JPH041313Y2

JPH041313Y2 -

Info

Publication number: JPH041313Y2
Application number: JP1984117813U
Authority: JP
Priority date: 1984-07-31
Filing date: 1984-07-31
Publication date: 1992-01-17
Also published as: JPS6133922U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は、エンジンのターボ過給装置に関す
る。

〔従来の技術〕

自動車等車両用のエンジンは、アイドル回転数
から最高回転数までの極めて広い回転数域に亘つ
て、しかも大きく変動する負荷範囲内で運転され
るので、その排気ガス量も大幅に変動する。した
がつて単一の流量特性を有する排気ガスタービン
では、エンジンから排出される排気ガスエネルギ
を十分に回収し利用することができない。そこ
で、タービンハウジング内に隔壁を設けて同ハウ
ジング内の排気ガス導入路を２つ以上の流量特性
を異にする排気ガス導入路に区分するとともに、
上記分割された排気ガス導入路の１つ以上に弁装
置を設け、エンジンの回転数や負荷等の稼働条件
に応じて上記弁装置を開閉し、排気ガスタービン
の運転効率を向上させるようにした可変容量ター
ボ過給機がすでに提案されている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

ところで、この種の可変容量ターボ過給機にお
ける排気ガスタービンでは、上記２以上の分割排
気ガス導入路に関して種々の技術上の問題があ
る。その最も重要な問題の１つは、２以上の分割
された排気ガス導入路を形成するために設けられ
る隔壁が、その内周側に至るほど加熱され、外周
側のタービンハウジングと内周側の隔壁との熱膨
張量の差のために、熱応力が生じて、タービンハ
ウジングまたは隔壁が破損してしまうという問題
点がある。

本考案は、このような問題点の解消をはかろう
とするもので、タービンハウジングおよび隔壁に
熱応力が生じないようにして、その破損を防止で
きるようにした、可変容量ターボ過給装置を提供
することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

このため、本考案の可変容量ターボ過給装置
は、タービンハウジング内に設けられた排気導入
路と、同排気導入路内にタービン回転軸の半径方
向内方に延設されて同排気導入路をタービン回転
軸の周方向に少なくとも２分割するリング状隔壁
と、上記排気導入路の入口の少なくとも１個を開
閉可能に装備された弁装置とにより構成された可
変容量ターボ過給装置において、上記排気導入路
のそれぞれを形成するタービンハウジングを一体
とし、上記リング状隔壁が、上記タービンハウジ
ングの内壁に滑らかに連続して一体に形成された
基礎部と、上記タービンハウジングの材質よりも
低熱膨張率の材質からなり上記タービン回転軸の
半径方向内方に向け上記基礎部に滑らかに連続し
て延設された先端部材とにより構成されたことを
特徴としている。

〔作用〕

上述の構成により、２個以上の排気ガス導入路
を形成すべく装備される隔壁の熱膨張量がタービ
ンハウジングの熱膨張量とほぼ均等になり、熱応
力の発生が防止されて、過給装置が長期にわたり
安定して運転される。

〔実施例〕

以下、図面により本考案の実施例について説明
すると、第１〜５図は本考案の一実施例としての
可変容量ターボ過給装置を示すもので、第１図は
その要部縦断面図、第２図はその全体構成を示す
縦断面図、第３，４図はそれぞれその特性を示す
グラフであり、第５図はそのタービンハウジング
の製造に用いられる中子を示す縦断面図である。

第１，２図に示すように、ターボ過給装置１０
に、排気ガスタービン１２および排気ガスタービ
ン１２によつて駆動されるコンプレツサ１４が設
けられている。排気ガスタービン１２は、タービ
ンロータ１６を収容するタービンハウジング１８
をそなえており、同タービンハウジング１８の内
部には半径方向に延在する隔壁２０によつてロー
タ軸線方向に区分されたそれぞれ流量特性を異に
する排気ガス導入路すなわちスクロールＡ，Ｂが
設けられている。

タービンハウジング１８は一体構造物で形成さ
れるとともに、その排気ガス入口２２には、後に
詳述する弁ケーシング２４が連結され、同弁ケー
シング２４は更に図示しないエンジンの排気装置
すなわちこの実施例では排気マニホルド２６に連
結されている。

なお、上記排気ガス入口２２には、前記隔壁２
０の延長部分によつて区分され上記排気ガス導入
路Ａ，Ｂのそれぞれに連続する入口２２ａ，２２
ｂが設けられている。

そして、隔壁２０は、タービンハウジング１８
の内壁に滑らかに連続して一体に形成された基礎
部２０ｂと、タービンハウジング１８の材質より
も低熱膨張率の材質からなりタービン回転軸の半
径方向内方に向け基礎部２０ｂに滑らかに連続し
て延設された先端部材２０ａとにより構成されて
おり、先端部材２０ａの先端がタービンロータ１
６外周に近接するようになつている。

これにより、排気ガス通路Ａ，Ｂがそれぞれタ
ービンロータ１６外周へ至る部分において、急拡
大されることなく、スムーズにタービンロータ１
６へ至るようになつている。

そして、先端部材２０ａは、タービンハウジン
グ１８の材質より低熱膨張率の材質で形成されて
おり、先端部材２０ａがタービンハウジング１８
より多く加熱される本実施例のような構造におい
ても、先端部材２０ａとタービンハウジング１８
との熱膨張量がほぼ均等になり、先端部材２０ａ
およびタービンハウジング１８における熱応力の
発生が防止されるようになつている。

次に上記弁ケーシング２４は、外形がほぼ箱形
をなし、図面において上方の壁面には、上記排気
マニホルド２６に連通する上流開口２８が設けら
れ、また下方の壁面には入口２２ａ，２２ｂにそ
れぞれ接続する下流開口３０ａ，３０ｂが設けら
れている。

また、上流開口２８と下流開口３０ａ，３０ｂ
との間には、90度の角度をなしてＶ字状に交叉す
る二つの平面内にシート面を有する弁座３２ａ，
３２ｂが設けられ、これら弁座の弁開口は、それ
ぞれ弁部材３４ａ，３４ｂによつて開閉される。

弁部材３４ａ，３４ｂはそれぞれその背面に突
軸３６ａ，３６ｂをそなえており、突軸３６ａ，
３６ｂはそれぞれ半径方向に十分な遊隙を存して
揺動腕３８ａ，３８ｂの自由端部に支持され、さ
らに各揺動腕３８ａ，３８ｂの他端は弁ケーシン
グ２４の比較的上流側の側壁上に枢支された支持
軸４０ａ，４０ｂに固着されている。そして、弁
ケーシング２４は、上記弁部材３４ａ，３４ｂの
取り付け、取り外し、点検等のために、図におい
て左方および右方に開口をそなえており、通常時
これらの開口は着脱自在の蓋４２によつて閉鎖さ
れている。

なお、本実施例では、弁部材３４が球面座によ
つて揺動腕３８ａの自由端部に支持されている
が、必ずしも球面座である必要はなく、平面座に
よつて支持されるようにすることもでき、この場
合には両者間に突軸３６ａの軸線方向にも適当な
遊隙を与えることが望ましい。

また、上記の上流開口２８，弁座３２ａの弁開
口，同弁開口から下流の入口２２ａ，２２ｂに至
る排気ガス導入路の断面形状は、四隅を丸めた長
方形，長円形，楕円，円形のいずれでもよく、ま
たこれらの組み合わせでもよい。さらに、弁部材
３４の形状は、上記弁座３２ａの弁開口の形状と
大体相似の形状であることが望ましい。

また、４４は弁ケーシング２４内に設けられ、
タービンハウジング入口２２の隔壁２０と連結す
る隔壁である。

さらに、上記装置において、弁部材３４ａ，３
４ｂを揺動腕３８ａ，３８ｂを介して開閉させる
支持軸４０ａ，４０ｂは、それぞれ図示しない適
宜のアクチユエータ装置例えば空気圧応動装置に
連結され、図示しないエンジンの回転数、負荷等
稼働状態に応じて開閉される。また図示の装置で
は、タービンハウジング１８内の排気ガス導入路
Ａは導入路Ｂよりも大きい流量特性を有するもの
として示されている。

本考案の一実施例としての可変容量ターボ過給
装置は、上述のごとく構成されているので、エン
ジンの低速，高負荷運転時（第３図のB₁領域）
には、弁部材３４ａが閉鎖され且つ弁部材３４ｂ
は開かれて、排気マニホルド２６からの排気ガス
が、上流開口２８，弁座３２ｂの弁開口，対応す
る下流開口３０ｂ，タービンハウジングの入口２
２ｂから、排気ガス導入路Ｂを通つてタービンロ
ータ１６の羽根に作用し、第４図のB₁で示す流
量特性により、排気ガスタービン１２を効率的に
運転する。この状態で、開いている弁部材３４ｂ
が隔壁４４と協働して弁座３２ｂから下流側の弁
ケーシング２４内において、大体なだらかに屈曲
した抵抗の少ない排気ガス導入路を形成し、一
方、弁座３２ｂを含む平面と約90度の角度をなし
て交わる平面内に含まれている弁座３２ａに着座
している弁部材３４ａが、上記弁座３２ｂより上
流側の導入路壁に一部を構成してなだらかな抵抗
の少ない排気導入路を形成する。そして、先端部
材２０ａにより、排気流路の急拡大が防止され
る。

また、エンジンが高速，高負荷状態（第３図の
B₂領域）で運転しているときは、弁部材３４ａ
が開き弁部材３４ｂが閉じられて、上記と全く同
様の態様で、流量特性が大きい排気ガス導入路Ａ
からタービンロータ１６に排気ガスが供給され
る。すなわち、流量特性B₂により運転される。

この場合にも、図示のとおり、弁ケーシング２
４内で隔壁４４の両側にほぼ対称的に弁座および
排気ガス導入路が形成されていることから、上記
と全く同様に流通抵抗が小さいなだらかな導入路
が形成されることとなる。そして、先端部材２０
ａにより、流路の急拡大が防止される。

さらに、エンジンの低負荷運転時（第３図の
B₃領域）には、その回転数の如何にかかわりな
く上記二つの弁部材３４ａ，３４ｂがともに開か
れ、上流開口２８から弁ケーシング２４内に流入
した排気ガスは、中央の隔壁４４によつて左右に
分割された導入路を通り、下流開口３０ａ，３０
ｂからそれぞれタービンハウジングの入口２２
ａ，２２ｂに流入し、排気ガス導入路Ａ，Ｂの両
方から流量特性B₃によりタービンロータ１６に
供給される。

この場合にも開かれた弁部材３４ａ，３４ｂが
上記隔壁４４と協働して排気ガス導入路の一側壁
としての役目を果たすこととなる。また、先端部
材２０ａにより、流路の急拡大が防止される。

上述したように、ターボ過給機の排気ガスター
ビンとエンジンの排気装置例えば排気マニホルド
との間に、弁座および弁部材を特殊な態様で配置
することによつて、エンジンの運転状態に応じそ
の排気ガスを適切な、そして流通抵抗が小さい選
択された導入路を経て排気ガスタービンに供給す
ることができる。

ところで、ターボ過給装置１０の運転時には、
高温の排気ガスが流入するため、タービンハウジ
ング１８および隔壁２０は加熱され、特に隔壁２
０内周の先端部材２０ａは放熱部分がなく、高温
ガスに多く接触するためタービンハウジング１８
および隔壁２０の基礎部２０ｂより多く加熱され
る。

しかしながら、先端部材２０ａは、タービンハ
ウジング１８より低熱膨張率の材質で形成されて
いるため、同一材質で形成した場合より膨張しな
い。

すなわち、タービンハウジング１８および基礎
部２０ｂ，先端部材２０ａの熱膨張量の差が低減
され、熱応力の発生が低減される。これにより、
タービンハウジング１８、基礎部２０ｂの破損が
長期にわたり防止される。

なお、弁座３２は、大体鉛直面に対し、45度の
角度で交叉する面（必ずしも平面でなくてもよ
い）内に配置されることが最も好ましいが、その
角度は約30度から60度まで幅広く変更することが
可能であり、概ね同様の効果が得られる。

ところで、本実施例における隔壁２０の先端部
材２０ａは以下のようにして形成される。

まず、タービンハウジング１８の内部形状に対
応する中子Ｎを第５図に示すように作成する。そ
して、この中子Ｎの製作の際に中子Ｎの軸方向中
央部に、正確に形成された先端部材２０ａを埋め
込む。

ただし、先端部材２０ａの外周部を少し露出さ
せるようにする。このとき、中子Ｎと先端部材２
０ａとは接着されている。

この後、中子を用いてタービンハウジング１８
を鋳造成形し、冷却後中子Ｎを取り除く。

このとき、先端部材２０ａは、上記のようにし
て露出させた外周部が、タービンハウジング１８
に突出して形成された隔壁２０の内周部に埋め込
まれた状態に形成される。

このようにして、先端部材２０ａ先端をタービ
ンロータ１６外周に近接させるように装着するこ
とが行なわれる。

すなわち、このような方法による場合、タービ
ンロータ１６外周と先端部材２０ａ先端との間隙
ｌを、２mm程度まで形成できるようになる。

通常の鋳造による場合、３mm以下の間隙を有す
るような正確な形状を形成することはできないた
め、流路の急拡大は不可避であつたが、上述のよ
うな方法によれば、これを避けることができる。

そして、リング状隔壁２０の基礎部２０ｂがタ
ービンハウジングの内壁に滑らかに連続して一体
に形成されると共に、先端部材２０ａが基礎部２
０ｂに滑らかに連続して延設されているので、排
気ガス導入路Ａ，Ｂからタービンロータ１６へ至
る排気ガス導入路がなだらかに変化する流路とし
て形成されることになる。

これにより、排気ガス導入路の急拡大部分がな
くなる。

さらに本考案の応用例として、排気ガスタービ
ンハウジング内に実施例における導入路Ａ，Ｂの
他に第３の排気ガス導入路を設けることができ、
この場合第３導入路は弁を有しない導入路とする
こともできるし、上記弁部材３４，３４とは別の
第３の弁によつて開閉されるようにすることもで
きる。

〔考案の効果〕

以上詳述したように、本考案の可変容量ターボ
過給装置によれば、次のような効果ないし利点が
得られる。

(1) リング状隔壁が、タービンハウジングの内壁
に連続して一体に形成された基礎部と、この基
礎部に連続して延設され上記タービンハウジン
グの材質よりも低熱膨張率の材質からなる先端
部材とにより構成されているので、複数の排気
ガス導入路を形成する隔壁の熱膨張量と、ター
ビンハウジングの熱膨張量とをほぼ均等として
熱応力の発生を防止できる。

(2) それぞれの排気導入路を形成するタービンハ
ウジングと隔壁の基礎部とが全て一体に形成さ
れているので、排気導入路を構成するタービン
ハウジングから排気ガスが漏れることは全くな
く、シール性の確保のために複雑な構造にした
り、あるいは高精度の機械加工を施したりする
必要が全くない。

(3) 排気導入路を２個以上に分割するリング状隔
壁が、タービンハウジングの内壁に滑らかに連
続してこれと一体に形成された基礎部と、この
基礎部からタービン回転軸の半径方向内方に向
け滑らかに連続して延設される先端部材とで構
成されているので、隔壁により２分割された各
排気導入路の内壁がそれぞれ連続して滑らかな
形状となり、排気ガスを効率的に流動させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜５図は本考案の一実施例としての可変容
量ターボ過給装置を示すもので、第１図はその要
部縦断面図、第２図はその全体構成を示す縦断面
図、第３，４図はそれぞれその特性を示すグラフ
であり、第５図はそのタービンハウジングの製造
に用いられる中子を示す縦断面図である。１０……ターボ過給装置、１２……排気ガスタ
ービン、１４……コンプレツサ、１６……タービ
ンロータ、１８……タービンハウジング、２０…
…隔壁、２０ａ……先端部材、２２ｂ……基礎
部、２２……排気ガス入口、２２ａ，２２ｂ……
入口、２４……弁ケーシング、２６……排気マニ
ホルド、２８……上流開口、３０ａ，３０ｂ……
下流開口、３２ａ，３２ｂ……弁座、３４ａ，３
４ｂ……弁部材、３６ａ，３６ｂ……突軸、３８
ａ，３８ｂ……揺動腕、４０ａ，４０ｂ……支持
軸、４２……蓋、４４……隔壁、Ａ，Ｂ……排気
ガス導入路、Ｎ……中子、Ｖ……弁装置。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

タービンハウジング内に設けられた排気導入路
と、同排気導入路内にタービン回転軸の半径方向
内方に延設されて同排気導入路をタービン回転軸
の周方向に少なくとも２分割するリング状隔壁
と、上記排気導入路の入口の少なくとも１個を開
閉可能に装備された弁装置とにより構成された可
変容量ターボ過給装置において、上記排気導入路
のそれぞれを形成するタービンハウジングを一体
とし、上記リング状隔壁が、上記タービンハウジ
ングの内壁に滑らかに連続して一体に形成された
基礎部と、上記タービンハウジングの材質よりも
低熱膨張率の材質からなり上記タービン回転軸の
半径方向内方に向け上記基礎部に滑らかに連続し
て延設された先端部材とにより構成されたことを
特徴とする、可変容量ターボ過給装置。