JP2008157235A - 低制限タービン出口ハウジング - Google Patents

Abstract

【課題】内燃エンジンのチャージャと関連した低制限ハウジングを提供する。
【解決手段】低制限タービン出口装置（２００）が、内空間部（２０８）を備えたハウジング（２０２）を有する。内空間部（２０８）は、入口移行部分（２３０）及び出口移行部分（２３２）を有する。ハウジング（２０２）に形成された入口ポート（２０４）が、出口ポート（２０６）と流体連通状態にあり、この出口ポートも又、ハウジング（２０２）に形成されている。取付けフランジ（２１６）が、ハウジング（２０２）に連結され、第１の組をなす補強リブ（２１８）及び第２の組をなす補強リブ（２２０）が各々、取付けフランジ（２１６）をハウジング（２０２）に連結している。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃エンジンであって、エンジンに連結された空気のための流体通路及び（又は）排気系統を含む（これらには限定されない）内燃エンジンに関する。

多くのエンジンは、吸気系統及び排気ガス系統と関連し、エンジンの性能を高めるためにこれらを通る流れを促進する装置を採用している。かかる装置の例としては、ターボチャージャ、スーパーチャージャ等が挙げられる。ターボチャージャは、例えば、エンジンの排気系統に連結されたタービンを有する場合があり、このタービンは、これに連結され、エンジン内への空気の流れを促進するコンプレッサを作動させるために用いられる。

ターボチャージャに出入りする空気及び（又は）排気ガスの流れ条件及びこれと関連している場合のある流れに対する障害が、ターボチャージャの性能、及びこれと関連したエンジンの性能に影響を及ぼす場合がある。ターボチャージャに出入りする空気及び（又は）排気ガスの通路に対する流れの障害は、ターボチャージャをエンジンに連結する際に存在するスペース上の制約の結果である。

したがって、ターボチャージャ又は他の装置を利用可能なスペースが制限されたエンジンに取り付ける場合に、ターボチャージャ又は他の装置と関連した低障害空気及び（又は）流体通路が要望されている。

低制限タービン出口装置が、内空間部を備えたハウジングを有する。内空間部は、入口移行部分及び出口移行部分を有する。ハウジングに形成された入口ポートが、出口ポートと流体連通状態にあり、この出口ポートも又、ハウジングに形成されている。取付けフランジが、ハウジングに連結され、第１の組をなす補強リブ及び第２の組をなす補強リブが各々、取付けフランジをハウジングに連結している。

以下の説明は、内燃エンジンと関連したターボチャージャのための低障害流体通路を提供する装置及び方法に関する。ターボチャージャ１０２が関連したエンジン１００のブロック図が、図１に示されている。エンジン１００は、吸気系統１０４及び排気系統１０６に連結されるのが良い。ターボチャージャ１０２は、タービン１０８及びコンプレッサ１１０を有するのが良い。タービン１０８は、排気系統１０６と流体連通状態にあるのが良く、コンプレッサ１１０は、吸気系統１０４に流体結合されるのが良い。

エンジン１００の作動中、空気が、低圧空気入口通路１１２を通ってコンプレッサ１１０に流入することができる。空気は、コンプレッサ１１０内で圧縮されて高圧空気通路１１４を通って吸気系統１０４に送られるのが良い。高圧空気通路１１４は、給気冷却器（図示せず）又は他の装置を収容するのが良いが、このようにするかどうかは任意である。コンプレッサ１１０中を通る空気の流れは、矢印で示されている。

吸気系統１０４からの空気は、エンジン１００内の少なくとも１つの燃焼室（図示せず）に入り、ここで、燃料と混ざり合って燃焼する。空気と燃料の燃焼生成物の１つは、排気ガスであり、この排気ガスは、燃焼シリンダから出て排気系統１０６内に集められる。排気系統１０６からの排気ガスが高圧排気通路１１８を通ってタービン１０８の入口１１６に送られる。高圧排気通路１１８からの排気ガスにより、タービンホイール（図示せず）が、回転して動力を発生させ、この動力は、コンプレッサ１１０を作動させるために用いられる。

排気ガスは、低圧排気通路１２０を経てタービン１０８から流出することができる。タービン１０８から流出した排気ガスは、エンジン１００の作動中、タービン１０８内におけるタービンホイールの回転によりこれに与えられた流れ特性、例えば高乱流及びスワール（渦流又は旋回流）状態を呈する場合がある。この理由で、高圧排気通路１２０は、タービン１０８から出た排気ガスの流れが、タービン１０８の作動効率を低下させる場合のある流れ絞りにより実質的に阻害されないように排出されなければならない。

大抵の公知構成のエンジンは、所望の形状に曲げられていて、排気ガスのための高圧排気通路をもたらすようタービン出口に連結された円形管を用いている。断面が一定の円形管は、タービンの出口のところでの排気ガスの旋回流れ特性が十分に落ち着いてタービンに関する性能を低下させないで旋回流れ特性をタービンから除くことができるようにするには十分ではない。有利には、低制限通路１２２が、タービン１０８と高圧排気通路１２０との間でタービン１０８の出口に連結してタービン１０８から出た排気ガスが高圧排気通路１２０に流入するのに適した移行を可能にする場合がある。急なコーナーがタービン１０８の出口の近くで高圧排気通路１２０に必要な場合、特定の利点が実現できる。この場合、低制限通路１２２は、伝統的な構成と比較した場合、タービン１０８の効率を低下させない低制限解決策を提供することができる。

タービン用の低制限通路２００の外形図が、図２に示されている。通路は、ガス入口ポート２０４及びガス出口ポート２０６を形成するハウジング２０２を有し、これらガス入口ポートとガス出口ポートは、両方とも、ハウジング２０２に形成された内空間部２０８を介して互いに流体連通状態にある。複数個のボルト穴２１２を有する入口フランジ２１０を、入口ポート２０４の周りに設けるのが良く、この入口フランジは、タービン出口（図示せず）の番い関係をなす表面に密封可能に係合するよう配置されると共に構成されている。出口フランジ２１４が、出口ポート２０６を包囲するのが良く、この出口フランジは、低圧排気ガス出口通路（図示せず）に密封可能に係合するよう構成されており、この低圧排気ガス出口通路は、例えば、断面が円形であり、Ｖ字形バンドクランプ（図示せず）により出口フランジ２１４に連結可能なラッパ形端部を有するタイプであるのが良い。

ハウジング２０２は又、ハウジング２０２をエンジンに取り付けるために使用できる取付けフランジ２１６を更に備えるのが良い。第１の組をなす補強リブ２１８及び第２の組をなす補強リブ２２０が、各々、取付けフランジ２１６をハウジング２０２の他の領域に連結して供用中、エンジンに取り付けられているハウジング２０２の振動に対して補強及び支持作用をもたらすようになっているのが良い。ハウジングには追加の特徴部、例えば、締結部開口部２２４が形成された第１のボス２２２及び追加の締結部開口部２２８が形成された第２のボス２２６が設けられているのが良い。締結部開口部２２４及び追加の締結部開口部２２８は、他のコンポーネント、例えば熱シールド（遮熱材）、ブラケット等をハウジング２０２及びエンジンに連結する際に有用な場合がある。

内空間部２０８及びこれを形成するハウジング２０２は、基本的に互いに異なる形状を有する２つの主要な部分を有するのが良い。入口移行部分２３０は、切頭エリプティカルコンノイド（elliptical-connoid）の形状（鼓を半分に切ったような形状）を有するのが良く、その頂部は、入口ポート２０４によって切頭され、その底部は、出口ポート２０６に向かって開口するよう差し向けられている。入口移行部分２３０の切頭エリプティカルコンノイド形状は、図２Ｂのワイヤ−フレーム詳細図に示されているように、入口ポート２０４の近くに円形の形状をもたらすために頂部寄りにより円形の断面“Ａ”及び一層楕円形の形状をした底部“Ｂ”を有するよう変更可能である。出口移行部分２３２が、偏平楕円体の形状をしているのが良く、この出口移行部分は、入口移行部分２３０と出口ポート２０６との間に位置している。出口移行部分２３２の形状も又、赤道半径“ＥＲ”が極半径“ＰＲ”よりも大きな「押し潰し状態」の回転楕円体として記載されており、この押し潰し状態の回転楕円体は、図２Ｃのワイヤ−フレーム詳細図に示すように、楕円をその短軸“ＭＡ”回りに回転することにより創成できる。出口移行部分２３２は、図示のように出口ポート２０６の周囲に実質的に平行なその赤道面を有するのが良い。

低制限通路２００の別の外形図が、図３に示されている。この斜視図から分かるように、ハウジング２０２内に形成された入口移行部分２３０と出口移行部分２３２の組み合わせは、「涙滴」の形をしているのが良く、偏平楕円体が、出口ポート２０６の近くの一端部に位置し、入口ポート２０４の近くの別の端部に位置する切頭エリプティカルコンノイド形状と合体している。

ハウジング２０２の断面図が、図４に示されている。作動中、ハウジング２０２中を通る排気ガスの流れは、点線の矢印で示されている。エンジンが作動する場合はいつでも、排気ガスが生じる。排気ガスは、タービンを通過し、ガス出口を通ってタービンから出ることができる。ハウジング２０２をタービンに連結するのが良く（タービンへの連結部は、図示されていない）、このハウジングは、タービンからの排気ガスを入口ポート２０４を介して受け入れるよう構成されているのが良い。排気ガスが入口ポート２０４を通ってハウジング２０２に流入すると、排気ガス流３０２（点線の矢印で示されている）は、高い乱流状態にあると共に一般的なスワール構造を有する場合がある。流れ３０２は、ハウジング２０２の内空間部２０８に入ることができ、そしてこの流れを入口移行部分２３０により内空間部２０８の中央領域に向かって膨張させ又は注ぎ込むのが良い。この流れは、入口移行部分２３０から出て出口移行部分２３２に入るのが良い。内空間部２０８の入口移行部分２３０及び出口移行部分２３２の形状により、流れ３０２は、有利には、そのスワール構造を妨害されない状態で発現するようになることができ、この場合、有利には、相当な大きさの流れの運動量は失われない。

この結果、流れ３０２は、それほど圧力損失を増大させないで、入口ポート２０４と出口ポート２０６との間でハウジング２０２内に存在するコーナー、図示の例では９０゜の角度を効果的にうまく曲がることができる。排気流３０２は、出口ポート２０６を通ってハウジング２０２から出ることができる。流れ３０２がハウジング２０２中を実質的に妨げられることなく通ることが有利である。というのは、タービンの出口のところ又は変形例として出口ポート２０６に対して入口ポート２０４のところでは、それほど圧力の増加が生じないからである。このように、タービンの効率が維持される。さらに、エンジン、タービン及び低圧排気通路に連結された場合のハウジング２０２の構造剛性は、エンジンに取り付けられるタービンの全体的剛性を増大させることができ、また、エンジンの全体的な騒音、振動及びハーシュネス（ＮＶＨ）特性を減少させることができる。

本発明をその思想又は本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で実施できる。説明した実施形態は、あらゆる点において例示として解されるべきであって、本発明を限定されるものと解されてはならない。したがって、本発明の範囲は、上記説明ではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて定められる。特許請求の範囲に記載された本発明の意味内容及び均等範囲に属する変更は、本発明の範囲に含まれるものである。

ターボチャージャが作動的に連結されたエンジンのブロック図であり、ターボチャージャが、本発明に従ってこれに連結された低制限ガス出口装置を有する状態を示す図である。 本発明による低制限通路を或る方向から見た外形図であり、図２Ｂは、本発明の低制限ガス出口装置に用いられる立体形状に関するワイヤ−フレーム詳細図、図２Ｃは、本発明の低制限ガス出口装置に用いられる立体形状に関するワイヤ−フレーム詳細図である。 本発明による低制限通路を別の方向から見た外形図である。 本発明の低制限装置用のハウジングの断面図である。

符号の説明

１００ 内燃エンジン
１０２ ターボチャージャ
１０８ タービン
１１０ コンプレッサ
１２２ 低制限ハウジング
２００ 低制限通路
２０２ ハウジング
２０４ ガス入口ポート
２０６ ガス出口ポート
２０８ 内空間部
２１６ 取付けフランジ
２１８，２２０ 補強リブ
２３０ 入口移行部分
２３２ 出口移行部分

Claims (19)

1. 低制限タービン出口装置であって、
   入口移行部分及び出口移行部分を有する内空間部を備えたハウジングと、
   前記ハウジングに形成され、前記ハウジングに形成された出口ポートと流体連通状態にある入口ポートと、
   前記ハウジングに連結された取付けフランジと、
   前記取付けフランジを前記ハウジングに連結する第１の組をなす補強リブと、
   前記取付けフランジを前記ハウジングに連結する第２の組をなす補強リブとを備えている、
   ことを特徴とする低制限タービン出口装置。
2. 前記入口移行部分はエリプティカルコンノイド（elliptical-connoid）の形状を有し、
   前記エリプティカルコンノイドの形状は、頂部及び底部を備え、
   前記頂部は、前記入口ポートによって切頭され、
   前記底部は、前記出口ポートの方へ差し向けられている、
   請求項１に記載の低制限タービン出口装置。
3. 前記出口移行部分は、偏平楕円体の形状を有し、
   前記偏平楕円体の形状は、赤道半径及び極半径を有し、
   前記赤道半径は、前記極半径よりも大きい、
   請求項１に記載の低制限タービン出口装置。
4. 前記赤道半径は、平面を定め、該平面は、前記出口ポートの周囲に実質的に平行である、
   請求項３に記載の低制限タービン出口装置。
5. 前記ハウジングに形成された少なくとも１つのボスを更に有し、前記少なくとも１つのボスには、締結部開口部が形成されている、
   請求項１記載の低制限タービン出口装置。
6. 前記ハウジングに形成された入口フランジを更に有し、前記入口フランジは、前記入口ポートを包囲し、前記入口フランジは、タービンハウジングに密封可能に連結されるよう構成されている、
   請求項１に記載の低制限タービン出口装置。
7. 前記ハウジングに形成された出口フランジを更に有し、前記出口フランジは、前記出口ポートを包囲し、前記出口フランジは、低圧排気ガス出口通路に密封可能に連結されるよう構成されている、
   請求項１に記載の低制限タービン出口装置。
8. 前記入口移行部分は、前記入口開口部に隣接して設けられている、
   請求項１に記載の低制限タービン出口装置。
9. 前記出口移行部分は、前記出口開口部に隣接して設けられている、
   請求項１に記載の低制限タービン出口装置。
10. 前記入口ポートと前記出口ポートは、これらの間に設けられている前記内空間部を介して互いに流体連通状態にある、
    請求項１に記載の低制限タービン出口装置。
11. 内燃エンジンであって、
    前記内燃エンジンの作動中、少なくとも１つの燃焼シリンダと間欠的流体連通状態にある吸気系統と、
    前記内燃エンジンの作動中、前記燃焼シリンダと間欠的流体連通状態にある排気系統と、
    前記内燃エンジンに作動的に連結されたターボチャージャであって、空気入口及び空気出口を備えたコンプレッサを有し、前記空気出口は前記吸気系統と流体連通状態にあり、前記ターボチャージャは、ガス入口及びガス出口を備えたタービンを更に有し、前記ガス入口は、前記排気系統と流体連通状態にあるターボチャージャと、
    前記タービンに連結された低制限タービン出口装置であって、前記タービンの前記ガス出口と流体連通状態にある入口ポートを備えたハウジング及び前記ハウジング内に形成された内空間部を介して前記入口ポートと流体連通状態にある出口ポートを有する前記低制限タービン出口装置を備えている、
    ことを特徴とする内燃エンジン。
12. 前記低制限タービン出口装置の前記内空間部は、前記入口ポートに隣接して設けられた入口移行部分と、前記出口ポートに隣接して設けられた出口移行部分とを有する、
    請求項１１に記載の内燃エンジン。
13. 前記入口移行部分は、エリプティカルコンノイド（elliptical-connoid）の形状をしており、前記エリプティカルコンノイドの形状は、頂部及び底部を備え、前記頂部は、前記入口ポートによって切頭され、前記底部は、前記出口ポートの方へ差し向けられている、
    請求項１２に記載の内燃エンジン。
14. 前記出口移行部分は、偏平楕円体の形状をしており、前記偏平楕円体の形状は、赤道半径及び極半径を有し、前記赤道半径は、前記極半径よりも大きい、
    請求項１２に記載の内燃エンジン。
15. 前記赤道半径は、平面を定め、前記平面は、前記出口ポートの周囲に実質的に平行である、
    請求項１４に記載の内燃エンジン。
16. 前記ハウジングに形成された入口フランジを更に有し、前記入口フランジは、前記入口ポートを包囲し、前記入口フランジは、前記タービンの前記ガス出口に密封可能に連結されるよう構成されている、
    請求項１１に記載の内燃エンジン。
17. 前記ハウジングに形成された出口フランジを更に有し、前記出口フランジは、前記出口ポートを包囲し、前記出口フランジは、低圧排気ガス出口通路に密封可能に連結されるよう構成されている、
    請求項１１に記載の低制限タービン出口装置。
18. 一般的なスワール構造を有する高乱流条件においてタービンから出ている排気ガスの流れが低流れ絞り状態でうまくコーナーを曲がるようにする方法であって、
    前記排気ガスの流れを前記タービンのガス出口からハウジングの入口ポートに密封可能に送るステップを有し、
    前記排気ガスの流れを前記ハウジングに形成された内空間部の入口移行部分内で膨張させて注ぎ込むステップを有し、前記入口移行部分は、エリプティカルコンノイド（elliptical-connoid）の形状をしており、
    前記排気ガスの流れを前記入口移行部分から前記内空間部の出口移行部分内に通すステップを有し、前記出口移行部分は、偏平楕円体の形状をしており、
    前記出口移行部分と流体連通状態にある出口ポートを通して前記排気ガスの流れを前記ハウジングから出すステップを有し、前記出口ポートは、前記入口ポートに対して角度をなしている、
    ことを特徴とする方法。
19. 前記ハウジングを前記タービン及びエンジンに連結したとき、構造剛性を前記ハウジングを備えた前記タービンに与えるステップを更に有する、
    請求項１８に記載の方法。

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