JP2881518B2 - タービン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はターボチャージャを備え
たエンジンの部分負荷時におけるタービンの性能を向上
させるタービン性能向上装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エンジンの排気エネルギーを回収
して過給気圧を増大させるターボチャージャが広く利用
されており、このようなターボチャージャを備えたエン
ジンではその出力が大で排気ガス量の多い場合はタービ
ンの駆動力も強く、したがって高い過給圧が得られる
が、エンジンの部分負荷時では排気ガス量も少ないため
十分な過給圧が得られず、このため部分負荷時における
タービン性能を向上させる試みが種々なされている。

【０００３】図３はこの種のタービン性能を向上させる
方法の最も一般的なものの説明図で、タービンハウジン
グＨの排気流路のノズル部に仕切り板Ｓを設けて、エン
ジンの部分負荷時には図示のＡ部のみに排ガスを導き、
流路を絞ってタービンを駆動するものである。

【０００４】また、図４は排気流路にガイドベーンＧを
配置したもので、これにより絞りをつけて排気エネルギ
ーの効率の向上を図っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】エンジンの部分負荷時
のタービン性能の向上方法として図３に示すものでは、
Ａ部の面積は絞られてガス流速は早まるが、タービンの
Ｂ部では面積が増大し、さらにＣ部にて膨張するので、
実質的にはＡ部の絞りによる速度増加の効果は得られる
ものの、部分負荷時におけるタービン出力の増加にはな
り難い。すなわち、部分負荷では排ガスの流量が減少す
るため、範囲の広いタービンノズル部に絞りが発生せ
ず、したがってタービンにての膨張仕事が行えないこと
が問題である。

【０００６】また、図４に示す試みでは排ガスの流路は
ガイドされるが、上記と同様に基本的な解決にはならな
いという欠点がある。

【０００７】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであり、その目的はエンジンの全負荷時において十
分効率よく駆動できるとともに、部分負荷時の弱い排気
エネルギーにても効率よく駆動することが出来る新規な
タービンを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の如き本発明の目的
を達成するために、本発明は、回転自在に保持されたタ
ービンと、該タービンの外周に沿って開口するノズル
と、該ノズルの周辺に配置され該ノズルと連通するとと
もに、該ノズルからタービンに吹き付ける排気ガスの排
気流路となるタービンスクロールと、該タービンスクロ
ールと連通し該タービンスクロールに排気ガスを供給す
る排気ガス入り口と、タービン内で膨張したガスを排出
するガス出口とを具備するタービンにおいて、排気ガス
入り口１１から排気ガス流の流れに沿って形成されるタ
ービンスクロール１の終端位置でノズルを閉塞し排気ガ
ス流の周方向の流れを阻止する閉鎖部１３と、排気ガス
入り口１１と閉鎖部１３との間のタービンスクロール１
内に揺動自在に設けられ、一方位置でタービンスクロー
ル１とノズル部１２を閉塞して排気ガスのタービン周方
向への流れを阻止する柄部３３と係合部３２を有し、他
方位置ではタービンスクロール１とノズル部１２内の排
気ガスの周方向流を許容する閉鎖バタフライ３とを有
し、該係合部３２がタービン外周と近接してノズル部１
２を部分閉鎖する係合部３２のガス流方向の長さは、エ
ンジンの部分負荷時の排気ガス流がタービン２の入口か
らガス出口に至る時間に流れる距離に対応させたことを
特徴とするタービンを提供する。

【０００９】

【実施例】つぎに本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。

【００１０】図１は本発明にかかるタービンの一実施例
を示す説明図であり、同図において、１はターボチャー
ジャのタービンスクロールで、排気ガス入口１１から圧
送される排気ガスをタービン２に導いて効率よく回転駆
動させるものである。

【００１１】そして、排気流路となるタービンスクロー
ル１の断面形状は、排気ガス入口１１の近傍では図示の
ａの形状に、排気流路の途中においては図示のｂの形状
に形成され、排気流路面積はａよりも小さくなるととも
に、その中心軸方向、すなわちタービン２の外周に近い
部分は狭められて、図示の閉鎖部１３を除きタービン２
の外周に近接する部分はノズル部１２が形成されてい
る。

【００１２】３は閉鎖バタフライであり、例えば耐熱性
を有するセラミックスが使用され、一端の軸部３１はタ
ービンスクロール１の内壁に軸止され、他端にはノズル
部１２に係合してノズル部１２を部分閉鎖する係合部３
２が設けられるとともに、軸部３１と係合部３２とを連
結する葉状部となる柄部３３は排気流路となるタービン
スクロール１を斜めに閉じる葉状に形成されている。そ
して、エンジン負荷が大で排気ガス量が多い場合は軸部
３１を軸芯としてタービンスクロール１の内壁の収納部
１４に納められ、エンジンの部分負荷時には図示の矢印
Ｐ方向に移動して、柄部３３でもってタービンスクロー
ル１を途中で閉塞して排気流路を短縮するとともに、係
合部３２はノズル部１２に係合して閉鎖部１３から係合
部３２までの絞られたノズル部１２から排気ガスをター
ビン２に吹き付けるように構成されている。なお、係合
部３２先端はタービンの外周と極めて接近しており、係
合部３２がノズル部１２を閉鎖する長さは、エンジンの
アイドリング時における排気ガス流がタービン入口から
出口までに至る時間に対応するガス流出距離に相当する
ように設定されている。

【００１３】つぎに、このように構成された本実施例の
作動を説明すると、エンジンの高負荷時には閉鎖バタフ
ライ３はタービンスクロール１の内壁の所定位置に設け
られた収納部１４に格納されるため、排気流路が塞がれ
ることなく、多量の排気ガスによりターボチャージャは
運転される。

【００１４】エンジンの部分負荷時には、閉鎖バタフラ
イ３が図１における矢印Ｐの方向に移動となり、柄部３
３は排気流路を塞いで短縮するとともに、係合部３２が
係合する部分のノズル部１２を閉鎖するので、排気は係
合部３２の手前の絞られたノズル部１２に導かれて、流
速を増してタービン２を駆動する。

【００１５】このため、絞られて増速された排気は図２
に示すタービン２のブレード間の膨張室２１にて十分に
膨張の仕事を行い、さらに開放されたガス出口１５から
流出し効率よくタービン２を駆動する。

【００１６】また、タービン２の外周近傍の一部に閉鎖
部１３を設けて、排気の上流と下流とを分断し、さら
に、閉鎖バタフライ３の係合部３２により、軽負荷時の
排気流に対応する適切な長さを閉鎖するので、該閉鎖部
分の手前のノズル部１２を介する排気ガスは十分に絞ら
れて流速を増し、タービン２における膨張の仕事も効率
よく行われることになる。

【００１７】以上、本発明を上述の実施例によって説明
したが、本発明の主旨の範囲内で種々の変形が可能であ
り、これらの変形を本発明の範囲から排除するものでは
ない。

【００１８】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、エンジン
の部分負荷時には閉鎖バタフライを作動させて排気流路
を短縮させるとともに、先端部分に設けた係合部により
タービンスクロールのノズル部を縮小させ、部分負荷時
の小流量の排気を絞ってタービンに圧送するので、ター
ビンブレード間にて十分な膨張仕事が行えて力強くター
ビンを駆動し、タービン性能が向上するという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるタービンの一実施例を示す説明
図である。

【図２】タービンスクロールとタービンとの関連を示す
一部切断した斜視図である。

【図３】従来のタービンの一例を示す断面図である。

【図４】従来のタービンの他の例を示す説明図である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転自在に保持されたタービンと、該ター
   ビンの外周に沿って開口するノズルと、該ノズルの周辺
   に配置され該ノズルと連通するとともに、該ノズルから
   タービンに吹き付ける排気ガスの排気流路となるタービ
   ンスクロールと、該タービンスクロールと連通し該ター
   ビンスクロールに排気ガスを供給する排気ガス入り口
   と、タービン内で膨張したガスを排出するガス出口とを
   具備するタービンにおいて、 排気ガス入り口１１から排気ガス流の流れに沿って形成
   されるタービンスクロール１の終端位置でノズルを閉塞
   し排気ガス流の周方向の流れを阻止する閉鎖部１３と、 排気ガス入り口１１と閉鎖部１３との間のタービンスク
   ロール１内に揺動自在に設けられ、一方位置でタービン
   スクロール１とノズル部１２を閉塞して排気ガスのター
   ビン周方向への流れを阻止する柄部３３と係合部３２を
   有し、他方位置ではタービンスクロール１とノズル部１
   ２内の排気ガスの周方向流を許容する閉鎖バタフライ３
   とを有し、該係合部３２がタービン外周と近接してノズ
   ル部１２を部分閉鎖する係合部３２のガス流方向の長さ
   は、エンジンの部分負荷時の排気ガス流がタービン２の
   入口からガス出口に至る時間に流れる距離に対応させた
   ことを特徴とするタービン。