JP6437597B1 - 内燃機関 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ターボチャージャを備えた内燃機関において、エンジン補機をターボチャージャ及び排気管から遮熱する。【解決手段】 ターボチャージャ１０を備えた内燃機関１であって、内燃機関本体５と、内燃機関本体の周囲に配置された構造体７と、支持板１３、及び支持板から垂下し、構造体に結合された複数の脚片１５、１６、１７を備えたブラケット１２と、タービン４２及びコンプレッサ４４を備え、タービンにおいて支持板の構造体側と相反する側に結合されたターボチャージャ１０と、タービンの中央に接続され、コンプレッサと相反する側に延びる排気管６０と、構造体と支持板との間に配置されたエンジン補機６５とを有し、脚片は、支持板に対してコンプレッサ側よりも排気管側に偏在している。【選択図】 図１

Description

本発明は、ターボチャージャを備えた内燃機関に関する。
ターボチャージャを備えた内燃機関において、内燃機関本体の側方に台座を設け、台座にターボチャージャを支持させたものがある（例えば、特許文献１）。ターボチャージャは、台座の一部をなす支持板の上面に設けられ、支持板の下方には空気冷却器（インタークーラー）が設けられている。この構成では、ターボチャージャの熱は支持板によって遮られ、空気冷却器に伝わり難くなるため、ターボチャージャと空気冷却器とを近接して配置することが可能になる。
特開２０１６−１９１３０４号公報
自動車用の内燃機関のように小さなスペースに内燃機関を配置する場合、エンジン補機はターボチャージャだけではなく、ターボチャージャから排気出口に延びる排気管との距離を確保することが難しい場合がある。そのため、エンジン補機は、ターボチャージャだけではなく、ターボチャージャから延びる排気管に対しても遮熱されていることが好ましい。
本発明は、以上の背景を鑑み、ターボチャージャを備えた内燃機関において、エンジン補機をターボチャージャ及び排気管から遮熱することを課題とする。
上記課題を解決するために本発明の一態様は、ターボチャージャ（１０）を備えた内燃機関（１）であって、内燃機関本体（５）と、内燃機関本体の周囲に配置された構造体（７）と、支持板（１３）、及び前記支持板から垂下し、前記構造体に結合された複数の脚片（１５、１６、１７）を備えたブラケット（１２）と、タービン（４２）及びコンプレッサ（４４）を備え、前記タービンにおいて前記支持板の前記構造体側と相反する側に結合されたターボチャージャ（１０）と、前記タービンの中央に接続され、前記コンプレッサと相反する側に延びる排気管（６０）と、前記構造体と前記支持板との間に配置されたエンジン補機（６５）とを有し、前記脚片は、前記支持板に対して前記コンプレッサ側よりも前記排気管側に偏在していることを特徴とする。
この態様によれば、支持板に対して排気管側に設けられた脚片が排気管からエンジン補機への熱を遮るため、エンジン補機の受熱が抑制される。脚片は、支持板に対してコンプレッサ側よりも排気管側に偏在しているため、排気管からの熱を効率的に遮熱することができる。
また、上記の態様において、前記脚片は、前記支持板に対して前記コンプレッサ側に設けられた数よりも前記排気管側に設けられた数が多いとよい。
この態様によれば、脚片を支持板に対してコンプレッサ側よりも排気管側に偏在させることができ、排気管からの熱を効率的に遮熱することができる。
また、上記の態様において、前記脚片は、前記支持板に対して前記コンプレッサ側に設けられたものの幅よりも前記排気管側に設けられたものの幅が大きいとよい。
この態様によれば、脚片を支持板に対してコンプレッサ側よりも排気管側に偏在させることができ、排気管からエンジン補機に伝わる熱を効率的に低減することができる。
また、上記の態様において、前記排気管側に設けられた２つの前記脚片は、拡張壁部（３１）によって互いに接続されているとよい。
この態様によれば、拡張壁部が排気管からエンジン補機に伝わる熱を低減することができる。
また、上記の態様において、前記排気管側に設けられた前記脚片と前記コンプレッサ側に設けられた前記脚片との間に、前記エンジン補機にアクセスするための開口（３５）が形成されているとよい。
この態様によれば、開口を通してエンジン補機の視認及び保守が可能になる。
また、上記の態様において、前記排気管は、前記タービン側に触媒コンバータ（６０）を有するとよい。
この態様によれば、比較的容積が大きい触媒コンバータからエンジン補機に伝わる熱を効率的に低減することができる。
また、上記の態様において、前記構造体は、前記内燃機関本体に結合されたトランスミッション（７）であり、前記ブラケットは、前記トランスミッションの上面（８Ａ）に設けられ、前記エンジン補機は、スタータモータ（６５）であるとよい。
この態様によれば、トランスミッション上方の空間を利用してターボチャージャを配置することができる。
また、上記の態様において、前記内燃機関本体は２つのバンク（３、４）を有するＶ型の内燃機関であり、前記タービンは、２つの前記バンクの間の空間の側方に配置されているとよい。
この態様によれば、２つのバンクのそれぞれからタービンに延びる排気管の長さを等しくすることができ、排気効率を高めることができる。
以上の構成によれば、ターボチャージャを備えた内燃機関において、エンジン補機をターボチャージャ及び排気管から遮熱することができる。
実施形態に係る内燃機関の斜視図 ターボチャージャ及び上流側排気管を示す斜視図 実施形態に係る隔壁部材の斜視図 ターボチャージャ及びブラケットを示す分解斜視図 ブラケット及びスタータモータを示す斜視図 ブラケット及びスタータモータを示す平面図 ターボチャージャ、ブラケット及びスタータモータを示す斜視図
以下、図面を参照して、本発明を適用した自動車用の内燃機関の実施形態について説明する。
図１に示すように、内燃機関１は、横置きのＶ型エンジンであり、クランクケース２と、クランクケース２の上部に設けられた前シリンダバンク３及び後シリンダバンク４とを含む内燃機関本体５を有する。前シリンダバンク３及び後シリンダバンク４は、それぞれ左右に延在し、複数の気筒を有している。前シリンダバンク３は左右に延びるクランクシャフトを中心として前傾し、後シリンダバンク４はクランクシャフトを中心として後傾している。前シリンダバンク３は、その後側面に気筒に接続した複数の吸気ポートが開口し、その前側面に気筒に接続した複数の排気ポートが開口している。後シリンダバンク４は、その前側面に気筒に接続した複数の吸気ポートが開口し、その後側面に気筒に接続した複数の排気ポートが開口している。
クランクケース２の左端にはトランスミッション７が設けられている。トランスミッション７の外殻は、トランスミッションケース８によって形成されている。前シリンダバンク３及び後シリンダバンク４は、トランスミッションケース８の上面であるケース上面８Ａよりも上方に突出している。
ケース上面８Ａには、後述するターボチャージャ１０を支持するためのブラケット１２が設けられている。ブラケット１２は、面が上下を向く支持板１３と、支持板１３の縁部から垂下した複数の脚片１５、１６、１７とを有する。本実施形態では、ブラケット１２は、第１〜第３の３つの脚片１５、１６、１７を有し、各脚片１５、１６、１７においてケース上面８Ａに結合されている。
図３〜図７に示すように、支持板１３は、ケース上面８Ａに対して上方に間隔をおいた位置に配置され、ケース上面８Ａとの間に収容空間１９を形成する。第１脚片１５は支持板１３の前縁左部に設けられ、第２脚片１６は後縁左部に設けられ、第３脚片１７は後縁右部に設けられている。第１〜第３脚片１５〜１７は、収容空間１９の周囲に配置される。
図４〜図６に示すように、第１脚片１５は、面が前左方を向き、上下に延びる第１側壁部２１と、第１側壁部２１の下端に設けられ、面が上下を向く第１締結部２２とを有する。第１側壁部２１の右縁には第１側壁部２１に対して右方向に曲げ起こされ、支持板１３から第１締結部２２に延びる第１縁壁部２３が設けられている。第１脚片１５は、第１側壁部２１、第１縁壁部２３及び第１締結部２２によって立体形状に形成され、剛性が高められている。
図３〜図５及び図７に示すように、第２脚片１６は、面が後左方を向き、上下に延びる第２側壁部２５と、第２側壁部２５の下端に設けられ、面が上下を向く第２締結部２６とを有する。第３脚片１７は、面が後右方を向き、上下に延びる第３側壁部２８と、第３側壁部２８の下端に設けられ、面が上下を向く第３締結部２９とを有する。第２側壁部２５の基端部の右端と第３側壁部２８の基端部の左端とは、面が後方を向き、左右に延びる拡張壁部３１によって互いに接続されている。拡張壁部３１の上端は支持板１３の後端と接続している。第２側壁部２５の右縁、拡張壁部３１の下縁、第３側壁部２８の左縁には、第２側壁部２５、拡張壁部３１、及び第３側壁部２８に対して後方に曲げ起こされ、第２締結部２６から第３締結部２９に延びる第２縁壁部３２が設けられている。第２脚片１６は、第２側壁部２５、第２縁壁部３２及び第２締結部２６によって立体形状に形成され、剛性が高められている。第３脚片１７は、第３側壁部２８、第２縁壁部３２及び第３締結部２９によって立体形状に形成され、剛性が高められている。
図１に示すように、ブラケット１２は、第１締結部２２、第２締結部２６及び第３締結部２９においてケース上面８Ａにボルトによって締結されている。第１側壁部２１、第２側壁部２５、及び第３側壁部２８のそれぞれには、長手方向に延びる補強リブが形成されている。また、支持板１３の裏面には、例えば格子状である補強リブが形成されている。
図３に示すように、第１脚片１５と第２脚片１６とは、前後に距離をおいて配置されており、支持板１３、第１脚片１５、第２脚片１６、ケース上面８Ａによって左右に開口した第１開口３５が形成されている。支持板１３、第２脚片１６、拡張壁部３１、第３脚片１７、ケース上面８Ａによって、前後に開口した第２開口３６が形成されている。第２開口３６は、第１開口３５に比べて開口面積が小さく設定されている。第２脚片１６と第３脚片１７との距離は、第１脚片１５と第２脚片１６との距離よりも小さく設定されている。第２脚片１６及び第３脚片１７は、第１脚片１５よりも幅が広いことが好ましい。これらによってケース上面８Ａと支持板１３との間の空間である収容空間１９は、前側よりも後側の方が外部に対して遮蔽されている。
図５に示すように、支持板１３は、その前右部に前右方に延出した延長部３７を有する。延長部３７は、平面視において第１脚片１５の右方かつ第３脚片１７の前方に配置され、平面視における支持板１３の面積を拡張する。
図１に示すように、ブラケット１２は、ケース上面８Ａにおいて、前シリンダバンク３及び後シリンダバンク４の間の空間の左方に配置されている。
図１及び図３に示すように、ブラケット１２には、補助ブラケット４０を介してターボチャージャ１０が支持されている。ターボチャージャ１０は、タービン４２の外殻を構成するタービンハウジング４３と、コンプレッサ４４の外殻を構成するコンプレッサハウジング４５と、タービンハウジング４３とコンプレッサハウジング４５とを連結するベアリングハウジング４６とを有する。タービンハウジング４３、コンプレッサハウジング４５、及びベアリングハウジング４６は、それぞれ円筒形に形成され、同軸に配置されている。
タービンハウジング４３のコンプレッサハウジング４５側と相反する側の中央部には、排気出口部４８が設けられている。排気出口部４８は、管状に形成され、コンプレッサハウジング４５側と相反する側に延びている。タービンハウジング４３には、補助ブラケット４０が締結される締結座４９が形成されている。補助ブラケット４０は、板金部材であり、板状の底板部５１と、底板部５１の縁部に設けられ、底板部５１に対して曲げ起こされた立板部５２とを有する。補助ブラケット４０は、立板部５２において締結座４９に締結され、底板部５１においてブラケット１２の支持板１３に締結されている。ターボチャージャ１０は、補助ブラケット４０を介してブラケット１２に取り付けられた状態において、回転軸線が支持板１３と略平行に前後に延在し、タービンハウジング４３が前シリンダバンク３及び後シリンダバンク４の間の空間の左方に配置される。
図２に示すように、タービンハウジング４３の外周部には２つの排気入口部５４が設けられている。排気入口部５４の一方は、前側上流排気管５５を介して前シリンダバンク３の排気ポートに接続されている。排気入口部５４の他方は、後側上流排気管５７を介して後シリンダバンク４の排気ポートに接続されている。これにより、前シリンダバンク３及び後シリンダバンク４で発生した排気が排気入口部５４からタービン４２に流入する。
図３に示すように、排気出口部４８には、触媒コンバータ６０が接続されている。触媒コンバータ６０は、管状に形成され、排気出口部４８からコンプレッサ４４側と相反する後方かつ下方に直線状に延びている。触媒コンバータ６０の下流には、図示しない排気管が接続されている。排気管は、消音器を有し、下流端に排気出口を有する。
図１及び図６に示すように、ベアリングハウジング４６及びコンプレッサハウジング４５は、タービンハウジング４３の前方に設けられ、平面視において支持板１３よりも前方に配置されている。コンプレッサハウジング４５の中央には吸気入口部６２が設けられ、コンプレッサハウジング４５の外周部には吸気出口部６３が設けられている。吸気入口部６２には上流端に吸気入口を備えた上流吸気管（不図示）が接続され、吸気出口部６３には、下流吸気管（不図示）が接続される。下流側吸気管は、インタークーラーを介して、前側シリンダバンクの後側面及び後側シリンダバンクの前側面に開口した吸気ポートに接続される。
図１及び図４〜図７に示すように、ケース上面８Ａと支持板１３との間の収容空間１９には、エンジン補機としてのスタータモータ６５が設けられている。スタータモータ６５は、筒形に形成され、ケース上面８Ａに締結されている。スタータモータ６５は、第１脚片１５よりも後方、かつ第２脚片１６及び第３脚片１７よりも前方に配置され、左右に延びている。スタータモータ６５の一部は、平面視において支持板１３の延長部３７の下方に配置されている。スタータモータ６５の左端は、支持板１３の下方であって、第１開口３５に対向する位置に配置されている。
以上のように構成した内燃機関１の効果について説明する。ターボチャージャ１０を支持するブラケット１２は、支持板１３の上方にタービン４２を配置し、支持板１３の下方に収容空間１９を形成する。収容空間１９には、スタータモータ６５等のエンジン補機を配置することができる。支持板１３は、タービン４２からスタータモータ６５に伝わる熱を遮る遮熱板として機能し、スタータモータ６５の受熱を抑制する。
また、収容空間１９の周囲に配置された第１〜第３脚片１５〜１７も遮熱板として機能することができる。支持板１３のコンプレッサ４４側（前側）には第１脚片１５が配置され、支持板１３の触媒コンバータ６０を含む排気管側（後側）には第２脚片１６及び第３脚片１７が配置されており、脚片１５〜１７は支持板１３に対してコンプレッサ４４側（前側）よりも触媒コンバータ６０を含む排気管側（後側）に偏在している。そのため、脚片１５〜１７は、触媒コンバータ６０を含む排気管からスタータモータ６５に伝わる熱を効率良く遮ることができる。
第２脚片１６と第３脚片１７との間には、第２脚片１６及び第３脚片１７間の開口を縮小し、遮熱板として機能する拡張壁部３１が設けられているため、触媒コンバータ６０を含む排気管からスタータモータ６５に伝わる熱を一層遮ることができる。また、第２脚片１６、第３脚片１７、及び拡張壁部３１の縁に沿って設けられた第２縁壁部３２も同様に遮熱板として機能する。また、第２脚片１６及び第３脚片１７の幅を広くし、第２脚片１６及び第３脚片１７間の開口を縮小することによって遮熱能力が一層向上する。
支持板１３は延長部３７を有し、平面視においてスタータモータ６５との重なる範囲を拡大している。これにより、支持板１３によってタービン４２からスタータモータ６５に伝わる熱を遮ることができる。
第１脚片１５と第２脚片１６との間に形成された第１開口３５は、第２脚片１６と第３脚片１７との間に形成された第２開口３６よりも開口面積が大きく形成されており、スタータモータ６５の視認等による点検や、保守作業が可能となっている。すなわち、第１開口３５は、外部からスタータモータ６５へのアクセスを容易にしている。
ターボチャージャ１０及びブラケット１２は、内燃機関本体５の側方かつトランスミッション７の上方の空間を利用して内燃機関本体５の周囲に配置されるため、内燃機関１の小型化が可能になる。また、タービン４２が、前シリンダバンク３及び後シリンダバンク４の間の空間の側方に配置されているため、前側上流排気管５５及び後側上流排気管５７の長さを略等しくすることができ、排気効率を高めることができる。
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態は、ブラケット１２をトランスミッションケース８に取り付けた例について説明したが、ブラケット１２は、例えば内燃機関本体５や、車体フレーム等の他の構造体に取り付けられてもよい。また、収容空間１９に配置される物品は、スタータモータ６５以外に、ウォータポンプやＡＣＧ、燃料ポンプ、油圧制御装置、電子制御装置等の公知のエンジン補機であってよい。ブラケット１２の脚片１５、１６、１７の数は、３つに限らず、２又は４以上としてもよい。
１ ：内燃機関
５ ：内燃機関本体
８ ：トランスミッションケース（構造体）
８Ａ ：ケース上面
１０ ：ターボチャージャ
１２ ：ブラケット
１３ ：支持板
１５ ：第１脚片
１６ ：第２脚片
１７ ：第３脚片
１９ ：収容空間
３１ ：拡張壁部
３５ ：第１開口
３６ ：第２開口
３７ ：延長部
４０ ：補助ブラケット
４２ ：タービン
４３ ：タービンハウジング
４４ ：コンプレッサ
４５ ：コンプレッサハウジング
６０ ：触媒コンバータ
６５ ：スタータモータ（エンジン補機）

Claims (8)

  1. ターボチャージャを備えた内燃機関であって、
    内燃機関本体と、
    内燃機関本体の周囲に配置された構造体と、
    支持板、及び前記支持板から垂下し、前記構造体に結合された複数の脚片を備えたブラケットと、
    タービン及びコンプレッサを備え、前記タービンにおいて前記支持板の前記構造体側と相反する側に結合されたターボチャージャと、
    前記タービンの中央に接続され、前記コンプレッサと相反する側に延びる排気管と、
    前記構造体と前記支持板との間に配置されたエンジン補機とを有し、
    前記脚片は、前記支持板に対して前記コンプレッサ側よりも前記排気管側に偏在していることを特徴とする内燃機関。
  2. 前記脚片は、前記支持板に対して前記コンプレッサ側に設けられた数よりも前記排気管側に設けられた数が多いことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
  3. 前記脚片は、前記支持板に対して前記コンプレッサ側に設けられたものの幅よりも前記排気管側に設けられたものの幅が大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関。
  4. 前記排気管側に設けられた２つの前記脚片は、拡張壁部によって互いに接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つの項に記載の内燃機関。
  5. 前記排気管側に設けられた前記脚片と前記コンプレッサ側に設けられた前記脚片との間に、前記エンジン補機にアクセスするための開口が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つの項に記載の内燃機関。
  6. 前記排気管は、前記タービン側に触媒コンバータを有することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つの項に記載の内燃機関。
  7. 前記構造体は、前記内燃機関本体に結合されたトランスミッションであり、
    前記ブラケットは、前記トランスミッションの上面に設けられ、
    前記エンジン補機は、スタータモータであることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つの項に記載の内燃機関。
  8. 前記内燃機関本体は２つのバンクを有するＶ型の内燃機関であり、
    前記タービンは、２つの前記バンクの間の空間の側方に配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つの項に記載の内燃機関。
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