JPS59126033A - 可変容量ラジアルタ−ビン - Google Patents

可変容量ラジアルタ−ビン

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JPS59126033A
JPS59126033A JP57233853A JP23385382A JPS59126033A JP S59126033 A JPS59126033 A JP S59126033A JP 57233853 A JP57233853 A JP 57233853A JP 23385382 A JP23385382 A JP 23385382A JP S59126033 A JPS59126033 A JP S59126033A
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Fumio Nishiguchi
西口 文雄
Hiroshi Komatsu
宏 小松
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Nissan Motor Co Ltd
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/22Control of the pumps by varying cross-section of exhaust passages or air passages, e.g. by throttling turbine inlets or outlets or by varying effective number of guide conduits
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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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】 本発明は可変容量ラジアルタービンに関し、特に車輌用
の小型ターボチャージャにおけるタービン流量特性を可
変にした可変容量ラジアルタービンに関する。
第1図は従来のこの種の可変容量としたラジアルタービ
ンの一例を示し、本例は実開昭37−//、233号で
開示されているものである。ここで、lは図示しない圧
縮機インペラとロータ軸コによって直結されているター
ビンロータであり、タービンロータlの外周部には渦巻
状の通路タービンスクロール3が設けられていて、この
スクロール3にエンジン排気通路グからの排気ガスが導
かれる。
更に、本例のタービンスクロール3ではそのハウジング
5を軸コに対する斜め方向から突出壁SAによって分割
するようになし、以て、大排気通路3Aと小排気通路3
Bとで渦巻室を形成して、これら通路3Aおよび3Bを
ロータ/の入口部/Aに向けて開口させている。
乙はスクロール3の入口通路部3Cに接続する排気通路
≠の部位でその大排気通路3A側に設けられた開閉弁で
あり、この開閉弁6により大排気通路3Aに流入する排
気ガスの容量を変化させることができる。7は排気ガス
出口である。
コ17)ように構成されたタービンスクロール3におい
て、エンジンが低速回転領域にある場合、ターボチャー
ジャとエンジンとの間の適合性を保持して良好な低速時
過給特性を得るにはガス通路面積を絞る必要のあること
から、例えば過給圧等を利用した制御機構(図示せず)
によシ開閉弁6を動作させ、大排気通路3Aを通過する
ガス容量を調整して減少させる。更にまた、エンジンが
高速回転領域にある場合は、大排気通路3Aと小排気通
路3Bとの双方からロータlにガスを供給する。
しかしながら、このようにロータlに供給するガス容量
を可変にしたタービンスクロール3においては、大排気
通路3Aと小排気通路3Bとが共にロータ入口部/Aに
向けて開口する形状をなし、更に、開閉弁乙により大排
気通路3Aのガス流量が絞られるように構成されている
ので、エンジンの低速領域で、開閉弁tを閉鎖して大排
気通路3Aへのガス供給を停止すると、大排気通路3A
に死水領域が生じる。
しかして、このような状態では、ガスが小排気通路3B
を介してロータ入口部/Aからロータlへと供給される
ので、ロータ入口部/Aにはその周囲に沿ってロータl
の回シに旋回流があり、この旋回流をなすガス流れの有
する遠心力によってガス流体の一部が大排気通路3Aの
死水領域となっているガス体の中に流れ込み、再びロー
タ入口部/Aに戻ってくる循環流10を発生させる。
この循環流lθは大排気通路3Aの壁面に沿って流れ、
その摩擦損失によってエネルギを失った状態で入口部/
Aに戻りロータ/に流入するので、タービンスクロール
3内でのエネルギ損失が大きいことによりタービン効率
を低下させる。
そこで、このような問題点を解消するために、並列に配
置したスクロールを有するダブルエントリハウジング型
の主排気通路のみをロータ入口部に向けて直接に開口さ
せるようになし、この主排気通路とこれに並列の補助排
気通路との間にはそれぞれの外周部間に沿って連通ずる
溝孔を設け、補助排気通路側に開閉弁を設けるようにし
て、補助排気通路を閉鎖した状態では排気ガスが補助排
気通路に生じる死水領域に入り交ることなく主排気通路
からのみロータに直接供給されるようにすることが考え
られる。
第2図(4)およびCB)はこのような構想に基づく構
成を示し、/JAおよび/3Bは共に渦巻型とした主排
気通路および補助排気通路である。主排気通路/3には
ロータ入口部/Aに向っての開口部lIIを有すると共
に、主排気通路/JAと仕切壁3Bを介して並列に設け
た補助排気通路/3Bとの間に連通部/3を有し、補助
排気通路/3Bに導かれた排気はこの連通部/Jを介し
てのみ主排気通路/、?A側に導かれる。
しかして、この連通部/1の幅Bを一定とすると共に、
その穿設の範囲をスクロール巻き初め部の舌部/を近傍
から絞り部すなわちスロート部17近傍までのロータl
をほぼ一周する間とする。tgはスクロール13の入口
通路部/JOと接続するエンジン排気通路μ側において
、補助排気通路/JBと連通ずる側に設けた開閉弁であ
り、図示しない制御機構および駆動機構を介して開閉す
るように構成し、エンジンの低速回転領域では、この開
閉弁/Iを閉、成させるようにする。
このような構想に基づく可変容量ラジアルタービンによ
れば、ロータ/に向けてのスクロール開口部/IIを主
排気通路/jA側のみに設けていることによって、開閉
弁nの閉鎖状態で補助排気通路/3f3側に死水領域が
生じても、この死水領域に循環流が生じてロータ入口部
/A K還流するようなことがなく、しかも最も流速の
遅い外周部に連通部/3が設けられていることで補助排
気通路/3Bの側から主排気通路/、?Aの側へ排気が
導かれる際の損失も最小限ですみ、エンジンの高速回転
領域においてもタービン効率に大きい影響を与えるよう
なことがない。
しかし、このように、開閉弁/gをエンジン排気通路t
l(IIに取付ける構造とすると、この開閉弁/gを設
けるために排気通路tがそれだけ長くなり、図示しない
エンジンのシリンダヘッドからターボチャージャ取付位
置までの距離が長くなることによってロータ/に到るま
での間の放熱によるエネルギ損失が増加する。
更にまた、スクロール入口部/JOとこれに接続させる
エンジン排気通路ヴの補助通路側とをシールさせるため
に使用するガスケットにも問題があり、長時間使用によ
って洩れの生じる虞がある。
特に、小型車に搭載されるターボチャージャではコンパ
クト化した上に良好な効率の得られるものが要望される
ので、これらの問題点を更に解消する必要がある。
本発明の目的は、これらの問題点に鑑みて、上述の構想
に加えてコンパクト化を図り、更にエネルギ損失の少な
い可変容量ラジアルタ〜ビンヲm供することにある。
かかる目的を達成するために、本発明では、タービンス
クロールを互いに並列に配置した渦巻型主排気通路と補
助排気通路とで構成すると共に、主排気通路のみをロー
タ入口部に向けて開口させるようになし、主排気通路と
補助排気通路との間には双方通路の外周部間に沿って連
通ずる溝孔を設けて、この補助排気通路の連通溝を設け
た位置より上流側に開閉弁を設ける。
以下に、図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。
第3図(4)および(B)は本考案の一実施例を示し、
ここで、2/はスクロール13の内壁面形状に合わせた
翼型断面形状を有するスイング型の仕切弁であり、仕切
弁Iを開放した状態では第3図(4)に示すようにその
先端部、2/Aが補助通路/3Bにおける舌にする。
なお、本例では仕切弁2/の面形状をほぼ方形とするた
めに、この弁〃を設ける部位の補助排気通路/3Bも甘
た碓ぼ方形形状の断面としておく必要があり、そこで第
3図(B)に示すようにこの部に設けるカバ一部材〃を
仕切壁tBと平行にしておく。
nはカバ一部材〃をスクロール13に固定するだめのボ
ルトである。
2グは仕切弁2/の回動軸であり、この軸1をハウジン
グjから外方に貫通させて図示しない軸駆動装置を設け
、例えは°過給圧等の制御信号にょシ制御機格を介して
駆動させるようにする。なお、仕切弁〃をこの回動軸2
グの回りに回動させて、第3図(4)で実線に示す全閉
位置としたときに、その先端部、2/Aがスクロール外
周壁内面と着座する位置がスロート部17近傍にまで延
在して形成される連通部lSの孔止りより上流位置で、
しかもスクロール13としての曲率半径が残されている
部位であることが望ましい。
このように構成した可変容量ラジアルタービンにおける
可変容量動作は、仕切弁2/の開閉によって行われるも
のである外は第2図(4)および(B)で示しだ例と変
わらないので、その説明を省略するが、仕切弁ガの先端
部λ/Aがスクロール外周壁の内面に接して閉成される
構造となっているので、補助排気通路/3Bでは弁Iの
開き始めの状態から常に排気ガスが外周壁に沿った部分
に集約して流れる。
しかして、この部分では外周壁が曲率半径を有すること
もあり、弁〃を通過した排気ガスはその遠心力によって
外周壁に沿うように流れ、連通部tSを介して自然に主
排気通路/JA側へと導かれて流入することになり、エ
ネルギ損失を更に低減させることができる。
第弘図(4)および(B)は本発明の他の実施例を示す
ここで、31はコの字型に切欠いた流通溝J/Aを有す
るロータリ弁であり、軸32の回りに回動自在としたロ
ータリ弁3/をスロート部/7のやや上流のスクロール
壁問いっばいに設ける。しかして、第v図(4)に示す
ように、ロータリ弁31における流通溝J/Aの底面3
/Bが流れ方向とほぼ直角な位置にくるところまでロー
タリ弁3/を回動したときに補助排気通路/3Bが閉鎖
され、このような位置から弁31を反時計回りの方向に
回動させてゆくと、補助排気通路/3Bが徐々に開放さ
れ、更に回動させて、底面3/Bを破線で示す位置にま
で回動させたときにロータリ弁3/は全開の状態となる
なお、この外周が円柱状をなすロータリ弁3/の両側面
、?/Gは軸32に直交する平行面であるので、このロ
ータリ弁31を設ける位置での補助通路/3Bの断面形
状は弁3/の軸心を含む断面形状に合わせて第1I図(
B)に示すように方形に形成される。第ψ図で、33は
このようなロータリ弁3/の回動軸32を軸支するブツ
シュ、nはカバー、3グは回動軸3ノに取付けだ作動用
レバーである。第q図ではロータリ弁31が開放された
状態を示す。
このように構成した可変容量ラジアルタービンにおける
可変容量創作およびその効果については第3図によって
説明した例とほぼ同様であり、その説明を省略するが、
仕切弁2/とした場合に比してその占める容積範囲が挟
〈てすみ、この部のスクロール13に要する加工も容易
で、かつスクロール13の形状設計においてもそれだけ
自由度が増す。
第3図(4)および(B)は本発明の更に他の実施例を
示す。本例はロータリ弁31の周囲にシール部材を配置
して弁3/における密封性を高めるようにしだものであ
る。ここで、tI/Aおよびψ/Bは、第3図(4)に
示すようにロータリ弁3/の閉成状態でそのしや両部、
?10の周に軸32と平行な方向で接するようにしたシ
ール部材であり、スクロール13の内腔壁に穿設したシ
ール収納溝にシール部材4Z/Aおよび4t/B i嵌
め込むようにする。
史にtIicおよびtI/Dは、第S図ω)に示すよう
にロータリ弁3/の溝、?/Aを中において、その両側
に形成されている円柱状の回動部3/Dおよび3/Eの
周に沿って設けたシールリングである。シールリング1
11Gおよび+4/Dもまたそれぞれに、回動部3/D
および3/Kに設けたリング状の溝に嵌め込むようにな
して弁37側に固着させる。なお、ここでシール部材4
t/Aを嵌め込むにあたっては、部材F/Aを組込む都
合からの便宜上分割するようにしてもよい。すなわちこ
のシール部材4//Aはロータリ弁3/の開閉位置の如
何にかかわらず弁31のしや両部3/Gと押接している
ので外れるようなことがない。
その他の構成については第q図(A)および(B)に示
した例と同様とする。このように構成した可変容量ラジ
アルタービンにおいては、弁3/ヲ閉成したときに弁3
1の上流側と下流側とに生じる差圧のために、弁3ノの
閉成したにかかわらずその周囲から下流側にガスが洩れ
るのを防止し、低速時における過給特性を一層高めるこ
とができる。
更にまた、シール部材ψ/Aおよび≠IBやシールリン
クII/Cおよびψ/Dをセラミックで形成すれば、ハ
ウジングSの内壁の摺接部と弁3/の摺動部との間で焼
付きの生じるのを防止すること力;でき、高温に対する
封止材の耐久性が増す。殊にセラミックスは圧縮力に強
いので、このような個所に設ける封止材としては好適で
ある。なお、これらの封止部材IA 、 4’/B 、
≠ICおよびす/Dをセラミックスとするときは、分割
して溝に嵌め合わすようにしてもよい。
以上説明してきたように、本発明によれば、タービンス
クロールを互いに並列に配置した渦巻型の主排気通路お
よび補助排気通路で構成し、主杉ト気通路のみをロータ
入口部に向けて開口させると共に、主排気通路と補助排
気通路とは双方の外HR部間に設けた連通する溝孔を介
して排気カ一連通するようになし、補助排気通路におけ
る連通溝の設けられている位置の上流に開閉弁を設けて
、この開閉弁によりスクロールに供給するガス容量を可
変としたので、エンジン排気通路力;短縮できてそれだ
け放熱エネルギ等による損失を抑制することができるの
みならず小型車に搭載するのに好適で、しかも開閉弁で
のシール性の劣化のために排気ガスが主通路fit!I
に漏洩して可変容量性能を低下させるようなことなく、
低速から高速にいたるまでの流量特性が良好に維持でき
て十分な過給圧を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の可変容鍬ラジアルタービンの構成の一例
を示す断面図、第1図(4)は本発明に関連して考えら
れる町変容9ランアルタービンの構成を一例として示す
断面図、第2図(B)はそのA−A線断面図、第3図(
A)は本発明用変容Mラジアルタービンの構成の一例を
示す断面図、第3図(B)は第3図(支)のX−X線断
面図、第7図(A)il−i本発明の他の実施例を示す
断面図、第1図(B)は第7図(4)のY−Y線断面図
、第S図(イ)は本発明の更に他の実施例を示す断面図
、第J[(B)は第S図(4)のz−2線断面図である
。 l・・・タービンロータ、 /A・・・入口部、 コ・・・軸、 3・・・スクロール、 JA 、 3B・・・排気通路、 3G・・・入口通路部、 ψ・・・排気細路、 j・・・ハウジング、 jA・・・突出用、 tB・・・仕切壁、 6 開閉弁、 7・・・ガス出口、 /θ・・・循環流、 /3k 、 /JB・・排気通路、 13・・・スクロール、 73G・・人口部、 /り・・開口部、 tB・・連通部、 16・・舌部、 17・・・スロート部、 1g・・・開閉弁、 I・・・仕切弁、 2/A・・・先端部、 〃・・・カバ一部材、 n・・・ボルト、 J・・・回動軸1 3/・・・ロータリ弁、 3/A・・・流通溝、 3/B・・・底面、 310・・・しや両部、 J/D 、 J/E・・回動部、 3ノ・・回動軸、 33・・・ブツシュ、 3グ・・・レバー、 tIIA、t/−/B・・シール部材、+710 、4
(/D・・シールリング。 特許出願人 日産自動車株式会社 第2図 (A) (A)  ユ (B) 31831C (B) 33B32

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)タービンスクロールを並列配置の渦巻型の主排気通
    路と補助排気通路とで構成し、前記主排気通路のみをタ
    ービンロータの入口部に向けて開口させると共に、前記
    主排気通路と前記補助排気通路とを前記タービンスクロ
    ールの外周部に沿って設けた連通部によって連通させる
    如くなし、前記補助排気通路のうち、前記連通部を設け
    た位置の直前の上流側に弁を設けて、該弁により前記タ
    ービンスクロールに供給するガス容量を可変としたこと
    を特徴とする可変容量ラジアルタービン。 2、特許請求の範囲第1項記載の可変容量ラジアルター
    ビンにおいて、前記弁は、該弁のしゃ蔽部に前記補助排
    気通路をしゃ断するしや腋部と、前記弁の開放時に排気
    ガスを流通させる流通溝と、該流通溝の内側において前
    記しや腋部に連設させて前記タービンスフローアルタ−
    ビン。 3)特許請求の範囲第2項記載の可変容量ラジアルター
    ビンにおいて、前記ロータリ弁の前記円柱部の外周部に
    沿ってシールリングを、−更に前記しや腋部が前記ロー
    タリ弁の少なくともしゃ断時に前記タービンスクロール
    の壁面と接する位置にシール部材を設けて前記ロークリ
    弁と前記タービンスクロールとの間を、各、量 封止するようにしたことを特徴とする可変フジアルタ−
    ビン。
JP57233853A 1982-12-28 1982-12-29 可変容量ラジアルタ−ビン Granted JPS59126033A (ja)

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DE3346472A DE3346472C2 (de) 1982-12-28 1983-12-22 Radialturbine mit veränderlicher Leistung
US06/564,671 US4544326A (en) 1982-12-28 1983-12-23 Variable-capacity radial turbine
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009056214A1 (de) * 2007-11-02 2009-05-07 Daimler Ag Brennkraftmaschine mit einem abgasturbolader

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5644421A (en) * 1979-09-17 1981-04-23 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Turbine casing for supercharger
JPS56113015A (en) * 1980-02-13 1981-09-05 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Turbine casing for supercharger

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