JPS58192925A - 内燃機関用の排気タ−ボ過給機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関用の排気ターゼ過給機であって、タ
ービンが、タービン流過横断面を変化するために軸方向
で調節可能なリングスライダを備えており、該リングス
ライダが、少なくとも部分的に半径方向で貫流されるタ
ービン案内装置とタービン回転羽根との間に配置されて
おり、かつタービン案内装置の半径方向で貫流される部
分の出口縁が少なくとも部分的に仮想の円筒部上に位置
しており、さらに前記リングスライダが直接タービン案
内装置の出口縁に沿って調節可能である形式のものに関
する。

機関の部分負荷時には排気ガス量が減少され、このこと
によりタービン流過横断面が変化しないばあいには過給
圧が低下される。このことによって機関内には著しくわ
ずかな過給空気しか維持されず、このばあいには排気ガ
ス温度が上昇し及び不完全燃焼の危険が増大する。この
ような状態になることを避けるために、タービン過流横
断面が運転中に機関負荷に適合され、このことにより全
運転範囲においてほぼ一定の過給圧及び無煙の運転が達
成されろようにする必要がある。

従来のリングスライダは半径流゛タービンに限定されて
いる。しかも従来のリングスライダの端面ば、特定の輪
郭形状を有することができない程に薄いものである。こ
のようなリングスライダが運転中に流過通路内に突入す
ると、損失に結びつく強い流れ分離の発生を避けること
ができない。

本発明の課題は、ガスタービンが、流れを案内する羽根
部材に影響を及ぼすことなしに全回転数範囲に無段に調
整されるような排気ターゲ過給機を提供することである
。

このような課題を解決するために本発明で゛は、リング
スライダの端面及び該端面に制限されていてタービン回
転羽根に向かう面が、ガス流を分離せずにほぼ軸方向の
流出流に変向させるように形成されている。

本発明によって得られる利点は、排気ガス流過通路とタ
ービン回転羽根とを区分することなしに、簡単かつ安価
で、さらに運転が確実である調整を可能にすることであ
る。さらに別の利点は、タービン回転羽根に対する流過
角度が全運転範囲で一定に保たれているので、タービン
回転羽根の入口縁における衝突損失が著しく減少されろ
ことである。タービン案内装置の出口縁が少なくとも部
分的に円筒状面に位置していることによって、本発明は
半径流タービンにも軸流タービンにも使用される。

以下に図示の実施例につき本発明を説明する。

全ての図面において同一部材には同一の符号が付けられ
ている。排気ガスの流れ方向が矢印で示されている。符
号Ａは全負荷時のリングスライダの位置を、符号Ｂは機
関の最低負荷時の位置を示す。

第１図には排気ターボ過給機の半径流タービンの上側半
部が示されており、排気ターゼ過給機の排気ガス入口ケ
ーシング６が、過給される内燃機関の図示されない排気
ガスコレクティング導管に接続されている。排気ガス入
口ケーシング６に流過通路７と、案内羽根からなるター
ビン案内装置８とが配置されている。タービン軸１′は
排気ガス入口ケーシング６に支承されていてかつ回転羽
根】を備えたデス】“を支持する。

排気ガス入口ケーシング６に、フラン）５′を有する排
気マニホルド５が接続されている。

半径方向で貫流される案内装置８の出口縁９がターゼ過
給機軸線１″′　に対して同軸的な仮想の円筒部上に位
置しており、すなわち図平面において出口縁９は軸平行
に延びている。案内装置８の出口縁と回転羽根１の入口
縁との間にリングスライダ２が配置されており、該リン
グスライダはリングプレート１０及び加圧棒１１と作用
結合してコイルばね１２の初ばね力に抗して軸方向で移
動可能である。

冷却のためにばね１２は排気マニホルド５の外側に取付
けられている。外周に均等に分配されているばね１２及
び加圧棒１１の数は、ターゼ過給機の大きさに関連して
いる。

リングスライダ２が排気ガス入口ケーシング６に沿って
案内されると、排気ガス入口ケーシングと排気マニホル
）′５との間に遊びが生じる。

排気ガスが大気内に漏れることを阻止するために、排気
ガス入口ケーシング６における案内部にラビリンス・ξ
ツキン６′が設けられている。軸方向の終端位置を保持
するために、リングスライダ２の外周部にショルダ２が
設けられており、該ショルダ２′は位置に応じて排気ガ
ス入口ケーシング６あるいは排気マニホルド５のフラン
ジ５′に対するストン・ぐとなる。所定の機関に適合さ
せろために、座金３．４が変化可能な厚さを有している
。

実施例において、タービン回転羽根１の外側輪郭が直線
にかつ軸に対して平行に延びており、このことは半径流
タービンのためにはむしろ一般的では、ないと見なされ
る。それでもこのような簡単な構成によって、一般的な
輪郭を有する構成とほとんど同じ良い効率が達成されろ
。リングスライダ２は案内装置８と回転羽根１との間に
形成されるギャップの全幅を占める。リングスライダ２
は、−面ではその円筒状円周面によって直接案内羽根出
口縁９に沿って案内されていて、かつ他面では円筒状外
周面によって、必要な運転遊びを有して回転羽根１の外
側縁に沿って案内されている。前記のギャップ内に突入
するリングスライダの端面ば、流れに一致するように丸
くされている。すなわちこのことに関連して、端面及び
これに制限されていてタービン回転羽根に向かうリング
スライダ面は、投影された図平面において半径方向の流
入流がほとんど分離されることなしに、やはり図平面に
おいてほぼ軸線方向の流出流に変向されるように形成さ
れている。さらに、案内羽根に向かうリングスライダの
流入側縁も相応して丸（されている。回転羽根流出側面
を排気マルホルド内面に安定的に適合させるために、リ
ングスライダの後方縁は斜めに面取りされている。

ターゼ過給機は排気ガス側で以下のように作用する： 排気ガスは流過通路７及びタービン案内装置８を通って
タービン回転羽根１へ流れ、該タービン回転羽根におい
て排気ガスは出力を引渡して減衰されかつ次いで排気マ
ニホルド５を通って外気内へ放出される。

排気ガスが膨張するためタービン回転羽根）前方と後方
とに圧力差が生じ、この圧力差がリングスライダ２に作
用する。排ガス圧力差により案内装置と回転羽根入口と
の間のギャップ内におけるリングスライダ２の端面に作
用する軸方向の力は、リングプレート１０及び加圧棒１
１を介してコイルばね１２を圧縮しかっばね力と均衡を
保つ。

内燃機関の全負荷時には、リングスライダ２は位置Ａに
存在する。リングスライダ２の標準的な端面ば、半径方
向におけるリングスライダの厚さ及び直径によって規定
されている。ばね１２の必要な特性及び初ばね力は機関
特性領域における調整範囲の長さ及び幅によって規定さ
れている。

機関の負荷が減少されると、タービンの前方の排気ガス
圧が低下し、従ってリングスライダの端面に作用する軸
方向力が低下する。圧縮されたばね１２は伸長されかつ
スライダを終端位置Ｂの方向で、排気ガス力とばね力と
の間の均衡状態が達成されるまでの間調整される。リン
グスライダ２は今や流過通路内に突入しかっこのことに
よってタービン流過横断面を狭（する。

このばあい本質的には、タービン案内装置からの流出角
度は全回転数範囲でほぼ一定に保たれている。このこと
によってタービン回転羽根の入口縁における衝突損失は
著しく減少される。

機関の停止あるいは最低負荷時にはスライダ２は位置Ｂ
にある。

第２図においては、排気ターゼ過給機の軸流タービンが
半径方向で貫流される案内装置８を備えている。ここに
おいて排気ガス入口ケーシング６は、その円筒部に切欠
き部１５′を有するスペースリング１５を介して排気ガ
ス出口ケーシング１３と結合されている。スペースリン
グ１５の内側に金属ベローズ１４がガス密に配置すして
いる。スペースリング１５における切欠き部ｌｃｌは、
金属ベローズ１４の効果的な冷却が外気によって保証さ
れるように設計されている。リングスライダ２は、半径
方向で貫流されるタービン案内装置８と軸方向で貫流さ
れるタービン回転羽根１との間で軸方向に調節可能に配
置されている。リングスライダ２はノヨルダ２において
円形プレートｌを介して金属ベローズ１４の中心と結合
、たとえば溶接されている。

リングスライダ２の構成要素であるプレートｌは圧力補
償孔２″　を備えている。リングスライダ２は、位置Ｂ
においてそのショルダ２が座金３を介して排気ガス入口
ケーシング６に接触しており、かつ位置Ａにおいては座
金４を介して排気ガス出口ケーシング１３に接触する。

熱伝達を減少するために、排気ガス人口ケーシング６及
び排気ガス出口ケーシング１３が断熱層１６を備えてい
る。

リングスライダ２は一面では排気ガス入口ケーシング６
に沿って、他面では排気ガス出口ケーシング１３に沿っ
て案内されろ。排気ガス入口ケーシング６におけるリン
グスライダ２の案内部にはラビリンス、ｏツキン６′が
、かつ排気ガス出口ケーシング１３における案内部には
ラビリンスパツキン１３′が設けられている。このこと
によって排気マニホルド内への排気ガスの直接的な漏れ
は避けられる。

リングスライダの操作は、第１図における実施例と同様
に軸方向力によって行なわれ、この軸方向力はタービン
回転羽根１の前方と後方との排気ガス圧力差によりリン
グスライダ２の端面に作用する。この軸方向力はショル
ダ２′及び円形のシート２を介して金属ベローズ１４へ
伝達されて、金属ベローズのばね力と均衡を保°つ。

金属ベローズ１４は一面ではガスに対する緊密性を確実
にし、他面では制御系の所望の経過状態のために必要な
ばね力及び初ばね力を確実にする。

第３図においては軸流タービンは両流案内装置を備えて
いる。排ガス入口ケーシング６が流過通路７及び両流案
内装置８’、８Ｎを有している。

構成に応じてタービン案内装置のほぼ半径方向で貫流さ
れる部分８′は、成形リング１８によって軸方向部分８
“から分離されている。排気ガス入口ケーシング６は排
気ガス出口ケーシング１３に直接接続されている。排気
ガス出口ケーシング１３は図示されない排気マニホルド
に移行する。

リングスライダ２は並目ねじ１７を介して排気ガス出口
ケーシング１３内で案内されている。

リングスライダ２は、タービン案内装置の半径方向部分
♂と回転羽根１との間のギャップの全幅を占める。リン
グスライダ２は、−面では円筒状の外側面によって案内
羽根出口縁９に治りて移動可能であり、かつ他面では円
筒状の内側面によって回転羽根１の外側縁に清って移動
可能である。リングスライダ２が引張り棒２０を介して
回動されるさいに、リングスライダは軸方向で移動され
かつ案内装置８′の半径方向部分の無段の遮断あるいは
開放を可能にする。

前記引張り棒２０は、該引張り棒がその軸方向で移動す
るさいに側方へも、すなわちターゼ過給機の軸線方向で
も移動されるように設計されている。側方の最大移動距
離はリングスライダ２０両位置Ａ、Ｈの間の間隔に相応
する。最大回動距離はりングスライダの最大移動距離及
び並目ねじ１７のピッチに関連している。要するにたと
えば４５度のねじれピッチのばあいには、引張り棒２０
の接線方向の調節はリングスライダ２の軸方向移動に相
応する。

引張り棒２０は図示されない制御機構と結合されている
。このような機構は、たとえば圧力、温度、回転数ある
いは負荷のような単数あるいは複数の機関・ぞラメータ
によって操作される。

有利にはこの目的のために機関によって駆動されろ周知
の形式の遠心調速機が使用される。遠心調速機は、リン
グスライダ２が機関の最低回転数のばあいには位置Ｂに
、かつ全回転数のばあいには位置Ａにあるようにリング
スライダ２と連結されなければならない。さらに引張り
棒２０と制御機構とは、タービン回転羽根の前方と後方
との排気ガス圧力差により、リングスライダの端面に作
用する力に抗してリングスライダ２を移動させる状態に
なければならない。

機関の全負荷時には、リングスライダ２が位置Ａにあり
かつ案内装置の両部会８′、８“は完全に貫流される。

部分負荷時には、タービン案内装置の軸方向部分８“は
完全に貫流され、かつ半径方向部分８′は無段調節によ
り部分的に貫流される。機関の最低負荷時には、リング
スライダ２は位置Ｂにあり、かつ案内装置の半径方向部
分８′は閉鎖されている。

第４図によるタープ過給機は、リングスライダ２カモ成
形リング１８の内側に収容されていることによって第３
図によるター２過給機と異なっており、このことによっ
て申し分ない流れの流過通路が達成される。

このことによって２部構成の成形リングの内側部分１８
’は、案内装置の軸方向で貫流される部分８“の半径方
向で外側に位置する区分を制限する。調節のために、リ
ングスライダの半径方向で外側に位置する周面及び該周
面に対向して位置している成形リング外側部分の半径方
向で内側に位置する区分が並目ねじ１７を備えている。

リングスライダの調節は、引張り棒２０によって駆動し
Ａ−１９を介して行なわれ、該駆動レノ々−はリングス
ライダ２と不動に結合されて　　　−いる。駆動レ−！
−１９は成形リングの外側部分と内側部分１８′との間
の接線方向ギャップ２１内で案内される。ギャップ２１
は周方向で、並目ねじ１７のピッチ及びリングスライダ
２の最大移動距離によって規定されている延長部を有す
る。第３図に示す実施例のばあいのように１、引張り棒
２０は図示されない制御機構に接続される。

このような実施例の利点は、部分負荷のばあいにも回転
羽根の半径方向で外側に位置する区分が流れ成分によっ
て負荷され、この成分を鋭く変向せしめることがないこ
とである。

第５図及び第６図に示された実施例のばあいには、リン
グスライダ２はガス流に向かう部分において外側表面に
おける横断面形状かのこ歯状に成形されており、このば
あいのこ歯状の歯のピッチはタービン案内装置８．８′
のピッチに相応する。歯の流れに向かう面は隣接する案
内羽根表面に対してほぼ垂直に位置していてかつ流れ分
離を避けるためにリングスライダの端面に向かって丸く
されている。ケーシング６も同様に、リングスライダ２
に対してできるだけ小さな漏れギャップを有してのこ歯
状に形成されている。

このように構成することによる利点は、流過通路の最狭
個所におけるリングスライダ２の係止作用が生じること
であり、このことによってリングスライダ２０作用及び
ターぜ過給機の部分負荷効率が改良される。

【図面の簡単な説明】

第１図は排気ターぽ過給機の半径流タービンを示す部分
縦断面図、第２図は排気タープ過給機の軸流タービンを
示す部分縦断面図、第３図は軸流タービンの別の実施例
を示す部分縦断面図、第４図は第３図に示す軸流タービ
ンの変化実施例を示す部分縦断面図、第５図は第１図に
よる半径流タービンの変化実施例を示す部分縦断面図、
第６図は第５図のＸ−Ｘ線に沿った横断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　内燃機関用の排気ターぜ過給機であって、タービ
   ンが、タービン流過横断面を変化するために軸方向で調
   節可能なリングスライダを備えており、該リングスライ
   ダ（２）が、少な（とも部分的に半径方向で貫流される
   タービン案内装置（ｓ、ｓ’）とタービン回転羽根（１
   ）との間に配置されておりかつタービン案内装置（８，
   ８’）の半径方向で貫流される部分の出口縁（９）が少
   な（とも部分的、に仮想の円筒部上に位置しており、さ
   らに前記リングスライダ（２）が直接タービン案内装置
   （ｓ、ｓ’）の出口縁（９）に沿って調節可能である形
   式のものにおいて、前記リングスライダの端面及び該端
   面に制限されていてタービン回転羽根に向かう面が、ガ
   ス流を分離せずにほぼ軸方向の流出流に変向させるよう
   に形成されていることを特徴とする内燃機関用の排気タ
   ーゼ過給機。 ２　リングスライダ（２）の制御が、タービン回転羽根
   （１）の前方と後方との排気ガスの圧力差によって自動
   的に行なわれ、しかもリングスライダ（２）の端面に作
   用する合成されたガス力がばね力と均衡を保つようにな
   っている特許請求の範囲第１項記載の排気ターゼ過給機
   。 ３　リングスライダ（２）の制御が単数あるいは複数の
   機関パラメータによって自動的に行なわれるようになっ
   ている特許請求の範囲第１項記載の排気ターゼ過給機。 ４　タービン案内装置（８，８’）の出口縁に清って調
   節可能なリングスライダ（２）の面かのこ歯状に形成さ
   れており、さらに該のこ歯のピッチがタービン案内装置
   のピッチに相応しており、かつガス流に向かうのこ歯の
   面がガスの流入方向に対してほぼ垂直に位置している特
   許請求の範囲第１項記載の排気ターゼ過給機。 ５　リングスライダ（２）を案内する排気ガス入口ケー
   シング（６）が相応する歯を備えている特許請求の範囲
   第４項記載の排気ターヂ過給機。