JP2008248867A - ラジアルタービン装置および過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】タービン室に流入するガスに対するタービンインペラの回転効率を連続的に適切に可変設定でき、ガス量が少ない状況でも、所要のタービン仕事を行うこと。
【解決手段】ガス入口通路３６の壁面がスクロール通路３４の周壁面３８に連続する壁面のうち、スクロール通路３６の巻心側に位置する壁面３９の側にベーン軸４０を設け、ベーン軸４０にベーン４１の一端側を取り付ける。ベーン４１は、ベーン軸４０を回動中心として回動可能で、ガス入口通路３６の壁面のうちスクロール通路３４の入口部３５の外周側の周壁面３８に連続する壁面４３との間に、流路断面積可変の入口流路４４を画定する。
【選択図】図２

Description

この発明は、ラジアルタービン装置および過給機に関し、特に、自動車用エンジンの過給機に組み込まれるラジアルタービン装置および過給機に関するものである。

自動車用エンジンの過給機は、エンジンから排気される排気ガスによってラジアルタービンを駆動し、ラジアルタービンと同軸のコンプレッサ（圧縮機）によって空気の過給を行うものであるから、エンジンが低回転で運転され、エンジンからの排気ガス量が少なく、タービン室に入る排気ガスの流速が遅いと、タービン出力が低下し、所定の過給が行われなくなる。

排気ガス量が少ない状況で、過給機が必要とする動力を効率よく得るために、タービンインベラに流入する排気ガスの流速を増速させる機構を過給機に組み込むことが、従来より行われている。

その一つとして、スクロール通路とタービン室との間に形成された円環状のガス入口部に取付角度可変に設けられた複数個のノズルベーンによってノズルベーン間の流路断面積（タービンインベラ上流の排ガス流路断面）を可変にする可変ノズル機構を設け、排気ガス量が少ない場合には、可変ノズル機構によってノズルベーン間の流路断面積を小さくしてタービンインペラに流入する排気ガスの流速を速くする可変ノズル式のものがある。

もう一つのものとして、タービンインペラにガスを導くスクロール通路のスクロール終端舌部を可変ベーンとし、可変ベーンによってスクロール通路の流路断面積を可変設定できるようにし、排気ガス量が少ない場合には、可変ベーンによってスクロール通路の入口側の流路断面積を小さくしてタービンインペラに流入する排気ガスの流速を速くする可変ベーン式のものがある（例えば、特許文献１、２）。

また、スクロール通路の入口側を隔壁によってスクロール径方向に二つの流路に区分し、区分された二つの流路のうち、スクロール内径側（スクロール巻心側）の流路を開閉する弁を設け、弁を閉じることにより、スクロール外径側に、積極的に排気ガスが流れるようにしたツインパッセージ式のものがある（例えば、特許文献３、４）。

エンジンの高出力化をするために、燃料流量を増やし、燃焼させるための空気量を増やすために、過給機には、より高い過給圧が求められる。また、エンジンの燃料消費率低減のため、空燃比の最適化により排気ガスの温度は、今後更に高くなることが予想される。
実開昭６２−１５２０３１号公報 特開昭６０−６５２０５号公報 実開昭５６−６７３３０号公報 実開昭６１−９７５３９号公報

自動車用エンジンより排出されるＣＯ２排気量を削減することが社会的に求められている。そのためエンジンの燃料消費率を低減するため空燃比を最適化する。そのことにより、エンジンの排気ガスの温度は従来より高温化してきている。

しかし、過給機のタービン室ガス入口部に設けられる可変ノズル機構は、多数のノズルベーンがあって、構造が複雑なため、排気ガス温度が高温化していくと、タービン部品の熱変形等により、安定した動作を確保することが難しくなる。

可変ベーンによってスクロール通路の流路断面積を可変設定するものは、構造が複雑でなく、可変ノズル機構のような問題を生じないが、スクロール通路の入口側の流路断面積を変化させてタービンインペラに流入する排気ガスの流速を調整するため、ガス流速調整に伴ってスクロール通路におけるガス流れ特性が変動すると云う不具合が生じる。

つまり、可変ベーンによってスクロール通路の入口側の流路断面積を小さくすると、スクロール終端のスクロール入口側に対する開口面積が増加し、スクロール通路を一周した排気ガスが、再度、スクロール通路を循環することになり、圧力損失が増加してタービン効率が低下する現象が生じる。また、可変ベーンの回転軸がスクロール通路部に設けられるため、軸受部の設置スペースを充分取ることが難しく、軸受部のガス漏れ対策を講じことが難しい。

ツインパッセージ式のものは、スクロール内径側の流路を弁によって開閉するだけで、スクロール外径側の流路を流れるガスの流れ自体を制御するものではないため、タービンインペラに流入する排気ガスの流速を連続的に可変設定することができない。また、タービンインペラに流入する排気ガスは半周であるため、効率よく排気ガスの運動量をインペラへ伝達できず、損失を増加させてしまう。

この発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、高温ガス適用性に優れ、スクロール通路の形状を変化させることなく、新しい考察のもとに、タービンインペラに流入する排気ガスの流速を連続的に適切に可変設定でき、ガス量が少ない状況でも、所要のタービン仕事を行うラジアルタービン装置および過給機を提供することを目的としている。

この発明によるラジアルタービン装置は、ハウジングに、タービン室と、前記タービン室の外周側にあって前記タービン室にガスを導くスクロール通路とが形成され、前記タービン室にタービンインペラが回転可能に設けられたラジアルタービン装置であって、前記ハウジングに、前記スクロール通路の入口部に連続するガス入口通路が設けられ、前記ガス入口通路には、当該ガス入口通路の壁面が前記スクロール通路の周壁面に連続する壁面のうち、前記スクロール通路の巻心側に位置する壁面の側にベーン軸が設けられ、前記ベーン軸に舌片状のベーンの一端側が取り付けられ、前記ベーンは、前記スクロール通路の終端舌部より離れた位置にあって、前記ベーン軸を回動中心として回動可能になっており、前記ガス入口通路の壁面のうち前記ベーン軸の中心軸線に直角な両側壁は、前記ベーンの互いに平行な両側面と平行であり、前記ベーンは、前記ガス入口通路の壁面のうち前記スクロール通路の前記入口部の外周側の周壁面に連続する壁面との間に、流路断面積可変の入口流路を画定する。

この発明によるラジアルタービン装置は、好ましくは、前記ハウジングに前記ベーン軸の軸受部が貫通形成され、当該軸受部の前記ハウジング外側に漏洩ガス回収室が形成されており、漏洩ガス回収室が前記タービン室のガス出口側に連通している。

また、この発明によるラジアルタービン装置は、ハウジングに、タービン室と、前記タービン室の外周側にあって前記タービン室にガスを導くスクロール通路とが形成され、前記タービン室にタービンインペラが回転可能に設けられたラジアルタービン装置であって、前記ハウジングに、前記スクロール通路の入口部に連続するガス入口通路が設けられ、前記ガス入口通路に流路断面積可変の入口流路を画定するベーンがベーン軸によって回動可能に設けられており、前記ハウジングに前記ベーン軸の軸受部が貫通形成され、当該軸受部の前記ハウジング外側に漏洩ガス回収室が形成されており、漏洩ガス回収室が前記タービン室のガス出口側に連通している。

この発明によるラジアルタービン装置は、好ましくは、前記軸受部の軸受部材と前記前記ベーン軸との間に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段を有している。更には、前記ベーン軸に冷却媒体通路が貫通形成されており、前記冷却媒体通路に前記圧縮空気供給手段によって圧縮空気が供給される構造になっている。

この発明によるラジアルタービン装置は、好ましくは、前記ガス入口通路は矩形の横断面形状をなしており、前記ベーンは前記ガス入口通路の横断面形状と相似の矩形である。

この発明によるラジアルタービン装置は、好ましくは、前記ガス入口通路は、前記ハウジングに取り付けられた前記ハウジングとは別体の通路構成筒体により形成されている。

また、この発明によるラジアルタービン装置は、ハウジングに、タービン室と、前記タービン室の外周側にあって前記タービン室にガスを導くスクロール通路とが形成され、前記タービン室にタービンインペラが回転可能に設けられたラジアルタービン装置であって、前記ハウジングに、前記スクロール通路の入口部に連続するガス入口通路が設けられ、
前記ガス入口通路に流路断面積可変の入口流路を画定するベーンがベーン軸によって回動可能に設けられており、前記ベーン軸に冷却媒体通路が貫通形成されており、冷却媒体通路に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段を有している。

また、この発明によるラジアルタービン装置は、ハウジングに、タービン室と、前記タービン室の外周側にあって前記タービン室にガスを導くスクロール通路とが形成され、前記タービン室にタービンインペラが回転可能に設けられたラジアルタービン装置であって、前記ハウジングに、前記スクロール通路の入口部に連続するガス入口通路が設けられ、前記ガス入口通路は矩形の横断面形状をなしており、前記ガス入口通路に流路断面積可変の入口流路を画定する矩形のベーンが、ベーン軸によって、前記スクロール通路の終端舌部より離れた位置に、回動可能に設けられている。

また、この発明によるラジアルタービン装置は、ハウジングに、タービン室と、前記タービン室の外周側にあって前記タービン室にガスを導くスクロール通路とが形成され、前記タービン室にタービンインペラが回転可能に設けられたラジアルタービン装置であって、前記ハウジングに当該ハウジングとは別体の通路構成筒体が取り付けられ、前記通路構成筒体により、前記スクロール通路の入口部に連続するガス入口通路が形成されている。

この発明による過給機は、上述の発明によるラジアルタービン装置を具備した過給機である。

この発明によるラジアルタービン装置によれば、ガス入口通路の壁面がスクロール通路の周壁面に連続する壁面のうち、スクロール通路の巻心側に位置する壁面の側に設けられたベーン軸にベーンの一端側が取り付けられ、このベーンがベーン軸を回動中心として回動することにより、ベーンの他端側（先端側）と、ガス入口通路の壁面のうちスクロール通路の入口部の外周側の周壁面に連続する壁面との間に、流路断面積可変の入口流路が画定されるから、ベーンの開度が小さいほど、入口流路の流路断面積が低下すると同時に入口流路の位置がスクロール通路の外周側に片寄ることになり、保存則に基づく連続則、角運動量一定則に準じてタービンインペラに対するガス流入の有効成分が増大し、タービン室に流入するガスに対するタービンインペラの回転効率が増大する。

これにより、ベーンの開度を連続的に変化させることにより、タービン室に流入するガスに対するタービンインペラの回転効率を連続的に適切に可変設定でき、ガス量が少ない状況でも、所要のタービン仕事を行うことができるようになる。

この発明によるラジアルタービン装置および過給機の実施形態を、図を参照して説明する。

図１は、この発明によるラジアルタービン装置を具備した過給機の自動車用エンジンに対する適用例を示している。

図１において、１０は複数個の気筒１１を有する自動車用多気筒エンジンを、１２は吸気マニホールドを、１３は排気マニホールドを、１４はＥＧＲ通路を、１５はＥＧＲ弁を、１６はＥＧＲ冷却用熱交換器を、２０はこの発明によるラジアルタービン装置を具備した過給機を各々示している。

過給機２０のコンプレッサ出口２１は吸気マニホールド１２に接続され、過給機２０のタービン入口２２は排気マニホールド１３に接続されている。過給機２０は、軸２３によって同軸に連結されたタービンホイール２４とコンプレッサホイール２５とを有し、タービンホイール２４の回転によってコンプレッサホイール２５が回転し、コンプレッサホイール２５の回転数に応じてエンジン１０に供給する空気の過給仕事を行う。

ＥＧＲ通路１４は、排気マニホールド１３より排気ガスの一部を、過給機２０のコンプレッサ出口２１と吸気マニホールド１２との間に環流させるように設けられている。ＥＧＲ弁１５はＥＧＲ通路１４を流れる排気ガスの流量、すなわちＥＧＲ量を制御する。

つぎに、この発明によるラジアルタービン装置の一つの実施形態を、図２〜図５を参照して説明する。

ラジアルタービン装置は、鋳造等によるハウジング３０を有する。ハウジング３０は、ガス入口側接続フランジ３１と、ガス出口側接続フランジ３２とを一体に有する。ハウジング３０には、タービン室３３と、タービン室３３の外周側にあってタービン室３３にガスを導くスクロール通路３４とが形成され、タービン室３３にタービンインペラ２４が回転可能に設けられている。

ハウジング３０にはスクロール通路３４の入口部３５に連続するガス入口通路３６がハウジング３０と一体の矩形筒体部３７によって形成されている。ガス入口通路３６は、図４によく示されているように、矩形筒体部３７の筒状形状によって矩形の横断面形状をなしている。スクロール通路３４の横断面形状は円形であるので、ガス入口通路３６とスクロール通路３４の入口部３５との接続は、通路の横断面形状を矩形から円形に徐々に形状を変えることにより、段差なく、滑らかに行われている。

ガス入口通路３６には、ガス入口通路３６の壁面がスクロール通路３４の周壁面３８に連続する壁面のうち、スクロール通路３４の巻心側に位置する壁面３９の側にベーン軸４０が設けられている。

ベーン軸４０にはベーン４１の一端側が取り付けられている。ベーン４１は、ガス入口通路３６の横断面形状と相似の矩形であり、熱変形による矩形筒体部３７との干渉を避けるべく、ガス入口通路３６の横断面より少し小さい矩形で、ガス入口通路３６の壁面との間に、熱変形による矩形筒体部３７との干渉を避けるために必要な間隙４２を有する大きさに設定されている。

ベーン４１は、クロール通路３４の終端舌部３４Ａとは離れた位置にあって、ベーン軸４０を回動中心として回動可能になっており、ガス入口通路３６の壁面のうちスクロール通路３４の入口部３５の外周側の周壁面に連続する壁面４３との間に、流路断面積可変の入口流路４４を画定する。つまり、入口流路４４は、ベーン４１の回動先端と壁面４３との間に矩形流路として画定され、ベーン４１の開度に応じて流路断面積を可変設定される。

なお、必ずしも、ベーン４１とガス入口通路３６の横断面形状とが相似の矩形でなくてもよく、ベーン４１がベーン軸４０を回動中心として回動できるよう、ガス入口通路３６の壁面のうちベーン軸４０の中心軸線に直角な両側壁３６Ａ、３６Ｂが、ベーン４１の互いに平行な両側面４１Ａ、４１Ｂと平行であれであればよく、例えば、ガス入口通路３６の横断面形状が矩形であるのに対して、ベーン４１の先端部が円弧によって形成されていてもよい。

ベーン軸４０は、矩形筒体部３７に形成された軸受孔４５、４６に装着された軸受ブッシュ４７、４８によって矩形筒体部３７より回転可能に支持されている。ベーン４１には貫通孔４９が貫通形成されており、貫通孔４９をベーン軸４０の小径軸部５０が貫通している。貫通孔４９のキー溝５１と小径軸部５０に設けられたキー５２とのキー係合により、ベーン４１はベーン軸４０と一体回転する。

軸受孔４５は盲孔であるのに対し、軸受孔４６は矩形筒体部３７を貫通している。軸受孔４６の矩形筒体部３７の外側（ハウジング外側）には、矩形筒体部３７の外側に一体形成された室構成部５３によって漏洩ガス回収室５４が形成されている。漏洩ガス回収室５４はタービン室３３のガス出口通路５５に連通している。

軸受ブッシュ４８は、フランジ付きブッシュであり、漏洩ガス回収室５４の部分において、矩形筒体部３７の軸受孔４６、室構成部５３の貫通孔６０に圧入等によって固定されている。ベーン軸４０は、軸受ブッシュ４８を貫通してハウジング外に突出しており、この突出端５７を図示されていないアクチュエータに連結され、アクチュエータによって回転駆動されるようになっている。軸受ブッシュ４８にはスナップリング５６が係合しており、スナップリング５６がベーン軸４０の大径部５８の端面に当接することにより、ベーン軸４０のスラスト方向の固定（抜け止め）が行われる。

軸受ブッシュ４８はベーン軸４０の大径部５８と嵌合している。軸受ブッシュ４８には、大径部５８との嵌合部において漏洩ガス回収室５４に向けて開口した複数個のブリード孔５９が穿設されている。

上述の構成によるラジアルタービン装置は、ベーン４１がベーン軸４０を回動中心として回動することにより、ベーン４１の回動先端と、ガス入口通路３６の壁面のうちスクロール通路３４の入口部３５の外周側の周壁面３８に連続する壁面４３との間に、流路断面積可変の入口流路４４が画定されるから、ベーン４１の開度が小さいほど、入口流路４４の流路断面積が低下すると同時に、入口流路４４の位置（主流位置）がスクロール通路３４の外周側に片寄ることになり、保存則に基づく連続則、角運動量一定則に準じてタービンインペラ２４に対するガス流入の有効成分が増大し、タービン室３３に流入するガスに対するタービンインペラ２４の回転効率が増大する。

このことについて、図６（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。

流体流れの連続則により、下記の連続の式（１）が成立する。

ガス入口通路３６におけるガス流速Ｃ０は下式（１）で示される。

Ｃ０＝Ｗ ／（ρ０・Ａ０） …（１）
但し、Ｗ：ガス質量、ρ０：ガス入口通路３６におけるガス密度、Ａ０：ガス入口通路３６の通路断面積（入口流路４４の流路断面積）。

スクロール通路３４の入口部３５よりタービン回転方向にθ度回転した位置における接線方向のガス流速Ｃθ１は、角運動量保存則より下式（２）で示される。

Ｃθ１＝（ｒ０／ｒ１）Ｃ０ …（２）
但し、ｒ０：タービンインペラ回転中心からガス入口通路３６の主流位置までの半径、ｒ１：タービンインペラ回転中心からタービン室３３の入口部までの半径、Ｃ０：ガス入口通路３６におけるガス流速。なお、ガス入口通路３６の主流位置とは、ガス入口通路３６（入口流路４４）のガス流れ束の中心位置を意味する。

従って、ガス入口通路３６（入口流路４４）の通路断面積Ａ０が小さいほど、また、タービンインペラ回転中心からガス入口通路３６（入口流路４４）の主流位置までの半径ｒ０が大きいほど、タービンインペラ２４に対するガス流入の有効成分である接線方向ガス流速Ｃθ１が大きくなる。

（Ａ０／ｒ０）は、ベーン４１の開度により変化し、ベーン４１の開度が小さいほど、通路断面積Ａ０（入口流路４４の流路断面積）が小さくなり、半径ｒ０（入口流路４４におけるタービンインペラ回転中心からガス入口通路３６の主流位置までの半径）が大きくなる。

これにより、ベーン４１の開度が小さいほど、タービンインペラ２４に対するガス流入の有効成分である接線方向ガス流速Ｃθ１が大きくなる。このことにより、タービン室３３に流入するガスに対するタービンインペラ２４の回転効率が増大し、ベーン４１の開度を連続的に変化させることにより、タービン室３３に流入するガスに対するタービンインペラ２４の回転効率を連続的に適切に可変設定でき、ガス量が少ない状況でも、所要のタービン仕事を行うことができるようになる。

上述したように、ベーン４１の開度が小さいほど、入口流路４４の流路通路断面積Ａ０が小さくなることに加えて、半径ｒ０が大きくなることにより、接線方向ガス流速Ｃθ１が速くなり、ガス量が少ない状況でも、所要のタービン仕事を行うことができるようになる。このことは、入口流路４４が、矩形のベーン４１の回動先端と横断面形状が矩形のガス入口通路３６の壁面４３との間に矩形流路して画定されていることにより、ベーン４１の開度が小さくなることに応じて半径ｒ０が大きくなることが顕著なものになり、このことにより、接線方向ガス流速Ｃθ１が速くなる作用が顕著なものになる。

ベーン４１は、ガス入口通路３６の流路断面積を可変設定するだけで、スクロール通路３４の入口部３５ならびにスクロール終端舌部３４Ａ部分の通路形状に影響を与えることがなく、入口部３５、スクロール終端舌部３４Ａ部分の通路形状を変化させるものではないから、ベーン４１によって入口流路４４の通路断面積を小さくしても、スクロール終端のスクロール入口側に対する開口面積が増加することがなく、スクロール通路３４を一周した排気ガスが、再度、スクロール通路３４を循環することがなく、圧力損失の増加によるタービン効率の低下を招くことがない。

このようにしてベーン４１によってタービン室３３に流入する排気ガスの流速制御を適切に有効に行うことができ、ベーン４１の定量的な開度設定によってタービン室３３に流入するガスに対するタービンインペラ２４の仕事を連続的に適切に可変設定することができる。

このベーン４１による流路断面積可変設定機構は、可変ノズル機構のように構造が複雑なものになることがないから、熱変形の影響による作動不良を起こし難く、高温ガス適用性に優れたものである。

ベーン軸４０の一端（突出端５７）は、ベーン回動駆動のアクチュエータとの接続のために、軸受ブッシュ４８を貫通して矩形筒体部３７外に突出しているから、ガス入口通路３６は、ベーン軸４０の大径部５８の外周と軸受ブッシュ４８の内周との間に存在する間隙によって矩形筒体部３７外（ハウジング３０外）に開放されることを避けられず、ガス漏れが懸念される。当該部分は、高温になるから、ガス漏れ対策としてゴム状弾性体製のシール部材等を使用することができない。

このことに対して、本実施形態では、ベーン軸４０の大径部５８の外周と軸受ブッシュ４８の内周との間の間隙が、軸受ブッシュ４８に形成されたブリード孔５９によって漏洩ガス回収室５４に連通している。漏洩ガス回収室５４は、タービン室３３のガス出口通路５５に連通しており、ガス出口通路５５のガス流によるエジェクタ効果によってガス吸い出しを行われる。

これにより、ベーン軸４０の大径部５８の外周と軸受ブッシュ４８の内周との間の間隙より外部へ漏洩しようとするガスは、ブリード孔５９により漏洩ガス回収室５４に流れ、ガス出口通路５５へ吸い出される。このことにより、ハウジング３０外へのガス漏れを抑制することができる。

上述したように、ベーン４１の回転軸であるがベーン軸４０がスクロール通路部より離れたガス入口通路３６に設けられているから、軸受部の設置スペースを充分取ることができ、上述したような軸受部のガス漏れ対策を的確に講じることができる。

なお、上述の実施形態では、ベーン軸４０の大径部５８の外周と軸受ブッシュ４８の内周との間の間隙を軸受ブッシュ４８に形成したブリード孔５９によって漏洩ガス回収室５４に連通させたが、図７に示されているように、漏洩ガス回収室５４部分の軸受ブッシュを、矩形筒体部３７の軸受孔４６に圧入される軸受ブッシュ４８Ａと、室構成部５３の貫通孔６０に圧入される軸受ブッシュ４８Ｂとに分割し、ベーン軸４０の大径部５８の外周と軸受ブッシュ４８の内周との間の間隙を、分割された軸受ブッシュ４８Ａと４８Ｂとの間隙をもって漏洩ガス回収室５４に連通させる構造とすることもできる。

図８は、ガス漏れ対策を、より強固にした実施形態を示している。なお、図８において、図４に対応する部分は、図４に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

この実施形態では、室構成部５３に圧縮空気供給用のニップル６１が取り付けられており、ニップル６１より圧縮空気が、軸受ブッシュ４８の内周側に形成された周溝６２を介してベーン軸４０の大径部５８の外周と軸受ブッシュ４８の内周との間の間隙に供給されるようになっている。

これにより、エアーカーテン効果が得られ、ベーン軸４０の外周と軸受ブッシュ４８の内周との間の間隙より外部へ漏洩しようとするガスの流れがせき止められ、ハウジング３０外へのガス漏れ防止が、より強固に行われる。

周溝６２よりベーン軸４０の外周と軸受ブッシュ４８の内周との間の間隙に供給された圧縮空気の一部は、当該間隙より外部へ流出するが、この空気流は、クリーンエアーであるか、ガスが混じったとしてもガス濃度の低いものになる。

また、この実施形態では、ベーン軸４０に、周溝６２に連通する冷却媒体通路６３、６４が貫通形成されている。軸受ブッシュ４７の内周面には、図９に示されているように、軸線方向に逃がし溝６７が形成されている。

これにより、周溝６２に供給された圧縮空気の一部は、冷却媒体通路６３、６４を流れ、ベーン軸４０の先端部と軸受ブッシュ４７の端部の間に設けられた間隙６８、軸受ブッシュ４７の逃がし溝６７を通ってガス入口通路３６へ流れ出る。この圧縮空気は、冷却媒体通路６３、６４を流れる際に、ベーン軸４０ならびにベーン４１の冷却を行う。

このことにより、ベーン軸４０、ベーン４１の熱変形が抑制され、熱変形によってベーン軸４０が軸受部分で固着することや、ガス入口通路３６の通路壁に対してベーン４１が干渉することが防止される。また、熱変形による干渉を避けるための間隙４２を小さいものにすることができ、ベーン４１によるガス入口通路３６の流路断面積可変設定を、より良好な効果的なものにすることができる。

なお、逃がし溝６７がベーン４１の上流側にも切られていると、ベーン４１を閉じる場合に、ベーン４１の上流側の圧力上昇に伴って上流側の逃がし溝のガス通路開口部の圧力が上昇し、冷却ガス（圧縮空気）がガス入口通路３６に逃げ難くなるから、逃がし溝６７は、できるだけ圧力の低いベーン下流側に冷却ガスが抜ける冷却ガスの通り道として、図９に示されているように、ベーン４１の下流側にのみ設けることが好ましい。

本実施形態のラジアルタービン装置が図１に示されているような過給機２０のタービンとして適用されている場合には、ニップル６１に供給する圧縮空気は、過給機２０のコンプレッサ側から得ることができる。つまり、過給機２０による過給空気の一部がニップル６１に供給されるようなっていればよく、特別な圧縮空気供給源を必要としない。

図１０は、この発明によるラジアルタービン装置の他の実施形態の要部を示している。

本実施形態では、ガス入口通路３６がハウジング３０の矩形筒体部３７に取り付けられたハウジング３０とは別体の通路構成筒体６５により形成されている。

ハウジング３０は鋳鉄製であるのに対して、通路構成筒体６５は、ハウジング３０とは別に、耐熱性に優れた高級材料による機械加工品により構成することが可能になる。

通路構成筒体６５に軸受孔４５、４６を設けて耐熱性に優れた材料で機械加工された通路外壁（通路構成筒体６５）とベーン４１を組み合わせることより、ハウジング３０に機械加工してベーン４１を組み込む場合よりも、高温時における熱変形が抑えられ、高温下でのベーン４１の回動信頼性が向上する。入口通路の流路断面積を可変にする必要がない場合は，単に四角い筒を挿入することで，ハウジングを別に用意しなくてすむ。

通路構成筒体６５は、矩形筒体部３７に形成された筒体挿入孔６６に挿入され、圧入やフランジ接続（図示省略）等によりハウジング３０に固定されればよい。

なお、図１１に示されているように、円筒体部３７′に形成する筒体挿入孔６６は、横断面形状がスクロール通路３４の横断面形状と同じ円形であってもよい。この場合には、通路構成筒体６５の外形形状を筒体挿入孔６６に嵌合する円筒体とし、ガス入口通路３６の横断面形状を矩形にすればよい。このようにすることで，一般的な円筒筒部を有するスクロールにも適応できる。

この発明によるラジアルタービン装置を具備した過給機の自動車用エンジンに対する適用例を示すスケルトン図である。 この発明によるラジアルタービン装置の一つの実施形態を示す正面図である。 この発明によるラジアルタービン装置の一つの実施形態をガス出口側から見た側面図である。 この発明によるラジアルタービン装置の一つの実施形態の要部の拡大断面図である。 この発明によるラジアルタービン装置の他の実施形態の要部の拡大断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、この発明によるラジアルタービン装置の動作原理を説明するための説明図である。 この発明によるラジアルタービン装置の他の実施形態の要部の拡大断面図である。 この発明によるラジアルタービン装置の他の実施形態の要部の拡大断面図である。 この発明によるラジアルタービン装置の他の実施形態の要部の斜視図である。 この発明によるラジアルタービン装置の他の実施形態の要部の斜視図である。 この発明によるラジアルタービン装置の他の実施形態の要部の斜視図である。

符号の説明

１０ 自動車用多気筒エンジン
１１ 気筒
１２ 吸気マニホールド
１３ 排気マニホールド
１４ ＥＧＲ通路
１５ ＥＧＲ弁
１６ ＥＧＲ冷却用熱交換器
２０ 過給機
２１ コンプレッサ出口
２２ タービン入口
２３ 軸
２４ タービンホイール
２５ コンプレッサホイール
３０ ハウジング
３１ ガス入口側接続フランジ
３２ ガス出口側接続フランジ
３３ タービン室
３４ スクロール通路
３５ 入口部
３６ ガス入口通路
３７ 矩形筒体部
３７′円筒体部
３８ 周壁面
３９ 壁面
４０ ベーン軸
４１ ベーン
４２ 間隙
４３ 壁面
４４ 入口流路
４５、４６ 軸受孔
４７、４８ 軸受ブッシュ
４９ 貫通孔
５０ 小径軸部
５１ キー溝
５２ キー
５３ 室構成部
５４ 漏洩ガス回収室
５５ ガス出口通路
５６ スナップリング
５７ 突出端
５８ 大径部
５９ ブリード孔
６０ 貫通孔
６１ ニップル
６２ 周溝
６３、６４ 冷却媒体通路
６５ 通路構成筒体
６６ 筒体挿入孔
６７ 逃がし溝
６８ 間隙

Claims (11)

1. ハウジングに、タービン室と、前記タービン室の外周側にあって前記タービン室にガスを導くスクロール通路とが形成され、前記タービン室にタービンインペラが回転可能に設けられたラジアルタービン装置であって、
   前記ハウジングに、前記スクロール通路の入口部に連続するガス入口通路が設けられ、
   前記ガス入口通路には、当該ガス入口通路の壁面が前記スクロール通路の周壁面に連続する壁面のうち、前記スクロール通路の巻心側に位置する壁面の側にベーン軸が設けられ、
   前記ベーン軸にベーンの一端側が取り付けられ、前記ベーンは、前記スクロール通路の終端舌部より離れた位置にあって、前記ベーン軸を回動中心として回動可能になっており、前記ガス入口通路の壁面のうち前記ベーン軸の中心軸線に直角な両側壁は、前記ベーンの互いに平行な両側面と平行であり、前記ベーンは、前記ガス入口通路の壁面のうち前記スクロール通路の前記入口部の外周側の周壁面に連続する壁面との間に、流路断面積可変の入口流路を画定することを特徴とするラジアルタービン装置。
2. 前記ハウジングに前記ベーン軸の軸受部が貫通形成され、当該軸受部のハウジング外側に漏洩ガス回収室が形成されており、前記漏洩ガス回収室が前記タービン室のガス出口側に連通していることを特徴とする請求項１に記載のラジアルタービン装置。
3. ハウジングに、タービン室と、前記タービン室の外周側にあって前記タービン室にガスを導くスクロール通路とが形成され、前記タービン室にタービンインペラが回転可能に設けられたラジアルタービン装置であって、
   前記ハウジングに、前記スクロール通路の入口部に連続するガス入口通路が設けられ、
   前記ガス入口通路に流路断面積可変の入口流路を画定するベーンがベーン軸によって回動可能に設けられており、
   前記ハウジングに前記ベーン軸の軸受部が貫通形成され、当該軸受部の前記ハウジング外側に漏洩ガス回収室が形成されており、漏洩ガス回収室が前記タービン室のガス出口側に連通していることを特徴とするラジアルタービン装置。
4. 前記軸受部の軸受部材と前記前記ベーン軸との間に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段を有していることを特徴とする請求項２または３に記載のラジアルタービン装置。
5. 前記ベーン軸に冷却媒体通路が貫通形成されており、前記冷却媒体通路に前記圧縮空気供給手段によって圧縮空気が供給されることを特徴とする請求項４に記載のラジアルタービン装置。
6. 前記ガス入口通路は矩形の横断面形状をなしており、前記ベーンは前記ガス入口通路の横断面形状と相似の矩形であることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載のラジアルタービン装置。
7. 前記ガス入口通路は、前記ハウジングに取り付けられた前記ハウジングとは別体の通路構成筒体により形成されていることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載のラジアルタービン装置。
8. ハウジングに、タービン室と、前記タービン室の外周側にあって前記タービン室にガスを導くスクロール通路とが形成され、前記タービン室にタービンインペラが回転可能に設けられたラジアルタービン装置であって、
   前記ハウジングに、前記スクロール通路の入口部に連続するガス入口通路が設けられ、
   前記ガス入口通路に流路断面積可変の入口流路を画定するベーンがベーン軸によって回動可能に設けられており、前記ベーン軸に冷却媒体通路が貫通形成されており、冷却媒体通路に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段を有していることを特徴とするラジアルタービン装置。
9. ハウジングに、タービン室と、前記タービン室の外周側にあって前記タービン室にガスを導くスクロール通路とが形成され、前記タービン室にタービンインペラが回転可能に設けられたラジアルタービン装置であって、
   前記ハウジングに、前記スクロール通路の入口部に連続するガス入口通路が設けられ、
   前記ガス入口通路は矩形の横断面形状をなしており、前記ガス入口通路に流路断面積可変の入口流路を画定する矩形のベーンが、ベーン軸によって前記スクロール通路の終端舌部より離れた位置に、回動可能に設けられていることを特徴とするラジアルタービン装置。
10. ハウジングに、タービン室と、前記タービン室の外周側にあって前記タービン室にガスを導くスクロール通路とが形成され、前記タービン室にタービンインペラが回転可能に設けられたラジアルタービン装置であって、
    前記ハウジングに当該ハウジングとは別体の通路構成筒体が取り付けられ、前記通路構成筒体により、前記スクロール通路の入口部に連続するガス入口通路が形成されていることを特徴とするラジアルタービン装置。
11. 請求項１から１０の何れか一項に記載のラジアルタービン装置を具備した過給機。

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