JP2021008869A - タービンハウジングおよびターボチャージャ - Google Patents
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Abstract
Description
タービンホイールおよびウェイストゲートバルブを収容するように構成されたタービンハウジングであって、
上記タービンハウジングの外部から上記タービンホイールが収容されるホイール収容空間に排ガスを導入するためのスクロール流路を形成するスクロール流路形成部と、
上記タービンホイールを通過した上記排ガスを上記タービンハウジングの外部に排出するための排出流路を形成する排出流路形成部と、
上記スクロール流路から上記ホイール収容空間を迂回して上記排出流路に上記排ガスを送るバイパス流路を形成するバイパス流路形成部と、を備え、
上記排出流路形成部の内部には、上記ウェイストゲートバルブが収容されるバルブ収容空間が形成され、
上記排出流路形成部の流路壁面は、その周方向の少なくとも一部に、上記排出流路の出口側に向かうにつれて上記タービンハウジングの軸線に対する距離が長くなるように傾斜する傾斜面を含み、
上記傾斜面は、上記タービンハウジングを上記軸線に沿って視認した平面視において、上記バルブ収容空間と周方向において重複する範囲に存在する。
タービンホイールと、
上記タービンハウジングと、
上記バイパス流路を開閉可能に構成されたウェイストゲートバルブと、を備える。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
なお、同様の構成については同じ符号を付し説明を省略することがある。
図1は、本開示の一実施形態にかかるターボチャージャの構成を概略的に示す概略構成図である。図1に示されるように、幾つかの実施形態にかかるターボチャージャ1は、タービンホイール11と、コンプレッサホイール12と、タービンホイール11およびコンプレッサホイール12の夫々に機械的に連結される回転シャフト13と、タービンホイール11、コンプレッサホイール12および回転シャフト13を収容するように構成されたハウジング14と、を備えている。
図2は、本開示の一実施形態にかかるタービンハウジングを備えるターボチャージャの概略断面図である。図3は、本開示の一実施形態にかかるタービンハウジングの概略斜視図である。図2に示す概略断面図は、図3のA−A線矢視の断面に相当する概略断面図である。
以下、例えば図2に示されるように、タービンハウジング3の軸線LAが延在する方向を軸方向とし、軸方向のうち、軸受ハウジング17に対してタービンハウジング3が位置する側(図中右側)を一方側とし、タービンハウジング3に対して軸受ハウジング17が位置する側(図中左側)を他方側とする。
スクロール流路形成部4の内壁面41には、スクロール流路40とバイパス流路60とを連通させる開口43が形成されている。図示される実施形態では、開口43は、内壁面41の一端部42側の縁部44に形成されている。
排出流路形成部5の流路壁面51は、例えば図2、4に示されるように、その周方向の少なくとも一部に、排出流路50の出口側(図中右側)に向かうにつれてタービンハウジング3の軸線LAに対する距離が長くなるように傾斜する傾斜面55を含んでいる。以下、傾斜面55の軸線LAに対する傾斜角度をφとする。
図7は、比較例にかかるタービンハウジングを備えるターボチャージャの概略断面図である。図8は、比較例にかかるタービンハウジングの図3のB−B線矢視に相当する概略断面図である。
比較例にかかるターボチャージャ1Aは、図7に示されるように、上述したタービンホイール11と、上述した回転シャフト13と、タービンホイール11を収容可能に構成されたタービンハウジング3Aと、を少なくとも備えている。ターボチャージャ1Aは、図8に示されるように、タービンハウジング3Aに収容される上述したウェイストゲートバルブ21をさらに備えている。
図9は、本開示の一実施形態にかかるタービンハウジングにおける排ガスの圧力分布を説明するための図である。図10は、比較例にかかるタービンハウジングにおける排ガスの圧力分布を説明するための図である。図11は、本開示の一実施形態にかかるタービンハウジングにおける排ガスの圧力分布を説明するための図である。図12は、比較例にかかるタービンハウジングにおける排ガスの圧力分布を説明するための図である。図9〜12においては、排ガスの圧力が高い部分を濃く、排ガスの圧力が低い部分を薄く表示している。図9、10は、ターボチャージャの圧力比を1.5、速度比U/Coを0.56とする高圧力比条件におけるシミュレーション結果を示している。図11、12は、ターボチャージャの圧力比を1.2、速度比U/Coを0.51とする図9、10に比べて低圧力比条件におけるシミュレーション結果を示している。ここで、速度比U/Coは、タービン翼111の旋回速度Uと、理論断熱速度Coと、の比により表される。理論断熱速度Coは、タービン入口温度と圧力比からその排ガスが加速される最大流速を示している。
図示される実施形態では、バルブ側傾斜面551は、タービンハウジング3を軸線LAに沿って排出流路50の出口側から視認した平面視において、流路壁面51上の点P3と軸線LAとを繋ぐ線分と、流路壁面51上の点P4と軸線LAとを繋ぐ線分との間の領域であって、バルブ側(軸線LAに対してウェイストゲートポート62の中心Cが位置する側)の領域である上述した範囲A1に存在している。図6に示される実施形態では、点P3は、270°<θ<315°の範囲に存在し、点P4は、45°<θ<90°の範囲に存在している。
また、或る実施形態では、上述した傾斜面55の傾斜角度φは、10°<φ<30°の条件を満たす。この場合には、傾斜角度φが10°以上であるため、排出流路50における圧力回復効果が小さくなることをより効果的に抑制することができるので、排出流路50における圧力回復効果を向上させることができる。
また、或る実施形態では、上述した傾斜面55の傾斜角度φは、10°<φ<25°の条件を満たす。この場合には、排出流路50における圧力回復効果が小さくなることや、排ガスの傾斜面55からの剥離を抑制することができるので、排出流路50における圧力回復効果を向上させることができる。
タービンホイール(11)およびウェイストゲートバルブ(21)を収容するように構成されたタービンハウジング(3)であって、
上記タービンハウジング(3)の外部から上記タービンホイール(11)が収容されるホイール収容空間(30)に排ガスを導入するためのスクロール流路(40)を形成するスクロール流路形成部(4)と、
上記タービンホイール(11)を通過した上記排ガスを上記タービンハウジング(3)の外部に排出するための排出流路(50)を形成する排出流路形成部(5)と、
上記スクロール流路(40)から上記ホイール収容空間(30)を迂回して上記排出流路(50)に上記排ガスを送るバイパス流路(60)を形成するバイパス流路形成部(6)と、を備え、
上記排出流路形成部(5)の内部には、上記ウェイストゲートバルブ(21)が収容されるバルブ収容空間(54)が形成され、
上記排出流路形成部(5)の流路壁面(51)は、その周方向の少なくとも一部に、上記排出流路(50)の出口側に向かうにつれて上記タービンハウジングの軸線(LA)に対する距離が長くなるように傾斜する傾斜面(55)を含み、
上記傾斜面(55)は、上記タービンハウジングを上記軸線(LA)に沿って視認した平面視において、上記バルブ収容空間(54)と周方向において重複する範囲(A1)に存在する。
上記排出流路形成部(5)には、上記バルブ収容空間(54)と上記バイパス流路(60)とを連通させるウェイストゲートポート(62)が形成され、
上記タービンハウジングを上記軸線(LA)に沿って視認した平面視において、上記軸線(LA)と上記ウェイストゲートポートの中心(C)とを通過する基準線(RL)と上記排出流路形成部の上記流路壁面との交点(P1、P2)の内、上記ウェイストゲートポートに近い側の交点(P1)の位置を0°位置とし、上記軸線を中心とした時計回りを正方向とし、上記0°位置に対する上記正方向における上記周方向の角度をθとした場合において、
上記傾斜面(55)は、少なくとも−45°≦θ≦45°の範囲に存在する。
上記傾斜面(55)は、上記タービンハウジングを上記軸線に沿って視認した平面視において、上記流路壁面(51)の全周に亘って存在し、
−90°<θ≦90°の範囲に存在する上記傾斜面の平均傾斜角度をφ1、
90°<θ≦270°の範囲に存在する上記傾斜面の平均傾斜角度をφ2、とした場合に、φ1>φ2の関係を満たす。
上記傾斜面(55)の傾斜角度(φ)は、−45°≦θ≦45°の範囲において最大となるように構成される。
上記流路壁面(51)は、
上記傾斜面(55)に対して交差する方向に沿って延在する第1バルブ収容面(561)と、
上記傾斜面(55)に対して交差する方向に沿って延在する第2バルブ収容面(562)であって、上記第1バルブ収容面よりも上記ホイール収容空間(30)から離れた位置に形成されるとともに、上記第1バルブ収容面との間に上記バルブ収容空間(54)を画定する第2バルブ収容面(562)と、
を含み、
上記第1バルブ収容面の内周縁部(563)と上記第2バルブ収容面の内周縁部(564)とを通る仮想線(IL)の上記軸線(LA)に対する傾斜角度をα、
上記タービンハウジングを上記軸線に沿って視認した平面視において、上記バルブ収容空間(54)が存在する周方向の範囲における上記傾斜面(55)の平均傾斜角度をφ3、とした場合に、α=φ3±5°の関係を満たす。
上記傾斜面(55)の上記軸線(LA)に対する傾斜角度をφとした場合に、0°<φ<30°の条件を満たす。
上記排出流路形成部(5)の外壁面(59)は、上記周方向の少なくとも一部が上記傾斜面(55)の傾斜方向に沿って延在している。
上記タービンハウジング(3)は、上記スクロール流路形成部(4)と上記排出流路形成部(5)とを繋ぐ接続部(7)をさらに備え、
上記接続部(7)は、上記周方向の少なくとも一部の外壁面(73)に、上記軸線(LA)の延在する方向の上流側に向かって凹む溝部(8)が形成されるように湾曲している。
タービンホイール(11)と、
上記(1)〜(8)の何れかに記載のタービンハウジング(3)と、
上記バイパス流路を開閉可能に構成されたウェイストゲートバルブ(21)と、を備える。
3,3A タービンハウジング
30 ホイール収容空間
31 排ガス導入口
32 排ガス排出口
4,4A スクロール流路形成部
40 スクロール流路
41 内壁面
42 一端部
43 開口
5 排出流路形成部
50,50A 排出流路
51,51A 流路壁面
511A 内方内壁面
512A 外方内壁面
513A 湾曲面
52 端部
53,53A 空間
54,54A バルブ収容空間
55 傾斜面
551 バルブ側傾斜面
552 非バルブ側傾斜面
56,56A バルブ収容面
561 第1バルブ収容面
562 第2バルブ収容面
563 第3バルブ収容面
564,565 内周縁部
57 隆起部
571 端面
58 アーム挿通孔
59 外壁面
6,6A バイパス流路形成部
60 バイパス流路
61 内壁面
62 ウェイストゲートポート
7,7A 接続部
71 シュラウド面
72 内壁面
73 外壁面
731 第1外壁面
732 第2外壁面
8 溝部
10 エンジン本体
11 タービンホイール
111 タービン翼
112 先端
113 後縁
12 コンプレッサホイール
13 回転シャフト
14 ハウジング
15 軸受
16 コンプレッサハウジング
17 軸受ハウジング
18 排気通路
181 上流側排気通路
182 下流側排気通路
183 分岐部
184 合流部
19 吸気通路
20 バイパス通路
21 ウェイストゲートバルブ
211 弁体
212 回動部
213 アーム
214 一端部
215 回転装置
A1,A2 範囲
C 中心
IL 仮想線
LA,LB 軸線
P1,P2 交点
P3,P4 点
RL 基準線
Claims (9)
- タービンホイールおよびウェイストゲートバルブを収容するように構成されたタービンハウジングであって、
前記タービンハウジングの外部から前記タービンホイールが収容されるホイール収容空間に排ガスを導入するためのスクロール流路を形成するスクロール流路形成部と、
前記タービンホイールを通過した前記排ガスを前記タービンハウジングの外部に排出するための排出流路を形成する排出流路形成部と、
前記スクロール流路から前記ホイール収容空間を迂回して前記排出流路に前記排ガスを送るバイパス流路を形成するバイパス流路形成部と、を備え、
前記排出流路形成部の内部には、前記ウェイストゲートバルブが収容されるバルブ収容空間が形成され、
前記排出流路形成部の流路壁面は、その周方向の少なくとも一部に、前記排出流路の出口側に向かうにつれて前記タービンハウジングの軸線に対する距離が長くなるように傾斜する傾斜面を含み、
前記傾斜面は、前記タービンハウジングを前記軸線に沿って視認した平面視において、前記バルブ収容空間と周方向において重複する範囲に存在する
タービンハウジング。 - 前記排出流路形成部には、前記バルブ収容空間と前記バイパス流路とを連通させるウェイストゲートポートが形成され、
前記タービンハウジングを前記軸線に沿って視認した平面視において、前記軸線と前記ウェイストゲートポートの中心とを通過する基準線と前記排出流路形成部の前記流路壁面との交点の内、前記ウェイストゲートポートに近い側の交点の位置を0°位置とし、前記軸線を中心とした時計回りを正方向とし、前記0°位置に対する前記正方向における前記周方向の角度をθとした場合において、
前記傾斜面は、少なくとも−45°≦θ≦45°の範囲に存在する
請求項1に記載のタービンハウジング。 - 前記傾斜面は、前記タービンハウジングを前記軸線に沿って視認した平面視において、前記流路壁面の全周に亘って存在し、
−90°<θ≦90°の範囲に存在する前記傾斜面の平均傾斜角度をφ1、
90°<θ≦270°の範囲に存在する前記傾斜面の平均傾斜角度をφ2、とした場合に、φ1>φ2の関係を満たす
請求項2に記載のタービンハウジング。 - 前記傾斜面の傾斜角度は、−45°≦θ≦45°の範囲において最大となるように構成される
請求項3に記載のタービンハウジング。 - 前記流路壁面は、
前記傾斜面に対して交差する方向に沿って延在する第1バルブ収容面と、
前記傾斜面に対して交差する方向に沿って延在する第2バルブ収容面であって、前記第1バルブ収容面よりも前記ホイール収容空間から離れた位置に形成されるとともに、前記第1バルブ収容面との間に前記バルブ収容空間を画定する第2バルブ収容面と、
を含み、
前記第1バルブ収容面の内周縁部と前記第2バルブ収容面の内周縁部とを通る仮想線の前記軸線に対する傾斜角度をα、
前記タービンハウジングを前記軸線に沿って視認した平面視において、前記バルブ収容空間が存在する周方向の範囲における前記傾斜面の平均傾斜角度をφ3、とした場合に、α=φ3±5°の関係を満たす
請求項2乃至4の何れか1項に記載のタービンハウジング。 - 前記傾斜面の前記軸線に対する傾斜角度をφとした場合に、0°<φ<30°の条件を満たす
請求項1乃至5の何れか1項に記載のタービンハウジング。 - 前記排出流路形成部の外壁面は、前記周方向の少なくとも一部が前記傾斜面の傾斜方向に沿って延在している
請求項1乃至6の何れか1項に記載のタービンハウジング。 - 前記タービンハウジングは、前記スクロール流路形成部と前記排出流路形成部とを繋ぐ接続部をさらに備え、
前記接続部は、前記周方向の少なくとも一部の外壁面に、前記軸線の延在する方向の上流側に向かって凹む溝部が形成されるように湾曲している
請求項1乃至7の何れか1項に記載のタービンハウジング。 - タービンホイールと、
請求項1乃至8の何れか1項に記載のタービンハウジングと、
前記バイパス流路を開閉可能に構成されたウェイストゲートバルブと、を備える
ターボチャージャ。
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