JP2017198153A - ターボ過給機付きエンジンを搭載した車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ターボ過給機を適切に冷却しつつエンジン本体周辺のレイアウトの自由度を高めることのできるターボ過給機を備えるターボ過給機付きエンジンを搭載した車両を提供する。【解決手段】車両に、エンジン本体１と、タービン６４、コンプレッサ６２およびこれらを連結する連結軸６１を有するターボ過給機６０を設けるとともに、アッパータンク２０２を含むラジエータ２００を設ける。そして、ターボ過給機６０を潤滑油によって冷却される油冷式にし、かつ、このターボ過給機６０のタービンケースを板金製にするとともに、ターボ過給機６０を、その連結軸６１の軸心Ｏの高さ位置が、ラジエータ２００のアッパータンク２０２の上端の高さ位置よりも高くなるように配設する。【選択図】図５

Description

本発明は、ターボ過給機を備えるエンジンを搭載した車両に関する。

従来より、車両においてエンジンの出力を高めるべくターボ過給機を設けることが行われている。

ここで、ターボ過給機は、排気通路に設けられるタービンと、吸気通路に設けられるコンプレッサと、これらタービンとコンプレッサとを連結する連結軸とを有し、タービンの回転が連結軸を介してコンプレッサに伝達されるよう構成されたものであり、高温の排気が通過するタービンからの熱を受けて高速回転する連結軸および連結軸を支持する軸受を十分に冷却する必要がある。

これに対して、特許文献１には、ターボ過給機付きエンジンが搭載された車両であって、ターボ過給機の連結軸を収容するケース内にエンジン冷却水が供給されるものが開示されている。具体的には、この車両では、連結軸を収容するケースとエンジン本体に形成されたウォータージャケットとが連通されており、ラジエータで冷却されたエンジン冷却水がウォータージャケットを介して前記ケース内に供給される。そして、このケースとラジエータのアッパータンクとが連通されており、連結軸を支持する軸受を冷却した後のエンジン冷却水がアッパータンクに流入してラジエータに戻されるようになっている。

特許第５４９４２９４号公報

エンジン冷却水は１００度付近の比較的低い温度で沸騰するため、特許文献１のようにエンジン冷却水を用いてターボ過給機を冷却する構成では、過給運転後におけるエンジン停止直後において、エンジン冷却水が供給されるケース内において蒸気が発生するおそれがある。そして、この蒸気が前記ケース内に溜まると新しいエンジン冷却水の導入が困難になって連結軸の軸受が適切に冷却されないおそれがある。そのため、この構成では、特許文献１に開示されているように、前記ケースから蒸気を外部に排出するために、前記ケースの上下方向の中心の高さ位置ひいては連結軸の軸心の高さ位置をラジエータのアッパータンクの上端よりも下側とせねばならない。すなわち、このような構成すれば、エンジンが停止してエンジン冷却水を強制循環させるウォーターポンプが停止しても、自然対流によって、熱いエンジン冷却水および蒸気が上方へ移動してラジエータのアッパータンクで蒸気が抜けるとともに、相対的に冷たい冷却水が連結軸を支持する軸受周りに流入するため、軸受の焼き付きを防止することができる。しかしながら、この構成では、エンジン本体の周辺においてターボ過給機の下方の空間が小さくなってしまい、レイアウトの自由度が低くなるという問題がある。

本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、ターボ過給機を適切に冷却しつつエンジン本体周辺のレイアウトの自由度を高めることができるターボ過給機付きエンジンを搭載した車両を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明は、気筒が形成されたエンジン本体と、前記エンジン本体に導入される吸気が流通する吸気通路と、前記エンジン本体から排出された排気が流通する排気通路と、前記エンジン本体に供給される吸気を過給するターボ過給機と、前記エンジン本体を冷却するためのエンジン冷却水を冷却するラジエータとを備え、前記ラジエータは、前記エンジン冷却水を冷却する冷却部と、当該冷却部の上部に設けられて前記エンジン本体を冷却した後のエンジン冷却水が導入されるアッパータンクとを備え、前記ターボ過給機は、前記排気通路に設けられたタービンと、前記吸気通路に設けられたコンプレッサと、これらタービンとコンプレッサとを連結する連結軸と、当該連結軸を支持する軸受とを備え、前記タービンは、排気が導入されることで回転する翼車と、当該翼車を収容するタービンケースとを備え、前記ターボ過給機は、潤滑油によって冷却される油冷式であり、前記タービンケースは、板金製であり、前記ターボ過給機は、前記連結軸が水平方向に延び、かつ、前記連結軸の軸心の高さ位置が、前記ラジエータのアッパータンクの上端の高さ位置よりも高くなるように配設されていることを特徴とする（請求項１）。

この車両では、ターボ過給機のタービンケースが板金製であって鋳鉄製等の場合よりも熱容量が小さく抑えられている。そのため、エンジン停止直後に、主にタービンケースから軸受に伝わる熱量が大幅に少なく抑えられるため、軸受にエンジン冷却水を流通させなくても、軸受の温度が過剰に上昇するのを抑制することができる。また、エンジン運転中には、潤滑油によって軸受を適切に冷却することができ、軸受の温度が過剰に上昇するのを抑制することができる。ここで、このように軸受の温度が過剰に上昇するのを抑制できることから、本車両では連結軸の軸心の高さ位置をラジエータのアッパータンクの上端よりも下側にする必要がない。従って、ターボ過給機の軸受を適切に冷却しつつ、連結軸の軸心の高さ位置がアッパータンクの上端よりも上方となるようにターボ過給機を比較的高い位置に配置することが可能となる。そして、これに対応して、本発明では、連結軸の軸心の高さ位置がアッパータンクの上端よりも上方となるようにターボ過給機が配設されている。そのため、エンジン本体の周辺においてターボ過給機の下方の空間をより広く確保することができレイアウトの自由度を高めることができる。

本発明において、前記ターボ過給機は、前記エンジン本体の車両前後方向の後方に配置されており、前記エンジン本体は、前記気筒の中心軸の上方が後方に傾斜する姿勢で車両に搭載されているのが好ましい（請求項２）。

このようにすれば、ターボ過給機をエンジン本体に対して相対的に高い位置に配置しつつターボ過給機の絶対的な高さ位置を低く抑えることができる。従って、エンジン本体の後方の空間のうちターボ過給機よりも下方となる空間をより広く確保しつつ、ターボ過給機の高さ位置を低く抑えてエンジン本体の重心位置を低くすることができる。

また、本発明において、前記ターボ過給機は第１ターボ過給機であって、前記第１ターボ過給機の下方に配置された第２ターボ過給機をさらに備え、前記第２ターボ過給機は、前記排気通路に設けられた第２タービンと、前記吸気通路に設けられた第２コンプレッサと、これら第２タービンと第２コンプレッサとを連結する第２連結軸と、当該第２連結軸を支持する第２軸受とを備え、前記第２タービンは、排気が導入されることで回転する翼車と、当該翼車を収容する第２タービンケースとを備え、前記第２タービンケースは、鋳鉄製であり、前記第１ターボ過給機の前記タービンケースの容積は、前記第２ターボ過給機の前記第２タービンケースの容積よりも大きいのが好ましい（請求項３）。

前記のように、本発明では、第１ターボ過給機の下方に空間を確保することができる。従って、この第１ターボ過給機の下方に適切に第２ターボ過給機を配設することができこれら２つのターボ過給機によって過給力を高めることができる。

さらに、この構成では、容積が大きい第１ターボ過給機のタービンケースが板金製とされる一方、容積が小さい第２ターボ過給機が鋳鉄製とされ、かつ、ターボ過給機の下方に配置されている。そのため、高温の排気に晒される表面積が大きく高温になりやすい第１タービンケースの熱容量を小さく抑えて、この第１タービンケースに蓄えられる熱量を少なくし、これにより、エンジン停止直後等における第１ターボ過給機の軸受の過剰な温度上昇を抑制することができるとともに、第２ターボ過給機の第２タービンケースを鋳鉄製としながらその容積を小さくすることで熱容量を小さく抑えることができ、第２ターボ過給機の第２軸受が過剰に高温となるのを抑制することができる。そして、より下方に位置する第２ターボ過給機の第２タービンケースを鋳鉄製であってその重量を比較的大きくしていることで、エンジン全体の重心をより確実に低くすることができる。

また、前記構成において、前記第２ターボ過給機は、前記エンジン本体の回転数が予め設定された基準回転数未満の低回転数領域でのみ過給を行い、前記第１ターボ過給機は、前記エンジン本体の回転数が前記基準回転数以上の高回転数領域を少なくとも含む運転領域で過給を行うのが好ましい（請求項４）。

この構成によれば、エンジン全体の重心を低くしつつ、より効果的に、各ターボ過給機の各軸受の温度を低く抑えることができる。

具体的には、エンジン回転数が高い高回転数領域では排気流量（単位時間当たりに流れる排気の量）が多くなるため、この領域で過給を行うとターボ過給機がより高温になりやすい。これに対して、この構成では、エンジン回転数が高い高回転数領域ではタービンケースが板金製であって熱容量が小さく抑えられた第１ターボ過給機によって過給が行われるため、第１ターボ過給機が過剰に高温になるのを抑制することができる。従って、この高回転数領域での運転後にエンジンを停止した場合においても、第１ターボ過給機のタービンケースから軸受に伝達される熱量を少なく抑えることができ、第１ターボ過給機の軸受の温度が過剰に上昇するのを抑制することができる。そして、エンジン回転数が低く排気の温度ひいてはターボ過給機の温度が低く抑えられやすい低回転数領域では、鋳鉄製である一方容積が小さく熱容量が過剰に大きくなるのが抑制された第２タービンケースを備える第２ターボ過給機によって過給が行われる。そのため、第２ターボ過給機の軸受の過剰な温度上昇も抑制することができる。

また、第２ターボ過給機の第２タービンケースが比較的熱容量の大きい鋳鉄製とされることで、この第２タービンケースの温度が過剰に低下するのが抑制される。そのため、この過剰な温度低下に伴って低回転数領域において第２ターボ過給機の過給性能が悪化するのを抑制することができ、過給性能を高く確保することができる。

また、本発明において、前記ターボ過給機は第１ターボ過給機であって、前記第１ターボ過給機の下方に配置された第２ターボ過給機をさらに備え、前記第２ターボ過給機は、前記排気通路に設けられた第２タービンと、前記吸気通路に設けられた第２コンプレッサと、これら第２タービンと第２コンプレッサとを連結する第２連結軸と、当該第２連結軸を支持する第２軸受とを備え、前記第２タービンは、排気が導入されることで回転する翼車と、当該翼車を収容する第２タービンケースとを備え、前記第２タービンケースは、鋳鉄製であり、前記第２ターボ過給機は、排気流量が予め設定された基準流量未満の運転領域でのみ過給を行い、前記第１ターボ過給機は、排気流量が前記基準流量以上の運転領域を少なくとも含む運転領域で過給を行うのが好ましい（請求項５）。

この構成によれば、前記のように、第１ターボ過給機の下方に適切に第２ターボ過給機を配設することができ、これら２つのターボ過給機によって過給力を高めることができる。

さらに、この構成では、排気流量が多い運転領域で過給を行うことに伴って特に高温になりやすい第１ターボ過給機のタービンケースが板金製とされている。すなわち、多量の高温の排気に晒されて温度が高くなりやすい第１ターボ過給機の第１タービンケースの熱容量が小さく抑えられている。そのため、第１ターボ過給機の軸受がエンジン停止直後において過剰に高温となるのを抑制することができる。しかも、排気流量が小さい運転領域で過給を行うことに伴って過剰に昇温し難い第２ターボ過給機の第２タービンケースが鋳鉄製とされ、かつ、第１ターボ過給機の下方に配置されている。そのため、２ターボ過給機の第２タービンケースの軸受が過剰に高温となるのを抑制しながら、より下方に位置するこの第２タービンケースを鋳鉄製であって重量が比較的大きいものとして、２つのターボ過給機を上下に並ぶように設けつつエンジン全体の重心をより確実に低くすることができる。また、第２ターボ過給機の第２タービンケースが比較的熱容量の大きい鋳鉄製とされることで、この第２タービンケースの温度が過剰に低下するのが抑制される。そのため、この過剰な温度低下に伴って低回転数領域において第２ターボ過給機の過給性能が悪化するのを抑制することができ、過給性能を高く確保することができる。

本発明によれば、ターボ過給機を適切に冷却しつつエンジン本体周辺のレイアウトの自由度を高めることができる。

本発明の実施形態にかかるターボ過給付きエンジンの全体構成を示した図である。 排気バイパス弁の開閉領域を示した図である。 エンジン本体の周辺を気筒配列方向と直交する方向から見た図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 ターボ過給機付きエンジンが車両に搭載された状態を示した概略側面図である。

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きエンジンを搭載した車両の詳細を説明する。

（１）エンジンの全体構成
本発明に係るターボ過給機付きエンジン１０１は、駆動源として車両に搭載されており、車両前部に形成されたエンジンルーム１００（図５参照）内に配置されている。なお、以下では、車両前後方向を前後方向といい、車両前後方向についての前、後をそれぞれ単に前、後という。また、車幅方向を左右方向といい、運転席から前方をみたときの右、左をそれぞれ単に右、左という。

図１は、ターボ過給機付きエンジン１０１の全体構成を示したシステム図である。このエンジンシステムは、エンジン本体１と、エンジン本体１に燃焼用の空気を導入するための吸気通路２０と、エンジン本体１で生成された燃焼ガス（排気）を排出するための排気通路３０と、小型ターボ過給機（第２ターボ過給機）５０および大型ターボ過給機（第１ターボ過給機）６０と、ＥＧＲ装置８０とを備えている。

小型ターボ過給機５０および大型ターボ過給機６０は、排気のエネルギーによって吸気を過給するためのものであり、それぞれ排気通路３０に配置されるタービン５４，６４と吸気通路２０に配置されるコンプレッサ５２，６２とを有している。

具体的には、小型ターボ過給機５０は、排気通路３０に配置される小型タービン（第２タービン）５４と、吸気通路２０に配置される小型コンプレッサ（第２コンプレッサ）５２と、これら小型タービン５４と小型コンプレッサ５２とを連結する小型連結軸（第２連結軸）５１と、小型連結軸を支持する小型軸受（第２軸受）５１１とを有する。小型タービン５４は、複数の翼を有しこれら翼に排気が衝突することで回転する小型タービンホイール（翼車）５４１およびこれを収容する小型タービンケース５４２を備え、小型コンプレッサ５２は、小型タービンホイール５４１により回転駆動される小型コンプレッサホイール（翼車）５２１およびこれを収容する小型コンプレッサケース５２２を備える。

同様に、大型ターボ過給機６０は、排気通路３０に配置される大型タービン（タービン）６４と、吸気通路２０に配置される大型コンプレッサ（コンプレッサ）６２と、これら大型タービン６４と大型コンプレッサ６２とを連結する大型連結軸（連結軸）６１と、大型連結軸を支持する大型軸受（軸受）６１１とを有する。大型タービン６４は、複数の翼を有しこれら翼に排気が衝突することで回転する大型タービンホイール（翼車）６４１およびこれを収容する大型タービンケース（タービンケース）６４２を備え、大型コンプレッサ６２は、大型タービンホイール６４１により回転駆動される大型コンプレッサホイール（翼車）６２１およびこれを収容する大型コンプレッサケース６２２を備える。

本実施形態では、大型ターボ過給機６０の容量（大型コンプレッサケース６２２および大型タービンケース６２４の各容積）は、小型ターボ過給機５０の容量（小型コンプレッサケース５２２および小型タービンケース５４２の各容積）よりも大きく設定されている。これにより、大型ターボ過給機６０は、小型ターボ過給機５０よりも大きな流量の排気によって大型タービン６４を回転させ、これに伴う大型コンプレッサ６２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となっている。

また、本実施形態では、大型タービン６４は、ＶＧＴ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇｅｏｍｅｔｒｙ Ｔｕｒｂｉｎｅ）であり、大型タービンホイール６４１の周囲には、角度変更可能な複数のノズルベーン６４ｂが設けられているとともに、各ノズルベーン６４ｂと連携されたロッド６４ｃと、ロッド６４ｃを進退駆動することにより各ノズルベーン６４ｂの角度を変更するベーンアクチュエータ６４ｄとが設けられている。ベーンアクチュエータ６４ｄおよびロッド６４ｃによってノズルベーン６４ｂが閉方向（隣接するノズルベーン６４ｂどうしの距離を狭める方向）に駆動されると、大型タービンホイール６４１に流入する排気の流路の面積は小さくなり大型タービンホイール６４１に流入する排気の流速が増大する。

一方、小型タービン５４には、前記のようなベーンは設けられておらず、流入する排気の流速を変更不能な、いわゆる、ＦＧＴ（Ｆｉｘｅｄ Ｇｅｏｍｅｏｒｙ Ｔｕｒｂｉｎｅ）である。

エンジン本体１には前記のように複数の気筒２が形成されており、これら気筒２にはそれぞれピストン５が往復動可能に挿入されている。

ピストン５の上方には燃焼室６が画成されており、この燃焼室６には、インジェクタ（不図示）から燃料が噴射される。本実施形態に係るエンジン本体１はディーゼルエンジンであり、インジェクタから噴射された燃料は空気と混合して燃焼室６内で自着火する。ピストン５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。

ピストン５の下方には、エンジン本体１の出力軸であるクランク軸１５が配設されている。クランク軸１５は、ピストン５とコネクティングロッドを介して連結されており、ピストン５の往復運動に応じてその中心軸回りに回転する。

エンジン本体１、詳細には、シリンダヘッドには、各気筒２に対応して、吸気通路２０から供給される空気（吸気）を各気筒２に導入するための吸気ポート７と、各気筒２で生成された排気を排気通路３０に導出するための排気ポート８と、吸気ポート７を開閉可能に閉鎖する吸気弁９と、排気ポート８を開閉可能に閉鎖する排気弁１０とがそれぞれ設けられている。

吸気通路２０は、各吸気ポート７に繋がるように設けられている。吸気通路２０には、上流側から順に、エアクリーナ２１、大型コンプレッサ６２、小型コンプレッサ５２、インタークーラ２２、スロットルバルブ２３が設けられている。

吸気通路２０には、小型コンプレッサ５２をバイパスする吸気側バイパス通路１２２、すなわち、小型コンプレッサ５２を迂回して吸気を下流側に流す吸気側バイパス通路１２２が設けられている。具体的には、吸気側バイパス通路１２２は、吸気通路２０のうち小型コンプレッサ５２と大型コンプレッサ６２との間の部分と、小型コンプレッサ５２よりも下流側の部分とを連通している。

吸気側バイパス通路１２２には、これを開閉する吸気バイパス弁４１ａが設けられている。吸気バイパス弁４１ａが全閉の状態（吸気側バイパス通路１２２を閉鎖している状態）では、吸気の全量は小型コンプレッサ５２に流入する。一方、吸気バイパス弁４１ａが開弁している状態では、吸気の少なくとも一部は小型コンプレッサ５２をバイパスして下流側に流れる。さらに、吸気バイパス弁４１ａが全開の状態では、吸気のほぼ全量が小型コンプレッサ５２をバイパスして下流側に流れる。すなわち、小型コンプレッサ５２は吸気の流通に対して抵抗となるため、吸気バイパス弁４１ａが全開の状態では、吸気の全量はより抵抗の小さい吸気側バイパス通路１２２に流入する。吸気バイパス弁４１ａは、負圧式の吸気側バルブアクチュエータ４１ｂにより開閉される。

排気通路３０は、エンジン本体１の各排気ポート８に繋がるように設けられている。排気通路３０には、上流側から順に、小型タービン５４、大型タービン６４、触媒装置９０が設けられている。

排気通路３０には、小型タービン５４をバイパスする排気側バイパス通路１３２、すなわち、小型タービン５４を迂回して排気を下流側に流す排気側バイパス通路１３２が設けられている。具体的には、排気側バイパス通路１３２は、小型タービン５４よりも上流側の部分と、排気通路３０のうち小型タービン５４と大型タービン６４との間の部分とを連通している。

排気側バイパス通路１３２には、これを開閉する排気バイパス弁１４１が設けられている。排気バイパス弁１４１が全閉の状態（排気側バイパス通路１３２を閉鎖している状態）では、排気の全量（後述するようにＥＧＲガスの還流が実施されている場合は、エンジン本体１から排出された排気からこのＥＧＲガスを除いたガスの全量）が、小型タービン５４に流入する。一方、排気バイパス弁１４１が開弁している状態では、排気の少なくとも一部は小型タービン５４をバイパスして下流側に流れる。さらに、排気バイパス弁１４１が全開の状態では、排気のほぼ全量が小型タービン５４をバイパスして下流側に流れる。すなわち、小型タービン５４は排気の流通に対して抵抗となるため、排気バイパス弁１４１が全開の状態では、排気の全量はより抵抗の小さい排気側バイパス通路１３２を通り、小型タービン５４を通過せずに下流側に流れる。

排気バイパス弁１４１は、排気バルブアクチュエータ１４２によって開閉される。本実施形態では、排気バルブアクチュエータ１４２は、電動式であって排気バイパス弁１４１を駆動するためのモータ（不図示）を備えている。

また、本実施形態では、いわゆるウエストゲート用通路であってタービンを通過させずに排気を外部に排出するための通路およびいわゆるウエストゲートバルブであってウエストゲート用通路を開閉するバルブは設けられておらず、排気の全量が常に大型タービン６４に流入するようになっている。

ＥＧＲ装置８０は、エンジン本体１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３０と吸気通路２０とをそれぞれ連通する第１ＥＧＲ通路８１および第２ＥＧＲ通路８４と、これらをそれぞれ開閉する第１ＥＧＲバルブ８２および第２ＥＧＲバルブ８５とを有する。第１ＥＧＲ通路８１には、ＥＧＲクーラ８３が設けられており、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２０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、第２ＥＧＲ通路８４の通過時は、ＥＧＲガスは高温のまま吸気通路２０に流入する。

第１ＥＧＲ通路８１および第２ＥＧＲ通路８４は、排気通路３０のうち排気側バイパス通路１３２の上流端よりも上流側の部分と、吸気通路２０のうちスロットルバルブ２３よりも下流側の部分とを連通しており、各ＥＧＲ通路８１，８４には、各タービン５４，６４に流入する前の排気が導入される。

以上のように構成されたエンジンシステムでは、図２に示すように、排気バイパス弁１４１および吸気バイパス弁４１ａが制御される。

具体的には、エンジン回転数が予め設定された基準回転数Ｎ１未満であって排気流量（エンジン本体１から排出される排気の流量）が基準流量未満となる低回転数領域Ｘ１では、排気バイパス弁１４１と吸気バイパス弁４１ａの各開度が全開よりも閉じ側の開度とされて、小型タービン５４に排気の一部が流入し、小型コンプレッサ５２に吸気の一部が流入するように制御される。そして、これによって、低回転数領域Ｘ１では、第１ターボ過給機５０と第２ターボ過給機６０との両方によって過給が行われる。一方、エンジンン回転数が基準回転数Ｎ１以上であって排気流量が基準流量以上となる高回転数領域Ｘ２では、排気バイパス弁１４１と吸気バイパス弁４１ａとが全開とされて、排気の全量が小型タービン５４をバイパスして下流側に流れ、吸気の全量が小型コンプレッサ５２をバイパスして下流側に流れるように制御される。そして、これによって、高回転数領域Ｘ２では、大型ターボ過給機６０によってのみ過給が行われる。

このように、本実施形態では、小型ターボ過給機５０は、低回転数領域Ｘ１でのみ過給を行い、大型ターボ過給機６０は、低回転数領域Ｘ１および高回転数領域Ｘ２を含む全運転領域で過給を行う。

なお、本実施形態では、低回転数領域Ｘ１のうちエンジン回転数およびエンジン負荷が低い低速低負荷領域Ｘ１＿ａでは、排気バイパス弁１４１と吸気バイパス弁４１ａとが全閉とされて、小型タービン５４に排気の全量が流入し、小型コンプレッサ５２に吸気の全量が流入するように制御される。一方、低回転数領域Ｘ１のうちエンジン回転数およびエンジン負荷が比較的高い領域Ｘ１＿ｂでは、排気バイパス弁１４１と吸気バイパス弁４１ａとは中間開度（全閉と全開との間の開度）とされる。また、これらバイパス弁１４１，４１ａ（バイパス弁１４１，４１ａを駆動するアクチュエータ１４２、４２ｂ）や各種機器は、車両に設けられたＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）によって制御される。

（２）ターボ過給機周辺の詳細構造
次に、ターボ過給機５０，６０周辺の詳細構造について説明する。図３は、ターボ過給機５０，６０周辺を後方から見た概略図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

第１ターボ過給機５０と第２ターボ過給機６０とは、エンジン本体１の後方に、上下に並んで配置されている。本実施形態では、上側に大型ターボ過給機６０が配置され、下側に小型ターボ過給機５０が配置されている。

これらターボ過給機５０，６０は、各連結軸５１，６１が左右方向（水平方向）に延びて、各コンプレッサ５２，６２がそれぞれ連結軸５１，６１の左側に位置し、各タービン５４，６４がそれぞれ連結軸５１，６１の右側に位置するように配置されている。

このように構成されることで、吸気バイパス弁４１ａが閉弁されている状態では、吸気は図３の破線矢印で示すように流れてエンジン本体１に向かう。また、排気は図３の鎖線矢印で示すように流れて触媒装置９０に向かう。なお、図３に示されるように、触媒装置９０は各タービン５４，６２の右側に上下に延びる姿勢で配置されている。

また、これらターボ過給機５０，６０は、エンジン本体１の後方において左側寄りであって、ターボ過給機５０，６０の左右方向の中心位置が、エンジン本体１の左右方向の中心位置よりも左側になるように配置されている。図例では、これらターボ過給機５０，６０は、エンジン本体１の左端部付近の後方に配置されている。

また、図３に示した例では、これらターボ過給機５０，６０は、ヘッドカバー１２の上端とほぼ同じ高さからシリンダブロック１１の上下中央付近までの領域に配置されている。

図４に示されるように、本実施形態では、排気通路３０の一部と排気側バイパス通路１３２と小型タービンケース５４２とは、互いに一体に形成されており、それぞれ小型ハウジング５４５の内側に形成されている。具体的には、図１の符号Ａで示す部分であって、小型タービン５４を通る排気通路３０のメイン通路１３１のうち排気側バイパス通路１３２の上流端よりも上流側の部分から排気側バイパス通路１３２の下流端までの部分と、排気側バイパス通路１３２と、小型タービンケース５４２とが、共通して小型ハウジング５４５の内側に形成されている。

また、本実施形態では、排気通路３０のうち排気側バイパス通路１３２の下流端から大型タービン６４までの部分と、大型タービンケース６４２とが互いに一体に形成されており、大型ハウジング６４５内にそれぞれ形成されている。

小型ハウジング５４５と大型ハウジング６４５とは、大型ハウジング６４５が小型ハウジング５４５の上方に位置する状態で互いにボルトで連結されている。そして、小型ハウジング５４５がシリンダブロック１１の後側面に固定された排気マニホールド１４にボルト（不図示）で固定されることで、これらハウジング５４５，６４５はエンジン本体１に固定されている。

大型タービンケース６２４を含む大型ハウジング６４５は、板金製である。例えば、大型ハウジング６４５は、冷間圧延鋼鈑、熱圧延鋼鈑などの各種の鋼鈑、ステンレス鋼鈑、アルミニウム合金板、銅合金板等により形成されている。このように板金にて形成されていることに伴い、大型ハウジング６４５の熱容量は小さく、排気の熱を奪いにくく高温になりにくい特性を有している。

一方、小型タービンケース５４２を含む小型ハウジング５４５は、鋳鉄製であり、鉄系の材料を鋳型に注型して形成された部材である。鋳鉄としては、鉄に炭素及びケイ素などを含有させた合金からなる各種の鋳鉄を用いることができ、例えば普通鋳鉄、白鋳鉄、まだら鋳鉄等を用いることができる。小型ハウジング５４５は、鋳鉄製であるために、比較的熱容量が大きく排気の熱によって高温になりやすい特性を有する。

また、図４に示されるように、排気バイパス弁１４１は、大型ハウジング６４５内に配置されている。排気バイパス弁１４１は、実際に排気側バイパス通路１３２を開閉する弁本体１４１ａと、排気バルブアクチュエータ１４２によって回転駆動される回動軸１４１ｂとを備えている。回動軸１４１ｂは、弁本体１４１ａを片持ち支持している。従って、回動軸１４１ｂがその軸回りに回動すると、弁本体１４１ａも回動軸１４１ｂの中心軸を軸心として回動して排気側バイパス通路１３２を閉じる姿勢（図４の鎖線）と、排気側バイパス通路１３２を開放する姿勢（図４の実線）との間で姿勢変更する。

小型ターボ過給機５０の小型連結軸５１、および小型軸受５１１は、小型コンプレッサケース５２２と小型タービンケース５４２との間に配置された小型センターハウジング５１０内に収容されている。同様に、大型ターボ過給機６０の大型連結軸６１、および大型軸受６１１は、大型コンプレッサケース６２２と大型タービンケース６４２との間に配置された大型センターハウジング６１０内に収容されている。

これらセンターハウジング５１０，６１０には、各連結軸５１，６１の各軸受５１１，６１１に潤滑油を供給するためのオイルパイプが接続されている。すなわち、各ターボ過給機５０，６０は、センターハウジング５１０，６１０の内側において連結軸５１，６１を回転可能に支持する軸受５１１，６１１を有しており、これら連結軸５１，６１と軸受５１１，６１１との間の部分である軸受部分に潤滑油が供給されるようになっている。

具体的には、エンジン本体１の内側には潤滑油が流通するオイルギャラリ（不図示）が形成されており、オイルポンプ（不図示）によってオイルパン１３からオイルギャラリに潤滑油が供給される。エンジン本体１の外側壁には、このオイルギャラリと連通して潤滑油を外部に導出するオイル導出部１７が形成されている。このオイル導出部１７と各ターボ過給機５０，６０のセンターハウジング５１０，６１０とは、オイル供給管７０によって連通されている。これに伴って、オイルギャラリを流通する潤滑油の一部が、このオイル導出部１７とオイル供給管７０を通って、各センターハウジング５１０，６１０の内側に収容された軸受５１１，６１１の周囲に供給される。

また、シリンダブロック１１の外側壁には、シリンダブロック１１の内側に形成されたクランク室と連通するオイル還流部１６が形成されている。そして、このオイル還流部１６と各センターハウジング５１０，６１０とは、リターンパイプ７５によって連通されており、各ターボ過給機５０，６０の軸受を潤滑した後の使用済の潤滑油は、リターンパイプ７５およびオイル還流部１６を介してクランク室に導入されてオイルパン１３に戻る。

図３に示すように、本実施形態では、上側に設けられた大型ターボ過給機６０では、大型センターハウジング６１０の上面にオイル供給管７０が接続されて、大型センターハウジング６１０の下端にリターンパイプ７５が接続されている。従って、大型ターボ過給機６０では、上方から大型センターハウジング６１０内に潤滑油が供給されて下方から潤滑油が排出される。

一方、下側に設けられた小型ターボ過給機５０では、小型センターハウジング５１０の下面にそれぞれオイル供給管７０とリターンパイプ７５とが接続されている。従って、小型ターボ過給機５０では、下方から小型センターハウジング５１０内に潤滑油が供給されて下方から潤滑油が排出される。

ここで、各ターボ過給機５０，６０は、潤滑油によって冷却される油冷式であり、前記のようにオイル供給管７０によって各センターハウジング５１０，６１０に供給されるオイルが、各連結軸５１，６１と軸受５１１，６１１との潤滑剤として機能するとともに冷却剤として機能するようになっている。これに伴って、これらセンターハウジング５１０，６１０には、各連結軸５１，６１、および、軸受５１１，６１１を冷却するための冷却液は供給されず、潤滑油のみが供給される。すなわち、特許文献１に開示されているような従来のターボ過給機では、ターボ過給機の連結軸およびその軸受を収容するセンターハウジングに潤滑油に加えてエンジン冷却水が供給されるようになっているが、本実施形態のターボ過給機付きエンジン１０１では、センターハウジング５１０，６１０にエンジン冷却水は供給されず、オイルが潤滑剤と冷却剤を兼ねて供給される。

（３）エンジンの搭載状態
このように構成されたターボ過給機付きエンジン１０１は、前記のように、車両の前部に形成されたエンジンルーム１００内に気筒２の配列方向が左右方向（図４の紙面と直交する方向）に沿うように搭載されている。図４は、エンジンルーム１００内を左側から見た概略図である。

エンジンルーム１００の前端には、エンジン冷却水を冷却するためのラジエータ２００が配置されている。

ラジエータ２００は、放熱フィンが多数形成されてエンジン冷却水を冷却するコア（冷却部）２０１と、コア２０１の上方に設けられたアッパータンク２０２と、コア２０１の下方に設けられたロアタンク２０３とを備える。コア２０１，アッパータンク２０２，ロアタンク２０３は、それぞれ左右方向であって図５の紙面と直交する方向に延びている。アッパータンク２０２およびロアタンク２０３は、それぞれエンジン本体１に形成されてエンジン冷却水が通過するウォータージャケット（不図示）にそれぞれ接続されている。ウォータージャケットからエンジン冷却水を導出する管はアッパータンク２０２に接続されており、エンジン本体１を冷却した後の高温のエンジン冷却水は、アッパータンク２０２内に導入する。このエンジン冷却水は、アッパータンク２０２からコア２０１に流入し、コア２０１にて走行風等と熱交換することによって冷却される。そして、冷却された後のエンジン冷却水は、ロアタンク２０３に流入した後、ウォーターポンプ（不図示）によってロアタンク２０３から再びウォータージャケットに圧送される。また、ラジエータ２００の後方にはクーリングファン２１０が設けられており、走行風がない場合であってもこのクーリングファン２１０によってラジエータ２００に風が送り込まれてエンジン冷却水が冷却されるようになっている。

エンジン本体１は、ラジエータ２００の後方に、気筒２の中心軸Ｃが上斜め後方に傾斜する姿勢すなわち気筒２の中心軸Ｃの上方が後方に傾斜する姿勢で配置されている。例えば、エンジン本体１は、鉛直方向に対して後方に約１０度傾斜している。

ターボ過給機５０，６０は、この後方に傾斜するエンジン本体１の後方に配置されている。そして、ターボ過給機５０，６０は、この位置において、上側に設けられた大型ターボ過給機６０の大型連結軸６１の軸心の高さ位置が、アッパータンク２０２の上端よりも上方となる位置に配置されている。すなわち、大型ターボ過給機６０の大型連結軸６１の軸心Ｏが、図５のラインＬ１であってアッパータンク２０２の上端と同じ高さ位置を結んだラインＬ１よりも上方となっている。本実施形態では、図５に示すように、大型センターハウジング６１０の下端が、ラインＬ１と略同じ高さとなっており、大型ターボ過給機６０の連結軸６１の軸心ＯとラインＬ１との高さの差は、２〜３ｃｍ程度に設定されている。

なお、図５における符号３００は、ボンネットを示している。

（４）作用等
以上のように、本実施形態に係るターボ過給機付きエンジン１０１が搭載された車両では、大型ターボ過給機６０が、その大型連結軸６１の軸心Ｏの高さ位置がアッパータンク２０２の上端よりも上側となるように配設されている。そのため、大型ターボ過給機６０の下方により広い空間を確保することができレイアウトの自由度を高めることができる。

特に、本実施形態のようにターボ過給機付きエンジン１０１に２つのターボ過給機５０，６０を設ける場合には、エンジン本体１周辺のレイアウトが困難になるが、前記のように大型ターボ過給機６０の下方に広い空間が確保されることで、この空間に小型ターボ過給機５０を適切に配置することができる。すなわち、前記のように、ターボ過給機５０，６０をエンジン本体１の周辺に上下に並ぶ状態で適切に配置することが可能となる。そして、これに伴って、これら２つのターボ過給機５０，６０の配置によって過給圧ひいてはエンジン出力を高めることができる。

ここで、このように大型ターボ過給機６０をその大型連結軸６１の軸心Ｏの高さ位置がアッパータンク２０２の上端よりも上側となるように配設した場合において、仮にこの大型ターボ過給機６０をエンジン冷却水によって冷却する構成とすると、大型連結軸６１を収容する大型センターハウジング６１０内でエンジン冷却水が沸騰することに伴い発生した蒸気がアッパータンク２０２側に抜けず、エンジン冷却水が適切に大型センターハウジング６１０に供給されなくなるおそれがある。

これに対して、本実施形態では、大型ターボ過給機６０のタービンケース６４２が板金製であって熱容量が小さくなるように構成された上で、大型ターボ過給機６０が油冷式とされている。そのため、大型ターボ過給機６０の大型連結軸６１の大型軸受６１１および大型連結軸６１を、エンジン停止直後においても適切に冷却しつつ前記配置を実現することができる。

具体的には、本実施形態では、油冷式とされていることで、前記のようにエンジン冷却水によって冷却される場合と異なり大型センターハウジング６１０から蒸気を排出することが不要となる。ただし、オイル（潤滑油）による冷却効果は、ラジエータ２００によってほぼ常時冷却されるエンジン冷却水の冷却効果よりも小さいため、単純に大型ターボ過給機６０の大型軸受６１１をオイルによって冷却するように構成しただけでは、大型軸受６１１および大型連結軸６１を十分に冷却できないおそれがある。これに対して、本実施形態では、大型タービンケース６４２が板金製であって熱容量が小さくなるように構成されているため、エンジン停止直後において、大型タービンケース６４２に溜まっている熱量が小さくなり、大型タービンケース６４２から大型連結軸６１および大型軸受６１１に伝わる熱量が少なくなる。従って、油冷式としながら大型軸受６１１および大型連結軸６１を適切に冷却することができる。

特に、本実施形態では、容量が大きく設定された大型ターボ過給機６０（大型タービンケース６４２）が板金製とされている。そのため、容量が大きく高温の排気に晒される表面積が大きいことに伴って高温になりやすい大型タービンケース６４２の昇温を効果的に抑制して大型軸受６１１および大型連結軸６１の温度を低く抑えることができる。一方で、本実施形態では、下側に設けられて容量が小さく過剰な温度上昇が起こりにくい小型ターボ過給機５０の小型タービンケース５４２が鋳鉄製とされてその重量が比較的大きくなるように構成されている。そのため、小型軸受５１１および小型連結軸５１の温度が過剰に高くなるのを抑制しつつ、エンジン全体の重心を低くすることができる。

さらに、本実施形態では、高回転数領域Ｘ２であって排気流量が多くこれに伴いターボ過給機の温度が高くなりやすい高回転数領域Ｘ２では、大型ターボ過給機６０によってのみ過給を行い、低回転数領域Ｘ１であってターボ過給機の温度が低く抑えられやすい低回転数領域Ｘ１では小型ターボ過給機５０と大型ターボ過給機６０によって過給が行われるようになっている。すなわち、大型ターボ過給機６０は全回転数領域にて過給を行い、小型ターボ過給機５０は低回転数領域Ｘ１でのみ過給を行うようになっている。そして、前記のように、この大型ターボ過給機６０の大型タービンケース６４２が熱容量が小さく抑えられた板金製とされ、小型ターボ過給機５０の小型タービンケース５４２が鋳鉄製とされている。

従って、多量の高温の排気に晒される高回転数領域Ｘ２を含む全回転数領域にて過給を実施することで高温になりやすい大型ターボ過給機６０の大型タービンケース６４２の温度を効果的に低く抑えて、エンジン停止直後等において大型ターボ過給機６０の大型タービンケース６４２から大型連結軸６１および大型軸受６１１に伝達される熱量を少なく抑えることができ、これら大型軸受６１１および大型連結軸６１の温度が過剰に上昇するのを抑制することができる。そして、小型ターボ過給機５０が多量の高温の排気に晒されて高温となるのを抑制することができ、小型軸受５１１および小型連結軸５１においても、エンジン停止直後等において過剰に高温となるのを抑制することができる。また、一方で、低回転数領域Ｘ１では排気流量が少ないために小型タービンケース５４２を十分に昇温させることができないおそれがあるが、小型タービン５４の小型タービンケース５４２が比較的熱容量の大きい鋳鉄製としていることで、小型タービン５４の過給を低回転数領域Ｘ１でおいてのみ実施しながら小型タービン５４の小型タービンケース５４２の温度が過剰に低下するのを抑制することができる。そのため、この過剰な温度低下に伴って低回転数領域Ｘ１において小型ターボ過給機５０の過給性能が悪化するのを抑制することができ、過給性能を高く確保することができる。

また、本実施形態では、エンジン本体１は、気筒２の中心軸Ｃの上方が後方に傾斜する姿勢で車両に搭載されている。そのため、前記のようにエンジン本体１の後方において大型ターボ過給機６０の下方により広い空間を確保しつつ、大型ターボ過給機６０の絶対的に高さが過剰に高くなるのを抑制することができる。そして、これによって大型ターボ過給機６０の重心位置ひいてはエンジン全体の重心位置を低くすることができ、エンジンを安定させることができる。

（５）変形例
前記実施形態では、大型ターボ過給機６０に加えて小型ターボ過給機５０を設けた場合について説明したが、小型ターボ過給機５０は省略してもよい。ただし、このように２つのターボ過給機５０，６０を設ければ過給圧およびエンジン出力を高めることができる。そして、２つのターボ過給機５０，６０をエンジン本体１の周辺に配置する場合には、エンジン本体１の周辺により広い空間が必要となるが、本実施形態では、前記のように大型ターボ過給機６０がエンジン本体１に対してより上方に配置されて大型ターボ過給機６０の下方により広い空間が確保されるため、２つのターボ過給機５０，６０をエンジン本体１の周辺により確実に適切に配設することができる。

また、前記実施形態では、タービンケース６４２が板金製である大型ターボ過給機６０の容量（大型タービンケース６４２の容積）が、タービンケース５４２が鋳鉄製の小型ターボ過給機５０の容量（小型タービンケース５４２の容積）よりも大きい場合について説明したが、これらの容量（容積）の設定はこれに限らない。ただし、前記のように、容量が大きく大型タービンケース６４２の容積が大きい大型ターボ過給機６０では、熱容量が大きくなって、エンジン停止直後の大型ターボ過給機６０の大型軸受６１１が高温になりやすいため、この大型ターボ過給機６０のタービンケース６４２を板金製とすれば、エンジン停止直後の大型ターボ過給機６０の大型軸受６１１の温度をより効果的に低く抑えることができる。

また、前記実施形態では、タービンケース６４２が板金製である大型ターボ過給機６０が排気流量の大きい高回転数領域Ｘ２を含む全領域で過給を行い、タービンケース５４２が鋳鉄製である小型ターボ過給機５０が排気流量の小さい低回転数領域Ｘ１でのみ過給を行う場合について説明したが、これらターボ過給機の過給領域はこれに限らない。

また、前記実施形態では、小型ターボ過給機５０を油冷式としたが、小型ターボ過給機５０を水冷式として小型センターハウジング５１０にエンジン冷却水を供給するようにしてもよい。

１ エンジン本体
２０ 吸気通路
３０ 排気通路
５０ 小型ターボ過給機（第２ターボ過給機）
５１ 小型連結軸（第２連結軸）
５２ 小型コンプレッサ（第２コンプレッサ）
５４ 小型タービン（第２タービン）
６０ ターボ過給機（第１ターボ過給機）
６１ 大型連結軸（連結軸）
６２ 大型コンプレッサ（コンプレッサ）
６４ 大型タービン（第１タービン）
１０１ 過給機付きエンジン
２００ ラジエータ
２０２ アッパータンク
５１１ 小型軸受（第２軸受）
５４２ 小型タービンケース（第２タービンケース）
６１１ 大型軸受（軸受）
６４２ 大型タービンケース（タービンケース）

Claims (5)

1. 気筒が形成されたエンジン本体と、
   前記エンジン本体に導入される吸気が流通する吸気通路と、
   前記エンジン本体から排出された排気が流通する排気通路と、
   前記エンジン本体に供給される吸気を過給するターボ過給機と、
   前記エンジン本体を冷却するためのエンジン冷却水を冷却するラジエータとを備え、
   前記ラジエータは、前記エンジン冷却水を冷却する冷却部と、当該冷却部の上部に設けられて前記エンジン本体を冷却した後のエンジン冷却水が導入されるアッパータンクとを備え、
   前記ターボ過給機は、前記排気通路に設けられたタービンと、前記吸気通路に設けられたコンプレッサと、これらタービンとコンプレッサとを連結する連結軸と、当該連結軸を支持する軸受とを備え、
   前記タービンは、排気が導入されることで回転する翼車と、当該翼車を収容するタービンケースとを備え、
   前記ターボ過給機は、潤滑油によって冷却される油冷式であり、
   前記タービンケースは、板金製であり、
   前記ターボ過給機は、前記連結軸が水平方向に延び、かつ、前記連結軸の軸心の高さ位置が、前記ラジエータのアッパータンクの上端の高さ位置よりも高くなるように配設されていることを特徴とするターボ過給機付きエンジンを搭載した車両。
2. 請求項１に記載のターボ過給機付きエンジンを搭載した車両において、
   前記ターボ過給機は、前記エンジン本体の車両前後方向の後方に配置されており、
   前記エンジン本体は、前記気筒の中心軸の上方が後方に傾斜する姿勢で車両に搭載されていることを特徴とするターボ過給機付きエンジンを搭載した車両。
3. 請求項１または２に記載のターボ過給機付きエンジンを搭載した車両において、
   前記ターボ過給機は第１ターボ過給機であって、
   前記第１ターボ過給機の下方に配置された第２ターボ過給機をさらに備え、
   前記第２ターボ過給機は、前記排気通路に設けられた第２タービンと、前記吸気通路に設けられた第２コンプレッサと、これら第２タービンと第２コンプレッサとを連結する第２連結軸と、当該第２連結軸を支持する第２軸受とを備え、
   前記第２タービンは、排気が導入されることで回転する翼車と、当該翼車を収容する第２タービンケースとを備え、
   前記第２タービンケースは、鋳鉄製であり、
   前記第１ターボ過給機の前記タービンケースの容積は、前記第２ターボ過給機の前記第２タービンケースの容積よりも大きいことを特徴とするターボ過給機付きエンジンを搭載した車両。
4. 請求項３に記載のターボ過給機付きエンジンを搭載した車両において、
   前記第２ターボ過給機は、前記エンジン本体の回転数が予め設定された基準回転数未満の低回転数領域でのみ過給を行い、
   前記第１ターボ過給機は、前記エンジン本体の回転数が前記基準回転数以上の高回転数領域を少なくとも含む運転領域で過給を行うことを特徴とするターボ過給機付きエンジンを搭載した車両。
5. 請求項１または２に記載のターボ過給機付きエンジンを搭載した車両において、
   前記ターボ過給機は第１ターボ過給機であって、
   前記第１ターボ過給機の下方に配置された第２ターボ過給機をさらに備え、
   前記第２ターボ過給機は、前記排気通路に設けられた第２タービンと、前記吸気通路に設けられた第２コンプレッサと、これら第２タービンと第２コンプレッサとを連結する第２連結軸と、当該第２連結軸を支持する第２軸受とを備え、
   前記第２タービンは、排気が導入されることで回転する翼車と、当該翼車を収容する第２タービンケースとを備え、
   前記第２タービンケースは、鋳鉄製であり、
   前記第２ターボ過給機は、排気流量が予め設定された基準流量未満の運転領域でのみ過給を行い、
   前記第１ターボ過給機は、排気流量が前記基準流量以上の運転領域を少なくとも含む運転領域で過給を行うことを特徴とするターボ過給機付きエンジンを搭載した車両。

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