JP2019044683A

JP2019044683A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2019044683A
Application number: JP2017167909A
Authority: JP
Inventors: 陽介中田; Yosuke Nakata
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2019-03-22
Anticipated expiration: 2037-08-31
Also published as: JP6747762B2

Abstract

【課題】大型の触媒ケースを接続できるようにターボ過給機を上向き構造とした場合にヘッドカバー等が熱害を受けることを、簡単な構造で抑制する。【解決手段】ターボ過給機６は、排気ガス流入部７の上にハウジング部９が配置された上巻き構造になっており、ハウジング部９の一部は、内部に冷却水通路が形成された水冷方式になっている。冷却水流入管２０及び冷却水流出管２１に、ハウジング部９の後ろに位置した回り込み部２０ａ，２１ａを形成して、これに遮熱板２２を固定している。触媒ケース１２の大型化に対処するためタービンハウジング８を上巻き方式にしても、タービンハウジング８の熱によってヘッドカバー３等が熱害を受けることを抑制できる。遮熱板２２は冷却水用管２０，２１を利用して固定されているため、構造は簡単であると共に冷却効果も高い。【選択図】図２

Description

本願発明は内燃機関に関するものであり、排気ターボ過給機の熱害からヘッド部を保護する構造に特徴を有している。

内燃機関において、排気ターボ過給機を設けることは広く行われているが、排気ターボ過給機のハウジング部（特にタービンハウジング）は排気ガスによって高温になる。そこで、排気ターボ過給機で発生した熱によって他の部材が熱害を受けることを防止すべく、遮熱板（ヒートインシュレータ）を設けることが行われている。

その例として、特許文献１には、排気ターボ過給機の回転軸を潤滑するためのオイル用配管を利用して遮熱板を固定し、遮熱板で触媒ケースをカバーすることが開示されている。他方、特許文献２には、排気ターボ過給機のハウジング部にタービンインシュレータを取り付けることが開示されている。

特開２００７−３０９１２４号公報特開２０１６−１８０３９６号公報

さて、特許文献１のように、排気ターボ過給機には触媒ケースを接続していることが多い。そして、従来は、特許文献１に開示されているように、排気ターボ過給機は、排気ガスがタービン室に上から流入して下に流れる下巻き構造になっており、従って、縦型内燃機関の場合は、排気ターボ過給機のハウジング部は、おおまかにはシリンダブロックの横に位置しており、従って、触媒ケースもシリンダブロックの横に配置されている。

他方、排気ガスの規制強化に伴って触媒ケースが大型化する傾向にあり、触媒ケースの配置高さを高くしないと、排気管の配置等に支障をきたす等の問題が生じる場合がある。触媒ケースの配置高さを高くするには、排気ターボ過給機を、排気ガスが下から上に向かって流れる上巻き構造にしたらよいと云えるが、排気ターボ過給機を上巻き構造にすると、ハウジング部の熱がシリンダヘッドの上部やヘッドカバーの方向に向かうため、ヘッドカバーや、ヘッド部の上部に配置しているケーブルなどが熱害を受けやすくなる。特に、ヘッドカバーが樹脂製であると熱害が顕著に現れて、ヘッドカバーの変形や劣化、イグニッション装置への悪影響などが懸念される。

この点については、特許文献２のように、排気ターボ過給機のハウジング部に、ヘッドカバーの側からハウジング部を覆う遮熱板（インシュレータ）を固定したらよいと考えられるが、排気ターボ過給機のハウジング部は耐熱性等が要求されることから高価な材料（ニレジストやステンレス鋳鋼）などで構成されているため、遮熱板を設けるボス部を設けると、材料費や加工コストが嵩むという問題がある。

本願発明は、このような現状を改善することを課題とするものである。

本願発明は、
「シリンダヘッドとその上面に固定されたヘッドカバーとを有しており、前記シリンダヘッドの排気側面に、水冷式の排気ターボ過給機が、直接に又は排気マニホールドを介して取付けられており、
前記排気ターボ過給機は、前記シリンダヘッド又は排気マニホールドに取付けられた排気ガス流入部と、前記排気ガス流入部から流入した排気ガスで駆動される回転軸が内蔵されたハウジング部とを備えており、前記ハウジング部に、冷却水用配管を接続している」
という基本構成である。

そして、上記基本構成において、
前記排気ターボ過給機は、前記ハウジング部が排気ガス流入部よりも高い位置になった上巻き状態で配置されており、前記冷却水用配管の少なくとも一部を、前記ハウジング部よりもヘッドカバー又はシリンダヘッドの側に位置した回り込み部と成し、前記冷却水用配管の回り込み部に、前記ハウジング部からヘッドカバー又はシリンダヘッドへの伝熱を抑制する遮熱板が固定されている。

冷却水用配管は、冷却水流入管と冷却水流出管とが対になっているから、遮熱板は、冷却水流入管と冷却水流出管とに跨がった状態で配置するのが好ましい。また、排気ターボ過給機に触媒ケースを接続している場合、遮熱板により、触媒ケースの上部から放射される熱を遮熱板で遮って、ヘッドカバーやシリンダヘッドを保護することも可能である。

本願発明によると、排気ターボ過給機を上巻き構造にしたことによってヘッドカバーやシリンダヘッドやケーブルなどが熱害を受けることを、遮熱板によって防止又は著しく抑制できる。そして、遮熱板は排気ターボ過給機のハウジング部に固定するものではなく、冷却水用の配管に固定するものであるため、高価な材料からなるハウジング部には特段の加工を施す必要はなく、コストアップを防止できる。

また、冷却水用の配管は任意の形状に曲げることができるため、遮熱板の位置も任意に設定することができる。更に、遮熱板は冷却水を流れる冷却水によって冷却されるため、ハウジング部に固定した場合に比べて遮熱効果も向上できる。また、機関の振動が遮熱板に伝わることを冷却水用配管で吸収し得るため、遮熱板の振動抑制にも貢献できる。

遮熱板を冷却水流入管と冷却水流出管とに跨がった状態で固定すると、遮熱板が冷却水流入管と冷却水流出管とを繋ぐ補強板の役割を果たすため、冷却水流入管及び冷却水流出管の振動抑制にも貢献できる。

実施形態をクランク軸線及びシリンダボア軸線と直交した方向から見た側面図である。図１のII-II 視図である。

(1).基本構造
次に、本願発明の実施形を図面に基づいて説明する。内燃機関は、シリンダブロック１とその上面に固定したシリンダヘッド２、及び、シリンダヘッド２の上面に固定したヘッドカバー３を有している。シリンダヘッド２は、排気マニホールド部を内蔵して排気側面４に１つの排気出口５を開口させた方式であり、シリンダヘッド２の排気側面４に、排気ターボ過給機６が直接固定されている。

ターボ過給機６は、シリンダヘッド２に固定された排気ガス流入部７と、排気ガス流入部７から流入した排気ガスで駆動される回転軸８（図２参照）が内蔵されたハウジング部９とを有している。ハウジング部９は、タービンを内蔵したタービンハウジング９ａと、コンプレッサ（図示せず）が内蔵されたコンプレッサハウジング９ｂと、両者の間に位置した軸受けハウジング９ｃとから成っている。なお、各ハウジング９ａ，９ｂ，９ｃは別体に構成されて固定されているが、タービンハウジング９ａと軸受けハウジング９ｃとを一体化することは可能である。

タービンハウジング９ａにはタービンスクロール通路１０が形成されており、また、既述のとおり、図示しないタービンが回転軸８を介して回転自在に保持されている。また、タービンハウジング９ａには、排気ガスが排出される排気ガス出口１１が回転軸８の軸心方向に開口するように形成されており、出口１１に触媒ケース１２が接続されている。また、タービンハウジング９ａには、ウエストゲート通路部１３が横向き（回転軸８の軸心方向）に膨出するように形成されており、ウエストゲート通路部１３の内部に、排気ガスを排気ガス出口１１にバイパスさせるウエストゲート通路（図示せず）が形成されている。

コンプレッサハウジング９ｂには、吸気入り口１４が回転軸８の軸心方向に開口しており、吸気入り口１４に流入した吸気は、圧縮スクロール通路１５で加圧されて、吸気出口１６から排出される。軸受けハウジング９ｃの内部には、回転軸（図示せず）を回転自在に保持するセミフローティング軸受けが形成されている。このため、軸受けハウジング９ｃの上面にオイル流入管１７が接続されて、軸受けハウジング９ｃの下面にはオイル排出管１８が接続されている。

タービンハウジング９ａの排気ガス流入部７には、シリンダヘッド２に固定するためのフランジ１９を形成している。

そして、ターボ過給機６は、ハウジング部９（各ハウジング９ａ〜９ｃ）が排気ガス流入部７よりも高い位置に配置された上巻き構造になっている。従って、排気ガス出口１１も排気ガス流入部７よりも高くなっていて、触媒ケース１２の高さは従来に比べて相当に高くなっている。このため、排気ガスの規制強化をクリアすべく長さが長くなった触媒ケース１２であっても、特段の問題を生じることなく取り付けることができる。

(2).水冷構造・遮熱板
そして、ターボ過給機６は、軸受けハウジング９ｃに冷却水通路が形成された水冷方式であり、そこで、軸受けハウジング９ｃのうちシリンダヘッド２の側を向いた背面に、冷却水流入管２０と冷却水流出管２１とが接続されている。冷却水流入管２０が下に位置して、冷却水流出管２１が上に位置している。従って、冷却水は、軸受けハウジング９ｃの冷却水通路を下から上に向けて流れる。

冷却水流入管２０及び冷却水流出管２１とも、軸受けハウジング９ｃから後ろに向いてから上向きに姿勢を変え、次いで、排気ガス流入部７の上に向うような水平姿勢になっており、従って、両管２０，２１は、ハウジング部９よりもヘッドカバー３の側に位置した水平状の回り込み部２０ａ，２１ａを有している。

そして、両管２０，２１の回り込み部２０ａ，２１ａの背面に、両者に跨がった状態の遮熱板２２がろう付けで固定されている。遮熱板２２は、シリンダヘッド２の上部とヘッドカバー３の全体を覆う高さであり、また、クランク軸線方向の長さは、軸受けハウジング９ｃのタービンハウジング９ａと触媒ケース１２のＬ形継手部１２ａとを後ろから覆うような長さになっている。但し、遮熱板２２の大きさや形状は、必要に応じて適宜設定できる。遮熱板２２の上部をハウジング部９の方に曲げることも可能である。

このように、遮熱板２２を配置しているため、ターボ過給機６から放射された熱や、触媒ケース１２の継手部１２ａから放射された熱がシリンダヘッド２の上部やヘッドカバー３に及ぶことを、著しく抑制することができる。このため、例えばヘッドカバー３が樹脂製であっても、熱で変形したり劣化が促進したりすることを防止できる。ケーブルやチューブ類の保護もできる。

上記の実施形態では、軸受けハウジング９ｃに冷却水通路を設けたが、タービンハウジング９ａに冷却水通路を設けて、タービンハウジング９ａを水冷することも可能である。この場合は、冷却水流入管２０及び冷却水流出管２１をタービンハウジング９ａの背面に接続したらよい。ターボ過給機６が上巻き方式であることにより、ターボ過給機６はその背面がシリンダヘッド２及びヘッドカバー３の側を向くため、背面への冷却水流入管２０及び冷却水流出管２１の接続もしごく容易になる。

本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、冷却水流入管を軸受けハウジング又はタービンハウジングの下面に接続して、冷却水流出管を軸受けハウジング又はタービンハウジングの上面に接続し、両管をシリンダヘッド（又はヘッドカバー）の側に曲げて回り込み部を形成することも可能である。

本願発明は、実際に内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１シリンダブロック
２シリンダヘッド
３ヘッドカバー
４排気側面
５シリンダヘッドの排気出口
６ターボ過給機
７排気ガス流入部
８回転軸
９ハウジング部
９ａハウジングの一部を構成するタービンハウジング
９ｂハウジングの一部を構成するコンプレッサハウジング
９ｃハウジングの一部を構成する軸受けハウジング
１０タービンスクロール通路
１１排気ガス出口
１２触媒ケース
２０冷却水流入管
２０ａ回り込み部
２１冷却水流出管
２１ａ回り込み部
２２遮熱板

Claims

シリンダヘッドとその上面に固定されたヘッドカバーとを有しており、前記シリンダヘッドの排気側面に、水冷式の排気ターボ過給機が、直接に又は排気マニホールドを介して取付けられており、
前記排気ターボ過給機は、前記シリンダヘッド又は排気マニホールドに取付けられた排気ガス流入部と、前記排気ガス流入部から流入した排気ガスで駆動される回転軸が内蔵されたハウジング部とを備えており、前記ハウジング部に、冷却水用配管を接続している構成であって、
前記排気ターボ過給機は、前記ハウジング部が排気ガス流入部よりも高い位置になった上巻き状態で配置されており、前記冷却水用配管の少なくとも一部を、前記ハウジング部よりもヘッドカバー又はシリンダヘッドの側に位置した回り込み部と成し、前記冷却水用配管の回り込み部に、前記ハウジング部からヘッドカバー又はシリンダヘッドへの伝熱を抑制する遮熱板が固定されている、
内燃機関。