JP3748903B2

JP3748903B2 - ターボチャージャ

Info

Publication number: JP3748903B2
Application number: JP14871494A
Authority: JP
Inventors: ジョン・ジョゼフ・トーリー; ジェイムズ・アレキサンダー・マックイーワン
Original assignee: Holset Engineering Co Ltd
Current assignee: Holset Engineering Co Ltd
Priority date: 1993-06-04
Filing date: 1994-06-06
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2021-02-22
Also published as: DE69426901T2; DE69426901D1; EP0627550B1; EP0627550A1; GB9311584D0; US5579643A; JPH0771263A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はターボチャージャ、特にバイパス通路を備え、これを通じて排出ガスの進路をタービン車（羽根車）からそらすことのできるターボチャージャに関する。
【０００２】
【従来の技術】
タービン室を形成するタービンハウジングと、このタービン室への排出ガス入口と、上記タービン室からの排出ガス出口と、上記入口と出口の間に延在し上記タービン室を迂回する通路とを有するターボチャージャが知られている。上記迂回通路には弁が設けられ、この迂回通路を選択的に開閉するように制御される。このような配置を採用することにより、ターボチャージャの出口に多くの排出ガスを送ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記ターボチャージャでは、バイパス通路は、タービンの出口に連絡した比較的大きな側部ポケット部に開放されている。したがって、排出ガスがバイパスを介してポケット部に流入するとき、これはタービン室から出口に送られるガスに対してほぼ直角に放出される。そのために出口を通るガスの流れが妨げられ、バックプレッシャが増加してタービンの効率が低下する。バイパスが弁によって閉じられているときでさえ、タービン出口に開口した比較的大きなポケット部がガスの流れを邪魔するので、装置の効率が低下する。
【０００４】
そこで、本発明は、上述した問題を解消し又は軽減することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、タービン室を形成するタービンハウジングと、上記タービン室への排出ガス入口と、上記タービン室からの排出ガス出口（３，７；２３，１８；２４，２７）と、上記入口と出口（３，７；２３，１８；２４，２７）との間に延びると共に上記タービン室を迂回する通路（４，６；８，１４；２０，３３）と、上記通路（４，６；８，１４；２０，３３）に設けたバルブ（５；１５）と、上記バルブ（５；１５）を制御して上記通路（４，６；８，１４；２０，３３）を選択的に開閉する手段を備えたターボチャージャにおいて、
（ｉ）上記通路（４，６；８，１４；２０，３３）は環状部（８；２０；３３）を有し、
上記環状部（８；２０；３３）は、該環状部の上流側端部で上記バルブ（５；１５）の近傍に形成された室（６；１６）と連通し、該通路の下流側端部で所定の方向に向けて上記出口（３，７；２３，１８；２４，２７）に開放されており、これにより、上記通路（４，６；８，１４；２０，３３）の環状部（８；２０；３３）から排出されるガスは、上記タービンの軸にほぼ平行な方向に向けられ、その方向に向かって上記出口（３，７；２３，１８；２４，２７）を介して上記タービン室から上記ガスが流れるようにしてあり、
(ii) 上記通路の環状部（８；２０；３３）は、上記出口（３，７；２３，１８；２４，２７）の第１の部分（７；２３）と同軸に配置されると共に該第１の部分（７；２３）の半径方向外側に配置されており、上記第１の部分（７；２３）の下流にある出口（３，７；２３，１８；２４，２７）の第２の部分（３；１８）で開放しており、
(iii) 上記通路（４，６；８，１４；２０，３３）の環状部（８；２０；３３）は、上記下流側端部に向かって半径方向の幅が狭くなっており、
（ iv ）上記出口の第１の部分（７；２３）は、上記通路（４，６；８，１４；２０，３３）の環状部（８；２０；３３）の下流側端部と上記出口（３，７；２３，１８；２４，２７）の第２の部分（３；１８）に向かって、半径方向外側に向かってテーパが付けられており、
上記タービン室から上記出口（３，７；２３，１８；２４，２７）へのガスの流れに生じる乱れが最小になるものである。
【０００６】
【作用】
この発明では、ガスは、上記出口を通るその他のガスの方向と平行に、バイパス通路から出口に送られるので、出口を通るガス流の乱れが最小になる。また、弁で通路が閉鎖されているときも、ガス流の乱れは最小になる。
【０００７】
上記出口（３，７；２３，１８；２４，２７）の第１の部分（７）は排出出口パイプ（３）の内側に配置された管状インサート（７）を有し、上記バイパス通路（４，６，８）の環状部（８）は上記管状インサート（７）と上記出口パイプ（３）との間に形成されており、上記管状インサート（７）は、半径方向外側に広がって上記テーパを形成する下流部分（１１）を有する形態も考え得る。
【０００８】
上記バイパス通路（１４，１６，１８）の環状部（２０）は上記タービンハウジングに固定されたカバープレート（１７）に形成されており、上記カバープレートには半径方向内側に延びる支柱（２２）が設けられ、上記支柱は上記カバープレート（１７）の半径方向内側の壁（２３）を支持し、上記壁（２３）は上記排出出口の上流部分を形成している形態も考え得る。
【０００９】
【実施例】
添付図面を参照し、実施例を通じて本発明を説明する。図１において、図示する装置はタービンハウジングを備えている。このタービンハウジングは、ケーシング１（下流側部分だけを示す）と、カバープレート２と、排出出口３とを有する。ケーシング１はタービン室を形成し、その中にはタービン車（羽根車）（図示せず）が回転自在に支持されている。排出ガスは、排出入口（図示せず）から供給され、タービン室を通り、タービン羽根の上を流れてこれを回転させる。この排出ガスは、タービン室から出口３に続く。
【００１０】
ケーシング１は、バイパス通路の上流部４を形成している。この部分は室６内に設けたポペット弁（きのこ弁）５によって遮断されている。インサート７が排出出口内に設けてあり、この出口と共に、室６に連絡する環状の室８を形成している。そのために、室６に流れ込むガスは環状の室８に分配され、インサートの下流側端部１０との間に形成された環状の隙間９を介して出口３に放出される。インサート７において外側にテーパ状になっている部分１１は、比較的小径のインサート７上流部から比較的大径のインサートの下流側端部１０へ比較的なだらかに変化している。
【００１１】
ポペット弁５を閉じると、隙間９を介して出口３には全くガスは放出されない。しかしながら、インサート７のテーパ部１１によって、隙間９を通るガス流には全く乱れが生じない。弁５を開放すると、タービン室からインサート７を通るガスは出口の軸１２と概ね平行に移動し、隙間９を介して出口３に放出されるガスもまた概ね軸１２と平行に移動する。そのため、ガス流に乱れはなく、従って運転効率が最大になる。図１に示す構造を用いて試験した結果、隙間９の断面流の面積は、バイパス通路の上流部４の断面積の１．５倍ないし２倍とするのが好ましいことが分かった。
【００１２】
図２、３に示す本発明の第２実施例について説明する。ケーシング１３はタービン車（羽根車）（図示せず）を収容しており、バイパス通路の上流部１４を形成している。ポペット弁１５は通路部分１４の下流側端部を閉鎖する。弁１５を開放すると、通路１４内のガスが、ケーシング１３と鋳造カバープレート１７との間に形成された室１６に入る。排出出口１８は、ボルト１９によってカバープレート１７に固定されている。
【００１３】
上記カバープレートは鋳造物として形成され、バイパス通路の環状部２０を形成している。この環状部は環状の溝２１に向かって半径方向の幅が小さくなっており、この環状溝２１を介して排出出口１８にガスが放出される。半径方向に伸びる支柱２２はカバープレート１７の半径方向内側壁２３を支持しており、その半径方向内側壁２３が排出出口の上流部を形成している。その表面（側壁）２３は、ガスが溝２１から放出される出口下流部に向けて外側にテーパ状となっている。
【００１４】
図２、３に示すカバープレート１７を製造するために、溝２１を形成することなく鋳造によってケーシングを形成することができる。そして、環状の溝２１は旋盤切削で形成され、切削された溝が環状の室（環状部）２０に現れてこれと連結するまで金属が除去される。
【００１５】
図２、３の構成は、メインの出口を介してタービン室及びバイパス通路から排出ガスが送られるようになっているという点で、図１のそれに類似している。溝２１から放出されるガスは、管状の出口１８の軸と概ね平行に送られ、タービンからのガス流を大きく乱すことはない。
【００１６】
図４、５には本発明の第３実施例が図示されており、管状のインサート２４がハウジングケーシング２５と鋳造カバープレート２６との間に固定されている。排出出口２７は、ボルト２８によってカバープレート２６に固定されている。インサート２４は、その内側端部に環状の肩部２９が形成され、これはケーシング２５に設けた対応する環状の肩部３０に当接している。また、インサート２４は、その外側端部に半径方向に伸びる６つのウエブ３１（それらの一つだけを図示する）が等間隔に形成されており、これはカバープレート２６に形成した半径方向の肩部２６に当接している。インサート２４とケーシング２５、カバープレート２６との間には、それらの間にインサート２４がぴったりと保持されるように、ガスケット（図示せず）を設けてもよい。
【００１７】
バイパス通路３の環状部分３３は、インサート２４とケーシング２５及びカバープレート２６との間に形成されている。図示しない弁を操作することによってバイパス通路３３を開放すると、環状部分３２とウエブ３１間とを介して排出出口２７に放出される。
【００１８】
図６から９は、図４と図５に示す発明の変形例である第４実施例の構成部品を組み立てるために使用される鋳造要素を示す。図示する単一の鋳造部品は、管状部分３４と環状部分３５を備えており、上述したそれぞれの管状インサート２４とカバープレート２６に代わるものである。管状部分３４と環状部分３５は６個のウエブ３６によって互いに連結されている。
【００１９】
鋳造後、上記鋳造部品は図８に示す点線で部分的に示されているように加工されて仕上げられる。特に、符号３７で示す切り込みを設けてウエブ３６間に環状溝が開口され、バイパス通路（図示せず）が排出出口（図示せず）に連絡される。また、管状部分３４の端部は点線３８で示すように加工され、タービンのハウジングケーシング中に配置するために環状の肩部が設けられる。
【００２０】
上述した図４から図９の実施例は、排出ガスがメインの出口を介してタービン室から及びバイパス通路から送られるという点で上述した本発明の実施例と同様に機能する。特に、管状インサート２４と管状部分３４の下流部分は半径方向外側に傾斜しており、タービンを出る排出ガスや排出出口に入る排出ガスが比較的スムーズに移送される。いずれの場合でも、それぞれのバイパス通路から放出されるガスは排出出口の軸と概ね平行に送られ、タービンからのガスの流れにおける乱れを最小にする。
【００２１】
【発明の効果】
この発明では、ガスは、上記出口を通るその他のガスの方向と平行に、バイパス通路から出口に送られるので、出口を通るガス流の乱れが最小になる。弁で通路が閉鎖されているときも、ガス流の乱れは最小になる。
【００２２】
また、出口を上流部から下流部に向けて半径方向外側にテーパ状にすることにより、出口の上流部と下流部の間の流れがスムーズになる。
【００２３】
さらに、通路の環状部分をその上流端部において弁の周囲に形成した比較的大きな室に連結し、出口に連絡する下流端部に向けて半径方向の幅を小さくすることにより、通路から出口に排出ガスが均等に分配される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施例の概略断面図である。
【図２】本発明に係る第２実施例の出口端部を示す図である。
【図３】図２の３−３線に沿った図である。
【図４】本発明に係る第３実施例の部分断面図である。
【図５】図４に示す装置の端部を示す図である。
【図６】本発明に係る第４実施例の要素が作られる鋳造部品の入口端部を示す図である。
【図７】図６の鋳造部品の入口端を示す図である。
【図８】図６の８−８線に沿った鋳造部品の断面図である。
【図９】図７の９−９線に沿った鋳造部品の断面図である。
【符号の説明】
１…ケーシング、２…カバープレート、３…排出出口、５…ポペット弁（きのこ弁）、６…室、７…インサート、８…環状室、９…環状の隙間、１１…傾斜部分、１２…軸。

Claims

タービン室を形成するタービンハウジングと、上記タービン室への排出ガス入口と、上記タービン室からの排出ガス出口（３，７；２３，１８；２４，２７）と、上記入口と出口（３，７；２３，１８；２４，２７）との間に延びると共に上記タービン室を迂回する通路（４，６；８，１４；２０，３３）と、上記通路（４，６；８，１４；２０，３３）に設けたバルブ（５；１５）と、上記バルブ（５；１５）を制御して上記通路（４，６；８，１４；２０，３３）を選択的に開閉する手段を備えたターボチャージャにおいて、
（ｉ）上記通路（４，６；８，１４；２０，３３）は環状部（８；２０；３３）を有し、
上記環状部（８；２０；３３）は、該環状部の上流側端部で上記バルブ（５；１５）の近傍に形成された室（６；１６）と連通し、該通路の下流側端部で所定の方向に向けて上記出口（３，７；２３，１８；２４，２７）に開放されており、これにより、上記通路（４，６；８，１４；２０，３３）の環状部（８；２０；３３）から排出されるガスは、上記タービンの軸にほぼ平行な方向に向けられ、その方向に向かって上記出口（３，７；２３，１８；２４，２７）を介して上記タービン室から上記ガスが流れるようにしてあり、
(ii) 上記通路の環状部（８；２０；３３）は、上記出口（３，７；２３，１８；２４，２７）の第１の部分（７；２３）と同軸に配置されると共に該第１の部分（７；２３）の半径方向外側に配置されており、上記第１の部分（７；２３）の下流にある出口（３，７；２３，１８；２４，２７）の第２の部分（３；１８）で開放しており、
(iii) 上記通路（４，６；８，１４；２０，３３）の環状部（８；２０；３３）は、上記下流側端部に向かって半径方向の幅が狭くなっており、
（ iv ）上記出口の第１の部分（７；２３）は、上記通路（４，６；８，１４；２０，３３）の環状部（８；２０；３３）の下流側端部と上記出口（３，７；２３，１８；２４，２７）の第２の部分（３；１８）に向かって、半径方向外側に向かってテーパが付けられており、
上記タービン室から上記出口（３，７；２３，１８；２４，２７）へのガスの流れに生じる乱れが最小になるターボチャージャ。
上記出口（３，７；２３，１８；２４，２７）の第１の部分（７）は排出出口パイプ（３）の内側に配置された管状インサート（７）を有し、
上記バイパス通路（４，６，８）の環状部（８）は上記管状インサート（７）と上記出口パイプ（３）との間に形成されており、
上記管状インサート（７）は、半径方向外側に広がって上記テーパを形成する下流部分（１１）を有する請求項１のターボチャージャ。
上記バイパス通路（１４，１６，１８）の環状部（２０）は上記タービンハウジングに固定されたカバープレート（１７）に形成されており、
上記カバープレートには半径方向内側に延びる支柱（２２）が設けられ、
上記支柱は上記カバープレート（１７）の半径方向内側の壁（２３）を支持し、
上記壁（２３）は上記排出出口の上流部分を形成している請求項１のターボチャージャ。