(57)【要約】【課題】  低コストで効率よく製造することが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】  シリンダヘッド３と、該シリンダヘッド３を挟持するようにして配置したヘッドカバー４及びシリンダブロック２とを含む内燃機関１と、前記シリンダヘッド３でロータシャフト１１が軸支され、前記シリンダブロック２の表面に形成したタービンスクロール部４５にタービンホイール１３が収容され、さらに前記ヘッドカバー４の表面に形成したコンプレッサスクロール部４１にコンプレッサホイール１２が収容されているターボチャージャ１０とを、備えたターボチャージャ付き内燃機関である。従来にあって作製が困難であったスクロール部を容易に作製できる。よって、ターボチャージャ付き内燃機関を低コストで効率よく製造できる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドと、該シリンダヘッドを挟持するようにして配置したヘッドカバー及びシリンダブロックとを含む内燃機関と、
前記シリンダヘッドでロータシャフトが軸支され、前記シリンダブロックの表面に形成したタービンスクロール部にタービンホイールが収容され、さらに前記ヘッドカバーの表面に形成したコンプレッサスクロール部にコンプレッサホイールが収容されているターボチャージャとを、備えたことを特徴とするターボチャージャ付き内燃機関。
【請求項２】
前記タービンホイールが前記シリンダヘッドの一方の面上に位置すると共に、前記コンプレッサホイールが前記シリンダヘッドの他方の面上に位置していることを特徴とする請求項１にターボチャージャ付き内燃機関。
【請求項３】
前記内燃機関の冷却通路が前記ターボチャージャの周辺まで形成されていることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ付き内燃機関。
【請求項４】
前記ターボチャージャの前記ロータシャフトは、前記シリンダブロック内を移動するシリンダの移動方向と略平行に設定されていることを特徴とする請求項１記載のターボチャージャ付き内燃機関。
【請求項５】
ヘッドカバーにコンプレッサスクロール部を、シリンダブロックにタービンスクロール部を、シリンダヘッドにロータシャフトを受ける貫通穴をそれぞれ形成する工程と、
前記シリンダヘッドの前記貫通穴に前記ロータシャフトを挿入して軸支し、該ロータシャフトの端部それぞれにコンプレッサホイール及びタービンホイールをセットする工程と、
前記コンプレッサホイール上に前記ヘッドカバーを、前記タービンホイール上に前記シリンダブロックをセットする工程とを含むことを特徴とするターボチャージャ付き内燃機関の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はターボチャージャ付きの内燃機関に関する。特に、ターボチャージャを一体的に設けた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャは内燃機関の性能向上のアイテムとして広く利用されている。従来のターボチャージャは、例えば図３に示すような構造を備えている。このターボチャージャ１００はタービンホイール１０１とコンプレッサホイール１０２とが、ロータシャフト１０３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、内燃機関の排気を受けるタービンホイール１０１の回転がロータシャフト１０３を通じてコンプレッサホイール１０２に伝達されて回転する。このようにコンプレッサホイール１０２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内機関の燃焼室へと強制的に送り込んでいる。このようなターボチャージャ１００は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ることができる。
【０００３】
そして、図４はターボチャージャを搭載した従来の内燃機関（エンジン）の一例を示した図である。１１０がエンジン、１００がターボチャージャである。ターボチャージャ１００は、エンジン１１０の排気ポート部に設けた取付けフランジ１１１にボルト１１２で固定されている。また、１１３はエンジン１１０とターボチャージャ１００との間に配置したステーである。このようにターボチャージャ１００は、エンジン本体の外側にボルトやステーなどを介して固定される構造が一般的であった。しかし、このようにターボチャージャ１００をエンジン１１０と別体に形成すると体格が大きくなってしまう。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１はターボチャージャ（過給機）の外周のハウジングを、エンジンの側面部分に一体に形成した構造を提案している。このような構造であれば、ターボチャージャを備えた内燃機関を小型化かつ軽量化できる。また、特許文献２は、応答性の改善と排気エネルギの回収効率を高めるため、内燃機関のシリンダヘッド内にターボチャージャを配置した構造を提案している。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５７−５２６２４号公報
【特許文献２】実開昭６３−１７８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように特許文献１及び特許文献２では、内燃機関のシリンダブロックやシリンダヘッドにターボチャージャを一体的に配備する構造を開示する。このような構造とすることにより装置全体の小型促進或いは応答性の向上を図ることができるとしている。
【０００７】
しかしながら、ターボチャージャはタービンホイール或いはコンプレッサホイールを囲むハウジング側に、過給効率を向上させるため渦巻き状のスクロール部を設けることがある。前出の図３では、タービンホイール側のスクロール部１０４の内径が変化する様子を断面形状で確認できる。同様に、コンプレッサホイール側のスクロール部１０５の内径が変化する様子を確認できる。このようなスクロール部１０４，１０５は、型抜きで製造することができないので中子を用いて製造される場合が多い。そのためスクロール部を備えているターボチャージャは製造コストが嵩むこととなっている。特許文献１及び特許文献２で開示する装置は、内燃機関の一部にターボチャージャを組込んだ構造となるのでスクロール部の構造がさらに複雑化なものとなる。特許文献１及び特許文献２ではスクロール部をどのように形成するのかについて特に記載していない。仮に従来と同様に中子を用いて製造することとすれば、生産性が著しく低下するので高コストなターボチャージャ一体型の内燃機関となる。
【０００８】
なお、ターボチャージャのロータシャフトは高速で回転するので多量の熱が発生するので冷却について配慮する必要があるが、特許文献１及び特許文献２ではこの点についても記載されていない。
【０００９】
本発明の目的は、低コストで効率よく製造することができるターボチャージャ付き内燃機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、シリンダヘッドと、該シリンダヘッドを挟持するようにして配置したヘッドカバー及びシリンダブロックとを含む内燃機関と、前記シリンダヘッドでロータシャフトが軸支され、前記シリンダブロックの表面に形成したタービンスクロール部にタービンホイールが収容され、さらに前記ヘッドカバーの表面に形成したコンプレッサスクロール部にコンプレッサホイールが収容されているターボチャージャとを、備えたターボチャージャ付き内燃機関によって達成できる。
【００１１】
本発明よると、タービンスクロール部はシリンダブロックの表面に形成されると共に、コンプレッサスクロール部はヘッドカバーの表面に形成されているので、従来にあって作製が困難であったスクロール部を容易に作製できる。よって、ターボチャージャ付き内燃機関を低コストで効率よく製造できる。
【００１２】
また、前記タービンホイールが前記シリンダヘッドの一方の面上に位置すると共に、前記コンプレッサホイールが前記シリンダヘッドの他方の面上に位置している構造としてもよい。また、前記内燃機関の冷却通路が前記ターボチャージャの周辺まで形成されている構造を採用することが望ましい。また、前記ターボチャージャの前記ロータシャフトは、前記シリンダブロック内を移動するシリンダの移動方向と略平行に設定されている構造としてもよい。
【００１３】
また、上記目的は、ヘッドカバーにコンプレッサスクロール部を、シリンダブロックにタービンスクロール部を、シリンダヘッドにロータシャフトを受ける貫通穴をそれぞれ形成する工程と、前記シリンダヘッドの前記貫通穴に前記ロータシャフトを挿入して軸支し、該ロータシャフトの端部それぞれにコンプレッサホイール及びタービンホイールをセットする工程と、前記コンプレッサホイール上に前記ヘッドカバーを、前記タービンホイール上に前記シリンダブロックをセットする工程とを含むことターボチャージャ付き内燃機関の製造方法によっても達成できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ターボチャージャ付きの内燃機関を低コストで効率よく製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係るターボチャージャ付き内燃機関について説明する。
【００１６】
図１は、内燃機関１の側面構成を示した図である。２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はヘッドカバーである。シリンダブロック２の内部には上下動するピストン５が収容されている。
【００１７】
この内燃機関１は、シリンダブロック２上にシリンダヘッド３が載置され、更にシリンダヘッド３上にヘッドカバー４が載置された構造を有している。すなわち、シリンダヘッド３の上下からヘッドカバー４とシリンダブロック２とで挟持するように配置した積層構造をなしている。シリンダヘッド３内には吸気ポート６及び排気ポート８が形成されており、吸気ポート６内には吸気弁７、排気ポート８内には排気弁９が配設されている。なお、ヘッドカバー４には一体化されたインタークーラ、スロットルボディ、サージタンク等が設けられ、また、シリンダヘッド３には燃料を噴射するインジェクタ等が配設されているが、図１では図示を省略している。
【００１８】
上記シリンダブロック２、シリンダヘッド３及びヘッドカバー４を突出させた部分が形成されており、この突出部分にターボチャージャ１０が一体に形成されている。図１では、内燃機関１の左側に突出部分を設けた構造例を示している。シリンダヘッド３の突出部分には上下方向（ピストン５の移動方向と平行な方向）に貫通穴３１が形成されている。この貫通穴３１内にはターボチャージャのロータシャフト１１が挿入されている。このロータシャフト１１はシリンダヘッド３内に埋設した一対の軸受３２、３２に回動自在に軸支されている。この軸受３２の背面側には内燃機関のオイル通路３３が延長して形成されている。さらに、軸受３２、３２の間には内燃機関の冷却水通路３４が延長して形成されている。よって、ターボチャージャ１０で発生する熱は内燃機関１側の冷却通路を利用して冷却できる。
【００１９】
ロータシャフト１１の上端（ヘッドカバー４側）にはコンプレッサホイール１２がセットされている。このコンプレッサホイール１２は、シリンダヘッド３の上面（一方の面）の上に位置するようにしてロータシャフト１１にセットされている。同様に、ロータシャフト１１の下端（シリンダブロック２側）にはタービンホイール１３がセットされている。このタービンホイール１３は、シリンダヘッド３の下面（他方の面）の上に位置するようにしてロータシャフト１１にセットされている。
【００２０】
上記のようにターボチャージャ１０は、ロータシャフト１１がシリンダヘッド３で回動自在に軸支され、このロータシャフト１１の両端に固定されるコンプレッサホイール１２及びタービンホイール１３がシリンダヘッド３から突出するように配置されている。そして、コンプレッサホイール１２に対向して配置されるスクロール部（コンプレッサスクロール部）は、ヘッドカバー４の下面（シリンダヘッド３との合せ面）に形成されている。スクロール部４１は渦巻き状であるが、ヘッドカバー４の下面に形成されるので金型で容易に製造できる。よって、中子を用いる場合と比較して極めて容易にスクロール部４１を形成できる。ヘッドカバー４の下面にはスクロール部４１に連続して圧縮吸気流路４２が形成されており、この圧縮吸気流路４２はシリンダヘッド３の吸気ポート６に接続している。よって、ヘッドカバー４に形成される吸気口４３から導入される吸気ＡＧは、コンプレッサホイール１２及びスクロール部４１で圧縮され、圧縮吸気流路４２を介して吸気ポート６へ供給される。
【００２１】
タービンホイール１３側のスクロール部（タービンスクロール部）４５も、コンプレッサ側と同様に形成されている。すなわち、タービンホイール１３に対向して配置されるスクロール部４５は、シリンダブロック２の上面（シリンダヘッド３との合せ面）に形成されている。シリンダブロック２に形成されるスクロール部４５も渦巻き状であるが、シリンダブロック２の上面に形成されるので金型で容易に製造できる。よって、この場合も中子を用いる場合と比較して極めて容易にタービン側のスクロール部４５を形成できる。このスクロール部４５は、燃焼室から排気ＥＧを誘導する排気ポート８に接続されている。スクロール部４５に入った排気ＥＧはタービンホイール１３を介してシリンダブロック２に設けた排気口４６から排出される。
【００２２】
ターボチャージャ１０のロータシャフト１１は、上記のようにピストン５の移動方向と略平行となるように垂直に配置される。このようにシャフト１１が垂直であると、コンプレッサホイール１２と吸気ポート６並びにタービンホイール１３と排気ポート８を短い経路で接続できるので過給効率を上げることができ、また排気ＥＧを機外に速やかに排出できる。
【００２３】
以上説明したように、内燃機関１はシリンダブロック２、シリンダヘッド３、ヘッドカバー４からなっている。そして、ターボチャージャ１０のコンプレッサホイール１２を収容するスクロール部４１がヘッドカバー４の下面に形成され、タービンホイール１３を収容するスクロール部４５がシリンダブロック２の上面に形成されている。この様な構造であれば、各ブロックを分離したときにはスクロール部４１、４５を容易に形成でき、組付けたときに各スクロール部４１、４５内にホイール１２、１３それぞれを収容する構造が実現できる。
【００２４】
図１で示すターボチャージャ付きの内燃機関１は、一般的な内燃機関を組付けするのと同様の組付け作業に順じて製造できる。図２は、内燃機関１の組付け手順をまとめて示した図である。
【００２５】
図２を参照して、ターボチャージャ付きの内燃機関１の製造法を簡単に説明する。ヘッドカバー４にスクロール部４１を、シリンダブロック２にスクロール部４５を、シリンダヘッド３にロータシャフト１１を受ける貫通穴３１を形成しておく。前述したように、各スクロール部４１、４５は型抜きで簡単に製造できる。そして、シリンダヘッド３の貫通穴３１にロータシャフト１１を挿入して軸支する。図示のように、ロータシャフト１１の両端部にコンプレッサホイール１２及びタービンホイール１３をセットする。その後、コンプレッサホイール１２上にヘッドカバー４を、タービンホイール１３上にシリンダブロック２をセットするだけでよい。
【００２６】
上記のように、一般的な内燃機関を組付けするのと略同様であり、単にシリンダヘッド３にシリンダブロック２及びヘッドカバー４の組付けを行う前に、シリンダヘッド３の貫通穴３１にロータシャフト１１をセットし、このロータシャフト１１の両端それぞれにコンプレッサホイール１２とタービンホイール１３をセットするという工程を介在させるだけである。ここでは図示を省略しているが、通常の内燃機関を組付けるのと同様に、ボルト等を用いてシリンダヘッド３にシリンダブロック２及びヘッドカバー４を締め付ければ、ターボチャージャ付き内燃機関１を製造できる。よって、本実施例のターボチャージャ付き内燃機関は、製造が簡単であるので製造コストを低減でき、従来と同様に渦巻き状のスクロール部を備えているので効率良い過給を行えるターボチャージャを一体に備えた内燃機関となる。
【００２７】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施形態に係るターボチャージャ付きの内燃機関の側面構成を示した図である。
【図２】図１の内燃機関の組付け手順をまとめて示した図である。
【図３】従来のターボチャージャの構造について示した図である。
【図４】ターボチャージャを搭載した従来の内燃機関の一例を示した図である。
【符号の説明】
【００２９】
１                  内燃機関
２                  シリンダブロック
３                  シリンダヘッド
４                  ヘッドカバー
１０                ターボチャージャ
１２                コンプレッサホイール
１３                タービンホイール
１１                ロータシャフト
４１                スクロール部（コンプレッサスクロール部）
４５                スクロール部（タービンスクロール部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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