JP2009174442A - Turbo supercharger - Google Patents

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JP2009174442A
JP2009174442A JP2008014750A JP2008014750A JP2009174442A JP 2009174442 A JP2009174442 A JP 2009174442A JP 2008014750 A JP2008014750 A JP 2008014750A JP 2008014750 A JP2008014750 A JP 2008014750A JP 2009174442 A JP2009174442 A JP 2009174442A
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turbine
compressor
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gas pressure
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JP2008014750A
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Suekichi Sugiyama
末吉 杉山
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent leakage of an exhaust from a turbine side to a compressor side in a turbo supercharger in which a turbine rotor and a compressor rotor are disposed adjacent to each other. <P>SOLUTION: In the turbo supercharger, a disk rear face 13D of a turbine rotor 13 and a disk rear face 14D of a compressor rotor 14 are faced parallel to each other. The disk rear face 13D and the disk rear face 14D are connected to each other via a cylindrical portion 13C protruding from the disk rear face 13D. A gas seal member 20 having a noncontact labyrinth structure is disposed between the cylindrical portion 13C and a housing connection portion 19. An exhaust leaking into a labyrinth is extracted in or near the middle of the labyrinth via communication pipes 22, 23 and is discharged at or around an outlet of a turbine. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、タービンロータとコンプレッサロータとが隣接して配置されたターボ過給機に関する。   The present invention relates to a turbocharger in which a turbine rotor and a compressor rotor are arranged adjacent to each other.

従来の一般的なターボ過給機では、タービンロータとコンプレッサロータとを連結するシャフトが軸受けによって保持される。しかし、このようにタービンロータとコンプレッサロータの間に軸受けを配置する構成では、軸受け室に供給されるオイルがタービン側へと漏れ出し排気性能の悪化を招く可能性がある。また、軸受けが高温となるタービンに隣接すると、オイルの劣化が促進され、例えばオイルコーキングによるターボの作動不良が発生する。   In a conventional general turbocharger, a shaft that connects a turbine rotor and a compressor rotor is held by a bearing. However, in the configuration in which the bearing is disposed between the turbine rotor and the compressor rotor in this manner, oil supplied to the bearing chamber may leak to the turbine side and cause deterioration in exhaust performance. Further, when the bearing is adjacent to a turbine that is at a high temperature, the deterioration of the oil is promoted, and a malfunction of the turbo due to, for example, oil coking occurs.

一方、タービンロータとコンプレッサロータとの間に軸受けを設けずに相互に隣接させ、シャフトをコンプレッサロータから更に外側に延出し、延出されたシャフトを軸受けで片持ち支持した構造のターボ過給機も知られている。このような構成では、軸受け室をタービンから離したことにより上述した問題は解決する。しかし、コンプレッサロータがタービンロータに隣接することから、タービン側からコンプレッサ側への熱伝達により過給効率が悪化する。そのためタービンロータとコンプレッサロータとの間に、内部に隙間を有する遮熱プレートを配置して熱の伝達を遮断する構造が提案されている(特許文献1参照)。
特開平07−180563号公報
On the other hand, a turbocharger having a structure in which a bearing is not provided between the turbine rotor and the compressor rotor but adjacent to each other, the shaft extends further outward from the compressor rotor, and the extended shaft is cantilevered by the bearing. Is also known. In such a configuration, the problem described above is solved by separating the bearing chamber from the turbine. However, since the compressor rotor is adjacent to the turbine rotor, the supercharging efficiency deteriorates due to heat transfer from the turbine side to the compressor side. For this reason, a structure has been proposed in which a heat shield plate having a gap is disposed between the turbine rotor and the compressor rotor to block heat transfer (see Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 07-180563

しかし、タービンロータとコンプレッサロータとを隣接させた構成では、タービン側のガスシール部材を通して、コンプレッサ側へ排気が漏れ出す可能性がある。すなわちタービン容量は、一般に低速での性能を確保するため小さめに構成されるため、エンジン高負荷域においては、タービンロータのディスク背面圧力が、コンプレッサロータのディスク背面圧力を大きく上回り、タービンロータとコンプレッサロータとを結ぶシャフトに沿って排気がコンプレッサ側へと漏れ出す可能性がある。   However, in the configuration in which the turbine rotor and the compressor rotor are adjacent to each other, exhaust may leak to the compressor side through the gas seal member on the turbine side. That is, since the turbine capacity is generally configured to be small in order to ensure performance at low speed, the disk back pressure of the turbine rotor greatly exceeds the disk back pressure of the compressor rotor in the high engine load range, and the turbine rotor and compressor There is a possibility that the exhaust leaks out to the compressor side along the shaft connecting the rotor.

タービンロータとコンプレッサロータとの間に軸受けが設けられていた構成では、漏れ出した排気は、軸受け室からクランクケースへと連通するオイル戻りを通してクランクケースへと排出される。しかし、タービンロータとコンプレッサロータが隣接した構成では、漏れ出した排気は直接コンプレッサへと流入し、インペラ温度の上昇を招き、強度の低下、耐久性の悪化を招く。また、インペラの出口に設けられたディフューザの壁面温度が上昇し、ブローバイガス中に含まれるオイルが壁面に固着して過給効率が低下する。   In a configuration in which a bearing is provided between the turbine rotor and the compressor rotor, the leaked exhaust gas is discharged to the crankcase through an oil return communicating from the bearing chamber to the crankcase. However, in the configuration in which the turbine rotor and the compressor rotor are adjacent to each other, the leaked exhaust gas directly flows into the compressor, leading to an increase in the impeller temperature, resulting in a decrease in strength and a deterioration in durability. Further, the wall surface temperature of the diffuser provided at the outlet of the impeller rises, and the oil contained in the blow-by gas adheres to the wall surface, thereby reducing the supercharging efficiency.

本発明は、タービンロータとコンプレッサロータとが隣接して配置されるターボ過給機において、タービン側からコンプレッサ側への排気漏れを防止することを目的としている。   An object of the present invention is to prevent exhaust leakage from a turbine side to a compressor side in a turbocharger in which a turbine rotor and a compressor rotor are arranged adjacent to each other.

本発明のターボ過給機は、タービンロータとコンプレッサロータとを隣接させて同軸に配置したターボ過給機であって、タービンロータとコンプレッサロータとを連結する連結部と連結部を覆う連結部ハウジングとの間に設けられる隙間のガス圧を調整し、この隙間を通してのタービンからコンプレッサへの排気漏れを防止するガス圧調整手段を備え、ガス圧調整手段は、排気を上記隙間から抽気するか、または、加圧エアを上記隙間へと供給することによりガス圧を調整することを特徴としている。   A turbocharger according to the present invention is a turbocharger in which a turbine rotor and a compressor rotor are adjacently arranged coaxially, and a connection portion that connects the turbine rotor and the compressor rotor, and a connection portion housing that covers the connection portion Gas pressure adjusting means for adjusting the gas pressure in the gap provided between the two and preventing exhaust leakage from the turbine to the compressor through the gap, the gas pressure adjusting means bleed the exhaust from the gap, Alternatively, the gas pressure is adjusted by supplying pressurized air to the gap.

隙間にターボ回転軸に沿ってガス圧を減圧するラビリンスを設けることが好ましい。タービンからの排気漏れを低減する観点からは、ガス圧調整手段が抽気によりガス圧を調整する場合には、ラビリンスにおけるコンプレッサ寄りの位置から抽気を行うことが好ましい。一方、ガス圧調整手段が加圧エアの供給によりガス圧を調整する場合には、加圧エアの供給はラビリンスにおけるタービン寄りの位置から行われることが好ましい。   It is preferable to provide a labyrinth for reducing the gas pressure along the turbo rotation axis in the gap. From the viewpoint of reducing exhaust leakage from the turbine, when the gas pressure adjusting means adjusts the gas pressure by extracting air, it is preferable to extract air from a position near the compressor in the labyrinth. On the other hand, when the gas pressure adjusting means adjusts the gas pressure by supplying pressurized air, the pressurized air is preferably supplied from a position near the turbine in the labyrinth.

ガス圧調整手段は、隙間からの抽気量を調整するための抽気量調整手段、または隙間への加圧エアの供給量を調整するための供給量調整手段を備えることが好ましく、これにより運転状態に合わせて適正な抽気またはエア供給を行うことができる。   The gas pressure adjustment means preferably includes an extraction amount adjustment means for adjusting the amount of extraction from the gap, or a supply amount adjustment means for adjusting the supply amount of pressurized air to the gap. It is possible to perform appropriate extraction or air supply in accordance with the above.

また、ガス圧の調整は、排気の抽気においては、排気を隙間からタービン下流へと抽気することにより調整されることが好ましく、加圧エアの供給においては、コンプレッサ下流の加圧エアを隙間へと供給することにより調整されることが好ましい。これにより、より簡略、小型な構成でタービンからコンプレッサへの排気漏れを抑制できる。   Further, the gas pressure is preferably adjusted by extracting the exhaust gas from the gap downstream of the turbine when extracting the exhaust gas. When supplying pressurized air, the compressed air downstream of the compressor is supplied to the clearance. It is preferable to adjust by supplying. Thereby, exhaust leakage from the turbine to the compressor can be suppressed with a simpler and smaller configuration.

以上のように、本発明によれば、タービンロータとコンプレッサロータとが隣接して配置されるターボ過給機において、タービン側からコンプレッサ側への排気漏れを防止することができる。   As described above, according to the present invention, exhaust leakage from the turbine side to the compressor side can be prevented in the turbocharger in which the turbine rotor and the compressor rotor are disposed adjacent to each other.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1実施形態であるターボ過給機の構成を示すターボ回転軸に沿った断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view along the turbo rotation axis showing the configuration of the turbocharger according to the first embodiment of the present invention.

ターボ過給機10は、排気マニホルドに連結されるタービン11と吸気マニホルドに連結されるコンプレッサ12を備える。タービン11は、エンジンからの排気エネルギーを回転力に変換するタービンロータ13を備え、コンプレッサ12は、インペラを有するコンプレッサロータ14を備える。コンプレッサロータ14には、タービンロータ13から回転力が伝達され、これによりインペラが回転されて過給が行なわれる。なお、タービンロータ13はタービンハウジング15内に収容され、コンプレッサロータ14は、コンプレッサハウジング16内に収容される。   The turbocharger 10 includes a turbine 11 connected to an exhaust manifold and a compressor 12 connected to an intake manifold. The turbine 11 includes a turbine rotor 13 that converts exhaust energy from the engine into rotational force, and the compressor 12 includes a compressor rotor 14 having an impeller. A rotational force is transmitted to the compressor rotor 14 from the turbine rotor 13, whereby the impeller is rotated and supercharging is performed. The turbine rotor 13 is accommodated in the turbine housing 15, and the compressor rotor 14 is accommodated in the compressor housing 16.

タービンロータ13のディスク背面13D側の中央には、ロータ回転軸に沿った所定長さの円筒部13Cが同軸的に形成され、円筒部13Cには、ロータ回転軸を構成するシャフト17が同軸的に取り付けられる。一方、コンプレッサロータ14の回転中心には、シャフト17を嵌挿する孔14Hが形成され、シャフト17は、孔14Hを貫通して延出し、その先端はコンプレッサハウジング16に保持された軸受け部18により軸支される。   A cylindrical portion 13C having a predetermined length along the rotor rotation axis is coaxially formed in the center of the turbine rotor 13 on the disk rear surface 13D side, and a shaft 17 constituting the rotor rotation shaft is coaxially formed in the cylindrical portion 13C. Attached to. On the other hand, a hole 14H into which the shaft 17 is inserted is formed at the rotation center of the compressor rotor 14. The shaft 17 extends through the hole 14H, and a tip thereof is supported by a bearing portion 18 held by the compressor housing 16. It is pivotally supported.

円筒部13Cの径は、シャフト17の径よりも太く、シャフト17に嵌挿されたコンプレッサロータ14のディスク背面14D側は、円筒部13Cの端面に着座せられるとともに、シャフト17およびコンプレッサロータ14に一体的に固定される。円筒部13Cは、タービンロータ13の本体とコンプレッサロータ14との間のスペーサおよび連結部としての機能を果たし、コンプレッサロータ14が円筒部13Cの端面に当接すると、タービンロータ13およびコンプレッサロータ14のディスク背面13D、14Dは円筒部13Cの高さ分を隔てて相対して平行に配置される。   The diameter of the cylindrical portion 13C is larger than the diameter of the shaft 17, and the disk back surface 14D side of the compressor rotor 14 fitted and inserted into the shaft 17 is seated on the end surface of the cylindrical portion 13C, and is attached to the shaft 17 and the compressor rotor 14. It is fixed integrally. The cylindrical portion 13C functions as a spacer and a connecting portion between the main body of the turbine rotor 13 and the compressor rotor 14, and when the compressor rotor 14 comes into contact with the end face of the cylindrical portion 13C, the turbine rotor 13 and the compressor rotor 14 The disk back surfaces 13D and 14D are arranged in parallel with each other with a height of the cylindrical portion 13C.

なお、円筒部13Cの長さは、ターボ過給機10の小型化という観点から十分に低く設定され、コンプレッサロータ14はタービンロータ13に隣接して配置される。したがって、タービンロータ13とコンプレッサロータ14の間には、軸受けが設けられることはない。すなわち、タービンロータ13、コンプレッサロータ14、シャフト17は、シャフト17の先端を軸支する軸受け部18により片持ち支持される。   The length of the cylindrical portion 13 </ b> C is set sufficiently low from the viewpoint of downsizing the turbocharger 10, and the compressor rotor 14 is disposed adjacent to the turbine rotor 13. Therefore, no bearing is provided between the turbine rotor 13 and the compressor rotor 14. That is, the turbine rotor 13, the compressor rotor 14, and the shaft 17 are cantilevered by the bearing portion 18 that supports the tip of the shaft 17.

円筒部13Cは、連結部ハウジング19内に収容される。連結部ハウジング19は、例えばディスク背面13D、円筒部13Cの側面、およびディスク背面14Dに沿ったU字断面形状を有し、例えばロータ回転軸に対して略回転対称な形状を備える。なお、タービンハウジング15およびコンプレッサハウジング16は連結部ハウジング19とともにタービンロータ13およびコンプレッサロータ14を収容するターボ過給機全体のハウジングを構成する。   The cylindrical portion 13 </ b> C is accommodated in the connecting portion housing 19. The connecting portion housing 19 has, for example, a U-shaped cross section along the disk back surface 13D, the side surface of the cylindrical portion 13C, and the disk back surface 14D, and has a shape that is substantially rotationally symmetric with respect to the rotor rotation axis, for example. The turbine housing 15 and the compressor housing 16 together with the connecting portion housing 19 constitute a housing for the entire turbocharger that houses the turbine rotor 13 and the compressor rotor 14.

また、連結部ハウジング19と、円筒部13Cの外周面との間には一定の隙間が設けられ、両者の間にはガスシール部材20が配置される。ガスシール部材20は、円筒部13Cの内周面略全体を覆う円筒状の部材であり、その内周面には円環状の仕切り板が複数平行に設けられる。すなわち、連結部ハウジング19と円筒部13Cとの間の隙間は、ガスシール部材20によって軸方向に沿って複数の部屋に仕切られ、ラビリンス構造とされる。   In addition, a certain gap is provided between the connecting portion housing 19 and the outer peripheral surface of the cylindrical portion 13C, and the gas seal member 20 is disposed between the two. The gas seal member 20 is a cylindrical member that covers substantially the entire inner peripheral surface of the cylindrical portion 13C, and a plurality of annular partition plates are provided in parallel on the inner peripheral surface. That is, the gap between the connecting portion housing 19 and the cylindrical portion 13C is partitioned into a plurality of chambers along the axial direction by the gas seal member 20 to form a labyrinth structure.

図2に、図1のガスシール部材20の周辺の部分拡大図を示す。図2に示されるように、連結部ハウジング19と円筒部13Cの外周面との間にはガスシール部材20が配置される。ガスシール部材20は、円筒部13Cの外周面と隣接して向かい合う連結ハウジング19の内側面に取り付けられる。また、上述したように、連結部ハウジング19と円筒部13Cの外周面との間の隙間は、ガスシール部材20の内周面周方向に沿って円環状に延在する複数の仕切り板20Pにより、ロータ回転軸に沿って複数の部屋に区画される。仕切り板20Pの先端と円筒部13Cの外周面との間には僅かな隙間が設けられて非接触とされ、ガスシール部材20には非接触シールとして構成される。なお、連結部ハウジング19において非接触シールが用いられるのは、タービンロータ13と一体的な円筒部13Cが高温になり、オイルを用いることが好ましくないことによる。   FIG. 2 shows a partially enlarged view of the periphery of the gas seal member 20 of FIG. As shown in FIG. 2, a gas seal member 20 is disposed between the connecting portion housing 19 and the outer peripheral surface of the cylindrical portion 13C. The gas seal member 20 is attached to the inner side surface of the connection housing 19 that faces the outer peripheral surface of the cylindrical portion 13C adjacently. Further, as described above, the gap between the connecting portion housing 19 and the outer peripheral surface of the cylindrical portion 13C is formed by the plurality of partition plates 20P extending in an annular shape along the circumferential direction of the inner peripheral surface of the gas seal member 20. And divided into a plurality of rooms along the rotor rotation axis. A slight gap is provided between the tip of the partition plate 20P and the outer peripheral surface of the cylindrical portion 13C so as to be non-contact, and the gas seal member 20 is configured as a non-contact seal. The reason why the non-contact seal is used in the connecting portion housing 19 is that the cylindrical portion 13C integrated with the turbine rotor 13 becomes hot and it is not preferable to use oil.

本実施形態において、仕切り板20Pの内側周縁部、すなわち断面図における先端部はテーパ状に成形される。上述したように仕切り板20Pの先端は円筒部13Cの外周面と微少な隙間を隔てて配置される。したがって、タービン11側とコンプレッサ12側との間に圧力差があると、圧力の高い側から低い側へとガスがこの隙間を通って流出する。ガスは、仕切り板20Pと円筒部13Cとの間の狭い隙間を通り抜けて、仕切り板20Pで区画された部屋へと流入し、これを複数段に渡って繰り返す。すなわち、ガスが各仕切り板20Pを通り抜けるたびに圧力損失が発生する。したがって、例えば空気流量が少ない低負荷域など、タービン11側とコンプレッサ12側との間の圧力差が差程大きくないときには、このラビリンス構造により一方の側から他方の側へのガス漏れは十分抑制される。   In the present embodiment, the inner peripheral edge portion of the partition plate 20P, that is, the tip end portion in the cross-sectional view is formed in a tapered shape. As described above, the tip of the partition plate 20P is disposed with a small gap from the outer peripheral surface of the cylindrical portion 13C. Therefore, if there is a pressure difference between the turbine 11 side and the compressor 12 side, gas flows out from the high pressure side through the gap. The gas passes through a narrow gap between the partition plate 20P and the cylindrical portion 13C, flows into the room partitioned by the partition plate 20P, and this is repeated over a plurality of stages. That is, a pressure loss occurs every time gas passes through each partition plate 20P. Therefore, when the pressure difference between the turbine 11 side and the compressor 12 side is not so large, for example, in a low load region where the air flow rate is small, this labyrinth structure sufficiently suppresses gas leakage from one side to the other side. Is done.

しかし、図3のグラフに示されるように、空気流量が大きくなる高負荷域においては、タービンロータ13のディスク背面圧Ptが、コンプレッサロータ14のディスク背面圧Pcに比べて著しく高くなり、両背面圧の差が増大する。この圧力差がガスシール部材20の複数の仕切り板20Pによって低減できる範囲を越えると排気は、タービン11側からコンプレッサ12側へと漏れ出す。すなわち、タービン11側の排気は、ディスク背面13Dと連結部ハウジング19との間の隙間から円筒部13Cに沿って仕切り板20Pと円筒部13Cの間の隙間を通って、より低圧のディスク背面14D側へ向けて流れ出す。   However, as shown in the graph of FIG. 3, in the high load region where the air flow rate becomes large, the disk back pressure Pt of the turbine rotor 13 becomes remarkably higher than the disk back pressure Pc of the compressor rotor 14, and both back surfaces The pressure difference increases. When this pressure difference exceeds a range that can be reduced by the plurality of partition plates 20P of the gas seal member 20, the exhaust gas leaks from the turbine 11 side to the compressor 12 side. That is, the exhaust on the turbine 11 side passes through the gap between the partition plate 20P and the cylindrical portion 13C along the cylindrical portion 13C from the gap between the disc rear surface 13D and the connecting portion housing 19, and the lower pressure disk rear surface 14D. Flow toward the side.

そこで、第1実施形態では、ガスシール部材20の途中(ラビリンスの中間部)に抽気口20Hを設けて、タービン11側とコンプレッサ12側の圧力差が大きいときに、タービン11側から流出する排気を抽気してラビリンスでの圧力を調整し、コンプレッサ12側への排気漏れを防止する。すなわち、ガスシール部材20には、区画された部屋の一部(例えば区画の1つ)に抽気口20Hが設けられ、連結部ハウジング19の抽気口20Hに対応する位置には連通孔19Hが設けられる。連通孔19Hは、連通管を介してタービン出口付近に連通され、連通管の途中には例えばリリーフバルブ21(図1参照)が設けられる。   Therefore, in the first embodiment, an exhaust port 20H is provided in the middle of the gas seal member 20 (intermediate part of the labyrinth), and the exhaust gas flowing out from the turbine 11 side when the pressure difference between the turbine 11 side and the compressor 12 side is large. Is extracted to adjust the pressure in the labyrinth to prevent exhaust leakage to the compressor 12 side. That is, the gas seal member 20 is provided with a bleed port 20H in a part of the partitioned room (for example, one of the bays), and a communication hole 19H is provided at a position corresponding to the bleed port 20H of the connecting portion housing 19. It is done. The communication hole 19H communicates with the vicinity of the turbine outlet via a communication pipe, and a relief valve 21 (see FIG. 1) is provided in the middle of the communication pipe.


リリーフバルブ21は、抽気口20Hの圧力がタービン出口付近の圧力よりも高くなり、その圧力差が所定値よりも大きくなると徐々に開き始め、タービン11側から漏れ出した排気を抽気口20Hからタービン出口へと抽気する。より詳細には、連通孔19Hには図1に示されるようにリリーフバルブ21に接続された連通管22が接続され、リリーフバルブ21は更に連通管23を介してタービン出口付近に設けられた連通孔15Hへと連結される。また、リリーフバルブ21は、例えばバネなどの付勢手段により抽気口20H側の連通管22からの圧力に弁体が抗するように付勢され、その付勢力は、例えばアジャストスクリュ(不図示)などの調整手段により、ラビリンスに漏れ出した排気の圧力に応じて必要な量の抽気が行えるように調整される。
,
The relief valve 21 starts to gradually open when the pressure at the extraction port 20H becomes higher than the pressure near the turbine outlet and the pressure difference becomes larger than a predetermined value, and exhaust gas leaking from the turbine 11 side is discharged from the extraction port 20H to the turbine. Bleed to the exit. More specifically, a communication pipe 22 connected to a relief valve 21 as shown in FIG. 1 is connected to the communication hole 19H, and the relief valve 21 is further connected to a turbine outlet near a turbine outlet via a communication pipe 23. It is connected to the hole 15H. The relief valve 21 is urged by an urging means such as a spring so that the valve body resists the pressure from the communication pipe 22 on the bleed port 20H side. The urging force is, for example, an adjustment screw (not shown). By adjusting means such as the above, adjustment is performed so that a necessary amount of extraction can be performed according to the pressure of the exhaust gas leaking into the labyrinth.

図3に示されるように低負荷域では、コンプレッサ12側の圧力がタービン11側の圧力に比べて高いため抽気口20H近傍では、コンプレッサ12側の圧力が支配的となる。したがって、リリーフバルブ21の付勢力は、低負荷域においてリリーフバルブ21が抽気口20H近傍の圧力に抗して閉じられた状態に維持されるように調整される。また更に、リリーフバルブ21の付勢力は、高負荷域において、タービン11側の圧力がコンプレッサ12側の圧力に対してラビリンス構造では排気漏れを防止できない程度に高くなり、抽気口20H近傍においてタービン11側の圧力が支配的となったときに開かれるように調整される。   As shown in FIG. 3, in the low load region, the pressure on the compressor 12 side is higher than the pressure on the turbine 11 side, so the pressure on the compressor 12 side is dominant in the vicinity of the extraction port 20H. Therefore, the urging force of the relief valve 21 is adjusted so that the relief valve 21 is kept closed against the pressure in the vicinity of the extraction port 20H in the low load region. Furthermore, the urging force of the relief valve 21 becomes so high that the pressure on the turbine 11 side is higher than the pressure on the compressor 12 side in the high load region to the extent that the labyrinth structure cannot prevent exhaust leakage, and the turbine 11 near the extraction port 20H. Adjusted to open when side pressure becomes dominant.

図1、2では、抽気口20Hの位置はガスシール部材20の中央よりも僅かにコンプレッサ寄りに配置されて描かれるが、タービン11からラビリンスへの排気漏れをより少なくするためには、抽気口20Hをよりコンプレッサ12側に配置することが好ましい。すなわち、タービン11寄りに抽気口20Hを設けると、抽気口20H近傍でのガス圧が高いためより多くの排気が抽気されることとなり、タービン11からラビリンスへの排気漏れが増大する。したがって、ラビリンスによりガス圧が下がった位置から抽気を行った方が不要な抽気を抑え、タービン11からラビリンスへと漏れ出す排気の量を低減できる。なお、排気が余剰となる高負荷域においては、排気はウエストゲートバルブ(不図示)を介してタービン下流側へと逃がされているため、ラビリンスからの抽気によるターボ性能への影響は実質的にない。   1 and 2, the position of the bleed port 20 </ b> H is depicted as being arranged slightly closer to the compressor than the center of the gas seal member 20, but in order to reduce the exhaust leakage from the turbine 11 to the labyrinth, the bleed port It is preferable to arrange 20H closer to the compressor 12 side. That is, when the extraction port 20H is provided near the turbine 11, more exhaust gas is extracted because the gas pressure in the vicinity of the extraction port 20H is high, and exhaust leakage from the turbine 11 to the labyrinth increases. Therefore, it is possible to suppress unnecessary extraction by performing extraction from the position where the gas pressure is reduced by the labyrinth, and to reduce the amount of exhaust leaking from the turbine 11 to the labyrinth. In the high load range where the exhaust is excessive, the exhaust is released to the downstream side of the turbine via a wastegate valve (not shown), so the influence on the turbo performance due to the extraction from the labyrinth is substantial. Not.

以上のように、第1実施形態によれば、タービンロータとコンプレッサロータとを連結する連結部とそのハウジングとの間の隙間から抽気を行い、抽気量の調整により隙間の圧力を調整して、コンプレッサ側への排気漏れが防止される。また、隙間にラビリンス構造を設け、ラビリンスとタービン下流とを連通することにより極めて簡略な構成で排気漏れ防止のための抽気を行うことができる。更に連通管にリリーフバルブを介在させたことで、圧力調整をより適正に行うことが可能となる。   As described above, according to the first embodiment, air is extracted from the gap between the connecting portion that connects the turbine rotor and the compressor rotor and the housing, and the pressure of the gap is adjusted by adjusting the amount of extraction. Exhaust leakage to the compressor side is prevented. Further, by providing a labyrinth structure in the gap and communicating the labyrinth with the turbine downstream, it is possible to perform extraction for preventing exhaust leakage with a very simple configuration. Furthermore, by providing a relief valve in the communication pipe, it becomes possible to perform pressure adjustment more appropriately.

次に図4、図5を参照して本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態のターボ過給機の構成は、第1実施形態と略同様であるが、第2実施形態では、第1実施形態におけるラビリンスからの抽気を、コンプレッサ出口からラビリンスへの加圧エアの導入に置き換えている。なお、第2実施形態のターボ過給機の基本的な構成は第1実施形態と同様であるので、その説明を省略し、同一の構成に対しては同一参照符号を用いる。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The configuration of the turbocharger of the second embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, but in the second embodiment, the bleed air from the labyrinth in the first embodiment is used as pressurized air from the compressor outlet to the labyrinth. It has been replaced with the introduction of. Since the basic configuration of the turbocharger of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted, and the same reference numerals are used for the same configurations.

高負荷域においては、コンプレッサ12の出口圧力がタービンロータ13のディスク背面圧と同レベルとなる。このことから第2実施形態のターボ過給機30では、コンプレッサ12の出口から加圧エアをラビリンスに供給する。   In the high load region, the outlet pressure of the compressor 12 is at the same level as the disk back pressure of the turbine rotor 13. Therefore, in the turbocharger 30 of the second embodiment, pressurized air is supplied from the outlet of the compressor 12 to the labyrinth.

ガスシール部材20には、第1実施形態における抽気口20Hと同様に、仕切り板20Pにより区画された部屋の一部(例えば区画の1つ)にエア導入口27が設けられる。連結部ハウジング19のエア導入口27に対応する位置には連通孔26が設けられ、連通管を介してコンプレッサ出口付近に設けられた連通孔16Hへと連通される。また、連通管の途中にはリリーフバルブ21が設けられる。すなわち、図4に示されるようにリリーフバルブ21は連通管24を介して連結部ハウジング19の連通孔26に連結されるとともに、連結管25を介してコンプレッサハウジング16に設けられた連通孔16Hに連結される。   The gas seal member 20 is provided with an air introduction port 27 in a part of a room (for example, one of the compartments) partitioned by the partition plate 20P, similarly to the extraction port 20H in the first embodiment. A communication hole 26 is provided at a position corresponding to the air introduction port 27 of the connection portion housing 19, and communicates with a communication hole 16 </ b> H provided near the compressor outlet via the communication pipe. A relief valve 21 is provided in the middle of the communication pipe. That is, as shown in FIG. 4, the relief valve 21 is connected to the communication hole 26 of the connection portion housing 19 via the communication pipe 24, and to the communication hole 16 </ b> H provided in the compressor housing 16 via the connection pipe 25. Connected.

リリーフバルブ21は、各連結管24、25に対してコンプレッサ12側からのエア圧力に抗して弁が閉じる向きに連結される。タービンロータ13のディスク背面圧がコンプレッサロータ14のディスク背面圧よりも大きくなる高負荷域では、連通孔16Hが設けられたコンプレッサ出口付近の圧力がタービンロータ13のディスク背面圧と同等レベル以上にまで上昇する。したがって、連通孔16H近傍での圧力がラビリンス内のエア導入口27近傍圧力よりも高くなると、リリーフバルブ21が開かれ、コンプレッサ12から加圧エアがガスシール部材20のラビリンスへと供給される。これにより、タービン11側からガスシール部材20のラビリンスへと漏れ出した排気は、エア導入口27から供給される加圧エアにより押し戻され、タービン11側からの排気漏れが防止される。なお、ラビリンスへと供給されるエアの量は、第1実施形態と同様に、リリーフバルブ21の付勢力を調整することにより調整される。   The relief valve 21 is connected to the connection pipes 24 and 25 in such a direction that the valve closes against the air pressure from the compressor 12 side. In a high load region where the disk back pressure of the turbine rotor 13 is larger than the disk back pressure of the compressor rotor 14, the pressure near the compressor outlet where the communication hole 16 </ b> H is provided reaches a level equal to or higher than the disk back pressure of the turbine rotor 13. To rise. Therefore, when the pressure in the vicinity of the communication hole 16H becomes higher than the pressure in the vicinity of the air introduction port 27 in the labyrinth, the relief valve 21 is opened, and pressurized air is supplied from the compressor 12 to the labyrinth of the gas seal member 20. As a result, the exhaust gas leaking from the turbine 11 side to the labyrinth of the gas seal member 20 is pushed back by the pressurized air supplied from the air introduction port 27, and the exhaust leak from the turbine 11 side is prevented. The amount of air supplied to the labyrinth is adjusted by adjusting the urging force of the relief valve 21 as in the first embodiment.

なお、エア導入口27からラビリンスへと供給されたエアは、その後相対的に低圧であるコンプレッサロータ14のディスク背面14D側へと漏れ込む。この漏れ量はコンプレッサ12からエンジンへと供給されるべきエアから抽気されるため、過給効率の観点からは極力少ないことが望ましい。   The air supplied from the air inlet 27 to the labyrinth leaks to the disk back surface 14D side of the compressor rotor 14 that is relatively low in pressure thereafter. Since this leakage amount is extracted from the air to be supplied from the compressor 12 to the engine, it is desirable that the leakage amount be as small as possible from the viewpoint of supercharging efficiency.

したがって、第2実施形態では、図5に示されるように、ガスシール部材20のエア導入口27がなるべくタービン側に寄せて設けられる。すなわち、エア導入口27からコンプレッサロータ14のディスク背面14Dまでのラビリンスの段数を多くすることにより、コンプレッサ出口から抽気されるエアの量を抑制する。なお、図4では、エア導入口27、連通孔26の位置がガスシール部材20の略中央に描かれているが、図4はコンプレッサ出口からラビリンスへの連結管の接続を模式的に示すものであり、エア導入口27の位置を正しく示すものではない。   Therefore, in 2nd Embodiment, as FIG. 5 shows, the air inlet 27 of the gas seal member 20 is provided near the turbine side as much as possible. That is, by increasing the number of labyrinth stages from the air inlet 27 to the disk back surface 14D of the compressor rotor 14, the amount of air extracted from the compressor outlet is suppressed. In FIG. 4, the positions of the air introduction port 27 and the communication hole 26 are drawn in the approximate center of the gas seal member 20, but FIG. 4 schematically shows the connection of the connecting pipe from the compressor outlet to the labyrinth. And does not correctly indicate the position of the air inlet 27.

以上のように、第2実施形態の構成でも、タービンロータとコンプレッサロータとを連結する連結部の隙間に、コンプレッサ出口側から加圧エアを供給することにより、第1実施形態と同様に、連結部に設けられた隙間の圧力を調整してタービン側からコンプレッサ側への排気漏れを防止することができる。また、第2実施形態では、連結部の隙間に供給されたエアによる冷却効果により、連結部を介した熱伝達が抑制でき、信頼性を更に向上することができる。   As described above, even in the configuration of the second embodiment, the pressurized air is supplied from the compressor outlet side to the gap of the connecting portion that connects the turbine rotor and the compressor rotor, so that the connection is performed in the same manner as in the first embodiment. By adjusting the pressure in the gap provided in the section, exhaust leakage from the turbine side to the compressor side can be prevented. Moreover, in 2nd Embodiment, the heat transfer through a connection part can be suppressed according to the cooling effect by the air supplied to the clearance gap between connection parts, and reliability can further be improved.

なお、本実施形態では、タービンロータとコンプレッサロータを連結する円筒部(連結部)をタービンロータの一部として構成したが、コンプレッサロータと一体とすることも、独立した部材とすることも可能である。また、ラビリンス構造は、本実施形態に限定されるものではなく、減圧を行う構成であれば他の構成であってもよい。また、仕切り板をハウジング側ではなく連結部側に設ける構成であってもよい。   In the present embodiment, the cylindrical portion (connecting portion) that connects the turbine rotor and the compressor rotor is configured as a part of the turbine rotor. However, it may be integrated with the compressor rotor or may be an independent member. is there. Further, the labyrinth structure is not limited to the present embodiment, and any other configuration may be used as long as decompression is performed. Moreover, the structure which provides a partition plate in the connection part side instead of the housing side may be sufficient.

本発明の第1実施形態であるターボ過給機の構成を示すターボ回転軸に沿った断面図である。It is sectional drawing along the turbo rotating shaft which shows the structure of the turbocharger which is 1st Embodiment of this invention. 第1実施形態のガスシール部材周辺の部分拡大図である。It is a partial enlarged view of the gas seal member periphery of 1st Embodiment. 空気流量に対するタービンロータのディスク背面圧Ptの値と、コンプレッサロータのディスク背面圧Pcの値を示すグラフである。It is a graph which shows the value of the disk back pressure Pt of the turbine rotor with respect to an air flow rate, and the value of the disk back pressure Pc of a compressor rotor. 本発明の第2実施形態であるターボ過給機の構成を示すターボ回転軸に沿った断面図である。It is sectional drawing along the turbo rotating shaft which shows the structure of the turbocharger which is 2nd Embodiment of this invention. 第2実施形態のガスシール部材周辺の部分拡大図である。It is the elements on larger scale around the gas seal member of a 2nd embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 ターボ過給機
11 タービン
12 コンプレッサ
13 タービンロータ
13C 円筒部(連結部)
14 コンプレッサロータ
15 タービンハウジング
15H 連通孔
16 コンプレッサハウジング
16H 連通孔
17 シャフト
18 軸受け部
19 連結部ハウジング
20 ガスシール部材
20H 抽気口
27 エア導入口
20P 仕切り板
21 リリーフバルブ
22〜25 連通管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Turbocharger 11 Turbine 12 Compressor 13 Turbine rotor 13C Cylindrical part (connection part)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 Compressor rotor 15 Turbine housing 15H Communication hole 16 Compressor housing 16H Communication hole 17 Shaft 18 Bearing part 19 Connection part housing 20 Gas seal member 20H Extraction port 27 Air introduction port 20P Partition plate 21 Relief valve 22-25 Communication pipe

Claims (8)

タービンロータとコンプレッサロータとを隣接させて同軸に配置したターボ過給機であって、
前記タービンロータと前記コンプレッサロータとを連結する連結部と前記連結部を覆う連結部ハウジングとの間に設けられる隙間のガス圧を調整し、前記隙間を通してのタービンからコンプレッサへの排気漏れを防止するガス圧調整手段を備え、
前記ガス圧調整手段が、前記排気を前記隙間から抽気するか、または、加圧エアを前記隙間へと供給することにより前記ガス圧を調整する
ことを特徴とするターボ過給機。
A turbocharger in which a turbine rotor and a compressor rotor are adjacently arranged coaxially,
A gas pressure in a gap provided between a connecting portion that connects the turbine rotor and the compressor rotor and a connecting portion housing that covers the connecting portion is adjusted, and exhaust leakage from the turbine to the compressor through the gap is prevented. Gas pressure adjusting means,
The turbocharger, wherein the gas pressure adjusting means adjusts the gas pressure by extracting the exhaust gas from the gap or supplying pressurized air to the gap.
前記隙間にターボ回転軸に沿って前記ガス圧を減圧するラビリンスが設けられることを特徴とする請求項1に記載のターボ過給機。   The turbocharger according to claim 1, wherein a labyrinth for reducing the gas pressure is provided in the gap along the turbo rotation shaft. 前記ガス圧調整手段が抽気により前記ガス圧を調整し、前記抽気が前記ラビリンスにおける前記コンプレッサ寄りの位置から行われることを特徴とする請求項2に記載のターボ過給機。   The turbocharger according to claim 2, wherein the gas pressure adjusting means adjusts the gas pressure by extraction, and the extraction is performed from a position near the compressor in the labyrinth. 前記ガス圧調整手段が加圧エアの供給により前記ガス圧を調整し、前記加圧エアの供給が前記ラビリンスにおける前記タービン寄りの位置から行われることを特徴とする請求項2に記載のターボ過給機。   The turbocharger according to claim 2, wherein the gas pressure adjusting means adjusts the gas pressure by supplying pressurized air, and the pressurized air is supplied from a position near the turbine in the labyrinth. Feeder. 前記ガス圧調整手段が、前記隙間からの抽気量を調整するための抽気量調整手段を備えることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載のターボ過給機。   The turbocharger according to any one of claims 1 to 3, wherein the gas pressure adjusting means includes an extraction amount adjusting means for adjusting an extraction amount from the gap. 前記ガス圧調整手段が、前記隙間への加圧エアの供給量を調整するための供給量調整手段を備えることを特徴とする請求項1、2、4の何れか一項に記載のターボ過給機。   5. The turbo excess according to claim 1, wherein the gas pressure adjusting means includes supply amount adjusting means for adjusting a supply amount of pressurized air to the gap. Feeder. 前記ガス圧の調整が、前記排気を前記隙間からタービン下流へと抽気することにより調整されることを特徴とする請求項1、2、3、5の何れか一項に記載のターボ過給機。   The turbocharger according to any one of claims 1, 2, 3, and 5, wherein the gas pressure is adjusted by extracting the exhaust gas from the gap to the turbine downstream. . 前記ガス圧の調整が、コンプレッサ下流の加圧エアを前記隙間へと供給することにより調整されることを特徴とする請求項1、2、4、6の何れか一項に記載のターボ過給機。   The turbocharger according to any one of claims 1, 2, 4, and 6, wherein the gas pressure is adjusted by supplying pressurized air downstream of a compressor to the gap. Machine.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014119499A1 (en) * 2013-01-30 2014-08-07 株式会社Ihi Pressurized incineration equipment and pressurized incineration method
JP2017025928A (en) * 2016-10-20 2017-02-02 株式会社Ihi Compression incineration system

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014119499A1 (en) * 2013-01-30 2014-08-07 株式会社Ihi Pressurized incineration equipment and pressurized incineration method
JP2014145343A (en) * 2013-01-30 2014-08-14 Ihi Corp Pressurized incineration facility and pressurized incineration method
CN104969002A (en) * 2013-01-30 2015-10-07 月岛机械株式会社 Pressurized incineration equipment and pressurized incineration method
US9982552B2 (en) 2013-01-30 2018-05-29 Tsukishima Kikai Co., Ltd. Pressurized incineration facility and pressurized incineration method
JP2017025928A (en) * 2016-10-20 2017-02-02 株式会社Ihi Compression incineration system

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