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JP2002303145A - ターボチャージャ付き内燃機関 - Google Patents

ターボチャージャ付き内燃機関

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Publication number
JP2002303145A
JP2002303145A JP2001107098A JP2001107098A JP2002303145A JP 2002303145 A JP2002303145 A JP 2002303145A JP 2001107098 A JP2001107098 A JP 2001107098A JP 2001107098 A JP2001107098 A JP 2001107098A JP 2002303145 A JP2002303145 A JP 2002303145A
Authority
JP
Japan
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turbocharger
internal combustion
cylinder head
combustion engine
turbine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001107098A
Other languages
English (en)
Inventor
Akihide Okuyama
晃英 奥山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2001107098A priority Critical patent/JP2002303145A/ja
Publication of JP2002303145A publication Critical patent/JP2002303145A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/243—Cylinder heads and inlet or exhaust manifolds integrally cast together
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/001—Gas flow channels or gas chambers being at least partly formed in the structural parts of the engine or machine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/005—Cooling of pump drives
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
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    • F02F1/24—Cylinder heads
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    • F02F1/36—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/40—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling cylinder heads with means for directing, guiding, or distributing liquid stream 
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】ターボラグを改善しつつも、その機関出力の限
界を高く保持することのできるターボチャージャ付き内
燃機関を提供する。 【解決手段】ターボチャージャ３０のロータシャフト３
５の回転軸線ｍが気筒＃の配列方向Ｄに直交するよう
に、且つ同回転軸線ｍがシリンダヘッド１１における配
列方向Ｄの略中央に位置するようにターボチャージャ３
０のタービン部３１をシリンダヘッド１１の排気ポート
１４における合流部１７の下流側に設ける。そして、連
結部３２とコンプレッサ部３３とがシリンダヘッド１１
から露出するように連結部３２をシリンダヘッド１１の
側方でボルトにて直接固定する。また、シリンダヘッド
１１の排気ポート１４の近傍に冷却水通路２１を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気の
持つエネルギを利用して過給を行うターボチャージャの
少なくとも一部を同機関に内蔵したターボチャージャ付
き内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ターボチャージャでは、タービ
ンハウジングに収容されるタービンホイールとコンプレ
ッサハウジングに収容されるコンプレッサホイールと
が、シャフトによって連結されて一体となって回転する
ように設けられている。そして、内燃機関の排気による
タービンホイールの回転をシャフトを通じてコンプレッ
サホイールに伝達し、これを回転させている。こうして
コンプレッサホイールを回転させることで吸気を圧縮さ
せ、この圧縮した吸気を当該機関の燃焼室へと強制的に
送り込んでいる。ターボチャージャでは、こうして排気
の持つエネルギを利用した過給を行って、内燃機関の出
力を向上させている。
【０００３】ところで、こうしたターボチャージャにあ
っては通常、前記タービンハウジングは、その排気の入
口側の端部がエキゾーストマニホールドにおけるその排
気の出口側の端部に接続されている。すなわち、燃焼室
から排出された排気は、シリンダヘッドの排気ポート及
びエキゾーストマニホールドを通過してタービンハウジ
ング内に流入する。そのため、内燃機関の燃焼室からタ
ービンハウジングまでの排気流路の容積が大きいことに
起因して車両の加速時等における応答性能が低下し、い
わゆるターボラグが生じる原因となっていた。
【０００４】そこで従来、こうしたターボラグの発生を
抑制すべく、例えば実開昭６３―１７８３２号公報に記
載されているようなターボチャージャ付き内燃機関が提
案されている。図４及び図５に、こうしたターボチャー
ジャ付き内燃機関の一部断面構造を示す。
【０００５】これら図４及び図５に示すように、この内
燃機関にあって、そのシリンダヘッド１０１は、分割面
１０１ａで上部１０１ｂと下部１０１ｃとに分割可能に
形成されている。これら上部１０１ｂと下部１０１ｃと
が組み付けられることで吸気ポート１０２と排気ポート
１０３とが形成される。また、吸気ポート１０２におけ
る燃焼室１１４側の開口近傍には、吸気バルブ１０４と
の干渉を避けた位置にコンプレッサ収容部１０５が形成
されている。一方、排気ポート１０３における燃焼室１
１４側の開口近傍には、排気バルブ１０６との干渉を避
けた位置にタービン収容部１０７が形成されている。そ
して、コンプレッサ収容部１０５内にはコンプレッサホ
イール１０８が、一方、タービン収容部１０７内にはタ
ービンホイール１０９が収容され、これらコンプレッサ
ホイール１０８とタービンホイール１０９とはシャフト
１１０によって連結されている。このシャフト１１０は
シリンダヘッド１０１に形成された軸受部１１１で軸支
されている。また、コンプレッサ収容部１０５にはコン
プレッサホイール１０８の周囲にディフューザ１１２
が、一方、タービン収容部１０７にはタービンホイール
１０９の周囲にスクロール１１３が形成されている。
【０００６】このように、吸気ポート１０２の途中にコ
ンプレッサホイール１０８を設けると共に、排気ポート
１０３の途中にタービンホイール１０９を設けること
で、燃焼室１１４と各ホイール１０８，１０９との間の
容積が少なくなり、上記ターボラグが改善される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
ターボチャージャ付き内燃機関では、燃焼室１１４の近
傍にコンプレッサ収容部１０５が配されるため、同燃焼
室１１４へ過給される吸気を冷却することが極めて困難
な構造となっている。すなわち、コンプレッサホイール
１０８により断熱圧縮された吸気は昇温され、その密度
が低下した状態で燃焼室１１４へ過給されることとな
る。このため、機関としての出力限界が自ずと低くな
り、所望の機関性能を引き出すことが困難であった。
【０００８】本発明は、こうした実情に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、ターボラグを改善しつつも、
その機関出力の限界を高く保持することのできるターボ
チャージャ付き内燃機関を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段及びその作用効果について以下に記載する。請求
項１に記載の発明は、機関排気流に基づき作動するター
ビン部と、同タービン部に連結部を介して接続されると
ともに、同タービン部の作動に連動して燃焼室内への吸
気を過給するコンプレッサ部とを備えるターボチャージ
ャの一部が内燃機関に内蔵されたターボチャージャ付き
内燃機関であって、前記ターボチャージャのタービン部
及び連結部の少なくとも一部がシリンダヘッドの排気流
路内に設けられ、同ターボチャージャの該排気流路内に
設けられた以外の部分が前記シリンダヘッドから露出す
るように設けられてなることを要旨とする。
【００１０】上記構成によれば、タービン部の少なくと
も一部をシリンダヘッドの排気流路内に設けることで、
内燃機関の燃焼室からタービン部までの排気流路の容積
が少なくなり、車両の加速時等における応答性能の向
上、すなわちターボラグの改善を図ることができる。ま
た、コンプレッサ部はその全体がシリンダヘッドから露
出することとなるため、コンプレッサ部の昇温を抑制す
ることができる。この結果、燃焼室へ過給する吸気の冷
却効率を向上することができて、機関出力の限界を高く
保持することができる。
【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のターボチャージャ付き内燃機関において、前記シリン
ダヘッドは、前記タービン部及び連結部の少なくとも一
部が設けられた排気流路の近傍に冷却水通路が設けられ
てなることを要旨とする。
【００１２】一般に、ターボチャージャのタービン部に
は燃焼直後の高温となった排気が流通するため、このタ
ービン部は高温となる。この点、上記構成によれば、冷
却水通路内を流通する冷却水によってタービン部が冷却
されるため、タービン部から放射される放射熱によるコ
ンプレッサ部の昇温を好適に抑制することができる。ま
た、燃焼室へ過給する吸気を冷却するために通常用いら
れるインタークーラを用いる場合には、その小型化を図
ることができる。
【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載のターボチャージャ付き内燃機関において、当
該内燃機関は複数の気筒を有し、前記シリンダヘッドの
排気流路はその途中に前記複数の気筒のうちの任意の気
筒から排出される排気が合流する合流部を有し、前記タ
ービン部及び連結部の少なくとも一部はこの合流部の下
流側に設けられてなることを要旨とする。
【００１４】上記構成によれば、シリンダヘッドにおけ
る排気流路が従来一般に用いられるエキゾーストマニホ
ールドの役割を果たすため、このエキゾーストマニホー
ルドを省略することができ、内燃機関の車両への搭載性
を向上することができる。また、エキゾーストマニホー
ルド、同エキゾーストマニホールドとシリンダヘッドと
の間に配設されるガスケットの他、これらエキゾースト
マニホールドとシリンダヘッドとの結合に用いれるボル
ト等も必要ではなくなるため、部品点数を削減すること
ができる。
【００１５】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
のターボチャージャ付き内燃機関において、前記タービ
ン部は、その内部に収容されるタービンホイールの回転
軸が前記気筒の配列方向に直交するかたちで前記シリン
ダヘッドの側方に設けられてなることを要旨とする。
【００１６】一般に、ターボチャージャのタービン部に
は、その内部にタービンホイールの周囲を囲むようにス
クロール部が形成されている。ここで、このスクロール
部の形状はタービン部のタービン効率、ひいてはターボ
チャージャの過給効率に大きく影響する要因の一つとな
っている。すなわち、このスクロール部の形状が流体力
学的に排気流に適した形状でない場合には、排気の持つ
エネルギの損失が大きくなり、タービン効率及び過給効
率が低下する。
【００１７】この点、上記構成によれば、内燃機関は、
その気筒の配列方向の幅が同方向と直交する方向の幅よ
りも大きいため、シリンダヘッドにおける排気流路内に
タービン部の少なくとも一部を設けても、そのスクロー
ル部の形状を排気流に適した形状に形成し易くなる。
【００１８】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
のターボチャージャ付き内燃機関において、前記タービ
ンホイールの回転軸が前記気筒の配列方向の略中央に配
置されてなることを要旨とする。
【００１９】上記構成によれば、シリンダヘッドの排気
流路内に設けられたタービン部の少なくとも一部におけ
る前記気筒の配列方向の両側に前記冷却水通路を形成し
易くなる。このため、排気の流通により高温となったタ
ービン部を全体的に冷却することができて、燃焼室へ過
給する吸気の冷却効率を好適に向上することができる。
【００２０】請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の
いずれか一項に記載のターボチャージャ付き内燃機関に
おいて、前記ターボチャージャの前記タービン部及び前
記連結部のうち、前記排気流路内に設けられた以外の部
分が前記シリンダヘッドに直接固定されてなることを要
旨とする。
【００２１】上記構成によれば、内燃機関の振動に起因
するタービン部、連結部そしてコンプレッサ部等で生じ
る振動を軽減することができる。その結果、ターボ騒音
を低減することができるとともに、これら各部の締結部
における結合剛性を高めることができて、それら各締結
部の軽量化及び簡素化を図ることができる。特に、同構
成が前記請求項３〜５に記載の構成において採用される
場合には、エキゾーストマニホールドが割愛可能となる
分、タービンホイールの回転軸の軸受け部の位置が当該
機関の出力軸により近接される構造となり、こうした作
用効果も更に助長されるようになる。また、同構成が更
に前記請求項１、２に記載の構成においても採用される
場合には、軸受け部の昇温等も好適に抑制されるため、
上記振動が軽減されることとも併せて、同軸受け部に、
それら温度や振動の面で課題があった空気軸受けや磁気
軸受け等を採用することも可能となる。なお、空気軸受
けとは、回転軸の回転により同回転軸と軸受けとの間に
空気を巻き込み、これら回転軸及び軸受けの対向面に圧
力を作用させて回転軸を浮かすものである。また、磁気
軸受けとは、回転軸の周囲に配置したコイルにより生じ
る磁力の反発力を利用して回転軸を浮かすものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明のターボチャージャ
付き内燃機関を具体化した一実施形態について、図１〜
図３を参照して説明する。
【００２３】図１及び図２に示すように、この内燃機関
は、シリンダブロック１０と同シリンダブロック１０の
上部に設けられるシリンダヘッド１１とターボチャージ
ャ３０等とを備えて構成されている。
【００２４】ターボチャージャ３０は、機関排気流に基
づき作動するタービン部３１と、同タービン部３１に連
結部３２を介して接続されるとともに、同タービン部３
１の作動に連動して燃焼室１２内への吸気を過給するコ
ンプレッサ部３３とを備えている。このターボチャージ
ャ３０は、そのタービン部３１がシリンダヘッド１１に
内蔵されている。そして、ターボチャージャ３０におけ
るタービン部３１以外の部分、すなわち連結部３２及び
コンプレッサ部３３がシリンダヘッド１１から露出する
ように配設されている。そして、連結部３２のセンタハ
ウジング３２ａが、その一端部でシリンダヘッド１１に
対してボルト６０により直接固定され、同センタハウジ
ング３２ａとコンプレッサ部３３のコンプレッサハウジ
ング３３ａとが、センタハウジング３２ａの他端部にて
ボルト（図示略）により接続されている。
【００２５】シリンダヘッド１１に内蔵されるタービン
部３１には、タービンホイール３４がシリンダヘッド１
１の排気ポート１４内に収容されている。そして、この
タービンホイール３４には、センタハウジング３２ａ内
のロータシャフト３５を介してコンプレッサハウジング
３３ａ内のコンプレッサホイール３６が連結されてい
る。ロータシャフト３５はセンタハウジング３２ａ内で
周知のフルフロートベアリング３８により軸支され、こ
れらタービンホイール３４とロータシャフト３５とコン
プレッサホイール３６とは一体回転可能となっている。
また、コンプレッサハウジング３３ａ内には、コンプレ
ッサホイール３６を囲むように渦巻き状のディフューザ
３９が形成されている。
【００２６】図２に示すように、本実施形態では、ター
ボチャージャ３０は、そのロータシャフト３５の回転軸
線ｍが内燃機関の気筒＃の配列方向Ｄに対して直交する
よう、且つシリンダヘッド１１における上記気筒＃の配
列方向Ｄの略中央に位置するようシリンダヘッド１１の
側方に配置されている。
【００２７】このような構成のターボチャージャ３０の
タービン部３１が内蔵されるシリンダヘッド１１は以下
のような構造となっている。すなわち、シリンダヘッド
１１には、各気筒＃の燃焼室１２に接続される吸気ポー
ト１３と排気ポート１４とが形成されている。吸気ポー
ト１３には、燃焼室１２とは反対側の端部に吸気通路１
５が接続され、一方、排気ポート１４には、燃焼室１２
とは反対側の端部に排気通路１６が接続されている。
【００２８】排気ポート１４は、その上流側では各気筒
毎に分岐しており、これら分岐している排気ポート１４
が合流部１７にて合流するように形成されている。ま
た、この排気ポート１４の合流部１７よりも下流側に
は、前記タービンホイール３４が収容されるタービンホ
イール収容部１８が形成されている。このタービンホイ
ール収容部１８の周囲にはタービンホイール３４を囲む
渦巻き状のスクロール１９が排気ポート１４に連続する
よう形成されている。また、シリンダヘッド１１には、
タービンホイール３４をタービンホイール収容部１８に
収容するための開口部２０が形成されている。
【００２９】また、シリンダヘッド１１には、この排気
ポート１４の近傍に冷却水が流通する冷却水通路２１が
複数設けられている。また、排気ポート１４には、上記
スクロール１９及びタービンホイール収容部１８を迂回
するように、これらの上流側及び下流側に接続されるバ
イパス通路２２が設けられている。そして、このバイパ
ス通路２２の途中には、同バイパス通路２２の上流部２
２ａ（図３参照）と下流部２２ｂとの連通・遮断を行う
ウェストゲート弁５０が設けられている。なお、このウ
ェストゲート弁５０はシリンダヘッド１１に対して外部
から取付られている。
【００３０】図３に示すように、このウェストゲート弁
５０は、弁部５１とケース部５２とを備えている。ケー
ス部５２の内部は仕切り部材５３により第１の空間５４
と第２の空間５５に区画されている。そして、弁部５１
は、その一端部が仕切り部材５３に接続されている。ま
た、第１の空間５４は、第１貫通孔５６及び通路５７
（図１参照）を介して前記スクロール１９と吸気ポート
１３との間で吸気通路１５に連通しており、一方、第２
の空間５５は、第２貫通孔５８を介して外部に連通して
いる。また、同第２の空間５５内には、バイパス通路２
２の上流部２２ａと下流部２２ｂとが遮断状態となるよ
うに弁部５１を付勢するばね部材５９が収容されてい
る。
【００３１】このような構成の内燃機関では、各気筒＃
の燃焼室１２から排気ポート１４へ排気が排出される
と、その排気は同排気ポート１４の合流部１７を通過し
てスクロール１９に流入する。そして、スクロール１９
に流入した排気はタービンホイール収容部１８を通過し
て排気通路１６へ排出される。そして、排気がタービン
ホイール収容部１８を通過する際にタービンホイール３
４が回転される。このようにタービンホイール３４が回
転すると、その回転がロータシャフト３５を介してコン
プレッサホイール３６にも伝達され、同コンプレッサホ
イール３６が回転するようになる。一方、こうしてコン
プレッサホイール３６が回転されると、コンプレッサ部
３３に流入した吸気がディフューザ３９、吸気通路１５
及び吸気ポート１３を介して各気筒＃の燃焼室１２へ過
給される。
【００３２】ここで、コンプレッサホイール３６による
燃焼室１２への過給量が過剰になって吸気通路１５内の
圧力が高くなると、前記ウェストゲート弁５０の第１の
空間５４内の圧力も高くなる。このように第１の空間５
４内の圧力が高くなると、同第１の空間５４内の吸気に
より仕切り部材５３がばね部材５９の付勢力に抗して図
３中の矢印Ａ方向に変位され、弁部５１が同矢印Ａ方向
に変位する。こうして弁部５１が変位することで、前記
バイパス通路２２の上流部２２ａと下流部２２ｂとが連
通状態となって、燃焼室１２から排出された排気の一部
がバイパス通路２２を通過するようになる。これによ
り、燃焼室１２から排出された排気におけるスクロール
１９及びタービンホイール収容部１８への通過量が減少
して、タービンホイール３４の回転力が低下するように
なる。そして、タービンホイール３４の回転力が低下す
ると、コンプレッサホイール３６の回転力も低下するた
め、同コンプレッサホイール３６による燃焼室１２への
過給量が減少するようになる。こうして、燃焼室１２へ
の過給量が減少すると、吸気通路１５内の圧力が低下す
るとともに、ウェストゲート弁５０の第１の空間５４内
の圧力も低下する。このため、ばね部材５９の付勢力に
よって弁部５１が前記矢印Ａ方向とは逆方向に変位し、
バイパス通路２２の上流部２２ａと下流部２２ｂとが遮
断状態となる。
【００３３】以上詳述したように、この実施形態にかか
るターボチャージャ付き内燃機関によれば、以下に示す
ような優れた効果が得られるようになる。 （１）この実施形態では、ターボチャージャ３０のター
ビン部３１をシリンダヘッド１１の排気ポート１４内に
設けるとともに、連結部３２とコンプレッサ部３３とを
シリンダヘッド１１から露出するように設けた。このた
め、内燃機関の燃焼室１２からタービン部３１までの排
気ポート１４の容積が少なくなり、車両の加速時等にお
ける応答性能の向上、すなわちターボラグの改善を図る
ことができる。また、コンプレッサ部３３の全体がシリ
ンダヘッド１１から露出することとなるため、同コンプ
レッサ部３３の昇温を抑制することができる。この結
果、燃焼室１２へ過給する吸気の冷却効率を向上するこ
とができて、機関としての出力限界を高く保持すること
ができる。
【００３４】（２）この実施形態では、シリンダヘッド
１１の排気ポート１４の近傍に冷却水通路２１を設け
た。このため、燃焼直後の高温となった排気が流通する
ことで高温となるタービン部３１が冷却水通路２１内を
流通する冷却水によって冷却される。この結果、タービ
ン部３１から放射される放射熱によりコンプレッサ部３
３が昇温することを好適に抑制することができる。ま
た、燃焼室１２へ過給する吸気を冷却するために通常用
いられるインタークーラを用いる場合には、その小型化
を図ることができる。
【００３５】（３）この実施形態では、シリンダヘッド
１１の排気ポート１４に合流部１７を形成し、ターボチ
ャージャ３０のタービン部３１をこの合流部１７の下流
側に設けた。このため、シリンダヘッド１１の排気ポー
ト１４が従来一般に用いられるエキゾーストマニホール
ドの役割を果たすことにより、このエキゾーストマニホ
ールドを省略することができ、内燃機関の車両への搭載
性を向上することができる。また、タービンハウジン
グ、エキゾーストマニホールド、同エキゾーストマニホ
ールドとシリンダヘッドとの間に配設されるガスケット
の他、これらエキゾーストマニホールドとシリンダヘッ
ドとの結合に用いれるボルト等も必要ではなくなるた
め、部品点数及びコストを削減することができる。
【００３６】（４）この実施形態では、ターボチャージ
ャ３０を、そのロータシャフト３５の回転軸線ｍが気筒
＃の配列方向Ｄに直交するかたちでシリンダヘッド１１
の側方に配置した。ここで一般に、内燃機関は、その気
筒＃の配列方向Ｄの幅が同方向Ｄと直交する方向の幅よ
りも大きい。このため、シリンダヘッド１１内にターボ
チャージャ３０のタービン部３１を設けても、そのスク
ロール１９の形状を流体力学的に排気流に適した形状に
形成し易くなる。この結果、燃焼室１２から排出された
排気の持つエネルギの損失を少なくすることができて、
タービン部３１のタービン効率、ひいてはターボチャー
ジャ３０の過給効率が低下することを抑制することがで
きる。
【００３７】（５）この実施形態では、ターボチャージ
ャ３０のロータシャフト３５の回転軸線ｍを気筒＃の配
列方向Ｄの略中央に設けた。このため、シリンダヘッド
１１に設けられたターボチャージャ３０のタービン部３
１における気筒＃の配列方向Ｄの両側に冷却水通路２１
を形成し易くなる。この結果、燃焼室１２から排出され
た排気の流通により高温となったタービン部３１を全体
的に冷却することができて、燃焼室１２へ過給する吸気
の冷却効率を好適に向上することができる。
【００３８】（６）この実施形態では、ターボチャージ
ャ３０の連結部３２をシリンダヘッド１１に直接固定し
た。このため、内燃機関の振動に起因するタービン部３
１、連結部３２そしてコンプレッサ部３３等で生じる振
動を軽減することができる。その結果、ターボ騒音を低
減することができるとともに、これら各部３１〜３３の
締結部における結合剛性を高めることができて、それら
各締結部の軽量化及び簡素化を図ることができる。特
に、エキゾーストマニホールドが割愛可能となる分、タ
ーボチャージャ３０のロータシャフト３５のフルフロー
トベアリング３８の位置が内燃機関の出力軸に、より近
接される構造となり、こうした作用効果も更に助長され
るようになる。また、フルフロートベアリング３８の昇
温等も好適に抑制されるため、上記振動が軽減されるこ
ととも併せて、フルフロートベアリング３８の代わり
に、それら温度や振動の面で課題があった空気軸受けや
磁気軸受け等を採用することも可能となる。なお、空気
軸受けとは、ロータシャフト３５の回転により同ロータ
シャフト３５と軸受けとの間に空気を巻き込み、これら
ロータシャフト３５及び軸受けの対向面に圧力を作用さ
せてロータシャフト３５を浮かすものである。また、磁
気軸受けとは、ロータシャフト３５の周囲に配置したコ
イルにより生じる磁力の反発力を利用してロータシャフ
ト３５を浮かすものである。
【００３９】なお、上記実施形態は例えば、以下のよう
にその構成を適宜変更することもできる。 ・上記実施形態では、ウェストゲート弁５０をシリンダ
ヘッド１１に対して外部より取り付ける構成としたが、
このウェストゲート弁５０をシリンダヘッド１１に内蔵
させる構成としてもよい。
【００４０】・上記実施形態では、バイパス通路２２の
上流部２２ａを排気ポート１４におけるスクロール１９
の上流側に接続させる構成としたが、このバイパス通路
２２の上流部２２ａをスクロール１９の途中で接続させ
る構成としてもよい。
【００４１】・上記実施形態では、ターボチャージャ３
０のロータシャフト３５をフルフロートベアリング３８
にて軸支する構成としたが、このフルフロートベアリン
グ３８の代わりに、前記空気軸受けや磁気軸受けを用い
てロータシャフト３５を軸支する構成としてもよい。こ
のようにした場合には、フルフロートベアリング３８へ
の潤滑油の供給を行う必要がなくなり、その潤滑油のメ
ンテナンス等の手間を省くことができるとともに、潤滑
油の流通する通路を省略することができる。
【００４２】・上記実施形態では、ターボチャージャ３
０の連結部３２をシリンダヘッド１１に対してボルト６
０にてボルト締めする構成としたが、この連結部３２を
シリンダヘッド１１に対して、例えばクランプ締結等に
より固定する構成としてもよい。
【００４３】・上記実施形態において、シリンダヘッド
１１を複数の部材に分割可能な構成としてもよい。 ・上記実施形態において、ターボチャージャ３０の連結
部３２を、例えばガスケット等のシール材を介してシリ
ンダヘッド１１に固定するようにしてもよい。
【００４４】・上記実施形態では、ターボチャージャ３
０のロータシャフト３５の回転軸線ｍをシリンダヘッド
１１における気筒＃の配列方向Ｄの略中央に配置した
が、このロータシャフト３５の回転軸線ｍを気筒＃の配
列方向Ｄの略中央以外の位置に配置するようにしてもよ
い。
【００４５】・上記実施形態では、ターボチャージャ３
０のロータシャフト３５の回転軸線ｍをシリンダヘッド
１１における気筒＃の配列方向Ｄに直交するかたちでタ
ーボチャージャ３０を設ける構成とした。しかし、シリ
ンダヘッド１１における気筒＃の配列方向Ｄと直交する
方向の幅に余裕がある場合には、ロータシャフト３５の
回転軸線ｍが気筒＃の配列方向Ｄと平行するかたちでタ
ーボチャージャ３０をシリンダヘッド１１における気筒
＃の配列方向Ｄと直交する側の側方に設ける構成として
もよい。
【００４６】・上記実施形態では、シリンダヘッド１１
に形成された複数の排気ポート１４を全て合流部１７に
て合流させる構成とした。しかし、この複数の排気ポー
ト１４を必ずしも１つの合流部１７にて合流させる必要
はない。これを例えば、複数の排気ポート１４のうち任
意の排気ポート１４を一方の合流部にて合流させ、残り
の排気ポート１４を他方の合流部にて合流させる構成と
してもよい。
【００４７】・また、このようにシリンダヘッド１１の
排気ポート１４を複数の合流部にて合流させる場合に
は、同排気ポート１４内のそれぞれの合流部の下流側に
ターボチャージャ３０のタービン部３１を設ける構成と
してもよい。
【００４８】・上記実施形態において、シリンダヘッド
１１の排気ポート１４の近傍に設ける冷却水通路２１の
数は任意である。また、この冷却水通路２１を省略した
構成としてもよい。
【００４９】・上記実施形態では、ターボチャージャ３
０のタービン部３１の全体をシリンダヘッド１１の排気
ポート１４内に設ける構成としたが、同ターボチャージ
ャ３０のタービン部３１及び連結部３２の少なくとも一
部をシリンダヘッド１１の排気ポート１４内に設ける構
成としてもよい。
【００５０】・上記実施形態では、図２に示したよう
に、４気筒内燃機関の例を示した。しかし、単気筒内燃
機関あるいは４気筒以外の複数気筒内燃機関であって、
ターボチャージャの一部が内蔵される内燃機関にあって
は、本発明を同様に適用することができる。ただし、本
発明を単気筒内燃機関に適用した場合には、前記
（１）、（２）及び（６）に記載した効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態が適用される内燃機関のシ
リンダヘッドの近傍を拡大して示す部分拡大断面図。
【図２】同じくシリンダヘッドの近傍を拡大して示す部
分拡大断面図。
【図３】同じくシリンダヘッドのバイパス通路の近傍を
拡大して示す部分拡大断面図。
【図４】従来の内燃機関のシリンダヘッドの近傍を拡大
して示す部分拡大断面図。
【図５】同じく従来のシリンダヘッドの近傍を拡大して
示す部分拡大断面図。
【符号の説明】
１０…シリンダブロック、１１…シリンダヘッド、１２
…燃焼室、１３…吸気ポート、１４…排気ポート、１５
…吸気通路、１６…排気通路、１７…合流部、１８…タ
ービンホイール収容部、１９…スクロール、２０…開口
部、２１…冷却水通路、２２…バイパス通路、２２ａ…
上流部、２２ｂ…下流部、３０…ターボチャージャ、３
１…タービン部、３２…連結部、３２ａ…センタハウジ
ング、３３…コンプレッサ部、３３ａ…コンプレッサハ
ウジング、３４…タービンホイール、３５…ロータシャ
フト、３６…コンプレッサホイール、３８…フルフロー
トベアリング、３９…ディフューザ、５０…ウェストゲ
ート弁、５１…弁部、５２…ケース部、５３…仕切り部
材、５４…第１の空間、５５…第２の空間、５６…第１
貫通孔、５７…通路、５８…第２貫通孔、５９…ばね部
材、６０…ボルト。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｆ 1/36 Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０１Ｈ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】機関排気流に基づき作動するタービン部
    と、同タービン部に連結部を介して接続されるととも
    に、同タービン部の作動に連動して燃焼室内への吸気を
    過給するコンプレッサ部とを備えるターボチャージャの
    一部が内燃機関に内蔵されたターボチャージャ付き内燃
    機関であって、 前記ターボチャージャのタービン部及び連結部の少なく
    とも一部がシリンダヘッドの排気流路内に設けられ、同
    ターボチャージャの該排気流路内に設けられた以外の部
    分が前記シリンダヘッドから露出するように設けられて
    なることを特徴とするターボチャージャ付き内燃機関。
  2. 【請求項２】請求項１に記載のターボチャージャ付き内
    燃機関において、 前記シリンダヘッドは、前記タービン部及び連結部の少
    なくとも一部が設けられた排気流路の近傍に冷却水通路
    が設けられてなることを特徴とするターボチャージャ付
    き内燃機関。
  3. 【請求項３】請求項１または２に記載のターボチャージ
    ャ付き内燃機関において、 当該内燃機関は複数の気筒を有し、前記シリンダヘッド
    の排気流路はその途中に前記複数の気筒のうちの任意の
    気筒から排出される排気が合流する合流部を有し、前記
    タービン部及び連結部の少なくとも一部はこの合流部の
    下流側に設けられてなることを特徴とするターボチャー
    ジャ付き内燃機関。
  4. 【請求項４】請求項３に記載のターボチャージャ付き内
    燃機関において、 前記タービン部は、その内部に収容されるタービンホイ
    ールの回転軸が前記気筒の配列方向に直交するかたちで
    前記シリンダヘッドの側方に設けられてなることを特徴
    とするターボチャージャ付き内燃機関。
  5. 【請求項５】請求項４に記載のターボチャージャ付き内
    燃機関において、 前記タービンホイールの回転軸が前記気筒の配列方向の
    略中央に配置されてなることを特徴とするターボチャー
    ジャ付き内燃機関。
  6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれか一項に記載のター
    ボチャージャ付き内燃機関において、 前記ターボチャージャの前記タービン部及び前記連結部
    のうち、前記排気流路内に設けられた以外の部分が前記
    シリンダヘッドに直接固定されてなることを特徴とする
    ターボチャージャ付き内燃機関。
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