JP2012132321A - ラジアルタービンあるいは斜流タービンのスクロール部構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】タービンハウジング1内に形成された渦巻状のスクロール部4から、該スクロール部4の動翼3へと半径方向に排ガスを流入させて、該動翼3に作用させた後、軸方向に流出させることにより、タービンロータ31を回転駆動するように構成されたラジアルタービンのスクロール構造において、タービンハウジング1と動翼3が配設されたタービン室との間のシュラウド部11に放熱空間部を形成する。
【選択図】図1
Description
図4は従来技術であるかかるラジアルタービンを用いた過給機の一例を示す特開2003−120303号公報(特許文献1)である。図において01はタービンハウジング、04はタービンハウジング01内に形成された渦巻状のスクロール部、05はタービンハウジング01の内周に形成された排ガス排出口通路、06はコンプレッサハウジング、09はタービンハウジング01及び、コンプレッサハウジング06を連結する軸受ハウジングである。
L1はタービンホイール010、コンプレッサインペラ及び、ロータシャフト012の回転軸心である。
図5(A)において04はスクロール部、044は排ガス導入口、045は舌部で排ガス導入口044からの排ガスが流路046を通過して、スクロール部04部へ導入される接続部の流路046と、動翼03へ流入する動翼側通路047とを仕切る構造となっている。
そして、(B)図に示すように、舌部045は排ガス熱を流路046側及び動翼側通路047側から受けることになり、一方で、舌部045に蓄積された熱は矢印Z〔図5(A)参照〕で表すように放熱経路が狭く放熱効率がよくない。
また、スクロール部04の断面形状は、ロータシャフト012の軸線L1方向に幅広となり、シュラウド部Xが深いので排ガス熱が滞りやすく、当該部での熱放散効率がよくない。
従って、舌部045の温度は800〜900℃に成ることがある。
このため、舌部045は流路046及び、動翼側通路047の両側から高温排ガスに曝され、舌部045の放熱経路はZ方向〔図5(A)参照〕しかないので、熱が蓄積し易く高温になる。
従って、舌部045は表面酸化や、熱応力が原因で疲労損傷が発生する。その対応策として、タービンハウジング01の材料として高温での耐酸化性や耐疲労特性のよい高価な材料(例えばオーステナイト鋳鋼、フェライト鋳鋼等)が使用されておりコスト増加の要因となっている。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、タービンハウジング01の接続部(舌部)の外部の外気露出表面積を増加させ且つ、舌部045が配置されているタービンハウジング01のシュラウド部Xの外部の外気露出表面積を増加させることにより、当該部からの放熱を増加させ、舌部045に蓄積する熱を抑制させて、当該部に使用する材料の耐熱グレードを下げることによるコスト低減を図ることを目的とする。
前記ラジアルタービンあるいは斜流タービンの径方向断面における前記スクロール部とから前記動翼を覆うタービン室壁間に形成されるシュラウド部に放熱空間の凹部を形成し、該凹が周方向に形成されていることを特徴とする。
また、スクロール幅比をA/B≦2に構成することにより、スクロール部の外径が大きくなりエンジンへの搭載性が悪くなるのを防止できる。
さらに、同じ断面積の場合、B幅を狭くすると、流路の表面積が大きくなり排ガスの流通抵抗が大きくなりターボチャージャの性能が落ちると共に、重量も多くなりこれらの不具合を解消することが可能となる。
また、舌部のスクロール部とスクロール部への流路との交差角度が大きくなり、当該部に冷却空間を設けることにより、舌部の温度上昇を抑制することができる。
また、舌部の排ガス流通方向の舌部壁面形状を対数螺旋形状とすることで当該部に冷却空間(図2の79に相当)を設けることにより、外気対流を促進させて舌部の放熱を促進させることを可能とする。
但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図1に基づいて、本発明の第1実施形態に係るスクロール部の排ガス流通空間部の概略構造図を示す。
本発明の第1実施形態にかかるタービンスクロール部について説明する。
図1は(A)は本発明の第1実施形態に係る舌部のタービンロータ軸線と直角方向断面図、(B)は(A)のP矢視で、スクロール部及び、タービンロータの回転軸線に沿う上半分断面を示す要部概略構造図を示す。
本発明が適用されるラジアルタービンを用いた過給機の全体構造を示す図4において、01はタービンハウジング、04はタービンハウジング01内に形成された渦巻状のスクロール部、05はタービンハウジング01の内周に形成された排ガス排出口通路、06はコンプレッサハウジング、09はタービンハウジング01及び、コンプレッサハウジング06を連結する軸受ハウジングである。
L1はタービンホイール010、コンプレッサインペラ及び、ロータシャフト012
の回転軸心である。
本発明においてはスクロールの形状を改良している。
スクロール部4はその外周壁15,前側壁16(説明の便宜上、排ガス排出方向を「後側」とする)、後側壁17及び、内周壁18で構成されている。
スクロール部4は前側壁16と後側壁17間の距離、即ち、軸線L1方向の幅Bが、外周壁15と内周壁18との距離即ち、半径方向の幅Aよりも小さく形成されている。
そしてスクロール部4における形状は、半径方向の幅Aと、軸線L1に沿った方向の幅比αを1<A/B≦に1.2〜2.0の範囲に形成されることが好ましい。
また、幅比を2より大きくすると(同じ断面積の場合、B幅を狭くする)、流路の表面積が大きくなるので、排ガスの流通抵抗が大きくなりターボチャージャの性能が落ちると共に、重量も多くなる。
さらに、半径方向が大きくなると、タービチャージャ全体が大きくなり、エンジンへの搭載性も悪化する。
舌部及びシュラウド全周に蓄積する熱を抑制することにより、タービンハウジング5に使用する材料の耐熱グレードを下げることによるコスト低減を図ることができる。
本実施形態において、第1実施形態と同じものは同符号を付して、説明を省略する。
図3に基づいて、本発明の第2実施形態にかかるタービンスクロール部について説明する。
図2は本発明の第2実施形態に係る舌部のタービンロータ軸線に対して直角方向断面図を示す。
76は排ガス導入口74からの排ガスをスクロール部4に流入させるタービンハウジング5によって形成される流路である。75は流路76とスクロール部7との接続部で、動翼側通路77とを仕切る舌部である。
対数螺旋に沿った形状の範囲は、軸線L1と舌部先端とを結んだ線Sを基準にして、軸線L1を中心に排ガス導入口74側に角度βだけ振れた線Mと、舌部75の表面と交差した部分まで、即ち、対数螺旋部78とした。
尚、本実施形態ではβを略30度としたが、対数螺旋部78の範囲は舌部からスクロール部7に向かう排ガス流出角度が対数螺旋に沿うようになればよく、状況により増減させればよい。
対数螺旋とは、自然界によく見られる螺旋の一種であり、等角螺旋ともいわれる。性質としては図3に示すように、回転中心からある角度θで引いた線と螺旋との交点における接線とがなす角度bが常に一定となる。
舌部の流路とスクロール部との交差角度が大きくなり、当該部に冷却空間79を設けることができ、舌部75の一部が外気に曝されるので、舌部の温度上昇を効果的に抑制することができる。
3 動翼
4、7 スクロール
11 シュラウド
15 外周壁
16 前側壁
17 後側壁
18 内周壁
19 動翼側後壁
45、75 舌部
46、76 流路
47、77 動翼側通路
78 対数螺旋部
79 冷却空間
L1 軸線
α 幅比
β 角度(対数螺旋部設定範囲)
γ 流出角度
Claims (4)
- タービンハウジング内に形成された渦巻状のスクロール部から、該スクロール部の動翼へと半径方向に排ガスを流入させて、該動翼に作用させた後、軸方向に流出させることにより、タービンロータを回転駆動するように構成されたラジアルタービンあるいは斜流タービンのスクロール構造において、
前記ラジアルタービンの径方向断面における前記スクロール部とから前記動翼を覆うタービン室壁間に形成されるシュラウド部に放熱空間の凹部を形成し、該凹部が周方向に形成されていることを特徴とするラジアルタービンあるいは斜流タービンのスクロール構造。 - 前記スクロール部への流路と前記動翼へ流入する動翼側流路とを仕切る舌部と前記スクロール部の軸心とを結ぶ線に対して直角方向に排ガスが流通する前記スクロール部の径方向断面形状が、径方向が軸方向より長い縦長の長方形断面形状からなることを特徴とする請求項1記載のラジアルタービンあるいは斜流タービンのスクロール構造。
- 前記スクロール部の径方向断面形状は、半径方向の幅Aと、前記軸の軸線方向の幅Bとのスクロール幅比A/Bは、1<A/B≦2に構成したことを特徴とする請求項2記載のラジアルタービンあるいは斜流タービンのスクロール構造。
- 前記スクロール部への流路と、前記動翼へ流入する動翼側流路とを仕切る舌部の排ガス流通方向の傾斜を対数螺旋に沿った形状にしたことを特徴とする請求項1記載のラジアルタービンあるいは斜流タービンのスクロール構造。
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