(57)【要約】【課題】  簡単かつ安価な構成でありながら、可変容量式ターボチャージャを排気ブレーキ装置と組み合わせて使用しても、可変容量式ターボチャージャの耐久性等を損なうことなく長期に亘って高い信頼性を維持することができる可変容量式ターボチャージャを備えた内燃機関を提供する。【解決手段】  本発明は、可変容量式ターボチャージャ１００が排気通路２に介装される内燃機関１であって、排気ブレーキ装置の排気ブレーキバルブ３が、前記可変容量式ターボチャージャ１００の排気タービン１０の排気出口から排気下流側２００ｍｍ以下の位置において排気通路２に介装されることを特徴とする。【選択図】図１
2010270629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変容量式ターボチャージャが排気通路に介装される内燃機関であって、
排気ブレーキ装置の排気ブレーキバルブが、前記可変容量式ターボチャージャの排気出口から排気下流側２００ｍｍ以下の位置において排気通路に介装されることを特徴とする可変容量式ターボチャージャを備えた内燃機関。
【請求項２】
前記可変容量式ターボチャージャは、排気タービン側のノズル部に多数の角度調整可能なノズルベーンを環状に備えた可変ノズル式ターボチャージャであることを特徴とする請求項１に記載の可変容量式ターボチャージャを備えた内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関し、詳しくは、排気エネルギを利用したターボチャージ、特に可変容量式のターボチャージャを備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関を駆動源として備えた車両においては、車両制動力を高めるために、図３に示すような排気ブレーキ装置、すなわち、減速時に、ディーゼル機関等の内燃機関１の排気通路２に介装された排気ブレーキバルブ３を閉じて排気抵抗を増大させて、エンジンブレーキ力を高めるようにした排気ブレーキ装置が採用されている。
【０００３】
この一方で、内燃機関の運転状態に応じてターボチャージャの特性を可変に制御可能なシステムが種々提案されており、例えば、特許文献１には、排気タービン側のノズル部に多数の角度調整可能なノズルベーンを環状に備え、当該ノズルベーンの角度（ノズル開度）を適宜に変更し得るようにした可変ノズル式のターボチャージャ（ＶＮＴ：Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｎｏｚｚｌｅ  Ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ）が記載されており、かかる可変ノズル式のターボチャージャによれば、エンジン回転速度や負荷等の運転状態等に応じてターボチャージャの容量を適宜に変更することができ、以って広範囲な運転領域で高い過給効果を得ることができるというものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３０３１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、排気ブレーキ装置の作動時（排気ブレーキバルブ３の閉弁時）には、各気筒の排気弁（図示せず）の開弁に伴って、排気ブレーキバルブ３側から気筒内へ向けて排気が排気通路２内を周期的に逆流する惧れがある。
【０００６】
このような排気の逆流は、排気通路２に介装されるターボチャージャの排気タービンハウジング１０に流入することになる。
【０００７】
ところが、上述したような可変ノズル式のターボチャージャが採用されている場合には、図４に示すように、可変ノズル式ターボチャージャ１００の排気タービンハウジング１０に対して回転自在に内装される排気タービン２０の周囲に、駆動源（アクチュエータ）等に連結されるリンク機構、リンクプレート３２等を介して枢軸３１廻りに角度調整可能に取り付けられる複数のノズル（ベーン）３０が備えられている比較的複雑な構成であり、本発明者等の種々の実験研究等によると、かかる複雑な構成の可変ノズル式ターボチャージャ１００は排気の逆流の影響を受け易く、従来の排気ブレーキ装置とそのまま組み合わせて使用すると、ノズル３０、枢軸３１、リンクプレート３２、リンク機構等に摩耗や破損等が生じる惧れが高くなることが確認された。
【０００８】
本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、簡単かつ安価な構成でありながら、可変ノズル式ターボチャージャ等の可変容量式ターボチャージャを排気ブレーキ装置と組み合わせて使用しても、可変容量式ターボチャージャの耐久性等を損なうことなく長期に亘って高い信頼性を維持することができる可変容量式ターボチャージャを備えた内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このため、本発明に係る内燃機関は、
可変容量式ターボチャージャが排気通路に介装される内燃機関であって、
排気ブレーキ装置の排気ブレーキバルブが、前記可変容量式ターボチャージャの排気出口から排気下流側２００ｍｍ以下の位置において排気通路に介装されることを特徴とする。
【００１０】
本発明において、可変容量式ターボチャージャは、排気タービン側のノズル部に多数の角度調整可能なノズルベーンを環状に備えた可変ノズル式ターボチャージャであることを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、可変ノズル式ターボチャージャ等の可変容量式ターボチャージャを排気ブレーキ装置と組み合わせて使用しても、可変容量式ターボチャージャの耐久性等を損なうことなく長期に亘って高い信頼性を維持することができる可変容量式ターボチャージャを備えた内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る可変ノズル式ターボチャージャを備えた内燃機関の全体構成を概略的に示した図である。
【図２】同上実施の形態に係る内燃機関の排気ブレーキ作動時における排気特性（本発明の効果）を示す計算結果である。
【図３】従来の排気ブレーキ装置を備えた内燃機関の全体構成を概略的に示した図である。
【図４】可変ノズル式ターボチャージャの構成の一例を部分的に断面で示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の一実施の形態を、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
【００１４】
本発明者は、排気通路２に可変ノズル式ターボチャージャ１００を介装した場合、排気ブレーキ装置の作動時（排気ブレーキバルブ３の閉弁時）に排気通路２内に生じる排気の逆流により、可変ノズル式ターボチャージャ１００のノズル３０、枢軸３１、リンクプレート３２、リンク機構等に摩耗や破損等が生じる惧れが高くなるといった現象を、種々の実験研究を行うことにより確認した。
【００１５】
すなわち、排気ブレーキ装置が作動して、図３に示したような排気ブレーキバルブ３が閉弁すると、当該排気ブレーキバルブ３によって排気通路２内の排気の流れが遮られるため、容積Ａ及び容積Ｂの圧力が上昇する。なお、容積Ａは「可変ノズル式ターボチャージャ１００の排気タービン入口から排気弁までの排気ポート（図示せず）及び排気通路２内の容積」であり、容積Ｂは「可変ノズル式ターボチャージャ１００の排気タービン出口から排気ブレーキバルブ３までの排気通路２内の容積」である。
【００１６】
各気筒に配設される排気弁（図示せず）が排気カム（図示せず）により開弁されると、気筒内の圧力（≒大気圧）が容積Ａや容積Ｂの圧力よりも低いため、容積Ｂから容積Ａ及び気筒へ向かう排気の逆流が生じ得る。なお、排気弁は周期的に開閉を繰り返すため、排気の逆流も周期的に生じることなる。
【００１７】
このような周期的な排気の逆流は、可変ノズル式ターボチャージャ１００に悪影響を及ぼす。特に、図４に示したノズル３０は、排気が順流のときに開くように設計する（＝自開式）と、排気が逆流したときには閉じようとする。従って、排気の逆流に同期して（枢軸３１、リンクプレート３２、リンク機構に存在するガタ分（遊び分）だけ）ノズル３０はフラッタリングを起こし、枢軸３１、リンクプレート３２、リンク機構に摺動、振動等を生じさせて摩耗や破損等を招く原因となることを本発明者は確認した。
なお、ノズル３０は、排気が順流のときに閉じるように設計する（＝自閉式）こともできるが、この場合には排気が逆流したときには開こうとする。すなわち、自閉式か自開式かは選択することができるが、排気の逆流時に開閉特性が逆転することは避けられない。
【００１８】
従って、通常の排気ターボチャージャを備えた内燃機関と同等の耐久性、信頼性を確保するためには、排気ブレーキ装置が作動して排気ブレーキバルブ３が閉弁した場合における排気の逆流に起因する可変ノズル式ターボチャージャ１００への悪影響を抑制することが求められる。
【００１９】
このため、本発明者は検討を重ね、種々の実験研究を行った結果、排気ブレーキ装置の作動時の排気の逆流を効果的に抑制するために、図１に示すような構成を採用することに至った。
【００２０】
すなわち、図１に示したように、本実施の形態では、容積Ｂを、容積Ａ及び気筒容積の合計に対して十分に小さくすることによって、容積Ｂ側（可変ノズル式ターボチャージャ１００の排気下流側）から、可変ノズル式ターボチャージャ１００の排気タービンハウジング１０部分を通過して容積Ａ及び気筒側（可変ノズル式ターボチャージャ１００の排気上流側）へ向かう排気の逆流量を極力低減し、排気ブレーキ装置の作動の際においても排気の逆流による可変ノズル式ターボチャージャ１００への悪影響の抑制を図るものである。
【００２１】
なお、可変ノズル式ターボチャージャ１００の排気タービンの出口と排気ブレーキバルブ３との間の距離（容積Ｂの容量）は短いほど可変ノズル式ターボチャージャ１００に影響する排気の逆流量を減らすことができ、可変ノズル式ターボチャージャ１００への悪影響も小さくすることができる。但し、搭載レイアウトや排気ブレーキバルブ３の耐熱温度条件などを考慮するとしても、例えば、可変ノズル式ターボチャージャ１００の排気タービンハウジング１０の出口から排気ブレーキバルブ３までの距離を約２００ｍｍ以下とすれば本発明の効果を奏することができるものである。
【００２２】
例えば、φ６０ｍｍの排気通路２において排気タービンハウジング１０の出口から約１６５ｍｍの位置に排気ブレーキバルブ３を設けた場合において取得した計算結果を、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示しておく。
【００２３】
図２（Ａ）は、排気ブレーキ作動時（排気ブレーキバルブ３の閉弁時）の可変ノズル式ターボチャージャ１００の排気タービンの入口圧と出口圧の差を観察したタイムチャートであり、図２（Ｂ）は排気ブレーキ作動時（排気ブレーキバルブ３の閉弁時）の可変ノズル式ターボチャージャ１００の排気タービンを通過する排気の流量変化を観察したタイムチャートである。
【００２４】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）から、容積Ｂを、容積Ａ及び気筒容積の合計に対して十分に小さくすることで、排気ブレーキ作動時（排気ブレーキバルブ３の閉弁時）において可変ノズル式ターボチャージャ１００に影響を与える排気の逆流成分を効果的に低減可能であることが理解される。
【００２５】
このように、本実施の形態によれば、可変ノズル式ターボチャージャ１００の排気タービンハウジング１０の排気出口と排気ブレーキバルブ３との間の容積Ｂを、気筒出口から可変ノズル式ターボチャージャ１００の排気タービンハウジング１０の排気入口までの容積Ａ及び気筒容積の合計に対して十分に小さくしたので、排気ブレーキ作動時に可変ノズル式ターボチャージャ１００に影響を与える排気の逆流成分を効果的に低減することができるため、排気の逆流が可変ノズル式ターボチャージャ１００の構成部品（ノズル３０、枢軸３１、リンクプレート３２、リンク機構等）に与える悪影響を効果的に抑制することができ、以って可変ノズル式ターボチャージャ１００を排気ブレーキ装置と組み合わせて使用しても、可変ノズル式ターボチャージャ１００の耐久性等を損なうことなく長期に亘って高い信頼性を維持することができる。
【００２６】
なお、排気ブレーキバルブ３を可変ノズル式ターボチャージャ１００の排気上流側に配設することも想定されるが、例えば、排気ブレーキバルブ３の耐熱温度の問題が生じたり（高温に晒されると、焼き付きなどの作動不良や摩耗による不具合などが生じる惧れが高い）、取り付けのためのフランジ部等を排気マニホールド（排気通路）に設ける必要があり肉厚の相違する部分の存在により熱応力が生じて亀裂等が生じ易くなり耐久性を低下させたり、排気ブレーキバルブ３等の存在により熱容量が大きくなるため排気エネルギを効率良く可変ノズル式ターボチャージャ１００へ供給できず過給性能を低下させるなどの惧れがあるため、排気ブレーキバルブ３は、本実施の形態のように可変ノズル式ターボチャージャ１００の排気下流側に配設することが望ましい。
【００２７】
上述した実施の形態においては、可変容量式の排気ターボチャージャとして、可変ノズル式ターボチャージャ１００を例示して説明しているが、他の形式の可変容量式排気ターボチャージャにも本発明は適用可能である。
【００２８】
以上で説明した実施の形態は、本発明を説明するための例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１    エンジン
２    排気通路
３    排気ブレーキバルブ
１０    排気タービンハウジング
２０    排気タービン
３０    ノズル（ベーン）
３１    枢軸
３２    リンクプレート
１００    可変ノズル式ターボチャージャ
【図１】
2010270629.tif 000003
【図２】
2010270629.tif 000004
【図３】
2010270629.tif 000005
【図４】
2010270629.tif 000006