JPH0612068B2 - タ−ボ過給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、エンジンのターボ過給装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、排気ターボ過給機については種々のものが開示さ
れている。また、その中でタービンスクロールを二分割
あるいは三分割したターボ過給装置についても種々のも
のが開示されている。このようなものとして、例えば、
実開昭６０−１３４８３２号公報、実開昭５８−１８０
３３９号公報、実開昭６０−１２６３１号公報、特開昭
５８−１３８２２２号公報、実開昭５２−１３３８１１
号公報等に記載されたものがある。

まず、実開昭６０−１３４８３２号公報には、三分割さ
れたタービン通路が開示されている。これについて第４
図を参照して概説する。第４図において、タービンハウ
ジングガス通路切換装置を備えた排気過給機３０が示さ
れている。この排気過給機３０については、タービンハ
ウジング３１の内壁３２に複数の仕切板３３，３４を設
け、複数のガス通路３５，３６，３７と複数のガス供給
口とを形成し、ガス通路３５，３６，３７と複数のガス
供給口とを断通するロータリーバルブをタービンハウジ
ング３１に形成した孔より回転自在にタービンハウジン
グ３１内に挿入したものである。

また、実開昭６０−１２６３１号公報に開示されたもの
を第５図を参照して概説する。第５図において、排気タ
ーボ過給機本体４０のタービンハウジング４３内にター
ビンホイール４５の周囲を囲む排気ガス流路が形成され
ると共に、タービンハウジング４３の内壁面に排気ガス
流路を第１の流路４６及び第２の流路４７に分割する仕
切板４９が設けられ、エンジンの複数のシリンダから排
出される排気ガスが第１の排気通路及び第２の排気通路
を介してタービンハウジング４３の第１及び第２の各流
路４６，４７に導入され、これらの第１及び第２の各流
路４６，４７からタービンホイール４５に排気ガスが吹
き付けられてタービンホイール４５が回転駆動される排
気ターボ過給機に関し、仕切板４９を板材によって形成
し、鋳造製のタービンハウジング４３の内壁面に平板状
の仕切板４９を設けた排気ターボ過給機が開示されてい
る。

次に、実開昭５８−１８０３３９号公報に開示されたタ
ーボチャージャを第６図を参照して概説する。該ターボ
チャージャ５０は、排気エネルギで回転するタービンと
前記タービンにより駆動されるコンプレッサとを備えて
いる。ターボチャージャ５０については、タービンスク
ロール５１の内部を入口部からタービンロータ５４外周
に至るかで二分割する隔壁５７を設け、これら並列する
二つのスクロール５５，５６の入口面積とロータ回転軸
５３から入口中心までの偏心量との比を異なって設定
し、且つ一方の入口にエンジン回転数に応じて開く切換
弁を設けたものである。

更に、特開昭５８−１３８２２２号公報に記載された排
気タービンは、タービンスクロールを二分割し、一方の
タービンスクロール部分に開閉弁すなわち開閉シャッタ
を設置し、ノズル面積を可変にするものである。該排気
タービンについて第７図を参照して概説する。

第７図において、内燃機関の排気タービンの過給機にお
ける排気タービン６０が示されている。この排気タービ
ン６０については、タービンケース６１の内部を隔壁６
２によりほぼ軸方向に並んだ流路面積の異なる大容量及
び小容量用の２つのスクロール室６３，６４に分割し、
この隔壁６２の先端はタービン羽根６７の外周の羽根入
口に近接させて、ノズル部分６５，６６も軸方向に２分
割し、且つこの２分割されたノズル幅をそれぞれに連通
している２つのスクロール室６３，６４の容量に応じて
与え、スクロール入口部にスクロール室６３，６４に連
なる２流路のうち流路面積の大きな方の流路入口を開閉
できるバルブ６８を設け、エンジン低速時の過給圧力が
低い場合には、バルブ６８を閉じて流路面積の小さな方
のスクロール室６４のみに排気ガスを流し、エンジン高
速時には次第にバルブ６８を開いて流路面積の大きな方
のスクロール室６３にも排気ガスを流すようにしたもの
である。図中、６９はアクチュエータを示す。

また、図示していないが、実開昭５２−１３３８１１号
公報には、タービン側ハウジング本体の排気入口に仕切
板を設けて内部を２口に分割した遠心過給機のハウジン
グ装置について開示されている。ハウジング本体と仕切
板を別体に形成し、ハウジング本体の排気入口の内面に
形成した凹溝に仕切板を嵌合しているものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、第４図に示された排気過給機については、ガ
ス通路３５，３６，３７を３個備えているが、これらは
タービンハウジング３１を鋳造する際に同時に鋳込まれ
て構成されていることは明らかである。

第５図に示されている排気ターボ過給機については、仕
切板４９は板材で形成されているが、この仕切板４９は
タービンハウジング４３内のみを分割するものである。
しかも、このようなタイプでは、鋳造時に、仕切板４９
を中子間に好ましい状態に設置することができず、仕切
板４９の両側を伝わって湯が流れるような現象が生じる
ことがあり、スムースなタービンスクロールが形成され
ないという問題点を有している。

また、第６図に示されているターボチャージャ５０につ
いては、エンジンの回転数に応答してタービンスクロー
ル５５，５６を可変容量にしたものである。更に、第７
図に示されている排気タービン過給機６０については、
エンジン低速から高速まで広範囲で効率良く十分な過給
圧力を得るためにスクロール室６３，６４及びノズル部
分６５，６６を可変容量にし、この容量を大幅に変える
ため低速時に使うスクロール流量面積をできるだけ小さ
くするもので、スクロール室６３，６４を２分割して、
一方のタービンスクロール部分に開閉弁６８すなわち開
閉シャッタを設置し、ノズル面積を可変にしている。

また、実開昭５２−１３３８１１号公報に開示された遠
心過給機のハウジング装置については仕切板を用いると
いう技術的思想は開示されているが、それは入口部につ
いてである。しかしながら、上記のいずれのものについ
ても、タービン通路に関してタービンケーシングは鋳物
のみ構成されたものであり、内壁面に薄板成形体を有す
るものでなく、タービン通路の形状を正確に且つ堅牢に
構成し、また鋳造時に湯に流れ込みを防止して所定の形
状を維持し、所望の形状を得るという点では問題を有す
るものである。

また、エンジンからの排気ガス等によって駆動されるタ
ービンの速度ベクトルは、排気ガス流量によって大幅に
変化するものである。特に、エンジンのアイドリング時
等の微小流量の時には、速度ベクトルを接線方向に増加
させて旋回流とすることが肝要である。しかしながら、
上記のいずれのものについても、排気ガスに対して速度
ベクトルを接線方向に増加させるという目的意識は全く
有していないものである。

そこで、この発明の目的は、上記の問題点を解決するこ
とであり、タービン通路に関してタービンケーシングは
鋳物で構成すると共に、前記タービン通路を複数のター
ビンスクロールに分割し、前記タービン通路の形状を所
望のサイズに正確に且つ堅牢に構成して所望の形状を得
ることができ、鋳造時に湯が流入するのを防止し、前記
タービンスクロールの所定の形状を得ることができるよ
うに構成すると共に、特に、エンジンのアイドリング時
のような排気ガス流量が微小流量の時にでも排気ガスに
速度ベクトルを接線方向に増加させ、旋回流れを与える
ことができるターボ過給装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、上記の目的を達成するために、次のように
構成されている。即ち、この発明は、分割されたタービ
ン通路を備えたタービンケーシングを鋳込みで構成した
タターボ過給装置において、薄板成形体は前記タービン
通路の内壁面を形成する薄板と前記タービン通路を通路
面積が大きいタービンスクロールと通路面積が小さいタ
ービンスクロールに分割する仕切板とで構成し、前記薄
板成形体の接合部がノズル部を除いて互いに密封状態に
固着され、通路面積が小さい前記タービンスクロールの
前記ノズル部のガス流れの上流側部分が閉鎖され且つ下
流側部分が開口されていることを特徴とするターボ過給
装置に関する。

また、このターボ過給装置において、前記薄板成形体と
前記仕切板との前記各端部は互いに溶接で固着されてい
る。

また、このターボ過給装置において、前記薄板成形体と
前記仕切板との前記各端部の接合部は前記タービンケー
シングに一体的に溶着されている。

〔作用〕

この発明によるターボ過給装置は、上記のように構成さ
れているので、次のように作用する。即ち、このターボ
過給装置は、タービン通路を仕切板で分割して２つのタ
ービンスクロールを薄板成形体で形成し、前記タービン
スクロールの排気ガス出口の上流側部分を閉鎖したの
で、鋳造時に薄板成形体の接合部から湯が流れ込むよう
な現象が発生せず、前記タービンスクロールが所定のサ
イズに且つスムースな形状に構成できる。また、前記タ
ービンスクロールのガス流れの上流側部分が閉鎖してい
るので、排気ガスがタービンスクロール内に沿って流れ
るため旋回流を与えられ、速度ベクトルを接線方向に増
加することができる。

従って、例えば、エンジンのアイドリング時におけるよ
うに排気ガス流量が微小流量であったとしても、排気ガ
スは十分な旋回流を与えられ、前記タービンスクロール
のノズル部からタービンロータへと流入することができ
るようになる。

更に、前記薄板と前記仕切板との接合部とはノズル部を
除いて密閉状態に溶接等によって互いに当接状態に固着
され、また前記薄板成形体から構成された前記タービン
スクロールを前記タービンケーシングに鋳込んで構成
し、更に前記薄板成形体の接合部即ち溶接部は鋳造時に
溶解して前記タービンケーシングと一体的に構成されて
いるので、前記タービン通路を分割する前記薄板成形体
及び前記仕切板を鋳造時に中子間の所定位置に極めて容
易に設置することができる。

また前記タービン通路に関して前記タービンケーシング
は鋳物で構成するが、成形体即ち成形品であるため、前
記タービン通路の形状を所望のサイズに正確に且つ堅牢
に構成でき、前記タービン通路に関して所望の形状を自
由に選定して形成することができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この発明によるターボ過給装置
の実施例を詳述する。

第１図において、この発明によるターボ過給装置の一実
施例が符号１により全体的に示されている。このターボ
過給装置１については、タービン本体であるタービンケ
ーシング２は鋳物によって構成されたものである。

第２図（イ）は第１図における線イ−イにおける断面
図、第２図（ロ）は第１図における線ロ−ロにおける断
面図、第２図（ハ）は第１図における線ハ−ハにおける
断面図、及び第２図（ニ）は第１図における線ニ−ニに
おける断面図である。

タービンケーシング２の内壁面には鋳造時に同時に鋳込
まれたステンレススチール材等から成る薄板成形体が配
置されている。タービン通路を形成する薄板成形体をタ
ービンケーシング２の内壁面に配置したものである。こ
の薄板成形体については、鋳造に先だって、図の上側に
位置する薄板５、図の下側に位置する薄板６、及び図の
中間に位置する仕切板１１によって予め成形された成形
品である。

薄板５及び薄板６はタービンケーシング２の内壁面に接
触状態に設置されており、仕切板１１がタービン通路を
二分割にしてタービンスクロール１２，１３を形成して
いる。薄板５の端部側面と仕切板１１の端部側面とは当
接状態に溶接等によって固着され、薄板５と仕切板１１
によって通路面積の大きいタービンスクロール１２を形
成している。また、薄板６の端部側面と仕切板１１の端
部側面との接合部は当接状態に溶接によって固着され、
薄板６と仕切板１１によって通路面積の小さいタービン
スクロール１３を形成している。

即ち、薄板５，６から成る薄板成形体及び仕切板１１
は、鋳造に先だって当接部８が溶接等によって互いに固
着されており、タービンスクロール１２，１３を構成す
るようにタービンケーシング２に鋳込まれる。しかも、
薄板５，６及び仕切板１１との当接部８及び接合部即ち
溶接部９は、鋳造時に溶解してタービンケーシング２と
一体的に構成される。従って、薄板５，６及び仕切板１
１はタービンケーシング２に極めて堅固に且つ確実に固
定される。

また、薄板５，６の端部、特に仕切板１１の端部につい
ては、ノズル１４，１５まで伸長し、タービンスクロー
ル１２に対してノズル部１４を提供し、タービンスクロ
ール１３に対してノズル部１５を提供している。薄板
５，６及び仕切板１１は、共に鋳造に先だって、ノズル
部１４，１５を除いて密封状態に成形されている。

更に、タービンスクロール１２については、ガス流のほ
ゞ全周囲にわたってノズル部１４に開口し、エンジンか
らの排気ガスはタービンスクロール１２を通ってノズル
部１４からタービンロータ４へと流入する。これに対し
て、タービンスクロール１３については、第２図（イ）
及び第２図（ロ）で示すように、ノズル部即ち排気ガス
出口の一部は、薄板６の延長部の薄板１６によって閉鎖
状態に形成されている。この排気ガス出口は、第３図に
示すように、タービンスクロール１３のガス流れの上流
側部分が閉鎖されているものであり、符号１７で示す位
置のガス流れの下流側部分になって開口するように構成
されている。この排気ガス出口の開口状態は、第２図
（ハ）及び第２図（ニ）に示すように、ノズル部１５に
開口している。

従って、エンジンからの排気ガスは、第３図に矢印で示
すように、タービンスクロール１３に沿って流れ、速度
べクトルを接線方向に増加させて旋回流となり、即ち、
エンジンからの排気ガス流れはタービンスクロール１３
によって回転流れに変化させられ、薄板１６の終端部１
７に達して始めてタービンスクロール１３からノズル部
１５を通ってタービンロータ４へと流入する。

ところで、図では、薄板５，６と仕切板１１とが結合し
た当接部８、及び溶接した溶接部９は、説明を分かり易
くするために、明確に区別して誇張した状態に図示され
ているが、実際にはこの部分は鋳造時にタービンケーシ
ング２に融合した状態になっているものである。なお、
図中、３はケーシングを示す。

このターボ過給装置の実施例について、細部にわたって
詳述したが、これら細部に限定されるものでなく、例え
ば、タービンスクロール１３を密封状態に構成する薄板
１６の終端部１７は、ターボ過給装置に応じて最適位置
を決定すればよいものであり、薄板１６の終端部１７の
位置が限定されているものではない。タービンスクロー
ル１とタービンスクロール１３との通路面積の大きさ即
ちサイズについては、極端にタービンスクロール１３の
方を小さくすることもでき、必ずしも限定されるもので
はない。

〔発明の効果〕

この発明によるターボ過給装置は、以上のように構成さ
れているので、次のような効果を有する。即ち、このタ
ーボ過給装置は、タービン通路を仕切板によって分割
し、少なくとも一方のタービンスクロールを薄板成形体
で形成し、前記タービンスクロールの排気ガス出口の上
流側部分を閉鎖したので、鋳造時に薄板成形体の接合部
から湯が流れ込むような現象が発生せず、前記タービン
スクロールが所定のサイズに且つスムースな形状に構成
できる。

特に、小さい通路面積の前記タービンスクロールの上流
側部分が閉鎖しているので、排気ガスがタービンスクロ
ール内に沿って流れるため旋回流を与えられ、速度ベク
トルを接線方向に増加することができる。例えば、エン
ジンをアイドリング時に排気ガス流量が微小流量であっ
ても、排気ガス出口が閉鎖された前記タービンスクロー
ル内に沿って流れるに従って十分な旋回流が与えられ、
前記タービンスクロールのノズル部からタービンロータ
へと流入する。

更に、前記薄板成形体の前記仕切板と端部とはノズル部
を除いて密封状態に溶接によって互いに当接状態に固着
され、また前記鵜板成形体及び前記仕切板から構成され
た前記タービンスクロールを前記タービンケーシングに
鋳込んで構成し、更に前記薄板成形体と前記仕切板との
接合部は溶着して前記タービンケーシングと一体的に構
されるので、前記タービン通路を分割する前記薄板成形
体及び前記仕切板を鋳造時に中子間の所定の位置に極め
て容易に位置することができる。

また、前記タービン通路に関して前記タービンケーシン
グは鋳物で構成するが、前記薄板及び前記仕切板は成形
体即ち成形品であるため、前記タービンスクロールの形
状を所望のサイズに正確に且つ堅牢に構成できることは
勿論のこと、前記タービン通路に関して所望の形状を自
由に選定して形成することができる。

また、前記タービンケーシングに前記薄板成形体及び前
記仕切板の一部即ち当接及び溶接部は溶解した状態に構
成され、前記薄板成形体及び前記仕切板は極めて堅牢に
前記タービンケーシングに固着される。

また、タービン通路を仕切る前記仕切板に関しては、従
来のものに比較して極めて薄肉に構成することができ、
タービンスクロールの流路面積を前記仕切板によって減
少させるようなことがなく、前記仕切板は前記タービン
ケーシングに確実に且つ堅固に取り付けられる。

更に、前記ノズル部を前記タービンスクロールを形成す
る前記仕切板によって分割しているので、前記ノズル部
の形状が堅固に且つ安定した状態に維持される。前記仕
切板及び前記薄板成形体を使用するので、前記タービン
スクロールの通路面積を流量、流速等に応じて所望によ
り選定して簡単に設計変更することができ、通路面積を
変更する場合にも、製造が極めて簡単である。前記ター
ビンスクロールは堅牢で且つ簡単な構造であってその形
状は維持されるので、故障等の発生がなく、メインテナ
ンス等が簡単である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるターボ過給装置に実施例を示す
平面図、第２図（イ）は第１図の線イ−イにおける断面
図、第２図（ロ）は第１図の線ロ−ロにおける断面図、
第２図（ハ）は第１図の線ハ−ハにおける断面図、第２
図（ニ）は第１図の線ニ−ニにおける断面図、第３図は
第１図の長手方向の断面図、第４図は従来の排気過給機
を示す断面図、第５図は従来の排気ターボ過給機を示す
断面図、第６図は従来のターボチャージャを示す断面
図、及び第７図は従来の排気タービン過給機を示す断面
図である。 １……ターボ過給装置、２……タービンケーシング、
５，６，１６……薄板、８……当接部、９……溶接部、
１１……仕切板、１２，１３……タービンスクロール、
１４，１５……ノズル部、１７……薄板１６の終端部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】分割されたタービン通路を備えたタービン
   ケーシングを鋳込みで構成したターボ過給装置におい
   て、薄板成形体は前記タービン通路の内壁面を形成する
   薄板と前記タービン通路を通路面積が大きいタービンス
   クロールと通路面積が小さいタービンスクロールに分割
   する仕切板とで構成し、前記薄板成形体の接合部がノズ
   ル部を除いて互いに密封状態に固着され、通路面積が小
   さい前記タービンスクロールの前記ノズル部のガス流れ
   の上流側部分が閉鎖され且つ下流側部分が開口されてい
   ることを特徴とするターボ過給装置。
2. 【請求項２】前記薄板成形体との前記仕切板との前記各
   端部は互いに溶接で固着されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載のターボ過給装置。
3. 【請求項３】前記薄板成形体と前記仕切板との前記各端
   部の接合部は前記タービンケーシングに一体的に溶着さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   のターボ過給装置。