JPS63215829A - 排気タ−ビン過給機 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は排気タービン過給機に係り、特にエンジンの排
気エネルギによって駆動される。例えば自動車用エンジ
ンに好適な排気タービン過給機に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の排気タービン過給機ではエンジンの広い運転範囲
で良好な過給特性を得るための手段として、実開昭５７
−１１２３３号に記載のようにスクロール内部を隔壁で
大、小二つのスクロール室に分割し、大スクロール室の
入口部に設けた制御弁の作用によりエンジン低速域では
排気を小さなスクロール室にのみ導入し、エンジン高速
域では両方のスクロール室へ導入することによりエンジ
ン運転状態によりタービンの容量を可変にする方式や、
特開昭６０−１６６７１８号記載のように片側のノズル
部に案内羽根を設け、案内羽根のない側の流路入口に制
御弁を設け、エンジン低速域ではこの制御弁を閉じて、
排気ガスを案内羽根付ノズル部へ集中して導き、この案
内羽根でタービンの容量をできるだけ小さくして、エン
ジン高速域では制御弁を開いて案内羽根のないノズル部
へも排気ガスを導きタービンの容量を大きくするように
した方式が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術ではエンジンの低速時に制御弁を閉じて低
速用のスクロール室、ノズル部に排気ガスを集中させた
場合、排気ガスの一部は制御弁で閉じているもう一方の
スクロール室へも逆流し。

このスクロール室内で流速は減速して最終的には低い流
速でタービン羽根車へ向けて再度流出することになり、
この漏れ流れにより小容量時のタービン効率が低下して
、エンジン低速域で十分な過給特性が得られないという
問題があった。なお、ノズル部に案内羽根のある従来技
術では、案内羽根は流路を絞って小容量化するためのも
のであり、案内羽根は制御弁がない側のノズル部にあっ
て制御弁を閉じた場合、排気ガスは案内羽根付ノズル部
から流出し、制御弁で閉じた側のノズル部には逆流防止
案内羽根がなく、漏れ流れに対しては効果がなかった。

本発明の目的は前述の問題点を解決することにあり、制
御弁に連通ずる側のノズル部に設けた逆流防止案内羽根
の作用によりタービン小容量時の漏れ流れを減少させ、
タービン効率を上昇させてエンジン低速域で十分な過給
特性を得ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、制御弁のある流路のノズル部に逆流防止案
内羽根を設け、エンジン低速時にこの制御弁が閉じてい
る場合、もう一方のノズル部からの排気ガスの逆流に対
して抵抗となるようにこの逆流防止案内羽根の羽根角度
を設定することにより達成される。なお上記のように逆
流に対して抵抗となるように羽根角度を設定しても、制
御弁を開いた場合の順方向流れに対しては抵抗が少なく
なるような羽根角度は容易に可能である。

［作用〕 逆流防止案内羽根を制御弁に通じるスクロール室のノズ
ル部に設けることにより、エンジン低速域でタービン容
量を小さくするために制御弁を閉じた場合、制御弁のな
い小容量側ノズルより流出した流れの一部が、入口が制
御弁で閉じた本来流れのないもう一方のノズル部へ逆流
しようとしても、このノズル部に上記逆流防止案内羽根
を逆流する流れに対して抵抗となる方向に向けることに
より逆流を防止できる。逆流に対して抵抗となる方向は
第２図のθの値が６０６±１５″程度であり、この場合
逆流はＵのような流れとなり案内羽根で方向が大きく転
向し大きな流体抵抗となるため逆流漏れ流れが大幅に減
少する。一方、エンジン高速域で制御弁が開きノズルの
案内羽根に順方向流れが生じた場合には、その流れは第
２図Ｖのようになり流れに対する抵抗は小さく高速域で
の悪影響は小さい。以上のように逆流防止案内羽根はタ
ービン小容量時の逆流に対してだけ有効に働き、タービ
ン小容量時の効率向上に大きく寄与する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第４図により説明す
る。なお、図において、排気タービン過給機の軸受部分
、コンプレッサ部分については本発明の対象部分ではな
いので説明を省略する。

第１図においてタービン羽根車１と図示していないコン
プレッサ羽根車は軸２によって固定配置される。この軸
２の外周には軸受ケーシング３が配装置され、タービン
スクロール４に取付けられている。タービンスクロール
、４は隔壁５によって二つのスクロール室７ａ、７ｂに
分割され、またこの隔壁５によりノズル部も２分割され
、スクロール室７ａに通じるノズル部は逆流防止案内羽
根６ａの付いたノズル部を構成し、スクロール室７ｂに
通じるノズル部は羽根なしノズル部６ｂを構成する。隔
壁５はタービン入口部３１の仕切板９に連なり、仕切板
９によってタービン入口部３１の流路は閉鎖流路８と開
放流路１ｏに分割して形成される。開放流路１０はター
ビン入口部３１に直接連通しており、閉鎖流路８は仕切
板９に穿設された穴１２によって開放流路１ｏに連通し
ている。この穴１２には制御弁１１が配置され、開放流
路１０と閉鎖流路８の連通、遮断、すなわち閉鎖流路８
はタービン入口部３１に対して連通、遮断を行なう。

制御弁１１は軸１３まわりに回転可能に構成され、軸１
３はアーム１４を介してアクチュエータ１７の軸１５に
接続されている。アクチュエータ１７は軸１５を一方に
押圧するばね部材１６と、このばね部材１６に抗するよ
うに配置されたベローズ１８とからなり、ベローズ１８
にはアクチュエータ制御用の過給圧力等を導入する孔１
９が設けられている。また、開放流路１０にはバイパス
穴２２が穿設され、タービン出口に通じるバイパス流路
３０に連通される。バイパス穴２２にはバイパス弁２１
が軸２３のまわりに回転可能に構成され、軸２３はアー
ム２４を介しアクチュエータ２７の軸２５に接続されて
いる。アクチュエータ２７は軸２５を一方に押圧するば
ね部材２６と、このばね部材に抗するように配置された
ベローズ２８からなり、ベローズ２８にはアクチュエー
タ制御用の過給圧力等を導入する孔２９が設けられてい
る。

第２図は第１図のＡ−Ａ断面図であり、逆流防止案内羽
根６ａとタービン羽根車１との間隔はタービン羽根車直
径の５％以上として、逆流防止案内羽根６ａが半径方向
となす角度０は６０°±１５°の範囲内にすることが望
ましい。

次に本実施例の動作について説明する。アクチュエータ
１７．２７の圧力導入穴１９．２９に過給圧力を導入す
れば、エンジン低速域で過給圧力が低い場合にはバネ部
材１６．２６の作用により制御弁１１．バイパス弁２１
共に閉じた状態であり、エンジン排気はタービン入口部
３１から開放流路１０に連通ずるスクロール室７ｂへ集
中的に導かれ、このスクロール室７ｂの流路面積を十分
に小さくしておけば低いエンジン回転数で排気流量が少
ない状態でも十分な流速をタービン羽根車入口で得るこ
とが出来る。しかし、この場合、もう一方のスクロール
室７ａは、排気の流入口を制御弁１１により閉じられて
いるので、ノズル部に逆流防止羽根６ａがない場合には
第３図のＹのように一部の流れはタービン羽根車へ直接
流れないでスクロール室７ａへ流れ込む。Ｙの部分流に
対しスクロール室７ａの流路面詰積は大きいため流れＹ
はスクロール室７ａ内で減速してしまい速度エネルギー
を失なう。スクロール室７ａは入口を閉じられており、
この漏れ流れＹは減速してＺで示したように最終的には
タービン羽根車へ向けて流出する。この場合上記のよう
に漏れ流れの減速時のエネルギー損失と、タービン羽根
車入口で不均一流れになることによる損失のためタービ
ン効率が著しく低下してしまい十分な過給圧力が得られ
ない欠点があった。本実施例ではエンジン低速域で閉じ
られたスクロール室７ａのノズル部に逆流防止案内羽根
６ａを設けることでこの欠点を改善しており、すなわち
、逆流防止案内羽根６ａは第２図に示したように配置さ
れておリスクロール室７ｂからスクロール室７ａへの漏
れ流れはＵのようになり、大きく流れ方向を転向しなけ
ればスクロール室７ａへ流れ込むことが出来ず、これは
大きな流体抵抗となるため、第４図で漏れ流れＹ′は大
幅に減少しノズル部６ｂからの流れは高速のままｘ、ｘ
’の如く直接タービン羽根車１へ流入し、タービン効率
が大幅に向上する。第４図には制御弁１１を閉じた時に
逆流防止案内羽根６ａのない場合のタービン断熱効率Ｂ
とある場合のタービン断熱効率Ａを示す。

エンジン高速域においては、制御弁用のアクチュエータ
１７のばね部材１６をバイパス弁用のバネ部材２６より
も弱いばね力に設定しておけば、過給圧力の上昇に伴な
い制御弁１１が開き、タービン入口部３１のエンジン排
気は閉鎖流路８へも流入し、スクロール室７ａ、７ｂの
両方からタービン羽根車１へ流出する。スクロール室７
ａと７ｂの流路面積の和をエンジン高速域の排気流量に
適合させておけばエンジン高速域においても良好な過給
特性を得ることが出来る。スクロール室７ａから逆流防
止羽根６ａを通ってタービン羽根車１へ流出する流れは
第２図の矢印Ｖで示したようになり、スクロールにより
得られる旋回流の流れ角度は半径方向に対し６０．°近
くであるから。

羽根角度θを６０°±１５°の範囲に設定しておけば、
流れはほぼ逆流防止案内羽根に沿って流れ、損失は少な
く、むしろタービン羽根車入口の流れを円周方向に整流
して均一な流れにする作用があり、エンジン高速域にお
いても良好な過給特性を得ることが出来る。

さらに広い運転範囲で良好な過給特性を得るために本実
施例では排気バスパス弁を併用しており、エンジンがさ
らに高速、高負荷状態になると排気バスパス弁２１が開
き、エンジン高速機でスクロール室７ａ、７ｂの容量以
上に排気流量が大きくなり過給圧力の過大な上昇を防止
する。本実施例によれば、エンジン低速域で制御弁１１
が閉じたタービンの小容量時、エンジン高速域で制御弁
１１が開いた大容量時とも良好なタービン断熱効率とな
り、また、さらにエンジン高速域ではバイパス弁２１の
作用により広い運転範囲で良好な過給特性が得られ、動
力特性が向上する。

〔発明の効果〕

本発明によれば逆流防止案内羽根の羽根角度をスクロー
ルからの流出角度の６０’±１５°とすることにより、
エンジン低速域の逆流流れに対しては抵抗として働き漏
れ流れを減らしてタービン効率を向上させ、エンジン高
速域の順方向流れに対しても流れを整流する作用で高効
率となるので、２分割スクロールの可変容量タービンの
小容量。

大容量両方のタービン断熱効率を向上させ、エンジンの
広い運転範囲で良好な過給特性が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す要部断面図、第２図は
第１図のＡ−Ａ線断面図、第３図は従来のタービンの要
部と内部流れの説明図、第４図は第１図の要部と内部流
れの説明図である。 １・・・タービン羽根車、５・・・隔壁、６ａ・・・逆
流防止案内羽根、６ｂ・・・羽根なしノズル部、７ａ、
７ｂ・・・スクロール室、１１・・・制御弁、２１・・
・バイパス弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、タービン羽根車とコンプレッサ羽根車とを同一回転
   軸上に固定配置した排気タービン過給機であつて、前記
   タービン羽根車の外側を覆うタービンケーシング内を隔
   壁で回転軸方向に２分割して二つのスクロール室に分割
   し、二つのスクロール室からタービン羽根車へ通ずる二
   つのノズル部の一方には逆流防止案内羽根を設け、もう
   一方のノズル部は羽根なしノズルとして、逆流防止案内
   羽根を有する側に連通するタービンケーシング入口部の
   流路を開閉する制御弁を設けてなることを特徴とする排
   気タービン過給機。 ２、特許請求の範囲第１項において、逆流防止案内羽根
   の羽根角度はエンジン高速域でタービンケーシング入口
   部の制御弁を開いた場合、逆流防止案内羽根の有するノ
   ズル部に連通するスクロール室から該逆流防止案内羽根
   に流入する流れ角度とほぼ一致させたことを特徴とする
   排気タービン過給機。