JP2008075649A

JP2008075649A - 内燃機関の排気駆動過給機

Info

Publication number: JP2008075649A
Application number: JP2007239548A
Authority: JP
Inventors: Alexander Rippl; リプルアレクサンダー; Marcel Rulewski; ルレウスキマルセル
Original assignee: MAN Diesel SA
Current assignee: MAN Energy Solutions France SAS
Priority date: 2006-09-16
Filing date: 2007-09-14
Publication date: 2008-04-03
Also published as: DE102006043610A1; CN101201012A; KR20080025343A

Abstract

【課題】内燃機関のエンジンから出る排気ガス流を膨張するためのタービンと内燃機関のエンジンに供給すべき燃焼空気流を圧縮するための圧縮機とを備え、タービンが、それぞれタービンの排気ガス流路区域を規定する少なくとも入口室（２７）とタービンロータ（２９）とディフューザ（３０）とを有する内燃機関の排気駆動過給機に関する。
【解決手段】ディフューザ（３０）部の排気ガス流路区域（３５）が、少なくとも１個のダクト（３７）を介してタービンないし排気駆動過給機の周辺部に接続され、ディフューザ（３０）部の排気ガス流路区域（３５）に開口する１個あるいは各ダクト（３７）にそれぞれ少なくとも１個の止め弁（３８）が付設され、この止め弁（３８）が、タービンないし排気駆動過給機の周辺部空気がディフューザ（３０）部の排気ガス流路区域（３５）に流入することを許すが、これと逆方向に流出することを阻止する。
【選択図】図３

Description

本発明は特許請求の範囲の請求項１の前文に記載の内燃機関の排気駆動過給機に関する。

内燃機関の効率を高めるために、内燃機関に排気駆動過給機を装備することは既に知られている。排気駆動過給運転ないしターボチャージ運転の場合、エンジンから排出される排気ガスが排気駆動過給機のタービンにおいて膨張され、その際、タービンがエンジンに供給すべき燃焼空気を圧縮する排気駆動過給機の圧縮機を駆動する。そのような排気駆動過給運転ないしターボチャージ運転によって、内燃機関の効率が向上される。

特許文献１において、入口室とディフューザとノズルリングとタービンロータとを有する内燃機関の排気駆動過給機の軸流タービンとして形成されたタービンが知られている。その入口室とディフューザとノズルリングとタービンロータはそれぞれ、タービンの排気ガス流路の排気ガス流路区域を有している。ノズルリングは入口室の下流に、タービンロータはノズルリングの下流に、ディフューザはタービンロータの下流にそれぞれ配置されている。その場合、タービンロータは半径方向外側が、ノズルリングとディフューザとの間における排気ガス流路の半径方向外側壁を補完するリングカバーで境界づけられている。入口室並びにディフューザは、ノズルリングおよびリングカバーと共に、環状通路を境界づけ、この環状通路は、排気ガス流路から分離され、排気ガス流路の軸方向部分区域を半径方向外側で取り囲んでいる。ノズルリングと環状通路が存在しない排気駆動過給機の半径流タービンも知られている。

特許文献２は、特許文献１の軸流タービンとして形成されたタービンと同様に、入口室とノズルリングとタービンロータとディフューザとを有する、内燃機関の排気駆動過給機の半径流タービンとして形成されたタービンを開示している。その入口室とノズルリングとタービンロータとディフューザはそれぞれ、タービンの排気ガス流路の排気ガス流路区域を有している。そのタービンの排気ガス流路は部分区域が環状通路で取り囲まれ、そのタービンの環状通路は、入口室とディフューザによって形成されている。また、ノズルリングと環状通路が存在しない排気駆動過給機の半径流タービンも知られている。

排気駆動過給機の運転中、特に排気ガス流路を境界づけるような構成体ないしその部分部位は高温に曝され、このために従来、その構成体ないしその部分部位を冷却することあるいは絶縁することが既に知られている。そのため従来、別個の装置として形成された冷却装置が利用され、このために、排気駆動過給機のタービンの構造が非常に複雑になっている。また、絶縁した場合には、構成部品の高い温度が生ずる。
独国特許第１０１２５２５０号明細書独国特許第３７２４３８５号明細書

上述の点から出発して、本発明の課題は、内燃機関の新しい排気駆動過給機を提供することにある。

この課題は請求項１に記載の内燃機関の排気駆動過給機によって解決される。本発明により、ディフューザ部の排気ガス流路区域が、少なくとも１個のダクトを介して、タービンないし排気駆動過給機の周辺部に接続され、ディフューザ部の排気ガス流路区域に開口する１個あるいは各ダクトにそれぞれ少なくとも１個の止め弁が付設され、この止め弁が、タービンないし排気駆動過給機の周辺部空気がディフューザ部の排気ガス流路区域に流入することを許すが、排気ガスがディフューザ部の排気ガス流路区域から周辺部空気に流出することを阻止する。

排気駆動過給機のタービンにおける高温構成体ないしその構成体部位の効果的冷却が、このダクトを介して比較的単純な構造手段で実現できる。タービンないし排気駆動過給機の領域において漏れが生じた時には、場合によりタービンの周辺部に集まる排気ガスが吸引され、排気駆動過給機のディフューザに導かれる。

本発明の有利な形態は従属請求項および以下の説明から理解できる。図を参照して本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は、本発明による排気駆動過給機の軸流タービンとして形成されたタービンの一部を示している。図１のタービンは、入口室１０とノズルリング１１とタービンロータ１２とディフューザ１３とを有している。入口室１０とノズルリング１１とタービンロータ１２とディフューザ１３はそれぞれ、タービンの排気ガス流路１４の排気ガス流路区域を有し、入口室１０の排気ガス流路区域１５の下流にノズルリング１１の排気ガス流路区域１６が続いている。

ノズルリング１１の排気ガス流路区域１６の下流にタービンロータ１２の排気ガス流路区域１７が、その下流にディフューザ１３の排気ガス流路区域１８がそれぞれ続いている。タービンロータ１２は半径方向外側がリングカバー１９で境界づけられ、このリングカバー１９は、ノズルリング１１とディフューザ１３との間における排気ガス流路１４の半径方向外側壁を補完している。

図１の実施例において、入口室１０とディフューザ１３とノズルリング１１とリングカバー１９は環状通路２０を境界づけ、この環状通路２０はタービンの排気ガス流路１４の部分区域を、即ち、主にそのノズルリング１１とタービンロータ１２で規定された部分区域を半径方向外側で取り囲んでいる。排気ガス流路１４は図１において矢印２１の方向に排気ガスで貫流され、その排気ガスはタービンロータ１２の動翼２２を通過し、その際に膨張し、タービンロータ１２を駆動する。

排気駆動過給機の運転中、特に排気ガス流路１４を境界づけるような構成体ないしその部分部位は高温に曝される。運転中に高温に曝される構成体ないしその部分部位を冷却するために、本発明では、ディフューザ１３部の排気ガス流路区域１８が、少なくとも１個のダクトを介して、タービンないし排気駆動過給機の周辺部に接続されている、ことを提案する。図１において、ディフューザ１３の排気ガス流路区域１８は、ダクト２３を介して、ディフューザ１３の周辺部に接続されている。運転中、ディフューザ１３内に、ないしディフューザ１３部の排気ガス流路区域１８内に、周辺部圧力に比べて負圧がかかり、これにより、ダクト２３を介して周辺部空気が吸い込まれ、ディフューザ１３部の排気ガス流路区域１８に導入される。図１の実施例において、その吸い込まれた周辺部空気はディフューザ１３の冷却に役立つ。

このダクト２３に逆止弁として機能する止め弁２４が付設されている。止め弁２４は、排気駆動過給機の周辺部空気がディフューザ１３部の排気ガス流路区域１８に流入することを許すが、排気ガスが排気ガス流路区域１８からダクト２３を介してディフューザ１３の周辺部に到達し、これに伴い排気駆動過給機のタービンに到達することを阻止する。

図２は、排気駆動過給機の軸流タービンとして形成されたタービンの異なった実施例を示している。なお以下において重複説明を避けるために、図２の実施例において図１の実施例と同一部分には同一符号が付けられ、図２の実施例において図１の実施例と異なった部分についてだけ説明する。

図２の実施例において、ディフューザ１３部の排気ガス流路区域１８は排気駆動過給機のタービンの周辺部に接続され、詳しくは、ダクト２５とダクト２６を介して接続され、そのダクト２５はタービンの周辺部を環状通路２０に接続し、ダクト２６は環状通路２０をディフューザ１３部の排気ガス流路区域１８に接続している。ダクト２５とダクト２６を介して、周辺部空気がディフューザ１３部の排気ガス流路区域１８に導入される。その周辺部空気はまずダクト２５を介して環状通路２０に達し、環状通路２０からダクト２６を介してディフューザ１３部の排気ガス流路区域１８に達する。これにより、吸い込まれた周辺部空気は、ノズルリング１１とリングカバー１９とディフューザ１３を冷却する。さらに、ディフューザ１３部の排気ガス流路区域１８に開口するダクト２６に止め弁２４が付設され、この止め弁２４は、周辺部空気がディフューザ１３の排気ガス流路区域１８に流入することを許すが、排気ガスがダクト２６を介して環状通路２０に、従ってタービンの周辺部に流出することを阻止する。

図１および図２においては、本発明を軸流タービンとして形成された排気駆動過給機のタービンの例について説明した。図３は本発明を、半径流タービンとして形成された排気駆動過給機タービンの例について示している。

即ち、図３の半径流タービンとして形成された排気駆動過給機のタービンは、入口室２７とノズルリング２８とタービンロータ２９とディフューザ３０とを有し、これらは一緒に排気ガス流路３１を境界づけている。入口室２７とノズルリング２８とタービンロータ２９とディフューザ３０はそれぞれ、排気ガス流路区域３２、３３、３４、３５を有している。図３において、入口室２７並びにディフューザ３０は、排気ガス流路３１を区域的に取り囲む環状通路３６を境界づけている。

ディフューザ３０部の排気ガス流路区域３５は、周辺部空気を吸い込み、ディフューザ３０部の排気ガス流路区域３５に導入するために、ダクト３７を介してタービンの周辺部に接続されている。図３において、そのダクト３７は環状通路３６を貫通して延びている。

図３においてダクト３７に止め弁３８が付設され、この止め弁３８は、周辺部空気がディフューザ３０部の排気ガス流路区域３５にダクト３７を介して流入することを許すが、排気ガスがディフューザ３０の排気ガス流路区域３５からダクト３７を介して周辺部空気に流出することを阻止する。

図１、図２、図３に示された止め弁２４、３８は、排気ガス流内に、即ち、それぞれの排気ガス流路区域１８、３５に配置されているが、故障時に簡単に接近できるようにする目的で、（破線で示されているように）自由に接近できる位置に配置することができ、これにより、止め弁自体も空気流で冷却することができる。

本発明に基づく内燃機関の排気駆動過給機の部分概略断面図。本発明に基づく内燃機関の排気駆動過給機の部分概略断面図。本発明に基づく内燃機関の排気駆動過給機の部分概略断面図。

符号の説明

１０入口室
１１ノズルリング
１２タービンロータ
１３ディフューザ
１４排気ガス流路
１５排気ガス流路区域
１６排気ガス流路区域
１７排気ガス流路区域
１８排気ガス流路区域
１９リングカバー
２０環状通路
２１排気ガス流れ方向
２２動翼
２３ダクト
２４止め弁
２５ダクト
２６ダクト
２７入口室
２８ノズルリング
２９タービンロータ
３０ディフューザ
３１排気ガス流路
３２排気ガス流路区域
３３排気ガス流路区域
３４排気ガス流路区域
３５排気ガス流路区域
３６環状通路
３７ダクト
３８止め弁

Claims

内燃機関のエンジンから出る排気ガス流を膨張するためのタービンと、内燃機関のエンジンに供給すべき燃焼空気流を圧縮するための圧縮機とを備え、タービンが、それぞれタービンの排気ガス流路区域を規定する少なくとも入口室とタービンロータとディフューザとを有する内燃機関の排気駆動過給機において、
ディフューザ（１３；３０）部の排気ガス流路区域（１８；３５）が少なくとも１個のダクト（２３、２５、２６；３７）を介してタービンないし排気駆動過給機の周辺部に接続され、且つ、ディフューザ（１３；３０）部の排気ガス流路区域（１８；３５）に開口する１個あるいは各ダクト（２３、２５、２６；３７）にそれぞれ少なくとも１個の止め弁（２４；３８）が付設され、該止め弁（２４；３８）が、タービンないし排気駆動過給機の周辺部空気がディフューザ（１３；３０）部の排気ガス流路区域（１８；３５）に流入することを許すが、排気ガスがディフューザ（１３；３０）部の排気ガス流路区域（１８；３５）から周辺部空気に流出することを阻止することを特徴とする内燃機関の排気駆動過給機。
１個あるいは各ダクト（２３、２５、２６；３７）を介してタービンないし排気駆動過給機の周辺部空気が吸い込まれ、タービンの構成体を冷却するためにそのそばを導かれ、ディフューザ（１３；３０）部の排気ガス流路区域（１８；３５）に導入されることを特徴とする請求項１に記載の排気駆動過給機。
止め弁（２４；３８）が逆止弁として形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気駆動過給機。