JPS5936093B2 - 排気ガスタ−ビン過給機をもつ内燃機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、排気ガスタービン過給機の半径流タービンが
、二連通路を有する複流ハウジングをもち、この二連通
路の一方の通路が、内燃機関の可変作動パラメータに関
係して遮断可能であり、それにより、利用可能な排気ガ
スの全量が、他方の通路を介して排気ガスタービンの羽
根車に作用する、排気ガスタービン過給機をもつ内燃機
関に関する。

過給内燃機関では、排気ガスタービン過給機の狭い有利
な作動範囲を内燃機関の広い作動範囲に合わせるという
困難がある。

排気ガスタービン過給機に合わせる多くの可能性をもつ
内燃機関のうち、最初に述べた種類の内燃機関も公知で
ある（ドイツ連邦共和国特許出願公開第２０１２９５７
号明細書）。

部分負荷運転中複流排気ガスタービンの１つの通路を遮
断することにより、ガス速度につれて効率が悪くなるに
もかかわらず、回転子の回転数、したがって意図した効
果として、過給圧力または内燃機関のトルク曲線が高ま
る。

両方の通路の一方は、ニ、連通路の直前において排気ガ
ス接続管片中に支持されるちょう形弁により遮断される
。

ちょう形弁は、高い流速でしかも高温で入って来る多量
の排気ガスのため、非常に熱くなる。

これらの困難な条件のもとでは、排気ガス接続管片にあ
る支持個所および操作装置の効果的な密側はほとんど不
可能である。

本発明の課題は、排気ガスタービン過給機の制御性能を
改善し、制御素子の作動の信頼性を増大させることにあ
る。

この課題は、本発明によれは、半径流タービンの羽根車
が、その幅の一部を、軸方向移動により二連通路の−方
の通路を制御する管状滑り弁により包囲されていること
によって、解決される・ 本発明による構成では、無接触密封装置たさえば長い密
封間隙によって、管状滑り弁をハウジング内で容易に密
封することができる。

さらにタービン入口の直前における温度より著しく低い
温度の範囲へ密封個所を移すことも可能になるので、接
触密封装置を使用することもてきる。

さらに管状滑り弁は、比較的小さい端面においてのみ、
流れの速い排気ガスを受ける。

それにより滑り弁の熱負荷はわずかである。

したがって本発明による構成は、作動および機能に信頼
性がある。

さらに二連通路の低負荷範囲で遮断される通路は、管状
滑り弁により羽根車から隔離されるので、圧力の脈動に
より、羽根車を経て遮断された通路への逆流が生ずるこ
とはなく、それにより羽根車への流入流が不利な影響を
受けることはない。

管状滑り弁の移動は、内燃機関の適当な作動パラメータ
、たとえば回転数、過給空気温度、排気ガス温度、負荷
等に関係して行なうことができる。

過給空気圧力に関係する簡単な制御は、本発明の構成に
よれは、管状滑り弁が環状ピストンと結合され、このビ
ス１−ンの一方の端面がはね荷量を受け、その他方の端
面が過給空気の圧力を受けていることによって、実現さ
れる。

過給空気圧力が所定の値以下に低下すると、滑り弁はば
ねの力により閉鎖位置へもたらされる。

本発明の別の構成では、滑り弁に対して同軸的に、同様
に管状の内側吹出し滑り弁が設けられ、その不動作位置
において、わずかな軸方向遊隙をおいて羽根車に接近し
ており、その端面がハウジング側壁を形成し、またその
内孔が出口通路を形成しているようにするこみが、提案
される。

吹出し滑り弁が軸方向に移動すると、吹出し滑り弁の端
面と羽根車との間にバイパス通路が生じ、羽根車入口を
羽根車出口と接続するので、高負荷範囲ｔこおいて、排
気ガスタービンの制御のために、排気ガスの一部を吹出
させることができる。

他の手段で知られている吹出し制御も、同様に適当な作
動パラメータに関係して行なうことができる。

低負荷範囲における入口断面の減少と高負荷範囲におけ
る吹出し制御との簡単かつ効果的な組合わせは、滑り弁
が、予め定めることのできる制御行程後、保合片で吹出
し滑り弁の当り面に当り、この吹出し滑り弁を移動させ
るこ吉によって、行なわれる。

この場合、滑り弁が、内燃機関の最大トルクにおける回
転数より小さい回転数において二連通路の通路を閉じた
状態に保つと有利である。

さらに吹出し滑り弁が、内燃機関の最高回転数の約８０
係の回転数から、滑り弁と共に、過給空気の圧力に関係
して動かされると、好都合である。

排気ガスタービンは、吹出し制（財）がまだ作用しない
ような作動点に設計されるのが最適である。

さらにハウジングが、滑り弁の制御行程のうち内燃機関
０）最大出力に相当する終端範囲に、過給空気用のバイ
パス通路をもち、このバイパス通路が環状ピストンによ
り開かれることによって、排気ガスタービン過給機の制
御範囲が広げられる。

それにより簡単な手段で、過給空気のそれ自身公知の吹
出し制御が実現され、この吹出し制御により、許容最高
過給圧力が制限される。

本発明の構成において、滑り弁と吹出し滑り弁が、セラ
ミック球により相互にかつ（あるいは）ハウジング内に
支持されていることによって、両滑り弁の動作能力が改
善される。

耐熱性セラミック球は、滑り弁の容易な移動を可能にす
る。

この場合溝の長さが球の直径と相対移動行程の半分との
和に等しいように選ばれると有利である。

溝が、滑り弁と吹出し滑り弁との間）こおいて、球の直
径と半径方向間隙厚さとの和に等しい肉厚をもちかつ圧
力ばめで組合わされる２つの管からなる特別な構造部材
に設けられ、溝が合わせ目面の所まで延び、かつ互いに
ずれていると、製造が簡単になる。

さらに本発明の構成において、セラミック球が、過給空
気用バイパス通路につながる溝中をころがるようにする
ことが、提案される。

それにより、内燃機関の高負荷範囲において、管状滑り
弁と支持素子とが冷却され、制御装置の熱的損傷が回避
される。

図示された実施例について、本発明を以下に説明する。

図示された排気ガスタービンは、通路２，３を有する二
連通路付さ複流ハウジング１をもっている。

二連通路２，３の入口４には、充分大きい接続断面６の
パルスコンバータ５がフランジ止めされている。

排気ガスは、図示しない内燃機関から、パルスコンバー
ク５を経て複流ハウジング１へ流入し、通路２および３
へ均一に入る。

そこから排気ガスは、さらに通路２，３の内周にある出
口側聞ロアおよび８を経て、点線で示した羽根車９を通
り、タービンの出口１０へ流れる。

二連通路２，３の内周と羽根車９の外周１１との間には
、軸方向に移動可能な管状滑り弁１２が設けられて、通
路３の開口８を制御する。

滑り弁１２には環状ピストン１３が溶接され、その端面
１４は、調節ねじ１５により調節可能なはね１６の荷重
を受け、一方反対側の端面１７は、前にある室１８に導
管１９を介して供給される過給空気の作用を受ける。

環状ピストン１３を収容するハウジング部分は、引張り
ボルト２３により外筒２４へ締付けられる２つの側板２
０および２１からできている。

滑り弁１２に対して同軸的に吹出し滑り弁２５が設けら
れている。

この吹出し滑り弁２５は軸方向に移動可能である。

この滑り弁２５は、その不動作位置（第１図および第２
図）において、わずかな軸方向遊隙をおいて羽根車９に
接近しており、端面２６によりハウジング側壁を形成し
、その内孔２７により出口通路１０を形成している。

吹出し滑り弁２５の自由端面には板２９が溶接されてい
る。

この板２９はばね３０により一方の側３１から荷重をか
けられ、反対側３２には、滑り弁１２の係合片３３が当
っている。

それにより、吹出し滑り弁２５も同様に過給圧力に関係
して移動ぜしめらイア、る。

板２９ははね３０の範囲に折返し部と案内管３４とをも
ち、この案内管３４は同時に制御行程の制限に役立つ。

環状ピストン１３の外周には密封環３５がはめ込まれ、
外筒２４の内周に密に当っている。

環状ピストン１３の終端位置の範囲において、外筒２４
に溝３６が切込まれ、密封環３５をまたいで、室１８と
出口１０とを接続する。

滑り弁１２と吹出し滑り弁２５の移動可能性を改善する
ために、ハウジングまたは特別な構造部分４１にセラミ
ック球３７が挿入され、適当な溝３８内に案内されてい
る。

構造部分４１は圧力はめにより組合わされた２つの管４
２，４３からなり、溝３８は合わせ目面４４まで達し、
かつ互いにずれている。

第２図は、内燃機関の最大トルクにおける回転数より小
さい回転数までの負荷に対応用るような滑り弁１２およ
び吹出し滑り弁２５の位置を示す。

この負荷状態では、排気ガスタービンの羽根車９は、通
路２を介してのみ排気ガスを受け、通路３の開口８は閉
じられている。

脈動のため羽根屯９を経て通路３への逆流はおこり得な
い。

回転数が高くなり、過給圧力が上昇するさ、滑り弁１２
は通路３の開口８を開くので、今や羽根車９は両方の通
路２および３を介して最適の効率で排気ガスを受ける。

内燃機関の回転数がさらに上昇して、最高回転数の約８
０％に達するさ、滑り弁１２の係合片３３は吹出し滑り
弁２５の板２９に当り、これを軸方向に動かす。

それ（こより端面２６と羽根車２９との間隙が増大する
ので、排気ガスの一部は、羽根車９へ入ることなく、出
口１０へ達する。

通路３の開口８が大きくなることによって、もちろん最
初は羽根車９への流入も増す３−１ 板２９の折返し部および案内管３４がハウジング部分の
側板２０へ当ることによって、管状滑り弁１２がその終
端位置に達すると、密封環３５により溝３６が開かれる
ので、過給空気の一部は間隙３９を経て出口１０へ達す
る。

さらに過給空気の一部は、穴４０を経て、セラミック球
３７の冷却のため、溝３８内へ導入することもできる。

過給空気の吹出しにより、内燃機関の最大過給圧力が決
定される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による内燃機関の排気ガスタービンの中
心軸を通る断面図、第２図ないし第４図はその異なる滑
り弁位置における断面図、第５図は、セラミック球によ
り互いに支持される滑り弁および吹出し滑り弁の中心軸
に直交する断面図、第６図は両滑り弁間に設けられる構
造部分の斜視図である。 １・・・・・・複流ハウジング、２，３・・・・・・通
路、７゜８・・・・・・開口、９・・・・・・羽根車、
１０・・・・・・出［」、１２・・・−・・管状滑り弁
、２５・・・・・・吹出し滑り弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 排気ガスタービン過給機の半径流タービンが、二連
   通路を有する複流ハウジングをもち、この二連通路の一
   方の通路が、内燃機関の可変作動パラメータに関係して
   遮断可能であり、それにより、利用可能な排気ガスの全
   量が、他方の通路を介して排気ガスタービンの羽根車に
   作用する内燃機関において、半径流タービンの羽根車９
   が、その幅の一部を、軸方向移動により二連通路２，３
   の一方の通路３を制御する管状滑り弁１２により包囲さ
   れていることを特徴とする、排気ガスタービン過給機を
   もつ内燃機関。 ２ 管状滑り弁１２が環状ピストン１３と結合され、こ
   のピストンの一方の端面１４がばね荷量を受け、その他
   方の端面１７が過給空気の圧力を受けていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関。 ３ 滑り弁１２に対して同軸的に、同様に管状の内側吹
   出り滑り弁２５が設けられ、その不動作位置において、
   わずかな軸方向遊隙をおいて羽根車９に接近しており、
   その端面２６がハウジング側壁を形成し、またその内孔
   ２７が出［］通路１０を形成していることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項あるいは第２項に記載の内燃機関
   。 ４ 管状滑り弁１２が、予め定めることのできる制御行
   程後、係合片３３で吹出し滑り弁２５の当り面に当り、
   この吹出し滑り弁を移動させること・ を特徴とする特
   許請求の範囲第３項に記載の内燃機関。 ５ ハウジング２４が、滑り弁１２の制御行程のうち内
   燃機関の最大出力に相当する終端範囲に、過給空気用の
   バイパス通路３６をもち、このバイパス通路３６が環状
   ピストン１３により開かれるこさを特徴とする特許請求
   の範囲第２項ないし第４項の１つに記載の内燃機関。 ６ 滑り弁１２と吹出し滑り弁２５が、セラミック球３
   ７により相互にかつ（あるいは）ハウジング１内に支持
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
   し第５項の１つに記載の内燃機関。 ７ セラミック球３７が、過給空気用バイパス通路につ
   ながる溝３８中をころがることを特徴とする特許請求の
   範囲第５項に記載の内燃機関。 ８ 溝３８の長さが球の直径と相対移動行程の半分との
   和に等しいことを特徴とする特許請求の範囲第６項ある
   いは第７項に記載の内燃機関。 ９ 溝が、滑り弁１２と吹出し滑り弁２５との間におい
   て、球の直径と半径方向間隙厚さとの和に等しい肉厚を
   もちかつ圧力ばめで組合わされる２つの管からなる特別
   な構造部材に設けられ、溝３８が合わせ目面４４の所ま
   で延び、かつ互いにずれていることを特徴とする特許請
   求の範囲第６項ないし第８項の１つに記載の内燃機関。 １０排気ガスタービン過給機の半径流タービンが、二連
   通路を有する複流ハウジングをもち、この二連通路の一
   方の通路が、内燃機関の可変作動パラメータに関して遮
   断可能であり、それにより、第１１用可能な排気ガスの
   全量が、他方の通路を介して排気ガスタービンの羽根車
   に作用する内燃機関の半径流タービンの羽根車が、その
   幅の一部を、軸方向移動により二連通路の一方の通路を
   制御する管状滑り弁により包囲されているものにおいて
   、滑り弁１２が、内燃機関の最大トルクにおける回転数
   より小さい回転数において、通路３を閉じた状態に保つ
   こさを特徴とする、排気ガスタービン過給機をもつ内燃
   機関の運転方法。 １１ 排気ガスタービン過給機の半径流タービンが、二
   連通路を有する複流ノ＼ウジングをもち、この二連通路
   の一方の通路が、内燃機関の可変作動パラメータに関係
   して遮断用″能であり、それにより、利用可能な排気ガ
   スの全量が、他方の通路を介して排気ガスタービンの羽
   根車に作用する内燃機関の半径流タービンの羽根車が、
   その幅の一部を、軸方向移動により二連通路の一方の通
   路を制御する管状滑り弁により包囲されていると共に、
   滑り弁に対して同軸的に、同様に管状の内側吹出し滑り
   弁が設けられ、その不動作位置において、わずかな軸方
   向遊隙をおいで羽根車に接近しており、その端面がハウ
   ジング側壁を形成し、またその内孔が出口通路を形成し
   ているものにおいて、吹出し滑り弁２５が、内燃機関の
   最高回転数の約８０係の回転数から、滑り弁１２と共に
   、過給空気の圧力に関係して動かされることを特徴とす
   る、内燃機関の運転方法。