JP2015075005A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】過給機を備えた内燃機関であっても、性能を低下させることなく小型化を図る。
【解決手段】排気通路２０が取り付け用フランジ面３６に対して斜め方向に横断して排気出口につながり、排気通路２０の通路中心Ａが、タービン２３ａのスクロール４０の入り口中心円弧Ｓに略接線でつながるように形成され、シリンダヘッド４の上方側にターボチャージャ２３が配されていても、排気ガスの経路が急激に上側に曲げられず、圧力損失が抑制されて応答性の低下が抑えられる。
【選択図】図８

Description

本発明は、過給機が備えられた内燃機関に関する。

車両の内燃機関として、排気ガスによりタービンを駆動して吸入空気を過給する過給機を備えた車両が知られている。過給機を備えることにより、出力性能を大幅に向上させることができる。過給機を備えた内燃機関では、気筒数に応じた複数の排気管、及び、一つの排気出口を有する排気集合管がシリンダヘッドに形成された技術が知られている（例えば、特許文献１）。

一方、車両の内燃機関として、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁と、吸気通路内に燃料を噴射するポート噴射弁とを備えた内燃機関が知られている。応答性や燃費、出力の向上等、目的に応じて筒内噴射弁とポート噴射弁の運転状態が最適に制御されるようになっている。

過給機や複数の燃料供給系統を備えた内燃機関は多数の部品から構成されているため、機能を最大限に活かすように、各構成部品の大きさの設計や配置の設計等が種々工夫されている。近年、車両の小型化が図られるようになり、内燃機関の収納スペースの制約も厳しくなっている。そして、内燃機関は多くの機能が求められるようになってきているため、構成部品が増加する傾向にある。このため、性能を低下させることなく、多くの構成部品を有する内燃機関の更なる小型化が求められているのが現状である。

特開２０１１−５３０６６６号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、過給機を備えた内燃機関であっても、性能を低下させることなく小型化を図ることができる内燃機関を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の内燃機関は、複数の気筒を有する内燃機関において、前記内燃機関本体のシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドに形成される複数の排気管と、前記排気管が集合する排気集合部と、排気出口の周囲に設けられる取り付け用フランジ面と、前記取り付け用フランジ面に取り付けられるタービンを有する過給機と、前記排気出口と前記タービンのスクロールをつなぐ排気通路とを備え、前記排気通路は、前記取り付け用フランジ面に対して斜め方向に横断するように形成されていることを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、排気出口の管路を斜め上方に向けたため、排気通路が取り付け用フランジ面に対して斜め方向に横断して排気出口につながっており、排気出口の経路を水平方向に延ばさず過給器のタービンに接続させることで、排気バルブからタービン入り口までの距離を短く設定でき、内燃機関を小型化しつつタービンおよび排気管の熱容量によって損失する熱損失を抑制することができる。これにより、触媒ライトオフ性能（触媒が活性化するまでの時間が短いほど良い）が向上する。

また、シリンダヘッド内の排気通路から排気タービン入り口までがスムーズに接続されるため、排気の流れに乱れが生じず、圧力損失が抑制され、また、距離が短くなることによって排気通路の体積が少なくなるため、ターボラグの縮小ができる。更に、ターボ内の排気通路が短くできることで、ターボ本体の高温時の強度が高い高価な材料の重量も低減でき、軽量化と低コスト化ができる。

そして、請求項２に係る本発明の内燃機関は、前記排気集合部の少なくとも一部は、前記シリンダヘッドの内部に形成されたこと特徴とする。

請求項２に係る本発明では、内燃機関を小型化しつつタービンおよび排気管の熱容量が低減でき、排気エネルギーの損失をさらに低減できる。

また、請求項３に係る本発明の内燃機関は、請求項２に記載の内燃機関において、前記排気通路は、前記タービンの前記スクロールの入り口中心円弧に略接線でつながるように形成されたことを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、シリンダヘッド内の排気出口近傍の排気通路からタービンのスクロールの間に曲げ配管がなく、内燃機関の排気を圧力損失を発生させることなくタービンのスクロールに供給できるとともに、排気通路が傾斜して配置され内燃機関の幅方向(車両前後方向)長さを短くでき、小型化できるとともに、排気バルブからタービン入り口までを略一直線で結ぶことにより、排気ガスの経路が急激に上側に曲げられることがなく、排気管の曲がりによる排気圧力損失の発生を抑制できる。

また、請求項４に係る本発明の内燃機関は、請求項２に記載の内燃機関において、前記排気通路は、前記シリンダヘッドの排気出口近傍から前記タービンの前記スクロールの入り口中心円弧に連続する曲線でつながるように形成されたことを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、シリンダヘッド内の排気出口近傍の排気通路からタービンのスクロールまでが連続した曲線なので、内燃機関の排気を圧力損失を発生させることなくタービンのスクロールに供給できるとともに、排気通路が傾斜して配置され内燃機関の幅方向(車両前後方向)長さを短くでき、小型化できるとともに、排気ガスの経路が急激に曲げられることがなく、排気管の曲がりによる排気圧力損失の発生を抑制できる。

また、請求項５に係る本発明の内燃機関は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関において、前記排気通路は、フランジを介して前記取り付け用フランジ面に接続され、前記排気通路の外壁には、前記外壁に沿って前記フランジに接続するリブが形成されていることを特徴とする。

請求項５に係る本発明では、排気通路の外壁とフランジとの間に亘りリブが形成されているので、排気通路を支える部材が必要なく、また、リブが放熱部材として機能し、かつ、シリンダヘッド内の冷却水に熱を伝えることで、タービン入り口の排気温度を低下させることができる。また、ターボ本体の温度低下も可能となり、熱による部材強度の低下が避けられ、軽量化や安価な材料採用が可能となる。

本発明の内燃機関は、過給機を備えた内燃機関であっても、性能を低下させることなく小型化を図ることが可能になる。

本発明の一実施例に係る内燃機関を説明する車両の概念図である。 本発明の一実施例に係る車両の内燃機関の概略系統図である。 本発明の一実施例に係る車両の内燃機関の外観図である。 本発明の一実施例に係る車両の内燃機関の外観図である。 燃料噴射弁の燃料供給経路を表す内燃機関の外観図である。 過給機の取付き状況を表す車両の内燃機関の外観図である。 車両の幅方向の側面側から見た内燃機関の要部の正面図である。 図７の断面図である。 他の実施例の断面図である。

図１、図２に基づいて本発明の一実施例に係る内燃機関の全体構成を説明する。

図１には本発明の一実施例に係る内燃機関を説明する車両の概念、図２には本発明の一実施例に係る車両の内燃機関の概略系統を示してある。

図１に基づいて内燃機関の搭載状況を説明する。

図に示すように、車両１の前方のエンジンルームには、内燃機関（エンジン）２が搭載され、エンジン２には、シリンダブロック３及びシリンダヘッド４を含む機関本体（エンジン本体）５が備えられている。エンジン２（エンジン本体５）はクランクシャフト６が車両１の幅方向に延びて配置されている。

エンジン２（エンジン本体５）の車両１の前側には、吸気系（吸気マニホールド、インタークーラ２４、燃料供給系等）が備えられ、エンジン２（エンジン本体５）の車両１の後側には、排気系（排気管、過給機、ウエイストゲート弁、排気浄化触媒等）が備えられている。

車両１の前側におけるエンジン本体５のシリンダヘッド４の上部（シリンダヘッドカバーの上部）には高圧燃料ポンプ１１が取り付けられ、高圧燃料ポンプ１１はカムシャフトに設けられたポンプカムにより駆動される。エンジン２には、エンジン本体５の各気筒の燃焼室に燃料を直接噴射する筒内噴射弁が気筒毎に備えられ、高圧燃料供給経路を介して高圧燃料ポンプ１１からの燃料が筒内噴射弁に供給される。

エンジン２には、エンジン本体５の各気筒の吸気通路に燃料を噴射するポート噴射弁が吸気通路毎に備えられ、燃料タンク内の低圧燃料ポンプの駆動により低圧燃料供給経路を介して燃料がポート噴射弁に供給される。

図２に基づいてエンジン２の系統（構成）の概略を説明する。

図に示すように、エンジン２のシリンダヘッド４には気筒毎に吸気ポート７が形成され、各吸気ポート７の燃焼室１２側には吸気バルブ８がそれぞれ設けられている。吸気バルブ８はエンジン回転に応じて回転するカムシャフトのカムに倣って開閉動作され、各吸気ポート７と燃焼室１２との連通・遮断を行う。

各吸気ポート７には吸気マニホールド９の一端がそれぞれ接続され、各吸気ポート７に吸気マニホールド９が連通している。シリンダヘッド４（または吸気マニホールド９）にはポート噴射弁１３が取り付けられ、低圧燃料ポンプの駆動によりポート噴射弁１３に燃料が送られる。

また、エンジン２のシリンダヘッド４には気筒毎に排気ポート１６がそれぞれ設けられ、各排気ポート１６の燃焼室１２側には排気バルブ１０がそれぞれ設けられている。排気バルブ１０はエンジン回転に応じて回転するカムシャフトのカムに倣って開閉動作され、各排気ポート１６と燃焼室１２との連通・遮断を行う。

エンジン２のシリンダヘッド４には、排気ポート１６と一体となる排気マニホールド１７が形成され、排気ポート１６及び排気マニホールド１７がシリンダヘッド４の内部に収容されて排気集合管が構成されている。排気マニホールド１７の他端が排気出口とされ、シリンダヘッド４から取り付け用フランジ面３６（後述する図６から図８参照）を介して外に開口している。

尚、後述する図８に示すように、シリンダヘッド４の集合部および排気ポート１６、排気マニホールド１７および取り付け用フランジ面３６の周囲にはシリンダヘッド４を冷却する冷却水が流通する冷却水通路６１、６２、６３が配置されている。

一方、シリンダヘッド４には燃焼室１２に臨む筒内噴射弁１８が取り付けられ、高圧燃料ポンプ１１の駆動により筒内噴射弁１８に燃料が送られる。

上述したエンジン２は、運転状態に応じて、低圧燃料ポンプの駆動によるポート噴射弁１３からの燃料噴射と、高圧燃料ポンプ１１の駆動による筒内噴射弁１８から燃料噴射とが適宜制御される。

吸気マニホールド９には吸気管２１が接続され、シリンダヘッド４から外に開口する排気マニホールド１７の排気出口には、過給機としてターボチャージャ２３のタービン２３ａの排気通路２０が接続されている。具体的には後述するが、排気通路２０は、排気マニホールド１７の排気出口の取り付け用フランジ面に対し斜め方向に横断するように形成されている。即ち、ターボチャージャ２３は、排気マニホールド１７の排気出口（シリンダヘッド４から臨む排気開口）の上方に配されている。

ターボチャージャ２３のタービン２３ａにはコンプレッサ２３ｂが連結され、ターボチャージャ２３のコンプレッサ２３ｂには吸気管２１が接続されている。エンジン２の排気ガスが排気通路２０からターボチャージャ２３に送られると、排気ガスの流れによりタービン２３ａが回転し、タービン２３ａの回転に伴ってコンプレッサ２３ｂが回転して吸気管２１内の吸気が過給される。

ターボチャージャ２３のコンプレッサ２３ｂの下流側の吸気管２１にはインタークーラ２４が配され、ターボチャージャ２３で過給された吸気は、インタークーラ２４で冷却されてスロットル弁２５を介して燃焼室１２に送られる。ターボチャージャ２３のタービン２３ａの出口には排気管２２が接続され、排気管２２には排気浄化触媒２６が備えられている。

ターボチャージャ２３のタービン２３ａの上流側の排気通路２０と下流側の排気管２２との間にはウエイストゲート弁（ＷＧ弁）２７が設けられ、電動アクチュエータ２７ａの駆動によるＷＧ弁２７の開閉によりターボチャージャ２３のタービン２３ａに送られる排気の量が調整されて過給圧が調整される。

図３から図５に基づいてエンジン２の構造を具体的に説明する。

図３には車両１の前方側（車両前側から見た状態）のエンジン２の外観、図４には車両１の後方側（車両後側から見た状態）のエンジン２の外観、図５には燃料噴射弁の燃料供給経路を表すエンジン２の外観を示してある。尚、図５は図３においてインタークーラ２４及び吸気マニホールド９を外した状態の外観図である。

図３、図４に示すように、車両１の後方側（図４で示されている側）におけるエンジン本体５にはターボチャージャ２３が取り付けられている。また、車両１の前方側（図３で示されている側）におけるエンジン本体５の吸気マニホールド９にはインタークーラ２４が取り付けられている。

ターボチャージャ２３のタービン２３ａの入口側は、シリンダヘッド４から外に開口する排気マニホールド１７（図２参照）の排気出口に排気通路２０（図２参照）を介して接続され、タービン２３ａの出口側には、排気浄化触媒２６を備えた排気管２２が接続されている。ターボチャージャ２３のコンプレッサ２３ｂの入口側は、図示しない外気導入系に接続されて外気が導入され、コンプレッサ２３ｂの出口側には、インタークーラ２４の上流側の吸気管２１ａが接続されている。

吸気管２１ａは、車両１の前側から見た状態で（図３の状態で）、車幅方向の右側でコンプレッサ２３ｂに接続され、左側手前に向かって延びてインタークーラ２４の入口側に接続されている。車両１の後側から見た状態では（図４の状態では）、車幅方向の左側でコンプレッサに接続され、右側前方に向かって延びてインタークーラ２４の入口側に接続されている。

図３に示すように、インタークーラ２４の出口側（図中右側）にはインタークーラ２４の下流側の吸気管２１ｂ（図４参照）が接続され、吸気管２１ｂはスロットル弁２５（スロットルボデー）を介して吸気マニホールド９（図２参照）に接続されている。

図４に示すように、車両１の後方側におけるエンジン本体５のターボチャージャ２３のコンプレッサ２３ｂの下部には、ＷＧ弁２７の電動アクチュエータ２７ａが設けられている。ＷＧ弁２７の電動アクチュエータ２７ａは、ターボチャージャ２３に対し、車両の後方側（図中手前側）にずれて配され、ターボチャージャ２３のコンプレッサ２３ｂに対して図中左側（車両１の前進方向左側）にずれて配されている。

また、ＷＧ弁２７の電動アクチュエータ２７ａは、排気浄化触媒２６に対し排気マニホールド１７（図２参照）の排気出口（排気集合部）の位置を挟んで図中左側（車両１の前進方向左側）に位置している。

図５に示すように、低圧燃料ポンプの駆動により燃料が供給される低圧デリバリー３２が備えられ、低圧デリバリー３２から各吸気ポート７のポート噴射弁１３に送られる（低圧燃料供給経路）。

シリンダヘッド４の上部には、高圧燃料ポンプ１１が上向きに設けられ、駆動用のプランジャが下側に付勢されている。高圧燃料ポンプ１１はカムシャフトの回転により駆動され、ポンプカムによりプランジャが付勢力に抗して上側に駆動される。高圧燃料ポンプ１１が駆動されることにより燃料供給路が開き、燃料が高圧デリバリー３３から各筒内噴射弁１８に送られる（高圧燃料供給経路）。

図６から図８に基づいてターボチャージャ２３の取付き状況を説明する。

図６には車両の後方側のエンジン２の要部を現す外観を示してあり、図４に対応してターボチャージャ２３に関係する部位を主に示してある。図７には車両１の前進方向に向かって右側からエンジン２を見た要部の正面視（エンジン２の前後方向としては前側から見た状態：図中右側が車両１の前後方向の前方側）を示してある。

また、図８には、排気マニホールド１７の排気出口、及び、ターボチャージャ２３（排気通路２０の部位：排気出口に接続する端部）の形状を説明するために図７を断面にした状態を示してある。

図６、図７に示すように、シリンダヘッド４には、複数の排気ポート１６及び排気マニホールド１７が一体となった排気集合管が形成され、シリンダヘッド４から外に臨む排気集合管の出口の周囲は取り付け用フランジ面３６とされている。取り付け用フランジ面３６には排気通路２０が接続されている。

ターボチャージャ２３の排気通路２０は、タービン２３ａのスクロールと排気マニホールド１７をつなぐ通路となっている。排気通路２０は、取り付け用フランジ面３６に対し、斜め方向に横断するように形成されている。

つまり、ターボチャージャ２３は、排気集合管の排気出口（シリンダヘッド４から臨む排気開口）の上方に配され、ターボチャージャ２３の本体の一部（排気通路２０）がそのまま排気集合管（排気マニホールド１７）に接続された状態の構造となり、小型化を図ることができ、熱容量を減らすことができる。

上述したエンジン２は、排気集合管（複数の排気ポート１６及び排気マニホールド１７）がシリンダヘッド４の内部に一体的に形成され、排気集合管の排気出口の上方（エンジン本体５の上方側）にターボチャージャ２３が配されているので、スペースを有効に利用してエンジン２の小型化を図ることができる。しかも、エンジン２の各気筒と排気浄化装置との距離を短くし、排気浄化装置までの熱容量を減らすことでエンジン２の暖機運転時に早期に排気浄化装置を活性化させることができる。

尚、排気集合部は、必ずしも全てがシリンダヘッド４の内部に内臓されている必要は無く、排気集合部の一部がシリンダヘッド４の外側で集合する形状であってもよい。

図８に基づいて排気集合管（排気マニホールド１７）及びターボチャージャ２３（排気通路２０）を具体的に説明する。

図に示すように、排気集合管の排気出口３５の周囲の取り付け用フランジ面３６にはターボチャージャ２３の排気通路２０のフランジ３７が接続されている。ターボチャージャ２３のタービン２３ａの動翼Ｗの回転軸周りには渦巻き形状のスクロール４０が形成され、動翼Ｗの周方向の端面部から排気ガスが供給される。ターボチャージャ２３の排気通路２０は、通路中心Ａ（一点鎖線）がタービン２３ａのスクロール４０の入り口中心円弧Ｓ（点線）に略接線でつながるように形成されている。

具体的には、排気ポート１６から排気マニホールド１７の通路が斜め上方に向かってつながっている。排気マニホールド１７の他端である排気出口３５にターボチャージャ２３の排気通路２０が接続され、斜め上方に延びる、排気マニホールド１７の通路（斜め上方に延びる通路）の排気出口３５の中心が、排気通路２０の通路中心Ａ（一点鎖線）と一致している。そして、排気通路２０の通路中心Ａが斜め上方に延びてスクロール４０の入り口中心円弧Ｓに略接線でつながるようになっている。

このため、ターボチャージャ２３のタービン２３ａは、タービン２３ａの回転方向の進入角度に対し、排気ガスの流れの中心が最適な状態でタービン翼（動翼Ｗ）に進入するように設計されている。つまり、タービン２３ａのスクロール４０と排気集合管の間に曲げ部がない。

これにより、排気通路２０が傾斜して配置され内燃機関の幅方向長さを短くでき、内燃機関を小型化できるとともに、内燃機関の排気の圧力が曲がり部により損失することなくタービン２３ａのスクロール４０に供給でき、排気集合部から出た排気がエネルギー損失を発生させることなく、タービンに対し効率的に排気エネルギーを供給する。

排気エネルギーをタービンに対し効率的に供給できると次のような効果が得られる。

まず、第一に過給レスポンスの低下が抑制される。排気エネルギーが損失すると、タービンを回転させる仕事が失われタービン回転数が上昇し難くなる。タービン回転数が上昇しないとタービン翼と同軸上に配置されたコンプレッサ翼の回転速度が上昇せず、コンプレッサで吸入空気を圧縮する仕事量が減る。即ち、過給圧が上昇しがたくなる。このような状況は吸入空気量が少なく、排気エネルギー量が少ない低回転・低負荷で顕著に発生する。

つまり、低回転・低負荷での過給レスポンスが低下し、内燃機関の応答性が悪化する。即ち、ドライバーがアクセルを踏み込んだ際に内燃機関が出力を発生させるまでの時間が長くなり、車両としてのドライバビリティーが悪化する。

第二に排気エネルギーが損失すると触媒に供給される排気エネルギーが減少し、触媒ライトオフ性能が悪化するが、これを抑制でき、さらには触媒昇温モード中の燃料供給量を減らすことに繋がる。即ち、触媒昇温モード時においては点火時期を遅角させて、燃焼タイミングを通常よりも後工程にし、より多くの排気エネルギーが触媒に供給されるように制御している。

このような場合は、通常の点火タイミングよりも燃焼は不安定となりやすく、燃焼を安定させるために内燃機関の回転数を上昇させたり、あるいは燃料噴射量を多くしたりすることで、燃焼を維持する。この触媒昇温時間が長ければ長いほど燃料消費量が多くなり、燃費が悪化する。つまり、排気エネルギー損失を抑えることで、触媒昇温時間が減少し、燃料消費の悪化を抑制できる。

第三に曲げ部によって排気圧損が生じることによる、排気圧力の上昇を防止でき、気筒内に排気が逆流する現象である内部ＥＧＲの増加を抑えることができることである。これにより、内部ＥＧＲによって、筒内の吸気温度が上昇し、ノックが発生しやすくなる現象を抑制し、燃焼効率を維持することができる。

特に、高回転・高負荷領域では吸入空気量が多く排気圧力が高まる。このような状況で排気圧力が上昇すると内部ＥＧＲの増大によりノックが早期に発生し、点火時期を適切な時期に設定できず内燃機関の性能低下の原因となる。

一方、タービン２３ａのスクロール４０の入り口中心円弧Ｓに、通路中心Ａが略接線でつながるように形成された排気通路２０は、外壁に沿ってフランジ３７に接続するリブ４５が形成されている。

排気通路２０には、フランジ３７に接続するリブ４５が形成されているので、排気通路２０を支えるための部材を設けることなく、排気通路２０をシリンダヘッド４に支持し、排気通路に使われる部品を最小限にして、熱容量を減らすともに、排気通路の外壁の表面積を増加させて放熱部材として機能させる。

即ち、リブ部で排気通路を保持する役割と排気通路を保持する役割を持たせることで、排気系全体として熱容量を低減しつつ、効率的に放熱できるよう表面積を増大させ、高温になった際に、排気系の熱をリブ４５で放熱することができる。

これにより、内燃機関が高負荷で運転する際に、排気系部品の熱害保護のため、燃料冷却により排気ガス温度を低下させる制御があるが、この制御の機会を減らし、燃料消費を抑制することができる。しかも、シリンダヘッド４の冷却水通路の近傍にリブ４５が配されることになるため、熱が伝わり難く放熱に有利になるので、さらに燃料冷却の機会を少なくすることができる。

尚、コンプレッサ２３ｂ側にブラケット等を設けてエンジン本体５に取り付けるようにしてもよいし、リブを複数設けて、ターボチャージャに対する支持力を向上するとともに、放熱部の面積が増加するようにしても良い。

尚、排気集合管の排気出口３５の出口部の径に対し、排気通路２０の一端の径を大きくすることが好ましい。排気通路２０は、排気集合管の取り付き用フランジ面３６に対して、位置を合わせてロックピン等を用いてシリンダヘッド４に接合される。この時に、万一、位置がずれた場合でも、排気通路２０の一端の径が大きくされていれば、排気出口３５を流通する排気ガスの流れに影響を及ぼすことが少ない。

上述した車両１のエンジン２は、排気集合管がシリンダヘッド４の内部に一体的に形成され、排気集合管の排気出口３５の上方側にターボチャージャ２３が配されているので、エンジン２の小型化を図ることができる。

そして、排気出口３５の管路が斜め上方に向けられ、排気通路２０の一端に排気出口３５がつながれているので、エンジン２の上方側にターボチャージャ２３が配されていても、排気ガスの経路が急激に上側に曲げられることがなく、圧力損失を抑制して応答性の低下を抑えることができる。

このため、ターボチャージャ２３を備えたエンジン２であっても、性能を低下させることなく小型化を図ることが可能になる。

上述した実施例では、排気マニホールド１７の排気出口（シリンダヘッド４から臨む排気開口）の上方にターボチャージャ２３を配し、排気マニホールド１７の排気出口の取り付け用フランジ面に対し斜め方向に排気通路２０が横断するように形成された構成を例に挙げて説明したが、ターボチャージャを排気マニホールド１７の排気出口（シリンダヘッド４から臨む排気開口）の下側に配することも可能である。

図９に基づいてターボチャージャを排気マニホールド１７の排気出口の下側に配した例を説明する。

図９には、排気マニホールド１７の排気出口の下側にターボチャージャを配した状態の断面を示してある。図８に示した部材と同一部材には同一符号を付してある。

ターボチャージャ５１は、排気マニホールド１７の排気出口（シリンダヘッド４から臨む排気開口）の下方に配されている。排気集合管の排気出口３５の周囲の取り付け用フランジ面３６にはターボチャージャ５１の排気通路５２のフランジ５３が接続されている。ターボチャージャ５１の排気通路５２は、排気マニホールド１７の排気出口の取り付け用フランジ面に対し斜め方向に排気通路が横断するように形成されている。

排気マニホールド１７の排気出口の下側に配されたターボチャージャ５１のタービン５１ａには動翼Ｗが備えられ、動翼Ｗの回転軸周りには渦巻き形状のスクロール５５が形成され、動翼Ｗの周方向の端面部から排気ガスが供給される。ターボチャージャ５１の排気通路５２は、通路中心Ａ（一点鎖線）がタービン５１ａのスクロール５５の入り口中心円弧Ｓ（点線）に略接線でつながるように形成されている。

このため、タービン５１ａのスクロール５５と排気集合管の間に曲げ配管がなく、内燃機関の排気圧力を損失することなくタービン５１ａのスクロール５５に供給できるとともに、排気通路５２が傾斜して配置され内燃機関の幅方向(車両前後方向)長さを短くでき、小型化が可能になる。

これにより、シリンダヘッド４の下方側にターボチャージャ５１が配されていても、排気出口の経路を水平方向に延ばして下に向ける必要がないため、排気ガスの経路が急激に曲げられることがなく、排気ガスの流れの圧力損失を抑制してターボチャージャ５１の応答性の低下を抑えることができる。

一方、タービン５１ａの外壁にはフランジ３７に接続するリブ５６が形成されている。リブ５６が形成されているので、タービン５１ａを支えるための部材を設けることなく、タービン５１ａをシリンダヘッド４に支持することができる。

また、図８に示した実施例と同様に、リブ５６は放熱部材として機能するので、高温になる排気系の熱をリブ５６で放熱することができる。しかも、シリンダヘッド４の冷却水通路６１の近傍にリブ５６が配されることになるため、高温時は冷却水からからの冷却効果が得られ放熱に有利になる。更に、ターボ本体の温度低下も可能となり，熱による部材強度の低下が避けられ，軽量化や安価な材料採用が可能となる。

そして、排気集合管の排気出口３５の下方側にターボチャージャ５１が配されているので、エンジンの小型化を図ることができる。そして、排気出口３５の管路が斜め上方に向けられ、排気通路５２の一端に排気出口３５がつながれているので、エンジンの下方側にターボチャージャ５１が配されていても、排気ガスの経路が急激に上側に曲げられることがなく、圧力損失を抑制して応答性の低下を抑えることができる。

本発明は、過給機が備えられた内燃機関の産業分野で利用することができる。

１ 車両
２ 内燃機関（エンジン）
３ シリンダブロック
４ シリンダヘッド
５ 機関本体（エンジン本体）
７ 吸気ポート
８ 吸気バルブ
９ 吸気マニホールド
１０ 排気バルブ
１１ 高圧燃料ポンプ
１２ 燃焼室
１３ ポート噴射弁
１６ 排気ポート
１７ 排気マニホールド
１８ 筒内噴射弁
２０、５２ 排気通路
２１ 吸気管
２２ 排気管
２３、５１ ターボチャージャ
２４ インタークーラ
２５ スロットル弁
２７ ウエイストゲート弁（ＷＧ弁）
３０ 高圧燃料配管
３２ 低圧デリバリー
３３ 高圧デリバリー
３５ 排気出口
３６ 取り付け用フランジ面
３７、５３ フランジ
４０、５５ スクロール
４５、５６ リブ
６１、６２、６３ 冷却水通路

Claims (5)

1. 複数の気筒を有する内燃機関において、
   前記内燃機関本体のシリンダヘッドと、
   前記シリンダヘッドに形成される複数の排気管と、
   前記排気管が集合する排気集合部と、
   排気出口の周囲に設けられる取り付け用フランジ面と、
   前記取り付け用フランジ面に取り付けられるタービンを有する過給機と、
   前記排気出口と前記タービンのスクロールをつなぐ排気通路とを備え、
   前記排気通路は、
   前記取り付け用フランジ面に対して斜め方向に横断するように形成されている
   ことを特徴とする内燃機関。
2. 請求項１に記載の内燃機関において、
   前記排気集合部の少なくとも一部は、前記シリンダヘッドの内部に形成される
   ことを特徴とする内燃機関。
3. 請求項２に記載の内燃機関において、
   前記排気通路は、
   前記タービンの前記スクロールの入り口中心円弧に略接線でつながるように形成された
   ことを特徴とする内燃機関。
4. 請求項２に記載の内燃機関において、
   前記排気通路は、前記シリンダヘッドの排気出口近傍から前記タービンの前記スクロールの入り口中心円弧に連続する曲線でつながるように形成された
   ことを特徴とする内燃機関。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関において、
   前記排気通路は、フランジを介して前記取り付け用フランジ面に接続され、
   前記排気通路の外壁には、前記外壁に沿って前記フランジに接続するリブが形成されている
   ことを特徴とする内燃機関。

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