JP2016132996A

JP2016132996A - Supercharger

Info

Publication number: JP2016132996A
Application number: JP2015006111A
Authority: JP
Inventors: 森田　功; Isao Morita; 功森田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2015-01-15
Filing date: 2015-01-15
Publication date: 2016-07-25
Anticipated expiration: 2035-01-15
Also published as: JP6500448B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the efficiency of a supercharger if a turbine has a plurality of scrolls.SOLUTION: A supercharger 1 comprises: a turbine 2 that has a turbine impeller 6 and a scroll section 16 provided around the turbine impeller 6 and constituting a flow passage of a fluid delivered into the turbine impeller 6; and a compressor 3 that has a compressor impeller 7 connected to the turbine impeller 6 via a rotary shaft 14, the scroll section 16 includes a first scroll 21 and a second scroll 22 that are disposed in parallel in a radial direction of the turbine impeller 6, and when it is defined that a cross-sectional area A of a cross-section of the flow passage at a scroll start position is A for each scroll, a distance of the turbine impeller from a rotation axis, which is a center of the cross-section of the flow passage in a drawing, is R, and a height of the flow passage in an inflow portion to the turbine impeller is b, a value of A/(Rb) of the first scroll 21 is substantially equal to that of the second scroll 22.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、過給機に関するものである。 The present invention relates to a supercharger.

従来、この分野の技術として、下記特許文献１に記載のタービンが知られている。このタービンのスクロール部は、タービン翼車の径方向に配列される大スクロール、中スクロール、及び小スクロールを備えている。このように径方向に並設された複数のスクロールを設けることで容量を可変とするタービンが知られている。 Conventionally, a turbine described in Patent Document 1 below is known as a technique in this field. The scroll portion of the turbine includes a large scroll, a middle scroll, and a small scroll arranged in the radial direction of the turbine impeller. There is known a turbine in which the capacity is variable by providing a plurality of scrolls arranged in parallel in the radial direction.

特許３８７６１８５号公報Japanese Patent No. 3876185

しかしながら、スクロール部が複数のスクロールで構成される場合、流体が経由したスクロール毎にタービン翼車に向かう流体の流動状態が異なるため、タービン翼車に流体が流入するときの流れ角が回転周方向において不均一になり易い。その結果、タービン翼車に流体が流入する際に損失が発生し、タービンの効率向上を阻害する場合がある。これに対し、本発明は、タービンが複数のスクロールを有する場合の過給機の効率向上を目的とする。 However, when the scroll part is composed of a plurality of scrolls, the flow state of the fluid flowing into the turbine impeller is different for each scroll through which the fluid passes. It becomes easy to become non-uniform. As a result, a loss occurs when fluid flows into the turbine impeller, which may hinder improvement in turbine efficiency. On the other hand, this invention aims at the efficiency improvement of the supercharger in case a turbine has a some scroll.

本発明の過給機は、タービン翼車と、タービン翼車の周囲に設けられタービン翼車に送り込まれる流体の流路をなすスクロール部と、を有するタービンと、タービン翼車に回転軸を介して接続されたコンプレッサ翼車を有するコンプレッサと、を備え、スクロール部は、タービン翼車の径方向に並設される複数のスクロールを有し、各々のスクロールについて、スクロールの巻始め位置におけるスクロールの流路断面の断面積をＡとし、流路断面の図心の、タービン翼車の回転軸線からの距離をＲとし、スクロールからタービン翼車への流入部における流路の高さをｂとしたときに、Ａ／（Ｒ・ｂ）の値がすべてのスクロールにおいて略等しい。 A turbocharger according to the present invention includes a turbine having a turbine impeller, a scroll portion that is provided around the turbine impeller and forms a flow path of a fluid that is fed into the turbine impeller, and the turbine impeller via a rotating shaft. And a compressor having a compressor impeller connected to each other, and the scroll unit has a plurality of scrolls arranged in parallel in the radial direction of the turbine impeller, and each scroll has a scroll at a winding start position of the scroll. The cross-sectional area of the channel cross section is A, the distance of the centroid of the channel cross section from the rotation axis of the turbine impeller is R, and the height of the flow path at the inflow portion from the scroll to the turbine impeller is b. Sometimes the value of A / (R · b) is approximately equal in all scrolls.

流体がスクロールを経由してタービン翼車に流入するときの流れ角は、Ａ／（Ｒ・ｂ）に依存する。ここで、上述の過給機によれば、Ａ／（Ｒ・ｂ）がすべてのスクロールにおいて略等しくなるので、スクロール部の各スクロールを経由した流体の流れ角がすべて略等しくなる。このような流れ角の均一化により、タービン翼車に流体が流入する際に発生する損失が低減され、タービン及び過給機の効率向上が図られる。 The flow angle when the fluid flows into the turbine impeller via the scroll depends on A / (R · b). Here, according to the above-described supercharger, A / (R · b) is substantially equal in all the scrolls, and therefore, the flow angles of the fluids passing through the scrolls of the scroll unit are substantially equal. Such a uniform flow angle reduces the loss that occurs when the fluid flows into the turbine impeller, thereby improving the efficiency of the turbine and the supercharger.

また、上記のＡの値がすべてのスクロールにおいて略等しいこととしてもよい。この場合、各スクロールにそれぞれ導入すべき流体の量を等しくすることができ、例えば、過給機を内燃機関に適用し易い。 The value A may be substantially equal in all scrolls. In this case, the amount of fluid to be introduced into each scroll can be made equal, and for example, the supercharger can be easily applied to an internal combustion engine.

スクロールの巻始め位置の、タービン翼車の周方向における位置が、すべてのスクロールにおいて同じであることとしてもよい。この場合、各スクロールの流体の導入口を近い位置にまとめて配置することができ、過給機をコンパクトにすることができる。 The position of the scroll start position in the circumferential direction of the turbine impeller may be the same in all scrolls. In this case, the fluid inlets of the respective scrolls can be collectively arranged at close positions, and the supercharger can be made compact.

本発明によれば、タービンが複数のスクロールを有する場合の過給機の効率向上を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the efficiency of the supercharger when the turbine has a plurality of scrolls.

実施形態に係る過給機を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the supercharger which concerns on embodiment. 図１の過給機のスクロール部近傍を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the scroll part vicinity of the supercharger of FIG. 図２におけるIII-III断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2. 図２におけるIV-IV断面図である。It is IV-IV sectional drawing in FIG.

以下、図面を参照しながら、本発明の過給機の実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of a supercharger of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１に示される過給機１は、例えば、船舶や車両の内燃機関に適用されるものである。図１に示されるように、過給機１は、タービン２とコンプレッサ３とを備えている。タービン２は、タービンハウジング４と、タービンハウジング４に収納されたタービン翼車６と、を備えている。タービンハウジング４は、内側の周縁部で周方向に延びるスクロール部１６を有している。コンプレッサ３は、コンプレッサハウジング５と、コンプレッサハウジング５に収納されたコンプレッサ翼車７と、を備えている。コンプレッサハウジング５は、内側の周縁部で周方向に延びるスクロール部１７を有している。 A supercharger 1 shown in FIG. 1 is applied to an internal combustion engine of a ship or a vehicle, for example. As shown in FIG. 1, the supercharger 1 includes a turbine 2 and a compressor 3. The turbine 2 includes a turbine housing 4 and a turbine impeller 6 housed in the turbine housing 4. The turbine housing 4 has a scroll portion 16 that extends in the circumferential direction at the inner peripheral edge. The compressor 3 includes a compressor housing 5 and a compressor impeller 7 housed in the compressor housing 5. The compressor housing 5 has a scroll portion 17 extending in the circumferential direction at the inner peripheral edge.

タービン翼車６は回転軸１４の一端に設けられており、コンプレッサ翼車７は回転軸１４の他端に設けられている。タービンハウジング４とコンプレッサハウジング５との間には、軸受ハウジング１３が設けられている。回転軸１４は、軸受１５を介して軸受ハウジング１３に回転可能に支持されており、回転軸１４、タービン翼車６及びコンプレッサ翼車７が一体の回転体１２として回転軸線Ｈ周りに回転する。 The turbine impeller 6 is provided at one end of the rotating shaft 14, and the compressor impeller 7 is provided at the other end of the rotating shaft 14. A bearing housing 13 is provided between the turbine housing 4 and the compressor housing 5. The rotating shaft 14 is rotatably supported by the bearing housing 13 via the bearing 15, and the rotating shaft 14, the turbine impeller 6 and the compressor impeller 7 rotate around the rotation axis H as an integral rotating body 12.

タービンハウジング４には、排気ガス流入口８及び排気ガス流出口１０が設けられている。内燃機関（図示せず）から排出された排気ガス（流体）が、排気ガス流入口８を通じてタービンハウジング４内に流入し、スクロール部１６を通じてタービン翼車６に流入し、タービン翼車６を回転させる。その後、排気ガスは、排気ガス流出口１０を通じてタービンハウジング４外に流出する。 The turbine housing 4 is provided with an exhaust gas inlet 8 and an exhaust gas outlet 10. Exhaust gas (fluid) exhausted from an internal combustion engine (not shown) flows into the turbine housing 4 through the exhaust gas inlet 8, flows into the turbine impeller 6 through the scroll portion 16, and rotates the turbine impeller 6. Let Thereafter, the exhaust gas flows out of the turbine housing 4 through the exhaust gas outlet 10.

コンプレッサハウジング５には、吸入口９及び吐出口１１が設けられている。上記のようにタービン翼車６が回転すると、回転軸１４を介してコンプレッサ翼車７が回転する。回転するコンプレッサ翼車７は、吸入口９を通じて外部の空気を吸入し、圧縮して、スクロール部１７を通じて吐出口１１から吐出する。吐出口１１から吐出された圧縮空気は、前述の内燃機関に供給される。 The compressor housing 5 is provided with a suction port 9 and a discharge port 11. When the turbine impeller 6 rotates as described above, the compressor impeller 7 rotates via the rotating shaft 14. The rotating compressor wheel 7 sucks external air through the suction port 9, compresses it, and discharges it from the discharge port 11 through the scroll unit 17. The compressed air discharged from the discharge port 11 is supplied to the internal combustion engine described above.

続いて、図１〜図４を参照しながら、タービン２のスクロール部１６について更に詳細に説明する。図２は、回転軸線Ｈに直交する断面を取ったスクロール部１６の断面図であり、図３は、回転軸線Ｈを含むIII-III断面図であり、図４は回転軸線Ｈを含むIV-IV断面図である。以下の説明において、単に「軸線方向」、「径方向」、「周方向」と言うときには、それぞれ、タービン翼車６の回転軸線方向、径方向、周方向を意味するものとする。また、「上流」、「下流」などと言うときには、スクロール部１６における排気ガスの上流、下流を意味するものとする。また、回転軸線Ｈを中心として各部位の周方向における位置（θ位置座標）を示す場合、図２において、回転軸線Ｈの右を０度位置、上を９０度位置、左を１８０度位置、下を２７０度位置などと呼ぶ。 Next, the scroll portion 16 of the turbine 2 will be described in more detail with reference to FIGS. 2 is a cross-sectional view of the scroll portion 16 taking a cross section orthogonal to the rotation axis H, FIG. 3 is a III-III cross-sectional view including the rotation axis H, and FIG. It is IV sectional drawing. In the following description, the terms “axial direction”, “radial direction”, and “circumferential direction” mean the rotational axis direction, radial direction, and circumferential direction of the turbine impeller 6, respectively. Further, “upstream”, “downstream” and the like mean upstream and downstream of the exhaust gas in the scroll portion 16. In addition, in the case where the position (θ position coordinate) of each part in the circumferential direction around the rotation axis H is shown, in FIG. The bottom is called a 270 degree position.

スクロール部１６は、タービン翼車の周囲に設けられ、タービン翼車６に送り込まれる排気ガスの流路を構成する。スクロール部１６は、いわゆる「ダブルスクロール」と呼ばれる構造をなし、径方向に並設された２つのスクロールを備えている。これら２つのスクロールのうち、径方向外側に位置するものを第１スクロール２１と呼び、径方向内側に位置するものを第２スクロール２２と呼ぶ。第１スクロール２１は導入口２１ａを有し、第２スクロール２２は導入口２２ａを有している。例えば、導入口２１ａ，２２ａには、それぞれ、内燃機関の異なる気筒からの排気ガスが導入される。 The scroll portion 16 is provided around the turbine impeller and constitutes a flow path for exhaust gas fed into the turbine impeller 6. The scroll unit 16 has a so-called “double scroll” structure, and includes two scrolls arranged in the radial direction. Of these two scrolls, the one positioned radially outside is called a first scroll 21 and the one positioned radially inside is called a second scroll 22. The first scroll 21 has an introduction port 21a, and the second scroll 22 has an introduction port 22a. For example, exhaust gases from different cylinders of the internal combustion engine are introduced into the introduction ports 21a and 22a, respectively.

第１スクロール２１の巻始め位置２１ｃ及び第２スクロール２２の巻始め位置２２ｃは、ともに０度位置にある。巻始め位置２１ｃ，２２ｃとは、軸線方向に見て（図２の方向から見て）、第１スクロール２１及び第２スクロール２２の形状の湾曲が始まる位置を言う。 The winding start position 21c of the first scroll 21 and the winding start position 22c of the second scroll 22 are both at the 0 degree position. The winding start positions 21c and 22c are positions where the curved shapes of the first scroll 21 and the second scroll 22 start when viewed in the axial direction (viewed from the direction of FIG. 2).

第１スクロール２１のうち導入口２１ａから巻始め位置２１ｃまでの領域は直線状に延在している。巻始め位置２１ｃよりも下流側においては、第１スクロール２１は、タービン翼車６の周囲を巻くように曲率半径と流路幅を縮小しながら０度位置まで３６０度湾曲し延在している。第１スクロール２１は、１８０度位置から０度位置までの領域で、流入部２１ｂに接続されている。流入部２１ｂは、タービン翼車６の直ぐ上流において流路高さ（軸線方向の流路高さ）が絞られた部分であり、タービン翼車６の外周縁に沿って１８０度位置から０度位置まで帯状に延びている。流入部２１ｂの流路高さは、１８０度位置から０度位置まで周方向において一定である。なお、流入部２１ｂには、排気ガスを案内するノズルベーンは設けられていない。導入口２１ａから導入された排気ガスは、巻始め位置２１ｃを通過後、第１スクロール２１を１８０度旋回し、更に１８０度旋回しながら流入部２１ｂを通じて所定の流れ角でタービン翼車６に流入する。なお、「流れ角」とは、軸線方向に見て（図２の方向から見て）、排気ガスがタービン翼車６に流入するときの流れの方向と、流入位置におけるタービン翼車６の回転方向（タービン翼車６の外周縁の接線方向）とがなす角度を言う。 A region from the inlet 21a to the winding start position 21c in the first scroll 21 extends linearly. On the downstream side of the winding start position 21c, the first scroll 21 is curved and extended 360 degrees to the 0 degree position while reducing the radius of curvature and the flow path width so as to wind around the turbine impeller 6. . The first scroll 21 is connected to the inflow portion 21b in the region from the 180 degree position to the 0 degree position. The inflow portion 21 b is a portion in which the flow path height (flow path height in the axial direction) is narrowed immediately upstream of the turbine impeller 6, and is 0 degree from the 180 degree position along the outer peripheral edge of the turbine impeller 6. It extends like a band to the position. The flow path height of the inflow portion 21b is constant in the circumferential direction from the 180 degree position to the 0 degree position. The inflow portion 21b is not provided with a nozzle vane for guiding the exhaust gas. The exhaust gas introduced from the introduction port 21a passes through the winding start position 21c, turns the first scroll 21 by 180 degrees, and further flows 180 degrees and flows into the turbine impeller 6 at a predetermined flow angle through the inflow portion 21b. To do. The “flow angle” refers to the direction of flow when exhaust gas flows into the turbine impeller 6 as viewed in the axial direction (viewed from the direction of FIG. 2) and the rotation of the turbine impeller 6 at the inflow position. An angle formed by a direction (tangential direction of the outer peripheral edge of the turbine impeller 6) is defined.

第２スクロール２２のうち導入口２２ａから巻始め位置２２ｃまでの領域は第１スクロール２１と平行に直線状に延在している。巻始め位置２２ｃよりも下流側においては、第２スクロール２２は、第１スクロール２１の内側の位置で、タービン翼車６の周囲を巻くように曲率半径と流路幅を縮小しながら１８０度位置まで湾曲し延在している。第２スクロール２２は、０度位置から１８０度位置までの領域で、流入部２２ｂに接続されている。流入部２２ｂは、タービン翼車６の直ぐ上流において流路高さ（軸線方向の流路高さ）が絞られた部分であり、タービン翼車６の外周縁に沿って０度位置から１８０度位置まで帯状に延びている。流入部２２ｂの流路高さは、０度位置から１８０度位置まで周方向において一定である。なお、流入部２２ｂには、排気ガスを案内するノズルベーンは設けられていない。導入口２２ａから導入された排気ガスは、巻始め位置２２ｃを通過後、第２スクロール２２を１８０度旋回しながら流入部２２ｂを通じてタービン翼車６に所定の流れ角で流入する。 A region from the introduction port 22 a to the winding start position 22 c in the second scroll 22 extends linearly in parallel with the first scroll 21. On the downstream side of the winding start position 22c, the second scroll 22 is positioned 180 degrees at a position inside the first scroll 21 while reducing the radius of curvature and the flow path width so as to wind around the turbine impeller 6. Curved and extended. The second scroll 22 is connected to the inflow portion 22b in the region from the 0 degree position to the 180 degree position. The inflow portion 22b is a portion where the flow path height (flow path height in the axial direction) is narrowed immediately upstream of the turbine impeller 6 and is 180 degrees from the 0 degree position along the outer peripheral edge of the turbine impeller 6. It extends like a band to the position. The flow path height of the inflow portion 22b is constant in the circumferential direction from the 0 degree position to the 180 degree position. The inflow portion 22b is not provided with a nozzle vane for guiding the exhaust gas. After passing through the winding start position 22c, the exhaust gas introduced from the introduction port 22a flows into the turbine impeller 6 through the inflow portion 22b at a predetermined flow angle while turning the second scroll 22 by 180 degrees.

ここで、各スクロールについてのパラメータとして、巻始め位置における当該スクロールの流路断面の断面積をＡで表し、巻始め位置におけるスクロールの流路断面の図心の、回転軸線Ｈからの距離をＲで表し、スクロールからタービン翼車６への排気ガスの流入部における流路の高さをｂで表わす。このとき、Ａ／（Ｒ・ｂ）の値が第１スクロール２１及び第２スクロール２２において略等しくなるようにスクロール部１６が設計されている。 Here, as a parameter for each scroll, A represents the cross-sectional area of the flow path cross section of the scroll at the winding start position, and R represents the distance from the rotation axis H of the centroid of the scroll flow path cross section at the winding start position. The height of the flow path in the inflow part of the exhaust gas from a scroll to the turbine impeller 6 is represented by b. At this time, the scroll portion 16 is designed so that the value of A / (R · b) is substantially equal between the first scroll 21 and the second scroll 22.

すなわち、第１スクロール２１に関する上記パラメータに「１」の添字を付し、第２スクロール２２に関する上記パラメータに「２」の添字を付して、
Ａ１：巻始め位置２１ｃにおける第１スクロール２１の流路断面の断面積
Ｒ１：上記流路断面の図心２１ｄの、回転軸線Ｈからの距離
ｂ１：第１スクロール２１からタービン翼車６への流入部２１ｂにおける流路高さ
Ａ２：巻始め位置２２ｃにおける第２スクロール２２の流路断面の断面積
Ｒ２：上記流路断面の図心２２ｄの、回転軸線Ｈからの距離
ｂ２：第２スクロール２２からタービン翼車６への流入部２２ｂにおける流路高さ
とすれば、
Ａ１／（Ｒ１・ｂ１）≒Ａ２／（Ｒ２・ｂ２） …（１）
が成立する。 That is, a subscript “1” is added to the parameter related to the first scroll 21, a subscript “2” is added to the parameter related to the second scroll 22,
A1: Cross-sectional area of the flow path cross section of the first scroll 21 at the winding start position 21c R1: Distance of the centroid 21d of the flow path cross section from the rotation axis H b1: Inflow from the first scroll 21 to the turbine impeller 6 Flow path height in the part 21b A2: Cross-sectional area of the flow path cross section of the second scroll 22 at the winding start position 22c R2: Distance from the rotation axis H of the centroid 22d of the flow path cross section b2: From the second scroll 22 If the flow path height in the inflow portion 22b to the turbine impeller 6 is,
A1 / (R1 · b1) ≈A2 / (R2 · b2) (1)
Is established.

なお、スクロールの巻始め位置の流路断面が、流入部の断面と連結されて閉じた形状ではなくなる場合もある。この場合、例えば、断面内で流路高さが不連続に変化する部分を流入部の断面との境界と規定して、スクロールの流路断面を規定してもよい。また、例えば、巻始め位置よりも上流側の閉じた流路断面に対応する形状（例えば相似形状）を、巻始め位置における流路断面上に想定して、断面積Ａを規定してもよい。なお、過給機１においては、第１スクロール２１の巻始め位置２１ｃでの流路断面は、閉じた形状をなしている。また、第２スクロール２２では、巻始め位置２２ｃよりも下流側の部分の流路断面は閉じた形状ではないが、巻始め位置２２ｃを境界として上流側の流路断面は閉じた形状をなしている。従って、この境界上に現れる閉じた形状の流路断面を、巻始め位置２２ｃにおける流路断面として規定することができる。なお、図３では、第２スクロール２２の巻始め位置２２ｃにおける流路断面と流入部２２ｂの断面との境界が破線で示されている。 In some cases, the flow path cross section at the scroll start position is not connected to the cross section of the inflow portion to have a closed shape. In this case, for example, the flow path cross section of the scroll may be defined by defining a portion where the flow path height changes discontinuously in the cross section as a boundary with the cross section of the inflow portion. Further, for example, the cross-sectional area A may be defined assuming a shape (for example, a similar shape) corresponding to the closed flow path cross section upstream of the winding start position on the flow path cross section at the winding start position. . In the supercharger 1, the cross section of the flow path at the winding start position 21c of the first scroll 21 has a closed shape. Further, in the second scroll 22, the flow path cross section at the downstream side of the winding start position 22c is not closed, but the upstream flow path cross section with the winding start position 22c as a boundary is closed. Yes. Therefore, the closed-shaped channel cross section appearing on the boundary can be defined as the channel cross section at the winding start position 22c. In FIG. 3, the boundary between the flow path cross section and the cross section of the inflow portion 22b at the winding start position 22c of the second scroll 22 is indicated by a broken line.

また、Ａ１とＡ２とが略等しくなるようにしてもよい。すなわち、Ａ１≒Ａ２が更に成立するようにしてもよい。巻始め位置２１ｃと巻始め位置２２ｃとの周方向における位置が同じであれば、Ｒ１＞Ｒ２となるので、Ａ１≒Ａ２が成立する場合には、式（１）から、ｂ１＜ｂ２となる。すなわち、図３及び図４にも例示されているように、流入部２１ｂの流路高さｂ１が流入部２２ｂの流路高さｂ２よりも小さくなる。この場合、０度位置と１８０度位置とにおいて、流入部２１ｂと流入部２２ｂとの境界に段差が現れることになる。 A1 and A2 may be substantially equal. That is, A1≈A2 may be further established. If the position in the circumferential direction of the winding start position 21c and the winding start position 22c is the same, R1> R2, so that when A1≈A2 holds, b1 <b2 is obtained from Expression (1). That is, as illustrated in FIGS. 3 and 4, the flow path height b1 of the inflow portion 21b is smaller than the flow path height b2 of the inflow portion 22b. In this case, a step appears at the boundary between the inflow portion 21b and the inflow portion 22b at the 0-degree position and the 180-degree position.

続いて、上述した過給機１の作用効果について説明する。この種の過給機のタービンにおいて、スクロールの巻始め位置における排気ガスの流速をｖ０、タービン翼車６の半径をｒ、タービン翼車６に流入する排気ガスの流速ｖ１の周方向成分をｖｕ１、径方向成分をｖｍ１とし、排気ガスの圧縮性を無視すれば、
質量保存則より、ｖ０・Ａ＝ｖｍ１・２π・ｒ・ｂとなり、
角運動量保存則より、ｖ０・Ｒ＝ｖｕ１・ｒとなる。
これらの関係から、タービン翼車への排気ガスの流れ角αは、
ｔａｎα＝ｖｍ１／ｖｕ１＝Ａ／（２π・ｂ・Ｒ）
となるので、流れ角αはＡ／（Ｒ・ｂ）により決定される。 Then, the effect of the supercharger 1 mentioned above is demonstrated. In this type of turbocharger turbine, the flow velocity of the exhaust gas at the scroll winding start position is v0, the radius of the turbine impeller 6 is r, and the circumferential component of the flow velocity v1 of the exhaust gas flowing into the turbine impeller 6 is vu1. If the radial component is vm1 and the compressibility of the exhaust gas is ignored,
From the law of conservation of mass, v0 · A = vm1 · 2π · r · b,
From the angular momentum conservation law, v0 · R = vu1 · r.
From these relationships, the flow angle α of the exhaust gas to the turbine impeller is
tan α = vm1 / vu1 = A / (2π · b · R)
Therefore, the flow angle α is determined by A / (R · b).

ここで、上述の過給機１によれば、
Ａ１／（Ｒ１・ｂ１）≒Ａ２／（Ｒ２・ｂ２） …（１）
が成立するので、第１スクロールを経由した排気ガスの流れ角α１と、第２スクロールを経由した排気ガスの流れ角α２と、が略等しくなる。仮に流れ角α１と流れ角α２とが相違する場合、タービン翼車６への流入直前で衝突し混合する排気ガスが存在するので損失が発生する。よって、流れ角を周方向において均一化することにより、タービン翼車６に排気ガスが流入する際に発生する損失が低減し、タービン２及び過給機１の効率向上が図られる。 Here, according to the supercharger 1 described above,
A1 / (R1 · b1) ≈A2 / (R2 · b2) (1)
Therefore, the flow angle α1 of the exhaust gas passing through the first scroll is substantially equal to the flow angle α2 of the exhaust gas passing through the second scroll. If the flow angle α1 and the flow angle α2 are different, a loss occurs because there is an exhaust gas that collides and mixes immediately before the flow into the turbine impeller 6. Therefore, by making the flow angle uniform in the circumferential direction, the loss that occurs when the exhaust gas flows into the turbine impeller 6 is reduced, and the efficiency of the turbine 2 and the supercharger 1 is improved.

なお、数式（１）において、左辺＝右辺ではなく左辺≒右辺としたのは、上記流れ角α１とα２とが完全に同一でなくても、タービン２の効率向上が十分に図られる場合があると考えられるので、このような範囲内における流れ角α１とα２との差異を許容する意味である。流れ角α１とα２との差異を許容する範囲として、例えば、数式（１）の左辺が右辺の０．８５〜１．１５倍である範囲といったような設定をしてもよい。数式（１）の左辺が右辺の０．８５未満又は右辺の１．１５より大の場合には、流れ角α１とα２との差異が大きくなり、タービン２の効率向上が十分に図られない。また、上記範囲の中でも、数式（１）の左辺が右辺の０．９５〜１．０５倍の範囲とすれば更に好ましい。また、当然ながら、上記の作用効果を更に確実に奏するために、
Ａ１／（Ｒ１・ｂ１）＝Ａ２／（Ｒ２・ｂ２） …（２）
としてもよい。 In Formula (1), the left side is not the right side but the left side is equal to the right side. Even if the flow angles α1 and α2 are not completely the same, the efficiency of the turbine 2 may be sufficiently improved. Therefore, the difference between the flow angles α1 and α2 within such a range is allowed. As a range in which the difference between the flow angles α1 and α2 is allowed, for example, a range in which the left side of Equation (1) is 0.85 to 1.15 times the right side may be set. When the left side of the mathematical formula (1) is less than 0.85 on the right side or larger than 1.15 on the right side, the difference between the flow angles α1 and α2 becomes large, and the efficiency of the turbine 2 cannot be sufficiently improved. Further, among the above ranges, it is more preferable that the left side of the formula (1) is 0.95 to 1.05 times the right side. Of course, in order to achieve the above-mentioned effects more reliably,
A1 / (R1 · b1) = A2 / (R2 · b2) (2)
It is good.

流れ角を周方向において均一化するためには、流入部２１ｂ，２２ｂにノズルベーンを設けることも考えられるが、上述の過給機１によれば、ノズルベーンを設ける必要がなく、部品点数が削減できるのでコスト低減が可能になる。 In order to make the flow angle uniform in the circumferential direction, it is conceivable to provide nozzle vanes in the inflow portions 21b and 22b. However, according to the supercharger 1 described above, it is not necessary to provide nozzle vanes and the number of parts can be reduced. Therefore, the cost can be reduced.

また、更に、Ａ１≒Ａ２が成立する場合、第１スクロール２１と第２スクロール２２とにそれぞれ導入すべき排気ガス量を略等しくすることができる。そうすると、例えば、第１スクロール２１、第２スクロール２２にそれぞれ同じ数の気筒を接続するといったように、過給機１を内燃機関に適用し易くなる。なお、Ａ１＝Ａ２ではなくＡ１≒Ａ２としたのは、断面積Ａ１と断面積Ａ２とが完全に同一でなくても、上記作用効果が奏される場合があると考えられるので、このような範囲内における断面積Ａ１と断面積Ａ２との差異を許容する意味である。当然ながら、上記の作用効果を更に確実に奏するために、Ａ１＝Ａ２としてもよい。 Further, when A1≈A2 holds, the exhaust gas amounts to be introduced into the first scroll 21 and the second scroll 22 can be made substantially equal. If it does so, it will become easy to apply the supercharger 1 to an internal combustion engine so that the same number of cylinders may be connected to the first scroll 21 and the second scroll 22, respectively. The reason why A1≈A2 is set instead of A1 = A2 is that the above-mentioned effects may be obtained even if the cross-sectional area A1 and the cross-sectional area A2 are not completely the same. This means that the difference between the cross-sectional area A1 and the cross-sectional area A2 within the range is allowed. Of course, A1 = A2 may be used in order to achieve the above-described effects more reliably.

また、図２に例示されるように、第１スクロール２１の巻始め位置２１ｃと、第２スクロール２２の巻始め位置２２ｃと、の周方向における位置が同じである場合、導入口２１ａと導入口２２ａとを近い位置にまとめて配置することができ、過給機１をコンパクトにすることができる。 In addition, as illustrated in FIG. 2, when the circumferential positions of the winding start position 21 c of the first scroll 21 and the winding start position 22 c of the second scroll 22 are the same, the introduction port 21 a and the introduction port 22a can be arranged together at a close position, and the supercharger 1 can be made compact.

以上、タービンが２つのスクロールを有する過給機１を例として説明したが、上に説明した過給機１のすべての構成は、複数の任意の数のスクロールを有するタービン及び過給機に一般化して適用できることは明らかである。 Although the turbocharger 1 having two scrolls as an example has been described above, all the configurations of the supercharger 1 described above are generally applied to turbines and turbochargers having a plurality of arbitrary numbers of scrolls. Obviously, it can be applied in the same way.

すなわち、スクロール部が、タービン翼車の径方向に並設されるｎ個の第１〜第ｎスクロール（ｎ＝２，３，…）を有する場合、過給機１の構成に倣って、Ａ／（Ｒ・ｂ）の値がすべてのスクロール（第１〜第ｎスクロール）において略等しくなるようにすればよい。換言すれば、
Ａ１／（Ｒ１・ｂ１）≒Ａ２／（Ｒ２・ｂ２）≒ … ≒Ａｎ／（Ｒｎ・ｂｎ）
が成立するようにすればよい。この構成により、第１〜第ｎスクロールを経由した排気ガスの流れ角が略均一化され、前述した過給機１と同等の作用効果が奏される。また、
Ａ１／（Ｒ１・ｂ１）＝Ａ２／（Ｒ２・ｂ２）＝ … ＝Ａｎ／（Ｒｎ・ｂｎ）
としてもよい。 That is, when the scroll portion includes n first to n-th scrolls (n = 2, 3,...) Arranged in parallel in the radial direction of the turbine impeller, The value of / (R · b) may be substantially equal in all scrolls (first to nth scrolls). In other words,
A1 / (R1 · b1) ≈A2 / (R2 · b2) ≈… ≈An / (Rn · bn)
Should be established. With this configuration, the flow angle of the exhaust gas passing through the first to nth scrolls is substantially uniform, and the same effect as that of the supercharger 1 described above is achieved. Also,
A1 / (R1 · b1) = A2 / (R2 · b2) =... = An / (Rn · bn)
It is good.

また、上記Ａの値がすべてのスクロール（第１〜第ｎスクロール）において略等しいようにしてもよい。すなわち、Ａ１≒Ａ２≒ … ≒Ａｎとしてもよい。または、Ａ１＝Ａ２＝ … ＝Ａｎとしてもよい。また、スクロールの巻始め位置の、周方向における位置が、すべてのスクロール（第１〜第ｎスクロール）において同じであるようにしてもよい。換言すれば、すべてのスクロール（第１〜第ｎスクロール）の巻始め位置が、回転軸線Ｈを含む同一の平面内に存在するようにしてもよい。これらの構成も、過給機１の場合と同様の作用効果を奏する。なお、前述した過給機１の構成は、ｎ＝２の場合に該当する。 Further, the value A may be substantially equal in all scrolls (first to nth scrolls). That is, A1≈A2≈ ... ≈An. Or it is good also as A1 = A2 = ... = An. Further, the scroll start position in the circumferential direction may be the same in all scrolls (first to nth scrolls). In other words, the winding start positions of all the scrolls (first to nth scrolls) may exist in the same plane including the rotation axis H. These configurations also have the same effects as the supercharger 1. In addition, the structure of the supercharger 1 mentioned above corresponds to the case of n = 2.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形したものであってもよい。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not restricted to the said embodiment, You may change in the range which does not change the summary described in each claim. You may use combining the structure of each embodiment suitably.

１過給機
２タービン
３コンプレッサ
４タービンハウジング
５コンプレッサハウジング
６タービン翼車
７コンプレッサ翼車
８排気ガス流入口
９吸入口
１０排気ガス流出口
１１吐出口
１２回転体
１３軸受ハウジング
１４回転軸
１５軸受
１６スクロール部
１７スクロール部
２１第１スクロール
２１ａ導入口
２１ｂ流入部
２１ｃ巻始め位置
２１ｄ図心
２２第２スクロール
２２ａ導入口
２２ｂ流入部
２２ｃ巻始め位置
２２ｄ図心
Ｈ回転軸線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Supercharger 2 Turbine 3 Compressor 4 Turbine housing 5 Compressor housing 6 Turbine impeller 7 Compressor impeller 8 Exhaust gas inflow port 9 Intake port 10 Exhaust gas outflow port 11 Discharge port 12 Rotating body 13 Bearing housing 14 Rotating shaft 15 Bearing 16 Scroll part 17 Scroll part 21 First scroll 21a Inlet 21b Inlet 21c Winding start position 21d Centroid 22 Second scroll 22a Inlet 22b Inlet 22c Winding start position 22d Centroid H Rotation axis

Claims

タービン翼車と、前記タービン翼車の周囲に設けられ前記タービン翼車に送り込まれる流体の流路をなすスクロール部と、を有するタービンと、
前記タービン翼車に回転軸を介して接続されたコンプレッサ翼車を有するコンプレッサと、を備え、
前記スクロール部は、前記タービン翼車の径方向に並設される複数のスクロールを有し、
各々の前記スクロールについて、
前記スクロールの巻始め位置における前記スクロールの流路断面の断面積をＡとし、
前記流路断面の図心の、前記タービン翼車の回転軸線からの距離をＲとし、
前記スクロールから前記タービン翼車への流入部における流路の高さをｂとしたときに、
Ａ／（Ｒ・ｂ）の値がすべての前記スクロールにおいて略等しい、過給機。 A turbine having a turbine impeller, and a scroll portion provided around the turbine impeller to form a flow path of fluid fed into the turbine impeller;
A compressor having a compressor impeller connected to the turbine impeller via a rotating shaft,
The scroll portion has a plurality of scrolls arranged in parallel in the radial direction of the turbine impeller,
For each said scroll,
A cross-sectional area of the scroll cross-section at the scroll start position of the scroll is A,
The distance from the rotation axis of the turbine impeller of the centroid of the flow path section is R,
When the height of the flow path at the inflow portion from the scroll to the turbine impeller is b,
A turbocharger in which the value of A / (R · b) is substantially equal in all the scrolls.

前記Ａの値がすべての前記スクロールにおいて略等しい、請求項１に記載の過給機。 The supercharger according to claim 1, wherein the value of A is substantially equal in all of the scrolls.

前記スクロールの巻始め位置の、前記タービン翼車の周方向における位置が、すべての前記スクロールにおいて同じである、請求項１又は２に記載の過給機。 The supercharger according to claim 1 or 2, wherein the scroll start position of the scroll in the circumferential direction of the turbine impeller is the same in all the scrolls.