JPS6056125A - Turbine scrol in turbo-charger - Google Patents
Turbine scrol in turbo-chargerInfo
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- JPS6056125A JPS6056125A JP58162495A JP16249583A JPS6056125A JP S6056125 A JPS6056125 A JP S6056125A JP 58162495 A JP58162495 A JP 58162495A JP 16249583 A JP16249583 A JP 16249583A JP S6056125 A JPS6056125 A JP S6056125A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はターボチャージャのタービンスクロールに関し
、特にその排気タービンに供給する排気容量をエンジン
の運転状態−に応じてスクロール入口部で可変とするよ
うにしたタービンスクロールに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a turbine scroll for a turbocharger, and more particularly to a turbine scroll in which the exhaust capacity supplied to the exhaust turbine is made variable at the scroll inlet depending on the operating state of the engine.
第1図は従来のこの種可変容量としたタービンスクロー
ルの一例を示し、本例は実開昭57−11233号に開
示されているものである。ここで、lは図示しない圧縮
器インペラとロータ軸2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1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4からの排気ガスが導か
れる。FIG. 1 shows an example of a conventional turbine scroll with variable capacity of this type, and this example is disclosed in Japanese Utility Model Application No. 57-11233. Here, l is a turbine rotor that is directly connected to a compressor impeller (not shown) by a rotor shaft 2. A spiral passage turbine scroll 3 is provided on the outer periphery of the turbine rotor 1, and this scroll 3 is connected to the engine. Exhaust gas from the exhaust passage 4 is guided.
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2に対する斜め方向から突出壁5Aによって分割
するようになし、以て、大排気通路部3Aと小排気通路
部3Bとで渦巻室を形成して、これら通路部3Aおよび
3Bをロータlの入口部6はスクロール3の入口部3C
に接続する排気通路4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。Further, in the turbine scroll 3 of this example, the housing 5 is divided by the protruding wall 5A from the diagonal direction with respect to the shaft 2, so that the large exhaust passage section 3A and the small exhaust passage section 3B form a spiral chamber. The inlet portion 6 of the rotor 1 is connected to the inlet portion 3C of the scroll 3 through these passage portions 3A and 3B.
This is an on-off valve provided on the large exhaust passage 3A side at a portion of the exhaust passage 4 connected to the large exhaust passage 3A, and this on-off valve 6 can change the volume of exhaust gas flowing into the large exhaust passage 3A. 7 is an exhaust gas outlet.
このように構成されたタービンスクロール3においては
、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ってやる必要のある
ことから、例えば過給圧等を利用した制−機構(図示せ
ず)により開閉弁6を動作させ、大排気通路3Aを通過
するガス容量を調整することができる。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。In the turbine scroll 3 configured in this way, when the engine is in a low speed rotation region, the gas passage area must be reduced in order to maintain compatibility between the turbocharger and the engine and obtain good supercharging characteristics at low speeds. Since it is necessary to throttle the gas, the opening/closing valve 6 can be operated by a control mechanism (not shown) using, for example, supercharging pressure to adjust the gas volume passing through the large exhaust passage 3A. Furthermore, when the engine is in a high speed rotation region, gas is supplied to the rotor l from both the large exhaust passage 3A and the small exhaust passage 3B.
しかしながら、このようにロータ1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3^と小排気通路3Bとが共にロータ入口部1Aに
向けて開口する形状をなし、更に、開閉弁6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、エンジンの低速回転領域で大排気通路3Aへのガ
ス供給が開閉弁6によってしゃ断されると、この大排気
通路3Aに死水領域が生じる。However, in the turbine scroll 3 in which the gas capacity supplied to the rotor 1 is made variable as described above, both the large exhaust passage 3^ and the small exhaust passage 3B are shaped to open toward the rotor inlet portion 1A, and further, Since the gas flow rate of the large exhaust passage 3A is configured to be throttled by the on-off valve 6, when the gas supply to the large exhaust passage 3A is cut off by the on-off valve 6 in the low speed rotation region of the engine, this large exhaust passage A dead water area occurs at 3A.
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IAからロータ1へと供給されて
おり、その際入口部IA近傍には第2図(A)に示すよ
うな旋回流10が生じていることによって旋回流lOを
なすガス流体は遠心力を持つことになる。そこでガス流
体の一部が大排気通路3Aの死水領域となっているガス
体の中に放散されてゆき、ここに第2図(B)に示すよ
うな循環流11を発生する。この循環Fe1lは大排気
通路3Aの壁面に沿って流れるので摩擦損失によってエ
ネルギを失い、再び旋回流lOと合流する状態となるの
で、タービンスクロール3内でのエネルギ損失が大きく
、タービン効率を低下させる結果を招く。However, in such a state, gas flows into the small exhaust passage 3B.
The gas is supplied from the rotor inlet IA to the rotor 1 via the rotor inlet IA, and a swirling flow 10 as shown in FIG. The fluid will have centrifugal force. A part of the gas fluid is then dispersed into the gas body which is a dead water region of the large exhaust passage 3A, and a circulating flow 11 as shown in FIG. 2(B) is generated there. As this circulating Fe1l flows along the wall surface of the large exhaust passage 3A, it loses energy due to frictional loss, and as it merges with the swirling flow lO again, the energy loss within the turbine scroll 3 is large, reducing the turbine efficiency. Incur consequences.
更に、第3図は一般によく使用されているダブルエント
リハウジング初のスクロール3を示し、この種のもので
はそのハウジング5が外周部から突出させた壁5Aによ
り軸方向に分割されている。Furthermore, FIG. 3 shows the first scroll 3 of the commonly used double entry housing, in which the housing 5 is divided in the axial direction by a wall 5A projecting from the outer circumference.
しかして、このようなダブルエントリハウジング型のス
クロール3において、いずれか一方の排気通路3Dを開
閉するような開閉弁(図示せず)を設けた場合にあって
も、同様な現象が発生して、シングルエントリのタービ
ンスクロールの場合よりその効率が低下し、低速時にお
けるターボ過給圧の立上がりを悪くする。However, even if such a double entry housing type scroll 3 is provided with an on-off valve (not shown) that opens and closes either one of the exhaust passages 3D, a similar phenomenon may occur. , the efficiency is lower than in the case of a single-entry turbine scroll, making it difficult to build up turbocharging pressure at low speeds.
本発明の目的は、上述した問題点に着目し、エンジンの
低速から高速回転領域にいたるまで、排気エネルギが有
効に活用されて損失が少なく、良好なタービン効率が維
持できて、更にエンジンの背圧を下げる効果により十分
な高速出力の保持に貢献するターボチャージャのタービ
ンスクロールを提供することにある。The purpose of the present invention is to focus on the above-mentioned problems, and to effectively utilize exhaust energy from low speed to high speed engine speeds, reduce loss, maintain good turbine efficiency, and further reduce engine backlash. An object of the present invention is to provide a turbine scroll for a turbocharger that contributes to maintaining sufficient high-speed output through the effect of lowering pressure.
かかる目的を達成するために、本発明では、タービンロ
ータ入口に向けて開口している渦巻型主排気通路とこれ
に併設し直接にはロータ入口に開口しない渦巻型補助排
気通路とを有するようになし、これら双方の排気通路間
の仕切壁にロータ軸心を中心とする2つの同心円で限界
される一定幅の連通孔をほぼロータの全周にわたって設
けて、この連通孔を主排気通路側から補助排気通路側に
向けて軸心へ近づく方向に傾斜させるようになして壁面
に重なりを持たせ更に補助排気通路の側に排気量を5(
変とする弁を設けて、エンジンの低速領域ではこの弁を
閉成し、排気が主排気通路のみからロータ入口に直接供
給されるようにする。In order to achieve this object, the present invention includes a spiral main exhaust passage that opens toward the turbine rotor inlet and a spiral auxiliary exhaust passage that is attached to the main exhaust passage and does not directly open to the rotor inlet. None.In the partition wall between these two exhaust passages, a communication hole with a constant width defined by two concentric circles centered on the rotor axis is provided almost all around the rotor, and this communication hole is connected from the main exhaust passage side. The exhaust volume is increased by 5 (
A variable valve is provided to close the valve during low speed ranges of the engine so that exhaust gas is supplied directly to the rotor inlet only from the main exhaust passage.
以下に、図面に基づいて本発明の詳細な説明する。The present invention will be described in detail below based on the drawings.
第4図は本発明の一実施例を示し、ここで13はタービ
ンスクロールであり、 13Aはスクロール13の渦巻
型とした主排気通路である。主排気通路13Aはロータ
1の入口部l^に向っての開口部14を有すると共に、
この主排気通路13Aと仕切壁5Bを介して並列に設け
た補助排気通路13Bの間には連通部15を有する。FIG. 4 shows an embodiment of the present invention, where 13 is a turbine scroll, and 13A is a main exhaust passage of the scroll 13. The main exhaust passage 13A has an opening 14 facing the inlet l^ of the rotor 1, and
A communication portion 15 is provided between the main exhaust passage 13A and the auxiliary exhaust passage 13B provided in parallel with each other via the partition wall 5B.
しかして、この連通部15は先にも述べたように同心円
的に形成されるものであるが、更にそのスリットの形成
にあたっては、本図に示すように主排気通路13Aの側
から補助排気通路13Bに向けてロータ1の軸心0に近
づける方向に傾斜させ、一定幅Bを保たせるようにする
。As mentioned above, this communication part 15 is formed concentrically, but when forming the slit, it is necessary to connect the auxiliary exhaust passage from the main exhaust passage 13A side as shown in this figure. 13B in a direction closer to the axis 0 of the rotor 1 so as to maintain a constant width B.
更にまた、連通部15は傾斜を持たせて形成するが、同
時にその主排気通路13Aと補助排気通路13B側とで
は第5図に示すように仕切壁5Bの重なり分(オーバラ
ップ量)Lが得られるようにすることが望ましい、ただ
し、この連通部15によって仕切壁5Bの主排気通路1
3A側および補助排気通路13B側の面に形成される鋭
角のエツジ部15Aおよび15Bはオーバラップ量りが
得られる範囲で滑らに仕上げられてもよい。Furthermore, although the communication portion 15 is formed with an inclination, at the same time, the overlap (overlap amount) L of the partition wall 5B is made between the main exhaust passage 13A and the auxiliary exhaust passage 13B as shown in FIG. However, it is desirable that the main exhaust passage 1 of the partition wall 5B is
The sharp edge portions 15A and 15B formed on the surfaces on the 3A side and the auxiliary exhaust passage 13B side may be finished smoothly within a range where overlap measurement can be obtained.
また、連通部15は第6図に示すように、ロータ軸心O
の周りに同心円的形状に設けられるものであるが、その
周方向の範囲は広ければ広いほど望ましく、連通部15
の設けられない範囲を極力短くすることにより、タービ
ンロータ1の入口部IAにおける流れの不均一性によっ
て流体エネルギー損失の増大するのを抑制する。Further, as shown in FIG. 6, the communication portion 15 is connected to the rotor axis O
The communication part 15 is provided in a concentric shape around the communication part 15, but the wider the circumferential range, the more desirable it is.
By minimizing the range in which this is not provided, an increase in fluid energy loss due to non-uniformity of flow at the inlet portion IA of the turbine rotor 1 is suppressed.
なお、本例では、スクロール13の舌部18におけるロ
ータ1側の最小通路部から舌部18とハウジング5とに
よって形成される絞り部すなわちスロート部17に極力
近づけた位置にかけて形成しである。In this example, it is formed from the smallest passage on the rotor 1 side in the tongue portion 18 of the scroll 13 to a position as close as possible to the throttle portion formed by the tongue portion 18 and the housing 5, that is, the throat portion 17.
更に第6図において、25は補助排気通路138のスロ
ート部17の上流側に設けた開閉弁(本例ではロータリ
バルブ)であり、この開閉弁25によって補助排気通路
13B側の流量をtAt!Bする。開閉弁25は第7図
に示すようにスクロール5にボルト等の手段によって取
付けられたカバー2Bと、このカバー2Bに圧入された
ブツシュ27と、ブツシュ27に回動自在に軸支される
シャフト28を有する弁本体25Aとシャフト28を回
動させるレバー28とを有し、図示しない制御手段によ
って開閉制御される。なお、第6図では開閉弁25の閉
成状態が示されている。Furthermore, in FIG. 6, 25 is an on-off valve (rotary valve in this example) provided on the upstream side of the throat portion 17 of the auxiliary exhaust passage 138, and this on-off valve 25 controls the flow rate on the auxiliary exhaust passage 13B side to tAt! B. As shown in FIG. 7, the on-off valve 25 includes a cover 2B attached to the scroll 5 by means such as bolts, a bushing 27 press-fitted into the cover 2B, and a shaft 28 rotatably supported by the bushing 27. The valve main body 25A has a lever 28 that rotates a shaft 28, and is controlled to open and close by a control means (not shown). Note that FIG. 6 shows the on-off valve 25 in a closed state.
また、本例では開閉弁25をスロート部17より上流の
ハウジング5に設しテたが、これに代えて開閉弁25を
スクロール13の入口部13Cより上流側の補助排気通
路(図示せず)に設けるようにしてもよい。しかして、
開閉弁25をエンジンの低速回転領域では制御手段によ
って閉成するようにする。Further, in this example, the on-off valve 25 is provided in the housing 5 upstream from the throat portion 17, but instead of this, the on-off valve 25 is installed in an auxiliary exhaust passage (not shown) upstream from the inlet portion 13C of the scroll 13. It may also be provided. However,
The on-off valve 25 is closed by the control means in the low speed rotation region of the engine.
次に、このように構成するタービンスクロールでの連通
部15の幅Bの設定について述べる。幅Bの設定にあた
っては、過給特性に及ぼす影響を考慮する必要があり、
本発明者が確認した最も良好な過給特性が得られる条件
式を次に示す。Next, the setting of the width B of the communication portion 15 in the turbine scroll configured as described above will be described. When setting width B, it is necessary to consider the effect on supercharging characteristics.
The conditional expression that provides the best supercharging characteristics confirmed by the inventor is shown below.
ただし、(1)式において、
AAT:主排気通路13^のスロート部!7Aにおける
面積
ABT:補助排気通路13Bのスロート部17Bにおけ
る面積
R^ :ロータ軸心0からスロート部17Aの重心まで
の距離
R8二ロータ軸心0かもスロート部17Bの重心までの
距離
H:タービンロータ1の入口部IAにおける羽根幅
すなわち(1)式によって連通部15の幅Bを設定する
ことが望ましいが、設計上の都合で幅Bをこれより狭く
する場合には、上記の条件を念頭におき、損失を極力少
なくするように配慮されなければならない。However, in equation (1), AAT: Throat part of main exhaust passage 13^! Area ABT at 7A: Area R^ of the auxiliary exhaust passage 13B at the throat portion 17B: Distance R8 from the rotor axis 0 to the center of gravity of the throat portion 17A Distance H from the rotor axis 0 to the center of gravity of the throat portion 17B: Turbine rotor It is desirable to set the width B of the communicating portion 15 by the blade width at the inlet portion IA of No. 1, that is, the equation (1). However, if the width B is made narrower than this for design reasons, the above conditions should be kept in mind. care must be taken to minimize losses.
続いて、このように構成したタービンスクロール13ツ
エンジン運転中における流体の動作を述べ、あわせてそ
の連通部15を設けたことによる効果について説明する
。Next, the operation of the fluid during the operation of the turbine scroll 13 configured as described above will be described, and the effect of providing the communication portion 15 will also be described.
エンジンの低速回転領域で開閉弁25を閉成すると、そ
の補助排気通路13Bに死水領域が生じるが、補助排気
通路13Bは仕切壁5Bによって主排気通路13Aと分
離されており、ロータ1の入口部IAに向けて開口され
ていないので、第2図(A)および(B)で説明したよ
うな流れの発生することがない。When the on-off valve 25 is closed in the low speed rotation range of the engine, a dead water area is generated in the auxiliary exhaust passage 13B, but the auxiliary exhaust passage 13B is separated from the main exhaust passage 13A by the partition wall 5B, and the inlet of the rotor 1 Since it is not opened toward IA, the flow described in FIGS. 2(A) and 2(B) does not occur.
また、タービンスクロール13の主排気通路+3A側に
おける流速分布は、流体位置までの軸心0からの距離を
r、その位置での流速をVとすると、VXr=一定で表
わされるフリーポルテ・ンクス流れであることから半径
rに逆比例して流速Vが変化する。すなわち、スクロー
ル13の外周部に近いところほど流速が遅くなり、ロー
タ1に近づくほど流速が遠くなる。したがって、ロータ
1の入口IA側では静圧が低く、外周側では静圧が高い
。Furthermore, the flow velocity distribution on the +3A side of the main exhaust passage of the turbine scroll 13 is a freeportionx flow expressed by VXr = constant, where r is the distance from the axis 0 to the fluid position and V is the flow velocity at that position. Therefore, the flow velocity V changes in inverse proportion to the radius r. That is, the flow velocity becomes slower closer to the outer circumference of the scroll 13, and the flow velocity becomes farther away as it approaches the rotor 1. Therefore, the static pressure is low on the inlet IA side of the rotor 1, and the static pressure is high on the outer peripheral side.
そこで、軸心0から等距離の位置に同心円状に設けた連
通部15にあっては、この部15における静圧が全周に
わたり一定に保たれることが分る。すなわち、このこと
によって、半径位置の違いから生じる圧力差のために主
排気通路13A側から補助排気通路13B側へと流体が
分流するよう貨くことなく、良好な流れの状態を保つこ
とができる。次に連通部15に形成したオーバラップの
効果を第8図によって説明する。なお、本例では主排気
通路13A側の・エツジ部15Aを仕切壁5Bのこの側
の主壁面5Dの線より凸出させて形成したが、その理由
と効果については後述する。Therefore, it can be seen that in the communication portion 15 provided concentrically at a position equidistant from the axis 0, the static pressure in this portion 15 is kept constant over the entire circumference. That is, by this, a good flow condition can be maintained without causing the fluid to be diverted from the main exhaust passage 13A side to the auxiliary exhaust passage 13B side due to the pressure difference caused by the difference in radial position. . Next, the effect of the overlap formed in the communication portion 15 will be explained with reference to FIG. In this example, the edge portion 15A on the side of the main exhaust passage 13A is formed to protrude from the line of the main wall surface 5D on this side of the partition wall 5B, and the reason and effect thereof will be described later.
いま、連通部15にオーバラップが形成されない場合の
例として外側の連通部壁30Aが破線の位置にあるとす
る。この場合の補助排気通路13B側のエツジ部を 1
5B′ として、主排気通路13A側でのこのエツジ部
15B’ に対応する半径位置をAt、また、エツジ部
15Aに対応する半径位置をA2.更にまた、補助排気
通路13B側の位置^lとA2との中間にあたる半径位
置を81とする。Now, as an example where no overlap is formed in the communication section 15, assume that the outer communication section wall 30A is located at the position indicated by the broken line. In this case, the edge part on the auxiliary exhaust passage 13B side is 1
5B', the radial position corresponding to this edge 15B' on the main exhaust passage 13A side is At, and the radial position corresponding to the edge 15A is A2. Furthermore, the radial position 81 is the intermediate position between the position ^l and A2 on the side of the auxiliary exhaust passage 13B.
しかして、この場合の位置^1.A2およびB1におけ
る静圧をそれぞれPAl、PA!Lおよびpeiとする
と、これらの静圧間ではPAi> pei>Paユの関
係が成立つ。However, in this case, the position ^1. The static pressures at A2 and B1 are PAl and PA!, respectively. Assuming that L and pei, the relationship PAi>pei>Pa holds true between these static pressures.
そこで、いまこのようにオーバラップを形成しないとす
ると、一点鎖線で示すようにA1から81へ、更にB1
からA2に向けての2次的流れ40が発生する。すなわ
ち、主排気通路13A側からいったん補助排気通路13
B側に旋回流が飛び出してゆき、補助排気通路13B側
からは代りに低エネルギの死水領域中の流体が主排気通
路13^側に戻されて、これらの混合により流体エネル
ギの損失をもたらす。Therefore, if we do not form an overlap like this, from A1 to 81 as shown by the dashed line, and then to B1.
A secondary flow 40 is generated from A2 toward A2. That is, from the main exhaust passage 13A side, the auxiliary exhaust passage 13
The swirling flow jumps out to the B side, and the low energy fluid in the dead water region is instead returned to the main exhaust passage 13^ side from the auxiliary exhaust passage 13B side, and their mixing causes a loss of fluid energy.
これに対して、外側の連通部壁30Bを第8図で実線に
よって示したような位置となし、連通@815にオーバ
ラップを形成するかまたはエツジ部15Aと158とが
同一半径位置にあるようにすると(オーバラップ量がゼ
・口)、上述したような2次的な流れの傾向が抑制さえ
、仮に主排気通路13A側から補助排気通路13B側に
旋回流の一部が流れ込んだとしても、仕切fi5Bの壁
面5Eによって補助排気通路13B側から主排気通路1
3A側への流体の流れが阻止され、エネルギ損失を最小
限に抑制することができる。On the other hand, the outer communication wall 30B is positioned as shown by the solid line in FIG. (overlap amount is Z), even if the tendency of the secondary flow as described above is suppressed, even if a part of the swirling flow flows from the main exhaust passage 13A side to the auxiliary exhaust passage 13B side. , from the auxiliary exhaust passage 13B side to the main exhaust passage 1 by the wall surface 5E of the partition fi5B.
Fluid flow to the 3A side is blocked, and energy loss can be suppressed to a minimum.
本発明者は上述したようなオーバラップの形成による効
果を確認するために実験を行い、第9図に示すような効
率低下の傾向を把握した。ここで、横軸はオーバラップ
量りと連通部スリット幅Bとの比、縦軸はL/Bに対し
て低速領域でのタービン効率を示す。本図からも明らか
なようにオーバラップLがゼロ、すなわちL/B=Oよ
り左方の付の設定領域(幅Bおよび仕切壁5Bの厚さを
一定とした場合には連通部15のスリットの傾斜が横軸
の左方にゆくほど少なくなる)では効率η7が急激に低
下する。The present inventor conducted an experiment to confirm the effect of the above-mentioned overlap formation, and found a tendency for the efficiency to decrease as shown in FIG. 9. Here, the horizontal axis shows the ratio between the overlap measurement and the communication portion slit width B, and the vertical axis shows the turbine efficiency in a low speed region with respect to L/B. As is clear from this figure, the overlap L is zero, that is, the designated area on the left side of L/B=O (when the width B and the thickness of the partition wall 5B are constant, the slit of the communication part 15 (the slope becomes smaller as it goes to the left on the horizontal axis), the efficiency η7 decreases rapidly.
この実験の結果からも明らかなように、オーバラップ量
りを少なくともゼロ以上とするのが好適であるが、設計
上等の都合でそのような設定が困難な場合でも、負のオ
ーバラップ量を幅Bの25%程度、すなわちL/B =
−0,25程度までにとどめることが望ましい。As is clear from the results of this experiment, it is preferable to set the overlap amount to at least zero, but even if such a setting is difficult due to design reasons, it is possible to set the negative overlap amount to a wide range. About 25% of B, that is, L/B =
It is desirable to keep it within about -0.25.
次にエンジンの中速回転領域における制御とその流体動
作を説明する。この状態では開閉弁25をほぼ半開状態
に制御する。よって、排気ガスは主排気通路13Aの外
にこの半開状態とした補助排気通路13Bを通って流れ
るが、通路13Bを流れるガスは開閉弁25の開度に応
じて連通部15の最下流位置すなわち最小通路部位置の
連通部15から流入し始め、そのあと次第に上流側に流
入範囲が拡大されてガスを主排気通路13A側に導く。Next, the control and fluid operation in the engine medium speed rotation region will be explained. In this state, the on-off valve 25 is controlled to be approximately half open. Therefore, the exhaust gas flows outside the main exhaust passage 13A through the auxiliary exhaust passage 13B which is in a half-open state, but the gas flowing through the passage 13B is directed to the most downstream position of the communication portion 15, that is, depending on the degree of opening of the on-off valve 25. The gas starts to flow from the communication part 15 at the minimum passage position, and then the inflow range is gradually expanded upstream to guide the gas to the main exhaust passage 13A side.
かくして、エンジンの高速回転領域では開閉弁25が全
開されることに薫って、補助排気通路13B側から連通
部15の全周を経てガスが主排気通路層13A側に効率
よく流入し、タービンロータlに導かれるので、従来に
比しタービンの入口圧すなわちエンジンの背圧を低減さ
せてエンジンの出方向上に貢献することができる。Thus, in the high-speed rotation region of the engine, the on-off valve 25 is fully opened, and gas efficiently flows from the auxiliary exhaust passage 13B side through the entire circumference of the communication portion 15 to the main exhaust passage layer 13A side, and the turbine Since it is guided to the rotor 1, it is possible to reduce the turbine inlet pressure, that is, the back pressure of the engine, compared to the conventional case, and contribute to the output direction of the engine.
なお、第8図では仕切壁5Bの連通部15で限界される
ロータ1側の壁面5Cを主壁面5Dより寸法Cだけ突出
させると共にこの部の仕切壁5Bにエツジ部!5Aを形
成したが、その効果について補足説明する。上述したよ
うに補助排気通路13B側にもガスが供給される場合は
、この補助排気通路13Bの壁面との摩擦によってエネ
ルギを失った流体が通路+313の内周面側に集まって
、この2次流れが直接にロータ入口l^に導かれようと
する。エツジ部15Aを形成したロータ1側の仕切壁5
Bは、このような2次流れがロータ入口IAに導かれる
のを阻止する障害(バウンダリーレアーフェンス)とし
て作用するのみならず、連通部15から主排気通路+3
A側に導かれるガス流と主排気通路13Aを流れる主流
との浬合を助ける役目をなし、タービン入口IAの周り
の流れの改善を図ってタービン効率を向上させ、全運転
領域にわたり良好なタービン性能を維持させることがで
きる。In addition, in FIG. 8, the wall surface 5C on the rotor 1 side, which is limited by the communication portion 15 of the partition wall 5B, is made to protrude from the main wall surface 5D by a dimension C, and there is an edge portion on the partition wall 5B at this portion! 5A was formed, and its effects will be supplementarily explained. As mentioned above, when gas is also supplied to the auxiliary exhaust passage 13B side, the fluid that has lost energy due to friction with the wall surface of the auxiliary exhaust passage 13B gathers on the inner peripheral surface side of the passage +313, and this secondary The flow will be directed directly to the rotor inlet l^. Partition wall 5 on the rotor 1 side forming edge portion 15A
B not only acts as an obstacle (boundary rare fence) to prevent such secondary flow from being guided to the rotor inlet IA, but also acts as a barrier between the communication portion 15 and the main exhaust passage +3.
It serves to help the gas flow guided to the A side and the main flow flowing through the main exhaust passage 13A, and improves the flow around the turbine inlet IA to improve turbine efficiency and maintain good turbine performance over the entire operating range. Performance can be maintained.
更にまた、ロータl側の仕切壁5Bを寸法Cだけ突出さ
せたことは、主排気通路13A側の仕切壁面5Dに生じ
る境界層(バウンダリーレアー)を逆に補助排気通路1
3B側へ誘導することによって、上述した2次流れがロ
ータ入口IAに直接導かれるのを更に一層阻止する効果
が得られる。Furthermore, the fact that the partition wall 5B on the rotor l side protrudes by the dimension C reverses the boundary layer generated on the partition wall surface 5D on the main exhaust passage 13A side,
By guiding it to the 3B side, the effect of further preventing the above-mentioned secondary flow from being directly guided to the rotor inlet IA can be obtained.
なお、連通部15を設ける半径位置は設計上杵される限
り大きい半径位置とすることが補助排気通路13B側に
排気が導かれる中高速領域での効率向上のために好適で
ある。Note that it is preferable to set the radial position of the communicating portion 15 at a radius as large as possible based on the design, in order to improve efficiency in the medium and high speed range where exhaust gas is guided to the auxiliary exhaust passage 13B side.
第1θ図は本発明の他の実施例を示す。本例は弁をフラ
ップ弁35としたもので、38はその開閉軸である。こ
の場合補助排気通路13Bを形成しているハウジング5
の壁面には弁座部37を設けて弁a5の閉成時には、弁
35本体が段付きとしたこの弁座部37に当接すること
により洩れを防止し、低速時の性能改善を図る。FIG. 1θ shows another embodiment of the present invention. In this example, the valve is a flap valve 35, and 38 is its opening/closing shaft. In this case, the housing 5 forming the auxiliary exhaust passage 13B
A valve seat portion 37 is provided on the wall surface of the valve a5, and when the valve a5 is closed, the main body of the valve 35 comes into contact with the stepped valve seat portion 37 to prevent leakage and improve performance at low speeds.
第11図は本発明の更に他の実施例を示し、本例は補助
排気通路を多段に設けたものである。ここで、13Bお
よび130は補助排気通路であり、 5Gは補助排気通
路13Bと130との間の仕切壁である。FIG. 11 shows still another embodiment of the present invention, in which auxiliary exhaust passages are provided in multiple stages. Here, 13B and 130 are auxiliary exhaust passages, and 5G is a partition wall between auxiliary exhaust passages 13B and 130.
しかして、仕切Jg15Bおよび5Gのほぼ相対位置に
第4図または第8図で示したような連通部15を設け、
更に図には示さないが補助排気通路13Bおよび130
のそれぞれに開閉弁を設けるようにする。Therefore, a communication portion 15 as shown in FIG. 4 or FIG. 8 is provided at a substantially relative position between the partitions Jg15B and 5G,
Furthermore, although not shown in the figure, auxiliary exhaust passages 13B and 130
An on-off valve shall be provided for each.
その他の構成は第4図と同様であり、その説明を省略す
る。このように構成したタービンスクロール13にあっ
ては、補助通路13Bおよび130の各々に設けた開閉
弁を適宜に制御することによって流量範囲を大きく変化
させることができ、制御もしやすい。The other configurations are the same as those shown in FIG. 4, and their explanation will be omitted. In the turbine scroll 13 configured in this manner, the flow rate range can be greatly changed by appropriately controlling the on-off valves provided in each of the auxiliary passages 13B and 130, and the control is easy.
更に本例において、図示はしないが、補助排気通路13
Bあるいは130に一般に知られている排気バイパス弁
を設け、この排気バイパス弁によってエンジンの過給圧
を制御するようにすることもできるのはいうまでもない
。Furthermore, in this example, although not shown, the auxiliary exhaust passage 13
It goes without saying that a generally known exhaust bypass valve can be provided at B or 130, and the supercharging pressure of the engine can be controlled by this exhaust bypass valve.
以上説明してきたように、本発明によれば、ターピノロ
ータの入口に向けて直接に開口している渦巻型の主排気
通路と、これと並列に配置し、直接にはロータ入口に開
口しない渦巻型補助排気通路とを設け、これら双方の排
気通路間の仕切壁に、ロータの軸心を中心とする2つの
同心円で限界される一定幅の連通部をほぼロータの全周
にわたって設けると共に、この連通部のスリット形状を
主排気通路側から補助排気通路側に向けて軸心に近づく
方向に傾斜させて、この傾斜により双方の通路間に壁面
の重なりが得られるようになし、更に補助排気通路には
ロータに供給する排気量を調整する弁を設けたので、エ
ンジンの低速時にあっても補助排気通路に生じる死水領
域の排気がエネルギを損失した状態でロータに持込まれ
るのを防止することができ、適応した過給圧が供給でき
て良好なタービン効率が得られる。As explained above, according to the present invention, there is a spiral main exhaust passage that opens directly toward the inlet of the terpino rotor, and a spiral main exhaust passage that is arranged in parallel with the main exhaust passage and that does not directly open to the rotor inlet. An auxiliary exhaust passage is provided, and a communication part of a constant width defined by two concentric circles centered on the axis of the rotor is provided on the partition wall between both exhaust passages, and this communication part is provided over almost the entire circumference of the rotor. The slit shape of the section is inclined in a direction approaching the axis from the main exhaust passage side to the auxiliary exhaust passage side, and this inclination allows the wall surfaces to overlap between both passages. Since the engine is equipped with a valve that adjusts the amount of exhaust gas supplied to the rotor, it is possible to prevent the exhaust gas from the dead water region generated in the auxiliary exhaust passage from being carried into the rotor with energy loss even when the engine is at low speed. , suitable boost pressure can be supplied and good turbine efficiency can be obtained.
更にまた、中高速にあっても排気をそのまま直接ロータ
に導いて過給することができるので、排気エネルギの損
失が少なく、エンジンの背圧を下げることができて中高
速出力に貢献することができることはいうまでもない。Furthermore, even at medium-high speeds, the exhaust gas can be guided directly to the rotor for supercharging, so there is little loss of exhaust energy and the back pressure of the engine can be lowered, contributing to medium-high speed output. It goes without saying that it can be done.
なお、以上の説明では、仕切壁が回転軸と直交する面と
なるように構成したが、設定するスクロールの渦巻形態
によっては回転軸に必らずしも直交する面でなくてもよ
く、若干これより傾けた面としてもよい。In addition, in the above explanation, the partition wall is configured to be a surface perpendicular to the rotation axis, but depending on the spiral form of the scroll to be set, it may not necessarily be a surface perpendicular to the rotation axis. The surface may be tilted more than this.
第1図は従来の可変容量としたタービンスゲロールの構
成の一例を示す断面図、
第2図(A)および(B)はその開閉弁の開閉状態にお
いて、タービンロータの周りに発生する旋回流および、
大排気通路部に発生する循環流の傾向を示すそれぞれ説
明図、
第3図はダブルエントリハウジング型の従来のタービン
スクロールの一例を示す断面図、第4図は本発明ターボ
チャージャのタービンスクロールの構成の一例を示す断
面図、
第5図はその連通部の詳細を示す断面図、第6図は本発
明にかかるタービンスクロールの補助排気通路にロータ
リ弁を設けた状態を示す断面図、
第7図は第6図のロータリ弁のY−Y線断面図、
第8図は本発明にかかるタービンスクロールの連通部に
よって有害な二次法れが阻止される状態を説明するため
の断面図、
第9図はその連通部におけるスリットの幅とオーバラッ
プ量との比を変化させたときのタービン効率の低下状態
を示す特性曲線図、第10図(A)および(B)は本発
明の他の実施例として補助排気通路にフラップ弁を設け
た状態を示す断面図およびそのx−X線断面図、
第11図は本発明の更に他の実施例によるタービンスク
ロールの断面図である。
l・・・タービンロータ、
IA・・・入口部、
2・・・軸、
3.13・・・タービンスクロール、
3^、3B、4・・・排気道′路、
30.13G・・・入口部、
5・・・ハウジング、
5A・・・壁、
5B;5G・・・仕切壁、
5G、5D、5E・・・壁面、
[1,25,35・・・弁、
7・・・ガス出口、
lO・・・旋回流、
11・・・循環流、
13A、13B、13D・・・排気通路、14・・・開
口部、
15・・・連通部、
15A、15B、15B ’・・・エツジ部。
]6・・・舌部、
17・・・スロート部、
28・・・カバー、
27・・・ブツシュ、
28・・・シャフト、
28・・・レバー、
30A、30B ・・・壁、
Al、A2.Bl・・・位置、
36・・・開閉軸、
37・・・弁座部、
40・・・流れ。
特許出願人 日産自動車株式会社
第1図
第2図
(B)
第3図Figure 1 is a sectional view showing an example of the configuration of a conventional variable capacity turbine Sugeroll; Figures 2 (A) and (B) are swirling flows generated around the turbine rotor when the on-off valve is open and closed. and,
Explanatory diagrams showing the tendency of circulation flow generated in the large exhaust passage, FIG. 3 is a sectional view showing an example of a conventional turbine scroll of double entry housing type, and FIG. 4 is a configuration of the turbine scroll of the turbocharger of the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view showing details of the communication portion thereof; FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which a rotary valve is provided in the auxiliary exhaust passage of the turbine scroll according to the present invention; FIG. 7 is a sectional view taken along Y-Y line of the rotary valve shown in FIG. 6; FIG. 8 is a sectional view for explaining the state in which harmful secondary drift is prevented by the communication portion of the turbine scroll according to the present invention; The figure is a characteristic curve diagram showing how the turbine efficiency decreases when the ratio between the width of the slit and the amount of overlap in the communication section is changed, and Figures 10 (A) and (B) are other embodiments of the present invention. As an example, a cross-sectional view showing a state in which a flap valve is provided in an auxiliary exhaust passage and a cross-sectional view taken along the line X-X, and FIG. 11 is a cross-sectional view of a turbine scroll according to still another embodiment of the present invention. l...Turbine rotor, IA...Inlet section, 2...Shaft, 3.13...Turbine scroll, 3^, 3B, 4...Exhaust road, 30.13G...Inlet Part, 5... Housing, 5A... Wall, 5B; 5G... Partition wall, 5G, 5D, 5E... Wall surface, [1, 25, 35... Valve, 7... Gas outlet , IO...Swirling flow, 11...Circulating flow, 13A, 13B, 13D...Exhaust passage, 14...Opening part, 15...Communication part, 15A, 15B, 15B'...Edge Department. ]6... Tongue, 17... Throat, 28... Cover, 27... Bush, 28... Shaft, 28... Lever, 30A, 30B... Wall, Al, A2 .. Bl...position, 36...opening/closing axis, 37...valve seat, 40...flow. Patent applicant Nissan Motor Co., Ltd. Figure 1 Figure 2 (B) Figure 3
Claims (1)
主排気通路と、該主排気通路に併設され前記タービンロ
ータ入口部から仕切壁によって隔離された補助排気通路
と、°該補助通路に供給される排気の量をエンジンの運
転状態に応じて可変とする弁とを有し、前記仕切壁には
前記タービンロータの軸心を中心とする2つの同心円で
限界された一定幅の連通部をほぼ前記タービンロータの
全周にわたり設け、該連通部の前記軸心を含む断面形状
を、前記主排気通路側から前記補助排気通路側に前記タ
ービンロータの軸心に近づける方向の傾斜を持たせるよ
うになして、前記主排気通路と前記補助排気通路との間
で排気が前記連通部を介して前記軸心の方向に直接移動
するのを抑制し、前記排気を前記連通部の前記傾斜に沿
わせてのみ連通自在なようになして、前記エンジンの低
速回転領域では、前記弁により前記補助排気通路を閉成
して前記主排気通路のみにより前記タービンロータに前
記排気を供給するようにしたことを特徴とするターボチ
ャージャのタービンスクロール。 (以下、余白)[Scope of Claims] A spiral main exhaust passage having an opening facing the turbine rotor inlet, an auxiliary exhaust passage provided alongside the main exhaust passage and separated from the turbine rotor inlet by a partition wall; a valve that makes the amount of exhaust gas supplied to the auxiliary passage variable depending on the operating state of the engine; A communication portion having a width extending substantially over the entire circumference of the turbine rotor is provided, and a cross-sectional shape including the axis of the communication portion is arranged in a direction from the main exhaust passage side to the auxiliary exhaust passage side toward the axis of the turbine rotor. the main exhaust passageway and the auxiliary exhaust passageway to prevent the exhaust gas from directly moving in the direction of the axis via the communication part, and to direct the exhaust gas to the communication part. so that communication is possible only along the slope of the engine, and in a low speed rotation region of the engine, the auxiliary exhaust passage is closed by the valve and the exhaust gas is supplied to the turbine rotor only through the main exhaust passage. A turbine scroll for a turbocharger, which is characterized by being made to do so. (Hereafter, margin)
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58162495A JPS6056125A (en) | 1983-09-06 | 1983-09-06 | Turbine scrol in turbo-charger |
DE3346472A DE3346472C2 (en) | 1982-12-28 | 1983-12-22 | Radial turbine with variable power |
US06/564,671 US4544326A (en) | 1982-12-28 | 1983-12-23 | Variable-capacity radial turbine |
GB08334363A GB2134602B (en) | 1982-12-28 | 1983-12-23 | Variable-capacity radial turbine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58162495A JPS6056125A (en) | 1983-09-06 | 1983-09-06 | Turbine scrol in turbo-charger |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPS6056125A true JPS6056125A (en) | 1985-04-01 |
JPH0510486B2 JPH0510486B2 (en) | 1993-02-09 |
Family
ID=15755704
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP58162495A Granted JPS6056125A (en) | 1982-12-28 | 1983-09-06 | Turbine scrol in turbo-charger |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6056125A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007017826B4 (en) * | 2007-04-16 | 2010-11-04 | Continental Automotive Gmbh | turbocharger |
CN104500156A (en) * | 2014-12-29 | 2015-04-08 | 无锡康明斯涡轮增压技术有限公司 | Volute outlet structure |
CN106401671A (en) * | 2016-12-05 | 2017-02-15 | 无锡康明斯涡轮增压技术有限公司 | Vortex end outlet structure with core |
-
1983
- 1983-09-06 JP JP58162495A patent/JPS6056125A/en active Granted
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102007017826B4 (en) * | 2007-04-16 | 2010-11-04 | Continental Automotive Gmbh | turbocharger |
CN104500156A (en) * | 2014-12-29 | 2015-04-08 | 无锡康明斯涡轮增压技术有限公司 | Volute outlet structure |
CN106401671A (en) * | 2016-12-05 | 2017-02-15 | 无锡康明斯涡轮增压技术有限公司 | Vortex end outlet structure with core |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0510486B2 (en) | 1993-02-09 |
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