JP2016128674A - エンジンの排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シングルスクロールタイプにおいて排気の動圧の干渉を減少させてターボ特性を向上できるエンジンの排気装置を提供する。
【解決手段】４気筒のエンジン３０の排気マニフォルドを、排気干渉が生じない２つの排気マニフォルド４０、４１に分けて形成すると共に両排気口４３、４４が分割された集合管４２で集合させ、集合管４２を、シングルスクロールターボチャージャ５０のシングルスクロール５７の入口管５５に連結し、入口管５５に、２つの排気マニフォルド４０、４１からの排気を分けて排気タービン５３に導入する仕切板１０を設けたものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンの吸排気系にターボチャージャを接続したエンジンの排気装置に関するものである。

エンジンの吸排気系に接続されるターボチャージャには、排気側がシングルスクロールを有するシングルスクロールターボチャージャと、ツインスクロールとなるツインスクロールターボチャージャがある。

シングルスクロールターボチャージャは作動する回転領域が狭く、ツインスクロールターボチャージャはスクロールをツインにすることで低回転から高回転域まで作動するメリットがある。

通常ターボチャージャを低回転域より作動させるためには、タービンハウジングのＡ／Ｒ比を小さくして排ガスの流路面積を狭くする必要があるが、高回転域では、逆に排ガスが流れにくくなり、エンジンの出力の頭打ちが早くなる。

ツインスクロールターボチャージャは、スクロールがツインであるものの、タービンは一つであり、可変ノズルターボのように排気を制御する機能を備えないため、低回転領域以外では特性はシングルスクロールターボチャージャと変わらない。

ツインスクロールターボチャージャを用いる場合には、４気筒エンジンでは、各気筒の干渉を避けるため、４−２排気マニフォルドが用いられる。

図４は４−２排気マニフォルドを持つ４気筒エンジン１００と、ツインスクロールターボチャージャ１１０のツインスクロール１５４、１５５を組み合わせた模式図を示したものである。

４気筒エンジン１００の場合、１番排気ポート１０１，２番排気ポート１０２，３番排気ポート１０３，４番排気ポート１０４のうち、１番排気ポート１０１と４番排気ポート１０４からの排気を集合させた第１排気マニフォルド１０５と、２番排気ポート１０２と３番排気ポート１０３とを集合させた第２排気マニフォルド１０６とに分け、この第１排気マニフォルド１０５を一方のツインスクロール１５４に接続し、第２排気マニフォルド１０６を他方のツインスクロール１５５に接続している。

特開２０１０−０８４５７９号公報 特開２００８−２１５１７９号公報

ところで、ディーゼルエンジンの場合、広い負荷範囲で運転されることと、低速トルクを上げたいことにより、タービン入口に可変ノズルを用いた可変容量ターボチャージャがある。

そこで、図４に示したツインスクロールのタービン１５３の外周に可変のノズルベーンを設けることが考えられるが、排気マニフォルドが２つに分けられているため、片持ち支持された可変のノズルベーンの耐久性上ノズルベーンを設けることは不可能であり、また逆に、可変容量ターボチャージャをツインスクロールにすることも不可能である。

従って、低速トルクを上げるためにノズルベーンを設ける場合の排気マニフォルドは４−１排気マニフォルドにせざるを得ず、排気干渉により動圧効果が減じられ、低速トルクをさらに向上させることはできない問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、シングルスクロールタイプにおいて排気の動圧の干渉を減少させてターボ特性を向上できるエンジンの排気装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、４気筒のエンジンの排気マニフォルドを、排気干渉が生じない２つの排気マニフォルドに分けて形成すると共に両排気口が分割された集合管で集合させ、該集合管を、シングルスクロールターボチャージャのシングルスクロールの入口管に連結し、該入口管に、前記２つの排気マニフォルドからの排気を分けて排気タービンに導入する仕切板を設けたことを特徴とするエンジンの排気装置である。

前記シングルスクロールのタービンブレードの外周には、可変ノズルベーンが設けられるのが好ましい。

前記仕切板は、２つの排気マニフォルドの集合管と前記シングルスクロールの入口管を接続するフランジ間に取り付けられる仕切板フランジに取り付けられるのが好ましい。

本発明は、排気干渉を避けるべく排気マニフォルドを２系統に分割した状態で、シングルスクロールターボチャージャのシングルスクロールに接続し、そのシングルスクロールの入口管を２仕切板で２系統に分けることで、排気の動圧の干渉を防止しつつターボ特性の向上を図ることができるという優れた効果を発揮する。

本発明の一実施の形態を示すエンジンの排気装置の一部断面を含む模式図である。 （ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図である。（ｂ）は、本発明のエンジンの排気装置を用いた仕切板の外観斜視図である。 本発明のエンジンの排気装置を用いた排気ターボ過給機の一部破断側面図である。 従来の排気装置の断面図である。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、エンジンの排気装置の一部断面を含む模式図である。

図１に示すように、４気筒のエンジン３０の排気系は、シングルスクロールターボチャージャ５０のシングルスクロール５７に接続されてエンジンの排気装置が構成される。

エンジン３０は、１番シリンダ３１，２番シリンダ３２，３番シリンダ３３，４番シリンダ３４を有する。

排気マニフォルドは、図４で説明したように排気干渉を防ぐため、２系統の排気マニフォルド４０、４１に分割形成されている。図示の例では、１番シリンダ３１と４番シリンダ３４の排気ポートが一方の排気マニフォルド４０に集合され、２番シリンダ３２と３番シリンダ３３の排気ポートが、他方の排気マニフォルド４１に集合される。

排気マニフォルド４０、４１の排気口４３、４４が分割された状態で集合管４２で集合される。

シングルスクロールターボチャージャ５０のシングルスクロール５７には、排気タービン５３が設けられ、シングルスクロール５７の接線方向に排気を導入する入口管５５が設けられ、排気タービン５３の軸方向には、排気出口５４が設けられる。

図１、図３に示すようにノズルベーン５６は、ガイドリング５８を介して排気タービン５３の外周に取り付けられており、アクチュエータ５９によって排気タービン５３の角度を可変できるようになっている。

２つの排気マニフォルド４０、４１の集合管４２と、シングルスクロール５７の入口管５５とは、フランジ６０、６１で接合され、そのフランジ６０、６１の接合で、シングルスクロール５７の入口管５５内を流れる排ガスを２系統に仕切る仕切板１０が設けられる。

図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ線断面図であり、図２（ｂ）は、本発明の排気装置を用いた仕切板の外観斜視図である。

図２（ａ）に示すように、仕切板１０は、円環状に形成され、フランジ６０、６１で保持される仕切板フランジ１１に一体に形成されている。

仕切板１０の取り付けは、図３に示すようにシングルスクロール５７の入口管５５のフランジ６１と集合管４２のフランジ６０を接合する前に、仕切板１０を入口管５５内に挿入した後、仕切板フランジ１１をフランジ６０、６１で挟んで接合固定する。

次に、本実施の形態の作用を説明する。

先ず、エンジン３０が駆動され、その各シリンダの排気ポートから排ガスが排出される。

この際、排ガスは排気干渉が生じない２系統の排気マニフォルド４０、４１に排気され、集合管４２からシングルスクロール５７の入口管５５に流れるが、入口管５５も仕切板１０で仕切られているため、シングルスクロール５７内の排気タービン５３に流入する近傍まで排気干渉を受けることなく排気タービン５３を駆動することができる。

またエンジン３０が低回転域のときでも、入口管５５は仕切板１０で仕切られるため、排気マニフォルド４０、４１から入口管５５に流入する排ガスの流速が下がることなく、またノズルベーン５６の翼角を絞ることでさらに特性を向上させることができる。

この際、仕切板１０の先端では、シングルスクロール５７内の排ガスは合流乃至拡散してノズルベーン５６に均一に排ガスが当たるため、ノズルベーン５６が片持ち支持でも不具合を起こすことがない。

このように、本発明は、排気マニフォルドを２系統に分け、シングルスクロールターボチャージャのシングルスクロールの入口管に仕切板を設けることにより、排気の動圧の干渉を減少させつつターボ特性を向上させることができる。

１０ 仕切板
１１ 仕切板フランジ（フランジ）
３０ エンジン
４０、４１ 排気マニフォルド
４２ 集合管
５０ シングルスクロールターボチャージャ
５５ 入口管
５７ シングルスクロール

Claims (3)

1. ４気筒のエンジンの排気マニフォルドを、排気干渉が生じない２つの排気マニフォルドに分けて形成すると共に両排気口が分割された集合管で集合させ、該集合管を、シングルスクロールターボチャージャのシングルスクロールの入口管に連結し、該入口管に、前記２つの排気マニフォルドからの排気を分けて排気タービンに導入する仕切板を設けたことを特徴とするエンジンの排気装置。
2. 前記シングルスクロールのタービンブレードの外周には、可変ノズルベーンが設けられる請求項１に記載のエンジンの排気装置。
3. 前記仕切板は、２つの排気マニフォルドの集合管と前記シングルスクロールの入口管を接続するフランジ間に取り付けられる仕切板フランジに取り付けられる請求項１又は２記載のエンジンの排気装置。

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