JP2016148280A - ターボチャージャ付き内燃機関 - Google Patents

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Abstract

【課題】触媒装置の設置スペースを確保して内燃機関の小型化を図ることができるターボチャージャ付き内燃機関を提供すること。【解決手段】エンジン４において、タービンハウジング１２の下流端に気筒列方向Ａの一方側に開口する開口部１２Ｃが形成されるとともに、開口部１２Ｃの周囲に排気管の上流端に設けられたターボ側フランジ１７Ａが取付けられる。さらに、タービンハウジング１２が気筒列方向Ａの中央付近に設置され、ターボ側フランジ１７Ａが、気筒列方向Ａにおいてヘッド側フランジ１２Ａの気筒列方向Ａの範囲Ｈ内に設置され、触媒装置１６が、気筒列方向Ａの中心線Ｏに対して一方側に設置される。【選択図】図１

Description

本発明は、ターボチャージャ付き内燃機関に関し、特に、排気集合部が形成されたシリンダヘッドを有するターボチャージャ付き内燃機関に関する。
従来から、自動車等の車両に搭載された内燃機関には、シリンダヘッドから排気マニホールドを介して排気された排気ガスのエネルギーを利用して、内燃機関に吸入される吸入空気を過給するターボチャージャが設けられている。
従来のターボチャージャ付き内燃機関としては、排気マニホールドに連結され、排気ガスによって回転するタービンホイールを内蔵するタービンハウジングを有するターボチャージャと、タービンハウジングの下流端に連結される排気管および排気ガスを浄化する触媒を内蔵する触媒ケースを有する触媒装置とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このターボチャージャ付き内燃機関は、排気マニホールドがシリンダヘッドの外方に取付けられているため、排気マニホールドの排気集合部の位置をシリンダヘッドに対して気筒列方向の一端側に片寄せて排気集合部にターボチャージャの上流部を取付けることができる。
これにより、タービンハウジングを含んだターボチャージャをシリンダブロックの気筒列方向の一方側に設置して、シリンダブロックの気筒列方向の他方側に触媒装置を設置する空間を確保できる。このため、シリンダブロックの気筒列方向の幅の範囲内に触媒装置を設置することができ、内燃機関の小型化を図ることができる。
特開２０１１−１４０９０９号公報
上記従来のターボチャージャ付き内燃機関にあっては、排気マニホールドがシリンダヘッドに外付けされて排気集合部の位置を任意に設置することができる。このため、シリンダヘッドに対して気筒列方向の一端側に片寄せて排気集合部にターボチャージャの上流端を接続できる。
ところが、排気集合部がシリンダヘッドの気筒列方向の中央付近に形成されている内燃機関にあっては、ターボチャージャがシリンダヘッドの気筒列方向の中央付近に設置されてしまう。
これにより、ターボチャージャに対して触媒装置をシリンダブロックの気筒列方向の他方側に設置するためのスペースを確保できないおそれがある。このため、触媒装置がシリンダブロックから気筒列方向外方にはみ出すおそれがあり、内燃機関が大型化するおそれがある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、タービンハウジングがシリンダブロックの気筒列方向の中央付近に設置された場合であっても、触媒装置の設置スペースを確保して内燃機関の小型化を図ることができるターボチャージャ付き内燃機関を提供することを目的とするものである。
本発明は、複数の気筒を有するシリンダブロックと、シリンダブロックの上部に設けられて気筒に連通する複数の排気ポートおよび排気ポートの下流端を集合する排気集合部を有し、排気集合部が気筒列方向の中央付近に形成されたシリンダヘッドと、排気集合部から排気された排気ガスによって回転するタービンホイールを有するタービンハウジングおよびヘッド側フランジを有し、ヘッド側フランジが排気集合部の下流で、かつ、タービンホイールの上流側で排気集合部に取付けられるターボチャージャと、タービンホイールよりも下流側でタービンハウジングに取付けられる排気管および排気ガスを浄化する触媒を内蔵する触媒ケースを有し、シリンダブロックに取付けられる触媒装置とを備えたターボチャージャ付き内燃機関であって、タービンハウジングの下流端に気筒列方向の一方側に開口する開口部が形成されるとともに、開口部の周囲に排気管の上流端に設けられたターボ側フランジが取付けられ、タービンハウジングが気筒列方向の中央付近に設置され、ターボ側フランジが、気筒列方向においてヘッド側フランジの気筒列方向の範囲内に設置され、触媒装置が、気筒列方向の中心線に対して一方側に設置されるものから構成されている。
このように上記の本発明によれば、排気管のターボ側フランジをシリンダブロックの気筒列方向の中央付近に寄せることができ、気筒列方向の中心線に対して一方側のスペースを広くできる。このため、触媒装置を気筒列方向の中央付近に近づけて気筒列方向の中心線に対して一方側に設置できる。
この結果、シリンダブロックの気筒列方向の長さを短くでき、内燃機関の小型化を図ることができる。
また、排気管を大きく湾曲させることなく、触媒装置をタービンハウジングに近づけることができるので、排気管を通過する排気ガスの排気抵抗が増大することを防止でき、排気性が悪化することを防止できる。
図１は、本発明の実施の形態に係るターボチャージャ付き内燃機関の一実施の形態を示す図であり、内燃機関および変速機の正面図である。 図２は、本発明の実施の形態に係るターボチャージャ付き内燃機関の一実施の形態を示す図であり、内燃機関および変速機の上面図である。 図３は、本発明の実施の形態に係るターボチャージャ付き内燃機関の一実施の形態を示す図であり、内燃機関の側面図である。 図４は、本発明の実施の形態に係るターボチャージャ付き内燃機関の一実施の形態を示す図であり、内燃機関および変速機の斜視図である。
以下、本発明に係るターボチャージャ付き内燃機関の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１〜図４は、本発明に係る実施の形態のターボチャージャ付き内燃機関を示す図である。
まず、構成を説明する。
図１に示すように、車両１は、車体２を備えている。車体２の前後方向前方にはエンジンルーム３が設けられており、エンジンルーム３には内燃機関を構成するエンジン４およびエンジン４に取付けられた変速機５が収容されている。なお、本実施の形態のエンジン４は、直噴ガソリンエンジンである。
エンジン４は、シリンダブロック６と、シリンダブロック６の上部に設けられたシリンダヘッド７と、シリンダヘッド７の上部に設けられたシリンダヘッドカバー８と、シリンダブロック６の下部に設けられ、オイルが充填されるオイルパン９とを含んで構成される。
シリンダブロック６には図示しないピストンを上下動自在に収容する図示しない複数の気筒が設けられており、ピストンの上下運動は、図示しないクランクシャフトの回転運動に変換される。
変速機５は、シリンダブロック６の気筒列方向（図１、図２、図４の矢印Ａ方向）の一端部に取付けられており、クランクシャフトの回転を変速して左右の駆動輪３１Ｌ、３１Ｒ（図１参照）に伝達する。
シリンダヘッド７には気筒に連通する図示しない複数の排気ポートが形成されている。それぞれの排気ポートの下流端は、排気集合部１０（図２〜図４参照）に集合されており、排気集合部１０は、シリンダヘッド７に直接、形成されている。
図２〜図４において、排気集合部１０の内部には排気ポートの下流端に連通する図示しない排気集合通路が形成されている。排気集合部１０は、シリンダヘッド７における気筒列方向Ａの中央付近に形成されている。なお、気筒列方向Ａの中央付近とは、気筒列方向Ａの中央および気筒列方向Ａの中央に対して一方または他方に若干ずれているものを含む。
エンジン４にはターボチャージャ１１が設けられている。ターボチャージャ１１は、タービンハウジング１２およびコンプレッサハウジング１３を備えている。タービンハウジング１２にはヘッド側フランジ１２Ａが設けられており、ヘッド側フランジ１２Ａは、複数の締結部材１４Ａ〜１４Ｄによって排気集合部１０に締結される。なお、締結部材１４Ａ〜１４Ｄは、ボルトやナット等から構成されている。
図１において、タービンハウジング１２の内部にはタービンホイール１２Ｂが回転自在に設けられており、タービンホイール１２Ｂは、排気集合部１０からタービンハウジング１２に排気された排気ガスによって回転する。
また、ヘッド側フランジ１２Ａは、排気集合部１０の下流で、かつ、タービンホイール１２Ｂの上流側で排気集合部１０に取付けられており、ターボチャージャ１１の上流端は、排気集合部１０に接続される。ここで、上流、下流とは、排気ガスおよび吸気の流れる方向に対して上流、下流を意味する。
コンプレッサハウジング１３の内部にはコンプレッサホイール１３Ａが設けられており、コンプレッサハウジング１３は、図示しないシャフトを介してタービンホイール１２Ｂに接続されている。コンプレッサハウジング１３の下流端は、図示しない排気管を通して吸気ポート１５（図２参照）に接続されている。
ターボチャージャ１１は、排気集合部１０からタービンハウジング１２に排気ガスが排出されると、タービンホイール１２Ｂが回転し、この回転がシャフトからコンプレッサホイール１３Ａに伝達される。これにより、コンプレッサホイール１３Ａが回転して吸気ポート１５を通して吸入空気を気筒に過給する。
図１において、コンプレッサハウジング１３の下流には触媒装置１６が設けられている。触媒装置１６は、タービンホイール１２Ｂよりも下流側でタービンハウジング１２に取付けられる排気管１７および排気ガスを浄化する触媒１８Ａを内蔵する触媒ケース１８を有し、排気管１７および触媒ケース１８に設けられたブラケット１９Ａ、１９Ｂを介してシリンダブロック６に取付けられている。
排気管１７の上流端にはターボ側フランジ１７Ａが形成されており、ターボ側フランジ１７Ａは、複数の締結部材２０によってタービンハウジング１２に固定されている。
本実施の形態のタービンハウジング１２の下流端は、開口部１２Ｃを備えており、開口部１２Ｃは、気筒列方向Ａの一方側に開口している。
開口部１２Ｃの周囲にはターボ側フランジ１７Ａが取付けられており、締結部材２０は、開口部１２Ｃの周囲に設けられている。
タービンハウジング１２は、気筒列方向Ａの中央付近に設置されており、ターボ側フランジ１７Ａは、気筒列方向Ａにおいてヘッド側フランジ１２Ａの気筒列方向Ａの範囲Ｈ（図２参照）内に設置されている。
図１において、排気管１７および触媒ケース１８を含んだ触媒装置１６は、気筒列方向Ａの中心線Ｏに対して一方側、すなわち、変速機５側に設置されている。
ターボチャージャ１１にはオイルドレン管２２が設けられており、オイルドレン管２２は、気筒列方向Ａの中心線Ｏに対して他方側に設置される。ターボチャージャ１１のシャフトは、ターボチャージャ１１に支持されて回転することから、シャフトには図示しない潤滑用のオイルが供給される。
オイルドレン管２２は、ターボチャージャ１１とシリンダブロック６とを連結しており、オイルドレン管２２は、ターボチャージャ１１からシリンダブロック６にオイルを排出する。
締結部材１４Ａ〜１４Ｄは、ヘッド側フランジ１２Ａからタービンハウジング１２側に突出する頭部１４ａを備えている（図３参照）。なお、頭部１４ａは、ボルトの頭部である。図３において、ターボ側フランジ１７Ａには凹部１７ａが形成されており、凹部１７ａは、シリンダヘッド７に対向するターボ側フランジ１７Ａの側面に形成されている。
図３において、複数の締結部材１４Ａ〜１４Ｄのうち、凹部１７ａに対向する締結部材１４Ｂの頭部１４ａは、凹部１７ａの内部に挿入されており、ターボ側フランジ１７Ａは、シリンダヘッド７に近接して設置される。なお、本実施の形態の締結部材１４Ｂは、本発明の締結部材を構成している。
図２において、シリンダヘッドカバー８の上部には燃料ポンプ２１が設けられており、燃料ポンプ２１は、シリンダヘッド７の気筒列方向Ａの一端部、すなわち、変速機５側に取付けられている。また、燃料ポンプ２１は、シリンダヘッドカバー８の気筒列方向Ａと直交する方向（図２、図４の矢印Ｂ方向）において、ターボチャージャ１１が設置された側と反対側、すなわち、吸気側に設置される。
本実施の形態のエンジン４は、直噴ガソリンエンジンであり、燃料ポンプ２１は、高圧燃料を図示しないデリバリパイプを介して気筒毎に設けられた燃料噴射弁に燃料を供給する。燃料噴射弁は、燃料ポンプ２１から供給された高圧燃料を気筒内に直接噴射する。
気筒内は、ターボチャージャ１１によって過給されて圧縮された高温の空気であるので、これに燃料を噴射することで自己着火によりピストンを押し戻す。
このような構成を有するエンジン４にあっては、タービンハウジング１２の下流端に気筒列方向Ａの一方側に開口する開口部１２Ｃが形成されるとともに、開口部１２Ｃの周囲に排気管の上流端に設けられたターボ側フランジ１７Ａが取付けられる。さらに、タービンハウジング１２が気筒列方向Ａの中央付近に設置され、ターボ側フランジ１７Ａが、気筒列方向Ａにおいてヘッド側フランジ１２Ａの気筒列方向Ａの範囲Ｈ内に設置され、触媒装置１６が、気筒列方向Ａの中心線Ｏに対して一方側に設置される。
これにより、排気管１７のターボ側フランジ１７Ａをシリンダブロック６の気筒列方向Ａの中央付近に寄せることができ、気筒列方向Ａの中心線Ｏに対して一方側のスペースを広くできる。このため、触媒装置１６を気筒列方向Ａの中央付近に近づけて気筒列方向Ａの中心線Ｏに対して一方側に設置できる。
この結果、シリンダブロック６の気筒列方向Ａの長さを短くでき、エンジン４の小型化を図ることができる。
また、排気管１７を大きく湾曲させることなく、触媒装置１６をタービンハウジング１２に近づけることができるので、排気管１７を通過する排気ガスの排気抵抗が増大することを防止でき、排気性が悪化することを防止できる。
また、本実施の形態のエンジン４によれば、ターボチャージャ１１とシリンダブロック６とを連結し、ターボチャージャ１１からシリンダブロック６にオイルを排出するオイルドレン管２２を有し、オイルドレン管２２が、気筒列方向Ａの中心線Ｏに対して他方側に設置される。
これにより、タービンハウジング１２を含んだターボチャージャ１１をシリンダブロックの気筒列方向Ａの中央付近に設置して、気筒列方向Ａの中心線Ｏに対して他方側の空間を広くできる。このため、気筒列方向Ａの中心線Ｏに対して他方側の広い空間にオイルドレン管２２を設置できる。したがって、オイルドレン管２２の設置位置の自由度を高くできる。
また、本実施の形態のエンジン４によれば、ヘッド側フランジ１２Ａをシリンダヘッド７に締結するとともに、ヘッド側フランジ１２Ａからタービンハウジング１２側に突出する頭部１４ａを有する締結部材１４Ａ〜１４Ｄを有する。さらに、ターボ側フランジ１７Ａには凹部１７ａが形成されており、凹部１７ａに対向する締結部材１４Ｂの頭部１４ａは、凹部１７ａの内部に挿入される。
これにより、ターボ側フランジ１７Ａをシリンダヘッド７に近づけることができ、触媒装置１６をシリンダブロック６に近づけることができる。このため、ターボチャージャ１１および触媒装置１６を狭い空間に纏めて設置できる。
また、本実施の形態のエンジン４によれば、シリンダヘッド７の上部に設けられるシリンダヘッドカバー８と、シリンダヘッド７の気筒列方向Ａの一端部に燃料ポンプ２１とを有し、燃料ポンプ２１が、シリンダヘッドカバー８の気筒列方向Ａと直交する方向Ｂにおいて、ターボチャージャ１１が設置された側と反対側に設置される。
これにより、燃料ポンプ２１を排気側と反対側の吸気側に設置することで、排気側に燃料ポンプ２１や燃料ポンプ２１に接続される配管を設置するためのスペースを不要にできる。このため、気筒列方向Ａの中心線Ｏに対して一方側のスペースを、触媒装置１６を設置するためのスペースとして有効活用できる。この結果、エンジン４をより効果的に小型化できる。
本発明の実施の形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正および等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。
４...エンジン（内燃機関）、６...シリンダブロック、７...シリンダヘッド、８...シリンダヘッドカバー、１０...排気集合部、１１...ターボチャージャ、１２...タービンハウジング、１２Ａ...ヘッド側フランジ、１２Ｂ...タービンホイール、１２Ｃ...開口部、１７ａ...凹部、１４Ｂ...締結部材、１４ａ...頭部、１６...触媒装置、１７...排気管、１７Ａ...ターボ側フランジ、１７ａ...凹部、１８...触媒ケース、１８Ａ...触媒、２１...燃料ポンプ、２２...オイルドレン管

Claims (4)

  1. 複数の気筒を有するシリンダブロックと、
    前記シリンダブロックの上部に設けられて前記気筒に連通する複数の排気ポートおよび前記排気ポートの下流端を集合する排気集合部を有し、前記排気集合部が前記気筒列方向の中央付近に形成されたシリンダヘッドと、
    前記排気集合部から排気された排気ガスによって回転するタービンホイールを有するタービンハウジングおよびヘッド側フランジを有し、前記ヘッド側フランジが前記排気集合部の下流で、かつ、前記タービンホイールの上流側で前記排気集合部に取付けられるターボチャージャと、
    前記タービンホイールよりも下流側で前記タービンハウジングに取付けられる排気管および排気ガスを浄化する触媒を内蔵する触媒ケースを有し、前記シリンダブロックに取付けられる触媒装置とを備えたターボチャージャ付き内燃機関であって、
    前記タービンハウジングの下流端に前記気筒列方向の一方側に開口する開口部が形成されるとともに、前記開口部の周囲に前記排気管の上流端に設けられたターボ側フランジが取付けられ、
    前記タービンハウジングが前記気筒列方向の中央付近に設置され、
    前記ターボ側フランジが、前記気筒列方向において前記ヘッド側フランジの気筒列方向の範囲内に設置され、
    前記触媒装置が、前記気筒列方向の中心線に対して一方側に設置されることを特徴とするターボチャージャ付き内燃機関。
  2. 前記ターボチャージャと前記シリンダブロックとを連結し、前記ターボチャージャから前記シリンダブロックにオイルを排出するオイルドレン管を有し、
    前記オイルドレン管が、前記気筒列方向の中心線に対して他方側に設置されることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ付き内燃機関。
  3. 前記ヘッド側フランジを前記シリンダヘッドに締結するとともに、前記ヘッド側フランジから前記タービンハウジング側に突出する頭部を有する締結部材を備え、
    前記シリンダヘッドに対向する前記ターボ側フランジの側面に凹部が形成され、
    前記締結部材の頭部を前記凹部の内部に挿入したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のターボチャージャ付き内燃機関。
  4. 前記シリンダヘッドの上部に設けられるシリンダヘッドカバーと、前記シリンダヘッドの気筒列方向一端部に取付けられた燃料ポンプとを有し、
    前記燃料ポンプは、前記シリンダヘッドカバーの気筒列方向と直交する方向において、前記ターボチャージャが設置された側と反対側に設置されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のターボチャージャ付き内燃機関。
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