、第２上流部の下流側が、それぞれ前記エンジン本体に対して前記第１、第２タービン軸よりも近い側に向かうようにスクロールした通路であり、
    　前記第１タービンは前記第１タービン軸回りに所定の第１回転方向へ回転する一方、前記第２タービンは前記第２タービン軸回りに前記第１回転方向とは反対の第２回転方向へ回転する、ターボ過給機付エンジン。
  2. 　請求項１に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
    　前記第１上流部及び前記第２上流部に連なる上流側通路は、直線状乃至は緩やかな湾曲状の排気通路である、ターボ過給機付エンジン。
  3. 　請求項２に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
    　前記第２ターボ部が、前記排気通路において前記第１ターボ部の上流側に配置され、
    　前記排気通路は、さらに、前記導入通路と前記第２スクロール通路の第２上流部とを繋ぐ連絡通路と、前記第２タービンと前記第１スクロール通路の第１上流部とを繋ぐターボ間通路と、を含み、
    　前記連絡通路の少なくとも前記第２上流部から上流側に延びる部分、及び、前記ターボ間通路の少なくとも前記第１上流部から上流側に延びる部分が、前記第２上流部及び前記第１上流部に連なる前記上流側通路である、ターボ過給機付エンジン。
  4. 　請求項１に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
    　前記導入通路は、前記第１ターボ部と前記第２ターボ部との間に配置されている、ターボ過給機付エンジン。
  5. 　請求項４に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
    　前記第１ターボ部と前記第２ターボ部とは上下方向に配置され、
    　前記導入通路は、前記第１ターボ部と前記第２ターボ部との間の高さ位置に配置されている、ターボ過給機付エンジン。
  6. 　請求項１に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
    　前記排気通路は、さらに、
    　　前記第２タービンと前記第１スクロール通路の第１上流部とを繋ぐターボ間通路と、
    　　前記第２スクロール通路及び前記ターボ間通路をバイパスして、前記導入通路と前記第１上流部とを繋ぐ排気バイパス通路と、を含み、
    　前記エンジン本体に対して、前記ターボ間通路は前記排気バイパス通路よりも遠い側に配置され、
    　前記排気バイパス通路の下流端は、前記ターボ間通路の下流端よりも前記エンジン本体に対して近い側において、前記第１上流部と対向している、ターボ過給機付エンジン。
  7. 　請求項６に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
    　前記排気バイパス通路に配置され、該排気バイパス通路を開閉するバイパス弁をさらに備え、
    　前記バイパス弁は、前記排気バイパス通路を閉じることが可能な形状を有する弁本体と、前記弁本体を片持ち支持する回動軸とを含み、前記回動軸が軸回りに回動されることで、前記弁本体が前記排気バイパス通路を閉じる姿勢と、前記バイパス通路を開放する姿勢との間で姿勢変更し、
    　前記回動軸は、
    　　前記第１タービン軸と略平行な方向に延び、
    　　前記第１タービン軸と直交する断面において、前記排気バイパス通路の、前記エンジン本体に対して近い側の側方に配置されている、ターボ過給機付エンジン。
  8. 　請求項６に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
    　前記第１スクロール通路と前記第２スクロール通路とは、前記第１上流部と前記第２上流部とが互いに向き合うように配置され、
    　前記導入通路は、前記第１ターボ部と前記第２ターボ部との間に配置され、
    　前記導入通路と前記第１上流部及び前記第２上流部との間には、これらを繋ぐＹ字型の分岐通路が配置され、
    　前記分岐通路の、前記導入通路と前記第１上流部とを繋ぐ通路が、前記排気バイパス通路である、ターボ過給機付エンジン。
  9. 　請求項１～８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１ターボ部は、前記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過給部であり、
    　前記第２ターボ部は、前記エンジン本体の低速回転域で主に動作する小型ターボ過給部である、ターボ過給機付エンジン。
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