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公開番号2025128566
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-03
出願番号2024025296
出願日2024-02-22
発明の名称内燃機関およびその排気系設計方法
出願人日産自動車株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類F02B 37/02 20060101AFI20250827BHJP(燃焼機関;熱ガスまたは燃焼生成物を利用する機関設備)
要約【課題】ターボチャージャのタービン14の上流に触媒コンバータ13が配置された排気系において、タービン効率および燃費が良好となるように排気系レイアウトを最適化する。
【解決手段】内燃機関2のシリンダヘッド11の排気出口12に触媒コンバータ13が接続されており、その下流にタービン14が配置されている。シリンダヘッド11の排気出口12とタービン14の排気入口15との間の排気系容積は、代表運転点である定格運転点において、タービン効率が最大となる最良容積にチューニングされている。排気出口12と排気入口15との間の距離(排気系の長さ)は、両者間の容積を最良容積に得るという制約の中で、定格運転点において、「タービン効率とタービン入口ガス温度との積」が最大となる距離にチューニングされている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
排気通路にターボチャージャのタービンを備えた内燃機関において、
シリンダヘッドの排気出口と上記タービンの排気入口との間に触媒コンバータが位置しており、
上記排気出口と上記排気入口との間の距離は、代表運転点の下で、両者間の排気系容積がタービン効率が最大となる容積を有しつつ、タービン効率とタービン入口ガス温度との積が最大となる距離に設定されている、
内燃機関。
続きを表示（約 460 文字）【請求項２】
上記内燃機関は、シリーズハイブリッド車両において発電機を駆動する発電用内燃機関であり、
上記代表運転点は、発電時の熱効率が最良となる定格運転点である、
請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
上記内燃機関は、車両を駆動する内燃機関であり、
上記代表運転点は、上記内燃機関の最高出力点である、
請求項１に記載の内燃機関。
【請求項４】
排気通路にターボチャージャのタービンを備え、このタービンの上流側に触媒コンバータが位置する内燃機関の排気系設計方法であって、
上記内燃機関の代表運転点を定め、
シリンダヘッドの排気出口と上記タービンの排気入口との間の排気系容積を、上記代表運転点においてタービン効率が最大となる最良容積に定め、
上記排気出口と上記排気入口との間の距離を、上記最良容積の制約の中で、タービン効率とタービン入口ガス温度との積が最大となる距離に定める、
内燃機関の排気系設計方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明は、排気通路にターボチャージャのタービンを備えた内燃機関およびその排気系設計方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
排気通路にターボチャージャのタービンを備えたターボチャージャ付き内燃機関にあっては、シリンダヘッドの排気出口にタービンのハウジングが取り付けられ、このタービンハウジングの排気出口の直下に触媒コンバータが配置された排気系レイアウトが一般的である。しかし、このような触媒コンバータの上流にタービンが位置する構成では、冷間始動後の触媒の暖機が遅くなるとともに、排圧によって内燃機関のポンピングロスが比較的に大きくなる。
【０００３】
これに対し、特許文献１には、ターボチャージャ付き内燃機関の排気系レイアウトとして、タービンの上流側に触媒コンバータを配置した構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２０－１１８０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のようにタービンの上流側に触媒コンバータが位置する構成では、タービンが触媒コンバータよりも上流側に位置する場合に比較してタービンの効率が低下するデメリットがあり、シリンダヘッドの排気出口からタービンに至る間の排気通路等の設定を適切にしないと、逆に内燃機関の効率つまり燃費性能が悪化する。特許文献１には、このようなことについての開示はない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、排気通路にターボチャージャのタービンを備えた内燃機関において、
シリンダヘッドの排気出口と上記タービンの排気入口との間に触媒コンバータが位置しており、
上記排気出口と上記排気入口との間の距離は、代表運転点の下で、両者間の排気系容積がタービン効率が最大となる容積を有しつつ、タービン効率とタービン入口ガス温度との積が最大となる距離に設定されている。
【０００７】
さらに、この発明に係る内燃機関の排気系設計方法は、
排気通路にターボチャージャのタービンを備え、このタービンの上流側に触媒コンバータが位置する内燃機関の排気系設計方法であって、
上記内燃機関の代表運転点を定め、
シリンダヘッドの排気出口と上記タービンの排気入口との間の排気系容積を、上記代表運転点においてタービン効率が最大となる最良容積に定め、
上記排気出口と上記排気入口との間の距離を、上記最良容積の制約の中で、タービン効率とタービン入口ガス温度との積が最大となる距離に定める。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、シリンダヘッドの排気出口とタービンの排気入口との間の排気系容積および距離を適切なものとすることで、高いタービン効率を確保しつつポンピングロスを低減することができ、内燃機関の燃費低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
シリーズハイブリッド車両の構成説明図。
排気系レイアウトを模式的に示した説明図。
シリンダヘッドの排気出口とタービンの排気入口までの間の距離に対するＰＭＥＰ等の特性を示した特性図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明をシリーズハイブリッド車両用内燃機関に適用した一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。初めに、一実施例の内燃機関が用いられるシリーズハイブリッド車両について説明する。図１は、一実施例のシリーズハイブリッド車両の構成を概略的に示している。シリーズハイブリッド車両は、主に発電機として動作する発電用モータジェネレータ１と、この発電用モータジェネレータ１を電力要求に応じて駆動する発電用内燃機関として用いられる内燃機関２と、主にモータとして動作して駆動輪３を駆動する走行用モータジェネレータ４と、発電した電力を蓄えるバッテリ５と、を備えて構成されている。内燃機関２が発電用モータジェネレータ１を駆動することによって得られた電力は、図示しないインバータ装置を介してバッテリ５に蓄えられる。走行用モータジェネレータ４は、バッテリ５の電力を用いて駆動制御される。走行用モータジェネレータ４の回生時の電力は、やはり図示しないインバータ装置を介してバッテリ５に蓄えられる。
（【００１１】以降は省略されています）

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