JP4487409B2 - Turbine - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービンに関するものであり、例えばターボチャージャに用いられる。
【0002】
【従来の技術】
例えば、特開平10−8977号公報には、図5に示すようにハウジング61と、ハウジング61に形成された流体入口62と、ハウジング61と係合するロータ63と、ハウジング61に形成され、流体入口62からハウジング61内に導入された流体をロータ63に供給し、連通路64を介して互いに連通する第1,第2流体通路65,66とを備えたタービンが可変容量ターボチャージャに適用された例として開示されている。ここでは、第1通路65としての内周スクロールと第2通路66としての外周スクロールの容量が同じか、もしくは後者の方が少ない。この結果、タービンの可変容量レンジ(可変出力レンジ)が必要十分に取れない場合も出てくる。なお、第2通路66へは開閉弁67が開くことで流体が導入される。
【0003】
可変容量レンジを大きくするには、例えば、外周スクロールの容量を内周スクロールの容量に比べて大きくすれば良い。しかし、開閉弁66の開閉方向がタービン63の径方向に沿っており、流体入口62から外周スクロールに入った流体は、図6に示すように外周スクロールを乱流状態で流れてしまう。従って、外周スクロールから連通路64を介して内周スクロールへと流体がうまく流れ込まず、タービンの出力が期待するほど、向上しないと言う問題点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、複数の流体通路を持つタービンにおいて、一方の流体通路から他方の流体通路へと効率よく流体が流れ込むようにすることを、その技術的課題とする。
【0005】
上記課題を解決するための第1の技術的手段は、ハウジングと、前記ハウジングに形成された流体入口及び流体出口と、前記ハウジングと相対回転自在に係合するロータと、前記ハウジングに形成され、前記流体入口から流体を前記ロータに供給し、連通路を介して互いに連通する第1流体通路及び第2流体通路と、前記ハウジングに配設され、前記流体入口から流入される流体を前記第1流体通路及び前記第2流体通路の少なくとも何れか1つに供給可能に切り換える開閉弁と、を備え、前記開閉弁は、弁部と、前記弁部を回動可能に支持する回動軸と、で構成され、前記回動軸の軸芯方向は、前記ロータの軸方向と交わる方向に延在することである。
【0006】
上記課題を解決するための第2の技術的手段は、前記回動軸の軸芯方向は、前記ロータの軸方向と直交する方向に延在することである。
【0007】
上記課題を解決するための第3の技術的手段は、前記第1流体通路が内周側流体通路であって、前記第2流体通路が外周側流体通路であることである。
【0008】
上記課題を解決するための第4の技術的手段は、ターボチャージャの構成部品として用いられることである。
【0013】
【実施の形態】
図1は本発明の第1の実施の形態における可変容量ターボチャージャ10の断面図である。例えば図示しないエンジンに用いられる可変容量ターボチャージャ10は大きく分けてタービン11、ベアリング部12及びコンプレッサ13から構成されている。タービン11のハウジング21,22に収容されるタービンロータ14とコンプレッサ13のハウジングに収容されるコンプレッサロータ15はシャフト16の両端に固設されている。ベアリング部12には、シャフト16を回転自在に支承するベアリング17や潤滑機構18が配設されている。可変容量ターボチャージャのその他の詳細については、前記した特開平10−8977号公報などを参照されたい。
【0014】
タービン11について図1乃至図3を参照して詳しく説明すると、2分割されたハウジング21,22にはエンジンの図示しない排気系に連通する流体入口23と流体出口24が形成されている。これら出入口を連通するように内周スクロール25(第1流体通路/内周側流体通路)と外周スクロール26(第2流体通路/外周側流体通路)がハウジング21,22内に形成され、ハウジング21,22と相対回転自在に係合するタービンロータ14に流体入口23から流体を供給している。ここで、流体としては、エンジンの排気ガスのような高温ガスが例として挙げられる。内周スクロール25と外周スクロール26とはハウジング21に設けられた隔壁27によって区画されているが、両者は隔壁27に設けられらた複数の連通路28を介して互いに連通する。開閉弁(流体切替手段/整流手段)29は、流体入口23からハウジング21,22内に導入された流体を内周スクロール25にのみ(図3に実線で示す状態)、或いは内外周スクロール25,26の両方に(図3に点線で示す状態)供給するように切り替えるもので、ハウジング21,22に回動自在に支承されている。開閉弁29の回動方向はロータ14の軸方向と同一であり、言い換えると、内外周スクロール25,26の周方向もしくは延在方向に対して垂直な方向である。従って、外周スクロールに26に流れ込む流体は、図4に示すような旋回流を与えられる。開閉弁29を機械的に回動させるレバー32もロータ14の軸方向に回動するので、その図示しないアクチュエータを可変容量ターボチャージャの軸方向に、つまりコンプレッサ13側に配置でき、アクチュエータへの熱害が防止できる。なお、開閉弁29はたとえばエンジンの負荷状況や要求出力に応じて開閉制御されることができる。
【0015】
外周スクロール26は開閉弁29の直下流部から連通路28の直前部までの間において、外周スクロール26内を流れる流体に図2に示す渦巻状の流れ(旋回流)31を生じさせるひねり部(整流手段)30を備えている。つまり、開閉弁29の作用によって、またはひねり部30の作用によって、あるいは両者が相乗的に作用して、外周スクロール26内を流れる流体が連通路28を介して内周スクロール25に流れ込みやすいように径方向内向きの流れ成分を持つことになる。
【0016】
以上の構成からなる可変容量ターボチャージャの作用について説明すると、エンジンの負荷が低い時には開閉弁29を閉状態とし、内周スクロール25のみに流体が流れるようにする。つまり、エンジンの排気ガスが流体入口23から内周スクロール25を流れ、ロータ14を回転させた後に流体出口24から外部へと排出される。一方、エンジンの負荷が高い時には開閉弁29を開状態とし、内周スクロール25と外周スクロール26の両方に流体が流れるようにする。つまり、エンジンの排気ガスの一部は上記のとおり内周スクロール25を流れる一方で、別の一部は外周スクロール26を流れる。外周スクロール26へと流れ込んだ排気ガスは、開閉弁29やひねり部30によって渦巻状の流れ(旋回流)となって連通路28から内周スクロール25へと流れ込み、やはりロータ14を回転させて流体出口24から外部へと流出していく。なお、ロータ14の回転はシャフト16を介してコンプレッサロータ15に伝達し、この回転するコンプレッサロータ15によってエンジンの図示しない吸気管中の空気がエンジンに過給される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態における可変容量ターボチャージャの断面図である。
【図2】図1におけるタービンのA方向矢視および部分断面図である。
【図3】図1におけるタービンのB−B断面図である。
【図4】図1における可変容量ターボチャージャの外周スクロール26内の流体の流れを示す図である。
【図5】従来技術における可変容量ターボチャージャの断面図である。
【図6】図5における可変容量ターボチャージャの外周スクロール66内の流体の流れを示す図である。
【符号の説明】
11・・・タービン
14・・・ロータ
21,22・・・ハウジング
23・・・流体入口
24・・・流体出口
25・・・内周スクロール(第1流体通路/内周側流体通路)
26・・・第2流体通路(第2流体通路/外周側流体通路)
28・・・連通路
30・・・ひねり部(整流手段)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a turbine, and is used, for example, in a turbocharger.
[0002]
[Prior art]
For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-8777, as shown in FIG. 5, a housing 61, a fluid inlet 62 formed in the housing 61, a rotor 63 engaged with the housing 61, and a housing 61 are formed. A turbine having first and second fluid passages 65 and 66 that supply fluid introduced into the housing 61 from the inlet 62 to the rotor 63 and communicate with each other via the communication passage 64 is applied to the variable capacity turbocharger. It is disclosed as an example. Here, the inner scroll as the first passage 65 and the outer scroll as the second passage 66 have the same capacity, or the latter has a smaller capacity. As a result, there are cases where the variable capacity range (variable output range) of the turbine cannot be obtained sufficiently. The fluid is introduced into the second passage 66 by opening the on-off valve 67.
[0003]
In order to increase the variable capacity range, for example, the capacity of the outer scroll may be made larger than the capacity of the inner scroll. However, the opening / closing direction of the on-off valve 66 is along the radial direction of the turbine 63, and the fluid that has entered the outer scroll from the fluid inlet 62 flows through the outer scroll in a turbulent state as shown in FIG. Therefore, there is a problem that the fluid does not flow well from the outer peripheral scroll to the inner peripheral scroll through the communication path 64 and the turbine output is not improved as expected.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to allow a fluid to flow efficiently from one fluid passage to the other fluid passage in a turbine having a plurality of fluid passages.
[0005]
First technical means for solving the above-housing, a fluid inlet and a fluid outlet formed in said housing, a rotor engaged freely the housing relative rotation, is formed in the housing, the fluid from the fluid inlet is supplied to the rotor, a first fluid passage and second fluid passage communicating with each other via a communication passage, it is disposed in the housing, the fluid first that flows from the fluid inlet An on-off valve that switches to supply to at least one of the fluid passage and the second fluid passage, and the on-off valve has a valve portion and a rotation shaft that rotatably supports the valve portion, The axial direction of the rotating shaft extends in a direction intersecting with the axial direction of the rotor .
[0006]
The second technical means for solving the above problem is that the axial direction of the rotating shaft extends in a direction orthogonal to the axial direction of the rotor .
[0007]
A third technical means for solving the above-described problem is that the first fluid passage is an inner peripheral fluid passage and the second fluid passage is an outer peripheral fluid passage .
[0008]
A fourth technical means for solving the above problem is to be used as a component part of a turbocharger .
[0013]
Embodiment
FIG. 1 is a sectional view of a variable capacity turbocharger 10 according to a first embodiment of the present invention. For example, a variable capacity turbocharger 10 used for an engine (not shown) is roughly composed of a turbine 11, a bearing portion 12, and a compressor 13. The turbine rotor 14 accommodated in the housings 21 and 22 of the turbine 11 and the compressor rotor 15 accommodated in the housing of the compressor 13 are fixed to both ends of the shaft 16. The bearing unit 12 is provided with a bearing 17 and a lubrication mechanism 18 that rotatably support the shaft 16. For other details of the variable capacity turbocharger, refer to the above-mentioned JP-A-10-8777.
[0014]
The turbine 11 will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3. The housings 21 and 22 divided into two are formed with a fluid inlet 23 and a fluid outlet 24 that communicate with an exhaust system (not shown) of the engine. An inner scroll 25 (first fluid passage / inner fluid passage) and an outer scroll 26 (second fluid passage / outer fluid passage) are formed in the housings 21 and 22 so as to communicate with the inlets and outlets. The fluid is supplied from the fluid inlet 23 to the turbine rotor 14 that engages with the turbine rotor 14 in a relatively rotatable manner. Here, examples of the fluid include high-temperature gas such as engine exhaust gas. The inner scroll 25 and the outer scroll 26 are partitioned by a partition wall 27 provided in the housing 21, and both communicate with each other via a plurality of communication paths 28 provided in the partition wall 27. The on-off valve (fluid switching means / rectifying means) 29 is configured so that the fluid introduced from the fluid inlet 23 into the housings 21 and 22 is supplied only to the inner scroll 25 (in the state indicated by a solid line in FIG. 26 (a state indicated by a dotted line in FIG. 3) is switched so as to be supplied to both housings 21 and 22 so as to be rotatable. The turning direction of the on-off valve 29 is the same as the axial direction of the rotor 14, in other words, a direction perpendicular to the circumferential direction or the extending direction of the inner and outer scrolls 25 and 26. Therefore, the fluid flowing into the outer peripheral scroll 26 is given a swirling flow as shown in FIG. Since the lever 32 that mechanically rotates the on-off valve 29 also rotates in the axial direction of the rotor 14, the actuator (not shown) can be disposed in the axial direction of the variable capacity turbocharger, that is, on the compressor 13 side. Harm can be prevented. The on-off valve 29 can be controlled to open / close in accordance with, for example, the engine load status and the required output.
[0015]
The outer peripheral scroll 26 is a twisted portion that generates a spiral flow (swirl flow) 31 shown in FIG. 2 in the fluid flowing in the outer peripheral scroll 26 between the portion immediately downstream of the on-off valve 29 and the immediately preceding portion of the communication passage 28. Rectifying means) 30. That is, the fluid flowing in the outer scroll 26 can easily flow into the inner scroll 25 through the communication path 28 by the action of the on-off valve 29, the action of the twisting portion 30, or both of them synergistically. It will have a radially inward flow component.
[0016]
The operation of the variable capacity turbocharger having the above configuration will be described. When the engine load is low, the on-off valve 29 is closed so that the fluid flows only through the inner scroll 25. That is, the exhaust gas of the engine flows from the fluid inlet 23 through the inner scroll 25 and is discharged from the fluid outlet 24 to the outside after rotating the rotor 14. On the other hand, when the engine load is high, the on-off valve 29 is opened so that fluid flows through both the inner scroll 25 and the outer scroll 26. That is, part of the engine exhaust gas flows through the inner scroll 25 as described above, while another part flows through the outer scroll 26. The exhaust gas flowing into the outer scroll 26 flows into the inner scroll 25 from the communication path 28 as a spiral flow (swirl flow) by the on-off valve 29 and the twisted portion 30, and also rotates the rotor 14 to produce fluid. It flows out from the outlet 24 to the outside. The rotation of the rotor 14 is transmitted to the compressor rotor 15 via the shaft 16, and air in an intake pipe (not shown) of the engine is supercharged by the rotating compressor rotor 15 to the engine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a variable capacity turbocharger according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of the turbine in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB of the turbine in FIG.
4 is a view showing a flow of fluid in an outer peripheral scroll 26 of the variable capacity turbocharger in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a variable capacity turbocharger in the prior art.
6 is a diagram showing a flow of fluid in an outer peripheral scroll 66 of the variable capacity turbocharger in FIG. 5. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Turbine 14 ... Rotor 21, 22 ... Housing 23 ... Fluid inlet 24 ... Fluid outlet 25 ... Inner circumference scroll (1st fluid path / inner circumference side fluid path)
26 ... 2nd fluid passage (2nd fluid passage / outer peripheral side fluid passage)
28 ... Communication passage 30 ... Twisted part (rectifying means)

Claims (4)

ハウジングと、
前記ハウジングに形成された流体入口及び流体出口と、
前記ハウジングと相対回転自在に係合するロータと、
前記ハウジングに形成され、前記流体入口から流体を前記ロータに供給し、連通路を介して互いに連通する第1流体通路及び第2流体通路と、
前記ハウジングに配設され、前記流体入口から流入される流体を前記第1流体通路及び前記第2流体通路の少なくとも何れか1つに供給可能に切り換える開閉弁と、を備え、
前記開閉弁は、弁部と、前記弁部を回動可能に支持する回動軸と、で構成され、
前記回動軸の軸芯方向は、前記ロータの軸方向と交わる方向に延在するタービン。
A housing;
A fluid inlet and a fluid outlet formed in said housing,
A rotor engaged to be relatively rotatable with the housing,
Is formed in the housing, the fluid from the fluid inlet is supplied to the rotor, a first fluid passage and second fluid passage communicating with each other via a communication passage,
An on-off valve disposed in the housing and configured to switch the fluid flowing in from the fluid inlet to at least one of the first fluid passage and the second fluid passage;
The on-off valve is composed of a valve portion and a rotation shaft that rotatably supports the valve portion,
A turbine extending in a direction intersecting with an axial direction of the rotor .
前記回動軸の軸芯方向は、前記ロータの軸方向と直交する方向に延在する請求項1に記載のタービン。The turbine according to claim 1, wherein an axial direction of the rotation shaft extends in a direction orthogonal to an axial direction of the rotor . 前記第1流体通路が内周側流体通路であって、前記第2流体通路が外周側流体通路であ請求項1または2に記載のタービン。It said first fluid passage is an inner circumferential side fluid passage, turbine according to claim 1 or 2, wherein the second fluid passage Ru outer peripheral side fluid passage der. ターボチャージャの構成部品として用いられる請求項1乃至3のいずれかひとつに記載のタービン。Turbine according to any one of claims 1 to 3 that is used as a component of a turbocharger.
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