JPH04111528U - Variable displacement supercharger - Google Patents
Variable displacement superchargerInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本考案は、ノズルスロート部の面積を可変に
しうる可変スクロール壁をそなえてなる可変容量型過給
機に関し、ノズルスロート部の面積の可変に応じてター
ビンロータ入口幅を可変とすることにより、排気の流速
を確保し且つ流出角を一定にしてタービン効率を損なわ
ないようにすることを目的とする。
【構成】 ノズルスロート部3の面積を可変にしうる可
変スクロール壁5をそなえてなる可変容量型過給機にお
いて、ノズルスロート部3の面積に応じてタービンロー
タ入口幅を可変にするタービンロータ入口幅可変機構1
1をそなえるように構成する。
(57) [Abstract] [Purpose] The present invention relates to a variable displacement supercharger equipped with a variable scroll wall that can vary the area of the nozzle throat. By making the width variable, the purpose is to ensure the flow velocity of exhaust gas and keep the outflow angle constant so as not to impair turbine efficiency. [Structure] In a variable capacity supercharger equipped with a variable scroll wall 5 that can vary the area of the nozzle throat section 3, a turbine rotor inlet width that makes the turbine rotor inlet width variable according to the area of the nozzle throat section 3. Variable mechanism 1
1.
Description
【0001】0001
本考案は、エンジンに付設される過給機に関し、特にノズルスロート部の面積 を可変にしうる可変スクロール壁をそなえてなる可変容量型過給機に関する。 This invention relates to a supercharger attached to an engine, and in particular, the area of the nozzle throat section is The present invention relates to a variable displacement supercharger equipped with a variable scroll wall that can vary the amount of water.
【0002】0002
従来より、自動車等に搭載されるエンジンの過給機として、排気エネルギーに よって駆動されるタービンと、このタービンによって駆動されることにより過給 を行なうコンプレッサとを合体させたいわゆるターボチャージャ装置が用いられ ている。 Traditionally, it has been used as a supercharger for engines installed in automobiles, etc. to convert exhaust energy into The turbine is driven by the turbine, and the turbocharger is driven by the turbine. A so-called turbocharger device is used, which combines a compressor that performs ing.
【0003】 そして、このような過給機には、排気の流入速度および排気圧などをエンジン の回転状態に合わせて調整するために過給圧可変調整機構が設けられている。0003 In addition, such superchargers are controlled by adjusting the exhaust gas inflow speed and exhaust pressure into the engine. A variable boost pressure adjustment mechanism is provided to adjust the boost pressure according to the rotational state of the engine.
【0004】 その一例として例えば図7に示すようなものがある。すなわち、タービンハウ ジング1内にて内端が旋回軸(ピポット)2によって枢支され、外端がタービン ハウジング1の入口部すなわちノズルスロート部3において遊動端4となってい る可変スクロール壁(スプリングベルト)5が設けられており、この可変スクロ ール壁5の遊動端4をアクチュエータ6によりその作動杆6′を介してタービン の周方向(矢印a,b方向)へ可動させることによって、ノズルスロート部3の 面積Athを加減させてタービンロータ7への過給圧が調整されるようになって いる。0004 An example of this is shown in FIG. 7, for example. That is, the turbine how Inside the engine 1, the inner end is pivotally supported by a pivot 2, and the outer end is connected to a turbine. A floating end 4 is formed at the inlet portion of the housing 1, that is, the nozzle throat portion 3. A variable scroll wall (spring belt) 5 is provided, and this variable scroll wall (spring belt) The free end 4 of the wall 5 is connected to the turbine by an actuator 6 via its operating rod 6'. of the nozzle throat section 3 by moving it in the circumferential direction (in the direction of arrows a and b). The supercharging pressure to the turbine rotor 7 is adjusted by adjusting the area Ath. There is.
【0005】[0005]
しかしながら、上記のようにノズルスロート部の流路面積を周方向から可変す るだけでは,タービンロータ入口に流入する排気の流速および流出角は必ずしも タービンロータに対して適切ではなく、これにより排気エネルギーが効果的にロ ータへ伝達されないという課題がある。 However, as mentioned above, it is difficult to change the flow path area of the nozzle throat from the circumferential direction. However, the flow velocity and outflow angle of the exhaust gas flowing into the turbine rotor inlet are not necessarily determined by not suitable for the turbine rotor, which effectively blocks the exhaust energy. There is a problem that the information is not transmitted to the data.
【0006】 本考案は、このような課題に鑑み創案されたもので、ノズルスロート部の面積 の可変に応じてタービンロータ入口幅を可変とすることにより、排気の流速を確 保し且つ流出角を一定にしてタービン効率を損なわないようにした、可変容量型 過給機を提供することを目的とする。[0006] This invention was devised in view of these issues, and it reduces the area of the nozzle throat. By making the turbine rotor inlet width variable according to the variation of the Variable displacement type that maintains a constant flow angle and maintains a constant flow angle so as not to impair turbine efficiency. The purpose is to provide superchargers.
【0007】[0007]
このため、本考案の可変容量型過給機は、ノズルスロート部の面積を可変にし うる可変スクロール壁をそなえてなる可変容量型過給機において、該ノズルスロ ート部の面積に応じてタービンロータ入口幅を可変にするタービンロータ入口幅 可変機構をそなえて構成されたことを特徴としている。 For this reason, the variable displacement supercharger of this invention has a variable nozzle throat area. In a variable capacity supercharger equipped with a variable scroll wall, the nozzle slot Turbine rotor inlet width that changes the width of the turbine rotor inlet depending on the area of the It is characterized by being constructed with a variable mechanism.
【0008】[0008]
上述の本考案の可変容量型過給機では、ノズルスロート部の面積を可変スクロ ール壁を可動させることによって可変させるとともに、この可変に応じて、ター ビンロータへの入口幅を入口幅可変機構にて変えて、タービンロータへの排気流 速を確保し且つ流出角を同一に保つようにしている。 In the above-mentioned variable capacity supercharger of the present invention, the area of the nozzle throat section is adjusted by a variable screen. This can be varied by moving the wall, and depending on this variation, the tar The exhaust flow to the turbine rotor can be adjusted by changing the inlet width to the bin rotor using a variable inlet width mechanism. This ensures speed and keeps the outflow angle the same.
【0009】[0009]
以下、図面により、本考案の実施例について説明すると、図1〜図5は本考案 の一実施例としての可変容量型過給機を示すもので、図1は本過給機をタービン ロータ軸と直行する角度にて切断した断面図、図2,図3はいずれもその作動状 態を説明するために図1と直交する角度にて切断したタービンロータ入口部の断 面図、図4はタービンスクロール面積と可変スクロール壁円周角との関係を示す グラフ、図5はタービンロータ入口幅とノズルスロート部面積との関係を示すグ ラフであり、また図6は過給機の流出角を説明するためのタービンハウジングの 模式図であり、図1〜図6において、図7と同じ符号はほぼ同様の部分を示して いる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be explained with reference to the drawings. This shows a variable capacity supercharger as an example. Figure 1 shows this supercharger as a turbine. Cross-sectional views taken at an angle perpendicular to the rotor axis, Figures 2 and 3 show the operating state. In order to explain the situation, a cross section of the turbine rotor inlet section taken at an angle perpendicular to Figure 1 is shown. A top view, FIG. 4 shows the relationship between the turbine scroll area and the variable scroll wall circumferential angle. The graph shown in Figure 5 is a graph showing the relationship between the turbine rotor inlet width and the nozzle throat area. Figure 6 is a diagram of the turbine housing to explain the outflow angle of the supercharger. This is a schematic diagram, and in FIGS. 1 to 6, the same symbols as in FIG. 7 indicate almost the same parts. There is.
【0010】 さて、図1〜図3において、1はタービンハウジング、2は可変スクロール壁 5の旋回軸、3はタービンハウジング1のノズルスロート部、4は可変スクロー ル壁5の遊動端、6はアクチュエータ、7はタービンロータ、8はタービンロー タ7への排気の入口部であって、これらの構成は前述した従来のもの(図7参照 )とほぼ同様である。0010 Now, in Figures 1 to 3, 1 is a turbine housing, 2 is a variable scroll wall. 5 is the rotation axis, 3 is the nozzle throat part of the turbine housing 1, 4 is the variable scroll 6 is the actuator, 7 is the turbine rotor, and 8 is the turbine rotor. This is the inlet of the exhaust gas to the tank 7, and its configuration is similar to that of the conventional one described above (see Fig. 7). ) is almost the same as
【0011】 そして、タービンロータ入口部8には、タービンの円周方向と直交する方向( 矢印c,d方向)より押入,後退される可動リング9が設けられており、この可 動リング9を別のアクチュエータ10により作動杆10′を介して作動させ、タ ービンロータ7への入口部8の幅Lを調整しうる入口幅可変機構11が構成され ている。[0011] The turbine rotor inlet 8 is provided with a direction perpendicular to the circumferential direction of the turbine ( A movable ring 9 is provided which can be pushed in and out in the direction of arrows c and d. The movable ring 9 is actuated by another actuator 10 via the actuating rod 10', - An inlet width variable mechanism 11 capable of adjusting the width L of the inlet portion 8 to the bin rotor 7 is configured. ing.
【0012】 すなわち、可変スクロール壁5が図3のように可動されて、ノズルスロート部 3を縮小された面積Ath′としようとするときに、それに応じて、入口幅可変 機構11は可動リング9を押入して、タービンロータ入口部8の幅を縮小させた 幅L′とするように作動する(図5参照)。0012 That is, the variable scroll wall 5 is moved as shown in FIG. 3 as the reduced area Ath', the inlet width can be changed accordingly. The mechanism 11 pushes in the movable ring 9 to reduce the width of the turbine rotor inlet section 8. The width is L' (see FIG. 5).
【0013】 また、図2に示すように、ノズルスロート部3を拡大された面積Athとしよ うとするときに、それに応じて、入口幅可変機構11は可動リング9を後退させ て、タービンロータ入口部8の幅を拡大させた幅Lとするように作動する(図5 参照)。[0013] Also, as shown in FIG. 2, let the nozzle throat portion 3 have an enlarged area Ath. In response to this, the variable inlet width mechanism 11 moves the movable ring 9 backward. The width of the turbine rotor inlet portion 8 is expanded to the width L (Fig. 5). reference).
【0014】 そして、これらの動作は、図示しないコンピュータ等により、アクチュエータ 6の作動に関連してアクチュエータ10が作動することにより実現される。[0014] These operations are controlled by an actuator using a computer (not shown). This is achieved by actuating the actuator 10 in conjunction with the operation of 6.
【0015】 なお、可動リング9は、連続した1個のものでもよいし、複数個の分割体が連 接されて形成されるものでもよい。[0015] Note that the movable ring 9 may be one continuous ring, or may be a plurality of divided bodies connected together. They may be formed in contact with each other.
【0016】 次に、タービンスクロールの流出角について説明すると、このタービンスクロ ールからの流出角は、タービンロータ入口速度三角形を決定するものであり、タ ービン効率と密接に関係するため、重要なパラメータである。[0016] Next, to explain the outflow angle of the turbine scroll, this The exit angle from the turbine determines the turbine rotor inlet velocity triangle; This is an important parameter because it is closely related to the bin efficiency.
【0017】 今、かりに第1次近似として、タービンスクロール入口,出口のガスの密度変 化がないものと考えると、簡単な幾何学的寸法のみの関係となる。[0017] Now, as a first approximation, we will explain the density change of the gas at the turbine scroll inlet and outlet. If we assume that there is no change, the relationship will be based only on simple geometric dimensions.
【0018】 図6により、タービンスクロール入口ノズル面積部と環状出口部との連続の式 から ρ0 c0 Ath=ρ1 c1 πd1 Lsinα ・・(1) また、自由渦の条件から、 c0 r0 cosα0 =c1 (d1 /2)cosα ・・(2) (1),(2)式より、 tanα =(1/2π)(ρ0 /ρ1 )(Ath/Lr0 cosα0 )・・(3) ここで、第1近似式として、(ρ0 /ρ1 )≒1とし、またα0 ≒1であるか ら、 tanα=(1/2π)(Ath/Lr0 )・・(4) ∴α=tan-1(1/2π)(Ath/Lr0 )・・(5) となる。According to FIG. 6, from the equation of continuity between the turbine scroll inlet nozzle area and the annular outlet, ρ 0 c 0 Ath=ρ 1 c 1 πd 1 L sin α (1) Also, from the free vortex condition, c 0 r 0 cosα 0 =c 1 (d 1 /2)cosα...(2) From equations (1) and (2), tanα = (1/2π)(ρ 0 /ρ 1 )(Ath/Lr 0 cosα 0 )...(3) Here, as the first approximation, (ρ 0 /ρ 1 )≒1 and since α 0 ≒1, tanα=(1/2π)(Ath/Lr 0 )・・(4) ∴α=tan -1 (1/2π)(Ath/Lr 0 )...(5) It becomes.
【0019】 したがって、スクロールからの流出角(排気がタービンロータに当たる角度) αは(Ath/Lr0 )によって決まることがわかる。Therefore, it can be seen that the outflow angle from the scroll (the angle at which the exhaust gas hits the turbine rotor) α is determined by (Ath/Lr 0 ).
【0020】 なお、上記式中の符号の説明は次の通りである。 ρ0 ,ρ1 :スクロール入口、出口のガス密度 c0 ,c1 :スクロール入口、出口の絶対速度 d1 :スクロール出口径(r1 =d1 /2) L:スクロール出口幅 Ath:ノズルスロート部面積 r0 :過給機中心からAthの中心までの距離 α:ガスのスクロールからの流出角 α0 :スクロール入口傾斜角Note that the symbols in the above formula are explained as follows. ρ 0 , ρ 1 : Gas density at scroll inlet and outlet c 0 , c 1 : Absolute velocity at scroll inlet and outlet d 1 : Scroll outlet diameter (r 1 = d 1 /2) L: Scroll outlet width Ath: Nozzle throat Partial area r 0 : Distance from the center of the supercharger to the center of Ath α : Outflow angle of gas from the scroll α 0 : Scroll inlet inclination angle
【0021】 また、スクロール壁円周角θとタービンスクロール面積との関係は、図4に示 すようになる。すなわち、可変スクロール壁5を巻き込むことによって、ノズル スロート部3の面積はAthからAth′へと縮小されるのである。[0021] Furthermore, the relationship between the scroll wall circumference angle θ and the turbine scroll area is shown in Fig. 4. It becomes like this. That is, by winding up the variable scroll wall 5, the nozzle The area of the throat portion 3 is reduced from Ath to Ath'.
【0022】 したがって、本考案では、上記した(Ath/Lr0 )によって決まる流出角 αを常時一定にするために、図5に示すように、ノズルスロート部面積の(At h)maxから(Ath)minの変化に応じて、タービン入口幅をLmaxか らLminにわたって可変させるようにしている。Therefore, in the present invention, in order to always keep the outflow angle α determined by (Ath/Lr 0 ) constant, as shown in FIG. )min, the turbine inlet width is varied from Lmax to Lmin.
【0023】 そして、このような操作は先にも述べたように、可動リング9の挿入、後退に よって行なわれる。[0023] As mentioned above, such operations involve inserting and retracting the movable ring 9. Therefore, it is done.
【0024】 本考案は、上記のように可変スクロール壁を可変してタービン容量を可変しう るターボチャージャにおいて、ノズルスロット部面積の変化に応じてタービンロ ータ入口幅を(Ath/Lr0 )=(Ath′/L′r0 )=一定である条件を 満たさすよう制御することにより、タービンロータへの排気流速を確保し、且つ 、流出角を常に同一に保つことができ、これによりタービン効率を損なわないよ うにすることができるものである。The present invention provides a turbocharger in which the turbine capacity can be varied by varying the variable scroll wall as described above, and the turbine rotor inlet width is adjusted according to the change in the nozzle slot area by (Ath/Lr 0 )=( By controlling the exhaust gas to satisfy the condition that Ath'/L'r 0 )=constant, it is possible to ensure the exhaust flow velocity to the turbine rotor and to keep the outflow angle the same at all times, thereby increasing the turbine efficiency. It is something that can be prevented from being damaged.
【0025】[0025]
以上詳述したように、本考案の可変容量型過給機によれば、ノズルスロート部 の面積を可変にしうる可変スクロール壁をそなえてなる可変容量型過給機におい て、ノズルスロート部の面積に応じてタービンロータ入口幅を可変にするタービ ンロータ入口幅可変機構を有することにより、ノズルスロート部面積の拡大、縮 小に応じてタービンロータ入口幅を伸張、短縮させ、両者の比を一定に保つこと ができ、これにより排気のタービンロータへの流速を確保し、しかも流出角を常 に同じに保つことができ、その結果、過給機の容量可変に伴い効率低下をきたす ことがなくなって、常時過給機の性能を安定に保持し得る効果がある。 As detailed above, according to the variable displacement supercharger of the present invention, the nozzle throat section In a variable capacity supercharger equipped with a variable scroll wall that can vary the area of the The turbine rotor inlet width can be varied according to the area of the nozzle throat. By having a variable rotor inlet width mechanism, the nozzle throat area can be expanded or reduced. Expand or shorten the turbine rotor inlet width depending on the This ensures the flow velocity of the exhaust gas to the turbine rotor and also maintains the outflow angle at all times. As a result, efficiency decreases as the turbocharger capacity changes. This has the effect of keeping the performance of the supercharger stable at all times.
【図1】本考案の一実施例による可変容量型過給機の断
面図である。FIG. 1 is a sectional view of a variable displacement supercharger according to an embodiment of the present invention.
【図2】本考案の一実施例による可変容量型過給機のタ
ービンロータ入口部の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a turbine rotor inlet of a variable displacement supercharger according to an embodiment of the present invention.
【図3】本考案の一実施例による可変容量型過給機のタ
ービンロータ入口部の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a turbine rotor inlet of a variable displacement supercharger according to an embodiment of the present invention.
【図4】本過給機における可変スクロール壁円周角とタ
ービンスクロール面積の関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the variable scroll wall circumference angle and the turbine scroll area in the present supercharger.
【図5】本過給機におけるノズルスロート部面積とター
ビンロータ入口幅の関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the nozzle throat area and the turbine rotor inlet width in the present supercharger.
【図6】可変式過給機における流出角について説明する
ためのタービンハウジングの模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram of a turbine housing for explaining an outflow angle in a variable supercharger.
【図7】従来例における可変容量型過給機の断面図であ
る。FIG. 7 is a sectional view of a conventional variable displacement supercharger.
1 タービンハウジング 2 旋回軸(ピポット) 3 ノズルスロート部 4 遊動端 5 可変スクロール壁 6 ,10 アクチュエータ 6′,10′作動杆 7 タービンロータ 8 タービンロータ入口部 9 可動リング 11 タービンロータ入口幅可変機構 Ath,Ath′ ノズルスロート部面積 L,L′ タービンロータ入口幅 1 Turbine housing 2 Pivot 3 Nozzle throat section 4 Floating end 5 Variable scroll wall 6,10 actuator 6', 10' operating rod 7 Turbine rotor 8 Turbine rotor inlet 9 Movable ring 11 Turbine rotor inlet width variable mechanism Ath, Ath' Nozzle throat area L, L' Turbine rotor inlet width
Claims (1)
可変スクロール壁をそなえてなる可変容量型過給機にお
いて、該ノズルスロート部の面積に応じてタービンロー
タ入口幅を可変にするタービンロータ入口幅可変機構を
そなえて構成されたことを特徴とする、可変容量型過給
機。1. In a variable capacity supercharger equipped with a variable scroll wall that can vary the area of a nozzle throat section, a turbine rotor inlet width that makes the turbine rotor inlet width variable according to the area of the nozzle throat section. A variable capacity supercharger characterized by being configured with a variable mechanism.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2383591U JPH04111528U (en) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | Variable displacement supercharger |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2383591U JPH04111528U (en) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | Variable displacement supercharger |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04111528U true JPH04111528U (en) | 1992-09-28 |
Family
ID=31908930
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2383591U Withdrawn JPH04111528U (en) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | Variable displacement supercharger |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04111528U (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100259619B1 (en) * | 1996-08-28 | 2000-06-15 | 정몽규 | Turbo-charger with variable capacity |
WO2019102200A1 (en) * | 2017-11-24 | 2019-05-31 | Cummins Ltd | Method of designing a turbine |
-
1991
- 1991-03-18 JP JP2383591U patent/JPH04111528U/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2019102200A1 (en) * | 2017-11-24 | 2019-05-31 | Cummins Ltd | Method of designing a turbine |
US11542862B2 (en) | 2017-11-24 | 2023-01-03 | Cummins Ltd | Effect of the nozzle width to harness on engine pulse energy |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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