JP4889728B2 - 内燃機関用過給装置モジュール - Google Patents

Description

本発明は請求項１の前提部に記載された過給装置モジュールおよび請求項１８の前提部に記載された内燃機関に関する。

本特許出願の出願日では未だ公開されていない２００４年１０月８日出願のドイツ特許出願ＤＥ１０２００４０４９０２７．９において、出願人は冒頭に記載されたＶ型内燃機関の分野の過給装置モジュールについて既に述べている。モジュールを補強するため、かつ運転で引き起こされる振動に基づく故障脆弱性を減少させるため、過給機の左右に配置されたインタークーラーは過給機のハウジングを超えて側方に突出する２つの固定板で支持される。インタークーラーは空気分配装置として形成された蓋により保持され、蓋はインタークーラーのハウジングにより固定板にネジ止めされる。

インタークーラーに固定板と空気分配装置蓋の間に挟み込むのに十分な安定性を与えるために、また、その上面および下面側で固定板あるいは空気分配装置蓋に気密結合するために、インタークーラーの上面および下面は平坦な気密フランジ付きの頑丈な鋳造ハウジングを備える必要がある。このことは製造の際に、軽構造の金属薄板から製造されたインタークーラーと比較してかなりのコスト増を引き起こす。

以上を出発点として、本発明の課題は冒頭に述べた種類の過給装置モジュールにおいて過給装置モジュールの剛性または構造強度に影響を及ぼすことなく製造コストを下げることにある。

この課題は、発明に従い、過給機および両インタークーラーを共通のハウジングに嵌め込み、前記ハウジングは少なくとも下面および２つの対向する側面で過給機およびインタークーラーを取り囲むことによって解決される。過給機および両インタークーラー用に頑丈な共通のハウジングを使用することによって、２つのインタークーラーは軽構造の金属薄板から製造でき、ハウジングに嵌め込むことができる。このことによって、過給装置モジュール全体の製造コストが下がるのみならず、加圧空気から冷却水への熱伝達も改善される。さらに、共通のハウジングは過給装置モジュールに比較的高い強度および剛性を付与する。それによって、振動の少ない結合が内燃機関で可能になり、振動が引き起こす騒音が減少し音響的にも改善される。

収納する構成要素の数のためにハウジングは異なった面に一連の開口を有する比較的複雑な形状に形成されるので、砂型鋳造法により軽金属から製造するのが好ましい。
発明の好ましい実施形態によると、エンジンブロックと、エンジンブロックにＶ型に配置された２つのシリンダーバンクと、シリンダーバンクの上方でエンジンブロックに固定された２つのシリンダーヘッドとを備えた内燃機関において過給装置モジュールはＶ型に嵌め込まれる。過給装置モジュールは両シリンダーバンクのシリンダーヘッドの間のスペースに架橋される。この配置の場合、過給装置モジュールと両シリンダーヘッドとの結合および、それによって可能となった過給装置モジュールの２重の結合が特に振動の少ない構造用のエンジンブロックで配慮される。

過給装置モジュールにおける過給機は両インタークーラーの中間に適切に配置される。過給機から圧縮された加圧空気は、過給装置モジュールの上面で過給機とインタークーラーの間に配置されて好ましくは同様に過給装置モジュールのハウジングと一体形成された空気分配装置により、両インタークーラーに流れ、そこから下方へそれぞれのシリンダーヘッドを介してシリンダーに流れる。その結果、過給機とシリンダーヘッド間の極端に短い空気路が形成され応答動作が改善される。

過給装置モジュールハウジングの下面は両インタークーラーの下方で直接両シリンダーヘッドに支持され、ハウジングはこの箇所あるいはフラップフランジの箇所でシリンダーヘッドに固定ネジ止めされる。ハウジング下面の多数の空気流出口がシリンダーに至る適切な空気路から直接にシリンダーヘッドあるいはフラップフランジに通じることによって、特に安定性の高い結合および特に短い空気路が達成される。

過給機を両インタークーラーの中間に配置することで、内燃機関のクランク軸を使用して過給機を駆動することも容易となり、クランク軸はハウジングの端面を突出した過給機の駆動軸と駆動ベルトを介して連結するのが好ましい。

過給機および両インタークーラーのほか、ハウジングには部分負荷調整を行うバイパス部も適切に含めることができる。過給機によって吸い込まれた空気の一部がバイパス部を通って過給機の吸い込み口に戻り、過給機を通って循環される。バイパス部は過給機の上方でハウジングの上面側に配置するのが好ましく、これによって空気路はバイパス部を通って同様に短く保持することができる。

過給機および両インタークーラーをハウジング内に据え付けるため、過給機および両インタークーラーをハウジング内へ挿入あるいは嵌め込む開口をハウジングに設けることが好ましい。過給機を嵌め込む開口はハウジングの両端面のうちの一方の端面に配置するのが適切であり、過給機の空気吸い込み口の反対側となる端面に配置するのが好ましい。

それに対して第１の代案によると、両インタークーラーは上方からハウジングに嵌め込まれるが、この場合、ハウジングの上面に少なくとも１つの開口が適切に設けられる。開口はそれぞれのインタークーラーが嵌め込まれた後で閉鎖されるが、発明の好ましい実施形態によるとハウジングの全幅に渡り空気分配装置を形成する単一のネジ蓋が設けられ、過給機で圧縮された加圧空気は両インタークーラーに分配される。

第２の好ましい代案によると、両インタークーラーはそれぞれ端面開口を通してハウジングに押し込まれる。この代案では冷却水接続口が挿入開口に隣接するインタークーラー自体の端面に取り付けられるので、冷却水接続口の取り付けが過給装置モジュールのハウジングに不必要となり、それでインタークーラーが完全に挿入開口に押し込まれた後、冷却水接続口はハウジングの外に位置する。この第２の代案の場合、ハウジングの上面はハウジングの床および側壁と一体に形成された蓋で閉鎖されるのが好ましく、この蓋は鋳造の際、ハウジングの残部と共に形成され、適切に同様に内面が空気分配装置として形成される。

以下、本発明を図面に示す２つの実施形態に基づいて詳細に説明する。
図２から理解できるように、６気筒Ｖ型エンジンで構成された内燃機関（図示しない）用の図示する過給装置モジュール１は共通のハウジング５に収納された機械式過給機２とこの過給機２の両側に配置されたインタークーラー３，４とからほぼ構成される。

機械式過給機の場合、内部圧縮の有無に関わらず圧縮原理で作動する圧縮機が問題となるが、この圧縮機はリスホルム型のスクリュー型圧縮機またはルーツ型圧縮機として構成される。

過給機２には、ハウジング５に取り囲まれた空洞室６に並列に配置され回転軸が平行の２つの回転ピストンまたはローター（図示しない）が含まれる。
回転ピストンまたはローターは同期歯車（見えない）を介して圧縮機の駆動軸７に結合され、ハウジング５の前端面９の蓋８から突出し、内燃機関のクランク軸から伝動ベルト（図示しない）を介して駆動される。図５でよく理解できるように、過給機２の駆動によって、空気は絞り弁を介して内燃機関の空気フィルターおよび吸気管（図示しない）に接続された空気吸い込み口１０を通りハウジング５の後端面１１で過給機２に吸い込まれ、そこから空気は回転ピストンまたはローターと空洞室６の境界壁との間の通過段に向かい、その上部に配置された空気吐出口１２を通り再度吐出される。空気吐出口１２の上部には空気分配装置１３があり、この分配装置１３は空気吐出口１２から吐出する空気流Ａを分流Ｂに分配し、ハウジング５内で均一に両側のインタークーラー３，４へとさらに導く。

図１から３に示す過給装置モジュール１において、ハウジング５は２つの部分から構成される。すなわちハウジング５は、過給機２および２つのインタークーラー３，４を収納する下方部分１４と空気分配装置１３を形成するネジ止め蓋部分とから基本的に構成され、両方とも砂型鋳造法によりアルミニウムから作られる。

ハウジング５の下方部分１４の前端面９には過給機２を嵌め込む挿入開口を設け、過給機２を嵌め込んだあと蓋８で閉鎖する。下方部分１４には上方に開いた２つのレセス１５を設け、空気分配装置蓋１３をネジ止めする前に、２つのインタークーラー３，４を上方からハウジング下方部分１４に嵌め込み、引き続きハウジング５の上面全体を覆い、レセス１５の上面の挿入開口を閉鎖する。

図４および５に示す過給装置モジュール２においては、ハウジング５は砂型鋳造法によりアルミニウムから同様に作られるが、ハウジング５は空気分配装置蓋１３と一体に形成され、前端面９には２つの挿入開口１６を設け、この前方からインタークーラー３，４をハウジング５内に押し込む。

図５でよく理解できるように、軽構造のアルミニウムから作られた２つのインタークーラー３，４はそれぞれレセス１５あるいは挿入開口１６の形状に適したインタークーラーハウジング１７で構成される。インタークーラーハウジング１７はその上面および下面が開放され、断面が略矩形で垂直に延びる空気通路１８を取り囲む。空気通路１８は、空気分配装置１３を介し過給機２の空気吐出口１２に通じる上方の空気流入口から、インタークーラーハウジング１７の下面に配置された空気流出口に達する。冷却された加圧空気は内燃機関のシリンダー数に応じた数のハウジング５下面の空気流出口１９から直接に続く吸気管を通ってシリンダーヘッドに達する。インタークーラーハウジング１７は多数の平行のフィン２０を含むが、このフィン２０はインタークーラー３，４の縦方向に、すなわち過給機２の圧縮軸に平行に、空気通路１８の対向する端面側境界壁の間に配置され、冷却水が流される。冷却水はハウジング５の前端面に配置された冷却水入口２１を通ってフィン２０に供給され、冷却水入口の横または下に配置された冷却水出口２２を通ってインタークーラー３，４から出ていく。

図１から３に示す過給装置モジュール１においては冷却水入口２１および冷却水出口２２はハウジング５に一体化されるが、図４および５に示す過給装置モジュール１においてはインタークーラー３，４の前端面の挿入開口１６を塞ぎハウジング５にネジ止めされた蓋２３の一部を形成する。

組み立てられた後、過給装置モジュール１は内燃機関の２つのシリンダーヘッドに取り付けられ、ハウジング５下面はインタークーラー３，４下方で内燃機関のシリンダーヘッドに位置する２つのフラップフランジ（ＣＶＴＳフランジ）の上面に接し、空気流出口１９はフラップフランジの対応する空気流入口に位置が整合する。過給装置モジュールはハウジング５の貫通穴を通してフラップフランジのネジ穴にネジ込まれる固定ネジ２４を使用して固定される。

図４の破線矢印Ｃでよく理解できるように、ハウジング５は、空気分配装置蓋１３の下方に配置され、過給機２と空気分配装置蓋１３との間でハウジング５の後端面に達する部分負荷調整を行うバイパス部を取り囲む。このバイパス部は加圧空気の一部を過給機２を通る循環路に導くために、必要に応じスイング可能なバイパスフラップ２６（図５）を使用して、ハウジング５にフランジ取り付けされた付加構造部分２７の付近で、空気吸い込み口１１と過給機２の間の空気吸い込み路に接続することができる。

機械式過給機と２つのインタークーラーとネジ止めされた空気分配装置蓋とを備えたＶ型内燃機関用過給装置モジュールの斜視上面図を示す。 空気分配装置蓋を取り外し多少拡大した図１に対応する図面を示す。 別の方向から見た過給装置モジュールの斜視上面図を示す。 ハウジングに組み込まれた部分として形成された空気分配装置蓋を備え過給機のない修正過給装置モジュールの斜視上面図を示す。 図４の過給装置モジュールの斜視上面図であって、部分的に空気分配装置蓋を剥がした状態を示す。

符号の説明

１ 過給装置モジュール
２ 過給機
３ インタークーラー
４ インタークーラー
５ ハウジング
６ 空洞室
７ 駆動軸
８ 蓋
９ ハウジング端面
１０ 空気吸い込み口
１１ ハウジング端面
１２ 空気吐出口
１３ 空気分配装置蓋
１４ ハウジング下方部分
１５ レセス
１６ 挿入開口
１７ インタークーラーハウジング
１８ 空気通路
１９ 空気流出口
２０ フィン
２１ 冷却水入口
２２ 冷却水出口
２３ 蓋
２４ 固定ネジ
２５ 貫通穴
２６ バイパスフラップ
２７ 付加構造部分
Ａ，Ｂ，Ｃ 空気流の矢印

Claims (22)

1. 機械式過給機と過給機の下流側に接続され加圧空気を冷却する２つのインタークーラーとを含む内燃機関用過給装置モジュールにおいて、
   過給機（２）および両インタークーラー（３，４）は共通のハウジング（５）に嵌め込まれ、前記ハウジング（５）は少なくとも下面および２つの対向する側面で過給機（２）およびインタークーラー（３，４）を取り囲み、
   かつ前記過給機（２）は２つのインタークーラー（３，４）の間に配置され、
   前記ハウジング（５）の下面には複数の空気流出口（１９）が形成され、前記空気流出口（１９）は両インタークーラー（３，４）の下方に配置されることを特徴とする過給装置モジュール。
2. ハウジング（５）は軽金属から製造されることを特徴とする請求項１に記載の過給装置モジュール。
3. ハウジング（５）は砂型鋳造法により製造されることを特徴とする請求項１または２に記載の過給装置モジュール。
4. ハウジング（５）は過給機（２）およびインタークーラー（３，４）の間に配置された空気分配装置（１３）を取り囲むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の過給装置モジュール。
5. 空気分配装置（１３）は過給機（２）および両インタークーラー（３，４）の上方に配置されることを特徴とする請求項４に記載の過給装置モジュール。
6. ハウジング（５）は部分負荷調整をするバイパス部（２５）を取り囲むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の過給装置モジュール。
7. バイパス部（２５）は過給機（２）の上方に配置されることを特徴とする請求項６に記載の過給装置モジュール。
8. ハウジング（５）の端面（９）には過給機（２）を挿入する開口が設けられることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の過給装置モジュール。
9. ハウジング（５）の端面（９）には空気流入口（１１）が設けられることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の過給装置モジュール。
10. 空気流入口および過給機（２）を挿入する開口はハウジングの反対側の端面に配置されることを特徴とする請求項８または９に記載の過給装置モジュール。
11. インタークーラー（３，４）においては、冷却水がハウジング（５）の縦側面に平行に流れ、この流れに交差して加圧空気が上方から下方に流れることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の過給装置モジュール。
12. インタークーラー（３，４）またはハウジング（５）の端面（９）には冷却水を供給および排出する接続口が設けられることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の過給装置モジュール。
13. ハウジング（５）の上面は空気分配装置蓋（１３）によって閉鎖されることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の過給装置モジュール。
14. 空気分配装置蓋（１３）はハウジング（５）の床および側壁と一体に形成されることを特徴とする請求項１３に記載の過給装置モジュール。
15. ハウジング（５）の端面（９）には両インタークーラー（３，４）を挿入する開口（１６）が設けられることを特徴とする請求項１３または１４に記載の過給装置モジュール。
16. 空気分配装置蓋（１３）はネジ止め蓋として形成され、少なくともインタークーラー（３，４）を嵌め込む開口を閉鎖することを特徴とする請求項１３に記載の過給装置モジュール。
17. インタークーラー（３，４）は軽構造の金属薄板から製造されることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の過給装置モジュール。
18. エンジンブロックと、エンジンブロックにＶ型に配置された２つのシリンダーバンクと、シリンダーバンクの上方でエンジンブロックに固定された２つのシリンダーヘッドとを備えた内燃機関であって、過給装置モジュール（１）は請求項１ないし１７のいずれか１項に記載のものであることを特徴とする内燃機関。
19. ハウジング（５）の下面は両インタークーラー（３，４）の下方でシリンダーヘッド上に支持されることを特徴とする請求項１８に記載の内燃機関。
20. ハウジング（５）はシリンダーヘッドにネジで固定されることを特徴とする請求項１８または１９に記載の内燃機関。
21. 過給装置モジュール（１）は両シリンダーヘッド間の中間スペースに架橋されることを特徴とする請求項１８ないし２０のいずれか１項に記載の内燃機関。
22. 過給機（２）は駆動ベルトを介して内燃機関のクランク軸に結合されることを特徴とする請求項１８ないし２１のいずれか１項に記載の内燃機関。

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