JP2017190715A

JP2017190715A - エンジン装置

Info

Publication number: JP2017190715A
Application number: JP2016080432A
Authority: JP
Inventors: 優介小林; Yusuke Kobayashi
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2016-04-13
Filing date: 2016-04-13
Publication date: 2017-10-19

Abstract

【課題】高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャのエンジン幅方向への突出量を効果的に低減することで、ターボチャージャの搭載性を向上させる。【解決手段】エンジン１０のシリンダヘッド１１側部に取り付けられて排気ポートから排気を導出させる排気マニホールド２０と、排気マニホールド２０の上面又は下面の何れか一方に取り付けられた高圧段ターボチャージャ４０と、排気マニホールド２０の上面又は下面のうち、排気マニホールド２０を挟んで高圧段ターボチャージャ４０とは反対側の上面又は下面に取り付けられた低圧段ターボチャージャ５０とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、エンジン装置に関し、特に、高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャを直列に配置した二段過給システムを備えるエンジン装置に関する。

従来、エンジンの高出力低燃費化を図る技術として、排気上流側から順に高圧段ターボチャージャと低圧段ターボチャージャとを直列に配置した二段過給システムが実用化されている。例えば、特許文献１には、排気マニホールドの側部に高圧段ターボチャージャを取り付けると共に、高圧段ターボチャージャの上部に低圧段ターボチャージャを取り付けた二段過給システムが開示されている。

特開２０１２−１２９８８号公報

ところで、上記特許文献１記載の技術では、排気マニホールドの側部に高圧段ターボチャージャを取り付け、さらに高圧段ターボチャージャの上部に低圧段ターボチャージャを取り付けている。このため、これら二個のターボチャージャが、排気マニホールドよりもエンジン幅方向に大きく突出することになり、エンジンルームのスペース上の制約から搭載性の悪化を招く課題がある。

また、低圧段ターボチャージャが排気マニホールドから離間して配置されるため、排気ガスを高圧段ターボチャージャから迂回させるバイパス経路が長くなり、低圧段タービンを駆動させる排気の圧力損失を増加させる可能性もある。

開示の技術は、高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャのエンジン幅方向への突出量を効果的に低減することで、ターボチャージャの搭載性を向上させることを目的とする。

開示の技術は、エンジンのシリンダヘッド側部に取り付けられて排気ポートから排気を導出させる排気マニホールドと、前記排気マニホールドの上面又は下面の何れか一方に取り付けられた高圧段ターボチャージャと、前記排気マニホールドの前記上面又は前記下面のうち、前記排気マニホールドを挟んで前記高圧段ターボチャージャとは反対側の前記上面又は前記下面に取り付けられた低圧段ターボチャージャと、を備えることを特徴とする。

前記排気マニホールドの前記上面又は前記下面の何れか一方に前記排気マニホールドから排気を排出する第１排気出口部が形成され、前記排気マニホールドの前記上面又は前記下面のうち、前記第１排気出口部とは反対側の前記上面又は前記下面に前記排気マニホールドから排気を排出する第２排気出口部が形成され、前記高圧段ターボチャージャのタービンハウジング内に排気を導入する高圧段排気入口部が前記第１排気出口に接続され、前記低圧段ターボチャージャのタービンハウジング内に前記高圧段ターボチャージャを迂回させた排気を導入するバイパス排気入口部が前記第２排気出口部に接続されてもよい。

前記第２排気出口部が前記排気マニホールドの排気流れ方向に対して傾斜して開口することが好ましい。

前記高圧段ターボチャージャのタービンハウジング内から排気を導出する高圧段排気出口部と、前記低圧段ターボチャージャのタービンハウジング内に前記高圧段ターボチャージャを通過した排気を導入する低圧段排気入口部とを接続する排気接続通路をさらに備え、当該排気接続通路が前記排気マニホールドに一体形成されてもよい。

開示の技術によれば、高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャのエンジン幅方向への突出量を効果的に低減することで、ターボチャージャの搭載性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るエンジン装置を示す模式的な全体構成図である。本発明の一実施形態に係る排気マニホールドを示す模式的な斜視図である。（Ａ）は、本実施形態に係るエンジン装置の要部をエンジン長手方向から視た模式的な図、（Ｂ）は、本実施形態に係るエンジン装置の要部をエンジン短手方向から視た模式的な図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係るエンジン装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。従って、それらについての詳細な説明は繰返さない。

先ず、図１に基づいて、本実施形態のエンジン装置の全体構成を説明する。ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０のシリンダヘッド１１には、各吸気ポート（不図示）に吸気を導入する吸気マニホールド１２が設けられている。また、シリンダヘッド１１には、各排気ポート（不図示）から排気を導出させる排気マニホールド２０が設けられている。

吸気マニホールド１２には、吸気通路１３が接続されている。この吸気通路１３には、吸気上流側から順に、エアクリーナ１４、低圧段コンプレッサ５２を収容した低圧段コンプレッサハウジング５４、高圧段コンプレッサ４２を収容した高圧段コンプレッサハウジング４４、インタークーラ１５等が設けられている。

排気マニホールド２０は、シリンダヘッド１１の側壁部に取り付けられて各排気ポートから排気を導出させる複数本（図示例では４本）の排気導出管２１と、各排気導出管２１内の排気を集合させる排気集合部２２とを備えている。排気集合部２２には、下側排気出口部２３及び、上側排気出口部２４が設けられている。また、排気集合部２２の先端側（排気下流端側）には、排気接続通路部２５が一体形成されている。

高圧段ターボチャージャ４０は、排気により駆動する高圧段タービン４１と、高圧段タービン４１と同軸に設けられて吸気を圧送する高圧段コンプレッサ４２と、高圧段タービン４１を収容する高圧段タービンハウジング４３と、高圧段コンプレッサ４２を収容する高圧段コンプレッサハウジング４４とを備えている。高圧段タービンハウジング４３内に排気を導入する高圧段排気入口部４５は、排気マニホールド２０の下側排気出口部２３に直接的に取り付けられている。高圧段タービンハウジング４３内から排気を導出させる高圧段排気出口部４６は、排気マニホールド２０に一体形成された排気接続通路部２５の排気上流端に直接的に取り付けられている。

低圧段ターボチャージャ５０は、排気により回転駆動する低圧段タービン５１と、低圧段タービン５１と同軸に設けられて吸気を圧送する低圧段コンプレッサ５２と、低圧段タービン５１を収容する低圧段タービンハウジング５３と、低圧段コンプレッサ５２を収容する低圧段コンプレッサハウジング５４と、排気を高圧段タービン４１から迂回させるバイパス排気通路部５５と、バイパス排気通路部５５を開閉可能なバイパスバルブ５６とを備えている。低圧段タービンハウジング５３内に排気を導入する低圧段排気入口部５７は、排気接続通路部２５の排気下流端に直接的に取り付けられている。バイパス排気通路部５５は、排気マニホールド２０の上側排気出口部２４に直接的に取り付けられている。低圧段タービンハウジング５３内から排気を導出させる低圧段排気出口部５８には、図示しない排気浄化ユニット等に排気を排出する排気通路１８が接続されている。

次に、図２，３に基づいて、本実施形態に係る高圧段及び低圧段ターボチャージャ４０，５０の搭載構造の詳細について説明する。

図２に示すように、排気マニホールド２０の各排気導出管２１の排気下流端には、各排気導出管２１内の排気を集合させる排気集合部２２が一体形成されている。排気集合部２２には、鉛直方向下方に開口する下側排気出口部２３及び、斜め上方に開口する上側排気出口部２４が設けられている。さらに、排気集合部２２の先端側（排気下流端側）には、排気接続通路部２５が一体形成されている。排気接続通路部２５の排気上流端は、下側排気出口部２３と同様に鉛直方向下方に開口する。排気接続通路部２５の排気下流端は、上側排気出口部２４と同様に斜め上方に開口する。

下側排気出口部２３には、その下面を略水平方向に延びる平坦状とされた第１フランジ部２３Ａが設けられている。上側排気出口部２４には、その上面を基端側（排気上流側）から先端側（排気下流側）に向かって下方に傾斜する平坦状とされた第２フランジ部２４Ａが設けられている。排気接続通路部２５の排気上流端（入口）には、その下面を第１フランジ部２３Ａと同一平面となるように略水平方向に延びる平坦状とされた第３フランジ部２５Ａが設けられている。排気接続通路部２５の排気下流端（出口）には、その上面を第２フランジ部２４Ａと同一平面となるように傾斜させた第４フランジ部２５Ｂが設けられている。

図３に示すように、下側排気出口部２３の第１フランジ部２３Ａには、高圧段排気入口部４５の高圧段入口フランジ部４５Ａが図示しないボルトナットにより固定される。また、上側排気出口部２４の第２フランジ部２４Ａには、バイパス排気通路部５５のバイパス入口フランジ部５５Ａが図示しないボルトナットにより固定される。

このように、排気集合部２２の下面に高圧段ターボチャージャ４０を直接的に取り付け、さらに、排気集合部２２の上面に低圧段ターボチャージャ５０を直接的に取り付けて、高圧段ターボチャージャ４０と低圧段ターボチャージャ５０とを排気マニホールド２０の上下に対向配置することで、高圧段ターボチャージャ４０を排気マニホールド２０の側部に取り付けた従来構造に比べ、高圧段及び低圧段ターボチャージャ４０，５０のエンジン幅方向（クランク軸と直行する方向）への突出量を効果的に減少させることができる。また、バイパス排気通路部５５が取り付けられる第２フランジ部２４Ａを傾斜させたことで、図３（Ａ）中に破線矢印で示すように、排気バイパス時は排気集合部２２からバイパス排気通路部５５に排気が滑らかに流れ込むようになり、排気の圧力損失を効果的に抑制することができる。

排気接続通路部２５の第３フランジ部２５Ａには、高圧段排気出口部４６の出口フランジ部４６Ａが図示しないボルトナットにより固定される。排気接続通路部２５の第４フランジ部２５Ｂには、低圧段排気入口部５７の入口フランジ部５７Ａが図示しないボルトナットにより固定される。このように、高圧段排気出口部４６と低圧段排気入口部５７とを接続する排気接続通路部２５を排気マニホールド２０に一体形成することで、排気接続管等を別体に設ける従来構造に比べ、部品点数や組み付け工数を効果的に削減することができる。

以上詳述したように、本実施形態によると、排気マニホールド２０の排気集合部２２下面に高圧段ターボチャージャ４０を取り付けると共に、排気集合部２２上面に低圧段ターボチャージャ５０を直接的に取り付けることで、これら高圧段及び低圧段ターボチャージャ４０，５０が排気マニホールド２０を挟んで上下に対向配置されるようになる。このように、高圧段ターボチャージャ４０と低圧段ターボチャージャ５０とを排気マニホールド２０の上下に配置することにより、これら高圧段及び低圧段ターボチャージャ４０，５０のエンジン幅方向への突出量が効果的に減少されるようになり、ターボチャージャ４０，５０の搭載性を確実に向上することができる。

また、バイパス排気通路部５６を排気集合部２２上部の第２フランジ部２４Ａに取り付けて、排気マニホールド２０と低圧段タービンハウジング５３を隣接配置することで、バイパス経路が効果的に短縮され、さらに、第２フランジ部２４Ａを傾斜させたことにより、バイパス排気が排気集合部２２からバイパス排気通路部５６に滑らかに流れ込むようになり、排気バイパス時の圧力損失を効果的に抑制することができる。

また、高圧段タービンハウジング４３を排気マニホールド２０と別体に設けたことで、タービンハウジングを排気マニホールド２０と一体に形成する構造に比べ、排気マニホールド２０の汎用性を効果的に向上することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、高圧段及び低圧段ターボチャージャ４０，５０の配置関係は、図示例に限定されず、高圧段ターボチャージャ４０を排気マニホールド２０上面、低圧段ターボチャージャ５０を排気マニホールド２０下面に取り付けて構成することもできる。この場合は、容積の小さい高圧段ターボチャージャ４０を上面に配置することで、エンジン上方向への突出量も効果的に減少することができる。

また、エンジン１０はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の他のエンジンにも広く適用することが可能である。

１０エンジン
１１シリンダヘッド
２０排気マニホールド
２２排気集合部
２３下側排気出口部
２４上側排気出口部
２５排気接続通路部
４０高圧段ターボチャージャ
４１高圧段タービン
４２高圧段コンプレッサ
４３高圧段タービンハウジング
４４高圧段コンプレッサハウジング
４５高圧段排気入口部
４６高圧段排気出口部
５０低圧段ターボチャージャ
５１低圧段タービン
５２低圧段コンプレッサ
５３低圧段タービンハウジング
５４低圧段コンプレッサハウジング
５５バイパス排気通路部
５６バイパスバルブ
５７低圧段排気入口部
５８低圧段排気出口部

Claims

エンジンのシリンダヘッド側部に取り付けられて排気ポートから排気を導出させる排気マニホールドと、
前記排気マニホールドの上面又は下面の何れか一方に取り付けられた高圧段ターボチャージャと、
前記排気マニホールドの前記上面又は前記下面のうち、前記排気マニホールドを挟んで前記高圧段ターボチャージャとは反対側の前記上面又は前記下面に取り付けられた低圧段ターボチャージャと、を備える
ことを特徴とするエンジン装置。
前記排気マニホールドの前記上面又は前記下面の何れか一方に前記排気マニホールドから排気を排出する第１排気出口部が形成され、
前記排気マニホールドの前記上面又は前記下面のうち、前記第１排気出口部とは反対側の前記上面又は前記下面に前記排気マニホールドから排気を排出する第２排気出口部が形成され、
前記高圧段ターボチャージャのタービンハウジング内に排気を導入する高圧段排気入口部が前記第１排気出口に接続され、
前記低圧段ターボチャージャのタービンハウジング内に前記高圧段ターボチャージャを迂回させた排気を導入するバイパス排気入口部が前記第２排気出口部に接続された
請求項１に記載のエンジン装置。
前記第２排気出口部が前記排気マニホールドの排気流れ方向に対して傾斜して開口する
請求項２に記載のエンジン装置。
前記高圧段ターボチャージャのタービンハウジング内から排気を導出する高圧段排気出口部と、前記低圧段ターボチャージャのタービンハウジング内に前記高圧段ターボチャージャを通過した排気を導入する低圧段排気入口部とを接続する排気接続通路をさらに備え、当該排気接続通路が前記排気マニホールドに一体形成された
請求項１から３の何れか一項に記載のエンジン装置。