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JP2006329031A - Turbocharged internal combustion engine - Google Patents

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JP2006329031A
JP2006329031A JP2005152408A JP2005152408A JP2006329031A JP 2006329031 A JP2006329031 A JP 2006329031A JP 2005152408 A JP2005152408 A JP 2005152408A JP 2005152408 A JP2005152408 A JP 2005152408A JP 2006329031 A JP2006329031 A JP 2006329031A
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JP
Japan
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exhaust
internal combustion
combustion engine
passage
turbocharger
Prior art date
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Application number
JP2005152408A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuto Maehara
和人 前原
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.)
Mitsubishi Motors Corp
Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Motors Corp
Mitsubishi Automotive Engineering Co 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 Mitsubishi Motors Corp, Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd filed Critical Mitsubishi Motors Corp
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  • Supercharger (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine with a turbocharger capable of improving exhaust efficiency in the internal combustion engine with the turbocharger. <P>SOLUTION: An expanded pipe part (40) is formed near an exhaust downstream side of the turbocharger (20). The expanded pipe part comprises a hollow area (40a) and an outer peripheral area (40b) and a flow straightening plate (42) is provided in the outer peripheral area. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明はターボチャージャ付き内燃機関に係り、詳しくはターボチャージャより排気下流の排気効率を向上させる技術に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine with a turbocharger, and more particularly to a technique for improving exhaust efficiency downstream of the turbocharger.

内燃機関(以下エンジンという)の性能を向上させる手段として、排気エネルギを利用してタービンを回転させることでコンプレッサを同期回転させ吸気を過給するターボチャージャが一般的に用いられている。
このようなターボチャージャを備えたエンジンでは、排気系においてタービン下流の排気に当該タービンの回転により強い渦流が生成されてしまい、当該渦流の遠心力により排気が排気通路の外周側に偏流してしまうため、排気輸送方向の流速低下、排気抵抗の増加等の排気効率の低下を引き起こすという問題が生じる。また、タービンの下流に触媒等の排気浄化手段が設けられている場合、排気が偏流した不均一な状態で当該排気浄化手段に流入すると排気浄化性能を十分に発揮することができず浄化効率が低下するという問題もある。
As a means for improving the performance of an internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine), a turbocharger that supercharges intake air by rotating a compressor synchronously by rotating a turbine using exhaust energy is generally used.
In an engine equipped with such a turbocharger, in the exhaust system, a strong vortex is generated in the exhaust downstream of the turbine due to the rotation of the turbine, and the exhaust drifts to the outer peripheral side of the exhaust passage due to the centrifugal force of the vortex. Therefore, there arises a problem that the exhaust efficiency is lowered such as a decrease in flow velocity in the exhaust transport direction and an increase in exhaust resistance. In addition, when exhaust purification means such as a catalyst is provided downstream of the turbine, if the exhaust gas flows into the exhaust purification means in a non-uniform state, exhaust purification performance cannot be fully exhibited and purification efficiency is reduced. There is also a problem that it falls.

そこで、タービンの下流の排気管に曲がり部を有し当該曲がり部の排気下流側直下に触媒が設けられた構成において、渦流となった排気を整流して触媒に流入させる技術が開示されている(特許文献1参照)。
特開2003−49640号公報
In view of this, a technology is disclosed that rectifies the swirled exhaust gas and flows into the catalyst in a configuration in which the exhaust pipe downstream of the turbine has a bent portion and the catalyst is provided immediately below the bent portion on the exhaust downstream side. (See Patent Document 1).
JP 2003-49640 A

しかしながら、上記特許文献1に開示された技術では、曲がり部に整流板を設けているため、当該曲がり部においての排気抵抗が増加するため排気圧力が増加し、エンジンの排気効率が低下するという問題がある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ターボチャージャを備えた内燃機関の排気効率を向上させることができるターボチャージャ付き内燃機関を提供することにある。
However, in the technique disclosed in Patent Document 1, since the rectifying plate is provided at the bent portion, the exhaust resistance at the bent portion increases, so that the exhaust pressure increases and the exhaust efficiency of the engine decreases. There is.
The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide an internal combustion engine with a turbocharger that can improve the exhaust efficiency of the internal combustion engine having the turbocharger. is there.

上記した目的を達成するために、請求項1のターボチャージャ付き内燃機関では、内燃機関の排気通路に配設されたタービンを排気により回転させることで吸気通路に配設されたコンプレッサを回転させて吸気の過給を行うターボチャージャと、前記排気通路の前記タービンより排気下流側に形成され、該排気通路の通路断面積より拡大された通路断面積を有する拡管部と、該拡管部の内部に設けられ、前記タービンの回転により生成される排気の渦流を排気輸送方向の流れに整流する整流板とを備えたことを特徴としている。   In order to achieve the above object, in the internal combustion engine with a turbocharger according to claim 1, the compressor disposed in the intake passage is rotated by rotating the turbine disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine by exhaust gas. A turbocharger that supercharges intake air, a pipe expansion portion that is formed on the exhaust downstream side of the turbine of the exhaust passage and has a passage cross-sectional area that is larger than a passage cross-sectional area of the exhaust passage, and an inside of the pipe expansion portion And a rectifying plate that rectifies the vortex of the exhaust generated by the rotation of the turbine into a flow in the direction of exhaust transport.

つまり、タービンより排気下流側に内部に整流板を設けた拡管部を形成することで、拡管部内部において排気流の圧力を低下させ、整流板によりタービンの回転により生成された渦流を排気輸送方向に整流する。
請求項2のターボチャージャ付き内燃機関では、請求項1において、前記拡管部の内部は、中央部が排気輸送方向に向かって中空であることを特徴としている。
In other words, by forming a pipe expansion part with a rectifying plate inside the exhaust downstream of the turbine, the pressure of the exhaust flow is reduced inside the pipe expansion part, and the vortex generated by the rotation of the turbine by the rectification plate is exhausted in the direction of exhaust transportation. Rectify to
In an internal combustion engine with a turbocharger according to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the inside of the expanded pipe portion is characterized in that a central portion is hollow toward the exhaust transport direction.

つまり、拡管部内部の中央部が排気輸送方向に中空であり、整流板は拡管部の外周側にのみ設けられていることで、拡管部内に流入する排気流のうち、排気輸送方向の排気流はそのまま中空部を通り排気下流側へと向かい、タービンの回転により生成された渦流は遠心力により拡管部の外周側に向かい整流板により排気輸送方向へと整流される。
請求項3のターボチャージャ付き内燃機関では、請求項1または2において、前記整流板は、排気上流側が前記排気の渦流の方向に沿うように湾曲し、排気下流側が排気輸送方向に延びるように形成されていることを特徴としている。
That is, the central part inside the expanded pipe part is hollow in the exhaust transport direction, and the rectifying plate is provided only on the outer peripheral side of the expanded pipe part, so that the exhaust flow in the exhaust transport direction out of the exhaust flow flowing into the expanded pipe part. Passes through the hollow portion toward the exhaust downstream side, and the vortex generated by the rotation of the turbine is rectified in the exhaust transport direction by the rectifying plate toward the outer peripheral side of the expanded pipe portion by centrifugal force.
A turbocharged internal combustion engine according to a third aspect of the present invention is the turbocharger-equipped internal combustion engine according to the first or second aspect, wherein the rectifying plate is curved so that the exhaust upstream side is along the direction of the vortex flow of the exhaust, and the exhaust downstream side extends in the exhaust transport direction. It is characterized by being.

つまり、拡管部内に流入した渦流が整流板により排気輸送方向へと誘導されて整流される。
請求項4のターボチャージャ付き内燃機関では、請求項1乃至3のいずれかにおいて、前記拡管部の下流端は排気管に接続され、該拡管部の排気下流側は排気通路の通路断面積まで徐々に縮小されることを特徴としている。
That is, the vortex flow that has flowed into the expanded pipe portion is guided and rectified by the rectifying plate in the exhaust transport direction.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an internal combustion engine with a turbocharger according to any one of the first to third aspects, wherein the downstream end of the expanded pipe portion is connected to an exhaust pipe, and the exhaust downstream side of the expanded pipe section gradually reaches the passage cross-sectional area of the exhaust passage. It is characterized by being reduced to.

つまり、拡管部内に流入し遠心力により外周側に拡がった渦流が整流板により整流され、拡管部の排気下流で再び排気通路の通路断面積まで収束されて排気下流側へ流出していく。
請求項5のターボチャージャ付き内燃機関では、請求項1乃至3のいずれかにおいて、さらに前記排気通路に排気を浄化する排気浄化手段を備え、該排気浄化手段の排気上流端が前記拡管部の排気下流端と接続されていることを特徴としている。
That is, the vortex flow that flows into the expanded pipe portion and expands to the outer peripheral side due to centrifugal force is rectified by the rectifying plate, converges again to the cross-sectional area of the exhaust passage downstream of the expanded pipe portion, and flows out to the downstream side of the exhaust.
An internal combustion engine with a turbocharger according to a fifth aspect of the present invention is the engine according to any one of the first to third aspects, further comprising exhaust purification means for purifying exhaust gas in the exhaust passage, wherein an exhaust upstream end of the exhaust purification means is an exhaust gas of the expanded pipe portion. It is connected to the downstream end.

つまり、拡管部の排気下流端に直接排気浄化手段を接続する。   That is, the exhaust gas purification means is directly connected to the exhaust downstream end of the expanded pipe portion.

上記手段を用いる本発明の請求項1のターボチャージャ付き内燃機関によれば、タービンの回転により生成された渦流を整流板により整流することで、渦流による抵抗が除去されて排気抵抗が低減するため、排気流の圧力を均一化させることができる。また、当該整流板は拡管部内に設けられていることで、拡管による排気流の圧力低下により整流板による渦流の整流をしやすくすることができる。   According to the turbocharged internal combustion engine of the present invention using the above means, the vortex generated by the rotation of the turbine is rectified by the rectifying plate, so that the resistance due to the vortex is removed and the exhaust resistance is reduced. The pressure of the exhaust flow can be made uniform. Further, since the rectifying plate is provided in the expanded pipe portion, it is possible to easily rectify the vortex flow by the rectifying plate due to the pressure drop of the exhaust flow due to the expanded pipe.

これにより、内燃機関の排気効率を向上させることができる。
また、渦流を良好に整流し排気管内の圧力を均一にすることで、排気の流速分布が均一化されるため、排気下流側に排気浄化手段が設けられた場合には、浄化効率の低下を防止することができ、当該排気浄化手段による排気浄化性能を十分に発揮することができる。
請求項2のターボチャージャ付き内燃機関によれば、拡管部は排気輸送方向の排気流に影響を与えることなく、渦流のみを整流することできることで、排気抵抗の増加を防止しながら排気圧力を均一化することができ、より効率よく排気抵抗を低減させることができる。
Thereby, the exhaust efficiency of the internal combustion engine can be improved.
In addition, since the flow velocity distribution of the exhaust is made uniform by rectifying the vortex well and making the pressure in the exhaust pipe uniform, if the exhaust purification means is provided on the downstream side of the exhaust, the purification efficiency will be reduced. Therefore, the exhaust gas purification performance of the exhaust gas purification means can be sufficiently exhibited.
According to the turbocharged internal combustion engine of claim 2, the expanded pipe portion can rectify only the vortex without affecting the exhaust flow in the exhaust transport direction, so that the exhaust pressure is kept uniform while preventing the exhaust resistance from increasing. The exhaust resistance can be reduced more efficiently.

請求項3のターボチャージャ付き内燃機関によれば、整流板の排気上流側が渦流方向に沿って湾曲し、排気下流側が排気輸送方向に延びるように形成されていることで、拡管部内に流入した渦流を抵抗少なく円滑に排気輸送方向に誘導させ整流することができる。
請求項4のターボチャージャ付き内燃機関によれば、拡管部内において流入してきた渦流を整流し、排気下流側で収束させることで、拡管部より排気下流の排気管内の圧力を均一化させることができる。
According to the turbocharged internal combustion engine of claim 3, the vortex flow that has flowed into the expanded pipe portion is formed such that the exhaust upstream side of the rectifying plate is curved along the vortex direction and the exhaust downstream side extends in the exhaust transport direction. Can be smoothly guided and reduced in the exhaust transport direction with less resistance.
According to the turbocharged internal combustion engine of the fourth aspect, the pressure in the exhaust pipe downstream of the expanded pipe can be made uniform by rectifying the vortex flowing in the expanded pipe and converging on the downstream side of the exhaust. .

請求項5のターボチャージャ付き内燃機関によれば、タービンの回転により生成された渦流が拡管部内で整流され、流速分布が均一化されて排気浄化手段に流入されるので、排気浄化効率の低下を防止し、排気浄化手段の排気浄化性能を十分に発揮させることができる。
また、拡管部を排気浄化手段に直接接続することでコンパクト化を図ることができる。
According to the turbocharged internal combustion engine of the fifth aspect, the vortex generated by the rotation of the turbine is rectified in the expanded pipe portion, and the flow velocity distribution is made uniform and flows into the exhaust gas purification means. And the exhaust gas purification performance of the exhaust gas purification means can be sufficiently exerted.
Further, it is possible to reduce the size by directly connecting the expanded pipe portion to the exhaust gas purification means.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
まず、第1実施例について説明する。
図1乃至図3を参照すると、図1には本発明の第1実施例に係るターボチャージャ付き内燃機関の概略構成図が示されており、図2には図1のA−A線に沿う断面図が示されており、図3には図2のB−B線に沿う断面図が示されている。以下、当該図1乃至図3に基づき説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the first embodiment will be described.
Referring to FIGS. 1 to 3, FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of an internal combustion engine with a turbocharger according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is taken along line AA in FIG. A cross-sectional view is shown, and FIG. 3 shows a cross-sectional view along the line BB in FIG. Hereinafter, description will be made based on FIGS. 1 to 3.

図1に示すように、車両に搭載されたエンジン1(内燃機関)の吸気側には吸気マニホールド2を介して吸気管4(吸気通路)が接続されている。当該吸気管4には、吸気上流端にエアクリーナ6が設けられており、その吸気下流側に吸気を過給するターボチャージャ20が設けられ、さらに吸気下流側に過給され昇温した吸気を冷却するインタークーラ8が設けられている。   As shown in FIG. 1, an intake pipe 4 (intake passage) is connected to an intake side of an engine 1 (internal combustion engine) mounted on a vehicle via an intake manifold 2. The intake pipe 4 is provided with an air cleaner 6 at the intake upstream end, a turbocharger 20 for supercharging the intake air is provided on the intake downstream side, and further cools the intake air that has been supercharged and heated at the intake downstream side. An intercooler 8 is provided.

一方、エンジン1の排気側には排気マニホールド10を介して排気管12(排気通路)が接続されている。当該排気管12には、途中にターボチャージャ20が設けられており、その排気下流側近傍に拡管部40が形成され、さらに排気下流側に排気を浄化する触媒を備えた排気浄化装置50(排気浄化手段)が設けられている。
ターボチャージャ20は、図2に示すように、コンプレッサハウジング22とタービンハウジング24とがセンターハウジング26により連結されて構成されている。また、コンプレッサハウジング22内にはコンプレッサインペラ28(コンプレッサ)が、タービンハウジング24内にはタービンインペラ30(タービン)が設けられており、当該コンプレッサインペラ28及びタービンインペラ30はセンターハウジング26内に収納されている回転軸32により同期回転するよう連結されている。
On the other hand, an exhaust pipe 12 (exhaust passage) is connected to the exhaust side of the engine 1 via an exhaust manifold 10. The exhaust pipe 12 is provided with a turbocharger 20 in the middle thereof, an expanded pipe portion 40 is formed in the vicinity of the exhaust downstream side, and an exhaust purification device 50 (exhaust gas) provided with a catalyst for purifying exhaust on the exhaust downstream side. Purification means) is provided.
As shown in FIG. 2, the turbocharger 20 is configured by connecting a compressor housing 22 and a turbine housing 24 by a center housing 26. A compressor impeller 28 (compressor) is provided in the compressor housing 22, and a turbine impeller 30 (turbine) is provided in the turbine housing 24. The compressor impeller 28 and the turbine impeller 30 are accommodated in the center housing 26. The rotating shaft 32 is connected so as to rotate synchronously.

そして、コンプレッサハウジング22及びタービンハウジング24には、コンプレッサインペラ28及びタービンインペラ30の外周に吸気出口通路22a及び排気入口通路24aがそれぞれ形成されている。また、コンプレッサハウジング22及びタービンハウジング24には、回転軸32の軸線方向に向かって吸気管4と接続されている吸気入口部22b、及び排気管12と接続されている排気出口部24bがそれぞれ形成されている。   In the compressor housing 22 and the turbine housing 24, an intake outlet passage 22a and an exhaust inlet passage 24a are formed on the outer circumferences of the compressor impeller 28 and the turbine impeller 30, respectively. The compressor housing 22 and the turbine housing 24 are respectively formed with an intake inlet portion 22b connected to the intake pipe 4 and an exhaust outlet portion 24b connected to the exhaust pipe 12 in the axial direction of the rotary shaft 32. Has been.

そして、吸気出口通路22a及び吸気入口部22bにて吸気管4と接続され、排気入口通路24a及び排気出口部24bにて排気管12に接続されている。
また、排気出口部24bと接続されている排気管12の排気下流近傍には拡管部40が形成されている。
当該拡管部40は、排気管12の通路断面積(以下、排気管断面積という)よりも拡大された通路断面積(以下、拡管断面積という)を有するよう形成されている。詳しくは、拡管部40の排気上流側は、排気管12との接続部分である排気上流端の排気管断面積から徐々に下流側に向かって拡管断面積まで拡大している。一方、拡管部40の排気下流側は、拡管断面積から排気下流端の排気管通路断面積まで徐々に縮小するよう形成されている。
And it is connected with the intake pipe 4 at the intake outlet passage 22a and the intake inlet portion 22b, and is connected to the exhaust pipe 12 at the exhaust inlet passage 24a and the exhaust outlet portion 24b.
Further, a pipe expansion portion 40 is formed in the vicinity of the exhaust downstream of the exhaust pipe 12 connected to the exhaust outlet portion 24b.
The pipe expansion portion 40 is formed to have a passage cross-sectional area (hereinafter referred to as an expanded pipe cross-sectional area) that is larger than a passage cross-sectional area of the exhaust pipe 12 (hereinafter referred to as an exhaust pipe cross-sectional area). Specifically, the exhaust upstream side of the pipe expansion portion 40 gradually increases from the exhaust pipe cross-sectional area at the exhaust upstream end, which is a connection portion with the exhaust pipe 12, to the pipe cross-sectional area toward the downstream side. On the other hand, the exhaust downstream side of the expanded pipe portion 40 is formed so as to gradually decrease from the expanded cross-sectional area to the exhaust pipe passage sectional area at the exhaust downstream end.

また、拡管部40の内部は、図3にも示すように、排気管12の延長上の中空領域40aと、当該中空領域40aの外周側の外周領域40bとから構成され、当該外周領域40bには4枚の整流板42が設けられている。当該4枚の整流板42は図3の断面で見て、タービンインペラ30の回転方向Rと垂直を成し、且つ等間隔に配設されている。また、整流板42は排気輸送方向においては、排気上流側がタービンインペラ30の回転により生成される排気の渦流に沿うように湾曲しており、排気下流側が排気輸送方向に向かって延びた形状を成している。   Further, as shown in FIG. 3, the inside of the pipe expanding portion 40 includes a hollow area 40a on the extension of the exhaust pipe 12 and an outer peripheral area 40b on the outer peripheral side of the hollow area 40a. Are provided with four rectifying plates 42. The four rectifying plates 42 are perpendicular to the rotational direction R of the turbine impeller 30 and are arranged at equal intervals as seen in the cross section of FIG. Further, in the exhaust transport direction, the rectifying plate 42 is curved so that the exhaust upstream side follows the exhaust vortex generated by the rotation of the turbine impeller 30, and the exhaust downstream side extends in the exhaust transport direction. is doing.

以下、このように構成された本発明の第1実施例に係るターボチャージャ付き内燃機関の作用について説明する。
エンジン1が駆動することで排出される排気は排気マニホールド10から排気管12を通りタービンハウジング24の排気入口通路24a内に流入する。
当該排気流は排気入口通路24a内を通り、タービンインペラ30に当たり当該タービンインペラ30を回転させる。当該タービンインペラ30が回転することで回転軸32を介してコンプレッサインペラ28が同期回転し、当該コンプレッサインペラ28の回転により吸気が過給されることとなる。
Hereinafter, the operation of the turbocharged internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention configured as described above will be described.
Exhaust gas discharged by driving the engine 1 flows from the exhaust manifold 10 through the exhaust pipe 12 into the exhaust inlet passage 24a of the turbine housing 24.
The exhaust flow passes through the exhaust inlet passage 24a, hits the turbine impeller 30, and rotates the turbine impeller 30. When the turbine impeller 30 rotates, the compressor impeller 28 rotates synchronously via the rotating shaft 32, and the intake air is supercharged by the rotation of the compressor impeller 28.

一方、タービンインペラ30を回転させた後の排気流はタービンハウジング24の排気出口部24bから排気管12へと流出していく。このとき、当該排気管12へ向かう排気流はタービンインペラ30の回転の影響により強い渦成分の流れである渦流W1が生成される。このように渦流W1が生成されることで排気流の排気抵抗は増加し、且つ渦流W1は遠心力によって排気管12内の外周側に偏り、排気管12内の中央側の圧力は低下する。   On the other hand, the exhaust flow after rotating the turbine impeller 30 flows out from the exhaust outlet 24 b of the turbine housing 24 to the exhaust pipe 12. At this time, the exhaust flow toward the exhaust pipe 12 generates a vortex W1 that is a strong vortex component flow due to the rotation of the turbine impeller 30. By generating the vortex W1 in this manner, the exhaust resistance of the exhaust flow increases, and the vortex W1 is biased toward the outer peripheral side in the exhaust pipe 12 due to centrifugal force, and the pressure on the center side in the exhaust pipe 12 decreases.

そして、当該排気流は拡管部40内に流入する。
拡管部40内に流入した排気流は通路断面積の拡大により排気圧力が低下するとともに、当該排気流のうち、渦流W1は遠心力によって外周領域40bに拡がっていき、輸送方向への流れW2は排気管12の延長上の中空部40aを流れていく。
外周領域40bに流れた渦流W1は、上記形状の整流板42により渦方向の流れが排気輸送方向へと誘導されて整流される。このとき整流板42は、排気上流側が渦流W1に沿って湾曲しているため、渦流W1は抵抗少なく円滑に当該整流板42により排気輸送方向へと誘導される。
Then, the exhaust flow flows into the expanded pipe portion 40.
The exhaust flow that has flowed into the expanded pipe portion 40 is reduced in exhaust pressure due to an increase in the cross-sectional area of the passage, and among the exhaust flow, the vortex W1 is expanded to the outer peripheral region 40b by centrifugal force, and the flow W2 in the transport direction is It flows through the hollow portion 40a on the extension of the exhaust pipe 12.
The vortex flow W1 flowing in the outer peripheral region 40b is rectified by the flow in the vortex direction being induced in the exhaust transport direction by the rectifying plate 42 having the above shape. At this time, since the rectifying plate 42 is curved on the exhaust upstream side along the vortex W1, the vortex W1 is smoothly guided by the rectifying plate 42 in the exhaust transport direction with little resistance.

このように整流された排気流W1は拡管部40の排気下流側において、縮小された拡管部40の形状に沿って拡管部40の中央側へと収束し、輸送方向の流れW2と合流した流れW3として排気下流側の排気管12内へと流出していく。当該排気管内12へと流出していく排気流W3は拡管部40において渦流W1が整流されたことで渦流W1による排気抵抗が低減され、排気管12内の圧力が均一化され、排気の流速分布も均一化される。   The exhaust flow W1 thus rectified converges to the central side of the expanded pipe portion 40 along the reduced shape of the expanded pipe portion 40 on the downstream side of the expanded pipe portion 40, and merges with the flow W2 in the transport direction. It flows out into the exhaust pipe 12 on the exhaust downstream side as W3. The exhaust flow W3 flowing out into the exhaust pipe 12 is rectified by the vortex flow W1 in the expanded portion 40, thereby reducing the exhaust resistance due to the vortex flow W1, making the pressure in the exhaust pipe 12 uniform, and the flow velocity distribution of the exhaust gas. Is also made uniform.

そして、拡管部40を抜け整流され均一化された排気流W3は、排気管12を通り排気浄化装置50内へと流入していき、当該排気浄化装置50内に設けられている触媒により浄化されて大気中に排出される。このとき、排気浄化装置50内へと流入される排気流は拡管部40において整流され、流速分布が均一化されて触媒内を流通することから、触媒の浄化性能が十分に発揮され、確実に排気は浄化される。   Then, the rectified and uniform exhaust flow W3 that passes through the expanded pipe portion 40 flows into the exhaust purification device 50 through the exhaust pipe 12, and is purified by the catalyst provided in the exhaust purification device 50. Discharged into the atmosphere. At this time, the exhaust flow flowing into the exhaust purification device 50 is rectified in the pipe expansion section 40, and the flow velocity distribution is made uniform to circulate in the catalyst. The exhaust is purified.

以上のように、拡管部40では、タービンインペラ30の回転により生成された渦流W1を外周領域40bにて整流板42により排気輸送方向の流れへと整流させることができ、排気輸送方向の排気流W2は特に抵抗のない中空領域40aを通過させることができる。つまり拡管部40は、排気輸送方向の排気流W2に影響を与えることなく、渦流W1のみを整流することできることで、排気抵抗の増加を防止しながら排気管内圧力を均一化することができる。また、当該拡管部40は、排気管12よりも通路断面積が拡大して形成されていることで排気圧力を低下させることができ、上記渦流W1の整流しやすくすることができる。   As described above, in the pipe expansion section 40, the vortex flow W1 generated by the rotation of the turbine impeller 30 can be rectified into the flow in the exhaust transport direction by the rectifying plate 42 in the outer peripheral region 40b. W2 can pass through the hollow region 40a having no particular resistance. That is, the expanded pipe portion 40 can rectify only the vortex flow W1 without affecting the exhaust flow W2 in the exhaust transport direction, thereby making it possible to equalize the exhaust pipe pressure while preventing an increase in exhaust resistance. Moreover, the said expanded pipe part 40 can reduce an exhaust pressure because the passage cross-sectional area is enlarged rather than the exhaust pipe 12, and can make it easy to rectify | straighten the said eddy current W1.

これにより、本発明の第1実施例では、ターボチャージャ付き内燃機関において排気効率を向上させるとともに、触媒の浄化効率を向上させることができる。
次に、第2実施例について説明する。
図4乃至図6を参照すると、図4には本発明の第2実施例に係るターボチャージャ付き内燃機関の概略構成図が、図5には図4のC−C線に沿う断面図、図6には図5のD−D線に沿う断面図示されている。以下当該図4乃至図6に基づき説明する。なお、上記第1実施例と同一の部材については同一の符号を使用し、また、同一の機能については説明を省略する。
Thereby, in the first embodiment of the present invention, the exhaust efficiency can be improved and the purification efficiency of the catalyst can be improved in the turbocharged internal combustion engine.
Next, a second embodiment will be described.
Referring to FIGS. 4 to 6, FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine with a turbocharger according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line DD in FIG. This will be described below with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is used about the same member as the said 1st Example, and description is abbreviate | omitted about the same function.

当該第2実施例は、排気管60においてターボチャージャ20の排気下流近傍に形成された拡管部62に直接排気浄化装置70接続された構成をしている。
詳しくは、タービンハウジング24の排気出口部24bと接続されている排気管60において、当該タービンハウジング24の排気下流近傍に拡管部62が形成されている。
拡管部62は排気上流側が排気管断面積から徐々に拡管部62の拡管断面積まで拡大している。
The second embodiment has a configuration in which an exhaust purification device 70 is directly connected to an expanded pipe portion 62 formed in the exhaust pipe 60 in the vicinity of the exhaust downstream of the turbocharger 20.
Specifically, in the exhaust pipe 60 connected to the exhaust outlet portion 24 b of the turbine housing 24, a pipe expansion portion 62 is formed in the vicinity of the exhaust downstream of the turbine housing 24.
The expanded pipe portion 62 is gradually expanded from the exhaust pipe cross-sectional area to the expanded cross-sectional area of the expanded pipe portion 62 on the exhaust upstream side.

一方、拡管部62の排気下流側は、直接排気浄化装置70の排気上流端と接続されていおり、当該接続部分は拡管断面積から拡管部断面積よりさらに拡がった排気浄化装置70の通路断面積まで徐々に拡大するよう形成されている。
また、拡管部62の内部は、図6にも示すように、排気管60の延長上の中空領域62aと、当該中空領域62aの外周側の外周領域62bとから構成され、当該外周領域62bには4枚の整流板64が設けられている。当該4枚の整流板64は図3の断面で見ると、中空領域62aを除き外周側から拡管部62の中心方向に延びる十字形状に配設されている。また、整流板64は排気輸送方向においては、排気輸送方向に延びる直線形状を成している。
On the other hand, the exhaust downstream side of the expanded pipe portion 62 is directly connected to the exhaust upstream end of the exhaust purification device 70, and the connection portion is further expanded from the expanded sectional area to the expanded section sectional area. It is formed to gradually expand until.
Further, as shown in FIG. 6, the inside of the expanded pipe portion 62 is composed of a hollow region 62a on the extension of the exhaust pipe 60 and an outer peripheral region 62b on the outer peripheral side of the hollow region 62a. Are provided with four rectifying plates 64. The four rectifying plates 64 are arranged in a cross shape extending from the outer peripheral side toward the center of the expanded tube portion 62 except for the hollow region 62a when viewed in the cross section of FIG. Further, the rectifying plate 64 has a linear shape extending in the exhaust transport direction in the exhaust transport direction.

また、排気浄化装置70内には触媒72が設けられている。
以下このように構成された本発明の第2実施例に係るターボチャージャ付き内燃機関の作用について説明する。
上記第1実施例と同様にタービンインペラ30の回転により生成される強い渦成分の流れである渦流W4が生成された排気流は拡管部62内に流入する。
A catalyst 72 is provided in the exhaust purification device 70.
The operation of the turbocharged internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention thus configured will be described below.
As in the first embodiment, an exhaust flow in which a vortex W4 that is a strong vortex component flow generated by the rotation of the turbine impeller 30 is generated flows into the pipe expansion portion 62.

拡管部62内に流入した排気流は通路断面積の拡大により排気圧力が低下するとともに、当該排気流のうち、渦流W4は遠心力によって拡管部62内の外周領域62bに拡がっていき、輸送方向への流れW5は中空部60aを流れていく。
外周領域62bを流れる渦流W4は上記形状の整流板64により渦方向の流れが排気輸送方向に誘導されて整流され、排気輸送方向への流速が加速される。
The exhaust flow that has flowed into the expanded pipe portion 62 has a reduced exhaust pressure due to an increase in the cross-sectional area of the passage, and among the exhaust flow, the vortex W4 expands to the outer peripheral region 62b in the expanded pipe portion 62 due to centrifugal force. The flow W5 to the left flows through the hollow portion 60a.
The vortex flow W4 flowing in the outer peripheral region 62b is rectified by the flow in the vortex direction being guided in the exhaust transport direction by the rectifying plate 64 having the above shape, and the flow velocity in the exhaust transport direction is accelerated.

そして、整流された排気流W4はそのまま排気浄化装置70内へと流入していく。
当該排気浄化装置70内では、触媒72が抵抗体となるため整流された排気流W4及び拡管部62内の中空領域62aを通過した排気流W5は触媒72前面において均一に分散されながら触媒72内へと流通していく。このように触媒72内を流通する排気は均一化されていることから、触媒72の浄化性能が十分に発揮され、確実に排気は浄化される。
The rectified exhaust flow W4 flows into the exhaust purification device 70 as it is.
In the exhaust purification device 70, since the catalyst 72 serves as a resistor, the rectified exhaust flow W4 and the exhaust flow W5 that has passed through the hollow region 62a in the expanded pipe portion 62 are uniformly dispersed on the front surface of the catalyst 72, while in the catalyst 72. It will be distributed to. Since the exhaust gas flowing through the catalyst 72 is made uniform in this way, the purification performance of the catalyst 72 is sufficiently exhibited, and the exhaust gas is reliably purified.

以上のことから上記第1実施例での効果に加え、拡管部62と排気浄化装置70を直接接続させることでコンパクトな構成にすることができ、且つ直線状の簡易な整流板64を用いたとしても十分に渦流を整流し排気を均一化させることができ、本発明の第2実施例においてもターボチャージャ付き内燃機関において排気効率を向上させることができる。
以上で本発明に係るターボチャージャ付き内燃機関の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
From the above, in addition to the effects of the first embodiment, a compact configuration can be achieved by directly connecting the expanded pipe portion 62 and the exhaust purification device 70, and a straight straightening rectifying plate 64 is used. However, it is possible to sufficiently rectify the vortex and make the exhaust gas uniform, and also in the second embodiment of the present invention, it is possible to improve the exhaust efficiency in the turbocharged internal combustion engine.
Although the description of the embodiment of the internal combustion engine with a turbocharger according to the present invention is finished above, the embodiment is not limited to the above embodiment.

例えば、上記実施形態では、整流板を4枚配設しているが、例えば1枚であっても十分に整流することができ、整流板の数は何枚であっても構わない。また整流板の形状も、上記実施形態での形状に限られるものではない。
また、上記実施形態では、拡管部をターボチャージャの排気下流近傍に設けられているが、この位置に限られるものではなく、例えば排気下流側に設けても構わない。ただし、タービンインペラの回転により生成される渦流を早期に整流するためにはターボチャージャの排気下流近傍に拡管部を設けた方が好ましい。
For example, in the above-described embodiment, four rectifying plates are disposed. However, for example, one rectifying plate can be sufficiently rectified, and the number of rectifying plates may be any number. Further, the shape of the current plate is not limited to the shape in the above embodiment.
Moreover, in the said embodiment, although the pipe expansion part is provided in the exhaust downstream vicinity of a turbocharger, it is not restricted to this position, For example, you may provide in an exhaust downstream. However, in order to rectify the vortex generated by the rotation of the turbine impeller at an early stage, it is preferable to provide a pipe expansion part in the vicinity of the exhaust gas downstream of the turbocharger.

また、上記実施形態での排気浄化装置には触媒が設けられているが、これに限られるものではないDPF等が設けられていても構わない。   Moreover, although the catalyst is provided in the exhaust purification apparatus in the above embodiment, a DPF or the like that is not limited to this may be provided.

本発明の第1実施例に係るターボチャージャ付き内燃機関の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine with a turbocharger according to a first embodiment of the present invention. 図1のA−A線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the AA line of FIG. 図2のB−B線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the BB line of FIG. 本発明の第2実施例に係るターボチャージャ付き内燃機関の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the internal combustion engine with a turbocharger which concerns on 2nd Example of this invention. 図4のC−C線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the CC line of FIG. 図5のD−D線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the DD line | wire of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン(内燃機関)
12、60 排気管(排気通路)
20 ターボチャージャ
24 タービンハウジング
24b 排気出口部
30 タービンインペラ(タービン)
40、62 拡管部
42、64 整流板
50、70 排気浄化装置
72 触媒
1 engine (internal combustion engine)
12, 60 Exhaust pipe (exhaust passage)
20 Turbocharger 24 Turbine housing 24b Exhaust outlet 30 Turbine impeller (turbine)
40, 62 Expanded pipe portion 42, 64 Current plate 50, 70 Exhaust gas purification device 72 Catalyst

Claims (5)

内燃機関の排気通路に配設されたタービンを排気により回転させることで吸気通路に配設されたコンプレッサを回転させて吸気の過給を行うターボチャージャと、
前記排気通路の前記タービンより排気下流側に形成され、該排気通路の通路断面積より拡大された通路断面積を有する拡管部と、
該拡管部の内部に設けられ、前記タービンの回転により生成される排気の渦流を排気輸送方向の流れに整流する整流板と
を備えたことを特徴とするターボチャージャ付き内燃機関。
A turbocharger that supercharges intake air by rotating a compressor disposed in an intake passage by rotating a turbine disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine by exhaust;
An expanded pipe portion formed on the exhaust downstream side of the turbine of the exhaust passage and having a passage cross-sectional area that is larger than a passage cross-sectional area of the exhaust passage;
An internal combustion engine with a turbocharger, comprising: a rectifying plate that is provided inside the expansion portion and rectifies an exhaust vortex generated by rotation of the turbine into a flow in an exhaust transport direction.
前記拡管部の内部は、中央部が排気輸送方向に向かって中空であることを特徴とする請求項1記載のターボチャージャ付き内燃機関。   The turbocharged internal combustion engine according to claim 1, wherein a central portion of the inside of the expanded pipe portion is hollow toward the exhaust transport direction. 前記整流板は、排気上流側が前記排気の渦流の方向に沿うように湾曲し、排気下流側が排気輸送方向に延びるように形成されていることを特徴とする請求項1または2記載のターボチャージャ付き内燃機関。   The turbocharger with turbocharger according to claim 1 or 2, wherein the rectifying plate is formed so that the exhaust upstream side is curved along the direction of the vortex flow of the exhaust, and the exhaust downstream side extends in the exhaust transport direction. Internal combustion engine. 前記拡管部の下流端は排気管に接続され、該拡管部の排気下流側は排気通路の通路断面積まで徐々に縮小されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載のターボチャージャ付き内燃機関。   The turbocharger according to any one of claims 1 to 3, wherein a downstream end of the expanded pipe portion is connected to an exhaust pipe, and an exhaust downstream side of the expanded pipe portion is gradually reduced to a passage cross-sectional area of the exhaust passage. Internal combustion engine. さらに前記排気通路に排気を浄化する排気浄化手段を備え、
該排気浄化手段の排気上流端が前記拡管部の排気下流端と接続されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載のターボチャージャ付き内燃機関。
The exhaust passage further includes exhaust purification means for purifying exhaust,
The turbocharged internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein an exhaust upstream end of the exhaust purification means is connected to an exhaust downstream end of the expansion portion.
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