JPS606020A - 可変容量型ラジアルタ−ビン - Google Patents

可変容量型ラジアルタ−ビン

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JPS606020A
JPS606020A JP58113884A JP11388483A JPS606020A JP S606020 A JPS606020 A JP S606020A JP 58113884 A JP58113884 A JP 58113884A JP 11388483 A JP11388483 A JP 11388483A JP S606020 A JPS606020 A JP S606020A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
scroll
sectional area
passage
nozzle member
inlet
Prior art date
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Pending
Application number
JP58113884A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Komatsu
宏 小松
Fumio Nishiguchi
西口 文雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP58113884A priority Critical patent/JPS606020A/ja
Publication of JPS606020A publication Critical patent/JPS606020A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F02B37/02Gas passages between engine outlet and pump drive, e.g. reservoirs
    • F02B37/025Multiple scrolls or multiple gas passages guiding the gas to the pump drive
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F02B37/24Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • 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

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】 〔技術分野〕 この発明はターボチャージャに使用される可変容量型ラ
ジアルタービン、特にその可変ノズル機構の改良に関す
る。
〔従来技術〕
一般に、ターボチャージャ付エンジンの性格ハ、A/R
比率で大略決定され、その出力特性はA/R比率が大き
い程高速向きとなり、高回転域でのトルクが増大する。
ここに、A/R比率は、スクロール入口部(排気ノズル
)の通路断面積Aを、該ホイールの軸線から入口部断面
の重心位置までの距離Rで除したものである。
そこで、エンジンの運転条件に応じて上記断面積を可変
ノズル部材によって可変とし、低速域から高速域までト
ルクを増大させることのできる可変容量型ラジアルター
ビンが従来より提案されている。
従来の可変容量型ラジアルタービンとしてば、例えば第
1図に示すようなものが知られている(実開昭53−5
03’09号公報、あるいは、特開昭58−10117
号公報参照)。第り図において、1はスクロール2を画
成するり−ピンハウジングを示し、このハウジング1の
排気マニホルドに接続されるスクロール入口部(ノズル
部)2Aにはその通路断面積を可変とする可変ノズル機
構3が配設されている。可変ノズル機構3はハウジング
1の内壁に沿って延在する長短2枚の可動体4.5を有
している。
これらの可動体4.5はハウジング1と同材質の金属に
より、スクロール2の内壁に沿って湾曲して形成され、
短可動体4はその基端部がスクロール2の入口(排気流
入lコ)2B側でピン6により回動自在に支持され、一
方湾曲率の大きい揺回動体5の基端部は入口部2Aより
下流の湾曲したスクロール2内壁にピン7により回動自
在に支持されている。これらの可動体4、 □5の先端
部は、屈曲自在にピン8結合された2枚の連結リンク9
.10の各長孔9A、IOAにピン11.12を介して
係合しており(ピン11.12が長孔9A、IOAに挿
入されている)、さらに、このピン8にはハウジング1
外部のアクチュエータ13のロッド13Aが連結されて
いる。したがって、この可変′ノズル機構3ば、アクチ
ュエータ13を作動してそのロッド13Aを突出させる
と図中2点鎖線で示すように可動体4.5がスクロール
人口部2Aの通路断面積を小さくすることになる。すな
わち、このラジアルタービンでは、定常運転時はロッド
13Aを引込めて可動体4.5をハウジング1内壁に密
着させ最適なスクロール2の通路断面積の分布を硫保す
る一方、加速運転時は上述のようにロッド13Aを突出
させて可動体4.5を揺動し入口部2人を絞る(通路断
面積を減少させる)ことにより、加速時間を短縮してい
るのである。
しかしながら、このような従来の可変容量型ラジアルタ
ービンにあっては、可変ノズル機構3を所定曲率で湾曲
した2枚の可動体4.5で形成し、これらの可動体4.
5の先端部同士をビン8結合していたため、スクロール
入口部2Δを絞った時、該結合部が入口部2A内に突出
してスクロール2の通路断面積が該入口部2Aより下流
側で可動体5の湾曲面に沿って急激に増大してしまい、
いったんこのノズル部分で絞られた排気がその直後に膨
張することになる。
その結果、該入口部2Aでの絞りに対し実際の容量は大
きくなり、また、いったん絞られた後排気が膨張するた
めスクロール2内に死水域が生じて損失となり、タービ
ンホイールへ流入する排気の速度分布にも乱れが生じて
ターピンの効率が低下する。つまり、絞りが有効に働か
ず、かつ、タービン効率も大幅に低下するため、エンジ
ンの排圧のみが上昇してしまいエンジントルクを向上さ
せることができないという問題点が生じていた。
〔発明の目的〕
そこで、この発明は、小流量時に最適なスクロールの通
路断面積の分布を得ることにより、タービン効率を上昇
させることを目的としている。
〔発明の構成〕
この発明は、その通路断面積が下流に向うに従って連続
的に減少する環状のスクロールと、このスクロール入口
部の通路断面積を可変とする可変ノズル部材と、を有す
る可変容量型ラジアルタービンにおいて、前記可変ノズ
ル部材ヲIll 記スクロール入口部より下流側を中心
として揺動自在に設けると共に、該可変ノズル部材が該
入口部の通路断面積を最小とした時、該入口部より下流
側の通路断面積が下流に向うに従って連続的に減少する
ように、可変ノズル部材を湾曲させたものである。
〔実施例〕
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第2図はこの発明の第1実施例を示す図である。まず、
構成を説明すると、21はタービンハウジングであり、
このハウジング21の内部で中心部にはタービンホイー
ル22が収納されている。また、このタービンハウジン
グ21の内部にはこのタービンホイール22を取り囲む
ように(該ホイール22の放射外端側に)環状のスクロ
ール23が形成されており、該スクロール23の内壁面
はその通路断面積がスクロール23の下流側に向うに従
って連続的に(徐々に)減少するように滑らかな湾曲面
23aで画成されている。換言すれば、ハウシング21
の舌部30より図中時計回リニスクロール23の巻角度
θに比例してその通路断面積が増大するようにこのスク
ロール23は形成されている。なお、舌部3oとはスク
ロール23の終端部及びその入口部分を形成するハウシ
ング21の突起状の部分を示す。タービンハウジング2
Iば排気マニホルド(図示していない)に接続されるも
ので、その接続部21Aはスクロール23内にマニホル
ドからの排気をスムーズに導くようにスクロール23よ
りも大きな曲率で湾曲し、かつ、大きな通路断面積を有
する入口路31をその内部に有している。この入口路3
1は下流側はど通路断面積が徐々に減少しているが、こ
の入口路31とスクロール23との接続部分(舌部30
の外側の部分)であるスクロール入口部23A(排気ノ
ズル)での通路断面積はスクロール23のそれよりもか
なり大きく形成されている。24はこのスクロール入口
部23Aより下流側のタービンハウジング21に軸25
を支点として揺動自在に支持された略翼状の可変ノズル
部材であり、この可変ノズル部材24はエンジンの運転
条件に応じて図示していないアクチュエータにより第2
図中破線に示す位置から実線に示す位置(最大揺動位置
)まで揺動され、その先端部24Aは−に記舌部30と
対向してこれらの間にスロートXを形成する。すなわち
、可変ノズル部材24はスクロール入口部23Aの通路
断面積を可変とし、また、その最大揺動位置(スクロー
ル人口部23Δの通路断面積が最小となった時)(図中
実線)ではスクロール23の下流に向うに従ってこのス
クロール23の通路断面積を連続的に減少させるように
湾曲した内壁面24aを有している。なお、この可変ノ
ズル部材24の両側面と該両側面に対向するハウジング
21の内壁面は共に機械加工が施され、これらの間隙は
可能な限り小さくされている。該間隙からの排気ガスの
流入を抑制するためである。
次に、作用について説明する。
エンジンがある運転条件、例えば低速運転状態にあると
き、可変ノズル部材又は揺動されて第2図中実線で示す
位置にある。この結果、スクロール入口部23Aの通路
断面積は最小となり、そのノズル部材24の先端部24
Aと舌部30との間にスロートXが形成される。そこで
、入口路31より流入しこのスロートXを通過した排気
ガスはスロートXで絞られた後可変ノズル部材24の内
壁面24aに沿ってスクロール23内に流入し、タービ
ンホイール22を駆動する。このとき、該スロートXよ
り下流側の通路は連続的にその通路断面積が減少してい
るため、膨張することなく、タービンホイール22に対
してその円周面全域から略均等な速度で流入する。この
結果、スクロール23内に死水域は生ずることなくター
ビンの小流量化および高効率化が達成できる。
一方、エンジンが高速運転状態にあるとき、可変ノズル
部材24は第2図中破線で示す位置、すなわちタービン
ハウジング21の内壁面に接触してスクロール23の内
壁面23aの一部を形成している。この結果、スクロー
ル入口部23Aの通路断面積は最大となり、大量の排気
ガスは常に増速流となってスクロール23内に流入する
。この場合もまた前述と同様に排気ガスは膨張すること
なくタービンホイール22に全周方向から流入し、該ホ
イール22は駆動される。なお、この場合、排気ガスが
スクロールお内を増速流で流れている限りは、タービン
効率は低下しない。
したがって、エンジン回転数が低い場合で排気ガスの流
量が少ない時は、タービン容量も小さくタービン効率を
高めることができ、また、エンジンの排圧が上昇するこ
とはなくタービンの出力を増大することができ、結果と
して小流量時のエンジントルクを大幅に向上することが
できる。一方、エンジン高回転時で排気ガスの流量が大
きい時は、タービン容量が大きいため、タービン出力を
向上させることができ、大流量時のエンジントルクを大
幅に向上できる。
第3図はこの発明の第2実施例を示している。
この実施例は、スクロール入口部23Aおよび入口路3
I内に排気ガスの流れ方向に延在する隔壁32を設けた
ものである。この隔壁32の一端部は舌部30との間に
スロー+−Xを形成し、可変ノズル部材24は最大揺動
時(図中実線)この隔壁32と共にスクロール23へ排
気ガスを導入する案内壁を構成し、その非揺動時(図中
破線)はタービンハウジング21の内壁面に密着して2
分割された入口路31A、31Bの双方を開口する。
ずなわち、可変ノスル部材24は一方の分割入口路31
Aを開閉することにより、スクロール入口部23Aの通
路断面積を可変としている。また、該隔壁32は入口路
31の略中央部に配設され、その長さはスロートXの直
径の5倍以上であれば排気ガスの整流作用に効果的とな
る(図中破線は隔壁32を短かくした場合である)。し
たがって、この実施例では、スロートXを固定壁(舌部
30及び隔壁32)で形成したため、流量の設定(小流
量化)を確実に行うことができる。その他の構成と作用
は第1実施例と同様である。
第4図はこの発明の第3実施例を示している。
この実施例では、第2実施例において舌部30のスクロ
ール23側に回転自在の切欠き部材35を配設したもの
である。この切欠き部材35は図中矢印で示すように回
転可能であり、その長さ方向の断面はコの字型である。
したがって、スクロール23終端部23B(いわゆる無
効通路)の通路面積を変更(開閉)できることになる。
この結果、容量を可変とすることのできる範囲が大流量
側に拡張できるという効果がある。その他の構成及び作
用は第2実施例と同様である。
第5図はこの発明の第4実施例を示している。
この実施例は、第2実施例において舌部40を図中矢印
方向に揺動自在に設けたものである。
この結果、舌部40の揺動によりスロートX面積を可変
とでき、タービンにとって容量可変範囲が大流量側、小
流量側の双方に拡張できるのである。その他の構成及び
作用は第2実施例と同様である。
〔効果〕
以上説明してきたように、この発明によれば、小流量時
におけるスクロールの通路断面積の分布を最適にするこ
とができ、エンジンの排圧を上昇させることなくタービ
ン出力を増大できると共に、大流量時においてもスクロ
ール入口部の通路断面積を拡大して大流量を確保でき、
これらの結果、全流量域においてタービン効率を上昇で
き、エンジントルクを増大できるという効果が得られる
また、上記効果に加えて、第2〜第4実施例は隔壁の整
流作用により小流量化を確実に行え、さらに第3、第4
実施例は舌部によりその流量可変範囲を拡張できるとい
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の可変容量型ラジアルタービンを示すその
概略断面図、第2図は本発明の第1実施例を示す可変容
量型ラジアルタービンの概略断面図、第3図は第2実施
例の概略断面図、第4図は第3実施例の概略断面図、第
5図は第4実施例の概略断面図である。 23−−−−−−スクロール、 23A−・・・・−スクロール入口部、24−−−−−
一可変ノズル部材、 ”13 a −−−−−−スクロールの湾曲面、24a
−・−−m−可変ノズル部材の内壁面。 特許出願人 日産自動車株式会社 代理人弁理士 有我軍一部 第1図 第2図 第3図 1 第4図 1

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 下流に向うに従い通路断面積が連続的に減少する環状の
    スクロールを有し、このスクロール入口部の通路断面積
    を可変ノズル部材によっ、て可変とした可変容量型ラジ
    アルタービンにおいて、可変ノズル部材をスクロール入
    口部より下流側を中心として揺動自在に設けると共に、
    この可変ノズル部材がスクロール入口部の通路断面積を
    最小とした時、このスクロール入口部より下流側の通路
    断面積が下流に向うに従い連続的に減少するようにこの
    可変ノズル部材を湾曲させたことを特徴とする可変容量
    型ラジアルタービン。
JP58113884A 1983-06-23 1983-06-23 可変容量型ラジアルタ−ビン Pending JPS606020A (ja)

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JP58113884A JPS606020A (ja) 1983-06-23 1983-06-23 可変容量型ラジアルタ−ビン

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JP58113884A JPS606020A (ja) 1983-06-23 1983-06-23 可変容量型ラジアルタ−ビン

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JP58113884A Pending JPS606020A (ja) 1983-06-23 1983-06-23 可変容量型ラジアルタ−ビン

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