JPH0724589Y2

JPH0724589Y2 - 内燃機関用排気タービン過給機

Info

Publication number: JPH0724589Y2
Application number: JP1989071820U
Authority: JP
Inventors: 義晴岩間; 勝 ▲榊▼田
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1989-06-20
Filing date: 1989-06-20
Publication date: 1995-06-05
Anticipated expiration: 2004-06-20
Also published as: JPH0310039U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］本考案は、内燃機関に取り付けられて、この内燃機関に
吸気を圧縮して送り込むようにした過給機に係わり、特
に、自動車用あるいは船舶用の内燃機関に用いられ、こ
の内燃機関の排気の動的エネルギや熱エネルギを利用し
て前記吸気を圧縮するようにした排気タービン過給機に
関するものである。

［従来の技術］一般に、自動車や船舶等に搭載された内燃機関における
出力向上の一手段として、排気タービン過給機により吸
気を圧縮して吸気密度を高めることが行われている。

そして、前記排気タービン過給機の一構造例として、第
７図および第８図に示すような構成のものが知られてい
る。

この排気タービン過給機１は、ケーシング２と、このケ
ーシング２内に回転自在に装着されたシャフト３と、こ
のシャフト３の一端部に取り付けられ、排気通路４の途
中に配設されたタービン５と、前記シャフト３の他端部
に取り付けられて前記タービン５と一体回転させられる
とともに、吸気通路６の途中に配設されたコンプレッサ
７と、前記ケーシング２に排気通路４と連通状態で形成
されて前記タービン５へ排気を吹き付けるノズル８とを
備えた構成となっている。

このように構成された排気タービン過給機１は、第７図
および第８図に矢印（イ）で示すように、排気通路４内
を流れる排気を、ノズル８によってタービン５のインペ
ラ5aへ吹き付けてこのタービン５を回転させるととも
に、タービン５が取り付けられているシャフト３を介し
てコンプレッサ７を作動させ、これによって、第７図に
矢印（ロ）で示すように、吸気通路６内の吸気を圧縮し
つつ下流側の内燃機関へ送り込むようにしている。

このような構成により、内燃機関の吸気密度を高めて出
力の向上が図られる。

ところで、前記構成の排気タービン過給機１における過
給効率は、ノズル８の形状（ノズル８の最狭部の開口面
積Ａ）やタービン５との位置関係（前記ノズル開口部の
中心から、タービン５の回転中心までの距離Ｒ）、なら
びに、排気流量との関係によってほぼ決定される。

すなわち、開口面積／距離＝A/Rが設定されると、排気
タービン過給機１において最も良好な過給効率が得られ
る排気流量の範囲が決められてしまう。

したがって、比較的排気流量の少ない低回転域において
高い過給効率が得られるように、前記A/Rを設定する
と、排気流量が多い高回転域において過給効率が低下し
てしまうという不具合が生じる。また逆に、排気流量が
多い高回転域に合わせて前記A/Rを設定すると、低回転
域における過給効率が低下してしまう。

一般に、A/Rが大きいと高回転に適し、また、A/Rが小さ
いと低回転に適しているとされている。

そこで従来では、第９図に示すような排気タービン過給
機10が提案されている。

この排気タービン過給機10は、ケーシング11の内部に装
着されたタービン12と、このタービン12を取り囲んだ位
置に回動可能に装着された複数のノズル翼13とを備え、
隣接する一方のノズル翼13の上流側の端部と他方のノズ
ル翼13の下流側の端部との間にノズル14を形成した構成
としたものである。

そして、前記構成の排気タービン過給機10は、各ノズル
翼13を同期して同一方向へ回動させて、隣接するノズル
翼13の上流側の端部と下流側の端部とを接近離間させる
ことにより（この２位置を第９図に実線と鎖線によって
示した）、各ノズル翼13間に形成されるノズル14の最狭
部の開口面積Ａを変化させるとともに、その中心と前記
インペラ12aの回転中心との距離Ｒを変化させるように
し、これによって、排気流量の変化に応じたA/Rの調整
を行って、広い回転域における過給効率の向上を図って
いる。

すなわち、低回転域においては、第９図に示すA1/R1と
し、高回転域においては、A2/R2とすることにより、排
気流量の変化に対応した調整を行い過給効率の向上を図
っている。

［考案が解決しようとする課題］しかしながら、前述の従来の可動型のノズル翼13を用い
た排気タービン過給機10においても、次のような不具合
を有している。

すなわち、ノズル翼13の回動を円滑に行わせるために
は、ケーシング11やノズル翼13の熱膨張等を考慮して、
各ノズル翼13の両側部とケーシング11の内面との間に隙
間を設ける必要があるが、ノズル翼13の円滑な回動を得
るために充分な隙間を設けると、この隙間から排気がノ
ズル14をバイパスしてインペラ12a側へ漏れてしまい、
これによって過給効率の低下を招いてしまうといった不
具合である。

そして、このような不具合は、排気流量の少ない低回転
域において特に顕著となる。

また、従来の排気タービン過給機10によって、前述のよ
うに排気流量の変化に対応したA/Rの調整が行えるよう
になったが、各ノズル翼13の回転範囲が規制されている
ことにより、その調整範囲もおのずと制限されるといっ
た不具合も生じる。

本考案は、このような従来の技術において残されている
課題、つまり、ノズル翼の側部の隙間を経由する排気の
漏れを低減し、広範囲の回転域における過給効率の向上
を図るものである。

［課題を解決するための手段］本考案に係わる内燃機関用排気タービン過給機は、前述
の課題を解決するために、特に、内燃機関から排出され
る排気によって回転駆動されるタービンと、このタービ
ンへ向けて前記排気を吹き付けるノズルを形成する複数
のノズル翼とを備え、前記各ノズル翼が、固定翼とこの
固定翼の下流位置に連なりかつ固定翼の方向に対して角
度を変える可動翼とによって構成されているとともに、
これらの固定翼と可動翼との間に、低回転域において排
気の一部を外側から内側に、または高回転域において排
気の一部を内側から外側に選択的に挿通させる隙間が形
成されている構成を採用している。

［作用］本考案に係わる内燃機関用排気タービン過給機にあって
は、固定翼の両側部分に隙間を形成することなく、この
部分を経由する排気の漏れが低減されるとともに、加え
て、固定翼の両側部分とケーシングとの一体化により、
ケーシングの熱変形を抑制することにより、可動翼とケ
ーシングとの間に形成される隙間を極力小さくし、これ
によって、可動翼とケーシングとの隙間からの排気の漏
れが抑制される。

また、可動翼の回動により、排気流量の変化に応じてノ
ズルの開口面積ならびにその中心からタービンの回転中
心までの距離を調整する。これによって広い領域におい
て過給効率の向上が図られる。

さらに、固定翼と可動翼との間に形成された隙間によ
り、ケーシング内に流入する排気の一部が、低回転域ま
たは高回転域において、外側から内側または内側から外
側に、選択的に挿通させられることにより、ノズル翼間
を流れる排気の主流が加速されて、過給効率が一層高め
られる。

［実施例］以下、本考案の一実施例を第１図ないし第３図に基づき
説明する。

なお、以下の説明中、従来と同様の部分については同一
符号を用いて説明を簡略化する。

第１図は本実施例に係わる排気タービン過給機20の要部
を示し、この排気タービン過給機20は、内燃機関（図示
略）から排出される排気によって回転駆動されるタービ
ン21と、このタービン21のインペラ21aへ向けて排気を
吹き付けるためのノズル22を形成する複数のノズル翼23
とを備え、前記各ノズル翼23が、固定翼24と、この固定
翼24に連なる可動翼25とによって構成されているととも
に、これらの固定翼24と可動翼25との間に、前記ノズル
翼23の表面側と裏面側とを連通する隙間Ｃが形成された
基本構成となっている。

次いで、これらの詳細について説明すれば、前記各ノズ
ル翼23は、前記タービン21に対して略接線方向に沿って
配設されており、排気の上流側が前記固定翼24となさ
れ、下流側が可動翼25となされている。

そして、前記各固定翼24は、排気の流れ方向の長さが可
動翼25のそれに対して、短く形成されており、両側部が
前記ケーシング26に一体化されている。

前記可動翼25の前記固定翼24側の端部には、駆動軸27が
一体に取り付けられており、この駆動軸27は、前記ケー
シング26に回動可能に取り付けられているとともに、ケ
ーシング26の外部へ突出させられて駆動機構（図示略）
に連結されている。

したがって、前記可動翼25は、前記駆動軸27を回動中心
として前記駆動機構により所定角度の範囲内で回動させ
られるようになっている。

また、前記可動翼25は、隣接するノズル翼23へ最も接近
させられた状態において、隣接するノズル翼23の固定翼
24と重畳するようにその長さが設定されている。

前記隙間Ｃは、本実施例においては、第３図に示すよう
に、可動翼25が隣接する他のノズル翼23へ接近させられ
た状態において、ノズル翼23のタービン21側の面に滑ら
かにつながるように、ノズル翼23の長さ方向に対して傾
斜した状態に、排気の一部を外側から内側にのみ挿通さ
せるように設けられている。

次いで、本実施例の作用について説明する。

まず、内燃機関からの排気流量が少ない場合において
は、各ノズル翼23の可動翼25が、第３図に実線で示すよ
うに、隣接するノズル翼23に最も接近させられた位置に
回動させられる。

このような位置に可動翼25が位置させられると、両ノズ
ル翼23間に形成されるノズル22の開口面積Ａが狭められ
るとともに、その中心とタービン21の回転中心との距離
Ｒが長く設定され、これによってA/Rが小さく設定され
る。

このような設定においては、排気が狭い開口面積Ａを有
するノズル22によって加速されたのちにタービン21へ吹
き付けられる（この排気の流れを主流Ｘとし、第３図中
に破線矢印で示す）。

したがって、排気流量の少ない低回転域においても高効
率の過給特性が得られる。

一方、前述のような排気の増速作用とともに、各ノズル
翼23間に送り込まれる排気の一部が、固定翼24と可動翼
25との間の隙間Ｃを挿通して可動翼25のタービン21側の
面に沿って流される（この排気の流れを副流Ｙとし、第
３図中に実線矢印で示す）。

そして、前記副流Ｙは、前記隙間Ｃを通過する際に、狭
い部分からタービン21に向かって外側から内側に噴出す
ることにより主流Ｘよりもさらに加速される。

したがって、前記排気の主流Ｘが副流Ｙの作用によって
加速される。

この結果、排気流量の少ない低回転域においてタービン
21へ吹き付けられる排気の流速が高められることと、固
定翼24の両側部分とケーシング26との間が一体化により
閉塞されていることと、加えて、排気が、固定翼24の両
側部分とケーシング26との間から漏れるよりも、隙間Ｃ
を経由して副流Ｙとなることとにより、低回転域におけ
る過給効率が高められる。

低回転域の範囲外では、排気流量に応じて可動翼25の向
きが変り、可動翼25の先端と回転翼24との間が広がるた
めに、傾斜状態の隙間Ｃを経由する副流Ｙが徐々に少な
くなり、第３図例では高回転域における副流Ｙが生じな
くなる。

一方、前記固定翼24がケーシング26に固定されている
と、回転翼24の両側部分のケーシング26の熱変形が抑制
されるため、このケーシング26の内面と可動翼25の両側
部との間の隙間Ｇが狭められても、可動翼25の回動が円
滑に行われる。

したがって、前記可動翼25とケーシング26との間の間隙
Ｇからの排気の漏れが抑制されて、排気の殆どがノズル
22を経てタービン21へ吹き付けられることとなり、この
点からも過給効率の向上が図られる。

ここで、本実施例の排気タービン過給機20の過給効率
と、第９図に示す従来の排気タービン過給機10のそれと
を比較し第４図に示す。

第４図において実線で示す曲線が従来例を示し、破線部
分が、本実施例による改善部分を示すものである。

この図からも明らかなように、本実施例によると、排気
流量が少ない領域での過給効率が大幅に改善される。

一方、第５図は本考案の他の実施例を示すもので、固定
翼24と可動翼25との間に形成される隙間Ｃの向きを高回
転域に合わせて、設定したものである。

すなわち、本実施例においては、前記隙間Ｃを、前記可
動翼25が隣接する他のノズル翼23から最も離間した位置
へ回動させられた状態において、可動翼25の外側（すな
わちタービン21と反対側）の面に滑らかにつながるよう
に、その傾斜方向を設定したものである。

このような構成とすることにより、第５図に示すよう
に、排気流量が多い場合における主流Ｘの流れが隙間Ｃ
を流れる副流Ｙによって加速される。

これによって、排気流量が多い場合における過給効率の
向上が図られる。

本実施例の排気タービン過給機20の過給効率と、第９図
に示す従来の排気タービン過給機10のそれとを比較し第
６図に示す。

第６図において実線で示す曲線が従来例を示し、破線部
分が、本実施例による改善部分を示すものである。

この図からも明らかなように、本実施例によると、排気
流量が多い領域での過給効率が大幅に改善される。

なお、前記各実施例において示した各構成部材の諸形状
や寸法等は一例であって、適用する内燃機関の種類や設
計要求等に基づき種々変更可能である。

［考案の効果］以上説明したように、本考案に係わる内燃機関用排気タ
ービン過給機は、内燃機関から排出される排気によって
回転駆動されるタービンと、このタービンへ向けて前記
排気を吹き付けるノズルを形成する複数のノズル翼とを
備え、前記各ノズル翼が、固定翼とこの固定翼の下流位
置に連なりかつ固定翼の方向に対して角度を変える可動
翼とによって構成されているとともに、これらの固定翼
と可動翼との間に、低回転域において排気の一部を外側
から内側に、または高回転域において排気の一部を内側
から外側に選択的に挿通させる隙間が形成されているも
のであるから、次のような優れた効果を奏する。

固定翼を配することによって、固定翼の両側が必然的に
ケーシングに一体化され、固定翼によりケーシングの熱
変形を抑制することができるとともに、可動翼とケーシ
ングとの間に形成される隙間を極力小さくし、これによ
って、可動翼とケーシングとの隙間からの排気の漏れを
抑制して、排気の殆どをノズルへ導くことができる。

また、可動翼の回動により、排気流量の変化に応じてノ
ズルの開口面積ならびにその中心からタービンの回転中
心までの距離を調整して、排気流量の異なる広い領域に
おいて過給効率を向上させることができる。

さらに、固定翼と可動翼との間に形成された隙間によ
り、ケーシング内に流入する排気の一部を加速しつつノ
ズル翼の一方の面側から他方の面側へ向けて送り込むこ
とにより、ノズル翼間を流れる排気の主流をさらに加速
して、過給効率をより一層向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本考案の一実施例を示すもので、
第１図は要部の縦断面図、第２図は要部の正面図、第３
図は作用を説明するための要部を拡大した正面図、第４
図は一実施例の作用を説明するための過給効率−排気流
量線図、第５図は本考案の他の実施例を示す要部を拡大
した正面図、第６図は第５図に示す実施例の作用を説明
するための過給効率−排気流量線図、第７図および第８
図は排気タービン過給機の一例を示すもので、第７図は
縦断面図、第８図は一部を拡大した縦断面側面図、第９
図は従来の排気タービン過給機の他の例を示す縦断面側
面図である。 20……排気タービン過給機、21……タービン、21a……
インペラ、22……ノズル、23……ノズル翼、24……固定
翼、25……可動翼、26……ケーシング、27……駆動軸、
Ｃ……隙間。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】内燃機関から排出される排気によって回転
駆動されるタービン（21）と、このタービンへ向けて前
記排気を吹き付けるノズル（22）を形成する複数のノズ
ル翼（23）とを備え、前記各ノズル翼が、固定翼（24）
とこの固定翼の下流位置に連なりかつ固定翼の方向に対
して角度を変える可動翼（25）とによって構成されてい
るとともに、これらの固定翼と可動翼との間に、低回転
域において排気の一部を外側から内側に、または高回転
域において排気の一部を内側から外側に選択的に挿通さ
せる隙間（Ｃ）が形成されていることを特徴とする内燃
機関用排気タービン過給機。