JP5115648B2

JP5115648B2 - ２ターボ過給システムにおけるタービンハウジングの取付構造

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Publication number: JP5115648B2
Application number: JP2011500382A
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Inventors: 知之磯谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2009-02-17
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Description

本発明は、２つのターボ過給機を備え、作動させるターボ過給機をエンジンの運転状態に応じて２通りに切替えるようにした２ターボ過給式システムにおいて、両ターボ過給機のタービンハウジングを排気通路に取付ける構造に関するものである。

一般に、自動車用等のエンジンの出力向上を図るうえでは、燃焼室に充填される空気の量を増やすことが好ましい。そこで、過給機によって空気を燃焼室に強制的に送り込んで充填効率を高めることが行なわれている。

過給機としては、排気によってタービンを回転させ、タービンと同軸上のコンプレッサを回転させて、空気を燃焼室に強制的に送り込むターボ過給機が一般的である。また、こうしたターボ過給機によって過給を行なうシステムの１つに、２つのターボ過給機を用い、作動させるターボ過給機を、エンジン回転速度等のエンジン運転状態に応じて２段に切替えるもの（２段ターボ過給システム）が知られている。さらに、同システムには、大型のタービンと小型のタービンを排気の流れ方向に直列に配置し、小型のタービンを迂回する排気バイパス通路に排気バイパス弁を設け、小型のタービンの作動域では排気バイパス弁を閉弁させ、大型のタービンの作動域では排気バイパス弁を開弁させるものがある。このように作動の対象となるタービンを切替えて２段で過給を行なうことにより、エンジン回転速度の低い領域から高い領域までの広い領域にわたって過給効果を得るようにしている。

また、２ターボ過給システムには、上述したもの以外にも、２つのタービンを排気の流れ方向に並列に配置し、エンジンの低回転域では１つのタービンを作動させ、中・高速域では２つのタービンを同時に作動させるタイプもある。

上述したいずれのタイプの２ターボ過給システムでも、エンジンから排出された排気を、各ターボ過給機のタービンに導いて回転させるために、各タービンを収容するタービンハウジングの排気入口に排気を導く排気通路が必要となる。この点、例えば、特許文献１では、排気通路を２つに分岐し、その分岐した各排気通路の下流端を、対応するタービンハウジングの排気入口に締結する構成を採用している。しかし、こうした構成を採用すると、排気通路に対するタービンハウジングの取付構造が複雑となり、それに伴い重量も増加することとなり、２ターボ過給システムのエンジンへの搭載性の点で改善の余地がある。
実開平２−９６４４９号

本発明の目的は、２ターボ過給システムにおいて、２つのタービンハウジングを排気通路に対し簡単な構造で取付けて、エンジンへの搭載性の向上を図ることのできる２ターボ過給システムにおけるタービンハウジングの取付構造を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に従う２ターボ過給システムにおけるタービンハウジングの取付構造は、排気マニホルドに設けられ、エンジンから排出された排気を集める集合部から分岐して延び、自身の下流端に第１排気導出口を有する第１分岐管部と、前記集合部から分岐して、前記第１分岐管部とは異なる方向へ延び、自身の下流端に第２排気導出口を有し、前記第１分岐管部とともに、前記集合部に集められた前記排気を二つに分ける第２分岐管部と、前記第１排気導出口よりも排気下流側に設けられる第１タービンハウジングであって、前記第１タービンハウジングは第１排気入口と第１タービンとを有し、前記第１タービンは前記第１排気入口を通じて導入される前記排気により回転されることと、前記第２排気導出口よりも排気下流側に設けられる第２タービンハウジングであって、前記第２タービンハウジングは第２排気入口と第２タービンとを有し、前記第２タービンは、前記第２排気入口を通じて排気が導入されたときには、その排気により回転されることと、前記第１分岐管部及び前記第２分岐管部を前記第１タービンハウジング及び前記第２タービンハウジングにより挟み込み、前記第１排気入口を前記第１排気導出口に接近させ、かつ、前記第２排気入口を前記第２排気導出口に接近させた状態で、前記第１タービンハウジングにおける前記第１排気入口の近傍と、前記第２タービンハウジングにおける前記第２排気入口の近傍とを相互に締結する締結具とを備え、前記第１タービンハウジングにおける前記第１排気導出口に向かう箇所には、同第１タービンハウジング内を通過した排気の出口である第１排気出口が開口され、前記第２タービンハウジングにおける前記第２排気導出口に向かう箇所であって、前記第２排気入口とは異なる箇所には、同第２タービンハウジング内への排気の別の入口である排気副入口が開口され、前記第１分岐管部及び前記第２分岐管部の近傍には、前記第１タービンハウジング及び前記第２タービンハウジングが前記締結具にて締結されることにより、前記第１排気出口及び前記排気副入口を連通させる連通管が設けられている。

上記の構成によれば、第１及び第２タービンハウジングの排気通路に対する取付けに際しては、第１タービンハウジングの第１排気入口が排気通路の第１排気導出口に接近させられるとともに、第２タービンハウジングの第２排気入口が排気通路の第２排気導出口に接近させられる。両接近により、排気通路が、その両側から第１タービンハウジング及び第２タービンハウジングによって挟み込まれる。そして、第１タービンハウジングにおける第１排気入口の近傍と、第２タービンハウジングにおける第２排気入口の近傍とが締結具によって相互に締結される。この締結により、第１タービンハウジングが、その第１排気入口の近傍において、排気通路の第１排気導出口の近傍に圧接される。第２タービンハウジングは、その第２排気入口の近傍において、排気通路の第２排気導出口の近傍に圧接される。このようにして、第１タービンハウジング及び第２タービンハウジングが排気通路に取付けられるが、この取付けに際しては、第１タービンハウジング及び第２タービンハウジングは、ともに排気通路に対し直接取付けられない。

従って、第１タービンハウジングにおける第１排気入口の近傍部分を、排気通路における第１排気導出口の近傍部分に直接締結するための構造が不要となる。同様に、第２タービンハウジングにおける第２排気入口の近傍部分を、排気通路における第２排気導出口の近傍部分に直接締結するための構造も不要となる。これに伴い、排気通路には、締結具により第１タービンハウジングが直接締結される箇所も、第２タービンハウジングが直接締結される箇所も不要となる。その不要となった分、第１タービンハウジングの排気通路に対する取付構造、及び第２タービンハウジングの排気通路に対する取付構造がともに簡素なものとなり、また、両取付構造の占めるスペースが小さくなる。よって、２ターボ過給システムをエンジンに搭載しやすくなる。

また、上記の構成によれば、排気通路の第１分岐管部及び第２分岐管部を間に挟んだ状態で、第１タービンハウジング及び第２タービンハウジングが締結具により相互に締結されると、第１分岐管部の下流端に対し第１タービンハウジングが圧接され、第２分岐管部の下流端に対し第２タービンハウジングが圧接される。これらの圧接により、第１排気入口が第１排気導出口に繋がった状態で、第１タービンハウジングが排気マニホルド（第１分岐管部）に取付けられる。さらに、第２排気入口が第２排気導出口に繋がった状態で、第２タービンハウジングが排気マニホルド（第２分岐管部）に取付けられる。
また、上記の構成によれば、排気通路を間に挟んだ状態で、第１タービンハウジングにおける第１排気入口の近傍と、第２タービンハウジングにおける第２排気入口の近傍とが締結具によって相互に締結されると、上述したように、第１タービンハウジング及び第２タービンハウジングがそれぞれ排気通路に取付けられる。これに加え、上記締結に伴い、排気通路の近傍に設けられた連通管が、第１タービンハウジング及び第２タービンハウジングによって挟み込まれる。よって、第１タービンハウジングの第１排気出口と、第２タービンハウジングの排気副入口とが、上記連通管によって連通された状態となる。表現を変えると、第１タービンハウジング及び第２タービンハウジングが連通管に取付けられた状態となる。
従って、第１タービンハウジングにおける第１排気出口の近傍部分を連通管に直接締結するための構造が不要となる。同様に、第２タービンハウジングにおける排気副入口の近傍部分を連通管に直接締結するための構造も不要となる。これに伴い、連通管には、締結具により第１タービンハウジングが直接締結される箇所も、第２タービンハウジングが直接締結される箇所も不要となる。その不要となった分、第１タービンハウジングの連通管に対する取付構造、及び第２タービンハウジングの連通管に対する取付構造が簡素なものとなり、排気通路に対する両タービンハウジングの両取付構造の占めるスペースが小さくなる。よって、２ターボ過給システムのエンジンに対する搭載性がより一層向上する。
なお、上記のように第１排気出口及び排気副入口が連通管によって連通されると、第１タービンハウジング内を通過した排気は第１排気出口から出た後に、連通管を流れ、排気副入口を通じて、第２タービンハウジング内へ流入することが可能となる。この場合には、第２タービンハウジング内の第２タービンに排気を供給する経路として、上述した排気通路の第２排気導出口→第２タービンハウジングの第２排気入口のほかに、排気通路の第１排気導出口→第１タービンハウジングの第１排気入口→第１排気出口→連通管→第２タービンハウジングの排気副入口が加わることとなる。

前記第１分岐管部及び前記第２分岐管部は、前記集合部内における排気の流れ方向に対し直交した状態で互いに反対方向へ延びて直線状をなすものであることが好ましい。
上記の構成によれば、第１分岐管部及び第２分岐管部は、集合部内における排気の流れ方向に対し直交する同一面上に位置することとなる。そのため、両分岐管部が上記とは異なる方向へ延びている場合（例えば、集合部内における排気の流れ方向に対し傾斜している場合）に比べ、両タービンハウジングの排気通路に対する取付構造が、上記排気の流れ方向について占めるスペースはさらに小さくなる。よって、２ターボ過給システムのエンジンへの搭載性が一層向上する。

また、本発明の一態様では、前記第１タービンハウジングにおける前記第１排気入口の周りには第１フランジが設けられ、前記第２タービンハウジングにおける前記第２排気入口の周りには第２フランジが設けられている。前記第１フランジ及び前記第２フランジにおいて、前記第１タービンハウジング及び前記第２タービンハウジングの前記締結具による締結が行なわれている。

上記の構成によれば、第１排気入口の周りに設けられた第１フランジと、第２排気入口の周りに設けられた第２フランジとにおいて、締結具による第１タービンハウジング及び第２タービンハウジングの排気通路に対する締結が行なわれる。この締結により、第１フランジ及び第２フランジによって挟み込まれた排気通路に対し、第１タービンハウジング及び第２タービンハウジングが取付けられる。従って、排気通路に第１タービンハウジングを取付けるために、同排気通路における第１排気導出口の周りに第１フランジに対応してフランジを別途設ける必要がない。また、排気通路に第２タービンハウジングを取付けるために、排気通路における第２排気導出口の周りに、第２フランジに対応するフランジを別途設ける必要がない。

前記締結具としては、ボルトと、同ボルトに螺合されることにより同ボルトとともに前記第１タービンハウジング及び前記第１タービンハウジングを締結するナットとからなるものを用いることができる。このボルトとしては、第１タービンハウジング及び第２タービンハウジングの両方に挿通されるものであってもよいし、一方に植え込まれ、他方に挿通されるもの（スタッドボルト）であってもよい。

上記の構成によれば、ボルトに螺合されたナットが締められることにより、第１タービンハウジング及び第２タービンハウジングの間隔が狭められる。第１タービンハウジングが、排気通路における第１排気導出口の近傍に圧接され、第２タービンハウジングが、排気通路における第２排気導出口の近傍に圧接される。これらの圧接により、排気通路に対し第１タービンハウジング及び第２タービンハウジングがともに締結される。

本発明を具体化した一実施形態における（直列）２段ターボ過給システムの概念的な構成を示す構成図。図１の排気マニホルドに、第１タービンハウジング及び第２タービンハウジングが取付けられる前の状態を示す部分平面図。図２の排気マニホルドの集合部近傍における各部の位置関係を示す部分斜視図。図１の排気マニホルドと、同排気マニホルドに取付けられた第１タービンハウジング及び第２タービンハウジングとを、それらの一部を破断した状態で示す正面図。図４のＸ部を拡大して示す部分正面図。図５における排気マニホルドに対し、第１タービンハウジング及び第２タービンハウジングを取付ける前の状態を示す部分正面図。本発明を、並列２ターボ過給システムに具体化した別の実施形態を示す図であり、排気マニホルドと、同排気マニホルドに取付けられた第１タービンハウジング及び第２タービンハウジングとを、それらの一部を破断した状態で示す正面図。第１分岐管部及び第２分岐管部の別の実施形態を示す図であり、（Ａ）は両分岐管部に第１タービンハウジング及び第２タービンハウジングが取付けられる前の状態を示す部分側面図、（Ｂ）は取付けられた後の状態を示す部分側面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
図１は、複数の気筒（シリンダ）１１を有するエンジン１２に適用された（直列）２段ターボ過給システムの概念的な構成を示している。エンジン１２には、吸気通路１３及び排気通路１４がそれぞれ接続されている。吸気通路１３の下流部は、エンジン１２に取付けられた吸気マニホルド１５によって構成されている。吸気通路１３は、吸気マニホルド１５において複数に分岐されており、これらの分岐部分を通じて、空気がエンジン１２の気筒１１毎の燃焼室１７に分配して供給される。各燃焼室１７では、前記空気と、燃料噴射弁（図示略）等によって供給された燃料との混合気が燃焼される。一方、排気通路１４の上流部は、エンジン１２に取付けられた排気マニホルド５０によって構成されている。排気通路１４は、排気マニホルド５０において１つにまとめられており、気筒１１毎の燃焼室１７からの排気が排気マニホルド５０内を流れる過程で１箇所に集められる。

エンジン１２には、高圧段ターボ過給機２０及び低圧段ターボ過給機３０が直列に搭載されている。高圧段ターボ過給機２０は、シャフト２１により一体回転可能に連結された第１タービン２２及び第１コンプレッサ２３を備えている。第１タービン２２は、排気通路１４において排気マニホルド５０よりも下流側に配設されている。また、第１コンプレッサ２３は、吸気通路１３において吸気マニホルド１５よりも上流側に配設されている。高圧段ターボ過給機２０では、排気が第１タービン２２に供給されて、同排気の流勢によって第１タービン２２が回転されると、第１コンプレッサ２３が連動して駆動され、空気が圧縮されて気筒１１毎の燃焼室１７に押し込まれる（過給される）。

低圧段ターボ過給機３０は、シャフト３１により一体回転可能に連結された第２タービン３２及び第２コンプレッサ３３を備えている。第２タービン３２は、上記高圧段ターボ過給機２０の第１タービン２２よりも大きく形成されており、排気通路１４において同第１タービン２２よりも下流側に配設されている。また、第２コンプレッサ３３は、上記高圧段ターボ過給機２０の第１コンプレッサ２３よりも大きく形成されており、吸気通路１３において同第１コンプレッサ２３よりも上流側に配設されている。低圧段ターボ過給機３０では、排気が第２タービン３２に供給されて、同排気の流勢によって第２タービン３２が回転されると、第２コンプレッサ３３が連動して駆動され、空気が圧縮されて気筒１１毎の燃焼室１７に押し込まれる。

さらに、吸気通路１３において第１コンプレッサ２３よりも下流側には、第１コンプレッサ２３及び第２コンプレッサ３３により圧縮されて温度の上昇した空気を冷却するためのインタークーラ４１が配置されている。

高圧段ターボ過給機２０においては、第１タービン２２が第１タービンハウジング２４に収容されている。また、低圧段ターボ過給機３０においては、第２タービン３２が第２タービンハウジング３４内に収容されている。

第１タービンハウジング２４には、排気の入口である第１排気入口２５と、排気の出口である第１排気出口２６とがそれぞれ開口されている。また、第２タービンハウジング３４には、排気の入口である第２排気入口３５と、排気の出口である第２排気出口３６とがそれぞれ開口されている。

そして、上述した排気マニホルド５０と第１タービンハウジング２４の第１排気入口２５とが、排気通路１４の一部によって接続されている。さらに、第１タービンハウジング２４の第１排気出口２６と第２タービンハウジング３４の第２排気入口３５とが、排気通路１４の一部によって接続されている。

排気通路１４には、第１タービン２２を迂回する排気バイパス通路４２が接続されている。排気バイパス通路４２の上流端は排気マニホルド５０に接続され、同排気バイパス通路４２の下流端は排気通路１４において、第１タービン２２と第２タービン３２との間の部位に接続されている。排気バイパス通路４２の途中には、同排気バイパス通路４２を開閉する排気バイパス弁４３が配置されている。

また、吸気通路１３には、第１コンプレッサ２３を迂回する吸気バイパス通路４４が接続されており、この吸気バイパス通路４４には、同吸気バイパス通路４４を開閉する吸気バイパス弁４５が配置されている。

排気バイパス弁４３及び吸気バイパス弁４５は、エンジン１２の運転状態に応じて、例えば次のような態様で作動させられる。排気バイパス弁４３及び吸気バイパス弁４５は、エンジン１２の回転速度が低い領域（低回転域）では閉弁される。排気バイパス弁４３の閉弁により、排気バイパス通路４２での排気の流通が遮断される。つまり、排気が排気バイパス通路４２を通過することがなくなる。すなわち排気は、第１タービン２２を迂回して第２タービン３２に直接供給されることがなくなる。また、吸気バイパス弁４５の閉弁により、吸気バイパス通路４４での空気の流通が遮断される。つまり、空気が第１コンプレッサ２３を迂回してエンジン１２に直接供給されることがなくなる。排気バイパス弁４３及び吸気バイパス弁４５の両方が閉弁することによって、排気通路１４を流れる全ての排気が第１タービン２２を通過し、吸気通路１３を流れる全ての空気が第１コンプレッサ２３を通過することとなる。その結果、過給は、主に立ち上がりの早い小型の高圧段ターボ過給機２０によって行なわれる。このように、エンジン１２の回転速度が低い領域では適切な過給圧が得られる。

また、エンジン１２の回転速度が高い領域（高回転域）では、排気バイパス弁４３及び吸気バイパス弁４５がともに開弁される。排気バイパス弁４３の開弁により、排気が排気バイパス通路４２を通過する。すなわち排気は、第１タービン２２を迂回して第２タービン３２に直接供給されるようになる。この場合、排気の大部分は、エンジン１２から直接的に低圧段ターボ過給機３０の第２タービン３２に至るように流れることになり、事実上、高圧段ターボ過給機２０はほとんど作動しなくなる。また、吸気バイパス弁４５の開弁により、第２コンプレッサ３３を通過した空気の多くは、吸気バイパス通路４４を流れる。すなわち空気は、第１コンプレッサ２３を迂回してエンジン１２に直接供給されるようになり、高圧段ターボ過給機２０がほとんど作動しなくなる。その結果、主として、エンジン１２の高回転域での作動特性に優れた低圧段ターボ過給機３０によって過給が行なわれることになり、適切な過給圧が得られる。

このように、作動するターボ過給機２０，３０がエンジン１２の回転速度に応じて切替えられることで、過給が２段で行なわれる。
なお、排気バイパス弁４３及び吸気バイパス弁４５として、閉弁及び開弁の中間の状態にすることのできるタイプが用いられてもよい。この場合、例えば、エンジン１２の回転速度が中間の領域（中回転域）では、排気バイパス弁４３及び吸気バイパス弁４５を上記中間の状態（中間の開度）にすることで、高圧段ターボ過給機２０及び低圧段ターボ過給機３０の両者が作動し、中回転域でも適切な過給圧が得られる。また、エンジン１２の上記回転速度とは異なるパラメータ、例えばエンジン負荷に応じて排気バイパス弁４３及び吸気バイパス弁４５が作動されてもよい。

さらに、排気通路１４には、第２タービン３２を迂回する排気バイパス通路４６が接続されており、この排気バイパス通路４６にウエイストゲート弁４７が配置されている。ウエイストゲート弁４７は、低圧段ターボ過給機３０のコンプレッサ吐出圧が所定値以上に上昇すると開弁させられる。この開弁により、排気の一部が第２タービン３２を迂回して排気バイパス通路４６を流れることとなり、低圧段ターボ過給機３０の回転速度が低下し、コンプレッサ吐出圧の過大な上昇が抑制される。

上記のようにして（直列）２段ターボ過給システムが構成されている。このシステムにおいては、第１タービンハウジング２４及び第２タービンハウジング３４が、次の態様で排気マニホルド５０に取付けられている。

図１〜図３の少なくとも１つに示すように、排気マニホルド５０は、気筒１１毎の燃焼室１７からの排気が流れる複数本の配管５１を備えている。これらの配管５１は下流側で１つに集められている。上記複数本の配管５１の集められた箇所を、以下、集合部５２というものとする。排気マニホルド５０は、この集合部５２から分岐した第１分岐管部５３及び第２分岐管部５４を備えている。第１分岐管部５３及び第２分岐管部５４はともに円筒状をなしており、集合部５２を起点として、互いに反対方向（図３の上下方向）へ延びており、全体として直線状をなしている。第１分岐管部５３の下流端（図３の下端）は開放されていて第１排気導出口５５をなし（図１参照）、第２分岐管部５４の下流端（図１及び図３の上端）は開放されていて第２排気導出口５６をなしている。このように、第１排気導出口５５及び第２排気導出口５６は、エンジン１２から排出された排気の流れ方向の同位置（集合部５２）において互いに異なる方向（上下方向）に向けて開口している。

図４は、排気マニホルド５０と、同排気マニホルド５０に取付けられた第１タービンハウジング２４及び第２タービンハウジング３４とを、それらの一部を破断した状態で示している。図５は、図４のＸ部を拡大して示し、図６は、図５における排気マニホルド５０に対し、両タービンハウジング２４，３４を取付ける前の状態を示している。図６では、第１及び第２タービンハウジング２４，３４に加え、排気マニホルド５０の一部（集合部５２、第１及び第２分岐管部５３，５４の各々の一部）と、第１及び第２ガスケット６１，６２の各々の一部とが破断した状態で図示されている。

これらの図４〜図６の少なくとも１つに示すように、上述した排気バイパス通路４２は、第２タービンハウジング３４内に設けられている。排気バイパス通路４２の上流端は、第２タービンハウジング３４の下端面において開口している。本実施形態では、この排気バイパス通路４２の開口部分が、上述した第２排気入口３５を構成している。

第１タービンハウジング２４における第１排気入口２５の周りには第１フランジ２７が設けられている。この第１フランジ２７と第１分岐管部５３の下流端（図４及び図５の各下端）との間には、円環状の第１ガスケット６１が配置されている。また、第２タービンハウジング３４における第２排気入口３５の周りには第２フランジ３７が設けられている。この第２フランジ３７と第２分岐管部５４の下流端（図４及び図５の各上端）との間には円環状の第２ガスケット６２が配置されている。

そして、第１排気入口２５が第１排気導出口５５に接近させられ、かつ、第２排気入口３５が第２排気導出口５６に接近させられた状態で、第１フランジ２７及び第２フランジ３７が、複数の締結具６３によって相互に締結されている。より詳しくは、各締結具６３は、ボルト６４と、同ボルト６４に螺合されるナット６５とからなる。第１フランジ２７の複数箇所、例えば四隅には貫通孔２８があけられている。また、第２フランジ３７において、上記貫通孔２８に対向する複数箇所には貫通孔３８があけられている（図２参照）。そして、相対向する貫通孔２８，３８において第１フランジ２７及び第２フランジ３７にボルト６４が挿通され、かつそのボルト６４にナット６５が螺合されている。

さらに、第１タービンハウジング２４内を通過した排気の出口である上記第１排気出口２６は、本実施形態では第１タービンハウジング２４の第１分岐管部５３に向かう箇所（面）において開口されている。また、第２タービンハウジング３４における第２分岐管部５４に向かう箇所（面）であって、第２排気入口３５とは異なる箇所には、同第２タービンハウジング３４内への排気の別の入口である排気副入口３９が開口されている。第１排気出口２６と排気副入口３９とは、排気マニホルド５０の集合部５２、第１分岐管部５３及び第２分岐管部５４を挟んで相対向する箇所に位置している。

集合部５２及び両分岐管部５３，５４の近傍、より正確には、第１排気出口２６と排気副入口３９とを繋ぐ線上には、同第１排気出口２６と排気副入口３９とを連通させる連通管５７が、排気マニホルド５０の一部として設けられている。連通管５７は、排気マニホルド５０の任意の部位に連結されている。連通管５７の一方の端面（下端面）は、第１分岐管部５３の第１排気導出口５５と同一面上に位置し、連通管５７の他方の端面（上端面）は、第２分岐管部５４の第２排気導出口５６と同一面上に位置している。連通管５７と第１フランジ２７との間には円環状の第３ガスケット６６が配置され、同連通管５７と第２フランジ３７との間には円環状の第４ガスケット６７が配置されている（図６参照）。なお、第３ガスケット６６は、上記第１ガスケット６１と一体に形成されたものであってもよい。また、第４ガスケット６７は、上記第２ガスケット６２と一体に形成されたものであってもよい。

そして、第１フランジ２７及び第２フランジ３７が締結具６３によって相互に締結された状態では、第１排気出口２６及び排気副入口３９が、第３ガスケット６６、連通管５７及び第４ガスケット６７によって連通させられている。

上記のようにして構成された本実施形態では、エンジン１２の気筒１１毎の燃焼室１７から排出された排気は、排気マニホルド５０の各配管５１を流れ、集合部５２に集められる。集合部５２に集められた排気は、第１分岐管部５３及び第２分岐管部５４により二つに分けられる。排気が排気マニホルド５０から排出される経路としては、第１分岐管部５３の第１排気導出口５５を通過する経路と、第２分岐管部５４の第２排気導出口５６を通過する経路とがある。排気がいずれの経路を流れるかは、上述した排気バイパス弁４３の状態によって決定される。

エンジン１２の回転速度が低く、排気バイパス弁４３が閉弁されると、排気バイパス通路４２での排気の流通が遮断される。集合部５２内を通過した排気は、第１排気導出口５５から出て、第１排気入口２５を通って第１タービンハウジング２４内に流入し、第１タービン２２を回転させる。第１タービン２２を通過した排気は、第１排気出口２６から第１タービンハウジング２４の外へ出た後、連通管５７を流れ、排気副入口３９を通って第２タービンハウジング３４内へ流入し、第２タービン３２を回転させる。この排気は第２タービン３２を通過した後は、第２排気出口３６から排気通路１４の排気下流側へ排出される。このとき、集合部５２内の排気が排気バイパス通路４２を通過しない。すなわち集合部５２内の排気は、第１タービン２２を迂回して第２タービン３２に直接供給されることはなく、低圧段ターボ過給機３０はほとんど作動しない。

エンジン１２の回転速度が高く、排気バイパス弁４３が開弁されると、排気が第２排気入口３５から排気バイパス通路４２に流入する。排気は、排気バイパス通路４２を通過する。すなわち排気は、第１タービン２２を迂回して第２タービン３２に直接供給されるようになる。この場合、集合部５２内を通過した排気の大部分は、第２排気導出口５６から出て、排気バイパス通路４２を流れる。この排気は第２タービン３２に供給され、同第２タービン３２を回転させる。排気は第２タービン３２を通過した後は、第２排気出口３６から排気通路１４の排気下流側へ排出される。このように排気バイパス弁４３が開弁される場合、集合部５２内を通過した後に、第１排気導出口５５から出て、第１排気入口２５を通って第１タービンハウジング２４内へ流入して第１タービン２２を回転させる排気は少なくなる。このように、エンジン１２の高回転域では、同排気はエンジン１２から直接的に低圧段ターボ過給機３０の第２タービン３２に至るように流れることになり、事実上、高圧段ターボ過給機２０はほとんど作動しない。

ところで、第１タービンハウジング２４及び第２タービンハウジング３４を排気マニホルド５０に取付ける際には、次の作業を行なう。
図６に示すように、第１分岐管部５３の下方に第１ガスケット６１を位置させ、連通管５７の下方に第３ガスケット６６を位置させる。第１フランジ２７を上側に位置させた状態の第１タービンハウジング２４の第１排気入口２５を、第１分岐管部５３の第１排気導出口５５に接近させる。第１排気出口２６を連通管５７に接近させる。また、第２分岐管部５４の上方に第２ガスケット６２を位置させ、連通管５７の上方に第４ガスケット６７を位置させる。第２フランジ３７を下側に位置させた状態の第２タービンハウジング３４の第２排気入口３５を、第２分岐管部５４の第２排気導出口５６に接近させる。排気副入口３９を連通管５７の上端に接近させる。これら接近により、排気マニホルド５０における集合部５２、両分岐管部５３，５４及び連通管５７が、それらの上下両側から、ガスケット６２，６７及びガスケット６１，６６を介して、第２タービンハウジング３４及び第１タービンハウジング２４によって挟み込まれる。

そして、第２フランジ３７の上方から、所定の貫通孔３８、及び第１フランジ２７において同貫通孔３８の下方に位置する貫通孔２８に対し、順にボルト６４を挿通する。同第１フランジ２７から下方へ突出したボルト６４の下端部に、ナット６５を螺合させる。ナット６５を締付けることにより、第１タービンハウジング２４及び第２タービンハウジング３４が相互に接近させられる。ナット６５の締め付けが進むと、第１フランジ２７が、第１ガスケット６１を介し第１分岐管部５３の下流端（第１排気導出口５５の近傍）に圧接され、第３ガスケット６６を介して連通管５７の下端に圧接される。また、第２フランジ３７が、第２ガスケット６２を介し第２分岐管部５４の下流端（第２排気導出口５６の近傍）に圧接され、第４ガスケット６７を介して連通管５７の上端に圧接される。

これらの圧接により、第１排気入口２５が第１排気導出口５５に繋がった状態で、第１タービンハウジング２４が排気マニホルド５０（第１分岐管部５３）に取付けられる。さらに、第２排気入口３５が第２排気導出口５６に繋がった状態で、第２タービンハウジング３４が排気マニホルド５０（第２分岐管部５４）に取付けられる。この取付けに際しては、第１タービンハウジング２４及び第２タービンハウジング３４は、ともに第１分岐管部５３及び第２分岐管部５４に対し直接取付けられない。

また、上記圧接により、第１タービンハウジング２４の第１排気出口２６と、第２タービンハウジング３４の排気副入口３９とが、連通管５７によって連通された状態で、第１タービンハウジング２４及び第２タービンハウジング３４が連通管５７に取付けられる。この取付けに際しては、第１タービンハウジング２４及び第２タービンハウジング３４は、ともに連通管５７に対し直接取付けられない。

以上詳述した本実施形態によれば、次の効果が得られる。
（１）排気通路１４の一部を構成する排気マニホルド５０として、排気の流れ方向の同位置（集合部５２）において互いに異なる方向に向けて開口する第１排気導出口５５及び第２排気導出口５６を有するものを用いている。そして、第１排気入口２５を第１排気導出口５５に接近させ、かつ、第２排気入口３５を第２排気導出口５６に接近させた状態で、第１タービンハウジング２４における第１排気入口２５の近傍と、第２タービンハウジング３４における第２排気入口３５の近傍とを、締結具６３を用いて相互に締結するようにしている。

そのため、排気マニホルド５０には、第１タービンハウジング２４における第１排気入口２５の近傍部分を、第１排気導出口５５の近傍部分に直接締結するための構造、例えば、第１フランジ２７に対応するフランジを設ける必要がない。同様に、排気マニホルド５０には、第２タービンハウジング３４における第２排気入口３５の近傍部分を、第２排気導出口５６の近傍部分に直接締結するための構造、例えば、第２フランジ３７に対応するフランジを設ける必要がなくなる。

その結果、第１タービンハウジング２４の排気通路１４（排気マニホルド５０）に対する取付構造、及び第２タービンハウジング３４の排気通路１４（排気マニホルド５０）に対する取付構造をともに簡素なものとすることができる。また、両取付構造の占めるスペースを小さくし、（直列）２段ターボ過給システムのエンジン１２に対する搭載性を向上させることができる。また、排気通路１４にフランジ等が不要となることに伴い、こうしたフランジ等を設けた場合に比べ、（直列）２段ターボ過給システムが軽量となる、同システムの熱容量が少なくなる、排気マニホルド５０自体の製造コストが低くなる等のメリットもある。

さらに、第１タービンハウジング２４及び第２タービンハウジング３４を、それぞれ排気通路１４（排気マニホルド５０）に対し別々に直接取付ける場合に比べ、締結具の数が少なくてすむ。また、締結具６３によって締結する箇所も少なくなり、締結作業の工数を減少させることもできる。この点において、（直列）２段過給システムの製造コストの低減を図ることができる。

（２）排気通路１４の一部を構成する排気マニホルド５０として、集合部５２から分岐した第１分岐管部５３及び第２分岐管部５４を備え、かつ第１分岐管部５３の下流端に第１排気導出口５５を有するとともに、第２分岐管部５４の下流端に第２排気導出口５６を有するものを用いている。さらに、第１分岐管部５３及び第２分岐管部５４として、集合部５２における排気の流れ方向に対し直交した状態で互いに反対方向（上下方向）へ延びて、全体として直線状をなすものを用いている。

そのため、第１分岐管部５３及び第２分岐管部５４を、集合部５２における排気の流れ方向（水平方向）に対し直交する同一面上に位置させることができる。その結果、両分岐管部５３，５４が上記とは異なる方向へ延びている場合（例えば、集合部５２における排気の流れ方向（水平方向）に対し傾斜している場合）に比べ、第１分岐管部５３及び第２分岐管部５４が、集合部５２内での排気の流れ方向である水平方向について占めるスペースをさらに小さくすることができる。（直列）２段ターボ過給システムのエンジン１２に対する搭載性を一層向上させることができる。

（３）第１タービンハウジング２４における第１分岐管部５３（第１排気導出口５５）に向かう箇所に、第１排気出口２６を設ける。さらに、第２タービンハウジング３４における第２分岐管部５４（第２排気導出口５６）に向かう箇所であって、第２排気入口３５とは異なる箇所に排気副入口３９を設けている。そして、排気マニホルド５０の集合部５２及び両分岐管部５３，５４の近傍に、第１タービンハウジング２４及び第２タービンハウジング３４が締結具６３にて締結されることにより、第１排気出口２６及び排気副入口３９を連通させる連通管５７を設けている。

そのため、連通管５７の下端には、締結具６３により第１タービンハウジング２４を直接締結するための構造、例えば、第１フランジ２７に対応するフランジを設ける必要がない。同様に、連通管５７の上端には、締結具６３により第２タービンハウジング３４を直接締結するための構造、例えば、第２フランジ３７に対応するフランジを設ける必要がない。それらの不要となった分、第１タービンハウジング２４の連通管５７に対する取付構造、及び第２タービンハウジング３４の連通管５７に対する取付構造を簡素なものとし、また、両取付構造の占めるスペースを小さくすることができる。よって、（直列）２段ターボ過給システムのエンジン１２に対する搭載性のより一層の向上を図ることができる。

なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・締結具６３の一部を構成するボルト６４として、第１タービンハウジング２４及び第２タービンハウジング３４の一方に植え込まれ、他方に挿通される、いわゆるスタッドボルトを用いてもよい。この場合には、第１フランジ２７及び第２フランジ３７を省略することが可能である。

・第１タービンハウジング２４に、第１分岐管部５３の下流側の端部、第１ガスケット６１及び第３ガスケット６６がそれぞれ嵌入し得る大きさの環状溝を設けてもよい。このようにすると、第１ガスケット６１及び第３ガスケット６６を環状溝内に配置することにより、同ガスケット６１，６６の第１タービンハウジング２４に対する位置決めが容易に行える。また、第１分岐管部５３の下流側の端部を環状溝内に入り込ませることにより、同第１分岐管部５３の第１タービンハウジング２４に対する位置決めが容易に行える。

上記と同様の趣旨で、第２タービンハウジング３４に、第２分岐管部５４の下流側の端部、第２ガスケット６２及び第４ガスケット６７がそれぞれ嵌入し得る大きさの環状溝を設けてもよい。

・本発明は、エンジンに対し、２つのターボ過給機を並列に配置し、エンジンの低回転域等では一方のタービン過給機のみを作動させ、エンジンの高回転域等では両方のタービン過給機を作動させるタイプの並列２ターボ過給システムにも適用可能である。図７はその適用例を示している。

この場合には、上記実施形態とは異なり、第１排気出口２６が、第１タービンハウジング２４における第１分岐管部５３（第１排気導出口５５）に向かう箇所とは異なる箇所に開口されている。また、第２タービンハウジング３４には、第２排気入口３５とは別の、排気の入口としての排気副入口３９が開口されていない。これに伴い、排気マニホルド５０には、上記排気副入口３９と第１排気出口２６とを連通させる連通管５７が設けられていない。

その代わりに、第２タービンハウジング３４には、第２タービン３２を迂回する排気バイパス通路７１が設けられている。前記実施形態での排気バイパス通路４２は、第２排気入口３５と第２排気出口３６とを繋ぐ排気通路７２に置き換えられている。また、前記実施形態での排気バイパス弁４３は、上記排気通路７２と、上記排気バイパス通路７１との合流箇所に設けられた排気切替弁７３に置き換えられている。この排気切替弁７３は、排気通路７２及び排気バイパス通路７１の一方を閉じ、他方を開く。排気切替弁７３は、排気通路７２及び排気バイパス通路７１のどちらを閉じ、どちらを開くかを切替え可能である。

排気切替弁７３によって排気バイパス通路７１が閉じられて排気通路７２が開かれると、第２排気導出口５６からの排気の多くは第２排気入口３５→排気通路７２→第２排気出口３６の順に流れて、第２タービン３２を回転させる。上記とは逆に、排気切替弁７３によって排気通路７２が閉じられて排気バイパス通路７１が開かれると、第２排気導出口５６からの排気の多くは第２排気入口３５→排気バイパス通路７１→第２排気出口３６の順に流れ、第２タービン３２の回転はほとんど行なわれない。一方、第１排気導出口５５からの排気は、第１排気入口２５を通って第１タービンハウジング２４内を流れて第１タービン２２を回転させる。その後、排気は第１排気出口２６から排気通路１４の排気下流側へ排出される。

前述した事項（排気マニホルド５０に対する第１タービンハウジング２４及び第２タービンハウジング３４の取付構造を含む）以外は、前記実施形態と同様である。そのため、このように２つのタービン過給機をエンジンに対し並列に配置した場合であっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。

・第１分岐管部５３及び第２分岐管部５４を、図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、集合部５２における排気の流れ方向（水平方向）に対し傾斜させてもよい。この場合には、排気マニホルド５０の集合部５２は、第１フランジ２７及び第２フランジ３７間から離れた箇所に位置することとなり、同集合部５２等を第１フランジ２７及び第２フランジ３７によって挟み込む構造ではなくなる。しかし、この場合であっても、第１フランジ２７及び第２フランジ３７を締結具６３（ボルト６４及びナット６５）によって相互に締結する以上、上述した実施形態と同様の作用及び効果が得られる。

・排気通路１４において排気マニホルド５０とは異なる箇所を、第１タービンハウジング２４及び第２タービンハウジング３４の被取付箇所としてもよい。この場合、排気通路の被取付箇所には、排気の流れ方向の同位置において互いに異なる方向に向けて開口する第１排気導出口５５及び第２排気導出口５６を設ける。

Claims

排気マニホルドに設けられ、エンジンから排出された排気を集める集合部から分岐して延び、自身の下流端に第１排気導出口を有する第１分岐管部と、
前記集合部から分岐して、前記第１分岐管部とは異なる方向へ延び、自身の下流端に第２排気導出口を有し、前記第１分岐管部とともに、前記集合部に集められた前記排気を二つに分ける第２分岐管部と、
前記第１排気導出口よりも排気下流側に設けられる第１タービンハウジングであって、前記第１タービンハウジングは第１排気入口と第１タービンとを有し、前記第１タービンは前記第１排気入口を通じて導入される前記排気により回転されることと、
前記第２排気導出口よりも排気下流側に設けられる第２タービンハウジングであって、前記第２タービンハウジングは第２排気入口と第２タービンとを有し、前記第２タービンは、前記第２排気入口を通じて排気が導入されたときには、その排気により回転されることと、
前記第１分岐管部及び前記第２分岐管部を前記第１タービンハウジング及び前記第２タービンハウジングにより挟み込み、前記第１排気入口を前記第１排気導出口に接近させ、かつ、前記第２排気入口を前記第２排気導出口に接近させた状態で、前記第１タービンハウジングにおける前記第１排気入口の近傍と、前記第２タービンハウジングにおける前記第２排気入口の近傍とを相互に締結する締結具と
を備え、
前記第１タービンハウジングにおける前記第１排気導出口に向かう箇所には、同第１タービンハウジング内を通過した排気の出口である第１排気出口が開口され、
前記第２タービンハウジングにおける前記第２排気導出口に向かう箇所であって、前記第２排気入口とは異なる箇所には、同第２タービンハウジング内への排気の別の入口である排気副入口が開口され、
前記第１分岐管部及び前記第２分岐管部の近傍には、前記第１タービンハウジング及び前記第２タービンハウジングが前記締結具にて締結されることにより、前記第１排気出口及び前記排気副入口を連通させる連通管が設けられていることを特徴とする、２ターボ過給システムにおけるタービンハウジングの取付構造。
前記排気マニホルドは、気筒毎の燃焼室からの排気が流れる複数の配管と同配管が集められた集合部とを備え、
前記連通管は、前記燃焼室と２つの前記配管と前記集合部に囲まれる位置に配設される請求項１記載の２ターボ過給システムにおけるタービンハウジングの取付構造。
前記第１分岐管部及び前記第２分岐管部は、前記集合部内における排気の流れ方向に対し直交した状態で互いに反対方向へ延びて直線状をなすものである、請求項１又は２に記載の２ターボ過給システムにおけるタービンハウジングの取付構造。
前記第１タービンハウジングにおける前記第１排気入口の周りには第１フランジが設けられ、前記第２タービンハウジングにおける前記第２排気入口の周りには第２フランジが設けられており、
前記第１フランジ及び前記第２フランジにおいて、前記第１タービンハウジング及び前記第２タービンハウジングの前記締結具による締結が行なわれている、請求項１〜３のいずれか１つに記載の２ターボ過給システムにおけるタービンハウジングの取付構造。
前記締結具は、ボルトと、同ボルトに螺合されることにより同ボルトとともに前記第１タービンハウジング及び前記第２タービンハウジングを締結するナットとからなる、請求項１〜４のいずれか１つに記載の２ターボ過給システムにおけるタービンハウジングの取付構造。