JP6812856B2 - Supercharger system - Google Patents

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Description

本発明は、過給機を備えた過給機システムに関するものである。 The present invention relates to a supercharger system including a supercharger.

インペラの周囲に二重のスクロールを配置したツインスクロールタービンを備えた過給機システムが知られている（各特許文献）。例えば、特許文献１に記載の過給機システムでは、４気筒エンジンに接続された二系統のエキゾーストマニホールドが各スクロールに接続されている。エキゾーストマニホールドを通過した排ガスは、インペラに回転力を付与しながらインペラを通過し、排出流路から排出される。 A supercharger system equipped with a twin scroll turbine in which a double scroll is arranged around an impeller is known (each patent document). For example, in the supercharger system described in Patent Document 1, two exhaust manifolds connected to a 4-cylinder engine are connected to each scroll. The exhaust gas that has passed through the exhaust manifold passes through the impeller while applying a rotational force to the impeller, and is discharged from the discharge flow path.

特許第５９２２４０２号公報Japanese Patent No. 5922402 特開２００４−６８６３１号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-68631 特開２００９−１５０３９３号公報JP-A-2009-150393 特表２０１１−５１３６５２号公報Japanese Patent Publication No. 2011-513652

二系統のエキゾーストマニホールドがツインスクロールタービンの各スクロールに接続された態様の場合、各系統での排気抵抗差が大きいとエンジン排圧のばらつきが大きくなり、過給性能を低下させる可能性がある。しかしながら、従来において、エンジン排圧のばらつきを低減するという観点で、エキゾーストマニホールドとスクロールとの接続関係に着目した技術は無かった。 In the case where the two exhaust manifolds are connected to each scroll of the twin scroll turbine, if the difference in exhaust resistance between the two systems is large, the variation in engine exhaust pressure becomes large, which may reduce the supercharging performance. However, in the past, there has been no technique focusing on the connection relationship between the exhaust manifold and the scroll from the viewpoint of reducing the variation in engine exhaust pressure.

本発明は、エンジン排圧のばらつきを低減して過給性能の低下を低減する過給機システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a supercharger system that reduces variations in engine exhaust pressure and reduces deterioration in supercharging performance.

本発明の一態様は、内燃機関と過給機とに接続された二系統の排気マニホールドを備えた過給機システムであって、インペラの周囲に配置されると共に、流路断面の面積が異なる二つのスクロールを備え、二つのスクロールのうち、流路断面の面積が大きいスクロールは、大スクロールであり、流路断面の面積が小さいスクロールは、小スクロールであり、二系統の排気マニホールドのうち、流路長の長い経路は、大スクロールに接続されており、流路長の短い経路は、小スクロールに接続されている。 One aspect of the present invention is a supercharger system including two exhaust manifolds connected to an internal combustion engine and a supercharger, which are arranged around an impeller and have different flow path cross-sectional areas. It is equipped with two scrolls, and of the two scrolls, the scroll having a large flow path cross-sectional area is a large scroll, and the scroll having a small flow path cross-sectional area is a small scroll. A path with a long flow path is connected to a large scroll, and a path with a short flow path is connected to a small scroll.

従来、二つのスクロールの流路断面の面積差に配慮して二系統の排気マニホールドの各経路を接続し、その結果、過給性能の低下を抑制するという着想は無かった。ここで、本発明の一態様における大スクロールは、小スクロールに比べて排気抵抗は小さく、また、流路長の長い排気マニホールドは、流路長の短い排気マニホールドに比べて排気抵抗は大きい。そして、排気抵抗の大きい側の排気マニホールドは、排気抵抗の小さい側の大スクロールに接続され、排気抵抗の小さい側の排気マニホールドは、排気抵抗の大きい側の小スクロールに接続されているので、両方の系統でのエンジン排圧のばらつきは減り、過給性能の低下を低減できる。 Conventionally, there has been no idea of connecting each path of two exhaust manifolds in consideration of the area difference between the cross sections of the flow paths of the two scrolls, and as a result, suppressing the deterioration of supercharging performance. Here, the large scroll in one aspect of the present invention has a smaller exhaust resistance than the small scroll, and the exhaust manifold having a long flow path has a larger exhaust resistance than the exhaust manifold having a short flow path. Then, the exhaust manifold on the side with a large exhaust resistance is connected to the large scroll on the side with a small exhaust resistance, and the exhaust manifold on the side with a small exhaust resistance is connected to the small scroll on the side with a large exhaust resistance. The variation in engine exhaust pressure in the system can be reduced, and the deterioration of supercharging performance can be reduced.

いくつかの態様において、大スクロールは、シュラウド側スクロールであり、小スクロールは、ハブ側スクロールとすることができる。インペラの回転軸を支持する軸受ハウジング等との関係を考慮すると、ハブ側スクロールよりもシュラウド側スクロールの方が流路面積を拡大させ易く、比較的設計の自由度が増す。 In some embodiments, the large scroll can be a shroud-side scroll and the small scroll can be a hub-side scroll. Considering the relationship with the bearing housing that supports the rotating shaft of the impeller, the scroll on the shroud side is easier to expand the flow path area than the scroll on the hub side, and the degree of freedom in design is relatively increased.

上記の態様において、ハブ側スクロールは、シュラウド側スクロールよりもインペラの回転軸線回りの流路長が短い態様とすることができる。ハブ側スクロールは小スクロールであり、設計上、ハブ側スクロールの排気抵抗は、シュラウド側スクロールの排気抵抗よりも大きくなる。ここで、ハブ側スクロールの流路長がシュラウド側スクロールの流路長よりも短ければ、程度にもよるが、ハブ側スクロールとシュラウド側スクロールとの間で生じる排気抵抗差は小さくなる。つまり、排気マニホールドの流路長の異なる二系統の経路間で生じる排気抵抗差が小さい場合に、この排気抵抗差を吸収して過給性能の低下を低減する上で最適化を図り易くなる。 In the above embodiment, the hub-side scroll may have a shorter flow path length around the rotation axis of the impeller than the shroud-side scroll. The hub side scroll is a small scroll, and by design, the exhaust resistance of the hub side scroll is larger than the exhaust resistance of the shroud side scroll. Here, if the flow path length of the hub-side scroll is shorter than the flow path length of the shroud-side scroll, the difference in exhaust resistance generated between the hub-side scroll and the shroud-side scroll becomes small, depending on the degree. That is, when the difference in exhaust resistance generated between two routes having different flow path lengths of the exhaust manifold is small, it becomes easy to optimize in absorbing the difference in exhaust resistance and reducing the deterioration of supercharging performance.

上記の態様において、シュラウド側スクロールは、ハブ側スクロールよりもインペラの回転軸線回りの流路長が短い態様とすることができる。シュラウド側スクロールは大スクロールであり、設計上は、シュラウド側スクロールの排気抵抗は、ハブ側スクロールの排気抵抗よりも小さくなる。ここで、シュラウド側スクロールの流路長がハブ側スクロールの流路長よりも短ければ、程度にもよるが、ハブ側スクロールとシュラウド側スクロールとの間で生じる排気抵抗差は大きくなる。つまり、排気マニホールドの流路長の異なる二系統の経路間で生じる排気抵抗差が大きい場合に、この排気抵抗差を吸収して過給性能の低下を低減する上で最適化を図り易くなる。 In the above aspect, the shroud side scroll may have a shorter flow path length around the rotation axis of the impeller than the hub side scroll. The shroud side scroll is a large scroll, and by design, the exhaust resistance of the shroud side scroll is smaller than the exhaust resistance of the hub side scroll. Here, if the flow path length of the shroud-side scroll is shorter than the flow path length of the hub-side scroll, the difference in exhaust resistance generated between the hub-side scroll and the shroud-side scroll becomes large, depending on the degree. That is, when the difference in exhaust resistance generated between two routes having different flow path lengths of the exhaust manifold is large, it becomes easy to optimize in absorbing the difference in exhaust resistance and reducing the deterioration of supercharging performance.

本発明のいくつかの態様によれば、エンジン排圧のばらつきを低減して過給性能の低下を低減できる。 According to some aspects of the present invention, it is possible to reduce variations in engine exhaust pressure and reduce a decrease in supercharging performance.

実施形態に係る過給機システムを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the supercharger system which concerns on embodiment. 第１実施形態に係るツインスクロールタービンであり、回転軸線に沿った平面でツインスクロールタービンを切断した場合の模式的な断面図である。It is a twin scroll turbine according to the first embodiment, and is a schematic cross-sectional view when the twin scroll turbine is cut in a plane along the rotation axis. シュラウド側スクロール及びハブ側スクロールの各流路断面の図心から回転軸線までの距離を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the distance from the centroid of each flow path cross section of a shroud side scroll and a hub side scroll to a rotation axis. ハブ側スクロール、及びシュラウド側スクロールを回転軸線に略直交する面で切断した断面図であり、（ａ）図はハブ側の断面図であり、（ｂ）図はシュラウド側の断面図である。It is a cross-sectional view which cut the hub side scroll and the shroud side scroll by the plane which is substantially orthogonal to the rotation axis, (a) is the cross-sectional view of the hub side, and (b) is the cross-sectional view of the shroud side. 第２実施形態に係るツインスクロールタービンであり、シュラウド側スクロール及びハブ側スクロールの各流路断面の図心から回転軸線までの距離を模式的に示す図である。It is a twin scroll turbine which concerns on 2nd Embodiment, and is the figure which shows typically the distance from the centroid of each flow path cross section of a shroud side scroll and a hub side scroll to a rotation axis.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

過給機２は、例えば、船舶や車両等の過給機システム１に組み込まれて適用される。図１に示されるように、例えば、４気筒（多気筒）のエンジン（内燃機関）Ｅの過給機システム１は、エンジンＥの各気筒Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃ，Ｅｄに吸入空気を分配するためのインテークマニホールド３と、各気筒Ｅａ〜Ｅｄの排気ポートに接続され、各排気ポートから排出された排ガスＧを二系統に集約して排出するエキゾーストマニホールド（排気マニホールド）４と、を備えている。また、過給機２は、吸入経路１ａを介してインテークマニホールド３に接続されたコンプレッサ５と、エキゾーストマニホールド４に接続されたツインスクロールタービン６とを備えている。コンプレッサ５とインテークマニホールド３とを接続する吸入経路１ａには、インタークーラーやスロットルバルブ等が配置されている。 The supercharger 2 is incorporated and applied to the supercharger system 1 of a ship, a vehicle, or the like, for example. As shown in FIG. 1, for example, the supercharger system 1 of a 4-cylinder (multi-cylinder) engine (internal combustion engine) E distributes intake air to each cylinder Ea, Eb, Ec, Ed of the engine E. The intake manifold 3 is provided, and an exhaust manifold (exhaust manifold) 4 that is connected to the exhaust ports of the cylinders Ea to Ed and that aggregates and discharges the exhaust gas G discharged from each exhaust port into two systems. Further, the supercharger 2 includes a compressor 5 connected to the intake manifold 3 via the suction path 1a and a twin scroll turbine 6 connected to the exhaust manifold 4. An intercooler, a throttle valve, and the like are arranged in the suction path 1a connecting the compressor 5 and the intake manifold 3.

コンプレッサ５は、コンプレッサハウジング５ａと、コンプレッサハウジング５ａに収納されたコンプレッサ翼車５ｂと、を備え、ツインスクロールタービン６は、タービンハウジング７と、タービンハウジング７に収納されたタービン翼車（インペラ）８とを備えている。タービン翼車８は回転軸２１の一方の端部に設けられており、コンプレッサ翼車５ｂは回転軸２１の他方の端部に設けられている。タービンハウジング７とコンプレッサハウジング５ａとの間には、軸受ハウジング９が設けられている。回転軸２１は、軸受を介して軸受ハウジング９に回転可能に支持されており、回転軸２１、コンプレッサ翼車５ｂ及びタービン翼車８が一体の回転体として回転軸線Ｘを中心に回転する。 The compressor 5 includes a compressor housing 5a and a compressor impeller 5b housed in the compressor housing 5a, and the twin scroll turbine 6 includes a turbine housing 7 and a turbine impeller 8 housed in the turbine housing 7. And have. The turbine impeller 8 is provided at one end of the rotating shaft 21, and the compressor impeller 5b is provided at the other end of the rotating shaft 21. A bearing housing 9 is provided between the turbine housing 7 and the compressor housing 5a. The rotating shaft 21 is rotatably supported by the bearing housing 9 via a bearing, and the rotating shaft 21, the compressor impeller 5b, and the turbine impeller 8 rotate about the rotating axis X as an integral rotating body.

コンプレッサハウジング５ａには、吸入部５ｃ及び排出部５ｄが設けられている。タービン翼車８が回転すると、回転軸２１を介してコンプレッサ翼車５ｂが回転する。回転するコンプレッサ翼車５ｂは、吸入部５ｃを通じて空気等の外部の流体（流体）を吸入し、圧縮して排出部５ｄから排出する。排出部５ｄから排出された圧縮流体は、吸入経路１ａ及びインテークマニホールド３を介してエンジンＥに供給される。 The compressor housing 5a is provided with a suction portion 5c and a discharge portion 5d. When the turbine impeller 8 rotates, the compressor impeller 5b rotates via the rotating shaft 21. The rotating compressor impeller 5b sucks in an external fluid (fluid) such as air through the suction section 5c, compresses it, and discharges it from the discharge section 5d. The compressed fluid discharged from the discharge unit 5d is supplied to the engine E via the suction path 1a and the intake manifold 3.

タービンハウジング７は、エキゾーストマニホールド４の二つの経路４１，４２のそれぞれに接続された二つの排ガス導入流路７ａ，７ｂと、タービン翼車８を通過した排ガスＧ（流体）が流出する排ガス排出流路７ｃと、を備えている。エンジンＥから排出された排ガスＧは、エキゾーストマニホールド４を通過してタービンハウジング７内に流入し、タービン翼車８を回転させ、その後、排ガス排出流路７ｃを通過してタービンハウジング７外に流出する。なお、タービンハウジング７には、各排ガス導入流路７ａ，７ｂと排ガス排出流路７ｃとをバイパスする二つのバイパス流路、及びバイパス流路の出口を開閉して流量を調整するウエストゲートバルブが設けられている。 The turbine housing 7 includes two exhaust gas introduction flow paths 7a and 7b connected to each of the two paths 41 and 42 of the exhaust manifold 4, and an exhaust gas discharge flow from which the exhaust gas G (fluid) that has passed through the turbine impeller 8 flows out. It is equipped with a road 7c. The exhaust gas G discharged from the engine E passes through the exhaust manifold 4 and flows into the turbine housing 7, rotates the turbine impeller 8, and then passes through the exhaust gas discharge flow path 7c and flows out of the turbine housing 7. To do. The turbine housing 7 includes two bypass flow paths that bypass the exhaust gas introduction flow paths 7a and 7b and the exhaust gas discharge flow path 7c, and a waist gate valve that opens and closes the outlet of the bypass flow path to adjust the flow rate. It is provided.

図１、図２、及び図４に示されるように、タービンハウジング７には、タービン翼車８の周囲に配置され、各排ガス導入流路７ａ，７ｂに接続された二つのスクロール１１，１２が設けられている。二つのスクロール１１，１２は、それぞれノズル１３を介してタービン翼車８の収容室内に連通し、タービン翼車８の収容室は排ガス排出流路７ｃに連通している。二つのスクロール１１，１２は、回転軸線Ｘ方向において、互いに重なるように設けられており、回転軸２１の軸受ハウジング９側（コンプレッサ５側）のスクロールは、ハブ側スクロール１１であり、反対側のスクロールはシュラウド側スクロール１２である。なお、ハブ側スクロールはリア側スクロール、シュラウド側スクロールはフロント側スクロールと呼ばれることもある。 As shown in FIGS. 1, 2 and 4, the turbine housing 7 has two scrolls 11 and 12 arranged around the turbine impeller 8 and connected to the exhaust gas introduction channels 7a and 7b. It is provided. The two scrolls 11 and 12 communicate with each other through the nozzle 13 into the accommodation chamber of the turbine impeller 8, and the accommodation chamber of the turbine impeller 8 communicates with the exhaust gas discharge flow path 7c. The two scrolls 11 and 12 are provided so as to overlap each other in the rotation axis X direction, and the scroll on the bearing housing 9 side (compressor 5 side) of the rotation shaft 21 is the hub side scroll 11 and the opposite side. The scroll is the shroud side scroll 12. The hub side scroll is sometimes called the rear side scroll, and the shroud side scroll is sometimes called the front side scroll.

ハブ側スクロール１１とシュラウド側スクロール１２とは、基本的な形態は共通するので、ハブ側スクロール１１を代表して説明する。ハブ側スクロール１１は、タービン翼車８の回転方向に沿うように略螺旋状の曲線を描き、排ガスＧの流れ方向を基準にした場合の上流側から下流側にかけて漸次縮径した流路を形成している。ハブ側スクロール１１の下流端は、再び上流側に接続され、排ガスＧの再循環流を形成する合流部になっている。本実施形態において、合流部を形成する開口のうち、最も上流側となる一部分は舌部１１ａである。舌部１１ａが設けられた部位は、ハブ側スクロール１１の入口部分である。 Since the hub-side scroll 11 and the shroud-side scroll 12 have the same basic form, the hub-side scroll 11 will be described as a representative. The hub-side scroll 11 draws a substantially spiral curve along the rotation direction of the turbine impeller 8 and forms a flow path whose diameter is gradually reduced from the upstream side to the downstream side when the flow direction of the exhaust gas G is used as a reference. doing. The downstream end of the hub-side scroll 11 is connected to the upstream side again to form a confluence portion that forms a recirculation flow of the exhaust gas G. In the present embodiment, the most upstream portion of the openings forming the confluence is the tongue portion 11a. The portion where the tongue portion 11a is provided is the entrance portion of the hub side scroll 11.

ハブ側スクロール１１の流路断面のうち、舌部１１ａを通る仮想の平面で切断した場合の流路断面はハブ側スクロール１１の入口部分の流路断面である。より詳細に説明すると、微視的には舌部１１ａは曲面を有する部位であり、舌部１１ａに接する接平面を仮定し、その接平面上に投影されるハブ側スクロール１１の流路断面を想定した場合に、面積が最も小さくなる流路断面はハブ側スクロール１１の入口部分の流路断面である。ハブ側スクロール１１の入口部分の流路断面は、ハブ側スクロール１１の流路断面を代表する流路断面（ハブ側代表断面）Ｓａである（図３参照）。 Of the flow path cross sections of the hub side scroll 11, the flow path cross section when cut in a virtual plane passing through the tongue portion 11a is the flow path cross section of the inlet portion of the hub side scroll 11. More specifically, microscopically, the tongue portion 11a is a portion having a curved surface, assuming a tangential plane in contact with the tongue portion 11a, and a cross section of the flow path of the hub side scroll 11 projected on the tangential plane. Assumed, the flow path cross section having the smallest area is the flow path cross section of the inlet portion of the hub side scroll 11. The flow path cross section of the inlet portion of the hub side scroll 11 is a flow path cross section (hub side representative cross section) Sa representing the flow path cross section of the hub side scroll 11 (see FIG. 3).

シュラウド側スクロール１２についても、ハブ側スクロール１１と同様に考えることができ、舌部１２ａに接する接平面を仮定し、その接平面上に投影されるシュラウド側スクロール１２の流路断面を想定した場合に、面積が最も小さくなる流路断面はシュラウド側スクロール１２の入口部分の流路断面である。シュラウド側スクロール１２の入口部分の流路断面は、シュラウド側スクロール１２の流路断面を代表する流路断面（シュラウド側代表断面）Ｓｂである（図３参照）である。 The shroud-side scroll 12 can be considered in the same manner as the hub-side scroll 11, and when a tangent plane in contact with the tongue portion 12a is assumed and the flow path cross section of the shroud-side scroll 12 projected on the tangent plane is assumed. The cross section of the flow path having the smallest area is the cross section of the flow path at the entrance of the shroud-side scroll 12. The flow path cross section of the inlet portion of the shroud side scroll 12 is a flow path cross section (shroud side representative cross section) Sb representing the flow path cross section of the shroud side scroll 12 (see FIG. 3).

ハブ側代表断面Ｓａとシュラウド側代表断面Ｓｂとを比較した場合に、本実施形態では、ハブ側代表断面Ｓａの面積の方が、シュラウド側代表断面Ｓｂの面積よりも小さい。なお、ハブ側代表断面Ｓａとシュラウド側代表断面Ｓｂとを比較して得られる双方の相関性は、他の部分の流路断面同士、例えば、舌部１１ａ，１２ａを基準にして同じ回転角だけずらした位置での流路断面同士を比較した場合にも同様の結論が導かれる。つまり、本実施形態において、ハブ側スクロール１１の流路断面の面積は、シュラウド側スクロール１２の流路断面の面積よりも小さい。 When the hub side representative cross section Sa and the shroud side representative cross section Sb are compared, in the present embodiment, the area of the hub side representative cross section Sa is smaller than the area of the shroud side representative cross section Sb. The correlation between the hub side representative cross section Sa and the shroud side representative cross section Sb is only the same rotation angle with respect to the flow path cross sections of other parts, for example, the tongue portions 11a and 12a. A similar conclusion can be drawn when comparing the cross sections of the flow paths at the shifted positions. That is, in the present embodiment, the area of the flow path cross section of the hub side scroll 11 is smaller than the area of the flow path cross section of the shroud side scroll 12.

次に、図３及び図４を参照し、ハブ側スクロール１１及びシュラウド側スクロール１２の回転軸線Ｘ回りの流路長について説明する。この流路長とは、回転軸線Ｘを含む平面でハブ側スクロール１１及びシュラウド側スクロール１２を切断した場合の流路断面の図心Ｃａ、Ｃｂを、入口部分から回転軸線Ｘ回り方向に沿って下流端まで連続的に結んだ曲線の長さを意味する。 Next, with reference to FIGS. 3 and 4, the flow path lengths around the rotation axis X of the hub side scroll 11 and the shroud side scroll 12 will be described. This flow path length refers to the centroids Ca and Cb of the flow path cross section when the hub side scroll 11 and the shroud side scroll 12 are cut on a plane including the rotation axis X along the direction around the rotation axis X from the inlet portion. It means the length of a curve that is continuously connected to the downstream end.

ここで、本実施形態におけるハブ側スクロール１１及びシュラウド側スクロール１２の流路長を比較する。ハブ側スクロール１１の流路断面の図心Ｃａから回転軸線Ｘまでの距離Ｌａは、シュラウド側スクロール１２の流路断面の図心Ｃｂから回転軸線Ｘまでの距離Ｌｂよりも短い（図３参照）。その結果、ハブ側スクロール１１の流路長は、シュラウド側スクロール１２の流路長よりも短くなっている。 Here, the flow path lengths of the hub side scroll 11 and the shroud side scroll 12 in the present embodiment are compared. The distance La from the center of gravity Ca of the flow path cross section of the hub side scroll 11 to the rotation axis X is shorter than the distance Lb from the center of gravity Cb of the flow path cross section of the shroud side scroll 12 to the rotation axis X (see FIG. 3). .. As a result, the flow path length of the hub side scroll 11 is shorter than the flow path length of the shroud side scroll 12.

ここで、本実施形態に係るハブ側スクロール１１とシュラウド側スクロール１２との関係について整理する。ハブ側スクロール１１は、流路断面の面積が小さい側の小スクロールであり、シュラウド側スクロール１２は、流路断面の面積が大きい側の大スクロールである。また、ハブ側スクロール１１の流路長は、シュラウド側スクロール１２の流路長よりも短くなっている。 Here, the relationship between the hub-side scroll 11 and the shroud-side scroll 12 according to the present embodiment will be summarized. The hub side scroll 11 is a small scroll on the side where the area of the flow path cross section is small, and the shroud side scroll 12 is a large scroll on the side where the area of the flow path cross section is large. Further, the flow path length of the hub side scroll 11 is shorter than the flow path length of the shroud side scroll 12.

流路断面の面積差を基準に考えた場合、流路断面の面積が小さい側のハブ側スクロール１１（小スクロール）の方が、流路断面の面積が大きい側のシュラウド側スクロール１２（大スクロール）に比べて排気抵抗は大きくなる。また、流路長を基準に考えた場合、流路長が短い側のハブ側スクロール１１の方が、シュラウド側スクロール１２に比べて排気抵抗は小さくなる。しかしながら、排気抵抗への影響、つまり優先的に寄与する機能は、流路長差よりも流路断面の面積差の方が大きいと考えられる。従って、程度の差はあるものの、本実施形態ではハブ側スクロール１１（小スクロール）の方が、シュラウド側スクロール１２（大スクロール）に比べて排気抵抗は大きくなる。 When considering the area difference of the flow path cross section as a reference, the hub side scroll 11 (small scroll) on the side where the flow path cross section area is small is the shroud side scroll 12 (large scroll) on the side where the flow path cross section area is large. ), The exhaust resistance is larger. Further, when considering the flow path length as a reference, the exhaust resistance of the hub side scroll 11 on the side where the flow path length is short is smaller than that of the shroud side scroll 12. However, it is considered that the effect on the exhaust resistance, that is, the function that contributes preferentially, is larger in the area difference of the flow path cross section than in the flow path length difference. Therefore, although there are some differences, the hub side scroll 11 (small scroll) has a larger exhaust resistance than the shroud side scroll 12 (large scroll) in the present embodiment.

各排ガス導入流路７ａ，７ｂは、上述の通り、それぞれハブ側スクロール１１またはシュラウド側スクロール１２に接続されている。より詳細に説明すると、各排ガス導入流路７ａ，７ｂは、実質的に同一の流路断面積からなる入口を備え、この入口が、それぞれエキゾーストマニホールド４の各経路４１、４２に接続されている。また、各排ガス導入流路７ａ，７ｂの出口は、それぞれハブ側スクロール１１またはシュラウド側スクロール１２に接続されている。なお、各排ガス導入流路７ａ，７ｂにおける排気抵抗差は、各経路４１、４２の流路長差に比べ、無視できる程度に小さいと考えられる。 As described above, the exhaust gas introduction flow paths 7a and 7b are connected to the hub side scroll 11 or the shroud side scroll 12, respectively. More specifically, each of the exhaust gas introduction channels 7a and 7b includes an inlet having substantially the same channel cross-sectional area, and the inlets are connected to the respective paths 41 and 42 of the exhaust manifold 4, respectively. .. Further, the outlets of the exhaust gas introduction flow paths 7a and 7b are connected to the hub side scroll 11 or the shroud side scroll 12, respectively. It is considered that the difference in exhaust resistance between the exhaust gas introduction channels 7a and 7b is negligibly smaller than the difference in the lengths of the paths 41 and 42.

図１及び図２に示されるように、エキゾーストマニホールド４は、第１系統である経路４１と、第２系統である経路４２との二つの系統を備えている。経路４１は、規則的（略一列）に並ぶ四つ（複数）の気筒Ｅａ〜Ｅｄのうち、内側の複数の気筒Ｅｂ、Ｅｃの排気ポートに接続され、経路４２は、外側の複数の気筒Ｅａ、Ｅｄの排気ポートに接続されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the exhaust manifold 4 includes two systems, a path 41 which is the first system and a path 42 which is the second system. The path 41 is connected to the exhaust ports of the inner plurality of cylinders Eb and Ec among the four (plurality) cylinders Ea to Ed arranged regularly (approximately in a row), and the path 42 is the outer plurality of cylinders Ea. , Connected to the Ed exhaust port.

経路４１は、気筒Ｅｂ、Ｅｃの各排気ポートに接続されたヘッダーパイプ４１ａと、ヘッダーパイプ４１ａが合流して一つの管路となるコレクター４１ｂとを備える。コレクター４１ｂは、排ガス導入流路７ａを介してハブ側スクロール１１に接続されている。経路４２は、気筒Ｅａ、Ｅｄの各排気ポートに接続されたヘッダーパイプ４２ａと、ヘッダーパイプ４２ａが合流して一つの管路となるコレクター４２ｂとを備える。コレクター４２ｂは、排ガス導入流路７ｂを介してシュラウド側スクロール１２に接続されている。経路４１の流路長は、経路４２の流路長よりも短くなっている。なお、経路４１の流路長は、ヘッダーパイプ４１ａやコレクター４１ｂ等の長さの合計長さであり、経路４２の流路長は、ヘッダーパイプ４２ａやコレクター４２ｂ等の長さの合計長さである。 The path 41 includes a header pipe 41a connected to each exhaust port of the cylinders Eb and Ec, and a collector 41b in which the header pipe 41a merges to form one pipeline. The collector 41b is connected to the hub side scroll 11 via the exhaust gas introduction flow path 7a. The path 42 includes a header pipe 42a connected to each of the exhaust ports of the cylinders Ea and Ed, and a collector 42b in which the header pipes 42a merge to form one pipeline. The collector 42b is connected to the shroud side scroll 12 via the exhaust gas introduction flow path 7b. The flow path length of the path 41 is shorter than the flow path length of the path 42. The flow path length of the path 41 is the total length of the header pipe 41a, the collector 41b, etc., and the flow path length of the path 42 is the total length of the header pipe 42a, the collector 42b, etc. is there.

本実施形態において、経路４１の流路断面の面積と経路４２の流路断面の面積との差は、流路長差に比べて小さく、少なくとも流路断面の面積差に起因して生じる排気抵抗差を吸収できる程度の差は無く、両方の流路断面の面積は実質的に同一である。つまり、経路４１と経路４２との間で生じる排気抵抗差は、主体的に流路長差に起因して生じるため、本実施形態では、経路４１で生じる排気抵抗は、経路４２で生じる排気抵抗よりも小さくなっている。なお、経路４１の流路長が経路４２の流路長よりも短くなる形態であれば、エンジンＥの各排気ポートとの接続形態として様々な変形形態を含んで構成することができる。 In the present embodiment, the difference between the area of the flow path cross section of the path 41 and the area of the flow path cross section of the path 42 is smaller than the difference in the flow path length, and at least the exhaust resistance caused by the difference in the area of the flow path cross section. There is no difference to the extent that the difference can be absorbed, and the areas of both flow path cross sections are substantially the same. That is, since the exhaust resistance difference generated between the path 41 and the path 42 is mainly caused by the flow path length difference, in the present embodiment, the exhaust resistance generated in the path 41 is the exhaust resistance generated in the path 42. Is smaller than If the flow path length of the path 41 is shorter than the flow path length of the path 42, various modified forms can be included as the connection form with each exhaust port of the engine E.

本実施形態において、上記の関係を満たすことによって享受できる作用、効果について説明する。まず、エンジンＥからの排ガスＧは、エキゾーストマニホールド４の各経路４１，４２を交互に通過し、ツインスクロールタービン６の排ガス導入流路７ａまたは排ガス導入流路７ｂに導入される。排ガス導入流路７ａ及び排ガス導入流路７ｂに導入された排ガスＧは、それぞれハブ側スクロール１１またはシュラウド側スクロール１２を交互に流れ、タービン翼車８を回転させた後、排ガス排出流路７ｃから排出される。 In this embodiment, the actions and effects that can be enjoyed by satisfying the above relationships will be described. First, the exhaust gas G from the engine E alternately passes through the respective paths 41 and 42 of the exhaust manifold 4 and is introduced into the exhaust gas introduction flow path 7a or the exhaust gas introduction flow path 7b of the twin scroll turbine 6. The exhaust gas G introduced into the exhaust gas introduction flow path 7a and the exhaust gas introduction flow path 7b alternately flows through the hub side scroll 11 or the shroud side scroll 12, respectively, rotates the turbine impeller 8, and then from the exhaust gas discharge flow path 7c. It is discharged.

ここで、本実施形態では、排気抵抗が大きい側のハブ側スクロール１１に、排気抵抗が小さい側のエキゾーストマニホールド４の経路４１が接続され、排気抵抗が小さい側のシュラウド側スクロール１２に、排気抵抗が大きい側の経路４２が接続されている。その結果、両方の排気系統での排気抵抗差は小さくなり、エンジン排圧（「エンジン背圧」ともいう）のばらつきは減り、過給性能の低下を低減できる。 Here, in the present embodiment, the path 41 of the exhaust manifold 4 on the side where the exhaust resistance is small is connected to the hub side scroll 11 on the side where the exhaust resistance is large, and the exhaust resistance is connected to the shroud side scroll 12 on the side where the exhaust resistance is small. The path 42 on the larger side is connected. As a result, the difference in exhaust resistance between both exhaust systems becomes small, the variation in engine exhaust pressure (also referred to as "engine back pressure") is reduced, and the decrease in supercharging performance can be reduced.

また、本実施形態では、ハブ側スクロール１１は小スクロールであり、シュラウド側スクロールは大スクロールである。タービン翼車８の回転軸２１を支持する軸受ハウジング９等との関係を考慮すると、ハブ側スクロール１１よりもシュラウド側スクロール１２の方が流路面積を拡大させ易く、比較的設計の自由度が増す。 Further, in the present embodiment, the hub side scroll 11 is a small scroll, and the shroud side scroll is a large scroll. Considering the relationship with the bearing housing 9 or the like that supports the rotating shaft 21 of the turbine impeller 8, the shroud side scroll 12 is easier to expand the flow path area than the hub side scroll 11, and the degree of freedom in design is relatively high. Increase.

また、小スクロールであるハブ側スクロール１１の方が、設計上は、シュラウド側スクロール１２の排気抵抗よりも大きくなるが、一方で、ハブ側スクロール１１の流路長はシュラウド側スクロール１２の流路長よりも短いため、ハブ側スクロール１１とシュラウド側スクロール１２との間で生じる排気抵抗差は小さくなる。つまり、流路長の異なる二系統の経路４１，４２で生じる排気抵抗差が小さい場合に、この排気抵抗差を吸収して過給性能の低下を低減する上で最適化を図り易くなる。 Further, the hub-side scroll 11, which is a small scroll, is designed to be larger than the exhaust resistance of the shroud-side scroll 12, while the flow path length of the hub-side scroll 11 is the flow path of the shroud-side scroll 12. Since it is shorter than the length, the exhaust resistance difference generated between the hub side scroll 11 and the shroud side scroll 12 becomes small. That is, when the difference in exhaust resistance generated between the two routes 41 and 42 having different flow path lengths is small, it becomes easy to optimize for absorbing the difference in exhaust resistance and reducing the deterioration of the supercharging performance.

次に、第２本実施形態に係る過給機システムについて図５を参照して説明する。なお、第２本実施形態に係る過給機システムは、第１本実施形態と同様の要素や構造を備えているため、同様の要素や構造については同一の符号を付して詳細な説明を省略し、実質的な相違点を中心に説明する。 Next, the supercharger system according to the second embodiment will be described with reference to FIG. Since the turbocharger system according to the second embodiment has the same elements and structures as those of the first embodiment, the same elements and structures are designated by the same reference numerals and detailed explanations will be given. The explanation will be omitted, focusing on the substantial differences.

本実施形態において、ハブ側スクロール１１Ａの流路断面Ｓｃの面積は、シュラウド側スクロール１２Ａの流路断面Ｓｄの面積よりも小さい。また、ハブ側スクロール１１Ａの流路長は、シュラウド側スクロール１２Ａの流路長よりも長い。具体的には、ハブ側スクロール１１Ａの流路断面の図心Ｃｃから回転軸線Ｘまでの距離Ｌｃは、シュラウド側スクロール１２Ａの流路断面の図心Ｃｄから回転軸線Ｘまでの距離Ｌｄよりも長い。その結果、ハブ側スクロール１１Ａの流路長は、シュラウド側スクロール１２Ａの流路長よりも長くなっている。 In the present embodiment, the area of the flow path cross section Sc of the hub side scroll 11A is smaller than the area of the flow path cross section Sd of the shroud side scroll 12A. Further, the flow path length of the hub side scroll 11A is longer than the flow path length of the shroud side scroll 12A. Specifically, the distance Lc from the centroid Cc of the flow path cross section of the hub side scroll 11A to the rotation axis X is longer than the distance Ld from the centroid Cd of the flow path cross section of the shroud side scroll 12A to the rotation axis X. .. As a result, the flow path length of the hub-side scroll 11A is longer than the flow path length of the shroud-side scroll 12A.

ここで、本実施形態では、排気抵抗が大きい側のハブ側スクロール１１Ａに、排気抵抗が小さい側のエキゾーストマニホールド４の経路４１が接続され、排気抵抗が小さい側のシュラウド側スクロール１２Ａに、排気抵抗が大きい側の経路４２が接続されている。その結果、両方の排気系統での排気抵抗差は小さくなり、エンジン排圧のばらつきは減り、過給性能の低下を低減できる。 Here, in the present embodiment, the path 41 of the exhaust manifold 4 on the side where the exhaust resistance is small is connected to the hub side scroll 11A on the side where the exhaust resistance is large, and the exhaust resistance is connected to the shroud side scroll 12A on the side where the exhaust resistance is small. The path 42 on the larger side is connected. As a result, the difference in exhaust resistance between both exhaust systems becomes small, the variation in engine exhaust pressure is reduced, and the decrease in supercharging performance can be reduced.

また、本実施形態では、小スクロールであるハブ側スクロール１１Ａの流路長の方が、大スクロールであるシュラウド側スクロール１２Ａの流路長よりも長いため、ハブ側スクロール１１Ａとシュラウド側スクロール１２Ａとの間で生じる排気抵抗差は大きくなる。つまり、流路長の異なる二系統の経路４１，４２で生じる排気抵抗差が大きい場合に、この排気抵抗差を吸収して過給性能の低下を低減する上で最適化を図り易くなる。 Further, in the present embodiment, since the flow path length of the hub side scroll 11A, which is a small scroll, is longer than the flow path length of the shroud side scroll 12A, which is a large scroll, the hub side scroll 11A and the shroud side scroll 12A are used. The difference in exhaust resistance between the two becomes large. That is, when the difference in exhaust resistance generated between the two routes 41 and 42 having different flow path lengths is large, it becomes easy to optimize in absorbing the difference in exhaust resistance and reducing the deterioration of the supercharging performance.

本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、各実施例の変形例を構成することも可能である。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。 The present invention can be carried out in various forms having various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art, including the above-described embodiment. It is also possible to construct a modified example of each embodiment by utilizing the technical matters described in the above-described embodiment. The configurations of the respective embodiments may be appropriately combined and used.

また、本発明は、自動車用過給機に適用されるものに限定されず、船舶その他に適用されてもよい。 Further, the present invention is not limited to those applicable to automobile superchargers, and may be applied to ships and the like.

１ 過給機システム
２ 過給機
４ エキゾーストマニホールド（排気マニホールド）
４１、４２ 経路
８ タービン翼車（インペラ）
１１、１１Ａ ハブ側スクロール
１２、１２Ａ シュラウド側スクロール
Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ 流路断面
Ｅ エンジン（内燃機関） 1 Supercharger system 2 Supercharger 4 Exhaust manifold (exhaust manifold)
41, 42 Route 8 Turbine blade (impeller)
11, 11A Hub side scroll 12, 12A Shroud side scroll Sa, Sb, Sc, Sd Flow path cross section E engine (internal combustion engine)

Claims (1)

内燃機関と過給機とに接続された二系統の排気マニホールドを備えた過給機システムであって、
インペラの周囲に配置されると共に、流路断面の面積が異なる二つのスクロールを備え、
前記二つのスクロールのうち、流路断面の面積が大きい前記スクロールは、大スクロールであり、流路断面の面積が小さい前記スクロールは、小スクロールであり、
前記二系統の排気マニホールドのうち、流路長の長い経路は、前記大スクロールに接続されており、流路長の短い経路は、前記小スクロールに接続されており、
前記大スクロールは、シュラウド側スクロールであり、前記小スクロールは、ハブ側スクロールであり、
前記ハブ側スクロールの流路断面の図心から回転軸線までの距離は、前記シュラウド側スクロールの流路断面の図心から前記回転軸線までの距離よりも短く、前記ハブ側スクロールの流路長は、前記シュラウド側スクロールの流路長よりも短い、過給機システム。 A supercharger system equipped with two exhaust manifolds connected to an internal combustion engine and a supercharger.
It has two scrolls that are placed around the impeller and have different cross-sectional areas of the flow path.
Of the two scrolls, the scroll having a large area of the flow path cross section is a large scroll, and the scroll having a small area of the flow path cross section is a small scroll.
Of the two exhaust manifolds, the path having a long flow path is connected to the large scroll, and the path having a short flow path is connected to the small scroll.
The large scroll is a shroud-side scroll, and the small scroll is a hub-side scroll.
The distance from the centroid of the flow path cross section of the hub side scroll to the rotation axis is shorter than the distance from the centroid of the flow path cross section of the shroud side scroll to the rotation axis, and the flow path length of the hub side scroll is the said. A supercharger system that is shorter than the flow path length of the scroll on the shroud side.
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