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JPWO2017081726A1 - 配管接続構造 - Google Patents

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JPWO2017081726A1 JP2017549881A JP2017549881A JPWO2017081726A1 JP WO2017081726 A1 JPWO2017081726 A1 JP WO2017081726A1 JP 2017549881 A JP2017549881 A JP 2017549881A JP 2017549881 A JP2017549881 A JP 2017549881A JP WO2017081726 A1 JPWO2017081726 A1 JP WO2017081726A1
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Abstract

本発明の一実施形態にかかる配管接続構造は、気体が流通可能な２本の入口管と、前記２本の入口管の夫々の出口側端部が間隔を有して接続される接続管と、前記２本の入口管が前記接続管に接続された側と反対側の前記接続管に接続されて前記接続管内の空間部を介して前記２本の入口管に連通可能な出口管とを備え、前記２本の入口管は、前記２本の入口管の前記接続管に対する接続位置間の中央に対して接続管幅方向の一方側に位置する一方側入口管と、他方側に位置する他方側入口管と、を含み、前記出口管は、前記接続管幅方向の他方側にオフセットした位置に接続され、前記接続管内の空間部は、前記一方側入口管の軸心方向に沿って、下記式（１）で定義される仮想直径Ｄ以上の軸方向長さを有しているように構成される。［数１］Ｄ＝√（４Ａ／π）（ただし、Ａは一方側入口管の断面積、πは円周率である。）

Description

本開示は、２本の入口管と１本の出口管とが接続管を介して接続される配管接続構造に関する。
２本の入口管と１本の出口管とが接続管を介して接続される配管接続構造を備えるものとして、車両のエンジンに、より多くの吸気を供給するための過給機に接続された配管構造が知られている。
例えば、特許文献１には、２つの過給機と、上流側に設けられた過給機のタービンをバイパスする高圧タービンバイパス通路およびこのバイパス通路を開閉する排気制御バルブと、上流側に設けられた過給機のコンプレッサをバイパスする高圧コンプレッサバイパス通路およびこのバイパス通路を開閉する吸気バイパスバルブとを有し、運転条件に応じて、駆動する過給機を変更するように構成されている。
上流側に設けられた過給機のタービンには排気を導出する高圧側導出管（入口管）が接続され、高圧側導出管（入口管）と高圧タービンバイパス通路（入口管）とは高圧タービン出口側配置通路（出口管）に連通している。
特開２０１０−２４８７８号公報
特許文献１に記載の２つの過給機を備える過給システムでは、車両のエンジンルーム内のレイアウトの都合上、高圧側導出管（入口管）及び高圧タービンバイパス通路（入口管）の両通路間の中心に対して高圧タービン出口側配置通路（出口管）がオフセットした位置に配置される場合がある。このような場合、高圧タービン出口側配置通路（出口管）から遠い側の入口管は接続管を介して出口管に接続する必要が生じる。
この場合、出口管から遠い側の入口管から吐出する排気の流れが接続管によって入口管から吐出する方向に対して直角に近い向きに転向され、また出口管から近い側の入口管と出口管との間に空間が形成されていると、接続管内を流れる排気が旋回しながら出口管側へ流れる旋回流れが生じる虞がある。この旋回流れが生じると、配管の圧力損失が増大し、また下流側に配設された過給機のタービン性能を低下させる虞が生じる。
本発明の少なくとも一つの実施形態は、このような従来技術の状況の基になされた発明であって、その目的とするところは、２本の入口管が接続管を介して出口管に接続される場合に、接続管内を流れる気体が旋回流れとなる虞を抑制して出口管に導入可能な配管接続構造を提供することにある。
（１）本発明の少なくとも一つの実施形態にかかる配管接続構造は、
気体が流通可能な２本の入口管と、
前記２本の入口管の夫々の出口側端部が間隔を有して接続される接続管と、
前記２本の入口管が前記接続管に接続された側と反対側の前記接続管に接続されて前記接続管内の空間部を介して前記２本の入口管に連通可能な出口管とを備え、
前記２本の入口管は、前記２本の入口管の前記接続管に対する接続位置間の中央に対して接続管幅方向の一方側に位置する一方側入口管と、他方側に位置する他方側入口管と、を含み、
前記出口管は、前記接続管幅方向の他方側にオフセットした位置に接続され、
前記接続管内の空間部は、前記一方側入口管の軸心方向に沿って、下記式（１）で定義される仮想直径Ｄ以上の軸方向長さを有している
ことを特徴とする配管接続構造。
［数１］
Ｄ＝√（４Ａ／π）
（ただし、Ａは一方側入口管の断面積、πは円周率である。）
上記（１）に記載の配管接続構造は、接続管内の空間部は、一方側入口管の軸心方向に沿って、下記式（１）で定義される仮想直径Ｄ以上の軸方向長さを有して構成されている。
［数１］
Ｄ＝√（４Ａ／π）
（ただし、Ａは一方側入口管の断面積、πは円周率である。）
ここで、Ａは一方側入口管の断面積を表しており、一方側入口管の断面形状は問わない。このため、一方側入口管の断面形状は、円形、矩形、これらの組み合わせ等のいずれも含まれる。また、接続部内の空間部の軸方向長さを仮想直径Ｄ以上とすることで、一方側入口管から吐出する気体の直進性を強めることができる。よって、接続管内を流れる気体が旋回流れとなる虞を抑制して出口管に導入可能な配管接続構造を実現できる。
（２）本発明の少なくとも一つの実施形態にかかる配管接続構造は、
気体が流通可能な２本の入口管と、
前記２本の入口管の夫々の出口側端部が間隔を有して接続される接続管と、
前記２本の入口管が前記接続管に接続された側と反対側の前記接続管に接続されて前記接続管内の空間部を介して前記２本の入口管に連通可能な出口管とを備え、
前記２本の入口管は、前記２本の入口管の前記接続管に対する接続位置間の中央に対して接続管幅方向の一方側に位置する一方側入口管と、他方側に位置する他方側入口管と、を含み、
前記出口管は、前記接続管幅方向の他方側にオフセットした位置に接続され、
前記接続管内の前記空間部の前記一方側入口管の軸心方向に沿った軸方向長さは、前記一方側入口管が前記接続管に接続された接続位置と、前記出口管が前記接続管に接続された接続位置との間の前記一方側入口管の軸心方向に沿った長さの５０％以上を有しているように構成されている。
上記（２）に記載の配管接続構造は、空間部の一方側入口管の軸心方向に沿った軸方向長さ（以下、「直線部長さＬ１」）は、一方側入口管が接続管に接続された接続位置と、出口管が前記接続管に接続された接続位置との間の一方側入口管の軸心方向に沿った長さ（以下、「直線部長さＬ２」と記す。）の５０％以上を有している。請求項２に記載の発明の意図は、直線部長さＬ２の制約下で可能な限り直進部長さＬ１を長くすることに有る。直進部長さＬ１が短すぎる場合には、一方側入口管から吐出した気体の流れがすぐに他方側入口管側方向に転向されてしまい、旋回流れが発生する。しかしながら、直進部長さＬ１を大きくとることで、一方側入口管から吐出した気体の流れは、直進方向の速度成分が強くなる結果、旋回流れが発生し難くなる。よって、接続管内を流れる気体が旋回流れとなる虞を抑制して出口管に導入可能な配管接続構造を実現できる。なお、上記（２）に記載の配管接続構造は、上記（１）に記載の配管接続構造を併せ持つように構成されてもよい。
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の配管接続構造において、
前記接続管内の空間部を形成する内壁のうち、前記出口管が接続される側の頂部内壁であって、前記出口管と前記一方側入口管との間に位置する頂部内壁には、前記空間部内に突出して円弧状に湾曲する湾曲部が形成されているように構成される。
上記（３）に記載の実施形態によれば、接続管内の空間部を形成する内壁のうち、出口管が接続される側の頂部内壁であって、出口管と一方側入口管との間に位置する頂部内壁には、空間部内に突出して円弧状に湾曲する湾曲部が形成されている。出口管は、２本の一方側入口管及び他方側入口管に対して接続管幅方向一方側にオフセットした位置に配設されている。そして、入口管から吐出する気体は、直進性が強まった状態で空間部内を流れて出口管に流入する。このため、出口管が接続管幅方向一方側にオフセットして配置された分だけ気体の流れの偏りが生じやすい。したがって、出口管に流れる気体の圧力損失が増大する。これに対して、接続管内の空間部を形成する内壁のうち、出口管が接続される側の頂部内壁であって、出口管と一方側入口管との間に位置する頂部内壁に湾曲部が設けられている。湾曲部によって、気体の直進性が弱まって旋回流れが発生する虞が生じるが、旋回流れが発生し易いのは空間が広がった接続管の入口付近であり、接続管の出口付近では空間が狭くなるため、旋回流れの発生は僅かである。このため、出口管と一方側入口管との間に位置する頂部内壁に空間部内に突出する湾曲部を設けることで、多少の旋回流れが発生する可能性はあるが、それ以上に偏流の解消を確実に行うことができる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）に記載の配管接続構造において、
前記湾曲部は、該湾曲部を形成する内壁のうち前記出口管側に位置する内壁が前記出口管の前記湾曲部側の内壁に接する位置に形成されているように構成される。
上記（４）に記載の実施形態によれば、湾曲部は、湾曲部を形成する内壁のうち出口管側に位置する内壁が出口管の湾曲部側の内壁に接する位置に形成されている。このため、旋回流れの発生を効果的に抑えることができるとともに、出口管に流入する気体の偏流を解消することができる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（３）又は（４）に記載の配管接続構造において、
前記湾曲部は、前記一方側入口管から前記接続管内の空間部を介して前記出口管側へ流れる気体の進行方向に対して略直交する方向に延在しているように構成される。
上記（５）に記載の実施形態によれば、湾曲部は、一方側入口管から接続管内の空間部を介して出口管側へ流れる気体の進行方向に対して略直交する方向に延在している。このため、気体が湾曲部を通過する際に、湾曲部が延在する方向に対して略直交する方向に気体の流れを送り込むことができるとともに、出口管の一方側に偏る気流を出口管の他方側へ広げることができる。したがって、出口管に流入する気体の流量歪みの除去の精度を上げることができる。
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）から（５）のいずれかに記載の配管接続構造において、
前記一方側入口管は、低圧ターボと高圧ターボとが直列に接続された２段過給システムにおける前記高圧ターボのタービンから吐出される排気を導出する高圧側タービン導出通路に適用され、
前記他方側入口管は、前記高圧ターボの前記タービンをバイパスする高圧側タービンバイパス通路に適用され、
前記出口管は、前記低圧ターボのタービンに排気を導入する低圧側タービン導入通路に適用され、
前記接続管に、前記高圧側タービン導出通路、前記高圧側タービンバイパス通路、前記低圧側タービン導入通路が接続されているように構成される。
上記（６）に記載の実施形態によれば、一方側入口管は、低圧ターボと高圧ターボとが直列に接続された２段過給システムにおける高圧ターボのタービンから吐出される排気を導出する高圧側タービン導出通路に適用される。そして、他方側入口管は、高圧ターボの前記タービンをバイパスする高圧側タービンバイパス通路に適用される。そして、出口管は、低圧ターボのタービンに排気を導入する低圧側タービン導入通路に適用される。そして、接続管に、高圧側タービン導出通路、高圧側タービンバイパス通路、低圧側タービン導入通路が接続されているように構成される。
このように、旋回流の発生を抑制可能な配管接続構造を、２段過給システムにおける高圧ターボのタービン側に繋がる流路に設けることで、排気が旋回流れとなって低圧ターボに供給される事態を抑制することができる。このため、低圧ターボの性能低下を抑制することができる。
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）から（５）のいずれかに記載の配管接続構造において、前記一方側入口管は、低圧ターボと高圧ターボとが直列に接続された２段過給システムにおける前記高圧ターボのコンプレッサから吸気を導出する高圧側コンプレッサ導出通路に適用され、前記他方側入口管は、前記高圧ターボのコンプレッサをバイパスする高圧側コンプレッサバイパス通路に適用され、前記出口管は、前記２段過給システムのエンジンに吸気を導入する給気導入通路に適用され、前記接続管に、高圧側コンプレッサ導出通路、前記高圧側コンプレッサバイパス通路、前記給気導入通路が接続されているように構成される。
上記（７）に記載の実施形態によれば、一方側入口管は、低圧ターボと高圧ターボとが直列に接続された２段過給システムにおける高圧ターボのコンプレッサから吸気を導出する高圧側コンプレッサ導出通路に適用される。そして、他方側入口管は、高圧ターボのコンプレッサをバイパスする高圧側コンプレッサバイパス通路に適用される。そして、出口管は、２段過給システムのエンジンに吸気を導入する給気導入通路に適用される。そして、接続管に、高圧側コンプレッサ導出通路、前記高圧側コンプレッサバイパス通路、前記給気導入通路が接続されているように構成される。
このように、旋回流れの発生を抑制可能な配管接続構造を、２段過給システムにおける高圧ターボのコンプレッサ側に繋がる流路に設けることで、排気が旋回流れとなってエンジンに供給される事態を抑制することができる。
本発明の一実施形態にかかる配管接続構造おいて、その入口管の軸心方向に沿った断面を示した断面図である。 本発明の配管接続構造に対して接続管内の空間部の長さが比較的に短い比較対象とした配管接続構造の断面図である。 入口管に対して傾斜した流路を有した接続管を備える比較対象の配管接続構造の断面図である。 本発明の配管接続構造に対して、入口管に対して傾斜した流路を有した接続管を備える比較対象の配管接続構造の断面図である。 本発明の配管接続構造の一部である接続管の平面図である。 接続管の側面図である。 本発明の一実施形態にかかる配管接続構造おいて、接続管の出口管の手前側に湾曲部を設けた配管接続構造の断面図である。 本発明の配管接続構造を備える２段ターボ配管の概略構成図である。 本発明の配管接続構造のうち接続管の直線部の長さを説明するための接続管の断面図である。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
また、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する場合がある。
図１は、本発明の一実施形態にかかる配管接続構造おいて、その入口管の軸心方向に沿った断面を示した断面図であり、図２は、本発明の配管接続構造に対して接続管内の空間部の長さが比較的に短い比較対象とした配管接続構造の断面図であり、図３は、入口管に対して傾斜した流路を有した接続管を備える比較対象の配管接続構造の断面図であり、図４は、本発明の配管接続構造に対して、入口管に対して傾斜した流路を有した接続管を備える比較対象の配管接続構造の断面図であり、図５Ａは、本発明の配管接続構造の一部である接続管の平面図であり、図５Ｂは接続管の側面図であり、図８は、本発明の配管接続構造のうち接続管の直線部の長さを説明するための接続管の断面図である。
本発明の一実施形態にかかる配管接続構造は、特に限定されないが、例えば自動車用エンジン等に搭載される２段ターボ配管構造に適用される。
本実施形態の配管接続構造は、図１に示したように、気体が流通可能な２本の一方側入口管１０及び他方側入口管１３と、２本の一方側入口管１０及び他方側入口管１３の夫々の出口側端部１０ａ、１３ａが間隔を有して接続される接続管２０と、２本の一方側入口管１０及び他方側入口管１３が接続管２０に接続された側と反対側の接続管２０に接続されて接続管２０内の空間部２１を介して２本の一方側入口管１０及び他方側入口管１３に連通可能な出口管４０とを備え、出口管４０は、２本の一方側入口管１０及び他方側入口管１３の接続管２０に対する接続位置間の中央Ｋに対して接続管幅方向一方側（幅方向右側）にオフセットした位置に接続され、２本の一方側入口管１０及び他方側入口管１３のうち出口管４０から離れた側の一方側入口管１０に連通する接続管２０内の空間部２１は、一方側入口管１０の軸方向に沿って延在するとともに、空間部２１の軸方向長さＬ１が一方側入口管の下記式（１）で定義される仮想直径Ｄ以上の軸方向長さを有して形成される。
［数１］
Ｄ＝√（４Ａ／π）・・・（１）
ただし、Ａは一方側入口管の断面積であり、πは円周率である。
図示した実施形態では、一方側入口管１０の出口側端部１０ａの断面は円弧及び直線を含んだ形状であり（図５Ａ参照）、他方側入口管１３の断面は、円形状に形成されている（図５Ａ参照）。なお、２本の一方側入口管１０及び他方側入口管１３の断面積は、同一でもよいし、同一でなくてもよい。２本の一方側入口管１０及び他方側入口管１３の夫々の出口側端部１０ａ、１３ａは接続管２０の底部２３に接続されている。２本の一方側入口管１０及び他方側入口管１３の夫々の出口側端部１０ａ、１３ａは、夫々の軸心１０ｂ、１３ｂが平行になるように間隔を有して配置されている。２本の一方側入口管１０及び他方側入口管１３は、気体が流通可能であり、２本の一方側入口管１０及び他方側入口管１３は、選択的に一方にのみ気体が流通するように構成されている。
出口管４０は、断面形状が長方形をした筒状に形成されている（図５Ａ参照）。なお、出口管４０の断面形状は、長方形状に限るものではなく、円形状でもよい。また、出口管４０の断面積は、一方側入口管１０、１３の断面積と異なる大きさを有してもよい。出口管４０は、図示した実施形態では、２本の一方側入口管１０及び他方側入口管１３における接続管２０に対する接続位置間の中央Ｋに対して一方側へオフセットした位置に接続されているが、図示した実施形態では、出口管４０は、２本の一方側入口管１０及び他方側入口管１３のうちの左右方向右側の他方側入口管１３の上方に配設されている。このため、他方側入口管１３から吐出した気体は接続管２０を介して直進状に流れて出口管４０に流入可能である。
接続管２０は、図１、図５Ａ、図５Ｂに示すように、内部が中空な箱状に形成され、平面状に形成された底部２３と、底部２３の周縁から上方へ延びる胴部２５と、胴部２５の上端部を覆う頂部２７とを有してなる。図示した実施形態では、底部２３の長手方向一方側（左右方向左側）には断面が円弧及び直線を含んだ孔部２３ａが形成され、底部２３の長手方向他方側（左右方向右側）に断面が円形状の孔部２３ｂが形成されている。これらの孔部２３ａ、２３ｂに対応する一方側入口管１０及び他方側入口管１３が接続されている。
胴部２５の４隅は湾曲するとともに、胴部２５の全体は上方へ延びるにしたがって胴部内側方向へ傾斜するように形成されている。頂部２７の左右方向左側は上方へ湾曲して突出する突出部２７ａが形成され、頂部２７の左右方向右側は出口管４０に連通する長方形状の孔部２７ｂが形成されている。
胴部２５内の空間部２１の上下方向長さＬは、前述したように一方側入口管の式（１）で定義される仮想直径Ｄ以上の軸方向長さを有している（図１参照）。図２は、胴部２５の上下方向長さＬ１が一方側入口管１０の仮想直径Ｄよりも小さい場合を示した比較対象の配管接続構造の断面図を示している。図２の場合では、一方側入口管１０から気体が吐出すると、気体の流れに伴って気体の流れ方向ｄの周方向成分ｄｓが増大して旋回流れが生じやすくなる。
また、図３に示すように、空間部２１'の軸方向長さＬ１が一方側入口管１０の仮想直径Ｄと略同じになるように接続管２０'を形成すると、出口管側へ延びる接続管２０'の傾斜角度が約４５°になり、出口管４０側へ流れる気体の流れ方向ｄの軸方向成分ｄｖとこれに直交する周方向成分ｄｓの大きさを等しくすることができる。
ここで、図４に示すように、空間部２１の上下方向長さＬが仮想直径Ｄよりも小さく、且つ出口管４０側へ延びる接続管２０'の傾斜角度θが４５°である場合、接続管２０の内を流れる気体が出口管４０に流入する手前の気体転向方向内側の圧力Ｐａは転向方向外側の圧力Ｐｂよりも大きくなる圧力勾配が生じる（流線曲率の定理）。したがって、一方側入口管１０から吐出した気体のうち他方側入口管１３側を流れる気体は、他方側入口管１３と出口管４０との間の空間部２１ａが存在するため、気体の向きの周方向成分ｄｓによって、気体が旋回しながら上方へ流れる旋回流れになる虞が生じ、圧力損失が増大する。
そこで、空間部２１の軸方向長さＬ１を一方側入口管１０の仮想直径Ｄ以上にすると、図１に示すように、一方側入口管１０の出口側端部１０ａから吐出して直進状に流れる気体の流路長Ｌ１を長尺化することができる。このため、一方側入口管１０から吐出する気体の直進性を強めることができる。よって、接続管２０内を流れる気体が旋回流れとなる虞を抑制することができる。
幾つかの実施形態では、空間部２１の軸方向長さＬ１は、一方側入口管１０が接続管２０に接続された接続位置Ｐ１と、出口管４０が接続管２０に接続された接続位置Ｐ２との間の一方側入口管１０の軸方向に沿った長さＬ２の５０％以上を有している。つまり、空間部２１の軸方向長さＬ１は、長さＬ２の制約下において、可能な限り軸方向長さＬ１が長くなるように構成されている。本実施形態では、空間部２１の軸方向長さＬ１は長さＬ２の７３％である。
このように空間部２１の軸方向長さＬ１が長さＬ２の５０％以上にすると、一方側入口管１０の出口から吐出して直進状に流れる気体の流路長Ｌ１が長尺化されて、直進状に延びる流路から傾斜して出口管４０側へ流れる流路の長さを短縮化することができる。ここで、流線曲率の定理より、気体が出口管４０に流入する上流側において、気体転向方向内側の圧力Ｐｓは転向方向外側の圧力Ｐｂよりも大きくなる圧力勾配が生じるが、直進状に延びる流路から傾斜して出口管側へ流れる流路の長さが短縮化されているので、この圧力勾配が作用する範囲を短縮化することができる。従って、圧力勾配の作用による気体の向きの周方向成分の増大を抑えることができる。よって、接続管２０内を流れる気体が旋回流れとなる虞をより抑制することができる。
また、図８に示すように、空間部２１の軸方向Ｌ１が短い場合、例えば、図８の一点鎖線で示すように、Ｌ１がＬ２の５０％未満の大きさである場合には、一方側入口管１０から吐出する気体のうち接続部２０の頂部を形成する湾曲した壁の内側（曲率内径側）の流れはすぐに水平方向に転向されてしまい、旋回流れが発生し易くなる。しかしながら、一点鎖線で示すように、軸方向長さＬ１がＬ２の５０％よりも大きい場合には、曲率内径側の流れは、直進方向の速度成分が強くなる結果、旋回流れの発生をし難くすることができる。よって、接続管２０内を流れる気体が旋回流れとなる虞を抑制することができる。
図６は、本発明の一実施形態にかかる配管接続構造おいて、接続管２０の出口管４０の手前側に湾曲部３０を設けた配管接続構造の断面図である。
幾つかの実施形態では、図５Ａ、図５Ｂ、図６に示すように、接続管２０内の空間部２１を形成する内壁２１ａのうち、出口管４０が接続される側の頂部内壁２１ａ１であって、出口管４０と一方側入口管１０との間に位置する頂部内壁２１ａ１には、空間部２１内に突出して円弧状に湾曲する湾曲部３０が形成されている。図示した実施形態では、湾曲部３０は接続管２０の外側に設けられた支点Ｏを中心として半径Ｒが描く円弧を有して形成されている。
一方側入口管１０から吐出する気体は、直進性が強まった状態で空間部２１内を流れて出口管４０に流入するが、出口管４０が一方側入口管１０に対してオフセットした分だけ気体の流れの偏りが生じやすい。即ち、気体は出口管４０の一方側入口管１０側に偏り易くなる。これに対して、出口管４０に気体が流入する手前の流路を形成する接続管２０の頂部内壁２０ａ１に湾曲部３０が設けられている。この湾曲部３０によって、気体の直進性が弱まって旋回流れが発生する虞が生じる。しかしながら、旋回流れが発生し易いのは空間部２１が広がった接続管２０の入口付近であり、接続管２０の出口付近では空間部２１が狭くなるため、旋回流れの発生は僅かである。このため、出口管４０と一方側入口管１０との間に位置する頂部内壁２０ａ１に空間部２１内に突出する湾曲部３０を設けることで、多少の旋回流れが発生する可能性はあるが、それ以上に偏流の解消を確実に行うことができる。
また、湾曲部３０は、湾曲部３０を形成する内壁３０ｂのうち出口管４０側に位置する内壁３０ｂが出口管４０の湾曲部側の内壁４０ａに接する位置に形成されているように構成されている。このため、湾曲部３０は出口管４０に近接した位置に形成されるので、旋回流れの発生を抑制することができるとともに、出口管４０に流入する気体の偏流を解消することができる。
また、湾曲部３０は、出口管４０から離れた側の一方側入口管１０から接続管２０内の空間部２１を介して出口管４０側へ流れる気体の進行方向に対して略直交する方向に延在している（図５Ａ参照）。
このため、気体が湾曲部３０を通過する際に、気体の進行方向に対して略直交する方向において気体を均一に流すことができる。気体が湾曲部３０を通過する際に、湾曲部３０が延在する方向に対して略直交する方向に気体の流れを送り込むことができるとともに、出口管４０の一方側に偏る気流を出口管４０の他方側へ広げることができる。したがって、出口管４０に流入する気体の流量歪みの除去の精度を上げることができる。
図７は、本発明の配管接続構造を備える２段ターボ配管の概略構成図である。
２段ターボ配管は、図７に示すように、高圧ターボ４５と低圧ターボ５０が直列に接続され、排気経路５３において高圧ターボ４５が低圧ターボ５０の上流側に配設されている。エンジン６０のシリンダ６１から吐出される排気ガスは、排気マニホールド６２に集合して、排気経路５３を通して高圧ターボ４５の高圧タービン４５ａと、一部は高圧側タービンバイパス通路５５を通り、低圧側タービン導入通路５６を通って低圧ターボ５０の低圧タービン５０ａに送り込まれる。高圧側タービンバイパス通路５５には、排気ガス制御バルブ５７が設けられている。
ここで、前述した２本の一方側入口管１０及び他方側入口管１３のうちの一方側入口管１０は、低圧ターボ５０と高圧ターボ４５とが直列に接続された２段過給システムにおける高圧ターボ４５の高圧タービン４５ａから吐出される排気を導出する高圧側タービン導出通路５８に適用され、他方の他方側入口管１３は、高圧タービン４５ａをバイパスする高圧側タービンバイパス通路５５に適用される。そして、出口管４０は、低圧ターボ５０の低圧タービン５０ａに排気を導入する低圧側タービン導入通路５６に適用される。そして、接続管２０に、高圧側タービン導出通路５８、高圧側タービンバイパス通路５５、低圧側タービン導入通路５６が接続される。
排気ガス制御バルブ５７は、この開度を制御することにより、高圧ターボ４５の排気ガス量と、高圧ターボ４５をバイパスして低圧ターボ５０の低圧タービン５０ａへ送られる排気ガス量との関係を調整するものである。即ち、低圧ターボ５０の低圧タービン５０ａへは、高圧ターボ４５の高圧タービン４５ａからの排気が高圧側タービン導出通路５８を通り、排気ガス制御バルブ５７で流量調整されて高圧側タービンバイパス通路５５を流れる排気が接続管２０で混合して、低圧側タービン導入通路５６を通って送り込まれる。
低圧ターボ５０においては、低圧タービン５０ａにより低圧コンプレッサ５０ｂが同軸駆動されて、エアクーラ６９からの空気を加圧して低圧側コンプレッサ導出通路７０、高圧側コンプレッサ導入通路７１に通して、高圧ターボ４５の高圧コンプレッサ４５ｂに供給する。高圧ターボ４５においては、高圧タービン４５ａにより高圧コンプレッサ４５ｂが同軸駆動されて、高圧側コンプレッサ導出通路７２、インタークーラ７３、給気導入通路７４を経て給気マニホールド７５からエンジン６０のシリンダ６１に供給される。
ここで、高圧側コンプレッサ導入通路７１と高圧側コンプレッサ導出通路７２に連通して高圧コンプレッサ４５ｂをバイパスする高圧側コンプレッサバイパス通路７６が設けられている。高圧側コンプレッサバイパス通路７６にコンプレッサバイパス弁装置７７が設けられている。コンプレッサバイパス弁装置７７は、高圧コンプレッサ４５ｂをバイパスする空気の量を制御する。
図示した実施形態では、前述した配管接続構造において、２本の一方側入口管１０及び他方側入口管１３の一方側入口管１０は、低圧ターボ５０と高圧ターボ４５とが直列に接続された２段過給システムにおける高圧ターボ４５の高圧コンプレッサ４５ｂから吸気を導出する高圧側コンプレッサ導出通路７２に適用され、他方の他方側入口管１３は、高圧ターボ４５の高圧コンプレッサ４５ｂをバイパスする高圧側コンプレッサバイパス通路７６に適用される。そして、出口管４０は、２段過給システムのエンジン６０に吸気を導入する給気導入通路７４に適用される。接続管２０に、高圧側コンプレッサ導出通路７２、高圧側コンプレッサバイパス通路７６、給気導入通路７４が接続されている。
このように、旋回流の発生を抑制可能な配管接続構造を、２段過給システムにおける高圧ターボ４５の高圧タービン４５ａ側に繋がる流路に設けることで、高圧側タービンバイパス通路５５が遮断された状態で高圧側タービン導出通路５８から吐出される排気が旋回流れとなって低圧ターボ５０の低圧タービン５０ａに供給される事態を抑制することができる。このため、低圧ターボ５０の性能低下を抑制することができる。
また、旋回流れの発生を抑制可能な配管接続構造を、２段過給システムにおける高圧ターボ４５の高圧コンプレッサ４５ｂ側に繋がる流路に設けることで、高圧側コンプレッサバイパス通路７６が遮断された状態で高圧側コンプレッサ導出通路７２から吐出される吸気が旋回流れとなってエンジン６０に供給される事態を抑制することができる。
以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではない。例えば上述した実施形態を組み合わせても良く、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。
例えば、上述した実施形態に係る配管接続構造ではターボチャージャ配管用途を前提として記述したが、異なる用途に設けられた同様の合流管形状に対して適用しても良いし、あるいは冷却水配管や潤滑油配管など作動媒体が液体である場合に対して適用しても良い。
１０ 一方側入口管
１３ 他方側入口管
１０ａ、１３ａ 出口側端部
１０ｂ、１３ｂ 軸心
２０ 接続管
２１ 空間部
２１ａ 内壁
２１ａ１ 頂部内壁
２３ 底部
２３ａ、２３ｂ、２７ｂ 孔部
２５ 胴部
２５ａ 端部
２７ 頂部
２７ａ 突出部
３０ 湾曲部
３０ａ 面
３０ｂ、４０ａ 内壁
４０ 出口管
４５ 高圧ターボ
４５ａ 高圧タービン
４５ｂ 高圧コンプレッサ
５０ 低圧タービン
５０ａ 低圧タービン
５０ｂ 低圧コンプレッサ
５３ 排気経路
５４ 高圧側タービン導入通路
５５ 高圧側タービンバイパス通路
５６ 低圧側タービン導入通路
５７ 排気ガス制御バルブ
５８ 高圧側タービン導出通路
６０ エンジン
６１ シリンダ
６２ 排気マニホールド
６９ エアクーラ
７０ 低圧側コンプレッサ導出通路
７１ 高圧側コンプレッサ導入通路
７２ 高圧側コンプレッサ導出通路
７３ インタークーラ
７４ 給気導入通路
７５ 吸気マニホールド
７６ 高圧側コンプレッサバイパス通路
７７ コンプレッサバイパス弁装置
ｄ 流方向
ｄｓ 周方向成分
ｄｖ 軸方向成分
Ｋ 中央
Ｌ１、Ｌ２ 流路長
Ｐ１、Ｐ２ 接続位置
Ｄ 仮想直径

Claims (7)

  1. 気体が流通可能な２本の入口管と、
    前記２本の入口管の夫々の出口側端部が間隔を有して接続される接続管と、
    前記２本の入口管が前記接続管に接続された側と反対側の前記接続管に接続されて前記接続管内の空間部を介して前記２本の入口管に連通可能な出口管とを備え、
    前記２本の入口管は、前記２本の入口管の前記接続管に対する接続位置間の中央に対して接続管幅方向の一方側に位置する一方側入口管と、他方側に位置する他方側入口管と、を含み、
    前記出口管は、前記接続管幅方向の他方側にオフセットした位置に接続され、
    前記接続管内の空間部は、前記一方側入口管の軸心方向に沿って、下記式（１）で定義される仮想直径Ｄ以上の軸方向長さを有している
    ことを特徴とする配管接続構造。
    ［数１］
    Ｄ＝√（４Ａ／π）
    （ただし、Ａは一方側入口管の断面積、πは円周率である。）
  2. 気体が流通可能な２本の入口管と、
    前記２本の入口管の夫々の出口側端部が間隔を有して接続される接続管と、
    前記２本の入口管が前記接続管に接続された側と反対側の前記接続管に接続されて前記接続管内の空間部を介して前記２本の入口管に連通可能な出口管とを備え、
    前記２本の入口管は、前記２本の入口管の前記接続管に対する接続位置間の中央に対して接続管幅方向の一方側に位置する一方側入口管と、他方側に位置する他方側入口管と、を含み、
    前記出口管は、前記接続管幅方向の他方側にオフセットした位置に接続され、
    前記接続管内の前記空間部の前記一方側入口管の軸心方向に沿った軸方向長さは、前記一方側入口管が前記接続管に接続された接続位置と、前記出口管が前記接続管に接続された接続位置との間の前記一方側入口管の軸心方向に沿った長さの５０％以上を有している
    ことを特徴とする配管接続構造。
  3. 前記接続管内の空間部を形成する内壁のうち、前記出口管が接続される側の頂部内壁であって、前記出口管と前記一方側入口管との間に位置する頂部内壁には、前記空間部内に突出して円弧状に湾曲する湾曲部が形成されている
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の配管接続構造。
  4. 前記湾曲部は、該湾曲部を形成する内壁のうち前記出口管側に位置する内壁が前記出口管の前記湾曲部側の内壁に接する位置に形成されている
    ことを特徴とする請求項３に記載の配管接続構造。
  5. 前記湾曲部は、前記一方側入口管から前記接続管内の空間部を介して前記出口管側へ流れる気体の進行方向に対して略直交する方向に延在している
    ことを特徴とする請求項３又は４に記載の配管接続構造。
  6. 前記一方側入口管は、低圧ターボと高圧ターボとが直列に接続された２段過給システムにおける前記高圧ターボのタービンから吐出される排気を導出する高圧側タービン導出通路に適用され、
    前記他方側入口管は、前記高圧ターボの前記タービンをバイパスする高圧側タービンバイパス通路に適用され、
    前記出口管は、前記低圧ターボのタービンに排気を導入する低圧側タービン導入通路に適用され、
    前記接続管に、前記高圧側タービン導出通路、前記高圧側タービンバイパス通路、前記低圧側タービン導入通路が接続されている
    ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の配管接続構造。
  7. 前記一方側入口管は、低圧ターボと高圧ターボとが直列に接続された２段過給システムにおける前記高圧ターボのコンプレッサから吸気を導出する高圧側コンプレッサ導出通路に適用され、
    前記他方側入口管は、前記高圧ターボのコンプレッサをバイパスする高圧側コンプレッサバイパス通路に適用され、
    前記出口管は、前記２段過給システムのエンジンに吸気を導入する給気導入通路に適用され、
    前記接続管に、高圧側コンプレッサ導出通路、前記高圧側コンプレッサバイパス通路、前記給気導入通路が接続されている
    ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の配管接続構造。
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