(57)【要約】【課題】ウエストゲート通路にバイパスした排気ガスを触媒に当てて触媒を早期昇温させることを、確実化する。【解決手段】ウエストゲート通路２１は、タービン２を駆動するための排気ガスメイン通路１２から分離した位置に設けており、その大部分がパイプ２２で構成されている。パイプ２２の入口部２２ａは、排気ガス排出口１１からＬ形継手部１３に至って、出口部２２ｂはＬ形継手部１３の内部において触媒１４に向けて開口している。パイプ２１への排気ガスの流入性が優れていることや、パイプ２２を流れた排気ガスが拡散することなく触媒１４の上面に当たることにより、触媒１４の早期昇温を促進できる。【選択図】図３
2018087556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスで回転駆動されるタービンが配置されたタービン側スクロール室と、前記タービンで駆動されるコンプレッサと、排気ガスを前記タービン側スクロール室に案内する排気ガスメイン通路と、排気ガスが前記タービン側スクロール室をバイパスして流れるウエストゲート通路と、前記タービン側スクロール室を通過した排気ガス及びウエストゲート通路を通過した排気ガスが流入する排気通路と備えており、
前記排気通路には、触媒を内蔵した触媒ケースが介挿されている構成であって、
前記ウエストゲート通路は、前記排気ガスメイン通路とは分離した専用通路になっていて少なくとも一部がパイプで構成されており、前記ウエストゲート通路の出口が前記触媒ケースの内部に向けて開口している、
内燃機関。
【請求項２】
前記ウエストゲート通路は、少なくとも上流側に寄った部位がパイプで構成されていて、前記パイプよりも上流側に位置した部位にバルブ配置空間が形成されており、前記バルブ配置空間に、回動式のウエストゲートバルブを配置している、
請求項１に記載した内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、排気ターボ過給機を備えた内燃機関に関するものである。
【０００２】
自動車用内燃機関を初めてとして、内燃機関に排気ターボ過給機を設けることは広く行われている。排気ターボ過給機は、排気ガスでタービンを駆動し、タービンでコンプレッサを駆動するものであるが、過給の必要性と程度とは内燃機関の負荷等に応じて変化するため、排気ガスをタービンに対してバイパスさせるウエストゲート通路を設けて、ウエストゲート通路に流れる排気ガスの量をウエストゲートバルブで制御している。
【０００３】
他方、特に自動車用内燃機関（ガソリン機関）では、排気ガスを浄化するために、排気通路に触媒方式の浄化装置を設けているが、触媒はある程度の温度に昇温しないと効率が悪い（活性化しない）という問題がある。この場合、触媒を昇温させる熱源は排気ガスしかないので、触媒の早期昇温のためには、できるだけ高温の排気ガスを触媒にダイレクトに当てることが有効である。
【０００４】
そこで、特許文献１には、タービンハウジングに形成した排気ガスメイン通路にウエストゲート通路を横穴状に形成した場合において、回動式のウエストゲートバルブを排気ガスの案内部材に兼用して、ウエストゲート通路に流入した排気ガスを触媒ケースに向けて直進させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２０１３−１４５２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
始動時（特に暖機運転時）には過給は必要でない場合が多いため、特許文献１のようにウエストゲート通路に流入した排気ガスを触媒に当てると、従来に比べて触媒の早期昇温に貢献できると云えるが、特許文献１は、３つの問題点により、触媒の早期昇温効果が十分でないと思料される。
【０００７】
第１の問題は、ウエストゲート通路が排気ガス通路から横穴のようにして開口しているため、ウエストゲート通路への排気ガスの流入性が悪くて、このため、触媒の早期昇温効果が十分でないという点である。また、排気ガスが排気ガスメイン通路からウエストゲート通路に方向変換するにおいて流速が低下するが、このときに熱がタービンハウジングに奪われるため、触媒に当たる排気ガスの温度が低下しがちになるという点も、問題であると云える。なお、ウエストゲート通路への排気ガスの流入性は、過給圧の制御の応答性にも影響している。
【０００８】
特許文献１の第２の問題点は、ウエストゲートバルブが開いて、排気ガスメイン通路から方向変換してウエストゲート通路に流入したときに、排気ガスがウエストゲートバルブに衝突して拡散するため、触媒に向かう直進性が低下すると共に、熱がタービンハウジングやウエストゲートバルブに奪われて排気ガスの温度が低下してしまい、このため、排気ガスから触媒への熱交換が不十分になって、触媒の早期昇温効果が不十分になりやすいという点である。
【０００９】
更に、特許文献１の第３の問題点は、ウエストゲートバルブを排気ガスの流れのガイドに利用しているため、ウエストゲートバルブの開度によって排気ガスの流れ方向が変化してしまい、触媒に対する排気ガスの当たり具合が安定せず、結果として、触媒の早期昇温効果が不十分になる虞れがある点である。
【００１０】
本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明の内燃機関は、
排気ガスで回転駆動されるタービンが配置されたタービン側スクロール室と、前記タービンで駆動されるコンプレッサと、排気ガスを前記タービン側スクロール室に案内する排気ガスメイン通路と、排気ガスが前記タービン側スクロール室をバイパスして流れるウエストゲート通路と、前記タービン側スクロール室を通過した排気ガス及びウエストゲート通路を通過した排気ガスが流入する排気通路と備えており、前記排気通路には、触媒を内蔵した触媒ケースが介挿されている、という基本構成になっている。
【００１２】
そして、請求項１の発明は、上記基本構成において、前記ウエストゲート通路は、前記排気ガスメイン通路とは分離した専用通路になっていて少なくとも一部がパイプで構成されており、前記ウエストゲート通路の出口が前記触媒ケースの内部に向けて開口している。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１において、前記ウエストゲート通路は、少なくとも上流側に寄った部位がパイプで構成されていて、前記パイプよりも上流側に位置した部位にバルブ配置空間が形成されており、前記バルブ配置空間に、回動式のウエストゲートバルブを配置している。
【発明の効果】
【００１４】
本願発明では、ウエストゲート通路は排気ガスメイン通路から分離しているため、ウエストゲート通路の始端を排気マニホールドの集合部やシリンダヘッドの出口穴などに開口させて、排気ガスをウエストゲート通路に直進させることができる。従って、ウエストゲート通路への排気ガスの流入性に優れている。しかも、排気ガスは、拡散することなく、パイプよりなるウエストゲート通路の内部を通って触媒に向かうため、高温の排気ガスを触媒に確実に当てることができる。
【００１５】
このように、本願発明では、排気ガスをウエストゲート通路にしっかりと取り込みできると共に、排気ガスを触媒に確実に当てることができるため、触媒の早期昇温効果を向上できる。その結果、排気ガスの浄化性能を向上できる。また、ウエストゲート通路への排気ガスの取り込み性が高いため、過給圧の制御の応答性を向上できる利点もある。
【００１６】
また、ウエストゲート通路のうち少なくとも一部はパイプで構成されているため、鋳造されたハウジングの内部に全体を形成した場合に比べて、ハウジングの製造が容易になると共に、ウエストゲート通路の形状選択の自由性も向上する。また、少なくも下流部をパイプで構成すると、パイプの出口を触媒ケースに近づけることも容易であり、このため、触媒への排気ガスの接触性を一層向上させて、触媒の早期昇温を一層確実化できる。
【００１７】
ウエストゲート通路の全体又は大部分をパイプで構成することもできる。或いは、上流側の少なく一部をパイプで構成したり、下流側の少なくとも一途をパイプで構成したり、中途部をパイプで構成したりすることも可能である。また、パイプは、その全体をタービンハウジングの外側に露出させることもできるし、少なくとも一部をタービンハウジングに鋳込むこともできる。
【００１８】
パイプの全体をタービンハウジングの外に配置すると、パイプの形態は任意に設定できるため、触媒ケースの位置がまちまであっても対応は簡単であり、汎用性・設計の自由性に優れている。他方、パイプの少なくとも一部をタービンハウジングに鋳込むと、取付け強度に優れていると共に、接続の手間も省くことが可能になる。パイプを熱容量が小さい素材で製造すると、放熱を抑制して触媒の早期昇温と機関の早期暖機とに一層貢献できる。
【００１９】
請求項２のように、ウエストゲート通路の上流端部にウエストゲートバルブを配置すると、ウエストゲート通路で（パイプ内で）整流された排気ガスを拡散させることなく触媒に当てることが一層確実化するため、触媒の早期昇温をより一層確実化できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態の排気ターボ過給機をシリンダヘッドの排気側面と直交した方向から見た一部破断正面図である。
【図２】（Ａ）は排気ターボ過給機の平面図、（Ｂ）は図１のIIA-IIA 視断面図である。
【図３】第２実施形態を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図である。
【図４】ウエストゲートバルブの別例である第３実施形態、第４実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
(1).第１実施形態
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１，２に示す第１実施形態を説明する。
【００２２】
図１に示すように、排気ターボ過給機１は、タービン２が内蔵されたタービンハウジング３と、コンプレッサ４が内蔵されたコンプレッサハウジング５と、両者の間に位置した軸受けハウジング６とを有している。タービン２には回転軸７の一端部が固定されて、回転軸７の他端部にコンプレッサ４が固定されている。軸受けハウジング６では、フローティングメタル８を介して回転軸７が回転自在に保持されている。
【００２３】
タービンハウジング３には、タービン２を囲うようにタービン側スクロール室９が形成されており、タービン側スクロール室９には、その接線方向に向いた排気ガスメイン通路１０（図２（Ａ）参照）と、タービン２の軸心方向に開口した排気ガス排出口１１（図１参照）とが連通している。排気ガス排出口１１には、触媒ケース１２がＬ形継手部１３を介して接続されている。Ｌ形継手部１３はフランジ１３ａを有しており、フランジ１３ａがタービンハウジング３にボルトで固定されている。なお、Ｌ形継手部１３は、排気通路の一部と見ることも可能である。
【００２４】
触媒ケース１２は、ストレート状部１２ａの上下に先窄まりのコーン部１２ｂを設けた形態であり、ストレート状部１２ａの内部に触媒１４を配置している。触媒ケース１２は、軸線を概ね鉛直姿勢にして配置されている。
【００２５】
排気ガスメイン通路１０は排気ガス導入筒部１５に形成されており、排気ガス導入筒部１５の先端に、シリンダヘッド１６に固定されるフランジ状のマニホールド部１７が一体に設けられている。マニホールド部１７には、図１に一部だけを図示しているが、シリンダヘッド１６に向けて開口した排気ガス通路１８が水平方向に長く形成されており、排気ガス通路１８は、シリンダヘッド１６の排気側面に開口した排気出口穴１９及び排気ガスメイン通路１０に連通している。
【００２６】
なお、図では排気出口穴１９は１つしか表示していないが、気筒数の数だけ水平方向に並んでいる。また、排気ガス導入筒部１５は、シリンダヘッド１６の排気側面と直交した正面視方向から見てマニホールド部１７の左寄り部位に接続されているが、マニホールド部１７の左右中間部や右寄り部位に接続してもよい。
【００２７】
マニホールド部１７の前面のうち、排気ガス導入筒部１５を挟んで触媒ケース１２の側に、排気ガス導入筒部１５と一体に繋がった中空状の補助突部２０が形成されており、補助突部２０に、ウエストゲート通路２１を構成する円形のパイプ２２の一端部（入口部）２２ａが圧入によって接続されている。パイプ２２の他端部（出口部）２２ｂは、Ｌ形継手部１３のコーナー部に上から接続されている。Ｌ形継手部１３には、パイプ２２を保持するためのボス部１３ｂを設けている。
【００２８】
なお、パイプ２２は、補助突部２０ａやＬ形継手部１３に対して、溶接やろう付け、或いはフランジ接合などで接続してもよい。この実施形態では、ウエストゲート通路２１は、上流端部を除いた大部分がパイプ２２で構成されている。
【００２９】
図１に一点鎖線で示すように、パイプ２２の出口部２２ｂは、Ｌ形継手部１３の内部に入り込まれせることも可能である。この場合、パイプ２２の入り込み寸法は任意に設定することができる。出口部２２ｂをコーン部１３ａまで挿入して、触媒１４に近づけることもできる。パイプ２２の出口部２２ｂは、下広がりのテーパ状やラッパ状に形成することも可能である。
【００３０】
図２（Ｂ）に示すように、パイプ２２の入口部は補助突部２０に部分的にしか入り込んでおらず、補助突部２０の内部には、パイプ２２の上流側に位置したバルブ配置空間２３が形成されている。そして、バルブ配置空間２３に、バタフライ式のウエストゲートバルブ２４が、支軸２５を介して回動自在に配置されている。
【００３１】
支軸２５は略鉛直姿勢であり、補助突部２０には、支軸２５を安定的に保持する軸受けボス部２６を形成している。そして、支軸２５の上端は上方に露出しており、この露出部にリンク２７を固定し、リンク２７に、ダイヤフラム式アクチェータで駆動されるロッド２８が相対回動可能に連結されている。図示していないが、アクチェータはコンプレッサハウジング５に取り付けている。支軸２５は、電動モータや電磁ソレノイドで駆動することも可能である。
【００３２】
なお、図１において符号２９でおおまかに示すのはシリンダブロック、符号３０で示すのはヘッドカバーである。
【００３３】
以上の説明から容易に理解できるように、ウエストゲートバルブ２４が開くと、その開度に応じた量の排気ガスがパイプ２２を介して触媒ケース１２に流れ込む。このため、排気ガスメイン通路１０に流入する排気ガスの量がウエストゲートバルブ２４の開度に応じて変化する。これにより、過給圧を制御することができる。なお、ウエストゲートバルブ２４を全開しても、排気ガスメイン通路１０には排気ガスは流れ込むが、この状態では、タービン２で発生するトルクは著しく低くなるため、実質的には過給を行っていない状態になる。
【００３４】
そして、ウエストゲート通路２１は、排気ガスメイン通路１０と同じ方向を向いてマニホールド部１７の排気ガス通路１８に開口しているため、ウエストゲート通路２１には排気ガスが直進性をもって流入する。しかも、パイプ２２は曲がってはいても排気ガスは方向性を持って進むため、排気ガスを、高温のままで触媒１４にしっかりと当てることができる。これにより、触媒１４の早期昇温効果を向上できる。
【００３５】
また、パイプ２２は自由に曲げることができるため、触媒ケース１２の配置位置の違いなどに的確に対応することができて、汎用性と設計の自由性とに優れている。実施形態のようにウエストゲートバルブ２４をウエストゲート通路２１の始端部に配置すると、パイプ２２で整流された排気ガスが拡散することなく触媒１４に当たるため、触媒１４の早期昇温効果を一層向上できる。
【００３６】
なお、パイプ２２を補助突部２０に接続する場合、補助突部２０は排気ガス導入筒部１５から分離して形成してもよい。また、必ずしもマニホールド部１７をタービンハウジング３に一体化する必要はないのであり、排気ガス導入筒部１５の先端に設けたフランジにウエストゲート通路２１の導入部を一体に設けて、フランジを排気マニホールド部の集合部に接続することも可能である。或いは、シリンダヘッドにマニホールド部が内蔵されている場合は、フランジをシリンダヘッドに固定したらよい。
【００３７】
(2).第２実施形態
次に、上記の実施形態はパイプ２２の全体をタービンハウジング３の外側に露出させたが、図３に示す第２実施形態では、パイプ２２の相当範囲をタービンハウジング３に鋳込んでいる。
【００３８】
すなわち、図３の第２実施形態では、タービンハウジング３のうちタービン側スクロール室９を挟んで軸受けハウジング６と反対側の部位にサイド肉部３ａを一体に形成して、サイド肉部３ａには、タービンハウジング３のうち入口側の相当範囲を鋳込んでいる。そして、パイプ２２は、サイド肉部３ａから排気ガス排出口１１に露出しており、排気ガス排出口１１においてＬ形継手部１３の方向に方向を変えており、更に、出口部２２ｂは、Ｌ形継手部１３の内部において触媒１４に向くように下向きに曲げられている。
【００３９】
この実施形態では、排気ガス排出口１１は第１実施形態に比べて長くなっており、排気ガス排出口１１の開口縁に設けたフランジ１１ａに、Ｌ形継手部１３のフランジ１３ａがボルトや溶接等で固定されている。
【００４０】
この実施形態では、パイプ２２の出口部２２ｂは排気ガス排出口１１の外側に露出した状態に製造される。そして、組み付けにおいては、Ｌ形継手部１３をパイプ２２の露出部に嵌め入れてから、Ｌ形継手部１３を排気ガス排出口１１のフランジ１１ａに固定すると、パイプ２２の出口部２２ｂが触媒１４の上面を向いた状態になる。従って、パイプ２２を触媒ケース１２やＬ形継手部１３に接続する作業は不要であり、それだけ組み付けの手間を抑制できる。
【００４１】
また、パイプ２２はタービンハウジング３に鋳込まれているため、パイプ２２の出口部２２ｂが自由端になっていても、パイプ２２のうち排気ガス排出口１１やＬ形継手部１３に露出した部分が振動等でふらつくことはない。パイプ２２のうち排気ガス排出口１１に位置した部分よりも上流側の部分は全体をサイド肉部３ａに鋳込んでいるが、例えば、サイド肉部３ａを前後の２か所に分離して設けて、前後のサイド肉部３ａの間でパイプ２２を露出させるといったことも可能である。
【００４２】
(3).他の実施形態
図４では、ウエストゲートバルブ２４の別例を示している。このうち、（Ａ）に示す第３実施形態では、ウエストゲートバルブ２４は、一端部を中心にして水平回動する方式を採用しており、制御方式は第１実施形態と同様である。この実施形態では、ウエストゲートバルブ２４は面四角形になっており、これに対応して、バルブ配置空間２３は断面角形になっている。バルブ配置空間２３の開口縁には、ウエストゲートバルブ２４の全閉状態を保持する内向きフランジ３１を形成している。
【００４３】
図４（Ｂ）に示す第４実施形態では、ウエストゲートバルブ２４はスイング式に構成されている。すなわち、支軸２５に横向きのアーム３２を設け、アーム３２の先端に弁蓋３３を設けている。従って、弁蓋３３が支軸２５の軸芯を中心にしてスイングする。この実施形態ではアーム３２の配置スペースが必要になるため、バルブ配置空間２３は、パイプ２２の断面積よりも大きくなっている。
【００４４】
バルブ配置空間２３へのウエストゲートバルブ２４の嵌め入れを可能にするため、バルブ配置空間２３を前向きに開口させており、これを塞ぐ蓋板３４にパイプ２２を接続している。蓋板３４はボルトで固定してもよいし、溶接で固定してもよい。この実施形態では、支軸２５は排気ガスの流れに晒されないため、ウエストゲートバルブ２４の動きがスムースであると共に、耐久性にも優れている利点がある。
【００４５】
以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は、他にも様々に具体化できる。例えば、パイプを外付け方式にする場合、その出口部は、触媒ケースの上コーン部に接続してもよい（上コーン部の内部で下向きに曲がった形状にすることも可能である。）。ウエストゲート通路の全体をパイプで構成することも可能である。また、パイプは、直列に接続された複数本の部材で構成されていてもよい。
【００４６】
また、ウエストゲートバルブとして図３（Ｂ）のようなスイング式のものを使用して、これをＬ形継手部又は触媒ケースのコーン部に配置して、パイプの出口端面に当接・離反させる構成も採用可能である。ウエストゲートバルブは、ウエストゲート通路の中途部に配置することも可能である。ウエストゲート通路に占めるパイプの範囲は、必要に応じて任意に設定できる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本願発明は、内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００４８】
１  排気ターボ過給機
２  タービン
３  タービンハウジング
３ａ  サイド肉部
５  コンプレッサハウジング
９  タービン側スクロール室
１０  排気ガスメイン通路
１１  排気ガス排出口
１２  触媒ケース
１３  Ｌ形継手部
１４  触媒
１５  排気ガス導入筒部
１６  シリンダヘッド
１７  マニホールド部
１８  排気ガス通路
２０  補助突部
２１  ウエストゲート通路
２２  ウエストゲート通路を構成するパイプ
２２ａ  入口部
２２ｂ  出口部
２３  バルブ配置空間
２４  ウエストゲートバルブ
２５  支軸
【図１】
2018087556.tif 000003
【図２】
2018087556.tif 000004
【図３】
2018087556.tif 000005
【図４】
2018087556.tif 000006