CN110344928A - 内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机，具备具有轴流式涡轮机的涡轮增压器，适宜地兼顾轴承的温度上升的抑制和向涡轮流入的废气的能量的增大。内燃机(10)具备排气通路(16)、水冷式的气缸盖(14)和涡轮增压器(20)，该涡轮增压器(20)包括压缩机叶轮(22)、经由旋转轴(30)与压缩机叶轮(22)连结的轴流式的涡轮(24)、在压缩机叶轮(22)与涡轮(24)之间的部位对旋转轴(30)进行支承的轴承(26)、收容压缩机叶轮(22)以及轴承(26)的壳体(28)。涡轮(24)以涡轮叶片(24b)的出口(24b1)位于压缩机叶轮(22)一侧的方式连结于旋转轴(30)。壳体(28)以涡轮(24)与气缸盖(14)对向的朝向直接紧固于气缸盖(14)。

Description

内燃机
技术领域
本发明涉及内燃机，更详细而言，涉及具备涡轮增压器的内燃机，该涡轮增压器具有轴流式涡轮机。
背景技术
例如，专利文献1中公开了一种具备涡轮增压器的内燃机。该涡轮增压器具备压缩机、驱动压缩机旋转的增压用涡轮机和驱动发电机旋转的发电用涡轮机。发电用涡轮机为轴流式。更具体而言，发电用涡轮机的机轮配置于增压用涡轮机的机轮的下游，经由旋转轴与发电机连结。换言之，发电用涡轮机的机轮在向该机轮流动的废气的流动方向的上游侧的端部固定于上述旋转轴。根据这种结构，通过了该机轮的高温的废气会通过对上述旋转轴进行支承的轴承的附近，因此轴承的温度有可能上升。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-145748号公报
发明内容
发明要解决的问题
考虑为了驱动压缩机旋转而将具备轴流式涡轮机的涡轮增压器搭载于内燃机。在该涡轮增压器中，压缩机的压缩机叶轮和轴流式涡轮机的涡轮经由旋转轴连结。在这种涡轮增压器中，考虑以涡轮的涡轮叶片的出口位于压缩机叶轮侧这样的朝向将涡轮与旋转轴连结。然而，没有特别考虑而以那样的朝向配置涡轮时，担心与专利文献1记载的结构一样导致对旋转轴进行支承的轴承的温度上升。
为了避免轴承的温度上升，与上述相反，考虑以涡轮叶片的入口位于压缩机叶轮一侧这样的朝向将涡轮与旋转轴连结。然而，采用这种结构时，为了向位于压缩机叶轮与涡轮之间的涡轮叶片的入口导入废气，需要在涡轮叶片的上游侧的排气通路中设置涡旋部。使从气缸到涡轮叶片的入口为止的距离变短在提高向涡轮流入的废气的能量方面是有效的。然而，设置上述的涡旋部会成为缩短从气缸到涡轮叶片的入口为止的距离的阻碍。
本发明鉴于上述那种课题而完成，目的在于提供一种内燃机，具备具有轴流式的涡轮的涡轮增压器，能够适宜地兼顾轴承的温度上升的抑制和向涡轮流入的废气的能量的增大。
本发明的内燃机具备：
排气通路，供从气缸排出的废气流动；
水冷式的气缸盖；以及
涡轮增压器，
所述涡轮增压器包括：
压缩机叶轮；
轴流式的涡轮，经由旋转轴与所述压缩机叶轮连结；
轴承，在所述压缩机叶轮与所述涡轮之间的部位对所述旋转轴进行支承；以及
壳体，收容所述压缩机叶轮、所述轴承以及所述涡轮中的至少所述压缩机叶轮以及所述轴承。
所述涡轮以所述涡轮的涡轮叶片的出口位于所述压缩机叶轮一侧的方式连结于所述旋转轴。
所述壳体以所述涡轮与所述气缸盖对向的朝向直接或经由第一垫片紧固于所述气缸盖。
所述涡轮叶片的入口可以与所述壳体相对于所述气缸盖的紧固面相比配置于所述废气的流动的上游侧。
所述排气通路可以包括在所述气缸盖的内部形成的盖内气体通路。并且，所述涡轮可以配置于所述盖内气体通路。
所述盖内气体通路的周面可以在所述涡轮的径向上与所述涡轮叶片对向。
所述壳体可以包括覆盖所述涡轮的涡轮机壳体部。所述涡轮机壳体部的至少一部分可以插入所述盖内气体通路。并且，所述涡轮机壳体部的内周面可以在所述涡轮的径向上与所述涡轮叶片对向。
所述内燃机可以还具备在所述盖内气体通路与所述涡轮之间配置的第二垫片。并且，所述第二垫片的内周面可以在所述涡轮的径向上与所述涡轮叶片对向。
所述壳体可以包括收容所述轴承的轴承壳体部。并且，所述轴承壳体部可以与所述气缸盖直接或经由所述第一垫片紧固。
所述内燃机可以还具备排气净化催化剂，该排气净化催化剂在比所述涡轮靠下游侧的部位配置于所述排气通路。所述排气通路可以包括将所述涡轮叶片的所述出口与所述排气净化催化剂连接的催化剂上游通路。并且，所述催化剂上游通路的至少一部分可以内置于所述气缸盖。
所述涡轮增压器可以还具备喷嘴，该喷嘴在比所述涡轮靠下游侧的部位设于所述排气通路。并且，所述喷嘴可以形成为随着朝向废气流动的下游侧而流路截面积逐渐变大。
发明效果
根据本发明，轴流式的涡轮以涡轮叶片的出口位于压缩机叶轮一侧的方式连结于旋转轴。由此，与径向式涡轮机不同，不需要在涡轮叶片的入口侧具备涡旋部。因此，能够缩短从气缸到涡轮叶片的入口为止的距离。其结果是，能够提高向涡轮流入的废气的能量。并且，根据本发明，壳体以涡轮与气缸盖对向的朝向直接或经由第一垫片紧固于气缸盖。由此，能够使由从涡轮叶片流出的高温的废气向壳体传递的热向水冷式的气缸盖逃散。因此，根据本发明，能够适宜地兼顾轴承的温度上升的抑制和向涡轮机流入的废气的能量的增大。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的实施方式1的内燃机的主要部分的结构的图。
图2是示意性地表示本发明的实施方式2的内燃机的主要部分的结构的图。
图3是示意性地表示本发明的实施方式3的内燃机的主要部分的结构的图。
图4是示意性地表示本发明的实施方式4的内燃机的主要部分的结构的图。
图5是示意性地表示本发明的实施方式5的内燃机的主要部分的结构的图。
图6是示意性地表示本发明的实施方式6的内燃机的主要部分的结构的图。
图7是示意性地表示本发明的实施方式6的内燃机的主要部分的结构的图。
图8是示意性地表示本发明的实施方式7的内燃机的主要部分的结构的图。
具体实施方式
在以下说明的各实施方式中，对于各图中共通的要素，标记相同的标号并省略或简略重复的说明。并且，在以下所示的实施方式中提及各要素的个数、数量、量、范围等的数时，除了特别明示的情况或原理上明显确定为该数的情况以外，本发明并不限定于该提及的数。并且，在以下所示的实施方式中说明的构造等除了特别明示的情况或明显原理上确定于此的情况以外，在本发明中不一定是必须的。
1.实施方式1
首先，参照图1并说明本发明的实施方式1。
1-1.内燃机的主要部分的结构
图1是示意性地表示本发明的实施方式1的内燃机10的主要部分的结构的图。图1所示的内燃机10作为一例是具有三个气缸12的直列三缸发动机。内燃机10具备气缸盖14。气缸盖14与气缸体(图示省略)一起形成三个气缸12。需要说明的是，作为本发明的对象的内燃机的气缸数以及气缸配置并未特别限定。
在气缸盖14中形成有供发动机冷却水流动的冷却水通路(图示省略)。即，气缸盖14为水冷式。并且，内燃机10具备供从各气缸12排出的废气流动的排气通路16。如图1所示，排气通路16包括在气缸盖14的内部形成的盖内气体通路18。盖内气体通路18以使来自各气缸12的废气集中为一个的方式形成。换言之，在内燃机10中，排气歧管与气缸盖14一体化。需要说明的是，气缸盖14由金属材料(例如铝合金)构成。
内燃机10具备涡轮增压器20。涡轮增压器20包括压缩机叶轮22、轴流式的涡轮24、轴承26以及壳体28。需要说明的是，壳体28由金属材料(例如铁)构成。
具体而言，涡轮24经由旋转轴30与压缩机叶轮22连结。轴承26在压缩机叶轮22与涡轮24之间的部位(图1所示的例子中为两处)对旋转轴30进行支承。壳体28由收容压缩机叶轮22的压缩机壳体部32和收容两个轴承26的轴承壳体部34构成。压缩机壳体部32和轴承壳体部34相邻。
压缩机壳体部32通过一对壳体零件32a以及32b形成压缩机入口部32c、叶轮部32d、扩散器部32e以及涡旋部32f。通过该压缩机壳体部32和压缩机叶轮22而构成用于对内燃机10的进气进行增压的离心式(一例)的压缩机。
涡轮24具有转子盘24a和多个涡轮叶片(动叶片)24b。转子盘24a与旋转轴30连结。多个涡轮叶片24b以从转子盘24a朝向径向外延伸的方式与转子盘24a一体地形成。
如图1所示，涡轮24以涡轮叶片24b的出口24b1位于压缩机叶轮22一侧的方式连结于旋转轴30。并且，壳体28以涡轮24(的涡轮叶片24b的入口24b2)与气缸盖14对向的朝向，使用螺栓等紧固件(图示省略)而直接紧固于气缸盖14。
更具体而言，在图1所示的例子中，壳体28中的轴承壳体部34直接紧固于气缸盖14。需要说明的是，在图1中，在涡轮24周围标有影线的气缸盖14以及轴承壳体部34的各部位表示旋转轴30的中心位置处的气缸盖14以及轴承壳体部34的截面。这点对于后述的图2～6以及8也一样。
并且，如图1所示，在内燃机10中，涡轮叶片24b的入口24b2与轴承壳体部34相对于气缸盖14的紧固面36相比配置于废气流动的上游侧。并且，涡轮24配置于盖内气体通路18。更详细而言，涡轮24配置于盖内气体通路18的集合部18a，盖内气体通路18的周面18b在涡轮24的径向上与涡轮叶片24b相对。换言之，涡轮叶片24b(涡轮24)在与周面18b之间构成间隙。
在本实施方式的内燃机10中，涡轮24的出口通路即涡轮机出口通路38以如下那种构造利用轴承壳体部34的壁面以及气缸盖14的壁面来形成。
具体而言，在旋转轴30的轴方向上与涡轮叶片24b的出口24b1接近的位置形成有轴承壳体部34的涡轮机出口壁部40。涡轮机出口壁部40形成为在旋转轴30的轴方向上随着从涡轮叶片24b的出口24b1离开而涡轮机出口壁部40的直径变大(换言之，大致圆锥台形状)。气缸盖14具有涡旋部42，该涡旋部42以覆盖该涡轮机出口壁部40的方式形成。并且，轴承壳体部34具有凸缘部44，该凸缘部44以沿着旋转轴30的径向延伸的方式形成。气缸盖14与轴承壳体部34的紧固更详细而言在该涡旋部42的端面与凸缘部44之间完成。即，该凸缘部44的一部分相当于上述的紧固面36。
涡轮机出口通路38由上述的涡旋部42以及凸缘部44与涡轮机出口壁部40一起构成。涡旋部42为了改变从涡轮叶片24b的出口24b1流出的废气的流动的朝向而具有涡旋形状。更具体而言，涡旋部42具有以旋转轴30为中心的涡旋形状，以随着从出口24b1离开而流路截面积逐渐变大的方式形成。图1中，相对于涡轮机出口壁部40而纸面右侧的涡轮机出口通路38的部位的流路截面积以与纸面左侧的部位的流路截面积相比变大的方式描绘。即，纸面右侧的部位与纸面左侧的部位相比位于废气流动的下游侧。并且，如上述那样构成的涡轮机出口通路38相当于排气通路16的一部分。
需要说明的是，在本实施方式中，废气流动的下游侧处的涡旋部42的端部(图示省略)作为一例设于气缸盖14之外。在该端部连接有构成涡轮增压器20的下游侧的排气通路16的部位的排气管。并且，在涡轮叶片24b的出口24b1的附近的部位形成于涡旋部42的环状的突起46为了对从出口24b1流出的废气进行整流而设置。更详细而言，若流路急速扩大，则流动的损失增大。环状的突起46为了抑制这样的流动的损失的增大而以能够使流路截面积逐渐变大的方式形成。
另外，在图1所示的例子中，收容涡轮24的涡轮机壳体的功能通过利用气缸盖14(更详细而言，盖内气体通路18的周面18b以及涡旋部42)来实现。并且，涡轮机出口通路38如上述那样由轴承壳体部34(涡轮机出口壁部40以及凸缘部44)和涡旋部42构成。因此，在内燃机10中，通过涡轮24、气缸盖14的周面18b以及涡旋部42、轴承壳体部34(涡轮机出口壁部40以及凸缘部44)而构成驱动压缩机叶轮22旋转的轴流式涡轮机。
1-2.效果
1-2-1.向涡轮机流入的废气的能量的增大
在具备使用径向式涡轮机的涡轮增压器的内燃机中，涡轮叶片的入口侧需要涡旋部和用于将涡旋部与该涡旋部的上游侧的排气通路连接的连接配管。相对于此，本实施方式的内燃机10具备具有轴流式的涡轮24的涡轮增压器20，该轴流式的涡轮24以涡轮叶片24b的出口24b1位于压缩机叶轮22一侧的方式设置。由此，与径向式涡轮机不同，不需要在涡轮叶片24b的入口24b2侧具备涡旋部，因此也不需要上述连接配管。因此，能够缩短从各气缸12到涡轮叶片24b的入口24b2为止的距离。其结果是，通过涡轮叶片24b的上游侧的排气通路的表面积的减少，能够抑制向涡轮叶片24b流入的废气的温度下降。并且，通过涡轮叶片24b的上游侧的排气通路的容积的减少，能够抑制向涡轮24流入的废气的压力的下降。根据这些内容，根据本实施方式，获得通过上述距离的缩短而有效地提高向涡轮24流入的废气的能量的结构。
另外，在内燃机10中，涡轮24配置于盖内气体通路18。由此，能够更充分地发挥基于上述距离的缩短产生的向涡轮24的排气能量的增大效果。
1-2-2.轴承的温度上升的抑制
通过以涡轮叶片24b的出口24b1位于压缩机叶轮22一侧这样的朝向配置的轴流式的涡轮24的使用，如上述那样与径向式涡轮机的使用例相比能够实现向涡轮机流入的废气的能量的增大。然而，作为矛盾，通过了涡轮叶片24b的高温的废气会朝向压缩机叶轮22侧(即，位于涡轮24与压缩机叶轮22之间的轴承26侧)在轴承壳体部34的周围流动。因此，若不进行适当的应对，则轴承26的温度有可能上升。
关于上述的课题，根据本实施方式，涡轮增压器20的壳体28以涡轮24(的涡轮叶片24b的入口24b2)与水冷式的气缸盖14对向的朝向直接地紧固于气缸盖14。由此，能够使由从涡轮叶片24b流出的高温的废气向壳体28传递的热向低温的气缸盖14逃散。因此，根据本实施方式的内燃机10，能够适宜地兼顾轴承26的温度上升的抑制和向涡轮24流入的废气的能量的增大。并且，通过轴承26的温度上升的抑制，能够抑制对轴承26进行润滑的油的劣化。
另外，本实施方式中与气缸盖14直接地紧固的是收容轴承26的轴承壳体部34。因此，根据本结构，能够使由从涡轮叶片24b流出的高温的废气向轴承壳体部34传递的热有效地向气缸盖14逃散。并且，通过这样有效地提高轴承壳体部34的散热性，也获得如下那样的效果。即，为了轴承壳体部的散热性提高，有时会另外采用向轴承壳体部34导入发动机冷却水的结构。在该种结构中，发动机停止完成时，发动机冷却水的循环停止，因此担心在发动机停止后轴承壳体部34的温度上升。关于这点，通过上述的紧固方法，能够提高轴承壳体部34的散热性，从而也能够有效地抑制发动机停止后的轴承壳体部34的温度上升。
1-2-3.向涡轮叶片的热辐射的抑制
并且，在本实施方式的内燃机10中，涡轮叶片24b的入口24b2与轴承壳体部34相对于气缸盖14的紧固面36相比配置于废气的流动的上游侧。根据这种配置，涡轮叶片24b设于与由发动机冷却水冷却的气缸盖14的壁面接近的部位。因此，可以说与涡轮叶片24b配置于气缸盖14之外的例子相比，位于涡轮叶片24b的上游的废气的通路壁面的温度变低。由此，抑制由从该通路壁面向涡轮叶片24b的热辐射产生的热的流入，因此抑制与涡轮24连结的旋转轴30的温度以上述热辐射为起因而上升。这与轴承26的温度上升的抑制有关系。并且，通过抑制由热辐射产生的热的流入，在废气温度高时，能够抑制涡轮叶片24b与盖内气体通路18的周面18b之间的间隙的扩大。
另外，在本实施方式的内燃机10中，涡轮24配置于盖内气体通路18。更详细而言，根据该涡轮24，涡轮叶片24b在涡轮24的径向上与盖内气体通路18的周面18b对向。通过这种结构，能够更有效地获得上述的热辐射的抑制效果。
1-2-4.与涡轮机出口壁部的形状有关的效果
而且，位于涡轮24的紧下游的涡轮机出口壁部40如上述那样形成为在旋转轴30的轴方向上随着从涡轮叶片24b的出口24b1离开而涡轮机出口壁部40的直径变大(换言之，大致圆锥台形状)。与这种形状不同，涡轮机出口壁部形成为圆筒状时，从涡轮叶片24b流出的废气以与轴承壳体部碰撞的方式流动。相对于此，根据本实施方式的形状的涡轮机出口壁部40，能够改善涡轮24的紧下游的废气的流动。而且，与上述的圆筒状的例子相比，能够使轴承26进一步从涡轮机出口通路38的壁面离开，因此能够通过传热距离的扩大而更有效地抑制轴承26的温度上升。
2.实施方式2
接着，参照图2并说明本发明的实施方式2。
2-1.内燃机的主要部分的结构
图2是示意性地表示本发明的实施方式2的内燃机50的主要部分的结构的图。本实施方式的内燃机50在涡轮24周围的结构上与实施方式1的内燃机10不同。
如图2所示，内燃机50具备涡轮增压器52。涡轮增压器52在壳体54的结构上与图1所示的涡轮增压器20不同。具体而言，壳体54具备压缩机壳体部32以及轴承壳体部34、涡轮机壳体部56。涡轮机壳体部56形成为不仅覆盖涡轮24，也覆盖涡轮机出口壁部40。
涡轮机壳体部56与轴承壳体部34相邻。涡轮机壳体部56具备与图1所示的涡旋部42同样地形成的涡旋部58。即，在本实施方式中，涡轮机出口通路60由该涡旋部58和涡轮机出口壁部40以及凸缘部44构成。
在本实施方式中，壳体54的涡轮机壳体部56以涡轮24(的涡轮叶片24b的入口24b2)与气缸盖62对向的朝向，使用螺栓等紧固件(图示省略)而直接紧固于气缸盖62。
并且，在图2所示的内燃机50中，涡轮叶片24b的入口24b2与涡轮机壳体部56相对于气缸盖62的紧固面64相比配置于废气的流动的上游侧。并且，与内燃机10的例子一样，涡轮24配置于盖内气体通路18。更详细而言，涡轮机壳体部56的一部分(覆盖涡轮24的部位)插入盖内气体通路18(的集合部18a)的周面62a。并且，与该周面62a连接的涡轮机壳体部56的内周面56a在涡轮24的径向上与涡轮叶片24b相对。换言之，涡轮叶片24b(涡轮24)在与内周面56a之间构成间隙。
2-2.效果
在具备上述的涡轮机壳体部56的本实施方式的内燃机50中，与实施方式1一样，也能够适宜地兼顾轴承26的温度上升的抑制和向涡轮24流入的废气的能量的增大。不过，在从收容轴承26的轴承壳体部向气缸盖的散热的角度，可以说与在气缸盖62和轴承壳体部34之间夹设有涡轮机壳体部56的内燃机50相比，未夹设有那种涡轮机壳体部56的内燃机10更佳。
并且，在本实施方式的内燃机50中，涡轮24(涡轮叶片24b)在涡轮24的径向上没有与气缸盖62的周面62a直接地对向，取而代之与涡轮机壳体部56的内周面56a对向。在这种结构中，通过水冷式的气缸盖62对涡轮机壳体部56进行冷却，因此抑制由从涡轮机壳体部56向涡轮叶片24b的热辐射产生的热的流入。因此，能够抑制以该热辐射为起因的旋转轴30的温度上升以及与之相伴的轴承26的温度上升。
2-3.变形例
在上述的实施方式2中，涡轮机壳体部56构成为该涡轮机壳体部56的一部分插入盖内气体通路18。然而，在本发明的涡轮机壳体部的其他的例子中，涡轮机壳体部的整体可以插入盖内气体通路。
并且，在图2所示的内燃机50的例子中，涡轮叶片24b的入口24b2与紧固面64相比配置于废气的流动的上游侧，且涡轮24配置于盖内气体通路18。也可以取代这种例子，虽然涡轮叶片24b的入口24b2与紧固面64相比配置于废气的流动的上游侧，但是以涡轮24不配置于盖内气体通路18的方式变更涡轮机壳体部的形状。
3.实施方式3
接着，参照图3并说明本发明的实施方式3。
3-1.内燃机的主要部分的结构
图3是示意性地表示本发明的实施方式3的内燃机70的主要部分的结构的图。本实施方式的内燃机70在涡轮24周围的结构上与实施方式1的内燃机10不同。
如图3所示，内燃机70具备涡轮增压器72。涡轮增压器72在壳体74的结构上与图1所示的涡轮增压器20不同。具体而言，壳体74具备压缩机壳体部32和轴承壳体部76。
在图1所示的例子中，涡轮机出口壁部40由涡旋部42覆盖，该涡旋部42形成为从气缸盖14朝向轴承壳体部34延伸。相对于此，在图3所示的例子中，用于构成涡轮机出口通路78的涡旋部80形成于轴承壳体部76。因此，图3所示的涡轮机出口壁部40由涡旋部80覆盖，该涡旋部80形成为从轴承壳体部76朝向气缸盖82延伸。
并且，在本实施方式中，轴承壳体部76的涡旋部80经由垫片84紧固于气缸盖82。因此，垫片84相当于本发明的“第一垫片”的一例。并且，在本实施方式中，涡轮机出口通路78由涡轮机出口壁部40以及涡旋部80和气缸盖82(更详细而言，垫片84)构成。
并且，在图3所示的内燃机70中，也与内燃机10一样，涡轮叶片24b的入口24b2与轴承壳体部76相对于气缸盖82的紧固面86相比配置于废气的流动的上游侧。
而且，与内燃机10的例子一样，涡轮24配置于盖内气体通路18。即，收容涡轮24的涡轮机壳体的功能利用气缸盖82来实现。
并且，在气缸盖82与轴承壳体部76之间夹设的垫片84达到盖内气体通路18的周面18b与涡轮24之间的部位。因此，垫片84也相当于本发明的“第二垫片”的一例。更详细而言，垫片84的内周面84a在涡轮24的径向上与涡轮叶片24b对向。换言之，涡轮叶片24b(涡轮24)在与垫片84的内周面84a之间构成间隙。需要说明的是，取代上述的垫片84的例子，与紧固面86对向的垫片可以与配置于周面18b的垫片分开，也可以省略这些垫片中的任一方。
3-2.效果
在具备上述的结构的本实施方式的内燃机70，与实施方式1以及2一样，也能够适宜地抑制轴承26的温度上升的抑制和向涡轮24流入的废气的能量的增大。不过，在从收容轴承26的轴承壳体部向气缸盖的散热的角度，可以说与在气缸盖82和轴承壳体部76之间夹设有垫片84的内燃机70相比，未夹设有那种垫片84的内燃机10更佳。
并且，在本实施方式的内燃机50中，涡轮24(涡轮叶片24b)在涡轮24的径向上没有与气缸盖62的周面62a直接地对向，取而代之与垫片84的内周面84a对向。在这种结构中，通过水冷式的气缸盖82对垫片84进行冷却，因此抑制由从垫片84向涡轮叶片24b的热辐射产生的热的流入。因此，能够抑制以该热辐射为起因的旋转轴30的温度上升以及与之相伴的轴承26的温度上升。
4.实施方式4
接着，参照图4并说明本发明的实施方式4。
4-1.内燃机的主要部分的结构
图4是示意性地表示本发明的实施方式4的内燃机90的主要部分的结构的图。本实施方式的内燃机90在涡轮24周围的结构上与实施方式2的内燃机50不同。
如图4所示，内燃机90具备涡轮增压器92。涡轮增压器92的壳体94与图2所示的涡轮增压器52一样具备压缩机壳体部32以及轴承壳体部34和涡轮机壳体部96。
与图2所示的涡轮机壳体部56一样，涡轮机壳体部96覆盖以涡轮叶片24b的出口24b1位于压缩机叶轮22一侧的方式设置的涡轮24，以涡轮24(的涡轮叶片24b的入口24b2)与水冷式的气缸盖62对向的朝向直接紧固于气缸盖62，并且具备与涡旋部58同样的涡旋部98。在此基础上，以涡轮机壳体部96与涡轮机壳体部56之间的形状的不同为起因，涡轮24的搭载位置在如下的点上与图2所示的例子不同。
即，在图4所示的内燃机90中，涡轮叶片24b的入口24b2与涡轮机壳体部96相对于气缸盖62的紧固面100相比未配置于废气的流动的上游侧，而配置于废气的流动的下游侧。并且，涡轮24未配置于盖内气体通路18，而配置于位于该盖内气体通路18的下游侧(即，气缸盖62的外侧)的涡轮机壳体部96内的气体通路102。
4-2.效果
在具备上述的涡轮机壳体部96的本实施方式的内燃机90中，涡轮24也以涡轮叶片24b的出口24b1位于压缩机叶轮22一侧的方式设置。并且，涡轮机壳体部96以涡轮24(的涡轮叶片24b的入口24b2)与水冷式的气缸盖14对向的朝向直接紧固于气缸盖62。因此，与实施方式1～3一样，能够适宜地兼顾轴承26的温度上升的抑制和涡轮24的废气的能量的增大。
5.实施方式5
接着，参照图5并说明本发明的实施方式5。
5-1.内燃机的主要部分的结构
图5是示意性地表示本发明的实施方式5的内燃机110的主要部分的结构的图。本实施方式的内燃机110主要在比涡轮机出口通路(涡旋部)靠出口侧的排气通路的结构上与上述的实施方式1的内燃机10不同。
具体而言，如图5所示，内燃机110的气缸盖112具备涡旋部114。虽然该涡旋部114的形状与图1所示的涡旋部42的形状不同，但是涡旋部114与涡旋部42一样构成涡轮机出口壁部40以及凸缘部44和涡轮机出口通路116。
在实施方式1的内燃机10中，涡旋部42中的废气流动的下游侧的端部设于气缸盖14之外。相对于此，在本实施方式的内燃机110中，涡旋部114中的废气流动的下游侧的端部114a如图5所示的那样位于气缸盖112的内部。并且，在该端部114a连接有形成于气缸盖112内的盖内气体通路118。盖内气体通路118与盖内气体通路18以及涡轮机出口通路116一起包含于内燃机110的排气通路120。
盖内气体通路118的下游侧的端部118a在气缸盖112的侧面中气缸盖112的外表面112a上开口。在该端部118a连接有排气管122。包含于排气通路120的盖外气体通路124也相当于排气通路120的一部分。并且，在排气管122中设置有用于净化废气的排气净化催化剂126。而且，标号128表示轴承壳体部34相对于气缸盖112的紧固面。
需要说明的是，在本实施方式中，盖内气体通路118和与排气净化催化剂126相比位于上游侧的盖外气体通路124的部位相当于本发明的“催化剂上游通路”的一例。并且，盖内气体通路118也相当于本发明的“盖内气体通路”的一例。
5-2.效果
如以上说明的那样，在本实施方式的内燃机110中，将涡轮机出口通路116与排气净化催化剂126连接的排气通路120的部位中的上游侧的部位(盖内气体通路118)内置于气缸盖112。另一方面，在该上游侧的部位在位于气缸盖14之外的排气管的内部形成的内燃机10中，该排气管受到来自从涡轮机出口通路38流出的高温的废气的热。并且，收容轴承26的轴承壳体部34位于该排气管的附近，因此受到来自该排气管的热。关于这点，根据本实施方式的内燃机110，与涡轮机出口通路116连接的排气通路120的部位为水冷式的气缸盖112的盖内气体通路118。并且，位于气缸盖112之外的排气管122与涡轮机出口通路116的端部(涡旋部114的端部114a)相比配置于下游侧。因此，向排气管122流入的废气的温度低于从端部114a流出的废气的温度。因此，根据本实施方式的结构，与实施方式1相比，能够降低轴承壳体部34从排气管122的受热，因此能够更有效地抑制轴承26的温度上升。
5-3.变形例
在上述的实施方式5的“催化剂上游通路”的例子中，相当于催化剂上游通路的一部分的盖内气体通路118配置于气缸盖112内。然而，在本发明的“催化剂上游通路”的其他的例子中，也可以催化剂上游通路的整体配置于气缸盖112内。即，也可以采用排气净化催化剂直接地安装于在气缸盖112的外表面形成的催化剂上游通路的开口部的构造。
并且，对于实施方式5的内燃机110，考虑具备绕过涡轮24的排气旁通通路以及对该排气旁通通路进行开闭的废气门阀。在采用这种结构的情况下，可以排气旁通通路的至少一部分配置于气缸盖内，且废气门阀内置于气缸盖。
6.实施方式6
接着，参照图6以及图7并说明本发明的实施方式6。
6-1.内燃机的主要部分的结构
图6以及图7是示意性地表示本发明的实施方式6的内燃机130的主要部分的结构的图。本实施方式的内燃机130在涡轮24的出口周围的结构上与上述的实施方式1的内燃机10不同。
具体而言，内燃机130具备的涡轮增压器132具备多个喷嘴板134。多个喷嘴板134设于涡轮机出口壁部40的周壁面40a。更详细而言，多个喷嘴板134形成为在涡轮机出口壁部40的周方向上相互隔开规定间隔且与该多个喷嘴板134的径向垂直地延伸。另外，多个喷嘴板134形成为在突起46与周壁面40a之间划分废气的流动。
图7是从图6中的箭头A的方向(即，旋转轴30的径向外侧)观察相邻的两个喷嘴板134的图。废气在相邻的喷嘴板134之间流动。在相邻的喷嘴板134之间分别构成喷嘴136。
如图7所示，与废气的入口附近的相邻的喷嘴板134间的宽度W1相比，废气的出口附近的宽度W2较大。更详细而言，各喷嘴136形成为随着朝向废气流动的下游侧而相邻的喷嘴板134间的宽度W逐渐变大。并且，在图6所示的例子中，喷嘴136的高度(周壁面40a与突起46的距离)也随着朝向废气流动的下游侧而逐渐变大。因此，喷嘴136的流路截面积随着朝向废气流动的下游侧而逐渐变大。需要说明的是，为了使喷嘴136的流路截面积逐渐变大，也可以取代上述的例子，仅变更喷嘴136的宽度W以及高度中的任一方。
并且，从图7所示的方向(旋转轴30的径向)观察，各喷嘴板134弯曲成能够以废气朝向涡旋部42的出口侧的方式引导废气的流动。需要说明的是，本实施方式的内燃机130以实施方式1的内燃机10为基础。然而，也可以针对其他的实施方式2～5的内燃机50、70、90以及110分别提供与喷嘴136同样的喷嘴。
6-2.效果
如以上说明的那样，在内燃机130的涡轮增压器132中，通过喷嘴板134(以及周壁面40a以及突起46)，在涡轮24的紧下游构成喷嘴136。根据这种喷嘴136，能够使涡轮24的紧下游处的废气的流路随着朝向废气流动的下游而逐渐扩大。由此，能够有效地抑制在涡轮机出口通路38内废气的流动发生剥离。并且，通过这样对废气进行整流，能够使涡轮机效率提高。
7.实施方式7
接着，参照图8并说明本发明的实施方式7。
图8是示意性地表示本发明的实施方式7的内燃机140的主要部分的结构的图。本实施方式的内燃机140在涡轮增压器20的搭载位置上与实施方式1的内燃机10不同。
具体而言，在内燃机140具备的气缸盖142中形成有盖内气体通路144。盖内气体通路144供从各气缸12排出的废气流动。在内燃机140的气缸12的列方向的一端侧配置有固定于曲柄轴(图示省略)的一端的曲柄滑轮146。图8所示的盖内气体通路144的出口144a在列方向上的与曲柄滑轮146的配置侧相反的一侧的侧面中气缸盖142的外表面142a上开口。并且，在本实施方式中，涡轮增压器20以与实施方式1同样的方法紧固于该外表面142a。
在以上说明的本实施方式的内燃机140中，也起到与实施方式1的内燃机10同样的效果。并且，本实施方式的涡轮增压器20的搭载位置的例子在例如内燃机向车辆的搭载时，在气缸盖中的排气侧的侧面(内燃机140的例子中为侧面142b)的方向上难以确保充分的空间这样的车辆中有效。需要说明的是，图8所示的搭载位置的例子也可以分别适用于其他的实施方式2～6的内燃机50、70、90、110以及120。
8.其他的实施方式
8-1.壳体相对于气缸盖的其他的搭载例
在上述的实施方式1中，涡轮增压器20的壳体28(轴承壳体部34)以旋转轴30与气缸盖14的侧面垂直的方式紧固于气缸盖14(其他的实施方式2～7也一样)。然而，本发明的“壳体”相对于气缸盖的搭载例并不限于上述的例子，只要“以涡轮与气缸盖对向的朝向”紧固于气缸盖即可。即，壳体可以以旋转轴相对于气缸盖的侧面非垂直而向任意的方向倾斜的方式搭载于气缸盖。
8-2.涡轮机出口通路的其他的结构例
在上述的实施方式1中，构成涡轮机出口通路38的涡旋部42利用气缸盖14来形成。并且，在实施方式2以及3中，涡旋部58以及80分别利用涡轮机壳体部56以及轴承壳体部76来形成。然而，构成涡轮机出口通路的涡旋部也可以取代上述的例子，而例如利用气缸盖以及轴承壳体部两者来形成。换言之，涡旋部的一部分可以利用气缸盖来形成，剩余部分可以利用轴承壳体部来形成。
8-3.轴流式涡轮机的其他例
在上述的实施方式1～7中，涡轮24的涡轮叶片24b的数(级数)为一个。然而，本发明的“轴流式涡轮机”也可以取代上述的例子，通过将多个涡轮叶片沿着旋转轴方向排列配置而以任意的级数多级化。需要说明的是，在具备多个涡轮叶片的例子中，位于废气流动的最上游侧的涡轮叶片的入口符合本发明的“涡轮叶片的入口”，位于废气流动的最下游侧的涡轮叶片的出口符合“涡轮叶片的出口”。
以上说明的各实施方式中记载的例子以及其他的各变形例除了明示的组合以外也可以在可能的范围内适当组合，并且也可以在不脱离本发明的宗旨的范围内进行各种变形。
标号说明
10、50、70、90、110、130、140 内燃机
12 气缸
14、62、82、112、142 气缸盖
16、120 排气通路
18、118、144 盖内气体通路
20、52、72、92、132 涡轮增压器
22 压缩机叶轮
24 涡轮
24b 涡轮叶片
24b1 涡轮叶片的出口
24b2 涡轮叶片的入口
26 轴承
28、54、74、94 壳体
30 旋转轴
32 压缩机壳体部
34、76 轴承壳体部
36、64、86、100、128 紧固面
38、60、78、116 涡轮机出口通路
40 涡轮机出口壁部
42、58、80、98、114 涡旋部
44 凸缘部
46 突起
56、96 涡轮机壳体部
84 垫片
102 涡轮机壳体部内的气体通路
122 排气管
124 盖外气体通路
126 排气净化催化剂
134 喷嘴板
136 喷嘴。

Claims (9)

1.一种内燃机，其特征在于，具备：
排气通路，供从气缸排出的废气流动；
水冷式的气缸盖；以及
涡轮增压器，
所述涡轮增压器包括：
压缩机叶轮；
轴流式的涡轮，经由旋转轴与所述压缩机叶轮连结；
轴承，在所述压缩机叶轮与所述涡轮之间的部位对所述旋转轴进行支承；以及
壳体，收容所述压缩机叶轮、所述轴承以及所述涡轮中的至少所述压缩机叶轮以及所述轴承，
所述涡轮以所述涡轮的涡轮叶片的出口位于所述压缩机叶轮一侧的方式连结于所述旋转轴，
所述壳体以所述涡轮与所述气缸盖对向的朝向直接或经由第一垫片紧固于所述气缸盖。
2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，
所述涡轮叶片的入口与所述壳体相对于所述气缸盖的紧固面相比配置于所述废气的流动的上游侧。
3.根据权利要求2所述的内燃机，其特征在于，
所述排气通路包括在所述气缸盖的内部形成的盖内气体通路，
所述涡轮配置于所述盖内气体通路。
4.根据权利要求3所述的内燃机，其特征在于，
所述盖内气体通路的周面在所述涡轮的径向上与所述涡轮叶片对向。
5.根据权利要求3所述的内燃机，其特征在于，
所述壳体包括覆盖所述涡轮的涡轮机壳体部，
所述涡轮机壳体部的至少一部分插入所述盖内气体通路，
所述涡轮机壳体部的内周面在所述涡轮的径向上与所述涡轮叶片对向。
6.根据权利要求3所述的内燃机，其特征在于，
所述内燃机还具备配置在所述盖内气体通路与所述涡轮之间的第二垫片，
所述第二垫片的内周面在所述涡轮的径向上与所述涡轮叶片对向。
7.根据权利要求1～4以及6中任一项所述的内燃机，其特征在于，
所述壳体包括收容所述轴承的轴承壳体部，
所述轴承壳体部与所述气缸盖直接或经由所述第一垫片紧固。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的内燃机，其特征在于，
所述内燃机还具备排气净化催化剂，该排气净化催化剂在比所述涡轮靠下游侧的部位配置于所述排气通路，
所述排气通路包括将所述涡轮叶片的所述出口与所述排气净化催化剂连接的催化剂上游通路，
所述催化剂上游通路的至少一部分内置于所述气缸盖。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的内燃机，其特征在于，
所述涡轮增压器还具备喷嘴，该喷嘴在比所述涡轮靠下游侧的部位设于所述排气通路，
所述喷嘴形成为随着朝向废气流动的下游侧而流路截面积逐渐变大。
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