JP2016205155A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】タービンハウジングを、ステー部材を介してエンジン本体に支持する構成に対し、ステー部材の下側に配設されている補機類に熱害を与えないようにする。【解決手段】タービンハウジング２および排気管３を覆うヒートインシュレータ４に、車両走行風を導入する走行風導入部４３と、排気管３の外面に沿って走行風を流す走行風導出部４４とを備えさせる。ステー部材５におけるエンジン本体１に対する接続位置をタービンホイールの回転中心Ｏ１よりも高い位置に設定し、この接続位置近傍におけるステー部材５とエンジン本体１との間に、ステー部材５の上側空間と下側空間とを連通させる連通空間Ｓを形成する。車両走行風のうちタービンハウジング２よりも上側の空間を通過した比較的低温度の車両走行風が連通空間Ｓを通過してステー部材５の下側空間に流れ込むため、この下側空間に配設されている補機類６に熱害を与えてしまうことを回避できる。【選択図】図１

Description

本発明は自動車などに搭載される内燃機関に係る。特に、本発明は過給機を備えた内燃機関の排気系の構造に関する。

従来、特許文献１に開示されているように、内燃機関（以下、エンジンという）の排気系部品をヒートインシュレータによって覆うことで、排気系部品からの輻射熱が他の部品に伝わることを防止する構成が知られている。

特許文献１に開示されている排気系の構造としては、ターボチャージャのタービンハウジングをステーによってエンジン本体（具体的にはシリンダブロック）に支持した構成に対し、タービンハウジングの下側を覆うヒートインシュレータ（遮熱板）をステーに一体的に取り付けている。具体的には、ステーに、ターボ側支持部と本体側支持部とを備えさせ、ターボ側支持部にヒートインシュレータを取り付けると共に、このターボ側支持部にタービンハウジングをボルト止めにより支持する。一方、本体側支持部を二股形状にして一対の脚部を設け、これら脚部それぞれをエンジン本体にボルト止めした構成となっている。

特開２００７−２９７９８２号公報

しかしながら、特許文献１の構成にあっては、車両走行時の走行風がタービンハウジング周辺を流れて加熱され、この高温となった空気が、前記ステーの一対の脚部とエンジン本体との間に形成されている隙間からステー下側に流れ込む可能性がある。このステー下側に補機類が配設されている場合、このステー下側に流れ込む高温の空気によって補機類に熱害を与えてしまう可能性がある。

ステーの本体側支持部を二股形状にせず、ステーとエンジン本体との間に隙間を形成しないことで、ステー下側に高温の空気を流れ込ませないようにすることも考えられる。しかし、この構成にあっては、タービンハウジングからの輻射熱によってステーが加熱され、このステーからの熱によって、ステー下側に配設されている補機類が加熱されることになり、この場合にも補機類に熱害を与えてしまう可能性がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ステーの下側に配設されている補機類に熱害を与えないようにする内燃機関を提供することにある。

前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、車両に搭載され、排気通路の一部を構成するタービンハウジングを覆うヒートインシュレータを備えていると共に、前記タービンハウジングを内燃機関本体に支持するステー部材を備え、このステー部材と前記ヒートインシュレータとを接続した内燃機関を前提とする。この内燃機関に対し、前記ヒートインシュレータに、このヒートインシュレータと前記内燃機関本体との間の空間に車両走行風を導入する走行風導入部と、前記タービンハウジングよりも排気流れ方向下流側の排気通路を構成する排気管を覆い且つこの排気管の外面との間に所定間隔を存することで前記タービンハウジングの外周囲を流れた走行風を前記排気管の外面に沿って流した後に前記空間から導出する走行風導出部とを備えさせる。また、前記ステー部材における前記内燃機関本体に対する接続位置を、前記タービンハウジングに収容されているタービンホイールの回転中心よりも高い位置に設定し、この接続位置近傍における前記ステー部材と前記内燃機関本体との間に、前記ステー部材の上側空間と下側空間とを連通させる連通空間を形成する。

この特定事項により、ヒートインシュレータの走行風導入部から、このヒートインシュレータと内燃機関本体との間の空間に導入された車両走行風のうち、タービンハウジングの外周囲を流れることで、このタービンハウジングから熱を受けて高温となったものは、ヒートインシュレータの走行風導出部によって排気管の外面に沿って流れることになる。このため、この高温となった走行風は、ステー部材の下側空間に流れ込むことなく、排気管の外面に沿って流れ、ヒートインシュレータの走行風導出部によってヒートインシュレータと内燃機関本体との間の空間から導出される。

一方、走行風導入部からヒートインシュレータと内燃機関本体との間の空間に導入されてタービンハウジングよりも上側の空間を通過した車両走行風は、ステー部材と内燃機関本体との間に形成されている連通空間を通過してステー部材の下側空間に流れ込むことになる。この車両走行風はタービンハウジングよりも上側の空間を通過していることで、タービンハウジングからの受熱量は少なく、比較的低温度（タービンハウジングの周辺温度よりも低温度）となっている。このため、ステー部材の下側に補機類が配設されている場合に、比較的低温度の走行風を補機類の外周囲に流すことができ、補機類に熱害を与えてしまうことを回避できる。

本発明では、ステー部材と内燃機関本体との間の連通空間を高い位置に設定することにより、タービンハウジングよりも上側の空間を通過してこのタービンハウジングからの受熱量が少ない車両走行風がステー部材の下側空間に流れ込むようにしている。このため、ステー部材の下側に補機類が配設されている場合に、この補機類が加熱され難くなり、補機類に熱害を与えてしまうことを回避できる。

実施形態に係る排気系の一部の構成を示す図である。 図１におけるII−II線に沿った断面図である。 変形例における図２相当図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、ターボチャージャを備えた車両用ディーゼルエンジンの排気系に本発明を適用した場合について説明する。

図１は実施形態に係る排気系の一部の構成を示す図である。また、図２は図１におけるII−II線に沿った断面図である。

これらの図に示すように、本実施形態に係るエンジンのエンジン本体１は、シリンダブロック１１の上面にシリンダヘッド１２が載置されており、シリンダヘッド１２の排気ポート（図示省略）にターボチャージャのタービンハウジング２が接続されている。

本実施形態におけるシリンダヘッド１２は、多気筒エンジンの各気筒それぞれに連通する複数の排気ポートの排気流れ下流側部分が集合されて成るポート集合部１２ａが一体形成されており、このポート集合部１２ａに対してタービンハウジング２が接続されている。なお、シリンダヘッド１２の側壁面に各気筒毎の排気ポートが開放され、これら排気ポートに排気マニホールドが接続され、この排気マニホールドの下流端部にタービンハウジング２が接続される構成であってもよい。

また、タービンハウジング２の排出側（タービンハウジング２よりも排気流れ方向下流側）には排気管３が連結されている。この排気管３は、タービンハウジング２に対する接続位置から排気ガス流れ方向の下流側に向けて、水平方向に延びた後、下側に延びるように湾曲された形状となっている。この排気管３には図示しない排気浄化触媒およびＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）が備えられている。タービンハウジング２の内部には図示しないタービンホイールが収容されており、エンジンの運転時には、このタービンホイールが排気エネルギを受けて回転し、このタービンホイールと連結軸によって連結された図示しない吸気系に備えられたコンプレッサインペラが回転することで吸気を過給するようになっている。

このような排気系の構成により、前記排気ポート、タービンハウジング２および排気管３によって排気通路が構成されている。つまり、タービンハウジング２は排気通路の一部を構成している。

（ヒートインシュレータ）
前記タービンハウジング２および排気管３は、ヒートインシュレータ４によって覆われている。このヒートインシュレータ４は、ステンレス鋼板やアルミニウムめっき鋼板等の板材で形成され、タービンハウジング２および排気管３の外面（エンジン本体１とは反対側に位置する外面）に近接し、この外面を覆っている。これにより、タービンハウジング２および排気管３を流れる排気ガスの熱が外部に輻射されることを抑制する。

このヒートインシュレータ４は、タービンハウジング２の外面を覆う上流側インシュレータ部４１と、排気管３の外面を覆う下流側インシュレータ部４２とを備えている。

上流側インシュレータ部４１は、タービンハウジング２の外面を覆うと共に図示しないコンプレッサハウジング側（図１における右側）が開放されている。本実施形態に係るエンジンは、図１の右側を車両前方とする縦置き型となっている。従って、車両の走行時には、前記開放部分からヒートインシュレータ４の内側空間（ヒートインシュレータ４とエンジン本体１との間の空間）に走行風が導入されることになる。このため、ヒートインシュレータ４におけるこの開放部分の周辺が走行風導入部４３として形成されている。

一方、下流側インシュレータ部４２は、前記上流側インシュレータ部４１に連続し、排気管３の外面を覆い且つこの排気管３の外面との間に所定間隔を存している。また、この下流側インシュレータ部４２は、排気流れ方向の下流側（図１における下側）が開放されている。従って、この開放部分からヒートインシュレータ４外に走行風が導出されることになる。このため、ヒートインシュレータ４におけるこの開放部分の周辺が走行風導出部４４として形成されている。

（ステー部材）
前記タービンハウジング２は、ステー部材５を介してシリンダブロック１１に取り付けられている。具体的に、このステー部材５は、タービンハウジング２の下側に配設され、ステー本体部５１、第１取り付け部５２、第２取り付け部５３を備えている。

ステー本体部５１は、タービンハウジング２の下側に位置し、このタービンハウジング２の下面との間に所定間隔を存した位置に配置されている。

第１取り付け部５２は、シリンダブロック１１にボルト止めされる部分である。この第１取り付け部５２は、シリンダブロック１１の外壁面に沿って延びる取り付けフランジ５２ａを備えており、この取り付けフランジ５２ａに形成されている貫通孔（図示省略）にボルトＢ１が挿入され、シリンダブロック１１の外壁面に形成されたボルト孔にこのボルトＢ１がねじ込まれることによって、ステー部材５がシリンダブロック１１に固定されている。なお、前記第１取り付け部５２は、ステー部材５の両側（気筒列方向（図１における左右方向）の両側）に設けられており（図中の左側の第１取り付け部は図に現れていない）、この２箇所において、ステー部材５がシリンダブロック１１に固定されている。

また、このステー部材５における第１取り付け部５２が形成されていない領域の端縁５２ｂ（ステー部材５における気筒列方向（図１における左右方向）の中央部分の端縁５２ｂ）は、シリンダブロック１１の外壁面から僅かに後退されており、このシリンダブロック１１の外壁面との間に所定の間隔を存している。つまり、このステー部材５の端縁５２ｂとシリンダブロック１１の外壁面との間には、ステー部材５の上側空間と下側空間とを上下方向で連通する連通空間Ｓが形成されている。

そして、本実施形態の特徴として、この第１取り付け部５２の高さ位置は、前記タービンハウジング２に収容されているタービンホイール（図示省略）の回転中心Ｏ１よりも高い位置に設定されている。従って、前記連通空間Ｓも、タービンホイールの回転中心Ｏ１よりも高い位置に設定されることになる。このため、前記走行風導入部４３からヒートインシュレータ４の内側空間に導入された走行風の一部であって、タービンハウジング２の上側空間を流れる走行風は、タービンハウジング２の周囲を流れることなく、または、タービンハウジング２に達する手前で前記連通空間Ｓを通過することになって、ステー部材５の上側空間から下側空間へ流れ込むようになっている。

第２取り付け部５３は、タービンハウジング２およびヒートインシュレータ４がボルト止めされる部分である。この第２取り付け部５３は、ヒートインシュレータ４の下部の内面に沿って延びる取り付けフランジ５３ａを備えている。この取り付けフランジ５３ａの外面にヒートインシュレータ４が重ね合わされ、この取り付けフランジ５３ａの内面に、タービンハウジング２に一体形成されたブラケット２１が重ね合わされている。これら取り付けフランジ５３ａ、ヒートインシュレータ４、および、タービンハウジング２のブラケット２１にはそれぞれ貫通孔で成るボルト挿入孔（図示省略）が形成されており、これらボルト挿入孔同士が位置合わせされた状態で、これらにボルトＢ２が挿入され、このボルトＢ２にナット（図示省略）が装着されることで、タービンハウジング２およびヒートインシュレータ４がステー部材５に取り付けられている。前述したように、ステー部材５は、第１取り付け部５２がシリンダブロック１１の外壁面に固定されているので、タービンハウジング２およびヒートインシュレータ４は、ステー部材５を介してシリンダブロック１１の外壁面に支持されていることになる。

（補機類）
ステー部材５の下側空間には補機類６が配設されている。この補機類６としてはエンジン始動時にクランキングを行うスタータモータ等が挙げられる。補機類６には、樹脂材料が使用されているものがある。このため、補機類６が高温下に晒されると熱害を受けてしまう可能性がある。

なお、図２に示すように、この補機類６とステー部材５のステー本体部５１との間には、前記連通空間Ｓを通過することで、ステー部材５の上側空間から下側空間へ流れ込んだ走行風を補機類６の外周囲に沿って案内するガイドプレート７が配設されている。

（走行風の流れ）
次に、車両が走行した場合の走行風の流れについて説明する。

車両の走行時にエンジンルーム内に流れ込んだ走行風の一部は、ヒートインシュレータ４の上流側インシュレータ部４１における走行風導入部４３からこのヒートインシュレータ４の内側空間に導入される。

このヒートインシュレータ４の内側空間に導入された車両走行風のうち、タービンハウジング２の周囲を流れることで、このタービンハウジング２から熱を受けて高温となったものは、図１に矢印Ｘ１〜Ｘ３で示すように、ヒートインシュレータ４の下流側インシュレータ部４２における走行風導出部４４によって排気管３の外面に沿って流れることになる。このため、高温となった走行風は、ステー部材５の下側空間（補機類６が配設されている空間）に流れ込むことなく、ヒートインシュレータ４の内側空間から走行風導出部４４を経て外部に排出される。

一方、前記ヒートインシュレータ４の内側空間に導入された車両走行風のうち、タービンハウジング２よりも上側の空間を通過する車両走行風は、図１および図２に矢印Ｙ１，Ｙ２で示すように、タービンハウジング２の周囲を流れることなく、または、タービンハウジング２に達する手前で、ステー部材５の端縁５２ｂとエンジン本体１との間に形成されている前記連通空間Ｓを通過してステー部材５の下側空間に流れ込むことになる。この車両走行風は、タービンハウジング２の周囲を流れることなく、または、タービンハウジング２に達する手前で、前記連通空間Ｓを通過するので、タービンハウジング２からの受熱量は少なく、比較的低温度となっている。このため、ステー部材５の下側に配設されている補機類６が走行風によって加熱されることがなく、この補機類６に熱害を与えてしまうことを回避できる。より具体的には、補機類６の前方側（図１における右側）に他の部材が配設されている場合には、補機類６の前方側からの走行風の流れが、この部材によって妨げられ、補機類６の外周囲に走行風を流すことが難しくなるが、本実施形態の構成によれば、前記連通空間Ｓを通過してステー部材５の下側空間に比較的低温度の走行風を流すことが可能になり、補機類６に熱害を与えてしまうことを回避できる。例えば、タービンハウジング２からの輻射熱によってステー部材５が加熱され、このステー部材５からの熱が下側に輻射される状況であっても、比較的低温度の走行風が、前記連通空間Ｓを通過してステー部材５の下側空間に流れ込むため、補機類６に熱害を与えてしまうことを回避できる。

以上説明したように、本実施形態では、ステー部材５におけるエンジン本体１に対する接続位置を、タービンハウジング２に収容されているタービンホイールの回転中心Ｏ１よりも高い位置に設定し、この接続位置近傍におけるステー部材５の端縁５２ｂとエンジン本体１との間に、ステー部材５の上側空間と下側空間とを連通させる連通空間Ｓを形成している。つまり、タービンハウジング２よりも上側の空間を通過することで比較的低温度となっている車両走行風がステー部材５の下側空間に流れ込むようにしている。このため、ステー部材５の下側に配設されている補機類６の外周囲に比較的低温度の走行風を流すことができ、補機類６に熱害を与えてしまうことを回避できる。

本発明の発明者は、本実施形態の構成に係る排気系の各部の温度について測定を行った。その結果、タービンハウジング２の周辺温度が２００℃に達している状況において、ステー部材５の下側空間の温度（補機類６が晒されている環境温度）は１００℃程度となっており、補機類６の熱害は生じていないことを確認した。

−変形例−
次に変形例について説明する。本変形例は、エンジン本体１およびステー部材５の構成が前記実施形態のものと異なっている。ここでは、前記実施形態との相違点について主に説明する。

図３は、図２における断面位置よりも図中の奥側（タービンハウジング２の配設位置に対応した位置）における断面図である。この図３に示すように、本例に係るシリンダブロック１１の外壁面には、ステー部材５の下面に対して所定間隔を存した位置で水平方向に延びるリブ１３が設けられている。このリブ１３の先端部（図３における左端部）と、前記ガイドプレート７の先端部（図３における右端部）との間は所定間隔を存しており、この両者間に空間Ｓ２が形成されている。このリブ１３は、シリンダブロック１１の外壁面に一体成形されていてもよいし、ボルト止め等の手段によってシリンダブロック１１の外壁面に取り付けられていてもよい。

一方、ステー部材５には、前記リブ１３に対してその上側に所定間隔を存した位置に配置されて、このリブ１３と略平行に延びる水平プレート部５４が一体形成されている。そして、この水平プレート部５４の先端部（図３における右端部）と、シリンダブロック１１の外壁面との間は所定間隔を存しており、この両者間に空間Ｓ１が形成されている。この空間Ｓ１（水平プレート部５４の先端部とシリンダブロック１１の外壁面との間の空間Ｓ１）の形成位置と、前記空間Ｓ２（リブ１３の先端部とガイドプレート７の先端部との間の空間Ｓ２）の形成位置とはオフセットされている。具体的には、空間Ｓ１はシリンダブロック１１の外壁面に近い側に、空間Ｓ２はシリンダブロック１１の外壁面から遠い側にそれぞれ形成されることでオフセットされている。

この構成により、仮にタービンハウジング２の外周囲を流れることで高温となった走行風が前記連通空間Ｓを通過してステー部材５の下側空間に流れ込む状況が生じたとしても、この高温の走行風が、補機類６の配設空間に達するための経路としては、図中に破線の矢印で示すように、水平プレート部５４の先端部とシリンダブロック１１の外壁面との間の空間Ｓ１、および、リブ１３の先端部とガイドプレート７の先端部との間の空間Ｓ２とを通過するものとなる。つまり、この経路がラビリンス構造となっており、高温の走行風が、補機類６の配設空間に流れ込み難い構成となっている。

なお、前記実施形態の場合と同様に、タービンハウジング２よりも上側の空間を通過する低温の走行風は、前記連通空間Ｓを通過してステー部材５の下側空間に流れ込んでいる。つまり、図３に示した断面位置よりも手前側の断面位置では図２で示したものと同様の構成となっており、この低温の走行風が補機類６の配設空間に達するための経路は前記実施形態の場合と同様であってラビリンス構造となっていない。このように、前記ラビリンス構造は、タービンハウジング２の下側部分のみに適用されている。このため、タービンハウジング２の外周囲を流れることで高温となった走行風が前記連通空間Ｓを通過した場合には、前記ラビリンス構造部分を通過することになる一方、タービンハウジング２よりも走行風流れ方向の手前側で前記連通空間Ｓを通過した走行風は前記ラビリンス構造部分を通過することなくステー部材５の下側空間に流れ込むことになる。つまり、高温の走行風は補機類６の配設空間に流れ込み難く、低温の走行風は補機類６の配設空間に流れ込み易い構成となっている。

従って、本例にあっても、ステー部材５の下側に配設されている補機類６の外周囲に比較的低温度の走行風を流すことができ、補機類６に熱害を与えてしまうことを回避できる。

−他の実施形態−
以上説明した実施形態および変形例はディーゼルエンジンの排気系に本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らずガソリンエンジンの排気系に対しても適用が可能である。

本発明は、ターボチャージャを備えた車両用エンジンの排気系の構造に適用可能である。

１ エンジン本体（内燃機関本体）
２ タービンハウジング
３ 排気管
４ ヒートインシュレータ
４３ 走行風導入部
４４ 走行風導出部
５ ステー部材
５２ 第１取り付け部
５３ 第２取り付け部
Ｓ 連通空間
Ｏ１ タービンホイールの回転中心

Claims (1)

1. 車両に搭載され、排気通路の一部を構成するタービンハウジングを覆うヒートインシュレータを備えていると共に、前記タービンハウジングを内燃機関本体に支持するステー部材を備え、このステー部材と前記ヒートインシュレータとを接続した内燃機関において、
   前記ヒートインシュレータは、このヒートインシュレータと前記内燃機関本体との間の空間に車両走行風を導入する走行風導入部と、前記タービンハウジングよりも排気流れ方向下流側の排気通路を構成する排気管を覆い且つこの排気管の外面との間に所定間隔を存することで前記タービンハウジングの外周囲を流れた走行風を前記排気管の外面に沿って流した後に前記空間から導出する走行風導出部とを備えており、
   前記ステー部材における前記内燃機関本体に対する接続位置は、前記タービンハウジングに収容されているタービンホイールの回転中心よりも高い位置に設定されており、この接続位置近傍における前記ステー部材と前記内燃機関本体との間には、前記ステー部材の上側空間と下側空間とを連通させる連通空間が形成されていることを特徴とする内燃機関。

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