JP2013199921A - Turbocharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンのトルクや出力を増強する目的で、排気ガスを利用してタービンインペラを回転させ、前記タービンインペラと同軸上に配置・固定されたコンプレサーインペラを回転させることによって、シリンダー内に空気を過給するターボチャージャーに関する。 In the present invention, for the purpose of enhancing the torque and output of the engine, the turbine impeller is rotated using exhaust gas, and the compressor impeller disposed and fixed coaxially with the turbine impeller is rotated into the cylinder. It relates to a turbocharger that supercharges air.
従来のターボチャージャーは、特に、エンジンの低中速回転域において、タービンハウジング内のタービンインペラを充分に回転させるだけの絶対的排気ガス量や排気ガス圧が少なく、よって、エンジンの低中速回転域に対応するためにタービンブレードやコンプレサーインペラの小径化や軽量化を図ることで対処してきた。 The conventional turbocharger has a small absolute exhaust gas amount and exhaust gas pressure enough to sufficiently rotate the turbine impeller in the turbine housing, particularly in the low and medium speed rotation region of the engine. To cope with this, we have dealt with by reducing the diameter and weight of turbine blades and compressor impellers.
しかし、タービンインペラやコンプレサーインペラの小径化は、エンジンが高速回転域に至ったとき、排気ガスがタービンインペラを通過しにくい状態になるなど、出力が頭打ちになる傾向がある。
また、近年、燃費向上や排気ガス対策のために、小排気量化したエンジンを採用する傾向にあるが、小排気量化したエンジンにも高いトルクや高い出力は要求されている。However, when the diameter of the turbine impeller or compressor impeller is reduced, the output tends to reach a peak, for example, when the engine reaches a high speed rotation range, the exhaust gas hardly passes through the turbine impeller.
In recent years, there has been a tendency to adopt engines with a small displacement for improving fuel efficiency and measures against exhaust gas, but high torque and high output are also required for engines with a small displacement.
上述した要求に鑑みて、本出願人と同一人による、出願〔申請〕番号 特願2011−201135において提案した、ツインタービン式ターボチャージャーによって初期の目的は達成された。
先の出願によるツインタービン式ターボチャージャーでは、コンプレサーインペラを包むコンプレッサハウジング一基に対し、タービンインペラを包むタービンハウジングを二基備えたことを特徴とし、タービンインペラの小径化を図るとともに、さらに、一方のタービンハウジングにおけるタービンインペラを回転させた後の排気ガスを、他方のタービンハウジングに供給し、他方のタービンハウジングにおけるタービンインペラを回転させ、同軸上に固定されたコンプレサーインペラの回転上昇力を高めた。In view of the above-described requirements, the initial object was achieved by the twin turbine turbocharger proposed in the application number “Application No. 2011-2011135” by the same applicant as the present applicant.
The twin-turbine turbocharger according to the previous application is characterized by having two turbine housings for wrapping the turbine impeller with respect to one compressor housing for wrapping the compressor impeller, and further reducing the diameter of the turbine impeller. The exhaust gas after rotating the turbine impeller in the turbine housing is supplied to the other turbine housing, and the turbine impeller in the other turbine housing is rotated to increase the rotational lifting force of the compressor impeller fixed on the same axis. .
しかし、前記ツインタービン式ターボチャージャーにおいては、タービンインペラの小径化を図れたが、コンプレサーインペラに関しては、従来型と同様な仕様のコンプレサーインペラを採用し組み合わせていた。 However, in the twin turbine turbocharger, the diameter of the turbine impeller could be reduced, but the compressor impeller was combined with a compressor impeller having the same specifications as the conventional type.
本出願では、空気を吸引する能力と空気を過圧する能力を確保した上で小径化を図ったコンプレッサインペラを採用することによって、慣性力を軽減し、ターボチャージャーのレスポンスを高め、結果的に、エンジン・レスポンスの向上や、さらなる高トルク、高出力、また、排気ガス対策を両立させることが可能なターボチャージャーを提供することを目的としている。
さらに、先の出願によるツインタービン式ターボチャージャーでは、タービンインペラを包むタービンハウジングを二基備えたが、タービンインペラの過給能力を確保した上で、タービンハウジングを一基とし、ターボチャージャー全体のコンパクト化を図ることを目的としている。In this application, by adopting a compressor impeller with a reduced diameter after securing the ability to suck in air and overpressure the air, the inertial force is reduced and the turbocharger response is increased. The objective is to provide a turbocharger that can improve engine response, achieve higher torque, higher output, and exhaust gas countermeasures.
Furthermore, the twin turbine turbocharger according to the previous application has two turbine housings that enclose the turbine impeller. However, after ensuring the turbocharging capacity of the turbine impeller, the turbine housing is a single unit and the entire turbocharger is compact. It aims to make it easier.
上記目的を達成するために、請求項1のツインタービン式ターボチャージャーは、ハブと、前記ハブ中央部から放射状に形作られた背板部の両側面間に、一方のコンプレッサインペラ及び他方のコンプレッサインペラが前記背板部を挟んで背中合わせ状に一体構成された対称型コンプレッサインペラと、前記対称型コンプレッサインペラを内包し、前記一方のコンプレッサインペラの空気吸込み口を取り囲む一方の空気室が一方のコンプレッサハウジング側面に設けられるとともに、前記他方のコンプレッサインペラの空気吸込み口を取り囲む他方の空気室が他方のコンプレッサハウジング側面に設けられ、さらに、前記一方の空気室及び他方の空気室に連通する空気導入口と、前記対称型コンプレッサインペラが加圧した空気の空気吐出し口がそれぞれ設けられたコンプレッサハウジングで構成するコンプレッサ側が、第一タービンインペラを内包し、排気ガス導入口及び排気ガス吐出口をそれぞれ設けた第一タービンハウジングと、第二タービンインペラを内包し、排気ガス導入口及び排気ガス吐出口をそれぞれ設けた第二タービンハウジングによって構成するターボ側の中央に配置され、前記コンプレッサハウジングと第一タービンハウジング間及び前記コンプレッサハウジングと第二タービンハウジング間が、回転軸を支持する第一ベアリングハウジング及び第二ベアリングハウジングを介して一体構成されるとともに、前記回転軸中央に対称型コンプレッサインペラが固定され、回転軸両端に第一タービンインペラ及び第二タービンインペラが固定されたことを特徴とする。In order to achieve the above object, a twin turbine turbocharger according to
上記目的を達成するために、請求項2のシングルタービン式ターボチャージャーは、ハブと、前記ハブ中央部から放射状に形作られた背板部の両側面間に、一方のコンプレッサインペラ及び他方のコンプレッサインペラが前記背板部を挟んで背中合わせ状に一体構成された対称型コンプレッサインペラと、前記対称型コンプレッサインペラを内包し、前記一方のコンプレッサインペラの空気吸込み口を取り囲む一方の空気室が一方のコンプレッサハウジング側面に設けられるとともに、前記他方のコンプレッサインペラの空気吸込み口を取り囲む他方の空気室が他方のコンプレッサハウジング側面に設けられ、さらに、前記一方の空気室及び他方の空気室に連通する空気導入口と、前記対称型コンプレッサインペラが加圧した空気の空気吐出し口がそれぞれ設けられたコンプレッサハウジングで構成するコンプレッサ側と、タービンインペラを内包し、排気ガス導入口及び排気ガス吐出口をそれぞれ設けたタービンハウジングによって構成するターボ側が、回転軸を支持するベアリングハウジングを介して一体構成されるとともに、前記回転軸両端に対称型コンプレッサインペラとタービンインペラがそれぞれ固定されたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a single turbine turbocharger according to claim 2 is characterized in that one compressor impeller and the other compressor impeller are disposed between both sides of a hub and a back plate portion radially formed from the hub central portion. Includes a symmetrical compressor impeller integrally configured back-to-back with the back plate interposed therebetween, and one compressor housing including the symmetrical compressor impeller and one air chamber surrounding the air inlet of the one compressor impeller The other air chamber surrounding the air suction port of the other compressor impeller is provided on a side surface of the other compressor housing, and further includes an air introduction port communicating with the one air chamber and the other air chamber. Air discharge of air pressurized by the symmetric compressor impeller A bearing housing that supports a rotating shaft is provided on the compressor side that is configured by a compressor housing provided with a port, and the turbo side that includes a turbine impeller and is provided with an exhaust gas introduction port and an exhaust gas discharge port. And a symmetric compressor impeller and a turbine impeller are fixed to both ends of the rotating shaft, respectively.
上記目的を達成するために、請求項3の対称型タービン式ターボチャージャーは、ハブと、前記ハブ中央部から放射状で円形状に形作られた背板部の両側面間に、一方のタービンインペラ及び他方のタービンインペラが前記背板部を挟んで背中合わせ状に一体構成された対称型タービンインペラと、前記対称型タービンインペラを内包し、前記対称型タービンインペラの背板部の外周によってタービンハウジング内が一方のタービンハウジングと他方のタービンハウジングに極力二分割されるように、タービンハウジング内周面が前記背板部の外周と僅かな隙間を保つ形状に形作られ、また、前記一方のタービンハウジング及び他方のタービンハウジングそれぞれに専用の排気ガス導入口が設けられるとともに、前記一方のタービンインペラの排気ガス吐出口を取り囲む一方の排気ガス室が一方のタービンハウジング側面に設けられ、他方のタービンインペラの排気ガス吐出口を取り囲む他方の排気ガス室が他方のタービンハウジング側面に設けられて構成するタービンハウジングであって、且つ、前記一方のタービンハウジングの排気ガス導入口に第一排気管が固定され、また、前記他方のタービンハウジングの排気ガス導入口に第二排気管が固定され、前記第一排気管と第二排気管の各管内を流れる排気ガスが同方向に流れるA−A´部分に、前記第一排気管と第二排気管を連通する第一連通孔と、前記第一連通孔を開状態又は閉状態に切り換える第一切換え弁を設け、さらに、一方のタービンインペラの排気ガス吐出口を取り囲む一方の排気ガス室に第三排気管が固定され、前記第三排気管と第二排気管の各管内を流れる排気ガスが同方向に流れるB−B´部分に、前記第二排気管と第三排気管間を連通する第二連通孔と、前記第二連通孔を開状態又は閉状態に切り換える第二切換え弁を設け、他方の排気ガス室に第四排気管が固定されて構成するターボ側が、第一コンプレッサインペラを内包し、空気導入口及び空気吐出口をそれぞれ設けた第一コンプレッサハウジングと、第二コンプレッサインペラを内包し、空気導入口及び空気吐出口をそれぞれ設けた第二コンプレッサハウジングによって構成するコンプレッサ側の中央に配置され、前記タービンハウジングと第一コンプレッサハウジング間及び前記タービンハウジングと第二コンプレッサハウジング間が、回転軸を支持する第一ベアリングハウジング及び第二ベアリングハウジングを介して一体構成されるとともに、前記回転軸中央に対称型タービンインペラが固定され、回転軸両端に第一コンプレッサインペラ及び第二一コンプレッサインペラが固定されたことを特徴とする。In order to achieve the above object, a symmetric turbine turbocharger according to claim 3 is provided with a turbine impeller between both sides of a hub and a back plate portion formed radially and circularly from the center of the hub. The other turbine impeller includes a symmetric turbine impeller integrally configured back-to-back with the back plate portion interposed therebetween, and the symmetric turbine impeller, and the inside of the turbine housing is surrounded by the outer periphery of the back plate portion of the symmetric turbine impeller. The inner peripheral surface of the turbine housing is formed in a shape that maintains a slight clearance from the outer periphery of the back plate portion so that the turbine housing is divided into one turbine housing and the other turbine housing as much as possible. Each turbine housing has a dedicated exhaust gas inlet, and the one turbine impeller A turbine configured such that one exhaust gas chamber surrounding the exhaust gas discharge port is provided on one side of the turbine housing and the other exhaust gas chamber surrounding the exhaust gas discharge port of the other turbine impeller is provided on the other side of the turbine housing. A first exhaust pipe is fixed to the exhaust gas introduction port of the one turbine housing, and a second exhaust pipe is fixed to the exhaust gas introduction port of the other turbine housing. A first series of through holes communicating the first exhaust pipe and the second exhaust pipe to the AA ′ portion where exhaust gas flowing in the exhaust pipe and the second exhaust pipe flows in the same direction; and the first series A first switching valve is provided for switching the through hole to an open state or a closed state, and a third exhaust pipe is fixed to one exhaust gas chamber that surrounds the exhaust gas discharge port of one turbine impeller. A second communication hole that communicates between the second exhaust pipe and the third exhaust pipe to the BB ′ portion in which exhaust gas flowing through the third exhaust pipe and the second exhaust pipe flows in the same direction; The second switching valve for switching the second communication hole to the open state or the closed state is provided, and the turbo side configured by fixing the fourth exhaust pipe in the other exhaust gas chamber includes the first compressor impeller, and the air introduction port and The turbine housing is disposed in the center of the compressor side, which includes a first compressor housing provided with an air discharge port and a second compressor housing containing a second compressor impeller and provided with an air introduction port and an air discharge port, respectively. Between the first compressor housing and between the turbine housing and the second compressor housing, Together are integrally configured through the bearing housing, symmetric turbine impeller is fixed to the center the rotation axis, the first compressor impeller and the second single compressor impeller, characterized in that fixed to the rotating shaft at both ends.
上記目的を達成するために、請求項4のターボチャージャーは、ハブと、前記ハブ中央部から放射状で円形状に形作られた背板部の両側面間に、一方のタービンインペラ及び他方のタービンインペラが前記背板部を挟んで背中合わせ状に一体構成された対称型タービンインペラと、前記対称型タービンインペラを内包し、前記対称型タービンインペラの背板部の外周によってタービンハウジング内が一方のタービンハウジングと他方のタービンハウジングに極力二分割されるように、タービンハウジング内周面が前記背板部の外周と僅かな隙間を保つ形状に形作られ、また、前記一方のタービンハウジング及び他方のタービンハウジングそれぞれに専用の排気ガス導入口が設けられるとともに、前記一方のタービンインペラの排気ガス吐出口を取り囲む一方の排気ガス室が一方のタービンハウジング側面に設けられ、他方のタービンインペラの排気ガス吐出口を取り囲む他方の排気ガス室が他方のタービンハウジング側面に設けられて構成するタービンハウジングであって、且つ、前記一方のタービンハウジングの排気ガス導入口に第一排気管が固定され、また、前記他方のタービンハウジングの排気ガス導入口に第二排気管が固定され、前記第一排気管と第二排気管の各管内を流れる排気ガスが同方向に流れるA−A´部分に、前記第一排気管と第二排気管を連通する第一連通孔と、前記第一連通孔を開状態又は閉状態に切り換える第一切換え弁を設け、さらに、一方のタービンインペラの排気ガス吐出口を取り囲む一方の排気ガス室に第三排気管が固定され、前記第三排気管と第二排気管の各管内を流れる排気ガスが同方向に流れるB−B´部分に、前記第二排気管と第三排気管間を連通する第二連通孔と、前記第二連通孔を開状態又は閉状態に切り換える第二切換え弁を設け、他方の排気ガス室に第四排気管が固定されて構成するターボ側と、ハブと、前記ハブ中央部から放射状に形作られた背板部の両側面間に、一方のコンプレッサインペラ及び他方のコンプレッサインペラが前記背板部を挟んで背中合わせ状に一体構成された対称型コンプレッサインペラと、前記対称型コンプレッサインペラを内包し、前記一方のコンプレッサインペラの空気吸込み口を取り囲む一方の空気室が一方のコンプレッサハウジング側面に設けられるとともに、前記他方のコンプレッサインペラの空気吸込み口を取り囲む他方の空気室が他方のコンプレッサハウジング側面に設けられ、さらに、前記一方の空気室及び他方の空気室に連通する空気導入口と、前記対称型コンプレッサインペラが加圧した空気の空気吐出し口がそれぞれ設けられたコンプレッサハウジングで構成するコンプレッサ側が、回転軸を支持するベアリングハウジングを介して一体構成され、前記回転軸両端に対称型コンプレッサインペラと対称型タービンインペラがそれぞれ固定されたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to a fourth aspect of the present invention, there is provided a turbocharger comprising: one turbine impeller and the other turbine impeller between a hub and both side surfaces of a back plate portion formed radially and circularly from the hub central portion. Includes a symmetric turbine impeller integrally configured back-to-back with the back plate interposed therebetween, and the symmetric turbine impeller, and the turbine housing has one turbine housing by an outer periphery of the back plate portion of the symmetric turbine impeller. The inner surface of the turbine housing is shaped to maintain a slight gap with the outer periphery of the back plate portion, and the one turbine housing and the other turbine housing respectively. Is provided with a dedicated exhaust gas inlet, and the exhaust gas outlet of the one turbine impeller One of the surrounding exhaust gas chambers is provided on one side of the turbine housing, and the other exhaust gas chamber that surrounds the exhaust gas discharge port of the other turbine impeller is provided on the other side of the turbine housing. A first exhaust pipe is fixed to the exhaust gas inlet of the one turbine housing, and a second exhaust pipe is fixed to the exhaust gas inlet of the other turbine housing, and the first exhaust pipe and the second exhaust pipe A first through hole communicating with the first exhaust pipe and the second exhaust pipe and an open state of the first through hole in the AA ′ portion where the exhaust gas flowing through each pipe of the exhaust pipe flows in the same direction Alternatively, a first switching valve for switching to a closed state is provided, and a third exhaust pipe is fixed to one exhaust gas chamber surrounding the exhaust gas discharge port of one turbine impeller, A second communication hole that communicates between the second exhaust pipe and the third exhaust pipe, and a state where the second communication hole is opened, in the BB ′ portion where the exhaust gas flowing in each pipe of the two exhaust pipes flows in the same direction Alternatively, a second switching valve for switching to the closed state is provided, and the turbo side is configured by fixing the fourth exhaust pipe in the other exhaust gas chamber, the hub, and both sides of the back plate portion radially formed from the hub central portion Between the planes, one compressor impeller and the other compressor impeller are integrally configured back-to-back with the back plate portion interposed therebetween, and the symmetrical compressor impeller is included, and the air of the one compressor impeller One air chamber surrounding the air inlet is provided on the side of one compressor housing, and the other air chamber surrounding the air inlet of the other compressor impeller A compressor provided on a side surface of the other compressor housing, and further provided with an air introduction port communicating with the one air chamber and the other air chamber, and an air discharge port for air pressurized by the symmetric compressor impeller A compressor side constituted by a housing is integrally formed through a bearing housing that supports a rotating shaft, and a symmetric compressor impeller and a symmetric turbine impeller are respectively fixed to both ends of the rotating shaft.
上記目的を達成するために、請求項5のターボチャージャーは、ハブと、前記ハブ中央部から放射状で円形状に形作られた背板部の両側面間に、一方のタービンインペラ及び他方のタービンインペラが前記背板部を挟んで背中合わせ状に一体構成された対称型タービンインペラと、前記対称型タービンインペラを内包し、前記対称型タービンインペラの背板部の外周によってタービンハウジング内が一方のタービンハウジングと他方のタービンハウジングに極力二分割されるように、タービンハウジング内周面が前記背板部の外周と僅かな隙間を保つ形状に形作られ、また、前記一方のタービンハウジング及び他方のタービンハウジングそれぞれに専用の排気ガス導入口が設けられるとともに、前記一方のタービンインペラの排気ガス吐出口を取り囲む一方の排気ガス室が一方のタービンハウジング側面に設けられ、他方のタービンインペラの排気ガス吐出口を取り囲む他方の排気ガス室が他方のタービンハウジング側面に設けられて構成するタービンハウジングであって、且つ、前記一方のタービンハウジングの排気ガス導入口に第一排気管が固定され、また、前記他方のタービンハウジングの排気ガス導入口に第二排気管が固定され、前記第一排気管と第二排気管の各管内を流れる排気ガスが同方向に流れるA−A´部分に、前記第一排気管と第二排気管を連通する第一連通孔と、前記第一連通孔を開状態又は閉状態に切り換える第一切換え弁を設け、さらに、一方のタービンインペラの排気ガス吐出口を取り囲む一方の排気ガス室に第三排気管が固定され、前記第三排気管と第二排気管の各管内を流れる排気ガスが同方向に流れるB−B´部分に、前記第二排気管と第三排気管間を連通する第二連通孔と、前記第二連通孔を開状態又は閉状態に切り換える第二切換え弁を設け、他方の排気ガス室に第四排気管が固定されて構成するターボ側と、ハブと、前記ハブ中央部から放射状で円形状に形作られた背板部の両側面間に、一方のコンプレッサインペラ及び他方のコンプレッサインペラが前記背板部を挟んで背中合わせ状に一体構成された対称型コンプレッサインペラと、前記対称型コンプレッサインペラを内包し、前記対称型コンプレッサインペラの背板部の外周によってコンプレッサハウジング内を一方のコンプレッサハウジングと他方のコンプレッサハウジングに極力二分割するように、コンプレッサハウジング内周面が前記背板部の外周と僅かな隙間を保つ形状に形作られ、また、前記一方のコンプレッサインペラの空気吸込み口を取り囲む一方の空気室が一方のコンプレッサハウジング側面に設けられるとともに、前記他方のコンプレッサインペラの空気吸込み口を取り囲む他方の空気室が他方のコンプレッサハウジング側面に設けられ、さらに、一方のコンプレッサインペラによって加圧された空気の空気吐出口と他方のコンプレッサインペラによって加圧された空気の空気吐出口がそれぞれ専用に設けられて構成するコンプレッサハウジングであって、且つ、前記一方の空気室側に第一空気導入管が固定されるとともに空気吐出口側に第一吸気管が固定され、また、前記他方の空気室側に第二空気導入管が固定されるとともに空気吐出口側に第二吸気管が固定され、前記第一吸気管と第二空気導入管が第三吸気管によって連通し、前記第一吸気管と第三吸気管が連通する第三連通孔に、前記第一吸気管と第三吸気管の連通を開閉する第三切換え弁を設け、また、前記第三吸気管と第二空気導入管の連通部に、前記第三吸気管と他方のコンプレッサインペラ間、又は前記第二空気導入管と他方のコンプレッサインペラ間の連通を切換える第四切換え弁が設けられて構成するコンプレッサ側が、回転軸を支持するベアリングハウジングを介して一体構成化され、前記回転軸両端に対称型コンプレッサインペラと対称型タービンインペラがそれぞれ固定されたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to a fifth aspect of the present invention, there is provided a turbocharger according to claim 5, wherein one turbine impeller and the other turbine impeller are disposed between both sides of a hub and a back plate portion formed radially and circularly from the hub central portion. Includes a symmetric turbine impeller integrally configured back-to-back with the back plate interposed therebetween, and the symmetric turbine impeller, and the turbine housing has one turbine housing by an outer periphery of the back plate portion of the symmetric turbine impeller. The inner surface of the turbine housing is shaped to maintain a slight gap with the outer periphery of the back plate portion, and the one turbine housing and the other turbine housing respectively. Is provided with a dedicated exhaust gas inlet, and the exhaust gas outlet of the one turbine impeller One of the surrounding exhaust gas chambers is provided on one side of the turbine housing, and the other exhaust gas chamber that surrounds the exhaust gas discharge port of the other turbine impeller is provided on the other side of the turbine housing. A first exhaust pipe is fixed to the exhaust gas inlet of the one turbine housing, and a second exhaust pipe is fixed to the exhaust gas inlet of the other turbine housing, and the first exhaust pipe and the second exhaust pipe A first through hole communicating with the first exhaust pipe and the second exhaust pipe and an open state of the first through hole in the AA ′ portion where the exhaust gas flowing through each pipe of the exhaust pipe flows in the same direction Alternatively, a first switching valve for switching to a closed state is provided, and a third exhaust pipe is fixed to one exhaust gas chamber surrounding the exhaust gas discharge port of one turbine impeller, A second communication hole that communicates between the second exhaust pipe and the third exhaust pipe, and a state where the second communication hole is opened, in the BB ′ portion where the exhaust gas flowing in each pipe of the two exhaust pipes flows in the same direction Alternatively, a second switching valve for switching to a closed state is provided, and a turbo side configured by fixing the fourth exhaust pipe to the other exhaust gas chamber, a hub, and a back plate that is formed radially and circularly from the center of the hub A symmetric compressor impeller in which one compressor impeller and the other compressor impeller are integrally configured back to back with the back plate interposed therebetween, and the symmetric compressor impeller, Compressor housing so that the outer periphery of the back plate of the impeller divides the compressor housing into one compressor housing and the other compressor housing as much as possible. The inner peripheral surface is shaped to maintain a slight gap with the outer periphery of the back plate portion, and one air chamber surrounding the air suction port of the one compressor impeller is provided on one compressor housing side surface, and The other air chamber surrounding the air intake port of the other compressor impeller is provided on the side of the other compressor housing, and is further pressurized by the air discharge port of air pressurized by one compressor impeller and the other compressor impeller. A compressor housing having a dedicated air discharge port for air, and a first air introduction pipe fixed to the one air chamber side and a first intake pipe fixed to the air discharge port side The second air introduction pipe is fixed to the other air chamber side and the second air introduction pipe is Two intake pipes are fixed, the first intake pipe and the second air introduction pipe communicate with each other through a third intake pipe, and the first intake pipe is connected to a third communication hole through which the first intake pipe and the third intake pipe communicate. A third switching valve for opening and closing the communication between the pipe and the third intake pipe is provided, and the communication portion between the third intake pipe and the second air introduction pipe is provided between the third intake pipe and the other compressor impeller, or The compressor side, which is configured by providing a fourth switching valve for switching communication between the second air introduction pipe and the other compressor impeller, is integrated with a bearing housing that supports the rotating shaft, and is symmetrical at both ends of the rotating shaft. The compressor impeller and the symmetric turbine impeller are fixed respectively.
請求項1〜請求項5記載の発明は、上述のように構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。 Since the inventions according to
本発明における請求項1記載のツインタービン式ターボチャージャーは、出願〔申請〕番号 特願2011−201135において提案したツインタービン式ターボチャージャーのターボ側及び排気系に、一方のコンプレッサインペラと他方のコンプレッサインペラによって構成された対称型コンプレッサインペラを組み合わせた。 The twin turbine turbocharger according to
よって、発進時や低速回転時のときには、すべての気筒から排出された排気ガスが、第一タービンハウジングが包む第一タービンインペラへ供給される排気通路が構築されるとともに、第一タービンインペラを回転させた後の、まだエネルギーを有す排気ガスを、第二タービンハウジングが包む第二タービンインペラへ供給する排気通路が構築されるため、慣性力の軽減と小径化を図った第一タービンインペラは、すべての気筒から排出された排気ガスの供給を受け、勢い良く回転上昇し、さらに、第一タービンインペラを回転させた後の、まだエネルギーを有す排気ガスが、第二タービンハウジングが包む第二タービンインペラに供給されることによって、第一タービンインペラ及び第二タービンインペラ12が勢い良く回転上昇させる効果に加え、同一回転軸上に配置・固定された一方のコンプレッサインペラと他方のコンプレッサインペラで構成する対称型コンプレッサインペラは、空気を吸引する能力と空気を加速する能力を確保した上で、慣性力の軽減と小径化を計ったために、対称型コンプレッサインペラは勢い良く回転上昇し、発進時や低速回転時にかけて、エンジン・レスポンスを向上させるとともに過給効果を高めることができる。
さらに、高速回転域においても、エンジンから排出された排気ガスを二分割し、その二分割された排気ガスが第一タービンインペラ7及び第二タービンインペラ12それぞれに供給されるために、第一タービンインペラ7及び第二タービンインペラ12それぞれを通過する排気ガスは詰まらず流れ、第一タービンインペラ7や第二タービンインペラ12は勢い良く回転上昇し、さらに、同一回転軸上に配置・固定された対称型コンプレッサインペラ1も勢い良く回転上昇し、高速回転域に至っても過給効果を高めることができる。Therefore, when starting or at low speed, an exhaust passage is constructed in which exhaust gas discharged from all cylinders is supplied to the first turbine impeller enclosed by the first turbine housing, and the first turbine impeller is rotated. After that, the exhaust passage that supplies the exhaust gas that still has energy to the second turbine impeller enclosed by the second turbine housing is constructed, so the first turbine impeller that reduces the inertia force and reduces the diameter is The exhaust gas exhausted from all the cylinders is supplied to the second turbine housing, and the second turbine housing envelops the exhaust gas which still has energy after the first turbine impeller is rotated. By being supplied to the two-turbine impeller, the first turbine impeller and the
Further, even in the high speed rotation region, the exhaust gas discharged from the engine is divided into two parts, and the two divided exhaust gases are supplied to the
また、対称型コンプレッサインペラは、一方のコンプレッサインペラと他方のコンプレッサインペラが背板部を挟んで背中合わせ状に配置され、さらに、ターボ側における各タービンインペラも対称型コンプレッサインペラを挟んで逆向きに配置されているために、特に高回転時においては、回転軸に加わる排気ガス圧や吸込んだ空気圧による軸方向への力が打ち消され合い、よって、回転軸は一方向に偏らず、回転軸の軸受・シール機構等への負荷が軽減され、軸受・シール機構等の耐久力も高めることができる。
また、対称型コンプレッサインペラとコンプレッサハウジング間や、各タービンインペラとタービンハウジング間の隙間を狭められ、それぞれの隙間から漏れる空気や排気ガスを低減することによって、ターボチャージャーの過給効率を向上させることができる。The symmetric compressor impeller is arranged back-to-back with one compressor impeller and the other compressor impeller sandwiching the back plate, and each turbine impeller on the turbo side is also placed in the opposite direction with the symmetric compressor impeller sandwiched between them. Therefore, especially at high rotation, the axial force due to the exhaust gas pressure applied to the rotating shaft and the sucked air pressure cancels each other, so that the rotating shaft is not biased in one direction, and the bearing of the rotating shaft -The load on the seal mechanism and the like is reduced, and the durability of the bearing and seal mechanism can be increased.
In addition, the space between the symmetric compressor impeller and the compressor housing or between each turbine impeller and the turbine housing can be narrowed to reduce the air and exhaust gas leaking from each space, thereby improving the turbocharger supercharging efficiency. Can do.
請求項2記載の発明におけるシングルタービン式ターボチャージャーは、上述した請求項1記載のツインタービン式ターボチャージャーにおける対称型コンプレッサインペラとコンプレッサハウジングで構成したコンプレッサ側を採用したため、コンプレッサインペラにおける空気を吸引する能力と空気を加速する能力を確保した上で対称型コンプレッサインペラの慣性力の軽減と小径化を図れ、エンジン・レスポンスを向上させるとともに過給効果を高めることができる。 Since the single turbine type turbocharger in the invention described in claim 2 employs the compressor side constituted by the symmetric compressor impeller and the compressor housing in the twin turbine turbocharger described in
また、ツインタービン式ターボチャージャーに比べ、請求項2記載の発明におけるシングルタービン式ターボチャージャーは、タービンインペラを包むタービンハウジングで構成するターボ側一基と組み合わされているため、ターボチャージャー本体の構造が簡単で、コンパクト化を図れ、製造コストも安価でターボチャージャーを安価に提供することができる。 Further, compared with the twin turbine turbocharger, the single turbine turbocharger according to the invention of claim 2 is combined with a single turbo side configured by a turbine housing that encloses the turbine impeller. It is simple, can be made compact, can be manufactured at low cost, and can provide a turbocharger at low cost.
請求項3記載の発明における対称型タービン式ターボチャージャーは、ターボ側に、一方のタービンインペラと他方のタービンインペラが背板部を挟んで背中合わせ状に配置された対称型タービンインペラを採用したため、排気ガスの導入や排気ガスの吐出効率を確保した上で慣性力の軽減と小径化を図れ、さらに、コンプレッサ側に、コンプレッサインペラと前記コンプレッサインペラを包み空気の吸込み部分及び吐出部分より構成されるコンプレッサハウジングを二基備えているため、コンプレッサインペラの慣性力の軽減と小径化を図れ、結果的に、ターボチャージャーのレスポンスを向上させ、エンジン・レスポンスやトルク・出力を向上させることができる。 The symmetric turbine turbocharger according to the invention of claim 3 employs a symmetric turbine impeller in which one turbine impeller and the other turbine impeller are arranged back-to-back with the back plate portion interposed therebetween on the turbo side. Compressor that can reduce the inertial force and reduce the diameter while ensuring the efficiency of gas introduction and exhaust gas discharge, and further comprises a compressor impeller and the compressor impeller on the compressor side, and an air suction part and a discharge part. Since it has two housings, the inertial force of the compressor impeller can be reduced and the diameter can be reduced. As a result, the response of the turbocharger can be improved, and the engine response, torque and output can be improved.
特に、対称型タービンインペラは、発進時や低速回転時において、対称型タービンインペラにおける一方のタービンインペラと他方のタービンインペラが直列上に配列される排気経路が構築される排気系を採用したため、エンジンから排出された全ての排気ガスが、一方のタービンインペラのみに供給され、次に、一方のタービンインペラを回転させた後の排気ガスが他方のタービンインペラに供給されるため、コンプレッサインペラを勢いよく回転させることができ、発進時や低速回転時においても過給を高め、エンジン・レスポンスやトルク・出力を向上させることができる。 In particular, the symmetrical turbine impeller employs an exhaust system in which an exhaust path in which one turbine impeller and the other turbine impeller in the symmetrical turbine impeller are arranged in series at the time of starting or at low speed rotation is used. All the exhaust gas discharged from the turbine impeller is supplied only to one turbine impeller, and then the exhaust gas after rotating one turbine impeller is supplied to the other turbine impeller. The engine can be rotated, and the supercharging can be increased even when starting or rotating at a low speed, and the engine response, torque and output can be improved.
さらに、高速回転時のときには、一方のタービンインペラと他方のタービンインペラが並列状に配列される排気経路が構築される排気系を採用したため、エンジンから排出された排気ガスは、一方のタービンインペラと他方のタービンインペラに二分割されて供給されるため、排気ガス量や排気ガス圧が高まった高速回転時においても引き続き一方のタービンインペラと他方のタービンインペラを勢いよく回転上昇させることができ、さらに、同一回転軸上のコンプレッサインペラも勢いよく回転上昇し、さらに過給を高めることができる。 Furthermore, at the time of high speed rotation, an exhaust system in which an exhaust path in which one turbine impeller and the other turbine impeller are arranged in parallel is adopted, so that the exhaust gas discharged from the engine is separated from the one turbine impeller Since it is supplied to the other turbine impeller in two parts, it is possible to continue to vigorously rotate one turbine impeller and the other turbine impeller even during high-speed rotation when the exhaust gas amount and exhaust gas pressure are increased. Also, the compressor impeller on the same rotating shaft can also rotate and rise, and supercharging can be further increased.
また、発進時から低速回転域を経て高速回転時まで、全回転域を一個のタービンインペラで対応せざるを得なかった従来型のターボチャージャーに比べ、一方のタービンインペラと他方のタービンインペラによって構成された対称型タービンインペラは、設計の自由度が広がり、過給効果をさらに高めることができる。 Compared to the conventional turbocharger that had to deal with the entire rotation range from one start to the low-speed rotation range and high-speed rotation by one turbine impeller, it consists of one turbine impeller and the other turbine impeller The symmetric turbine impeller thus made has a wide design freedom and can further enhance the supercharging effect.
そして、対称型タービンインペラは、一方のタービンインペラと他方のタービンインペラが背板部を挟んで背中合わせ状に配置され、さらに、両コンプレッサインペラも対称型タービンインペラを挟んで背中合わせ状に配置されているため、特に高回転時においては、回転軸に加わる排気ガス圧や吸込んだ空気による空気圧等による軸方向への力が打ち消され合うために、回転軸の軸受・シール機構への負荷を軽減し、軸受・シール機構の耐久力を高めることができる。
よって、対称型タービンインペラとタービンハウジング間や、各コンプレッサインペラとコンプレッサハウジング間の各隙間を狭められ、それぞれの隙間から漏れる空気や排気ガスを低減することによってターボチャージャーの過給効率を向上させることができる。In the symmetric turbine impeller, one turbine impeller and the other turbine impeller are arranged back to back with the back plate portion interposed therebetween, and both compressor impellers are also arranged back to back with the symmetric turbine impeller interposed therebetween. For this reason, especially at high rotations, the force in the axial direction due to the exhaust gas pressure applied to the rotating shaft and the air pressure due to the sucked air cancels each other, reducing the load on the bearing and seal mechanism of the rotating shaft, The durability of the bearing / seal mechanism can be increased.
Therefore, the clearance between the symmetric turbine impeller and the turbine housing or between each compressor impeller and the compressor housing can be narrowed, and the turbocharging efficiency of the turbocharger can be improved by reducing the air and exhaust gas leaking from each clearance. Can do.
さらに、一方のタービンハウジングと他方のタービンハウジングが一体化されているために、一方のタービンハウジングにおける排気ガスの吐出口の位置と他方のタービンハウジングにおける排気ガスの導入口の位置が近く、よって、低中速回転域のときに両者間を連通する第三排気管を短く設定することができ、一方のタービンハウジングから排出された排気ガス圧や温度等を保ったまま、他方のタービンハウジング側へ供給することができる。 Furthermore, since one turbine housing and the other turbine housing are integrated, the position of the exhaust gas discharge port in one turbine housing is close to the position of the exhaust gas introduction port in the other turbine housing. The third exhaust pipe communicating between the two can be set short in the low and medium speed rotation range, and while maintaining the exhaust gas pressure, temperature, etc. discharged from one turbine housing, move to the other turbine housing side Can be supplied.
請求項4記載の発明におけるターボチャージャーは、コンプレッサ側に、一方のコンプレッサインペラと他方のコンプレッサインペラが円盤部を挟んで背中合わせ状に配置された対称型コンプレッサインペラを採用したため、空気を吸引する能力と空気を加速する能力を確保した上で慣性力の軽減と小径化を図れ、また、ターボ側においては、請求項3記載の発明における対称型タービン式ターボチャージャーにおけるターボ側と同様な構成を採用したため、上述した効果と同様な効果を得ることができ、小径化を図った対称型コンプレッサインペラと対称型タービンインペラを組み合わせたことにより、ターボチャージャーのレスポンスが向上し、エンジン・レスポンスの向上を図れ、さらに、過給効果を高めることができるため、トルク・出力を向上させることができる。 The turbocharger according to the invention of
さらに、小径化を図った対称型コンプレッサインペラを包むコンプレッサハウジングと対称型タービンインペラを包むタービンハウジングは小型化を図れ、ターボチャージャー本体をコンパクト化することができる。
さらに、ベアリングハウジングが支持する回転軸の両端部に、対称型コンプレッサインペラと対称型タービンインペラをそれぞれ配置・固定した構成を採用したため、上述した効果を確保するとともに、ターボチャージャー本体のコンパクト化が図れ、ターボチャージャー本体の配置位置や、ターボチャージャーを装着したエンジン本体の配置位置等に対して設計の自由度が増す。Further, the compressor housing that encloses the symmetric compressor impeller with a reduced diameter and the turbine housing that encloses the symmetric turbine impeller can be reduced in size, and the turbocharger body can be made compact.
In addition, a symmetric compressor impeller and a symmetric turbine impeller are arranged and fixed at both ends of the rotating shaft supported by the bearing housing, so the above-described effects can be ensured and the turbocharger body can be made compact. The degree of freedom of design increases with respect to the arrangement position of the turbocharger body and the arrangement position of the engine body equipped with the turbocharger.
請求項5記載の発明におけるターボチャージャーは、ターボ側に、請求項3記載の発明における対称型タービン式ターボチャージャーにおけるターボ側と同様な構成を採用したため、上述した効果と同様な効果を得ることができ、また、コンプレッサ側においても、ターボ側における第一排気管、第二排気管、第三排気管、さらに、第一連通孔と第一切換え弁、第二連通孔と第二切換え弁等に該当する、第一吸気管、第二吸気管、第三吸気管、さらに、第三連通孔と第三切換え弁、第四連通孔と第四切換え弁等を設けたために、特に、発進時や低速回転時においては、一方のコンプレッサインペラと他方のコンプレッサインペラが直列状に配列する吸気経路が構成され、一方のコンプレッサインペラによって加速した空気を、さらに他方のコンプレッサインペラ127によって加速するため、発進時や低速回転時における過給効果を高めることができる。 The turbocharger according to the fifth aspect of the invention employs the same configuration as that of the turbo side of the symmetric turbine type turbocharger according to the third aspect of the invention on the turbo side, so that the same effect as described above can be obtained. Also, on the compressor side, the first exhaust pipe, the second exhaust pipe, the third exhaust pipe on the turbo side, the first series passage hole and the first switching valve, the second communication hole and the second switching valve, etc. Since the first intake pipe, the second intake pipe, the third intake pipe, and the third communication hole and the third switching valve, the fourth communication hole and the fourth switching valve, etc. corresponding to During low-speed rotation, an air intake path is formed in which one compressor impeller and the other compressor impeller are arranged in series, and the air accelerated by one compressor impeller is further transferred to the other compressor impeller. To accelerate the
また、上述した各ターボチャージャーにおいては、過給効果を高めることによって、燃焼時の温度や燃焼圧力が高まり、温度や圧力が高まった排気ガスをターボ側に供給することでさらに過給効果を高め、これらの作動を繰り返し行うことによって、エンジンの効率を高めることができる。
そして、小排気量化されたエンジンに装着することで、高いパフォーマンスを犠牲にすることなく、低燃費化や二酸化炭素の削減を図ることができる。In addition, in each turbocharger described above, by increasing the supercharging effect, the temperature and combustion pressure at the time of combustion are increased, and the turbocharging effect is further enhanced by supplying exhaust gas with increased temperature and pressure to the turbo side. By repeating these operations, the efficiency of the engine can be increased.
And by attaching to a small engine, it is possible to reduce fuel consumption and reduce carbon dioxide without sacrificing high performance.
1,41,55,57,96,121 対称型コンプレッサインペラ
2,34,54,58,97,122 コンプレッサハウジング
3 ツインタービン式ターボチャージャー
4 空気導入口
5,118,134、139 空気吐出口
6,79 第一ベアリングハウジング
7,39,52,147, 第一タービンインペラ
8,13,73,76 排気ガス導入口
9,14,74,77 排気ガス吐出口
10,36,49,151 第一タービンハウジング
11,82 第二ベアリングハウジング
12,40,53 第二タービンインペラ
15,38,51 第二タービンハウジング
16,64,101,123 回転軸
17,65,124 ハブ
18,66,125 背板部
19,115,126 一方のコンプレッサインペラ
20,116,127 他方のコンプレッサインペラ
21,23,117,119,131,136 空気吸込み口
22,132 一方の空気室
24,137 他方の空気室
25,35,48,86,108 第一排気管
26,37,50,87,106 第二排気管
27,43,88,107 第一連通孔
28,42,89,104 第一切換え弁
29,46,90,111,150 第三排気管
30,45,91,110,149 第二連通孔
31,44,92,109,148 第二切換え弁
32,61,94,155 第四排気管
33 コンプレッサインペラ
47a,47b,47c,47d,47e,47f 排気管
59 タービンインペラ
60,69,99 タービンハウジング
62 対称型タービン式ターボチャージャー
63,98,153 対称型タービンインペラ
67,113 一方のタービンインペラ
68,114 他方のタービンインペラ
70 背板部の外周
71,112 一方のタービンハウジング
72,106 他方のタービンハウジング
75,78 排気ガス室
80 第一コンプレッサインペラ
81 第一コンプレッサハウジング
83 第二コンプレッサインペラ
84 第二コンプレッサハウジング
85a,85b 遮熱筒
95,154 ベアリングハウジング
100,120 ターボチャージャー
102,103 外側面
128 一方のコンプレッサハウジング
129 他方のコンプレッサハウジング
130 間仕切り板
133 第一空気導入管
135 第一吸気管
138 第二空気導入管
140 第二吸気管
141 第四吸気管
142 第三吸気管
143 第三連通孔
144 第三切換え弁
145 第四連通孔
146 第四切換え弁1, 41, 55, 57, 96, 121 Symmetric compressor impeller 2, 34, 54, 58, 97, 122 Compressor housing 3 Twin turbine turbocharger 4 Air inlet 5, 118, 134, 139 Air outlet 6, 79 First bearing housing 7, 39, 52, 147, First turbine impeller 8, 13, 73, 76 Exhaust gas inlet 9, 14, 74, 77 Exhaust gas outlet 10, 36, 49, 151 First turbine housing 11, 82 Second bearing housing 12, 40, 53 Second turbine impeller 15, 38, 51 Second turbine housing 16, 64, 101, 123 Rotating shaft 17, 65, 124 Hub 18, 66, 125 Back plate 19, 115, 126 One compressor impeller 20, 116, 127 The other compressor Suppin blades 21, 23, 117, 119, 131, 136 Air suction ports 22, 132 One air chamber 24, 137 The other air chamber 25, 35, 48, 86, 108 First exhaust pipes 26, 37, 50, 87, 106 Second exhaust pipes 27, 43, 88, 107 First through holes 28, 42, 89, 104 First switching valves 29, 46, 90, 111, 150 Third exhaust pipes 30, 45, 91, 110, 149 Second communication hole 31, 44, 92, 109, 148 Second switching valve 32, 61, 94, 155 Fourth exhaust pipe 33 Compressor impeller 47a, 47b, 47c, 47d, 47e, 47f Exhaust pipe 59 Turbine impeller 60, 69 , 99 Turbine housing 62 Symmetric turbine turbocharger 63, 98, 153 Symmetric turbine impeller 67, 113 -Bin impeller 68, 114 The other turbine impeller 70 The outer periphery 71, 112 of the back plate portion The one turbine housing 72, 106 The other turbine housing 75, 78 The exhaust gas chamber 80 The first compressor impeller 81 The first compressor housing 83 The second compressor impeller 84 Second compressor housing 85a, 85b Heat shield cylinders 95, 154 Bearing housing 100, 120 Turbocharger 102, 103 Outer side 128 One compressor housing 129 Other compressor housing 130 Partition plate 133 First air introduction pipe 135 First intake pipe 138 Second air introduction pipe 140 Second intake pipe 141 Fourth intake pipe 142 Third intake pipe 143 Third communication hole 144 Third switching valve 145 Fourth communication hole 146 Fourth switching valve
図1は、本出願人と同一人による、出願〔申請〕番号 特願2011−201135において提案した、ツインタービン式ターボチャージャー〔図2〕におけるコンプレッサインペラ33及び前記コンプレッサインペラ33を内包するコンプレッサハウジング34で構成したコンプレッサ側を、本発明による対称型コンプレッサインペラ1及び前記対称型コンプレッサインペラ1を内包するコンプレッサハウジング2で構成するコンプレッサ側に置き換えて組み合わせたツインタービン式ターボチャージャー3の概略説明図である。 FIG. 1 shows a
本発明による対称型コンプレッサインペラ1及び前記対称型コンプレッサインペラ1を内包するコンプレッサハウジング2を組み込んだ前記ツインタービン式ターボチャージャー3は、図1のように、対称型コンプレッサインペラ1を内包し、空気導入口4及び空気吐出口5より構成されるコンプレッサハウジング2で構成したコンプレッサ側が、第一タービンインペラ7を内包し、排気ガス導入口8及び排気ガス吐出口9をそれぞれ設けた第一タービンハウジング10と、第二タービンインペラ12を内包し、排気ガス導入口13及び排気ガス吐出口14をそれぞれ設けた第二タービンハウジング15によって構成するターボ側の中央に配置され、さらに、前記コンプレッサハウジング2と第一タービンハウジング10間及び前記コンプレッサハウジング2と第二タービンハウジング15間が、回転軸16を支持する第一ベアリングハウジング6及び第二ベアリングハウジング11それぞれを介して一体構成されている。 The twin turbine turbocharger 3 incorporating the
そして、前記回転軸16中央に対称型コンプレッサインペラ1が固定され、回転軸16両端に第一タービンインペラ7及び第二タービンインペラ12が固定され、前記回転軸16は、第一ベアリングハウジング6及び第二ベアリングハウジング11における軸受・シール機構よって支持され、前記軸受・シール機構には、外部より油を循環させて各部の潤滑や冷却を図っている。
なお、図面1において、前記軸受・シール機構や外部より油を循環させて各部の潤滑や冷却を行う油圧経路等は省力した。The
In FIG. 1, the bearing / seal mechanism and the hydraulic path that circulates oil from the outside to lubricate and cool each part are saved.
前記対称型コンプレッサインペラ1は、回転軸16に固定されるハブ17と前記ハブ17中央部から放射状に形作られた背板部18の両側面間に、一方のコンプレッサインペラ19及び他方のコンプレッサインペラ20が前記背板部18を挟んで背中合わせ状に配置され、前記ハブ17、背板部18、一方のコンプレッサインペラ19、他方のコンプレッサインペラ20の各部が一体構成されている。
また、図1における対称型コンプレッサインペラ1においては、対称型コンプレッサインペラ1によって加速した空気を整流するために、背板部18をハブ中央部から円形状に形作るとともに、円形状に形作られた背板部18の外径を一方のコンプレッサインペラ19及び他方のコンプレッサインペラ20の外側部分の外径より大きく設定した実施例も考えられる。The
Further, in the
前記対称型コンプレッサインペラ1における一方のコンプレッサインペラ19と他方のコンプレッサインペラ20は、前記背板部18を中心面として対称形に形作られ、両者の各寸法や羽根の形状等、仕様の統一化を図った。
また、一方のコンプレッサインペラ19と他方のコンプレッサインペラ20は、前記ハブ17や背板部18と一体構成されているが、両者の各羽根の配置位置を互い違いにずらす位相差を設ける場合と、両者の各羽根の配置位置を同位相とする場合が考えられるが、対応するエンジン等に合わせて適宜選択する。
さらに、一方のコンプレッサインペラ19と他方のコンプレッサインペラ20両者の各寸法や形状を異にした組み合わせ方も考えられる。One compressor impeller 19 and the other compressor impeller 20 in the
In addition, the one compressor impeller 19 and the other compressor impeller 20 are integrally formed with the
Further, a combination method in which the dimensions and shapes of one compressor impeller 19 and the other compressor impeller 20 are different is also conceivable.
上述したように、前記対称型コンプレッサインペラは、一方のコンプレッサインペラ19と他方のコンプレッサインペラ20を有すため、空気を吸引する能力と空気を加速する能力を確保した上で小径化を図れ、さらに、タービンインペラを内包するタービンハウジング二基と組み合わされているため、第一タービンインペラ7及び第二タービンインペラ12も小径化を図れる。
ターボチャージャーの加速しにくさをはかる慣性能率は、インペラ直径の5乗に比例するので、コンプレッサインペラ及びタービンインペラの小径化は、コンプレッサインペラやタービンインペラの慣性力の軽減を図れ、エンジン・レスポンスを向上させる。As described above, since the symmetric compressor impeller has one compressor impeller 19 and the other compressor impeller 20, it is possible to reduce the diameter while securing the ability to suck air and accelerate air. The
Since the inertia performance ratio that makes it difficult to accelerate the turbocharger is proportional to the fifth power of the impeller diameter, reducing the diameter of the compressor and turbine impellers can reduce the inertial force of the compressor and turbine impellers and improve the engine response. Improve.
また、前記回転軸16は、コンプレッサハウジング2を挟んである間隔を持って配置されている第一ベアリングハウジング6と第二ベアリングハウジング11の二箇所によって支持され、さらに、一方のコンプレッサインペラ19と他方のコンプレッサインペラ20が背板部18を挟んで背中合わせ状に一体構成されるとともに、第一タービンインペラ7及び第二タービンインペラ12も対称型コンプレッサインペラ1を挟んだ両側に背面が向き合うように配置されているために、特に高回転時においては、回転軸16に加わる排気ガス圧や吸入した空気による圧力等による軸方向の力が打ち消され合い、軸受けへの負荷を軽減し耐久力を高めるとともに回転軸16の回転精度を高め、対称型コンプレッサインペラ1とコンプレッサハウジング2間や、第一タービンインペラ7と第一タービンハウジング10間、第二タービンインペラ12と第二タービンハウジング15間の各隙間を狭められ、各隙間から漏れる空気や排気ガスを低減することによってターボの過給効率を向上させる。 Further, the rotary shaft 16 is supported by two locations of the first bearing housing 6 and the second bearing
そして、前記対称型コンプレッサインペラ1を回転軸16に固定する方法に関しては、本実施例では、回転軸16を一方の回転軸16aと他方の回転軸16bで構成し、その一方の回転軸16aと他方の回転軸16bにおねじ又はめねじをそれぞれ設け、一方の回転軸16aと他方の回転軸16bの両者間をねじ止めすることによって対称型コンプレッサインペラ1が回転軸16に固定されるように、対称型コンプレッサインペラ1が組み付けられる回転軸部分を小径化した組み立て式を採用した。
さらに、前記一方の回転軸16aの端部と他方の回転軸16bの端部には、予め、第一タービンインペラ7と第二タービンインペラ12がそれぞれろう付け、焼きばめにより接合されている。As for the method of fixing the
Further, the
上述した方法では、回転軸16を一方の回転軸16aと他方の回転軸16bで構成したが、回転軸を一体型で製造し、その回転軸に対称型コンプレッサインペラや、第一タービンインペラ、第二タービンインペラを螺子等によって固定する方法等も考えられ、上記方法に限らず、対称型コンプレッサインペラや、第一タービンインペラ、第二タービンインペラを回転軸に固定する方法においては、種々の改変を為すこともできる。 In the above-described method, the rotary shaft 16 is composed of one rotary shaft 16a and the other rotary shaft 16b. However, the rotary shaft is manufactured as a single unit, and the rotary shaft has a symmetric compressor impeller, a first turbine impeller, A method of fixing the two-turbine impeller with a screw or the like is also conceivable, and the present invention is not limited to the above method, and various modifications are made in the method of fixing the symmetric compressor impeller, the first turbine impeller, and the second turbine impeller to the rotating shaft. You can also do it.
前記対称型コンプレッサインペラ1を内包するコンプレッサハウジング2には、前記一方のコンプレッサインペラ19の空気吸込み口21を取り囲む一方の空気室22が、コンプレッサハウジング2の一方側面に設けられ、前記他方のコンプレッサインペラ20の空気吸込み口23を取り囲む他方の空気室24がコンプレッサハウジングの他方側面に設けられ、さらに、前記一方の空気室22及び他方の空気室24に連通する空気導入口4と、前記対称型コンプレッサインペラ1によって加圧された空気の空気吐出口5がそれぞれ設けられている。
前記空気導入口4より吸入した空気は、空気導入口4と連通する一方の空気室22及び他方の空気室24に流入し、さらに、一方のコンプレッサインペラ19及び他方のコンプレッサインペラ20に流入して加速され、空気吐出口5よりエンジンの吸気側へ過給される。In the compressor housing 2 containing the
Air sucked from the
そして、ツインタービン式ターボチャージャー3におけるコンプレッサハウジング2や第一タービンハウジング10、第二タービンハウジング15等の分割には、様々な分割方法が考えられるが、要は対称型コンプレッサインペラ1を挟んだ両側に、第一タービンインペラ7と第二タービンインペラ12がそれぞれ設定された定位置で回転軸16に配置・固定され、さらに、前記コンプレッサハウジング2や第一タービンハウジング10、第二タービンハウジング15、さらに、第一ベアリングハウジング6、第二ベアリングハウジング11等によって包まれた状態に組み上げられることを目的としている。 Various methods for dividing the compressor housing 2, the first turbine housing 10, the
本実施例では、一実施例として、コンプレッサハウジング2本体をコンプレッサハウジング2a及びコンプレッサハウジング2bから構成する二分割式とし、前記コンプレッサハウジング2aには、予め一方の空気室22が形成され、コンプレッサハウジング2bには、予め他方の空気室24が形成されている。
さらに、第一タービンハウジング10や第二タービンハウジング15においては、従来型のターボチャージャーにおけるターボ側と同様な構成を採用し、第一タービンハウジング10は、第一タービンハウジング10と仕切り版10aによって構成された二分割式を採用し、第二タービンハウジング15は、第一タービンハウジング15と仕切り版15aによって構成された二分割式を採用した。In the present embodiment, as one embodiment, the compressor housing 2 has a two-split type comprising a compressor housing 2a and a compressor housing 2b, and one air chamber 22 is formed in the compressor housing 2a in advance, and the compressor housing 2b The
Further, the first turbine housing 10 and the
そして、ツインタービン式ターボチャージャー3の組み立て方の一例として、始めに、コンプレッサハウジング2aと、予め、第一タービンハウジング10を構成する仕切り版10aを組み込んだ第一ベアリングハウジング6間を嵌合やボルト等によって固定しておき、また、コンプレッサハウジング2bと、予め、第二タービンハウジング15を構成する仕切り版15bを組み込んだ第二ベアリングハウジング11間を嵌合やボルト等によって固定しておく。 As an example of how to assemble the twin turbine turbocharger 3, first, the compressor housing 2a and the first bearing housing 6 in which the partition plate 10a constituting the first turbine housing 10 is previously assembled are fitted or bolted. In addition, the compressor housing 2b and the second bearing
次に、第二タービンインペラ12が接合された他方の回転軸16bを前記第二ベアリングハウジング11に差し込み、前記他方の回転軸16bに対称型コンプレッサインペラ1をはめ込んでいく。
そして、前記コンプレッサハウジング2aとコンプレッサハウジング2b6間を嵌合やボルト等によって固定し、さらに、第一タービンインペラ7が接合された一方の回転軸16aを前記第二ベアリングハウジング6に差し込んでねじ込むことにより、他方の回転軸16bのおねじと一方の回転軸16aのめねじ間が一体化され固定される。
その後、第一タービンハウジング10を、仕切り版10aを組み込んだ第一ベアリングハウジング6に嵌合やボルト等によって固定し、さらに、第二タービンハウジング15を、仕切り版10bを組み込んだ第一ベアリングハウジング6に嵌合やボルト等によって固定する。
なお、おねじとめねじによる固定方法に限らず、嵌合による固定方法等も考えられ、さらに、コンプレッサハウジング2の分割に関しても、本実施例で採用した分割方法に限らず、種々の改変を為すこともできる。Next, the other rotating shaft 16b to which the
Then, the compressor housing 2a and the compressor housing 2b6 are fixed by fitting, bolts or the like, and further, one rotating shaft 16a to which the
Thereafter, the first turbine housing 10 is fixed to the first bearing housing 6 incorporating the partition plate 10a by fitting, bolts, or the like, and the
The fixing method is not limited to the fixing method using the male screw and the female screw, and a fixing method by fitting is also conceivable. Further, the dividing of the compressor housing 2 is not limited to the dividing method employed in this embodiment, and various modifications are made. You can also.
そして、図1では、前記ツインタービン式ターボチャージャー3と直列4気筒型エンジンを組み合わせた場合で、エンジンから排出された排気ガスを第一排気管25と第二排気管26の二本の排気管に集合し、その第一排気管25が、前記ツインタービン式ターボチャージャー3における第一タービンハウジング10に連通して固定され、第二排気管26が第二タービンハウジング15に連通して固定されている。 In FIG. 1, when the twin turbine turbocharger 3 and the in-line four-cylinder engine are combined, the exhaust gas discharged from the engine is divided into two exhaust pipes, a
また、図1の実施例では、直列配列型エンジンとツインタービン式ターボチャージャー3一基と組み合わせたが、直列配列型エンジンを始め、V字配列型エンジンや水平対向配列型エンジンに対して、前記ツインタービン式ターボチャージャーや後述する各ターボチャージャーを複数基組み合わせた実施例も考えられる。 Further, in the embodiment of FIG. 1, a series arrangement engine and one twin turbine turbocharger 3 are combined, but for the V arrangement engine and the horizontally opposed arrangement engine including the series arrangement engine, Embodiments in which a plurality of twin-turbine turbochargers or a plurality of turbochargers described later are combined are also conceivable.
排気系に関しては、本出願人と同一人による、出願〔申請〕番号 特願2011−201135において提案した、ツインタービン式ターボチャージャー〔図2〕における排気系と同様な構成を採用したが、再度、説明する。 Regarding the exhaust system, the same configuration as the exhaust system in the twin turbine turbocharger [FIG. 2] proposed in the application [application] number Japanese Patent Application No. 2011-201135 by the same applicant as the present applicant was adopted. explain.
前記第一排気管25と第二排気管26は、両排気管内を流れる排気ガスが合流時において同じ方向にスムースに合流するように、両排気管が並列状に配管され、その並列状に配管された部分A−A´に、第一排気管25と第二排気管26間を連通する第一連通孔27と、前記第一連通孔27を開状態又は閉状態に切り換える第一切換え弁28を設けた。 The
前記第一連通孔27と、第一連通孔27を開状態又は閉状態に切り換える第一切換え弁28は、発進時や低速回転時のときには、図1のように、前記第一切換え弁28が第一連通孔27を開状態となる位置で停止続けることによって、第二排気管26と第二タービンハウジング15間の連通を遮断し、第一排気管25と第二気管26間を連通させる排気経路を構築する。
また、エンジン回転が高まり、予め、設定した切換え時期に至った時には、前記第一切換え弁28が第一連通孔27を閉状態となる位置で停止続け、第一排気管25と第二気管26間の連通を遮断し、第一排気管25が、引き続いて第一タービンハウジング10と連通する排気経路が継続され、第二排気管26が、第二タービンハウジング15と連通する排気経路を構築する。The first switching valve 27 and the first switching valve 28 for switching the first communication hole 27 to an open state or a closed state are as shown in FIG. 28 continues to stop at the position where the first through hole 27 is in an open state, thereby blocking communication between the
Further, when the engine speed increases and a preset switching time is reached, the first switching valve 28 continues to stop at a position where the first through hole 27 is closed, and the
さらに、第一タービンハウジング10における排気ガス吐出口9には、第三排気管29が固定され、前記第三排気管29は、第三排気管29内を流れる排気ガスが第二排気管26内を流れる排気ガスと同方向に流れるように途中部分で第二排気管26と並列状に配管され、その並列状に配管された部分B−B´に、第二排気管26と第三排気管29間を連通する第二連通孔30と、前記第二連通孔30を開状態又は閉状態に切り換える第二切換え弁31を設けた。
また、前記第二連通孔30と第二切換え弁31の配置位置は、上述した第一連通孔27と第一切換え弁28の配置位置より排気ガスの下流側に設定されている。Further, a third exhaust pipe 29 is fixed to the exhaust gas discharge port 9 in the first turbine housing 10, and the exhaust gas flowing through the third exhaust pipe 29 is passed through the
Further, the arrangement position of the second communication hole 30 and the second switching valve 31 is set on the downstream side of the exhaust gas from the arrangement position of the above-described first communication hole 27 and the first switching valve 28.
前記第二連通孔30と、第二連通孔30を開状態又は閉状態に切り換える第二切換え弁31は、発進時や低速回転時のときには、図1のように、第二切換え弁31が第二連通孔30を開状態となる位置で停止し続けることによって、第二排気管26と第三排気管29間が連通する排気経路を構築する。
第二排気管26と第三排気管29間を連通させることによって、第一タービンハウジング10が内包する第一タービンインペラ7を回転させた後の排気ガスが大気中に放出されず、第二タービンハウジング15が内包する第二タービンインペラ12に供給される。
また、エンジン回転が高まり、予め、設定した切換え時期に至った時には、第二切換え弁31が第二連通孔30を閉状態となる位置で停止し続け、第二排気管26と第三排気管29間の連通を遮断し、第一排気管25が第一タービンハウジング10に連通し続け、第一タービンハウジング10が内包する第一タービンインペラ7を回転させた後の排気ガスは大気中に放出され、また、第二排気管26が第二タービンハウジング15に連通する排気経路が構築され、第二タービンインペラ12を回転させた後の排気ガスは第四排気管32から大気中に放出される。The second switching hole 31 and the second switching valve 31 for switching the second communication hole 30 to an open state or a closed state are set to the second switching valve 31 when starting or at low speed rotation as shown in FIG. By continuing to stop the second communication hole 30 at a position where the second communication hole 30 is in an open state, an exhaust path is established in which the
By communicating between the
Also, when the engine speed increases and the preset switching time is reached, the second switching valve 31 continues to stop at the position where the second communication hole 30 is closed, and the
次に、上述したツインタービン式ターボチャージャー3の作動について説明する。
説明では、前記ツインタービン式ターボチャージャーを装着したエンジンが搭載された自動車を例に説明する。
上記構成によって、発進時や低速回転時のときには、すべての気筒から排出された排気ガスが、第一タービンハウジング10が内包する第一タービンインペラ7へ供給される排気通路が構築されるため、小径化され慣性力が低減した第一タービンインペラ7は、すべての気筒から排出された排気ガスの供給を受け、勢い良く回転上昇する。Next, the operation of the above-described twin turbine turbocharger 3 will be described.
In the description, an automobile equipped with an engine equipped with the twin turbine turbocharger will be described as an example.
With the above-described configuration, an exhaust passage is constructed in which exhaust gas discharged from all cylinders is supplied to the
さらに、前記第二切換え弁31も開かれ、第二連通孔30が閉状態となることによって、第三排気管29と第二タービンハウジング15間が連通する排気通路が構築されるため、第一タービンインペラ7を回転させた後の、まだ、エネルギーを有す排気ガスが、第二タービンハウジング15が内包する第二タービンインペラ12に供給され、第一タービンインペラ7及び第二タービンインペラ12は回転上昇しやすい状態となって勢い良く回転上昇し、さらに、同一回転軸上に配置・固定され小径化された対称型コンプレッサインペラ1も勢い良く回転上昇し、発進時から低中速回転域にかけて、過給効果を高め、エンジン・レスポンスを向上させトルクを高めることができる。 Furthermore, since the second switching valve 31 is also opened and the second communication hole 30 is closed, an exhaust passage for communication between the third exhaust pipe 29 and the
さらに、エンジン回転が高まり、予め、設定した切換え時期に至った時には、第一切換え弁28によって、第一排気管25と第二排気管26間を連通する第一連通孔27が閉状態となって第一排気管25と第二排気管26間の連通が遮断され、第一排気管25は、引き続いて第一タービンハウジング10に排気ガスを供給する排気ガス経路が構築されるとともに、第二切換え弁31によって、第二排気管26と第三排気管29間を連通する第二連通孔30が閉状態となって第二排気管26と第三排気管29間の連通が遮断されるため、第二排気管26は、第二タービンハウジング15と連通する排気ガス経路が構築され、第二タービンハウジング15に排気ガスの供給を開始する。
そして、第一タービンインペラ7を回転させた後の排気ガスは、第三排気管29から大気中に放出され、第二タービンインペラ12を回転させた後の排気ガスは、第四排気管32から大気中に放出される。Further, when the engine speed increases and a preset switching time is reached, the first switching valve 28 causes the first series through hole 27 communicating between the
The exhaust gas after rotating the
よって、高速回転域においても、エンジンから排出された排気ガスを二分割し、その分割された排気ガスが第一タービンインペラ7及び第二タービンインペラ12それぞれに供給されるため、第一タービンインペラ7及び第二タービンインペラ12それぞれを通過する排気ガスは詰まらず流れるため、第一タービンインペラ7や第二タービンインペラ12は勢い良く回転上昇し、さらに、同一回転軸上に配置・固定された対称型コンプレッサインペラ1も勢い良く回転上昇し、高速回転域に至っても過給効果を高めることができる。 Therefore, even in the high-speed rotation region, the exhaust gas discharged from the engine is divided into two parts, and the divided exhaust gas is supplied to the
よって、本出願人と同一人による、出願〔申請〕番号 特願2011−201135において提案した、ツインタービン式ターボチャージャー〔図2〕におけるコンプレッサインペラ33及び前記コンプレッサインペラ33を内包するコンプレッサハウジング34で構成するコンプレッサ側を、本発明における対称型コンプレッサインペラ1及び前記対称型コンプレッサインペラ1を内包するコンプレッサハウジング2で構成するコンプレッサ側に置き換え組み合わせたツインタービン式ターボチャージャー3は、全回転域にわたって過給効果を高め、低中速回転域から高速回転域までエンジン・レスポンスとトルク及び出力を高めることができる。 Therefore, it is composed of the
上述したツインタービン式ターボチャージャー3は、本出願人と同一人による、出願〔申請〕番号 特願2011−201135において提案した、図2に示すツインタービン式ターボチャージャーのコンプレッサインペラ33及びそのコンプレッサインペラ33を内包するコンプレッサハウジング34で構成するコンプレッサ側を、本発明による対称型コンプレッサインペラ1及びその対称型コンプレッサインペラ1を内包するコンプレッサハウジング2で構成するコンプレッサ側に置き換え組み合わせて構成されているので、前記出願〔申請〕番号 特願2011−201135におけるツインタービン式ターボチャージャーと各排気系を組み合わせた場合と同様な効果を得ることができる。 The above-described twin turbine turbocharger 3 is a
さらに、図3や図4を始めとする、出願〔申請〕番号 特願2011−201135において提案したツインタービン式ターボチャージャーにおいても、そのツインタービン式ターボチャージャーにおけるコンプレッサインペラ及びそのコンプレッサインペラを内包するコンプレッサハウジングで構成するコンプレッサ側を、本発明による小径化された対称型コンプレッサインペラ及びその対称型コンプレッサインペラを内包するコンプレッサハウジングで構成するコンプレッサ側に置き換えて組み合わせることにより、全回転域にわたって過給効果を高め、低中速回転域から高速回転域までエンジン・レスポンスとトルク及び出力を高めることができる。 Further, in the twin turbine turbocharger proposed in the application [application] number Japanese Patent Application No. 2011-201135 including FIG. 3 and FIG. 4, the compressor impeller in the twin turbine turbocharger and the compressor including the compressor impeller are included. By replacing the compressor side composed of the housing with the compressor side composed of the symmetric compressor impeller having a reduced diameter according to the present invention and the compressor housing containing the symmetric compressor impeller, the supercharging effect can be achieved over the entire rotation range. The engine response, torque, and output can be increased from low to medium speed to high speed.
例えば、図3のツインタービン式ターボチャージャーでは、図1における第一切換え弁や第一連通孔、また、第二切換え弁や第二連通孔、第三排気管等を設けず、エンジン回転中、第一排気管35が第一タービンハウジング36に連通した状態を継続し、第一排気管35によって導かれた排気ガスを第一タービンハウジング36が内包する第一タービンインペラ39のみに供給し続け、また、第二排気管37が第二タービンハウジング38に連通した状態を継続し、第二排気管37によって導かれた排気ガスを第二タービンハウジング38が内包する第二タービンインペラ40のみに供給し続ける。 For example, the twin turbine turbocharger of FIG. 3 is not provided with the first switching valve, the first series hole, the second switching valve, the second communication hole, the third exhaust pipe, etc. in FIG. The
よって、第一タービンインペラ39及び第二タービンインペラ40が勢いよく回転することによって、同一回転軸上に配置・固定された対称型コンプレッサインペラ41も勢いよく回転上昇し、吸引した空気を加速させ、過給圧を高めた空気をエンジンに供給することができる。
また、従来型のタービンインペラを内包するタービンハウジング一基とコンプレッサインペラを内包するコンプレッサハウジング一基が組み合わされたターボチャージャーと比べ、小径化された第一タービンインペラ39及び第二タービンインペラ40、さらに対称型コンプレッサインペラ41は、慣性力が軽減されているために、過給効果を高め、低中速回転域から高速回転域までエンジン・レスポンスとトルク及び出力を高めることができる。Therefore, when the
The
さらに、図4のツインタービン式ターボチャージャーでは、ツインタービン式ターボチャージャーと三気筒型エンジンを組み合わせた場合の実施例で、図1における実施例と同様に、第一切換え弁42や第一連通孔43、第二切換え弁44や第二連通孔45、そして、第三排気管46等を設けた。
本実施例の排気系は、一気筒当り二本の独立した排気管47a〜47fを設け、各気筒におけるいずれか一方の排気管47a、47c、47eを集合させた第一排気管48を第一タービンハウジング49と連通させて固定し、また、各気筒におけるいずれか他方の排気管47b、47d、47fを集合させた第二排気管50を第二タービンハウジング51と連通させて固定した。Further, the twin turbine turbocharger shown in FIG. 4 is an embodiment in which a twin turbine turbocharger and a three-cylinder engine are combined. Like the embodiment shown in FIG. A
The exhaust system of the present embodiment is provided with two independent exhaust pipes 47a to 47f per cylinder, and a
この実施例では、4気筒や6気筒型の偶数気筒型エンジン、また、図4の実施例のように3気筒や、5気筒型の奇数気筒型エンジンにおいても、全ての気筒から排出された排気ガスを全ての回転域で二等分割することができる。
そして、発進時や低速回転時のときには、第一切換え弁42によって第一連通孔43を開状態に保ち続け、第二排気管50と第二タービンハウジング51間の連通を遮断する。
よって、全ての気筒から排出された排気ガスは、第一タービンハウジング49が内包する第一タービンインペラ52に供給され、さらに、第一タービンインペラ52を回転させた後の排気ガスを、第二タービンハウジング51が内包する第二タービンインペラ53に供給することによって、コンプレッサハウジング54が内包する慣性力の軽減した対称型コンプレッサインペラ55を勢い良く回転上昇させ、過給効果を高めることができる。In this embodiment, even in a 4-cylinder or 6-cylinder type even-cylinder engine, and in a 3-cylinder or 5-cylinder type odd-cylinder engine as in the embodiment of FIG. The gas can be divided into two equal parts in all rotation regions.
At the time of starting or at low speed rotation, the
Therefore, the exhaust gas discharged from all the cylinders is supplied to the
また、エンジン回転が高まり、予め、設定した切換え時期に至った時には、全ての各気筒から排出され二等分割された排気ガスは、それぞれ第一排気管48と第二排気管50に導かれ、第一排気管48が、第一タービンハウジング49が内包する第一タービンインペラ52に排気ガスを供給し続け、第二排気管50が、第二タービンハウジング51が内包する第二タービンインペラ53に排気ガスを供給し続ける。 Further, when the engine speed increases and a preset switching time is reached, the exhaust gas discharged from all the cylinders and divided into two equal parts is led to the
よって、第一タービンインペラ52と第二タービンインペラ53に供給される排気ガス間隔は、図1におけるツインタービン式ターボチャージャー3の場合と比べ、半分に短縮され、第一タービンインペラ52と第二タービンインペラ53に対して、常に狭い等間隔で排気ガスを連続的に供給することができ、同軸上に配置・固定した対称型コンプレッサインペラ55をスムーズに回転上昇させることができる。 Therefore, the interval between the exhaust gases supplied to the
さらに、排気弁が開くと同時に一気に噴出すブローダウン時の排気ガス圧が、二本の排気管によって二分割されるため、第一タービンインペラ52及び第二タービンインペラ53へ加わる排気ガス圧も二分割されて低減し、タービンインペラ本体の強度を下げることも可能であり、各タービンインペラの軽量化をさらに図ることも可能となる。 Furthermore, since the exhaust gas pressure at the time of blowdown that is blown out at the same time as the exhaust valve is opened is divided into two by the two exhaust pipes, the exhaust gas pressure applied to the
そして、前記対称型コンプレッサインペラ55及びその対称型コンプレッサインペラ55を内包するコンプレッサハウジング54は、本発明における小径化された対称型コンプレッサインペラ及びその対称型コンプレッサインペラを内包するコンプレッサハウジングに置き換え組み合わされているので、慣性力の軽減した対称型コンプレッサインペラは、勢い良く回転上昇し、過給効果を高め、低中速回転域から高速回転域までエンジン・レスポンスとトルク及び出力を高めることができる。 The symmetric compressor impeller 55 and the
また、図5の実施例のように、図1におけるコンプレッサ側と同様に、小径化された対称型コンプレッサインペラ57及びその対称型コンプレッサインペラ57を内包するコンプレッサハウジング58で構成するコンプレッサ側と、回転軸を支持するベアリングハウジングを介して、従来型のタービンインペラ59及びそのタービンインペラ59を内包するタービンハウジング60で構成するターボ側を組み合わせ、前記回転軸一方端部に対称型コンプレッサインペラ57をねじ止めし、前記回転軸他方端部にタービンインペラ59を接合したシングルタービン式ターボチャージャーの実施例も考えられる。 Further, like the compressor side in FIG. 1, as in the embodiment of FIG. 5, the compressor side constituted by the
上記シングルタービン式ターボチャージャーでは、前述したツインタービン式ターボチャージャーに比べ、タービンインペラを内包するタービンハウジング一基と組み合わされているため、ターボチャージャー本体の構造が簡単で、また、コンパクトであり、製造コストも安価に仕上げることができる。 Compared to the twin turbine turbocharger described above, the single turbine turbocharger is combined with a turbine housing that contains a turbine impeller, so the structure of the turbocharger body is simple and compact, and it is manufactured. Cost can be finished at low cost.
さらに、上述したツインタービン式ターボチャージャー3では、図1のように、対称型コンプレッサインペラを内包するコンプレッサハウジングを中央に、そのコンプレッサハウジング両側に第一タービンハウジングと第二タービンハウジングをそれぞれ配置し、両タービンハウジングが内包する各タービンインペラが、エンジンから排出された排気ガスで回転することによって、対称型コンプレッサインペラを回転させ大気中の空気を吸引して加速し過給圧を高めたが、図6のように、ターボ側においても上述したコンプレッサ側と同様な構造を採用した対称型タービン式ターボチャージャーも考えられる。 Further, in the above-described twin turbine turbocharger 3, as shown in FIG. 1, the compressor housing containing the symmetric compressor impeller is arranged in the center, and the first turbine housing and the second turbine housing are arranged on both sides of the compressor housing, The turbine impellers contained in both turbine housings rotate with exhaust gas exhausted from the engine, thereby rotating the symmetric compressor impeller and sucking air in the air to accelerate and boost the boost pressure. As shown in FIG. 6, a symmetric turbine turbocharger that adopts the same structure as the compressor side described above on the turbo side is also conceivable.
図6はその実施例で、対称型タービン式ターボチャージャー62における対称型タービンインペラ63は、回転軸64に支持されるハブ65と前記ハブ65中央部から放射状で円形状に形作られた背板部66の両側面間に、一方のタービンインペラ67と他方のタービンインペラ68が前記背板部66を挟んで背中合わせ状態に配置され、前記ハブ65、背板部66、一方のタービンインペラ67、他方のタービンインペラ68の各部が一体構成されている。
前記背板部66は、タービンハウジング69内を極力二分割する役目も有すために、ハブ65中央部から放射状で円形状に形作られている。
また、対称型タービンインペラ63における基本的な構成は、上述した対称型コンプレッサインペラと同様であるが、タービンインペラとコンプレッサインペラは、それぞれ役割が異なり、よって、それぞれの羽根の形状や寸法等は、その役割に適応した形状や寸法等に設定されていることは勿論である。FIG. 6 shows an embodiment thereof. A
The
The basic configuration of the
そして、前記対称型タービンインペラ63を内包するタービンハウジング69は、対称型タービンインペラ63における円形状の背板部66の外周70と、前記外周70に相対すタービンハウジング69内周面間によって、一方のタービンインペラ67を内包する一方のタービンハウジング71と、他方のタービンインペラ68を内包する他方のタービンハウジング72に極力二分割されるように、背板部66の外周70と、その外周70に相対すタービンハウジング69内周面間が僅かな隙間を保つ形状に形作られている。 The
上述した僅かな隙間は、背板部66の外周70と、その外周70に相対すタービンハウジング69内周面によって作られるが、対称型タービンインペラ63全体の小径化・軽量化を図るため、円形状の背板部66の外周70を可能な限り小径化した場合には、その外周70に相対すタービンハウジング69内に、タービンハウジング69内を一方のタービンハウジング71と他方のタービンハウジング72に二分割する間仕切り部を必要とし、また、円形状の背板部66の外周70によって、タービンハウジング69内を一方のタービンハウジング71と他方のタービンハウジング72に二分割する場合には、対称型タービンインペラ63全体の小径化・軽量化をある程度犠牲にする必要があり、よって、各条件を鑑みて決定するとよい。他の実施例においても同様である。 The slight gap described above is created by the
さらに、二分割された前記一方のタービンハウジング71には、排気ガス導入口73が設けられるとともに、前記一方のタービンインペラ67の排気ガス吐出口74を取り囲む排気ガス室75が側面に設けられ、また、前記他方のタービンハウジング72には、排気ガス導入口76が設けられるとともに、前記他方のタービンインペラ68の排気ガス吐出口77を取り囲む排気ガス室78が側面に設けられている。
そして、前記排気ガス室75には後述する第三排気管90が連通して固定され、前記排気ガス室78には第四排気管61が連通して固定されている。Further, the one turbine housing 71 divided into two is provided with an exhaust gas introduction port 73, and an
A
上述した対称型タービンインペラ63と前記対称型タービンインペラ63を内包するタービンハウジング69で構成するターボ側を中央に配置し、タービンハウジング69の一方側部に、第一ベアリングハウジング79を介して、第一コンプレッサインペラ80を内包し、空気導入口及び空気吐出口を設けて構成される第一コンプレッサハウジング81が配置されて結合し、また、タービンハウジング69の他方側部に、第二ベアリングハウジング82を介して、第二コンプレッサインペラ83を内包し、空気導入口及び空気吐出口を設けて構成される第二コンプレッサハウジング84が配置されて結合し、前記各部が一体化して対称型タービン式ターボチャージャー62を構成している。 A turbo side constituted by the above-described
前記対称型タービンインペラ63と、対称型タービンインペラ63を挟んで両側部に位置する第一コンプレッサインペラ80及び第二コンプレッサインペラ83は、組み立て後に回転軸64上のそれぞれの定位置に配置され、前記回転軸64が、前記第一ベアリングハウジング79と第二ベアリングハウジング82における軸受・シール機構よって支持されている。 The
そして、図1における対称型コンプレッサインペラ1とコンプレッサハウジング2で構成するコンプレッサ側は、大気中の空気を吸引し加速させることが目的であり、よって、タービンインペラやタービンハウジングで構成するターボ側と比べ、本体温度は低く、また、その対称型コンプレッサインペラ1に接合する回転軸16においても低い温度を保つが、図6における、エンジンから排出された排気ガスで回転する対称型タービンインペラ63や、その対称型タービンインペラ63を包むタービンハウジング69、さらに高温の排気ガス中に露出する回転軸64においては、耐熱性に優れた素材で対応する必要がある。 The compressor side constituted by the
そこで、回転軸64が、直接、排気ガス中に晒されないように、排気ガス室75内における一方のタービンハウジング71の中心部と、排気ガス室76内における他方のタービンハウジング72の中心部に、回転軸64を通す中空状の孔を有す円錐形状に形作った遮熱筒85aと遮熱筒85bをそれぞれ設けて対処した。前記遮熱筒85a及び遮熱筒85bは、排気ガスを排気管側に誘導する役目も有す。
円錐形状に形作った各遮熱筒85a及び遮熱筒85bを、耐熱性に優れた金属板で形作り、各排気ガス室75及び排気ガス室76側に固定する実施例も考えられる。
また、前記遮熱筒85a及び遮熱筒85bと回転軸64間は直接接していない。Therefore, in order to prevent the
An embodiment in which each
Further, the
さらに、耐熱性に優れた金属で回転軸を製造し、金属製やセラミック製等のタービンロータと接合する方法も考えられる。
図7のように、対称型タービンインペラ63と、排気ガス中に露出する回転軸64の部分64a及び部分64bを、排気ガス熱に対応可能なセラミック素材で一体製造し、回転軸64における排気ガス中に露出しない部分64c及び部分64dを金属で製造し、両者間を接合して一体構成した対称型タービンインペラと回転軸も考えられる。Furthermore, a method of manufacturing a rotating shaft with a metal having excellent heat resistance and joining with a turbine rotor made of metal or ceramic is also conceivable.
As shown in FIG. 7, the
対称型タービン式ターボチャージャー62におけるタービンハウジング69や第一コンプレッサハウジング81、第二コンプレッサハウジング84等の分割位置は、色々な分割方法が考えられるが、図1の実施例で説明した、ツインタービン式ターボチャージャー3におけるコンプレッサハウジング2や第一タービンハウジング10、第二タービンハウジング15等と同様な分割方法の採用や、従来型のターボチャージャーと同様な方法を採用し組み立てるとよい。 The
そして、前記ツインタービン式ターボチャージャー62は、エンジンから排出された排気ガスを二等分割する第一排気管86及び第二排気管87と固定され、前記第一排気管86が、一方のタービンハウジング71における排気ガス室75と連通して固定し、また、前記第二排気管87が、他方のタービンハウジング72における排気ガス室78と連通して固定されている。
さらに、前記第一排気管86と第二排気管87は、両排気管内を流れる排気ガスを同方向に流すように並列状に配管された部分を有し、そのA−A´部分に、第一排気管86と第二排気管87を連通する第一連通孔88と、前記第一連通孔88を開状態又は閉状態に切り換える第一切換え弁89が設けられている。
また、前記第一排気管86と第二排気管87は、図面上、両排気管を平面状に並列配管したが、実施に際しては、この限りではなく、図面上における上下方向を中心に回転させた配管も考えられる。The
Further, the
In addition, the
前記第一連通孔88と、前記第一連通孔88を開状態又は閉状態に切り換える第一切換え弁89は、発進時や低速回転時のときには、前記第一切換え弁89が第一連通孔88を開状態となる位置で停止続け、第二排気管87と他方のタービンハウジング72間の連通を遮断し、第一排気管86と第二排気管87を連通状態に保ち続ける。
また、エンジン回転が高まり、予め、設定した切換え時期に至った時には、前記第一切換え弁89が第一連通孔88を閉状態となる位置で停止続け、第一排気管86と第二排気管87間の連通を遮断し、第一排気管86が、一方のタービンハウジング71間と連通状態を保ち続け、第二排気管87が、他方のタービンハウジング72間と連通する。The first switching valve 89 and the first switching valve 89 for switching the first communication hole 88 to an open state or a closed state are configured so that the first switching valve 89 is in the first series at the time of starting or during low-speed rotation. The through-hole 88 continues to stop at a position where it is open, the communication between the
Further, when the engine speed increases and a preset switching time is reached, the first switching valve 89 continues to stop at a position where the first through hole 88 is closed, and the
さらに、一方のタービンハウジング71における排気ガス室75には、第三排気管90が固定されている。
前記第三排気管90は、第三排気管90内を流れる排気ガスが第二排気管87内を流れる排気ガスと同方向に流れるように途中部分で第二排気管87と並列状に配管され、その並列状に配管されたB−B´部分に、第二排気管87と第三排気管90間を連通する第二連通孔91と、前記第二連通孔91を開状態又は閉状態に切り換える第二切換え弁92が設けられている。
前記第二連通孔91と第二切換え弁92の位置は、前記第一連通孔88と第一切換え弁89の位置より下流側に設定されている。Further, a
The
The positions of the
図6では、第二排気管87と第三排気管90が並列状に配管されているが、その並列状に配管されたB−B´部分に、第二連通孔91と第二切換え弁92を設けたために、説明上、第二排気管87と第三排気管90を左右に並列状に図示した。
従って、この限りではなく、実施に際しては、図8のように、他方のタービンインペラ68の排気ガス吐出口77を取り囲む排気ガス室78や、第二コンプレッサハウジング84を避け、第三排気管90が直線状に近い形状となるように、前記排気ガス室78や第二コンプレッサハウジング84をかわすことができる側面部に、第三排気管90を第二排気管87と並列状に配管することにより、第三排気管90に導かれた排気ガスを第二排気管87が導く排気ガスにスムースに流し込むことができる。
他の実施例においても同様である。In FIG. 6, the
Therefore, the present invention is not limited to this, and in the implementation, as shown in FIG. 8, the
The same applies to other embodiments.
前記第二連通孔91と、第二連通孔91を開状態又は閉状態に切り換える第二切換え弁92は、発進時や低速回転時のときには、第二切換え弁92が第二連通孔91を開状態となる位置で停止し続け、第二排気管87と第三排気管90間を連通させる。
第二排気管87と第三排気管90間が連通することによって、一方のタービンハウジング71が内包する一方のタービンインペラ67を回転させた後の排気ガスを、他方のタービンハウジング72が内包する他方のタービンインペラ68に供給する。The
When the
また、エンジン回転が高まり、予め、設定した切換え時期に至った時には、第二切換え弁92が第二連通孔91を閉状態となる位置で停止し続け、第二排気管87と第三排気管90間の連通を遮断する。
第二排気管87と第三排気管90間の連通を遮断することによって、第一排気管86が、一方のタービンハウジング71に連通して一方のタービンインペラ67を回転させ、第二排気管87が、他方のタービンハウジング72に連通して他方のタービンインペラ68を回転させる。Further, when the engine speed increases and the preset switching timing is reached, the
By blocking communication between the
上記構成により、発進時や低速回転時のときには、第二排気管87が導く排気ガスは第一排気管86が導く排気ガスに流れ込み、エンジンから排出された全ての排気ガスが、第一排気管86側から一方のタービンハウジング71が内包する一方のタービンインペラ67に供給される。 With the above configuration, when starting or rotating at a low speed, the exhaust gas guided by the
さらに、一方のタービンハウジング71に流れ込んで一方のタービンインペラ67を回転させた後の、まだ、排気ガスエネルギーを有す排気ガスは、第三排気管90から第二排気管87が導く排気ガスに流れ込み、他方のタービンハウジング72が内包する他方のタービンインペラ68を回転させる。 Further, after flowing into one turbine housing 71 and rotating one
よって、一方のタービンインペラ67を回転させ、次に、他方のタービンハウジング77に流れ込んで他方のタービンインペラ68を回転させることで、対称型タービンインペラ63は勢いよく回転し、同時に、第一コンプレッサハウジング82が吸込んだ空気を第一コンプレッサインペラ81によって加速してエンジン側へ過給するとともに、第二コンプレッサハウジング85が吸込んだ空気を第二コンプレッサインペラ84によって加速してエンジン側へ過給する。 Therefore, by rotating one
また、エンジン回転が高まり、予め、設定した切換え時期に至った時には、前記第一切換え弁89が第一連通孔88を閉状態となる位置で停止し続け、第一排気管86は、引き続き、一方のタービンハウジング71に排気ガスを供給し続けて一方のタービンインペラ67を回転させ、また、第二切換え弁92も第二連通孔91を閉状態となる位置で停止し続けるため、第二排気管87は、他方のタービンハウジング72と連通し排気ガスを供給して他方のタービンインペラ68を回転させる。 Further, when the engine speed increases and a preset switching time is reached, the first switching valve 89 continues to stop at a position where the first through hole 88 is closed, and the
よって、前記第一排気管86に導かれた排気ガスは、一方のタービンハウジング71が内包する一方のタービンインペラ67に供給され続け、また、前記第二排気管87に導かれた排気ガスは、他方のタービンハウジング72が内包する他方のタービンインペラ68に供給され続け、対称型タービンインペラ63は勢いよく回転する。
さらに、第一コンプレッサハウジング81が内包する第一コンプレッサインペラ80と、第二コンプレッサハウジング84が内包する第二コンプレッサインペラ83も勢いよく回転し、第一コンプレッサハウジング81及び第二コンプレッサハウジング84は、各空気導入口から吸込んだ空気を加速し各空気吐出口からエンジン側へ過給する。Therefore, the exhaust gas guided to the
Furthermore, the
そして、上述した第一切換え弁89及び第二切換え弁92は、エンジン回転が高まり、予め、設定した切換え時期に至った時、前記第一切換え弁89が第一連通孔88を閉状態となる位置で停止し続け、第二排気管87と他方のタービンハウジング72間を連通させ、第二切換え弁92が第二連通孔91を閉状態となる位置で停止し続け、一方のタービンハウジング71から排出された排気ガスを大気側へ放出させたが、第一連通孔88と第二連通孔91を同時期に閉状態としたとき、切換え時の回転数にもよるが、エンジン回転が円滑に回転上昇しない場合も考えられる。 In the first switching valve 89 and the
そこで、エンジン回転が円滑に回転上昇しない場合に対応するためには、一方のタービンインペラ67や他方のタービンインペラ68、第一コンプレッサインペラ80や第二コンプレッサインペラ83等を始め、各部の形状や寸法、また、第一切換え弁89や第二切換え弁92の弁開閉時期等の最適化、さらに、第二切換え弁92の弁閉時期を第一切換え弁89の弁閉時期に対して遅らせる等、設計や実験等を踏まえた上で適宜・決定し対応する必要がある。 Therefore, in order to cope with the case where the engine rotation does not rise smoothly, the shape and dimensions of each part including one
例えば、第一連通孔88と第二連通孔91を同時に閉状態としたとき、切換え時の回転数にもよるが、エンジン側への過給量の落ち込みが生じることも考えられる。
その一対応策として、第二切換え弁92の弁閉時期を第一切換え弁89の弁閉時期に対して遅らせ、他方のタービンハウジング72が内包する他方のタービンインペラ68に排気ガスを供給し続けることによって、対称型タービンインペラ63を円滑に回転上昇させる方法が考えられる。
さらに、他方のタービンハウジング72が内包する他方のタービンインペラ68に供給する排気ガス量と大気側へ放出する排気ガス量の割合を第二切換え弁92の弁開度によって調整する方法等も考えられ、これらも実際に設計や実験等を踏まえた上で適宜・決定する。For example, when the first communication hole 88 and the
As one countermeasure, the valve closing timing of the
Further, a method of adjusting the ratio of the amount of exhaust gas supplied to the
そして、第一切換え弁89と第二切換え弁92の駆動には、エンジンの回転数に対応して吸気管内の負圧力やソレノイド、モーターやステッピング・モータの駆動力によって連動させて駆動する方法等が考えられ、また、上述したように、第二切換え弁92弁開度を調整する機構も備えておくとよい。 The first switching valve 89 and the
また、上記以外のターボチャージャーも考えられ、図9のように、回転軸101を支持するベアリングハウジング95を中央に配置し、そのベアリングハウジング95の一方に、対称型タービンインペラ98を内包するタービンハウジング99で構成したターボ側を配置し、前記ベアリングハウジング95の他方に、対称型コンプレッサインペラ96を内包するコンプレッサハウジング97で構成したコンプレッサ側を配置し、一体化した構成のターボチャージャー100も考えられる。
このターボチャージャー100では、上述した図1における対称型コンプレッサインペラ1及び、その対称型コンプレッサインペラ1を内包するコンプレッサハウジング2で構成するコンプレッサ側と、上述した図6における対称型タービンインペラ63及び、その対称型タービンインペラ63を内包するタービンハウジング69で構成するターボ側を組み合わせて構成されている。A turbocharger other than the above is also conceivable. As shown in FIG. 9, a bearing
In the
タービンインペラ98が回転軸101一方端部に接合され、また、回転軸101他方端部に対称型コンプレッサインペラ96がねじ止めされ、前記回転軸101が、ベアリングハウジング95における軸受・シール機構よって支持され、さらに、前記軸受・シール機構には、外部より油を循環させて各部の潤滑や冷却を図っている。 A
前記対称型タービンインペラ98と回転軸101間は接合され一体化されるが、その回転軸101の部分101aにおいては、排気ガスの耐熱方法として、図6の実施例における各遮熱筒85a及び遮熱筒85bのように、回転軸の部分101aを覆うように、中空状で円錐形状に形作り対処した。 The
図9のターボチャージャー100では、対称型コンプレッサインペラ96と対称型タービンインペラ98を回転軸101の両端にそれぞれ配置して固定したため、コンプレッサハウジング97における外側面102及びタービンハウジング99における外側面103は、それぞれ塞がれている。 In the
そして、図9では、回転軸101を支持するベアリングハウジング95を中央に配置したが、図9の対称型コンプレッサインペラ96の外側面102における点線部分にベアリングハウジングを増設し、対称型コンプレッサインペラ96側の回転軸を伸ばして、増設したベアリングハウジングで支持する方法も考えられ、二ヶ所で回転軸を支持することにより、回転軸の回転精度を高め、安定した回転精度を維持することができる。
前記対称型コンプレッサインペラ96における外側面102は、対称型タービンインペラ98を内包するタービンハウジング99における外側面103と比べて温度が低く、軸受・シール機構の潤滑や冷却がしやすく、安定的に回転軸を支持することができる。In FIG. 9, the bearing
The
前記対称型コンプレッサインペラ96と、その対称型コンプレッサインペラ96を内包するコンプレッサハウジング97で構成したコンプレッサ側は、上述した図1の対称型コンプレッサインペラ1と、その対称型コンプレッサインペラ1を内包するコンプレッサハウジング2とほぼ同様な構造を採用し、また、前記対称型タービンインペラ98と、その対称型タービンインペラ98を内包するタービンハウジング99で構成したターボ側は、上述した図6の対称型タービンインペラ63と、その対称型タービンインペラ63を内包するタービンハウジング69とほぼ同様な構造を採用しているため、コンプレッサ側及びターボ側に関する各部の説明は省略する。さらに、排気系においても、図6における排気管と同様な構成を採用しているため、各部の説明は省略する。 The compressor side constituted by the
次に、作動について図9を参照して説明する。
上記のように構成されたターボチャージャー100は、発進時や低速回転時のときには、第一切換え弁104が第二排気管105と他方のタービンハウジング106間の連通を遮断し、第一連通孔107を開状態に保つ位置で停止続けることによって、第一排気管108と第二気管105間を連通状態に保つ。
さらに、第二切換え弁109が、第二連通孔110を開状態となる位置で停止し続け、第二排気管105と第三排気管111間を連通させ、第三排気管111と大気側の連通を遮断する。Next, the operation will be described with reference to FIG.
In the
Further, the
よって、第一排気管108が導く排気ガスに第二排気管105が導く排気ガスが流れ込む排気経路が構築されるとともに、一方のタービンハウジング112から排出された排気ガスが、第三排気管111を経由して他方のタービンハウジング106に流れ込む排気経路が構築される。 Therefore, an exhaust path is constructed in which the exhaust gas guided by the
そして、エンジンから排出された全ての排気ガスが、第一排気管108側から一方のタービンハウジング112が内包する一方のタービンインペラ113に供給され、また、第二排気管105と第三排気管111間が連通しているため、一方のタービンハウジング112が内包する一方のタービンインペラ113を回転させた後の排気ガスが、他方のタービンハウジング106が内包する他方のタービンインペラ114に供給される。 Then, all the exhaust gas discharged from the engine is supplied from the
一方のタービンインペラ113を回転させ、次に、他方のタービンハウジング106に流れ込んで他方のタービンインペラ114を回転させることで対称型タービンインペラ98は勢いよく回転し、さらに、一方のコンプレッサインペラ115と他方のコンプレッサインペラ116によって構成された対称型コンプレッサインペラ96は、空気吸込み口117から吸込んだ空気を一方のコンプレッサインペラ115が加速して空気吐出口118よりエンジン側へ過給するとともに、空気吸込み口119から吸込んだ空気を他方のコンプレッサインペラ116が加速して空気吐出口118よりエンジン側へ過給する。 By rotating one turbine impeller 113 and then flowing into the
さらに、エンジン回転が高まり、予め、設定した切換え時期に至った時には、第一切換え弁104が、第一連通孔107を閉状態に保つ位置で停止続けることによって、第一排気管108と第二排気管105間の連通は遮断され、第一排気管108は、一方のタービンハウジング112と連通する排気ガス経路が構築され、第二排気管105は、他方のタービンハウジング106と連通する排気ガス経路が構築される。
また、第二切換え弁109が、第二連通孔110を閉状態となる位置で停止し続け、第二排気管105と第三排気管111間の連通が遮断されるため、第三排気管111は、大気中と連通する排気ガス経路が構築され、第二排気管105は、他方のタービンハウジング106と連通する排気ガス経路が構築され、他方のタービンインペラ114を回転させた後、第四排気管94から大気中に放出される。Further, when the engine speed increases and a preset switching time is reached, the
Further, the
よって、第一排気管108に導かれた排気ガスは、一方のタービンハウジング112が内包する一方のタービンインペラ113に供給され続け、また、第二排気管105に導かれた排気ガスは、他方のタービンハウジング106が内包する他方のタービンインペラ114に供給され、高速回転域に至っても一方のタービンインペラ113や他方のタービンインペラ114を通過する排気ガスが詰まらず流れるため、一方のタービンインペラ113や他方のタービンインペラ114、さらに、回転軸上に配置・固定された対称型コンプレッサインペラ96も勢い良く回転上昇し、高速回転域に至っても過給効果を高められる。 Therefore, the exhaust gas guided to the
図9のターボチャージャー100は、上述した構成を採用したため、ターボチャージャー本体のコンパクト化と軽量化を図れるとともに、対称型コンプレッサインペラ96及び対称型タービンインペラ98の小径化により、過給効果を高め、低中速回転域から高速回転域までエンジン・レスポンスとトルク及び出力を高めることができる。 Since the
上述した各ターボチャージャーのターボ側において、第一連通孔と第一切換え弁、第二連通孔と第二切換え弁等を設けた場合においては、前記第一切換え弁及び第二切換え弁を開閉することによって排気ガス経路をコントロールし、各回転域における過給効果を高めたが、コンプレッサ側に対しては、特別設けていない。 On the turbo side of each turbocharger described above, when the first series of holes and the first switching valve, the second communication hole and the second switching valve, etc. are provided, the first switching valve and the second switching valve are opened and closed. By doing so, the exhaust gas path was controlled and the supercharging effect in each rotation range was enhanced, but there was no special provision on the compressor side.
しかし、発進時や低速回転時において、さらに高いトルクを得るために、対称型コンプレッサインペラ及びその対称型コンプレッサインペラを内包するコンプレッサハウジングで構成するコンプレッサ側においても、ターボ側に設けた第一排気管、第二排気管、第三排気管、さらに、第一連通孔と第一切換え弁、第二連通孔と第二切換え弁等に該当する、第一吸気管、第二吸気管、第三吸気管、さらに、第三連通孔と第三切換え弁、第四連通孔と第四切換え弁等を設け、一方のコンプレッサインペラが加圧した空気を他方のコンプレッサインペラへ供給しさらに加圧する吸気経路を構築することによって、発進時や低速回転時に高い過給圧を得られるターボチャージャー120も考えられる。 However, the first exhaust pipe provided on the turbo side also on the compressor side, which is composed of a symmetric compressor impeller and a compressor housing containing the symmetric compressor impeller, in order to obtain even higher torque at the time of starting or at low speed rotation , The second exhaust pipe, the third exhaust pipe, and the first intake pipe, the second intake pipe, the third corresponding to the first series of holes and the first switching valve, the second communication hole and the second switching valve, etc. An intake pipe that is further provided with an intake pipe, a third communication hole and a third switching valve, a fourth communication hole and a fourth switching valve, etc., for supplying air pressurized by one compressor impeller to the other compressor impeller and further pressurizing it By constructing the turbocharger, a
図10は、その実施例で、コンプレッサ側においては、回転軸123に支持されるハブ124と前記ハブ中央部から円形状に形作られた背板部125の両側面間に、一方のコンプレッサインペラ126と他方のコンプレッサインペラ127が前記背板部125を挟んで背中合わせ状態に配置され、前記ハブ124、背板部125、一方のコンプレッサインペラ126、他方のコンプレッサインペラ127の各部が一体化され構成された対称型コンプレッサインペラ121と、その対称型コンプレッサインペラ121を内包するコンプレッサハウジング122によって構成されている。 FIG. 10 shows an embodiment thereof. On the compressor side, one
さらに、前記背板部125は、対称型コンプレッサインペラ121を包むコンプレッサハウジング122内部を、一方のコンプレッサインペラ126を内包する一方のコンプレッサハウジング128と他方のコンプレッサインペラ127を内包する他方のコンプレッサハウジング129に極力二分割するために、ハブ中央部から放射状で円形状に形作り、また、前記背板部125の外周に相対すコンプレッサハウジング122側には、前記背板部125の外周と僅かな隙間を持って位置する間仕切り板130を設けた。 Further, the
また、前記コンプレッサハウジング122側に設けた間仕切り板130においては、コンプレッサハウジング122本体と一体成形で製造する方法や、予め、間仕切り板130を単体で製造し、コンプレッサハウジング122組み立て時に、間仕切り板130を挟み込んで螺子や嵌合等によって一体化する方法が考えられ、予め、間仕切り板130を単体で製造した場合には、間仕切り板130の厚さを薄く設定することが出来る。
前記間仕切り板130の製造方法は、図面1を始め図面3〜5におけるコンプレッサハウジングや、図面6におけるタービンハウジング、また、図面9、10におけるコンプレッサハウジング及びタービンハウジングにおいても同様な製造方法を採用するとよい。Further, in the
As the manufacturing method of the
そして、前記一方のコンプレッサハウジング128には、一方のコンプレッサインペラ126の空気吸込み口131を取り囲む一方の空気室132が形成され、前記一方の空気室132に第一空気導入管133が連通して固定され、また、一方のコンプレッサインペラ126によって加圧した空気の空気吐出し口134に第一吸気管135が連通して固定されている。 The one
さらに、前記他方のコンプレッサハウジング129には、他方のコンプレッサインペラ127の空気吸込み口136を取り囲む他方の空気室137が形成され、前記他方の空気室137に第二空気導入管138が連通して固定され、また、他方のコンプレッサインペラ127によって加圧した空気の空気吐出し口139に第二吸気管140が連通して固定され、前記第一吸気管135と第二吸気管140は、合流して第四吸気管141となってエンジン側に連通している。 Further, the
前記第一吸気管135には、前記他方の空気室137に連通する第三吸気管142が連結し、前記第一吸気管135と第三吸気管142が連通する第三連通孔143に、前記第一吸気管135と第三吸気管142の連通を開閉する第三切換え弁144が設けられ、さらに、第三吸気管142が他方の空気室137と連通する第四連通孔145に、前記第一吸気管131と第三吸気管137の連通を開閉する第四切換え弁146が設けられている。
また、前記第三連通孔143と第三切換え弁144は、第一吸気管135と第二吸気管140が合流する手前側に設けられている。A third intake pipe 142 communicating with the other air chamber 137 is connected to the
The
前記第三切換え弁144は、発進時や低速回転時のときには、第三連通孔143を開状態となる位置で停止続け、第一吸気管135と第四吸気管141の連通を遮断し、さらに、前記第四切換え弁146が第四連通孔145を開状態となる位置で停止続けることによって、一方のコンプレッサインペラ126が加圧した空気を第三吸気管142経由で他方のコンプレッサインペラ127へ供給する吸気経路が構築される。 The third switching valve 144 continues to stop at a position where the
よって、発進時や低速回転時におけるターボ側においては、図6や図9の実施例におけるターボ側と同様に、すべての気筒から排出された排気ガスが、図10における第一タービンインペラ147へ供給される排気通路が構築されるため、小径化され慣性力が低減した第一タービンインペラ147は勢い良く回転上昇し、さらに、前記第二切換え弁148も開かれ、第二連通孔149が閉状態となることによって、第三排気管150と第二タービンハウジング151間が連通する排気通路が構築され、第一タービンインペラ147を回転させた後の、まだ、エネルギーを有す排気ガスが、第二タービンハウジング151が内包する第二タービンインペラ152に供給され、第一タービンインペラ147及び第二タービンインペラ152を有す対称型タービンインペラ153は勢い良く回転上昇する。 Therefore, on the turbo side at the time of start or low speed rotation, exhaust gas exhausted from all the cylinders is supplied to the
そして、コンプレッサ側においては、一方のコンプレッサインペラ126によって加速された空気が、第三吸気管142を経て、空気吸込み口136から他方のコンプレッサインペラ127に供給されさらに加速され、その過給圧を高めた空気が、第二吸気管140から第四吸気管141を経てエンジン側に供給される。
よって、発進時や低速回転時において、さらに過給効果を高められ、高いトルクを得ることができる。On the compressor side, the air accelerated by one
Therefore, the supercharging effect can be further enhanced when starting or rotating at a low speed, and a high torque can be obtained.
また、エンジン回転が高まり、予め、設定した切換え時期に至ったときには、前記第三切換え弁144は、第三連通孔143を閉状態となる位置で停止続け、第一吸気管135と第四吸気管141を連通させ、一方のコンプレッサインペラ126が加速された空気を第四吸気管141に流す吸気経路が構築され、その加速された空気が第四吸気管141を経てエンジン側に供給され、前記第四切換え弁146が第四連通孔145を閉状態となる位置で停止続け、他方のコンプレッサインペラ127によって加速された空気を第二吸気管140から第四吸気管141に流す吸気経路が構築され、その加速された空気が第四吸気管141を経てエンジン側に供給される。
よって、全回転域にわたって過給効果を高め、低中速回転域から高速回転域までエンジン・レスポンスとトルク及び出力をさらに高めることができる。Further, when the engine speed increases and the preset switching time is reached, the third switching valve 144 continues to stop at the position where the
Therefore, the supercharging effect can be enhanced over the entire rotation range, and the engine response, torque and output can be further increased from the low to medium speed rotation range to the high speed rotation range.
前記対称型コンプレッサインペラ121における一方のコンプレッサインペラ126と他方のコンプレッサインペラ127の各寸法や羽根の形状等は、背板部125を中心面として各寸法や羽根の形状等、仕様を統一化した場合と、特に、発進時や低速回転時において、過給圧を高めるため、始めに一方のコンプレッサインペラ126が加速した空気を他方のコンプレッサインペラ127がさらに加速し高める各寸法や羽根の形状等を採用した場合が考えられ、エンジンに求める出力特性に適応した仕様を各コンプレッサインペラに設定するとよい。 In the
なお、上述したターボチャージャー120におけるターボ側に関しては、図9に示すターボチャージャー100のターボ側と同様な構成を採用した。よって、ターボ側の構成等の説明は省略した。 For the turbo side in the
そして、前記対称型コンプレッサインペラ121が回転軸123一方端部にねじ止めされ、回転軸123他方端部に対称型タービンインペラ153が接合され、前記回転軸123は、ベアリングハウジング154における軸受・シール機構よって支持され、さらに、前記軸受・シール機構には、外部より油を循環させて各部の潤滑や冷却を図っている。 The
上述した、図9に示すターボチャージャー100や図10に示すターボチャージャー120においては、ベアリングハウジングが支持する回転軸の両端部に、対称型コンプレッサインペラと対称型タービンインペラをそれぞれ配置・固定した構成を採用したため、上述した効果を確保するとともに、ターボチャージャー本体のコンパクト化が図れ、ターボチャージャー本体の配置位置や、ターボチャージャーを装着したエンジン本体の配置位置等に対して設計の自由度が増す。 In the
また、上述した、対称型コンプレッサインペラ121と、その対称型コンプレッサインペラ121を内包するコンプレッサハウジング122、さらに、第一吸気管135、第二吸気管140、第三吸気管142、第三連通孔143と第三切換え弁144、第四連通孔145と第四切換え弁146等を設けて構成されたコンプレッサ側を、前述した各ターボチャージャーにおけるコンプレッサ側に採用し組み合わせたターボチャージャーも充分に考えられる。 Further, the above-described
そして、上述したツインタービン式ターボチャージャー3を始め、対称型タービン式ターボチャージャー62やターボチャージャー100、ターボチャージャー120等におけるいては、第一排気管及び第二排気管や、第一切換え弁、第一連通孔、また、第二切換え弁、第二連通孔、そして、第三排気管等を設けて構成することで、本出願の目的を達成することができるが、特に、第一排気管及び第二排気管や、第一切換え弁、第一連通孔、また、第二切換え弁、第二連通孔、そして、第三排気管等に関しては、個々のエンジンに適応した仕様が求められる。 In addition to the twin turbine turbocharger 3 described above, in the
そこで、ターボチャージャー本体においては、第一排気管及び第二排気管や、第一切換え弁、第一連通孔、また、第二切換え弁、第二連通孔、そして、第三排気管等を含んで一体化した場合と、図1における、C−C´やD−D´また、G−G´、H−H´を境目として、対称型コンプレッサインペラを内包するコンプレッサハウジング、回転軸を支持するベアリングハウジング、また、タービンインペラを内包するタービンハウジング等で構成された部分をターボチャージャー本体とし、第一排気管及び第二排気管や、第一切換え弁、第一連通孔、また、第二切換え弁、第二連通孔、そして、第三排気管等を別体で製造し、前記ターボチャージャー本体と組み合わせてエンジンに装着する場合等が考えられる。 Therefore, in the turbocharger main body, the first exhaust pipe and the second exhaust pipe, the first switching valve, the first series hole, the second switching valve, the second communication hole, the third exhaust pipe, etc. 1 and the compressor housing containing the symmetric compressor impeller and the rotating shaft at the boundary of CC ′, DD ′, GG ′, and HH ′ in FIG. The portion constituted by the bearing housing that performs the operation, the turbine housing that contains the turbine impeller, etc. is the turbocharger body, and the first exhaust pipe and the second exhaust pipe, the first switching valve, the first series of holes, A case where the two switching valve, the second communication hole, the third exhaust pipe, and the like are manufactured separately and mounted on the engine in combination with the turbocharger main body is conceivable.
また、図10に示すコンプレッサ側においても上述したターボチャージャー本体と同様に、第一吸気管、第二吸気管、第三吸気管、さらに、第三連通孔と第三切換え弁、第四連通孔と第四切換え弁等を含んで一体化した場合と、第一吸気管、第二吸気管、第三吸気管、さらに、第三連通孔と第三切換え弁、第四連通孔と第四切換え弁等を別体で製造し、コンプレッサインペラを内包するコンプレッサハウジング、回転軸を支持するベアリングハウジング、また、タービンインペラを内包するタービンハウジング等で構成されたターボチャージャー本体と組み合わせてエンジンに装着する場合が考えられる。
従って、ターボチャージャー本体と各連通孔及び各切換え弁を備えた各排気管や、各連通孔及び各切換え弁を備えた各吸気管等の境目は、適宜設定することとし、各境目は図示していない。Further, on the compressor side shown in FIG. 10 as well, the first intake pipe, the second intake pipe, the third intake pipe, the third communication hole, the third switching valve, and the fourth communication hole, similarly to the turbocharger main body described above. The first intake pipe, the second intake pipe, the third intake pipe, the third communication hole and the third switching valve, the fourth communication hole and the fourth switching When the valve is manufactured separately and mounted on the engine in combination with a turbocharger body that consists of a compressor housing that contains the compressor impeller, a bearing housing that supports the rotating shaft, and a turbine housing that contains the turbine impeller. Can be considered.
Therefore, the boundaries of the turbocharger main body, each exhaust pipe provided with each communication hole and each switching valve, and each intake pipe provided with each communication hole and each switching valve, etc. shall be set as appropriate, and each boundary is illustrated. Not.
図1から図10の各実施例における図面は概略説明図であり、よって、各部の形状を始め、各排気管の形状や取り回し方、また、ターボチャージャー本体と各排気管や各吸気管等の境目や、組み合わせ方等は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。 1 to 10 are schematic explanatory views, and therefore, including the shape of each part, the shape and handling of each exhaust pipe, the turbocharger main body, each exhaust pipe, each intake pipe, etc. Various modifications can be made to the borders, combinations, and the like without departing from the spirit of the present invention, and the present invention naturally extends to the modified ones.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012090551A JP2013199921A (en) | 2012-03-26 | 2012-03-26 | Turbocharger |
Applications Claiming Priority (1)
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ID=49520335
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108757157A (en) * | 2018-04-03 | 2018-11-06 | 大连依勒斯涡轮增压技术有限公司 | A kind of consecutive pressurization system |
-
2012
- 2012-03-26 JP JP2012090551A patent/JP2013199921A/en active Pending
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