JPH04295132A - ターボ冷却を備えた過給機付内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、吸入空気をそれ自身
圧縮膨張させることによって冷却を行うターボ冷却を備
えた過給機付機関に関するものであって、特に、そのタ
ーボ冷却を行うエアタービンや排気タービン過給機など
の配置構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近時、内燃機関特にディーゼル機関の排
気エミッション特にＮＯｘ　を低減することが強く求め
られている。かかるＮＯｘ　を低減する方法としては、
排気を再循環させる方法、アンモニアによる脱硝を行う
方法、燃焼温度を下げる方法などが考えられている。こ
れらのうち、排気を再循環させる方法は、吸気として吸
い込まれるガス中のカーボンなどの微粒子を除去する必
要があり、その除去のために高価で大型の装置が必要で
コスト高となるとともに、微粒子の完全な除去が困難で
機関の信頼性に欠けるという欠点がある。他方、アンモ
ニアによる脱硝を行う方法においては、アンモニア自身
の毒性が問題となるとともにやはり装置が高価であると
いう欠点がある。このような事情から、最後の燃焼温度
を低下させる方法が有望であり、その一つの手段として
、吸気系の途中にその吸気の圧縮によってタービン回転
させるとともに、そのタービンを通過する際の膨張によ
って冷却するターボ冷却方式を用いることが考えられて
いる。

【０００３】なお、かかるターボ冷却装置については、
例えば特公昭３９−９７０４号公報等に記載されている
。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記ターボ冷却は、前
述したようにそれ自身の膨張によって冷却を行うもので
あり、たとえばインタクーラによる冷却が冷媒の温度以
下には冷却できないのに対し、非常な低温にまで冷却で
き、吸入空気の低温化にともなう燃焼温度の低下により
ＮＯｘ　の大幅な低減が可能となる。かかるターボ冷却
装置は、吸気を圧縮するコンプレッサ、その圧縮された
吸気を冷却するアフタクーラ、及び、吸気を膨張させる
タービンから構成されるが、これらを機関の周りに効率
良く配置する必要があり、更に、排気タービン過給を行
う機関においては、かかる過給機をも配置しなければな
らず、機関周りが複雑で且つ大型化しがちで、また、そ
のために冷却効率の低下を招き易いことになる。この発
明は、このようなターボ冷却を備えた過給機付機関にお
いて、各機器類を効率良くコンパクトに配置することを
目的としてなされたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明では、シリンダブロックを挟んだ両側に吸
気系統と排気系統を振り分け配置した立形内燃機関にお
いて、排気タービン過給機を前記排気側における排気マ
ニホールドのほぼ中央上部に配置し、その排気タービン
過給機の下流に接続されるインタクーラを同じく排気側
における前記排気タービン過給機の下方に配置し、エア
タービンのアフタクーラを前記給・排気側側面とは直角
な側面におけるクランク軸端部上方に配置し、更に、こ
のアフタクーラの前記吸気系側側面側方にエアタービン
を配置して、そのエアタービンの出口を同じく吸気系側
における吸気マニホールドに連結したことを特徴とする
。

【０００６】

【作用】上記の構成によれば、排気マニホールドに最も
近い排気タービン過給機とインタクーラをその排気系統
側においてシリンダブロック側面に上下に配置している
から、その側面に沿って大きく突出することなく配置さ
れており、他方、吸気系に近いエアタービンをアフタク
ーラの吸気系側の側面側方に配して、それらエアタービ
ンとアフタクーラとの接続系統を短くし、そのように、
吸気側と排気側に分けて配置することによって効率良く
コンパクトに納められることになる。また、大型のアフ
タクーラは、それら吸気及び排気系とは異なる側面に設
けているから、このアフタクーラとエアタービンなどの
他の機器類とが複雑に絡み合うことがなく、それらを外
方に大きく張り出させることなく全体としてコンパクト
に纏められる。更に、吸気マニホールドにはその吸気系
統側において近接して配置したエアタービンが、短い距
離で接続されるので冷却された空気が機関の熱によって
昇温させられるの防ぐことができ、冷却効率を低下させ
ることがない。

【０００７】

【実施例】図５は、排気タービン過給機１とエアタービ
ン２を備えた機関の給排気系統の概念図である。機関本
体３の排気マニホールド４に連結された排気連絡管５の
途中に排気タービン過給機１が接続されて、その過給機
１のタービン６を駆動するようになっている。同じく、
排気タービン過給機１のコンプレッサ７が吸気系統の途
中に配置され、そのコンプレッサ７によって圧縮された
吸気は、吸気連絡通路８途中のインタクーラ９で冷却さ
れた後三方弁１０に入り、この三方弁１０の二つの出口
のうちその一方の出口からのバイパス管１１が、前記排
気マニホールド４とは反対側の機関本体３側面における
吸気マニホールド１２へ直接連結され、他方の出口から
の通路がエアタービン２を介して吸気マニホールド１２
に連結されている。

【０００８】エアタービン２は、コンプレッサ１３とタ
ービン１４とからなり、三方弁１０から来た吸気は、ま
ずコンプレッサ１３を通過して圧縮された後、その出口
の連絡通路１５の途中に設けたアフタクーラ１６で冷却
されてタービン１４を通過するようになっている。この
タービン１４を通過する際に圧縮された吸気の膨張仕事
でそのタービン１４を回転させ、これによってそのター
ビン１４に連結されたコンプレッサ１３を駆動するとと
もに、熱を放出して冷却される。

【０００９】図１〜図４が、上記装置の具体的な配置構
造を示しており、排気マニホールド４の出口側に接続さ
れる排気タービン過給機１が、この排気系統側において
、その排気マニホールド４側方の左右方向のほぼ中央に
配置されている。この排気タービン過給機１の下方に、
インタクーラ９が、シリンダブロック１７の側面に沿っ
て取付けられており、このインタクーラ９と排気タービ
ン過給機１が連絡管２３にて連結されている。また、こ
の排気系統側及び吸気マニホールド１２を取り付けた吸
気系統側と直角な両側面のうち、フライホイールハウジ
ング１９を設けたクランク軸２０端側の側面において、
そのクランク軸２０すなわちフライホイールハウジング
１９上方に、箱状のアフタクーラ１６がその側面に沿っ
て左右方向に配置されている。更に、このアフタクーラ
１６の前記吸気マニホールド１２側の側面側方にエアタ
ービン２が、そのタービン１４がクランク軸２０方向の
機関本体３側に、コンプレッサ１３が反対側となるよう
にして配置され、このエアタービン２の下方に三方弁１
０が配置されている。この三方弁１０の入り口側と前記
インタクーラ９を連絡する連絡管２４が、上方のアフタ
クーラ１６と下方のフライホイールハウジング１９との
間を機関本体３側面を横切るようにして取付けられてい
る。また、アフタクーラ１６の吸気系統側の側面におけ
る入り口とエアタービン２のコンプレッサ１３の出口が
、連絡管２５によって連結され、同じくエアタービン２
のタービン１４の出口が、吸気管継手２１を介して吸気
マニホールド１２の入り口に連結されている。２７は、
アフタクーラ１６とタービン１４とを連絡する連絡管で
ある。また、三方弁１０からのバイパス管１１が同じ吸
気管継手２１を介して吸気マニホールド１２に連結され
ている。

【００１０】上記において、三方弁１０は、機関の低負
荷時や始動時には、前記バイパス管１１を通って直接吸
気マニホールド１２に吸気を送り、それ以外の時は、エ
アタービン２を通るよう通路を切換えるもので、この切
り替えを行うためのアクチュエータとしてのエアシリン
ダ２２が、前記フライホイールハウジング１９側の側面
において、アフタクーラ１６と連絡管２４との間に設け
られている。

【００１１】図２の２６は、シリンダブロック１７の吸
気側の側面に取付けた燃料噴射ポンプである。

【００１２】

【発明の効果】以上のように、この発明では、吸気系統
に吸気の膨張によって冷却するエアターボ装置を備えて
いるから、インタクーラなどによる冷却よりもはるかに
冷却効果が大きく、このために燃焼温度を低下させてＮ
Ｏｘ　の低減を図り得るのみならず、吸気系と排気系を
シリンダブロックを挟んで振り分け配置したものにおい
て、その排気系側に排気タービン過給機とインタクーラ
を、反対の吸気系側にエアタービンを配置し、更に、比
較的大型のアフタクーラをそれら吸気系側及び排気系側
と直角な側面におけるクランク軸端上方に配置している
ので、これらの機器が、機関本体周囲のスペースを利用
して効率良く配置され、全体にコンパクトに纏めること
ができたものである。更に、上流の排気タービン過給機
から下流のエアタービンまでの各機器が吸気の流れに沿
って効率良く配置されるので、それらを連結する配管類
も短くなりよりコンパクト化されることになるとともに
、特に、エアタービンと吸気マニホールドが相互に近接
して直結されるから、そのエアタービンによって冷却さ
れた吸気が機関の熱によって昇温するのを極力防止でき
、ＮＯｘ　のより大きな低減が可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す機関をクランク軸端側
の側面からみた側面図である。

【図２】同じく吸気マニホールド側からみた側面図であ
る。

【図３】排気マニホールド側から見た側面図である。

【図４】図２のＡ−Ａ線で切断した概略縦断面図である
。

【図５】ターボ冷却装置を備えた機関の吸・排気系統の
概念図である。

【符号の説明】

１　　排気タービン過給機 ２　　エアタービン ３　　機関本体 ９　　インタクーラ １６　　アフタクーラ １７　　シリンダブロック ２０　　クランク軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリンダブロックを挟んだ両側に吸気系統と排気系統を
   振り分け配置した立形内燃機関において、排気タービン
   過給機を前記排気側における排気マニホールドのほぼ中
   央上部に配置し、その排気タービン過給機の下流に接続
   されるインタクーラを同じく排気側における前記排気タ
   ービン過給機の下方に配置し、エアタービンのアフタク
   ーラを前記給・排気側側面とは略直角な方向の側面にお
   けるクランク軸端部上方に配置し、更に、このアフタク
   ーラの前記吸気系側側面側方にエアタービンを配置して
   、そのエアタービンの出口を同じく吸気系側における吸
   気マニホールドに連結したことを特徴とするターボ冷却
   を備えた過給機付内燃機関。