JP2006274973A - 排気性状調整用添加燃料噴射ノズルを有する可変ノズル型排気タービン - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関に可変ノズル型タービンを備えた過給機が設けられ、排気浄化触媒の排気浄化作用を高めるため、軽油等の液体燃料が排気に添加される場合に、可変ノズル摺動部に燃料が付着することを回避することと排気中に添加燃料を一様に分散させることとは互いに背反するという問題を解決して燃料を添加可能にする。
【解決手段】可変ノズル型タービンに於いて、可変ノズルの出口以降であってタービンブレードを出ない位置にてタービンシュラウド内壁面に開口する排気性状調整用添加燃料噴射ノズルを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変ノズル型排気タービンに係り、特に可変ノズル型排気タービンを排気浄化に関して改良することに係る。

排気タービンでは、タービンを流れる燃焼ガスが燃焼残渣を含むことから、排気タービンが可変ノズル型であるときには、可変ノズルの摺動部に燃焼残渣が付着し、可変ノズルにスティックが生ずるという問題があることに対処し、可変ノズルの摺動部に空気吹き出し通路を設けて燃料残渣が摺動部に付着することを防止することが、下記の特許文献１に記載されている。
公開実用平成１-１６６７２６

また、内燃機関の排気浄化に於いて、排気浄化触媒の排気浄化作用を高めるため排気に燃料を添加することに関しては、排気ポートの出口にて排気に燃料を添加すると共に、添加された燃料がＥＧＲクーラやＥＧＲ弁へ流入してそこにカーボン詰まりが生ずることを防止すべく、添加された燃料がＥＧＲ方向へ逸れるのを阻止し、添加燃料を過給機のタービンへ向かう方向に案内する隔壁を排気マニホールド内に設けることが、下記の特許文献２に記載されている。
発明協会公開技報２００１-５４３３

内燃機関に過給機が設けられ、排気浄化触媒の排気浄化作用を高めるため、軽油等の液体燃料が過給機タービンより上流側にて排気に添加されると、添加された液体燃料の多くはタービンに達するまでには気化しないので、タービンが可変ノズル型であるときには、可変ノズルの摺動部に燃料液滴が付着し、可変ノズルにスティックが生ずるという問題があり、これは上記特許文献１に記載された燃焼ガス中の燃焼残渣による問題よりも深刻である。しかし、この問題を避けるため、添加燃料がタービンより下流側にて排気に添加されると、排気が排気浄化触媒に接する以前に添加燃料が排気全体に一様には行き渡らず、排気浄化に於ける燃料添加の効果が損なわれる。

本発明は、内燃機関に可変ノズル型タービンを備えた過給機が取り付けられ、排気浄化触媒の排気浄化作用を高めるため、軽油等の液体燃料が排気に添加される場合に、可変ノズル摺動部に燃料が付着することを回避することと排気中に添加燃料を一様に分散させることとは互いに背反するという問題に対処し、この問題を解決すること課題としている。

上記の課題を解決するものとして、本発明は、可変ノズル型排気タービンにして、可変ノズルの出口以降であってタービンブレードを出ない位置にてタービンシュラウド内壁面に開口する排気性状調整用添加燃料噴射ノズルを有していることを特徴とする可変ノズル型排気タービンを提案するものである。

タービンの可変ノズルは、通常ノズルを構成する翼列のブレードがその中央部にて軸支された構造を有しているので、上記の如く、可変ノズルの出口以降の位置にてタービンシュラウド内壁面に開口する燃料噴射ノズルより燃料が噴射されれば、燃料噴射ノズルを出た燃料が可変ノズルの軸支部に付着することはなく、可変ノズルに燃料付着によるスティックが生ずる恐れはなくなる。

一方、燃料噴射ノズルがタービンブレードを出ない位置にてタービンシュラウド内壁面に開口していれば、燃料噴射ノズルより噴射された燃料は高速にて回転するタービンブレードにより強力に攪拌され、しかもそれはタービンブレードが回動する狭い限られた環状空隙内にて行われるので、排気への添加燃料の混入は高い均一度にて達成される。

添付の図１は、本発明による可変ノズル型排気タービンを、コンプレッサと組み合わされてターボ過給機を構成している状態にて、本発明の要旨に直接関係しない公知構造の部分を解図的に簡略化して示す、概略縦断面図である。

図に於いて、１０にて示されている部分がタービンであり、１２にて示されている部分がコンプレッサである。タービンに於けるタービンロータ１４はコンプレッサに於けるコンプレッサロータ１６と回転軸１８により連結されている。タービンロータ１４はハブ２０とブレード２２を有しており、タービンシュラウド２４内にて回転するようになっている。コンプレッサロータ１６はハブ２６とベーン２８を有しており、コンプレッサシュラウド３０内にて回転するようになっている。３２は軸受シュラウドであり、軸受３４，３６を備え、これらの軸受にて回転軸１８を回転可能に支持している。３８はタービンロータ１４と回転軸１８の連結部に設けられたシール装置であり、４０はコンプレッサロータ１６と回転軸１８の連結部に設けられたシール装置である。

タービンロータ１４の周りには、タービンシュラウド２４により、排気の入口渦状室４２、出口筒状室４４、入口渦状室４２より出口筒状室４４までタービンロータのブレード２２の周りに延在する漏斗状のタービンブレード室４６が形成されており、入口渦状室４２とタービンブレード室４６の間の境界部に可変ノズルを構成する一連のノズルブレード４８が環状の翼列をなして配置されている。これらのノズルブレード４８は各々その中央部にて枢軸５０により軸支されており、これらの枢軸５０がブレード回動装置５２により一斉に回動されることにより互いに隣接するノズルブレード４８間に形成されたノズル開口の開度が可変に調節されるようになっている。かかる可変ノズルの構造自身はこの技術の分野に於いては周知のものである。

また、コンプレッサ１２の側に於いても、コンプレッサロータ１６の周りには、コンプレッサシュラウド３０により、吸気の入口円錐状室５４、出口渦状室（ディフーザ）５６、入口円錐状室５４より出口渦状室５６までコンプレッサロータのベーン２８の周りに延在する漏斗状のコンプレッサベーン室５８が形成されている。

上記の如きターボ過給機としては公知の基本構造に於いて、タービンシュラウド２４には、ノズルブレード４８により構成される可変ノズルの出口以降であってタービンブレード２２を出ない位置にてタービンシュラウド内壁面６０に開口する６２−１、６２−２の如き排気性状調整用添加燃料噴射ノズルが設けられている。尚、ノズル６２−１および６２−２は、本発明により可変ノズルの出口以降であってタービンブレードを出ない位置にてタービンシュラウド内壁面に開口するよう設けられる排気性状調整用添加燃料噴射ノズルの２つの例を同一図面上に示すものであり、これら２種類のノズルが同時に設けられることを意味するものではない。

このうちノズル６２−１は、ノズルブレード４８により構成される可変ノズルを丁度出たところであって、未だタービンブレードに入らない位置に設けられており、本発明により設けられる排気性状調整用添加燃料噴射ノズルとしては、タービンブレードに沿って流れる排気流に対し最も上流側の位置にある。これに対し、ノズル６２−２は、可変ノズルの出口以降であってタービンブレードを出ない位置の他の一つの例として、タービンブレードに沿って流れる排気流に対しその中程に位置している。

いずれにしても、このように可変ノズルの出口以降であってタービンブレードを出ない位置にてタービンシュラウド内壁面に開口して排気性状調整用添加燃料噴射ノズルが設けられれば、これより排気流中へ噴出された燃料は、高速にて回転するタービンロータのブレードにより強力に攪拌され、しかもこの場合、燃料は排気がタービンロータの周縁に沿う薄い環状の流れとなっている箇所にてその薄い環状の層を横切る方向に噴射されるので、排気流に対する噴射燃料の混入は高い均一性を達成するように行われる。

以上に於いては本発明を一つの実施の形態について詳細に説明したが、かかる実施の形態について本発明の範囲内にて種々の変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

本発明による可変ノズル型排気タービンを組み込んだターボ過給機を本発明の要旨に直接関係しない公知構造の部分を解図的に簡略化して示す概略縦断面図。

符号の説明

１０…タービン、１２…コンプレッサ、１４…タービンロータ、１６…コンプレッサロータ、１８…回転軸、２０…タービンロータハブ、２２…タービンブレード、２４…タービンシュラウド、２６…コンプレッサロータハブ、２８…コンプレッサベーン、３０…コンプレッサシュラウド、３２…軸受シュラウド、３４，３６…軸受、３８，４０…シール装置、４２…排気入口渦状室、４４…排気出口筒状室、４６…タービンブレード室、４８…ノズルブレード、５０…枢軸、５２…ブレード回動装置、５４…吸気入口円錐状室、５６…吸気出口渦状室（ディフーザ）、５８…コンプレッサベーン室、６０…タービンシュラウド内壁面、６２−１，６２−２…排気性状調整用添加燃料噴射ノズル

Claims (1)

1. 可変ノズル型排気タービンにして、可変ノズルの出口以降であってタービンブレードを出ない位置にてタービンシュラウド内壁面に開口する排気性状調整用添加燃料噴射ノズルを有していることを特徴とする可変ノズル型排気タービン。
   

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