JP5249544B2 - 排気ターボ過給機付き内燃機関における排気ガス管路の支持装置 - Google Patents

Description

本発明は，排気ターボ過給機を備えた内燃機関において，前記排気ターボ過給機からの排気ガス管路を支持するための装置に関するものである。

最近，排気ターボ過給機を備えた内燃機関においては，先行技術としての特許文献１等に記載されているように，その長手側面のうち排気マニホールドを接合した部分に，前記排気ターボ過給機をその軸線をクランク軸線と実質的に平行に配設して，この排気ターボ過給機の排気タービンにおける排気ガス入口を前記排気マニホールドに接合する一方，前記排気ターボ過給機の排気タービンにおける排気ガス出口に，大気への排気ガス管路を接合し，この排気ガス管路を，前記内燃機関又はこの内燃機関の出力側端面に接合したミッションケースに，ブラケットを介して連結して支持するという構成にしている。

この場合，前記排気ガス管路は，各種の排気ガス浄化装置及び／又はＤＰＦフィルタ装置等が設けられることで可成りの重量を有することから，前記先行技術においては，前記ブラケットを断面コ字状にすることにより，当該排気ガス管路が内燃機関又はミッションケースに対して上下方向，前後方向及び左右方向のいずれの方向にも高い剛性を有する構成にしている。

前記したように，排気タービンにおける排気ガス入口を排気マニホールドに接合する一方，前記排気タービンにおける排気ガス出口に接合した排気ガス管路を内燃機関又はミッションケースにブラケットにて支持するという構成した場合に，前記排気ガス管路のうちブラケットによる連結支持の部分から前記排気マニホールドに至るまでの間の部分には，内燃機関に対して前後方向，上下方向及び左右方向の三方向への熱膨張に基づく変位が存在する。

しかし，前記先行技術においては，前記排気ガス管路を内燃機関又はミッションケースに支持するためのブラケットを断面コ字状にして，前記前後方向，上下方向及び左右方向のいずれの方向についても高い剛性を有する構成にしていることにより，前記排気ガス管路のうち前記ブラケットによる連結支持部分は，前記した前後方向，上下方向及び左右方向のいずれの方向にも容易に動くことがないように強固に固定されるから，前記排気ターボ過給機の排気タービンにおける排気ガス入口の部分には，前記三方向への熱膨張のうち前後方向の熱膨張に起因する大きな変位が，排気タービンの軸線回りに捩じるようにして作用する。

つまり，前記排気タービンは，前記前後方向の熱膨張・収縮に起因する大きい熱応力によって，ブロワー圧縮機に対して，その間の接合箇所において排気タービンの軸芯の回りに相対的に捩れるように変位するから，排気ターボ過給機の特性が変化し，内燃機関の運転状態に適合しない事態を招来するおそれが大きいという問題があった。

本発明は，この問題を解消した排気ガス管路の支持装置を提供することを技術的課題とするものである。

この技術的課題を達成するための本発明の請求項１は，
「クランク軸線方向に長い長手一側面に排気マニホールドを接合して成る内燃機関のうち前記排気マニホールドを接合した長手一側面の部分に，排気タービン及びブロワー圧縮機を有する排気ターボ過給機を、前記排気タービン及びブロワー圧縮機の回転軸線が前記クランク軸線と実質的に平行になるように配設して，この排気ターボ過給機の排気タービンにおける排気ガス入口を前記排気マニホールドに接合する一方，前記排気ターボ過給機の排気タービンにおける排気ガス出口に接合した排気ガス管路を，前記内燃機関又はこの内燃機関の出力側端面に接合したミッションケースに，ブラケットを介して連結支持して成る排気ガス管路の支持装置において，
前記クランク軸線及び気筒の軸線と直交した方向である前後方向、前記クランク軸線の方向を左右方向、前記気筒の軸線方向を上下方向として、前記ブラケットを前記左右方向に延びる板体として、前記ブラケットを、前記上下方向及び前記左右方向への外力よりも小さい外力で前記前後方向に弾性変形するように、前記前後方向の剛性が前記上下方向及び前記左右方向の剛性よりも低くなる姿勢に配置しており、
更に、前記排気ターボ過給機における排気タービンの排気ガス入口を前後方向又は上向きに配置して前記排気マニホールドに接合している一方、前記排気ターボ過給機の排気ガス出口は左右方向に開口しており、前記排気ターボ過給機の排気ガス出口に接続された前記排気ガス管路を下向きに曲げて、前記排気ガス管路のうち下向きの部分に前記ブラケットが連結されている。」
ことを特徴としている。

また，本発明の請求項２は，「
前記請求項１の記載において，前記ブラケットは，前記内燃機関に対して前後方向を板厚となして，前記上下方向を前記板厚よりも大きい寸法の幅と成して，前記左右方向に延びる板体に構成されている。」
ことを特徴としている。

更にまた，本発明の請求項３は，
「前記請求項２の記載において，
前記ブラケットの一端部には折り曲げ片を一体に設けて前記ブラケットの他端部には補強板を重ねて固着しており，前記折り曲げ片を前記排気ガス管路に取付けて前記ブラケットの他端部を前記内燃機関又はミッションケースに取付けるか，若しくは，前記折り曲げ片を前記内燃機関又はミッションケースに取付けて前記ブラケットの他端部を前記排気ガス管路に取付けている。」
ことを特徴としている。

このように，ブラケットにおける三方向への剛性のうち前後方向への剛性を，当該ブラケットが前後方向には上下方向及び左右方向よりも小さい外力で弾性変形するように，前記上下方向及び左右方向への剛性よりも低くしたことにより，前記排気ガス管路のうちブラケットによる連結支持部分は，前後方向には，上下方向及び左右方向よりも容易に変位することができるから，前記排気ガス管路を上下方向及び左右方向には，前後方向の剛性よりも高い剛性によって強固に支持することができるものでありながら，前記前後方向への変位によって前後方向への熱膨張を許容できるから，前記前後方向への熱膨張に起因して排気タービンにその軸線回りに捩じるように作用する熱応力を，確実且つ大幅に低減できる。

従って，排気タービンからの排気ガス管路をブラケットにて支持することに起因して排気ターボ過給機の排気タービンがブロワー圧縮機に対して相対的に捩れ変位すること，ひいては，排気ターボ過給機の特性が内燃機関の運転状態に適合しない事態を招来することを，確実に回避できる。

また，前記ブラケットの前後方向への剛性を上下方向及び左右方向への剛性よりも低くなるように構成することは，請求項２に記載したような板体にすることによって，簡単な構成で容易に実現できる。

この請求項２の構成においては，請求項３に記載した構成により，前記ブラケットの排気ガス管路に対する取付け，及び前記ブラケットの内燃機関又はミッションケースに対する取付けを強固にできる利点がある。

以下，本発明の実施の形態を図面について説明する。

図１〜図５は，第１の実施の形態を示す。

これらの図において，符号１は，複数の気筒２をクランク軸線３の方向に並べて設けて成る内燃機関を示し，この内燃機関１におけるクランク軸線３の方向における出力側端面４には，ミッションケース５が接合され，また，一方の長手側面６には，前記各気筒２からの排気マニホールド７が接合されている。

次に，符号８は排気ターボ過給機を示し，この排気ターボ過給機８は，排気タービン９とブロワー圧縮機１０とを同一軸にして直結して成る構成で，前記一方の長手側面６の部分に，排気タービン９及びブロワー圧縮機１０の軸線を前記クランク軸線３と平行又は略平行にし，且つ，前記排気タービン９における排気ガス入口９ａを前後方向にして配設されている。

前記排気ターボ過給機８の排気タービン９における排気ガス入口９ａは，前記排気マニホールド７における外側面にフランジにて接合されており，前記各気筒２からの排気ガスは排気ガス入口９ａに導入される。

また，前記排気ターボ過給機８の排気タービン９における排気ガス出口９ｂには，排気ガスを大気に放出するための排気ガス管路１１がフランジにて接続されており，この排気ガス管路１１は，排気タービン９の軸線方向の姿勢から下向きに曲がる構成であり，その曲がりより下流の部分には，図示していないが，各種の排気ガス浄化装置及び／又はＤＰＦフィルタ装置等が設けられている。

そして，符号１２は，前記排気ガス管路１１における下向きの途中の部分を前記ミッションケース５にて支持するためのブラケットを示す。

このブラケット１２は，図１に矢印Ｘで示すように，クランク軸線３と気筒２の軸心との両方に直交した方向である前後方向が適宜の板厚さＴとなり，図２に矢印Ｚで示すように，気筒２の軸線方向である上下方向が前記板厚さＴよりも大きい幅寸法Ｓとなり，図１に矢印Ｙで示すように，クランク軸線３の長手方向である左右方向に延びる板体に構成されている。

このブラケット１２の一端部１２ａには折り曲げ部１３を一体に設けて，この折り曲げ片１３を，前記排気ガス管路１１に設けられているフランジ等の取付け部１４に複数本のボルト１５にて着脱可能に取付けている。

一方，前記ブラケット１２の他端部１２ｂには補強板１６を重ねて固着し，この他端部１２ａを，前記ミッションケース５に設けられている取付け部１７に複数本のボルト１８にて着脱可能に取付けるという構成にしている。

なお，前記ブラケット１２の他端部１２ｂに補強板１６を重ねて固着するには，図３及び図５に示すように，当該補強板１６を前記ブラケット１２よりも部分的に幅狭に構成して，この幅狭の部分において，ブラケット１２に対して溶接するという方法が採用されており，この方法により，前記ブラケット１２の側面に溶接痕が出現することを回避できる等の利点がある。

また，前記ブラケット１２の他端部１２ｂは，前記ミッションケース５側ではなく，内燃機関１側に設けた取付け部に取付けるように構成しても良い。更にまた，前記ブラケット１２の一端部１２ａにおける折り曲げ部１３を内燃機関１又はミッションケース５側に取付ける一方，ブラケット１２の他端部１２ｂを排気ガス管路１１側に取付けるように構成しても良い。

前記した構成において，前記ブラケット１２は，内燃機関１に対する前後方向Ｘを板厚さＴにし，上下方向Ｚを前記板厚さＴよりも大きい幅寸法Ｓにして左右方向Ｙに延びる板体であることにより，このブラケット１２の剛性は，前記前後方向Ｘの剛性が前記上下方向Ｚの剛性及び前記左右方向Ｙの剛性のよりも低くなっており，このため，当該ブラケット１２は，前後方向Ｘには，上下方向Ｚ及び左右方向Ｙへの外力よりも小さい外力で弾性変形する。

これにより，前記排気ガス管路１１のうちブラケット１２による連結支持部分を，前後方向Ｘには，上下方向Ｚ及び左右方向Ｙよりも容易に変位することができ，この前後方向Ｘへの変位によって排気ターボ過給機８の前後方向Ｘへの変位を許容できるから，前記排気マニホールド７の前後方向Ｘへの熱膨張に起因して排気タービン９に軸線回りに捩じるように作用することを，大幅に低減することができる。

次に，図６及び図７に示す第２の実施の形態を説明する。

この第２の実施の形態は，前記排気ターボ過給機８の排気タービン９における排気ガス入口９ａを上向きにして，内燃機関１における一方の長手側面６に取付けた排気マニホールド７の下面に接合する一方，前記排気タービン９における排気ガス出口９ｂに接合した排気ガス管路１１における下向きの途中の部分を，前記内燃機関１に対してブラケット１２′を介して支持するという構成にしたものである。

この場合においても，前記ブラケット１２′を，前記第１の実施の形態と同様に，図７に矢印Ｘで示すように前後方向が適宜の板厚さＴとなり，図６に矢印Ｚで示すように上下方向が前記板厚さＴよりも大きい幅寸法Ｓとなり，図６に矢印Ｙで示すように左右方向に延びる板体に構成して，このブラケット１２′の一端部１２ａ′を前記排気ガス管路１１に設けられているフランジ等の取付け部１４に着脱可能に取付ける一方，前記ブラケット１２′の他端部１２ｂ′を，前記内燃機関１に設けられている取付け部１７′に着脱可能に取付けている。

この構成により，前記排気ガス管路１１のうちブラケット１２′による連結支持部分を，前後方向Ｘには，上下方向Ｚ及び左右方向Ｙよりも容易に変位することができ，この前後方向Ｘへの変位によって前後方向Ｘへの熱膨張を許容できるから，前記前後方向Ｘへの熱膨張に起因して排気タービン９にその軸線回りに捩じるように作用する応力を，大幅に低減することができる。

また，前記第１の実施の形態において述べた各種の変形例は，当然に，この第２の実施の形態にも適用できることは言うまでもない。

本発明の第１の実施の形態を示す平面図である。 図１のII−II視側面図である。 ブラケットの拡大斜視図である。 図３のIV−IV視拡大断面図である。 図３のＶ−Ｖ視拡大断面図である。 本発明の第２の実施の形態を示す側面図である。 図６のVII −VII 視側面図である。

１ 内燃機関
２ 気筒
３ クランク軸線
４ 出力側端面
５ ミッションケース
６ 一方の長手側面
７ 排気マニホールド
８ 排気ターボ過給機
９ 排気タービン
９ａ 排気ガス入口
９ｂ 排気ガス出口
１０ ブロワー圧縮機
１１ 排気ガス管路
１２，１２′ ブラケット
１２ａ，１２ａ′ ブラケットの一端部
１２ｂ，１２ｂ′ ブラケットの他端部
１３ 折り曲げ部
１６ 補強板
１７，１７′ 取付け部

Claims (3)

1. クランク軸線方向に長い長手一側面に排気マニホールドを接合して成る内燃機関のうち前記排気マニホールドを接合した長手一側面の部分に，排気タービン及びブロワー圧縮機を有する排気ターボ過給機を、前記排気タービン及びブロワー圧縮機の回転軸線が前記クランク軸線と実質的に平行になるように配設して，この排気ターボ過給機の排気タービンにおける排気ガス入口を前記排気マニホールドに接合する一方，前記排気ターボ過給機の排気タービンにおける排気ガス出口に接合した排気ガス管路を，前記内燃機関又はこの内燃機関の出力側端面に接合したミッションケースに，ブラケットを介して連結支持して成る排気ガス管路の支持装置において，
   前記クランク軸線及び気筒の軸線と直交した方向である前後方向、前記クランク軸線の方向を左右方向、前記気筒の軸線方向を上下方向として、前記ブラケットを前記左右方向に延びる板体として、前記ブラケットを、前記上下方向及び前記左右方向への外力よりも小さい外力で前記前後方向に弾性変形するように、前記前後方向の剛性が前記上下方向及び前記左右方向の剛性よりも低くなる姿勢に配置しており、 更に、前記排気ターボ過給機における排気タービンの排気ガス入口を前後方向又は上向きに配置して前記排気マニホールドに接合している一方、前記排気ターボ過給機の排気ガス出口は左右方向に開口しており、前記排気ターボ過給機の排気ガス出口に接続された前記排気ガス管路を下向きに曲げて、前記排気ガス管路のうち下向きの部分に前記ブラケットが連結されていることを特徴とする排気ターボ過給機付き内燃機関における排気ガス管路の支持装置。
2. 前記請求項１の記載において，
   前記ブラケットは，前記内燃機関に対して前後方向を板厚となして、前記上下方向を前記板厚よりも大きい寸法の幅と成して、前記左右方向に延びる板体に構成されていることを特徴とする排気ターボ過給機付き内燃機関における排気ガス管路の支持装置。
3. 前記請求項２の記載において，
   前記ブラケットの一端部には折り曲げ片を一体に設けて前記ブラケットの他端部には補強板を重ねて固着しており、前記折り曲げ片を前記排気ガス管路に取付けて前記ブラケットの他端部を前記内燃機関又はミッションケースに取付けるか，若しくは、前記折り曲げ片を前記内燃機関又はミッションケースに取付けて前記ブラケットの他端部を前記排気ガス管路に取付けていることを特徴とする排気ターボ過給機付き内燃機関における排気ガス管路の支持装置。

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