JP7183303B2 - ターボチャージャ - Google Patents
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Description
回転軸を共有する第1コンプレッサ部及び第1タービン部を備える回転機械であって、
前記第1コンプレッサ部は、
前記回転機械の周方向に間隔をあけて設けられ、前記回転軸とともに回転するように構成された複数の第1コンプレッサ翼と、
前記複数の第1コンプレッサ翼が配置された第1コンプレッサ流路と、
を含み、
前記第1タービン部は、
前記周方向に間隔をあけて設けられ、前記回転軸とともに回転するように構成された複数の第1タービン動翼と、
前記複数の第1タービン動翼が配置された第1タービン流路と、
を含み、
前記複数の第1コンプレッサ翼は、前記回転機械の径方向において前記複数の第1タービン動翼の外側又は内側に配置され、
前記第1コンプレッサ流路と前記第1タービン流路は、前記複数の第1コンプレッサ翼と前記複数の第1タービン動翼とに接続する仕切壁部によって仕切られる。
前記複数の第1コンプレッサ翼は、前記径方向において前記複数の第1タービン動翼の内側に配置され、
前記仕切壁部は、前記径方向における前記第1コンプレッサ翼の外側端と前記径方向における前記第1タービン動翼の内側端とに接続する。
前記第1コンプレッサ部は、ラジアルコンプレッサである。
前記第1タービン部は、軸流タービンである。
前記第1タービン部は、半径流入式の軸流タービンである。
前記第1タービン部は、斜流タービンである。
前記複数の第1コンプレッサ翼は、前記径方向において前記複数の第1タービン動翼の外側に配置され、
前記仕切壁部は、前記径方向における前記第1コンプレッサ翼の内側端と前記径方向における前記第1タービン動翼の外側端とに接続する。
前記第1タービン部は、ラジアルタービンであり、
前記第1コンプレッサ部は、軸流コンプレッサ、斜流コンプレッサ又はラジアルコンプレッサである。
前記第1タービン部は、半径流入式の軸流タービンであり、
前記第1コンプレッサ部は、軸流コンプレッサである。
前記第1タービン部は、軸流タービンであり、
前記第1コンプレッサ部は、軸流コンプレッサである。
前記第1コンプレッサ部及び前記第1タービン部は前記回転軸の一端側に配置され、
前記回転機械は、前記回転軸の他端側に配置された第2コンプレッサ部を更に備える。
前記第1コンプレッサ部から吐出された気体を内燃機関に供給するための第1流路と、
前記第2コンプレッサ部から吐出された気体を前記内燃機関に供給するための第2流路であって、前記第1流路と合流する第2流路と、
前記第1流路及び前記第2流路の少なくとも一方に設けられ、前記第1流路又は前記第2流路の流量を調整可能な流量調整部と、
を更に備える。
前記回転軸の他端側に配置された第2タービン部を更に備え、
前記第2コンプレッサ部は、
前記回転軸の周方向に間隔をあけて設けられ、前記回転軸とともに回転するように構成された複数の第2コンプレッサ翼と、
前記複数の第2コンプレッサ翼が配置された第2コンプレッサ流路と、
を含み、
前記第2タービン部は、
前記周方向に間隔をあけて設けられ、前記回転軸とともに回転するように構成された複数の第2タービン動翼と、
前記複数の第2タービン動翼が配置された第2タービン流路と、
を含み、
前記複数の第2コンプレッサ翼は、前記回転軸の径方向において前記複数の第2タービン動翼の外側又は内側に配置され、
前記第2コンプレッサ流路と前記第2タービン流路は、前記複数の第2コンプレッサ翼と前記複数の第2タービン動翼とを接続する仕切壁部によって仕切られる。
前記第2コンプレッサ部から吐出された気体を前記第1コンプレッサ部に導くための第3流路と、
前記第1タービン部から吐出された気体を前記第2タービン部に導くための第4流路と、
を更に備える。
前記第1タービン部は、前記第1タービン動翼と、前記第1タービン動翼の上流側に設けられたタービン静翼と、からなるタービン段落を複数含む。
前記第1コンプレッサ部及び前記第1タービン部は前記回転軸の一端側に配置され、
前記回転機械は、前記回転軸の他端側に接続されたモータを更に備え、
前記第1コンプレッサ部は、前記第1コンプレッサ翼を通過した気体を冷却対象に導くための第1ガイド部を備え、
前記第1タービン部は、前記冷却対象の冷却に使用された前記気体を前記第1タービン動翼に導くための第2ガイド部を備える。
前記第1コンプレッサ翼と前記第1タービン動翼とは、同一材料で一体的に構成される。
前記第1コンプレッサ翼と前記第1タービン動翼とは、互いに異なる材料で構成される。
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」、「具える」、「具備する」、「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。
図1及び図2Aに示すように、回転機械2(2A)では、内周側の第1コンプレッサ部6はラジアルコンプレッサであり、外周側の第1タービン部8は軸流タービンである。コンプレッサ入口流路部22は、軸方向に沿って軸受5と反対側からコンプレッサ翼10に空気(気体)を流入させるように構成される。コンプレッサ出口流路部23は、径方向においてコンプレッサ翼10の外側に設けられたコンプレッサ側スクロール流路部24と、コンプレッサ翼10を通過した気体をコンプレッサ側スクロール流路部24に導くディフューザ流路部26と、を含む。タービン入口流路部28は、不図示の内燃機関の排気ガス(気体)を軸方向に沿って軸受5と反対側からタービン動翼14に流入させるように構成され、タービン入口流路部28には、タービン動翼14の上流側に周方向に間隔をあけて複数のタービン静翼32が設けられている。
図3及び図4に示すように、回転機械2(2B)では、内周側の第1コンプレッサ部6はラジアルコンプレッサであり、外周側の第1タービン部8は半径流入式の軸流タービンである。コンプレッサ入口流路部22は、軸方向に沿って軸受5と反対側からコンプレッサ翼10に空気を流入させるように構成される。コンプレッサ出口流路部23は、径方向においてコンプレッサ翼10の外側に設けられたコンプレッサ側スクロール流路部24と、コンプレッサ翼10を通過した空気をコンプレッサ側スクロール流路部24に導くディフューザ流路部26と、を含む。タービン入口流路部28は、ロータ20の外周側に設けられたタービン側スクロール流路部36と、タービン側スクロール流路部36を通過した排気ガスの流れ方向を、径方向における内側に向かう方向から軸方向に沿う方向に変更するように構成されたベンド流路部38と、を含み、軸方向に沿って軸受5側からタービン動翼14に排気ガスを流入させるように構成される。このように、コンプレッサ翼10への空気の流入方向と、タービン動翼14における排気ガスの流入方向とは反対方向である。
図5、図7及び図9に示すように、回転機械2(2C~2E)では、内周側の第1タービン部8はラジアルタービンある。この場合、外周側の第1コンプレッサ部6は、図5及び図7に示すように軸流コンプレッサであってもよいし、図9に示すようにラジアルコンプレッサであってもよいし、斜流コンプレッサであってもよい。このように、内周側の第1タービン部8がラジアルタービンである場合には、外周側の第1コンプレッサ部6の設計自由度を高めることができ、用途に合わせてコンプレッサ翼10の形状を決めることができる。
回転機械2(2F)では、内周側の第1タービン部8は半径流入式の軸流タービンあり、外周側の第1コンプレッサ部6は、軸流コンプレッサである。タービン入口流路部28は、ロータ20の外周側に設けられたタービン側スクロール流路部36と、タービン側スクロール流路部36を通過した排気ガスの流れ方向を、径方向における内側に向かう方向から軸方向に沿う方向に変更するように構成されたベンド流路部38と、を含み、軸方向に沿って軸受5側からタービン動翼14に排気ガスを流入させるように構成される。コンプレッサ入口流路部22は、軸方向に沿って軸受5と反対側からコンプレッサ翼10に空気を流入させるように構成される。すなわち、コンプレッサ翼10への空気の流入方向と、タービン動翼14における排気ガスの流入方向とは反対方向である。
図12に示すように、回転機械2(2G)では、内周側の第1タービン部8は軸流タービンあり、外周側の第1コンプレッサ部6は軸流コンプレッサである。
回転機械2(2I)では、回転軸4の一端側に上述した第1コンプレッサ部6及び第1タービン部8を含む回転機械2(2A)が配置され、回転軸4の他端側に第2コンプレッサ部44が配置されている。図示する形態では、第2コンプレッサ部44はラジアルコンプレッサである。
回転機械2(2J)では、上述した回転機械2(2I)における軸流タービンとして構成された外周側の第1タービン部8に代えて、斜流タービンとして構成された第1タービン部8を外周側に備える。この場合、斜流タービンとして構成された第1タービン部8により、回転数及び圧力比を調整することが可能となる。
回転機械2(2K)では、回転軸4の一端側に上述した第1コンプレッサ部6及び第1タービン部8を含む回転機械2(2B)が配置され、回転軸4の他端側に第2コンプレッサ部44及び第2タービン部56が配置されている。図示する形態では、内周側の第2コンプレッサ部44はラジアルコンプレッサであり、外周側の第2タービン部56は斜流タービンである。
回転機械2(2L)では、内周側の第1コンプレッサ部6はラジアルコンプレッサであり、外周側の第1タービン部8は複数段の軸流タービンである。
回転機械2(2M)では、内周側の第1コンプレッサ部6は冷却ファンとして機能する軸流コンプレッサであり、外周側の第1タービン部8は軸流タービンである。第1コンプレッサ部6及び第1タービン部8は回転軸4の一端側に配置され、回転軸4の他端側にはモータ21が接続される。
4 回転軸
5 軸受
6 第1コンプレッサ部
8 第1タービン部
10 コンプレッサ翼(第1コンプレッサ翼)
10a 外側端
10b 内側端
10c 正圧面
12 コンプレッサ流路(第1コンプレッサ流路)
14 タービン動翼(第1タービン動翼)
14a 内側端
14b 外側端
14c 正圧面
16 タービン流路(第1タービン流路)
18,19,66 仕切壁部
20 ロータ
21 モータ
22 コンプレッサ入口流路部
23 コンプレッサ出口流路部
24 コンプレッサ側スクロール流路部
25 案内筒
26 ディフューザ流路部
28 タービン入口流路部
30 タービン出口流路部
32 タービン静翼
32a 内側端
32c 正圧面
34 コンプレッサハウジング
36 タービン側スクロール流路部
37 スクロールケーシング
38 ベンド流路部
40 冷却流路
42 ディフューザ翼
44 第2コンプレッサ部
46 内燃機関
48 第1流路
50 第2流路
51 排気ガス流路
52 流量調整部
54 流量制御弁
56 第2タービン部
58 コンプレッサ翼(第2コンプレッサ翼)
60 コンプレッサ流路(第2コンプレッサ流路)
62 タービン動翼(第2タービン動翼)
64 タービン流路(第2タービン流路)
68 第3流路
70 第4流路
72 タービン段落
74 燃焼器
76 バーナ
78 被駆動機
80 第1ガイド部
82 冷却対象
84 第2ガイド部
86 外側ケーシング
88 仕切板
90 軸受ケーシング
Claims (15)
- 回転軸を共有する第1コンプレッサ部及び第1タービン部を備えるターボチャージャであって、
前記第1コンプレッサ部は、
前記ターボチャージャの周方向に間隔をあけて設けられ、前記回転軸とともに回転するように構成された複数の第1コンプレッサ翼と、
前記複数の第1コンプレッサ翼が配置された第1コンプレッサ流路と、
を含み、
前記第1タービン部は、
前記周方向に間隔をあけて設けられ、前記回転軸とともに回転するように構成された複数の第1タービン動翼と、
前記複数の第1タービン動翼が配置され、内燃機関からの排気ガスが供給される第1タービン流路と、
を含み、
前記複数の第1コンプレッサ翼は、前記ターボチャージャの径方向において前記複数の第1タービン動翼の内側に配置され、
前記第1コンプレッサ流路と前記第1タービン流路は、前記複数の第1コンプレッサ翼と前記複数の第1タービン動翼とに接続する仕切壁部によって仕切られ、
前記仕切壁部は、前記径方向における前記第1コンプレッサ翼の外側端と前記径方向における前記第1タービン動翼の内側端とに接続し、
前記第1コンプレッサ部は、ラジアルコンプレッサであり、
前記第1コンプレッサ流路は、前記第1コンプレッサ流路の入口から前記第1コンプレッサ翼に気体を導くように構成されたコンプレッサ入口流路部と、前記第1コンプレッサ翼を通過した気体を前記第1コンプレッサ流路の出口に導くコンプレッサ出口流路部とを含み、
前記コンプレッサ出口流路部は、前記径方向において前記第1コンプレッサ翼の外側に設けられたコンプレッサ側スクロール流路部と、前記第1コンプレッサ翼を通過した気体を前記コンプレッサ側スクロール流路部に導くディフューザ流路部と、を含み、
前記ターボチャージャは、
前記第1コンプレッサ部から吐出された気体を前記内燃機関に供給するための第1流路であって、前記コンプレッサ側スクロール流路部に導かれた圧縮された気体を前記内燃機関へ供給するための第1流路をさらに備える、ターボチャージャ。 - 前記第1タービン部は、軸流タービンである、請求項1に記載のターボチャージャ。
- 前記第1タービン部は、半径流入式の軸流タービンである、請求項1に記載のターボチャージャ。
- 前記第1タービン部は、斜流タービンである、請求項1に記載のターボチャージャ。
- 回転軸を共有する第1コンプレッサ部及び第1タービン部を備えるターボチャージャであって、
前記第1コンプレッサ部は、
前記ターボチャージャの周方向に間隔をあけて設けられ、前記回転軸とともに回転するように構成された複数の第1コンプレッサ翼と、
前記複数の第1コンプレッサ翼が配置された第1コンプレッサ流路と、
を含み、
前記第1タービン部は、
前記周方向に間隔をあけて設けられ、前記回転軸とともに回転するように構成された複数の第1タービン動翼と、
前記複数の第1タービン動翼が配置され、内燃機関からの排気ガスが供給される第1タービン流路と、
を含み、
前記複数の第1コンプレッサ翼は、前記ターボチャージャの径方向において前記複数の第1タービン動翼の外側に配置され、
前記第1コンプレッサ流路と前記第1タービン流路は、前記複数の第1コンプレッサ翼と前記複数の第1タービン動翼とに接続する仕切壁部によって仕切られ、
前記仕切壁部は、前記径方向における前記第1コンプレッサ翼の内側端と前記径方向における前記第1タービン動翼の外側端とに接続し、
前記第1コンプレッサ流路は、前記第1コンプレッサ流路の入口から前記第1コンプレッサ翼に気体を導くように構成されたコンプレッサ入口流路部と、前記第1コンプレッサ翼を通過した気体を前記第1コンプレッサ流路の出口に導くコンプレッサ出口流路部とを含み、
前記第1タービン流路は、前記第1タービン流路の入口から前記第1タービン動翼に気体を導くタービン入口流路部と、前記第1タービン動翼を通過した気体を前記第1タービン流路の出口に導くタービン出口流路部とを含み、
前記タービン入口流路部又は前記タービン出口流路部のうち少なくとも一方は、前記回転軸の軸線方向に沿って延在する筒状の案内筒で構成され、
前記コンプレッサ入口流路部又は前記コンプレッサ出口流路部のうち少なくとも一方は、前記案内筒の外周側に配置され前記ターボチャージャの前記径方向に沿って延在する筒状体で構成された、ターボチャージャ。 - 前記第1タービン部は、ラジアルタービンであり、
前記第1コンプレッサ部は、軸流コンプレッサ、斜流コンプレッサ又はラジアルコンプレッサである、請求項5に記載のターボチャージャ。 - 前記第1タービン部は、半径流入式の軸流タービンであり、
前記第1コンプレッサ部は、軸流コンプレッサである、請求項5に記載のターボチャージャ。 - 前記第1タービン部は、軸流タービンであり、
前記第1コンプレッサ部は、軸流コンプレッサである、請求項5に記載のターボチャージャ。 - 前記第1コンプレッサ部及び前記第1タービン部は前記回転軸の一端側に配置され、
前記ターボチャージャは、前記回転軸の他端側に配置された第2コンプレッサ部を更に備える、請求項1乃至8の何れか1項に記載のターボチャージャ。 - 前記第1コンプレッサ部から吐出された気体を前記内燃機関に供給するための第1流路と、
前記第2コンプレッサ部から吐出された気体を前記内燃機関に供給するための第2流路であって、前記第1流路と合流する第2流路と、
前記第1流路及び前記第2流路の少なくとも一方に設けられ、前記第1流路又は前記第2流路の流量を調整可能な流量調整部と、
を更に備える、請求項9に記載のターボチャージャ。 - 前記回転軸の他端側に配置された第2タービン部を更に備え、
前記第2コンプレッサ部は、
前記周方向に間隔をあけて設けられ、前記回転軸とともに回転するように構成された複数の第2コンプレッサ翼と、
前記複数の第2コンプレッサ翼が配置された第2コンプレッサ流路と、
を含み、
前記第2タービン部は、
前記周方向に間隔をあけて設けられ、前記回転軸とともに回転するように構成された複数の第2タービン動翼と、
前記複数の第2タービン動翼が配置された第2タービン流路と、
を含み、
前記複数の第2コンプレッサ翼は、前記径方向において前記複数の第2タービン動翼の外側又は内側に配置され、
前記第2コンプレッサ流路と前記第2タービン流路は、前記複数の第2コンプレッサ翼と前記複数の第2タービン動翼とに接続する仕切壁部によって仕切られた、請求項9に記載のターボチャージャ。 - 前記第2コンプレッサ部から吐出された気体を前記第1コンプレッサ部に導くための第3流路と、
前記第1タービン部から吐出された気体を前記第2タービン部に導くための第4流路と、
を更に備える、請求項11に記載のターボチャージャ。 - 前記第1タービン部は、前記第1タービン動翼と、前記第1タービン動翼の上流側に設けられたタービン静翼と、からなるタービン段落を複数含む、請求項2に記載のターボチャージャ。
- 前記第1コンプレッサ翼と前記第1タービン動翼とは、同一材料で一体的に構成された、請求項1乃至13の何れか1項に記載のターボチャージャ。
- 前記第1コンプレッサ翼と前記第1タービン動翼とは、互いに異なる材料で構成された、請求項1乃至13の何れか1項に記載のターボチャージャ。
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