JPH07217438A - 内燃機関の排気マニホルドのフランジ - Google Patents
内燃機関の排気マニホルドのフランジInfo
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Abstract
増したフランジ式接続部を提供すること。 【構成】 内燃機関11は、エンジンの排気マニホルド
16の出口フランジに取り付けられたターボ過給機17
の入口フランジ19を備えている。該マニホルドから出
る排気は、マニホルド出口フランジからターボ過給機入
口まで流れを導入する、中央に配置された案内壁45を
有する、2つのポート46、47を通る。これらの2つ
のポートは、共通の短い仕切り壁44を有する台形の形
状であり、該仕切り壁は、各ポートに対して、各々が短
い共通の仕切り壁にて、短い半径で、拡がる2つの直線
状壁51、52に合流し、該仕切り壁は、その端部から
ポートの外側壁に合流し、その結果、台形のポート形状
となる。ターボ過給機のケーシング18の入口フランジ
は、排気マニホルドフランジ21の2つのポートに一致
し且つ該2つのポートと整合したポートを備えている。
Description
特に、ターボ過給機の排気マニホルドとのフランジ式接
続部の耐久性を増すことに関する。
いて、排気マニホルドは、ターボ過給機が取り付けられ
るフランジを有している。エンジンの両端からの排気通
路は、フランジに向けて合流するが、その両端からター
ボ過給機への排気の流れを案内し且つ促進するため、そ
のフランジ付近のマニホルド領域内には、仕切り壁が設
けられている。同様に、ケーシングの排気入口フランジ
がタービンへのガスの流れ方向に対する作用の点で望ま
しいと考えられる仕切り壁を有するターボ過給機もあ
る。かかる場合、ケーシングのフランジが取り付けられ
る排気マニホルドフランジ、及びターボ過給機のケーシ
ングフランジとマニホルドフランジとの間のガスケット
も又、係合する取り付けフランジに仕切り壁を備えるこ
とが望ましい。
時間の使用後、ターボ過給機のケーシングのフランジの
仕切り壁、及びマニホルドフランジの仕切り壁に亀裂が
生じる。この亀裂は、その何れも排気温度の変化を伴
う、エンジンの暖気、又は出力の変化に耐えるときに生
じる熱応力の結果であると考えられる。従って、ターボ
過給機のマニホルドフランジの耐久性を増すことが必要
となっている。
について簡単に説明すると、内燃機関の排気マニホルド
の出口フランジには、排気をターボ過給機の入口に排出
する少なくとも2つのポートが設けられている。これら
の2つのポートは、共通の仕切り壁を有する。そのポー
トの各々は、フランジに略台形のポート断面形状を形成
する方法にて、共通の仕切り壁から外側壁に向けて拡が
る2つの壁を有している。フランジの面における共通の
仕切り壁の長さは、台形の他の3つの壁の何れよりも短
い。共通の仕切り壁の各端部の半径は、共通の仕切り壁
から隣接の直線状拡がり壁に合流する小さい半径であ
り、この箇所にて、熱応力は、直線状壁の全長に沿って
分配され、応力の集中を回避する。ターボ過給機のケー
シング排気入口フランジは、排気マニホルドフランジと
同一形状をしており、これらの2つのフランジは、ガス
流動ポートが互いに整合する状態にて互いにボルト止め
されている。
図面に示した実施例について説明するが、この説明のた
めに、特別な用語を使用する。しかしながら、これによ
り、本発明の範囲を限定しようとするものではなく、説
明する装置のかかる変更及び更なる応用例、並びに本明
細書に記載した本発明の原理の更なる応用は、本発明が
関係する分野の当業者によって通常、案出されるもので
ある。
ク12と、シリンダヘッド13と、吸気マニホルド14
と、排気マニホルド16と、ターボ過給機17とを有す
る内燃ディーゼル機関11が示してある。その内部のタ
ービンへのターボ過給機のケーシングの吸気通路18
は、排気マニホルドフランジ21上に取り付けた取り付
けフランジ19を有し、これらのフランジの間には、ガ
スケット22が設けられている。これらのフランジは、
ボルト23によって互いに保持されている。ターボ過給
機の出口24は、インタークーラ(図示せず)を介して
吸気マニホルド14の入口26に配管接続されている。
吸気マニホルドの他端は、フランジ27によってシリン
ダヘッド13に取り付けられている。同様に、排気マニ
ホルド16は、フランジ28によってシリンダヘッドの
反対側部に取り付けられている。この適用例の目的上、
特に対象となるフランジは、ターボ過給機を排気マニホ
ルドに締結するためのフランジ19、21である。
口フランジ面31の形状が示してある。該フランジは、
排気を排気マニホルドからターボ過給機(図示せず)内
に導入するのに有用であると考えられる略矩形のポート
32、33と、仕切り壁34とを備えている。これらの
ポート32、33は同一であり、共通の中央の仕切り壁
34により仕切られている。面31の平面に関し、及び
互いに関して垂直である直交平面30、35に関してフ
ランジ面31を考えた場合、該フランジ面31は、双方
の平面の周りで対称である。直交平面35の左側のポー
ト32は、D字形をしている。ポート33はその鏡像で
ある。相当な使用期間の後、領域36の一つ又はより多
くの領域に亀裂が生じた。
ニホルドの出口フランジは、互いに関して及びフランジ
の面43の平面に関して垂直である2つの平面41、4
2に関して対称である。平面42の右側のフランジ部分
は、平面42の左側のフランジ部分の鏡像である。同様
に、平面41の上方部分は、平面41の下方部分の鏡像
である。ターボ過給機は、渦巻き状に360°、フラン
ジから伸長し、又、両側部にて長さ約5cm、ケーシン
グ18内に接続された、中央の案内壁45(図4)を有
する二入口型のものである。後方の3つのシリンダに対
する排気マニホルドの後方部分及び前方の3つのシリン
ダに対する排気マニホルドの前面部分は、ターボ過給機
ケーシングの入口フランジ19の中央の案内壁45と整
合したフランジ21にて中央の仕切り壁44内に合流
し、又、フランジ21内への排気通路を互いに鏡像であ
り且つ共通の仕切り壁44を共有する2つのポート4
6、47に仕切っている。所望であるように、これらの
ポート46、47が同一のエンジンに作用するならば、
これらのポートの面積は、従来技術(図2)のフランジ
のポート32、33の面積に少なくとも等しいことが重
要である。しかし、この形態は、寿命の点で著しく差が
ある。この実施例において、ポート46に面する仕切り
壁44の部分は、半径が7mm以下で且つ/又はポート
の外周の8%以下の長さである内側遷移壁48、49に
て合流し、直線状壁51、52となり、これらの直線状
壁51、52は、中央の仕切り壁44から半径方向外方
に伸長するに伴い、30°乃至35°の台形角度Aに
て、平面41に対して平行な面から拡がる。これらの直
線状壁51、52は、直線状壁52に対する箇所53の
ような滑らかに湾曲する外側遷移壁にて合流し、中間の
直線状壁54となり、該直線状壁54は、箇所56に
て、仕切り壁44に対して平行な直線状壁57に合流す
る。フランジ及び該フランジを貫通するポートの四半体
の形状(平面41、42に関する形状)は、上述の四半
体の形状と同一、又はその鏡像である。そのため、各ポ
ートは、平面の四半体か、又はその全体であると見なす
かどうかに関係なく、台形の形状となる。
4つのボルト穴58があり、また、これらのボルト穴上
に中心がある十分なねじ締め隙間を提供する必要がある
ため、マニホルド及びターボ過給機のフランジが小さい
小型のエンジンの場合、中間の直線状壁54は、望まし
くは、ボルト穴58を中心とする円59に正接する位置
にあることが特に、重要である。4つのボルト穴の全て
に対して同一のポート壁の関係が設定される。
切り壁44を有する対のポート46、47は、蝶ネクタ
イに類似したものとなる。この形状は、これらのポート
が図2の従来技術のフランジと同一の間隔を有するボル
ト穴58の関係を保ちつつ、図2の従来技術のフランジ
と同一の面積を有することを可能にする。フランジにの
周囲の締付け材料の熱慣性及び剛性を軽減し、一時的な
変化に対する応答性を増し、熱応力の配分を適当にし、
また、応力を低下させため、更に、例えば、図3の位置
B、Cにおけるように、ポートの寸法及びガスケットの
密封幅を十分にするため、側部は、箇所D及びEにてス
カラップ状に形成されている。一例として、平面42に
対して垂直に測定したボルト穴間の距離が127mmで
あり、平面41に対して垂直に測定したボルト穴間の距
離が85.8mmである場合、箇所Fにおけるスカラッ
プ側部の厚さは、11.1mmであり、箇所Eにおい
て、R=35mmからGにおける厚さ=15mmとな
る。上述のように、2つのフランジの間には、ガスケッ
トがある。典型的に、このガスケットは、ステンレス鋼
製であり、対のポート46、47の周囲の片面には、小
さいビードが形成されている。ガスケット、及び該ガス
ケットに係合するターボ過給機の入口フランジ面(図
4)の形状は、マニホルドの排気出口フランジ面の形態
及びポートと同一であるが、ガスケットには、フランジ
壁44、45の位置に仕切り壁が存在しない点が異な
る。図3の箇所B及びCにおける好適なガスケットの最
小密封幅は、13mmである。所望の最小のねじ締め隙
間半径WCRは21.8mmである。
の図面は、縮尺通りではないが、本発明によるフランジ
の仕切り壁44の長さLは、従来技術のフランジの中央
の仕切り壁34の長さよりも遥かに短いことが分かる。
この長さは、フランジ面43におけるポート47の全内
周の15.5%以上でないことが望ましい。また、台形
の角度Aにおける直線状壁52の長さがポート46の全
内周の少なくとも22.0%であり、また、湾曲した遷
移壁49の長さがポート46の全内周の8%、又はそれ
以下であることが望ましい。また、台形の角度Aは、少
なくとも30°であることが望ましい。図4には、ター
ボ過給機ケーシング18の排気入口フランジ19が示し
てある。この形態は、図3のものと同一であり、そのポ
ート及び穴は、図3のポート及び穴と整合している。こ
れらのフランジ21、19の面は平坦である。ターボ過
給機ハウジングのフランジ及びマニホルドのフランジの
双方の材料は、ダクタイル鉄である。
台形のポート形状に変更することは、そのポートの面積
を最大にする一方で、これらのポートの間の中央の仕切
り壁の長さを最小にする。従来技術の箇所61(図2)
における中央の仕切り壁の合流半径49(図3)の寸法
を小さくすることにより、熱応力の集中箇所は、下方の
応力領域に移動する。その結果、熱応力は、台形の長い
直線状の外側壁51、52に沿って分配され、応力の集
中が最小となる。このように、本発明は、次の利点があ
る。
る。
を維持する。
力を最小にする。
る。
する。
分な幅を維持する。
まで外側壁に2つの領域の間に合流部分56を設けて、
符号54、57で示すような2つの直線状部分を使用す
ることでこのポートの面積が好適なものになることが認
識されよう。これらの領域に湾曲壁を使用し、また、本
発明によるその利点が得られる略台形のポートを提供す
ることも可能である。その何れの場合でも、共通の仕切
り壁の長さLは、拡がり壁51、52の端部間の外側壁
の長さの1/2よりも短い。
述したが、これは、単に一例であって、限定的なもので
はなく、好適な実施例のみを示し且つ記載したものであ
り、本発明の精神に含まれる全ての変更及び応用例は、
保護の対象に含めることを希望するものであることを理
解すべきである。
ホルドを備えるディーゼルエンジンの概略図的な後端面
図である。
ンジの形状を示す正面図である。
部の正面図である。
図である。
すエンジンの概略図的な側面図である。
ボ過給機の取り付けフランジ内に達する出口通路を示す
ために切り欠いた、排気マニホルド壁の一部のより大き
い縮尺による概略図的な立面図である。
ブロック 13 シリンダヘッド 14 吸気マニ
ホルド 16 排気マニホルド 17 ターボ過
給機 18 ケーシング 19 ターボ過給機ケース取り付けフランジ 21 排気マニホルドフランジ 22 ガスケッ
ト 23 ボルト 24 ターボ過
給機の出口 26 吸気マニホルドの入口 27、28 フ
ランジ 30、35 直交平面 31 フランジ
面 32、33 ポート 34 仕切り壁 36 領域 41、42 平
面 43 フランジ面 44 仕切り壁 45 案内壁 46、47 ポ
ート 48、49 遷移壁 51、52 直
線状壁 54 中間の直線状壁
Claims (27)
- 【請求項1】 ターボ過給機のケーシング入口フランジ
を受ける、内燃機関の排気マニホルドのフランジにし
て、 4つのコーナ部分及び該コーナ部分の内側の2つの排気
ポートを備え、該ポートが、共通の仕切り壁を有し、該
ポートの各々が、仕切り壁から前記2つのコーナ部分に
向けて外方に伸長する2つの略直線状壁を有し、該ポー
トの各々が、前記仕切り壁に対して略平行に伸長する外
側壁を有し、これにより、前記ポートの各々が略台形の
形状であるようにしたことを特徴とするフランジ。 - 【請求項2】 請求項1に記載の排気ケーシング入口フ
ランジにして、前記ポートの各々に対して、 前記仕切り壁と外方に伸長する前記2つの壁との間にあ
る遷移壁と、外方に伸長する壁と前記外側壁との間にあ
る遷移壁とを備えることを特徴とするフランジ。 - 【請求項3】 請求項2に記載のフランジにして、 前記仕切り壁の長さが、前記遷移壁を除く前記ポートの
その他の何れの壁の長さよりも短いことを特徴とするフ
ランジ。 - 【請求項4】 請求項2に記載のフランジにして、 前記仕切り壁と外方向に伸長する壁との間の前記遷移壁
の各々が、7mm以下の少なくとも一つの半径を有する
ことを特徴とするフランジ。 - 【請求項5】 請求項2に記載のフランジにして、 前記仕切り壁と外方に伸長する壁との間の前記遷移壁の
各々が、前記ポートの内周の8%を越えない長さを有す
ることを特徴とするフランジ。 - 【請求項6】 請求項5に記載のフランジにして、 前記外方に伸長する壁と前記外側壁との間の遷移壁の各
々が、長さの短い直線状部分と、該長さの短い直線状部
分の各端にある湾曲部分とを備え、 前記2つのポート
が互いに関して鏡像であることを特徴とするフランジ。 - 【請求項7】 ターボ過給機ケーシング内の排気入口フ
ランジにして、 前記フランジが、請求項1に記載の排
気マニホルドフランジのポートに一致する排気入口ポー
トを備え、 前記排気入口フランジが、前記マニホルドフランジに締
結され、 該入口フランジの入口ポートが、前記排気マニホルドフ
ランジの前記ポートと整合していることを特徴とするフ
ランジ。 - 【請求項8】 請求項7に記載の排気入口フランジにし
て、 前記ターボ過給機の入口ポートが、一つの面を有し、該
面が、該面に対して垂直で且つ仕切り壁を含む第一の平
面の周りで対称であり、 該面が、該面に対して垂直で且つ前記仕切り壁に対して
垂直であり、前記仕切り壁を二等分する第二の平面の周
りで対称であることを特徴とするフランジ。 - 【請求項9】 ターボ過給機ケーシング内の排気入口フ
ランジにして、 4つのコーナ部分及び該コーナ部分の
内側の2つの排気ポートを備え、該ポートが、共通の仕
切り壁を有し、該ポートの各々が、仕切り壁から前記2
つのコーナ部分に向けて外方に伸長する2つの略直線状
壁を有し、該ポートの各々が、前記仕切り壁に対して略
平行に伸長する外側壁を有し、これにより、前記ポート
の各々が略台形の形状であるようにしたことを特徴とす
るフランジ。 - 【請求項10】 請求項9に記載のフランジにして、前
記ポートの各々に対して、 前記仕切り壁と外方に伸長する前記2つの壁との間にあ
る遷移壁と、外方に伸長する壁と前記外側壁との間にあ
る遷移壁とを更に備えることを特徴とするフランジ。 - 【請求項11】 請求項10に記載のフランジにして、 前記仕切り壁の長さが前記遷移壁を除く前記ポートのそ
の他の何れの壁の長さよりも短いことを特徴とするフラ
ンジ。 - 【請求項12】 請求項10に記載のフランジにして、 前記仕切り壁と外方向に伸長する壁との間の前記遷移壁
の各々が、7mm以下の少なくとも一つの半径にて湾曲
していることを特徴とするフランジ。 - 【請求項13】 請求項12に記載のフランジにして、 前記仕切り壁と外方に伸長する壁との間の前記遷移壁の
各々が、前記ポートの内周の8%を越えない長さを有す
ることを特徴とするフランジ。 - 【請求項14】 請求項10に記載のフランジにして、 前記外方に伸長する壁と前記外側壁との間の遷移壁の各
々が、長さの短い直線状部分と、該直線状部分の各端に
ある湾曲部分とを備え、 前記2つのポートが互いに鏡像であることを特徴とする
フランジ。 - 【請求項15】 ターボ過給機の入口組み立て体に対す
る内燃機関の排気マニホルド出口にして、 4つの外側コーナ部分及び該コーナ部分の内側の2つの
排気出口ポートを備え、該ポートが、共通の仕切り壁を
有し、該ポートの各々が、仕切り壁から前記2つのコー
ナ部分に向けて外方に伸長する2つの略直線状壁を有
し、 該ポートの各々が、前記仕切り壁に対して略平行に伸長
する外側壁を有し、これにより、前記ポートの各々が略
台形の形状であるようにし、 前記排気マニホルド出口に取り付けられたターボ過給機
の入口部分であって、排気マニホルドの出口ポートに整
合し、前記排気出口ポートの形状に一致する略台形の形
状を有する、2つの排気入口ポートを有するターボ過給
機の入口部分を備えることを特徴とする排気マニホルド
出口。 - 【請求項16】 請求項15に記載の排気マニホルド出
口にして、 前記入口部分の2つのポートの各々の間における前記仕
切り壁の長さが前記ポートの他の3つの壁の何れよりも
短い長さであることを特徴とする排気マニホルド出口。 - 【請求項17】 請求項15に記載の排気マニホルド出
口にして、 前記排気マニホルドの出口部分が前記4つのコーナ部分
の各々にボルト穴を有するフランジであり、 前記ターボ過給機の入口部分が、前記コーナ部分の各々
にボルト穴を有するフランジであり、 前記ボルト穴に受け入れられたボルトが前記フランジを
共に締結することを特徴とする排気マニホルド出口。 - 【請求項18】 請求項17に記載の排気マニホルド出
口にして、 前記フランジの間に狭持されたガスケットであって、前
記フランジのポートに整合し且つ前記フランジのポート
と同様の形状のポートを有するが、仕切り壁の無いガス
ケットを更に備えることを特徴とする排気マニホルド出
口。 - 【請求項19】 エンジンの排気マニホルドに取り付け
られるターボ過給機ケーシングにして、 エンジンの排気マニホルドフランジに接続するための締
結具を受け入れる外側コーナ部分を有する、タービンの
吸気通路の入口面を備え、 前記面の形状が、該面に対して垂直な第一の平面に関し
て対称であり、また、前記面及び前記第一の平面に対し
て垂直な第二の平面に関して対称であり、 前記面に形成され且つ2対の拡がり壁を有する排気入口
ポート手段を備え、一対の壁が、対称な第一の平面の一
側部にて2つのコーナ部分に向けて、対称な第二の平面
に関して拡がり、その他方の対の壁が、対称な第一の平
面面の反対側にて2つのコーナ部分に向けて、対称な第
二の平面に関して拡がることを特徴とするターボ過給機
ケーシング。 - 【請求項20】 請求項19に記載のターボ過給機ケー
シングの改良にして、 前記面にて前記ケーシングに設けられた中央の仕切り壁
であって、対称な第一の平面面に位置し且つ前記入口ポ
ートを2つの入口ポートに仕切る中央の仕切り壁を備
え、これにより、該中央の仕切り壁が2つの入口ポート
に共通するようにし、 前記第一対の壁が前記中央の仕切り壁の一側部から伸長
し、 前記第二対の壁が前記中央の仕切り壁の反対側から伸長
することを特徴とするターボ過給機ケーシングの改良。 - 【請求項21】 請求項20に記載のターボ過給機ケー
シングの改良にして、 前記対の壁の各々が120乃至125°の角度にて前記
共通の仕切り壁から伸長することを特徴とするターボ過
給機ケーシングの改良。 - 【請求項22】 請求項21に記載のターボ過給機ケー
シングの改良にして、 前記対の壁の各々が前記ポートの外周の8%以上でない
長さの遷移合流箇所にて、前記共通の仕切り壁の一端に
合流することを特徴とするターボ過給機ケーシングの改
良。 - 【請求項23】 請求項22に記載のターボ過給機ケー
シングの改良にして、 前記ポートの各々が、前記対の壁の外端の間を伸長し且
つ前記共通の仕切り壁の2倍の長さである外側壁を備え
ることを特徴とするターボ過給機ケーシングの改良。 - 【請求項24】 請求項23に記載のターボ過給機ケー
シングの改良にして、 前記共通の仕切り壁と対の壁との組み合わせ体を備え、
一つのポートの前記外側壁が前記ポートに対して略台形
の形状を付与することを特徴とするターボ過給機ケーシ
ングの改良。 - 【請求項25】 請求項20に記載のターボ過給機ケー
シングの改良にして、 前記フランジの外周がスカラップ状の形状であり、その
第一の湾曲部が第二の平面の上方で第一の平面に形成さ
れ、その第二の湾曲部が前記第二の平面の下方で第一の
平面に形成されることを特徴とするターボ過給機ケーシ
ングの改良。 - 【請求項26】 請求項25に記載のターボ過給機ケー
シングの改良にして、 前記湾曲部の中心が前記第一の平面内にあることを特徴
とするターボ過給機ケーシングの改良。 - 【請求項27】 請求項25に記載のターボ過給機ケー
シングの改良にして、 前記外側壁が前記湾曲部から前記コーナ部分まで伸長す
る直線状部分を備え、前記直線状部分の2つが第一の平
面の一側部にて前記湾曲部分からコーナ部分まで伸長す
るに伴い、第二の平面に関して拡がり、前記直線状部分
の2つが第一の平面と反対側にて、前記湾曲部から前記
コーナ部分まで伸長するに伴い、第二の平面に関して拡
がるようにしたことを特徴とするターボ過給機ケーシン
グ。
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