JPS6363727B2 - - Google Patents
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- JPS6363727B2 JPS6363727B2 JP55098188A JP9818880A JPS6363727B2 JP S6363727 B2 JPS6363727 B2 JP S6363727B2 JP 55098188 A JP55098188 A JP 55098188A JP 9818880 A JP9818880 A JP 9818880A JP S6363727 B2 JPS6363727 B2 JP S6363727B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はノズルレスタービンを使用した内燃機
関の排気タービンの改善に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an improvement in the exhaust turbine of an internal combustion engine using a nozzleless turbine.
従来の排気ターボ過給内燃機関の構成を第１図
に示す。この機関１では、シリンダ２からの排気
は排気管３を経由して排気タービン４を駆動す
る。排気タービン４は同軸上の圧縮機５を駆動
し、圧縮機５は大気を圧縮して高圧の空気を給気
管６を経てシリンダ２に供給する。排気タービン
の断面図を第２図に示す。 The configuration of a conventional exhaust turbocharged internal combustion engine is shown in FIG. In this engine 1, exhaust gas from a cylinder 2 passes through an exhaust pipe 3 to drive an exhaust turbine 4. The exhaust turbine 4 drives a coaxial compressor 5, which compresses atmospheric air and supplies high-pressure air to the cylinder 2 via an air supply pipe 6. A cross-sectional view of the exhaust turbine is shown in FIG.
この排気タービンは、高速内燃機関の排気ター
ビンとして広く使用されているノズルレスラジア
ルタービンであり、排気はボリユートケーシング
１０内の排気通路１１を経てタービン動翼１２を
駆動する。ボリユートケーシング１０の―断
面図を第３図に示す。 This exhaust turbine is a nozzleless radial turbine that is widely used as an exhaust turbine for high-speed internal combustion engines, and exhaust gas drives turbine blades 12 through an exhaust passage 11 in a volute casing 10. A sectional view of the volute casing 10 is shown in FIG.
ボリユートケーシング１０の内部通路はボリユ
ート入口Aenからボリユート喉Atまでのボリユ
ート導入部１３と、内側をタービン動翼に向つて
一部開放した断面を有する渦巻状のボリユート部
１４で構成されている。ボリユート導入部１３は
ボリユート入口Aenからボリユート喉Atに向つ
て、その通路面積をゆるやかに減少させ、ボリユ
ート喉Atの断面積の大小によつて、その排気タ
ービンの容量が決つている。ボリユート部１４も
ボリユート喉Atからボリユート先端１５に向つ
てその通路面積を減少させている。 The internal passage of the volute casing 10 is composed of a volute introduction part 13 from the volute inlet Aen to the volute throat At, and a spiral volute part 14 having a cross section whose inner side is partially open toward the turbine rotor blades. The passage area of the volute introduction section 13 gradually decreases from the volute inlet Aen toward the volute throat At, and the capacity of the exhaust turbine is determined by the size of the cross-sectional area of the volute throat At. The passage area of the volute portion 14 also decreases from the volute throat At toward the volute tip 15.
第１図において、機関１から排出され排気ター
ビン４に供給される排気の量は機関１の回転速度
に比例する。ところで排気タービン４の容量は前
述のように第３図に示すボリユート喉Atの断面
積の大小によつて決まる。 In FIG. 1, the amount of exhaust gas discharged from the engine 1 and supplied to the exhaust turbine 4 is proportional to the rotational speed of the engine 1. By the way, as mentioned above, the capacity of the exhaust turbine 4 is determined by the size of the cross-sectional area of the volute throat At shown in FIG.
機関１の使用最高回転速度に合わせて排気ター
ビン４の容量を決めると、機関１を低い回転速度
で運転する場合、排気量に対して排気タービン４
が過大となり圧縮機５から供給される空気の量が
過小となつて機関１の煙の増大等の不具合を生じ
る。 If the capacity of the exhaust turbine 4 is determined according to the maximum rotational speed of the engine 1, when the engine 1 is operated at a low rotational speed, the exhaust turbine 4 will be
becomes too large, and the amount of air supplied from the compressor 5 becomes too small, resulting in problems such as an increase in smoke in the engine 1.
逆に機関１の低い回転速度に合わせて排気ター
ビン４の容量を決めると、機関１を最高回転速度
で使用する場合、排気量に対して排気タービン４
が過小となつて圧縮機５から供給される空気の量
が過大となり、機関１のシリンダ内最高圧力の上
昇による各部破損の不具合を生じる。 Conversely, if the capacity of the exhaust turbine 4 is determined according to the low rotational speed of the engine 1, when the engine 1 is used at the maximum rotational speed, the exhaust turbine 4 will be
If the amount of air is too small, the amount of air supplied from the compressor 5 becomes too large, and the maximum pressure inside the cylinder of the engine 1 increases, causing damage to various parts.
また、この種可変容量排気タービンとして、特
公昭53−39525号公報のもの（以下公知例１とい
う）及び特開昭54−20213号公報のもの（以下公
知例２という）が提供されている。 Further, as this type of variable capacity exhaust turbine, those disclosed in Japanese Patent Publication No. 53-39525 (hereinafter referred to as known example 1) and that disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-20213 (hereinafter referred to as known example 2) have been provided.
しかしながら、かかる公知例には次の問題点が
ある。 However, this known example has the following problems.
公知例１
公知例１のものは、可動隔壁はタービン回転軸
の半径方向に移動するため可撓性をもつ必要があ
り、剛性が低い。 Known Example 1 In Known Example 1, the movable partition wall moves in the radial direction of the turbine rotating shaft, so it needs to be flexible and has low rigidity.
即ち、公知例１のものにおいては、タービン内
には大きな圧力変化をともなう脈動性の排気ガス
が流入する。 That is, in the known example 1, pulsating exhaust gas with large pressure changes flows into the turbine.
この排気ガス圧力は可動隔壁に対してタービン
回転軸につき半径方向の力を作用する。 This exhaust gas pressure exerts a radial force on the movable bulkhead about the turbine axis of rotation.
公知例１においては可動隔壁は、うず形通路の
先端と入口部の作動部材の両端２個所のみで支持
されている。 In the known example 1, the movable partition wall is supported only at two ends, the tip of the spiral passage and the actuating member at the inlet.
これにより、両支持部の中央部では、内部の排
気ガス圧力に対応して、周期的にタービン回転軸
につき半径方向に大きく弾性変形することにな
る。 As a result, the center portions of both support portions undergo periodic large elastic deformation in the radial direction of the turbine rotating shaft in response to internal exhaust gas pressure.
この結果、可動隔壁とうず形通路の接触部での
摩耗、あるいは周期的な変形による破壊に至る可
能性が大きい。 As a result, there is a high possibility that the contact portion between the movable partition wall and the spiral passageway will be damaged due to wear or periodic deformation.
公知例２
公知例２においては、タービンロータ入口直前
にノズル面積可変用リングを設けている。 Known Example 2 In Known Example 2, a nozzle area variable ring is provided immediately before the turbine rotor inlet.
この結果、ノズル面積を小さくした場合、排気
はリング後流のロータ内で急拡大することにな
り、損失を生じて効率が低下する。 As a result, if the nozzle area is made small, the exhaust gas will expand rapidly within the rotor downstream of the ring, causing loss and reducing efficiency.
本発明の目的はこのような従来の排気タービン
の欠点を解決することにある。本発明によれば、
排気タービンの容量を可変にし、機関の回転速度
によつて排気タービンの容量を変え排気ターボ過
給内燃機関の広い回転速度範囲内での性能向上を
計ることができる。 It is an object of the present invention to overcome these drawbacks of conventional exhaust turbines. According to the invention,
By making the capacity of the exhaust turbine variable and changing the capacity of the exhaust turbine depending on the rotational speed of the engine, it is possible to improve the performance of the exhaust turbocharged internal combustion engine within a wide rotational speed range.
その特徴とするところは、ノズルレスラジアル
タービンのボリユート内通路に可動の隔壁を設
け、その隔壁の開閉により、ボリユート喉部を含
むボリユート内通路断面積を変更するようにした
ことである。 The feature is that a movable partition is provided in the passage within the volute of a nozzleless radial turbine, and by opening and closing the partition, the cross-sectional area of the passage within the volute, including the volute throat, is changed.
これにより、タービンの容量を変えることがで
きる。 This allows the capacity of the turbine to be varied.
以下図面を参照して本発明による実施例につき
説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第４図は本発明による１実施例の排気タービン
を示す断面図である。 FIG. 4 is a sectional view showing an exhaust turbine according to one embodiment of the present invention.
図において、ボリユートケーシング２０に蓋２
１を設け、ボリユート内通路に排気タービン軸方
向に移動する可動隔壁２２を取付ける。ボリユー
トケーシング２０及び蓋２１には可動隔壁２２の
収納溝２３，２４をそれぞれ設ける。 In the figure, a lid 2 is attached to a volute casing 20.
1, and a movable partition wall 22 that moves in the axial direction of the exhaust turbine is installed in the volute internal passage. Storage grooves 23 and 24 for the movable partition wall 22 are provided in the volute casing 20 and the lid 21, respectively.
可動隔壁２２は、蓋２１を貫通する駆動部２５
により、その位置を排気タービン軸方向に動かす
ことができる。 The movable partition wall 22 has a drive section 25 that penetrates the lid 21.
This allows its position to be moved in the axial direction of the exhaust turbine.
第５図は第４図の―矢視断面を示す。 FIG. 5 shows a cross section taken along the - arrow in FIG.
可動隔壁２２はボリユート喉Atからボリユー
ト先端１５まで渦巻状のボリユート部１４全体に
設ける。 The movable partition wall 22 is provided throughout the spiral volute portion 14 from the volute throat At to the volute tip 15.
可動隔壁２２によつて仕切られ排気タービン軸
に対して内側に開口したボリユート内通路面積
は、仕切られたボリユート喉At1からボリユート
先端１５に向つて、その面積を減少させる。 The area of the passage inside the volute, which is partitioned by the movable bulkhead 22 and opened inward with respect to the exhaust turbine shaft, decreases from the partitioned volute throat At 1 toward the volute tip 15.
さらに可動隔壁２２のボリユート喉部側にガイ
ド部２６を設ける。ガイド部２６はその先端をボ
リユート導入部１３の排気タービン軸に対して外
側の壁に設けた溝２７に挿入している。 Furthermore, a guide portion 26 is provided on the volute throat side of the movable partition wall 22. The guide portion 26 has its tip inserted into a groove 27 provided in the wall of the volute introduction portion 13 on the outside with respect to the exhaust turbine shaft.
なお、駆動部２５の駆動手段は図示しないが、
機関回転数により移動する手段であれば、どの様
なものであつても良い。 Note that although the driving means of the driving section 25 is not shown,
Any means may be used as long as it moves according to the engine speed.
上記構成の場合の作用について述べる。 The operation in the case of the above configuration will be described.
駆動部２５により可動隔壁２２を全開すると、
排気タービン容量はボリユート喉部Atで決まる
大きな容量となる。 When the movable bulkhead 22 is fully opened by the drive unit 25,
The exhaust turbine capacity is a large capacity determined by the volute throat At.
次に駆動部２５により可動隔壁２２を全閉する
と、排気タービン容量はボリユート喉部At1で決
まる小さな容量となる。 Next, when the movable bulkhead 22 is completely closed by the drive unit 25, the exhaust turbine capacity becomes a small capacity determined by the volute throat At1 .
また、このとき、ボリユート入口Aenからボリ
ユート喉部At1までのボリユート導入部１３につ
いても、ガイド部２６よりその面積がゆるやかに
減少することになる。 Further, at this time, the area of the volute introducing section 13 from the volute inlet Aen to the volute throat At 1 also decreases more gradually than the guide section 26 .
上述のような本発明による場合は次の効果があ
る。 The present invention as described above has the following effects.
本発明によれば、機関回転速度が高いとき、駆
動部２５によりボリユート喉Atの断面積が大き
くなるように、可動隔壁２２を全開すると、排気
タービン４の容量が大きくなり、圧縮機５から供
給される空気の量が適当量になる。 According to the present invention, when the engine rotational speed is high, when the movable bulkhead 22 is fully opened by the drive unit 25 so that the cross-sectional area of the volute throat At is increased, the capacity of the exhaust turbine 4 is increased, and the capacity of the exhaust turbine 4 is increased. The amount of air flowing into the room will be the appropriate amount.
また機関回転速度が低下した場合は、可動隔壁
２２を全閉し、ボリユート喉の断面積をAt1に小
さくする。 Further, when the engine speed decreases, the movable bulkhead 22 is fully closed and the cross-sectional area of the volute throat is reduced to At 1 .
その結果、排気タービン４の容量が小さくな
り、圧縮機５から供給される空気の量も過小にな
ることなく適当量を確保できる。 As a result, the capacity of the exhaust turbine 4 is reduced, and an appropriate amount of air can be secured without becoming too small.
本発明の効果を、前記公知例１及び公知例２と
比較して更に詳しく説明する。 The effects of the present invention will be explained in more detail by comparing with the above-mentioned known examples 1 and 2.
(a) 本発明は、可動隔壁を閉じた場合のスクロー
ル流路断面積の変化が、At1に応じて小さくな
つており、全開の場合のAtの周方向変化割合
と同じようにして形成されている。(a) In the present invention, the change in the cross-sectional area of the scroll flow path when the movable partition wall is closed becomes smaller in accordance with At 1 , and is formed in the same manner as the rate of change in the circumferential direction of At when the movable partition wall is fully open. ing.
公知例１では、全開の場合は本発明と変らな
い。しかしながら閉じた場合は、At1相当点が
バンドの作用点になつているため本発明のAt1
に相当するところが急に絞られ、その後方で急
拡大された後、漸次断面積は減少していくが、
巻き終り部分の断面積は、ここがバンドの支点
になつているために全開時と同じである。 In the known example 1, the case of fully opening is the same as the present invention. However, when it is closed, the point corresponding to At 1 is the point of action of the band, so the At 1 of the present invention
The area corresponding to the area is suddenly narrowed down, and after that it expands rapidly, and then the cross-sectional area gradually decreases.
The cross-sectional area at the end of the winding is the same as when fully opened because this is the fulcrum of the band.
(b) また、公知例２においては、その構成上可動
隔壁は、隔壁の反対側壁面まで完全に閉じるこ
とは出来ない。つまり公知例２は、タービンロ
ータ入口部の通路（タービンハウジング出口部
通路）の断面積を変えることによつてタービン
容量を可変化するものである。(b) Furthermore, in the known example 2, due to its structure, the movable partition wall cannot be completely closed to the wall surface on the opposite side of the partition wall. In other words, in the known example 2, the turbine capacity can be varied by changing the cross-sectional area of the passage at the turbine rotor inlet (turbine housing outlet passage).
対して本発明は、公知例２とは異なり可動隔
壁は円筒状ではなく、隔壁全閉時にスクロール
の断面積の周方向変化がAt1から巻き終り部ま
で漸次減少するように構成されている。 On the other hand, in the present invention, unlike the known example 2, the movable partition wall is not cylindrical, and is configured such that when the partition wall is fully closed, the change in the cross-sectional area of the scroll in the circumferential direction gradually decreases from At 1 to the end of winding.
本発明は、上記のように構成されていることに
より、全開時と全閉時のスクロール断面積の周方
向変化は相似形にできる。これによりタービンロ
ータへ流入する速度を周方向にわたつて均一にで
きるために高いタービン効率を確保でき、又ター
ビンの回転力が周方向にわたつてほぼ一定にでき
るので、タービンの振動等の発生が抑えられ、耐
久性向上も図られる。 The present invention is configured as described above, so that the change in the circumferential direction of the scroll cross-sectional area when fully opened and when fully closed can be made similar. This makes it possible to make the speed of the flow into the turbine rotor uniform over the circumferential direction, ensuring high turbine efficiency, and also because the rotational force of the turbine can be kept almost constant over the circumferential direction, reducing the occurrence of turbine vibrations, etc. It also reduces the amount of damage and improves durability.
一方、公知例１のものは、閉じた時At1に相当
する部分で急激な断面積変化があり、かつ巻き終
り部が同一であるために、本発明のような高いタ
ービン効率を得ることはできない。また公知例１
のものは、断面積急変等によりタービンへの周方
向の流出速度が一様とはならず、タービンロータ
の回転力が周方向で異なることによるタービンロ
ータの振動等の発生が生じ耐久上好ましくない。 On the other hand, in the known example 1, there is a sudden change in cross-sectional area at the part corresponding to At 1 when closed, and the winding end part is the same, so it is difficult to obtain high turbine efficiency as in the present invention. Can not. Also, known example 1
In this case, due to sudden changes in cross-sectional area, etc., the flow velocity in the circumferential direction to the turbine is not uniform, and the rotational force of the turbine rotor differs in the circumferential direction, which causes vibrations of the turbine rotor, which is unfavorable in terms of durability. .
これは、公知例１の断面積変化の作動点が本発
明のAt1部に存在するためである。 This is because the operating point of the cross-sectional area change in Known Example 1 exists in the At 1 part of the present invention.
さらに、公知例２は、ロータ入口の一部を塞ぐ
ことによりタービン容量を可変としているため、
ロータの一部しか有効に利用されない。このため
タービン効率が低い。 Furthermore, in the known example 2, since the turbine capacity is made variable by blocking a part of the rotor inlet,
Only a portion of the rotor is effectively utilized. This results in low turbine efficiency.
対して、本発明は、公知例２と異なり、ロータ
入口全部からガスが流入するため、公知例２の様
な不具合はなく、高いタービン効率が確保され
る。 On the other hand, in the present invention, unlike the known example 2, gas flows in from all the rotor inlets, so there is no problem like the known example 2, and high turbine efficiency is ensured.
以上により、本発明は、排気ターボ過給内燃機
関の広い回転速度範囲内での性能向上が実現され
る。 As described above, the present invention realizes performance improvement within a wide rotational speed range of an exhaust turbocharged internal combustion engine.
さらに、ここでボリユート喉の断面積At1に小
さくした場合も、ボリユート部１４の断面積がボ
リユート喉At1に応じて小さくなつているので、
排気の流速が途中で減速することなく高い効率を
維持することができる。 Furthermore, even when the cross-sectional area of the volute throat is reduced to At 1 , the cross-sectional area of the volute portion 14 is reduced in accordance with the volute throat At 1 .
High efficiency can be maintained without decelerating the flow rate of exhaust gas midway through.
以上に加えて、本発明は次の効果を奏する。 In addition to the above, the present invention has the following effects.
可動隔壁はタービン回転軸方向に移動するの
で変形の必要がなく、剛性の高いもので構成で
き、ボリユート内通路の側壁に開口する収納溝
で固定されることになる。 Since the movable partition wall moves in the direction of the turbine rotation axis, it does not need to be deformed, and can be made of a highly rigid material, and is fixed in a storage groove opened in the side wall of the passage within the volute.
この結果、排気ガス圧力により可動隔壁が変
形することなく、摩耗あるいは破壊が起こるこ
とがない。 As a result, the movable partition wall is not deformed by exhaust gas pressure, and wear or breakage does not occur.
また、本発明においては、隔壁が渦巻状にな
つており、タービン外周と隔壁との間の通路断
面積がタービン外周に近づくにつれて小さくな
つているので、排気ガスのタービン周方向の流
速が一定となり、タービンの回転力がタービン
外周全体にわたりほぼ一定となる。従つて、タ
ービン振動等が発生し難く、耐久性向上と共に
タービン回転に変化がなくタービンとしての性
能向上が計れる。 Furthermore, in the present invention, the partition wall has a spiral shape, and the passage cross-sectional area between the turbine outer periphery and the partition wall becomes smaller as it approaches the turbine outer periphery, so that the flow velocity of exhaust gas in the turbine circumferential direction is constant. , the rotational force of the turbine is approximately constant over the entire outer circumference of the turbine. Therefore, turbine vibrations and the like are less likely to occur, and durability is improved, and there is no change in turbine rotation, resulting in improved performance as a turbine.
本願発明においては、ボリユート喉部を含め
たボリユート内通路に可動隔壁を設けているの
で、可動隔壁を全閉したときも、排気タービン
内を流れる排気が急拡大するようなところがな
く、全開時と同じ効率を出すことができる。 In the present invention, since the movable bulkhead is provided in the passage inside the volute including the volute throat, even when the movable bulkhead is fully closed, there is no place where the exhaust gas flowing inside the exhaust turbine suddenly expands, and it is different from when fully opened. can achieve the same efficiency.
第１図は従来の排気ターボ過給内燃機関の構成
を示す説明図、第２図は排気タービンを示す断面
図、第３図は第２図の―矢視断面図、第４図
は本発明による１実施例の排気タービンを示す断
面図、第５図は第４図の―矢視断面図であ
る。
１４……ボリユート部、１５……ボリユート先
端、２０……ボリユートケーシング、２１……
蓋、２２……可動隔壁、２３，２４……収納溝、
２５……駆動部。
Fig. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of a conventional exhaust turbocharged internal combustion engine, Fig. 2 is a sectional view showing the exhaust turbine, Fig. 3 is a sectional view taken along the - arrow in Fig. 2, and Fig. 4 is the present invention. FIG. 5 is a sectional view taken along the - arrow in FIG. 4. FIG. 14... volute part, 15... volute tip, 20... volute casing, 21...
Lid, 22...movable bulkhead, 23, 24... storage groove,
25... Drive unit.
Claims (1)
通路において、上記タービンの軸心線方向に移動
可能に設けられ、閉塞時にはボリユート喉部から
ボリユート先端まで同ボリユート内通路をタービ
ン軸心まわりの渦巻状面で２分すると共に開放時
には上記ボリユート内通路の面積を変化せしめ、
同ボリユート内通路の側壁に開口する収納溝へ収
納可能でかつガイド溝にガイドされる渦巻状の可
動隔壁と、同可動隔壁を駆動する駆動手段とを備
えて、上記ボリユート喉部を含む上記ボリユート
内通路の断面積を変えるように構成したことを特
徴とする可変容量排気タービン。1 In the volute internal passage of a nozzleless radial turbine, it is provided so as to be movable in the axial direction of the turbine, and when the volute is blocked, the volute internal passage from the volute throat to the volute tip is divided into two minutes by a spiral surface around the turbine axis. At the same time, when it is opened, the area of the passage inside the volute is changed,
The volute includes a spiral movable bulkhead that can be stored in a storage groove opened in a side wall of a passageway in the volute and is guided by a guide groove, and a driving means for driving the movable bulkhead, and includes a throat portion of the volute. A variable capacity exhaust turbine characterized by being configured to change the cross-sectional area of an inner passage.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9818880A JPS5724402A (en) | 1980-07-19 | 1980-07-19 | Exhaust turbine of variable capacity |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP9818880A JPS5724402A (en) | 1980-07-19 | 1980-07-19 | Exhaust turbine of variable capacity |
Publications (2)
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| JPS5724402A JPS5724402A (en) | 1982-02-09 |
| JPS6363727B2 true JPS6363727B2 (en) | 1988-12-08 |
Family
ID=14213035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9818880A Granted JPS5724402A (en) | 1980-07-19 | 1980-07-19 | Exhaust turbine of variable capacity |
Country Status (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS5339525A (en) * | 1976-09-22 | 1978-04-11 | Bloom Eng Co Inc | Method of heating furnace chamber and its device |
| JPS5420213A (en) * | 1977-07-18 | 1979-02-15 | Hitachi Ltd | Exhaust gas turbine supercharger |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5724402A (en) | 1982-02-09 |
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