JPH0647935B2 - 排気タ−ビン式タ−ボチヤ−ジヤ - Google Patents

排気タ−ビン式タ−ボチヤ−ジヤ

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JPH0647935B2
JPH0647935B2 JP3903886A JP3903886A JPH0647935B2 JP H0647935 B2 JPH0647935 B2 JP H0647935B2 JP 3903886 A JP3903886 A JP 3903886A JP 3903886 A JP3903886 A JP 3903886A JP H0647935 B2 JPH0647935 B2 JP H0647935B2
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義洋 武田
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00Stators
    • F01D9/02Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/026Scrolls for radial machines or engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/40Application in turbochargers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 焙炒は、自動車エンジンの排気流を利用してエンジンに
圧縮空気を供給する排気タービン式ターボチヤージヤに
係り、特にターボチヤージヤのタービンケースの内部構
造に関するものである。
〔従来の技術〕
従来の排気タービン式ターボチヤージヤは、例えば特開
昭54−23816 号公報に示すように、タービンケースのス
クロール室を隔壁で2分割している。その理由の1つと
しては、排気タイミングを異にする複数の気筒から排気
を集めてタービンケース内に導入している関係上、スク
ロール室が1つの場合には、排気ガスの衝撃波が干渉し
合いターボチヤージヤの効率が悪くなるため、この不具
合を解消する手段としてスクロール室を2分割するもの
である。例えば、エンジンが6気筒の場合には、3気筒
の一方のスクロール室に、他の3気筒は他方のスクロー
ル室に排気ガスを流して排気ガスの干渉を防止してい
る。
他の理由としては、可変容量式ターボチヤージヤとして
使用するためである。すなわち、エンジンが低速で排気
ガスの量が少ないときは、一方のスクロール室からのみ
排気ガスを流し込み、エンジンが中高速になると両方の
スクロール室から排気ガスを流し込むことによつてター
ビンケースのA/Rを2段階に変化させ、このようにし
てターボラグを最少にとどめようとするものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
以上のように、タービンケースのスクロール室を2分割
にすることは種々の利点を有するが、従来のタービンケ
ースはスクロール隔壁の厚さが一定であるため、隔壁を
薄くすれば排気ガスの熱応力により隔壁にクラツクが発
生し熱耐久性が劣る問題を有していた。ところで、この
ようなクラツク発生は一様に発生するものではなく、排
気ガス耐熱試験によれば、スクロール室入口側の隔壁ほ
どクラツク発生頻度が高くなるものであった。
このクラツク発生状態を第3図(a),(b)に基づき
説明する。第3図(a)は従来のターボチヤージヤに使
用するタービンケース3′の正面図、第3図(b)はタ
ービンケース3′の各部位(断面A−P〜断面H−P)
の断面状態を示すものである。タービンケース3′の内
部を隔壁8′によりスクロール室7′a,7′bに2分
割した場合、第3図(b)に示すように隔壁8′の各部
位を一様にすると、スクロール室入口側付近(断面A−
P〜C−Pの部位)の隔壁部が最もクラツクが発生し易
く、中間付近(断面D−P〜F−Pの部位)ではクラツ
クの発生が少なくなり、スクロール室出口側付近(断面
G−P〜H−Pの部位)では、クラツクがほとんど発生
しない。このようにスクロール隔壁の各部位でクラツク
発生頻度が異なるのは、隔壁8′がスクロール室7′
a,7′bの各部位の開口面積に比例して、その突出方
向の長さlが異なるために、隔壁8′を一様にすると、
長さlが長くなるスクロール室入口側の隔壁部位の剛性
が小さくなり、これに対して隔壁8′の長さが短くなる
スクロール室出口側に近づくほど剛性が大きくなるの
で、スクロール室入口側の方が出口側よりも大きな熱応
力を受けるためである。
このような問題を解決するためには、隔壁の厚さを一様
に厚くしたり、或いは熱耐熱材を使用することが有効で
あるが、前者の場合は隔壁を厚くするほどスクロール面
積が減少してタービンのA/Rが小さくなり、ターボチ
ヤージヤの過給効率が悪くなる問題を有し、後者の場合
は装置のコストが高くなる問題を有していた。
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、タービンケースの材質、外観を変
えることなく、スクロール室内部の構造変化のみで熱応
力による隔壁のクラツク発生を防止し、またスクロール
面積を充分に確保してターボチヤージヤの過給効率を適
正状態に維持することのできるターボチヤージヤを提供
することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は上記目的を達成するために、渦巻形のタービン
ケースの内部をスクロール隔壁により2つのスクロール
室に分割した方式のターボチャージャにおいて、前記ス
クロール隔壁は、前記スクロール室の入口側から出口側
に向かって厚みを減らすように構成した。この厚みの変
化は連続的でも段階的でもよい。
〔作用〕
本発明によれば、スクロール隔壁にクラツクが発生しや
すい箇所、すなわち大きな熱応力を受けるスクロール室
入口側に近づくほど隔壁を厚くすることができるので、
スクロール室入口側付近のスクロール隔壁の剛性が増
し、その結果、従来、クラツク発生頻度が最も高かつた
スクロール室入口付近においてもクラツクが発生しにく
くなる。また、クラツク発生頻度が低くなる隔壁部位に
移行するに対応して、スクロール隔壁の厚みを連続的又
は段階的に減らしていくので、スクロール隔壁の全ての
部位に無理な熱応力を生ぜずクラツク発生を防止できる
と共に、スクロール室出口に至るにつれて隔壁部位が薄
くなるので、出口側に近づくにつれてスクロール室の有
効面積率が徐々に大きくなり、タービンのトータルA/
Rを従来と同程度に確保することができる。
〔実施例〕
本発明の一実施例を第1図及び第2図に基づき説明す
る。
第1図は本発明の一実施例であるターボチヤージヤの一
部切欠断面図である。同図において、1は排気式ターボ
チヤージヤの本体、2はコンプレツサ室、3は排気流路
を渦巻形に形成してなるタービンケースである。コンプ
レツサ室2にはコンプレツサ羽根車4が収容され、他
方、タービンケース3にはタービン羽根車5が収容さ
れ、タービン羽根車5とコンプレツサ羽根車4が回転軸
6に同軸上に配置されており、タービンケース3内部の
スクロール室7の内部に排気ガスが流れると、排気ガス
のエネルギがタービンの回転エネルギに変換され、この
回転エネルギによりコンプレツサ(コンプレツサ羽根
車)4が回転し、圧縮空気が自動車エンジンに供給され
る。
タービンケース3のスクロール室7の入口部(図示せ
ず)は、タービンケース3の排気ガス流入口3aの近傍
に位置し、スクロール室7の入口側からスクロールが巻
き始まり、巻終り位置にスクロール室7の出口部(図示
せず)が配置されている。
第2図(a)は本実施例のターボチヤージヤにおけるタ
ービンケースの正面図、第2図(b)は同図(a)のタ
ービンケースを中心Pから各部位A〜Hまでを45゜間
隔で断面してスクロール室7の内部構造を示すものであ
る。
スクロール室7は、その内部に安定した排気流を流すた
めにスクロール室7の入口側(第2図(b)のA−P位
置)に近づくほど流路面積が広く、出口側(第2図
(b)のH−P位置)に近づくほど流路面積が狭く形成
され、また、スクロール隔壁8を介してスクロール室7
が半円断面形の一対のスクロール室7a,7bに2分割
されている。隔壁8はスクロール室7の各部位の面積に
比例して、その突出方向の長さlが変化し、その長さl
がスクロール室7の入口側に近づくほど長く、スクロー
ル室7の出口側に近づくほど短く形成されている。
このような隔壁の突出方向の長さlは、〔発明が解決し
ようとする問題点〕の項で詳述したように、隔壁8の厚
さを一様にした場合には、長さlが長くなるスクロール
室7入口側の剛性が出口側よりも大きくなるために、ス
クロール室7の入口側付近のスクロール隔壁8部位にお
いて排気ガス熱による熱応力が大きくなり、この位置に
クラツクが発生しやすい現象が生じる。なお、既述した
ようにスクロール隔壁の中間付近ではクラツクの発生が
少なくなり、スクロール室出口側付近ではクラツクがほ
とんど発生しない。
そこで、本実施例はスクロール室7の隔壁8の厚さを、
第2図(b)に示すようにスクロール室入口側から出口
側にかけて連続的に変化させ、最も大きな熱応力が生じ
るスクロール室7の入口側(断面A−P〜C−P部位)
の隔壁8の厚さをそこでの熱応力に耐え得る程度の充分
な厚さに形成し、さ程大きな熱応力を受けないスクロー
ル室7の中央付近(断面D−P〜F−P部位)の隔壁8
の厚みを徐々に減らし、熱応力が小さくなるスクロール
室7の出口側(断面G−P〜H−P箇所)の隔壁8の厚
さをスクロール室7の入口側の半分以下になるように極
めて薄く形成したものである。
しかして、このような隔壁構造によれば、スクロール室
7の入口側隔壁の剛性が充分に増大し、また、スクロー
ル室7の中間付近、出口側付近もその位置に発生する熱
応力に耐え得る適宜の剛性を保持することができるの
で、スクロール室7の入口側から出口側に至る全ての部
位で排気ガス熱によるクラツクが発生しにくくなり、隔
壁8の熱耐久性を大幅に向上させることができる。
また、本実施例における隔壁8の厚さを従来例と比較し
た場合、スクロール室7の入口側付近の隔壁厚さは本実
施例の方が厚味を増すが、中間付近ではほぼ同程度の厚
さとなり、スクロール室7の出口側付近では本実施例の
方が薄くなるので、スクロール室出口側付近に至るにつ
れてスクロール室7の有効面積率が徐々に大きくなり、
その結果タービンのトータルA/Rは従来例とほぼ同程
度に確保することができる。
従つて、ターボチヤージヤに性能劣化をきたすことな
く、また、タービンケースの材質形状を従来と同程度の
ものを使用して耐熱久性を大幅に向上させることができ
る。
なお、上記実施例ではスクロール隔壁8の厚さを連続的
に変化させる構造にしているが、これに代えて、例えば
隔壁8の厚さを、スクロール室入口側付近(断面A−P
〜C−P部位)、スクロール中間付近(断面D−P〜F
−P部位)、スクロール室出口側付近(断面G−P〜H
−P部位)の三段階に分け、スクロール室入口側を最も
厚くし、以後、中間付近、スクロール出口側に向けて隔
壁の厚みを段階的に減らしても同様の効果を奏すること
ができる。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、タービンケースの材質、
外観を変えることなく、スクロール室の内部構造の変化
のみでスクロール隔壁のクラツク発生を防止し、また、
タービンのトータルA/Rを充分に確保してターボチヤ
ージヤの過給効率を適正に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第2図
(a)は第1図のターボチヤージヤに使用するタービン
ケースの正面図、第2図(b)は第2図(a)の各部位
を断面してスクロール室の内部構造を表わす断面図、第
3図(a)は従来のタービンケースの正面図、第3図
(b)は第3図(a)の各部位を断面して従来のスクロ
ール室の内部構造を表わす断面図である。 1……ターボチヤージヤ、2……コンプレツサ室、3…
…タービンケース、4……コンプレツサ、5……タービ
ン、7(7a,7b)……スクロール室、8……スクロ
ール隔壁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 敏 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所佐和工場内 (56)参考文献 特開 昭54−23816(JP,A) 特開 昭53−77215(JP,A) 実開 昭61−122305(JP,U)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】渦巻形のタービンケースの内部をスクロー
    ル隔壁により2つのスクロール室に分割し、該スクロー
    ル室にエンジンの排気ガスを導入してタービンの回転エ
    ネルギに変換し、この回転エネルギによりコンプレッサ
    を駆動させる方式のターボチャージャにおいて、前記ス
    クロール隔壁は、前記スクロール室の入口側から出口側
    に向かって厚みを減らすように構成したことを特徴とす
    る排気タービン式ターボチャージャ。
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US6709235B2 (en) 2001-09-14 2004-03-23 Honeywell International Inc. Turbine housing for high exhaust temperature
JP6259520B2 (ja) * 2014-07-03 2018-01-10 三菱重工業株式会社 タービンケーシング、タービン、タービンケーシングを鋳造するための中子、及びタービンケーシングの製造方法
US10823008B2 (en) * 2018-05-11 2020-11-03 Garrett Transportation I Inc. Turbocharger having a meridionally divided turbine housing
WO2023187913A1 (ja) * 2022-03-28 2023-10-05 三菱重工エンジン&ターボチャージャ株式会社 斜流タービン及びターボチャージャ

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