JP2009008013A - 過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】
可変翼に対する排気ガスの剥離を防止し、タービン効率を向上させる。
【解決手段】
タービンハウジング２に収納されたタービン翼車１と、前記タービンハウジングに形成され、排気ガスが導入されるスクロール通路５と、該スクロール通路から前記タービン翼車に至る環状ガス流路８と、該環状ガス流路に設けられた可変翼１１とを具備し、前記タービンハウジングの前記環状ガス流路に臨接する部分に流導孔を穿設し、該流導孔は前記スクロール通路と前記環状ガス流路とに連通し、前記スクロール通路から排気ガスを前記可変翼の表面に沿って噴出する様にした。
【選択図】 図１

Description

本発明は内燃機関の排気ガスのエネルギを利用して、内燃機関に過給を行う過給機に関し、特にタービンが可変ノズルを具備する過給機に関するものである。

内燃機関に過給を行う過給機として、内燃機関の排気ガスのエネルギを利用してタービンを回転駆動するものがある。内燃機関は運転状態で排気流量が変動するので、排気流量が変動しても効率よく過給できる様、タービン翼車へ流入する排気ガスの流れを調整する可変ノズルを具備している。

図４は、従来の過給機のタービンに於ける可変翼とタービン翼車との関係を示している。

図４に於いて、１はタービン翼車、２は該タービン翼車１を収納するタービンハウジング、３は前記タービン翼車１の回転軸４を回転自在に支持する軸受ハウジングを示している。

前記タービンハウジング２は、前記タービン翼車１の周囲にスクロール通路５を形成すると共に前記タービン翼車１と同心の排気口６を形成している。前記タービンハウジング２の内部には、該タービンハウジング２の一部である可変翼ハウジング７が、前記タービン翼車１と同心に、該タービン翼車１を囲む様に設けられている。

前記可変翼ハウジング７は、前記タービン翼車１の軸心と直交するフランジ部７ａと前記タービン翼車１の軸心と同心の円筒部７ｂから構成され、前記スクロール通路５と前記排気口６に掛渡る断面を有している。前記フランジ部７ａは前記タービンハウジング２の対峙する壁部２ａとの間にリング状の空間である環状ガス流路８を形成し、前記円筒部７ｂは前記排気口６の一部を形成している。

前記環状ガス流路８には可変翼装置９が設けられている。該可変翼装置９は、円周方向所定ピッチで配設された可変翼１１を有し、該可変翼１１は前記タービン翼車１の軸心と平行であり、両側に突出する回転軸１２，１３を介してそれぞれ前記フランジ部７ａと前記壁部２ａに回転自在に支持されている。

前記回転軸１３は前記壁部２ａを貫通して突出し、可変翼回動リンク１４に連結され、該可変翼回動リンク１４は図示しないアクチュエータに連結され、該アクチュエータにより前記可変翼回動リンク１４を介して全ての可変翼１１を一体的に所望の角度に回転させる様になっている。

前記可変翼ハウジング７と前記タービンハウジング２との間は熱膨張変形を考慮して、間隙１５が設けられ、前記円筒部７ｂと前記タービンハウジング２との間はシール部材１６が設けられている。

前記回転軸１２は前記フランジ部７ａを貫通しており、又前記回転軸１２が貫通する孔１８は前記回転軸１２、前記可変翼ハウジング７の熱変形が考慮され、熱変形時も自在に回転し得る様に所要の隙間を持って嵌合されている。

タービン駆動時には、前記スクロール通路５に対し、前記タービン翼車１が収納されている空間の方が圧力が低くなっており、排気ガスが前記スクロール通路５から前記間隙１５へ、更に該間隙１５から前記孔１８を通って前記環状ガス流路８に漏出している。

前記孔１８から前記環状ガス流路８に漏出するガスの流れ方向は、前記孔１８の軸心方向であり、一方スクロール通路５から前記環状ガス流路８を通って前記タービン翼車１を回転させる排気ガスの流れは、前記可変翼１１の表面に沿った流れである。この為、前記孔１８より漏出するガスは、前記可変翼１１表面を流れる排気ガスと交差しており、該可変翼１１に対する流れの剥離現象を助長する。

剥離現象を生じた場合は、前記タービン翼車１に流入する排気ガスの流れが不安定となり、排気ガスの持つエネルギが前記タービン翼車１に有効に伝達されず、タービンの効率が低下するという問題を有する。

尚、可変翼を有する過給機としては、特許文献１に示されるものがあるが、該特許文献１に示される過給機では、可変翼回転軸が嵌合する孔から漏出する排気ガスについては考慮されていない。

特開２００１−１７３４４９号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、可変翼に対する排気ガスの剥離を防止し、タービン効率を向上させるものである。

本発明は、タービンハウジングに収納されたタービン翼車と、前記タービンハウジングに形成され、排気ガスが導入されるスクロール通路と、該スクロール通路から前記タービン翼車に至る環状ガス流路と、該環状ガス流路に設けられた可変翼とを具備し、前記タービンハウジングの前記環状ガス流路に臨接する部分に流導孔を穿設し、該流導孔は前記スクロール通路と前記環状ガス流路とに連通し、前記スクロール通路から排気ガスを前記可変翼の表面に沿って噴出する様にした過給機に係るものである。

又本発明は、前記可変翼が最小開度の姿勢から最大開度の姿勢の内少なくとも１つの姿勢で噴出する流れが前記可変翼の表面に沿う様、前記流導孔の開口位置、向きが設定された過給機に係り、又前記可変翼が最小開度の姿勢から最大開度の姿勢の内少なくとも１つの姿勢で前記流導孔は前記可変翼の表面の接線方向に、且つ前記スクロール通路から前記タービン翼車に向って傾斜して穿設された過給機に係るものである。

又本発明は、前記可変翼の姿勢は主に効率が求められる作動点での姿勢である過給機に係るものである。

又本発明は、前記可変翼の表面は、背面、腹面のいずれか一方の面、又は両面である過給機に係るものである。

更に又本発明は、前記タービンハウジングの前記環状ガス流路、前記タービン翼車に臨接する部分が分離して構成され、前記流導孔は分離した部分に穿設された過給機に係るものである。

本発明によれば、タービンハウジングに収納されたタービン翼車と、前記タービンハウジングに形成され、排気ガスが導入されるスクロール通路と、該スクロール通路から前記タービン翼車に至る環状ガス流路と、該環状ガス流路に設けられた可変翼とを具備し、前記タービンハウジングの前記環状ガス流路に臨接する部分に流導孔を穿設し、該流導孔は前記スクロール通路と前記環状ガス流路とに連通し、前記スクロール通路から排気ガスを前記可変翼の表面に沿って噴出する様にしたので、可変翼に対する排気ガスの剥離を防止し、前記タービン翼車に流入するガスの安定性を向上させ、タービンの効率が向上する。

又本発明は、前記可変翼が最小開度の姿勢から最大開度の姿勢の内少なくとも１つの姿勢で噴出する流れが前記可変翼の表面に沿う様、前記流導孔の開口位置、向きが設定されたので、過給機の始動時、定常時での効率が向上し、タービンの総合的な効率の向上が図れる。

又本発明は、前記可変翼が最小開度の姿勢から最大開度の姿勢の内少なくとも１つの姿勢で前記流導孔は前記可変翼の表面の接線方向に、且つ前記スクロール通路から前記タービン翼車に向って傾斜して穿設されたので、更に前記可変翼の姿勢は主に効率が求められる作動点での姿勢であるので、過給機の始動時、定常時での効率が向上し、タービンの総合的な効率の向上が図れる。

又本発明は、前記可変翼の表面は、背面、腹面のいずれか一方の面、又は両面であるので、剥離の生じ易い面に前記スクロール通路から排気ガスを前記可変翼の表面に沿って噴出でき、ガス流れの剥離を防止する。

更に又本発明は、前記タービンハウジングの前記環状ガス流路、前記タービン翼車に臨接する部分が分離して構成され、前記流導孔は分離した部分に穿設されたので、可変翼の支持構造、前記流導孔の加工が容易になる等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

図１は本発明が実施される過給機の一例を示している。尚、図１中、図４中で示したものと同等のものには同符号を付し、説明の詳細は省略する。

過給機２１は、タービン部２２、コンプレッサ部２３、軸受部２４を主たる構成とし、前記タービン部２２は上述した様に、タービン翼車１を収納するタービンハウジング２、可変翼装置２５等から構成され、前記コンプレッサ部２３はコンプレッサ翼車２６、該コンプレッサ翼車２６を収納するコンプレッサハウジング２７から主に構成されている。

前記タービン翼車１から延出する回転軸４は、軸受ハウジング３に回転自在に支持され、該軸受ハウジング３を貫通した端部に前記コンプレッサ翼車２６が結合し、前記タービン翼車１と前記コンプレッサ翼車２６が一体に回転する様になっている。

前記タービンハウジング２は前記タービン翼車１の周囲にスクロール通路５を形成し、又前記タービン翼車１と同軸に排気口６を形成する。前記コンプレッサハウジング２７は、前記コンプレッサ翼車２６の周囲に環洞流路２８を形成すると共に前記コンプレッサ翼車２６と同軸に吸入口２９を形成する。

排気ガスが前記スクロール通路５に導入されることで、排気ガスは前記環状ガス流路８、前記可変翼装置２５を経て前記タービン翼車１を回転し、前記排気口６より排気される。前記タービン翼車１の回転により前記コンプレッサ翼車２６が回転され、前記吸入口２９より空気が吸引され、前記コンプレッサ翼車２６により圧縮され、圧縮空気は前記環洞流路２８を経て内燃機関（図示せず）に過給される。

前記可変翼装置２５を、図２、図３を参照して更に説明する。

前記可変翼装置２５は、図４で示した可変翼装置９と同等の機構を有し、構成する部材については、図２、図３中、図４中で示したものと同等のものには同符号を付してある。

可変翼１１は両端から延出する回転軸１２、回転軸１３を有し、前記回転軸１２は可変翼ハウジング７のフランジ部７ａに支持され、前記回転軸１３は壁部２ａに支持されている。前記回転軸１３の突出端には、可変翼回動リンク１４が固着され、該可変翼回動リンク１４は図示しないアクチュエータによって回動される様になっている。

前記可変翼回動リンク１４、アクチュエータ（図示せず）等は前記可変翼装置２５の翼可変機構３１を構成する。該翼可変機構３１によって前記可変翼１１が回動された状態を図３に示す。実線で示す可変翼１１は、前記可変翼装置２５の開度を最小とした場合であり、２点鎖線で示す可変翼１１は開度を最大とした場合を示している。

前記フランジ部７ａに、流導孔３２ａ，３２ｂを穿設する。該流導孔３２ａは前記可変翼１１の開度最大の姿勢から前記可変翼１１の開度最小の姿勢の内選択された少なくとも１つの姿勢に対して所要数穿設される。又、それぞれ前記可変翼１１の流れの剥離が起り易い側に所要数穿設される。前記選択された姿勢は、主に効率が求められる作動点での姿勢であることが好ましい。

前記流導孔３２ａ，３２ｂの前記環状ガス流路８側の開口端は、それぞれ対応する姿勢の可変翼１１の表面近傍に位置し、又、前記流導孔３２ａ，３２ｂの中心線は、それぞれ可変翼１１の対応する姿勢で、該可変翼１１の表面の略接線方向であり、又前記スクロール通路５から前記タービン翼車１側に向って傾斜した方向（図２参照）となっている。

前記過給機２１の作動を開始し、又開始初期には排気ガス流量は少ないので、前記可変翼装置２５は前記可変翼１１，１１間の開度を小さくする。従って、該可変翼１１は実線の姿勢となる。

前記可変翼装置２５に流入した排気ガスは、前記環状ガス流路８、前記可変翼装置２５を経て増速されて前記タービン翼車１に流入する。前記スクロール通路５と前記環状ガス流路８とでは、前記スクロール通路５の方が高圧であり、該スクロール通路５内の排気ガスは、前記流導孔３２ａ，３２ｂより噴出し、又孔１８と前記回転軸１２との隙間から前記環状ガス流路８に漏出する。

前記流導孔３２ａ，３２ｂから噴出した排気ガスは、前記可変翼１１の一側面（図示では可変翼１１の背面）に沿って前記タービン翼車１に向って流れる。又、前記孔１８と前記回転軸１２との隙間から前記環状ガス流路８に漏出した排気ガスは、前記流導孔３２ａ，３２ｂから噴出した排気ガスによって、前記可変翼１１に沿って前記タービン翼車１に向う流れに整流される。

従って、前記流導孔３２ａ，３２ｂから噴出した排気ガスによって、前記可変翼装置２５を通過する排気ガスの、剥離現象が防止される。尚、前記流導孔３２ａ，３２ｂを通る短絡的な流れが増大するが、前記タービン翼車１に流入する排気ガスの総流量は変化なく、剥離防止による流れの安定によって前記タービン部２２の効率が向上する。

又、開始初期では、前記スクロール通路５に高温の排気ガスが流入し、その後前記可変翼装置２５を流通するので、前記スクロール通路５、前記フランジ部７ａと前記可変翼装置２５では昇温にタイムラグを生じる。前記流導孔３２ａ，３２ｂから排気ガスの一部が短絡的に前記可変翼１１に導かれることで、該可変翼１１の加熱効果が生じ、前記可変翼１１、前記可変翼装置２５の熱変形差による一時的なかじり現象等の防止にも効果がある。

前記可変翼１１が開度最大の姿勢となった場合は、前記流導孔３２ｂから噴出する排気ガスが前記可変翼１１の背面に沿って流れ、同様に流れの剥離を防止する。

尚、前記可変翼１１が、一方の姿勢の場合、例えば前記可変翼１１が２点鎖線で示す姿勢の場合、前記流導孔３２ａは一部が前記可変翼１１自体によって隠れるか、或は前記可変翼１１から大きく離反するので、又前記流導孔３２ａから噴出する排気ガスは、前記タービン翼車１に向って流れるので、剥離防止作用の障害になることはない。

更に、前記過給機２１で主に効率を求められる作動点での可変翼１１の姿勢に対して、流れの剥離を防止することで、前記過給機２１の総合的な効率の向上が図れる。

尚、上記実施の形態では、前記可変翼ハウジング７と前記タービンハウジング２とが分離した構成を示したが、前記可変翼ハウジング７と前記タービンハウジング２とが一体的に構成される場合、該タービンハウジング２等所要の部材に前記可変翼１１の接線方向に向う流導孔３２を穿設すればよい。

更に、前記流導孔３２ａ，３２ｂは可変翼１１の他方の面、即ち腹面側に向けられる様設けられてもよく、或は可変翼１１の背面、腹面の両方に向けられる様に設けられてもよい。

本発明が実施される過給機の断面図である。 該過給機の可変翼装置部分の拡大断面図である。 図２のＡ−Ａ矢視図である。 従来の過給機の可変翼装置部分の断面図である。

符号の説明

１ タービン翼車
２ タービンハウジング
３ 軸受ハウジング
４ 回転軸
５ スクロール通路
７ 可変翼ハウジング
７ａ フランジ部
８ 環状ガス流路
１１ 可変翼
１２ 回転軸
１４ 可変翼回動リンク
１８ 孔
２２ タービン部
２３ コンプレッサ部
２４ 軸受部
２５ 可変翼装置
３２ 流導孔

Claims (6)

1. タービンハウジングに収納されたタービン翼車と、前記タービンハウジングに形成され、排気ガスが導入されるスクロール通路と、該スクロール通路から前記タービン翼車に至る環状ガス流路と、該環状ガス流路に設けられた可変翼とを具備し、前記タービンハウジングの前記環状ガス流路に臨接する部分に流導孔を穿設し、該流導孔は前記スクロール通路と前記環状ガス流路とに連通し、前記スクロール通路から排気ガスを前記可変翼の表面に沿って噴出する様にしたことを特徴とする過給機。
2. 前記可変翼が最小開度の姿勢から最大開度の姿勢の内少なくとも１つの姿勢で噴出する流れが前記可変翼の表面に沿う様、前記流導孔の開口位置、向きが設定された請求項１の過給機。
3. 前記可変翼が最小開度の姿勢から最大開度の姿勢の内少なくとも１つの姿勢で前記流導孔は前記可変翼の表面の接線方向に、且つ前記スクロール通路から前記タービン翼車に向って傾斜して穿設された請求項１又は請求項２の過給機。
4. 前記可変翼の姿勢は主に効率が求められる作動点での姿勢である請求項３の過給機。
5. 前記可変翼の表面は、背面、腹面のいずれか一方の面、又は両面である請求項２又は請求項３の過給機。
6. 前記タービンハウジングの前記環状ガス流路、前記タービン翼車に臨接する部分が分離して構成され、前記流導孔は分離した部分に穿設された請求項１の過給機。

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