JP2014534378A - 排気ガスターボチャージャーなどに用いられる回動可能なガイド部材を斜めに配設して成る流体エネルギ機械 - Google Patents

排気ガスターボチャージャーなどに用いられる回動可能なガイド部材を斜めに配設して成る流体エネルギ機械 Download PDF

Info

Publication number
JP2014534378A
JP2014534378A JP2014543783A JP2014543783A JP2014534378A JP 2014534378 A JP2014534378 A JP 2014534378A JP 2014543783 A JP2014543783 A JP 2014543783A JP 2014543783 A JP2014543783 A JP 2014543783A JP 2014534378 A JP2014534378 A JP 2014534378A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
guide member
energy machine
fluid energy
fluid
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2014543783A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5947393B2 (ja
Inventor
シュトラウス,ティノ
エールハルト,ヤン
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.)
IHI Charging Systems International GmbH
Original Assignee
IHI Charging Systems International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Charging Systems International GmbH filed Critical IHI Charging Systems International GmbH
Publication of JP2014534378A publication Critical patent/JP2014534378A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5947393B2 publication Critical patent/JP5947393B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/12Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/4206Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/4213Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps suction ports
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/46Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
    • F04D29/462Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable especially adapted for elastic fluid pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/40Application in turbochargers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00Geometry
    • F05D2250/50Inlet or outlet
    • F05D2250/51Inlet

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

本発明は、自動車の排気ガスターボチャージャーなどに用いられる流体エネルギ機械に関する。該流体エネルギ機械はハウジングを備えており、該ハウジングは、軸方向に延在する第1回転軸(20)を中心として該ハウジングに対して相対回転可能な羽根車(18)が収容される収容空間(16)と、気体がそこを通過して流動する少なくとも1つの流通口とを備えている。気体が前記流通口から前記収容空間(16)へ流れる際に、前記流通口に連通した流体流路(14)を流れることにより、軸方向に対して斜めに且つ径方向に対して斜めに延在する流動方向に導流されるようにしてあるか、または、気体が前記収容空間(16)から前記流通口へ流れる際に、前記流通口に連通した前記流体流路(14)を流れることにより、軸方向に対して斜めに且つ径方向に対して斜めに延在する更なる流動方向に導流されるようにしてある。該流体エネルギ機械は更に、少なくとも部分的に前記流体流路(14)の中に配設された少なくとも1つのガイド部材(12)を備えており、該ガイド部材(12)によって、前記流体流路(14)を流れる気体の流動方向が偏向されるようにしてあり、前記ガイド部材(12)は軸方向に対して斜めに且つ径方向に対して斜めに延在する第2回転軸(38)を中心として前記ハウジングに対して相対回動可能である。【選択図】図2

Description

本発明は請求項1に記載した種類の排気ガスターボチャージャーなどに用いられる流体エネルギ機械に関する。
特許文献1には、排気ガスターボチャージャーのタービンが開示されており、このタービンはいわゆる斜流タービンとして構成されている。このタービンはタービンハウジングを備えており、該タービンハウジングは収容空間を画成している。この収容空間の中にタービン羽根車及び回転軸が収容されており、それらタービン羽根車及び回転軸は該タービンハウジングに対して相対回転可能である。更に、該タービンハウジングは、排気ガスがそこを通過して流れる少なくとも1つの流通口を備えている。排気ガスがこの流通口から前記収容空間の中の前記タービン羽根車へ流れる際には、この流通口に連通した流体流路を流れる。
前記タービンが斜流タービンと呼ばれる所以は、前記流通口から前記流体流路を流れて前記収容空間の中へ、またひいては前記タービン羽根車の中へ流れる排気ガスの流動方向が、該タービンの軸方向に対して斜めの方向で、また該タービンの径方向に対しても斜めの方向だからである。従って、排気ガスが前記タービン羽根車の中へ流入するときの流動方向がそのような流動方向となっている。
前記流体流路の中の前記タービン羽根車のすぐ上流側の位置に、ガイド部材が配設されており、排気ガスは該ガイド部材によってその流動方向を偏向される。また、該ガイド部材は前記タービンハウジングに対して固定されている。
一方、通常生産が行われている排気ガスターボチャージャーのうちには、ラジアルタービンを備えていて、そのラジアルタービンに可変タービンジオメトリ構造が採用されているものがある。この可変タービンジオメトリ構造では、流体流路の中に配設されたガイド部材が、少なくとも実質的に軸方向に延在する回転軸を中心としてタービンハウジングに対して相対回動可能とされている。
しかるに、このような構成の可変タービンジオメトリ構造を斜流タービンに適用することは容易でなく、なぜならば、それを斜流タービンに適用した場合には、ガイド部材のジャミングが発生するおそれがあるからである。もし、そのジャミングが発生しないようにガイド部材の周囲の間隙の寸法を大きく設定したならば、排気ガスがその間隙を流れてガイド部材をすり抜けてしまうため、排気ガスをタービンハウジングの収容空間の中に配設されたタービン羽根車へ適切に導流することができず、タービンの動作効率が低下するという結果を招くことになる。
欧州特許出願公開第1394 359 A1号明細書
従って本発明の目的は、特に動作効率が高く且つ動作信頼性の高い流体エネルギ機械を提供することにある。
上記目的は、請求項1に記載した特徴を備えた自動車の排気ガスターボチャージャーなどに用いられる流体エネルギ機械により達成される。その他の請求項は、本発明の特に好適且つ重要な詳細構造部分を備えた特に有利な構成例の特徴を記載したものである。
本発明に係る流体エネルギ機械は、自動車の排気ガスターボチャージャーなどに用いられ、また特に乗用車の排気ガスターボチャージャーなどに用いられる流体エネルギ機械である。この流体エネルギ機械はハウジングを備えており、該ハウジングは収容空間を備えている。該収容空間はこの流体エネルギ機械の羽根車を収容するための空間であり、該羽根車は、この流体エネルギ機械の軸方向に延在する第1回転軸を中心として前記ハウジングに対して相対回転可能である。
前記ハウジングは更に、気体がそこを通過して流れる少なくとも1つの流通口を備えている。そして、気体が該流通口から前記収容空間へ流れる際に、該流通口に連通した流体流路を流れることにより、軸方向に対して斜めに且つ径方向に対して斜めに延在する流動方向に導流されるようにするものである。
或いはまた、気体が前記収容空間から該流通口へ流れる際に、該流通口に連通した前記流体流路を流れることにより、軸方向に対して斜めに且つ径方向に対して斜めに延在する更なる流動方向に導流されるようにしてもよい。換言するならば、前記流体流路を流れる気体が、前記流通口から前記収容空間へ前記流動方向に流動するようにしてもよく、或いは、前記収容空間から前記流通口へ前記更なる流動方向に流動するようにしてもよい。
前記流体エネルギ機械は、少なくとも部分的に前記流体流路の中に配設された少なくとも1つのガイド部材を備えており、該ガイド部材は例えばガイド翼などである。該ガイド部材によって、前記流体流路を流れる気体の流動方向が偏向されるようにしてある。前記ガイド部材は第2の回転軸を中心として前記ハウジングに対して相対回動可能である。前記ガイド部材の前記第2回転軸は軸方向に対して斜めに且つ径方向に対して斜めに延在しており、従って、前記第1回転軸に対して斜めに延在している。
前記第2回転軸の配設位置及び延在方向を以上のようにしたため、前記流体エネルギ機械は、前記少なくとも1つのガイド部材により構成される可変流動ジオメトリ構造を採用することが可能となっており、それを装備することで、前記流体エネルギ機械は、動作点が変化して気体の質量流量ないし体積流量が変化しても、そのような動作点の変化に適合させることが可能となっている。そのため本発明に係るこの流体エネルギ機械は、特に高い動作効率で動作し得るものである。また、この流体エネルギ機械は更に、その動作信頼性も特に高く、なぜならば、例えばガイド部材のジャミングなどの形態の故障を回避でき、または、そのような故障が発生するおそれを非常に小さくすることができるからである。
前記ガイド部材を前記第2回転軸を中心として回動させることによって、前記流体流路の実効流路断面積を、またひいてはこの流体エネルギ機械の実効流路断面積を調節することが可能であり、そうすることで、この流体エネルギ機械を気体の質量流量ないし体積流量の変化に適合させることができ、もって、気体が羽根車を高効率で且つ効果的に駆動すること、及び/または、気体を羽根車に高効率で且つ効果的に流入させることが可能となっている。
本発明に係る流体エネルギ機械の更なる利点として、前記ガイド部材を、前記羽根車に適合した設計とすることが容易であるということがある。前記第2回転軸は前記第1回転軸に対して相対的に傾斜した位置関係にある。即ち、前記第1回転軸と前記第2回転軸とは、ある1つの交点において交わる位置関係にある。この交点を前記第1回転軸に沿って変位させることによって、前記第1回転軸と前記第2回転軸との間の角度の大きさを変化させることができ、この角度の大きさは、前記羽根車の動翼の前縁または後縁の傾斜角に実質的に対応したものとなる。そのため、例えば前記羽根車がタービン羽根車であって、そのタービン羽根車の動翼の後縁が、前記第1回転軸に該当するそのタービン羽根車の回転軸に対してある角度をもって傾斜している場合には、前記交点を前記第1回転軸上の適宜の位置に変位することによって、ガイド翼(ガイド部材)を当該流体エネルギ機械の条件に適合した設計とすることができる。したがって、コストの増大をきたすような特別の設計手段を講じる必要はない。
本発明に係る流体エネルギ機械は、例えば排気ガスターボチャージャーの斜流タービンとして構成することができる。斜流タービンにおいて、前記気体としての排気ガスは前記流通口から前記流体流路を通って前記収容空間へ流れ、そして、タービン羽根車として構成され、前記収容空間の中に配設されている前記羽根車をその排気ガスが駆動する。また、排気ガスは、そのように流れる際に、前記ガイド部材によって流動方向が偏向され、それによって排気ガスは、良好な流動状態でタービン羽根車へ流入することができ、また、高効率でタービン羽根車を駆動することができるようになる。
かかる斜流型のタービン羽根車の中へ流入するときの排気ガスの流動方向は、軸方向に対して斜めに且つ径方向に対して斜めに延在する流動方向であり、即ち、完全な軸方向でもなく、完全な径方向でもない。タービン羽根車の中へ流入する排気ガスの流れをこのように斜流とすることは、特に、乗用車に関連した用途において有利であり、なぜならば、斜流タービンはその定常特性が特に優れており、それゆえ、それを装備した内燃機関の運転性能を非常に良好なものとすることができるからである。
本発明に係る流体エネルギ機械は、斜流コンプレッサとしても構成することができる。その場合には、空気が、前記収容空間から前記流体流路を通って前記流通口へ流れることになる。即ち空気が、前記収容空間から前記流体流路と前記流通口とを介して吐出され、そして、例えば自動車の吸気系などへ流入することになる。
その際に、コンプレッサ羽根車として構成されている前記羽根車から流出する空気は、軸方向に対して少なくとも実質的に斜めに且つ径方向に対して少なくとも実質的に斜めに延在する更なる流動方向に流動し、そして更に、好適な流動状態となるように前記ガイド部材によってその流動方向が偏向される。この場合、コンプレッサ羽根車は、空気を圧縮し、その圧縮した空気を内燃機関に供給する機能を担っている。
本発明の特に有利な1つの実施の形態によれば、前記流体流路の第1内壁面を画成する前記流体エネルギ機械の第1内壁面画成部分と、前記第1内壁面に対向する前記流体流路の第2内壁面を画成する前記流体エネルギ機械の第2内壁面画成部分と、前記第1内壁面画成部分に対向する前記ガイド部材の第1ガイド部材部分と、前記第2内壁面画成部分に対向する前記ガイド部材の第2ガイド部材部分とは、前記第1回転軸が前記第2回転軸と交わる交点を中心点とする少なくとも実質的に球状セグメントとして形成されている。
内壁面画成領域とガイド部材領域とを球状セグメントとして形成することによって得られる利点は、前記ガイド部材と前記流体流路の壁面領域との間の間隙寸法を非常に小さく設定した場合であっても、前記第2回転軸付近の温度が高温になったときに前記ガイド部材のジャミングが発生するおそれがなく、高い動作信頼性が確保されることにある。そのため本発明に係る流体エネルギ機械は、非常に動作信頼性が高く、またそれと同時に、様々に変化する動作点に、必要に応じて効率的に適合させ得るものとなっている。
本発明の特に有利な別の1つの実施の形態によれば、前記流体流路は、少なくともその一部分が、前記ハウジングとは別体に製作されて前記ハウジングに組付けられた組付部材により画成されている。この構成とすることで、流体エネルギ機械の製造を、また特に、そのハウジングの製造を、例えば鋳造法などを用いることにより迅速に低コストで行うことができる。鋳造作業に続いて行う前記組付部材の組付作業もまた、迅速に低コストで行うことができる。また、この構成とすることで、前記流体流路を画成している前記内壁面画成領域のうちの少なくとも一方を、前記組付部材によって形成することができる。
本発明の特に有利な別の1つの実施の形態によれば、前記ガイド部材は、前記第2回転軸を中心として回動可能に前記組付部材に支持されており、これによって、ガイド部材の機能性が非常に優れたものとなっている。回動可能なガイド部材によって、タービン羽根車へ流入しようとする排気ガスの流入状態を、様々に変化する運転状態に適合するように調節することができ、それによって優れたタービン効率が得られる。
前記ガイド部材は、その両側部のうちの一方の側部だけが前記第2回転軸を中心として回動可能に支持されているようにすることもできる。本発明の特に有利な1つの実施の形態によれば、前記ガイド部材は、第1ガイド部材側部と、該第1ガイド部材側部とは反対側の第2ガイド部材側部とにおいて、前記第2回転軸を中心として回転可能に支持されている。この構成とすれば、前記ガイド部材は、その両側の側部において支持されるため、特にしっかりと支持され、それゆえ故障を生じるおそれが小さくなる。またこれによって、本発明に係る流体エネルギ機械の動作信頼性は特に高くなる。
本発明には更に、本発明に係る流体エネルギ機械を少なくとも1つ備えた、例えば自動車の内燃機関などに用いられる排気ガスターボチャージャーも含まれる。その場合の本発明に係る流体エネルギ機械は、当該内燃機関の排気ガスによって駆動される当該排気ガスターボチャージャーのタービンとすることができる。
代替的に、あるいは付加的に、本発明に係る流体エネルギ機械は、内燃機関へ空気を供給するための排気ガスターボチャージャーのコンプレッサとすることができる。これによって排気ガスターボチャージャーの作動効率を高めることができ、ひいてはエンジンの燃料消費量を抑えてCO排出量を低減することができる。
本発明の更なる利点、特徴、及び細部構成については、以下に示す好適な実施の形態についての説明を参照し、また添付図面を参照することにより明らかとなる。以上の説明中で言及した様々な特徴及びそれら特徴の組合せ、並びに、添付図面に関連した以下の説明中で言及し、及び/または、図面中に示す様々な特徴及びそれら特徴の組合せは、それら説明ないし図面に示した通りの組合せで利用し得るばかりでなく、それとは異なる組合せで利用することもでき、また、個々の特徴を単独で利用することも可能なものであって、そのように特徴を利用した場合でも本発明の範囲から逸脱するものではない
排気ガスターボチャージャーの斜流タービンに適用した可変タービンジオメトリ構造の模式的な側方斜視図である。 図1の可変タービンジオメトリ構造の模式的な縦断面図である。
図1及び図2に示したのは、排気ガスターボチャージャーのタービンに適用した可変タービンジオメトリ構造であり、参照番号10はこの可変タービンジオメトリ構造の全体を指している。尚、図1及び図2には、タービンの全体は示されておらず、その一部分のみが示されている。この可変タービンジオメトリ構造は、排気ガスターボチャージャーのタービン以外のその他の流体エネルギ機械にも容易に適用し得るものであり、例えば、排気ガスターボチャージャーのコンプレッサに適用することも可能であり、それによってそのコンプレッサを、可変流動ジオメトリ構造を備えたものとすることができる。
可変タービンジオメトリ構造10は複数のガイド翼12を備えており、図2にはそれらのうちの1つのガイド翼だけを代表として図示した。複数のガイド翼12はタービンの流体流路14の中に配設されており、この流体流路14はノズルとも呼ばれている。
タービンは、図1及び図2では不図示としたタービンハウジングを備えており、そのタービンハウジングは少なくとも1つの流通口を有する。タービンが装備されたエンジンの排気ガスがその流通口を通って流れ、その流通口から流体流路14の中へ流入するようにしてある。流体流路14の一端はこの流通口に連通しており、流体流路14の他端はタービンの収容空間16に連通している。収容空間16の中に、図には模式的に示したタービン羽根車18が収容されており、このタービン羽根車18は、回転軸20を中心としてタービンハウジングに対して相対回転可能とされている。タービン羽根車18は、流通口から流体流路14を介して収容空間16の中へ流入する排気ガスによって駆動されることで、回転軸20を中心として回転する。更に、排気ガスがタービン羽根車18に流入する際に、その排気ガスの流動方向をガイド翼12が偏向するようにしてあり、それによって、排気ガスがタービン羽根車18の中に流入するときの流動状態を、即ち、タービン羽根車18のタービン翼へ流入するときの流動状態を、良好な流動状態とすることができるようにしている。この流動方向の偏向は、複数のガイド翼12によって排気ガスの流れを回転させて流入させるものであり、それによってタービン羽根車18の駆動効率を高めるものである。
流体流路14は、その一方の内壁面がタービンの第1組付部材22により画成され、他方の内壁面がタービンの第2組付部材24により画成されている。それら2つの組付部材22、24は、少なくとも部分的にタービンハウジングの中に収容されるようにして組付けられている。
第1組付部材22によって、流体流路14の第1内壁面28を画成する第1内壁面画成部分26が形成されている。第2組付部材24によって、第1内壁面28に対向する流体流路14の第2内壁面32を画成する第2内内壁面画成部分30が形成されている。
各々のガイド翼12は、第1内壁面画成部分26に対向する第1ガイド翼部分34を備えている。各々のガイド翼12は更に、第2内壁面画成部分30に対向する第2ガイド翼部分36を備えている。
様々に変化するエンジンの動作点、即ち、様々に変化する排気ガスの質量流量にタービンを適合させることを可能にするために、各々のガイド翼12は夫々の第2回転軸38を中心として回動可能に組付部材22、24に支持されている。これによって、各々のガイド翼12は、タービンハウジングに対して、即ち、組付部材22、24に対して相対回動可能となっている。各々のガイド翼12を夫々の第2回転軸38を中心として回動させることによって、流体流路14の実効流路断面積を変化させる調節を行うことができ、即ち、流れの断面積を拡大及び縮小することができる。またそれによって、その時々の排気ガスの質量流量に応じてタービン羽根車18を効率的に駆動することが可能となっている。尚、ガイド翼12の長さ寸法及び高さ寸法は、流体流路14の実効流路断面積の大きさがある特定の動作状態に適合した大きさとなるように設計される。ガイド翼12の長さ寸法を適宜に設計することによって、複数のガイド翼12を閉じた状態にしたときの隣り合うガイド翼12どうしの重なり長さを大きなものとすることや、ガイド翼12の枚数を低減することなどが可能である。従って、ガイド翼12の長さ寸法及び高さ寸法の設計値を変えることで、タービン出力をある特定の目標運転状態に適合させることができる。
図2から明らかなように、ガイド翼12は、第1組付部材22に対向する側の側部と、第2組付部材24に対向する側の側部との両方において支持されており、即ち、ガイド翼12はその両側部において支持されている。不図示の実施の形態として、ガイド翼12が第1組付部材22に対向する側の側部でのみ支持されているようにしてもよい。そのような実施の形態では、第2組付部材24を不図示のタービンハウジングと一体化することができ、即ち、第2組付部材24をタービンハウジングの一部分とすることができる。また別の不図示の実施の形態として、ガイド翼12が第2組付部材24に対向する側の側部でのみ支持されているようにしてもよい。そのような実施の形態では、第1組付部材22を不図示のタービンハウジングと一体化することができ、即ち、第1組付部材22をタービンハウジングの一部分とすることができる。
同じく図2から明らかなように、第2回転軸38は、タービンの軸方向に対して斜めに且つタービンの径方向に対して斜めに延在しており、少なくとも実質的に軸方向に延在している第1回転軸20と交点40において交わっている。更に、この交点40は、破線で示した第1円弧42の中心点でもあり、同じく破線で示した第2円弧44の中心点でもある。従って、2つの円弧42、44は互いに同心的な円弧である。
内壁面画成部分26、30とガイド翼部分34、36とは、交点40を中心点とする少なくとも実質的に球状セグメントとして形成されている。換言するならば、内壁面画成部分26、30とガイド翼部分34、36とは、それらの表面が、交点40を中心点とする、即ち、円弧42、44の中心点を中心点とする、球面を成すような形状に形成されている。それら球状セグメントの夫々の半径は、即ち、内壁面画成部分26、30、ガイド翼部分34、36の夫々の半径は、タービン羽根車18の寸法形状に応じて予め定められる。
このように球状セグメントの形状を採用した構成であることから、ガイド翼12と組付部材22、24との間の間隙寸法を、非常に小さな寸法に設定することができ、そのようにした場合でも、ガイド翼12を何の支障もなく、ジャミングが発生するおそれなしに回転させることができる。そして、その間隙寸法が小さいことによって、二次流れ損失が小さく抑えられるため、排気ガスはガイド翼12によって適切に方向付けされてタービン羽根車18の中へ流入することができ、ガイド翼12によって適切に方向付けされないままタービン羽根車18の中へ流入する排気ガスの量はごく僅かなものとなる。
尚、各々のガイド翼12を夫々の第2回転軸38を中心として回動させるための作動機構は、タービン側に配設してもよく、コンプレッサ側に配設してもよい。
図示しない1つの実施の形態として、第1組付部材22と第2組付部材24とを複数のスペーサ部材を介して互いに連結した構成とするのもよい。この構成とすることで得られる利点は、複数のガイド翼12を備えた可変タービンジオメトリ構造10を1つのアセンブリの形に組み上げた上で、そのアセンブリをタービンハウジングに組付けることができるということにある。複数のスペーサ部材は、第1組付部材22と第2組付部材24との間に所定の間隔を確保するものであり、それによって、複数のガイド翼12を夫々の動作状態に応じて回動させることができるようになる。即ち、第1内壁面28と第2内壁面32との間に配設される複数のスペーサ部材によって、可変タービンジオメトリ構造10の全周に亘って第1組付部材22と第2組付部材24との間に、少なくとも第1ガイド翼部分34と第2ガイド翼部分36との間の部分に相当する距離が確保されるのである。
また、第1組付部材22が、タービンハウジングに遊嵌された状態でタービンハウジングに支持されているようにするのもよい。これは、第1組付部材22が可動状態でタービンハウジングに取付けられているようにするということである。

Claims (6)

  1. 自動車の排気ガスターボチャージャーなどに用いられる流体エネルギ機械であって、ハウジングを備えており、該ハウジングは、軸方向に延在する第1回転軸(20)を中心として該ハウジングに対して相対回転可能な羽根車(18)が収容される収容空間(16)と、気体が通過して流れる少なくとも1つの流通口とを備えており、気体が前記流通口から前記収容空間(16)へ流れる際に、前記流通口に連通した流体流路(14)を流れることにより、軸方向に対して斜めに且つ径方向に対して斜めに延在する流動方向に導流されるようにしてあるか、または、気体が前記収容空間(16)から前記流通口へ流れる際に、前記流通口に連通した前記流体流路(14)を流れることにより、軸方向に対して斜めに且つ径方向に対して斜めに延在する更なる流動方向に導流されるようにしてあり、該流体エネルギ機械は更に、少なくとも部分的に前記流体流路(14)の中に配設された少なくとも1つのガイド部材(12)を備えており、該ガイド部材(12)によって、前記流体流路(14)を流れる気体の流動方向が偏向されるようにしてあり、前記ガイド部材(12)は軸方向に対して斜めに且つ径方向に対して斜めに延在する第2回転軸(38)を中心として前記ハウジングに対して相対回動可能であることを特徴とする流体エネルギ機械。
  2. 前記流体流路(14)の第1内壁面(28)を画成する前記流体エネルギ機械の第1内壁面画成部分(26)と、前記第1内壁面(28)に対向する前記流体流路(14)の第2内壁面(32)を画成する前記流体エネルギ機械の第2内内壁面画成部分(30)と、前記第1内壁面画成部分(26)に対向する前記ガイド部材(12)の第1ガイド部材部分(34)と、前記第2内壁面画成部分(30)に対向する前記ガイド部材(12)の第2ガイド部材部分(36)とは、前記第1回転軸(20)が前記第2回転軸(38)と交わる交点(40)を中心点とする少なくとも実質的に球状セグメントとして形成されていることを特徴とする請求項1記載の流体エネルギ機械。
  3. 前記流体流路(14)は、少なくともその一部分が、前記ハウジングとは別体に製作されて前記ハウジングに組付けられた組付部材(22、24)により画成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の流体エネルギ機械。
  4. 前記ガイド部材(12)は、前記第2回転軸(38)を中心として回動可能に前記組付部材(22、24)に支持されていることを特徴とする請求項3記載の流体エネルギ機械。
  5. 前記ガイド部材(12)は、前記第2回転軸(38)を中心として回動可能に支持されており、その支持のための支持部は、第1ガイド部材側部、及び/または、該第1ガイド部材側部とは反対側の第2ガイド部材側部に形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか1項記載の流体エネルギ機械。
  6. 請求項1〜請求項5の何れか1項記載の流体エネルギ機械を少なくとも1つ備えたことを特徴とする、特に内燃機関に用いられる排気ガスターボチャージャー。
JP2014543783A 2011-12-01 2012-10-10 排気ガスターボチャージャーなどに用いられる回動可能なガイド部材を斜めに配設して成る流体エネルギ機械 Expired - Fee Related JP5947393B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011119879.6 2011-12-01
DE102011119879A DE102011119879A1 (de) 2011-12-01 2011-12-01 Fluidenergiemaschine, insbesondere für einen Abgasturbolader eines Kraftwagens
PCT/EP2012/004237 WO2013079137A1 (de) 2011-12-01 2012-10-10 Fluidenergiemaschine, insbesondere für einen abgasturbolader, mit schräg angeordnetem, drehbarem leitelement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014534378A true JP2014534378A (ja) 2014-12-18
JP5947393B2 JP5947393B2 (ja) 2016-07-06

Family

ID=47115722

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014543783A Expired - Fee Related JP5947393B2 (ja) 2011-12-01 2012-10-10 排気ガスターボチャージャーなどに用いられる回動可能なガイド部材を斜めに配設して成る流体エネルギ機械

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9759164B2 (ja)
EP (1) EP2785982A1 (ja)
JP (1) JP5947393B2 (ja)
CN (1) CN103958837B (ja)
DE (1) DE102011119879A1 (ja)
WO (1) WO2013079137A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024024791A1 (ja) * 2022-07-29 2024-02-01 株式会社Ihi 回転装置

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012012000B4 (de) 2012-06-16 2022-12-01 Volkswagen Aktiengesellschaft Turbine für einen Abgasturbolader
DE102014215888B4 (de) * 2014-08-11 2016-06-09 Ford Global Technologies, Llc Brennkraftmaschine mit variabler Mixed-Flow-Turbine
DE112018004486A5 (de) * 2017-10-12 2020-10-01 Ihi Charging Systems International Gmbh Abgasturbolader
CN108506083B (zh) * 2018-05-12 2024-04-19 福州大学 一种轴向移动式涡轮增压器及其使用方法
CN108487941B (zh) * 2018-05-24 2024-04-09 奕森科技(江苏)有限公司 一种涡轮增压器锥形可变喷嘴组件
CN108361077A (zh) * 2018-05-24 2018-08-03 奕森科技(上海)有限公司 一种可变喷嘴组件的倾斜渐缩的喷嘴叶片结构
CN109695517B (zh) * 2018-12-29 2020-03-06 潍柴动力股份有限公司 一种气体混合器
EP4036378A1 (de) * 2021-01-28 2022-08-03 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Strömungsmaschine, insbesondere radialexpander

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1948478A (en) * 1932-06-21 1934-02-20 James Leffel & Company Hydraulic turbine
US3074689A (en) * 1960-06-06 1963-01-22 Chrysler Corp Adjustable nozzle ring support
US3151841A (en) * 1963-04-03 1964-10-06 Chrysler Corp Fixed nozzle support
JPS6138125A (ja) * 1984-07-27 1986-02-24 ダイムラ−ベンツ・アクチエンゲゼルシャフト 内燃機関用排気ガスタービン過給機
JPH03505767A (ja) * 1988-08-17 1991-12-12 サンドストランド・コーポレーション 補助動力装置の案内羽根装置

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2805818A (en) * 1951-12-13 1957-09-10 Ferri Antonio Stator for axial flow compressor with supersonic velocity at entrance
US3802046A (en) * 1972-01-27 1974-04-09 Chromalloy American Corp Method of making or reconditioning a turbine-nozzle or the like assembly
US3957392A (en) * 1974-11-01 1976-05-18 Caterpillar Tractor Co. Self-aligning vanes for a turbomachine
US3997281A (en) * 1975-01-22 1976-12-14 Atkinson Robert P Vaned diffuser and method
US4278398A (en) * 1978-12-04 1981-07-14 General Electric Company Apparatus for maintaining variable vane clearance
US4428714A (en) * 1981-08-18 1984-01-31 A/S Kongsberg Vapenfabrikk Pre-swirl inlet guide vanes for compressor
DE161559T1 (de) * 1984-05-15 1986-04-10 Aktieselskabet Kongsberg Vaepenfabrikk, Kongsberg Einstecktiefe- und winkelstandregelungseinrichtung fuer verdichtereinlassleitschaufel.
US4844695A (en) * 1988-07-05 1989-07-04 Pratt & Whitney Canada Inc. Variable flow radial compressor inlet flow fences
CH676735A5 (ja) * 1988-08-03 1991-02-28 Asea Brown Boveri
US5228832A (en) * 1990-03-14 1993-07-20 Hitachi, Ltd. Mixed flow compressor
GB9027168D0 (en) * 1990-12-14 1991-02-06 Rolls Royce Business Ventures Turbine scroll
DE4242494C1 (en) * 1992-12-16 1993-09-09 Mercedes-Benz Aktiengesellschaft, 70327 Stuttgart, De Adjustable flow-guide for engine exhaust turbocharger - has axially-adjustable annular insert in sectors forming different kinds of guide grilles supplied simultaneously by spiral passages
US5947681A (en) * 1997-03-17 1999-09-07 Alliedsignal Inc. Pressure balanced dual axle variable nozzle turbocharger
JP3381641B2 (ja) * 1998-10-12 2003-03-04 株式会社豊田中央研究所 可変容量形ターボチャージャ
DE10013335A1 (de) * 2000-03-17 2001-09-20 Abb Turbo Systems Ag Baden Leitapparat für eine axial durchströmte Abgasturbine
DE10016745B4 (de) * 2000-04-04 2005-05-19 Man B & W Diesel Ag Axialströmungsmaschine mit einem eine Reihe von verstellbaren Leitschaufeln umfassenden Leitapparat
JP3911431B2 (ja) * 2002-03-19 2007-05-09 株式会社小松製作所 可変ターボ過給機
JP4288051B2 (ja) 2002-08-30 2009-07-01 三菱重工業株式会社 斜流タービン、及び、斜流タービン動翼
DE102005040574A1 (de) * 2005-08-26 2007-03-15 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Spaltkontrollvorrichtung für eine Gasturbine
EP2799717B1 (en) * 2009-07-20 2019-10-09 Ingersoll-Rand Company System for an inlet guide vane assembly
JP5316365B2 (ja) * 2009-10-22 2013-10-16 株式会社日立プラントテクノロジー ターボ型流体機械
CN102182546B (zh) * 2011-04-22 2012-12-26 北京理工大学 可变喷嘴环混流涡轮增压器
KR102076638B1 (ko) * 2012-02-02 2020-05-19 보르그워너 인코퍼레이티드 가변 터빈 구조를 구비한 혼류 터보차저
DE102014215885B3 (de) * 2014-08-11 2015-12-31 Ford Global Technologies, Llc Aufgeladene Brennkraftmaschine mit Mixed-Flow-Turbine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1948478A (en) * 1932-06-21 1934-02-20 James Leffel & Company Hydraulic turbine
US3074689A (en) * 1960-06-06 1963-01-22 Chrysler Corp Adjustable nozzle ring support
US3151841A (en) * 1963-04-03 1964-10-06 Chrysler Corp Fixed nozzle support
JPS6138125A (ja) * 1984-07-27 1986-02-24 ダイムラ−ベンツ・アクチエンゲゼルシャフト 内燃機関用排気ガスタービン過給機
JPH03505767A (ja) * 1988-08-17 1991-12-12 サンドストランド・コーポレーション 補助動力装置の案内羽根装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024024791A1 (ja) * 2022-07-29 2024-02-01 株式会社Ihi 回転装置

Also Published As

Publication number Publication date
US9759164B2 (en) 2017-09-12
JP5947393B2 (ja) 2016-07-06
WO2013079137A1 (de) 2013-06-06
DE102011119879A1 (de) 2013-06-06
US20140248134A1 (en) 2014-09-04
CN103958837A (zh) 2014-07-30
CN103958837B (zh) 2015-10-21
EP2785982A1 (de) 2014-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5947393B2 (ja) 排気ガスターボチャージャーなどに用いられる回動可能なガイド部材を斜めに配設して成る流体エネルギ機械
EP2324292B1 (en) Canted outlet for a transition duct in a gas turbine engine
JP5890021B2 (ja) 排気ガスターボチャージャーのタービン
WO2012060187A1 (ja) ツインスクロール型ターボチャージャのタービンハウジング
US20150345376A1 (en) Variable geometry exhaust gas turbocharger
JP5524010B2 (ja) 可変容量タービン
CN101663472B (zh) 可变涡轮几何形状的涡轮增压器
JP2007519845A (ja) 可変形状ターボチャージャ
US10563515B2 (en) Turbine impeller and variable geometry turbine
KR101531779B1 (ko) 터빈 정익 및 가스 터빈
US11047256B2 (en) Variable nozzle unit and turbocharger
US10914190B2 (en) Variable nozzle unit and turbocharger
JP2015505004A (ja) 排気ガスターボチャージャーのタービンのガイド機構及びそのタービン
JP5989129B2 (ja) 排気ガスターボチャージャーのタービン
JP2010071140A (ja) 可変容量ターボチャージャ
JP2008019748A (ja) ターボ過給機
JP2005240569A (ja) 作動流体還流路を有する過給用コンプレッサ
JP5974501B2 (ja) ターボ機械の可変静翼機構
JP5427900B2 (ja) 斜流タービン
JP2008240593A (ja) ガスタービン
JP2015504135A (ja) 排気ガスターボチャージャー
JP2011169192A (ja) 過給機用遠心圧縮機の可変ディフューザ
JP2010013972A (ja) 可変容量型ターボチャージャ
WO2023139639A1 (ja) 可変容量タービン及びこれを備えるターボチャージャー
JP2011256720A (ja) 可変容量型タービン

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140529

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20150113

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150908

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20151203

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160531

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160602

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5947393

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees