JPH04140424A - 過給機付エンジンの排気マニホールド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、主ターボチャージャと副ターボチャージャを
有し、低速域では主ターボチャージャのみで過給し、高
速域では両ターボチャージャを作動させて両ターボチャ
ージャで過給する過給機付エンジン、いわゆる２ステー
ジツインターボエンジンに関する。

［従来の技術〕 エンジン本体に対し、主、副二つのターボチャージャを
並列に配置し、低速域では主ターボチャージャのみ作動
させて１個ターボチャージャとし、高速域では両ターボ
チャージャを作動させるようにした、いわゆる２ステー
ジターボシステムを採用した過給機付エンジンが知られ
ている。

この種の過給機付エンジンの構成は、たとえば第５図に
示すようになっている。エンジン本体９１に対し、主タ
ーボチャージャ（Ｔ／Ｃ−１）９２と副ターボタージャ
（Ｔ／Ｃ−２＞９３が並列に設けられている。副ターボ
チャージャ９３に接続される吸、排気系には、それぞれ
吸気切替弁９４、排気切替弁９５が設けられ、副ターボ
チャージャ９３のコンプレツサをバイパスする吸気バイ
パス通路９７には、吸気バイパス弁９６が設けられてい
る。吸気切替弁９４、排気切替弁９５をともに全開とす
ることにより、主ターボチャージャ９２のみを過給作動
させ、両切替弁９４．９５をともに全開とし、吸気バイ
パス弁９６も閉じることにより、副ターボチャージャ９
３にも過給作動を行わせ、２個ターボチャージャ作動と
することができる。

２ステージツインターポエジンでは、上述したように、
主ターボチャージャのみが作動する１個ターボチャージ
ャ時には、他の気筒群からの排気ガスを一方の気筒群側
に流して合流させ、両方の気筒群の排気ガスを主ターボ
チャージャに流すようになっている。したがって、エン
ジンの排気マニホールドは、排気干渉を伴なわない一方
の気筒群と他方の気筒群の双方の排気集合部を連通させ
ている。

排気マニホールドは、気筒配列方向に延びているため、
気筒数に比例してその長さは長くなり、排気マニホール
ドの熱歪を吸収する機構が必要となる。実開昭６０−１
７８３２９号公報に開示されている排気系構造において
は、一方の気筒群と他方の気筒群とを連通させる連通路
をフレキシブルパイプで構成し、熱歪を吸収させ熱変形
が防止されるようになっている。

フレキシブルパイプは、蛇腹状の屈曲可能なパイプであ
り、これをそのまま連通路として利用すると、流路抵抗
が大となって排気ガスの流れが悪くなり、圧力損失が大
きくなる。したがって、圧力損失を低減するためには、
フレキシブルパイプの内側に排気ガスを円滑に導く円筒
状のインナパイプを配設することが考えられる。

また、極薄板のフレキシブルパイプでは、直接、高温ガ
スが触れて破損を招くため、インナパイプの併用が必要
となる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、インナパイプが排気ガスにさらされて高
温になると、インナパイプのフレキシブルパイプと対向
する部位が半径方向外方に熱膨張するので、インナパイ
プの外径をフレキシブルパイプの内径に対してギリギリ
に設定すると、インナパイプとフレキシブルパイプが干
渉してしまう。

両者が干渉すると、排気マニホールドの熱変形を吸収す
るためにインナパイプを軸方向にスライドさせる機構を
設けてもそのスライド機構が不良となり、また、インナ
パイプの熱応力によってフレキシブルパイプが変形し、
破損するという問題が生じる。なあ、両者の干渉を確実
に防止するために、インナパイプとフレキシブルパイプ
の間のクリアランスを単に大に設定すると、排気マニホ
ールドの連結部が大型化し、車両への搭載性が悪化する
。

本発明は、上記の問題に着目し、排気マニホールドの連
結部の外径を大きくすることなく、インナパイプとフレ
キシブルパイプとの干渉を防止することが可能な過給機
付エンジンの排気マニホールドを提供することを目的と
する。

［課題を解決するための手段］ この目的に沿う本発明に係る過給機付エンジンの排気マ
ニホールドは、主ターボチャージャと副ターボチャージ
ャとを備え、排気干渉を伴わない一方の気筒群と他方の
気筒群の双方の排気集合部を連通させた排気マニホール
ドを有する過給機付エンジンにおいて、前記排気マニホ
ールドを主ターボチャージャ側と副ターボチャージャ側
とに分割し、分割された双方の排気マニホールドを、両
端部が該分割された各排気マニホールドに嵌合されるイ
ンナパイプと該インナパイプを覆う屈曲可能なフレキシ
ブルパイプを介して連結し、前記インナパイプのフレキ
シブルパイプと対向する部位の外径を、インナパイプの
各排気マニホールドに嵌合される両端部の外径よりも小
としたものから成る。

［作　　用］ このように構成された過給機付エンジンの排気マニホー
ルドにおいては、インナパイプは、分割された各排気マ
ニホールドに嵌合される両端部の外径よりも、フレキシ
ブルパイプと対向する部位の外径は小になっている。そ
のため、インナパイプを単にストレート状の円筒形とす
るよりも、インナパイプとフレキシブルパイプとの間の
クリアランスを大きくすることができ、インナパイプが
熱膨張によって半径方向外方に膨出しても、インナパイ
プとフレキスプルパイプとの干渉は回避される。また、
インナパイプのフレキシブルパイプと対向する部位の外
径のみを小としたことにより、各排気マニホールドに嵌
合される両端部の外径はそのままの径でよく、連結部の
大型化による搭載性の悪化は解消される。

［実施例］ 以下に、本発明に係る過給機付エンジンの排気マニホー
ルドの望ましい実施例を、図面を参照して説明する。

第１図ないし第４図は、本発明の一実施例を示している
。

第４図において、１はエンジン、２はサージタンク、３
は排気マニホールドを示す。排気マニホールド３は排気
干渉を伴わない＃１〜＃３気筒群と＃４〜＃６気筒群の
２つに集合され、その集合部が連通路４１によって互い
に連通されている。７．８は互いに並列に配置された主
ターボチャージャ、副ターボチャージャである。ターボ
チャージャ７．８のそれぞれのタービン７ａ　、　８ａ
は排気マニホールド３の集合部に接続され、それぞれの
コンプレッサ７ｂ、８ｂは、インタクーラ６、スロット
ル弁４を介してサージタンク２に接続されている。

主ターボチャージャ７はエンジン低速域から高速域まで
作動され、副ターボチャージャ８はエンジン低速域で停
止される。

双方のターボチャージャ７．８の作動、停止を可能なら
しめるために、副ターボチャージャ８のタービン８ａの
下流にはアクチュエータ１６によって開閉作動する排気
切替弁１７が、コンプレッサ８ｂの下流には、アクチュ
エータ１１によって開閉作動する吸気切替弁１８が設け
られる。吸、排気切替弁１８．１７の両方とも全開のと
きは、両方のターボチャージャ７．８が作動される。

低速域で停止される副ターボチャージャ８の吸気通路に
は、コンプレッサ８ｂの上流と下流とを連通する吸気バ
イパス通路１３と、吸気バイパス通路１３途中に配設さ
れる吸気バイパス弁３３が設けられる。吸気バイパス弁
３３はアクチュエータ１０によって開閉される。

なお、第４図中、１４はコンプレッサ出口側の吸気通路
、１５はコンプレッサ入口側の吸気通路を示す。吸気通
路１５はエアフローメータ２４を介してエアクリーナ２
３に接続される。排気通路を形成するフロントパイプ２
０は、排気ガス触媒２１を介して排気マフラー２２に接
続される。

この過給機付エンジンにおいては、低速域でかつ高負荷
時には、吸気切替弁１８と排気切替弁１７がともに閉じ
られ、吸気バイパス弁３３は開かれる。

これによって、１個のターボチャージャ７のみが駆動さ
れる。低回転域で１個ターボチャージャとするのは、低
回転域では１個ターボチャージャ過給特性が２個ターボ
チャージャ過給特性より優れているからである。１個タ
ーボチャージャとすることにより、過給圧、トルクの立
上りが早くなり、レスポンスが迅速となる。

高速域では、吸気切替弁１８と排気切替弁１７がともに
開かれ、吸気バイパス弁３３が閉じられる。これによっ
て２個ターボタージャ７．８が過給作動し、充分な過給
空気量が得られ、出力が向上される。このとき過給圧は
、設定圧を越えないように、ウェストゲートバルブ３１
で制御される。

低速域でかつ軽負荷時には、排気切替弁１７を閉じたま
ま吸気切替弁１８を開弁する。これによって、１個ター
ボチャージャ駆動のまま、吸気通路２個ターボチャージ
ャ分が開となり、１個ターボチャージャによる吸気抵抗
の増加を除去できる。したがって、低負荷からの加速初
期における過給圧立上り特性、レスポンスをさらに改善
できる。

低速域から高速域に移行するとき、つまり１個ターボチ
ャーから２個ターボチャージャ作動へ切り替えるときに
は、排気切替弁１７の小開制御により副ターボチャージ
ャ８の助走回転が高められるので、２個ターボチャージ
ャへの切替時の切替ショックが緩和される。

第１図は、排気マニホールド３の一部分を示している。

排気マニホールド３の一方の気筒群（＃１〜＃３気筒）
の集合部と、他方の気筒群（＃４〜＃６）の集合部は、
連通路４１によって連通されている。連通路４１には、
可撓連結手段４２が介装されている。すなわち、本実施
例では、排気マニホールド３は、一方の気筒群（＃１〜
＃３）側の第１の排気マニホールド３ａと他方の気筒群
（＃４〜＃６気筒）側の第２の排気マニホール第３ｂと
に２分割されており、分割された各排気マニホールド３
ａ　、３ｂは、可撓連結手段４２によって連結されてい
る。可撓連結手段４２は、排気マニホールド３の熱変形
を吸収するものでおり、フレキシブルパイプ４３、イン
ナパイプ４４、締結リング４５とから構成されている。

フレキシブルパイプ４３は、すべての方向に弾性変形可
能となっている。フレキシブルパイプ４３の内側には、
インナパイプ４４が配置されている。フレキシブルパイ
プ４３の端面は、締結リング４５によって２分割された
各排気マニホールド３ａ　、３ｂのフランジ端面と密着
されている。

インナパイプ４４は、排気ガスＧが円滑に流れるように
円筒状に構成されている。インナパイプ４４の副ターボ
チャージャ８側の端部は、第２の排気マニホールド３ｂ
の７ランジ端面側に形成された接続穴４１ｂに圧入によ
って嵌合されている。インナパイプ４４の副ターボキー
ジャ８側の端部の内径は、第２の排気マニホールド３ｂ
の連通路４１の内径よりも大に設定されている。インナ
パイプ４４の主ターボチャジャ７側の端部は、第１の排
気マニホールド３ａのフランジ端面側に形成された接続
穴４１ａにスライド可能に嵌合されている。

インナパイプ４４の軸方向中間部、すなわちフレキシブ
ルパイプ４３と対向する中間部４４ａの外径り、は、イ
ンナパイプ４４の各排気マニホールドに嵌合される両端
部４４ｂの外径Ｄ２よりも小となっている。これにより
、インナパイプ４４の中間部４４ａの外周面とフレキシ
ブルパイプ４３の最小内径部４３ａの間には、クリアラ
ンスＣが形成されている。

インナパイプ４４のフレキシブルパイプ４３と対向する
部位の内径は、第２の排気マニホールド３ｂの連通路４
１の内径よりも若干大となっている。上述のクリアラン
スＣは、インナパイプ４４が半径方向外方に熱膨張した
場合でも、インナパイプ４４とフレキシブルパイプ４３
との干渉が防止できる程度の値に設定されている。本実
施例では、クリアランスＣは、たとえば２＃１ｌ１１に
設定されている。また、フレキシブルパイプ４３とイン
ナパイプ４４は、耐食性、耐熱性に優れたステンレス（
ＳＵＳ）から構成されている。

第２図に示すように、連通路４１の副ターボチャージャ
８側の接続部４６は、＃４気筒の排気上流側に突した湾
曲形状となっている。接続部４６の一方の内壁面４６ａ
は、２個ターボチャージャ時に、＃４気筒からの排気ガ
スをスムーズに副ターボチャージャ８に流すような傾斜
面となっている。接続部４６の他方の内壁面４＆ｂは、
１個ターボチャージャ時に、＃４気筒からの排気ガスを
スムーズに連通路４１側に流すような湾曲面に形成され
ている。

連通路４１の主ターボチャージャ７側の接続部４７は、
はぼストレート状に形成されている。接続部４７の内壁
面４７ａの下流端は、１個ターボチャージャ時に、他方
の気筒群（＃４〜＃６気筒）からの排気ガスを、＃３気
筒からの排気ガスと干渉させることなく合流させるよう
に形成されている。

つぎに、上記の排気マニホールドにおける作用について
説明する。

主ターボチャージャ７のみが作動する１個ターボチャー
ジャ時には、＃４〜＃６気筒からの排気ガスは連通路４
１を介して主ターボチャージャ７に向けて流れる。ここ
で、インナパイプ４４の副ターボチャージャ８側の端部
は、第２の排気マニホールド３ｂの接続穴４１ｂに圧入
によって嵌合されているので、このインナパイプ４４の
圧入部分が上流側に位置し排気ガスが入りやすい構造で
あっても、接続穴４１ｂとインナパイプ４４との間から
の排気ガス漏れは防止される。

また、インナパイプ４４の主ターボチャージャ７側の端
部は、第２の排気マニホールド３ａの接続穴４１ａにス
ライド可能に嵌合されているので、各排気マニホールド
３ａ　、３ｂが熱変形した場合でも、その熱変形量は、
第１の排気マニホールド３ａとインナパイプ４４との摺
接により確実に吸収される。

インナパイプ４４に排気ガスＧが流入し続けると、イン
ナパイプ４４は排気ガスＧからの受熱によって高温とな
り、半径方向外方に膨出する。しかし、インナパイプ４
４の中間部４４ａの外周面とフレキシブルパイプ４３の
最小径部４３ａとの間には、クリアランスＣが形成され
ているので、インナパイプ４４が半径方向外方に膨出し
ても、この膨張量はクリアランスＣによって吸収され、
２点鎖線で示すようなインナパイプ４４とフレキシブル
パイプ４３との干渉は防止される。そのため、第１の排
気マニホールド３ａとインナパイプ４４とのスライド機
能は確実に維持され、かつインナパイプ４４の押圧によ
るフレキシブルパイプ４３の変形、破損が防止される。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係る過給機付エンジンの
排気マニホールドによるときは、排気マニホールドを主
ターボチャージャ側と副ターボチャージャ側とに分割し
、分割された双方の排気マニホールドを、両端部が各排
気マニホールドに嵌合されるインナパイプとこのインナ
パイプを覆う屈曲可能なフレキシブルパイプを介して連
結し、インナパイプのフレキシブルパイプと対向する部
位の外径を、インナパイプの各排気マニホールドに嵌合
される両端部の外径よりも小としたので、排気マニホー
ルドの連結部を大型化することなくインナパイプの熱膨
張によるフレキシブルパイプの変形、破損が回避でき、
フレキシブルパイプからの排気ガス漏れを防止すること
ができる。

また、インナパイプとフレキシブルパイプとの干渉が回
避されることから、インナパイプと排気マニホールドの
嵌合部分におけるスライド機能を維持することが可能と
なり、排気マニホールドの熱変形を確実に吸収すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る過給機付エンジンの排
気マニホールドの部分拡大断面図、第２図は第１図の排
気マニホールドの要部平面図、 第３図は第２図の正面図、 第４図は第１図の排気マニホールドを備えた過給機付エ
ンジンの系統図、 第５図は従来の過給機付エンジンの系統図、である。 １・・・・・・エンジン ３・・・・・・排気マニホールド ３ａ・・・・・・第１の排気マニホールド３ｂ・・・・
・・第２の排気マニホールド４・・・・・・スロットル
弁 ７・・・・・・主ターボチャージャ ８・・・・・・副ターボチャージャ １３・・・・・・吸気バイパス通路 １７・・・・・・排気切替弁 １８・・・・・・吸気切替弁 ４１・・・・・・連通路 ４３・・・・・・フレキシブルパイプ ４４・・・・・・インナパイプ Ｃ・・・・・・クリアランス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、主ターボチャージャと副ターボチャージャとを備え
   、排気干渉を伴わない一方の気筒群と他方の気筒群の双
   方の排気集合部を連通させた排気マニホールドを有する
   過給機付エンジンにおいて、前記排気マニホールドを主
   ターボチャージャ側と副ターボチャージャ側とに分割し
   、分割された双方の排気マニホールドを、両端部が該分
   割された各排気マニホールドに嵌合されるインナパイプ
   と該インナパイプを覆う屈曲可能なフレキシブルパイプ
   を介して連結し、前記インナパイプのフレキシブルパイ
   プと対向する部位の外径を、インナパイプの各排気マニ
   ホールドに嵌合される両端部の外径よりも小としたこと
   を特徴とする過給機付エンジンの排気マニホールド。