特許 6015272 ターボ過給器付き内燃機関

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6015272

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年10月26日

(54)【発明の名称】ターボ過給器付き内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F02F 1/42 20060101AFI20161013BHJP

   F02B 37/00 20060101ALI20161013BHJP

【ＦＩ】

   F02F1/42 G

   F02B37/00 301H

【請求項の数】5

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2012-203865(P2012-203865)

(22)【出願日】2012年9月18日

(65)【公開番号】特開2014-58895(P2014-58895A)

(43)【公開日】2014年4月3日

【審査請求日】2015年7月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100096459

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 剛

(72)【発明者】

【氏名】加藤 丈博

(72)【発明者】

【氏名】禰津 広直

(72)【発明者】

【氏名】高橋 伸博

(72)【発明者】

【氏名】高田 淳

(72)【発明者】

【氏名】小野寺 優

(72)【発明者】

【氏名】石井 仁

【審査官】 櫻田 正紀

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−２８０９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１２４０１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０２−０７２３４７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００８−０９５５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０２−０６７０６０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００７−２８５１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭４７−００８８０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｆ １／４２

Ｆ０２Ｂ ３７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダヘッドの側壁部の内部に、複数気筒の排気ポートを該シリンダヘッド側面の排気出口へと集合させるマニホルド通路が一体に形成され、かつ車両搭載状態では上記シリンダヘッド側面が下方へ向く方向にシリンダ列が傾斜した内燃機関と、
上記排気出口の下方位置において上記内燃機関を車両に支持するエンジンマウントと、
タービン入口が上記排気出口に接続され、かつ該排気出口と上記エンジンマウントとの間の空間内に配置されたターボ過給器と、
を備え、
上記タービン入口のフランジが取り付けられる上記排気出口の取付フランジ面は、車両搭載状態において傾斜する上記シリンダ列に対し、垂直面に近づく方向に相対的に傾斜しており、
上記フランジを上記取付フランジ面に固定する複数本のボルトの中の少なくとも一つのボルトの延長線が、上記ターボ過給器におけるタービン部とコンプレッサ部と両者間の小径部とに囲まれた空間を通っており、
内燃機関を上方から投影してみたときに、上記ターボ過給器と上記エンジンマウントとが互いに重なって位置しているとともに、上記ターボ過給器の少なくとも一部が上記シリンダヘッドに覆われている、ことを特徴とするターボ過給器付き内燃機関。

【請求項2】

上記内燃機関がＶ型内燃機関であり、少なくとも一方のシリンダヘッドの下方に上記エンジンマウントおよび上記ターボ過給器が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のターボ過給器付き内燃機関。

【請求項3】

左右のシリンダヘッドの下方に、上記エンジンマウントおよび上記ターボ過給器がそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項２に記載のターボ過給器付き内燃機関。

【請求項4】

上記取付フランジ面は、車両搭載状態において、垂直面ないし垂直よりも上方へ向かって傾いた角度を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のターボ過給器付き内燃機関。

【請求項5】

上記シリンダヘッドの気筒列方向の中央に上記排気出口が位置することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のターボ過給器付き内燃機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、シリンダヘッドの側部にターボ過給器を備えた内燃機関、特に、複数気筒の排気流を集合させるマニホルド通路がシリンダヘッドに一体に形成され、その排気出口にターボ過給器が取り付けられてなるターボ過給器付き内燃機関に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的な内燃機関では、シリンダヘッドの側面に開口した複数の排気ポートに対し、別部品の排気マニホルドが取り付けられ、該排気マニホルドによって複数の気筒の排気流を集合させる構成となっている。これに対し、特許文献１は、シリンダヘッドの側壁部の内部にマニホルド通路を一体に鋳造形成し、複数の排気ポートの排気流をこのシリンダヘッド内部のマニホルド通路を介して集合させるようにした構成を開示している。

【0003】

特許文献１は、直列６気筒のシリンダヘッドを例示しており、３気筒分の排気流がそれぞれ１つの排気出口に集合し、各排気出口には、それぞれターボ過給器のタービン入口が直接に取り付けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】実開平２−７２３４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のようにシリンダヘッドの側面に直接にターボ過給器が取り付けられた構成の場合、例えばＶ型内燃機関や大きくスラントして搭載された直列多気筒内燃機関などのように、車両搭載状態においてターボ過給器側が下側となる方向にシリンダヘッドが傾斜している内燃機関では、シリンダブロック側面に配置されるエンジンマウントとターボ過給器との干渉の問題が生じ、レイアウトが制限される。つまり、シリンダヘッドの傾斜に伴ってターボ過給器が比較的低い位置となるため、内燃機関の長手方向においてターボ過給器とエンジンマウントとを互いに重なり合う位置に配置することができず、双方を最適位置、例えば内燃機関の長手方向の中央部、に必ずしも配置することができない。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この発明に係るターボ過給器付き内燃機関は、
シリンダヘッドの側壁部の内部に、複数気筒の排気ポートを該シリンダヘッド側面の排気出口へと集合させるマニホルド通路が一体に形成され、かつ車両搭載状態では上記シリンダヘッド側面が下方へ向く方向にシリンダ列が傾斜した内燃機関と、
上記排気出口の下方位置において上記内燃機関を車両に支持するエンジンマウントと、
タービン入口が上記排気出口に接続され、かつ該排気出口と上記エンジンマウントとの間の空間内に配置されたターボ過給器と、
を備えている。

【0007】

そして、上記タービン入口のフランジが取り付けられる上記排気出口の取付フランジ面は、車両搭載状態において傾斜する上記シリンダ列に対し、垂直面に近づく方向に相対的に傾斜している。

【0008】

また、上記フランジを上記取付フランジ面に固定する複数本のボルトの中の少なくとも一つのボルトの延長線が、上記ターボ過給器におけるタービン部とコンプレッサ部と両者間の小径部とに囲まれた空間を通る。
そして、内燃機関を上方から投影してみたときに、上記ターボ過給器と上記エンジンマウントとが互いに重なって位置しているとともに、上記ターボ過給器の少なくとも一部が上記シリンダヘッドに覆われている。

【0009】

上記のように取付フランジ面がシリンダ列に対し傾斜していることで、車両搭載状態においてターボ過給器の位置が相対的に高い位置となり、内燃機関の長手方向においてエンジンマウントとターボ過給器とが互いに重なり合う位置であっても両者が共存し得るものとなる。そして、ターボ過給器を固定するための一部のボルトは、ターボ過給器におけるタービン部とコンプレッサ部と両者間の小径部とに囲まれた空間を通して挿入され、かつ締結作業が行われる。従って、ターボ過給器の本体部分の位置つまりロータの回転中心の位置をシリンダヘッドないしシリンダブロックから過度に離さずに取付が可能となる。

【発明の効果】

【0010】

この発明によれば、シリンダヘッドが傾斜した姿勢で車両に搭載される内燃機関において、排気出口に直接に取り付けられたターボ過給器とエンジンマウントとを、内燃機関の長手方向において互いに重なり合う位置に配置することができ、例えば、双方を内燃機関の長手方向の中央部に配置することが可能となる。しかも、ターボ過給器の本体部分がシリンダヘッドやシリンダブロックから極端に張り出さずに支持され、ターボ過給器を含めた内燃機関の全幅の大型化が抑制される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】この発明をＶ型内燃機関に適用した一実施例の正面図。

【図2】このＶ型内燃機関の側面図。

【図3】このＶ型内燃機関の平面図。

【図4】図２のＡ−Ａ線に沿った要部の断面図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、この発明をＶ型内燃機関に適用した一実施例を、図１〜図４に基づいて詳細に説明する。この実施例は、バンク角が６０°のＶ型６気筒内燃機関であって、奇数気筒つまり♯１，♯３，♯５気筒が第１バンク１に配置され、偶数気筒つまり♯２、♯４，♯６気筒が第２バンク２に配置されている。

【0013】

このＶ型内燃機関は、両バンクのシリンダ（図示せず）がそれぞれ傾斜した姿勢で形成されてなるシリンダブロック３と、このシリンダブロック３の一対のトップデッキ４，５の上にそれぞれ取り付けられて各バンクを構成する一対のシリンダヘッド６，７と、上記シリンダブロック３の下面８に取り付けられて、クランクシャフト（図示せず）を支持するとともにオイルパンの一部を構成するロアフレーム９と、を主体として構成されている。なお、第１バンク１のシリンダヘッド６と第２バンク２のシリンダヘッド７とは、偶数気筒が奇数気筒に対し相対的に後方に位置することもあって厳密には細部が異なっているが、基本的な構成は同一、詳しくは互いに対称形状をなすように構成されている。これらのシリンダブロック３、シリンダヘッド６，７およびロアフレーム９は、いずれもアルミニウム合金等の金属材料の鋳造品から構成されている。

【0014】

上記シリンダブロック３の左右の側面には、それぞれ正面（図１）から見て略三角形をなすマウントブラケット１１，１２がそれぞれ複数本のボルト１３によって取り付けられており、これらマウントブラケット１１，１２の下端が、それぞれエンジンマウント１４，１５を介して図示せぬ車両の車体上に支持されている。各エンジンマウント１４，１５とマウントブラケット１１，１２との連結点つまりマウントブラケット１１，１２の下端部は、それぞれ、図１に示すように、クランクシャフト（図示せず）の高さ位置に概ね位置しており、クランクシャフトを中心としたロール振動の抑制を図っている。また、内燃機関の長手方向については、図２に示すように、マウントブラケット１１，１２は内燃機関の長手方向の中央部（より詳しくは中央よりも僅かに機関前方寄り）にそれぞれ位置している。なお、この内燃機関は、さらに、図示せぬ変速機側などの他の１点ないし２点において、別のエンジンマウントを介して車体に支持されている。車両搭載状態において、正面（図１）から見た姿勢としては、内燃機関全体が水平、つまりシリンダブロック３の下面８が実質的に水平に沿ったものとなる。ここで、上記エンジンマウント１４，１５として、図示例では、円筒形をなし、その軸方向に荷重を受ける形式のものが用いられているが、本発明はこれに限定されず、種々の形式のエンジンマウントを用いることが可能である。

【0015】

図４は、一対のシリンダヘッド６，７の代表として第２バンク２側のシリンダヘッド７の断面を示しており、特に、車両搭載状態に沿って傾斜した姿勢でもって図示してある。つまり、シリンダ中心軸線Ｌが垂直方向に対し３０°（バンク角の半分）傾いている。このシリンダヘッド７は、各気筒の燃焼室２０からＶバンクの内側へ向かって吸気ポート２１が延び、かつＶバンクの外側へ向かって排気ポート２２が延びている。上記吸気ポート２１は、図３にも示すように、Ｖバンク間において上方を指向するように各気筒毎に個々に開口している。これらの吸気ポート２１の開口部には、図示せぬ吸気マニホルドが接続される。一方、シリンダヘッド７のＶバンク外側となる側壁部の内部には、気筒列方向に延びるマニホルド通路２３が一体に鋳造形成されており、このマニホルド通路２３に各気筒の排気ポート２２が接続されている。そして、３つの気筒の中央位置つまり第２バンク２用のシリンダヘッド７であれば♯４気筒の側方位置に、上記マニホルド通路２３と連通した単一の排気出口２４が配置され、該排気出口２４がシリンダヘッド７側方へ向かって開口している。つまり、シリンダヘッド７の内部において、３つの気筒の排気ポート２２がマニホルド通路２３を介して中央の１つの排気出口２４へと集合している。

【0016】

上記排気出口２４は、シリンダヘッド７の側面に一体に鋳造形成された略矩形の過給器取付フランジ部２５の中央に開口している。この過給器取付フランジ部２５は、四隅にそれぞれねじ孔２６を有し、図４に示すように、ここにターボ過給器３２が直接に取り付けられている。

【0017】

詳しくは、上記ターボ過給器３２は、図２等にも示すように、スクロールを備えた排気タービンからなるタービン部３３と、上記排気タービンと同軸に接続された遠心コンプレッサからなるコンプレッサ部３４と、図示せぬロータを回転自在に支持するセンタハウジング３５と、から大略構成されており、上記センタハウジング３５に比較してタービン部３３およびコンプレッサ部３４が大径に膨らんだ形状をなしている。つまり、上記センタハウジング３５は、タービン部３３およびコンプレッサ部３４の間に位置する小径部となっている。そして、上記タービン部３３から略接線方向に排気入口管３６が延びているとともに、その先端に開口するタービン入口（図示せず）を囲むように略矩形のタービン入口フランジ３７が形成されており、このタービン入口フランジ３７の四隅に設けられた貫通孔３８（図４参照）を通して４本のボルト３９が上記過給器取付フランジ部２５のねじ孔２６に螺合している。これによって、ターボ過給器３２全体がシリンダヘッド７に支持されている。このようにシリンダヘッド７に取り付けられたターボ過給器３２は、タービン部３３のスクロールの排気流旋回方向が図４において時計回り方向となるように構成されているので、図１，図２に示すように、シリンダヘッド７の排気出口２４よりも下方に位置し、かつエンジンマウント１５の上方に位置している。つまり、排気出口２４とその下方のエンジンマウント１５との間の空間内に、ターボ過給器３２が配置されている。図２，図３に示すように、内燃機関を上方から投影してみたときには、ターボ過給器３２とエンジンマウント１５とが互いに重なって位置している。

【0018】

ここで、上記ターボ過給器３２が取り付けられる過給器取付フランジ部２５の取付フランジ面２５ａは、シリンダヘッド７単体としてみたときのシリンダ中心軸線Ｌ（図４参照）に対して、該シリンダ中心軸線Ｌの傾斜を相殺する方向に逆に傾いている。換言すれば、車両搭載状態において傾斜しているシリンダ中心軸線Ｌに対して、取付フランジ面２５ａが垂直面に近づく方向に、相対的に傾斜している。図示例では、取付フランジ面２５ａがシリンダ中心軸線Ｌに対し３０°傾斜しており、車両搭載状態において、実質的に垂直面となる。なお、本発明においては、車両搭載状態において取付フランジ面２５ａが完全な垂直面である必要はなく、シリンダ中央軸線Ｌよりも垂直に近いものであればよい。また、垂直面よりもさらに上方へ向かうように、例えば上記の例では３０°よりも大きな角度で傾斜していてもよい。

【0019】

このように取付フランジ面２５ａが垂直面に近いものとなっていることから、ここに取り付けられるターボ過給器３２は、そのロータの回転中心位置が過度にシリンダブロック３に近づいた配置とならず、比較的高い位置となるため、前述したように、エンジンマウント１５との干渉を避けて、排気出口２４とエンジンマウント１５との間の空間に配置することが可能となる。

【0020】

また、取付フランジ面２５ａが下向きとならずにほぼ垂直面をなすことから、ボルト３９によるターボ過給器３２の取付作業が容易となる。ここで、図２に示すように、タービン入口フランジ３７は４本のボルト３９によって過給器取付フランジ部２５に固定されているが、その中の１本のボルト３９（図２に符号３９Ａとして示す）は、その延長線（ボルト中心軸線）が、タービン部３３とコンプレッサ部３４と両者間のセンタハウジング３５とによって囲まれた空間内を通っている。つまり、部分的に小径となったセンタハウジング３５の近傍を通してボルト３９Ａが挿入され、かつ図示せぬドライバによる締付作業がなされる。従って、排気入口管３６を比較的短いものとすることができ、ターボ過給器３２の回転中心位置が過度に外側に位置したものとならない。そのため、ターボ過給器３２とエンジンマウント１５との干渉を避けつつも、ターボ過給器３２による内燃機関全幅寸法の拡大が抑制される。

【0021】

なお、図示例では、上記の過給器取付用のボルト３９としてスタッドボルトが用いられており、過給器取付フランジ部２５に植設したボルト３９の端部にナット４０が螺合する構成となっているが、このようなスタッドボルトではなく一般的なボルトを用いるようにしてもよい。

【0022】

以上、第２バンク２側のシリンダヘッド７およびこれに取り付けられるターボ過給器３２について説明したが、第１バンク１側のシリンダヘッド６およびこれに取り付けられるターボ過給器３１についても、基本的に上記と同様である。すなわち、各図では細部が見えていないが、第１バンク１側のシリンダヘッド６においては、中央に位置する♯３気筒の側方に単一の排気出口２４が開口しており、過給器取付フランジ部２５が設けられている。そして、ターボ過給器３１のタービン部３３から延びた排気入口管３６先端のタービン入口フランジ３７が過給器取付フランジ部２５に４本のボルト３９によって取り付けられている。過給器取付フランジ部２５の取付フランジ面２５ａは、やはりシリンダヘッド６のシリンダ中心軸線に対して相対的に傾斜しており、車両搭載状態において、実質的に垂直面をなしている。また１本のボルト３９Ａがタービン部３３とコンプレッサ部３４との間を通して挿入配置される点も同様である。

【0023】

ここで、第１バンク１側のターボ過給器３１は、第２バンク２側のターボ過給器３２と基本的に対称をなすように構成されており、双方ともに、コンプレッサ部３４が内燃機関の前側に、タービン部３３が内燃機関の後側に、それぞれ位置している。

【0024】

従って、図１および図３に示すように、一対のターボ過給器３１，３２はＶ型内燃機関の両側において基本的に対称に配置されており、それぞれ、エンジンマウント１４，１５の上方に位置している。そのため、内燃機関の長手方向においてエンジンマウント１４，１５とターボ過給器３１，３２とが互いに重なり合う位置であっても両者が共存し得るものとなり、それぞれを最適位置に配置することが可能である。つまり、ターボ過給器３１，３２については、排気出口２４を３つの気筒の中央に配置することで、各気筒までの排気流路長が等長となり、かつ各気筒の排気弁から排気出口２４ひいてはタービン部３３までの距離を最短とすることができる。また、エンジンマウント１４，１５については、内燃機関の重心に近い長手方向の中央部付近を左右の２点で支持することができる。

【0025】

以上、この発明をＶ型６気筒内燃機関に適用した一実施例を説明したが、本発明はこれに限らず、Ｖ型８気筒内燃機関などに適用できるほか、比較的大きく傾いて車両に搭載された直列多気筒内燃機関などにおいても同様に適用することができる。

【符号の説明】

【0026】

１…第１バンク
２…第２バンク
６，７…シリンダヘッド
１４，１５…エンジンマウント
２３…マニホルド通路
２４…排気出口
２５…過給器取付フランジ部
２５ａ…取付フランジ面
３１，３２…ターボ過給器
３３…タービン部
３４…コンプレッサ部
３５…センタハウジング
３７…タービン入口フランジ
３９…ボルト

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】