JP2008513671A

JP2008513671A - 内燃機関のターボ過給システム用管路

Info

Publication number: JP2008513671A
Application number: JP2007532276A
Authority: JP
Inventors: アウグスティンソン，ジョナス; クラウシェ，セバスティアン; イシン，マグナス; アンデルソン，ペル
Original assignee: ボルボラストバグナーアーベー
Priority date: 2004-09-21
Filing date: 2004-09-21
Publication date: 2008-05-01
Also published as: WO2006033602A1; BRPI0419054A; US20080163624A1; CN101027473A; EP1797312A1

Abstract

本発明は、エンジンの燃焼室からターボ過給システムに排気ガスを排出する少なくとも１本の排気管路と、前記燃焼室に空気を供給する少なくとも１本の吸気管路とを有する内燃機関のターボ過給システム用管路（２８）に関する。前記ターボ過給システムは、少なくとも１個の圧縮機と協働して前記エンジンの排気流からエネルギーを抽出するとともに前記エンジンの前記吸気を加圧する少なくとも１個のタービンを含む。低い圧力損失を有する管路を作り出すために、前記吸気管路は（２８）は、曲り管路部分の少なくとも一部分が非円形断面を有する曲り管路部分により前記圧縮機（１９）からの出口（３１）に接続され、前記曲り管路部分の下流において管直径の５倍未満の位置にディフューザが配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの燃焼室からターボ過給システムに排気ガスを排出する少なくとも１本の排気管路と、前記燃焼室に空気を供給する少なくとも１本の吸気管路とを有する内燃機関のターボ過給システム用管路において、前記ターボ過給システムは、少なくとも１個の圧縮機と協働してエンジンからの排気流からエネルギーを抽出するとともに、前記エンジンの吸気を加圧する少なくとも１個のタービンを含む管路に関する。

特に大型車両用ディーゼル式内燃機関の過給用の従来技術のターボ過給システムは、通常、いずれもラジアル式の、単段形タービンによって駆動される単段形圧縮機を含む。時には中間冷却機能を含むこともある二段過給機能を有するターボ過給システムも見受けられるが、このような設備は、通常大きな空間を占める。したがって、この種の技術的解決策は、空間が厳しく制限される自動車には適用困難である。環境要件により、通常、エンジン室内の設置空間は、さらに排気ガス後処理用設備、たとえば冷却された排気ガスを排気側から吸気側に再循環させるＥＧＲ装置によってふさがれることになる。エンジン効率の向上に対する要求によって、さらにまた、冷却装置の容量を増加させる必要性が生じ、これによってエンジンのまわりの空間がさらに奪われる。したがって、エンジンとターボ過給システムとの間における管路を、管路内における圧力損失が最小限に抑えられるように構成することが大きな課題となっている。この問題が適切に解決されなければ、二段過給を用いることの利点は、設置上の妥協によって引き起こされる損失により実質的に相殺されてしまうという危険性がある。

ＮＡＣＡＴＮ２７３６、１９５２年６月

よって、本発明の目的は、内燃機関用ターボ過給システムの設置を容易にする、低い圧力損失を有する管路を作り出すことにある。

本発明にしたがって前記の目的のために構成される、エンジンの燃焼室からターボ過給システムに排気ガスを排出する少なくとも１本の排気管路と、前記燃焼室に空気を供給する少なくとも１本の吸気管路とを有する内燃機関のターボ過給システム用管路は、少なくとも１個の圧縮機と協働してエンジンの排気流からエネルギーを抽出するとともにエンジンの吸気を加圧する少なくとも１個のタービンを含んでおり、前記吸気管路は、曲り管路部分の少なくとも一部分が非円形断面を有する曲り管路部分により前記圧縮機からの出口に接続され、前記曲り管路部分の下流において管直径の５倍未満の位置にディフューザが配置されることを特徴とする。管路がこのように構成される結果として、前記管路は、管路内における圧力降下のいかなる有意な増加も伴うことなく、圧縮機から自動車の前部に配置される給気冷却器まで急な屈曲部を有して省スペースでコンパクトな態様で延在せしめられうる。

本発明の有利な例証的実施形態は、以下の独立請求項に示されている。
以下に、添付図面に示される例証的な実施形態を参照して、本発明をより詳細に説明する。

本発明を、主として、特にトラック、バスおよび建設機械等の大型車両に用いられる、約６〜約２０リットルの範囲内の排気量を有するディーゼル機関用２段過給システムに用いる場合に関して説明する。この過給システムの特徴は、現行のシステムと比較して、大幅に効果的な過給が得られるところにある。この過給は、ラジアル式の２個の直列接続の圧縮機を有する２段において、中間冷却を用いて実現される。低圧圧縮機と呼ばれる第１の圧縮段は、軸流式の低圧タービンによって駆動される。第２の圧縮段である高圧圧縮機は、ラジアル式の高圧タービンによって駆動される。

図１に、従来的に吸気マニホルド１２および２個の別個の排気マニホルド１３、１４と連通する６個のエンジンシリンダ１１からなるエンジンブロック１０が図示されている。これらの２個の各排気マニホルドは、３個のエンジンシリンダから排気ガスを受ける。これらの排気ガスは、別個の管路１５、１６を介して、タービン１７と共通の軸上に取り付けられる圧縮機１９を含む高圧ターボ装置１８内のタービン１７へと送られる。

排気ガスは、さらに管路２０を介して、タービン２１と共通の軸上に取り付けられる圧縮機２３を含む低圧ターボ装置２２内のタービン２１に送られる。排気ガスは、最後に、さらに管路２４を介して、排気ガスの後処理用装置からなりうる、エンジンの排気装置へと送られる。

濾過された吸気は、管路２５を介してエンジンに取り入れられるとともに、低圧ターボ装置２２の圧縮機２３に送られる。管路２６は、この吸気をさらに第１の給気冷却器２７を介して高圧ターボ装置１８の圧縮機１９に送る。この中間冷却を有する２段過給の後に、吸気は、さらに管路２８を介して第２の給気冷却器２９に送られ、然る後に、吸気は、管路３０を介して吸気マニホルド１２に達する。

管路２８は、右側部分に圧縮機１９からの円錐形のディフューザ出口３１が図示されている図２において、拡大されて示されている。圧縮機の下流における管路内の圧力降下を制限するために、ディフューザ３２は、曲り管部分３３の下流に配置された。ディフューザ３２は、好ましくは流れの方向に円錐状に拡径されるとともに、その他の部分においては標準的な構成とされる。

管路２８の省スペース設置は、この例証的な実施形態では、約９０度の角度で湾曲せしめられる管部分３３が、小さい曲率半径を有するという事実によって容易になる。一般に、前記管部分の下流に配置されるディフューザの性能は、静圧の上昇および降下に関して、曲り管部分を通過する流れの一様性という点での速度分布の質に大きく左右される。本発明によれば、この流れの質は、前記曲り管部分の断面がディフューザの上流において非円形となるという事実によって高められた。前記管部分は、ここでは、断面積が略一定になると同時に流れがより一様な曲率半径を得るような態様に扁平化されることが好ましい。湾曲した曲管部分の扁平化は、ここでは、最短の流線、すなわち流体粒子が辿りうる最短経路の長さが、円形断面の対応する曲り管路部分と比較して、より大きくなるような態様に実現されるべきである。好ましくは、曲り管部分３３は、いわゆるＮＡＣＡ曲管に準拠する構成とされ、これについては、たとえば曲管を通る二次元流れが示されている非特許文献１を参照されたい。

ディフューザ３３は、好ましくは、曲り管路部分の下流において管直径の最大５倍の距離の範囲内に配置される。しかし、実際には、前記ディフューザを管直径の最大２倍の距離の範囲内に配置するか、または曲り管路部分に適度に接近させて配置して、管路の長さを減じることが有利でありうる。

本発明は、前記の例証的な実施形態に制限されると見なされるべきではなく、むしろ数多くのさらに他の変形態様および改変が、以下の特許請求の範囲内において考えられうる。たとえば、管路２６は、後続のディフューザと対応する曲り管部分を有して構成されうる。加えて、管路２８は、１個を超えるディフューザと、自由に選択される湾曲角度を有しうる１個を超える曲り管部分３３とを有して構成されうる。加えて、管部分３３の前に、円錐状のディフューザが配置されうる。

２段ターボ過給システムを有する内燃機関の略図である。本発明にしたがった管路の斜視図である。図２の管路の平面図である。

Claims

エンジンの燃焼室（１１）からターボ過給システムに排気ガスを排出する少なくとも１本の排気管路（１５、１６）と、前記燃焼室に空気を供給する少なくとも１本の吸気管路（１２、２８、３０）とを有する内燃機関（１０）のターボ過給システム（１８）用管路（２８）であって、前記ターボ過給システムは、少なくとも１個の圧縮機（１９；２３）と協働して前記エンジンの排気流からエネルギーを抽出するとともに前記エンジンの前記吸気を加圧する少なくとも１個のタービン（１７；２１）を含む管路（２８）において、前記吸気管路（１２、２８、３０）は、曲り管路部分（３３）の少なくとも一部分が非円形の断面を有する、前記圧縮機（１９）からの出口（３１）の曲り管路部分（３３）と接続され、ディフューザ（３２）が、前記曲り管路部分の下流において管直径の５倍未満の位置に配置されることを特徴とする管路（２８）。
前記曲り管路部分（３３）は、最短の流線、すなわち流体粒子が辿りうる最短経路の長さが、円形断面の対応する曲り管路部分と比較して、より大きくなるような態様に扁平化されることを特徴とする請求項１に記載の管路。
前記曲り管路部分（３３）は、円形断面の対応する曲り管路部分の曲率中心から断面積の重心までの距離が漸増し、然る後に漸減するような態様に扁平化されることを特徴とする請求項２に記載の管路。
前記ディフューザ（３２）は、前記曲り管路部分の下流において管直径の２倍未満の位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の管路。
前記ディフューザ（３２）は、前記曲り管路部分の下流において管直径の１倍未満の位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の管路。
前記曲り管路部分の前に、ディフューザが配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の管路。
前記ターボ過給機は、圧縮機とタービンとが直列に配置される２段過給のターボシステム用に意図されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の管路。
前記内燃機関（１０）は、ディーゼル機関であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の管路。
前記内燃機関（１０）は、大型車両に取り付けられることを特徴とする請求項８に記載の管路。