JP2017186954A - 内燃機関 - Google Patents
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Abstract
【課題】ツインエントリー型のターボチャージャを備える内燃機関において、タービンハウジングに過度の熱応力が発生することを抑制する。
【解決手段】ツインエントリー型のターボチャージャのタービンハウジングには、第1排気マニホールドと連通する第1スクロール室と、第2排気マニホールドと連通する第2スクロール室とが設けられている。第1排気マニホールドの表面積は、第2排気マニホールドの表面積よりも大きく構成され、これらの排気マニホールドは冷却機構によって冷却されている。タービンハウジングには、第1,第2スクロール室をそれぞれ覆うように第1,第2冷却水流路が設けられている。内燃機関は、第1,第2冷却水流路に冷却水を流通させる冷却装置を有し、冷却装置は、第2冷却水流路に導入する冷却水の温度が第1冷却水流路に導入する冷却水の温度よりも低くなるように構成されている。
【選択図】図3
【解決手段】ツインエントリー型のターボチャージャのタービンハウジングには、第1排気マニホールドと連通する第1スクロール室と、第2排気マニホールドと連通する第2スクロール室とが設けられている。第1排気マニホールドの表面積は、第2排気マニホールドの表面積よりも大きく構成され、これらの排気マニホールドは冷却機構によって冷却されている。タービンハウジングには、第1,第2スクロール室をそれぞれ覆うように第1,第2冷却水流路が設けられている。内燃機関は、第1,第2冷却水流路に冷却水を流通させる冷却装置を有し、冷却装置は、第2冷却水流路に導入する冷却水の温度が第1冷却水流路に導入する冷却水の温度よりも低くなるように構成されている。
【選択図】図3
Description
本発明は、内燃機関に係り、特に、ツインエントリー型のターボチャージャのタービンハウジングを冷却する機構を備えた内燃機関に関する。
従来、例えば特許文献1には、ツインエントリー型のターボチャージャを備える内燃機関に関する技術が開示されている。ツインエントリー型のターボチャージャは、タービンに2つの排気ガスの導入口を備えており、複数気筒のうちの第1の気筒群の排気ガスがタービンの一方の導入口に流入され、第2の気筒群の排気ガスがタービンの他方の導入口に流入されるように排気通路が構成されている。
また、上記特許文献1のシステムは、排気ポートを流れる排気ガスを冷却するための2つの異なる冷却系を備えている。具体的には、第1の気筒群の排気ポートを流れる排気ガスは低水温の冷却系で冷却され、第2の気筒群の排気ポートを流れる排気ガスは高水温の冷却系で冷却される。
上記特許文献1のシステムでは、EGRガスとして還流させる排気ガスを、第1の気筒群の排気ガスと第2の気筒群の排気ガスの間で切り替えることができるので、内燃機関の運転状態に応じてEGRガスの温度を変化させることができる。しかしながら、上記特許文献1のシステムでは、異なる温度の排気ガスがツインエントリー型のターボチャージャにそれぞれ導入される。導入された排気ガスは、タービンハウジング内に設けられた各スクロール室を流通する。このため、各スクロール室を流通する排気ガスの温度差が大きい場合には、タービンハウジングに過度の熱応力が発生するおそれがある。
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、ツインエントリー型のターボチャージャを備える内燃機関において、タービンハウジングに過度の熱応力が発生することを抑制することが可能な内燃機関を提供することを目的とする。
本発明は、上記の目的を達成するため、
内燃機関の第1気筒群から排気されるガスが流通する第1排気マニホールドと、
前記第1気筒群とは異なる第2気筒群から排気されるガスが流通する第2排気マニホールドと、
前記第1排気マニホールドに連通する第1スクロール室及び前記第2排気マニホールドに連通する第2スクロール室を有するターボチャージャと、を備え、
前記第1排気マニホールドの壁面の表面積が、前記第2排気マニホールドの壁面の表面積よりも大きい内燃機関において、
前記ターボチャージャは、
タービンホイールの軸線方向において互いに仕切壁で区画された前記第1スクロール室及び前記第2スクロール室を備えるタービンハウジングと、
前記第1スクロール室を覆うように前記タービンハウジングに設けられた第1冷却水流路と、
前記第2スクロール室を覆うように前記タービンハウジングに設けられた第2冷却水流路と、を有し、
前記内燃機関は、前記第1冷却水流路及び前記第2冷却水流路に冷却水を流通させる冷却装置を有し、
前記冷却装置は、前記第2冷却水流路に導入する冷却水の温度が前記第1冷却水流路に導入する冷却水の温度よりも低くなるように構成されていることを特徴としている。
内燃機関の第1気筒群から排気されるガスが流通する第1排気マニホールドと、
前記第1気筒群とは異なる第2気筒群から排気されるガスが流通する第2排気マニホールドと、
前記第1排気マニホールドに連通する第1スクロール室及び前記第2排気マニホールドに連通する第2スクロール室を有するターボチャージャと、を備え、
前記第1排気マニホールドの壁面の表面積が、前記第2排気マニホールドの壁面の表面積よりも大きい内燃機関において、
前記ターボチャージャは、
タービンホイールの軸線方向において互いに仕切壁で区画された前記第1スクロール室及び前記第2スクロール室を備えるタービンハウジングと、
前記第1スクロール室を覆うように前記タービンハウジングに設けられた第1冷却水流路と、
前記第2スクロール室を覆うように前記タービンハウジングに設けられた第2冷却水流路と、を有し、
前記内燃機関は、前記第1冷却水流路及び前記第2冷却水流路に冷却水を流通させる冷却装置を有し、
前記冷却装置は、前記第2冷却水流路に導入する冷却水の温度が前記第1冷却水流路に導入する冷却水の温度よりも低くなるように構成されていることを特徴としている。
第2の発明は、第1の発明において、
前記第1排気マニホールド及び前記第2排気マニホールドは、シリンダヘッドの内部に形成され、
前記シリンダヘッドの内部において前記第1排気マニホールド及び前記第2排気マニホールドの周囲に設けられたウォータジャケットに冷却水を流通させるように構成された冷却機構を備えることを特徴としている。
前記第1排気マニホールド及び前記第2排気マニホールドは、シリンダヘッドの内部に形成され、
前記シリンダヘッドの内部において前記第1排気マニホールド及び前記第2排気マニホールドの周囲に設けられたウォータジャケットに冷却水を流通させるように構成された冷却機構を備えることを特徴としている。
第3の発明は、第1又は第2の発明において、
前記第1冷却水流路と前記第2冷却水流路は直列に接続され、
前記冷却装置は、前記第2冷却水流路から前記第1冷却水流路へと冷却水を流通させるウォータポンプを含んで構成されていることを特徴としている。
前記第1冷却水流路と前記第2冷却水流路は直列に接続され、
前記冷却装置は、前記第2冷却水流路から前記第1冷却水流路へと冷却水を流通させるウォータポンプを含んで構成されていることを特徴としている。
第4の発明は、第1又は第2の発明において、
前記冷却装置は、
第1冷却水を前記第1冷却水流路に流通させる第1ウォータポンプと、
前記第1冷却水よりも低温の第2冷却水を前記第2冷却水流路に流通させる第2ウォータポンプと、
を含んで構成されていることを特徴としている。
前記冷却装置は、
第1冷却水を前記第1冷却水流路に流通させる第1ウォータポンプと、
前記第1冷却水よりも低温の第2冷却水を前記第2冷却水流路に流通させる第2ウォータポンプと、
を含んで構成されていることを特徴としている。
第5の発明は、第4の発明において、
前記第1冷却水は前記内燃機関の本体を通過したエンジン冷却水であり、前記第2冷却水は水冷式のインタークーラを通過した冷却水であることを特徴としている。
前記第1冷却水は前記内燃機関の本体を通過したエンジン冷却水であり、前記第2冷却水は水冷式のインタークーラを通過した冷却水であることを特徴としている。
第1排気マニホールドを流通する排気は、第2排気マニホールドを流通する排気よりも冷却されるため、タービンハウジング内の第1スクロール室と第2スクロール室には、異なる温度の排気ガスが導入される。第1の発明によれば、第2冷却水流路に導入される冷却水の温度が第1冷却水流路に導入される冷却水の温度よりも低くなるように冷却装置が構成されている。このような構成によれば、第2冷却水流路の側のタービンハウジングの領域が第1冷却水流路の側のタービンハウジングの領域よりも冷却される。これにより、タービンハウジングにおける第2スクロール室の側の領域と第1スクロール室の側の領域との温度差を縮小するようにタービンハウジングが冷却されるので、タービンハウジングに過度の熱応力が発生することを抑制することが可能となる。
第2の発明によれば、第1排気マニホールド及び第2排気マニホールドは、シリンダヘッドの内部に形成され、冷却機構は、第1排気マニホールド及び第2排気マニホールドの周囲に設けられたウォータジャケットに冷却水を流通させるように構成されている。このような構成によれば、シリンダヘッドの内部において排気マニホールド内の排気ガスを冷却することができる。
第3の発明によれば、冷却水は、第2スクロール室を覆う第2冷却水流路から第1スクロール室を覆う第1冷却水流路へと流通される。このような構成によれば、第2冷却水流路において第2スクロール室を流れる排気ガスとの間で熱交換された後の冷却水が第1冷却水流路に導入される。これにより、第2冷却水流路に導入される冷却水の温度を第1冷却水流路に導入される冷却水の温度よりも相対的に低くすることができるので、タービンハウジングに過度の熱応力が発生することを抑制することが可能となる。
第4の発明によれば、第1冷却水流路には第1冷却水が流通され、第2冷却水流路には第1冷却水よりも低温の第2冷却水が流通される。このため、本発明によれば、タービンハウジングにおける第2スクロール室の側の領域と第1スクロール室の側の領域との温度差を縮小するようにタービンハウジングが冷却されるので、タービンハウジングに過度の熱応力が発生することを抑制することが可能となる。
第5の発明によれば、第1冷却水流路には内燃機関の本体を通過した冷却水が流通され、第2冷却水流路にはインタークーラを通過した冷却水が流通される。このため、本発明によれば、既存の冷却水を利用して第1冷却水流路及び第2冷却水流路に温度の異なる冷却水を流通させることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
実施の形態1.
1−1.実施の形態1の内燃機関の構成
図1は、本発明の実施の形態1として内燃機関の構成を説明するための簡易図である。図1に示すように、本実施の形態の内燃機関10は、#1→#3→#4→#2の順に爆発を繰り返す直列4気筒エンジンとして構成されている。内燃機関10のエンジン本体2には、吸気マニホールド12を介して、吸気通路14が接続されており、吸気通路14の途中には、インタークーラ16、スロットルバルブ18等が設けられている。
1−1.実施の形態1の内燃機関の構成
図1は、本発明の実施の形態1として内燃機関の構成を説明するための簡易図である。図1に示すように、本実施の形態の内燃機関10は、#1→#3→#4→#2の順に爆発を繰り返す直列4気筒エンジンとして構成されている。内燃機関10のエンジン本体2には、吸気マニホールド12を介して、吸気通路14が接続されており、吸気通路14の途中には、インタークーラ16、スロットルバルブ18等が設けられている。
内燃機関10には、ターボチャージャ20が備えられている。ターボチャージャ20は、内燃機関10の排気ガスのエネルギによって作動するタービン201と、このタービン201によって駆動されるコンプレッサ202と、を有している。コンプレッサ202には、上述した吸気通路14が接続されている。コンプレッサ202により、吸入空気を圧縮することができる。
タービン201は、二つの入口を有している。すなわち、このターボチャージャ20は、ツインエントリー型のターボチャージャとして構成されている。なお、ターボチャージャ20の内部構成については詳細を後述する。タービン201の一方の入口には、第1排気マニホールド30が接続されており、他方の入口には、第2排気マニホールド32が接続されている。第1排気マニホールド30及び第2排気マニホールド32の構成については詳細を後述する。タービン201の出口には、排気通路34が接続されている。排気通路34の途中には、排気ガスを浄化する触媒38等が設置されている。このようなツインエントリー型のターボチャージャ20によれば、気筒間の排気脈動の干渉を抑制することができ、優れた過給特性が得られる。
1−2.排気マニホールドの構成
第1排気マニホールド30と第2排気マニホールド32は、内燃機関10のシリンダヘッド4の内部に形成されたシリンダヘッド一体型の排気マニホールドとして構成されている。図2は、シリンダヘッド内に設けられた排気マニホールドの構成を説明するための図である。図1及び図2に示すように、第1排気マニホールド30は、#1気筒および#4気筒に接続されている。すなわち、#1気筒から排出される排気ガスと、#4気筒から排出される排気ガスとは、第1排気マニホールド30において合流し、タービン201の一方の入口に流入する。以下、#1気筒および#4気筒で構成される気筒群を「第1気筒群」と称する。
第1排気マニホールド30と第2排気マニホールド32は、内燃機関10のシリンダヘッド4の内部に形成されたシリンダヘッド一体型の排気マニホールドとして構成されている。図2は、シリンダヘッド内に設けられた排気マニホールドの構成を説明するための図である。図1及び図2に示すように、第1排気マニホールド30は、#1気筒および#4気筒に接続されている。すなわち、#1気筒から排出される排気ガスと、#4気筒から排出される排気ガスとは、第1排気マニホールド30において合流し、タービン201の一方の入口に流入する。以下、#1気筒および#4気筒で構成される気筒群を「第1気筒群」と称する。
一方、第2排気マニホールド32は、#2気筒および#3気筒に接続されている。すなわち、#2気筒から排出される排気ガスと、#3気筒から排出される排気ガスとは、第2排気マニホールド32において合流し、タービン201の他方の入口に流入する。以下、#2気筒および#3気筒で構成される気筒群を「第2気筒群」と称する。
また、シリンダヘッド4には、第1排気マニホールド30を流通する排気ガス及び第2排気マニホールド32を流通する排気ガスを冷却するためのヘッド内水冷部6を備えている。ヘッド内水冷部6は、第1排気マニホールド30及び第2排気マニホールド32の周囲に設けられたウォータジャケットに冷却水を流通させるように構成されている。
なお、図2に示すように、第1排気マニホールド30の経路長は、第2排気マニホールド32の経路長よりも長く構成されている。このような構成では、第1排気マニホールド30の壁面の表面積が第2排気マニホールド32の壁面の表面積よりも大きい。このため、第1排気マニホールド30を通過した排気ガスの温度は、第2排気マニホールド32を通過した排気ガスの温度よりも低くなる。
1−3.ターボチャージャの構成
本実施の形態のツインエントリー型のターボチャージャ20は、タービンハウジング内に冷却水を流通させてタービンハウジングの過熱を防ぐための構造を備えている。図3は、実施の形態1のターボチャージャのタービン側の構成を説明するための図である。また、図4は、図3におけるタービンを回転軸L1を通る鉛直面で切断した場合の切断面の一部を示す図である。
本実施の形態のツインエントリー型のターボチャージャ20は、タービンハウジング内に冷却水を流通させてタービンハウジングの過熱を防ぐための構造を備えている。図3は、実施の形態1のターボチャージャのタービン側の構成を説明するための図である。また、図4は、図3におけるタービンを回転軸L1を通る鉛直面で切断した場合の切断面の一部を示す図である。
ターボチャージャ20は、排気通路34に配置されたタービンホイール203、吸気通路14に配置されたコンプレッサインペラ(図示省略)、及び、これらタービンホイール203とコンプレッサインペラとを回転一体に連結する連結シャフト(図示省略)などを備えており、排気通路34に配置されたタービンホイール203が排気のエネルギによって回転し、これに伴って吸気通路14に配置されたコンプレッサインペラが回転する。そして、コンプレッサインペラの回転により吸入空気が過給され、内燃機関10の各気筒#1〜#4の燃焼室に過給空気が強制的に送り込まれる。
タービンホイール203は、タービンハウジング204内に収容されている。ターボチャージャ20のスクロール室は、仕切壁205によって回転軸L1の軸線方向に並んだ第1スクロール室206と第2スクロール室207に区画されている。第1スクロール室206及び第2スクロール室207は、それぞれ排気ガスの入口(図示省略)が設けられている。第1スクロール室206の入口には上述した第1排気マニホールド30が接続され、第2スクロール室207の入口には第2排気マニホールド32が接続されている。つまり、第1スクロール室206は第1排気マニホールド30に連通し、第2スクロール室207は第2排気マニホールド32に連通している。これにより、第1気筒群の排気ガスは第1排気マニホールド30を流通する過程でヘッド内水冷部6により冷却された後、連通先である第1スクロール室206へと導入される。一方、第2気筒群の排気ガスは第2排気マニホールド32を流通する過程でヘッド内水冷部6により冷却された後、連通先である第2スクロール室207へと導入される。
また、タービンハウジング204には、冷却水流路が形成されている。より詳しくは、タービンハウジング204には、第1スクロール室206及び第2スクロール室207の外周側をそれぞれ覆うように、第1冷却水流路208及び第2冷却水流路209が形成されている。第2冷却水流路209の一端には冷却水の入口210が設けられている。また、第2冷却水流路209の他端には、接続流路211を介して第1冷却水流路208の一端が接続されている。また、第1冷却水流路208の他端には、冷却水の出口212が設けられている。つまり、第1冷却水流路208と第2冷却水流路209は直列に接続されている。これにより、タービンハウジング204には、入口210から第2冷却水流路209、接続流路211及び第1冷却水流路208を介して出口212へと至るタービン冷却経路213が形成される。
1−4.冷却装置の構成
内燃機関10は、タービンハウジング204に形成されているタービン冷却経路213に冷却水を流通させるための冷却装置40を備えている。図5は、冷却装置40のシステム構成を説明するための図である。この図に示すように、冷却装置40は、エンジン冷却水をタービン冷却経路213へと流通させる装置として構成されている。より詳しくは、エンジン本体2のエンジン冷却水の吐出口は、冷却水配管42を介してタービン冷却経路213の入口210に接続されている。また、タービン冷却経路213の出口212は、冷却水配管44を介してエンジン本体2のエンジン冷却水の導入口に接続されている。そして、冷却水配管44には、エンジン冷却水を冷却するためのラジエータ46と、エンジン冷却水をエンジン本体2へと送水するためウォータポンプ48が設けられている。
内燃機関10は、タービンハウジング204に形成されているタービン冷却経路213に冷却水を流通させるための冷却装置40を備えている。図5は、冷却装置40のシステム構成を説明するための図である。この図に示すように、冷却装置40は、エンジン冷却水をタービン冷却経路213へと流通させる装置として構成されている。より詳しくは、エンジン本体2のエンジン冷却水の吐出口は、冷却水配管42を介してタービン冷却経路213の入口210に接続されている。また、タービン冷却経路213の出口212は、冷却水配管44を介してエンジン本体2のエンジン冷却水の導入口に接続されている。そして、冷却水配管44には、エンジン冷却水を冷却するためのラジエータ46と、エンジン冷却水をエンジン本体2へと送水するためウォータポンプ48が設けられている。
ウォータポンプ48が駆動されると、ラジエータ46において冷却されたエンジン冷却水がエンジン本体2へ導入される。エンジン本体2へ導入されたエンジン冷却水は、エンジン本体2との熱交換の後にタービン冷却経路213へと導入される。タービン冷却経路213に導入されたエンジン冷却水は、タービンハウジング204の冷却に利用される。タービン冷却経路213から吐出されたエンジン冷却水は、ラジエータ46に送られて冷却された後、再びエンジン本体2へと送られる。
1−5.実施の形態1の内燃機関の特徴
次に、実施の形態1の内燃機関の特徴について説明する。内燃機関10が駆動されると、第1気筒群から排気された排気ガスが第1排気マニホールド30へと流通し、また、第2気筒群から排気された排気ガスが第2排気マニホールド32へと流通する。排気ガスは、各排気マニホールドを流通する過程でヘッド内水冷部6によって冷却される。上述したように、第1排気マニホールド30の壁面の表面積は第2排気マニホールド32の壁面の表面積よりも大きいため、第1排気マニホールド30を通過した排気ガスの温度は、第2排気マニホールド32を通過した排気ガスの温度よりも低くなる。
次に、実施の形態1の内燃機関の特徴について説明する。内燃機関10が駆動されると、第1気筒群から排気された排気ガスが第1排気マニホールド30へと流通し、また、第2気筒群から排気された排気ガスが第2排気マニホールド32へと流通する。排気ガスは、各排気マニホールドを流通する過程でヘッド内水冷部6によって冷却される。上述したように、第1排気マニホールド30の壁面の表面積は第2排気マニホールド32の壁面の表面積よりも大きいため、第1排気マニホールド30を通過した排気ガスの温度は、第2排気マニホールド32を通過した排気ガスの温度よりも低くなる。
第1排気マニホールド30を通過した低温の排気ガスはタービン201の第1スクロール室206へと導入される。一方、第2排気マニホールド32を通過した高温の排気ガスは、タービン201の第2スクロール室207へと導入される。
第1スクロール室206を流通する排気ガスと第2スクロール室207を流通する排気ガスの温度差が大きいと、タービンハウジング204における第2スクロール室207の側の領域が第1スクロール室206の側の領域よりも相対的に高温となり、過度の熱応力が発生するおそれがある。
そこで、本実施の形態1の内燃機関10では、第2冷却水流路209から第1冷却水流路208へとエンジン冷却水が流通するようにタービン冷却経路213が構成されている。エンジン冷却水は、第2冷却水流路209及び第1冷却水流路208を流通する過程で受熱を行うため、第2冷却水流路209を流通するエンジン冷却水の温度は、第1冷却水流路208を流通するエンジン冷却水の温度よりも相対的に低温となる。このような構成によれば、第2スクロール室207の側のタービンハウジング204の領域が第1スクロール室206の側のタービンハウジング204の領域よりも優先的に冷却される。これにより、タービンハウジング204における第2スクロール室207の側の領域と第1スクロール室206の側の領域との温度差を縮小するようにタービンハウジング204を冷却することができるので、タービンハウジング204に過度の熱応力が発生することを抑制することが可能となる。
ところで、上述した実施の形態1の内燃機関10では、第1排気マニホールド30及び第2排気マニホールド32が、シリンダヘッド一体型の排気マニホールドである場合を例に説明したが、シリンダヘッド4と別体として構成された排気マニホールド及びこの排気マニホールドを冷却する冷却機構を用いることとしてもよい。このことは、後述する実施の形態2の内燃機関10についても同様である。
また、上述した実施の形態1の内燃機関10では、エンジン冷却水をタービン冷却経路213へ導入する冷却装置40について説明したが、他の冷却水(例えば、インタークーラを冷却するインタークーラ冷却水)をタービン冷却経路213へ導入する構成でもよい。
また、上述した実施の形態1の内燃機関10では、直列4気筒エンジンを例に説明したが、本発明を適用可能なエンジンはこれに限られない。すなわち、第1気筒群から排気されるガスが流通する第1排気マニホールドと、気筒数が第1気筒群と同数である第2気筒群から排気されるガスが流通する第2排気マニホールドと、ツインエントリー型のターボチャージャに接続されるこれら2つの排気マニホールドを冷却するための水冷部と、を備え、これら2つの排気マニホールドの表面積(経路長)が異なることにより各排気マニホールドから排気される排気ガスの温度に差が生じるエンジンであれば、直列6気筒エンジンやV型8気筒エンジン、V型12気筒エンジン等、種々のエンジンに適用することができる。なお、このことは、後述する実施の形態2の内燃機関10についても同様である。
なお、上述した実施の形態1の内燃機関10では、ヘッド内水冷部6が第2の発明の「冷却機構」に相当し、第1冷却水流路208が第3発明の第1冷却水流路に相当し、第2冷却水流路209が第3発明の第2冷却水流路に相当している。
実施の形態2.
2−1.実施の形態2の内燃機関
実施の形態2の内燃機関は、ターボチャージャ20におけるタービン冷却経路の構成及びターボチャージャ20におけるタービンハウジング204を冷却するための冷却装置の構成が異なる点を除き、上述した実施の形態1の内燃機関10と同様の構成を有している。
2−1.実施の形態2の内燃機関
実施の形態2の内燃機関は、ターボチャージャ20におけるタービン冷却経路の構成及びターボチャージャ20におけるタービンハウジング204を冷却するための冷却装置の構成が異なる点を除き、上述した実施の形態1の内燃機関10と同様の構成を有している。
2−2.ターボチャージャの構成
図6は、実施の形態2のターボチャージャ50のタービン側の構成を説明するための図である。また、図7は、図6におけるタービンを回転軸L1を通る鉛直面で切断した場合の切断面の一部を示す図である。なお、図6及び図7に示すターボチャージャ50において、図3及び図4に示すターボチャージャ20と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略化する。
図6は、実施の形態2のターボチャージャ50のタービン側の構成を説明するための図である。また、図7は、図6におけるタービンを回転軸L1を通る鉛直面で切断した場合の切断面の一部を示す図である。なお、図6及び図7に示すターボチャージャ50において、図3及び図4に示すターボチャージャ20と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略化する。
ターボチャージャ50のタービンハウジング204には、冷却水流路が形成されている。より詳しくは、タービンハウジング204には、第1スクロール室206及び第2スクロール室207の外周側をそれぞれ覆うように、第1冷却水流路501及び第2冷却水流路504が形成されている。第1冷却水流路501の一端には冷却水の入口502が設けられ、他端には冷却水の出口503が設けられている。また、第2冷却水流路504の一端には冷却水の入口505が設けられ、他端には冷却水の出口506が設けられている。これにより、タービンハウジング204には2系統タービン冷却経路として、入口502から第1冷却水流路501を介して出口503へと至る第1タービン冷却経路507と、入口505から第2冷却水流路504を介して出口506へと至る第2タービン冷却経路508とが形成される。
2−3.冷却装置の構成
内燃機関10は、タービンハウジング204に形成されている第1タービン冷却経路507と第2タービン冷却経路508にそれぞれ冷却水を流通させるための冷却装置60を備えている。図8は、冷却装置60のシステム構成を説明するための図である。この図に示すように、冷却装置60は、2系統の冷却水循環経路として、エンジン冷却水(以下、HT冷却水)を用いてエンジン本体2を冷却するためのHT冷却水循環経路62と、HT冷却水よりも低温の冷却水(以下、LT冷却水)を用いてインタークーラ16を冷却するためのLT冷却水循環経路64とを備えている。
内燃機関10は、タービンハウジング204に形成されている第1タービン冷却経路507と第2タービン冷却経路508にそれぞれ冷却水を流通させるための冷却装置60を備えている。図8は、冷却装置60のシステム構成を説明するための図である。この図に示すように、冷却装置60は、2系統の冷却水循環経路として、エンジン冷却水(以下、HT冷却水)を用いてエンジン本体2を冷却するためのHT冷却水循環経路62と、HT冷却水よりも低温の冷却水(以下、LT冷却水)を用いてインタークーラ16を冷却するためのLT冷却水循環経路64とを備えている。
第1タービン冷却経路507はHT冷却水循環経路62の途中に設けられている。より詳しくは、エンジン本体2のHT冷却水の吐出口は、冷却水配管66を介して第1タービン冷却経路507の入口502に接続されている。また、第1タービン冷却経路507の出口503は、冷却水配管68を介してエンジン本体2のHT冷却水の導入口に接続されている。そして、冷却水配管68には、HT冷却水を冷却するためのHTラジエータ70と、HT冷却水をエンジン本体2へと送水するためウォータポンプ72が設けられている。
ウォータポンプ72が駆動されると、HTラジエータ70において冷却されたHT冷却水がエンジン本体2へ導入される。エンジン本体2へ導入されたHT冷却水は、エンジン本体2との熱交換の後に第1タービン冷却経路507へと導入される。第1タービン冷却経路507に導入されたHT冷却水は、第1冷却水流路501を流通する過程でタービンハウジング204の冷却に利用される。第1タービン冷却経路507から吐出されたHT冷却水は、HTラジエータ70に送られて冷却された後、再びエンジン本体2へと送られる。
一方、第2タービン冷却経路508はLT冷却水循環経路64の途中に設けられている。より詳しくは、インタークーラ16のLT冷却水の吐出口は、冷却水配管74を介して第2タービン冷却経路508の入口505に接続されている。また、第2タービン冷却経路508の出口506は、冷却水配管76を介してインタークーラ16のLT冷却水の導入口に接続されている。そして、冷却水配管76には、LT冷却水を冷却するためのLTラジエータ78と、LT冷却水をインタークーラ16へと送水するためウォータポンプ80が設けられている。
ウォータポンプ80が駆動されると、LTラジエータ78において冷却されたLT冷却水がインタークーラ16へ導入される。インタークーラ16へ導入されたLT冷却水は、インタークーラ16との熱交換の後に第2タービン冷却経路508へと導入される。第2タービン冷却経路508に導入されたLT冷却水は、第2冷却水流路504を流通する過程でタービンハウジング204の冷却に利用される。第2タービン冷却経路508から吐出されたLT冷却水は、LTラジエータ78に送られて冷却された後、再びインタークーラ16へと送られる。
2−4.実施の形態2の内燃機関の特徴
本実施の形態2の内燃機関10では、第1冷却水流路501へHT冷却水が流通するように第1タービン冷却経路507が構成され、第2冷却水流路504へLT冷却水が流通するように第2タービン冷却経路508が構成されている。このような構成によれば、第2スクロール室207の側のタービンハウジング204の領域が第1スクロール室206の側のタービンハウジング204の領域よりも冷却される。これにより、タービンハウジング204における第2スクロール室207の側の領域と第1スクロール室206の側の領域との温度差を縮小するようにタービンハウジング204を冷却することができるので、タービンハウジング204に過度の熱応力が発生することを抑制することが可能となる。
本実施の形態2の内燃機関10では、第1冷却水流路501へHT冷却水が流通するように第1タービン冷却経路507が構成され、第2冷却水流路504へLT冷却水が流通するように第2タービン冷却経路508が構成されている。このような構成によれば、第2スクロール室207の側のタービンハウジング204の領域が第1スクロール室206の側のタービンハウジング204の領域よりも冷却される。これにより、タービンハウジング204における第2スクロール室207の側の領域と第1スクロール室206の側の領域との温度差を縮小するようにタービンハウジング204を冷却することができるので、タービンハウジング204に過度の熱応力が発生することを抑制することが可能となる。
ところで、上述した実施の形態2の内燃機関10では、エンジン本体2の冷却に用いるエンジン冷却水をHT冷却水として利用し、インタークーラ16の冷却に用いるインタークーラ冷却水をLT冷却水として利用する冷却装置40について説明した。しかしながら、実施の形態2の内燃機関10でHT冷却水及びLT冷却水として使用可能な冷却水はこれらに限られず、温度の異なる2種の冷却水を広く用いることができる。
なお、上述した実施の形態2の内燃機関10では、ヘッド内水冷部6が第2の発明の「冷却機構」に相当し、HT冷却水が第4の発明の「第1冷却水」に相当し、第1冷却水流路501が第4発明の「第1冷却水流路」に相当し、ウォータポンプ72が第4の発明の「第1ウォータポンプ」に相当し、第2冷却水流路504が第4発明の「第2冷却水流路」に相当し、LT冷却水が第4の発明の「第2冷却水」に相当し、ウォータポンプ80が第4の発明の「第2ウォータポンプ」に相当している。
2 エンジン本体
4 シリンダヘッド
6 ヘッド内水冷部
10 内燃機関
12 吸気マニホールド
14 吸気通路
16 インタークーラ
18 スロットルバルブ
20 ターボチャージャ
201 タービン
202 コンプレッサ
203 タービンホイール
204 タービンハウジング
205 仕切壁
206 第1スクロール室
207 第2スクロール室
208 第1冷却水流路
209 第2冷却水流路
210 入口
211 接続流路
212 出口
213 タービン冷却経路
30 第1排気マニホールド
32 第2排気マニホールド
34 排気通路
38 触媒
40 冷却装置
42,44 冷却水配管
46 ラジエータ
48 ウォータポンプ
50 ターボチャージャ
60 冷却装置
62 HT冷却水循環経路
64 LT冷却水循環経路
66,68 冷却水配管
70 HTラジエータ
72 ウォータポンプ
74,76 冷却水配管
78 LTラジエータ
80 ウォータポンプ
4 シリンダヘッド
6 ヘッド内水冷部
10 内燃機関
12 吸気マニホールド
14 吸気通路
16 インタークーラ
18 スロットルバルブ
20 ターボチャージャ
201 タービン
202 コンプレッサ
203 タービンホイール
204 タービンハウジング
205 仕切壁
206 第1スクロール室
207 第2スクロール室
208 第1冷却水流路
209 第2冷却水流路
210 入口
211 接続流路
212 出口
213 タービン冷却経路
30 第1排気マニホールド
32 第2排気マニホールド
34 排気通路
38 触媒
40 冷却装置
42,44 冷却水配管
46 ラジエータ
48 ウォータポンプ
50 ターボチャージャ
60 冷却装置
62 HT冷却水循環経路
64 LT冷却水循環経路
66,68 冷却水配管
70 HTラジエータ
72 ウォータポンプ
74,76 冷却水配管
78 LTラジエータ
80 ウォータポンプ
ところで、上述した実施の形態2の内燃機関10では、エンジン本体2の冷却に用いるエンジン冷却水をHT冷却水として利用し、インタークーラ16の冷却に用いるインタークーラ冷却水をLT冷却水として利用する冷却装置60について説明した。しかしながら、実施の形態2の内燃機関10でHT冷却水及びLT冷却水として使用可能な冷却水はこれらに限られず、温度の異なる2種の冷却水を広く用いることができる。
Claims (5)
- 内燃機関の第1気筒群から排気されるガスが流通する第1排気マニホールドと、
前記第1気筒群とは異なる第2気筒群から排気されるガスが流通する第2排気マニホールドと、
前記第1排気マニホールドに連通する第1スクロール室及び前記第2排気マニホールドに連通する第2スクロール室を有するターボチャージャと、を備え、
前記第1排気マニホールドの壁面の表面積が、前記第2排気マニホールドの壁面の表面積よりも大きい内燃機関において、
前記ターボチャージャは、
タービンホイールの軸線方向において互いに仕切壁で区画された前記第1スクロール室及び前記第2スクロール室を備えるタービンハウジングと、
前記第1スクロール室を覆うように前記タービンハウジングに設けられた第1冷却水流路と、
前記第2スクロール室を覆うように前記タービンハウジングに設けられた第2冷却水流路と、を有し、
前記内燃機関は、前記第1冷却水流路及び前記第2冷却水流路に冷却水を流通させる冷却装置を有し、
前記冷却装置は、前記第2冷却水流路に導入する冷却水の温度が前記第1冷却水流路に導入する冷却水の温度よりも低くなるように構成されていることを特徴とする内燃機関。 - 前記第1排気マニホールド及び前記第2排気マニホールドは、シリンダヘッドの内部に形成され、
前記シリンダヘッドの内部において前記第1排気マニホールド及び前記第2排気マニホールドの周囲に設けられたウォータジャケットに冷却水を流通させるように構成された冷却機構を備えることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。 - 前記第1冷却水流路と前記第2冷却水流路は直列に接続され、
前記冷却装置は、前記第2冷却水流路から前記第1冷却水流路へと冷却水を流通させるウォータポンプを含んで構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関。 - 前記冷却装置は、
第1冷却水を前記第1冷却水流路に流通させる第1ウォータポンプと、
前記第1冷却水よりも低温の第2冷却水を前記第2冷却水流路に流通させる第2ウォータポンプと、
を含んで構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関。 - 前記第1冷却水は前記内燃機関の本体を通過したエンジン冷却水であり、前記第2冷却水は水冷式のインタークーラを通過した冷却水であることを特徴とする請求項4に記載の内燃機関。
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