JPS6282233A - Exhaust system for internal combustion engine mounted with turbocharger - Google Patents

Exhaust system for internal combustion engine mounted with turbocharger

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Publication number
JPS6282233A
JPS6282233A JP22021885A JP22021885A JPS6282233A JP S6282233 A JPS6282233 A JP S6282233A JP 22021885 A JP22021885 A JP 22021885A JP 22021885 A JP22021885 A JP 22021885A JP S6282233 A JPS6282233 A JP S6282233A
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JP
Japan
Prior art keywords
turbocharger
exhaust
turbine
exhaust pipe
ceramic
Prior art date
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Pending
Application number
JP22021885A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sumio Kamiya
純生 神谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Publication of JPS6282233A publication Critical patent/JPS6282233A/en
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Abstract

PURPOSE:To improve the extent of engine performance so better, by providing a turbine wheel with ceramics, while covering an exhaust manifold, an exhaust pipe and an inner wall of a turbine housing with a ceramic layer, and utilizing heat resistance and lightweightiness inherent in ceramics. CONSTITUTION:Aluminum oxide is covered, 0.3mm or so in thickness, on the front of each inner wall of a housing 8 (made of resist cast iron), an exhaust manifold 5 (made of cast iron) and an exhaust pipe 6 (made of stainless steel) to be used for a turbocharger 7 by means of a plasma thermal spraying process. As for a turbine wheel 7a, a silicon nitride sintered body is used.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はターボチャージャを搭載した内燃機関の排気系
に係り、特にセラミック製タービンホイールを用いたタ
ーボチャージャの場合のそうした排気系に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an exhaust system for an internal combustion engine equipped with a turbocharger, and in particular to such an exhaust system in the case of a turbocharger using a ceramic turbine wheel.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ターボチャージャは排気ガスのエネルギによりタービン
ホイールを回転させ、同軸上の圧縮機(コンプレッサ)
を駆動することにより吸気を圧縮し、エンジンに大気圧
力以上の高密度の吸気を供給する装置である。この排気
タービンホイールには高温の排気ガスが吹き付けられる
のが、最近、タービンホイールをセラミックスで構成し
たものが開発されている。
A turbocharger uses exhaust gas energy to rotate a turbine wheel, which is connected to a compressor on the same axis.
This is a device that compresses intake air by driving the engine and supplies high-density intake air above atmospheric pressure to the engine. High-temperature exhaust gas is blown onto this exhaust turbine wheel.Recently, turbine wheels made of ceramics have been developed.

一方、エンジンとターボチャージャの間を連結するエキ
ゾーストマニホールド、排気管、およびターボチャージ
ャのタービンハウジングはそれぞれ次のような材質で構
成されている。すなわち、エキゾーストマニホールドは
近年エンジンの高出力化にともない、熱、振動ストレス
が増大し、これに対応するため球状黒鉛鋳鉄から高ケイ
素球状黒鉛鋳鉄の採用が増えている。排気管は炭素鋼管
またはステンレス鋼管が一般的である。タービンハウジ
ングは排気温度の低いエンジン用としては球状黒鉛鋳鉄
が用いられ、900℃もの高温の排気ガスにさらされる
エンジン用としては、耐熱、耐酸化性に優れたニレジス
ト鋳鉄が用いられる。
On the other hand, the exhaust manifold, exhaust pipe, and turbine housing of the turbocharger that connect the engine and the turbocharger are each made of the following materials. In other words, as engines have become more powerful in recent years, exhaust manifolds have been subjected to increased heat and vibration stress, and to cope with this, high-silicon spheroidal graphite cast iron is increasingly being used instead of spheroidal graphite cast iron. Exhaust pipes are generally carbon steel pipes or stainless steel pipes. Spheroidal graphite cast iron is used for turbine housings for engines with low exhaust temperatures, and Niresist cast iron, which has excellent heat resistance and oxidation resistance, is used for engines exposed to exhaust gas as high as 900°C.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

従来用いられているターボチャージャ用のエキゾースト
マニホールド、排気管およびタービンハウジングの内壁
は、主に鉄系の材質で構成されているが、エンジン運転
時に900℃前後の排気ガスにさらされるため、ターボ
チャージャ内に酸化スケールの発生を引き起こす。こう
した酸化スケールは、セラミックターボホイールの翼部
のチッピング損傷の原因となり、セラミック製タービン
ホイールの破損を招く恐れがある。
The exhaust manifold, exhaust pipe, and inner wall of the turbine housing for conventional turbochargers are mainly made of iron-based materials, but since they are exposed to exhaust gas at around 900°C during engine operation, turbochargers Causes the formation of oxide scale inside the body. Such oxidized scale causes chipping damage to the blades of ceramic turbo wheels, which can lead to damage to ceramic turbine wheels.

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明は、
上記問題点を解決するために、エンジンからターボチャ
ージ中に至る鉄系材質からなるエキゾーストマニホール
ド、排気管およびタービンハウジングの内壁にセラミッ
ク層を被覆することによって、高温排ガスによる酸化ス
ケールの発生を防止し、それによってセラミックタービ
ンの破損を防止するものである。
[Means and effects for solving the problems] The present invention has the following features:
In order to solve the above problem, the inner walls of the exhaust manifold, exhaust pipe, and turbine housing made of iron-based materials from the engine to the turbocharger are coated with a ceramic layer to prevent the formation of oxide scales caused by high-temperature exhaust gas. , thereby preventing damage to the ceramic turbine.

鉄系材質のエキゾーストマニホールド、排気管およびタ
ービンハウジングの内壁を被覆するセラミックの材質、
被覆方法には特別の限定はない。
Iron-based exhaust manifold, ceramic material covering the exhaust pipe and turbine housing inner wall,
There are no particular limitations on the coating method.

材質的には、例えばA1.O,、Cr、03  、 T
ie、 、 Zr0z。
In terms of material, for example, A1. O,,Cr,03,T
ie, , Zr0z.

ZrSiO4の酸化物および、Tic 、 WC、Zr
C、SiC。
ZrSiO4 oxide and Tic, WC, Zr
C.SiC.

HfC、Ba 、 5iJ4. TiN  、 BN 
、  AIN等の非酸化物を用いることができ、また被
覆方法としては電着法、炎溶射法、気相蒸着法、等を利
用することができる。
HfC, Ba, 5iJ4. TiN, BN
, AIN, and other non-oxides can be used, and as a coating method, electrodeposition, flame spraying, vapor deposition, etc. can be used.

セラミック被覆層の厚さは酸化スケールの発生を防止で
きるようにO,,1mm以上であることが望ましく、0
.1〜0.5 m m程度が適当である。
The thickness of the ceramic coating layer is desirably 0.1 mm or more to prevent the generation of oxide scale;
.. Approximately 1 to 0.5 mm is appropriate.

〔実施例〕〔Example〕

第1図はターボチャージャを搭載したエンジンの吸排気
系の概略を示す。図中、1がエンジンである。吸気口(
図示せず)から吸入された空気は吸気管2,3を通った
後、インテークマニホールド4を介してエンジンに吸入
される。エンジン1内部で燃焼して高温になった排ガス
はエキゾーストマニホールド5を介して排気管6へ送ら
れ、自動車の外部へ排出される。ターボチャージャ7は
排気管6の途中に設けられたタービンハウジング8に収
容されたタービンホイール7aと、吸気管2.3の途中
にタービンハウジングに収容されたインペラー7bとか
らなり、タービンホイール7aとインペラー7bはベア
リング部によって同一軸に支持されている。そして、タ
ーボチャージャ7は排ガスによってタービンホイール7
aを回転し、その駆動力でインペラーを回転させ圧縮し
た吸気をエンジンに供給するものである。
Figure 1 schematically shows the intake and exhaust system of an engine equipped with a turbocharger. In the figure, 1 is the engine. Air intake (
After passing through intake pipes 2 and 3 (not shown), air is taken into the engine via an intake manifold 4. Exhaust gas that has become hot due to combustion inside the engine 1 is sent to an exhaust pipe 6 via an exhaust manifold 5 and is discharged to the outside of the vehicle. The turbocharger 7 consists of a turbine wheel 7a housed in a turbine housing 8 provided midway through the exhaust pipe 6, and an impeller 7b housed in the turbine housing midway through the intake pipe 2.3. 7b is coaxially supported by a bearing section. Then, the turbocharger 7 is moved to the turbine wheel 7 by the exhaust gas.
A is rotated, and its driving force rotates an impeller to supply compressed intake air to the engine.

従来、高温排ガスが通過するエキゾーストマニホールド
5、排気管6およびタービンハウジング8が鉄系材質か
らなるために、高温の排ガスによって酸化スケールが発
生し、それがセラミック製のタービンホイール7aに衝
突してタービンホイール7aの破損を引き起すおそれが
あった。そこで、本発明は、エンジン1とタービンホイ
ール7aを結ぶエキゾーストマニホールド5、排気管6
およびタービンハウジング8の内壁にセラミック層を被
覆し、そこにおける酸化スケールの発生を防止するもの
である。排気管6の内壁は、基本的に、タービンハウジ
ング8の入口までセラミックス層で被覆すれば足りる。
Conventionally, since the exhaust manifold 5, exhaust pipe 6, and turbine housing 8 through which high-temperature exhaust gas passes are made of iron-based materials, the high-temperature exhaust gas generates oxidized scale, which collides with the ceramic turbine wheel 7a, causing the turbine There was a risk that the wheel 7a would be damaged. Therefore, the present invention provides an exhaust manifold 5 and an exhaust pipe 6 that connect the engine 1 and the turbine wheel 7a.
The inner wall of the turbine housing 8 is coated with a ceramic layer to prevent oxide scale from forming there. Basically, it is sufficient to coat the inner wall of the exhaust pipe 6 up to the inlet of the turbine housing 8 with a ceramic layer.

大施勇−上 ターボチャージャに用いられるハウジングにレジスト鋳
鉄製)、エキゾーストマニホールド(鋳鉄製)および排
気管(ステンレス製)の内壁前面に、プラズマ溶射法に
より、Al2O3を厚さ0.3mm程度被覆した。溶射
に用いたアーク電力は300kwで、Ar電周気にて噴
出するプラズマ炎中に粒径100μmのatzoz粉末
をガスで送入し、上記部品の表面に吹きつけたものであ
る。これら^1203をコーティングしたタービンハウ
ジング、エキゾーストマニホールドおよび排気管と、さ
らにタービンホイールとして窒化ケイ素焼結体を用いた
ターボチャージ中で、台上耐久試験を実施した。
Isamu Oshi - The front inner walls of the housing used for the upper turbocharger (made of resist cast iron), the exhaust manifold (made of cast iron), and the exhaust pipe (made of stainless steel) were coated with Al2O3 to a thickness of approximately 0.3 mm by plasma spraying. . The arc power used for thermal spraying was 300 kW, and atzoz powder with a particle size of 100 μm was introduced as a gas into a plasma flame ejected from an Ar electric current, and was sprayed onto the surface of the above-mentioned parts. A bench durability test was conducted on a turbine housing, exhaust manifold, and exhaust pipe coated with ^1203, and in a turbocharger using a silicon nitride sintered body as a turbine wheel.

900〜1000℃の温度領域で所定時間耐久試験を行
った所、5回のテストいずれも、セラミック製ターボホ
イールには損傷は認められなかった。
When durability tests were conducted for a predetermined period of time in a temperature range of 900 to 1000°C, no damage was observed to the ceramic turbo wheels in all five tests.

スJ1吐−」一 実施例1と同様にハウジング、エキゾーストマニホール
ド、および排気管の内壁にプラズマ溶射法によりZrO
□を被覆した。これらの部品と窒化ケイ素製ターボホイ
ールからなるターボチャージャにて、実施例1と同様の
耐久試験を行った所、5回のテストいずれもセラミック
ターボホイールには損傷は認められなかった。
As in Example 1, ZrO was applied to the inner wall of the housing, exhaust manifold, and exhaust pipe by plasma spraying.
□ was covered. A durability test similar to that in Example 1 was conducted on a turbocharger made of these parts and a silicon nitride turbo wheel, and no damage was observed to the ceramic turbo wheel in all five tests.

ル較健上 従来のセラミック被覆していないハウジング、エキゾー
ストマニホールドおよび排気管と、窒化ケイ素製タービ
ンホイールからなるターボチャージャにて実施例1およ
び2と同様の耐久試験を行なった。その結果5回のテス
トのうち3回は、セラミックターボホイールが破損した
。また破損しなかったセラミックホイールの表面を観察
した所、酸化鉄からなる微粒子の衝突によって、特に翼
部のチッピングが顕著であった。
Durability tests similar to those in Examples 1 and 2 were conducted using a turbocharger consisting of a conventional housing, exhaust manifold, and exhaust pipe that were not coated with ceramic, and a turbine wheel made of silicon nitride. As a result, the ceramic turbo wheel was damaged in three out of five tests. Furthermore, when the surface of the ceramic wheel that was not damaged was observed, chipping was particularly noticeable on the blades due to the collision of fine particles made of iron oxide.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明により、セラミック製ターボホイールの破損が防
止され、セラミック製ターボホイールを用いたターボチ
ャージャの信頼性が向上すると共に、セラミックスの耐
熱性、軽量を利用できるためエンジン性能が向上する。
According to the present invention, damage to the ceramic turbo wheel is prevented, the reliability of a turbocharger using the ceramic turbo wheel is improved, and engine performance is improved because the heat resistance and light weight of ceramics can be utilized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はターボチャージャを搭載したエンジンの吸排気
系を示す概略図である。 1・・・エンジン、   2.3・・・吸気管、4・・
・インテークマニホールド、 5・・・エキゾーストマニホールド 6・・・排気管、    7・・・ターボチャージャ、
7a・・・タービンホイール、 7b・・・インペラー、 8・・・タービンハウジング。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an intake and exhaust system of an engine equipped with a turbocharger. 1...Engine, 2.3...Intake pipe, 4...
・Intake manifold, 5...Exhaust manifold 6...Exhaust pipe, 7...Turbocharger,
7a... Turbine wheel, 7b... Impeller, 8... Turbine housing.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、ターボチャージャを搭載した内燃機関の排気系にお
いて、ターボチャージャのタービンホィールをセラミッ
ク製とし、かつ内燃機関とターボチャージャを連結する
エキゾーストマニホールドおよび排気管とターボチャー
ジャのタービンハウジングの内壁を、セラミック層で被
覆したことを特徴とするターボチャージャ搭載内燃機関
の排気系。
1. In the exhaust system of an internal combustion engine equipped with a turbocharger, the turbine wheel of the turbocharger is made of ceramic, and the exhaust manifold and exhaust pipe that connect the internal combustion engine and the turbocharger, as well as the inner wall of the turbine housing of the turbocharger, are made of ceramic. An exhaust system for an internal combustion engine equipped with a turbocharger, characterized by being coated with
JP22021885A 1985-10-04 1985-10-04 Exhaust system for internal combustion engine mounted with turbocharger Pending JPS6282233A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012176887A1 (en) * 2011-06-22 2012-12-27 株式会社Ihi Multistage supercharging system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012176887A1 (en) * 2011-06-22 2012-12-27 株式会社Ihi Multistage supercharging system

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