JP6249030B2 - ターボ過給機付エンジン - Google Patents
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Description
本発明は、エキゾーストマニホールドが連結された多気筒型のエンジン本体に、ターボ過給機が付設されたターボ過給機付エンジンに関する。
エキゾーストマニホールドは、多気筒型のエンジン本体に連結される。エキゾーストマニホールドの入気側はシリンダヘッドの排気ポートに接続され、出気側は触媒装置等を備えた排気経路に接続される。ターボ過給機付エンジンでは、エンジンの排気エネルギーが利用される。この場合、エキゾーストマニホールドの出気側は、ターボ過給機のタービン室に接続される。
エンジンの駆動時、エキゾーストマニホールドは高温になるため、周辺部品に熱的な影響を及ぼし得る。例えば、シリンダヘッドの上方に装着されるシリンダヘッドカバーは、軽量化のため樹脂材料製とされる場合があり、熱的影響を受け易い。従って、遮熱のため、エキゾーストマニホールドの周囲はヒートインシュレータ(マニホールドインシュレータ)で覆われる。特許文献1には、シリンダヘッドとエキゾーストマニホールドとの接続部に介在されるガスケットの上端に延長部を設け、該延長部でエキゾーストマニホールドの上方を覆うようにした遮熱構造が開示されている。
マニホールドインシュレータでエキゾーストマニホールドを覆ったとしても、該インシュレータ内に熱気を完全に閉じ込めることはできない。予期せぬ隙間からマニホールドインシュレータ内の熱気が漏れ出し、周辺部品に熱害を与えてしまうことが起こり得る。特許文献1に開示された遮熱構造においても、インシュレータ内の熱気を如何に逃がすべきかについては言及されていない。
本発明の目的は、周辺部品に熱害を与えることなく、インシュレータ内の熱気を逃がすことができるターボ過給機付エンジンを提供することにある。
本発明の一局面に係るターボ過給機付エンジンは、多気筒型のエンジン本体と、前記エンジン本体に連結されるエキゾーストマニホールドと、前記エキゾーストマニホールドから排気が供給されるタービン室と、前記タービン室及び前記排気の供給経路を区画するタービンハウジングと、該タービンハウジングを覆うタービンインシュレータとを含むターボ過給機と、前記エキゾーストマニホールドの少なくとも上面と前記ターボ過給機側の側面とを覆うマニホールドインシュレータと、を備え、前記エキゾーストマニホールドは、前記ターボ過給機に対する排気経路の連通開口を有し前記タービンハウジングに接合されるフランジ部を備え、前記マニホールドインシュレータは、前記フランジ部の接合面を露出させる切り欠き部を備えると共に、前記切り欠き部の切り欠き縁と前記フランジ部の外周縁との間隔が、所定位置において他の位置よりも相対的に広くされることで生じる開口部を有し、前記開口部が、前記タービンハウジングと前記タービンインシュレータとの間の空間に向けて開口していることを特徴とする。
このターボ過給機付エンジンによれば、マニホールドインシュレータ内で生じる熱気は、マニホールドインシュレータの切り欠き部の切り欠き縁とフランジ部の外周縁との間の開口部を通して、ターボ過給機におけるタービンハウジングとタービンインシュレータとの間の空間へ積極的に逃がされる。この空間は、タービンハウジング及びタービンインシュレータという、本来的に優れた耐熱性を有する部材によって区画されている。従って、前記熱気を耐熱性に優れる空間に誘導して該熱気を逃がす構造が実現される。これにより、マニホールドインシュレータと他の部材との隙間等から前記熱気がランダムに逃げ出して、周辺部品に熱害を与えるというような不具合を防止することができる。
上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記所定位置は、前記フランジ部の上方の位置であることが望ましい。
エキゾーストマニホールドにおいてターボ過給機との接続部となる前記フランジ部は、エンジン本体の排気ポートから排出される排気ガスが集中的に通過する部位であるので、最も高温となり易い。このような高温部位に対応して前記開口部を配置することで、マニホールドインシュレータ内の熱気を、自然対流を利用して効果的に逃がすことができる。
上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記フランジ部は、その上方側に、前記外周縁の一部が当該フランジ部の中心方向若しくは下方向に向けて取り除かれた態様の小面積部を備え、前記小面積部の外周縁と前記切り欠き部の切り欠き縁との間に前記開口部が形成されていることが望ましい。
このターボ過給機付エンジンによれば、フランジ部の上方側に小面積部が備えられているので、前記上方側においてフランジ部の外周縁とマニホールドインシュレータの切り欠き部との間に間隔の広い部分(開口部)を形成し易い。しかも、当該開口部はフランジ部の上方の位置に形成されることになるので、マニホールドインシュレータ内の熱気を、自然対流を利用して効果的に逃がすことができる。
上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記マニホールドインシュレータは、前記エキゾーストマニホールドに締結固定されていることが望ましい。
このターボ過給機付エンジンによれば、マニホールドインシュレータについて、エンジン本体に固着されているエキゾーストマニホールドを利用して、強固な固定構造を実現することができる。
上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記マニホールドインシュレータは、前記多気筒の気筒配列方向に直交する断面において、前記ターボ過給機の側面に沿って上下方向に延びる立ち壁部と、該立ち壁部から前記エキゾーストマニホールドの上方に向けて横方向に延出する上壁部とを備える逆L字型の形状を備え、前記開口部は、前記立ち壁部に設けられ、前記タービンインシュレータは、前記エンジン本体と対向する側に、上下方向に延びる対向壁部を有し、前記対向壁部が前記立ち壁部の上方に位置するよう両者が上下方向に並び、且つ、前記立ち壁部が前記対向壁部よりも前記タービンハウジングに接近する側に配置されていることが望ましい。
このターボ過給機付エンジンによれば、開口部が形成されているマニホールドインシュレータの立ち壁部が、タービンインシュレータの対向壁部よりもタービンハウジングに接近する側に配置されている。このため、前記開口部は、タービンハウジングとタービンインシュレータとの間において開口することとなり、熱気を確実に前記空間へ放出させることができる。
本発明によれば、周辺部品に熱害を与えることなく、インシュレータ内の熱気を逃がすことができるターボ過給機付エンジンを提供することができる。
[エンジンの全体構成]
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係るターボ過給機付エンジンを詳細に説明する。先ずは、当該エンジンの全体構成について説明する。図1は、本発明の実施形態に係るターボ過給機付エンジン1の斜視図、図2は、エンジン1の上面図、図3は、エンジン1から、排気ガス浄化装置と各種ヒートインシュレータとを取り外した状態の斜視図である。また、図4は、エンジン1の要部を一部破断して示す斜視図、図5は、図1のV−V線断面図である。なお、図5においては、エンジン本体10を簡略的に示している。これら図1〜図5、及び他の図面において、前後、左右、上下の方向表示を付している。これは説明の便宜のためであり、実際の方向を必ずしも示すものではない。
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係るターボ過給機付エンジンを詳細に説明する。先ずは、当該エンジンの全体構成について説明する。図1は、本発明の実施形態に係るターボ過給機付エンジン1の斜視図、図2は、エンジン1の上面図、図3は、エンジン1から、排気ガス浄化装置と各種ヒートインシュレータとを取り外した状態の斜視図である。また、図4は、エンジン1の要部を一部破断して示す斜視図、図5は、図1のV−V線断面図である。なお、図5においては、エンジン本体10を簡略的に示している。これら図1〜図5、及び他の図面において、前後、左右、上下の方向表示を付している。これは説明の便宜のためであり、実際の方向を必ずしも示すものではない。
ターボ過給機付エンジン1は、多気筒型のエンジン本体10と、エンジン本体10の左側面に連結されたエキゾーストマニホールド2と、エンジン本体10の左方に配置されたターボ過給機3と、エキゾーストマニホールド2の周囲を覆うマニホールドインシュレータ4とを含む。
エンジン本体10は、直列四気筒のエンジンであり、シリンダブロック11と、シリンダブロック11の上面に取り付けられたシリンダヘッド12と、シリンダヘッド12の上方に配置されたシリンダヘッドカバー13とを備えている。シリンダブロック11は、気筒毎の燃焼室を形成する4つのシリンダボア111(図5にその一つが示されている)を備えている。シリンダボア111の配列方向は、前後方向である。すなわち、本実施形態において気筒配列方向は、前後方向となる。
シリンダヘッド12は、各シリンダボア111の上端と吸気弁を介して連通する複数の吸気ポート(図示せず)と、排気弁を介して連通する複数の排気ポート121(図5)とを備える。前記吸気ポートの取り付け口にはインテークマニホールド(図には表れていない)が連結されている。一方、排気ポート121の取り付け口122にはエキゾーストマニホールド2が連結されている。シリンダヘッドカバー13は、樹脂製のカバーであり、シリンダヘッド12が備える動弁機構を覆うよう、シリンダヘッド12の上面に取り付けられている。
エンジン本体10の左側面であってターボ過給機3に対向する位置には、エンジン本体インシュレータ14が配置されている。エンジン本体インシュレータ14は、アルミメッキ鋼鈑若しくは該鋼鈑を含む合板の絞り加工品等からなる遮熱板である(以下で説明する他のインシュレータも同じ)。エンジン本体インシュレータ14は、シリンダヘッドカバー13の左側方に隣接し、上下方向に延びる概ね平板状のインシュレータである。エンジン本体インシュレータ14は、専らエンジン本体10から排出される高温の排気ガスが流通するエキゾーストマニホールド2及びターボ過給機3から発せられる熱から、シリンダヘッドカバー13、ハーネス、センサ類を保護する。
エキゾーストマニホールド2は、各気筒の排気ポート121から排出される排気ガスを一つの流路に集合させる排気通路20(図5)を内部に備えている。上述の通り、エキゾーストマニホールド2の入気側はシリンダヘッド12に連結され、出気側はターボ過給機3に接続されている。本実施形態では、エキゾーストマニホールド2は、気筒配列方向である前後方向が長手方向となる部材である。
マニホールドインシュレータ4は、エキゾーストマニホールド2から発せられる熱によって周辺部品が熱害を受けないよう遮熱するインシュレータである。本実施形態ではマニホールドインシュレータ4は、エキゾーストマニホールド2の左右側面と、上面とを覆っている。なお、マニホールドインシュレータ4は、少なくともエキゾーストマニホールド2の上面と、ターボ過給機3側の側面(左側面)とを覆うものであればよい。また、マニホールドインシュレータ4は、当該インシュレータ4内の熱気を積極的に外部へ逃がすための第1開口部G1及び第2開口部G2を備えている。これら、エキゾーストマニホールド2及びマニホールドインシュレータ4については、図6以下を参照して後記で詳述する。
ターボ過給機3は、エンジン本体10から排出される排気エネルギーを利用して、エンジン本体10の吸気を過給する装置である。ターボ過給機3は、低速域乃至は中速域から高速域において作動して吸気を過給する大型ターボ3Aと、低速域のみで作動して吸気を過給する小型ターボ3Bとを備えている。本実施形態では、大型ターボ3Aの下方に小型ターボ3Bが連設されている。大型ターボ3A及び小型ターボ3Bは各々、前方側に配置されるタービン室と、後方側に配置されるコンプレッサ室とを備える。タービン室にはタービン翼車が、コンプレッサ室にはブロワー扇車がそれぞれ配置されている。タービン翼車とブロワー扇車とは軸部材で連結され、両者は軸回りに一体回転する。
図5には、大型ターボ3Aの大タービン室31A及び小型ターボ3Bの小タービン室31Bが示されている。大タービン室31Aは、エキゾーストマニホールド2よりも上方に配置されたタービン室である。一方、小タービン室31Bは、エキゾーストマニホールド2よりもやや下方に配置されている。これら大タービン室31A及び小タービン室31Bには、エキゾーストマニホールド2から排気ガスが供給される。
ターボ過給機3は、大タービン室31A及び小タービン室31と、排気ガスの通路となるガス通路(排気の供給経路)とを区画するタービンハウジング32を備えている。タービンハウジング32は、タービンヘッド321、大型ターボハウジング33及び小型ターボハウジング34を含む。タービンヘッド321は、エキゾーストマニホールド2から供給される排気ガスを、大タービン室31A及び小タービン室31Bに導くガス通路を内部に有している。
大型ターボハウジング33は、大タービン室31Aの空間を区画する部材である。大型ターボハウジング33の下端には、フランジ形状を有するハウジングベース331が取り付けられている。小型ターボハウジング34は、小タービン室31Bの空間を区画する部材であり、タービンヘッド321と一体的に成形されている。タービンヘッド321の上端には、支持フランジ322が設けられている。支持フランジ322の上にハウジングベース331が載置され、両者がボルト締結されている。
タービンハウジング32の周囲は、タービンインシュレータ37によって覆われている。大型ターボ3Aが配置されたターボ過給機3の上方部分では、大型ターボハウジング33がタービンスクロール部の空間及びタービン翼車を収容する空間を区画し、タービンインシュレータ37は、大型ターボハウジング33の外周面に対して空間を置いて、当該大型ターボハウジング33の周囲を覆っている。タービンインシュレータ37は、エンジン本体10(シリンダヘッドカバー13)と対向する側に、上下方向に平板状に延びる対向壁部37Aを有する。対向壁部37Aの下端は、マニホールドインシュレータ4の上面近傍まで延びている。
タービンインシュレータ37とシリンダヘッドカバー13とは、空間を介して左右方向(横方向)に略同じ高さ位置で隣接している。シリンダヘッドカバー13の、タービンインシュレータ37の対向壁部37Aと対向する側面には、エンジン本体インシュレータ14が配置されている。このため、共に平板状の対向壁部37Aとエンジン本体インシュレータ14とが、空間を挟んで左右方向において対向している。この空間は、エキゾーストマニホールド2の上方において上下方向(前後方向)に延びる帯状空間であり、本実施形態では該空間をマニホールド上方空間S1という。
大型ターボハウジング33は、略円筒型の大タービン室31Aの形状に沿って円筒型の外形形状を有している。一方、対向壁部37Aは平板状の部材である。対向壁部37Aは、大型ターボハウジング33の最も右方に突出した部分に対して、左右方向に所定間隔を有するように配置されている。大型ターボハウジング33とタービンインシュレータ37(対向壁部37A)との間の空間を、本実施形態では過給機内空間S2(空間)という。
ターボ過給機3は、タービン側フランジ部35及び排気装置側フランジ36(図4)を備えている。タービン側フランジ部35は、タービンヘッド321の入気側に設けられ、エキゾーストマニホールド2の出気側に接続されるフランジ部である。マニホールド上方空間S1は、タービン側フランジ部35の配置位置を前後方向の略中心として、上方に延びている。排気装置側フランジ36は、排気経路の下流側配管に接続されるフランジ部である。
排気経路の下流側配管には、排気ガス浄化装置が取り付けられている。排気ガス浄化装置は、排気ガス中に含まれる有害物質を除去する触媒装置である。排気ガス浄化装置の配置位置は、エンジン本体10の左側方であって、ターボ過給機3の前方である。図1及び図2では、遮熱のために前記排気ガス浄化装置の上面を覆うCATA上インシュレータ51と、側面を覆うCATA横インシュレータ52とを示している。
CATA上インシュレータ51の後端部分がタービンインシュレータ37の前端部分の上方に重なるように、両者が組み付けられている。但し、両インシュレータ37、51は、タービンハウジング32及び排気ガス浄化装置の組立体の上面を完全に覆ってはおらず、エンジン本体10寄りの位置には上面開口53が設けられている。
[熱気逃がし構造の詳細]
上述の通り、マニホールドインシュレータ4は、周辺部品への熱害防止のためにエキゾーストマニホールド2の周囲を覆っている。しかし、エキゾーストマニホールド2を覆ったとしても、マニホールドインシュレータ4内に熱気を完全に閉じ込めることはできず、予期せぬ隙間から前記熱気が漏れ出し、周辺部品に熱害を与えることが想定される。そこで、本実施形態のマニホールドインシュレータ4は、熱気逃がし用の開口として、第1開口部G1及び第2開口部G2を備えている。第1開口部G1は、マニホールド上方空間S1に向けて開口し、第2開口部G2は過給機内空間S2に向けて開口しており、これら空間S1、S2へマニホールドインシュレータ4内の熱気を積極的に逃がす構造が備えられている。以下、当該熱気逃がし構造について、図6〜図11を参照して詳述する。
上述の通り、マニホールドインシュレータ4は、周辺部品への熱害防止のためにエキゾーストマニホールド2の周囲を覆っている。しかし、エキゾーストマニホールド2を覆ったとしても、マニホールドインシュレータ4内に熱気を完全に閉じ込めることはできず、予期せぬ隙間から前記熱気が漏れ出し、周辺部品に熱害を与えることが想定される。そこで、本実施形態のマニホールドインシュレータ4は、熱気逃がし用の開口として、第1開口部G1及び第2開口部G2を備えている。第1開口部G1は、マニホールド上方空間S1に向けて開口し、第2開口部G2は過給機内空間S2に向けて開口しており、これら空間S1、S2へマニホールドインシュレータ4内の熱気を積極的に逃がす構造が備えられている。以下、当該熱気逃がし構造について、図6〜図11を参照して詳述する。
図6は、図5の要部拡大断面図である。図7は、マニホールドインシュレータ4が付設されたエキゾーストマニホールド2の斜視図である。本実施形態では、マニホールドインシュレータ4が、2つの分割片の組合せによって構成される例を示す。マニホールドインシュレータ4は、エンジン本体10側に配置される第1インシュレータ片41と、ターボ過給機3側に配置される第2インシュレータ片42との組合せからなる。
図8は、第2インシュレータ片42が取り外された状態のエキゾーストマニホールド2の斜視図、図9は、第1インシュレータ片41が取り外された状態のエキゾーストマニホールド2の斜視図である。図10は、第1インシュレータ片41と第2インシュレータ片42との組合体(マニホールドインシュレータ4)の斜視図、図11は、図10に示した組立体の側面図である。
<エキゾーストマニホールド>
エキゾーストマニホールド2は、マニホールド型の排気通路20が形成された本体部のエンジン本体10側に入気側フランジ部21を(図9参照)、ターボ過給機3側に出気側フランジ部22を(図8参照)、それぞれ備えている。入気側フランジ部21はシリンダヘッド12に接続され、出気側フランジ部22はタービンヘッド321に接続される。このエキゾーストマニホールド2により、排気ポート121から排出される排気ガスが、ターボ過給機3の大タービン室31A及び小タービン室31Bに導かれる。
エキゾーストマニホールド2は、マニホールド型の排気通路20が形成された本体部のエンジン本体10側に入気側フランジ部21を(図9参照)、ターボ過給機3側に出気側フランジ部22を(図8参照)、それぞれ備えている。入気側フランジ部21はシリンダヘッド12に接続され、出気側フランジ部22はタービンヘッド321に接続される。このエキゾーストマニホールド2により、排気ポート121から排出される排気ガスが、ターボ過給機3の大タービン室31A及び小タービン室31Bに導かれる。
入気側フランジ部21には、排気通路20のマニホールド開口端となる4つの入気開口231、232、233、234が、前後方向に並んで設けられている。このため入気側フランジ部21は、前後方向に長尺の形状を有している。これら入気開口231〜234は、各気筒の排気ポート121の取り付け口122に対応して配列されている。入気側フランジ部21の外周縁には、複数の膨出部211が突設されている。これら膨出部211には、それぞれ貫通孔212が穿孔されている。なお、入気側フランジ部21の前後方向中央付近に配置されている2つの膨出部211は、とりわけ上方へ大きく突出しており、これによりエキゾーストマニホールド2の上面の高さが前記中央付近において他の部分よりも高い高上面部25となっている。
出気側フランジ部22(フランジ部)には、ターボ過給機3に対する排気経路の連通開口となる1つの出気開口24が設けられている。出気側フランジ部22は、左方からの側面視で略直角三角形の形状を有しており、その上面には前端から後端に向けて下る斜辺部221が備えられている。換言すると、出気側フランジ部22が矩形に形成されることを前提とした場合に、その上方側に、外周縁の一部が当該フランジ部22の下方向に向けて三角形状に取り除かれた態様の小面積部SAを有している。出気側フランジ部22の前記直角三角形の3つの角部付近には、それぞれフランジスタッド222が左方に向けて突設されている。なお、上述の高上面部25と出気側フランジ部22とは、左右方向において対峙する位置関係にある。つまり、高上面部25は、ターボ過給機3に対する接続部位の近傍に位置している。
入気側フランジ部21は、各排気ポート121の取り付け口122と入気開口231〜234とが位置合わせされた状態で、シリンダヘッド12に突き合わせ接続される。この接続の際、締結ボルト26が、それぞれ貫通孔212を通してシリンダヘッド12のネジ孔に螺合されることにより、エキゾーストマニホールド2がシリンダヘッド12に締結固定される。
入気側フランジ部21の端面(右面)とシリンダヘッド12における取り付け口122の配列面との間には、入気側ガスケット21Gが介在される。入気側ガスケット21Gは、積層型のメタルガスケットであり、当該接続部において排気ガスのシールを行う。図9には、入気側ガスケット21Gの右面が表出している。
なお、本実施形態では、マニホールドインシュレータ4の第1インシュレータ片41が、入気側ガスケット21Gと一体化されている例を示している。第1インシュレータ片41は、積層型メタルガスケットからなる入気側ガスケット21Gの、最も右側の層(勿論、最も右側でなくとも良い)を構成しており、図9は入気側ガスケット21Gの第1インシュレータ片41が取り除かれた面が露呈している状態を示している。
出気側フランジ部22は、タービンヘッド321の入口側に設けられているタービン側フランジ部35と突き合わせ接続される。この接続の際、フランジスタッド222がタービン側フランジ部35に穿孔されている貫通孔を貫通し、ボルト締めによって両フランジ部22、35が固定される(図4参照)。出気側フランジ部22の接合面22S(左面)とタービン側フランジ部35との間には、出気側ガスケット22Gが介在される。この出気側ガスケット22Gも、積層型メタルガスケットである。なお、第2インシュレータ片42は、両フランジ部22、35には挟み込まれておらず、出気側フランジ部22の接合面22Sは露呈している(図7参照)。
<マニホールドインシュレータ>
マニホールドインシュレータ4は、エキゾーストマニホールド2の形状に合わせて、前後方向に長い形状を有している。また、エキゾーストマニホールド2が前後方向中央付近に高上面部25を有していることから、マニホールドインシュレータ4もまた、その前後方向中央付近に、高上面部25を覆うように上方へ突出した凸状部43を有している。なお、本実施形態では、マニホールドインシュレータ4の底面にはインシュレータ機能を果たす壁部が存在しない例を示しているが、前記底面にも壁部を設けるようにしても良い。
マニホールドインシュレータ4は、エキゾーストマニホールド2の形状に合わせて、前後方向に長い形状を有している。また、エキゾーストマニホールド2が前後方向中央付近に高上面部25を有していることから、マニホールドインシュレータ4もまた、その前後方向中央付近に、高上面部25を覆うように上方へ突出した凸状部43を有している。なお、本実施形態では、マニホールドインシュレータ4の底面にはインシュレータ機能を果たす壁部が存在しない例を示しているが、前記底面にも壁部を設けるようにしても良い。
既述の通り、マニホールドインシュレータ4は、第1インシュレータ片41と第2インシュレータ片42との組合体からなる。エンジン本体10側に配置される第1インシュレータ片41は、第1立ち壁部411と第1上壁部412とを含み、前記気筒配列方向に直交する断面(図5及び図6)において、逆L字型の形状を備えている。第1立ち壁部411は、エンジン本体10(シリンダヘッド12)の左側面に沿って上下方向に延びる壁部である。第1上壁部412は、第1立ち壁部411の上端からエキゾーストマニホールド2の上方に向けて左横方向に延出する壁部である。
ターボ過給機3側に配置される第2インシュレータ片42は、第2立ち壁部421(立ち壁部)と第2上壁部422(上壁部)とを含み、第1インシュレータ片41と同様に、気筒配列方向に直交する断面において、逆L字型の形状を備えている。第2立ち壁部421は、ターボ過給機3の側面に沿って上下方向に延びる壁部である。第2上壁部422は、第2立ち壁部421の上端からエキゾーストマニホールド2の上方に向けて右横方向に延出する壁部である。すなわち、第2インシュレータ片42は、エキゾーストマニホールド2の上面と、ターボ過給機3側の側面とを覆っている。
第1インシュレータ片41と第2インシュレータ片42とは、第1立ち壁部411と第2立ち壁部421とが互いに対向し、第1上壁部412と第2上壁部422とが上下方向において一部が重なり合うように組み合わされている。本実施形態では、第1上壁部412の一部が第2上壁部422の上方に覆い被さる態様で、両者が組み合わされている。
第1インシュレータ片41の第1立ち壁部411には、複数の窓部413及び複数のボルト孔414が穿孔されている。窓部413は、排気ガスの通過口となる開口であり、エキゾーストマニホールド2の入気開口231〜234に位置合わせされた開口である。ボルト孔414は、締結ボルト26が挿通される貫通孔212に位置合わせされた孔である。第1立ち壁部411(第1インシュレータ片41)は、締結ボルト26によって、シリンダヘッド12に締結固定される。
なお、第1立ち壁部411は、入気側ガスケット21Gの最も右側の層を構成する部材でもあり、図9に示す入気側ガスケット21Gの右面に取り付けられる。換言すると、第1インシュレータ片41は、入気側ガスケット21Gの積層金属板のうちの一つの金属板の上端に、横方向に延び出す延長部(上壁部)を連設した部材である。従って、第1インシュレータ片41は、入気側ガスケット21Gと一体となって、入気側フランジ部21とシリンダヘッド12の排気ポート121のフランジ部との間に挟まれた状態で、シリンダヘッド12に締結固定される。
第2インシュレータ片42の第2立ち壁部421には、複数のボルト挿通孔423が穿孔されている(図10)。ボルト挿通孔423は、エキゾーストマニホールド2の左面側に設けられた、ネジ孔を有するボス部に対応して穿孔されている。第2立ち壁部421(第2インシュレータ片42)は、ボルト挿通孔423を通して前記ボス部に螺合される締結ボルト27によって、エキゾーストマニホールド2に締結固定されている。なお、締結ボルト27による固定部は、第2インシュレータ片42の振動抑制のためにフローティング構造を採用することが望ましい。
第1インシュレータ片41と第2インシュレータ片42とを組み合わせるに際し、両者が接触する状態とすると、車両運転時の振動によって異音が発生し得る。このため、上下方向に重なり合う第1上壁部412と第2上壁部422との間には、所定間隔の間隙Gが確保されている(図10参照)。本実施形態では、前記間隙Gが、マニホールドインシュレータ4の前後方向中央付近に存在する凸状部43の位置において、他の位置よりも広くされている。この間隙Gが広くされた部分が、マニホールドインシュレータ4内の熱気を逃がす第1開口部G1である。
詳しくは、第1上壁部412は、前後方向中央付近において上方に膨出した中央部分412Cを有し、同様に第2上壁部422も上方に膨出した中央部分422Cを有する。これら中央部分412C、422Cが重なり合う部分において、両者間の間隙Gが他の部分の間隙Gよりも相対的に広くされることによって、熱気を積極的に逃がすことが可能な第1開口部G1が形成されている。第1開口部G1は、エキゾーストマニホールド2とターボ過給機3との接続部位となる出気側フランジ部22の上方に位置している。
図6を参照して、第1立ち壁部411は、エンジン本体インシュレータ14の下方に連なるように配置されている。本実施形態では、エンジン本体インシュレータ14の下端からやや右方にシフトした位置から、第1立ち壁部411は下方に延びている。第1上壁部412は、第1立ち壁部411に連なる基端部T1と、延出方向の先端(左端)である端縁部T2とを備えている。端縁部T2は、第1開口部G1の一部を区画している。第1上壁部412が延出する方向は、タービンインシュレータ37に向かう方向である。第1上壁部412は、端縁部T2が基端部T1よりも高くなるよう、上方に傾斜している、これにより、第1上壁部412と第2上壁部422との間隔が拡げられている。第1開口部G1は、タービンインシュレータ37とエンジン本体インシュレータ14との間の空間を指向するように、つまり、マニホールド上方空間S1に向けて開口している。
図7に示すように、第2開口部G2は、第2インシュレータ片42の第2立ち壁部421に設けられている。第2立ち壁部421には、出気側フランジ部22の接合面22Sを露出させる切り欠き部44が設けられている。切り欠き部44は、左面視で直角三角形の形状を有する出気側フランジ部22の前側辺223と対向する垂直縁441と、上側の斜辺部221(小面積部SAの外周縁)と対向する傾斜縁442(切り欠き縁)とを備える。なお、ここで例示している切り欠き部44は、出気側フランジ部22の底辺と対向する縁部を持たない解放型の切り欠きであるが、前記底辺を対向する縁部を具備する窓型の切り欠きとしても良い。
切り欠き部44は、本来的には出気側フランジ部22の接合面22Sを露出させ、タービン側フランジ部35との接合を実現させる役目を果たす。このため、切り欠き部44の切り欠き縁と出気側フランジ部22の外周縁との間隔、具体的には前側辺223と垂直縁441との間隔並びに斜辺部221と傾斜縁442との間隔は、走行振動の発生時に接触が生じない程度の間隔が設定されていれば良い。しかし、本実施形態では、斜辺部221と傾斜縁442との間隔が、他の位置の間隔(前側辺223と垂直縁441との間隔)よりも相対的に広くされている。すなわち、傾斜縁442の大部分が、斜辺部221から離間するように上方へ凸状に窪んでいる。これにより、出気側フランジ部22の上方であって斜辺部221と傾斜縁442との間には、前記間隔が相対的に広くされることによって生じる、当該斜辺部221に沿った開口部が形成されている。かかる開口部が、第2開口部G2である。第2開口部G2は、出気側フランジ部22の上方の位置に存在している。
図6に示されているように、第2開口部G2は、タービンハウジング32(大型ターボハウジング33)とタービンインシュレータ37との間の過給機内空間S2に向けて開口している。切り欠き部44は、タービンインシュレータ37の対向壁部37Aよりも左方に位置している。換言すると、第2開口部G2は、タービンインシュレータ37の内部に入り込んだ位置において開口している。
図12を参照して、上記の位置関係について説明を加える。図12は、マニホールドインシュレータ4とタービンインシュレータ37との位置関係を説明するための概略的な断面図である。タービンインシュレータ37の対向壁部37Aは、上下方向に延びている。第2インシュレータ片42の第2立ち壁部421の上方に対向壁部37Aが位置するよう、両者が上下方向に並んでいる。但し、第2立ち壁部421は、対向壁部37Aよりも距離dだけ左方に、つまり、距離dだけタービンハウジング32に接近する側に配置されている。第2上壁部422は、第2立ち壁部421の上端から対向壁部37Aの下方を抜けて、右方に延び出している。このような第2立ち壁部421に、切り欠き部44が設けられている。これにより、第2開口部G2も、対向壁部37Aよりも距離dだけ左方の位置において、過給機内空間S2に対して開口している。
<熱気の流れ>
図6を参照して、エンジン本体10における高温燃焼で生じた排気ガスがエキゾーストマニホールド2を通過すると、当該エキゾーストマニホールド2の外周面から熱気が発生する。エキゾーストマニホールド2の上方は、第1インシュレータ片41と第2インシュレータ片42との組合体によって覆われているので、前記熱気は周辺に無秩序には放散されない。前記熱気は、エキゾーストマニホールド2内において対流によって上昇するが、エキゾーストマニホールド2の上部には第1開口部G1及び第2開口部G2が設けられているので、これら開口部から前記熱気は外部に逃げ出すことになる。
図6を参照して、エンジン本体10における高温燃焼で生じた排気ガスがエキゾーストマニホールド2を通過すると、当該エキゾーストマニホールド2の外周面から熱気が発生する。エキゾーストマニホールド2の上方は、第1インシュレータ片41と第2インシュレータ片42との組合体によって覆われているので、前記熱気は周辺に無秩序には放散されない。前記熱気は、エキゾーストマニホールド2内において対流によって上昇するが、エキゾーストマニホールド2の上部には第1開口部G1及び第2開口部G2が設けられているので、これら開口部から前記熱気は外部に逃げ出すことになる。
第1開口部G1からは、熱気F1がマニホールド上方空間S1に向けて放出される。第1上壁部412の一部が第2上壁部422の上方に覆い被さっており、第1上壁部412は端縁部T2が上向きとなるよう傾斜している。このため、熱気F1は、タービンインシュレータ37の下端付近に向かい、その後、耐熱性に優れた空間であるマニホールド上方空間S1を上方に向かうことになる。つまり、第1上壁部412が樹脂製のシリンダヘッドカバー13に決して熱気F1が漏れ出すことがないよう熱気F1をガイドしていると言うことができる。なお、熱気F1は、マニホールド上方空間S1を抜けた後、ボンネットフード(図示せず)内において四散する。
第2開口部G2からは、熱気F2が過給機内空間S2に向けて放出される。切り欠き部44は、タービンハウジング32と対峙する第2立ち壁部421に設けられている。このため、熱気F2はタービンハウジング32側に向けて放出され、その後、過給機内空間S2を上方に向かう。図12に基づいて説明した通り、第2開口部G2はタービンインシュレータ37の内側に入り込んで位置で開口しているので、熱気F2は確実に過給機内空間S2へ放出される。
過給機内空間S2もまた、タービンハウジング32とタービンインシュレータ37とで囲まれた耐熱性に優れた空間であるので、熱気F2の流通によって熱害が発生しない。しかる後、熱気F2は、タービンインシュレータ37の上面に突き当たり、このタービンインシュレータ37とCATA上インシュレータ51との間の上面開口53(図2参照)から上方へ放散される。
[作用効果]
以上説明した本実施形態に係るターボ過給機付エンジン1によれば、次のような作用効果を奏する。エンジン1は、過給機内空間S2を有するターボ過給機3を備える。マニホールドインシュレータ4は、切り欠き部44の切り欠き縁とエキゾーストマニホールド2の出気側フランジ部22の外周縁との間に形成される第2開口部G2を有する。マニホールドインシュレータ4内で生じる熱気は、第2開口部G2を通して過給機内空間S2へ積極的に逃がされる。この過給機内空間S2は、タービンハウジング32及びタービンインシュレータ37という、本来的に優れた耐熱性を有する部材によって区画されている。従って、前記熱気を耐熱性に優れる空間に誘導して該熱気を逃がす構造が実現される。このため、熱害発生の不具合、例えばマニホールドインシュレータ4と他の部材との隙間等から前記熱気がランダムに逃げ出して、周辺部品に熱害を与えるというような不具合、を防止することができる。
以上説明した本実施形態に係るターボ過給機付エンジン1によれば、次のような作用効果を奏する。エンジン1は、過給機内空間S2を有するターボ過給機3を備える。マニホールドインシュレータ4は、切り欠き部44の切り欠き縁とエキゾーストマニホールド2の出気側フランジ部22の外周縁との間に形成される第2開口部G2を有する。マニホールドインシュレータ4内で生じる熱気は、第2開口部G2を通して過給機内空間S2へ積極的に逃がされる。この過給機内空間S2は、タービンハウジング32及びタービンインシュレータ37という、本来的に優れた耐熱性を有する部材によって区画されている。従って、前記熱気を耐熱性に優れる空間に誘導して該熱気を逃がす構造が実現される。このため、熱害発生の不具合、例えばマニホールドインシュレータ4と他の部材との隙間等から前記熱気がランダムに逃げ出して、周辺部品に熱害を与えるというような不具合、を防止することができる。
さらに、マニホールドインシュレータ4は、マニホールド上方空間S1に向けて開口する第1開口部G1を備える。マニホールド上方空間S1もまた、エンジン本体インシュレータ14とタービンインシュレータ37とによって区画された、耐熱性に優れる空間である。第2開口部G2に加え、上記のような第1開口部G1からも積極的に熱気を逃がすことで、周辺部品への熱害の発生を一層効果的に抑制することができる。
第2開口部G2は、出気側フランジ部22の上方の位置に配置されている。エキゾーストマニホールド2においてターボ過給機3との接続部となる出気側フランジ部22は、エンジン本体10の排気ポート121から排出される排気ガスが集中的に通過する部位であるので、最も高温となり易い。このような高温部位に対応して第2開口部G2を配置することで、マニホールドインシュレータ4内の熱気を、自然対流を利用して効果的に逃がすことができる。
また、出気側フランジ部22は、その上方側に小面積部SA(斜辺部221)を備え、この小面積部SAの外周縁と、第2インシュレータ片42の切り欠き部44の切り欠き縁との間に第2開口部G2が形成されている。出気側フランジ部22の上方側に小面積部SAが備えられているので、前記上方側において出気側フランジ部22の外周縁とマニホールドインシュレータ4の切り欠き部44との間に間隔の広い部分を形成し易い。しかも、第2開口部G2は出気側フランジ部22の上方の位置に自ずと形成されることになるので、マニホールドインシュレータ4の熱気を逃がし易くなる。
マニホールドインシュレータ4の第2インシュレータ片42は、エキゾーストマニホールド2の左面に、締結ボルト27によって締結固定されている。これにより、エンジン本体10に固着されているエキゾーストマニホールド2を利用して、マニホールドインシュレータ4の強固な固定構造を実現することができる。
さらに、図12に示したように、第2開口部G2が形成されている第2インシュレータ片42の第2立ち壁部421が、タービンインシュレータ37の対向壁部37Aよりも距離dだけタービンハウジング32に接近する側に配置されている。このため、第2開口部G2は、タービンハウジング32とタービンインシュレータ37との間の過給機内空間S2において開口することとなり、マニホールドインシュレータ4内の熱気を確実に過給機内空間S2へ放出させることができる。
[変形実施形態の説明]
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、次のような変形実施形態を取ることができる。
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、次のような変形実施形態を取ることができる。
図13は、変形実施形態に係るマニホールドインシュレータ4Aを示す概略的な側面図(ターボ過給機3側から見た側面図)である。上記実施形態では、マニホールドインシュレータ4が凸状部43を有し、該凸状部43に第1開口部G1が形成され、凸状部43の下方付近に第2開口部G2が形成される例を示した。図13では、上面に凸状部43のような***した部分が存在しないマニホールドインシュレータ4Aを例示している。また、上記実施形態では、小面積部SAを有する出気側フランジ部22を備えるエキゾーストマニホールド2例示したが、ここでは小面積部SAを具備しない矩形の出気側フランジ部22Aを例示している。出気側フランジ部22Aの四隅には、フランジスタッド222Aが立設されている。
マニホールドインシュレータ4Aは、第1インシュレータ片41Aと第2インシュレータ片42との組合せからなる。両インシュレータ片41A、42Aは、側面視で矩形形状を有し、両者間に僅かな隙間が存在する状態で組み合わされている。この隙間が、第1上壁部412Aと第2上壁部422Aとの間において、出気側フランジ部22Aの配置位置で大きくなるよう、第2上壁部422Aの上面には凹部424が設けられている。この凹部424の形成部分が第1開口部G1とされている。また、第2インシュレータ片42Aの第2立ち壁部421Aには、矩形の切り欠き部44Aが設けられている。矩形の出気側フランジ部22Aの上周縁と切り欠き部44Aの上縁との間隔が側縁に比べて広くされ、水平方向に帯状に延びる第2開口部G2が形成されている。このように、第1開口部G1、第2開口部G2は、各々マニホールド上方空間S1、過給機内空間S2の開口している限りにおいて、種々の態様を取ることができる。
図14(A)及び(B)は、第2開口部G2の他の変形実施形態を示す概略図である。図14(A)に示すエキゾーストマニホールド2の出気側フランジ部22Bは、その上方側に小面積部SAを備えている。小面積部SAは、矩形の出気側フランジ部22Bの上縁部分を下方向に向けて取り除いた態様の凹部224を設けることによって形成されている。凹部224の両側には、上方に突出する膨出部225が存在している。フランジスタッド222Bは、膨出部225を含む出気側フランジ部22Bの四隅に立設されている。切り欠き部44Aの上縁と凹部224との間の空間が、第2開口部G2とされている。
図14(B)に示す出気側フランジ部22Cも、その上方側に小面積部SAを備えている。ここでの小面積部SAは、出気側フランジ部22Cの上方部分を山型の凸部226とすることによって形成されている。すなわち、小面積部SAは、矩形の出気側フランジ部22Cの2つの上側角部を、当該フランジ部22Cの中心方向に向けて三角形に取り除くことによって形成されている。フランジスタッド222Cは、凸部226の頂点付近を含む出気側フランジ部22Cの三箇所に立設されている。第2開口部G2は、凸部226の両側に存在する三角形の開口部分である。これらの変形例の通り、出気側フランジ部22の小面積部SA並びに第2開口部G2については、様々の形成態様と取ることができる。
この他、上記実施形態では、マニホールドインシュレータ4に第1開口部G1及び第2開口部G2を設ける例を示したが、第1開口部G1を省略するようにしても良い。例えば、マニホールド上方空間S1を形成する空間的余裕が無い一方で、過給機内空間S2がマニホールドインシュレータ4内の熱気の逃がし経路として十分な容積を具備している場合は、第1開口部G1を実質的に設けない態様とすることができる。
1 ターボ過給機付エンジン
10 エンジン本体
2 エキゾーストマニホールド
221 斜辺部
22 出気側フランジ部(フランジ部)
24 出気開口(連通開口)
3 ターボ過給機
3A 大型ターボ
3B 小型ターボ
31A 大タービン室(タービン室)
31B 小タービン室
32 タービンハウジング
37 タービンインシュレータ
37A 対向壁部
4 マニホールドインシュレータ
41 第1インシュレータ片
42 第2インシュレータ片
421 第2立ち壁部(立ち壁部)
422 第2上壁部(上壁部)
44 切り欠き部
S1 マニホールド上方空間
G1 第1開口部
G2 第2開口部(開口部)
SA 小面積部
10 エンジン本体
2 エキゾーストマニホールド
221 斜辺部
22 出気側フランジ部(フランジ部)
24 出気開口(連通開口)
3 ターボ過給機
3A 大型ターボ
3B 小型ターボ
31A 大タービン室(タービン室)
31B 小タービン室
32 タービンハウジング
37 タービンインシュレータ
37A 対向壁部
4 マニホールドインシュレータ
41 第1インシュレータ片
42 第2インシュレータ片
421 第2立ち壁部(立ち壁部)
422 第2上壁部(上壁部)
44 切り欠き部
S1 マニホールド上方空間
G1 第1開口部
G2 第2開口部(開口部)
SA 小面積部
Claims (5)
- 多気筒型のエンジン本体と、
前記エンジン本体に連結されるエキゾーストマニホールドと、
前記エキゾーストマニホールドから排気が供給されるタービン室と、前記タービン室及び前記排気の供給経路を区画するタービンハウジングと、該タービンハウジングを覆うタービンインシュレータとを含むターボ過給機と、
前記エキゾーストマニホールドの少なくとも上面と前記ターボ過給機側の側面とを覆うマニホールドインシュレータと、を備え、
前記エキゾーストマニホールドは、前記ターボ過給機に対する排気経路の連通開口を有し前記タービンハウジングに接合されるフランジ部を備え、
前記マニホールドインシュレータは、前記フランジ部の接合面を露出させる切り欠き部を備えると共に、前記切り欠き部の切り欠き縁と前記フランジ部の外周縁との間隔が、所定位置において他の位置よりも相対的に広くされることで生じる開口部を有し、
前記開口部が、前記タービンハウジングと前記タービンインシュレータとの間の空間に向けて開口していることを特徴とするターボ過給機付エンジン。 - 請求項1に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記所定位置は、前記フランジ部の上方の位置である、ターボ過給機付エンジン。 - 請求項1に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記フランジ部は、その上方側に、前記外周縁の一部が当該フランジ部の中心方向若しくは下方向に向けて取り除かれた態様の小面積部を備え、
前記小面積部の外周縁と前記切り欠き部の切り欠き縁との間に前記開口部が形成されている、ターボ過給機付エンジン。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記マニホールドインシュレータは、前記エキゾーストマニホールドに締結固定されている、ターボ過給機付エンジン。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記マニホールドインシュレータは、前記多気筒の気筒配列方向に直交する断面において、前記ターボ過給機の側面に沿って上下方向に延びる立ち壁部と、該立ち壁部から前記エキゾーストマニホールドの上方に向けて横方向に延出する上壁部とを備える逆L字型の形状を備え、前記開口部は、前記立ち壁部に設けられ、
前記タービンインシュレータは、前記エンジン本体と対向する側に、上下方向に延びる対向壁部を有し、
前記対向壁部が前記立ち壁部の上方に位置するよう両者が上下方向に並び、且つ、前記立ち壁部が前記対向壁部よりも前記タービンハウジングに接近する側に配置されている、ターボ過給機付エンジン。
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