带涡轮增压器的发动机的制作方法

本发明涉及带涡轮增压器的发动机，所述涡轮增压器附设在发动机主体上，具有至少两个独立的涡轮部。

背景技术

带涡轮增压器的发动机中，在发动机主体的一侧壁上相邻地安装有涡轮增压器，该涡轮增压器利用发动机的排气能来对进气进行增压。在涡轮增压器的壳体内设有排气通道，排气从发动机主体被供应到所述排气通道。所述排气通道包含接受来自发动机主体的排气的导入通道、收容透平机的透平机室、以及将排气从所述导入通道引导到所述透平机室的涡旋通道。基于所导入的排气的作用，所述透平机绕透平机轴转动，从而使连结于所述透平机轴的压缩机的鼓风叶轮转动来对进气进行增压。

以往已知有在上述那样的排气路径上直列地设置两个独立的涡轮部而成的涡轮增压器。例如专利文献1中公开了一种两级型涡轮增压器，其具备主要在发动机的从中速至高速的转动区域工作的大型涡轮部和主要在低速转动区域工作的小型涡轮部。小型涡轮部的小透平机在排气通道上相对于大型涡轮部的大透平机而设置在上游侧。所述排气通道具备旁通道，该旁通道不经由小透平机室而将所述导入通道和大透平机室相连。该旁通道中设置有调节阀，该调节阀对应于发动机的转动区域而进行开闭。

对于涡轮增压器，始终存在着如下的要求：将排气的动能效率良好地传递给透平机以提高输出；尽可能地实现紧凑化。上述的两级型涡轮增压器中，排气通道的结构复杂，因此，难以以更高的水准来满足上述的两个要求。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5499953号

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种如下的带涡轮增压器的发动机：针对附设有至少具有两个独立的涡轮部的涡轮增压器的发动机，既能够对透平机提供大的排气动能，又能够实现紧凑化。

本发明所涉及的带涡轮增压器的发动机包括：发动机主体；以及涡轮增压器，与所述发动机主体相邻地设置，具有从所述发动机主体被供应排气的排气通道，并且对被导向所述发动机主体的进气进行增压。

所述涡轮增压器包括第一涡轮部和第二涡轮部，所述第一涡轮部包含具有第一透平机轴的第一透平机，所述第二涡轮部包含具有第二透平机轴的第二透平机。所述排气通道包括：导入通道，从所述发动机主体侧接受排气；第一涡旋通道，具备与所述导入通道连通的第一上游部，并且将排气朝所述第一透平机引导；以及第二涡旋通道，具备与所述导入通道连通的第二上游部，并且将排气朝所述第二透平机引导。

所述第一涡旋通道及所述第二涡旋通道是以如下的方式涡旋的通道：所述第一上游部及所述第二上游部分别设置在相对于所述第一透平机轴及所述第二透平机轴而远离所述发动机主体的一侧，而且所述第一上游部的下游侧及所述第二上游部的下游侧分别延伸到相对于所述第一透平机轴及所述第二透平机轴而接近所述发动机主体的一侧。所述第一透平机绕所述第一透平机轴而向指定的第一转动方向转动，另一方面，所述第二透平机绕所述第二透平机轴而向与所述第一转动方向相反的第二转动方向转动。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的带涡轮增压器的发动机的立体图。

图2是将所述发动机的涡轮增压器的部分局部地切除来进行表示的立体图。

图3是示意性地表示带涡轮增压器的发动机及其周边构件的结构和进气及排气的流动的图。

图4是本实施方式所涉及的涡轮增压器的概略剖视图。

图5是表示排气旁通阀的一个例子的立体图。

图6是表示在发动机主体的低速转动区域时的涡轮增压器内的排气的流动的剖视图。

图7是表示在发动机主体的中速及高速转动区域时的涡轮增压器内的排气的流动的剖视图。

图8是变形实施方式所涉及的涡轮增压器的概略剖视图。

具体实施方式

[发动机的简略结构]

以下，根据附图来详细说明本发明的实施方式所涉及的带涡轮增压器的发动机。首先，说明该发动机的简略结构。图1是本发明的实施方式所涉及的带涡轮增压器的发动机1的立体图，图2是将发动机1的涡轮增压器3的部分局部地切除来进行表示的立体图。在图1、图2及其他的附图中，附加了前后、左右、上下的方向标记。这是为了便于说明，未必表示实际的方向。

带涡轮增压器的发动机1包含：多缸型的发动机主体10；连结于发动机主体10的左侧面的排气歧管14；省略了图示的进气歧管；在发动机主体10的左方相邻地设置的涡轮增压器3。排气歧管14的周围被歧管隔热件15包围，发动机主体10的左侧面被发动机主体隔热件16覆盖，涡轮增压器3的周围被涡轮隔热件17覆盖，但图1中表示了它们被卸去后的状态。

发动机主体10是直列四缸柴油发动机，其具备：气缸体11；安装在气缸体11上侧面的气缸盖12；设置在气缸盖12上方的气缸盖罩13。气缸体11具备形成燃料的燃烧室的四个气缸2(之后的图3、4中表示了其中的一个)。

排气歧管14在内部具备使从各气缸2的排气道25排出的排气气体集中到一条流路的歧管通道141(图4)。排气歧管14的气体进入侧连结于气缸盖12，气体排出侧连接于涡轮增压器3。

涡轮增压器3是利用从发动机主体10排出的排气能来对被导向发动机主体10的进气进行增压的装置。涡轮增压器3具备：大型涡轮部3a(第一涡轮部)，主要在发动机主体10的从中速至高速的转动区域工作，对进气进行增压；小型涡轮部3b(第二涡轮部)，主要在低速转动区域工作，对进气进行增压。在本实施方式中，在大型涡轮部3a的下方连续地设置有小型涡轮部3b。大型涡轮部3a及小型涡轮部3b各自具备设置在前方侧的透平机室和设置在后方侧的压缩机室。涡轮增压器3内具备：排气通道，经由所述各透平机室而从发动机主体10供应排气；进气通道，经由所述各压缩机室而让被导向发动机主体10的进气流通。即，所述各透平机室分别被组合在发动机主体10的排气路径中，所述各压缩机室分别被组合在发动机主体10的进气路径中。

图2中表示了大型涡轮壳体31和小型涡轮壳体32，大型涡轮壳体31划分大型涡轮部3a的大透平机室33(图3)，小型涡轮壳体32划分小型涡轮部3b的小透平机室35(图3)。大型涡轮壳体31包含：由金属钣制的壳体构成的钣金壳体311，其划分后述的大涡旋通道55；支撑钣金壳体311下端的壳体基座312。在壳体基座312的下部设置有上凸缘部313。

另一方而，小型涡轮壳体32是由铸铁制的壳体构成的壳体，排气通道的上游侧的导入凸缘部321与下游侧的下凸缘部322一体地设置。导入凸缘部321是用于连结排气歧管14的凸缘部，是成为排气的往涡轮增压器3的入口的部分。下凸缘部322是用于连结大型涡轮壳体31的凸缘部。凸缘部313载置在下凸缘部322上，两者通过螺栓紧固而与大型涡轮壳体31及小型涡轮壳体32成为一体。在成为排气的从涡轮增压器3的出口的部分设置有排气侧凸缘323。排气通道的下游侧管道连接于排气侧凸缘323。

歧管隔热件15是进行隔热的隔热件，以使从流通高温的排气的排气歧管14发出的热不会对周边构件产生热危害。发动机主体隔热件16保护缸盖罩13、线束、传感器类，以免受到来自排气歧管14及涡轮增压器3的热危害。涡轮隔热件17是覆盖同样地流通高温的排气的大型、小型涡轮壳体31、32的周围以抑制周边构件受热危害的隔热件。

[发动机的内部结构]

图3是示意性地表示带涡轮增压器的发动机1及其周边构件的结构和进气及排气的流动的图。发动机1包括：发动机主体10；用于将燃烧用的空气导入到发动机主体10的进气通道p1；用于将发动机主体10中所产生的燃烧气体(排气)排出的排气通道p2；具备分别构成这些进气通道p1及排气通道p2的局部的通道的涡轮增压器3；设置在排气通道p2的下游端附近的排气净化装置70；设置在进气通道p1和排气通道p2之间的egr(exhaustgasrecirculation(排气再循环))装置80。

发动机主体10的各气缸2具备：活塞21、燃烧室22、曲轴23、进气道24、排气道25、进气门26及排气门27。图3中表示了一个气缸2。活塞21能够进行往返运动地被收容在气缸2内。燃烧室22在气缸2内形成在活塞21的上方。柴油燃料从省略图示的喷射器喷射到燃烧室22。从所述喷射器喷射出的燃料与从进气通道p1供应来的空气混合而在燃烧室22内自点火(压燃)。活塞21基于该燃烧所产生的膨胀力而被下推，从而在上下方向上往返运动。

曲轴23是发动机主体10的输出轴，其被设置在活塞21的下方。活塞21和曲轴23通过连杆而彼此连结。曲轴23对应于活塞21的往返运动而绕轴心转动。进气道24是将从进气通道p1供应来的空气(进气)导入到气缸2的开口。排气道25是用于将气缸2内的燃料的燃烧所产生的排气导出到排气通道p2的开口。进气门26是开闭进气道24的气门，排气门27是开闭排气道25的气门。

进气通道p1上，从进气的流动的上游侧按顺序设置有空气滤清器41、涡轮增压器3的压缩机部(大压缩机室34及小压缩机室36)、中间冷却器42以及节气门43。进气通道p1的下游端经由进气歧管(未图示)而连接于进气道24。空气滤清器41对导入进气通道p1的空气进行净化。中间冷却器42对通过进气道24而送到燃烧室22的进气进行冷却。节气门43是调整送到燃烧室22的进气的量的阀门。此外，进气通道p1上，在涡轮增压器3的上游侧连接有将窜气气体送到燃烧室22的窜气回流道411。进气在通过之后详述的涡轮增压器3的所述压缩机部时被增压。

排气通道p2的上游端经由排气歧管14而与排气道25连接。排气通道p2上，从排气的流动的上游侧按顺序设有涡轮增压器3的透平机部(小透平机室35及大透平机室33)、排气净化装置70。排气净化装置70包括：催化装置71，包含将排气中的nox暂且吸附后进行还原的nox吸附还原催化剂；dpf(dieselparticulatefilter(柴油机微粒滤清器))72，捕集排气中的微粒状物质。排气所具有的动能在该排气通过涡轮增压器3的所述透平机部时被回收。

egr装置80是用于使从发动机主体10排出的排气的一部分(egr气体)回流到进气中的装置。egr装置80具有：分别使排气通道p2和进气通道p1连通的第一egr通道81和第二egr通道84；分别开闭上述的通道81、84的第一egr阀82及第二egr阀85。第一egr通道81上设置有egr冷却器83。egr气体在通过第一egr通道81的中途被egr冷却器83冷却，此后，流入到进气通道p1。另一方面，第二egr通道84上未设置egr冷却器，egr气体能够以高温的状态流入到进气通道p1。第一、第二egr通道81、84使排气通道p2中相对于涡轮增压器3而位于上游侧的部分与进气通道p1中相对于节气门43而位于下游侧的部分连通。因此，被导往涡轮增压器3的所述透平机部之前的排气与进气一起被供应到进气道24。

[涡轮增压器的详细情况]

接着，参照前述的图3和表示涡轮增压器3的概略剖面的图4来说明本实施方式所涉及的涡轮增压器3的内部结构。如上所述，涡轮增压器3具备在中速至高速转动区域工作的大型涡轮部3a和在低速转动区域工作的小型涡轮部3b。大型涡轮部3a具备大透平机室33及大压缩机室34。同样地，小型涡轮部3b具备小透平机室35及小压缩机室36。大透平机室33及小透平机室35与排气通道p2连通，大压缩机室34及小压缩机室36与进气通道p1连通。

大透平机室33中收容有大透平机33t(第一透平机)，大压缩机室34中收容有大鼓风机34b。大透平机33t和大鼓风机34b被大透平机轴37(第一透平机轴)连结。即，大透平机轴37的一端上安装有大透平机33t，在另一端上安装有大鼓风机34b。大透平机33t接受排气的气流(动能)而绕大透平机轴37的轴心转动。大鼓风机34b同样地绕大透平机轴37的轴心转动而对进气进行压缩(增压)。大透平机33t接受排气的动能而转动时，大鼓风机34b也绕大透平机轴37的轴心而一体地转动。

作为大透平机33t，可采用具有多个叶片且基于排气冲击这些叶片而绕大透平机轴37的轴心转动的叶轮。此外，作为大透平机33t的较为理想的实施方式之一，可采用在透平机外周部具备可变更角度的多个喷嘴叶片从而能够对应于发动机转速来调整流入到大透平机33t的排气的流速(亦即透平机容量)的vgt(variablegeometryturbine(可变几何形状涡轮增压器)。

小透平机室35中收容有小透平机35t(第二透平机)，小压缩机室36中收容有小鼓风机36b。小透平机35t和小鼓风机36b被小透平机轴38(第二透平机轴)连结。即，小透平机轴38的一端上安装有小透平机35t，在另一端上安装有小鼓风机36b。小透平机35t接受排气的动能而绕小透平机轴38的轴心转动。小鼓风机36b同样地绕小透平机轴38的轴心转动而对进气进行压缩(增压)。小透平机35t接受排气的动能而转动时，小鼓风机36b也绕小透平机轴38的轴心而一体地转动。此外，作为小透平机35t，也可以采用不能变更所流入的排气的流速的fgt(fixedgeometryturbine(固定几何形状涡轮增压器))。

大透平机33t的容量大于小透平机35t的容量，此外，大鼓风机34b的容量大于小鼓风机36b的容量。由此，大型涡轮部3a能够以大于小型涡轮部3b的流量的排气来使大透平机33t转动，基于大鼓风机34b的转动而能够对更大流量的进气进行增压。

涡轮增压器3具备增压器内进气通道44，作为在其内分担进气通道p1的一部分的通道。增压器内进气通道44包含进气导入通道45、第一主通道46、第二主通道47、出口通道48及进气旁通道49。进气导入通道45是在涡轮增压器3内位于最上游侧的进气通道，是从大透平机轴37的轴向往大压缩机室34内的大鼓风机34b的通道。第一主通道46是从大鼓风机34b的外周部向小压缩机室36内的小鼓风机36b的轴心引导进气的通道。第二主通道47是从小鼓风机36b的外周部往出口通道48的通道。出口通道48是在涡轮增压器3内位于最下游的进气通道，是与中间冷却器42连接的通道。这样，在进气的流动中，大鼓风机34b设置在小鼓风机36b的上游侧。

进气旁通道49是绕过小压缩机室36的通道，即，其是将进气不提供给小鼓风机36b而将进气引导到下游的通道。具体而言，进气旁通道49从连接大压缩机室34和小压缩机室36的第一主通道46的中途分支而与第二主通道47一起汇合到出口通道48。进气旁通道49中设置有开闭该通道49的进气旁通阀491。

在进气旁通阀491处于全闭而将进气旁通道49封闭的状态下，进气的全量流入到小压缩机室36。另一方面，在进气旁通阀491处于开阀的状态下，进气的大部分绕过小压缩机室36，通过进气旁通道49而流到下游侧。即，收容在小压缩机室36中的小鼓风机36b会成为进气的流动的阻力，因此，在进气旁通阀491开阀的状态下，进气的大部分流入到阻力更小的进气旁通道49。进气旁通阀491通过负压式的阀致动器492而被开闭。

涡轮增压器3具备增压器内排气通道50，作为在其内分担排气通道p2的一部分的通道。增压器内排气通道50包含排气导入通道51(导入通道)、联通道52、小涡旋通道53(第二涡旋通道)、涡轮间通道54、大涡旋通道55(第一涡旋通道)、排出通道56及排气旁通道57。如图4所明示，排气导入通道51、联通道52及小涡旋通道53是形成在小型涡轮壳体32内的通道，大涡旋通道55及排出通道56是形成在大型涡轮壳体31内的通道，涡轮间通道54及排气旁通道57是跨越两壳体31、32而形成的通道。本实施方式中，小透平机35t(亦即小型涡轮部3b)在排气通道p2上设置在大透平机33t(亦即大型涡轮部3a)的上游侧。

排气导入通道51是在涡轮增压器3内位于最上游侧的排气通道，是从发动机主体10侧接受排气的通道。联通道52是与排气导入通道51的下游相连而将排气引导往小透平机室35的通道。小涡旋通道53形成小透平机室35的一部分，是将排气引导往小透平机35t的通道。联通道52的下游端与小涡旋通道53的上游部53u(第二上游部)相连。小涡旋通道53是以围绕小透平机35t的外周的方式设置的旋涡状的通道，其流路宽度随着往下游延伸而逐渐变窄。排气从小涡旋通道53朝着小透平机35t的径向中心流入，使小透平机35t绕小透平机轴38的轴心转动。

涡轮间通道54是将小透平机35t和大涡旋通道55的上游部55u(第一上游部)连接的通道。涡轮间通道54的上游部分是从小透平机室35向小透平机35t的轴向延出的部分，下游部分是与上游部55u相连的部分。从小透平机35t的外周向径向内侧流入而对小透平机35t进行膨胀工作的排气便从涡轮间通道54被导出，流向大透平机33t。

大涡旋通道55形成大透平机室33的一部分，是将排气引导往大透平机33t的通道。大涡旋通道55是以围绕大透平机33t的外周的方式设置的旋涡状的通道，其流路宽度随着往下游延伸而逐渐变窄。排气从大涡旋通道55朝着大透平机33t的径向中心流入，使大透平机33t绕大透平机轴37的轴心转动。排出通道56是在涡轮增压器3内位于最下游的排气通道，从大透平机室33向大透平机33t的轴向延出。从大透平机33t的外周向径向内侧流入而对大透平机33t进行膨胀工作的排气便从排出通道56被导出。排出通道56的下游端是设于排气侧凸缘部323的开口，与延伸到位于下游的排气净化装置70的排气通道连接。

排气旁通道57是绕过小透平机室35的通道，即，其是不让排气作用于小透平机35t而将排气引导到下游(大透平机33t)的通道。具体而言，排气旁通道57从排气导入通道51和联通道52之间分支而汇合到大涡旋通道55的上游部55u，以绕过小涡旋通道53及涡轮间通道54。排气旁通道57中设置有开闭该通道47的排气旁通阀6。排气旁通阀6包含实际上开闭排气旁通道57的阀主体61和使阀主体61工作的阀致动器6a。

在排气旁通阀6(阀主体61)处于全闭而将排气旁通道57封闭的状态下，排气的全量流入到小透平机室35。此外，在egr装置80工作而实施egr气体的回流的情况下，从发动机主体10排出的排气中去除了所述egr气体后的气体的全量流入到小透平机室35。另一方而，在排气旁通阀6处于开阀的状态下，排气的大部分绕过小透平机室35而流入到下游侧的大透平机室33(大涡旋通道55)。即，收容在小透平机室35中的小透平机35t会成为排气的流动的阻力，因此，在排气旁通阀6开阀的状态下，排气的大部分流入到阻力更小的排气旁通道57。即，排气不通过小透平机35t而流到下游侧。

换言之，不管排气旁通阀6如何动作，排气必定会通过大透平机室33的大透平机33t。即，能够始终使大型涡轮部3a工作来对进气进行增压，因此，能够提高涡轮增压器3对进气进行增压的增压压力，能够提高发动机系统整体的能源效率。

作为基本动作，排气旁通阀6在发动机主体10在低速转动区域工作时为全闭，排气通过联通道52及小涡旋通道53而被供应给小透平机35t。由于小透平机35t惯性小，因此即使排气流量小也能够及早地使转速上升，能够提高小鼓风机36b的增压力。此后，排气通过涡轮间通道54及大涡旋通道55而被供应给大透平机33t。即，在低速转动区域，大透平机33t及小透平机35t双方转动，随此，大鼓风机34b及小鼓风机36b也转动。因此，大型涡轮部3a及小型涡轮部3b能够双方工作来对进行进行增压。此处，在vgt附设于大透平机33t的情况下，较为理想的是减小vgt的开度来提高流入大透平机33t的排气的流速。由此，能够提高低速转动区域中的大鼓风机34b的增压力。

另一方面，在发动机主体10在中速至高速的转动区域工作的情况下，排气旁通阀6为完全打开，排气通过排气旁通道57而主要供应给大透平机33t。亦即，能够极力地抑制排气的流动阻力来供应排气给大透平机33t，因此，能够提高能源效率。此外，在大透平机33t具有vgt的情况下，较为理想的是将其vgt不度设定为为了得到预先设定的指定的增压压力的基本vgt开度。

阀致动器6a由电动式的致动器装置构成，其不仅能够单纯地开闭阀主体61，而且还能够在完全关闭和完全打开之间调整阀主体61的开度。阀主体61的开度按每一运行条件来设定，以使增压压力达到目标的压力。目标的增压压力及阀主体61的开度根据发动机转速和发动机负荷而被预先设定。阀致动器6a依照该设定来控制阀主体61的开度。

[涡轮增压器内的排气通道的详细情况]

接着，主要参照图4来详述涡轮增压器3内的增压器内排气通道50的具体的设置关系以及通道的形状等。首先，排气导入通道51是在上述的导入凸缘部321端面上具有开口并且向左方延伸的通道。该排气导入通道51设置在大型涡轮部3a和小型涡轮部3b之间。详细而言，大型涡轮部3a和小型涡轮部3b沿着上下方向设置，排气导入通道51设置在这些涡轮部3a、3b之间的中间的高度位置上。

发动机主体10(气缸盖12)的左侧面上设置有排气道25的气体排出开口。排气歧管14在右端侧具有气体进入侧凸缘部142，在左端侧具有气体排出侧凸缘部143，这些凸缘部142、143中设有歧管通道141的左右端部开口。气体进入侧凸缘部142对应于排气道25的气体排出开口的位置而与气缸盖12结合。气体排出侧凸缘部143与导入凸缘部321结合。由此，排气道25和排气导入通道51(增压器内排气通道50)经由歧管通道141而处于连通状态，图4中如箭头f所示，来自发动机主体10侧的排气能够导入到涡轮增压器3内。

在排气导入通道51、小涡旋通道53的上游部53u、大涡旋通道55的上游部55u之间设置有将它们连接的y字型的分支通道50b。此外，上游部53u、55u是涡旋通道53、55分别朝着各透平机33t、35t的轴心开始形成旋涡的涡旋起点部分。该分支通道50b中相对于排气导入通道51的下游端而向下方延伸并且与上游部53u连接的通道为联通道52，相对于所述下游端而向上方延伸并且与上游部55u连接的通道为排气旁通道57。

小涡旋通道53在图4中是向逆时针方向涡旋的通道，另一方面，大涡旋通道55是向顺时针方向涡旋的通道。即，两涡旋通道53、55的形成旋涡的方向被设定为互为相反的方向。这是基于涡旋通道53、55的上游部53u、55u如下面那样设置而成的。

小涡旋通道53是以如下的方式涡旋的通道：上游部53u设置在相对于小透平机轴38而远离发动机主体10的左侧面的一侧(左侧)，而且从上游部53u向下游侧形成旋涡的部分相对于小透平机轴38而延伸到接近发动机主体10的一侧(右侧)。小涡旋通道53的上游部53u朝上开口。小涡旋通道53从该上游部53u向右下方向延伸，并且通过小透平机轴38的下方侧，之后通过小透平机轴38右侧而向上方延伸。当然，围绕小透平机35t周围的小涡旋通道53的下游端也可以相对于小透平机轴38而位于左侧。

大涡旋通道55也同样是以如下的方式涡旋的通道：上游部55u设置在相对于大透平机轴37而远离发动机主体10的左侧面的一侧(左侧)，而且从上游部55u向下游侧形成旋涡的部分相对于大透平机轴37而延伸到接近发动机主体10的一侧(右侧)。大涡旋通道55的上游部55u朝下开口。大涡旋通道55从该上游部55u向右上方向延伸，并且通过第一透平机轴37的上方侧，之后通过大透平机轴37右侧而向下方延伸。当然，围绕大透平机33t周围的大涡旋通道55的下游端也可以相对于大透平机轴37而位于左侧。

这样，小涡旋通道53和小涡旋通道55各自的上游部53u、55u以基本上在上下方向上彼此相向的方式设置。此外，排气导入通道51位于上游部53u、55u的中间。因此，能够通过上述的y字型的紧凑的分支通道50b而将两涡旋通道53、55连接于排气导入通道51。

此外，由于两涡旋通道53、55形成旋涡的方向为彼此相反的方向，因此，小透平机35t的转动方向和大透平机33t的转动方向也相反。即，小透平机35t沿着小涡旋通道53的涡旋方向，在图4所示的剖面上，绕小透平机轴38的轴心而向逆时针方向(指定的第一转动方向)转动。另一方面，大透平机33t沿着大涡旋通道55的涡旋方向，绕大透平机轴37的轴心而向顺时针方向(第二转动方向)转动。

而且，这样的大、小涡旋通道53、55的设置能够将与各上游部53u、55u连接的上游侧通道设为直线状或平缓的弯曲状的排气通道。如图4所示，联通道52的至少从上游部53u向上游侧延伸的部分的上游侧通道53ua是基本上呈直线状向下方延伸的通道。此外，涡轮间通道54的至少从上游部55u向上游侧延伸的部分的上游侧通道55ua是基本上呈直线状向上方延伸的通道。因此，排气能够沿着分别为直线状的途径在流动阻力小的状态下进入到大、小涡旋通道53、55的上游部53u、55u。

涡轮间通道54从小透平机35t的设置位置沿该小透平机35t的轴向延出，而且向左上方向改变路径，并且通过上述的大致直线状的上游侧通道55ua(涡轮间通道54的下游附近的通道)而连接到大涡旋通道55的上游部55u。如上所述，排气旁通道57也是连接到上游部55u的排气通道。两者的设置关系为如下的关系：涡轮间通道54设置在相对于排气旁通道57而远离发动机主体10的左侧面的一侧。

如上所述，上游部55u设置在相对于大透平机轴37而远离发动机主体10的左侧面的一侧。虽然涡轮间通道54的下游端54e和排气旁通道57的下游端57e汇合到该上游部55u，但两者的位置关系为如下的关系：下游端57e在相对于下游端54e而接近发动机主体10的一侧与上游部55u相向。

这样，排气旁通道57及其下游端57e便设置在相对于涡轮间通道54及其下游端54e而更接近排出排气的发动机主体10的一侧。基于该结构，能够易于将单纯地连接于排气导入通道51和上游部55u的排气旁通道57设定为较短且弯曲程度较小的排气通道。

另一方面，这样的设置关系是在涡轮间通道54中易于将上游部55u的上游侧通道55ua设定为直线状或平缓的弯曲状的布局。即，通过将排气旁通道57设置在接近发动机主体10的一侧，易于在向下开口的上游部53u的下方获取空间。此外，本实施方式中，小透平机轴38被设置在相对于大透平机轴37而更接近发动机主体10左侧的位置，由于小透平机35t的直径也较小，因此，在小型涡轮部3b的左侧方容易挤出空余空间。因此，通过利用上游部55u的下方空间，而易于将涡轮间通道54的下游部分的上游侧通道55ua设定为大致直线状。

此外，通过将小透平机轴38设置得更接近于发动机主体10还有助于将联通道52设定为大致直线状。通过将小透平机轴38设置在相对于大透平机轴37而位于右方的位置，易于在小涡旋通道53的左方取得空间。由于上游部53u相对于小透平机轴38而位于左方，再加上小涡旋通道53的直径小于大涡旋通道55的直径，因此，所述左方空间能够确保相应的阔度。因此，通过利用该左方空间，对于从延伸到左方的排气导入通道51向下方分支的联通道52而言，能够将其的上游侧通道53ua设为大致直线状而与上游部53u汇合。

[关于排气的流动]

其次，进一步参照图5至图7，对涡轮增压器3内的排气的流动与排气旁通阀6的动作状态相关联地进行说明。图5是表示排气旁通阀6的一个例子的立体图。排气旁通阀6具备阀主体61、保持片62及转动轴63。阀主体61如上所述是开闭排气旁通道57的部件，具有能够关闭排气旁通道57的形状，亦即具有大于排气旁通道57的下游端的开口尺寸的尺寸。保持片62是设置在阀主体61背面的矩形形状的部件，以其一端侧来保持阀主体61。转动轴63沿着与大透平机轴37大致平行的方向(前后方向)延伸，与保持片62的另一端侧结合。转动轴63基于阀致动器6a的驱动而能够绕轴心转动。

转动轴63通过保持片62来悬挑支持阀主体61。因此，基于转动轴63绕轴心转动，阀主体61也以转动轴63为轴心摆动。基于阀致动器6a使转动轴63绕轴心转动，阀主体61在关闭排气旁通道57的姿势(图6)和打开排气旁通道57的姿势(图7)之间变更姿势。

此处，转动轴63在与大透平机轴37正交的剖面(图4)上设置在排气旁通道57的右方也就是接近发动机主体10的一侧的侧方。这是考虑到不会阻碍从排气旁通道57流入到大涡旋通道55的上游部55u的排气的流动，使阀主体61易于从关闭姿势往打开姿势进行姿势变更的结构。此外，也是为了使处于打开姿势的阀主体61难以成为排气流动的阻力的结构。

图6是表示发动机主体10的低速转动区域中的涡轮增压器3内的排气的流动的剖视图。低速转动区域中，阀致动器6a将阀主体61设为关闭姿势，排气旁通道57被关闭。此情况下，从发动机主体10侧排出的排气(箭头f)进入到涡轮增压器3的小型涡轮壳体32所具备的排气导入通道51。排气被联通道52引导向下方，到达小涡旋通道53的上游部53u(箭头f1)。而且排气为了对小透平机35t产生作用而从小透平机35t的外周部的小涡旋通道53向朝着小透平机轴38的方向流入，使小透平机35t向逆时针方向r2转动。

此后，排气从小透平机35t的轴向被导出，进入到涡轮间通道54。排气沿着涡轮间通道54被引导向上方，经过上游侧通道55ua而到达大涡旋通道55的上游部55u(箭头f2)。此时，排气便从小型涡轮壳体32流入到大型涡轮壳体31内。而且，排气为了对大透平机33t产生作用而从大透平机33t的外周部的大涡旋通道55向朝着大透平机轴37的方向流入，使大透平机33t向顺时针方向r1转动。然后，排气从大透平机33t的轴向被导出，通过排出通道56(图3)而被排出到涡轮增压器3的机器外，流往排气净化装置70。

图7是表示发动机主体10的中速及高速转动区域中的涡轮增压器3内的排气的流动的剖视图。中速至高速转动区域中，阀致动器6a将阀主体61设为打开姿势，排气旁通道57被打开。此情况下，从发动机主体10侧排出的排气(箭头f)经过排气导入通道51主要流入到流动阻力小的排气旁通道57。而且，排气沿着排气旁通道57被引导向左上方，从靠右的部分流入到大涡旋通道55的上游部55u(箭头f3)。此时，排气也会从小型涡轮壳体32流入到大型涡轮壳体31内。以下同样地，排气从大涡旋通道55相对于大透平机33t而流入，从大透平机33t的轴向被导出，流往排出通道56。

[作用效果]

根据以上所说明的本实施方式所涉及的带涡轮增压器的发动机1，能够获得如下的作用效果。带涡轮增压器的发动机1具有如下的结构：成为小涡旋通道53的涡旋起点的上游部53u设置在相对于小透平机轴38而远离发动机主体10的一侧，此外，成为大涡旋通道55的涡旋起点的上游部55u设置在相对于大透平机轴37而远离发动机主体10的一侧。因此，能够对从排气导入通道51至各上游部53u、55u的排气通道(联通道52、涡轮间通道54)的布局进行充裕的设计，无需极端地将这些排气通道弯曲便可。因此，能够使排气通道中的排气的流动顺畅，能够对各透平机33t、35t提供大的排气动能。此外，能够实现排气的流动阻力小的增压器内排气通道50。

此外，小涡旋通道53、大涡旋通道55是以各上游部53u、55u的下游侧延伸到相对于各透平机轴38、37而接近发动机主体10的一侧的方式涡旋的通道，彼此向相反的方向涡旋。因此，大透平机33t和小透平机35t向彼此相反的方向转动。若以两透平机33t、35t均向相同方向转动为前提来设定排气通道时，无论如何也需要大幅度弯曲的排气通道，存在着涡轮增压器3大型化的倾向。在现有的两级型涡轮增压器中，由于以两个透平机向同方向转动作为前提，因此，一般情况下难以实现涡轮增压器3的小型化。然而，根据本实施方式的结构，能够易于简洁地设计涡轮增压器3内的排气路径，能够实现涡轮增压器3的紧凑化。

与小涡旋通道53的上游部53u及大涡旋通道55的上游部55u分别相连的上游侧通道53ua及上游侧通道55ua为大致直线状的排气通道。因此，实质上对排气的流动不会带来阻力，能够将排气导向各上游部53u、55u。因此，能够对大透平机33t及小透平机35t提供大的排气动能。

特别是本实施方式的涡轮增压器3是大型涡轮部3a在增压器内排气通道50上串联地排列在小型涡轮部3b的下游的两级型的涡轮增压器。在该涡轮增压器中，与联通道52的下游部分相当的上游侧通道53ua、以及与涡轮间通道54的下游部分相当的上游侧通道55ua为大致直线状，从而能够使往大透平机33t及小透平机35t的排气的流动顺畅，加大排气动能。

从发动机主体10接受排气的排气导入通道51设置在大型涡轮部3a和小型涡轮部3b的中间。详细而言，排气歧管14设置在发动机主体10的一侧面，大型涡轮部3a和小型涡轮部3b沿着上下方向设置，与排气歧管14连接的排气导入通道51设置在这些涡轮部的中间的高度位置上。

由此，构成为大、小涡旋通道53、55的各上游部53u、55u设置在相对于各透平机轴37、38而远离发动机主体10的一侧而且大、小透平机33t、35t的转动方向为彼此相反的方向的结构，在该结构中，能够易于紧凑地设定如下的布局：以弯曲程度小的圆滑的排气通道来使排气导入通道51连接于上游部53u、55u双方。

此外，涡轮间通道54设置在相对于排气旁通道57而远离发动机主体10的一侧。排气旁通道57的下游端57e在相对于涡轮间通道54的下游端54e而接近发动机主体10的一侧与大涡旋通道55的上游部55u相向。因此，能够易于将排气旁通道57设定为较短且弯曲程度较小的排气通道，在主要由大型涡轮部3a进行工作的情形下，能够通过排气旁通道57顺畅地将排气送往上游部55u。因此，在大型涡轮部3a的上游具备小型涡轮部3b的两级型的涡轮增压器3中，不会对排气的流动产生大的阻力，能够对大型涡轮部3a的大透平机33t提供大的排气动能。

排气旁通道57中设置有排气旁通阀6，该排气旁通阀6具备阀主体61和悬挑支持该阀主体61的转动轴63。转动轴63在与大透平机轴37大致平行的方向上延伸，而且设置在排气旁通道57中接近发动机主体10的一侧的侧方。因此，基于在排气旁通道57中流动的排气的作用，阀主体61便在该阀主体61以成为开放姿势的方式绕转动轴63摆动的方向上受到压靠力。即，能够不阻碍排气气流地打开阀主体61。因此，在排气旁通道57的使用开始时，能够易于打开阀主体61，能够有助于供应通过排气旁通道57的顺畅的排气。此外，由于阀土体61被转动轴63悬挑支持，因此，成为开放姿势的阀主体61便完全地从排气旁通道57中退避。因此，能够使阀主体61更难以成为排气流动的阻力。

小涡旋通道53和大涡旋通道55以它们的上游部53u、55u彼此相向的方式设置。排气导入通道51设置在大型涡轮部3a和小型涡轮部3b之间，在排气导入通道51与上游部53u及上游部55u之间设置有将它们连接的y字型的分支通道50b。该分支通道50b中的将排气导入通道51和上游部55u连接的通道为排气旁通道57。因此，具有如下的优点，即，基于y字型的分支通道50b，易于紧凑地设定如下的布局：以弯曲程度小的圆滑的排气通道来使排气导入通道51连接于各上游部53u、55u。

如上所述，根据本实施方式的带涡轮增压器的发动机1，针对附设有至少具有两个独立的涡轮部(大型涡轮部3a及小型涡轮部3b)的涡轮增压器3的发动机，既能够对大、小透平机33t、35t提供大的排气动能，又能够实现涡轮增压器3的紧凑化。

[变形实施方式的说明]

以上，说明了本发明的一实施方式，但本发明并不仅限于此。例如，上述实施方式中，表示了第一涡轮部及第二涡轮部为大型涡轮部3a及小型涡轮部3b的例子。也可取而代之，而将第一、第二涡轮部设为具有同样的透平机容量的涡轮部。此外，上述实施方式中，表示了大型涡轮部3a串联地设置在小型涡轮部3b的下游的例子。第一、第二涡轮部也可以是并联地连接于排气导入通道51的涡轮部。

上述实施方式中，表示了大型涡轮部3a设置在小型涡轮部3b之上的实施方式的例子。第一、第二涡轮部并不仅限于沿上下方向排列的实施方式，其也可以采用沿水平方向或倾斜方向排列的实施方式。此外，只要满足本发明的条件，第一、第二涡轮部还可以具备其他的涡轮部。

上述实施方式中，表示了具有以大透平机33t和小透平机35t彼此向相反方向转动的方式来设定的排气通道的涡轮增压器3。也可取而代之，而采用大、小透平机33t、35t向相同方向转动的实施方式。

图8是变形实施方式所涉及的涡轮增压器30的概略剖视图。涡轮增压器30具备沿上下方向设置的大型涡轮部30a及小型涡轮部30b。对于与图4所示的实施方式相同的部分付予相同的符号。相同之处如下：涡轮间通道54设置在相对于排气旁通道57而远离发动机主体10的一侧；排气旁通道57的下游端57e在相对于涡轮间通道54的下游端54e而接近发动机主体10的一侧与大涡旋通道55的上游部55u相向。

不同之处在于联通道520及小涡旋通道530的设置。小涡旋通道530的上游部530u在相对于小透平机轴38而接近发动机主体10的一侧向上方开口。联通道520为了连接上游部530u和排气导入通道51的下游端，而设为u型弯曲的排气通道。小涡旋通道530在从上游部530u至下游侧的范围以向小透平机轴38的左方延伸的方式涡旋。由此，小透平机35t也与大透平机33t同样地向顺时针方向r3转动。图8的涡轮增压器30中，涡轮间通道54和排气旁通道57之间的设置关系也与上述实施方式相同，因此，能够获得与上述实施方式同样的优点。

作为其他的变形实施方式，较为理想的是在与透平机轴37、38正交的剖面上，排气旁通道57的下游端57e具有被斜切而成的形状。上述实施方式中，表示了通过被设置在排气旁通道57中接近发动机主体10的一侧的侧方的转轴63来悬挑支持阀主体61的例子。而在该结构中，若将下游端57e设为以左侧方高而右侧方(接近发动机主体10的一侧)低的方式斜切而成的形状，则能够形成为基于排气的流动而使阀主体61更易于打开的结构。

最后，对上述实施方式中所公开的特征结构及基于该结构的作用效果进行总结说明。

本发明所涉及的带涡轮增压器的发动机包括：发动机主体；以及涡轮增压器，与所述发动机主体相邻地设置，具有从所述发动机主体被供应排气的排气通道，并且对被导向所述发动机主体的进气进行增压；其中，所述涡轮增压器包括第一涡轮部和第二涡轮部，所述第一涡轮部包含具有第一透平机轴的第一透平机，所述第二涡轮部包含具有第二透平机轴的第二透平机，所述排气通道包括：导入通道，从所述发动机主体侧接受排气；第一涡旋通道，具备与所述导入通道连通的第一上游部，并且将排气朝所述第一透平机引导；以及第二涡旋通道，具备与所述导入通道连通的第二上游部，并且将排气朝所述第二透平机引导；其中，所述第一涡旋通道及所述第二涡旋通道是以如下的方式涡旋的通道：所述第一上游部及所述第二上游部分别设置在相对于所述第一透平机轴及所述第二透平机轴而远离所述发动机主体的一侧，而且所述第一上游部的下游侧及所述第二上游部的下游侧分别延伸到相对于所述第一透平机轴及所述第二透平机轴而接近所述发动机主体的一侧，所述第一透平机绕所述第一透平机轴而向指定的第一转动方向转动，另一方面，所述第二透平机绕所述第二透平机轴而向与所述第一转动方向相反的第二转动方向转动。

根据该带涡轮增压器的发动机，作为第一、第二涡旋通道的涡旋起点的第一、第二上游部设置在相对于第一、第二透平机轴而远离发动机主体的一侧。因此，能够对从导入通道至第一、第二上游部的排气通道的布局进行充裕的设计，无需极端地将所述排气通道弯曲便可。因此，能够使排气通道中的排气的流动顺畅，能够对第一、第二透平机提供大的排气动能。此外，第一、第二透平机的转动方向为彼此相反的方向。若以两透平机均向相同方向转动为前提来设定排气通道时，在较多的情形下，无论如何也需要大幅度弯曲的排气通道，从而会导致涡轮增压器大型化，但是，根据上述结构，能够易于简洁地设计排气路径，有助于实现涡轮增压器的紧凑化。

上述的带涡轮增压器的发动机中，较为理想的是与所述第一上游部及所述第二上游部相连的上游侧通道为直线状或平缓的弯曲状的排气通道。

根据该带涡轮增压器的发动机，实质上对排气的流动不会带来阻力，能够将排气导向第一、第二涡旋通道的第一、第二上游部。因此，能够对第一、第二透平机提供更大的排气动能。

上述的带涡轮增压器的发动机中，较为理想的是所述第二涡轮部在所述排气通道上设置在所述第一涡轮部的上游侧，所述排气通道还包括：联通道，将所述导入通道和所述第二涡旋通道的第二上游部连接；以及涡轮间通道，将所述第二透平机和所述第一涡旋通道的第一上游部连接；其中，所述联通道的至少从所述第二上游部向上游侧延伸的部分、以及所述涡轮间通道的至少从所述第一上游部向上游侧延伸的部分是与所述第二上游部及所述第一上游部相连的所述上游侧通道。

根据该带涡轮增压器的发动机，涡轮增压器为第一涡轮部和第二涡轮部在排气通道上串联地排列的两级型的涡轮增压器，在该涡轮增压器中，能够使往第一、第二透平机的排气的流动顺畅，从而能够加大排气动能。

上述的带涡轮增压器的发动机中，较为理想的是所述导入通道设置在所述第一涡轮部和所述第二涡轮部之间。

根据该带涡轮增压器的发动机，构成为第一、第二上游部设置在相对于第一、第二透平机轴而远离发动机主体的一侧而且第一、第二透平机的转动方向为彼此相反的方向的结构，在该结构中，能够易于紧凑地设定如下的布局：以弯曲程度小的圆滑的排气通道来使所述导入通道连接于第一、第二上游部双方。

上述的带涡轮增压器的发动机中，较为理想的是所述第一涡轮部和所述第二涡轮部沿着上下方向设置，所述导入通道设置在所述第一涡轮部和所述第二涡轮部之间的高度位置上。

根据该带涡轮增压器的发动机，在排气歧管设置在发动机主体的一侧面等的情况下，能够将涡轮增压器紧凑地设置于所述侧面侧。

上述的带涡轮增压器的发动机中，较为理想的是所述排气通道还包括：涡轮间通道，将所述第二透平机和所述第一涡旋通道的第一上游部连接；以及排气旁通道，绕过所述第二涡旋通道及所述涡轮间通道，并且将所述导入通道和所述第一上游部连接；其中，所述涡轮间通道设置在相对于所述排气旁通道而远离所述发动机主体的一侧，所述排气旁通道的下游端在相对于所述涡轮间通道的下游端而接近所述发动机主体的一侧与所述第一上游部相向。

根据该带涡轮增压器的发动机，第一涡旋通道的第一上游部设置在相对于第一透平机轴而远离发动机主体的一侧。因此，能够对从导入通道至所述第一上游部的排气通道的布局进行充裕的设计，无需极端地将所述排气通道弯曲便可。而且，涡轮间通道设置在相对于排气旁通道而远离发动机主体的一侧，此外，所述排气旁通道的下游端在相对于所述涡轮间通道的下游端而接近发动机主体的一侧与所述第一上游部相向。因此，能够容易地将所述排气旁通道设定为较短且弯曲程度较小的排气通道，在主要由第一涡轮部进行工作的情形下，能够通过排气旁通道顺畅地将排气送往所述第一上游部。因此，不会对排气的流动产生大的阻力，能够对第一涡轮部的第一透平机提供大的排气动能。

上述的带涡轮增压器的发动机中，较为理想的是还包括：旁通阀，设置于所述排气旁通道，对该排气旁通道进行开闭；其中，所述旁通阀包含具有能够关闭所述排气旁通道的形状的阀主体、以及悬挑支持所述阀主体的转动轴，该旁通阀基于所述转动轴绕轴心转动而在所述阀主体关闭所述排气旁通道的姿势和打开所述旁通道的姿势之间变更姿势，所述转动轴在与所述第一透平机轴大致平行的方向上延伸，而且在与所述第一透平机轴正交的剖面上设置在所述排气旁通道中接近所述发动机主体的一侧的侧方。

根据该带涡轮增压器的发动机，基于在排气旁通道中流动的排气气流的作用，旁通阀便在阀主体以成为所述开放的姿势的方式绕转动轴摆动的方向上受到压靠力。即，能够不阻碍排气气流地打开所述阀主体。因此，在排气旁通道的使用开始时，能够易于打开所述阀主体，能够有助于供应通过所述排气旁通道的顺畅的排气。

上述的带涡轮增压器的发动机中，较为理想的是所述第一涡旋通道和所述第二涡旋通道以所述第一上游部和所述第二上游部彼此相向的方式设置，所述导入通道设置在所述第一涡轮部和所述第二涡轮部之间，在所述导入通道与所述第一上游部及所述第二上游部之间设置有将它们连接的y字型的分支通道，所述分支通道中将所述导入通道和所述第一上游部连接的通道为所述排气旁通道。

根据该带涡轮增压器的发动机，基于y字型的分支通道，能够易于紧凑地设定如下的布局：以弯曲程度小的圆滑的排气通道来使所述导入通道连接于第一、第二上游部双方。

上述的带涡轮增压器的发动机中，作为较为理想的实施方式之一，所述第一涡轮部是主要在所述发动机主体的从中速至高速的转动区域工作的大型涡轮增压部，所述第二涡轮部是主要在所述发动机主体的低速转动区域工作的小型涡轮增压部。

如上所述，根据本发明，能够提供一种如下的带涡轮增压器的发动机：针对附设有至少具有两个独立的涡轮部的涡轮增压器的发动机，既能够对透平机提供大的排气动能，又能够实现紧凑化。