JP2004138054A - ターボ過給機及びそのハウジング - Google Patents

Abstract

【課題】始動性を劣化させずに、コスト低減とコンパクト化を達成する。
【解決手段】回転軸線を画成する少なくとも１つのロータ軸５、５´と、排気ガスをタービンハウジング２内に供給する少なくとも１つの第一のガス供給通路９、９´を有するタービンハウジングを含む第一のターボ過給機構成部分とを備え、ロータ軸と共に回転し得るように少なくとも１つのタービンロータがロータ軸に締結され、圧縮すべき空気を供給する少なくとも１つの空気供給通路を有するコンプレッサハウジング３、３´が設けられ、コンプレッサハウジング内で少なくとも１つのコンプレッサロータはロータ軸の一端に固定され、第一及び第二のコンプレッサハウジングに相互に接続されたタービンハウジングから伸びる一方、第一及び第二のタービンハウジングが向き合うような仕方にて同様の構造とされた第二のターボ過給機構成部分を備える。
【選択図】　図１

Description

　本発明は、第一の見方によれば、回転軸線を画成する少なくとも１つのロータ軸手段を備えるターボ過給機に関する。ロータ軸の一端は、燃焼発動機からの排気ガスを供給する少なくとも１つの供給通路を有するターボ過給機構成部分のタービンハウジング内に、突き出している。タービンハウジング内には少なくとも１つのタービンロータがあり、そのタービンロータはロータ軸と共に回転し得るようにロータ軸に締結されている。排気ガスは、供給通路を介してタービンロータの周縁部に供給される。更に、タービンハウジングには、圧縮すべき空気を供給する少なくとも１つの空気供給通路と、圧縮後、空気を吐出する少なくとも１つの排出通路とを有するコンプレッサハウジングが接続されている。ロータ軸は、このコンプレッサハウジング内に突き出し且つ、少なくとも１つのコンプレッサロータを支持している。

　第二の見方によれば、本発明は、上述したようなターボ過給機用のハウジングに関する。
　本明細書の文章中の「ターボ過給機」という語は、最広義の意味で解釈されるべきであり、従って、補助空気ポンプのような同様のその他のターボ機関を包含するものであることを認識すべきである。

　この型式のターボ過給機は、所望の動力を実現するため所定の直径を必要とする。このことは、一方にて、所定の回転モーメントを生じ、その結果、特に、始動時、所定の慣性モーメントとなり、このため、始動段階にてより長い立上り時間を必要とする。更に、事実、大きい直径により、空間をかなり占有することになる。より優れた始動特徴を実現するため、２つのより小型のターボ過給機を使用することが考えられるが、その結果、更に空間を占有する構造体となる。

　本発明の１つの目的は、始動特性を劣化させることなく、ターボ機関又は発動機、特にターボ過給機（この用語のより狭い意味で）の簡単で、コスト及び空間を節約する構造を構成することを可能にすることである。

　本発明によれば、この目的は、第二のターボ過給機構成部分が設けられ、また、関係するコンプレッサハウジングが相互に接続したタービンハウジングから伸びる一方で、そのタービンハウジングが互いに向き合うように、双方のターボ過給機が相互に接続されることで実現される。

　これらのタービンハウジングは、一体に形成することで相互に接続され、その関係したタービンロータと共通して、実質的に、単一のタービンハウジングを形成するようにすることが好ましい。

　本発明は、ターボ過給機において、
　１つの回転軸線を画成する少なくとも１つのロータ軸手段と、
　第一のターボ過給機構成部分であって、
　　少なくとも１つの排気ガス排出通路を通じて排出されるように排気ガスを前記タービンハウジング手段に供給する少なくとも１つの第一のガス供給通路を有する第一のタービンハウジング手段、
　　周縁を有し、前記ロータ軸手段と共に回転するように前記第一のタービンハウジング手段内で前記ロータ軸手段に取り付けられた少なくとも１つの第一のタービンロータであって、前記第一のタービンロータを駆動するように前記排気ガスが前記第一のガス供給通路を介して該タービンロータの周縁に供給されるようにする少なくとも１つの第一のタービンロータ、
　　前記第一のタービンハウジング手段に接続された第一のコンプレッサハウジング手段であって、圧縮すべき空気を供給する少なくとも１つの空気供給通路と、圧縮後、前記空気を吐出する少なくとも１つの排出通路とを有する第一のコンプレッサハウジング手段、及び
　　前記ロータ軸手段と共に回転し、前記空気供給通路から空気を吸引し且つ該空気を前記排出通路内に供給し得るように前記第一のコンプレッサハウジング手段内で前記ロータ軸手段に取り付けられた少なくとも１つの第一のコンプレッサロータとを有する第一のターボ過給機構成部分と、
　第二のターボ過給機構成部分であって、
　　少なくとも１つの排気ガス排出通路を通じて排出されるように排気ガスを前記タービンハウジング手段に供給する少なくとも１つの第二のガス供給通路を有する第二のタービンハウジング手段、
　　周縁を有し、前記ロータ軸手段と共に回転するように前記第二のタービンハウジング手段内で前記ロータ軸手段に取り付けられた少なくとも１つの第二のタービンロータであって、前記第二のタービンロータを駆動するように前記排気ガスが前記第二のガス供給通路を介して該タービンロータの周縁に供給されるようにする少なくとも１つの第二のタービンロータ、
　　前記第二のタービンハウジング手段に接続された第二のコンプレッサハウジング手段であって、圧縮すべき空気を供給する少なくとも１つの空気供給通路と、圧縮後、前記空気を吐出する少なくとも１つの排出通路とを有する第二のコンプレッサハウジング手段、及び
　　前記ロータ軸手段と共に回転し、前記空気供給通路から空気を吸引し且つ該空気を前記排出通路内に吐出し得るように前記第二のコンプレッサハウジング手段内で前記ロータ軸手段に取り付けられた少なくとも１つの第二のコンプレッサロータとを有する第二のターボ過給機構成部分と、を備え、
　前記第一及び第二のターボ過給機構成部分が、相互に接続されて、第一及び第二のタービンハウジング手段が互いに向き合う一方、前記第一及び第二のコンプレッサハウジング手段が前記相互に接続されたタービンハウジング手段から伸びるように構成されている。

　本発明は、また、ターボ過給機用のハウジングにおいて、
　第一のタービンハウジング手段であって、少なくとも１つのタービンロータを受け入れる第一のタービンロータ空間、及び少なくとも１つの排気ガスの排出通路を通じて排出し得るように排気ガスを前記第一のタービンロータ空間に供給する少なくとも１つの第一のガス供給通路を有する第一のタービンハウジング手段と、
　第二のタービンハウジング手段であって、少なくとも１つのタービンロータを受け入れる第二のタービンロータ空間、及び少なくとも１つの排気ガスの排出通路を通じて排出し得るように排気ガスを前記第二のタービンロータ空間に供給する少なくとも１つの第二のガス供給通路を有する第二のタービンハウジングと、を備えて構成されている。

　２つ（小型）の隣接するタービンハウジングを組み合わせた（このため、互いに向き合っている）ものを使用することにより、全体の構造は、より小型となり、また、これと同時に、これに相応して慣性モーメントは小さくなり、このため、立上り時間も短くなる。全てのユニットすなわち構成部分のタービンハウジングが互いに隣接するならば、２つ以上の構成部分を配置することさえも本発明の範囲に属するが、これは、実際には、一般に、不必要であり、また、望ましくもないことであろう。

　原理上、双方の装置の両タービンロータを単一のロータ軸に設けることも考えられよう。しかし、このことは、一般に、何ら有利な効果をもたらさず、この理由のため、２つの装置の一方の各々がそれ自体のロータ軸を備えるようにすることが好ましい。

　本発明の範囲内において、１つの装置（又は、その回転軸線）が他方の装置に対し特定の角度を形成する「星形」の配置ような、いろいろな配置とすることが考えられる。しかし、ターボ過給機構成部分が共に且つ順次に、同一の回転軸線に沿って伸びるようにすることが好ましい。この場合、双方の装置の回転軸線は、互いに整合されよう。

　更に構造を簡略化し且つ更により小型にするため、双方のタービンハウジングが少なくとも１つの排出通路を共通に備えることが好ましい。
　本発明の第二の見方によれば、ハウジングは、少なくとも１つのタービンロータを受け入れる第二のタービンロータ空間を備え、そのタービンロータ空間の各々が別個の供給通路を有している。

発明の実施の形態

　本発明の更なる詳細は、図面に概略図で示した１つの好ましい実施の形態の以下の説明から明らかになるであろう。
　ターボ過給機１は、その各々が、原理上、十分に且つ独立的に作動可能である２つのユニットすなわち構成部分Ｉ、ＩＩを備えている。構成部分Ｉ、ＩＩの各々は、コンプレッサハウジング３、３´を備えており、該コンプレッサハウジングの各々には、コンプレッサロータ２１、２１´が収容されている。空気は、空気供給通路１３、１３´（図２参照）を通じてこのコンプレッサロータ２１、２１´に軸方向に供給され、ロータは、その空気を圧縮し且つその空気をそのコンプレッサロータ空間６、６´を略ら旋状の形状にて取り巻く空気排出通路１１、１１´内に送る。

　２つのコンプレッサロータ空間６、６´は、１つの好ましい実施の形態に相応するように、単一の同一の軸線Ｒ上にある、すなわち（換言すれば）、２つの構成部分Ｉ、ＩＩの軸線は互いに整合されており、このため、単一の軸線Ｒを実質的に形成する。構成部分Ｉ、ＩＩ内にて、この軸線Ｒに沿ってロータ軸が伸びている。（図１には一方のロータ軸５´が図示されているが、図２には、２つのロータ軸に対する軸受空間５ａ、５ｂが示してある）。このロータ軸は、各々、一端にてコンプレッサロータ６又は６´を支持し、また、他端にてタービンロータ４又は４´を支持している。ロータ軸に対する軸受は、それぞれのコンプレッサハウジング３、３´に取り付けた軸受ハウジング１５、１５´内に設けられている。

　このように、ロータ軸の各々のそれぞれの他端にて、タービンハウジング２のタービンロータ空間１４、１４´内にタービンロータ４、４´があり、そのタービンハウジングが、ターボ過給機構成部分Ｉ、ＩＩの双方に共通する単一のハウジング装置として一体に形成されている（図１）。しかし、このタービンハウジング装置２は、図２に最も良く図示するように、タービンロータの各々に対し１つの別個のタービン空間１４、１４´を備えている。このため、タービン過給機構成部分Ｉ、ＩＩの各々は、ロータ空間１４を持つそれ自体のタービンハウジングを有することができ、また、２つのターボ過給機ユニットすなわち構成部分のタービンハウジングを互いに組み立て且つ取り付けることができることは明らかである。双方のターボ過給機Ｉ、ＩＩに共通することが好ましい、タービンハウジング装置２は、一側部にて軸受ハウジング１５に締結される一方、その反対側部にて、軸受ハウジング１５´に固定される。

　好ましくは、タービンロータ及びハウジングに供給される排気ガスの量を制御するため、バイパス接続部、いわゆるウエィストゲートが設けられるようにする。この実施の形態（図１）において、２つの供給通路９、９´の各々は、バイパス通路２２又は２２´を通って排気ガスの排出通路１０に達するバイパス接続部を有しており、該排気ガスの排出通路１０は、双方のターボ過給機構成部分Ｉ、ＩＩに共通するものとすることが便宜である。

　双方のバイパス通路２２、２２´は、双方の構成部分Ｉ、ＩＩに共通する単一の弁装置２３によって制御され、また、該弁装置は、好ましくは、それぞれのタービンロータ４、４´に供給された排気ガスの量が適宜に制御されるようフラップ弁を備えることが好ましい。この目的のため、空気圧力感知薄膜を有し、図２に最も良く図示するように、プッシュロッド１７を備える、それ自体既知の制御ハウジング１６が設けられている。双方の構成部分Ｉ、ＩＩが共通の制御ハウジング１６を有することにより、２つの構成部分Ｉ、ＩＩが好ましくない仕方にて互いに影響することがないよう、排気ガスの量を均一に制御することが保証される。プッシュロッド１７の動作のウエィストゲートフラップ２３への伝動は、それ自体既知の仕方にて行うことができる。

　これと代替的に又はこれに加えて、タービンロータ空間１４、１４´の各々（又はその一方のみ）は、それ自体既知の案内格子７により、特に、例えば、可変の幾何学的形態の案内格子により取り巻かれるようにしてもよく、該案内格子は、ユニットすなわち構成部分Ｉ、ＩＩの双方に共通の制御装置１６、１７により、又は追加的な制御装置により制御することができる。

　２つのタービンロータ空間１４、１４´の各々１つは、図１に最も良く図示した供給管１８、１８´と連通する相応する排気ガスの供給通路９、９´によりら旋状に取り巻かれている。供給通路９、９´の各々は、それぞれの案内格子７を通じて受け取り（存在するならば）又はバイパス装置２２、２３によって制御される供給通路９、９´から直接受け取った排気ガスをそれぞれのタービンロータ空間１４又は１４´に導き、該ロータ空間にて、排気ガスはその内部のタービンロータ４、４´（図１）、従って関係したコンプレッサロータ２１、２１´を駆動する。図１には、少なくとも軸の長さに対して双方の構成部分Ｉ、ＩＩの寸法の僅かな差が示してあるが、２つの構成部分Ｉ、ＩＩの全ての空間、また、軸の軸受空間１２、１２´が少なくともほぼ等しい寸法である、図２による構造とすることが好ましい。このように、図示した好ましい実施の形態によるタービンハウジング装置２（双方の装置Ｉ、ＩＩのタービンハウジングを一体に備えている）は、中央部分を形成し、該中央部分からそれぞれの軸受ハウジング１５、１５´が伸び、また、該これらの軸受ハウジングからそれぞれのコンプレッサハウジング３、３´が伸びている。

　燃焼発動機により供給される排気ガスの量が少ないならば、双方の構成部分Ｉ、ＩＩに共通することが好ましいフラップ２３は、バイパス通路又はウエィストゲート（ｗａｓｔｅ　ｇａｔｅ）通路２２、２２´の双方を閉じる。このため、排気ガスは、それぞれの供給通路９又は９´からタービンロータ４、４´に対する関係した空間１４、１４´に流れ、次に、軸方向排出管１９を通って排出通路２０、２０´に達する。次に、２つの排出通路２０、２０´は組み合わされて双方の構成部分Ｉ、ＩＩに共通の排出通路１０を形成する。

　排気ガスの量が多量である場合、排気ガスの少なくとも一部がそれぞれの供給管１８、１８´を通じて排出通路１０に直接到達するように、連続的に又は、これと代替的に、段階的に双方のバイパス通路２２、２２´をフラップ２３によって開放する。

　このことから、原理上、１つの軸受装置５ａから他方の軸受装置５ｂまで通路２０、２０´を通って伸びる単一の軸５を有することが可能ではあるが、２つの別個のロータ軸５を設けることが好ましい理由が明らかであろう。

　勿論、本発明の範囲内で多数の改変が可能である。例えば、２つの構成部分Ｉ、ＩＩのそれぞれ１つ又はそれらの一方のみが、例えば、単一の軸５の一方が他方の後になるように近接して配置された２つのタービンロータ４を駆動するため、２つの供給通路９を備えるようにすることが可能である。

　蝶形弁（フラップの一端ではなくてその中心部にその軸線を有する）とすることができるフラップ弁２３に代えて、任意のその他の弁を設けることができる。ガス（又は空気）ジェットが排気ガスの流れを例えば、交互にすなわち多量に又は少量ずつバイパス通路又は供給通路９内に偏向させ、これにより排気ガスを適宜に分配するいわゆる流体素子と同様の方策とすることさえも可能である。

　更に、上述したように、タービンハウジング装置２は、必ずしも一体的な装置として形成する必要はなく、２つ又はよりより多くの部品から組み立てることもできる。例えば、単一のロータ空間を有するタービンハウジングの既存のモジュールが第二のロータ空間と組み立てられて、図面に図示したハウジング装置を形成するようにするか、又は所望であるならば、単一のタービンハウジングとして使用することができ、排出通路の領域のみを適宜に補充すればよいモジュール式構造体とすることができる。しかし、図示するように、ハウジング装置２は単一体の一体の構造とすることが好ましいことを理解すべきである。

ハウジング壁の一部分を切欠いた、本発明によるターボ過給機の平面図である。 ハウジングを図１と比べてその軸線の周りで約９０°回転させた、本発明によるハウジングの断面図である。

符号の説明

１　　ターボ過給機　　　　　　　　　　　　　２　　タービンハウジング装置
３、３´　　コンプレッサハウジング　　　　　４、４´　　タービンロータ
５、５´　　ロータ軸　　　　　　　　　　　　５ａ、５ｂ　　軸受装置
６、６´　　コンプレッサロータ空間　　　　　７　　案内格子
９、９´　　供給通路　　　　　　　　　　　　１１、１１´　　空気排出通路
１２、１２´　　軸受空間　　　　　　　　　　１３、１３´　　空気供給通路
１４、１４´　　タービンロータ空間　　　　　１５、１５´　　軸受ハウジング
１６　　制御ハウジング　　　　　　　　　　　１７　　プッシュロッド
１８、１８´　　供給管　　　　　　　　　　　２０、２０´　　排出通路
２１、２１´　　コンプレッサロータ　　　　　２２、２２´　　バイパス接続部
２３　　弁装置　　　　　　　　　　　　　　　２３　　ウエィストゲートフラップ

Claims (15)

1. 　ターボ過給機において、
   　１つの回転軸線を画成する少なくとも１つのロータ軸手段と、
   　第一のターボ過給機構成部分であって、
   　　少なくとも１つの排気ガス排出通路を通じて排出されるように排気ガスを前記タービンハウジング手段に供給する少なくとも１つの第一のガス供給通路を有する第一のタービンハウジング手段、
   　　周縁を有し、前記ロータ軸手段と共に回転するように前記第一のタービンハウジング手段内で前記ロータ軸手段に取り付けられた少なくとも１つの第一のタービンロータであって、前記第一のタービンロータを駆動するように前記排気ガスが前記第一のガス供給通路を介して該タービンロータの周縁に供給されるようにする少なくとも１つの第一のタービンロータ、
   　　前記第一のタービンハウジング手段に接続された第一のコンプレッサハウジング手段であって、圧縮すべき空気を供給する少なくとも１つの空気供給通路と、圧縮後、前記空気を吐出する少なくとも１つの排出通路とを有する第一のコンプレッサハウジング手段、及び
   　　前記ロータ軸手段と共に回転し、前記空気供給通路から空気を吸引し且つ該空気を前記排出通路内に供給し得るように前記第一のコンプレッサハウジング手段内で前記ロータ軸手段に取り付けられた少なくとも１つの第一のコンプレッサロータとを有する第一のターボ過給機構成部分と、
   　第二のターボ過給機構成部分であって、
   　　少なくとも１つの排気ガス排出通路を通じて排出されるように排気ガスを前記タービンハウジング手段に供給する少なくとも１つの第二のガス供給通路を有する第二のタービンハウジング手段、
   　　周縁を有し、前記ロータ軸手段と共に回転するように前記第二のタービンハウジング手段内で前記ロータ軸手段に取り付けられた少なくとも１つの第二のタービンロータであって、前記第二のタービンロータを駆動するように前記排気ガスが前記第二のガス供給通路を介して該タービンロータの周縁に供給されるようにする少なくとも１つの第二のタービンロータ、
   　　前記第二のタービンハウジング手段に接続された第二のコンプレッサハウジング手段であって、圧縮すべき空気を供給する少なくとも１つの空気供給通路と、圧縮後、前記空気を吐出する少なくとも１つの排出通路とを有する第二のコンプレッサハウジング手段、及び
   　　前記ロータ軸手段と共に回転し、前記空気供給通路から空気を吸引し且つ該空気を前記排出通路内に吐出し得るように前記第二のコンプレッサハウジング手段内で前記ロータ軸手段に取り付けられた少なくとも１つの第二のコンプレッサロータとを有する第二のターボ過給機構成部分と、を備え、
   　前記第一及び第二のターボ過給機構成部分が、相互に接続されて、第一及び第二のタービンハウジング手段が互いに向き合う一方、前記第一及び第二のコンプレッサハウジング手段が前記相互に接続されたタービンハウジング手段から伸びるようにした、ターボ過給機。
2. 　請求項１に記載のターボ過給機において、前記第一及び第二のタービンハウジング手段が、相互に接続されるよう一体に形成されるようにした、ターボ過給機。
3. 　請求項１に記載のターボ過給機において、前記ロータ軸手段が、前記第一のタービンハウジング手段内に支持された第一のロータ軸と、前記第二のタービンハウジング手段内に支持された第二のロータ軸とを備える、ターボ過給機。
4. 　請求項１に記載のターボ過給機において、前記第一及び第二のターボ過給機構成部分が、前記回転軸線に沿って共に且つ順次に伸びるようにした、ターボ過給機。
5. 　請求項１に記載のターボ過給機において、前記第一及び第二のタービンハウジング手段が、共通の少なくとも１つの排出通路を備える、ターボ過給機。
6. 　ターボ過給機用のハウジングにおいて、
   　第一のタービンハウジング手段であって、少なくとも１つのタービンロータを受け入れる第一のタービンロータ空間、及び少なくとも１つの排気ガスの排出通路を通じて排出し得るように排気ガスを前記第一のタービンロータ空間に供給する少なくとも１つの第一のガス供給通路を有する第一のタービンハウジング手段と、
   　第二のタービンハウジング手段であって、少なくとも１つのタービンロータを受け入れる第二のタービンロータ空間、及び少なくとも１つの排気ガスの排出通路を通じて排出し得るように排気ガスを前記第二のタービンロータ空間に供給する少なくとも１つの第二のガス供給通路を有する第二のタービンハウジングと、を備えるターボ過給機用のハウジング。
7. 　請求項６に記載のハウジングにおいて、前記第一及び第二のタービンハウジング手段が単一体として一体に形成されるようにしたハウジング。
8. 　請求項６に記載のハウジングにおいて、前記第一及び第二のタービンロータ空間が、共通の幾何学的軸線に沿って整合されるようにしたハウジング。
9. 　請求項６に記載のハウジングにおいて、前記第一及び第二のタービンハウジング手段が、共通の少なくとも１つの排出通路を備えるハウジング。
10. 　請求項６に記載のハウジングにおいて、前記第一及び第二のタービンロータ空間が、少なくともほぼ等しい寸法とされるハウジング。
11. 　ターボ過給機用のハウジングにおいて、
    　第一のタービンハウジング手段であって、少なくとも１つのタービンロータを受け入れる第一のタービンロータ空間、及び少なくとも１つの排気ガスの排出通路を通じて排出し得るように排気ガスを前記第一のタービンロータ空間に供給する少なくとも１つの第一のガス供給通路を有する第一のタービンハウジング手段と、
    　第二のタービンハウジング手段であって、少なくとも１つのタービンロータを受け入れる第二のタービンロータ空間、及び少なくとも１つの排気ガスの排出通路を通じて排出し得るように排気ガスを前記第二のタービンロータ空間に供給する少なくとも１つの第二のガス供給通路を有する第二のタービンハウジング手段と、
    　前記第一及び第二のロータ空間の少なくとも一方を通って流れる排気ガスの量を制御する制御手段と、を備えるターボ過給機用のハウジング。
12. 　請求項１１に記載のハウジングにおいて、前記制御手段が、前記第一及び第二のタービンロータ空間の双方に少なくとも部分的に関係するようにしたハウジング。
13. 　請求項１１に記載のハウジングにおいて、前記制御手段が、少なくとも１つのバイパス通路手段と、前記排気ガスを前記タービンロータ空間及び前記バイパス通路手段の少なくとも一方に分配する分配手段とを備えるハウジング。
14. 　請求項１３に記載のハウジングにおいて、前記分配手段が弁手段を備えるハウジング。
15. 　請求項１４に記載のハウジングにおいて、前記弁手段がフラップ弁を備えるハウジング。
    
    

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