JP2016133012A - Exhaust system for engine - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to an engine exhaust system in which a turbocharger is connected to an intake / exhaust system of an engine.
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。 Turbochargers connected to the intake / exhaust system of the engine include a single scroll turbocharger having a single scroll on the exhaust side and a twin scroll turbocharger having a twin scroll.
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。 The single scroll turbocharger operates in a narrow rotation range, and the twin scroll turbocharger has the advantage of operating from a low rotation to a high rotation range by making the scroll twin.
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り、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。 Normally, in order to operate the turbocharger from a low rotation range, it is necessary to reduce the A / R ratio of the turbine housing to narrow the exhaust gas passage area. On the other hand, in the high rotation range, the exhaust gas hardly flows. The engine output reaches its peak.
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るため、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。 Although the twin scroll turbocharger has a twin scroll, it has one turbine and has a function of controlling exhaust like a variable nozzle turbo. Therefore, the characteristics are the same as those of a single scroll turbocharger except in a low rotation range.
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。 When a twin scroll turbocharger is used, a 4-cylinder engine uses a 4-2 exhaust manifold to avoid interference between the cylinders.
図5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。
FIG. 5 shows a schematic diagram in which a four-
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。
In the case of the four-
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。 By the way, in the case of a diesel engine, there is a variable capacity turbocharger that uses a variable nozzle at the turbine inlet because of operating in a wide load range and increasing low-speed torque.
そこで、図5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することも不可能である。
Therefore, it is conceivable to provide a variable nozzle vane on the outer periphery of the twin-
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。 Therefore, the exhaust manifold in the case of providing the nozzle vane in order to increase the low speed torque has to be 4-1 exhaust manifold, and there is a problem that the dynamic pressure effect is reduced by the exhaust interference and the low speed torque cannot be further improved.
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。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and to provide an engine exhaust device that can improve turbo characteristics by reducing interference of exhaust dynamic pressure in a single scroll type.
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タービンブレードに導入すると共に動圧に応じて変形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。 In order to achieve the above object, the present invention divides the exhaust manifold of a four-cylinder engine into two exhaust manifolds that do not cause exhaust interference, and collects the exhaust manifolds by collecting pipes that are divided into two exhaust ports. The pipe is connected to the single scroll inlet pipe of the single scroll turbocharger, and the inlet pipe is provided with a partition plate that separates the exhaust from the two exhaust manifolds and introduces it into the turbine blade and deforms according to the dynamic pressure. This is an engine exhaust device.
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。 A variable nozzle vane is preferably provided on the outer periphery of the single scroll turbine blade.
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付られる仕切板フランジに取り付けられるのが好ましい。 It is preferable that the partition plate is attached to a partition plate flange attached between flanges connecting the collecting pipes of two exhaust manifolds and the inlet pipe of the single scroll.
前記仕切板は、厚さ0.1〜0.2mmのステンレス板からなるのが好ましい。 The partition plate is preferably made of a stainless steel plate having a thickness of 0.1 to 0.2 mm.
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。 In the present invention, an exhaust manifold is divided into two systems to avoid exhaust interference, and connected to a single scroll of a single scroll turbocharger, and an inlet pipe of the single scroll is divided into two systems by two partition plates. An excellent effect that the turbo characteristics can be improved while preventing the interference of the dynamic pressure is exhibited.
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。 A preferred embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
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。 FIG. 1 is a schematic view including a partial cross-section of an engine exhaust device.
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。
As shown in FIG. 1, the exhaust system of the four-
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。
The
排気マニフォルドは、図5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。
As described in FIG. 5, the exhaust manifold is divided into two
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。
The
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、タービンブレード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、タービンブレード53の軸方向には、排気出口54が設けられる。
The
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を介してタービンブレード53の外周に取り付けられており、アクチュエータ59によってタービンブレード53の角度を可変できるようになっている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
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、断面四角形状に形成されると共に、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。
The
図2(a)は、図1のA−A線断面図であり、図2(b)は、本発明の排気構造を用いた仕切板の外観斜視図である。 2A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 2B is an external perspective view of a partition plate using the exhaust structure of the present invention.
図2(a)、図2(b)に示すように、仕切板10は、集合管42と入口管55のフランジ60、61の形状に合わせて四角枠状に形成された仕切板フランジ11に一体に形成されている。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
仕切板10は、弾性を有し、例えば0.1mmから0.2mmの厚さのステンレス板で形成される。
The
仕切板10の取付は、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内の直線部に挿入した後、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。
As shown in FIG. 3, the
次に、本実施の形態の作用を説明する。 Next, the operation of the present embodiment will be described.
先ず、エンジン30の駆動され、その各シリンダの排気ポートから排ガスが排出される。
First, the
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内のタービンブレード53に流入する近傍まで排気干渉を受けることなくタービンブレード53を駆動することができる。
At this time, the exhaust gas is exhausted to the two
仕切板10は、弾性を有するため、図4(a)、図4(b)に示したように排気の動圧Pで変形して流路、動圧Pをタービンブレード53までスムーズに導くことができる。
Since the
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おとができる。
Even when the
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。
At this time, the exhaust gas in the
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、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。 Thus, according to the present invention, the exhaust manifold is divided into two systems, the partition plate is provided in the single scroll inlet pipe of the single scroll turbocharger, and the turbo characteristics can be improved while reducing the interference of the exhaust dynamic pressure. it can.
なお、集合管42と入口管55は、動圧で変形する仕切板10の移動を妨げないように断面四角形に形成する例を示しているが、仕切板10で完全に流路を2つに仕切る必要はなく、集合管42と入口管55を円形とし、仕切板10の幅を小さくして、円形の入口管55内で移動できるように構成してもよい。
The collecting
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
43、44 排気口
50 シングルスクロールターボチャージャ
53 タービンブレード
55 入口管
57 シングルスクロール
10
30
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2015006959A JP2016133012A (en) | 2015-01-16 | 2015-01-16 | Exhaust system for engine |
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JP2015006959A Pending JP2016133012A (en) | 2015-01-16 | 2015-01-16 | Exhaust system for engine |
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2015
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