JP2021076068A - 過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】タービンハウジングの保温性を効果的に向上する。【解決手段】排気により回転するタービン４１を収容するタービンハウジング６０を備える過給機４０であって、タービンハウジング４０は、排気上流側から順に、少なくとも、排気入口管部６１と、スクロール部６２とを有しており、排気入口管部６１及びスクロール部６２のうち、少なくとも排気入口管部６１は、外管６５と内管６６とを有する二重管構造とされており、排気入口管部６１を構成する外管６５と内管６６との間には、タービンハウジング６０を構成する他の部材よりも熱伝達率の低い断熱材６７が配されている。【選択図】図３

Description

本開示は、過給機に関し、特に、排気エネルギにより回転するタービンを収容するタービンハウジングの保温構造に関する。

一般に、エンジンに搭載される過給機は、排気のエネルギを用いて回転するタービンと、タービンと一体回転するコンプレッサとを備えており、コンプレッサにより加圧される吸気を気筒内に供給することにより、エンジンの出力向上が図られるようになっている。

この種の過給機のタービンハウジングとして、特許文献１には、ハウジングのスクロール部を、外側薄板金属層と、薄板金属の内層と、これら層間に介挿された繊維織地層とにより構成した構造が提案されている。また、特許文献２には、セラミックス製ハウジング内殻と、該内殻を覆う金属製ハウジング外殻と、これら内殻と外殻との間に充填された緩衝材とを備える構造が開示されている。

特開２００４−１８３６５１号公報 実開昭５７−１７１１０４号公報

上記過給機において、タービンハウジングの保温性を向上するには、ハウジングのスクロール部のみならず、排気マニホールドや上流側排気管に接続されるハウジング入口部の保温性を重点的に確保することが望ましい。上記文献記載の構造では、この点において改善の余地があるといえる。

本開示の技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、タービンハウジングの保温性を効果的に向上することを目的とする。

本開示の技術は、排気により回転するタービンを収容するタービンハウジングを備える過給機であって、前記タービンハウジングは、排気上流側から順に、少なくとも、排気入口管部と、該排気入口管部から湾曲するスクロール部とを有しており、前記排気入口管部及び前記スクロール部のうち、少なくとも前記排気入口管部は、外管と内管とを有する二重管構造とされており、前記排気入口管部を構成する外管と内管との間には、前記タービンハウジングを構成する他の部材よりも熱伝達率の低い断熱材が配されていることを特徴とする。

また、前記排気入口管部及び前記スクロール部が、前記外管と前記内管とを有する二重管構造とされており、前記排気入口管部を構成する外管と内管との間に配される断熱材の厚み及び、前記排気入口管部から連続する前記スクロール部の湾曲外側のうち、前記排気入口管部から流れ込む排気が直接的に当たる内壁面に至る部位までを構成する外管と内管との間に配される断熱材の厚みが、前記スクロール部の他の部位を構成する外管と内管との間に配される断熱材よりも厚く形成されていることが好ましい。

また、前記排気入口管部及び前記スクロール部が、前記外管と前記内管とを有する二重管構造とされており、前記断熱材が、前記排気入口管部を構成する外管と内管との間にのみ配されてもよい。

また、前記排気入口管部及び前記スクロール部が、前記外管と前記内管とを有する二重管構造とされており、前記断熱材が、前記排気入口管部を構成する外管と内管との間及び、前記排気入口管部から連続する前記スクロール部の湾曲外側のうち、前記排気入口管部から流れ込む排気が直接的に当たる内壁面に至る部位までを構成する外管と内管との間にのみ配されてもよい。

また、前記断熱材が、空気、シリカ材、又は、グラスウールであることが好ましい。

本開示の技術によれば、タービンハウジングの保温性を効果的に向上することができる。

本実施形態に係る過給機を搭載したエンジンの吸排気系を示す模式的な全体構成図である。 本実施形態に係る過給機４０を示す模式的な斜視図である。 本実施形態に係るタービンハウジングを示す模式的な断面図である。 他の実施形態に係るタービンハウジングを示す模式的な断面図である。 他の実施形態に係るタービンハウジングを示す模式的な断面図である。 他の実施形態に係るタービンハウジングを示す模式的な断面図である。

以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る過給機を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

［全体構成］
図１は、本実施形態に係る過給機４０を搭載したエンジン１０の吸排気系を示す模式的な全体構成図である。

図１に示すように、エンジン１０は、主としてシリンダヘッド１１及び、シリンダブロック１６を含むエンジン本体部を有する。

シリンダブロック１６には、ピストンＰを往復移動自在に収容する気筒１７が設けられている。ピストンＰには、コネクティングロッドＣＲやクランクアームＣＡ等を介してクランクシャフトＣＳが連結されており、ピストンＰの往復運動が回転運動に変換されてクランクシャフトＣＳに伝達されるようになっている。なお、図示の関係上、図１にはエンジン１０の複数気筒のうち１気筒のみを示し、他の気筒については図示を省略している。エンジン１０は、複数気筒又は単気筒の何れであってもよい。

シリンダヘッド１１には、気筒１７内に吸気を導入する吸気ポート１１Ａ及び、気筒１７内から排気を導出する排気ポート１１Ｂが設けられている。また、シリンダヘッド１１には、図示しない動弁機構により開閉作動する吸気バルブ１２及び、排気バルブ１４が設けられている。さらに、シリンダヘッド１１には、気筒１７内に燃料を直噴するインジェクタ１５が設けられている。なお、エンジン１０は、直噴式エンジンに限定されず、予混合式エンジンであってもよい。

シリンダヘッド１１の吸気側の側部には、吸気ポート１１Ａと連通する吸気マニホールド２０が設けられている。吸気マニホールド２０には、吸気上流側から順に、エアクリーナ２１、上流側吸気通路２２、過給機４０のコンプレッサハウジング５０、下流側吸気通路２３等が接続されている。下流側吸気通路２３には、過給機４０から圧送される吸気を冷却するインタークーラ２４等が設けられている。

シリンダヘッド１１の排気側の側部には、排気ポート１１Ｂと連通する排気マニホールド３０が設けられている。排気マニホールド３０には、排気上流側から順に、上流側排気通路３１、過給機４０のタービンハウジング６０、下流側排気通路３２等が設けられている。下流側排気通路３２には、排気後処理装置３３等が設けられている。

過給機４０は、排気エネルギにより回転駆動するタービン４１と、タービン４１と回転軸４３で連結されて吸気を圧送するコンプレッサ４２と、回転軸４３を軸支する不図示の軸受とを備えている。タービン４１はタービンハウジング６０内に収容されている。コンプレッサ４２はコンプレッサハウジング５０内に収容されている。これらタービンハウジング６０とコンプレッサハウジング５０との間には、軸受を収容する軸受ハウジング４６が設けられている。なお、過給機４０は、図示例のコンベンショナルタイプに限定されず、可変翼を備える可変容量型タイプであってもよい。

［タービンハウジング］
次に、本実施形態に係る過給機４０のタービンハウジング６０の詳細について説明する。

図２は、本実施形態に係る過給機４０を示す模式的な斜視図である。

図２に示すように、タービンハウジング６０は、排気上流側から順に、略円筒状且つ、略直線状の排気入口管部６１と、排気入口管部６１から連続して湾曲するスクロール部６２と、タービン収容部６３と、略円筒状の排気出口管部６４とを一体的に備えている。

排気入口管部６１の入口端には、環状のフランジ６９が設けられている。フランジ６９には、例えば、ボルト・ナットによって図１に示す上流側排気通路３１が締結される。なお、上流側排気通路３１を省略する場合、フランジ６９には、排気マニホールド３０が直接的に接続されてもよい。

スクロール部６２は、タービン収容部６３の外周を覆う略円周状に形成されている。スクロール部６２は、排気入口管部６１内に導入された排気を旋回させながらタービン収容部６３内に導入する。タービン収容部６３内には、タービン４１が回転自在に収容されている。タービン４１は、排気入口管部６１からスクロール部６２を介して流れ込む排気により回転駆動する。

排気出口管部６４は、タービン収容部６３から軸方向に突出して設けられている。排気出口管部６４には、図１に示す下流側排気通路３２が接続されており、タービン４１を通過した排気が排気後処理装置３３へと導かれるようになっている。

図３は、本実施形態に係るタービンハウジング６０を示す模式的な断面図である。

図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、排気入口管部６１及び、スクロール部６２は、外管６５と内管６６とを備える二重管構造とされており、これら外管６５と内管６６との間にはタービンハウジング６０の全体を覆うように断熱材６７が配されている。

断熱材６７の種類は特に限定されないが、シリカ材又は、グラスウールであることが好ましい。断熱材６７の熱伝導率は、タービンハウジング６０を構成する外管６５や内管６６、タービン収容部６３の材料の熱伝導率よりも低いことが好ましい。

図３（Ａ）に示す実施形態において、断熱材６７の厚さは、場所によって均一ではない。具体的には、排気入口管部６１を構成する外管６５と内管６６との間の部位Ｌ１に配される断熱材６７の厚みが、他の部位（スクロール部６２を構成する外管６５と内管６６との間の部位）に配される断熱材６７の厚みよりも厚く形成されている。係る断熱材６７の厚さは特に限定されないが、タービンハウジング６０の具体的な大きさに応じて適宜に設定すればよい。具体的には、断熱材６７は、排気入口管部６１に流れ込む排気の保温性を確実に確保できる厚み以上とすることが好ましく、且つ、排気入口管部６１に流れ込む排気の熱吸収を効果的に抑制できる厚み以下とすることが好ましい。

このように、排気入口管部６１の断熱材６７の厚さを、スクロール部６２の断熱材６７よりも厚くすることで、タービンハウジング６０の排気入口側の保温性が重点的に高められるようになる。これにより、タービンハウジング６０全体の保温性能を確実に向上することができ、タービン４１において、排気の熱エネルギを効率よく回収することが可能となり、過給効率が高まることで、エンジン１０の出力向上を図ることが可能になる。

図３（Ｂ）に示す実施形態も、断熱材６７の厚さは、場所によって均一ではない。具体的には、図３（Ａ）と同様、排気入口管部６１を構成する外管６５と内管６６との間の部位Ｌ１に配される断熱材６７の厚みを肉厚に形成している。さらに、排気入口管部６１から連続するスクロール部６２の湾曲外側のうち、排気入口管部６１から流れ込む排気が直接的に当たる内壁面Ｗに至る部位Ｌ２までを構成する外管６５と内管６６との間に配される断熱材６７の厚みを、スクロール部６２の他の部位（内壁面Ｗよりも下流側の部位）よりも肉厚に形成している。

このように、排気入口管部６１の断熱材６７に加え、スクロール部６２の湾曲外側のうち、排気が直接的に当たる内壁面Ｗに至る部位までの断熱材６７の厚さを、スクロール部６２の他の部位の断熱材６７よりも厚くすることで、タービンハウジング６０の排気入口側及びスクロール部６２上流側の保温性が重点的に高められるようになる。これにより、タービンハウジング６０全体の保温性能を確実且つ効果的に向上することができ、タービン４１において、排気の熱エネルギを効率よく回収することが可能となり、過給効率が高まることで、エンジン１０の出力向上を図ることが可能になる。

［その他］
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜に変形して実施することが可能である。

例えば、図４（Ａ）に示すように、外管６５と内管６６とを有する二重管構造を排気入口管部６１のみに適用し、これら外管６５と内管６６との間に断熱材６７を配置してもよい。或いは、図４（Ｂ）に示すように、外管６５と内管６６とを有する二重管構造を、排気入口管部６１及び、スクロール部６２の湾曲外側のうち、排気入口管部６１から流れ込む排気が直接的に当たる内壁面Ｗに至る部位まで適用し、これらを構成する外管６５と内管６６との間に断熱材６７を配置してもよい。このように構成すれば、断熱材６７を広くタービンハウジング６０に敷設する必要がなく、過給機４０全体をより小型化できる利点がある。また、板金で二重構造を形成する範囲も小さくなり、製造上の負担もより小さくすることができる。

また、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、図３（Ａ），（Ｂ）の断熱材６７を空気層Ａとして構成してもよい。係る構成によれば、固体ないし液体の断熱材６７を介挿する工程が不要となり、より一層の生産性を高めることができる。

また、図６（Ａ）に示すように、スクロール部６２を構成する外管６５と内管６６との間の部位を空気層Ａとし、排気入口管部６１を構成する外管６５と内管６６との間の部位のみを、空気層Ａよりも熱伝達率の低い断熱材６７としてもよい。或いは、図６（Ｂ）に示すように、排気入口管部６１を構成する外管６５と内管６６との間、及び、スクロール部６２の湾曲外側のうち、排気入口管部６１から流れ込む排気が直接的に当たる内壁面Ｗに至る部位までの外管６５と内管６６との間に断熱材６７をそれぞれ設け、残りの部位を空気層Ａとして構成してもよい。係る構成によれば、特に断熱材６７を厚くしなくても、排気入口管部６１側の保温性を重点的に高めることができる。また、他の部位を空気層Ａとすることで、過給機４０の軽量化を図ることも可能になる。

１０ エンジン
２１ 吸気通路
４０ 過給機
４１ タービン
４２ コンプレッサ
４３ ターボ軸
５０ コンプレッサハウジング
６０ タービンハウジング
６１ 排気入口管部
６２ スクロール部
６３ タービン収容部
６４ 排気出口管部
６５ 外管
６６ 内管
６７ 断熱材
Ａ 空気層

Claims (5)

1. 排気により回転するタービンを収容するタービンハウジングを備える過給機であって、
   前記タービンハウジングは、排気上流側から順に、少なくとも、排気入口管部と、該排気入口管部から湾曲するスクロール部とを有しており、前記排気入口管部及び前記スクロール部のうち、少なくとも前記排気入口管部は、外管と内管とを有する二重管構造とされており、前記排気入口管部を構成する外管と内管との間には、前記タービンハウジングを構成する他の部材よりも熱伝達率の低い断熱材が配されている
   ことを特徴とする過給機。
2. 前記排気入口管部及び前記スクロール部が、前記外管と前記内管とを有する二重管構造とされており、前記排気入口管部を構成する外管と内管との間に配される断熱材の厚み及び、前記排気入口管部から連続する前記スクロール部の湾曲外側のうち、前記排気入口管部から流れ込む排気が直接的に当たる内壁面に至る部位までを構成する外管と内管との間に配される断熱材の厚みが、前記スクロール部の他の部位を構成する外管と内管との間に配される断熱材よりも厚く形成されている
   請求項１に記載の過給機。
3. 前記排気入口管部及び前記スクロール部が、前記外管と前記内管とを有する二重管構造とされており、前記断熱材が、前記排気入口管部を構成する外管と内管との間にのみ配されている
   請求項１に記載の過給機。
4. 前記排気入口管部及び前記スクロール部が、前記外管と前記内管とを有する二重管構造とされており、前記断熱材が、前記排気入口管部を構成する外管と内管との間及び、前記排気入口管部から連続する前記スクロール部の湾曲外側のうち、前記排気入口管部から流れ込む排気が直接的に当たる内壁面に至る部位までを構成する外管と内管との間にのみ配されている
   請求項１に記載の過給機。
5. 前記断熱材が、空気、シリカ材、又は、グラスウールである
   請求項１から４の何れか一項に記載の過給機。

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