(57)【要約】【課題】  ターボチャージャを備えた内燃機関において排気効率を向上させ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】  ターボチャージャ(20)の排気下流近傍に拡管部(40)を形成し、当該拡管部内は中空領域(40a)と外周領域(40b)とから構成し、当該外周領域に整流板(42)を設ける。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配設されたタービンを排気により回転させることで吸気通路に配設されたコンプレッサを回転させて吸気の過給を行うターボチャージャと、
前記排気通路の前記タービンより排気下流側に形成され、該排気通路の通路断面積より拡大された通路断面積を有する拡管部と、
該拡管部の内部に設けられ、前記タービンの回転により生成される排気の渦流を排気輸送方向の流れに整流する整流板と
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】
前記拡管部の内部は、中央部が排気輸送方向に向かって中空であ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３】
前記整流板は、排気上流側が前記排気の渦流の方向に沿うように湾曲し、排気下流側が排気輸送方向に延びるように形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のターボチャージャ付き内燃機関。
【請求項４】
前記拡管部の下流端は排気管に接続され、該拡管部の排気下流側は排気通路の通路断面積まで徐々に縮小されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載のターボチャージャ付き内燃機関。
【請求項５】
さらに前記排気通路に排気を浄化する排気浄化手段を備え、
該排気浄化手段の排気上流端が前記拡管部の排気下流端と接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載のターボチャージャ付き内燃機関。
【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内燃機関に係り、詳しくはターボチャージャより排気下流の排気効率を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（以下エンジンという）の性能を向上させる手段として、排気エネルギを利用してタービンを回転させることでコンプレッサを同期回転させ吸気を過給するターボチャージャが一般的に用いられている。
このようなターボチャージャを備えたエンジンでは、排気系においてタービン下流の排気に当該タービンの回転により強い渦流が生成されてしまい、当該渦流の遠心力により排気が排気通路の外周側に偏流してしまうため、排気輸送方向の流速低下、排気抵抗の増加等の排気効率の低下を引き起こすという問題が生じる。また、タービンの下流に触媒等の排気浄化手段が設けられている場合、排気が偏流した不均一な状態で当該排気浄化手段に流入すると排気浄化性能を十分に発揮することができず浄化効率が低下するという問題もある。
【０００３】
そこで、タービンの下流の排気管に曲がり部を有し当該曲がり部の排気下流側直下に触媒が設けられた構成において、渦流となった排気を整流して触媒に流入させる技術が開示されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−４９６４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示された技術では、曲がり部に整流板を設けているため、当該曲がり部においての排気抵抗が増加するため排気圧力が増加し、エンジンの排気効率が低下するという問題がある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ターボチャージャを備えた内燃機関の排気効率を向上させ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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した目的を達成するために、請求項１のターボチャージャ付き内燃機関では、内燃機関の排気通路に配設されたタービンを排気により回転させることで吸気通路に配設されたコンプレッサを回転させて吸気の過給を行うターボチャージャと、前記排気通路の前記タービンより排気下流側に形成され、該排気通路の通路断面積より拡大された通路断面積を有する拡管部と、該拡管部の内部に設けられ、前記タービンの回転により生成される排気の渦流を排気輸送方向の流れに整流する整流板とを備えたことを特徴としている。
【０００６】
つまり、タービンより排気下流側に内部に整流板を設けた拡管部を形成することで、拡管部内部において排気流の圧力を低下させ、整流板によりタービンの回転により生成された渦流を排気輸送方向に整流する。
請求項２のターボチャージャ付き内燃機関では、請求項１において、前記拡管部の内部は、中央部が排気輸送方向に向かって中空であることを特徴としている。
【０００７】
つまり、拡管部内部の中央部が排気輸送方向に中空であり、整流板は拡管部の外周側にのみ設けられていることで、拡管部内に流入する排気流のうち、排気輸送方向の排気流はそのまま中空部を通り排気下流側へと向かい、タービンの回転により生成された渦流は遠心力により拡管部の外周側に向かい整流板により排気輸送方向へと整流される。
請求項３のターボチャージャ付き内燃機関では、請求項１または２において、前記整流板は、排気上流側が前記排気の渦流の方向に沿うように湾曲し、排気下流側が排気輸送方向に延びるように形成されていることを特徴としている。
【０００８】
つまり、拡管部内に流入した渦流が整流板により排気輸送方向へと誘導されて整流される。
請求項４のターボチャージャ付き内燃機関では、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記拡管部の下流端は排気管に接続され、該拡管部の排気下流側は排気通路の通路断面積まで徐々に縮小されることを特徴としている。
【０００９】
つまり、拡管部内に流入し遠心力により外周側に拡がった渦流が整流板により整流され、拡管部の排気下流で再び排気通路の通路断面積まで収束されて排気下流側へ流出していく。
請求項５のターボチャージャ付き内燃機関では、請求項１乃至３のいずれかにおいて、さらに前記排気通路に排気を浄化する排気浄化手段を備え、該排気浄化手段の排気上流端が前記拡管部の排気下流端と接続されていることを特徴としている。
【００１０】
つまり、拡管部の排気下流端に直接排気浄化手段を接続する。
【発明の効果】
【００１１】
上記手段を用いる本発明の請求項１のターボチャージャ付き内燃機関によれば、タービンの回転により生成された渦流を整流板により整流することで、渦流による抵抗が除去されて排気抵抗が低減するため、排気流の圧力を均一化させることができる。また、当該整流板は拡管部内に設けられていることで、拡管による排気流の圧力低下により整流板による渦流の整流をしやすくすることができる。
【００１２】
これにより、内燃機関の排気効率を向上させることができる。
また、渦流を良好に整流し排気管内の圧力を均一にすることで、排気の流速分布が均一化されるため、排気下流側に排気浄化手段が設けられた場合には、浄化効率の低下を防止することができ、当該排気浄化手段による排気浄化性能を十分に発揮することができる。
請求項２のターボチャージャ付き内燃機関によれば、拡管部は排気輸送方向の排気流に影響を与えることなく、渦流のみを整流することできることで、排気抵抗の増加を防止しながら排気圧力を均一化することができ、より効率よく排気抵抗を低減させることができる。
【００１３】
請求項３のターボチャージャ付き内燃機関によれば、整流板の排気上流側が渦流方向に沿って湾曲し、排気下流側が排気輸送方向に延びるように形成されていることで、拡管部内に流入した渦流を抵抗少なく円滑に排気輸送方向に誘導させ整流することができる。
請求項４のターボチャージャ付き内燃機関によれば、拡管部内において流入してきた渦流を整流し、排気下流側で収束させることで、拡管部より排気下流の排気管内の圧力を均一化させることができる。
【００１４】
請求項５のターボチャージャ付き内燃機関によれば、タービンの回転により生成された渦流が拡管部内で整流され、流速分布が均一化されて排気浄化手段に流入されるので、排気浄化効率の低下を防止し、排気浄化手段の排気浄化性能を十分に発揮させることができる。
また、拡管部を排気浄化手段に直接接続することでコンパクト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
まず、第１実施例について説明する。
図１乃至図３を参照すると、図１には本発明の第１実施例に係るターボチャージャ付き内燃機関の概略構成図が示されており、図２には図１のＡ−Ａ線に沿う断面図が示されており、図３には図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図が示されている。以下、当該図１乃至図３に基づき説明する。
【００１６】
図１に示すように、車両に搭載されたエンジン１（内燃機関）の吸気側には吸気マニホールド２を介して吸気管４（吸気通路）が接続されている。当該吸気管４には、吸気上流端にエアクリーナ６が設けられており、その吸気下流側に吸気を過給するターボチャージャ２０が設けられ、さらに吸気下流側に過給され昇温した吸気を冷却するインタークーラ８が設けられている。
【００１７】
一方、エンジン１の排気側には排気マニホールド１０を介して排気管１２（排気通路）が接続されている。当該排気管１２には、途中にターボチャージャ２０が設けられており、その排気下流側近傍に拡管部４０が形成され、さらに排気下流側に排気を浄化する触媒を備えた排気浄化装置５０（排気浄化手段）が設けられている。
ターボチャージャ２０は、図２に示すように、コンプレッサハウジング２２とタービンハウジング２４とがセンターハウジング２６により連結されて構成されている。また、コンプレッサハウジング２２内にはコンプレッサインペラ２８（コンプレッサ）が、タービンハウジング２４内にはタービンインペラ３０（タービン）が設けられており、当該コンプレッサインペラ２８及びタービンインペラ３０はセンターハウジング２６内に収納されている回転軸３２により同期回転するよう連結されている。
【００１８】
そして、コンプレッサハウジング２２及びタービンハウジング２４には、コンプレッサインペラ２８及びタービンインペラ３０の外周に吸気出口通路２２ａ及び排気入口通路２４ａがそれぞれ形成されている。また、コンプレッサハウジング２２及びタービンハウジング２４には、回転軸３２の軸線方向に向かって吸気管４と接続されている吸気入口部２２ｂ、及び排気管１２と接続されている排気出口部２４ｂがそれぞれ形成されている。
【００１９】
そして、吸気出口通路２２ａ及び吸気入口部２２ｂにて吸気管４と接続され、排気入口通路２４ａ及び排気出口部２４ｂにて排気管１２に接続されている。
また、排気出口部２４ｂと接続されている排気管１２の排気下流近傍には拡管部４０が形成されている。
当該拡管部４０は、排気管１２の通路断面積（以下、排気管断面積という）よりも拡大された通路断面積（以下、拡管断面積という）を有するよう形成されている。詳しくは、拡管部４０の排気上流側は、排気管１２との接続部分である排気上流端の排気管断面積から徐々に下流側に向かって拡管断面積まで拡大している。一方、拡管部４０の排気下流側は、拡管断面積から排気下流端の排気管通路断面積まで徐々に縮小するよう形成されている。
【００２０】
また、拡管部４０の内部は、図３にも示すように、排気管１２の延長上の中空領域４０ａと、当該中空領域４０ａの外周側の外周領域４０ｂとから構成され、当該外周領域４０ｂには４枚の整流板４２が設けられている。当該４枚の整流板４２は図３の断面で見て、タービンインペラ３０の回転方向Ｒと垂直を成し、且つ等間隔に配設されている。また、整流板４２は排気輸送方向においては、排気上流側がタービンインペラ３０の回転により生成される排気の渦流に沿うように湾曲しており、排気下流側が排気輸送方向に向かって延びた形状を成している。
【００２１】
以下、このように構成された本発明の第１実施例に係るターボチャージャ付き内燃機関の作用について説明する。
エンジン１が駆動することで排出される排気は排気マニホールド１０から排気管１２を通りタービンハウジング２４の排気入口通路２４ａ内に流入する。
当該排気流は排気入口通路２４ａ内を通り、タービンインペラ３０に当たり当該タービンインペラ３０を回転させる。当該タービンインペラ３０が回転することで回転軸３２を介してコンプレッサインペラ２８が同期回転し、当該コンプレッサインペラ２８の回転により吸気が過給されることとなる。
【００２２】
一方、タービンインペラ３０を回転させた後の排気流はタービンハウジング２４の排気出口部２４ｂから排気管１２へと流出していく。このとき、当該排気管１２へ向かう排気流はタービンインペラ３０の回転の影響により強い渦成分の流れである渦流Ｗ１が生成される。このように渦流Ｗ１が生成されることで排気流の排気抵抗は増加し、且つ渦流Ｗ１は遠心力によって排気管１２内の外周側に偏り、排気管１２内の中央側の圧力は低下する。
【００２３】
そして、当該排気流は拡管部４０内に流入する。
拡管部４０内に流入した排気流は通路断面積の拡大により排気圧力が低下するとともに、当該排気流のうち、渦流Ｗ１は遠心力によって外周領域４０ｂに拡がっていき、輸送方向への流れＷ２は排気管１２の延長上の中空部４０ａを流れていく。
外周領域４０ｂに流れた渦流Ｗ１は、上記形状の整流板４２により渦方向の流れが排気輸送方向へと誘導されて整流される。このとき整流板４２は、排気上流側が渦流Ｗ１に沿って湾曲しているため、渦流Ｗ１は抵抗少なく円滑に当該整流板４２により排気輸送方向へと誘導される。
【００２４】
このように整流された排気流Ｗ１は拡管部４０の排気下流側において、縮小された拡管部４０の形状に沿って拡管部４０の中央側へと収束し、輸送方向の流れＷ２と合流した流れＷ３として排気下流側の排気管１２内へと流出していく。当該排気管内１２へと流出していく排気流Ｗ３は拡管部４０において渦流Ｗ１が整流されたことで渦流Ｗ１による排気抵抗が低減され、排気管１２内の圧力が均一化され、排気の流速分布も均一化される。
【００２５】
そして、拡管部４０を抜け整流され均一化された排気流Ｗ３は、排気管１２を通り排気浄化装置５０内へと流入していき、当該排気浄化装置５０内に設けられている触媒により浄化されて大気中に排出される。このとき、排気浄化装置５０内へと流入される排気流は拡管部４０において整流され、流速分布が均一化されて触媒内を流通することから、触媒の浄化性能が十分に発揮され、確実に排気は浄化される。
【００２６】
以上のように、拡管部４０では、タービンインペラ３０の回転により生成された渦流Ｗ１を外周領域４０ｂにて整流板４２により排気輸送方向の流れへと整流させることができ、排気輸送方向の排気流Ｗ２は特に抵抗のない中空領域４０ａを通過させることができる。つまり拡管部４０は、排気輸送方向の排気流Ｗ２に影響を与えることなく、渦流Ｗ１のみを整流することできることで、排気抵抗の増加を防止しながら排気管内圧力を均一化することができる。また、当該拡管部４０は、排気管１２よりも通路断面積が拡大して形成されていることで排気圧力を低下させることができ、上記渦流Ｗ１の整流しやすくすることができる。
【００２７】
これにより、本発明の第１実施例では、ターボチャージャ付き内燃機関において排気効率を向上させるとともに、触媒の浄化効率を向上させることができる。
次に、第２実施例について説明する。
図４乃至図６を参照すると、図４には本発明の第２実施例に係るターボチャージャ付き内燃機関の概略構成図が、図５には図４のＣ−Ｃ線に沿う断面図、図６には図５のＤ−Ｄ線に沿う断面図示されている。以下当該図４乃至図６に基づき説明する。なお、上記第１実施例と同一の部材については同一の符号を使用し、また、同一の機能については説明を省略する。
【００２８】
当該第２実施例は、排気管６０においてターボチャージャ２０の排気下流近傍に形成された拡管部６２に直接排気浄化装置７０接続された構成をしている。
詳しくは、タービンハウジング２４の排気出口部２４ｂと接続されている排気管６０において、当該タービンハウジング２４の排気下流近傍に拡管部６２が形成されている。
拡管部６２は排気上流側が排気管断面積から徐々に拡管部６２の拡管断面積まで拡大している。
【００２９】
一方、拡管部６２の排気下流側は、直接排気浄化装置７０の排気上流端と接続されていおり、当該接続部分は拡管断面積から拡管部断面積よりさらに拡がった排気浄化装置７０の通路断面積まで徐々に拡大するよう形成されている。
また、拡管部６２の内部は、図６にも示すように、排気管６０の延長上の中空領域６２ａと、当該中空領域６２ａの外周側の外周領域６２ｂとから構成され、当該外周領域６２ｂには４枚の整流板６４が設けられている。当該４枚の整流板６４は図３の断面で見ると、中空領域６２ａを除き外周側から拡管部６２の中心方向に延びる十字形状に配設されている。また、整流板６４は排気輸送方向においては、排気輸送方向に延びる直線形状を成している。
【００３０】
また、排気浄化装置７０内には触媒７２が設けられている。
以下このように構成された本発明の第２実施例に係るターボチャージャ付き内燃機関の作用について説明する。
上記第１実施例と同様にタービンインペラ３０の回転により生成される強い渦成分の流れである渦流Ｗ４が生成された排気流は拡管部６２内に流入する。
【００３１】
拡管部６２内に流入した排気流は通路断面積の拡大により排気圧力が低下するとともに、当該排気流のうち、渦流Ｗ４は遠心力によって拡管部６２内の外周領域６２ｂに拡がっていき、輸送方向への流れＷ５は中空部６０ａを流れていく。
外周領域６２ｂを流れる渦流Ｗ４は上記形状の整流板６４により渦方向の流れが排気輸送方向に誘導されて整流され、排気輸送方向への流速が加速される。
【００３２】
そして、整流された排気流Ｗ４はそのまま排気浄化装置７０内へと流入していく。
当該排気浄化装置７０内では、触媒７２が抵抗体となるため整流された排気流Ｗ４及び拡管部６２内の中空領域６２ａを通過した排気流Ｗ５は触媒７２前面において均一に分散されながら触媒７２内へと流通していく。このように触媒７２内を流通する排気は均一化されていることから、触媒７２の浄化性能が十分に発揮され、確実に排気は浄化される。
【００３３】
以上のことから上記第１実施例での効果に加え、拡管部６２と排気浄化装置７０を直接接続させることでコンパクトな構成にすることができ、且つ直線状の簡易な整流板６４を用いたとしても十分に渦流を整流し排気を均一化させることができ、本発明の第２実施例においてもターボチャージャ付き内燃機関において排気効率を向上させることができる。
以上で本発明に係るターボチャージャ付き内燃機関の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
【００３４】
例えば、上記実施形態では、整流板を４枚配設しているが、例えば１枚であっても十分に整流することができ、整流板の数は何枚であっても構わない。また整流板の形状も、上記実施形態での形状に限られるものではない。
また、上記実施形態では、拡管部をターボチャージャの排気下流近傍に設けられているが、この位置に限られるものではなく、例えば排気下流側に設けても構わない。ただし、タービンインペラの回転により生成される渦流を早期に整流するためにはターボチャージャの排気下流近傍に拡管部を設けた方が好ましい。
【００３５】
また、上記実施形態での排気浄化装置には触媒が設けられているが、これに限られるものではないＤＰＦ等が設けられていても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施例に係るターボチャージャ付き内燃機関の概略構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】本発明の第２実施例に係るターボチャージャ付き内燃機関の概略構成図である。
【図５】図４のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図６】図５のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  エンジン（内燃機関）
１２、６０  排気管（排気通路）
２０  ターボチャージャ
２４  タービンハウジング
２４ｂ  排気出口部
３０  タービンインペラ（タービン）
４０、６２  拡管部
４２、６４  整流板
５０、７０  排気浄化装置
７２  触媒
【図１】
2006329031.tif 000003
【図２】
2006329031.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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