JP3355801B2 - ターボチャージャーの排気バイパス構造 - Google Patents
ターボチャージャーの排気バイパス構造Info
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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Description
ターボチャージャーの排気バイパス構造に関するもので
ある。
搭載されるターボチャージャーaは、排ガスの高温、高
圧エネルギを利用してタービン羽根車bを高速回転さ
せ、それと同軸のコンプレッサcを回転させて過給を行
うようになっている。
の制御手段を有し、図示例はその中でも代表的な排気バ
イパス方式の一例である。
内のタービン収容室eに収容され、またタービンケーシ
ングdにはエンジンからの排ガスを導入する導入通路f
が形成される。図示例はラジアル形タービンを示し、即
ち導入通路fとタービン収容室eとの間にはスクロール
室gが形成されており、このスクロール室gの排ガス
は、タービン羽根車bにその径方向外方から導入され、
タービン羽根h間で直角に向きを変えた後、タービン羽
根車bの軸先端方向に向かってその下流側の排気通路i
を通じて排出される。
ン羽根車bをバイパスして導入通路fと排気通路iとを
結ぶバイパス通路jが形成される。バイパス通路jは隔
壁kで導入通路fと仕切られ、その入口が隔壁kに設け
られたバイパス穴lによって形成される。バイパス通路
j内にはバイパス穴lを開閉するウェイストゲートバル
ブmが設けられ、ウェイストゲートバルブmはコンプレ
ッサcからの吸気圧或いは過給圧が導入されるアクチュ
エータnにより作動される。よって過給圧が所定値を越
えればアクチュエータnがバルブmを開き、これにより
排ガスの一部をバイパス通路jに逃がし、タービン羽根
車bへの排ガス流量を制限して過給圧の制御を行ってい
る。
しては、タービンよりも上流側でバイパスさせる方式が
一般的であり、これを模式的に示せば図6のようにな
る。
方式だと、排ガスをタービン上流側で逃がしてしまうた
め、それが持つエネルギを単純に捨ててしまうことにな
りそのエネルギを活用することができない。
れたものであり、その目的は、排ガスの持つエネルギを
有効に利用し得るターボチャージャーの排気バイパス構
造を提供することにある。
め、本発明に係るターボチャージャーの排気バイパス構
造は、タービンケーシング内に、斜流タイプのタービン
羽根車であってタービン羽根のリーディングエッジ部の
タービン軸線に対する角度が35°〜60°とされたタ
ービン羽根車が回転自在に収容されるタービン収容室
と、このタービン収容室のラジアル方向に位置されるス
クロール室と、このスクロール室及び上記タービン収容
室の中間に位置される中間ゾーンとを形成し、上記ター
ビン羽根車のスロート部によって軸方向範囲が規定され
る出口領域内に臨ませて、排ガスを上記出口領域から上
記タービン羽根車の下流側の排気通路へとバイパスさせ
るバイパス通路の一端を開口し、上記バイパス通路を、
上記タービン収容室内壁の全周に亘るリング状に形成さ
れ且つ上記出口領域内に臨んで開放された溝部と、上記
タービンケーシングに形成され上記溝部と上記排気通路
とを連通する連通路とによって形成したものである。
ガス流路の実質上の排ガス出口である。このスロート部
によって軸方向範囲が規定される出口領域内に臨ませて
バイパス通路の一端を開口することにより、排ガスをタ
ービン羽根車の回転に利用した後にバイパスさせること
ができる。従って、排ガスの持つエネルギを有効に利用
することが可能となる。
いて詳述する。
辺部を示す拡大側断面図である。
内部には、エンジンからの排ガスが導入されるスクロー
ル室2と、タービン羽根車3が回転自在に収容されるタ
ービン収容室4と、これらスクロール室2及びタービン
収容室4の中間に位置される中間ゾーン5とが形成され
る。尚、これらは互いに連通しているためそれら互いの
区分を仮想線a,bで示す。
アル方向に位置され、しかしながら本実施例の場合ラジ
アル形タービンの様相とは異なり、タービン羽根車3の
タービン羽根6のガス入口部7は斜めに切り欠かれてい
る。つまりタービン羽根車3に関しては斜流タイプとな
っており、特にタービン羽根6のリーディングエッジ部
(端縁部)8は、従来の斜流タイプの場合に比べ大きく
傾斜され、即ちそのタービン軸線9に対する角度αは従
来(最大でも30°)より大きく取られている(35°〜60
°)。
案したものと同様の構成で(平成6年8月19日出願
「過給器用タービン」参照、特願平6−194469
号)、これによれば、タービン羽根6のガス入口部7に
導入された排ガスへの遠心力が除去され、また中間ゾー
ン5がラジアル方向から入ってきた排ガスをガス入口部
7に向けてスムーズに方向付けるので、排ガスの導入を
スムーズにしてタービンの特性や効率等を著しく向上す
るものである。
周面に複数立設されており、ディスク10が単純な略円
錘形であるのに対し、タービン羽根6は3次元的で複雑
な形状を呈している。よって便宜上、図示するタービン
羽根車3は、これをタービン軸心11を含む縦平面即ち
垂直平面で切ってその平面上にタービン羽根6を位置付
けた子午面形状によって表現されている。そして通常、
タービン羽根6の最外周端縁部12はシュラウド、その
ディスク10との接続端縁部13はハブと称され、また
上記リーディングエッジ部8に対し、タービン羽根6の
ガス出口部14における端縁部15はトレーリングエッ
ジ部と称される。ここでシュラウド12は、タービン収
容室4の内壁16から僅かに離間され、言い換えれば、
内壁16はタービン羽根車3を径方向外方から囲繞す
る。
位置における形状を示す図である。タービン羽根6は、
その中央部で滑らかに折り曲げられ、その隣接するター
ビン羽根6との間隔は、リーディングエッジ部8間で最
大でその後はガス流れ方向に沿って順次縮小される。こ
れらタービン羽根6によって挟まれた部分がガス流路1
7を形成するが、その流路断面積は、実質上の排ガスの
出口となるスロート部18において最小となる。
口部19には排気マニホールド20が接続され、これら
によってタービン羽根車3の下流側には排気通路21が
形成される。
は、スロート部18によって軸方向範囲が規定される出
口領域22内から排気通路21へと排ガスをバイパスさ
せるバイパス通路23が形成される。ここで出口領域2
2とは、図1及び図2に点線c,d間で示された領域の
ことで、特に点線cの位置はシュラウド12位置におけ
るスロート部18の軸方向基端側の位置、点線dの位置
は同じく軸方向先端側の位置と一致する。バイパス通路
23は具体的には、内壁16の全周に亘るリング状に形
成され且つ出口領域22内に臨んで開放された溝部24
と、溝部24と出口部19内とを連通するよう設けられ
た連通路25とによって形成される。溝部24は断面矩
形状とされ、その開口部は出口領域22内に収まる幅h
を有し、また連通路25は、溝部24の側壁から出口部
19内に向けて軸方向に穿設された穴26によって実質
的に形成される。
3を開閉するための開閉弁、即ちウェイストゲートバル
ブ27が設けられている。図3も参照して、ウェイスト
ゲートバルブ27は具体的にはスイングバルブであり、
即ちこれは、出口部19を貫通して回動自在に設けられ
た弁軸28と、弁軸28の出口部19内に位置する一端
に設けられた弁体部29と、弁軸28の他端に設けられ
た作用部30とにより主に構成される。作用部30には
ロッド31aを介してアクチュエータたるダッシュポッ
ト31が接続され、ダッシュポット31にはコンプレッ
サ(図示せず)からの吸気圧或いは過給圧pが導入され
る。従って、過給圧pが所定値を越えれば、ダッシュポ
ット31は作用部30に作用し弁軸28を回動させ、弁
体部29の弁体32を開いて連通路25即ちバイパス通
路23を開放する。
うになる。
う。
にあって、エンジンからの排ガスは、タービンケーシン
グ1に形成された導入通路(図5においてfで示した)
内で流速を高められつつスクロール室2に導入される。
そしてその排ガスは、中間ゾーン5を経てタービン羽根
車3のガス流路17を流れ、排気通路21を通じて外部
に排出される。
すると排ガス流量も次第に増加するが、その流量値があ
る値に達すると、スクロール室2からタービン羽根車3
への排ガスの導入はスムーズなため、特にタービン羽根
車3のスロート部18において閉塞或いはチョーク状態
となり、即ち排ガス圧力が高まり且つその流れが急激に
悪化してしまう。
イストゲートバルブ27が開かれるので、スロート部1
8を含む出口領域22から排ガスの一部がバイパス通路
23にバイパスされる。こうなると、スロート部18の
圧力が下がって排ガスの流れもスムーズとなり、一方タ
ービン羽根車3の回転上昇は抑制され過給圧制御が可能
となる。
時においても、全ての排ガスをタービン羽根車3の回転
に用いることができる。よって排ガスの持つ高温、高圧
のエネルギをより多く回収することができ、且つそれを
有効に利用することができる。
ことによりエネルギ効率の向上が図れ、従来よりもター
ビン入口圧力を低く設定できる。そしてさらにはエンジ
ンの排圧を下げることができ、延いてはエンジン出力の
向上が図れる。
なっており、よってスロート部18直後の位置も大気圧
となっている。他方、スロート部18直前位置の排ガス
はそれより高圧であり、ウェイストゲートバルブ27が
閉でも、その排ガスが溝部24を通じて排気通路21に
逃げてしまうことが考えられる。ところが、このときバ
イパス通路23が閉鎖空間となっており、またそれに侵
入した排ガスに遠心力が作用しているので逃げ量は極く
僅かである。またこの位置では、排ガスが十分仕事をし
た後なので問題はない。
となれば、溝部24を通じて全周から排ガスを逃がすこ
とができる。そして出口領域22内における、スロート
部18直前の高圧の排ガスと、スロート部18直後の高
圧から大気圧に減圧過程にある排ガスとを逃がすことが
できる。さらに溝部24と排気通路21とを連通する連
通路25を一つのみ設けたので、ウェイストゲートバル
ブ27も一つで済み小型化を達成できる。そして構造も
簡単となり、低コストで実用化が可能である。
口領域22内に臨ませることにより、バイパスを行わな
いときには通常の運転を行わせ、バイパス時にはスロー
ト部18のチョークを防止しつつタービンに最大限仕事
をさせながらの過給圧制御が可能となる。尚、以上の構
成は排ガス導入時の遠心力の影響が少ない斜流形タービ
ンにおいて特に有効である。
る。
をより多く回収することができ、且つそれを有効に利用
することができる。
ン入口圧力を低く設定することができる。
ス構造を示す側断面図である。
示す図である。
を示す概略平断面図である。
である。
ある。
る。
Claims (1)
- 【請求項1】 タービンケーシング内に、斜流タイプの
タービン羽根車であってタービン羽根のリーディングエ
ッジ部のタービン軸線に対する角度が35°〜60°と
されたタービン羽根車が回転自在に収容されるタービン
収容室と、該タービン収容室のラジアル方向に位置され
るスクロール室と、該スクロール室及び上記タービン収
容室の中間に位置される中間ゾーンとを形成し、上記タ
ービン羽根車のスロート部によって軸方向範囲が規定さ
れる出口領域内に臨ませて、排ガスを上記出口領域から
上記タービン羽根車の下流側の排気通路へとバイパスさ
せるバイパス通路の一端を開口し、上記バイパス通路
を、上記タービン収容室内壁の全周に亘るリング状に形
成され且つ上記出口領域内に臨んで開放された溝部と、
上記タービンケーシングに形成され上記溝部と上記排気
通路とを連通する連通路とによって形成したことを特徴
とするターボチャージャーの排気バイパス構造。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20071894A JP3355801B2 (ja) | 1994-08-25 | 1994-08-25 | ターボチャージャーの排気バイパス構造 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20071894A JP3355801B2 (ja) | 1994-08-25 | 1994-08-25 | ターボチャージャーの排気バイパス構造 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0861076A JPH0861076A (ja) | 1996-03-05 |
JP3355801B2 true JP3355801B2 (ja) | 2002-12-09 |
Family
ID=16429056
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20071894A Expired - Fee Related JP3355801B2 (ja) | 1994-08-25 | 1994-08-25 | ターボチャージャーの排気バイパス構造 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3355801B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5018533B2 (ja) * | 2008-02-12 | 2012-09-05 | 株式会社豊田中央研究所 | 可変容量タービン及び可変容量ターボチャージャ |
JP5392285B2 (ja) * | 2011-03-17 | 2014-01-22 | 株式会社豊田中央研究所 | タービン、及びこれを備えたターボチャージャ |
-
1994
- 1994-08-25 JP JP20071894A patent/JP3355801B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0861076A (ja) | 1996-03-05 |
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