JP2019183716A - 内燃機関 - Google Patents
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Abstract
【課題】軸流式タービンを有するターボ過給機を備え、軸受の温度上昇の抑制とタービンホイールに流入する排気ガスのエネルギの増大とを好適に両立させられる内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関10は、排気通路16と、水冷式のシリンダヘッド14と、コンプレッサインペラ22と、回転軸30を介してコンプレッサインペラ22と連結された軸流式のタービンホイール24と、コンプレッサインペラ22とタービンホイール24との間の部位において回転軸30を支持する軸受26と、コンプレッサインペラ22及び軸受26を収容するハウジング28とを含むターボ過給機20と、を備える。タービンホイール24は、タービン翼24bの出口24b1がコンプレッサインペラ22の側に位置するように回転軸30に連結されている。ハウジング28は、タービンホイール24がシリンダヘッド14と対向する向きで、シリンダヘッド14に直接締結されている。【選択図】図1
Description
この発明は、内燃機関に関し、より詳細には、軸流式タービンを有するターボ過給機を備える内燃機関に関する。
例えば、特許文献1には、ターボ過給機を備える内燃機関が開示されている。このターボ過給機は、コンプレッサと、コンプレッサを回転駆動する過給用タービンと、発電機を回転駆動する発電用タービンとを備えている。発電用タービンは軸流式である。より具体的には、発電用タービンのホイールは、過給用タービンのホイールの下流に配置され、回転軸を介して発電機と連結されている。換言すると、発電用タービンのホイールは、当該ホイールに流れる排気ガスの流れ方向の上流側の端部において、上記回転軸に固定されている。このような構成によれば、このホイールを通過した高温の排気ガスが上記回転軸を支持する軸受の近くを通過することになるので、軸受の温度が上昇してしまう可能性がある。
コンプレッサを回転駆動するために軸流式タービンを備えるターボ過給機を内燃機関に搭載することが考えられる。このターボ過給機では、コンプレッサのコンプレッサインペラと軸流式タービンのタービンホイールとは、回転軸を介して連結される。このようなターボ過給機において、タービンホイールのタービン翼の出口がコンプレッサインペラ側に位置するような向きでタービンホイールを回転軸に連結することが考えられる。しかしながら、特別な配慮なしにそのような向きでタービンホイールが配置されると、特許文献1に記載の構成と同様に、回転軸を支持する軸受の温度上昇を招くことが懸念される。
軸受の温度上昇の回避のために、上記とは逆に、タービン翼の入口がコンプレッサインペラ側に位置するような向きでタービンホイールを回転軸に連結することが考えられる。しかしながら、このような構成を採用すると、コンプレッサインペラとタービンホイールとの間に位置するタービン翼の入口に排気ガスを導入するために、タービン翼の上流側の排気通路にスクロール部を設けることが必要になる。気筒からタービン翼の入口までの距離を短くすることは、タービンホイールに流入する排気ガスのエネルギを高めるうえで有効である。しかしながら、上記のスクロール部を設けることは、気筒からタービン翼の入口までの距離を短縮することへの妨げとなる。
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、軸流式のタービンホイールを有するターボ過給機を備え、軸受の温度上昇の抑制とタービンホイールに流入する排気ガスのエネルギの増大とを好適に両立させることができる内燃機関を提供することを目的とする。
本発明に係る内燃機関は、
気筒から排出される排気ガスが流れる排気通路と、
水冷式のシリンダヘッドと、
コンプレッサインペラと、回転軸を介して前記コンプレッサインペラと連結された軸流式のタービンホイールと、前記コンプレッサインペラと前記タービンホイールとの間の部位において前記回転軸を支持する軸受と、前記コンプレッサインペラ、前記軸受及び前記タービンホイールのうちの少なくとも前記コンプレッサインペラ及び前記軸受を収容するハウジングと、を含むターボ過給機と、
を備える。
前記タービンホイールは、前記タービンホイールのタービン翼の出口が前記コンプレッサインペラの側に位置するように前記回転軸に連結されている。
前記ハウジングは、前記タービンホイールが前記シリンダヘッドと対向する向きで、前記シリンダヘッドに直接又は第1ガスケットを介して締結されている。
気筒から排出される排気ガスが流れる排気通路と、
水冷式のシリンダヘッドと、
コンプレッサインペラと、回転軸を介して前記コンプレッサインペラと連結された軸流式のタービンホイールと、前記コンプレッサインペラと前記タービンホイールとの間の部位において前記回転軸を支持する軸受と、前記コンプレッサインペラ、前記軸受及び前記タービンホイールのうちの少なくとも前記コンプレッサインペラ及び前記軸受を収容するハウジングと、を含むターボ過給機と、
を備える。
前記タービンホイールは、前記タービンホイールのタービン翼の出口が前記コンプレッサインペラの側に位置するように前記回転軸に連結されている。
前記ハウジングは、前記タービンホイールが前記シリンダヘッドと対向する向きで、前記シリンダヘッドに直接又は第1ガスケットを介して締結されている。
前記タービン翼の入口は、前記シリンダヘッドに対する前記ハウジングの締結面よりも前記排気ガスの流れの上流側に配置されていてもよい。
前記排気通路は、前記シリンダヘッドの内部に形成されたヘッド内ガス通路を含んでもよい。そして、前記タービンホイールは、前記ヘッド内ガス通路に配置されていてもよい。
前記ヘッド内ガス通路の周面が、前記タービンホイールの径方向において前記タービン翼と対向していてもよい。
前記ハウジングは、前記タービンホイールを覆うタービンハウジング部を含んでもよい。前記タービンハウジング部の少なくとも一部が前記ヘッド内ガス通路に挿入されてもよい。そして、前記タービンハウジング部の内周面が、前記タービンホイールの径方向において前記タービン翼と対向していてもよい。
前記内燃機関は、前記ヘッド内ガス通路と前記タービンホイールとの間に配置された第2ガスケットをさらに備えてもよい。そして、前記第2ガスケットの内周面が、前記タービンホイールの径方向において前記タービン翼と対向していてもよい。
前記ハウジングは、前記軸受を収容するベアリングハウジング部を含んでもよい。そして、前記ベアリングハウジング部が、前記シリンダヘッドと直接又は前記第1ガスケットを介して締結されていてもよい。
前記内燃機関は、前記タービンホイールよりも下流側の部位において前記排気通路に配置された排気浄化触媒をさらに備えてもよい。前記排気通路は、前記タービン翼の前記出口と前記排気浄化触媒とを接続する触媒上流通路を含んでもよい。そして、前記触媒上流通路の少なくとも一部は、前記シリンダヘッドに内蔵されていてもよい。
前記ターボ過給機は、前記タービンホイールよりも下流側の部位において前記排気通路に設けられたノズルをさらに備えてもよい。そして、前記ノズルは、排気ガス流れの下流側に向かうにつれて流路断面積を徐々に大きくするように形成されていてもよい。
本発明によれば、軸流式のタービンホイールは、タービン翼の出口がコンプレッサインペラの側に位置するように回転軸に連結されている。これにより、ラジアル式タービンとは異なり、タービン翼の入口側にスクロール部を備える必要がなくなる。このため、気筒からタービン翼の入口までの距離を短縮できる。その結果、タービンホイールに流入する排気ガスのエネルギを高めることができる。また、本発明によれば、ハウジングは、タービンホイールがシリンダヘッドと対向する向きで、シリンダヘッドに直接又は第1ガスケットを介して締結されている。これにより、タービン翼から流出した高温の排気ガスからハウジングに伝わった熱を、水冷式のシリンダヘッドに逃がすことができる。このため、本発明によれば、軸受の温度上昇の抑制とタービンに流入する排気ガスのエネルギの増大とを好適に両立させることができる。
以下に説明される各実施の形態において、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略又は簡略する。また、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
1.実施の形態1
まず、図1を参照して、本発明の実施の形態1について説明する。
まず、図1を参照して、本発明の実施の形態1について説明する。
1−1.内燃機関の要部の構成
図1は、本発明の実施の形態1に係る内燃機関10の要部の構成を模式的に表した図である。図1に示す内燃機関10は、一例として、3つの気筒12を有する直列3気筒エンジンである。内燃機関10は、シリンダヘッド14を備えている。シリンダヘッド14は、シリンダブロック(図示省略)とともに3つの気筒12を形成している。なお、本発明の対象となる内燃機関の気筒数及び気筒配置は特に限定されない。
図1は、本発明の実施の形態1に係る内燃機関10の要部の構成を模式的に表した図である。図1に示す内燃機関10は、一例として、3つの気筒12を有する直列3気筒エンジンである。内燃機関10は、シリンダヘッド14を備えている。シリンダヘッド14は、シリンダブロック(図示省略)とともに3つの気筒12を形成している。なお、本発明の対象となる内燃機関の気筒数及び気筒配置は特に限定されない。
シリンダヘッド14には、エンジン冷却水が流れる冷却水通路(図示省略)が形成されている。つまり、シリンダヘッド14は水冷式である。また、内燃機関10は、各気筒12から排出される排気ガスが流れる排気通路16を備えている。排気通路16は、図1に示すように、シリンダヘッド14の内部に形成されたヘッド内ガス通路18を含む。ヘッド内ガス通路18は、各気筒12からの排気ガスを1つに集めるように形成されている。換言すると、内燃機関10では、排気マニホールドがシリンダヘッド14と一体化している。なお、シリンダヘッド14は、金属材料(例えば、アルミニウム合金)によって構成されている。
内燃機関10は、ターボ過給機20を備えている。ターボ過給機20は、コンプレッサインペラ22、軸流式のタービンホイール24、軸受26及びハウジング28を含む。なお、ハウジング28は、金属材料(例えば、鉄)によって構成されている。
具体的には、タービンホイール24は、回転軸30を介してコンプレッサインペラ22と連結されている。軸受26は、コンプレッサインペラ22とタービンホイール24との間の部位(図1に示す例では、2か所)において回転軸30を支持する。ハウジング28は、コンプレッサインペラ22を収容するコンプレッサハウジング部32と、2つの軸受26を収容するベアリングハウジング部34とからなる。コンプレッサハウジング部32とベアリングハウジング部34とは隣り合っている。
コンプレッサハウジング部32は、1対のハウジングピース32a及び32bによって、コンプレッサ入口部32c、インペラ部32d、ディフューザ部32e及びスクロール部32fを形成している。このコンプレッサハウジング部32とコンプレッサインペラ22とによって、内燃機関10の吸気を過給するための遠心式(一例)のコンプレッサが構成されている。
タービンホイール24は、ロータディスク24aと、複数のタービン翼(動翼)24bとを有する。ロータディスク24aは回転軸30に連結されている。複数のタービン翼24bは、ロータディスク24aから径方向外向きに延びるようにロータディスク24aと一体的に形成されている。
図1に示すように、タービンホイール24は、タービン翼24bの出口24b1がコンプレッサインペラ22の側に位置するように回転軸30に連結されている。そして、ハウジング28は、タービンホイール24(のタービン翼24bの入口24b2)がシリンダヘッド14と対向する向きで、ボルト等の締結具(図示省略)を用いてシリンダヘッド14に直接締結されている。
より具体的には、図1に示す例では、ハウジング28のうちのベアリングハウジング部34がシリンダヘッド14に直接締結されている。なお、図1では、タービンホイール24周りにおいてハッチングが付されたシリンダヘッド14及びベアリングハウジング部34の各部位は、回転軸30の中心位置におけるシリンダヘッド14及びベアリングハウジング部34の断面を示している。このことは、後述の図2〜6及び8についても同様である。
また、図1に示すように、内燃機関10では、タービン翼24bの入口24b2は、シリンダヘッド14に対するベアリングハウジング部34の締結面36よりも排気ガス流れの上流側に配置されている。そして、タービンホイール24は、ヘッド内ガス通路18に配置されている。より詳細には、タービンホイール24は、ヘッド内ガス通路18の集合部18aに配置されており、ヘッド内ガス通路18の周面18bがタービンホイール24の径方向においてタービン翼24bと対向している。換言すると、タービン翼24b(タービンホイール24)は、周面18bとの間でクリアランスを構成している。
本実施形態の内燃機関10では、タービンホイール24の出口通路であるタービン出口通路38は、次のような構造によって、ベアリングハウジング部34の壁面及びシリンダヘッド14の壁面を利用して形成されている。
具体的には、回転軸30の軸方向においてタービン翼24bの出口24b1と近接する位置には、ベアリングハウジング部34のタービン出口壁部40が形成されている。タービン出口壁部40は、回転軸30の軸方向においてタービン翼24bの出口24b1から離れるにつれ、その径が大きくなるように(換言すると、略円錐台形状に)形成されている。シリンダヘッド14は、このタービン出口壁部40を覆うように形成されたスクロール部42を有している。そして、ベアリングハウジング部34は、回転軸30の径方向に延びるように形成されたフランジ部44を有している。シリンダヘッド14とベアリングハウジング部34との締結は、より詳細には、このスクロール部42の端面とフランジ部44との間でなされている。すなわち、このフランジ部44の一部が上記の締結面36に相当する。
タービン出口通路38は、タービン出口壁部40とともに上述のスクロール部42及びフランジ部44によって構成されている。スクロール部42は、タービン翼24bの出口24b1から流出した排気ガスの流れの向きを変えるために、スクロール形状を有している。より具体的には、スクロール部42は、回転軸30を中心とするスクロール形状を有し、出口24b1から離れるにつれて流路断面積が徐々に大きくなるように形成されている。図1では、タービン出口壁部40に対して紙面右側のタービン出口通路38の部位の流路断面積は、紙面左側の部位のそれと比べて大きくなるように描かれている。つまり、紙面右側の部位は、紙面左側の部位と比べて排気ガス流れの下流側に位置する。また、上記のように構成されたタービン出口通路38は、排気通路16の一部に相当する。
なお、本実施形態では、排気ガス流れの下流側におけるスクロール部42の端部は、シリンダヘッド14の外に設けられている。この端部には、ターボ過給機20の下流側の排気通路16の部位を構成する排気管が接続される。また、タービン翼24bの出口24b1の近傍の部位においてスクロール部42に形成された環状の突起46は、出口24b1から流出する排気ガスを整流するために形成されている。より詳細には、流路が急拡大すると、流れの損失が増大する。環状の突起46は、このような流れの損失の増大を抑制するために、流路断面積を徐々に大きくできるように形成されている。
付け加えると、図1に示す例では、タービンホイール24を収容するタービンハウジングの機能は、シリンダヘッド14を利用して(より詳細には、ヘッド内ガス通路18の周面18b及びスクロール部42)によって実現されている。そして、タービン出口通路38は、上述のように、ベアリングハウジング部34(タービン出口壁部40及びフランジ部44)とスクロール部42とによって構成されている。したがって、内燃機関10では、タービンホイール24と、シリンダヘッド14の周面18b及びスクロール部42と、ベアリングハウジング部34(タービン出口壁部40及びフランジ部44)とによって、コンプレッサインペラ22を回転駆動する軸流式タービンが構成されている。
1−2.効果
1−2−1.タービンに流入する排気ガスのエネルギの増大
ラジアル式タービンを使用するターボ過給機を備える内燃機関では、タービン翼の入口側にスクロール部と、スクロール部とその上流側の排気通路とを接続するための接続配管とが必要になる。これに対し、本実施形態の内燃機関10は、タービン翼24bの出口24b1がコンプレッサインペラ22の側に位置するように設けられた軸流式のタービンホイール24を有するターボ過給機20を備えている。これにより、ラジアル式タービンとは異なり、タービン翼24bの入口24b2側にスクロール部を備える必要がなく、したがって、上記接続配管も不要となる。このため、各気筒12からタービン翼24bの入口24b2までの距離を短縮できる。その結果、タービン翼24bの上流側の排気通路の表面積の減少により、タービン翼24bに流入する排気ガスの温度低下を抑制できる。また、タービン翼24bの上流側の排気通路の容積の減少により、タービンホイール24に流入する排気ガスの圧力の低下を抑制できる。これらのことから、本実施形態によれば、上記距離の短縮により、タービンホイール24に流入する排気ガスのエネルギを効果的に高められる構成が得られる。
1−2−1.タービンに流入する排気ガスのエネルギの増大
ラジアル式タービンを使用するターボ過給機を備える内燃機関では、タービン翼の入口側にスクロール部と、スクロール部とその上流側の排気通路とを接続するための接続配管とが必要になる。これに対し、本実施形態の内燃機関10は、タービン翼24bの出口24b1がコンプレッサインペラ22の側に位置するように設けられた軸流式のタービンホイール24を有するターボ過給機20を備えている。これにより、ラジアル式タービンとは異なり、タービン翼24bの入口24b2側にスクロール部を備える必要がなく、したがって、上記接続配管も不要となる。このため、各気筒12からタービン翼24bの入口24b2までの距離を短縮できる。その結果、タービン翼24bの上流側の排気通路の表面積の減少により、タービン翼24bに流入する排気ガスの温度低下を抑制できる。また、タービン翼24bの上流側の排気通路の容積の減少により、タービンホイール24に流入する排気ガスの圧力の低下を抑制できる。これらのことから、本実施形態によれば、上記距離の短縮により、タービンホイール24に流入する排気ガスのエネルギを効果的に高められる構成が得られる。
付け加えると、内燃機関10では、タービンホイール24は、ヘッド内ガス通路18に配置されている。これにより、上記距離の短縮によるタービンホイール24への排気エネルギの増大効果をより十分に引き出すことができる。
1−2−2.軸受の温度上昇の抑制
上記の向きで配置された軸流式のタービンホイール24の使用により、上述のように、ラジアル式タービンの使用例と比べてタービンに流入する排気ガスのエネルギの増大を図ることができる。しかしながら、その背反として、タービン翼24bを通過した高温の排気ガスがコンプレッサインペラ22側(すなわち、タービンホイール24とコンプレッサインペラ22との間に位置する軸受26の側)に向けてベアリングハウジング部34の周りを流れることになる。このため、適切な対処がなされないと、軸受26の温度が上昇してしまう可能性がある。
上記の向きで配置された軸流式のタービンホイール24の使用により、上述のように、ラジアル式タービンの使用例と比べてタービンに流入する排気ガスのエネルギの増大を図ることができる。しかしながら、その背反として、タービン翼24bを通過した高温の排気ガスがコンプレッサインペラ22側(すなわち、タービンホイール24とコンプレッサインペラ22との間に位置する軸受26の側)に向けてベアリングハウジング部34の周りを流れることになる。このため、適切な対処がなされないと、軸受26の温度が上昇してしまう可能性がある。
上記の課題に関し、本実施形態によれば、ターボ過給機20のハウジング28は、タービンホイール24(のタービン翼24bの入口24b2)が、水冷式のシリンダヘッド14と対向する向きで、シリンダヘッド14に直接的に締結されている。これにより、タービン翼24bから流出した高温の排気ガスからハウジング28に伝わった熱を、低温のシリンダヘッド14に逃がすことができる。このため、本実施形態の内燃機関10によれば、軸受26の温度上昇の抑制とタービンに流入する排気ガスのエネルギの増大とを好適に両立させることができる。また、軸受26の温度上昇の抑制により、軸受26を潤滑するオイルの劣化を抑制することができる。
付け加えると、本実施形態においてシリンダヘッド14と直接的に締結されているのは、軸受26を収容するベアリングハウジング部34である。このため、本構成によれば、タービン翼24bから流出した高温の排気ガスからベアリングハウジング部34に伝わった熱を効果的にシリンダヘッド14に逃がすことができる。そして、このようにベアリングハウジング部34の放熱性を効果的に向上させられることにより、次のような効果も得られる。すなわち、ベアリングハウジング部の放熱性向上のために、別途、ベアリングハウジング部34に対してエンジン冷却水を導入する構成を採用することがある。そのような構成においては、エンジン停止がなされると、エンジン冷却水の循環が停止するため、エンジン停止後にベアリングハウジング部34の温度が上昇することが懸念される。この点に関し、上述の締結手法によってベアリングハウジング部34の放熱性を向上できることにより、エンジン停止後のベアリングハウジング部34の温度上昇を効果的に抑制することもできる。
1−2−3.タービン翼への熱輻射の抑制
また、本実施形態の内燃機関10では、タービン翼24bの入口24b2は、シリンダヘッド14に対するベアリングハウジング部34の締結面36よりも排気ガスの流れの上流側に配置されている。このような配置によれば、タービン翼24bは、エンジン冷却水により冷却されるシリンダヘッド14の壁面に近い部位に設けられることになる。したがって、タービン翼24bがシリンダヘッド14の外に配置される例と比べて、タービン翼24bの上流に位置する排気ガスの通路壁面の温度が低くなることになる。これにより、当該通路壁面からタービン翼24bへの熱輻射による熱の流入が抑制されるので、タービンホイール24と連結された回転軸30の温度が上記熱輻射に起因して上昇することが抑制される。このことは、軸受26の温度上昇の抑制に繋がる。また、熱輻射による熱の流入の抑制により、排気ガス温度が高い高温時に、タービン翼24bとヘッド内ガス通路18の周面18bとのクリアランスの拡大を抑制できる。
また、本実施形態の内燃機関10では、タービン翼24bの入口24b2は、シリンダヘッド14に対するベアリングハウジング部34の締結面36よりも排気ガスの流れの上流側に配置されている。このような配置によれば、タービン翼24bは、エンジン冷却水により冷却されるシリンダヘッド14の壁面に近い部位に設けられることになる。したがって、タービン翼24bがシリンダヘッド14の外に配置される例と比べて、タービン翼24bの上流に位置する排気ガスの通路壁面の温度が低くなることになる。これにより、当該通路壁面からタービン翼24bへの熱輻射による熱の流入が抑制されるので、タービンホイール24と連結された回転軸30の温度が上記熱輻射に起因して上昇することが抑制される。このことは、軸受26の温度上昇の抑制に繋がる。また、熱輻射による熱の流入の抑制により、排気ガス温度が高い高温時に、タービン翼24bとヘッド内ガス通路18の周面18bとのクリアランスの拡大を抑制できる。
付け加えると、本実施形態の内燃機関10では、タービンホイール24は、ヘッド内ガス通路18に配置されている。より詳細には、タービンホイール24は、ヘッド内ガス通路18の周面18bがタービンホイール24の径方向においてタービン翼24bと対向するように配置されている。このような構成によれば、上記の熱輻射の抑制効果をより効果的に得ることができる。
1−2−4.タービン出口壁部の形状に関する効果
さらに、タービンホイール24の直下に位置するタービン出口壁部40は、上述のように、回転軸30の軸方向においてタービン翼24bの出口24b1から離れるにつれ、その径が大きくなるように(換言すると、略円錐台形状に)形成されている。このような形状とは異なり、タービン出口壁部が円筒状に形成されていると、タービン翼24bから流出した排気ガスがベアリングハウジング部に衝突するように流れてしまう。これに対し、本実施形態の形状のタービン出口壁部40によれば、タービンホイール24の直下の排気ガスの流れを改善できる。さらに、上記の円筒状の例と比べて、軸受26をタービン出口通路38の壁面からより離すことができるので、伝熱距離の拡大により、軸受26の温度上昇をより効果的に抑制できる。
さらに、タービンホイール24の直下に位置するタービン出口壁部40は、上述のように、回転軸30の軸方向においてタービン翼24bの出口24b1から離れるにつれ、その径が大きくなるように(換言すると、略円錐台形状に)形成されている。このような形状とは異なり、タービン出口壁部が円筒状に形成されていると、タービン翼24bから流出した排気ガスがベアリングハウジング部に衝突するように流れてしまう。これに対し、本実施形態の形状のタービン出口壁部40によれば、タービンホイール24の直下の排気ガスの流れを改善できる。さらに、上記の円筒状の例と比べて、軸受26をタービン出口通路38の壁面からより離すことができるので、伝熱距離の拡大により、軸受26の温度上昇をより効果的に抑制できる。
2.実施の形態2
次に、図2を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
次に、図2を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
2−1.内燃機関の要部の構成
図2は、本発明の実施の形態2に係る内燃機関50の要部の構成を模式的に表した図である。本実施形態に係る内燃機関50は、タービンホイール24周りの構成において、実施の形態1に係る内燃機関10と相違している。
図2は、本発明の実施の形態2に係る内燃機関50の要部の構成を模式的に表した図である。本実施形態に係る内燃機関50は、タービンホイール24周りの構成において、実施の形態1に係る内燃機関10と相違している。
図2に示すように、内燃機関50は、ターボ過給機52を備えている。ターボ過給機52は、ハウジング54の構成において、図1に示すターボ過給機20と相違している。具体的には、ハウジング54は、コンプレッサハウジング部32及びベアリングハウジング部34とともに、タービンハウジング部56を備えている。タービンハウジング部56は、タービンホイール24だけでなくタービン出口壁部40をも覆うように形成されている。
タービンハウジング部56は、ベアリングハウジング部34と隣り合っている。タービンハウジング部56は、図1に示すスクロール部42と同様に形成されたスクロール部58を備えている。つまり、本実施形態では、タービン出口通路60は、このスクロール部58とタービン出口壁部40及びフランジ部44とによって構成されている。
本実施形態では、ハウジング54のタービンハウジング部56が、タービンホイール24(のタービン翼24bの入口24b2)がシリンダヘッド62と対向する向きで、ボルト等の締結具(図示省略)を用いてシリンダヘッド62に直接締結されている。
また、図2に示す内燃機関50では、タービン翼24bの入口24b2は、シリンダヘッド62に対するタービンハウジング部56の締結面64よりも排気ガスの流れの上流側に配置されている。そして、内燃機関10の例と同様に、タービンホイール24は、ヘッド内ガス通路18に配置されている。より詳細には、タービンハウジング部56の一部(タービンホイール24を覆う部位)がヘッド内ガス通路18(の集合部18a)の周面62aに挿入されている。そして、この周面62aと接するタービンハウジング部56の内周面56aが、タービンホイール24の径方向においてタービン翼24bと対向している。換言すると、タービン翼24b(タービンホイール24)は、内周面56aとの間でクリアランスを構成している。
2−2.効果
上述したタービンハウジング部56を備える本実施形態の内燃機関50においても、実施の形態1と同様に、軸受26の温度上昇の抑制とタービンホイール24に流入する排気ガスのエネルギの増大とを好適に両立させることができる。ただし、軸受26を収容するベアリングハウジング部からシリンダヘッドへの放熱の観点では、シリンダヘッド62とベアリングハウジング部34との間にタービンハウジング部56を介在する内燃機関50よりも、そのようなタービンハウジング部56を介在しない内燃機関10の方が優れているといえる。
上述したタービンハウジング部56を備える本実施形態の内燃機関50においても、実施の形態1と同様に、軸受26の温度上昇の抑制とタービンホイール24に流入する排気ガスのエネルギの増大とを好適に両立させることができる。ただし、軸受26を収容するベアリングハウジング部からシリンダヘッドへの放熱の観点では、シリンダヘッド62とベアリングハウジング部34との間にタービンハウジング部56を介在する内燃機関50よりも、そのようなタービンハウジング部56を介在しない内燃機関10の方が優れているといえる。
また、本実施形態の内燃機関50では、タービンホイール24(のタービン翼24b)は、タービンホイール24の径方向において、シリンダヘッド62の周面62aと直接的には対向しておらず、その代わりにタービンハウジング部56の内周面56aと対向している。このような構成では、水冷式のシリンダヘッド62によってタービンハウジング部56が冷却されるので、タービンハウジング部56からタービン翼24bへの熱輻射による熱の流入が抑制される。このため、当該熱輻射に起因する回転軸30の温度上昇及びこれに伴う軸受26の温度上昇を抑制することができる。
2−3.変形例
上述した実施の形態2においては、タービンハウジング部56は、その一部がヘッド内ガス通路18に挿入されるように構成されている。しかしながら、本発明に係るタービンハウジング部の他の例では、タービンハウジング部の全体がヘッド内ガス通路に挿入されてもよい。
上述した実施の形態2においては、タービンハウジング部56は、その一部がヘッド内ガス通路18に挿入されるように構成されている。しかしながら、本発明に係るタービンハウジング部の他の例では、タービンハウジング部の全体がヘッド内ガス通路に挿入されてもよい。
また、図2に示す内燃機関50の例では、タービン翼24bの入口24b2が締結面64よりも排気ガスの流れの上流側に配置され、かつ、タービンホイール24がヘッド内ガス通路18に配置されている。このような例に代え、タービン翼24bの入口24b2は締結面64よりも排気ガスの流れの上流側に配置されるけれども、タービンホイール24はヘッド内ガス通路18に配置されないように、タービンハウジング部の形状が変更されてもよい。
3.実施の形態3
次に、図3を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。
次に、図3を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。
3−1.内燃機関の要部の構成
図3は、本発明の実施の形態3に係る内燃機関70の要部の構成を模式的に表した図である。本実施形態に係る内燃機関70は、タービンホイール24周りの構成において、実施の形態1に係る内燃機関10と相違している。
図3は、本発明の実施の形態3に係る内燃機関70の要部の構成を模式的に表した図である。本実施形態に係る内燃機関70は、タービンホイール24周りの構成において、実施の形態1に係る内燃機関10と相違している。
図3に示すように、内燃機関70は、ターボ過給機72を備えている。ターボ過給機72は、ハウジング74の構成において、図1に示すターボ過給機20と相違している。具体的には、ハウジング74は、コンプレッサハウジング部32とともに、ベアリングハウジング部76を備えている。
図1に示す例では、タービン出口壁部40は、シリンダヘッド14からベアリングハウジング部34に向けて延びるように形成されたスクロール部42によって覆われている。これに対し、図3に示す例では、タービン出口通路78を構成するためのスクロール部80は、ベアリングハウジング部76に形成されている。したがって、図3に示すタービン出口壁部40は、ベアリングハウジング部76からシリンダヘッド82に向けて延びるように形成されたスクロール部80によって覆われている。
そして、本実施形態では、ベアリングハウジング部76のスクロール部80が、シリンダヘッド82にガスケット84を介して締結されている。したがって、ガスケット84は、本発明に係る「第1ガスケット」の一例に相当する。そして、本実施形態では、タービン出口通路78は、タービン出口壁部40及びスクロール部80と、シリンダヘッド82(より詳細には、ガスケット84)とによって構成されている。
また、図3に示す内燃機関70においても、内燃機関10と同様に、タービン翼24bの入口24b2は、シリンダヘッド82に対するベアリングハウジング部76の締結面86よりも排気ガスの流れの上流側に配置されている。
さらに、内燃機関10の例と同様に、タービンホイール24は、ヘッド内ガス通路18に配置されている(すなわち、タービンホイール24を収容するタービンハウジングの機能は、シリンダヘッド82を利用して実現されている)。
そして、シリンダヘッド82とベアリングハウジング部76との間に介在するガスケット84は、ヘッド内ガス通路18の周面18bとタービンホイール24との間の部位にまで及んでいる。したがって、ガスケット84は、本発明に係る「第2ガスケット」の一例にも相当する。より詳細には、ガスケット84の内周面84aが、タービンホイール24の径方向においてタービン翼24bと対向している。換言すると、タービン翼24b(タービンホイール24)は、ガスケット84の内周面84aとの間でクリアランスを構成している。なお、上記のガスケット84の例に代え、締結面86に対向するガスケットは、周面18bに配置されたガスケットと別体であってもよいし、これらのガスケットのうちの何れか一方が省略されてもよい。
3−2.効果
上述した構成を備える本実施形態の内燃機関70においても、実施の形態1及び2と同様に、軸受26の温度上昇の抑制と、タービンホイール24に流入する排気ガスのエネルギの増大とを好適に両立させることができる。ただし、軸受26を収容するベアリングハウジング部からシリンダヘッドへの放熱の観点では、シリンダヘッド82とベアリングハウジング部76との間にガスケット84を介在する内燃機関70よりも、そのようなガスケット84を介在しない内燃機関10の方が優れているといえる。
上述した構成を備える本実施形態の内燃機関70においても、実施の形態1及び2と同様に、軸受26の温度上昇の抑制と、タービンホイール24に流入する排気ガスのエネルギの増大とを好適に両立させることができる。ただし、軸受26を収容するベアリングハウジング部からシリンダヘッドへの放熱の観点では、シリンダヘッド82とベアリングハウジング部76との間にガスケット84を介在する内燃機関70よりも、そのようなガスケット84を介在しない内燃機関10の方が優れているといえる。
また、本実施形態の内燃機関50では、タービンホイール24(のタービン翼24b)は、タービンホイール24の径方向において、シリンダヘッド62の周面62aと直接的には対向しておらず、その代わりにガスケット84の内周面84aと対向している。このような構成では、水冷式のシリンダヘッド82によってガスケット84が冷却されるので、ガスケット84からタービン翼24bへの熱輻射による熱の流入が抑制される。このため、当該熱輻射に起因する回転軸30の温度上昇及びこれに伴う軸受26の温度上昇を抑制することができる。
4.実施の形態4
次に、図4を参照して、本発明の実施の形態4について説明する。
次に、図4を参照して、本発明の実施の形態4について説明する。
4−1.内燃機関の要部の構成
図4は、本発明の実施の形態4に係る内燃機関90の要部の構成を模式的に表した図である。本実施形態に係る内燃機関90は、タービンホイール24周りの構成において、実施の形態2に係る内燃機関50と相違している。
図4は、本発明の実施の形態4に係る内燃機関90の要部の構成を模式的に表した図である。本実施形態に係る内燃機関90は、タービンホイール24周りの構成において、実施の形態2に係る内燃機関50と相違している。
図4に示すように、内燃機関90は、ターボ過給機92を備えている。ターボ過給機92のハウジング94は、図2に示すターボ過給機52と同様に、コンプレッサハウジング部32及びベアリングハウジング部34とともに、タービンハウジング部96を備えている。
タービンハウジング部96は、タービン翼24bの出口24b1がコンプレッサインペラ22の側に位置するように設けられたタービンホイール24を覆っている点、タービンホイール24(のタービン翼24bの入口24b2)が水冷式のシリンダヘッド62と対向する向きでシリンダヘッド62に直接締結される点、及びスクロール部58と同様のスクロール部98を備える点においては、図2に示すタービンハウジング部56と同様である。そのうえで、タービンハウジング部96とタービンハウジング部56との間での形状の相違に起因して、タービンホイール24の搭載位置が次の点において図2に示す例と相違している。
すなわち、図4に示す内燃機関90では、タービン翼24bの入口24b2は、シリンダヘッド62に対するタービンハウジング部96の締結面100よりも排気ガスの流れの上流側に配置されておらず、その下流側に配置されている。そして、タービンホイール24は、ヘッド内ガス通路18に配置されておらず、その下流側(すなわち、シリンダヘッド62の外側)に位置するタービンハウジング部96内のガス通路102に配置されている。
4−2.効果
上述したタービンハウジング部96を備える本実施形態の内燃機関90においても、タービンホイール24は、タービン翼24bの出口24b1がコンプレッサインペラ22の側に位置するように設けられている。また、タービンハウジング部96は、タービンホイール24(のタービン翼24bの入口24b2)が水冷式のシリンダヘッド14と対向する向きでシリンダヘッド62に直接締結されている。このため、実施の形態1〜3と同様に、軸受26の温度上昇の抑制とタービンホイール24の排気ガスのエネルギの増大とを好適に両立させることができる。
上述したタービンハウジング部96を備える本実施形態の内燃機関90においても、タービンホイール24は、タービン翼24bの出口24b1がコンプレッサインペラ22の側に位置するように設けられている。また、タービンハウジング部96は、タービンホイール24(のタービン翼24bの入口24b2)が水冷式のシリンダヘッド14と対向する向きでシリンダヘッド62に直接締結されている。このため、実施の形態1〜3と同様に、軸受26の温度上昇の抑制とタービンホイール24の排気ガスのエネルギの増大とを好適に両立させることができる。
5.実施の形態5
次に、図5を参照して、本発明の実施の形態5について説明する。
次に、図5を参照して、本発明の実施の形態5について説明する。
5−1.内燃機関の要部の構成
図5は、本発明の実施の形態5に係る内燃機関110の要部の構成を模式的に表した図である。本実施形態に係る内燃機関110は、主に、タービン出口通路(スクロール部)よりも出口側の排気通路の構成において、上述した実施の形態1に係る内燃機関10と相違している。
図5は、本発明の実施の形態5に係る内燃機関110の要部の構成を模式的に表した図である。本実施形態に係る内燃機関110は、主に、タービン出口通路(スクロール部)よりも出口側の排気通路の構成において、上述した実施の形態1に係る内燃機関10と相違している。
具体的には、図5に示すように、内燃機関110のシリンダヘッド112は、スクロール部114を備えている。このスクロール部114の形状は図1に示すスクロール部42のそれと異なっているけれども、スクロール部114は、スクロール部42と同様に、タービン出口壁部40及びフランジ部44とともにタービン出口通路116を構成している。
実施の形態1の内燃機関10では、スクロール部42における排気ガス流れの下流側の端部は、シリンダヘッド14の外に設けられている。これに対し、本実施形態の内燃機関110では、スクロール部114における排気ガス流れの下流側の端部114aは、図5に示すようにシリンダヘッド112の内部に位置している。そして、この端部114aには、シリンダヘッド112内に形成されたヘッド内ガス通路118が接続されている。ヘッド内ガス通路118は、ヘッド内ガス通路18及びタービン出口通路116とともに、内燃機関110の排気通路120に含まれる。
ヘッド内ガス通路118の下流側の端部118aは、シリンダヘッド112の側面においてシリンダヘッド112の外表面112aに開口している。この端部118aには、排気管122が接続されている。排気通路120の内部のヘッド外ガス通路124も、排気通路120の一部に相当する。また、排気管122には、排気ガスを浄化するための排気浄化触媒126が設置されている。さらに、符号128は、シリンダヘッド112に対するベアリングハウジング部34の締結面を示している。
なお、本実施形態では、ヘッド内ガス通路118と、排気浄化触媒126よりも上流側に位置するヘッド外ガス通路124の部位とが、本発明に係る「触媒上流通路」の一例に相当する。また、ヘッド内ガス通路118は、本発明に係る「ヘッド内ガス通路」の一例にも相当する。
5−2.効果
以上説明したように、本実施形態の内燃機関110では、タービン出口通路116と排気浄化触媒126とを接続する排気通路120の部位のうちの上流側の部位(ヘッド内ガス通路118)がシリンダヘッド112に内蔵されている。一方、当該部位がシリンダヘッド14の外に位置する排気管の内部に形成された内燃機関10では、この排気管は、タービン出口通路38から出た高温の排気ガスからの熱を受ける。そして、軸受26を収容するベアリングハウジング部34は、この排気管の近くに位置しているため、当該排気管からの熱を受ける。この点に関し、本実施形態の内燃機関110によれば、タービン出口通路116に接続された排気通路120の部位は、水冷式のシリンダヘッド112のヘッド内ガス通路118である。そして、シリンダヘッド112から出た後の排気管122は、タービン出口通路116の端部(スクロール部114の端部114a)よりも下流側に配置されている。したがって、排気管122に流入する排気ガスの温度は、端部114aから流出する排気ガスの温度よりも低くなる。このため、本実施形態の構成によれば、実施の形態1と比べて、排気管122からのベアリングハウジング部34の受熱を低減できるので、軸受26の温度上昇をより効果的に抑制できる。
以上説明したように、本実施形態の内燃機関110では、タービン出口通路116と排気浄化触媒126とを接続する排気通路120の部位のうちの上流側の部位(ヘッド内ガス通路118)がシリンダヘッド112に内蔵されている。一方、当該部位がシリンダヘッド14の外に位置する排気管の内部に形成された内燃機関10では、この排気管は、タービン出口通路38から出た高温の排気ガスからの熱を受ける。そして、軸受26を収容するベアリングハウジング部34は、この排気管の近くに位置しているため、当該排気管からの熱を受ける。この点に関し、本実施形態の内燃機関110によれば、タービン出口通路116に接続された排気通路120の部位は、水冷式のシリンダヘッド112のヘッド内ガス通路118である。そして、シリンダヘッド112から出た後の排気管122は、タービン出口通路116の端部(スクロール部114の端部114a)よりも下流側に配置されている。したがって、排気管122に流入する排気ガスの温度は、端部114aから流出する排気ガスの温度よりも低くなる。このため、本実施形態の構成によれば、実施の形態1と比べて、排気管122からのベアリングハウジング部34の受熱を低減できるので、軸受26の温度上昇をより効果的に抑制できる。
5−3.変形例
上述した実施の形態5における「触媒上流通路」の例においては、触媒上流通路の一部に相当するヘッド内ガス通路118がシリンダヘッド112内に配置されている。しかしながら、本発明に係る「触媒上流通路」の他の例では、触媒上流通路の全体がシリンダヘッド112内に配置されてもよい。すなわち、排気浄化触媒がシリンダヘッド112の外表面に形成された触媒上流通路の開口部に直接的に取り付けられる構造が採用されてもよい。
上述した実施の形態5における「触媒上流通路」の例においては、触媒上流通路の一部に相当するヘッド内ガス通路118がシリンダヘッド112内に配置されている。しかしながら、本発明に係る「触媒上流通路」の他の例では、触媒上流通路の全体がシリンダヘッド112内に配置されてもよい。すなわち、排気浄化触媒がシリンダヘッド112の外表面に形成された触媒上流通路の開口部に直接的に取り付けられる構造が採用されてもよい。
また、実施の形態5に係る内燃機関110に対し、タービンホイール24をバイパスする排気バイパス通路及びそれを開閉するウェイストゲートバルブを備えることが考えられる。このような構成が採用される場合には、排気バイパス通路の少なくとも一部がシリンダヘッド内に配置され、かつ、ウェイストゲートバルブがシリンダヘッドに内蔵されてもよい。
6.実施の形態6
次に、図6及び図7を参照して、本発明の実施の形態6について説明する。
次に、図6及び図7を参照して、本発明の実施の形態6について説明する。
6−1.内燃機関の要部の構成
図6及び図7は、本発明の実施の形態6に係る内燃機関130の要部の構成を模式的に表した図である。本実施形態に係る内燃機関130は、タービンホイール24の出口周りの構成において、上述した実施の形態1に係る内燃機関10と相違している。
図6及び図7は、本発明の実施の形態6に係る内燃機関130の要部の構成を模式的に表した図である。本実施形態に係る内燃機関130は、タービンホイール24の出口周りの構成において、上述した実施の形態1に係る内燃機関10と相違している。
具体的には、内燃機関130が備えるターボ過給機132は、複数のノズル板134を備えている。複数のノズル板134は、タービン出口壁部40の周壁面40aに設けられている。より詳細には、複数のノズル板134は、タービン出口壁部40の周方向に互いに所定間隔をあけ、かつ、その径方向については垂直に延びるように形成されている。付け加えると、複数のノズル板134は、突起46と周壁面40aとの間で、排気ガスの流れを仕切るように形成されている。
図7は、図6中の矢視Aの方向(すなわち、回転軸30の径方向外側)から隣り合う2つのノズル板134を見た図である。排気ガスは、隣り合うノズル板134の間を流れる。隣り合うノズル板134の間には、ノズル136がそれぞれ構成されている。
図7に示すように、排気ガスの入口付近における隣り合うノズル板134間の幅W1よりも、排気ガスの出口付近における幅W2の方が大きい。より詳細には、各ノズル136は、排気ガス流れの下流側に向かうにつれて、隣り合うノズル板134間の幅Wが徐々に大きくなるように形成されている。また、図6に示す例では、ノズル136の高さ(周壁面40aと突起46との距離)も、排気ガス流れの下流側に向かうにつれて徐々に大きくなっている。したがって、ノズル136の流路断面積は、排気ガス流れの下流側に向かうにつれて徐々に大きくなっていく。なお、ノズル136の流路断面積を徐々に大きくするためには、上記の例に代え、ノズル136の幅W及び高さの何れか一方のみが変更されてもよい。
また、図7に示す方向(回転軸30の径方向)から見て、各ノズル板134は、排気ガスがスクロール部42の出口側に向かうように排気ガスの流れを案内できるように湾曲している。なお、本実施形態に係る内燃機関130は、実施の形態1に係る内燃機関10をベースとしている。しかしながら、ノズル136と同様のノズルが他の実施の形態2〜5の内燃機関50、70、90及び110のそれぞれに対して提供されてもよい。
6−2.効果
以上説明したように、内燃機関130のターボ過給機132では、ノズル板134(及び周壁面40a及び突起46)によって、タービンホイール24の直下にノズル136が構成されている。このようなノズル136によれば、タービンホイール24の直下における排気ガスの流路を、排気ガス流れの下流に向かうにつれて徐々に広げることができる。これにより、タービン出口通路38内において排気ガスの流れに剥離が生じるのを効果的に抑制することができる。そして、このように排気ガスを整流することにより、タービン効率を向上させることができる。
以上説明したように、内燃機関130のターボ過給機132では、ノズル板134(及び周壁面40a及び突起46)によって、タービンホイール24の直下にノズル136が構成されている。このようなノズル136によれば、タービンホイール24の直下における排気ガスの流路を、排気ガス流れの下流に向かうにつれて徐々に広げることができる。これにより、タービン出口通路38内において排気ガスの流れに剥離が生じるのを効果的に抑制することができる。そして、このように排気ガスを整流することにより、タービン効率を向上させることができる。
7.実施の形態7
次に、図8を参照して、本発明の実施の形態7について説明する。
図8は、本発明の実施の形態7に係る内燃機関140の要部の構成を模式的に表した図である。本実施形態に係る内燃機関140は、ターボ過給機20の搭載位置において、上述した実施の形態1に係る内燃機関10と相違している。
次に、図8を参照して、本発明の実施の形態7について説明する。
図8は、本発明の実施の形態7に係る内燃機関140の要部の構成を模式的に表した図である。本実施形態に係る内燃機関140は、ターボ過給機20の搭載位置において、上述した実施の形態1に係る内燃機関10と相違している。
具体的には、内燃機関140が備えるシリンダヘッド142には、ヘッド内ガス通路144が形成されている。ヘッド内ガス通路144には、各気筒12から排出される排気ガスが流れる。内燃機関140の気筒12の列方向の一端側には、クランクシャフト(図示省略)の端部に固定されたクランクプーリ146が配置されている。図8に示すヘッド内ガス通路144の出口144aは、列方向におけるクランクプーリ146の配置側と反対側の側面においてシリンダヘッド142の外表面142aに開口している。そして、本実施形態では、ターボ過給機20は、実施の形態1と同様の方法で、この外表面142aに締結されている。
以上説明した本実施形態の内燃機関140においても、実施の形態1の内燃機関10と同様の効果を奏する。また、本実施形態に係るターボ過給機20の搭載位置の例は、例えば、車両への内燃機関の搭載に際し、シリンダヘッドにおける排気側の側面の方向に十分なスペースを確保することが難しいような車両において有効となる。なお、図8に示す搭載位置の例は、他の実施の形態2〜6の内燃機関50、70、90、110及び120のそれぞれに対して適用されてもよい。
8.他の実施の形態
8−1.シリンダヘッドに対するハウジングの他の搭載例
上述した実施の形態1においては、ターボ過給機20のハウジング28(ベアリングハウジング部34)は、回転軸30がシリンダヘッド14の側面に対して垂直となるようにシリンダヘッド14に締結されている(他の実施の形態2〜7も同様)。しかしながら、本発明に係る「ハウジング」のシリンダヘッドに対する搭載例は、「タービンホイールがシリンダヘッドと対向する向きで」シリンダヘッドに締結されている限り、上記の例に限られない。すなわち、ハウジングは、回転軸がシリンダヘッドの側面に対して垂直ではなく任意の方向に傾斜するようにシリンダヘッドに搭載されてもよい。
8−1.シリンダヘッドに対するハウジングの他の搭載例
上述した実施の形態1においては、ターボ過給機20のハウジング28(ベアリングハウジング部34)は、回転軸30がシリンダヘッド14の側面に対して垂直となるようにシリンダヘッド14に締結されている(他の実施の形態2〜7も同様)。しかしながら、本発明に係る「ハウジング」のシリンダヘッドに対する搭載例は、「タービンホイールがシリンダヘッドと対向する向きで」シリンダヘッドに締結されている限り、上記の例に限られない。すなわち、ハウジングは、回転軸がシリンダヘッドの側面に対して垂直ではなく任意の方向に傾斜するようにシリンダヘッドに搭載されてもよい。
8−2.タービン出口通路の他の構成例
上述した実施の形態1においては、タービン出口通路38を構成するスクロール部42は、シリンダヘッド14を利用して形成されている。また、実施の形態2及び3においては、スクロール部58及び80は、それぞれ、タービンハウジング部56及びベアリングハウジング部76を利用して形成されている。しかしながら、タービン出口通路を構成するスクロール部は、上記の例に代え、例えば、シリンダヘッド及びベアリングハウジング部の双方を利用して形成されてもよい。換言すると、スクロール部の一部がシリンダヘッドを利用して形成され、残り部分がベアリングハウジング部を利用して形成されてもよい。
上述した実施の形態1においては、タービン出口通路38を構成するスクロール部42は、シリンダヘッド14を利用して形成されている。また、実施の形態2及び3においては、スクロール部58及び80は、それぞれ、タービンハウジング部56及びベアリングハウジング部76を利用して形成されている。しかしながら、タービン出口通路を構成するスクロール部は、上記の例に代え、例えば、シリンダヘッド及びベアリングハウジング部の双方を利用して形成されてもよい。換言すると、スクロール部の一部がシリンダヘッドを利用して形成され、残り部分がベアリングハウジング部を利用して形成されてもよい。
8−3.軸流式タービンの他の例
上述した実施の形態1〜7においては、タービンホイール24のタービン翼24bの数(段数)は1つである。しかしながら、本発明に係る「軸流式タービン」は、上記の例に代え、複数のタービン翼を回転軸方向に並んで配置することによって、任意の段数で多段化されていてもよい。なお、複数のタービン翼を備える例では、本発明に係る「タービン翼の入口」には、排気ガス流れの最も上流側に位置するタービン翼の入口が該当し、「タービン翼の出口」には、排気ガス流れの最も下流側に位置するタービン翼の出口が該当する。
上述した実施の形態1〜7においては、タービンホイール24のタービン翼24bの数(段数)は1つである。しかしながら、本発明に係る「軸流式タービン」は、上記の例に代え、複数のタービン翼を回転軸方向に並んで配置することによって、任意の段数で多段化されていてもよい。なお、複数のタービン翼を備える例では、本発明に係る「タービン翼の入口」には、排気ガス流れの最も上流側に位置するタービン翼の入口が該当し、「タービン翼の出口」には、排気ガス流れの最も下流側に位置するタービン翼の出口が該当する。
以上説明した各実施の形態に記載の例及び他の各変形例は、明示した組み合わせ以外にも可能な範囲内で適宜組み合わせてもよいし、また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形してもよい。
10、50、70、90、110、130、140 内燃機関
12 気筒
14、62、82、112、142 シリンダヘッド
16、120 排気通路
18、118、144 ヘッド内ガス通路
20、52、72、92、132 ターボ過給機
22 コンプレッサインペラ
24 タービンホイール
24b タービン翼
24b1 タービン翼の出口
24b2 タービン翼の入口
26 軸受
28、54、74、94 ハウジング
30 回転軸
32 コンプレッサハウジング部
34、76 ベアリングハウジング部
36、64、86、100、128 締結面
38、60、78、116 タービン出口通路
40 タービン出口壁部
42、58、80、98、114 スクロール部
44 フランジ部
46 突起
56、96 タービンハウジング部
84 ガスケット
102 タービンハウジング部内のガス通路
122 排気管
124 ヘッド外ガス通路
126 排気浄化触媒
134 ノズル板
136 ノズル
12 気筒
14、62、82、112、142 シリンダヘッド
16、120 排気通路
18、118、144 ヘッド内ガス通路
20、52、72、92、132 ターボ過給機
22 コンプレッサインペラ
24 タービンホイール
24b タービン翼
24b1 タービン翼の出口
24b2 タービン翼の入口
26 軸受
28、54、74、94 ハウジング
30 回転軸
32 コンプレッサハウジング部
34、76 ベアリングハウジング部
36、64、86、100、128 締結面
38、60、78、116 タービン出口通路
40 タービン出口壁部
42、58、80、98、114 スクロール部
44 フランジ部
46 突起
56、96 タービンハウジング部
84 ガスケット
102 タービンハウジング部内のガス通路
122 排気管
124 ヘッド外ガス通路
126 排気浄化触媒
134 ノズル板
136 ノズル
Claims (9)
- 気筒から排出される排気ガスが流れる排気通路と、
水冷式のシリンダヘッドと、
コンプレッサインペラと、回転軸を介して前記コンプレッサインペラと連結された軸流式のタービンホイールと、前記コンプレッサインペラと前記タービンホイールとの間の部位において前記回転軸を支持する軸受と、前記コンプレッサインペラ、前記軸受及び前記タービンホイールのうちの少なくとも前記コンプレッサインペラ及び前記軸受を収容するハウジングと、を含むターボ過給機と、
を備え、
前記タービンホイールは、前記タービンホイールのタービン翼の出口が前記コンプレッサインペラの側に位置するように前記回転軸に連結され、
前記ハウジングは、前記タービンホイールが前記シリンダヘッドと対向する向きで、前記シリンダヘッドに直接又は第1ガスケットを介して締結されている
ことを特徴とする内燃機関。 - 前記タービン翼の入口は、前記シリンダヘッドに対する前記ハウジングの締結面よりも前記排気ガスの流れの上流側に配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。 - 前記排気通路は、前記シリンダヘッドの内部に形成されたヘッド内ガス通路を含み、
前記タービンホイールは、前記ヘッド内ガス通路に配置されている
ことを特徴とする請求項2に記載の内燃機関。 - 前記ヘッド内ガス通路の周面が、前記タービンホイールの径方向において前記タービン翼と対向している
ことを特徴とする請求項3に記載の内燃機関。 - 前記ハウジングは、前記タービンホイールを覆うタービンハウジング部を含み、
前記タービンハウジング部の少なくとも一部が前記ヘッド内ガス通路に挿入され、
前記タービンハウジング部の内周面が、前記タービンホイールの径方向において前記タービン翼と対向している
ことを特徴とする請求項3に記載の内燃機関。 - 前記内燃機関は、前記ヘッド内ガス通路と前記タービンホイールとの間に配置された第2ガスケットをさらに備え、
前記第2ガスケットの内周面が、前記タービンホイールの径方向において前記タービン翼と対向している
ことを特徴とする請求項3に記載の内燃機関。 - 前記ハウジングは、前記軸受を収容するベアリングハウジング部を含み、
前記ベアリングハウジング部が、前記シリンダヘッドと直接又は前記第1ガスケットを介して締結されている
ことを特徴とする請求項1〜4及び6の何れか1つに記載の内燃機関。 - 前記内燃機関は、前記タービンホイールよりも下流側の部位において前記排気通路に配置された排気浄化触媒をさらに備え、
前記排気通路は、前記タービン翼の前記出口と前記排気浄化触媒とを接続する触媒上流通路を含み、
前記触媒上流通路の少なくとも一部は、前記シリンダヘッドに内蔵されている
ことを特徴とする請求項1〜7の何れか1つに記載の内燃機関。 - 前記ターボ過給機は、前記タービンホイールよりも下流側の部位において前記排気通路に設けられたノズルをさらに備え、
前記ノズルは、排気ガス流れの下流側に向かうにつれて流路断面積を徐々に大きくするように形成されている
ことを特徴とする請求項1〜8の何れか1つに記載の内燃機関。
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