JP2000199427A - タ―ボチャ―ジャ用タ―ビンハウジングを鋳造一体化した排気マニホ―ルド - Google Patents

タ―ボチャ―ジャ用タ―ビンハウジングを鋳造一体化した排気マニホ―ルド

Info

Publication number
JP2000199427A
JP2000199427A JP10374104A JP37410498A JP2000199427A JP 2000199427 A JP2000199427 A JP 2000199427A JP 10374104 A JP10374104 A JP 10374104A JP 37410498 A JP37410498 A JP 37410498A JP 2000199427 A JP2000199427 A JP 2000199427A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
turbine housing
exhaust manifold
exhaust gas
exhaust
collecting portion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10374104A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Ito
賢児 伊藤
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.)
Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Metals Ltd filed Critical Hitachi Metals Ltd
Priority to JP10374104A priority Critical patent/JP2000199427A/ja
Priority to EP99126088A priority patent/EP1016778B1/en
Priority to US09/474,006 priority patent/US6256990B1/en
Priority to DE69927233T priority patent/DE69927233T2/de
Publication of JP2000199427A publication Critical patent/JP2000199427A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B67/00—Engines characterised by the arrangement of auxiliary apparatus not being otherwise provided for, e.g. the apparatus having different functions; Driving auxiliary apparatus from engines, not otherwise provided for
    • F02B67/10—Engines characterised by the arrangement of auxiliary apparatus not being otherwise provided for, e.g. the apparatus having different functions; Driving auxiliary apparatus from engines, not otherwise provided for of charging or scavenging apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/026—Scrolls for radial machines or engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F01N13/10—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/02—Gas passages between engine outlet and pump drive, e.g. reservoirs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2260/00—Exhaust treating devices having provisions not otherwise provided for
    • F01N2260/10—Exhaust treating devices having provisions not otherwise provided for for avoiding stress caused by expansions or contractions due to temperature variations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Exhaust Silencers (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気ガスによる熱応力とタービンハウジング
の振動による機械的応力に対して優れた強度を示す形状
を有する小型で長寿命のターボチャージャ用タービンハ
ウジングを鋳造一体化した排気マニホールドを提供す
る。 【解決手段】 エンジンの排気孔に接続する複数の排気
ガス導入用ポートを有する管部２１、２２と、各排気ガ
ス導入用ポートの周囲において各管部に一体的に設けら
れたフランジ部１１ａ〜１４ａと、前記管部内の排気ガ
ス流路がなめらかに合流するように前記管部の途中に設
けられた集合部３０と、前記集合部３０と一体的に連結
して排気ガスがその円周状流路に流入するようになって
いるターボチャージャ用タービンハウジング４０とを鋳
造一体化した排気マニホールドであって、タービンハウ
ジング４０内の円周状流路に対して集合部３０内の排気
ガス流路がほぼ接線方向となるようにタービンハウジン
グ４０は前記集合部３０に一体的に連結している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ターボチャージャ
用タービンハウジングを鋳造一体化した排気マニホール
ドに関する。
【０００２】
【従来の技術】最近エンジンの高出力化のために、自動
車のエンジンにターボチャージャを搭載することが広く
行われている。ターボチャージャによりエンジンを大型
化する必要がないので、自動車の小型化が達成できると
ともに、単位仕事量当たりの排気ガス量を低減すること
が可能になる。またターボチャージャ搭載により、エン
ジンを高い空燃比に設定可能なことから、排気ガス中の
ＮＯｘや粒子状物質などの大気汚染物質の低減に大きく
寄与することが期待されている。
【０００３】また地球温暖化対策や化石燃料の消費量抑
制という面から、燃費向上の要求も高まってきている。
ターボチャージャを搭載することにより、少ない燃料使
用量でもって大きな馬力を生み出すことができるので、
エンジン排気量が大きくなるにつれて増加する摩擦圧力
に抗する無駄なエネルギを削減し、燃費改善に大きく寄
与することになる。またターボチャージャは騒音の低減
にも効果的である。
【０００４】一般に、自動車等に搭載されるターボチャ
ージャは、エンジンの排気口に接続されたマニホールド
によってガイドされた高温、高圧の排気ガスのエネルギ
ーを利用して、ロータを高速回転させ、それと同軸のコ
ンプレッサを回転させてエンジンへの吸気を加圧する過
給を行うようになっている。ロータはタービンハウジン
グのタービン室内に回転可能に設けられており、タービ
ンハウジング内にはロータ室に排気ガスを導入する排気
ガス導入路が形成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、自動車
のエンジン室内の限られたスペースに排気マニホールド
とターボチャージャとを共存させるためには、これらの
部品を形状を含めた最適な仕様にすることが非常に重要
である。特に既存の構造の自動車にタービンハウジング
一体型排気マニホールドを配置する場合、既存の排気マ
ニホールドにそのままタービンハウジングを取り付ける
訳にいかないので、排気マニホールド自体の形状もそれ
に連結するタービンハウジングの形状に合わせて、最適
にしなければならない。
【０００６】この対策の切り札として、排気マニホール
ドとタービンハウジングとを鋳造一体化した排気系部品
が有望であり、その開発が急ピッチで進められている。
タービンハウジングを排気マニホールドに鋳造一体化す
ることにより、接合部がないため部品点数が減少し、組
み立てコストが低下するとともに、排気マニホールドを
コンパクトにできる。また組み立て用作業空間が必要な
くなるため、マニホールドの設計自由度が高まり、より
理想に近い形状が実現できる。例えば、「素形材」
（財）素形材センター刊行（平成１０年１月２０日発
行）の第２頁には、高耐熱タービンハウジング一体エキ
ゾーストマニホルドについて、部品１０点の削減と４カ
所の締め付け廃止が可能となること、一体化で製品形状
が大きくなる、との記載がある。
【０００７】高熱の排気ガスに曝される排気マニホール
ドと、振動の大きいタービンハウジングとを一体化する
と、熱応力や振動などのストレスが加わるため、従来の
設計技術では反りやクラックが入りやすく、実用的なタ
ーボチャージャ用タービンハウジング一体化した排気マ
ニホールドを得ることが困難であった。前記「素形材」
（財）素形材センター刊行（平成１０年１月２０日発
行）の高耐熱タービンハウジング一体エキゾーストマニ
ホルドに関する文献には、熱応力や振動などのストレス
が加わった場合の反りやクラック防止についての記載や
示唆は見当たらない。
【０００８】従って、本発明の目的は、ターボチャージ
ャ用タービンハウジングを鋳造一体化した排気マニホー
ルドであって、排気ガスによる熱応力とタービンハウジ
ングの振動による機械的応力に対して優れた強度を示す
形状を有する小型で長寿命のターボチャージャ用タービ
ンハウジングを鋳造一体化した排気マニホールドを提供
することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者らは、排気マニホールドの集合部の形
状を最適化し、特に集合部がタービンハウジングに連結
する部位におけるくびれ部の曲率半径をタービンハウジ
ングの軸中心から集合部内への排気ガス流路の接線方向
距離に対して適切な比率にすることにより、タービンハ
ウジングの振動による機械的応力に対して優れた強度を
発揮し、もってくびれ部又はその周辺にクラックが発生
するのを防止することができることを発見し、本発明を
完成した。
【００１０】すなわち、本発明のターボチャージャ用タ
ービンハウジングを鋳造一体化した排気マニホールド
は、エンジンの排気孔に接続する複数の排気ガス導入用
ポートを有する管部と、各排気ガス導入用ポートの周囲
において前記管部に一体的に設けられたフランジ部と、
前記管部内の排気ガス流路がなめらかに合流するように
前記管部の途中に設けられた集合部と、前記集合部と一
体的に連結して排気ガスがその円周状流路に流入するよ
うになっているターボチャージャ用タービンハウジング
とを鋳造一体化した排気マニホールドであって、前記タ
ービンハウジング内の円周状流路に対して前記集合部内
の排気ガス流路がほぼ接線方向となるように前記タービ
ンハウジングは前記集合部に一体的に連結しており、前
記タービンハウジングの外面が前記集合部の外面と所定
の角度で連結する領域におけるくびれ部の曲率半径は、
タービンハウジングの軸中心から前記集合部内への排気
ガス流路の接線方向距離比で０．１３以上であることを
特徴とする。
【００１１】前記くびれ部の曲率半径は、好ましくは、
タービンハウジングの軸中心から前記集合部内への排気
ガス流路の接線方向距離比で０．２３以上であることを
特徴とする。
【００１２】また本発明は、排気マニホールドの管部及
び集合部に背面リブが設けられている。背面リブによ
り、排気マニホールド全体の機械的強度が向上し、熱応
力や振動により管部や集合部にクラックが生じるのが防
止できる。
【００１３】また本発明は、タービンハウジングがポー
ト中心を結ぶ線より側方にずれた位置にあり、集合部の
中心線側の部分では管部がへの字状に一体的に連結して
おり、前記への字部は集合部の他の部分よりも肉厚にな
っている。この構造により、排気マニホールドの軸線方
向の熱膨張・収縮により集合部に応力がかかっても、集
合部にクラックが発生することはない。
【００１４】また本発明は、集合部の下面が管部の下面
より浮き上がっている。この構造により、集合部の下部
はエンジンケースと接することがないので、集合部の下
部が上部より著しく低温になることはない。そのため、
集合部に熱応力が発生する恐れがない。
【００１５】さらに本発明は、集合部に近接する一対の
排気ガス導入用ポートの周囲に設けられたフランジ部は
集合部の下方で連結する延長部を有し、前記延長部は管
部の中心線とほぼ直角の方向に幅３ｍｍ以下のスリット
を有する。このスリットは管部の軸線方向の熱収縮を吸
収し、排気マニホールドをエンジンケースに固定するボ
ルトに過大な負荷がかかるのを防止する。
【００１６】
【発明の実施の形態】タービンハウジングが鋳造一体化
された本発明の排気マニホールドの実施の形態を、添付
図面を参照して以下詳細に説明する。
【００１７】図１は本発明の一実施例による排気マニホ
ールド１の正面図であり、図２はその背面図であり、図
３はその底面図であり、図４はその平面図であり、図５
はそのＨ−Ｈ断面図であり、図６はその管部の横断面図
であり、図７はその右側面図であり、図８はその左側面
図である。図面に例示するタービンハウジング一体型排
気マニホールド１の具体例は一体的に鋳造された下記サ
イズの直列４気筒のものであるが、本発明はこれに限定
されない。なお湾曲状の管部は全体が一体的であるが、
合流する２つの部分からなるので、説明の便宜上管部２
１，２２からなるものとする。 最外端のポート中心間の距離Ｗ：４００ｍｍ。 管部の排気ガス流路の断面積：４６ｍｍ2。 集合部の排気ガス流路の断面積：４４ｍｍ2。 フランジ部からロータシャフトの中心軸線までの垂直距
離Ｅ：１６２．５ｍｍ。 フランジ部からロータシャフトの中心軸線までの水平距
離Ｆ：８４ｍｍ。
【００１８】［１］ 排気ガス導入用ポート 図６に示す通り、管部２１，２２のポート１１〜１４は
ほぼ一直線上に並んでおり、各ポート１１〜１４のフラ
ンジ部１１ａ〜１４ａには２つの貫通孔１１ｂ〜１４ｂ
が設けられている。ただし、両端にある２つの貫通孔１
１ｂ，１４ｂは開放されている。隣接するフランジ部１
１ａ，１２ａの間及び１３ａ，１４ａの間には、それぞ
れつなぎ部１５ａ，１５ｂが形成されている。またフラ
ンジ部１１ａと１２ａの間隔Ａ、及びフランジ部１３ａ
と１４ａとの間隔Ａはそれぞれ最外端のポート１１，１
４の中心間の距離Ｗの０．０５倍以上であるのが好まし
い。
【００１９】フランジ部１２ａと１３ａの間につなぎ部
１５ｃが設けられており、つなぎ部１５ｃの中央に管部
２１，２２の中心線にほぼ直角方向のスリット１６が設
けられている。スリット１６を設けることにより、管部
２１，２２の熱収縮による変位を吸収する。スリット１
６の幅は収縮代以下とし、具体的には３ｍｍ以下が好ま
しい。この大きさのスリット幅とすることにより、管部
２１，２２の収縮量が増大するとスリット１６の内面が
当接し、それ以上の収縮応力をつなぎ部１５ｃが受ける
ようになる。その結果、排気マニホールド１をエンジン
ケースに固定するためのボルトに負荷がかからない。
【００２０】［２］ 管部 図１及び図６に示すように、一体的に連結している管部
２１及び２２のうち管部２１はポート１１を起点とし
て、ポート１２を通過して集合部３０に至り、また管部
２２はポート１４を起点として、ポート１３を通過して
集合部３０に至る。両管部２１，２２は、その中の排気
ガス流路がなめらかに合流するように集合部３０で集合
し、タービンハウジング４０に連結する。管部２１の途
中にポート２４が設けられており、ポート２４の周囲に
排気ガスをシリンダヘッドに戻すＥＧＲフランジ部２４
ａが設けられている。遮熱板を取り付けるボス２５は管
部２２のフランジ部１３近辺に設けられている。
【００２１】図１のＨ−Ｈ断面図である図５に示すよう
に、管部２１の内面の断面形状はポート１１と１２の間
ではほぼ楕円形であり、その断面積はポート１１よりや
や大きい。ポート１２を過ぎると管部２１内の排気ガス
流路は徐々に真円形状に変化する。管部２２についても
同様で、ポート１３とポート１４の間にある管部２２の
断面は楕円形であり、ポート１３を過ぎると管部２２内
の排気ガス流路は徐々に真円形状に変化する。
【００２２】図６に示すように、管部２１、２２の中心
線軸Ｌ２１、Ｌ２２はともに滑らかな曲線であり、それ
らの曲率半径は最小のものでも５５ｍｍ以上（排気ガス
流路の断面積（ｍｍ2）の１２０％以上）であるのが好
ましい。両管部２１、２２内の排気ガス流路を曲率半径
５５ｍｍ以上の滑らかな曲線状とすることにより、排気
ガスの流れをスムーズにさせて、エネルギーの損失と熱
応力の集中を避けることができる。
【００２３】管部２１、２２及び集合部３０の背部、つ
まりフランジ部１１ａ〜１４ａから最も離れた位置に背
面リブ２１ａ、２２ａ及び３１が設けられている。背面
リブ２１ａはＥＧＲフランジ部２４ａから出発して、集
合部３０を経由してタービンハウジング４０まで延びて
いる。また背面リブ２２ａは管部２２の端部から出発し
て集合部３０を経由してタービンハウジング４０まで延
びているが、途中背面リブ３１と合流する。管部２１、
２２及び集合部３０に背面リブを設けることにより、排
気マニホールド１の上部と下部の温度差による膨張差
（熱応力）に対応できる。
【００２４】［３］ 集合部 集合部３０にはタービンハウジング４０及びその中のタ
ーボチャージャの荷重及び振動が直接かかるので、集合
部３０の肉厚は管部２１、２２の肉厚の１．２〜２．０
倍とするのが好ましい。その上、ターボチャージャの荷
重による曲げモーメントは、フランジ部１１ａ〜１４ａ
からロータシャフトの中心軸線（ターボチャージャの重
心）までの距離に比例して大きくなるため、図９に示す
ように、集合部３０の肉厚をタービンハウジング４０の
側３０ａから排気ガス導入用ポート側３０ｂへ向かって
徐々に大きくするのが好ましい。集合部４０の肉厚に勾
配を付けることにより、増大するトルクに対応すること
ができる。
【００２５】図７及び８に示すように、タービンハウジ
ング４０は、その中の円周状流路に対して集合部３０内
の排気ガス流路の中心線Ｃがほぼ接線方向となるよう
に、集合部３０に一体的に連結している。従って、ター
ビンハウジング４０の外面が集合部３０の外面とほぼ平
面的に連結する領域Ｒ1と、タービンハウジング４０の
外面が集合部３０の外面と所定の角度で交差する領域Ｒ
2とがある。領域Ｒ2においてタービンハウジング４０の
外面と集合部３０の外面とが直接連結する部分（くびれ
部）３２は、ターボチャージャの振動による応力を最も
受ける場所である。そして、くびれ部の曲率半径がター
ビンハウジングの軸中心から集合部内への排気ガス流路
の接線方向距離に対して適切でないと、くびれ部３２又
はその周辺にクラックが発生するおそれがある。
【００２６】この問題を解消するために、くびれ部３２
の曲率半径を６ｍｍ以上とし、好ましくは１５ｍｍ以上
とする。一般にくびれ部３２の曲率半径はくびれ部３２
より上部のタービンハウジングの大きさに比例して大き
くなる。くびれ部３２の曲率半径ｒは、タービンハウジ
ングの軸中心から集合部内への排気ガス流路の接線方向
距離Ｌとの比で０．１３以上、好ましくは０．２３であ
る。くびれ部３２の曲率半径ｒが、タービンハウジング
の軸中心から集合部内への排気ガス流路の接線方向距離
Ｌとの比で０．１３未満では、くびれ部３２に振動によ
る応力が集中し、排気ガス通路を貫通するクラックが生
じやすくなる。くびれ部３２の曲率半径ｒを大きくする
には、くびれ部３２の外面のカーブが緩やかになるよう
に、厚肉にするのが好ましい。
【００２７】集合部３０の下部３３、つまりフランジ部
１２と１３の間にあるつなぎ部１５ｃに面している部分
では、管部２１，２２はほぼへの字状に一体的に連結し
ている。集合部３０の下方のつなぎ部１５ｃにはスリッ
ト１６が設けられているので、集合部３０のへの字部３
３に応力が集中する。そのため、このへの字部３３は集
合部３０の他の部分よりも肉厚にするのが好ましい。具
体的には、への字部３３の肉厚を６〜１２ｍｍ（管部の
肉厚の１．５〜３．０倍）とするのが好ましい。図９に
示すように、への字部３３を厚肉に形成することによっ
て、つなぎ部１５ｃにスリット１６が設けられていて
も、集合部３０の下部にかかる応力に対応することがで
きる。
【００２８】［４］ タービンハウジング タービンハウジング４０は通常のラジアル式タービン用
ハウジングであり、図１０に示すように、ロータ室４１
と排気ガス導入通路４２とを有する。タービンハウジン
グ４０内の排気ガス流路は円周状であり、集合部３０内
の排気ガス流路は円周状流路に対してほぼ接線方向であ
る。タービンハウジング４０は排気マニホールド１に鋳
造一体化されているため、本発明のタービンハウジング
一体化排気マニホールド全体の占用空間は小さい。この
ような構造を有する本発明のタービンハウジング一体化
排気マニホールドは鋳鉄、鋳鋼等の一体鋳造品である。
【００２９】以上本発明のタービンハウジング一体型排
気マニホールドを図示の具体例に基づいて説明したが、
本発明はこれに限定されることなく種々の変更を加える
ことができる。また異なるサイズのタービンハウジング
一体型排気マニホールドに対しては、一般にサイズの大
小に比例して各部の大きさを変更すれば良い。
【００３０】また大型の排気マニホールドの場合、管部
を三分割しても良い。三分割型排気マニホールド自体は
公知であるが、中央の管部にタービンハウジングを鋳造
一体化して、そこに本発明を適用することもできる。
【００３１】
【実施例】質量比で、Ｃ：２．８〜３．４％、Ｓｉ：
３．７５〜４．５％、Ｍｎ：０．６以下、Ｓ：０．０２
％以下、Ｐ：０．０８％以下、Ｍｇ：０．０３０％以
上、Ｍｏ：０．４〜０．７％を含む高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄
組成で、図１乃至図１０に示すタービンハウジング一体
化排気マニホールドを鋳造後、機械加工を施して作製し
た。図１乃至図１０で、最外端のポート中心間の距離
Ｗ：４００ｍｍ、管部の排気ガス流路の断面積：４６ｍ
ｍ2、集合部の排気ガス流路の断面積：４４ｍｍ2、フ
ランジ部からロータシャフトの中心軸線までの垂直距離
Ｅ：１６２．５ｍｍ、フランジ部からロータシャフトの
中心軸線までの水平距離Ｆ：８４ｍｍである。そして、
図８に示すタービンハウジングの軸中心から前記集合部
内への排気ガス流路の接線方向距離（Ｌ）と、くびれ部
の曲率半径（ｒ）と前記接線方向距離（Ｌ）との比（ｒ
／Ｌ）を変化させ、６５０〜７００℃で５００ｈ使用後
のくびれ部のクラック発生を調べた。その結果を図１１
に示す。図１１で●印はくびれ部にクラックがなく、▲
印はくびれ部の表面に微小クラックがあり、×印はくび
れ部から排気ガス通路内まで貫通クラックが発生してい
ることを示す。
【００３２】図１１から分かるように、接線方向距離
（Ｌ）が５５ｍｍでは、くびれ部の曲率半径（ｒ）と前
記接線方向距離（Ｌ）との比（ｒ／Ｌ）が０．１８のと
き、表面に微小クラックが発生している。但し、この微
小クラックが発生した状態で、運転しても問題は発生し
なかった。Ｌ＝６５ｍｍでは、ｒ／Ｌ＝０．１３で微小
クラックが発生するが、微小クラックが発生した状態で
運転しても問題は発生しなかった。このことから、ｒ／
Ｌが０．１３以上であれば問題なく実用できる。また、
Ｌ＝４０〜１２０ｍｍの範囲すべてに対して、ｒ／Ｌが
０．２３以上であればクラックの発生はなかった。この
ことから、好ましくはｒ／Ｌが０．２３以上であれば良
いことがわかる。
【００３３】
【発明の効果】本発明のタービンハウジング一体化排気
マニホールドは、集合部のタービンハウジングと直結す
る部位におけるくびれ部の曲率半径がタービンハウジン
グの軸中心から集合部内への排気ガス流路の接線方向距
離に対して適切であるので、タービンの振動による応力
が繰り返しかかってもクラックが入ることはない。
【００３４】その上、管部及び集合部に背面リブを有す
るので、排気ガスによる温度差のために排気マニホール
ドの上部と下部に膨張差が生じ、そのため応力が繰り返
しかかっても排気マニホールドの管部及び集合部にクラ
ックが入ることはない。さらに、集合部の肉厚を下部に
かけて徐々に大きくすることにより、タービンハウジン
グの振動による応力に対する強度を確保することができ
る。
【００３５】さらに、集合部に近接する一対のポートの
フランジ部を集合部の下方で連結させ、その連結部にス
リットを設けることにより、管部の軸線方向の熱膨張・
収縮を吸収し、排気マニホールドをエンジンケースに固
定するボルトに過大な負荷がかかるのを防止することが
できる。また両管部の集合によりできたへの字状の部分
の肉厚を集合部の他の部分より厚くすることにより、軸
線方向の熱膨張・収縮に対する十分な機械的強度を確保
することができる。
【００３６】以上の構造を有する本発明のタービンハウ
ジング一体化排気マニホールドは、優れた形状設計のた
めにクラックが発生せず、長寿命である。その上、ター
ボチャージャのタービンハウジングが鋳造一体化されて
いるために、狭い形状スペース内でも排気ガスの流路が
できるだけ流線形状となるようにすることができ、排気
マニホールドの表面温度の低下、及びターボ性能の向上
をもたらすことができる。かかる利点有する本発明のタ
ービンハウジング一体化排気マニホールドはディーゼル
エンジンに限らずガソリンエンジンにも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例によるタービンハウジング
一体化排気マニホールドを示す正面図である。
【図２】 図１のタービンハウジング一体化排気マニホ
ールドの背面図である。
【図３】 図１のタービンハウジング一体化排気マニホ
ールドの底面図である。
【図４】 図１のタービンハウジング一体化排気マニホ
ールドの平面図である。
【図５】 図１のタービンハウジング一体化排気マニホ
ールドのＨ−Ｈ断面図である。
【図６】 図１のタービンハウジング一体化排気マニホ
ールドの管部の横断面図である。
【図７】 図１のタービンハウジング一体化排気マニホ
ールドの右側面図である。
【図８】 図１のタービンハウジング一体化排気マニホ
ールドの左側面図である。
【図９】 図１のタービンハウジング一体化排気マニホ
ールドのＪ−Ｊ断面図である。
【図１０】 図７のタービンハウジング一体化排気マニ
ホールドのＫ−Ｋ断面図である。
【図１１】 くびれ部の曲率半径（ｒ）と前記接線方向
距離（Ｌ）の比（ｒ／Ｌ）と、試験後のクラック発生状
況の関係を示す図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・排気マニホールド １１、１２、１３、１４・・ポート １１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ・・フランジ部 １５ａ、１５ｂ、１５ｃ・・・・・・つなぎ部 １６・・・・・・・・スリット ２１、２２・・・・・管部 ２１ａ、２２ａ・・・背面リブ ３０・・・・・・・集合部 ３１・・・・・・・・背面リブ ３２・・・・・・・・くびれ部 ３３・・・・・・・・への字部 ４０・・・・・・・タービンハウジング ４１・・・・・・・ロータ室 ｒ・・・・・・・・くびれ部の曲率半径 Ｌ・・・・・・・・タービンハウジングの軸中心から前
記集合部内への排気ガス流路の接線方向距離

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エンジンの排気孔に接続する複数の排気
    ガス導入用ポートを有する管部と、各排気ガス導入用ポ
    ートの周囲において前記管部に一体的に設けられたフラ
    ンジ部と、前記管部内の排気ガス流路がなめらかに合流
    するように前記管部の途中に設けられた集合部と、前記
    集合部と一体的に連結して排気ガスが流入する円周状流
    路に流入するターボチャージャ用タービンハウジングと
    を鋳造一体化した排気マニホールドであって、前記ター
    ビンハウジング内の円周状流路に対して前記集合部内の
    排気ガス流路がほぼ接線方向となるように前記タービン
    ハウジングは前記集合部に一体的に連結しており、前記
    タービンハウジングの外面が前記集合部の外面と所定の
    角度で連結する領域におけるくびれ部の曲率半径は、タ
    ービンハウジングの軸中心から前記集合部内への排気ガ
    ス流路の接線方向距離比で０．１３以上であることを特
    徴とする排気マニホールド。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の排気マニホールドにお
    いて、前記くびれ部の曲率半径は、タービンハウジング
    の軸中心から前記集合部内への排気ガス流路の接線方向
    距離比で０．２３以上であることを特徴とする排気マニ
    ホールド。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の排気マニホールドにお
    いて、前記管部及び前記集合部に背面リブを設けたこと
    を特徴とする排気マニホールド。
  4. 【請求項４】 請求項１又は２に記載の排気マニホール
    ドにおいて、前記タービンハウジングは前記ポート中心
    を結ぶ線より側方にずれた位置にあり、前記集合部の中
    心線側の部分では前記管部がへの字状に一体的に連結し
    ており、前記への字部は前記集合部の他の部分よりも肉
    厚になっていることを特徴とする排気マニホールド。
  5. 【請求項５】 請求項１〜３のいずれかに記載の排気マ
    ニホールドにおいて、前記集合部の下面が前記管部の下
    面より浮き上がっていることを特徴とする排気マニホー
    ルド。
  6. 【請求項６】 請求項１〜４のいずれかに記載の排気マ
    ニホールドにおいて、前記集合部に近接する一対の排気
    ガス導入用ポートの周囲に設けられたフランジ部は前記
    集合部の下方で連結する延長部を有し、前記延長部は前
    記管部の中心線とほぼ直角の方向に幅３ｍｍ以下のスリ
    ットを有することを特徴とする排気マニホールド。
JP10374104A 1998-12-28 1998-12-28 タ―ボチャ―ジャ用タ―ビンハウジングを鋳造一体化した排気マニホ―ルド Pending JP2000199427A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10374104A JP2000199427A (ja) 1998-12-28 1998-12-28 タ―ボチャ―ジャ用タ―ビンハウジングを鋳造一体化した排気マニホ―ルド
EP99126088A EP1016778B1 (en) 1998-12-28 1999-12-28 Exhaust manifold integrally cast with turbine housing for turbocharger
US09/474,006 US6256990B1 (en) 1998-12-28 1999-12-28 Exhaust manifold integrally cast with turbine housing for turbocharger
DE69927233T DE69927233T2 (de) 1998-12-28 1999-12-28 Abgaskrümmer mit integral angegossenem Turbinengehäuse für einen Turbolader

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10374104A JP2000199427A (ja) 1998-12-28 1998-12-28 タ―ボチャ―ジャ用タ―ビンハウジングを鋳造一体化した排気マニホ―ルド

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000199427A true JP2000199427A (ja) 2000-07-18

Family

ID=18503271

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10374104A Pending JP2000199427A (ja) 1998-12-28 1998-12-28 タ―ボチャ―ジャ用タ―ビンハウジングを鋳造一体化した排気マニホ―ルド

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6256990B1 (ja)
EP (1) EP1016778B1 (ja)
JP (1) JP2000199427A (ja)
DE (1) DE69927233T2 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110052730A (ko) * 2008-09-16 2011-05-18 보르그워너 인코퍼레이티드 배기가스 터보차저
JP2015218683A (ja) * 2014-05-20 2015-12-07 トヨタ自動車株式会社 内燃機関
JP2017082637A (ja) * 2015-10-27 2017-05-18 スズキ株式会社 エンジン及び自動二輪車
JP2021008879A (ja) * 2019-06-28 2021-01-28 株式会社クボタ エンジン

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2823255B1 (fr) * 2001-04-09 2003-07-04 Renault Sas Collecteur d'echappement pour moteur
KR20020085719A (ko) * 2001-05-10 2002-11-16 현대자동차주식회사 소음저감기능을 갖춘 터보차져장치
DE10144015A1 (de) * 2001-09-07 2003-03-27 Bayerische Motoren Werke Ag Abgasanlage für mehrzylindrige Verbrennungsmotoren
DE10307028B3 (de) * 2003-02-20 2004-05-13 Benteler Automobiltechnik Gmbh Anordnung zur Überführung der Abgase eines Verbrennungsmotors in eine Abgasleitung
EP1536141B1 (de) * 2003-11-28 2006-06-14 BorgWarner Inc. Gehäuse für Turbolader
EP1541826B1 (en) * 2003-12-13 2007-03-14 Ford Global Technologies, LLC Turbocharger
US7231762B2 (en) * 2004-02-25 2007-06-19 Darryl C. Bassani Exhaust manifold flange
US20060032219A1 (en) 2004-08-12 2006-02-16 Perkins Engines Company Power system exhaust manifold
US7565800B2 (en) * 2005-06-13 2009-07-28 Wescast Industries, Inc. Exhaust components including high temperature divider plate assemblies
KR20080096666A (ko) * 2006-02-17 2008-10-31 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤 내열 주조 철강제 배기 매니폴드
JP4365840B2 (ja) * 2006-08-10 2009-11-18 三菱重工業株式会社 多段過給式排気ターボ過給機の製造方法
JP4495120B2 (ja) * 2006-08-10 2010-06-30 三菱重工業株式会社 多段過給式排気ターボ過給機
DE102007053929B4 (de) * 2006-12-09 2013-09-12 Tenneco Gmbh Sammelflansch
DE102007017854A1 (de) * 2007-04-16 2008-10-30 Siemens Ag Brennkraftmaschine
FR2924467B1 (fr) 2007-12-04 2009-12-11 Renault Sas Collecteur d'echappement avec turbocompresseur integre.
US8356411B2 (en) * 2008-04-07 2013-01-22 Benteler Automotive Corporation Exhaust manifold with hybrid construction and method
US11352963B2 (en) * 2008-07-09 2022-06-07 Herbert U. Fluhler Internal combustion engine with improved efficiency
US8235685B2 (en) 2008-08-12 2012-08-07 GM Global Technology Operations LLC Turbocharger mount with integrated exhaust and exhaust gas recirculation connections
EP3168429B1 (en) * 2009-01-20 2018-03-07 Williams International Co., L.L.C. Turbine nozzle cartridge for use with a turbocharger core
DE102009011379B4 (de) 2009-03-05 2012-07-05 Benteler Automobiltechnik Gmbh Abgasbaugruppe
US7966816B1 (en) * 2010-01-11 2011-06-28 Ford Global Technologies Turbocharged internal combustion engine
JP5575533B2 (ja) * 2010-04-28 2014-08-20 ヤンマー株式会社 排気マニホールド
DE102011101506B4 (de) * 2010-05-17 2015-06-18 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Motoranordnung und Verfahren zur Herstellung
US20110173972A1 (en) * 2010-06-14 2011-07-21 Robert Andrew Wade Internal Combustion Engine Cylinder Head With Integral Exhaust Ducting And Turbocharger Housing
DE112011102910T5 (de) * 2010-10-11 2013-06-20 Borgwarner Inc. Abgasturbolader
DE102010051562B4 (de) 2010-11-18 2014-05-08 Pierburg Gmbh Abgasführungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
US20130014497A1 (en) * 2011-07-15 2013-01-17 Gm Global Technology Operations Llc. Housing for an internal combustion engine
DE102011109035A1 (de) 2011-07-30 2013-01-31 Daimler Ag Abgassammeleinrichtung zum Sammeln vonAbgas einer Verbrennungskraftmaschine
CN104145102A (zh) * 2012-03-09 2014-11-12 株式会社Ihi 涡轮壳体以及增压器
US9587588B2 (en) 2013-07-03 2017-03-07 Ford Global Technologies, Llc Direct inlet axial automotive turbine
KR20160070275A (ko) * 2014-12-09 2016-06-20 현대자동차주식회사 차량용 배기가스 배출장치
FR3053738A1 (fr) * 2016-07-07 2018-01-12 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif forme d’un repartiteur d’admission d’air et d’un carter de compresseur electrique pour moteur thermique a suralimentation d’air
GB2555469A (en) * 2016-10-31 2018-05-02 Caterpillar Motoren Gmbh & Co Turbocharger arrangement in engine systems
US10570778B2 (en) * 2017-09-11 2020-02-25 Ford Global Technologies, Llc Coupling system for turbocharger and emission control device
GB2576714B (en) * 2018-08-24 2022-10-12 Cummins Ltd Adapter
US11492924B1 (en) * 2021-04-26 2022-11-08 General Electric Company Polska sp. z o.o Embedded electric machine cooling

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3557549A (en) * 1969-03-21 1971-01-26 Caterpillar Tractor Co Turbocharger system for internal combustion engine
DE2252705A1 (de) * 1972-10-27 1974-05-02 Daimler Benz Ag Anbau eines abgasturboladers an eine brennkraftmaschine
JPS5588018U (ja) * 1978-12-14 1980-06-18
US4294073A (en) * 1979-10-05 1981-10-13 Cummins Engine Company, Inc. Integral turbine housing and exhaust collector section
JPS57148028A (en) * 1981-03-10 1982-09-13 Nissan Motor Co Ltd Exhaust manifold of internal combustion engine with turbosupercharger
JPH08319827A (ja) 1995-05-29 1996-12-03 Nissan Diesel Motor Co Ltd エキゾーストマニホールド
JPH0988577A (ja) * 1995-09-22 1997-03-31 Aisin Takaoka Ltd 排気マニホルドのフランジ構造
SE510224C2 (sv) * 1995-10-10 1999-05-03 Volvo Ab Avgasgrenrör fär en turboladdad förbränningsmotor

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110052730A (ko) * 2008-09-16 2011-05-18 보르그워너 인코퍼레이티드 배기가스 터보차저
KR101639345B1 (ko) * 2008-09-16 2016-07-13 보르그워너 인코퍼레이티드 배기가스 터보차저
JP2015218683A (ja) * 2014-05-20 2015-12-07 トヨタ自動車株式会社 内燃機関
JP2017082637A (ja) * 2015-10-27 2017-05-18 スズキ株式会社 エンジン及び自動二輪車
JP2021008879A (ja) * 2019-06-28 2021-01-28 株式会社クボタ エンジン
JP7264798B2 (ja) 2019-06-28 2023-04-25 株式会社クボタ エンジン

Also Published As

Publication number Publication date
DE69927233T2 (de) 2006-07-13
US6256990B1 (en) 2001-07-10
EP1016778A3 (en) 2002-12-11
DE69927233D1 (de) 2005-10-20
EP1016778A2 (en) 2000-07-05
EP1016778B1 (en) 2005-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2000199427A (ja) タ―ボチャ―ジャ用タ―ビンハウジングを鋳造一体化した排気マニホ―ルド
JPS645051Y2 (ja)
JP2002303145A (ja) ターボチャージャ付き内燃機関
WO2012066979A1 (ja) 低圧ループｅｇｒ装置
JPH07217438A (ja) 内燃機関の排気マニホルドのフランジ
JPS618421A (ja) タ−ボチヤ−ジヤの排気バイパス装置
WO2013130325A1 (en) Flow thermal stress turbocharger turbine housing divider wall
US4396085A (en) Turbosupercharger and its associated means
GB2383606A (en) Exhaust system for internal combustion engines
JPS63314320A (ja) タ−ボ過給式エンジン
JPH08312475A (ja) 機械式過給機付エンジンの吸気装置
JPS58135321A (ja) 内燃機関の吸気装置
JP5556743B2 (ja) 過給機付きエンジンの吸気構造
JPH08312359A (ja) 過給機付エンジンの吸気装置
JPH041309Y2 (ja)
JP3504483B2 (ja) Ｅｇｒ装置
JPH0130580Y2 (ja)
JPS6233070Y2 (ja)
KR20110129130A (ko) 내연기관
JPH0783065A (ja) ターボ過給機付エンジンの吸気装置
JPS6137769Y2 (ja)
JP3022686B2 (ja) 動圧過給機関の排気マニホールド構造
JP2004060499A (ja) ディーゼルエンジンのｅｇｒ装置
JP2005036708A (ja) エンジンの排気マニホールド
JP4325173B2 (ja) 直噴式ディーゼルエンジン

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20051108

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080616

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080702

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20081119