過給機の冷却構造
【課題】従来より、過給機のタービンハウジングからの輻射熱を減少するため、該タービンハウジングを、水冷したり、遮熱材で覆って閉じこめるようにしていたが、排気タービンの駆動に使用される排気ガスの熱損失が大きくなってタービン効率が低下したり、過給機の長時間駆動時には、熱伝導により遮熱板の外表面が高温となって過給機周囲への輻射熱が増加する、という問題があった。
【解決手段】エンジン１からの排気ガスによって回転するタービンホイール３５を備えた過給機２において、該タービンホイール３５を収容するタービンハウジング４０の周囲に、内側断熱部である空気層４５と、外側低温部であるタービンカバー３９とから成る冷却構造体４７を設けた。
【解決手段】エンジン１からの排気ガスによって回転するタービンホイール３５を備えた過給機２において、該タービンホイール３５を収容するタービンハウジング４０の周囲に、内側断熱部である空気層４５と、外側低温部であるタービンカバー３９とから成る冷却構造体４７を設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンからの排気ガスによって回転するタービンホイールを備えた過給機に関し、特に、該タービンホイールを収容するタービンハウジングの過剰な冷却によるタービン効率の低下を防ぎつつ、過給機周囲への輻射熱を確実に減少可能な過給機の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンジンからの排気ガスでタービンホイールを回転し、該タービンホイールと一体となったタービンシャフトを介してインペラを回転させることにより、吸入した空気（以下、「吸気」とする。）を圧縮してシリンダヘッドの各気筒に送る過給機が知られているが、該過給機では、前記タービンホイールを収容するタービンハウジングが排気ガスの熱によって極めて高温になるため、過給機周囲にある他のエンジン構成部品や周辺部材を該タービンハウジングの輻射熱から保護する必要がある。特に、船舶用のエンジンでは、燃えやすい部品やオイルが輻射熱で引火しないようにして船舶内での火災発生を確実に防止する観点から、タービンハウジングからの輻射熱を減少させる技術が求められている。
そこで、従来より、タービンハウジングに冷却用ジャケットを形成し、該冷却用ジャケットに低温の清水等の冷媒を循環させることにより、タービンハウジングを強制的に冷却し、該タービンハウジングから過給機周囲への輻射熱を減少させる技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。また、タービンハウジングを、石綿等の断熱材や、該断熱材を閉じこめて成るラギング材や、あるいは該断熱材を金属板材間に密閉して成る遮蔽板等の遮熱体によって覆うことにより、タービンハウジングから過給機周囲への輻射を遮断する技術も公知となっている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】実開平４−７６９３２号公報
【特許文献２】実開平６−７３３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、前者の技術の場合、冷却用ジャケット中を流れる冷媒によりタービンハウジングの熱が奪われて温度が低下し、該タービンハウジングからの輻射熱は減少するものの、該タービンハウジング内部のタービン室内を流れる高温高圧の排気ガスの熱損失が大きくなるためにタービン効率が低下したり、多量の熱を奪った冷媒の温度が上昇するために該冷媒を使用してエンジン等を冷却する際の冷却効率が低下する、という問題があった。
また、後者の技術の場合、過給機を長時間駆動すると熱がこもってタービンハウジングが著しく高温となり、該タービンハウジングから外部への熱伝導を十分に抑制できなくなるために、遮熱体の外表面も高温となって過給機周囲への輻射熱が著しく増加する、という問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
すなわち、請求項１においては、エンジンからの排気ガスによって回転するタービンホイールを備えた過給機において、該タービンホイールを収容するタービンハウジングの周囲に、内側断熱部と外側低温部とから成る冷却構造体を設けたものである。
請求項２においては、前記内側断熱部は、前記タービンハウジングの外周面と外側低温部の内周面との間に介在する空気層とするものである。
請求項３においては、前記外側低温部は、前記タービンハウジングを覆って保護するカバー部材を兼用して成るものである。
請求項４においては、前記カバー部材は、冷媒の循環路を内部に一体的に形成して構成するものである。
請求項５においては、前記冷媒は、前記エンジンを冷却するための冷却水とするものである。
請求項６においては、前記循環路は、前記タービンホイールの回転外周面に沿って周設するものである。
請求項７においては、前記循環路に冷媒を給排する冷媒出入口と、前記タービンハウジングにエンジンからの排気ガスを導入する排気取入口を、前記カバー部材の同じ側で該カバー部材側面に沿って並列配置するものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示す効果を奏する。
すなわち、請求項１においては、エンジンからの排気ガスによって回転するタービンホイールを備えた過給機において、該タービンホイールを収容するタービンハウジングの周囲に、内側断熱部と外側低温部とから成る冷却構造体を設けたので、前記タービンハウジングと外側低温部との間に内側断熱部を介設し、該タービンハウジングが外側低温部に直接接触しないようにすることができ、該タービンハウジングのタービン室内の排気ガスの熱が過剰に奪われるのを防ぎ、タービン効率の低下を防止することができる。そして、前記外側低温部に低温の清水等の冷媒を使用した場合には、該冷媒の温度上昇が前記内側断熱部によって適度に緩和されるため、該冷媒を使ったエンジン等の冷却効率の低下も防止することができる。また、過給機の長時間駆動に伴いタービンハウジングから熱伝導や対流により伝達されてきた熱は、外側低温部によって効果的に奪われると同時に、タービンハウジングからの輻射も、外側低温部によって確実に遮断されるため、外側低温部の外表面、すなわち冷却構造体の外表面はそれほど高温になることはなく、過給機周囲への輻射熱を確実に減少させることができる。
請求項２においては、前記内側断熱部は、前記タービンハウジングの外周面と外側低温部の内周面との間に介在する空気層とするので、前記タービンハウジングと外側低温部との間に所定の大きさの隙間を設けるだけで済み、石綿等の断熱材や該断熱材を閉じこめて成るラギング材等の遮熱体を新たに設ける必要がなく、前記冷却構造体の部品コストの低減や組立性・メンテナンス性の向上を図ることができる。更には、前記隙間の厚さを変更するだけで断熱性能を自在に調節することができ、様々な仕様の過給機の冷却への対応が可能となる。
請求項３においては、前記外側低温部は、前記タービンハウジングを覆って保護するカバー部材を兼用して成るので、前記外側低温部はカバー部材を利用して設けることができ、冷却構造体の部品数を減らして、部品コストの低減や組立性・メンテナンス性の向上を図ることができる。
請求項４においては、前記カバー部材は、冷媒の循環路を内部に一体的に形成して構成するので、前記カバー部材の外表面に冷却配管等を周設する必要がなく、外側低温部に必要な設置空間を縮小することができ、冷却構造体のコンパクト化を図ることができる。
請求項５においては、前記冷媒は、前記エンジンを冷却するための冷却水とするので、前記冷媒、及び該冷媒を循環路に供給するためのポンプやタンク等を別途に設けることなく、従来のエンジン冷却用の水冷システムを利用することができ、過給機の冷却に必要な部品を減らして、更なる、部品コストの低減や組立性・メンテナンス性の向上、及びエンジンのコンパクト化を図ることができる。
請求項６においては、前記循環路は、前記タービンホイールの回転外周面に沿って周設するので、タービンハウジングで特に高温となる部分に沿って冷媒の循環路を配置することができ、外側低温部による冷却効率を向上させることができる。
請求項７においては、前記循環路に冷媒を給排する冷媒出入口と、前記タービンハウジングにエンジンからの排気ガスを導入する排気取入口を、前記カバー部材の同じ側で該カバー部材側面に沿って並列配置するので、前記冷媒出入口と排気取入口を排気タービンの取付位置近傍に集約して配置し、冷媒の給排と排気ガスの導入に必要な接続空間を縮小することができ、排気タービンのコンパクト化、ひいては過給機の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】
【０００６】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明に係わるエンジンの全体構成を示す右側面図、図２は同じく左側面図、図３は同じく平面図、図４は同じく背面図、図５はタービンカバーの前方斜視図、図６はタービンカバーにおける循環路の前方斜視図、図７はタービンカバーの後方斜視図、図８は排気タービンの左側面図、図９はタービンカバーの右側面図、図１０は同じく平面図、図１１は同じく背面図、図１２は同じく正面図である。
なお、以下の説明においては、エンジン１のクランク軸方向を前後方向とし、エンジン１の出力側の方向（後述するクラッチ１１の配置側）を後方、その反対側を前方（図３の矢印３の方向）とする。更に、エンジン１のクランク軸方向に対して水平に直交する方向を左右方向とし、背面から見て右手側（図３の矢印２１の方向）を右方、その反対側を左方とする。
【０００７】
まず、本発明に係わる過給機２を備えたエンジン１の全体構成について、図１乃至図４により説明する。
該エンジン１には、前後方向に長い長形のシリンダブロック４が備えられ、該シリンダブロック４の上端部にはシリンダヘッド５が、シリンダブロック４の下端部にはオイルパン６が、それぞれ設けられている。そして、該オイルパン６と前記シリンダヘッド５のいずれも、前記シリンダブロック４に沿って前後方向に長く形成されており、このうちのシリンダヘッド５の上面は、固設した弁腕室ケース７・７によって被装され、該弁腕室ケース７・７内には、弁腕や燃料噴射弁等を収容するための図示せぬ弁腕室が形成されている。
【０００８】
前記シリンダブロック４の内部には、クランク軸８が略水平に前後方向に延びるようにして備えられ、該クランク軸８の後端部には、フライホイール９が取り付けられており、該フライホイール９は、シリンダブロック４の後端に固設したフライホイールハウジング１０によって覆われている。更に、該フライホイールハウジング１０の後端面には、クラッチ１１が連動連結されており、該クラッチ１１により、前記クランク軸８からのエンジン出力を断接できるようにしている。
【０００９】
また、前記シリンダヘッド５の右側面には、該シリンダヘッド５と略同じ長さに渡り該右側面に沿うようにして排気マニホールド１３が設けられ、該排気マニホールド１３の右外方に、各種リレーやヒューズ等の収納ボックス２６が設けられており、これら排気マニホールド１３と収納ボックス２６は、それぞれ、カバー１５とカバー１６によって覆われている。このうちの排気マニホールド１３の下方には、前から順に、海水を冷却水として汲み上げるための海水ポンプ２７と、前記エンジン１の本体部の冷却用ジャケットへ供給する冷却用の清水を海水と熱交換して冷却するための清水クーラ２８とが配設され、該清水クーラ２８の機体内方には、エンジン１の潤滑油を冷却するためのオイルクーラ２９が配設されている。
【００１０】
そして、前記排気マニホールド１３の後方に、本発明に係わる過給機２が設けられ、該過給機２には、後述するようにして、前記清水クーラ２８からの清水の一部が供給されており、該清水によって、前記過給機２のタービンカバー３９が冷却されるようにしている。
【００１１】
また、前記シリンダヘッド５の左側面には、前記排気マニホールド１３と同様に、該シリンダヘッド５と略同じ長さに渡って該左側面に沿うようにして吸気マニホールド１２が設けられ、更に、該吸気マニホールド１２の後方には、前記弁腕室ケース７の後方で左右方向に延設された吸気通路１７の左端部が配置されている。そして、該吸気通路１７の右端部は前記過給機２のコンプレッサ１８に連通されると共に、これら吸気マニホールド１２と吸気通路１７は、それぞれ、トップカバー１４ｂとトップカバー１４ｃによって覆われている。更に、前記吸気マニホールド１２の後部から吸気通路１７の左端部に跨る部分の直下方には、前記過給機２からの吸気を海水との熱交換によって冷却するためのインタークーラ２２が、前後方向に長く形成されている。
【００１２】
前記トップカバー１４ｂ内にはコモンレール２３も設けられており、該コモンレール２３からの燃料吐出側は、燃料を燃焼室内に噴射する図示せぬインジェクタに接続されると共に、該コモンレール２３への燃料供給側は、シリンダブロック４の左側面前部に配設した高圧燃料ポンプ２４に接続されている。更に、前記トップカバー１４ｂの前方には、エンジン１の前端部の上面を左右方向全幅で覆うトップカバー１４ａが配設されており、該トップカバー１４ａ内に、エンジン１の燃料噴射系の制御全般を行うエンジン制御ユニット２０が収容されると共に、エンジン１の左側面の略中央には、インジェクタドライバユニット２５が配設されている。
【００１３】
このような構成において、前記高圧燃料ポンプ２４により加圧して得た高圧燃料が、コモンレール２３を介して各インジェクタに分配されると共に、その際のインジェクタからの燃料噴射量や噴射時期等を、前記エンジン制御ユニット２０やインジェクタドライバユニット２５によって適切に制御するようにして、燃費や燃焼性に優れたコモンレール式の電子制御燃料噴射システムがエンジン１に形成されている。
【００１４】
次に、以上のようなエンジン１における冷却構成について、図１乃至図４により説明する。
熱交換のための冷却用の海水が、図示せぬ海水取入口から前記海水ポンプ２７によって汲み上げられる。この汲み上げられた海水は、海水ポンプ２７とオイルクーラ２９とを接続する冷却水管３０を通って、前記オイルクーラ２９に流入して潤滑油を冷却する。冷却後の海水は、該オイルクーラ２９の後端と前記インタークーラ２２の後端とを接続するゴムホース５０から冷却水管５１を通って、前記インタークーラ２２に流入する。
【００１５】
該インタークーラ２２には、インタークーラ２２の外形を構成する略円筒状のクーラケース２２ａと、該クーラケース２２ａ内で前後方向に互いに平行に並設される多数の冷却管２２ｂ・２２ｂ・・・とが備えられ、該冷却管２２ｂ・２２ｂ・・・の各給水端は、前記冷却水管５１の端部に接続されると共に、冷却管２２ｂ・２２ｂ・・・の各排水端は、冷却水管３２の端部に接続されており、これにより、オイルクーラ２９からの海水は、クーラケース２２ａ内の冷却管２２ｂ・２２ｂ・・・を通って該冷却管２２ｂ・２２ｂ・・・の周囲空間を冷却した後に、前記冷却水管３２から排出される。
【００１６】
一方、前記クーラケース２２ａの後部上端は、前記過給機２のコンプレッサ１８に連通する吸気通路１７の左端部に接続されると共に、該クーラケース２２ａの前部上端は、前記吸気マニホールド１２の後部下端に接続されている。これにより、前記過給機２のコンプレッサ１８で圧縮されて温度が上昇した高温の吸気は、吸気通路１７を通ってクーラケース２２ａに流入し、冷却管２２ｂ・２２ｂ・・・の周囲空間を流れる間に冷却され、この冷却された吸気が、前記吸気マニホールド１２を介してシリンダヘッド５の各気筒に分配される。
【００１７】
そして、前記冷却水管３２は、前記クラッチ１１の潤滑油を冷却するためのオイルクーラ４９を介して冷却水管３１に接続され、該冷却水管３１の前端に前記清水クーラ２８が接続されている。これにより、インタークーラ２２からの海水は、冷却水管３２を通ってオイルクーラ４９に流入し、該オイルクーラ４９内でクラッチ１１の潤滑油を冷却した後、冷却水管３１を通って前記清水クーラ２８に流入する。該清水クーラ２８内においては、清水循環系統を循環する清水が低温の海水との熱交換によって冷却され、この冷却された清水が、エンジン１の冷却用ジャケットや、本発明に係わる過給機２の排気タービン１９に供給されるのである。
【００１８】
次に、本発明に係わる過給機２の構成と、その冷却構造について、図１乃至図１２により説明する。
図１乃至図４に示すように、該過給機２は、コンプレッサ１８と排気タービン１９とから成り、前述のように、排気マニホールド１３の後方において、左右方向に連設されている。そして、前記コンプレッサ１８の羽根車であるインペラ３３と、排気タービン１９の羽根車であるタービンホイール３５とは、図示せぬ軸受けによって回動可能に支持されたタービンシャフト３４を介して連結されている。
【００１９】
このうちの排気タービン１９においては、前記タービンホイール３５はタービンハウジング４０に収容され、該タービンハウジング４０の前部には、連結管４１の後端が接続され、該連結管４１の前端は、前記排気マニホールド１３の後端に接続されている。更に、タービンハウジング４０は、本発明に係わるタービンカバー３９によって覆われており、該タービンカバー３９の右側面には、タービンハウジング４０の右側面の開口４０ｄと側面視で重なるように、円形の排気口３９ａが開口されている。
【００２０】
前記コンプレッサ１８においては、前記トップカバー１４ｃの後方で左右方向に、左から順に、エアクリーナ３７、及びインペラハウジング３８が連設され、該インペラハウジング３８に前記インペラ３３が収容されると共に、該インペラハウジング３８の前端部は、前記吸気通路１７の右端部に連通されている。
【００２１】
このような構成において、前記排気マニホールド１３から連結管４１を介してタービンハウジング４０に導入された排気ガスは、タービンホイール３５を回転させた後、タービンハウジング４０の開口４０ｄを通って、タービンカバー３９の排気口３９ａから外部に排出される。それに伴い、タービンシャフト３４を介して前記タービンホイール３５と一体的にインペラ３３が回転し、外部から吸気が取り込まれ、該吸気は前記エアクリーナ３７によって浄化された後にインペラハウジング３８に流入し、流入した吸気は、前記インペラ３３によって圧縮されてから前記吸気通路１７に送出される。
【００２２】
そして、この圧縮によって温度が上昇した高温の吸気は、前述したように、前記吸気通路１７を通ってクーラケース２２ａに流入し、冷却管２２ｂ・２２ｂ・・・の周囲空間を流れる間に冷却され、この冷却された吸気が、圧縮空気として、前記吸気マニホールド１２を介してシリンダヘッド５の各気筒に対して送り込まれるようにしており、エンジン出力や燃費の向上を図ることができる。
【００２３】
図３、図８に示すように、前記タービンハウジング４０は、左右水平方向に軸心を有する円筒部４０ａと、該円筒部４０ａの外周面４０ｅの前斜め上部より前方に先細り円錐状に突設された排気導入部４０ｂとから成り、これら円筒部４０ａと排気導入部４０ｂとは一体的に構成されている。そして、該排気導入部４０ｂの前端開口部にはフランジ４０ｃが形成され、該フランジ４０ｃが、前記連結管４１の後端の後フランジ４１ａに、複数のボルト等の締結具４３によって締結固定されるようにして、タービンハウジング４０が連結管４１に接続されている。
【００２４】
更に、該連結管４１の前端にも、排気取入口４１ｃを開口した前フランジ４１ｂが形成されており、該前フランジ４１ｂが、前記排気マニホールド１３の後端に、複数の締結具４４によって締結固定されるようにして、連結管４１が排気マニホールド１３に接続されている。
【００２５】
このようにして前記排気マニホールド１３に接続固定されたタービンハウジング４０は、該タービンハウジング４０の外周面４０ｅが前記タービンカバー３９の内周面３９ｂと直接接触しないようにした状態で、タービンカバー３９のカバー室３９ｃ内に保持されている。そして、この外周面４０ｅと内周面３９ｂとの間には、所定の厚さの隙間が確保され、該隙間に空気層４５が充填されている。
【００２６】
該空気層４５が、熱伝動に対する抵抗に優れた材料、いわゆる断熱材として機能するため、タービンハウジング４０の熱は、主に輻射と対流だけでタービンカバー３９に伝達される。従って、タービンハウジング４０のタービン室４０ｆ内を流れる排気ガスには、熱伝導によっては放出されない熱が残存するため、排気ガスの著しい温度低下は抑制される。同時に、後述の如く清水で冷却されたタービンカバー３９への入熱も軽減されるため、タービンハウジング４０の冷却に使用された後の清水の温度上昇は抑制されることとなる。
【００２７】
ただし、この空気層４５の断熱性能は、前記外周面４０ｅと内周面３９ｂとの間の隙間の厚さを変えて空気層４５の厚さを変更するだけで、所定の性能に設定することができ、使用する過給機２に適した断熱性能を容易に確保することができる。
【００２８】
図３、図５乃至図１２に示すように、前記タービンカバー３９においては、右側面に円形の前記排気口３９ａが開口されると共に、左側面は開放されて前記インペラハウジング３８の右側面に覆設されている。そして、タービンカバー３９の前端部には左右両側に拡幅されて取付部３９ｄが形成され、該取付部３９ｄの左右両凸部には、それぞれに一対の締結孔３９ｅ・３９ｅが上下位置に穿孔されている。該複数の締結孔３９ｅ・３９ｅ・・・に、複数の図示せぬボルト等を螺挿することにより、前記取付部３９ｄは、前記排気マニホールド１３を収容するカバー１５の後端に締結固定されている。
【００２９】
前記取付部３９ｄの前面には、左右一対の清水入口３９ｆと清水出口３９ｇが開口され、これらの清水入口３９ｆと清水出口３９ｇは、タービンカバー３９内に一体的に形成された図６に示す循環路４６内に連通されている。該循環路４６は、前記清水入口３９ｆに前端部で連通する水平水路４６ａと、該水平水路４６ａの後端に接続する下降水路４６ｂと、該下降水路４６ｂの前端に接続する上昇水路４６ｃとから成り、該上昇水路４６ｃの前端部には前記清水出口３９ｇが連通されている。
【００３０】
ここで、前記排気マニホールド１３からの排気ガスは、タービンホイール３５の回転外周面に沿って流れるため、タービンハウジング４０において該回転外周面近傍に位置する前記外周面４０ｅが特に高温となるが、該外周面４０ｅに沿うようにして、前記タービンカバー３９内に循環路４６が設けられている。これにより、該循環路４６近傍の冷却効率の高い部分が、タービンハウジング４０で特に温度の高い部分に近接配置されることとなり、タービンハウジング４０を効果的に冷却できるようにしている。
【００３１】
更に、前記タービンカバー３９の清水入口３９ｆと清水出口３９ｇを前端に開口する取付部３９ｄと、前記タービンハウジング４０への排気取入口４１ｃを前端に開口する連結管４１の前フランジ４１ｂとは、タービンカバー３９の前側面３９ｈを通る略同一の鉛直平面４８に沿って、上下に並列に配置されている。これにより、該清水入口３９ｆ、清水出口３９ｇ及び排気取入口４１ｃは、排気タービン１９の取付位置である、排気マニホールド１３とそのカバー１５の後端近傍に集約して配置できるようにしている。
【００３２】
このような構成において、エンジン１を冷却するための清水が、前記清水クーラ２８から、カバー１５内に設けられた図示せぬ配管と前記清水入口３９ｆを通って、タービンカバー３９内の循環路４６に流入し、水平水路４６ａ、下降水路４６ｂ、上昇水路４６ｃを順に通りながらタービンカバー３９を水冷する。その後、清水出口３９ｇから吐出された清水は、そのままエンジン１の冷却用ジャケットに供給されてエンジン１の水冷に使用される。なお、この吐出後の清水は、エンジン１の冷却用ジャケットに供給せずに、清水の循環系統に戻すようにしてもよい。
【００３３】
そして、このようにして低温に水冷されたタービンカバー３９は、タービンハウジング４０を汚染と腐食等から守る通常の保護機能に加え、高温のタービンハウジング４０から熱伝導や対流によって伝達されてきた熱を積極的に奪うと同時に、タービンハウジング４０からの輻射を遮断するといった冷却のための外側低温部としての機能も有するものであり、該タービンカバー３９が、断熱性能に優れた内側断熱部として機能する前記空気層４５を取り囲むようにして、本発明に係わる冷却構造体４７が構成されている。
【００３４】
従って、該冷却構造体４７の外表面に相当するタービンカバー３９の外表面は、過給機２を長時間駆動する場合であっても、清水による十分な冷却作用によって低温に保たれており、タービンカバー３９からは輻射熱がほとんど放出されない。
【００３５】
すなわち、エンジン１からの排気ガスによって回転するタービンホイール３５を備えた過給機２において、該タービンホイール３５を収容するタービンハウジング４０の周囲に、内側断熱部である空気層４５と、外側低温部であるタービンカバー３９とから成る冷却構造体４７を設けたので、前記タービンハウジング４０とタービンカバー３９との間に空気層４５を介設し、該タービンハウジング４０がタービンカバー３９に直接接触しないようにすることができ、該タービンハウジング４０のタービン室４０ｆ内の排気ガスの熱が過剰に奪われるのを防ぎ、タービン効率の低下を防止することができる。そして、前記タービンカバー３９に低温の清水を使用した場合には、該清水の温度上昇が前記空気層４５によって適度に緩和されるため、該清水を使ったエンジン１等の冷却効率の低下も防止することができる。また、過給機２の長時間駆動に伴いタービンハウジング４０から熱伝導や対流により伝達されてきた熱は、タービンカバー３９によって効果的に奪われると同時に、タービンハウジング４０からの輻射も、タービンカバー３９によって確実に遮断されるため、タービンカバー３９の外表面、すなわち冷却構造体４７の外表面はそれほど高温になることはなく、過給機２周囲への輻射熱を確実に減少させることができる。
【００３６】
更に、前記内側断熱部は、前記タービンハウジング４０の外周面４０ｅと、外側低温部であるタービンカバー３９の内周面３９ｂとの間に介在する空気層４５とするので、前記タービンハウジング４０とタービンカバー３９との間に所定の大きさの隙間を設けるだけで済み、石綿等の断熱材や該断熱材を閉じこめて成るラギング材等の遮熱体を新たに設ける必要がなく、前記冷却構造体４７の部品コストの低減や組立性・メンテナンス性の向上を図ることができる。更には、前記隙間の厚さを変更するだけで断熱性能を自在に調節することができ、様々な仕様の過給機２の冷却への対応が可能となる。
【００３７】
加えて、前記外側低温部は、前記タービンハウジング４０を覆って保護するカバー部材であるタービンカバー３９を兼用して成るので、前記外側低温部はタービンカバー３９を利用して設けることができ、冷却構造体４７の部品数を減らして、部品コストの低減や組立性・メンテナンス性の向上を図ることができる。
【００３８】
そして、前記カバー部材であるタービンカバー３９は、冷媒である清水の循環路４６を内部に一体的に形成して構成するので、前記タービンカバー３９の外表面に冷却配管等を周設する必要がなく、タービンカバー３９に必要な設置空間を縮小することができ、冷却構造体４７のコンパクト化を図ることができる。
【００３９】
更に、前記冷媒である清水は、前記エンジン１を冷却するための冷却水とするので、前記清水、及び該清水を循環路４６に供給するためのポンプやタンク等を別途に設けることなく、従来のエンジン冷却用の水冷システムを利用することができ、過給機２の冷却に必要な部品を減らして、更なる、部品コストの低減や組立性・メンテナンス性の向上、及びエンジン１のコンパクト化を図ることができる。
【００４０】
加えて、前記循環路４６は、前記タービンホイール３５の回転外周面に沿って周設するので、タービンハウジング４０で特に高温となる部分に沿って冷媒である清水の循環路４６を配置することができ、外側低温部であるタービンカバー３９による冷却効率を向上させることができる。
【００４１】
そして、前記循環路４６に冷媒である清水を給排する冷媒出入口である清水出入口３９ｆ・３９ｇと、前記タービンハウジング４０にエンジン１からの排気ガスを導入する排気取入口４１ｃを、前記カバー部材であるタービンカバー３９の同じ側で該タービンカバー３９の前側面３９ｈに沿って並列配置するので、前記清水出入口３９ｆ・３９ｇと排気取入口４１ｃを排気タービン１９の取付位置である、排気マニホールド１３とそのカバー１５の後端近傍に集約して配置し、清水の給排と排気ガスの導入に必要な接続空間を縮小することができ、排気タービン１９のコンパクト化、ひいては過給機２のコンパクト化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、エンジンからの排気ガスによって回転するタービンホイールを備えた全ての過給機に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係わるエンジンの全体構成を示す右側面図である。
【図２】同じく左側面図である。
【図３】同じく平面図である。
【図４】同じく背面図である。
【図５】タービンカバーの前方斜視図である。
【図６】タービンカバーにおける循環路の前方斜視図である。
【図７】タービンカバーの後方斜視図である。
【図８】排気タービンの左側面図である。
【図９】タービンカバーの右側面図である。
【図１０】同じく平面図である。
【図１１】同じく背面図である。
【図１２】同じく正面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ エンジン
２ 過給機
３５ タービンホイール
３９ タービンカバー（外側低温部、カバー部材）
３９ｂ 内周面
３９ｆ・３９ｇ 清水出入口（冷媒出入口）
３９ｈ 前側面（側面）
４０ タービンハウジング
４０ｅ 外周面
４１ｃ 排気取入口
４５ 空気層（内側断熱部）
４６ 循環路
４７ 冷却構造体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンからの排気ガスによって回転するタービンホイールを備えた過給機に関し、特に、該タービンホイールを収容するタービンハウジングの過剰な冷却によるタービン効率の低下を防ぎつつ、過給機周囲への輻射熱を確実に減少可能な過給機の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンジンからの排気ガスでタービンホイールを回転し、該タービンホイールと一体となったタービンシャフトを介してインペラを回転させることにより、吸入した空気（以下、「吸気」とする。）を圧縮してシリンダヘッドの各気筒に送る過給機が知られているが、該過給機では、前記タービンホイールを収容するタービンハウジングが排気ガスの熱によって極めて高温になるため、過給機周囲にある他のエンジン構成部品や周辺部材を該タービンハウジングの輻射熱から保護する必要がある。特に、船舶用のエンジンでは、燃えやすい部品やオイルが輻射熱で引火しないようにして船舶内での火災発生を確実に防止する観点から、タービンハウジングからの輻射熱を減少させる技術が求められている。
そこで、従来より、タービンハウジングに冷却用ジャケットを形成し、該冷却用ジャケットに低温の清水等の冷媒を循環させることにより、タービンハウジングを強制的に冷却し、該タービンハウジングから過給機周囲への輻射熱を減少させる技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。また、タービンハウジングを、石綿等の断熱材や、該断熱材を閉じこめて成るラギング材や、あるいは該断熱材を金属板材間に密閉して成る遮蔽板等の遮熱体によって覆うことにより、タービンハウジングから過給機周囲への輻射を遮断する技術も公知となっている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】実開平４−７６９３２号公報
【特許文献２】実開平６−７３３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、前者の技術の場合、冷却用ジャケット中を流れる冷媒によりタービンハウジングの熱が奪われて温度が低下し、該タービンハウジングからの輻射熱は減少するものの、該タービンハウジング内部のタービン室内を流れる高温高圧の排気ガスの熱損失が大きくなるためにタービン効率が低下したり、多量の熱を奪った冷媒の温度が上昇するために該冷媒を使用してエンジン等を冷却する際の冷却効率が低下する、という問題があった。
また、後者の技術の場合、過給機を長時間駆動すると熱がこもってタービンハウジングが著しく高温となり、該タービンハウジングから外部への熱伝導を十分に抑制できなくなるために、遮熱体の外表面も高温となって過給機周囲への輻射熱が著しく増加する、という問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
すなわち、請求項１においては、エンジンからの排気ガスによって回転するタービンホイールを備えた過給機において、該タービンホイールを収容するタービンハウジングの周囲に、内側断熱部と外側低温部とから成る冷却構造体を設けたものである。
請求項２においては、前記内側断熱部は、前記タービンハウジングの外周面と外側低温部の内周面との間に介在する空気層とするものである。
請求項３においては、前記外側低温部は、前記タービンハウジングを覆って保護するカバー部材を兼用して成るものである。
請求項４においては、前記カバー部材は、冷媒の循環路を内部に一体的に形成して構成するものである。
請求項５においては、前記冷媒は、前記エンジンを冷却するための冷却水とするものである。
請求項６においては、前記循環路は、前記タービンホイールの回転外周面に沿って周設するものである。
請求項７においては、前記循環路に冷媒を給排する冷媒出入口と、前記タービンハウジングにエンジンからの排気ガスを導入する排気取入口を、前記カバー部材の同じ側で該カバー部材側面に沿って並列配置するものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示す効果を奏する。
すなわち、請求項１においては、エンジンからの排気ガスによって回転するタービンホイールを備えた過給機において、該タービンホイールを収容するタービンハウジングの周囲に、内側断熱部と外側低温部とから成る冷却構造体を設けたので、前記タービンハウジングと外側低温部との間に内側断熱部を介設し、該タービンハウジングが外側低温部に直接接触しないようにすることができ、該タービンハウジングのタービン室内の排気ガスの熱が過剰に奪われるのを防ぎ、タービン効率の低下を防止することができる。そして、前記外側低温部に低温の清水等の冷媒を使用した場合には、該冷媒の温度上昇が前記内側断熱部によって適度に緩和されるため、該冷媒を使ったエンジン等の冷却効率の低下も防止することができる。また、過給機の長時間駆動に伴いタービンハウジングから熱伝導や対流により伝達されてきた熱は、外側低温部によって効果的に奪われると同時に、タービンハウジングからの輻射も、外側低温部によって確実に遮断されるため、外側低温部の外表面、すなわち冷却構造体の外表面はそれほど高温になることはなく、過給機周囲への輻射熱を確実に減少させることができる。
請求項２においては、前記内側断熱部は、前記タービンハウジングの外周面と外側低温部の内周面との間に介在する空気層とするので、前記タービンハウジングと外側低温部との間に所定の大きさの隙間を設けるだけで済み、石綿等の断熱材や該断熱材を閉じこめて成るラギング材等の遮熱体を新たに設ける必要がなく、前記冷却構造体の部品コストの低減や組立性・メンテナンス性の向上を図ることができる。更には、前記隙間の厚さを変更するだけで断熱性能を自在に調節することができ、様々な仕様の過給機の冷却への対応が可能となる。
請求項３においては、前記外側低温部は、前記タービンハウジングを覆って保護するカバー部材を兼用して成るので、前記外側低温部はカバー部材を利用して設けることができ、冷却構造体の部品数を減らして、部品コストの低減や組立性・メンテナンス性の向上を図ることができる。
請求項４においては、前記カバー部材は、冷媒の循環路を内部に一体的に形成して構成するので、前記カバー部材の外表面に冷却配管等を周設する必要がなく、外側低温部に必要な設置空間を縮小することができ、冷却構造体のコンパクト化を図ることができる。
請求項５においては、前記冷媒は、前記エンジンを冷却するための冷却水とするので、前記冷媒、及び該冷媒を循環路に供給するためのポンプやタンク等を別途に設けることなく、従来のエンジン冷却用の水冷システムを利用することができ、過給機の冷却に必要な部品を減らして、更なる、部品コストの低減や組立性・メンテナンス性の向上、及びエンジンのコンパクト化を図ることができる。
請求項６においては、前記循環路は、前記タービンホイールの回転外周面に沿って周設するので、タービンハウジングで特に高温となる部分に沿って冷媒の循環路を配置することができ、外側低温部による冷却効率を向上させることができる。
請求項７においては、前記循環路に冷媒を給排する冷媒出入口と、前記タービンハウジングにエンジンからの排気ガスを導入する排気取入口を、前記カバー部材の同じ側で該カバー部材側面に沿って並列配置するので、前記冷媒出入口と排気取入口を排気タービンの取付位置近傍に集約して配置し、冷媒の給排と排気ガスの導入に必要な接続空間を縮小することができ、排気タービンのコンパクト化、ひいては過給機の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】
【０００６】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明に係わるエンジンの全体構成を示す右側面図、図２は同じく左側面図、図３は同じく平面図、図４は同じく背面図、図５はタービンカバーの前方斜視図、図６はタービンカバーにおける循環路の前方斜視図、図７はタービンカバーの後方斜視図、図８は排気タービンの左側面図、図９はタービンカバーの右側面図、図１０は同じく平面図、図１１は同じく背面図、図１２は同じく正面図である。
なお、以下の説明においては、エンジン１のクランク軸方向を前後方向とし、エンジン１の出力側の方向（後述するクラッチ１１の配置側）を後方、その反対側を前方（図３の矢印３の方向）とする。更に、エンジン１のクランク軸方向に対して水平に直交する方向を左右方向とし、背面から見て右手側（図３の矢印２１の方向）を右方、その反対側を左方とする。
【０００７】
まず、本発明に係わる過給機２を備えたエンジン１の全体構成について、図１乃至図４により説明する。
該エンジン１には、前後方向に長い長形のシリンダブロック４が備えられ、該シリンダブロック４の上端部にはシリンダヘッド５が、シリンダブロック４の下端部にはオイルパン６が、それぞれ設けられている。そして、該オイルパン６と前記シリンダヘッド５のいずれも、前記シリンダブロック４に沿って前後方向に長く形成されており、このうちのシリンダヘッド５の上面は、固設した弁腕室ケース７・７によって被装され、該弁腕室ケース７・７内には、弁腕や燃料噴射弁等を収容するための図示せぬ弁腕室が形成されている。
【０００８】
前記シリンダブロック４の内部には、クランク軸８が略水平に前後方向に延びるようにして備えられ、該クランク軸８の後端部には、フライホイール９が取り付けられており、該フライホイール９は、シリンダブロック４の後端に固設したフライホイールハウジング１０によって覆われている。更に、該フライホイールハウジング１０の後端面には、クラッチ１１が連動連結されており、該クラッチ１１により、前記クランク軸８からのエンジン出力を断接できるようにしている。
【０００９】
また、前記シリンダヘッド５の右側面には、該シリンダヘッド５と略同じ長さに渡り該右側面に沿うようにして排気マニホールド１３が設けられ、該排気マニホールド１３の右外方に、各種リレーやヒューズ等の収納ボックス２６が設けられており、これら排気マニホールド１３と収納ボックス２６は、それぞれ、カバー１５とカバー１６によって覆われている。このうちの排気マニホールド１３の下方には、前から順に、海水を冷却水として汲み上げるための海水ポンプ２７と、前記エンジン１の本体部の冷却用ジャケットへ供給する冷却用の清水を海水と熱交換して冷却するための清水クーラ２８とが配設され、該清水クーラ２８の機体内方には、エンジン１の潤滑油を冷却するためのオイルクーラ２９が配設されている。
【００１０】
そして、前記排気マニホールド１３の後方に、本発明に係わる過給機２が設けられ、該過給機２には、後述するようにして、前記清水クーラ２８からの清水の一部が供給されており、該清水によって、前記過給機２のタービンカバー３９が冷却されるようにしている。
【００１１】
また、前記シリンダヘッド５の左側面には、前記排気マニホールド１３と同様に、該シリンダヘッド５と略同じ長さに渡って該左側面に沿うようにして吸気マニホールド１２が設けられ、更に、該吸気マニホールド１２の後方には、前記弁腕室ケース７の後方で左右方向に延設された吸気通路１７の左端部が配置されている。そして、該吸気通路１７の右端部は前記過給機２のコンプレッサ１８に連通されると共に、これら吸気マニホールド１２と吸気通路１７は、それぞれ、トップカバー１４ｂとトップカバー１４ｃによって覆われている。更に、前記吸気マニホールド１２の後部から吸気通路１７の左端部に跨る部分の直下方には、前記過給機２からの吸気を海水との熱交換によって冷却するためのインタークーラ２２が、前後方向に長く形成されている。
【００１２】
前記トップカバー１４ｂ内にはコモンレール２３も設けられており、該コモンレール２３からの燃料吐出側は、燃料を燃焼室内に噴射する図示せぬインジェクタに接続されると共に、該コモンレール２３への燃料供給側は、シリンダブロック４の左側面前部に配設した高圧燃料ポンプ２４に接続されている。更に、前記トップカバー１４ｂの前方には、エンジン１の前端部の上面を左右方向全幅で覆うトップカバー１４ａが配設されており、該トップカバー１４ａ内に、エンジン１の燃料噴射系の制御全般を行うエンジン制御ユニット２０が収容されると共に、エンジン１の左側面の略中央には、インジェクタドライバユニット２５が配設されている。
【００１３】
このような構成において、前記高圧燃料ポンプ２４により加圧して得た高圧燃料が、コモンレール２３を介して各インジェクタに分配されると共に、その際のインジェクタからの燃料噴射量や噴射時期等を、前記エンジン制御ユニット２０やインジェクタドライバユニット２５によって適切に制御するようにして、燃費や燃焼性に優れたコモンレール式の電子制御燃料噴射システムがエンジン１に形成されている。
【００１４】
次に、以上のようなエンジン１における冷却構成について、図１乃至図４により説明する。
熱交換のための冷却用の海水が、図示せぬ海水取入口から前記海水ポンプ２７によって汲み上げられる。この汲み上げられた海水は、海水ポンプ２７とオイルクーラ２９とを接続する冷却水管３０を通って、前記オイルクーラ２９に流入して潤滑油を冷却する。冷却後の海水は、該オイルクーラ２９の後端と前記インタークーラ２２の後端とを接続するゴムホース５０から冷却水管５１を通って、前記インタークーラ２２に流入する。
【００１５】
該インタークーラ２２には、インタークーラ２２の外形を構成する略円筒状のクーラケース２２ａと、該クーラケース２２ａ内で前後方向に互いに平行に並設される多数の冷却管２２ｂ・２２ｂ・・・とが備えられ、該冷却管２２ｂ・２２ｂ・・・の各給水端は、前記冷却水管５１の端部に接続されると共に、冷却管２２ｂ・２２ｂ・・・の各排水端は、冷却水管３２の端部に接続されており、これにより、オイルクーラ２９からの海水は、クーラケース２２ａ内の冷却管２２ｂ・２２ｂ・・・を通って該冷却管２２ｂ・２２ｂ・・・の周囲空間を冷却した後に、前記冷却水管３２から排出される。
【００１６】
一方、前記クーラケース２２ａの後部上端は、前記過給機２のコンプレッサ１８に連通する吸気通路１７の左端部に接続されると共に、該クーラケース２２ａの前部上端は、前記吸気マニホールド１２の後部下端に接続されている。これにより、前記過給機２のコンプレッサ１８で圧縮されて温度が上昇した高温の吸気は、吸気通路１７を通ってクーラケース２２ａに流入し、冷却管２２ｂ・２２ｂ・・・の周囲空間を流れる間に冷却され、この冷却された吸気が、前記吸気マニホールド１２を介してシリンダヘッド５の各気筒に分配される。
【００１７】
そして、前記冷却水管３２は、前記クラッチ１１の潤滑油を冷却するためのオイルクーラ４９を介して冷却水管３１に接続され、該冷却水管３１の前端に前記清水クーラ２８が接続されている。これにより、インタークーラ２２からの海水は、冷却水管３２を通ってオイルクーラ４９に流入し、該オイルクーラ４９内でクラッチ１１の潤滑油を冷却した後、冷却水管３１を通って前記清水クーラ２８に流入する。該清水クーラ２８内においては、清水循環系統を循環する清水が低温の海水との熱交換によって冷却され、この冷却された清水が、エンジン１の冷却用ジャケットや、本発明に係わる過給機２の排気タービン１９に供給されるのである。
【００１８】
次に、本発明に係わる過給機２の構成と、その冷却構造について、図１乃至図１２により説明する。
図１乃至図４に示すように、該過給機２は、コンプレッサ１８と排気タービン１９とから成り、前述のように、排気マニホールド１３の後方において、左右方向に連設されている。そして、前記コンプレッサ１８の羽根車であるインペラ３３と、排気タービン１９の羽根車であるタービンホイール３５とは、図示せぬ軸受けによって回動可能に支持されたタービンシャフト３４を介して連結されている。
【００１９】
このうちの排気タービン１９においては、前記タービンホイール３５はタービンハウジング４０に収容され、該タービンハウジング４０の前部には、連結管４１の後端が接続され、該連結管４１の前端は、前記排気マニホールド１３の後端に接続されている。更に、タービンハウジング４０は、本発明に係わるタービンカバー３９によって覆われており、該タービンカバー３９の右側面には、タービンハウジング４０の右側面の開口４０ｄと側面視で重なるように、円形の排気口３９ａが開口されている。
【００２０】
前記コンプレッサ１８においては、前記トップカバー１４ｃの後方で左右方向に、左から順に、エアクリーナ３７、及びインペラハウジング３８が連設され、該インペラハウジング３８に前記インペラ３３が収容されると共に、該インペラハウジング３８の前端部は、前記吸気通路１７の右端部に連通されている。
【００２１】
このような構成において、前記排気マニホールド１３から連結管４１を介してタービンハウジング４０に導入された排気ガスは、タービンホイール３５を回転させた後、タービンハウジング４０の開口４０ｄを通って、タービンカバー３９の排気口３９ａから外部に排出される。それに伴い、タービンシャフト３４を介して前記タービンホイール３５と一体的にインペラ３３が回転し、外部から吸気が取り込まれ、該吸気は前記エアクリーナ３７によって浄化された後にインペラハウジング３８に流入し、流入した吸気は、前記インペラ３３によって圧縮されてから前記吸気通路１７に送出される。
【００２２】
そして、この圧縮によって温度が上昇した高温の吸気は、前述したように、前記吸気通路１７を通ってクーラケース２２ａに流入し、冷却管２２ｂ・２２ｂ・・・の周囲空間を流れる間に冷却され、この冷却された吸気が、圧縮空気として、前記吸気マニホールド１２を介してシリンダヘッド５の各気筒に対して送り込まれるようにしており、エンジン出力や燃費の向上を図ることができる。
【００２３】
図３、図８に示すように、前記タービンハウジング４０は、左右水平方向に軸心を有する円筒部４０ａと、該円筒部４０ａの外周面４０ｅの前斜め上部より前方に先細り円錐状に突設された排気導入部４０ｂとから成り、これら円筒部４０ａと排気導入部４０ｂとは一体的に構成されている。そして、該排気導入部４０ｂの前端開口部にはフランジ４０ｃが形成され、該フランジ４０ｃが、前記連結管４１の後端の後フランジ４１ａに、複数のボルト等の締結具４３によって締結固定されるようにして、タービンハウジング４０が連結管４１に接続されている。
【００２４】
更に、該連結管４１の前端にも、排気取入口４１ｃを開口した前フランジ４１ｂが形成されており、該前フランジ４１ｂが、前記排気マニホールド１３の後端に、複数の締結具４４によって締結固定されるようにして、連結管４１が排気マニホールド１３に接続されている。
【００２５】
このようにして前記排気マニホールド１３に接続固定されたタービンハウジング４０は、該タービンハウジング４０の外周面４０ｅが前記タービンカバー３９の内周面３９ｂと直接接触しないようにした状態で、タービンカバー３９のカバー室３９ｃ内に保持されている。そして、この外周面４０ｅと内周面３９ｂとの間には、所定の厚さの隙間が確保され、該隙間に空気層４５が充填されている。
【００２６】
該空気層４５が、熱伝動に対する抵抗に優れた材料、いわゆる断熱材として機能するため、タービンハウジング４０の熱は、主に輻射と対流だけでタービンカバー３９に伝達される。従って、タービンハウジング４０のタービン室４０ｆ内を流れる排気ガスには、熱伝導によっては放出されない熱が残存するため、排気ガスの著しい温度低下は抑制される。同時に、後述の如く清水で冷却されたタービンカバー３９への入熱も軽減されるため、タービンハウジング４０の冷却に使用された後の清水の温度上昇は抑制されることとなる。
【００２７】
ただし、この空気層４５の断熱性能は、前記外周面４０ｅと内周面３９ｂとの間の隙間の厚さを変えて空気層４５の厚さを変更するだけで、所定の性能に設定することができ、使用する過給機２に適した断熱性能を容易に確保することができる。
【００２８】
図３、図５乃至図１２に示すように、前記タービンカバー３９においては、右側面に円形の前記排気口３９ａが開口されると共に、左側面は開放されて前記インペラハウジング３８の右側面に覆設されている。そして、タービンカバー３９の前端部には左右両側に拡幅されて取付部３９ｄが形成され、該取付部３９ｄの左右両凸部には、それぞれに一対の締結孔３９ｅ・３９ｅが上下位置に穿孔されている。該複数の締結孔３９ｅ・３９ｅ・・・に、複数の図示せぬボルト等を螺挿することにより、前記取付部３９ｄは、前記排気マニホールド１３を収容するカバー１５の後端に締結固定されている。
【００２９】
前記取付部３９ｄの前面には、左右一対の清水入口３９ｆと清水出口３９ｇが開口され、これらの清水入口３９ｆと清水出口３９ｇは、タービンカバー３９内に一体的に形成された図６に示す循環路４６内に連通されている。該循環路４６は、前記清水入口３９ｆに前端部で連通する水平水路４６ａと、該水平水路４６ａの後端に接続する下降水路４６ｂと、該下降水路４６ｂの前端に接続する上昇水路４６ｃとから成り、該上昇水路４６ｃの前端部には前記清水出口３９ｇが連通されている。
【００３０】
ここで、前記排気マニホールド１３からの排気ガスは、タービンホイール３５の回転外周面に沿って流れるため、タービンハウジング４０において該回転外周面近傍に位置する前記外周面４０ｅが特に高温となるが、該外周面４０ｅに沿うようにして、前記タービンカバー３９内に循環路４６が設けられている。これにより、該循環路４６近傍の冷却効率の高い部分が、タービンハウジング４０で特に温度の高い部分に近接配置されることとなり、タービンハウジング４０を効果的に冷却できるようにしている。
【００３１】
更に、前記タービンカバー３９の清水入口３９ｆと清水出口３９ｇを前端に開口する取付部３９ｄと、前記タービンハウジング４０への排気取入口４１ｃを前端に開口する連結管４１の前フランジ４１ｂとは、タービンカバー３９の前側面３９ｈを通る略同一の鉛直平面４８に沿って、上下に並列に配置されている。これにより、該清水入口３９ｆ、清水出口３９ｇ及び排気取入口４１ｃは、排気タービン１９の取付位置である、排気マニホールド１３とそのカバー１５の後端近傍に集約して配置できるようにしている。
【００３２】
このような構成において、エンジン１を冷却するための清水が、前記清水クーラ２８から、カバー１５内に設けられた図示せぬ配管と前記清水入口３９ｆを通って、タービンカバー３９内の循環路４６に流入し、水平水路４６ａ、下降水路４６ｂ、上昇水路４６ｃを順に通りながらタービンカバー３９を水冷する。その後、清水出口３９ｇから吐出された清水は、そのままエンジン１の冷却用ジャケットに供給されてエンジン１の水冷に使用される。なお、この吐出後の清水は、エンジン１の冷却用ジャケットに供給せずに、清水の循環系統に戻すようにしてもよい。
【００３３】
そして、このようにして低温に水冷されたタービンカバー３９は、タービンハウジング４０を汚染と腐食等から守る通常の保護機能に加え、高温のタービンハウジング４０から熱伝導や対流によって伝達されてきた熱を積極的に奪うと同時に、タービンハウジング４０からの輻射を遮断するといった冷却のための外側低温部としての機能も有するものであり、該タービンカバー３９が、断熱性能に優れた内側断熱部として機能する前記空気層４５を取り囲むようにして、本発明に係わる冷却構造体４７が構成されている。
【００３４】
従って、該冷却構造体４７の外表面に相当するタービンカバー３９の外表面は、過給機２を長時間駆動する場合であっても、清水による十分な冷却作用によって低温に保たれており、タービンカバー３９からは輻射熱がほとんど放出されない。
【００３５】
すなわち、エンジン１からの排気ガスによって回転するタービンホイール３５を備えた過給機２において、該タービンホイール３５を収容するタービンハウジング４０の周囲に、内側断熱部である空気層４５と、外側低温部であるタービンカバー３９とから成る冷却構造体４７を設けたので、前記タービンハウジング４０とタービンカバー３９との間に空気層４５を介設し、該タービンハウジング４０がタービンカバー３９に直接接触しないようにすることができ、該タービンハウジング４０のタービン室４０ｆ内の排気ガスの熱が過剰に奪われるのを防ぎ、タービン効率の低下を防止することができる。そして、前記タービンカバー３９に低温の清水を使用した場合には、該清水の温度上昇が前記空気層４５によって適度に緩和されるため、該清水を使ったエンジン１等の冷却効率の低下も防止することができる。また、過給機２の長時間駆動に伴いタービンハウジング４０から熱伝導や対流により伝達されてきた熱は、タービンカバー３９によって効果的に奪われると同時に、タービンハウジング４０からの輻射も、タービンカバー３９によって確実に遮断されるため、タービンカバー３９の外表面、すなわち冷却構造体４７の外表面はそれほど高温になることはなく、過給機２周囲への輻射熱を確実に減少させることができる。
【００３６】
更に、前記内側断熱部は、前記タービンハウジング４０の外周面４０ｅと、外側低温部であるタービンカバー３９の内周面３９ｂとの間に介在する空気層４５とするので、前記タービンハウジング４０とタービンカバー３９との間に所定の大きさの隙間を設けるだけで済み、石綿等の断熱材や該断熱材を閉じこめて成るラギング材等の遮熱体を新たに設ける必要がなく、前記冷却構造体４７の部品コストの低減や組立性・メンテナンス性の向上を図ることができる。更には、前記隙間の厚さを変更するだけで断熱性能を自在に調節することができ、様々な仕様の過給機２の冷却への対応が可能となる。
【００３７】
加えて、前記外側低温部は、前記タービンハウジング４０を覆って保護するカバー部材であるタービンカバー３９を兼用して成るので、前記外側低温部はタービンカバー３９を利用して設けることができ、冷却構造体４７の部品数を減らして、部品コストの低減や組立性・メンテナンス性の向上を図ることができる。
【００３８】
そして、前記カバー部材であるタービンカバー３９は、冷媒である清水の循環路４６を内部に一体的に形成して構成するので、前記タービンカバー３９の外表面に冷却配管等を周設する必要がなく、タービンカバー３９に必要な設置空間を縮小することができ、冷却構造体４７のコンパクト化を図ることができる。
【００３９】
更に、前記冷媒である清水は、前記エンジン１を冷却するための冷却水とするので、前記清水、及び該清水を循環路４６に供給するためのポンプやタンク等を別途に設けることなく、従来のエンジン冷却用の水冷システムを利用することができ、過給機２の冷却に必要な部品を減らして、更なる、部品コストの低減や組立性・メンテナンス性の向上、及びエンジン１のコンパクト化を図ることができる。
【００４０】
加えて、前記循環路４６は、前記タービンホイール３５の回転外周面に沿って周設するので、タービンハウジング４０で特に高温となる部分に沿って冷媒である清水の循環路４６を配置することができ、外側低温部であるタービンカバー３９による冷却効率を向上させることができる。
【００４１】
そして、前記循環路４６に冷媒である清水を給排する冷媒出入口である清水出入口３９ｆ・３９ｇと、前記タービンハウジング４０にエンジン１からの排気ガスを導入する排気取入口４１ｃを、前記カバー部材であるタービンカバー３９の同じ側で該タービンカバー３９の前側面３９ｈに沿って並列配置するので、前記清水出入口３９ｆ・３９ｇと排気取入口４１ｃを排気タービン１９の取付位置である、排気マニホールド１３とそのカバー１５の後端近傍に集約して配置し、清水の給排と排気ガスの導入に必要な接続空間を縮小することができ、排気タービン１９のコンパクト化、ひいては過給機２のコンパクト化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、エンジンからの排気ガスによって回転するタービンホイールを備えた全ての過給機に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係わるエンジンの全体構成を示す右側面図である。
【図２】同じく左側面図である。
【図３】同じく平面図である。
【図４】同じく背面図である。
【図５】タービンカバーの前方斜視図である。
【図６】タービンカバーにおける循環路の前方斜視図である。
【図７】タービンカバーの後方斜視図である。
【図８】排気タービンの左側面図である。
【図９】タービンカバーの右側面図である。
【図１０】同じく平面図である。
【図１１】同じく背面図である。
【図１２】同じく正面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ エンジン
２ 過給機
３５ タービンホイール
３９ タービンカバー（外側低温部、カバー部材）
３９ｂ 内周面
３９ｆ・３９ｇ 清水出入口（冷媒出入口）
３９ｈ 前側面（側面）
４０ タービンハウジング
４０ｅ 外周面
４１ｃ 排気取入口
４５ 空気層（内側断熱部）
４６ 循環路
４７ 冷却構造体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンからの排気ガスによって回転するタービンホイールを備えた過給機において、該タービンホイールを収容するタービンハウジングの周囲に、内側断熱部と外側低温部とから成る冷却構造体を設けたことを特徴とする過給機の冷却構造。
【請求項２】
前記内側断熱部は、前記タービンハウジングの外周面と外側低温部の内周面との間に介在する空気層とすることを特徴とする請求項１に記載の過給機の冷却構造。
【請求項３】
前記外側低温部は、前記タービンハウジングを覆って保護するカバー部材を兼用して成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の過給機の冷却構造。
【請求項４】
前記カバー部材は、冷媒の循環路を内部に一体的に形成して構成することを特徴とする請求項３に記載の過給機の冷却構造。
【請求項５】
前記冷媒は、前記エンジンを冷却するための冷却水とすることを特徴とする請求項４に記載の過給機の冷却構造。
【請求項６】
前記循環路は、前記タービンホイールの回転外周面に沿って周設することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の過給機の冷却構造。
【請求項７】
前記循環路に冷媒を給排する冷媒出入口と、前記タービンハウジングにエンジンからの排気ガスを導入する排気取入口を、前記カバー部材の同じ側で該カバー部材側面に沿って並列配置することを特徴とする請求項４から請求項６のうちのいずれか一項に記載の過給機の冷却構造。
【請求項１】
エンジンからの排気ガスによって回転するタービンホイールを備えた過給機において、該タービンホイールを収容するタービンハウジングの周囲に、内側断熱部と外側低温部とから成る冷却構造体を設けたことを特徴とする過給機の冷却構造。
【請求項２】
前記内側断熱部は、前記タービンハウジングの外周面と外側低温部の内周面との間に介在する空気層とすることを特徴とする請求項１に記載の過給機の冷却構造。
【請求項３】
前記外側低温部は、前記タービンハウジングを覆って保護するカバー部材を兼用して成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の過給機の冷却構造。
【請求項４】
前記カバー部材は、冷媒の循環路を内部に一体的に形成して構成することを特徴とする請求項３に記載の過給機の冷却構造。
【請求項５】
前記冷媒は、前記エンジンを冷却するための冷却水とすることを特徴とする請求項４に記載の過給機の冷却構造。
【請求項６】
前記循環路は、前記タービンホイールの回転外周面に沿って周設することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の過給機の冷却構造。
【請求項７】
前記循環路に冷媒を給排する冷媒出入口と、前記タービンハウジングにエンジンからの排気ガスを導入する排気取入口を、前記カバー部材の同じ側で該カバー部材側面に沿って並列配置することを特徴とする請求項４から請求項６のうちのいずれか一項に記載の過給機の冷却構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−５９８０７（Ｐ２０１０−５９８０７Ａ）
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２４１４４（Ｐ２００８−２２４１４４）
【出願日】平成２０年９月１日（２００８．９．１）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１日（２００８．９．１）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
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