JP2020051395A - Exhaust turbocharger structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関に付帯する排気ターボ過給機の構造に関する。 The present invention relates to a structure of an exhaust turbocharger attached to an internal combustion engine.
内燃機関の気筒から排出される排気ガスの持つエネルギを利用してタービンホイール(または、インペラ)を回転させ、その回転をコンプレッサホイール(インペラ)に伝達し、吸入空気を加圧圧縮(過給)して気筒へと送り込む排気ターボ過給機が周知である。 The turbine wheel (or impeller) is rotated using the energy of the exhaust gas discharged from the cylinder of the internal combustion engine, and the rotation is transmitted to the compressor wheel (impeller) to compress and compress the intake air (supercharging). An exhaust turbocharger that feeds a cylinder to a cylinder is well known.
タービンホイールを収容するタービンハウジングは、高温の排気ガスに曝されて高温化する。このことから、これを冷却水を用いて冷却する水冷方式を採用することも少なくない(例えば、下記特許文献を参照)。 The turbine housing accommodating the turbine wheel is exposed to high-temperature exhaust gas and has a high temperature. For this reason, a water cooling method of cooling the cooling water using cooling water is often used (for example, see the following Patent Document).
図3に例示するように、既存の排気ターボ過給機のタービンハウジングでは、タービンホイールAの外周を取り巻くように設けられるスクロール流路Bを囲繞する隔壁B1の断面形状が、軸方向と直交する径方向の外側に向かうにつれて拡開するような三角形状をなしている。 As illustrated in FIG. 3, in a turbine housing of an existing exhaust turbocharger, a sectional shape of a partition wall B <b> 1 surrounding a scroll flow path B provided so as to surround an outer periphery of a turbine wheel A is orthogonal to an axial direction. It has a triangular shape that expands toward the outside in the radial direction.
その外側に、冷却水が流通するウォータジャケットCを配設するのであるが、ラジアルタービンAが吐出する排気ガスを案内する排出路Dを囲繞する隔壁D1と、スクロール流路Bを囲繞する隔壁B1とが、ウォータジャケットC側から見て鋭角に交わることとなり、両隔壁B1、D1の入隅の部位Xにおいて冷却水の流れが淀んでしまう。その帰結として、当該部位Xに臨む部材、例えばシュラウドピースEが過剰に昇温する懸念が生じる。 A water jacket C, through which cooling water flows, is provided on the outer side. A partition D1 surrounding an exhaust passage D for guiding exhaust gas discharged from the radial turbine A, and a partition B1 surrounding a scroll passage B are provided. At an acute angle when viewed from the water jacket C side, and the flow of the cooling water stagnates at a portion X at the corner between the partition walls B1 and D1. As a result, there is a concern that a member facing the site X, for example, the shroud piece E may be excessively heated.
以上の問題に着目してなされた本発明は、水冷方式の排気ターボ過給機のタービンハウジングの各所を適切に冷却できるようにすることを所期の目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention, which has been made in view of the above problems, is to enable appropriate cooling of various parts of a turbine housing of a water-cooled exhaust turbocharger.
本発明では、排気ターボ過給機のタービンホイールの外周に設けられるスクロール流路を囲繞する隔壁、並びに、同タービンホイールが軸方向に吐出する排気ガスを案内する排出路若しくは余剰の排気ガスを排出するウェイストゲート流路を囲繞する隔壁の外側に冷却水を流通させるウォータジャケットが形成されており、それら両隔壁のウォータジャケットに面する外面のなす角度が直角ないし鈍角となっている排気ターボ過給機の構造を構成した。 According to the present invention, a partition surrounding a scroll flow path provided on the outer periphery of a turbine wheel of an exhaust turbocharger, and a discharge path for guiding exhaust gas discharged in the axial direction by the turbine wheel or discharging excess exhaust gas A water jacket for circulating cooling water is formed outside the partition surrounding the waste gate flow path, and the outer surface of the partition facing the water jacket has an angle of right angle or obtuse. The structure of the machine was configured.
本発明によれば、水冷方式の排気ターボ過給機のタービンハウジングの各所を適切に冷却することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, each part of the turbine housing of a water-cooled type exhaust turbocharger can be cooled appropriately.
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に、本実施形態における排気ターボ過給機の全体構造を示している。本実施形態の排気ターボ過給機は、ハウジング(または、ケーシング)をアルミニウム合金を材料とした、水冷方式の過給機である。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the overall structure of an exhaust turbocharger according to the present embodiment. The exhaust turbocharger of the present embodiment is a water-cooled turbocharger in which a housing (or a casing) is made of an aluminum alloy.
ハウジングは、ベアリングハウジング(センターハウジング)2、タービンハウジング1及びコンプレッサハウジング3を備える。本実施形態にあって、ベアリングハウジング2とコンプレッサハウジング3とは別個の部材であるが、ベアリングハウジング2とタービンハウジング1とは一体に成形している。
The housing includes a bearing housing (center housing) 2, a turbine housing 1, and a
ベアリングハウジング2には、軸受孔22を包有する軸受部21を形成し、この軸受孔22に例えばセミフローティングベアリング7を設けて、タービンホイール(または、インペラ)4とコンプレッサホイール(インペラ)5とを繋ぐ回転軸となるシャフト6を回転自在に軸受する。タービンホイール4はタービンハウジング1内に、コンプレッサホイール5はコンプレッサハウジング3内に、それぞれ収容する。
A
コンプレッサハウジング3には、吸気口31が開口している。また、ベアリングハウジング2とコンプレッサハウジング3とを締結することにより、両者の間にディフューザ流路32を形成する。ディフューザ流路32は、吸気口31から取り入れる空気を昇圧する。ディフューザ流路32は、シャフト6の軸方向と直交する径方向の内側から外側に向かって環状をなし、その内側端がコンプレッサホイール5を介して吸気口31に連通している。
An
加えて、コンプレッサハウジング3に、コンプレッサスクロール流路33を設けている。コンプレッサスクロール流路33は、ディフューザ流路32よりも径方向の外側にあって環状をなしている。コンプレッサスクロール流路33は、ディフューザ流路32、及び内燃機関の気筒に連なる吸気通路に連通する。
In addition, a
コンプレッサホイール5が回転すると、吸気口31からコンプレッサハウジング3内に空気が吸引される。その空気は、コンプレッサホイール5の翼間を流通する過程で、遠心力の作用により増速される。増速された空気は、ディフューザ流路32及びコンプレッサスクロール流路33で昇圧されて、内燃機関の吸気通路に導かれる。
When the compressor wheel 5 rotates, air is sucked from the
タービンハウジング1には、排気口11が開口している。また、タービンハウジング1には、排気流路12及びタービンスクロール流路13を形成している。タービンスクロール流路13は、排気流路12よりも径方向の外側にあって環状をなしている。タービンスクロール流路13は、排気流路12、及び内燃機関の気筒に連なる排気通路に連通する。
An
内燃機関の気筒から排出され、タービンスクロール流路13に導かれた排気ガスは、排気流路12及びタービンホイール4を介して排気口11へと至る。その排気は、タービンホイール4の翼間を流通する過程で、タービンホイール4を回転させる。タービンホイール4の回転力は、シャフト6及びコンプレッサホイール5に伝達され、これらを回転させる。結果として、吸入空気がコンプレッサホイール5の回転力により昇圧された過給気となって、内燃機関の気筒に供給される。
The exhaust gas discharged from the cylinder of the internal combustion engine and guided to the
排気ターボ過給機には、ウェイストゲートを付設することが通例である。ウェイストゲートは、排気が流れる経路におけるタービン4の上流側と下流側とを接続するバイパスを開閉するものであり、排気ガスの一部をタービン4に流入しないよう迂回させ、内燃機関の気筒に向かう過給気の圧力が過剰に大きくならないよう抑制する役割を担っている。
It is customary to attach a waste gate to the exhaust turbocharger. The wastegate opens and closes a bypass connecting the upstream side and the downstream side of the
ウェイストゲートバルブ19は、タービン4を迂回しようとする排気ガスが流れる流路15の終端部にあって、その流路15を開閉するスイング弁である。即ち、基端側がヒンジピン193に接続し当該ヒンジピン193から離間するように伸長したアーム192の先端側に弁体191を支持させ、これらアーム192及び弁体191がヒンジピン193を中心に回動するものである。ウェイストゲート流路15は、ラジアルタービン4が吐出する排気ガスを排気口に向けて案内する排出路14に隣接している。ウェイストゲート流路15に沿って余剰の排気ガスが排出される方向は、軸方向とほぼ平行である。
The
図2に、本実施形態における排気ターボ過給機のタービンハウジング2及びその冷却のための構造を示している。既に述べた通り、本実施形態の排気ターボ過給機は、ハウジング1を冷却水により冷却する。そのために、タービンホイール4の外周にあるタービンスクロール流路13を囲繞する隔壁131、タービンホイール4が軸方向に吐出する排気ガスを案内する排出路14を囲繞する隔壁141、並びにウェイストゲートを通過する外気ガスを案内するウェイストゲート流路15を囲繞する隔壁151の外側に、冷却水を流通させるウォータジャケット16を形成している。ウォータジャケット16は、それら流路13、14、15を軸回りに取り巻いている。
FIG. 2 shows a turbine housing 2 of an exhaust turbocharger and a structure for cooling the turbine housing 2 in the present embodiment. As described above, in the exhaust turbocharger of the present embodiment, the housing 1 is cooled by the cooling water. For that purpose, the
冷却水が流入する取入口17から流入した冷却水は、仕切壁18によって軸方向の両側に分流する。その一方の流れは、主としてタービンスクロール流路13を囲繞する隔壁131を冷却する。他方の流れは、主として排出路14及びウェイストゲート流路15を囲繞する隔壁141、151を冷却する。
The cooling water that has flowed in from the
その上で、本実施形態では、タービンスクロール流路13を囲繞する隔壁131のウォータジャケット16に面する外面と、排出路14を囲繞する隔壁141のウォータジャケット16に面する外面とがなす角度を、直角ないし鈍角に設定している。加えて、両隔壁131、141の外面が交わる入隅の部位を、面取りまたは丸面取りしている。これにより、当該部位を流通する冷却水の流れの淀みを軽減している。
In addition, in this embodiment, the angle formed between the outer surface of the
さらに、タービンスクロール流路13を囲繞する隔壁131ののウォータジャケット16に面する外面と、ウェイストゲート流路15を囲繞する隔壁151のウォータジャケット16に面する外面とがなす角度を、直角ないし鈍角に設定している。加えて、両隔壁131、151の外面が交わる入隅の部位を、面取りまたは丸面取りしている。これにより、当該部位を流通する冷却水の流れの淀みを軽減している。
Further, the angle formed between the outer surface of the
本実施形態では、排気ターボ過給機のタービンホイール4の外周に設けられるスクロール流路13を囲繞する隔壁、並びに、同タービンホイール4が軸方向に吐出する排気ガスを案内する排出路14若しくは余剰の排気ガスを排出するウェイストゲート流路15を囲繞する隔壁151の外側に冷却水を流通させるウォータジャケット16が形成されており、それら両隔壁131、141、151のウォータジャケット16に面する外面のなす角度が直角ないし鈍角となっている排気ターボ過給機の構造を構成した。
In this embodiment, the partition surrounding the
本実施形態によれば、水冷方式の排気ターボ過給機のタービンハウジング2の各所を適切に冷却することができる。従って、シュラウドピース8等が過剰に昇温して耐熱限界を超えるような懸念が払拭される。 According to the present embodiment, each part of the turbine housing 2 of the water-cooled exhaust turbocharger can be appropriately cooled. Therefore, the concern that the temperature of the shroud piece 8 or the like rises excessively and exceeds the heat resistance limit is eliminated.
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的な構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 Note that the present invention is not limited to the embodiment described in detail above. The specific configuration of each part can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の排気ターボ過給機に適用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to an exhaust turbocharger of an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.
1…タービンハウジング
13…タービンスクロール流路
131…隔壁
14…排出路
141…隔壁
15…ウェイストゲート流路
151…隔壁
16…ウォータジャケット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
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