JPS5848738B2 - タ−ボ供給機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関へ比較的高圧の給気を供給するター
ボ供給機に関するものであり、更に詳細には、機関への
所定の圧力水準以上の給気の供給を制御可能に防止する
ための、また、実質的にその所定の圧力水準に上記給気
を維持するための装置を有するターボ供給制御装置に関
するものである。

各種のターボ供給機が先行技術において公知であるが、
典型的なターボ供給機は、共通の軸上に取りつげられる
と共にそれぞれ隔置されたタービンハウジングおよび圧
縮機ハウジング内に設けられたタービン雨根車及び圧縮
機羽根車を有している。

タービンハウジングは、ガス入口とガス出口とを備え、
また、機械の排気ガスマニホールドへ連結され、こうす
ることによってタービンハウジングを介して排気ガスを
循環させ、タービン羽根車を回転駆動する。

このタービン羽根車が圧縮機羽根車を回転駆動し、これ
によって圧縮機羽根車は空気を圧縮し、圧縮された空気
をこの機関のインテークマニホールドへ供給する。

ターボ供給機ハウジングのガス出口は、排出物制御装置
と騒音制御装置とを有する排気装置導管へ連絡きれる排
出ガス排出ハウジングに連結されている。

ターボ供給機の使用は、従来のように普通に吸気してい
た機関を較べて、比較的高い密度の空燃混合気を機関の
シリンダへ供給する点において著しく有利である。

上記の濃厚混合気によって、実施的に機関の性能と効率
とが改良される。

しかしながら、多くの内燃機関においては、機関へ給気
を供給する最高圧力を制限し、その最高圧力において給
気を維持することが望ましい。

多くのターボ供給機は、機関又はターボ供給機が耐える
ことのできる圧力よりも実質的に高い圧力において機関
に対して給気を供給することができる。

従って、種々の弁と圧力制御装置とが、タービン供給機
の圧縮機の最高排出圧力を制限するために考案されてい
る。

ターボ供給機の排出圧力制御装置は、一般にウエイスト
ゲート弁と称される弁装置を有しており、これによって
、一部分の排気ガスをタービン羽根車の周囲にバンパス
させる。

こうすることによって、排気ガスの一部分はタービン羽
根車を駆動しないようにされ、その結果、タービン羽根
車は最高速度以下の速度において回転し、圧縮機羽根車
も最高速度以下において駆動される。

構造上、これらバイパス装置のうちのいくらかのものは
、タービンハウジングの一部分として一体的に鋳造され
たバイパス通路と、タービンハウジングに直接取りつけ
られたウエストゲート弁とを有する。

例えば、米国特許第３１９５８０５号、第 ３１９６６０６号、第４００５５７８号、および第４０
０５５７９号が参照となる。

しかしながら、これらのバイパス装置には、比較的複雑
で高価なタービンハウジング鋳物と、厳密な製造公差内
に管理されて機械加工された比較的高価な調整弁とを必
要とするという欠点がある。

タービンハウジングからバイパス通路と弁とを除去した
別のバイパス装置が提案されている。

例えば、米国特許第３０３５４０８号、第３０９６６１
４号、第３１０４５０２号および第３３８９５５３号等
においてである。

しかしながら、これらのすべての装置は、タービンハウ
ジングに取りつげられる別別に製造した特別の比較的複
雑なバイパス導管構造を必要とし、また、高価な調整弁
を使用せざるを得ない。

本発明は、排出圧力制御装置を有するターボ供給機を提
供することによって、先行技術における上述の問題点及
び欠点を解消することを目的とするものであり、このタ
ーボ供給機においては、タービンハウジング鋳物が簡単
化され、また、個別的な特別のバイパス導管構造の必要
と厳密な弁の製造公差とが解消される。

本発明によるターボ供給機は、共通軸に取りつげられる
と共に分離したタービンノ・ウジング及び圧縮機ハウジ
ング，の中にそれぞれ設けられたタービン羽根車及び圧
縮機羽根車を備えている。

夕一ビンハウジングは、内燃機関の排気ガスマニホール
ドへ連絡され、タービン羽根車を回転駆動するために機
関の排気ガスを夕・−ビンハウジング内へ導入しまた、
この中において循環させるためのガス入口とガス出口と
を有している。

タービン羽根車は、機関のインテークマニホールドに圧
縮給気を供給する圧縮機羽根車を駆動する。

排気ガス排出ハウジングはタービンハウジングに取りつ
げられ、また、排出物制御装置と騒音制御装置とを有す
る機関のための排気装置導管を介して排気ガスを方向付
けるための排気ガス出口と連通ずる排気ガス排出通路を
有している。

この排出ハウジングは、ターボ供給機ハウジング内に形
成された抽気穴を介して排出通路とタービンハウジング
ガス入口との間を連通ずるバイパス室を有している。

タービンバイパス弁は、排出ハウジングに取りつげられ
ており、また、タービンハウジングガス入口と排気ガス
排出通路との間の連通を閉鎖するために抽気穴上に着座
するよう作動的に設けられた弁頭部を有している。

前もって定めた機関運転条件に応じて制御自在に上記弁
を作動させるための装置も設けられている。

以下、本発明をその実施例を示す添付図面の第１〜９図
に基づいて詳細に説明する。

ターボ供給機１０が第１〜３図に示してあるが、これは
一般に内燃機関２０の排気マニホールド１６及び空気吸
入マニホールド１８とそれぞれ連絡されるタービン１２
及び圧縮機１４を有している。

タービン１２は、一般にうす巻き状のタービンハウジン
グ２４内にあるタービン羽根車２２を有しており、また
、圧縮機ハウジング３０内に設けられた圧縮機羽根車２
８と共に共通軸２６に取りつげられて同時に回転するよ
うにしてある。

タービンハウジング２４および圧縮機ハウジング３０は
、共通軸２６を支承する軸受３４を有する中央ハウジン
グ組立体３２の両側に配置してある。

中央ハウジング組立体３２には、軸受３４とシャフト２
６とを容易に潤滑するための潤滑油穴３６が設けてある
。

圧縮機ハウジング３０は、空気入口３８を有しており、
圧縮機羽根車２８が回転した場合に、この空気人口３８
を介してハウジング３０の中へ軸方向に空気が吸い込ま
れる。

回転する圧縮機の羽根車２８は、ハウジング３０内へ吸
い込まれた空気を圧縮し、かつ、圧縮空気出口４０を介
して圧縮済空気を排出する。

大部分の内燃機関においては、圧縮機の空気入口３８は
適当な導管４２によってスロットル（図示しない）の下
流へ連絡され、また、圧縮機の空気出口４０は機関２０
の空気吸入マニホールド１８へ連絡されている。

このようにして、圧縮機１４は、機関２０に高圧の給気
を供給するために使用される。

圧縮機羽根車２８は、機関２０かも排出される排気ガス
によって回転駆動されるタービン羽根車２２によって回
転駆動される。

タービンハウジング２４は、いづれもタービンハウジン
グ２４の内部と連通している排気ガス人口４４と排気ガ
ス出口４６とを有している。

適当なフランジング４γによって排気ガス人口４４を機
関２０の排気マニホールド１６へ連絡し、こうすること
によって、機関から排出される高温の排気ガスがタービ
ンハウジング排気ガス人口４４を通過し、タービン羽根
車に衝突してタービン羽根車２２を回転駆動する。

排気ガスは排気ガス出口４６を介して軸方向にタービン
ハウジング２４を出て、次いで、機関の適当な排気ガス
装置導管５２を通って、これに続く通路に入る。

導管５２は排出物制御装置および（または）騒音減少装
置を有し、外部へ排出する前にこの装置によって排気ガ
スが処理される。

排出ハウジング５０は、タービンハウジング２４を排気
装置導管５２へ連絡するための装置である。

排出ハウジング５０は、一連のボルト５４によってター
ビンハウジング２４へ連結されており、タービンハウジ
ング２４の排気ガス出口４６を覆っている。

この排出ハウジング５０は排気ガス出口４６及び排気導
管５２と整夕１ルた排出通路４８を有し、これによって
、タービン１２を通って循環された高温の排気ガスは排
出ハウジング５０を介して導管５２まで排気される。

排出ハウジング５０と導管５２とは適切な結合用のフラ
ンジ５３を有している。

第６図に示すように、排出ハウジング５０は、一般にシ
ェル形状の開放された部分５６を有しており、この部分
５６は、タービンハウジング２４の排気ガス人口４４に
向った方向に排出通路４８から横方向に伸長している。

このシェル形状分５６は、タービンハウジング２４内に
形成された抽気穴６０を介してタービンハウジング２４
のカス人口４４と連通ずると共に排出ハウジング５０の
ガス排出通路４８とも開放的に連通ずるガスバイパス室
５Ｂを有している。

すなわち、抽気穴６０は、タービン羽根車２２０羽根へ
排気ガスが衝突する位置よりも前方において、ハウジン
グの排気ガス入口４４に沿って、タービンハウジング２
４内に形成してある。

抽気穴６０は、タービン羽根車２２に衝突する前にガス
流を加速するために入口４４が少しでも狭まくなる前に
、タービンガス入口に沿って位置決めされることが好ま
しい。

第４及び６図に示すように、抽気穴６０はタービンハウ
ジング２４を介してほぼ排気ガス出口４６に沿って形成
され、また、ガス出口４６の軸に実質的に平行に開口し
ている。

このような構成にすることによって、タービンハウジン
グ２４は、共通端壁６２内にガス出口４６及び抽気穴６
０を形成して一体に鋳造される。

このため、タービンハウジングの鋳物が実質的に簡単と
なり、図に示すように、端壁６２は実質的に平坦な表面
となるように機械加工される。

排出通路４８とバイパス室５８とを有する排出ハウジン
グ５０は、タービンハウジングの両開口を覆うようにタ
ービンハウジング２４の平坦な端壁６２と密着して係合
するのに適切な形状としてある。

もし必要ならば、適当に形成したガスケット（、図示し
てない）を、タービンハウジング２４と排出ハウジング
５０との間に介装させて、これらのハウジング間の強固
な気密を得るようにすることもできる。

抽気穴６０を制御自在に開閉できるようにタービンバイ
パス弁６４を設け、これによってタービン羽根車２２の
まわりの排気ガスのバイパスヲ制御する。

特に、バイパス弁６４は、抽気穴６０の直径よりも大き
い直径の実質的に平坦な円形弁頭部６６を有している。

弁頭部６６は、弁頭部６６からバイパス室５８の中へ後
方に伸長している弁棒７０の片方の端部ヘリベット６８
によって固着されている（第７図）。

金属帯７２は、弁棒７０上に固定された弁頭部６６に隣
接する第一の座金７４と弁棒７０の後方端部に固定され
る第二の座金７６との間において弁棒７０上に比較的ゆ
るく係止されている。

金属帯７２は弁棒７０から実質的に上方へ伸長し、水平
方向に伸長する軸７８の端部へ巻きつげられて、その上
端部において溶接することによって軸７８に固定されて
いる。

軸７８は、排出ハウジング５０の側壁８２に保持された
ブシュ８０によって外方へ向って受け入れられ、また、
クランクリンク８４のｌ端部へ固着された外向きに伸長
する端部を備えている。

クランクリンク８４は、軸７８から下向きに伸長し、一
般に排出ハウジング５０から離れており、ピン８８によ
ってアクチュエータ棒８６へ枢着される最下端部を有し
ている。

アクチュエータ棒８６は、上向きに伸長し、排出ハウジ
ング５０から、離れており、容器形状調整器９０へ制御
自在に連結されている。

調整器９０はブラケット９１によって圧縮機ハウジング
３０に取りつげられ、抽気穴６０に対して弁頭部６６の
位置を移動させるようにアクチュエータ棒８６を制御自
在かつ自動的に移動させる装置として作動する。

調整器９０は、構造的には従来のものと同様であり、ア
クチュエータ棒８６へ連結されると共に調整器９０を２
個の別の室に分割する内側ダイヤフラム（図示していな
い）を有している。

例えば、米国特許第３１．９５８０５号参照。

１対のホース取り付け具９２と９４とが調整器９０に取
りつげてあり、ダイヤフラムの両側の２個の室内への入
口通路となっている。

別々の圧力源へ取り付げ具９２は９４とを連結して、機
関の作動状態に応じて変化するダイヤフラムの対向する
面に圧力差を発生させることによって、制御が行なわれ
る。

こうすることによって、アクチュエータ棒８６は、取り
付け具９２と９４とに連絡される特定の圧力源に応じて
所定の機関運転条件の変化に応答して移動される。

例えば、ある応用例では、ホース取り付け具９２及び９
４をそれぞれ圧縮機排出圧及び外部の大気圧へ接続する
ことが望ましい。

別の応用例の場合、取り付け具９２及び９４をそれぞれ
圧縮機排出圧及び入口圧に接続することが好ましい。

アクチュエータ棒８６の位置を制御するために例えば手
動操作装置（これに限定されない）を含む別の型式の調
整器を使用してもよい。

アクチュエータ棒８６の運動は、第６及び７図に示すよ
うに、抽気穴６０の開閉を制御するために使用される。

アクチュエータ棒８６が矢印９６の方向に移動するにつ
れて、クランクリンク８４は軸７８をその軸を中心とし
て第７図で見て反時計方向に回転させる。

軸７８の上述の回転運動は、金属ストリップ７２を弁頭
部６６との接触からひき離し、そうすることによって、
タービンハウジングガス入口４４からの排気ガスによっ
て弁頭部６６が抽気穴６０を閉鎖しているタービンハウ
ジング２４上の着座位置から吹きとばされることができ
るようにする。

従って、排気ガスはタービン羽根車２２をバイパスする
ことができるようになり、これによって、タービン羽根
車２２はもはや最大速度では駆動されず、これに応じて
圧縮機の排出圧力も低下する。

タービン羽根車２２をバイパスする排気ガスの容積流量
は、抽気穴６０に対する弁頭部６６の開度に左右される
。

もちろん，機関の運転条件がタービン羽根車２２をより
高速度で回転されることを指令する場合には、アクチュ
エータ棒８６はタービンノ・ウジング２４の着座位置に
弁頭部６６を戻すように調整器９０によって移動され、
バイパス抽気穴６０を閉鎖する。

本発明によるターボ供給器の別の実施例が第８図に示し
てあるが、同一構或要素は最初の実施例の場合と同一の
参照番号によって示してある。

図に示すように、タービンハウジング２４は排気ガス人
口４４と排気ガス出口４６とを有している。

内燃機関から出る排気ガスは、ハウジング２４を通って
流れタービン羽根車を駆動し、次いで、そのタービン羽
根車が圧縮機を駆動して機関に高圧の給気を供給する。

タービンハウジング２４は、機械加工された平坦な端壁
６２を有しており、この端部壁６２は排気ガス出口４６
と抽気穴６０とを取り囲んでいる。

ガス排出ハウジング１５０がタービンハウジング２４の
端部壁６２上にボルト５４によって取りつげてある。

ハウジング１５０は、ハウジング１５０の排出通路１４
８と抽気穴６０との間を連通させるバイパス室１５８を
形成するシェル形状部分１５６を有している。

タービンバイパス弁６４は排出ハウジング１５０に取り
つげられており、また、抽気穴６０を選択的に開閉する
弁頭部６６を有している。

ハウジング１５０は、ガス排出通路１４８が斜めに形成
された形状とされており、機関の排気装置導管へ適当に
連絡するための連結フランジ５３もハウジング上に角度
を与えて定置されている。

従って、ターボ供給機１０のタービンハウジング２４は
種々の異なった機関のために同一の鋳造によって製造す
ることができ、一方、排出ハウジングの形状は特定の機
関および排気導管形状に応じて個々に適合させることが
できる。

更に、タービンノ・ウジング２４の抽気穴６０の位置が
種々の機関に対して一様であり、また、排出ハウジング
は同一のタービンバイパス弁６４と制御リンク装置とに
使用する１ことのできる寸法及び形状としてある。

本発明の更に別の実施例を第９図に示す。

排出ハウジング２５０がタービンハウジング２４の平坦
端壁６２ヘボルト５４によって固着してある。

先の例と同じように、タービンハウジング２４はガス人
口４４とガス出口４６とを、ガス人口４４へ開口する端
壁６２内の抽気穴６０と共に有している。

排出ハウジング２５０は、ガス出口４６と整夕１ルた排
出通路２４８を有しており、開放されたバイパス室２５
８を抽気穴６０と排出通路２４８との間に形成している
。

本実施例においては、排出ハウジング２５０は、排出通
路２４８が抽気穴６０とバイパス室２５８とを包むよう
にした、実質的に直角形状を構成するような形状とされ
ている。

もちろん、アクチュエータ棒８６の運動に応じて抽気穴
６０を選択的に開閉するためにタービンバイパス弁６４
が設けられている。

本発明によるターボ供給機は、種々の機関と排気装置導
管形状とに対して単一のタービンノ・ウジシグを使用す
ることを可能とする。

個々の適用例に対して別々の形状とされる唯一つの要素
は排出ハウジングであり、この排出ハウジングはタービ
ンバイパス弁と排気バイパス室とを有している。

このバイパス弁は、厳密な製造公差を必要とすることな
く熱ひずみを補償することのできる比較的ゆるく取りつ
げられた弁であり、また、この弁は、バイパス抽気穴を
閉鎖するためにタービンハウジングに直接着座するよう
にしてある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、内燃機関に結合された本発明によるターボ供
給機の概略図、第２図は本発明によるターボ供給器の部
分断面正面図、第３図は第２図に示すターボ供給機の部
分断面平面図、第４図は第２図の４−４線に沿う断面図
、第５図は第２図の５−５線に沿う拡大断面図、第６図
は第５図の６−６線に沿う断面図、第７図は開放位置の
タービンバイパス弁を示す第６図の７−７線に沿う拡大
断面図、第８図は本発明の別の実施例を示す第６図と同
様の断面図、第９図は本発明の更に別の実施例を示す第
６図と同様の断面図である。 １０・・・・・・ターボ供給機、１２・・・・・・ター
ビン、１４・・・・・・圧縮機、２２・・・・・・ター
ビン羽根車、２４・・・・・・タービンハウジング、２
６・・・・・・共通軸、２８・・・・・・圧縮機羽根車
、３０・・・・・・圧縮機ハウジング、３８・・・・・
・空気入口、４０・・・・・・空気出口、４４・・・・
・・排気ガス入口、４６・・・・・・排気ガス出口、４
８・・・・・・排出通路、５０・・・・−・排出ハウジ
ング、５８・・・・・・バイハス室、６０・・・・・・
抽気穴、６４・・・・・・バイパス弁、６６・・・・・
・弁頭部、７０・・・・・・弁棒、９０・・・・・・調
整器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 空気入口と空気出口とを有する圧縮機ハウジングと
   、 ガス入口とガス出口とを有すると共にガス入口に開口す
   る抽気穴が設けられたタービンハウジングと、 同時に回転するように共通軸に取り付けられると共にそ
   れぞれタービンハウジング及び圧縮機ハウジングの内部
   に配置されたタービン羽根車及び圧縮機羽根車と、 タービンハウジングのガス出口と連通ずるガス排出通路
   と、ガス排出通路と抽気穴との間を連通ずるバイパス室
   とを有すると共にタービンハウジングに取り付けられた
   ガス排出ハウジングと、抽気穴を選択的に閉鎖するため
   にタービン・・ウジング上に着座するように排出ハウジ
   ング上に可動取り付げされたバイパス弁装置と、 から構成され、また、ガス出口及び抽気穴がタービンハ
   ウジングの共通の壁内に形成されたことを特徴とするタ
   ーボ供給機。 ２ バイパス弁装置が 抽気穴を閉鎖するためにタービンハウジング上に着座す
   るように抽気穴の断面積よりも大きな断面積を有する弁
   頭部と、 抽気穴の開閉をするために弁頭部を選択的に動かすため
   の調整装置と、 を有する特許請求の範囲第１項記載のターボ供給機。 ３ 抽気穴を開閉するためにバイパス弁装置を選択的に
   動かすために、弁装置へ結合された調整装置を有すη時
   許請求の範囲第１項記載のターボ供給機。 ４ タービンハウジングが、その中にガス出口と抽気穴
   とを有する平坦な端壁を有し、ガス出口と抽気穴とを覆
   うように排出ハウジングがこの端部壁においてタービン
   ハウジングに結合されている特許請求の範囲第１項記載
   のターボ供給機。 ５ 排出ハウジングが、タービンハウジングに向かって
   開口する一般にシェル形状の部分を有する特許請求の範
   囲第１項記載のターボ供給機。 ６ 排出ハウジング内に形成された排出通路がタービン
   ハウジングから外方へ向かって伸長し、次いで、抽気穴
   の上に来るように向きを変える特許請求の範囲第１項記
   載のターボ供給機。 ７ バイパス弁装置が、 抽気穴を閉鎖するようにタービンハウジング上に着座す
   る弁頭部と、 弁頭部に結合されると共に一般に抽気穴から離れて伸長
   する弁棒と、 排出ハウジング上に叶動支持された軸と、弁棒を前記軸
   に比較的ゆるく連結する装置と、から成り、弁頭部が、
   前記軸の動きに応じて抽気穴に対して移動できるように
   した特許請求の範囲第１項記載の夕・−ボ供給機。 ８ 排出ハウジングに対して前記軸を選択的に移動する
   ために前記軸に結合された調整器を有する特許請求の範
   囲第７項記載のターボ供給機。