JPS6021471Y2 - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は排気駆動式ターボ過給機付原動機または排気駆
動ターボコンパウンド原動機或いはこれに類する原動機
等の排気駆動ターボを備えた原動機における排気マニホ
ールドとタービンハウジングとのケーシング構造に関す
る。

原動機の排気エネルギによりタービンを回して動力を回
収する排気駆動ターボを備えた原動機の一例として、第
１図に排気ターボ過給機付内燃機関を示す（特開昭５４
−１３８２涛公報参照）。

このものによると、内燃機関１に接続された排気マニホ
ールド２に対しフランジ２Ａ、３Ａを介して過給機４の
タービンハウジング５をボルト等の締結具で結合する構
成である。

しかしかかる従来構造によると、排気マニホールド及び
タービンハウジング５は共に金属（鋳鉄）で製作されて
いるのが一般的であり、このため耐熱性に問題があると
ともに熱膨張率も大きいものであった。

従って内燃機関１からの排気の温度が例えば機関高負荷
において、１０００℃近くの高熱になると排気集合部或
いはタービンハウジングが赤熱化して熱変形をおこし、
かつ強度上の不安が生じる゛という大きな問題点がある
。

特に近年、排気系を空気層若しくは断熱層で覆って排気
系に装備した排気後処理装置の排気入口温度を低下せな
いような構造にするものがあるが、このような場合には
更に上記傾向が著しく生じるものであった。

一方、上記不都合に鑑み実開昭５３−５３２１３号公報
及び実開昭５５−６７３２１号公報には排気マニホール
ド全体をセラミックで形成したり、タービンハウジング
をセラミックで形成したものが提案されている。

このうち排気マニホールド全体をセラミックで形成した
ものでは、ブランチ部が長くなってシリンダヘッドの熱
変形成いは振動に伴いブランチ部に大きな曲げ応力が作
用し特に引張り応力によりクラックが発生するおそれが
ある。

これは圧縮応力に強く引張り応力い弱いセラミックの数
少ないウィークポイントからくるものである。

本考案は上記従来の不都合に鑑みこれを解消すべくなさ
れたもので、排気マニホールドの集合部及びタービンハ
ウジングを耐熱性の高いセラミック材料で成形したセラ
ミックケーシングを提供すると共にセラミック製の排気
マニホールド集合部を鋳鉄製の排気管を介してシリンダ
ヘッドに取り付け、セラミック製排気マニホールド集合
部の耐久性を向上させたものである。

以下に本考案を第２図以下の実施例に基づいて説明する
。

第２図に示す実施例において原動機としての内燃機関１
１は６気筒機関を例示する。

相隣る２つの気筒相互の排気ポートをシリンダヘッドｌ
ｌａ内で合流腰その結果排気ポートの排気口が３個とな
っている。

これら３つの各排気口にはそれぞれ鋳鉄で形威された直
管の排気管１２Ａ〜１２Ｃが、一端のフランジ部１３Ａ
〜１３Ｃを介してシリンダヘッドｌｌａの取付は面にボ
ルト等の緊締手段で固定取付される。

排気管１２Ａ〜１２Ｇの他端に形威したフランジ部１４
Ａ〜１４Ｃにはセラミックケーシング１５のフランジ部
１６Ａ〜１６Ｃがボルト或いはＶバンドカップリング等
の緊締手段により連結される。

セラミックケーシング１５は従来の排気集合部１５Ａと
ターボ過給機１７のタービンハウジング部１５Ｂとを一
体にして、セラミック材料で形威したものである。

この場合、排気集合部１５Ａの形状は円筒形状に形威し
であるが、これに限らず例えば第１図に示す排気マニホ
ールド２のような形状等その他の形状を採用することが
できるのは勿論である。

セラミックケーシング材料として用いたセラミック材料
は例えばアルミシリケート系のグラスセラミックス或い
は炭化珪素、窒素等の非酸化セラミックス等を用いるこ
とができる。

セラミックケーシング１５のタービンハウジング部１５
Ｂとターボ過給機の他の部分の連結態様の一例を第３図
に示しである。

即ちタービンハウジング部１５Ｂの一端部全周にフラン
ジ部２１を突設する一方、ターボ過給機１７のタービン
１８の軸系を支えるベアリングハウジング１９の一端部
全周にもフランジ部２２を突設し、これらフランジ部２
１，２２を■バンドカップリング２３によって連結しで
ある。

タービン１８はシャフト２４によって図示しないコンプ
レッサーローターに連結されており、タービン１８が排
気エネルギによって回転されるとコンプレッサーロータ
ーもこれによって回転し、空気を加圧して内燃機関１１
の各燃焼室に過給する。

以上のような構成であるから、内燃機関１１から放出さ
れる排気は排気管１２Ａ〜１２Ｃをそれぞれ通ってセラ
ミックケーシングの排気集合部１５Ａにおいて合流し、
ターボ過給機１７のタービン１８を回転せしめてこれと
同軸のコンプレッサーローターを回転し、内燃機関１１
に加圧した空気を過給する。

かかる過程で、排気集合部１５Ａ及びタービンハウジン
グ部１５Ｂの構成材料であるセラミック材料は従来の鋳
鉄に比べ耐熱性にすぐれ、特に熱膨張率も小さい。

従って、内燃機関１１の高負荷時等特に排気が高温とな
る運転状態において、排気集合部１５Ａ及びタービンハ
ウジング部１５Ｂが高熱にさらされるが、その部分がセ
ラミック材料からなっているから高熱による変形及び強
度上の不安が生じることはない。

また、第１図に示す従来の排気マニホールドをそのまま
セラミック化することは製造上困難で、且つ内燃機関へ
の取付けもボルトの頼ることになって強度的に不安であ
るが、セラミックケーシングを直管鋳鉄製の排気管１２
Ａ〜１２Ｃを介して内燃機関のシリンダヘッドへ取付け
るようにしたので、そのような心配を未然に防止するこ
とができる。

特にブランチ部をも含む排気マニホールド全体をセラミ
ックで形成した場合には、そのブランチ部相互がシリン
ダヘッド熱変形及び振動により拡開及び縮小し、ブラン
チ部に引張り応力が作用して容易にクラックが入り損傷
又は破損し易いが、本考案では排気マニホールドをブラ
ンチ部と集合部とに分け、排気集合部１５Ａのみセラミ
ック化して、ブランチ部を構成する排気管１２Ａ〜１２
Ｃを鋳鉄製にしたので、シリンダヘッドの変形等で排気
管１２Ａ〜１２Ｃに引張り応力が加わっても損傷はなく
また排気管１２Ａ〜１２Ｃが変形を吸収して排気集合部
１５に大きな引張り応力を及ぼすことが少なくなり、排
気集合部１５の耐久性を向上させることができる。

また、セラミックケーシング１５と前記排気管１２Ａ〜
１２Ｃとの結合は、相互に設けたフランジ部１４Ａ〜１
４Ｃ及び１６Ａ〜１６Ｃを介して■バンドカップリング
等によって結合したので、フランジ部全周における分布
加重をもって相互連結でき強度上結合荷重の均一化が図
れる。

セラミックケーシング１５はセラミックスの反応焼結法
を用いて製造するのが容易である。

このように排気集合部とタービンハウジング部とを一体
成形することにより両者の結合部分が少ないことになり
、その部分結合構造及び結合手段を省略できて有利であ
る。

しかし、セラミックケーシング１５を必ずしも一体成形
する必要はない。

例えば第４図に示すように、セラミックケーシング２５
を排気集合部２５Ａ及び過給機のタービンハウジング部
２５Ｂとに分割構成腰それぞれの臨設端部に設けたフラ
ンジ２６Ａ、２６Ｂをボルト或いはＶバンドカップリン
グ等の結合手段を用いて結合してもよい。

第５図に示す実施例は、セラミックケーシングの排気集
合部２５′Ａを第１図に示す従来の金属性排気マニホー
ルドの集合部と同様の形状に製作した例を示す。

尚、図示していないがこれらのセラミック材料部品を外
部からの機械的衝撃力から保護するため、これらの部品
の外側に緩衝材等を配設することも可能であり、また金
属カバー等で防護するようにしてもよい。

尚、前記実施例は排気ターボ過給機付内燃機関の例を示
したが、内燃機関に限らず他の原動機であってもよく、
また排気駆動ターボコンパウンド原動機であってもよい
。

要は原動機の排気エネルギによってタービンを回し動力
を得る形式の排気駆動ターボを備えた原動機に適用でき
るものである。

以上述べたように本考案によれば、機関の排気を導入す
る排気マニホールドの集合部と排気エネルギにより回転
されるタービンのハウジングをセラミック材料で底形し
たため、高温の排気によって熱膨張して変形を生じるこ
とがなく、また強度的にも強化される。

更にこれに加えて、セラミックケーシングは断熱性にす
ぐれているため、高温の排気をターボ過給機或いはター
ボコンパウンド用タービンに供給することができるから
、原動機の熱効率及び出力の向上が図れるとともに、排
気中に排気後処理装置を設けた場合、これに至るまでの
排気温度の放熱損失を減少させ排気後処理装置を効率良
く稼働させることができる。

また排気マニホールドのうち排気集合部のみをセラミッ
ク化しブランチ部を鋳鉄製の排気管で形成したので、ブ
ランチ部に引張り応力が作用してもクラックが発生する
おそれがなく、またシリンダヘッドの変形・振動が排気
集合部に対して鋳鉄製排気管により緩和されて伝達され
るのでセラミック製排気集合部の耐久性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の排気駆動ターボ付原動内燃機関の斜視図
、第２図は本考案にかかるセラミックケーシングの実施
例を示す斜視図、第３図は同上に用いたターボ過給機の
部分縦断面図、第４図及び第５図はそれぞれ本考案にか
かるセラミックケーシングの変形態様を示す斜視図であ
る。 １１・・・・・・内燃機関、１２Ａ〜１２Ｃ・・・・・
・排気管、１５・・・・・・セラミックケーシング、１
５Ａ・・・・・・排気集合部、１５Ｂ・・・・・・ター
ビンハウジング部、１７・・・・・・ターボ過給機、１
８・・・・・・タービン、２５・・・・・・セラミック
ケーシング、２５Ａ・・・・・・排気集合部、２５Ｂ・
・・・・・タービンハウジング部、２５’Ａ・・・・・
・排気集合部。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. （１）原動機の排気エネルギによりタービンを駆動して
   動力を回収する排気駆動ターボ原動機において、原動機
   の排気を導入する排気マニホールドの集合部と前記ター
   ビンのハウジングとをセラミック材料で形成し、前記排
   気マニホールドの集合部を鋳鉄製の排気管を介してシリ
   ンダヘッドに取り付けるようにしたことを特徴とする内
   燃機関の排気装置。
2. （２）前記排気マニホールドと前記タービンのハウジン
   グとがフランジ結合されたことを特徴とする実用新案登
   録請求の範囲第１項に記載の内燃機関の排気装置。