JP2006194227A - Turbo supercharger for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気エネルギーを利用して過給する内燃機関用ターボ過給機に関する。 The present invention relates to a turbocharger for an internal combustion engine that supercharges using exhaust energy of the internal combustion engine.
内燃機関用ターボ過給機として、内燃機関の吸気弁の直上にコンプレッサハウジングを、排気弁の直上にタービンハウジングをそれぞれ位置させて、これらをシリンダヘッド内に一体的に形成したものが知られている(特許文献1)。また、内燃機関のシリンダヘッド内に排気マニホールドとターボ過給機のタービンハウジングとを一体的に設け、センタハウジングとコンプレッサハウジングをタービンハウジングに隣接させてシリンダヘッドの側壁に直接固定したターボ過給機も知られている(特許文献2)。その他、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献3が存在する。
A turbocharger for an internal combustion engine is known in which a compressor housing is positioned directly above an intake valve of an internal combustion engine and a turbine housing is positioned directly above an exhaust valve, and these are integrally formed in a cylinder head. (Patent Document 1). Further, a turbocharger in which an exhaust manifold and a turbocharger turbine housing are integrally provided in a cylinder head of an internal combustion engine, and a center housing and a compressor housing are adjacent to the turbine housing and directly fixed to a side wall of the cylinder head. Is also known (Patent Document 2). In addition, there is
特許文献1のターボ過給機は、コンプレッサハウジングがシリンダヘッド内に形成されるため、コンプレッサハウジング内の吸気が昇温され易くなり過給効率が悪化する場合がある。また、特許文献2のターボ過給機は、シリンダヘッドの側壁からセンタハウジングとコンプレッサハウジングとが突出し、これらの重量がセンタハウジングと側壁との取付部に作用する構造なので、取付の安定性を高めるには、ステー等の支持手段を設けてコンプレッサハウジングを支えたり、センタハウジング自体の剛性を高める等の対策が必要となり、部品点数の増加、重量の増加、コストの増加等の問題を生じるおそれがある。
In the turbocharger of Patent Document 1, since the compressor housing is formed in the cylinder head, the intake air in the compressor housing is likely to be heated, and the supercharging efficiency may be deteriorated. In addition, the turbocharger disclosed in
そこで、本発明は、過給効率の悪化を抑制でき、部品点数の増加、重量の増加、コストの増加等を招くことなく内燃機関に対する取付けの安定性を確保できる内燃機関用ターボ過給機を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a turbocharger for an internal combustion engine that can suppress deterioration in supercharging efficiency and can ensure the stability of attachment to the internal combustion engine without increasing the number of parts, increasing the weight, increasing the cost, etc. The purpose is to provide.
本発明の内燃機関用ターボ過給機は、タービンロータを収容するタービンハウジングと、コンプレッサロータを収容するコンプレッサハウジングと、タービンロータとコンプレッサロータとを連結するロータシャフトを回転可能に支持するセンタハウジングと、を有し、前記タービンハウジング及び前記コンプレッサハウジングのそれぞれが内燃機関のシリンダヘッドから露出するように配置され、かつ、前記センタハウジングが前記シリンダヘッドの一側面に一体的に設けられることにより、上述した課題を解決する(請求項1)。 A turbocharger for an internal combustion engine according to the present invention includes a turbine housing that houses a turbine rotor, a compressor housing that houses a compressor rotor, and a center housing that rotatably supports a rotor shaft that connects the turbine rotor and the compressor rotor. The turbine housing and the compressor housing are arranged so as to be exposed from the cylinder head of the internal combustion engine, and the center housing is integrally provided on one side surface of the cylinder head. This problem is solved (claim 1).
この発明によれば、タービンハウジング及びコンプレッサハウジングのそれぞれがシリンダヘッドから露出するように配置されるので、コンプレッサハウジング内の吸気が昇温され難くなり過給効率の悪化を抑制できる。しかも、ターボ過給機の重心が存在するセンタハウジングにてターボ過給機が支持されるので、ステー等の支持手段を用いることなく内燃機関に対する取付けの安定性を向上できる。更に、ターボ過給機を内燃機関に近接して配置できるので、ターボ過給機を搭載した内燃機関のトータルのサイズを小さくできる。 According to the present invention, since each of the turbine housing and the compressor housing is disposed so as to be exposed from the cylinder head, it is difficult to raise the temperature of the intake air in the compressor housing, and deterioration of the supercharging efficiency can be suppressed. In addition, since the turbocharger is supported by the center housing where the center of gravity of the turbocharger exists, the stability of attachment to the internal combustion engine can be improved without using support means such as a stay. Furthermore, since the turbocharger can be arranged close to the internal combustion engine, the total size of the internal combustion engine equipped with the turbocharger can be reduced.
本発明の内燃機関用ターボ過給機において、前記シリンダヘッドは、気筒毎に分岐された排気分岐部を有する排気マニホールド部を備えるとともに、前記排気マニホールド部が前記一側面に開口するようにして構成され、前記タービンハウジングと前記排気マニホールド部とが前記一側面側で接続されてもよい(請求項2)。この態様によれば、タービンハウジングとシリンダヘッドに内蔵された排気マニホールド部とが、センタハウジングが設けられたシリンダヘッドの一側面にて接続されるので、内燃機関の各気筒からタービンハウジングまでの排気流路の容積を小さくでき、ターボ過給機の応答性が向上する。 In the turbocharger for an internal combustion engine according to the present invention, the cylinder head includes an exhaust manifold portion having an exhaust branch portion branched for each cylinder, and the exhaust manifold portion is open to the one side surface. The turbine housing and the exhaust manifold portion may be connected on the one side surface side (Claim 2). According to this aspect, since the turbine housing and the exhaust manifold portion built in the cylinder head are connected to one side surface of the cylinder head provided with the center housing, the exhaust from each cylinder of the internal combustion engine to the turbine housing is performed. The volume of the flow path can be reduced, and the response of the turbocharger is improved.
本発明の内燃機関用ターボ過給機において、前記シリンダヘッドは、気筒毎に分岐された排気分岐部を有する排気マニホールド部と、気筒毎に分岐された吸気分岐部を有する吸気マニホールド部と、前記吸気マニホールド部に隣接し、前記排気マニホールド部と熱交換可能に設けられた冷却水路と、を備えるとともに、前記排気マニホールド部及び前記吸気マニホールド部のそれぞれが前記シリンダヘッドの前記一側面に開口するようにして構成され、前記タービンハウジングが前記排気マニホールド部に、前記コンプレッサハウジングが前記吸気マニホールド部に、前記一側面側でそれぞれ接続されてもよい(請求項3)。この態様によれば、コンプレッサハウジングを経て吸気マニホールド部に導かれた吸気がシリンダヘッドの冷却水路によって冷却されるので、別部品のインタークーラを設けることなくターボ過給機の過給効率を高めることができる。 In the turbocharger for an internal combustion engine of the present invention, the cylinder head includes an exhaust manifold portion having an exhaust branch portion branched for each cylinder, an intake manifold portion having an intake branch portion branched for each cylinder, A cooling water passage adjacent to the intake manifold portion and provided to be able to exchange heat with the exhaust manifold portion, and each of the exhaust manifold portion and the intake manifold portion open to the one side surface of the cylinder head. The turbine housing may be connected to the exhaust manifold portion, and the compressor housing may be connected to the intake manifold portion on the one side surface side (Claim 3). According to this aspect, since the intake air led to the intake manifold portion through the compressor housing is cooled by the cooling water passage of the cylinder head, the turbocharging efficiency of the turbocharger can be increased without providing a separate intercooler. Can do.
本発明の内燃機関用ターボ過給機は、タービンロータを収容するタービンハウジングと、コンプレッサロータを収容するコンプレッサハウジングと、タービンロータとコンプレッサロータとを連結するロータシャフトを回転可能に支持するセンタハウジングと、を有し、前記タービンハウジング及び前記コンプレッサハウジングのそれぞれが内燃機関のシリンダブロックから露出するように配置され、かつ、前記センタハウジングが前記シリンダブロックの一側面に一体的に設けられることにより、上述した課題を解決する(請求項4)。 A turbocharger for an internal combustion engine according to the present invention includes a turbine housing that houses a turbine rotor, a compressor housing that houses a compressor rotor, and a center housing that rotatably supports a rotor shaft that connects the turbine rotor and the compressor rotor. And the turbine housing and the compressor housing are arranged so as to be exposed from the cylinder block of the internal combustion engine, and the center housing is integrally provided on one side surface of the cylinder block. This problem is solved (claim 4).
この発明によれば、タービンハウジング及びコンプレッサハウジングのそれぞれがシリンダブロックから露出するように配置されるので、コンプレッサハウジング内の吸気が昇温され難くなり過給効率の悪化を抑制できる。しかも、ターボ過給機の重心が存在するセンタハウジングにてターボ過給機が支持されるので、ステー等の支持手段を用いることなく内燃機関に対する取付けの安定性を向上できる。更に、ターボ過給機を内燃機関に近接して配置できるので、ターボ過給機を搭載した内燃機関のトータルのサイズを小さくできる。 According to this invention, since each of the turbine housing and the compressor housing is disposed so as to be exposed from the cylinder block, it is difficult to raise the temperature of the intake air in the compressor housing, and deterioration of the supercharging efficiency can be suppressed. In addition, since the turbocharger is supported by the center housing where the center of gravity of the turbocharger exists, the stability of attachment to the internal combustion engine can be improved without using support means such as a stay. Furthermore, since the turbocharger can be arranged close to the internal combustion engine, the total size of the internal combustion engine equipped with the turbocharger can be reduced.
以上説明したように、本発明によれば、タービンハウジング及びコンプレッサハウジングのそれぞれが、シリンダヘッド又はシリンダブロックから露出するように配置され、かつ、センタハウジングがシリンダヘッド又はシリンダブロックの一側面に一体的に設けられるので、過給効率の悪化を抑制できるとともに、内燃機関に対する取付けの安定性を確保できる。 As described above, according to the present invention, each of the turbine housing and the compressor housing is disposed so as to be exposed from the cylinder head or the cylinder block, and the center housing is integrated with one side surface of the cylinder head or the cylinder block. Therefore, the deterioration of the supercharging efficiency can be suppressed, and the mounting stability to the internal combustion engine can be ensured.
(第1の実施形態)
図1は、本発明のターボ過給機を内燃機関に搭載した実施形態を模式的に示している。内燃機関1Aは複数の気筒2(図3)が形成されたシリンダブロック3と、シリンダブロック3にガスケット(不図示)を介在させて接続されるシリンダヘッド4とを備えている。図3に示したように、シリンダヘッド4には、気筒2毎に分岐する排気分岐部5aを有する排気マニホールド部5が一体的に形成されている。排気マニホールド部5は、排気分岐部5aが集合する排気集合部5bと、排気集合部5bと連通する排気開口部5cと、を有し、シリンダヘッド4の長手方向側と反対側の一側面4aに開口している。
(First embodiment)
FIG. 1 schematically shows an embodiment in which the turbocharger of the present invention is mounted on an internal combustion engine. The internal combustion engine 1A includes a
図1及び図4に示したように、ターボ過給機10Aは、タービンロータ14を収容するタービンハウジング11と、コンプレッサロータ15を収容するコンプレッサハウジング12と、タービンロータ14とコンプレッサロータ15とを連結するロータシャフト16を収容するセンタハウジング13と、を備えている。タービンハウジング11としては、軽量化及び低熱容量化を図るため板金製のものが使用される。また、図1に示したように、タービンハウジング11と排気マニホールド部5とは、蛇腹管等の可撓性配管17を介在させて接続され、これによりタービンハウジング11の熱膨張による熱応力が緩和され、ヒビ、割れ等が防止される。
As shown in FIGS. 1 and 4, the turbocharger 10 </ b> A connects the turbine housing 11 that houses the
図4に示したように、センタハウジング13は、ロータシャフト16を回転可能に支持する一対の軸受18、18を有している。各軸受18はボールベアリングでもプレーンベアリングでもよい。図2及び図3にも示したように、センタハウジング13は、シリンダヘッド4と一体的に一側面4aに設けられている。センタハウジング13はアルミニウムを主成分とした材料でシリンダヘッド4と一体的に鋳造される。図4に示したように、センタハウジング13には、シリンダヘッド4に形成された冷却水路と連通する冷却用のターボ冷却水路13aと、シリンダヘッド4に形成された潤滑油路と連通する潤滑用のターボ潤滑油路13bとがそれぞれ形成されて、ターボ過給機10Aに対する冷却と潤滑がそれぞれ行われる。各軸受18を潤滑し終えた潤滑油を自然落下させるため、ターボ潤滑油路13bの出口(不図示)は鉛直方向下側に向けられる。各軸受18を潤滑し終えた潤滑油は所定経路に沿ってオイルパン(不図示)に戻される。
As shown in FIG. 4, the
ターボ過給機10Aによれば、タービンハウジング11とシリンダヘッド4に内蔵された排気マニホールド部5とが、センタハウジング13が設けられたシリンダヘッドの一側面4aにて接続されるので、内燃機関1Aの各気筒2からタービンハウジング11までの排気流路の容積を小さくでき、ターボ過給機の応答性が向上する。また、センタハウジング13にはターボ過給機10Aの重心が存在し、センタハウジング13にてターボ過給機10Aを支持するため、例えば高剛性のステー等の支持手段を設けなくても内燃機関に対する取付けの安定性を確保できる。更に、ターボ過給機10Aが内燃機関1Aに近接して搭載されるので、内燃機関1Aとターボ過給機10Aのトータルのサイズを小さくすることができ、車両への搭載に確保すべきスペースを小さくできる。更にまた、センタハウジング13がシリンダヘッド4と同一のアルミ材料で構成されているので、鋳鉄等を用いる場合に比べて軽量化でき、内燃機関1Aとターボ過給機10Aとのトータルの重量を軽量化できる。また、主に、センタハウジング13によってターボ過給機10Aが支持されるので、タービンハウジング11やコンプレッサハウジング12を軽量化することもできる。
According to the
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について図5及び図6を参照して説明する。図2に示したように、この実施形態の内燃機関1Bは、第1の実施形態のシリンダヘッド4と構成が相違するシリンダヘッド24を有している。シリンダヘッド24には、排気マニホールド部25と、吸気マニホールド部26とがそれぞれ形成され、排気マニホールド部25及び吸気マニホールド部26がシリンダヘッド24の長手方向側の一側面24aにそれぞれ開口している。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, the internal combustion engine 1 </ b> B of this embodiment has a
排気マニホールド部25は、気筒2毎に分岐される排気分岐部25aと、排気分岐部25aが集合する排気集合部25bと、排気集合部25bに連通する排気開口部25cと、を有し、吸気マニホールド部26は、気筒2毎に2つずつ分岐された吸気分岐部26aと、吸気分岐部26aが集合する吸気集合部26bと、吸気集合部26bと連通する吸気開口部26cと、を有している。
The
また、シリンダヘッド24は、図6に示したように、冷却用の冷却水路19が吸気集合部51bに隣接し、かつ吸気集合部26bと熱交換可能に形成されている。
Further, as shown in FIG. 6, the
この形態のターボ過給機10Bの構成は、第1の実施形態のターボ過給機10Aと略同一である。但し、ターボ過給機10Bのタービンハウジング211は排気開口部25cに、コンプレッサハウジング212は吸気開口部26cに、一側面24a側でそれぞれ接続されて、更なるコンパクト化が実現されている。また、センタハウジング213は、シリンダヘッド24の一側面24aに一体的に設けられる。
The configuration of the
第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を奏し、更にシリンダヘッド24の冷却水路19が図6の如く設けられているので、コンプレッサハウジング212を経て吸気集合部26bに導かれた吸気を冷却することができ、別部品としてインタークーラを設けることなくターボ過給機の過給効率を高めることが可能となる。
According to the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment is obtained, and the
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について図7〜図9を参照して説明する。これらの図に示したように、本実施形態では、内燃機関1Cがシリンダブロック33及びシリンダヘッド34を有し、ターボ過給機10Cのセンタハウジング313がシリンダブロック33に一体的に設けられている。センタハウジング313は、第1の実施形態の場合と同様に、アルミニウムを主成分とした材料でシリンダブロック33と一体的に鋳造される。シリンダヘッド34は、図3の形態と同様に、排気マニホールド部35を内蔵し、その排気開口部35cが下方、即ち、シリンダブロック33側に向けられている。排気開口部35cの端部には、シリンダヘッド34の下端面34aと面一になるようにしてフランジ部35dが形成される。その他、排気マニホールド部35の構成は、排気開口部35cの構成を除き図3と同一なので、図示を省略する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in these drawings, in this embodiment, the
図9に示したように、タービンハウジング311は蛇腹管等の可撓性配管37を介して排気開口部35cと接続され、フランジ部35dに設けられたボルト38等の締結手段で固定される。これによりタービンハウジング311の熱膨張による熱応力が緩和され、ヒビ、割れ等が防止される。なお、図示を省略したが、センタハウジング313は、第1の実施形態と同様に、冷却用のターボ冷却水路と、潤滑用のターボ潤滑油路とを有し、これらによってターボ過給機10Cに対する冷却と潤滑がそれぞれ行われる。
As shown in FIG. 9, the
この形態によれば、シリンダヘッド34の下端面34aとフランジ部35dとが面一に設定されているので、フランジ部35dの加工とシリンダヘッド34の下端面34aの加工とを同時に行うことができ、加工コストを削減できる。また、ターボ過給機10Cをシリンダブロック33(内燃機関1C)に近接させて搭載できるので、NV(Noise & Vibration)に有利となり、また、車両への搭載に確保すべきスペースを小さくできるので、エンジンルームの設計の自由度が向上する。なお、図示は省略するが、この実施形態において、排気マニホールド部をシリンダヘッドと別体で構成し、排気マニホールド部をシリンダヘッドに取り付ける形態で実現してもよい。
According to this embodiment, since the lower end surface 34a of the cylinder head 34 and the
(参考例)
次に、本発明の参考例について図10及び図11を参照して説明する。図10に示したように、このターボ過給機10Dは、センタハウジング413が内燃機関1Dのシリンダブロック43に対してボルト46等の締結手段にて直付けされる。タービンハウジング411、コンプレッサハウジング412、等のその他の構成は、上述した形態と同一である。図413に示したように、センタハウジング413には、内燃機関1D側の冷却水路と連通するターボ冷却水路413aと、内燃機関1D側の潤滑油路と連通するターボ潤滑油路413bとがそれぞれ形成される。また、センタハウジング413は、第1取付面47と第2取付面48とを有し、第1取付面47にターボ冷却水路413aの入口部51及び出口部52が、第2取付面48にターボ潤滑油路413bの入口部53及び出口部54が、それぞれ設けられる。このため、一つの取付面に冷却用と潤滑用の出入口が混在する形態に比べ、内燃機関1D側の受け口の構成をシンプルにできる利点がある。なお、この変形例において、センタハウジング414をシリンダヘッド(不図示)に対して締結手段にて直付けし、ターボ過給機10Dを内燃機関1Dに取り付けてもよい。
(Reference example)
Next, a reference example of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 10, in the
1A、1B、1C 内燃機関
2 気筒
3、23、33 シリンダブロック
4、24、34 シリンダヘッド
4a、24a 一側面
5 排気マニホールド部
5a 排気分岐部
6 吸気マニホールド部
6a 吸気分岐部
10A、10B、10C ターボ過給機
11、211、311 タービンハウジング
12、212、312 コンプレッサハウジング
13、213、313 センタハウジング
14 タービンロータ
15 コンプレッサロータ
16 ロータシャフト
1A, 1B, 1C
Claims (4)
前記タービンハウジング及び前記コンプレッサハウジングのそれぞれが内燃機関のシリンダヘッドから露出するように配置され、かつ、前記センタハウジングが前記シリンダヘッドの一側面に一体的に設けられることを特徴とする内燃機関用ターボ過給機。 A turbine housing that houses the turbine rotor, a compressor housing that houses the compressor rotor, and a center housing that rotatably supports a rotor shaft that connects the turbine rotor and the compressor rotor,
Each of the turbine housing and the compressor housing is disposed so as to be exposed from a cylinder head of the internal combustion engine, and the center housing is integrally provided on one side surface of the cylinder head. Turbocharger.
前記タービンハウジングと前記排気マニホールド部とが前記一側面側で接続されることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用ターボ過給機。 The cylinder head includes an exhaust manifold portion having an exhaust branch portion branched for each cylinder, and is configured such that the exhaust manifold portion opens on the one side surface,
The turbocharger for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the turbine housing and the exhaust manifold portion are connected on the one side surface side.
前記タービンハウジングが前記排気マニホールド部に、前記コンプレッサハウジングが前記吸気マニホールド部に、前記一側面側でそれぞれ接続されることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用ターボ過給機。 The cylinder head includes an exhaust manifold portion having an exhaust branch portion branched for each cylinder, an intake manifold portion having an intake branch portion branched for each cylinder, the exhaust manifold portion adjacent to the intake manifold portion, A cooling water passage provided so as to be capable of heat exchange, and each of the exhaust manifold portion and the intake manifold portion is configured to open to the one side surface of the cylinder head,
2. The turbocharger for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the turbine housing is connected to the exhaust manifold portion and the compressor housing is connected to the intake manifold portion on the one side surface side.
前記タービンハウジング及び前記コンプレッサハウジングのそれぞれが内燃機関のシリンダブロックから露出するように配置され、かつ、前記センタハウジングが前記シリンダブロックの一側面に一体的に設けられることを特徴とする内燃機関用ターボ過給機。
A turbine housing that houses the turbine rotor, a compressor housing that houses the compressor rotor, and a center housing that rotatably supports a rotor shaft that connects the turbine rotor and the compressor rotor,
Each of the turbine housing and the compressor housing is disposed so as to be exposed from a cylinder block of the internal combustion engine, and the center housing is integrally provided on one side surface of the cylinder block. Turbocharger.
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