JP2008231993A - Turbine device - Google Patents

Turbine device Download PDF

Info

Publication number
JP2008231993A
JP2008231993A JP2007071307A JP2007071307A JP2008231993A JP 2008231993 A JP2008231993 A JP 2008231993A JP 2007071307 A JP2007071307 A JP 2007071307A JP 2007071307 A JP2007071307 A JP 2007071307A JP 2008231993 A JP2008231993 A JP 2008231993A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
turbine
flow rate
height
secondary nozzle
nozzle
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP2007071307A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hajime Takagawa
元 高川
Naoki Tosa
直己 戸佐
Hiroshi Uchida
博 内田
Yuji Iwakiri
雄二 岩切
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.)
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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 Toyota Motor Corp, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2007071307A priority Critical patent/JP2008231993A/en
Publication of JP2008231993A publication Critical patent/JP2008231993A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/02—Gas passages between engine outlet and pump drive, e.g. reservoirs
    • F02B37/025—Multiple scrolls or multiple gas passages guiding the gas to the pump drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/141—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/18—Final actuators arranged in stator parts varying effective number of nozzles or guide conduits, e.g. sequentially operable valves for steam turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/026—Scrolls for radial machines or engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/045—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector for radial flow machines or engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/22—Control of the pumps by varying cross-section of exhaust passages or air passages, e.g. by throttling turbine inlets or outlets or by varying effective number of guide conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a twin nozzle turbine device having a high turbine efficiency η<SB>tm</SB>in a wide band. <P>SOLUTION: This turbine device comprises a primary nozzle 53 and a secondary nozzle 54 for guiding the exhaust gas in first and second scroll chambers 30A, 30B to a turbine wheel 10; and a flow control valve 21 capable of controlling the flow of the exhaust gas passing through the secondary nozzle 54. The turbine device further comprises a waste gate valve 25 capable of bypassing the gas flowing into the secondary nozzle 54. The height of the secondary nozzle 54 is so set as to be lower than the reference height when the height of the secondary nozzle of 1 mm at which the maximum necessary flow Qmax can be obtained in such a state that the waste valve 25 is not operated is taken as the reference height. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明はタービン装置に関し、特にツインノズル方式のターボ過給機用として好適なツインノズル方式のタービン装置に関する。   The present invention relates to a turbine device, and more particularly to a twin nozzle turbine device suitable for a twin nozzle turbocharger.

近年、ツインノズル方式のターボ過給機が開発されている。ツインノズル方式のターボ過給機としては、例えば図１２に示すようにタービンスクロール室内のガスを夫々タービンホイールに導く１次ノズル及び２次ノズルと、２次ノズルを通るガスの流量を調整可能な流量調整バルブとを備えているものが知られている。係るツインノズル方式のターボ過給機では、流量が小さい低速域では１次ノズルのみを使用することで、タービンホイールに導かれるガスの流速を高めることができることから、低速域での過給性能を確保できる。また、流量が増大する中速域では２次ノズルを併用して流量を調整でき、さらに高流量の高速域では流量調整バルブを全開にして２次ノズルへのガスの流入を最大限許可できることから、広帯域で過給を行うことができる。係るツインノズル方式のターボ過給機に関し、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１で提案されている。また、本発明の構成であるウエストゲート手段と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献２で提案されている。   In recent years, twin nozzle turbochargers have been developed. As a twin-nozzle turbocharger, for example, as shown in FIG. 12, the flow rate of the gas passing through the secondary nozzle and the primary nozzle and the secondary nozzle for guiding the gas in the turbine scroll chamber to the turbine wheel can be adjusted. What is provided with the flow volume adjustment valve is known. In such a twin-nozzle turbocharger, only the primary nozzle is used in the low-speed region where the flow rate is small, so that the flow velocity of the gas guided to the turbine wheel can be increased. It can be secured. In addition, the flow rate can be adjusted by using the secondary nozzle together in the medium speed range where the flow rate increases, and the flow rate adjustment valve can be fully opened in the high speed range of the high flow rate to allow the maximum flow of gas into the secondary nozzle. Supercharging can be performed in a wide band. For such a twin-nozzle turbocharger, for example, Patent Document 1 proposes a technique considered to be related to the present invention. Further, for example, Patent Document 2 proposes a technique that is considered to be related to the wastegate means that is the configuration of the present invention.

特開２００６−３７８１８号公報JP 2006-37818 A 特開２００５−３３０８３６号公報JP-A-2005-330836

ツインノズル方式のターボ過給機で高速域において大きな流量を確保するためには、２次ノズルの高さを大きくする必要がある。ところが、このとき設計上必要とされる必要最大流量が得られる高さまで２次ノズルの高さを大きくすると、タービン効率が低下してしまうことがある。図１３はツインノズル方式のターボ過給機のタービン効率ηｔｍの一例を示す図であり、具体的には図１３では膨張比εが一定の場合について、２次ノズルの高さｄが０．４２ｍｍ、０．７５ｍｍ及び１ｍｍである場合のタービン効率ηｔｍを夫々示している。 In order to secure a large flow rate in a high-speed region with a twin-nozzle turbocharger, it is necessary to increase the height of the secondary nozzle. However, if the height of the secondary nozzle is increased to a height at which the required maximum flow rate required for design is obtained at this time, the turbine efficiency may decrease. FIG. 13 is a diagram showing an example of the turbine efficiency η tm of a twin-nozzle turbocharger. Specifically, in FIG. 13, the secondary nozzle height d is 0. The turbine efficiencies η tm for 42 mm, 0.75 mm and 1 mm are shown respectively.

ここで、破線で示す曲線Ｒ１は流量に応じた最大タービン効率を示すものとして定義された最大効率曲線であり、この最大効率曲線Ｒ１は流動解析で以下のようにして定義できる。まず、２次ノズルの高さｄとそのときのタービン効率ηｔｍは、膨張比εが一定の場合に流動解析で次の数１に示す式で規定できる。
（数１）
ηｔｍ＝η（ｄ）｜ε
一方、タービン流量Ｑと２次ノズルの高さｄの関係も数２に示す式で表現できる。なお、タービン流量Ｑと２次ノズルの高さｄの関係はおよそ図１４に示すような関係になっている。
（数２）
Ｑ＝Ｑ（ｄ）｜ε
したがって、数１及び数２の式で示される相関関係から、タービン効率ηｔｍは数３に示す式に置き直すことができ、図１３に示す最大効率曲線Ｒ１はこの数３に示す式に基づくものとなっている。
（数３）
ηｔｍ＝η´（Ｑ）｜ε
なお、数３に示す式のタービン流量Ｑは、数２に示す式より２次ノズルの高さｄを含むことから、図１３に示す最大効率曲線Ｒ１において２次ノズルの高さｄは一定ではない。 Here, a curved line R1 indicated by a broken line is a maximum efficiency curve defined as indicating the maximum turbine efficiency according to the flow rate, and this maximum efficiency curve R1 can be defined as follows in the flow analysis. First, the height d of the secondary nozzle and the turbine efficiency η tm at that time can be defined by the following equation 1 in the flow analysis when the expansion ratio ε is constant.
(Equation 1)
η tm = η (d) | ε
On the other hand, the relationship between the turbine flow rate Q and the height d of the secondary nozzle can also be expressed by the equation shown in Equation 2. The relationship between the turbine flow rate Q and the secondary nozzle height d is approximately as shown in FIG.
(Equation 2)
Q = Q (d) | ε
Therefore, the turbine efficiency η tm can be replaced by the equation shown in Equation 3 from the correlation shown in Equation 1 and Equation 2, and the maximum efficiency curve R1 shown in FIG. 13 is based on the equation shown in Equation 3. It has become a thing.
(Equation 3)
η tm = η ′ (Q) | ε
Since the turbine flow rate Q of the equation shown in Equation 3 includes the secondary nozzle height d from the equation shown in Equation 2, the secondary nozzle height d is not constant in the maximum efficiency curve R1 shown in FIG. Absent.

ところで、この例ではタービン流量がＱ０になったときに１次ノズルのみを使用していた状態から２次ノズルを併用する状態に切り替えられ、これによりさらに大きな流量が確保される。ところが必要最大流量はＱｍａｘであり、この例では２次ノズルの高さｄが１ｍｍよりも小さい場合には、２次ノズルを併用しても必要最大流量Ｑｍａｘを確保できないことがわかる。 By the way, in this example, when the turbine flow rate becomes Q 0 , the state where only the primary nozzle is used is switched to the state where the secondary nozzle is used together, thereby securing a larger flow rate. However, the required maximum flow rate is Qmax. In this example, when the height d of the secondary nozzle is smaller than 1 mm, it is understood that the required maximum flow rate Qmax cannot be secured even when the secondary nozzle is used together.

しかしながら、図１３から２次ノズルの高さｄを１ｍｍにすると、Ｑｍａｘを確保できる一方で、タービン効率ηｔｍが低下してしまうことがわかる。すなわち、２次ノズルの高さｄが大きい場合には小さい場合と比較して最大流量時Ｐのタービン効率が低下してしまうことがわかる。さらに２次ノズルの高さｄが大きい場合には小さい場合と比較して、２次ノズルを併用したときに全体的にタービン効率ηｔｍが低くなってしまっていることがわかる。 However, it can be seen from FIG. 13 that when the height d of the secondary nozzle is 1 mm, Qmax can be ensured while the turbine efficiency η tm decreases. That is, it can be seen that when the height d of the secondary nozzle is large, the turbine efficiency at the maximum flow rate P is lower than when the height is small. Furthermore, it can be seen that when the height d of the secondary nozzle is large, the turbine efficiency η tm is lowered as a whole when the secondary nozzle is used in combination as compared with the case where the secondary nozzle is small.

これは、２次ノズルの高さｄを大きくしていった場合には、大きな流量を確保できる一方で、ガスが２次ノズルに到達するまでの間に、流量調整バルブの絞りで高められたガスの流速が低下してしまうためと考えられる。他方、ツインノズル方式のターボ過給機では、流量調整バルブが高速域で全開となった後には例えばスロットルで制御する等以外に過給制御を行うことが構造上困難となることから、背圧が大きくなってしまうという問題もあった。   When the height d of the secondary nozzle is increased, a large flow rate can be ensured, while the gas is increased by the restriction of the flow rate adjustment valve until the gas reaches the secondary nozzle. This is thought to be because the gas flow rate is reduced. On the other hand, with a twin-nozzle turbocharger, after the flow rate adjustment valve is fully opened in the high speed range, for example, it is difficult to perform supercharging control other than control with a throttle, etc. There was also a problem that became larger.

そこで、本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、広帯域でタービン効率の高効率化を図ることができるツインノズル方式のタービン装置を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a twin-nozzle-type turbine apparatus capable of increasing the turbine efficiency in a wide band.

上記課題を解決するために、本発明はタービンスクロール室内のガスを夫々タービンホイールに導く１次ノズル及び２次ノズルと、該２次ノズルを通るガスの流量を調整可能な流量調整手段とを備えるタービン装置であって、前記２次ノズルに流入しようとするガスを迂回させることが可能なウエストゲート手段を備えるとともに、前記２次ノズルの高さが、前記ウエストゲート手段が作動していない状態で最大必要流量が得られるときの高さを基準高さとして、該基準高さよりも低くなるように設定されていることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention includes a primary nozzle and a secondary nozzle that respectively guide the gas in the turbine scroll chamber to the turbine wheel, and a flow rate adjusting means capable of adjusting the flow rate of the gas passing through the secondary nozzle. It is a turbine device, and includes a wastegate means capable of diverting the gas that is about to flow into the secondary nozzle, and the height of the secondary nozzle is such that the wastegate means is not activated. The height at which the maximum necessary flow rate is obtained is set as a reference height, and is set to be lower than the reference height.

ここで、２次ノズルの高さとして上記の基準高さよりも低い高さを設定した場合には、タービン効率を向上させることができる一方で、必要最大流量を確保できなくなる。これに対して本発明によれば、ウエストゲート手段を作動させることで背圧の上昇を抑制するとともに、必要最大流量を確保することも可能になる。またこのときタービン効率は流量が増大するにつれてウエストゲート手段が有する特性に基づいて低下していくが、これに対して本発明によれば、ウエストゲート手段の特性に見合った２次ノズルの高さとして、上記の基準高さよりも低い高さを適宜設定することで、広帯域でタービン効率の高効率化を図ることも可能になる。なお、ウエストゲート手段が作動していない状態で、とはウエストゲート手段を備えていない状態でと換言できる。   Here, when the height lower than the reference height is set as the height of the secondary nozzle, the turbine efficiency can be improved, but the necessary maximum flow rate cannot be secured. On the other hand, according to the present invention, by operating the wastegate means, it is possible to suppress an increase in back pressure and to secure a necessary maximum flow rate. At this time, the turbine efficiency decreases as the flow rate increases based on the characteristics of the wastegate means. On the other hand, according to the present invention, the height of the secondary nozzle corresponding to the characteristics of the wastegate means. As a result, it is possible to increase the turbine efficiency in a wide band by appropriately setting a height lower than the reference height. In addition, it can be paraphrased in the state which has not provided the wastegate means with the wastegate means not operating.

また本発明は前記ウエストゲート手段が、前記最大必要流量が得られるように、前記２次ノズルに流入しようとするガスを迂回させることができる特性を有していてもよい。ここでウエストゲート手段の特性は種々考えられるところ、ウエストゲート手段は具体的には上記の特性を有していることが好ましい。なお、本発明に対して請求項１記載の発明は、例えば最大必要流量より低くとも、これに近い流量が得られる場合にも、広帯域でタービン効率の高効率化を図ることについて相応の効果を得ることができることに鑑みたものである。   In the present invention, the wastegate means may have a characteristic that can bypass the gas to be introduced into the secondary nozzle so that the maximum required flow rate can be obtained. Here, various characteristics of the wastegate means can be considered. Specifically, the wastegate means preferably has the above-described characteristics. Note that the invention according to the first aspect of the present invention has a corresponding effect for increasing the turbine efficiency in a wide band even when a flow rate close to the maximum required flow rate is obtained, for example. In view of what can be obtained.

また本発明は前記ウエストゲート手段が、さらに前記ウエストゲート手段が作動していない状態で、前記２次ノズルの高さが前記基準高さになっている場合に前記最大必要流量が得られるときのタービン効率よりも、前記最大必要流量が得られるときのタービン効率が高くなるように、前記２次ノズルに流入しようとするガスを迂回させることができる特性を有していてもよい。さらに具体的にはウエストゲート手段は上記の特性を有していることが好ましい。なお、本発明に対して請求項１または２記載の発明は、例えばウエストゲート手段が作動していない状態で、２次ノズルの高さが基準高さになっている場合に最大必要流量が得られるときのタービン効率より低くとも、これに近いタービン効率が得られる場合にも、広帯域でタービン効率の高効率化を図ることについて相応の効果を得ることができることに鑑みたものである。   Further, in the present invention, when the wastegate means is in a state where the wastegate means is not operated and the height of the secondary nozzle is the reference height, the maximum required flow rate is obtained. It may have a characteristic capable of bypassing the gas to flow into the secondary nozzle so that the turbine efficiency when the maximum required flow rate is obtained is higher than the turbine efficiency. More specifically, the wastegate means preferably has the above characteristics. In the invention according to claim 1 or 2, the maximum required flow rate can be obtained, for example, when the height of the secondary nozzle is the reference height when the wastegate means is not operating. Even when the turbine efficiency is lower than that at the time when the turbine efficiency is low, it is possible to obtain a corresponding effect for increasing the turbine efficiency in a wide band even when the turbine efficiency close to this is obtained.

また本発明は前記ウエストゲート手段が、設定されている前記２次ノズルの高さで流量に応じて変化するタービン効率が最大になるときに作動した場合に、少なくとも前記最大必要流量が得られるように、前記２次ノズルに流入しようとするガスを迂回させることができる特性を有していてもよい。またウエストゲート手段は具体的には上記のようにタービン効率が最大になるときに作動した場合に、上記特性を有していることが好ましい。なお、請求項１から３までに記載の発明各々は、例えば上記のとき以外にウエストゲート手段が作動した場合であっても、広帯域でタービン効率の高効率化を図ることについて相応の効果を得ることができることに鑑みたものである。   Further, in the present invention, when the wastegate means is operated when the turbine efficiency that changes in accordance with the flow rate becomes maximum at the set height of the secondary nozzle, at least the maximum required flow rate is obtained. In addition, it may have a characteristic that can bypass the gas that is about to flow into the secondary nozzle. Further, specifically, the wastegate means preferably has the above characteristics when operated when the turbine efficiency becomes maximum as described above. Note that each of the inventions described in claims 1 to 3 obtains a corresponding effect for increasing the turbine efficiency in a wide band even when the wastegate means is operated other than the above, for example. In view of the fact that it is possible.

また本発明は前記２次ノズルの高さが、前記ウエストゲート手段が作動していない状態で流量に応じた最大タービン効率を示すものとして定義された最大効率曲線に含まれるタービン効率のうち、最大の第１の特定タービン効率を得ることができる高さに設定されているとともに、前記ウエストゲート手段が、前記第１の特定タービン効率が得られるときに作動した場合に、少なくとも前記最大必要流量が得られるように、前記２次ノズルに流入しようとするガスを迂回させることができる特性を有していてもよい。さらに２次ノズルの高さは、具体的には例えば上記の高さに設定されていることが好適であり、このときウエストゲート手段は上記の特性を有していることが好ましい。これにより広帯域でタービン効率の高効率化を図ることができるとともに、特に中速域での過給性能向上を図ることができる。   In the present invention, the height of the secondary nozzle is the maximum of the turbine efficiencies included in the maximum efficiency curve defined as indicating the maximum turbine efficiency according to the flow rate when the wastegate means is not operating. When the wastegate means is operated when the first specific turbine efficiency is obtained, at least the maximum required flow rate is set to a height at which the first specific turbine efficiency can be obtained. As may be obtained, the gas may have a characteristic of bypassing the gas that is about to flow into the secondary nozzle. Furthermore, specifically, the height of the secondary nozzle is preferably set to, for example, the above-described height, and at this time, the wastegate means preferably has the above-described characteristics. As a result, the turbine efficiency can be increased over a wide band, and the supercharging performance can be improved particularly in the medium speed range.

また本発明は前記２次ノズルの高さが、前記ウエストゲート手段が作動していない状態で流量に応じた最大タービン効率を示すものとして定義された最大効率曲線と、前記ウエストゲート手段が作動している状態で流量に応じたタービン効率を示すものとして定義された作動流線とが１点で接するときに対応した第２の特定タービン効率を得ることができる高さに設定されているとともに、前記ウエストゲート手段が、前記第２の特定タービン効率が得られるときに作動した場合に、少なくとも前記最大必要流量が得られるように、前記２次ノズルに流入しようとするガスを迂回させることができる特性を有していてもよい。   According to the present invention, the height of the secondary nozzle is defined as a maximum efficiency curve defined as indicating a maximum turbine efficiency according to a flow rate in a state where the wastegate means is not operated, and the wastegate means is operated. And is set to a height at which the second specific turbine efficiency corresponding to the operating streamline defined as indicating the turbine efficiency according to the flow rate at a single point can be obtained. When the wastegate means is operated when the second specific turbine efficiency is obtained, the gas to be introduced into the secondary nozzle can be bypassed so that at least the maximum required flow rate is obtained. It may have characteristics.

また２次ノズルの高さは具体的には例えば上記の高さに設定されていることが好適であり、このときウエストゲート手段は上記の特性を有していることが好ましい。これにより広帯域でタービン効率の高効率化を図ることができるとともに、特に高速域での過給性能向上を図ることができる。   Further, specifically, the height of the secondary nozzle is preferably set to, for example, the above-mentioned height, and at this time, the wastegate means preferably has the above-described characteristics. As a result, the turbine efficiency can be increased over a wide band, and the supercharging performance can be improved particularly in the high speed range.

本発明によれば、広帯域でタービン効率の高効率化を図ることができるツインノズル方式のタービン装置を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the twin-nozzle-type turbine apparatus which can aim at the high efficiency of turbine efficiency in a wide band can be provided.

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１ないし３は、本発明のタービン装置がターボ過給機の一部として実現されている場合のタービン装置の一実施形態を示す図であって、図１は一部に破断断面を含むタービン装置の外観斜視図、図２はタービンホイールの軸線方向に沿ったタービン装置の断面図、図３は固定ノズルの外観斜視図である。なお、図４では、理解を容易にすべく本発明のタービン装置の要部を、タービンホイールの軸線方向に沿った断面で模式的に示している。   FIGS. 1 to 3 are views showing an embodiment of a turbine apparatus when the turbine apparatus of the present invention is realized as a part of a turbocharger. FIG. 1 is a turbine partially including a broken section. FIG. 2 is a cross-sectional view of the turbine apparatus along the axial direction of the turbine wheel, and FIG. 3 is an external perspective view of the fixed nozzle. In FIG. 4, for easy understanding, the main part of the turbine device of the present invention is schematically shown in a cross section along the axial direction of the turbine wheel.

このタービン装置を備えたターボ過給機は、例えば内燃機関の過給に適用されるものであって、図１に示すように、タービンハウジング１０、タービンブレードが形成されたタービンホイール２００、一端がタービンホイール２００と連結されて他端に図示しないコンプレッサが連結される回転軸２１０、タービンハウジング１０内に配置される固定ノズル５０、図示しないボルトによりタービンハウジング１０に固定された遮熱機能を有するシュラウドプレート７０等から構成されている。   A turbocharger equipped with this turbine device is applied to, for example, supercharging of an internal combustion engine. As shown in FIG. 1, a turbine housing 10, a turbine wheel 200 on which turbine blades are formed, and one end A rotating shaft 210 connected to the turbine wheel 200 and connected to a compressor (not shown) at the other end, a fixed nozzle 50 disposed in the turbine housing 10, and a shroud having a heat shielding function fixed to the turbine housing 10 by a bolt (not shown). It consists of a plate 70 and the like.

タービンハウジング１０は、鋳鉄等の金属材料により鋳造され、図１または２に示すように、タービンホイール２００の軸線方向において互いに環状の隔壁部３１で隔てられた第１及び第２のスクロール室３０Ａ，３０Ｂを備え、第１及び第２のガス通路２０Ａ，２０Ｂから導入された排気ガスが第１及び第２のスクロール室３０Ａ，３０Ｂへ導かれるようになっている。   The turbine housing 10 is cast by a metal material such as cast iron, and as shown in FIG. 1 or 2, the first and second scroll chambers 30A, 30B, exhaust gas introduced from the first and second gas passages 20A, 20B is guided to the first and second scroll chambers 30A, 30B.

第２のガス通路２０Ｂには、２次ノズル５４を通る排気ガスの流量を調整可能な流量調整バルブ２１が配設されている。この流量調整バルブ２１は電子制御で駆動することができ、ガス通路２０Ｂを全開、全閉にするほか、第２のガス通路２０Ｂの遮蔽度合いを調整できるようになっている。なお、流量調整バルブ２１はこれに限られず、差圧等で作動するメカニカルバルブで実現されてもよい。   A flow rate adjusting valve 21 capable of adjusting the flow rate of exhaust gas passing through the secondary nozzle 54 is disposed in the second gas passage 20B. The flow rate adjusting valve 21 can be driven electronically, and the gas passage 20B can be fully opened and closed, and the shielding degree of the second gas passage 20B can be adjusted. The flow rate adjusting valve 21 is not limited to this, and may be realized by a mechanical valve that operates with a differential pressure or the like.

さらにガス通路２０Ｂには、２次ノズルに流入しようとする排気ガスを迂回させることが可能なウエストゲートバルブ（以下、単にＷＧＶと称す）２５が配設されている。ＷＧＶ２５は流量調整バルブ２１と２次ノズル５４との間を流通する排気ガスを迂回させることができるように、流量調整バルブ２１の下流に配設されている。このＷＧＶ２５も電子制御で駆動することができ、流路を全開、全閉にできるようになっている。なお、ＷＧＶ２５はさらに流路の遮蔽度合いを調整できるようになっていてもよく、また差圧等で作動するメカニカルバルブで実現されてもよい。   Further, a waste gate valve (hereinafter simply referred to as WGV) 25 capable of bypassing the exhaust gas that is about to flow into the secondary nozzle is disposed in the gas passage 20B. The WGV 25 is disposed downstream of the flow rate adjustment valve 21 so that the exhaust gas flowing between the flow rate adjustment valve 21 and the secondary nozzle 54 can be bypassed. This WGV 25 can also be driven by electronic control, and the flow path can be fully opened and fully closed. The WGV 25 may further be able to adjust the degree of shielding of the flow path, or may be realized by a mechanical valve that operates with a differential pressure or the like.

固定ノズル５０は、図１または図２に示すように、タービンハウジング１０内に配置されており、図３に示すように、環状のベース５６と環状の中間プレート５５の間の所定位置に固定された複数のノズルベーン５１から構成されて第１のスクロール室３０Ａの排気ガスをタービンホイール２００へ導く１次ノズル５３を備えていると共に、環状の中間プレート５５の所定位置に固定された複数のノズルベーン５２から構成されて第２のスクロール室３０Ｂの排気ガスをタービンホイール２００へ導く２次ノズル５４を備えている。尚、１次ノズル５３及び２次ノズル５４は、タービンホイール２００の軸線方向に沿って並列して配置される。本実施例では２次ノズル５４の高さｄは０．４２ｍｍに設定されている。   The fixed nozzle 50 is arranged in the turbine housing 10 as shown in FIG. 1 or FIG. 2, and is fixed at a predetermined position between the annular base 56 and the annular intermediate plate 55 as shown in FIG. And a plurality of nozzle vanes 52 that are fixed to predetermined positions on an annular intermediate plate 55 and that include a primary nozzle 53 that guides the exhaust gas of the first scroll chamber 30A to the turbine wheel 200. And a secondary nozzle 54 for guiding the exhaust gas of the second scroll chamber 30B to the turbine wheel 200. The primary nozzle 53 and the secondary nozzle 54 are arranged in parallel along the axial direction of the turbine wheel 200. In this embodiment, the height d of the secondary nozzle 54 is set to 0.42 mm.

シュラウドプレート７０は、図２等に示すように、タービンハウジング１０と協働して固定ノズル５０を挟持するようにタービンハウジング１０に固定され、第１及び第２のスクロール室３０Ａ，３０Ｂ内の排気ガスが図示しないコンプレッサ側へ放出されるのを防いで、コンプレッサ側への熱の放出を遮断する遮熱機能を有する。本実施例では流量調整バルブ２１で流量調整手段が、ＷＧＶ２５でウエストゲート手段が夫々実現されている。   As shown in FIG. 2 and the like, the shroud plate 70 is fixed to the turbine housing 10 so as to sandwich the fixed nozzle 50 in cooperation with the turbine housing 10, and the exhaust in the first and second scroll chambers 30 </ b> A and 30 </ b> B. It has a heat shielding function that prevents the gas from being released to the compressor side (not shown) and blocks the release of heat to the compressor side. In this embodiment, the flow rate adjusting valve 21 realizes the flow rate adjusting means, and the WGV 25 realizes the waste gate means.

上述の構成で、次に本実施例に係るターボ過給機で得ることができるタービン効率ηｔｍについて図５を用いて詳述する。なお、図５では、ＷＧＶ２５が作動していない状態で（或いはＷＧＶ２５を備えていない状態で）、流量に応じた最大タービン効率を示すものとして定義された最大効率曲線Ｒ１と、ＷＧＶ２５が作動していない状態で、２次ノズル５４の高さｄが１ｍｍになっている場合に流量に応じて得られるタービン効率ηｔｍを示す効率曲線Ｒ２も同時に示している。ここで、最大効率曲線Ｒ１は前述した数３に示す式で定義されるものである。また本実施例に係るターボ過給機では高さｄが１ｍｍのときに、ＷＧＶ２５が作動していない状態で最大必要流量Ｑｍａｘが得られることから、１ｍｍが基準高さとなっている。 Next, the turbine efficiency η tm that can be obtained with the turbocharger according to this embodiment with the above-described configuration will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 5, the maximum efficiency curve R1 defined as indicating the maximum turbine efficiency according to the flow rate and the WGV 25 are operating when the WGV 25 is not operating (or without the WGV 25). Also shown is an efficiency curve R2 showing the turbine efficiency η tm obtained in accordance with the flow rate when the height d of the secondary nozzle 54 is 1 mm in the absence of this. Here, the maximum efficiency curve R <b> 1 is defined by the above-described equation (3). In the turbocharger according to the present embodiment, when the height d is 1 mm, the maximum required flow rate Qmax is obtained in a state where the WGV 25 is not operated, so 1 mm is the reference height.

本実施例に係るターボ過給機では、２次ノズル５４の高さｄが基準高さ１ｍｍよりも低い０．４２ｍｍに設定されている。またこの高さ０．４２ｍｍは最大効率曲線Ｒ１に含まれるタービン効率ηｔｍのうち、最大の第１の特定タービン効率ηｔｍ１を得ることができる高さになっている。なお、この高さ０．４２ｍｍは、前述した数２に示す式で第１の特定タービン効率ηｔｍ１を得ることができるタービン流量Ｑに対応する高さｄを算出することで求めることができる。また第１の特定タービン効率ηｔｍ１を得ることができるタービン流量Ｑは図示から求められるほか、数３に示す式で、微分値が０（ゼロ）になる値、すなわちΔηｔｍ／ΔＱ＝０なるタービン流量Ｑを算出することでも求めることができる。 In the turbocharger according to the present embodiment, the height d of the secondary nozzle 54 is set to 0.42 mm, which is lower than the reference height 1 mm. The height 0.42 mm is a height at which the maximum first specific turbine efficiency η tm 1 can be obtained among the turbine efficiencies η tm included in the maximum efficiency curve R1. The height of 0.42 mm can be obtained by calculating the height d corresponding to the turbine flow rate Q that can obtain the first specific turbine efficiency η tm 1 by the above-described equation (2). . The turbine flow rate Q at which the first specific turbine efficiency η tm 1 can be obtained is obtained from the drawing, and is a value at which the differential value becomes 0 (zero), that is, Δη tm / ΔQ = 0 in the equation shown in Equation 3. This can also be obtained by calculating the turbine flow rate Q.

このため、２次ノズル５４を併用したときには、タービン効率ηｔｍは流量が増大するにつれて効率曲線Ｒ３に示すように向上する。これにより特に中速域で過給性能の向上を図ることができる。さらに本実施例ではＷＧＶ２５が、第１の特定タービン効率ηｔｍ１が得られるときに作動する（開く）ようになっている。このため本実施例ではこれにより背圧の上昇を抑制できるとともに、さらに大きな流量を得ることができる。 For this reason, when the secondary nozzle 54 is used in combination, the turbine efficiency η tm improves as shown by the efficiency curve R3 as the flow rate increases. Thereby, it is possible to improve the supercharging performance particularly in the middle speed range. Further, in the present embodiment, the WGV 25 operates (opens) when the first specific turbine efficiency η tm 1 is obtained. For this reason, in this embodiment, an increase in back pressure can be suppressed and a larger flow rate can be obtained.

一方、このときタービン効率ηｔｍは流量の増大に応じて作動流線Ｒ４に示すように低下していく。この作動流線Ｒ４は、ＷＧＶ２５が作動している状態で流量に応じたタービン効率ηｔｍを示すものとして定義された曲線であり、数４に示す式で定義されている。
（数４）
ηｔｍＷＧＶ＝ζ（Ｑ）｜ε
そしてこの作動流線Ｒ４が示す特性は適用されているＷＧＶ２５の特性に応じたものとなっている。したがって本実施例では作動流線Ｒ４に示されるように、ＷＧＶ２５が、最大必要流量Ｑｍａｘが得られるように、且つＷＧＶ２５が作動していない状態で、２次ノズル５４の高さｄが１ｍｍになっている場合に最大必要流量Ｑｍａｘが得られるときのタービン効率ηｔｍ３よりも、最大必要流量Ｑｍａｘが得られるときのタービン効率ηｔｍが高くなるように、２次ノズル５４に流入しようとする排気ガスを迂回させることができる特性を有していることがわかる。 On the other hand, at this time, the turbine efficiency η tm decreases as shown by the operating streamline R4 as the flow rate increases. This working stream line R4 is a curve defined as indicating the turbine efficiency η tm according to the flow rate in a state where the WGV 25 is operating, and is defined by the equation shown in Equation 4.
(Equation 4)
η tmWGV = ζ (Q) | ε
The characteristic indicated by the working streamline R4 corresponds to the characteristic of the applied WGV 25. Therefore, in this embodiment, as indicated by the working streamline R4, the height d of the secondary nozzle 54 becomes 1 mm so that the WGV 25 can obtain the maximum required flow rate Qmax and the WGV 25 is not operating. the turbine efficiency eta tm 3 when the maximum required flow rate Qmax is obtained when it has a maximum required flow rate Qmax so increases turbine efficiency eta tm when obtained, which tends to flow to the secondary nozzle 54 exhaust It turns out that it has the characteristic which can bypass gas.

このため、本実施例に係るターボ過給機では、最大必要流量Ｑｍａｘが得られるときのタービン効率ηｔｍがηｔｍ３よりも高いηｔｍ４になり、高流量時でもタービン効率ηｔｍを向上させることができる。さらに本実施例に係るターボ過給機では、効率曲線Ｒ３及び作動流線Ｒ４が、効率曲線Ｒ２よりも高いタービン効率ηｔｍを示していることからわかるように、２次ノズル５４を併用している状態で全体的に、すなわち広帯域でタービン効率ηｔｍを向上させることができ、この結果、面積Ｓ１で示される分だけタービン効率ηｔｍを向上させることができる。以上により、広帯域でタービン効率ηｔｍの高効率化を図ることができるタービン装置及び係るタービン装置を備えたターボ過給機を実現できる。 Therefore, in the turbocharger according to the present embodiment, the turbine efficiency η tm when the maximum required flow rate Qmax is obtained is η tm 4 higher than η tm 3, and the turbine efficiency η tm is improved even at a high flow rate. Can be made. Further, in the turbocharger according to the present embodiment, as can be seen from the fact that the efficiency curve R3 and the working stream line R4 indicate the turbine efficiency η tm higher than the efficiency curve R2, the secondary nozzle 54 is used in combination. As a result, the turbine efficiency η tm can be improved as a whole, that is, in a wide band, and as a result, the turbine efficiency η tm can be improved by the amount indicated by the area S1. As described above, it is possible to realize a turbine apparatus capable of increasing the turbine efficiency η tm over a wide band and a turbocharger including the turbine apparatus.

本実施例に係るターボ過給機は、２次ノズル５４の高さｄが異なっている点と、ＷＧＶ２５が作動するときが異なっている点以外、実施例１に係るターボ過給機と同一のものとなっている。次に本実施例に係るターボ過給機で得ることができるタービン効率ηｔｍについて図６を用いて詳述する。本実施例に係るターボ過給機では、２次ノズル５４の高さｄが基準高さ１ｍｍよりも低い０．８３ｍｍに設定されている。またこの高さ０．８３ｍｍは、最大効率曲線Ｒ１と、作動流線Ｒ４とが１点で接するときに対応した第２の特定タービン効率ηｔｍ２を得ることができる高さになっている。なお、この高さ０．８３ｍｍは、前述した数２に示す式で第２の特定タービン効率ηｔｍ２を得ることができるタービン流量Ｑに対応する高さｄを算出することで求めることができる。 The turbocharger according to the present embodiment is the same as the turbocharger according to the first embodiment, except that the height d of the secondary nozzle 54 is different from that when the WGV 25 is operated. It has become a thing. Next, the turbine efficiency η tm obtainable with the turbocharger according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. In the turbocharger according to the present embodiment, the height d of the secondary nozzle 54 is set to 0.83 mm, which is lower than the reference height 1 mm. The height of 0.83 mm is a height at which the second specific turbine efficiency η tm 2 corresponding to the maximum efficiency curve R1 and the working stream line R4 touching at one point can be obtained. The height 0.83 mm can be obtained by calculating the height d corresponding to the turbine flow rate Q that can obtain the second specific turbine efficiency η tm 2 by the above-described equation (2). .

このため、２次ノズル５４を併用したときには、タービン効率ηｔｍは流量が増大するにつれて効率曲線Ｒ５に示すように向上する。これにより特に高速域で過給性能の向上を図ることができる。また本実施例ではＷＧＶ２５が、第２の特定タービン効率ηｔｍ２が得られるときに作動するようになっている。このため本実施例ではこれにより背圧の上昇を抑制できるとともに、さらに大きな流量を得ることができる。 For this reason, when the secondary nozzle 54 is used in combination, the turbine efficiency η tm improves as shown by the efficiency curve R5 as the flow rate increases. Thereby, it is possible to improve the supercharging performance particularly in the high speed range. In the present embodiment, the WGV 25 is operated when the second specific turbine efficiency η tm 2 is obtained. For this reason, in this embodiment, an increase in back pressure can be suppressed and a larger flow rate can be obtained.

一方、このときタービン効率ηｔｍは流量の増大に応じて作動流線Ｒ４に示すように低下していく。これに対して本実施例でも作動流線Ｒ４に示されるように、ＷＧＶ２５が、最大必要流量Ｑｍａｘが得られるように、且つ最大必要流量Ｑｍａｘが得られるときのタービン効率ηｔｍがタービン効率ηｔｍ３よりも高くなるように、２次ノズル５４に流入しようとする排気ガスを迂回させることができる特性を有していることがわかる。 On the other hand, at this time, the turbine efficiency η tm decreases as shown by the operating streamline R4 as the flow rate increases. On the other hand, in this embodiment, as indicated by the operating flow line R4, the turbine efficiency η tm when the WGV 25 obtains the maximum required flow rate Qmax and the maximum required flow rate Qmax is obtained is the turbine efficiency η tm. It can be seen that the exhaust gas to flow into the secondary nozzle 54 can be bypassed so as to be higher than 3.

このため、本実施例に係るターボ過給機では、最大必要流量Ｑｍａｘが得られるときのタービン効率ηｔｍがηｔｍ３よりも高いηｔｍ５になり、高流量時でもタービン効率ηｔｍを向上させることができる。さらに本実施例に係るターボ過給機では、効率曲線Ｒ５及び作動流線Ｒ４が、効率曲線Ｒ２よりも高いタービン効率ηｔｍを示していることからわかるように、２次ノズル５４を併用している状態で全体的に、すなわち広帯域でタービン効率ηｔｍを向上させることができ、この結果、面積Ｓ２で示される分だけタービン効率ηｔｍを向上させることができる。以上により、広帯域でタービン効率ηｔｍの高効率化を図ることができるタービン装置及び係るタービン装置を備えたターボ過給機を実現できる。 Therefore, in the turbocharger according to the present embodiment, the turbine efficiency η tm when the maximum required flow rate Qmax is obtained is η tm 5 higher than η tm 3, and the turbine efficiency η tm is improved even at a high flow rate. Can be made. Further, in the turbocharger according to the present embodiment, as can be seen from the fact that the efficiency curve R5 and the working stream line R4 indicate the turbine efficiency η tm higher than the efficiency curve R2, the secondary nozzle 54 is used in combination. As a result, the turbine efficiency η tm can be improved as a whole, that is, in a wide band, and as a result, the turbine efficiency η tm can be improved by the amount indicated by the area S2. As described above, it is possible to realize a turbine apparatus capable of increasing the turbine efficiency η tm over a wide band and a turbocharger including the turbine apparatus.

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。例えば上述した実施例では本発明がターボ過給機に適用されている場合について詳述したが、本発明はその適用がターボ過給機に限定されるものではない。   The embodiment described above is a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiments, the case where the present invention is applied to a turbocharger has been described in detail. However, the present invention is not limited to the turbocharger.

また本発明は例えば図７から図１１までに示すようなタービン効率ηｔｍが得られるように実施することもできる。これら図７から図１１までは、請求項５、４、３、２及び１記載の発明夫々を実施例１の変形例として実施したときに得られるタービン効率ηｔｍの一例を示すものである。これらの場合でも図７から図１１までに示すように、タービン効率ηｔｍの高効率化を図ることについて相応の効果を得ることができる。 The present invention can also be implemented so as to obtain a turbine efficiency η tm as shown in FIGS. 7 to 11 show an example of the turbine efficiency η tm obtained when the inventions according to claims 5, 4, 3, 2, and 1 are implemented as modifications of the first embodiment. Even in these cases, as shown in FIGS. 7 to 11, it is possible to obtain a corresponding effect for increasing the turbine efficiency η tm .

一部に破断断面を含むタービン装置の外観斜視図である。1 is an external perspective view of a turbine apparatus partially including a broken cross section. タービンホイールの軸線方向に沿ったタービン装置の断面図である。It is sectional drawing of the turbine apparatus along the axial direction of a turbine wheel. 固定ノズルの外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of a fixed nozzle. タービン装置の要部を、タービンホイールの軸線方向に沿った断面で模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the principal part of a turbine apparatus in the cross section along the axial direction of a turbine wheel. 実施例１に係るターボ過給機のタービン効率ηｔｍを示す図である。It is a figure which shows the turbine efficiency (eta) tm of the turbocharger which concerns on Example 1. FIG. 実施例２に係るターボ過給機のタービン効率ηｔｍを示す図である。It is a figure which shows the turbine efficiency (eta) tm of the turbocharger which concerns on Example 2. FIG. 請求項５記載の発明を実施例１の変形例として実施したときに得られるタービン効率ηｔｍの一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of turbine efficiency η tm obtained when the invention according to claim 5 is implemented as a modification of the first embodiment. 請求項４記載の発明を実施例１の変形例として実施したときに得られるタービン効率ηｔｍの一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of turbine efficiency η tm obtained when the invention according to claim 4 is implemented as a modification of the first embodiment. 請求項３記載の発明を実施例１の変形例として実施したときに得られるタービン効率ηｔｍの一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of turbine efficiency η tm obtained when the invention according to claim 3 is implemented as a modification of the first embodiment. 請求項２記載の発明を実施例１の変形例として実施したときに得られるタービン効率ηｔｍの一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of turbine efficiency η tm obtained when the invention according to claim 2 is implemented as a modification of the first embodiment. 請求項１記載の発明を実施例１の変形例として実施したときに得られるタービン効率ηｔｍの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of turbine efficiency (eta) tm obtained when the invention of Claim 1 is implemented as a modification of Example 1. FIG. ツインノズル方式のターボ過給機の一例を、タービンホイールの軸線方向に沿った断面で要部を用いて模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the turbocharger of a twin nozzle system using the principal part in the cross section along the axial direction of a turbine wheel. ツインノズル方式のターボ過給機のタービン効率ηｔｍの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the turbine efficiency (eta) tm of the turbocharger of a twin nozzle system. ツインノズル方式のターボ過給機におけるタービン流量Ｑと２次ノズルの高さｄとの関係の一例を、ウエストゲート手段を備えていない場合について示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the turbine flow rate Q and the height d of a secondary nozzle in the twin nozzle type turbocharger when the wastegate means is not provided.

符号の説明Explanation of symbols

１０ タービンハウジング
２０Ａ 第１のガス通路
２０Ｂ 第２のガス通路
２１ 流量調整バルブ
２５ ウエストゲートバルブ
３０Ａ 第１のスクロール室
３０Ｂ 第２のスクロール室
５０ 固定ノズル
５１，５２ ノズルベーン
５３ １次ノズル
５４ ２次ノズル
７０ シュラウドプレート
２００ タービンホイール
２１０ 回転軸 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Turbine housing 20A 1st gas passage 20B 2nd gas passage 21 Flow control valve 25 Wastegate valve 30A 1st scroll chamber 30B 2nd scroll chamber 50 Fixed nozzle 51,52 Nozzle vane 53 Primary nozzle 54 Secondary nozzle 70 shroud plate 200 turbine wheel 210 rotating shaft

Claims (6)

タービンスクロール室内のガスを夫々タービンホイールに導く１次ノズル及び２次ノズルと、該２次ノズルを通るガスの流量を調整可能な流量調整手段とを備えるタービン装置であって、
前記２次ノズルに流入しようとするガスを迂回させることが可能なウエストゲート手段を備えるとともに、
前記２次ノズルの高さが、前記ウエストゲート手段が作動していない状態で最大必要流量が得られるときの高さを基準高さとして、該基準高さよりも低くなるように設定されていることを特徴とするタービン装置。 A turbine apparatus comprising a primary nozzle and a secondary nozzle that respectively guide gas in a turbine scroll chamber to a turbine wheel, and flow rate adjusting means capable of adjusting a flow rate of the gas passing through the secondary nozzle,
With a wastegate means capable of bypassing the gas that is about to flow into the secondary nozzle,
The height of the secondary nozzle is set to be lower than the reference height, with the height when the maximum required flow rate is obtained in a state where the wastegate means is not operated as a reference height. Turbine device characterized by this. 前記ウエストゲート手段が、前記最大必要流量が得られるように、前記２次ノズルに流入しようとするガスを迂回させることができる特性を有していることを特徴とする請求項１記載のタービン装置。 2. The turbine apparatus according to claim 1, wherein the wastegate means has a characteristic capable of diverting a gas to flow into the secondary nozzle so that the maximum required flow rate is obtained. . 前記ウエストゲート手段が、さらに前記ウエストゲート手段が作動していない状態で、前記２次ノズルの高さが前記基準高さになっている場合に前記最大必要流量が得られるときのタービン効率よりも、前記最大必要流量が得られるときのタービン効率が高くなるように、前記２次ノズルに流入しようとするガスを迂回させることができる特性を有していることを特徴とする請求項２記載のタービン装置。 More than the turbine efficiency when the maximum required flow rate is obtained when the wastegate means is in a state where the wastegate means is not operated and the height of the secondary nozzle is the reference height. 3. The method according to claim 2, wherein the gas that is to flow into the secondary nozzle can be bypassed so that the turbine efficiency when the maximum required flow rate is obtained is high. Turbine device. 前記ウエストゲート手段が、設定されている前記２次ノズルの高さで流量に応じて変化するタービン効率が最大になるときに作動した場合に、少なくとも前記最大必要流量が得られるように、前記２次ノズルに流入しようとするガスを迂回させることができる特性を有していることを特徴とする請求項２または３記載のタービン装置。 In order to obtain at least the maximum required flow rate when the wastegate means is operated when the turbine efficiency that changes according to the flow rate is maximized at the set height of the secondary nozzle, the at least the maximum required flow rate is obtained. 4. The turbine apparatus according to claim 2, wherein the turbine apparatus has a characteristic capable of diverting a gas to be introduced into the next nozzle. 前記２次ノズルの高さが、前記ウエストゲート手段が作動していない状態で流量に応じた最大タービン効率を示すものとして定義された最大効率曲線に含まれるタービン効率のうち、最大の第１の特定タービン効率を得ることができる高さに設定されているとともに、
前記ウエストゲート手段が、前記第１の特定タービン効率が得られるときに作動した場合に、少なくとも前記最大必要流量が得られるように、前記２次ノズルに流入しようとするガスを迂回させることができる特性を有していることを特徴とする請求項２から４いずれか１項記載のタービン装置。 Of the turbine efficiencies included in the maximum efficiency curve defined as indicating the maximum turbine efficiency according to the flow rate when the wastegate means is not operating, the secondary nozzle has the highest first efficiency. It is set to a height that can achieve specific turbine efficiency,
When the wastegate means is operated when the first specific turbine efficiency is obtained, the gas to flow into the secondary nozzle can be bypassed so that at least the maximum required flow rate is obtained. The turbine apparatus according to any one of claims 2 to 4, wherein the turbine apparatus has characteristics. 前記２次ノズルの高さが、前記ウエストゲート手段が作動していない状態で流量に応じた最大タービン効率を示すものとして定義された最大効率曲線と、前記ウエストゲート手段が作動している状態で流量に応じたタービン効率を示すものとして定義された作動流線とが１点で接するときに対応した第２の特定タービン効率を得ることができる高さに設定されているとともに、
前記ウエストゲート手段が、前記第２の特定タービン効率が得られるときに作動した場合に、少なくとも前記最大必要流量が得られるように、前記２次ノズルに流入しようとするガスを迂回させることができる特性を有していることを特徴とする請求項２から４いずれか１項記載のタービン装置。 In the state where the height of the secondary nozzle is defined as showing the maximum turbine efficiency according to the flow rate in a state where the wastegate means is not operating, and the wastegate means is operating It is set to a height at which a second specific turbine efficiency can be obtained when the operating streamline defined as indicating the turbine efficiency according to the flow rate contacts at one point,
When the wastegate means is operated when the second specific turbine efficiency is obtained, the gas to be introduced into the secondary nozzle can be bypassed so that at least the maximum required flow rate is obtained. The turbine apparatus according to any one of claims 2 to 4, wherein the turbine apparatus has characteristics.
JP2007071307A 2007-03-19 2007-03-19 Turbine device Pending JP2008231993A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007071307A JP2008231993A (en) 2007-03-19 2007-03-19 Turbine device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007071307A JP2008231993A (en) 2007-03-19 2007-03-19 Turbine device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008231993A true JP2008231993A (en) 2008-10-02

Family

ID=39905103

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007071307A Pending JP2008231993A (en) 2007-03-19 2007-03-19 Turbine device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008231993A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014513769A (en) * 2011-05-10 2014-06-05 ボーグワーナー インコーポレーテッド Exhaust gas turbocharger
WO2014109883A1 (en) * 2013-01-14 2014-07-17 Borgwarner Inc. Split nozzle ring to control egr and exhaust flow
EP2317080A3 (en) * 2009-11-03 2015-02-25 Honeywell International Inc. Turbine assembly for a turbocharger, having twin volutes that are sequentially activated, and associated method
GB2562501A (en) * 2017-05-16 2018-11-21 Cummins Ltd Insert element for a turbine of a turbomachine
DE102018000715A1 (en) * 2018-01-30 2019-08-01 Daimler Ag Turbine for an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle
CN111102063A (en) * 2019-11-15 2020-05-05 车行天下网络科技股份有限公司 Dual drive turbine
US10920659B2 (en) 2017-02-16 2021-02-16 Ihi Corporation Turbocharger

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2317080A3 (en) * 2009-11-03 2015-02-25 Honeywell International Inc. Turbine assembly for a turbocharger, having twin volutes that are sequentially activated, and associated method
JP2014513769A (en) * 2011-05-10 2014-06-05 ボーグワーナー インコーポレーテッド Exhaust gas turbocharger
WO2014109883A1 (en) * 2013-01-14 2014-07-17 Borgwarner Inc. Split nozzle ring to control egr and exhaust flow
CN104884759A (en) * 2013-01-14 2015-09-02 博格华纳公司 Split nozzle ring to control egr and exhaust flow
KR20150104127A (en) * 2013-01-14 2015-09-14 보르그워너 인코퍼레이티드 Split nozzle ring to control egr and exhaust flow
KR102077734B1 (en) * 2013-01-14 2020-02-14 보르그워너 인코퍼레이티드 Split nozzle ring to control egr and exhaust flow
US10920659B2 (en) 2017-02-16 2021-02-16 Ihi Corporation Turbocharger
GB2562501A (en) * 2017-05-16 2018-11-21 Cummins Ltd Insert element for a turbine of a turbomachine
GB2562501B (en) * 2017-05-16 2021-12-29 Cummins Ltd Insert element for a turbine of a turbomachine
DE102018000715A1 (en) * 2018-01-30 2019-08-01 Daimler Ag Turbine for an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle
CN111102063A (en) * 2019-11-15 2020-05-05 车行天下网络科技股份有限公司 Dual drive turbine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5324961B2 (en) Internal combustion engine supercharging system
EP3001011B1 (en) Twin scroll turbocharger device with bypass
JP4596192B2 (en) Internal combustion engine having an exhaust gas turbocharger
JP4605405B2 (en) Internal combustion engine with exhaust gas turbocharger
US8522547B2 (en) Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine of a motor vehicle
JP2008231993A (en) Turbine device
US8312720B2 (en) Method for controlling an engine braking device of an internal combustion engine and internal combustion engine for a motor vehicle
JP5986578B2 (en) Exhaust turbocharger turbine
JP5556295B2 (en) EGR device for turbocharged engine
JP2009534569A (en) Turbocharger with adjustable turbine shape and vane retaining ring pressure compensation opening
JP6413980B2 (en) Turbocharger exhaust turbine
JP6780714B2 (en) Supercharger
JP2012524854A (en) Internal combustion engine and method of operating internal combustion engine
KR20160003022A (en) Exhaust gas turbocharger
JP4798491B2 (en) Centrifugal compressor, engine intake control system using the same, and intake control method
WO2016035329A1 (en) Exhaust turbine for turbocharger
JP2007192129A (en) Turbocharger and turbine wheel
JP2009144665A (en) Turbo supercharger and supercharging engine system
JP2016053352A (en) Exhaust gas turbine of turbocharger
US6834500B2 (en) Turbine for an exhaust gas turbocharger
JP2003027951A (en) Flow increasing structure for variable displacement type supercharger
JP2007192180A (en) Turbine for turbocharger
JP2015165096A (en) Exhaust gas turbocharger
CN110685795B (en) Method for operating a motor vehicle and motor vehicle
JP6780778B2 (en) Multi-stage turbocharger