JP3366136B2 - Engine turbocharger - Google Patents
Engine turbochargerInfo
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- Hydraulic Turbines (AREA)
- Supercharger (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ターボチャージャーを
備えたエンジンのターボ過給装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbocharger for an engine equipped with a turbocharger.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、ターボチャージャーを備えたエン
ジンのターボ過給装置として、例えば特公昭59−51
649号公報に示されるものが知られている。この装置
では、吸気コンプレッサと排気タービンとがターボ回転
軸で連結され、このターボ回転軸が滑り軸受で回転可能
に支持されるとともに、このターボ回転軸の途中に流体
タービンが設けられ、この流体タービンにオイルが噴射
されることにより、ターボ回転軸の駆動が補助されるよ
うになっている。上記流体タービンには、多数の羽根が
周方向に並設され、各羽根は、入射される流体(オイ
ル)に向かって開口するU字状をなしており、これらの
羽根に高圧オイルが当たることにより、上記ターボ回転
軸が補助駆動される。2. Description of the Related Art Conventionally, as a turbocharger for an engine equipped with a turbocharger, for example, Japanese Patent Publication No. 59-51.
The one shown in Japanese Patent No. 649 is known. In this device, an intake compressor and an exhaust turbine are connected by a turbo rotary shaft, the turbo rotary shaft is rotatably supported by a slide bearing, and a fluid turbine is provided in the middle of the turbo rotary shaft. By injecting oil into the, the drive of the turbo rotary shaft is assisted. A large number of blades are arranged side by side in the circumferential direction in the fluid turbine, and each blade has a U-shape that opens toward an incident fluid (oil), and high-pressure oil must hit these blades. Thereby, the turbo rotary shaft is auxiliary driven.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記装置では、オイル
のもつエネルギーをより効率良く流体タービンひいては
ターボ回転軸に伝達することが、大きな課題となる。こ
のような効率向上を図るには、特に次の点に考慮する必
要がある。In the above apparatus, it is a major problem to more efficiently transfer the energy of oil to the fluid turbine and eventually to the turbo rotating shaft. In order to improve such efficiency, the following points need to be considered in particular.
【0004】A)流体タービンでは、各羽根に噴射され
たオイルがそのU字状の表面に沿ってリターンし、入射
の向きとほぼ逆向きに排出されるようにするのが好まし
い。例えば、オイルが速度vで噴射され、ターボ回転軸
及び流体タービンが周速v/2で回転している時、流体
タービンに対するオイルの相対入射速度はv−(v/
2)=v/2であり、上記オイルが上記羽根で完全にリ
ターンして逆向きに同じ相対速度(v/2)で排出され
たとすると、その絶対排出速度(静止系から見た速度)
は0となる。すなわち、オイルの運動エネルギーがほぼ
完全に補助駆動に利用されたことになり、効率は最も良
くなる。A) In a fluid turbine, it is preferable that the oil injected to each blade returns along its U-shaped surface and is discharged almost in the opposite direction to the incident direction. For example, when the oil is injected at a speed v and the turbo rotating shaft and the fluid turbine are rotating at the peripheral speed v / 2, the relative incident speed of the oil to the fluid turbine is v- (v /
2) = v / 2, and assuming that the oil is completely returned by the blade and is discharged in the opposite direction at the same relative speed (v / 2), its absolute discharge speed (speed seen from the stationary system)
Is 0. That is, the kinetic energy of the oil is almost completely utilized for the auxiliary drive, and the efficiency is the highest.
【0005】しかしながら、上記装置では、オイルが確
実に羽根表面に案内されてリターンするという保証はな
く、このようなオイルの案内をより確実にすることが、
効率アップのために望まれる。However, in the above apparatus, there is no guarantee that the oil will be reliably guided and returned to the blade surface, and more reliable guidance of such oil is
Desired for efficiency improvement.
【0006】B)上記装置において、オイル噴射を受け
ていない羽根は撹拌抵抗になるだけであり、却って補助
駆動効率低下の要因となる。従って、各羽根にはほぼ常
時オイルが当たるように、オイル噴射口の数を増やすこ
とが望ましいが、逆に、このオイル噴射口の数が過剰に
なると、一つの羽根に対して複数のオイル噴射口から噴
射されたオイルが同時に当たってしまい、各噴射オイル
同士が干渉し却って駆動効率を下げてしまうおそれがあ
る。B) In the above apparatus, the blades that have not received the oil injection only cause agitation resistance, which rather causes a reduction in auxiliary drive efficiency. Therefore, it is desirable to increase the number of oil injection ports so that the oil is almost always applied to each blade, but conversely, if the number of oil injection ports becomes excessive, a plurality of oil injection ports will be injected to one blade. The oil sprayed from the mouth may hit at the same time, and the sprayed oils may interfere with each other to reduce the driving efficiency.
【0007】本発明は、このような事情に鑑み、流体タ
ービンへの作動流体の噴射による補助駆動効率を向上さ
せることができるエンジンのターボ過給装置を提供する
ことを目的とする。In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a turbocharger for an engine capable of improving the auxiliary drive efficiency by injecting a working fluid to a fluid turbine.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明は、吸気コンプレッサと排気ター
ビンとを連結するターボ回転軸の途中に流体タービンを
設けるとともに、この流体タービンの周囲に、作動流体
を噴射する流体噴射口を設け、この流体噴射口から上記
流体タービンに噴射される作動流体のエネルギーにより
上記ターボ回転軸を補助駆動するように構成されたエン
ジンのターボ過給装置において、上記流体噴射口の位置
と流体タービンの位置とを軸方向について略合致させ、
上記作動流体の噴射方向を流体タービンの略接線方向に
設定するとともに、上記流体タービンに、中間部が上記
作動流体の入射方向と略同方向に略U字状に膨らむ複数
のバケットを周方向に並設し、かつ、互いに周方向に隣
接するバケット同士がオーバーラップするまで各バケッ
ト同士を近接させて、各バケット同士の間に上記作動流
体を案内してその入射の向きとほぼ逆の向きに排出する
略U字状の案内溝を形成したものである(請求項1)。As a means for solving the above problems, the present invention provides a fluid turbine in the middle of a turbo rotary shaft connecting an intake compressor and an exhaust turbine, and around the fluid turbine. A turbocharger for an engine configured to auxiliary drive the turbo rotary shaft by the energy of the working fluid injected from the fluid injection port to the fluid turbine from the fluid injection port, The position of the fluid injection port and the position of the fluid turbine are substantially matched in the axial direction,
The jetting direction of the working fluid is set to a substantially tangential direction of the fluid turbine, and a plurality of buckets in which the intermediate portion expands in a substantially U shape in the same direction as the incident direction of the working fluid are circumferentially provided in the fluid turbine. The buckets are arranged side by side and are brought close to each other until the buckets adjacent to each other in the circumferential direction overlap each other, and the working fluid is guided between the buckets in a direction substantially opposite to the incident direction. A substantially U-shaped guide groove for discharging is formed (Claim 1).
【0009】上記案内溝からの作動流体の排出方向は流
体タービンの周方向に対して15°以上25°以下だけ
傾斜させるのが、より好ましい(請求項2)。It is more preferable that the discharge direction of the working fluid from the guide groove be inclined by 15 ° or more and 25 ° or less with respect to the circumferential direction of the fluid turbine (claim 2).
【0010】さらに、上記バケットをターボ回転軸の軸
方向に2つ並べて上記案内溝を略W字状とし、この案内
溝の中央位置に上記作動流体の入射位置を設定すること
により、後述のようなより優れた効果が得られる(請求
項3)。Further, by arranging two of the buckets in the axial direction of the turbo rotating shaft so that the guide groove has a substantially W shape, and the incident position of the working fluid is set at the center position of the guide groove, as will be described later. Above all, a more excellent effect can be obtained (Claim 3).
【0011】この場合、上記案内溝の中央部に、上記作
動流体の入射方向に沿う傾斜面を形成することにより、
さらに好ましいものとなる(請求項4)。In this case, by forming an inclined surface along the incident direction of the working fluid in the central portion of the guide groove,
It is more preferable (Claim 4).
【0012】また、上記流体噴射口を周方向に複数個並
設するとともに、この流体噴射口の個数に対する上記バ
ケットの個数の比を1.6以上2.0以下に設定したり
(請求項5)、上記ターボ回転軸とターボチャージャー
のハウジングとの間に軸受を設けるとともに、上記流体
タービンを上記ターボ回転軸に一体に形成し、このター
ボ回転軸の端部に対して上記排気タービンを着脱可能に
構成したりすることにより(請求項6)、後述のような
より優れた効果が得られる。Further, a plurality of the fluid ejection ports are arranged side by side in the circumferential direction, and the ratio of the number of the buckets to the number of the fluid ejection ports is set to 1.6 or more and 2.0 or less. ), A bearing is provided between the turbo rotary shaft and the housing of the turbocharger, the fluid turbine is integrally formed with the turbo rotary shaft, and the exhaust turbine can be attached to and detached from the end of the turbo rotary shaft. With such a constitution (claim 6), more excellent effects as described later can be obtained.
【0013】さらに、上記ターボ回転軸をアンギュラ玉
軸受により回転可能に支持するとともに、上記流体ター
ビンの周囲に、上記流体噴射口が形成されかつ上記アン
ギュラ玉軸受に対向する対向壁を一体に有する流体噴射
ケースを配設するとともに、この流体噴射ケースの上記
対向壁と上記アンギュラ玉軸受との間に圧縮ばねを介在
させ、この圧縮ばねの弾発力により上記アンギュラ玉軸
受の軸方向位置を固定することが、好ましい(請求項
7)。 Further , the turbo rotary shaft is rotatably supported by an angular ball bearing, and the fluid injection port is formed around the fluid turbine and integrally has a facing wall facing the angular ball bearing. An injection case is provided, and a compression spring is interposed between the opposing wall of the fluid injection case and the angular ball bearing, and the elastic force of the compression spring fixes the axial position of the angular ball bearing. Is preferable (Claim 7).
【0014】また、上記圧縮ばねは上記流体噴射ケース
よりも上記排気タービンに近い側に配するのが、より好
ましい(請求項8)。Further, it is more preferable that the compression spring is arranged closer to the exhaust turbine than the fluid injection case (claim 8).
【0015】また本発明は、吸気コンプレッサと排気タ
ービンとを連結するターボ回転軸の途中に流体タービン
を設けるとともに、この流体タービンの周囲に、作動流
体を噴射する流体噴射口を設け、この流体噴射口から上
記流体タービンに噴射される作動流体のエネルギーによ
り上記ターボ回転軸を補助駆動するように構成されたエ
ンジンのターボ過給装置において、上記流体タービンに
複数のバケットを周方向に並設し、かつ、上記流体噴射
口を周方向に複数個並設するとともに、この流体噴射口
の個数に対する上記バケットの個数の比を1.6以上
2.0以下に設定したものである(請求項9)。Further, according to the present invention, a fluid turbine is provided in the middle of a turbo rotary shaft connecting the intake compressor and the exhaust turbine, and a fluid injection port for injecting a working fluid is provided around the fluid turbine. In the turbocharger of the engine configured to auxiliary drive the turbo rotating shaft by the energy of the working fluid injected from the mouth to the fluid turbine, a plurality of buckets are provided side by side in the circumferential direction in the fluid turbine, A plurality of the fluid ejection ports are arranged side by side in the circumferential direction, and the ratio of the number of the buckets to the number of the fluid ejection ports is set to 1.6 or more and 2.0 or less (claim 9). .
【0016】[0016]
【作用】請求項1記載の装置によれば、互いに周方向に
隣接するバケット同士がオーバーラップするまで各バケ
ット同士が近接しており、これによって各バケット同士
の間にU字状の案内溝が形成されているため、この流体
タービンに噴射された作動流体は、上記案内溝により確
実に案内されてその入射の向きとほぼ逆の向きに排出さ
れる。このため、作動流体のもつエネルギーが効率良く
流体タービン及びターボ回転軸に伝達される。According to the apparatus of claim 1, the buckets are close to each other until the buckets circumferentially adjacent to each other overlap each other, whereby a U-shaped guide groove is formed between the buckets. Since it is formed, the working fluid injected into the fluid turbine is reliably guided by the guide groove and is discharged in a direction substantially opposite to the direction of its incidence. Therefore, the energy of the working fluid is efficiently transmitted to the fluid turbine and the turbo rotating shaft.
【0017】ここで、上記案内溝からの作動流体の排出
方向が流体タービンの周方向にほぼ合致するまで作動流
体の流れ方向を反転させてしまうと、各案内溝から排出
された作動流体がこれに隣接するバケットに当たってし
まい、却って駆動能率を下げるおそれがあるが、請求項
2記載の装置のように、上記作動流体の排出方向を流体
タービンの周方向に対して15°以上25°以下だけ傾
斜させれば、上記排出作動流体が他のバケットに当たる
おそれをなくしながら、高い効率で流体タービンを補助
駆動できる。If the flow direction of the working fluid is reversed until the discharge direction of the working fluid from the guide groove substantially matches the circumferential direction of the fluid turbine, the working fluid discharged from each guide groove is Although it may hit the bucket adjacent to, the driving efficiency may be reduced, but the discharge direction of the working fluid is inclined by 15 ° or more and 25 ° or less with respect to the circumferential direction of the fluid turbine as in the device according to claim 2. By doing so, it is possible to auxiliary drive the fluid turbine with high efficiency while eliminating the risk of the discharged working fluid hitting another bucket.
【0018】さらに、請求項3記載の装置では、上記バ
ケットをターボ回転軸の軸方向に2つ並べて上記案内溝
を略W字状とし、この案内溝の中央位置に上記作動流体
の入射位置を設定しているので、バケットが一列の場合
よりもさらに駆動効率は上がる。また、案内溝の中央に
入射された作動流体はほぼ均等に左右に分散するため、
この作動流体の入射に起因して流体タービンに発生する
スラスト荷重は大幅に減り、軸受等の負担が軽減され
る。Further, in the apparatus according to the third aspect, two of the buckets are arranged in the axial direction of the turbo rotary shaft so that the guide groove has a substantially W shape, and the incident position of the working fluid is at the center position of the guide groove. Since it is set, the driving efficiency will be higher than in the case where the buckets are in a single row. In addition, since the working fluid that has entered the center of the guide groove is distributed almost evenly to the left and right,
The thrust load generated in the fluid turbine due to the incidence of the working fluid is significantly reduced, and the load on the bearing and the like is reduced.
【0019】また、請求項4記載の装置では、上記案内
溝の中央部に、上記作動流体の入射方向に沿う傾斜面が
形成されているため、上記作動流体はより円滑に案内溝
内に導入される。Further, in the apparatus according to the fourth aspect, since the inclined surface along the incident direction of the working fluid is formed in the central portion of the guide groove, the working fluid is introduced into the guide groove more smoothly. To be done.
【0020】請求項5,9記載の装置では、上記流体噴
射口が周方向に複数個並設されるとともに、この流体噴
射口の個数に対する上記バケットの個数の比が1.6以
上2.0以下に設定されているため、前述のように最も
駆動効率が良い速度状態(作動流体の噴射速度に対する
流体タービンの周速の比がほぼ1/2の状態)で、一つ
のバケットに複数の流体噴射口から作動流体が当たるの
を防ぎながら、各バケットにほぼ常時作動流体を当てる
ことができ、これにより流体タービン及びターボ回転軸
をより効率良く補助駆動できる。[0020] In apparatus according to claim 5, 9, wherein, together with the fluid injection port is a plurality of juxtaposed in the circumferential direction, the ratio of the number of the buckets to the number of the fluid injection port is 1.6 to 2.0 Since it is set as follows, a plurality of fluids are stored in one bucket in the speed state in which the driving efficiency is the best as described above (the ratio of the peripheral speed of the fluid turbine to the injection speed of the working fluid is approximately 1/2). While preventing the working fluid from coming into contact with the injection port, the working fluid can be almost always applied to each bucket, and thereby the fluid turbine and the turbo rotary shaft can be more efficiently assisted and driven.
【0021】請求項6記載の装置では、上記流体タービ
ンを上記ターボ回転軸に一体に形成しているため、両者
が別体の場合と異なり、上記流体タービンを上記ターボ
回転軸に取付けるための取付部材をターボ回転軸の途中
に設ける必要がなくなり、この取付部材の芯出しも不要
となる。しかも、ターボ回転軸の端部に対して上記排気
タービンを着脱可能に構成しているので、この排気ター
ビンを上記ターボ回転軸から外した状態でターボ回転軸
に軸受を外嵌し、これらをターボチャージャーのハウジ
ング内にセットしてから上記ターボ回転軸の端部に排気
タービンを装着することにより、ターボチャージャーの
組立てが可能である。In the device according to the sixth aspect, since the fluid turbine is formed integrally with the turbo rotary shaft, unlike the case where the both are separate bodies, the mounting for mounting the fluid turbine on the turbo rotary shaft is performed. It is not necessary to provide a member in the middle of the turbo rotary shaft, and centering of this mounting member is also unnecessary. Moreover, since the exhaust turbine is configured to be attachable to and detachable from the end of the turbo rotary shaft, the exhaust turbine is removed from the turbo rotary shaft, and a bearing is externally fitted to the turbo rotary shaft. The turbocharger can be assembled by setting it in the housing of the charger and then mounting the exhaust turbine at the end of the turbo rotary shaft.
【0022】さらに、請求項7記載の装置では、上記タ
ーボ回転軸をアンギュラ玉軸受で支持することにより、
ターボ回転軸のスラスト力をアンギュラ玉軸受で支持で
き、かつ、流体噴射口を持つ流体噴射ケースの対向壁と
上記アンギュラ玉軸受との間に圧縮ばねを介在させるこ
とにより、上記アンギュラ玉軸受の軸方向位置を簡単な
構造で固定できる。しかも、上記対向壁は上記流体噴射
ケースに一体に形成されているため、上記流体噴射口か
ら噴射された作動流体の圧力が上記圧縮ばね及びアンギ
ュラ玉軸受にスラスト力として伝達されず、よって、こ
のスラスト力に起因してアンギュラ玉軸受の回転抵抗が
増大することが避けられる。Further, in the apparatus according to the seventh aspect , the turbo rotary shaft is supported by an angular ball bearing,
The thrust force of the turbo rotary shaft can be supported by the angular ball bearings, and a compression spring is interposed between the facing wall of the fluid injection case having a fluid injection port and the angular ball bearings, whereby the shaft of the angular ball bearings The directional position can be fixed with a simple structure. Moreover, since the opposed wall is formed integrally with the fluid ejection case, the pressure of the working fluid ejected from the fluid ejection port is not transmitted to the compression spring and the angular contact ball bearing as a thrust force. It is possible to avoid an increase in the rotational resistance of the angular ball bearing due to the thrust force.
【0023】さらに、請求項8記載の装置では、上記圧
縮ばねが上記流体噴射ケースよりも上記排気タービンに
近い側に配されている分、この流体噴射ケースと排気タ
ービンとの間により大きな距離が確保され、排気タービ
ンの高熱が流体噴射ケース内の作動流体に影響を与える
度合いがより軽減される。Further, in the apparatus according to the eighth aspect , since the compression spring is arranged closer to the exhaust turbine than the fluid injection case, a larger distance is provided between the fluid injection case and the exhaust turbine. As a result, the degree to which the high heat of the exhaust turbine affects the working fluid in the fluid injection case is further reduced.
【0024】[0024]
【実施例】本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0025】図3に示すエンジン10の各気筒には、吸
気マニホールド12を介して共通吸気管14が接続され
ており、その途中にスロットル弁15、インタクーラー
16、ターボチャージャー(実際には後述のように補助
駆動されるスーパーチャージャーとしての機能も兼ね備
えたターボチャージャー)24、エアクリーナー18等
が設けられている。上記各気筒には排気マニホールド1
9を介して共通排気管20が接続されており、その途中
に上記ターボチャージャー24、排ガス浄化用触媒22
等が設けられている。A common intake pipe 14 is connected to each cylinder of the engine 10 shown in FIG. 3 through an intake manifold 12, and a throttle valve 15, an intercooler 16, a turbocharger (actually described later A turbocharger 24, which also has a function as a supercharger that is auxiliary driven, an air cleaner 18, and the like are provided. Exhaust manifold 1 for each cylinder
A common exhaust pipe 20 is connected to the turbocharger 24 and the exhaust gas purifying catalyst 22 in the middle thereof.
Etc. are provided.
【0026】上記ターボチャージャー24の内部構造を
図4〜図6に示す。このターボチャージャー24は、通
常のターボチャージャーと同様、吸気コンプレッサ26
及び排気タービン28を備えている。吸気コンプレッサ
26はコンプレッサハウジング30に収容され、排気タ
ービン28はタービンハウジング32に収容されてい
る。コンプレッサハウジング30は上記共通吸気管14
の途中に組み込まれ、タービンハウジング32は上記共
通排気管20の途中に組み込まれており、両ハウジング
30,32は略円筒状の本体ハウジング34を介して連
結されている。The internal structure of the turbocharger 24 is shown in FIGS. This turbocharger 24, like a normal turbocharger, has an intake compressor 26.
And an exhaust turbine 28. The intake compressor 26 is housed in the compressor housing 30, and the exhaust turbine 28 is housed in the turbine housing 32. The compressor housing 30 is the common intake pipe 14 described above.
The turbine housing 32 is incorporated in the middle of the common exhaust pipe 20, and the two housings 30 and 32 are connected to each other through a substantially cylindrical main body housing 34.
【0027】ここで、上記吸気コンプレッサ26は、そ
の回転により新気を軸方向に吸入して径方向外側に吐出
するように構成されているのに対し、排気タービン28
は、その回転により排気を径方向外側から吸入して軸方
向に吐出するように構成されている。Here, the intake compressor 26 is constructed so as to suck in fresh air in the axial direction and discharge it to the outside in the radial direction by its rotation, whereas the exhaust turbine 28.
Is configured to suck exhaust gas from the outside in the radial direction and discharge it in the axial direction by the rotation thereof.
【0028】この本体ハウジング34内の中央には、上
記吸気コンプレッサ26と排気タービン28とをつなぐ
ターボ回転軸33が回転可能に収容されている。詳しく
は、このターボ回転軸33の両端に雄ねじ36,38が
形成され、各端部の周囲に吸気コンプレッサ26及び排
気タービン28を嵌めた後、上記雄ねじ36,38にそ
れぞれナット37を螺合することにより、吸気コンプレ
ッサ26及び排気タービン28が着脱可能に装着されて
いる。A turbo rotary shaft 33 connecting the intake compressor 26 and the exhaust turbine 28 is rotatably housed in the center of the main body housing 34. Specifically, male threads 36 and 38 are formed on both ends of the turbo rotary shaft 33, and after the intake compressor 26 and the exhaust turbine 28 are fitted around the respective ends, nuts 37 are screwed onto the male threads 36 and 38, respectively. As a result, the intake compressor 26 and the exhaust turbine 28 are detachably attached.
【0029】本体ハウジング34の内側には、その軸方
向略全域にわたって延びる筒状の軸受ハウジング40が
嵌挿されている。この軸受ハウジング40の内側には、
アンギュラ玉軸受41,42が挿入され、これらアンギ
ュラ玉軸受41,42によって上記ターボ回転軸33が
回転可能に支持されている。Inside the main body housing 34, a cylindrical bearing housing 40 is inserted which extends over substantially the entire axial direction thereof. Inside the bearing housing 40,
Angular ball bearings 41 and 42 are inserted, and the turbo rotary shaft 33 is rotatably supported by the angular ball bearings 41 and 42.
【0030】上記ターボ回転軸33の略中央部位には、
油圧タービン(流体タービン)44が一体形成されてい
る。この油圧タービン44には、径方向外側に突出する
複数のバケット43が周方向に並設され、かつ、これら
のバケット43が軸方向にも2つずつ並べられている。
各バケット43は、その中央部両面43b,43cが周
方向(図1では下方)に略U字状に膨らむ形状を有して
いる。At a substantially central portion of the turbo rotary shaft 33,
A hydraulic turbine (fluid turbine) 44 is integrally formed. In this hydraulic turbine 44, a plurality of buckets 43 projecting outward in the radial direction are arranged side by side in the circumferential direction, and two of these buckets 43 are also arranged in the axial direction.
Each of the buckets 43 has such a shape that both sides 43b and 43c of the central portion thereof bulge in a substantially U shape in the circumferential direction (downward in FIG. 1).
【0031】互いに隣接するバケット43同士は、一方
のバケット43の中間部が他方のバケット43と周方向
に重複するまで近接している。より具体的には、一方の
バケット43の端部43aよりも、これに後続するバケ
ット43において前者のバケット43に対向する面43
bの方が寸法L1だけ先行している。このように各バケ
ット43同士が近接することにより、互いに周方向に隣
接するバケット43同士の間には比較的幅の狭い略W字
状の案内溝39が形成されている。The buckets 43 adjacent to each other are close to each other until the intermediate portion of one bucket 43 overlaps with the other bucket 43 in the circumferential direction. More specifically, the surface 43 of the bucket 43 subsequent to the one end 43a of the one bucket 43, which is opposed to the former bucket 43, in the subsequent bucket 43.
b precedes by the dimension L1. By thus bringing the buckets 43 close to each other, a relatively narrow substantially W-shaped guide groove 39 is formed between the buckets 43 adjacent to each other in the circumferential direction.
【0032】この案内溝39の中央には、後述のように
噴射される作動油の入射方向に沿う方向の傾斜面43d
が形成され、この中央から入射された作動油が案内溝3
9に案内されて入射の向きとほぼ逆の向きに両端から排
出されるようになっている。そして、この両端での排出
方向(すなわち案内溝39の長手方向)は、流体タービ
ンの周方向(図1では上下方向)に対して傾斜してお
り、その傾斜角度θは、15°以上25°以下に設定さ
れている。At the center of the guide groove 39, an inclined surface 43d is formed in a direction along the incident direction of the hydraulic oil to be injected as described later.
Is formed, and the hydraulic oil injected from the center of the guide groove 3
It is guided by 9 and discharged from both ends in a direction substantially opposite to the direction of incidence. The discharge direction at both ends (that is, the longitudinal direction of the guide groove 39) is inclined with respect to the circumferential direction of the fluid turbine (vertical direction in FIG. 1), and the inclination angle θ is 15 ° or more and 25 ° or more. It is set below.
【0033】この油圧タービン44の周囲には、作動油
噴射ケース46が設けられている。この流体噴射ケース
46は、コンプレッサ側部材47とタービン側部材48
とで構成され、全体が上記軸受ハウジング40内に嵌挿
されている。タービン側部材48の中央外周部には、作
動油供給溝45が全周にわたって形成され、この作動油
供給溝45と油圧タービン44とを連通する作動油噴射
口(流体噴射口)49が周方向に複数個形成されてい
る。この作動油噴射口49の個数に対する上記油圧ター
ビン44における一列のバケット43の個数の比は、後
に詳細に記すように1.6以上2.0以下であることが
望ましく、図例では、(バケット数)/(ノズル数)=
12/7≒1.7とされている。A hydraulic oil injection case 46 is provided around the hydraulic turbine 44. The fluid injection case 46 includes a compressor side member 47 and a turbine side member 48.
And is entirely inserted into the bearing housing 40. A hydraulic oil supply groove 45 is formed around the entire circumference of the central portion of the turbine-side member 48, and a hydraulic oil injection port (fluid injection port) 49 that connects the hydraulic oil supply groove 45 and the hydraulic turbine 44 is circumferentially formed. A plurality of them are formed. The ratio of the number of buckets 43 in a row in the hydraulic turbine 44 to the number of hydraulic oil injection ports 49 is preferably 1.6 or more and 2.0 or less as will be described later in detail. Number) / (number of nozzles) =
It is set as 12 / 7≈1.7.
【0034】上記作動油供給溝45内には、本体ハウジ
ング34及び軸受ハウジング40を径方向に貫く作動油
供給ノズル52の先端部が臨んでおり、この作動油供給
ノズル52には作動油供給ポート50が接続されてい
る。これら作動油供給ノズル52及び作動油供給ポート
50は本体ハウジング34に固定されており、よって、
上記作動油供給ノズル52が挿入された作動油噴射ケー
ス46の位置も固定されている。In the hydraulic oil supply groove 45, a tip end of a hydraulic oil supply nozzle 52 that penetrates the main body housing 34 and the bearing housing 40 in the radial direction faces, and the hydraulic oil supply nozzle 52 has a hydraulic oil supply port. 50 is connected. The hydraulic oil supply nozzle 52 and the hydraulic oil supply port 50 are fixed to the main body housing 34.
The position of the hydraulic oil injection case 46 in which the hydraulic oil supply nozzle 52 is inserted is also fixed.
【0035】上記作動油噴射ケース46において、上記
油圧タービン44の左右両外側の位置には、作動油排出
溝54が形成され、この作動油排出溝54には、タービ
ン側部材48、軸受ハウジング40、及び本体ハウジン
グ34に連ねて形成された作動油排出路56が通じてお
り、この作動油排出路56に作動油排出管58が接続さ
れている。作動油排出路56の途中には弁座60が形成
され、かつ、この弁座60に全周にわたり接触するボー
ル(弁体)62が収容されており、このボール62と上
記作動油排出管58との間に圧縮ばね64が介設されて
いる。そして、作動油が噴射されていない状態では、上
記圧縮ばね64の弾発力により上記ボール62が上記弁
座60に押付けられて閉弁する一方、作動油の噴射圧力
が一定以上になると上記ボール62が上記圧縮ばね64
の弾発力に抗して上記弁座60から離れ、開弁するよう
になっている。In the hydraulic oil injection case 46, hydraulic oil discharge grooves 54 are formed at positions on the left and right sides of the hydraulic turbine 44, and the turbine side member 48 and the bearing housing 40 are formed in the hydraulic oil discharge grooves 54. , And a hydraulic oil discharge path 56 formed so as to be continuous with the main body housing 34, and a hydraulic oil discharge pipe 58 is connected to the hydraulic oil discharge path 56. A valve seat 60 is formed in the middle of the hydraulic oil discharge path 56, and a ball (valve body) 62 that is in contact with the valve seat 60 over the entire circumference is housed. The ball 62 and the hydraulic oil discharge pipe 58 are accommodated. A compression spring 64 is provided between Then, in a state where the hydraulic oil is not injected, the ball 62 is pressed against the valve seat 60 by the elastic force of the compression spring 64 to close the valve, while the ball 62 is pressed when the injection pressure of the hydraulic oil exceeds a certain level. 62 is the compression spring 64
The valve is opened apart from the valve seat 60 against the resilience of the valve.
【0036】上記タービン側部材48には、排気タービ
ン側のアンギュラ玉軸受41と対向する対向壁48aが
一体に形成され、この対向壁48aの内側に、上記作動
油排出溝54が形成されている。そして、上記対向壁4
8aとアンギュラ玉軸受41との間にプレート70及び
圧縮ばね72が挿入され、この圧縮ばね72の弾発力に
よって、アンギュラ玉軸受41の軸方向位置が、上記排
気タービン28と接触する位置に固定されている。ま
た、コンプレッサ側部材47とアンギュラ玉軸受42と
の間にはスペーサ66が介設され、その軸方向位置がス
ナップリング68で固定されており、上記アンギュラ玉
軸受42と吸気コンプレッサ26との間にはスペーサ2
7が介在している。The turbine side member 48 is integrally formed with a facing wall 48a facing the angular contact ball bearing 41 on the exhaust turbine side, and the working oil discharge groove 54 is formed inside the facing wall 48a. . Then, the facing wall 4
The plate 70 and the compression spring 72 are inserted between the 8a and the angular ball bearing 41, and the elastic force of the compression spring 72 fixes the axial position of the angular ball bearing 41 to the position where it contacts the exhaust turbine 28. Has been done. A spacer 66 is provided between the compressor-side member 47 and the angular ball bearing 42, and its axial position is fixed by a snap ring 68. The spacer 66 is interposed between the angular ball bearing 42 and the intake compressor 26. Is spacer 2
7 intervenes.
【0037】図3に戻って、エンジン10のクランク軸
102には、駆動伝達機構104、及びポンプクラッチ
106を介して油圧ポンプ108が連結されている。こ
の実施例では、油圧ポンプ108に可変容量ポンプが用
いられており、この油圧ポンプ108は調圧弁110を
介して上記作動油供給ポート50に接続されている。油
圧ポンプ108は、上記クランク軸102の駆動力を受
けて作動し、上記エンジン10内の潤滑油を作動油とし
て上記調圧弁110を介し作動油供給ポート50に圧送
するように構成されている。Returning to FIG. 3, a hydraulic pump 108 is connected to the crankshaft 102 of the engine 10 via a drive transmission mechanism 104 and a pump clutch 106. In this embodiment, a variable displacement pump is used as the hydraulic pump 108, and the hydraulic pump 108 is connected to the hydraulic oil supply port 50 via a pressure regulating valve 110. The hydraulic pump 108 operates by receiving the driving force of the crankshaft 102, and pumps the lubricating oil in the engine 10 as hydraulic oil to the hydraulic oil supply port 50 via the pressure regulating valve 110.
【0038】このエンジンは、スロットル弁15のスロ
ットル開度θを検出するスロットルセンサ116、エン
ジン回転数Neを検出するエンジン回転数センサ11
7、吸気管内圧力を検出するエンジン吸気管ブーストセ
ンサ118等を備え、これらのセンサ類がECU(コン
トロールユニット)120に接続されている。このEC
U120は、エンジンの回転数や加速状態に応じて上記
ポンプクラッチ106のオンオフ制御を行うように構成
されている。This engine includes a throttle sensor 116 for detecting the throttle opening θ of the throttle valve 15 and an engine speed sensor 11 for detecting the engine speed Ne.
7. An engine intake pipe boost sensor 118 for detecting the pressure in the intake pipe is provided, and these sensors are connected to an ECU (control unit) 120. This EC
The U120 is configured to perform on / off control of the pump clutch 106 according to the engine speed and the acceleration state.
【0039】次に、この装置の作用を説明する。Next, the operation of this device will be described.
【0040】まず、エンジンの低回転加速時にポンプク
ラッチ106がオンに切換えられることにより、油圧ポ
ンプ108が作動し、エンジン10内の潤滑油が調圧弁
110で一定圧力に調圧された後にターボチャージャー
24の作動油供給ポート50に供給される。この作動油
は、作動油供給ノズル52及び作動油供給溝45を通っ
て各作動油噴射口49から油圧タービン44に向かって
略周方向に噴射され、これにより油圧タービン44と一
体にターボ回転軸33が補助回転駆動される。First, when the pump clutch 106 is switched on during low-speed acceleration of the engine, the hydraulic pump 108 operates, and the lubricating oil in the engine 10 is regulated to a constant pressure by the pressure regulating valve 110 and then the turbocharger. 24 is supplied to the hydraulic oil supply port 50. The hydraulic oil is injected from the hydraulic oil injection ports 49 through the hydraulic oil supply nozzle 52 and the hydraulic oil supply groove 45 toward the hydraulic turbine 44 in a substantially circumferential direction, whereby the hydraulic turbine 44 and the turbo rotating shaft are integrated. 33 is driven for auxiliary rotation.
【0041】詳しくは、上記作動油が左右のバケット4
3同士の間の位置(すなわち、案内溝39の中央位置)
に噴射され、この作動油は傾斜面43dに沿って上記案
内溝39内に導入され、この案内溝39に案内されなが
ら上記入射の向きとほぼ逆の向き(厳密には傾斜角度θ
だけ傾いた向き)にタービン両側から排出される。この
作動油の反転の際にそのエネルギーが各バケット43に
伝達され、補助駆動が実現される。More specifically, the hydraulic oil is supplied to the left and right buckets 4
Position between three (that is, central position of guide groove 39)
Is injected into the guide groove 39 along the inclined surface 43d, and while being guided by the guide groove 39, it is in a direction substantially opposite to the direction of incidence (strictly speaking, the inclination angle θ
It is discharged from both sides of the turbine in a tilted direction). When the hydraulic oil is inverted, the energy is transmitted to each bucket 43, and the auxiliary drive is realized.
【0042】ターボ回転軸33の回転に伴い、吸気コン
プレッサ26は吸気を軸方向に吸入して径方向外側に吐
出し、排気タービン28は排気を径方向外側から吸入し
て軸方向に吐出する。このようにして補助駆動による過
給が進み、エンジン回転数が一定以上まで上昇すると、
ECU120はクラッチ106を切離し、補助駆動を停
止させる。この状態からは、通常通り、排気タービン2
8が受ける排気エネルギーでターボ回転軸33が回転駆
動され、このターボ回転軸33に連結されているコンプ
レッサ26によって過給が進められる。With the rotation of the turbo rotary shaft 33, the intake compressor 26 sucks intake air in the axial direction and discharges it to the outside in the radial direction, and the exhaust turbine 28 sucks exhaust gas from the outside in the radial direction and discharges it in the axial direction. In this way, when supercharging by auxiliary drive progresses and the engine speed rises above a certain level,
The ECU 120 disengages the clutch 106 to stop the auxiliary drive. From this state, as usual, the exhaust turbine 2
The turbo rotary shaft 33 is rotationally driven by the exhaust energy received by 8, and supercharging is advanced by the compressor 26 connected to the turbo rotary shaft 33.
【0043】このような装置によれば、次の効果を得る
ことができる。According to such a device, the following effects can be obtained.
【0044】a)従来の装置では、各バケット43同士
が全く重複しない程度までバケット43同士が離間して
いたのに対し、上記装置では、各バケット43が互いに
周方向にオーバーラップするまで近接しているため、各
バケット43同士の間に小幅の案内溝39が形成された
状態となっている。このため、この流体タービン44に
噴射された作動油を、上記案内溝44により確実に案内
して反転でき、この作動油のもつエネルギーをより効率
良く流体タービン44及びターボ回転軸33に伝達でき
る。A) In the conventional device, the buckets 43 are separated from each other to the extent that they do not overlap at all, whereas in the above device, the buckets 43 are close to each other until they overlap each other in the circumferential direction. Therefore, the narrow guide groove 39 is formed between the buckets 43. Therefore, the working oil injected into the fluid turbine 44 can be reliably guided and reversed by the guide groove 44, and the energy of the working oil can be more efficiently transmitted to the fluid turbine 44 and the turbo rotary shaft 33.
【0045】b)上記案内溝39からの作動油の排出方
向が流体タービン44の周方向にほぼ合致するまで作動
油の流れ方向を完全に反転させてしまうと、各案内溝3
9から排出された作動油がこれに隣接するバケット43
に当たってしまい、却って駆動能率を下げるおそれがあ
るが、上記装置では、上記作動油の排出方向を流体ター
ビンの周方向に対して角度θ(15°≦θ≦25°)だ
け傾斜させているので、最低限、上記排出作動油が他の
バケット43に当たるおそれをなくしながら、作動油排
出の向きを入射方向と逆の向きに近づけることができ、
これにより流体タービンの駆動効率を向上させることが
できる。B) If the flow direction of the hydraulic oil is completely reversed until the discharge direction of the hydraulic oil from the guide groove 39 substantially coincides with the circumferential direction of the fluid turbine 44, each guide groove 3
The hydraulic oil discharged from 9 is the bucket 43 adjacent to the hydraulic oil.
However, in the above device, since the discharge direction of the working oil is inclined by the angle θ (15 ° ≦ θ ≦ 25 °) with respect to the circumferential direction of the fluid turbine, At a minimum, the discharged hydraulic oil can be made to approach the direction opposite to the incident direction while eliminating the risk of hitting the other bucket 43.
As a result, the drive efficiency of the fluid turbine can be improved.
【0046】c)バケット43をターボ回転軸33の軸
方向にも2つ並べ、周方向に隣接するバケット43同士
の間に略W字状の案内溝39を形成して、この案内溝3
9の中央位置に上記作動油の入射位置を設定しているの
で、バケット43が一列の場合よりもさらに駆動効率を
上げることができる。しかも、案内溝39に入射した作
動油をほぼ均等に左右に分散できるので、この作動油の
入射に起因して流体タービンに発生するスラスト荷重が
大幅に減り、アンギュラ玉軸受41,42等の負担を軽
減できる。さらに、各案内溝39の中央部に、上記作動
油の入射方向に沿う傾斜面43dを形成しているので、
上記作動油をより円滑に案内溝39内に導入して効率を
高めることができる。C) Two buckets 43 are arranged in the axial direction of the turbo rotary shaft 33, and a substantially W-shaped guide groove 39 is formed between the buckets 43 adjacent to each other in the circumferential direction.
Since the incident position of the hydraulic oil is set at the center position of 9, the driving efficiency can be further improved as compared with the case where the buckets 43 are in one line. Moreover, since the hydraulic oil that has entered the guide groove 39 can be substantially evenly distributed to the left and right, the thrust load that is generated in the fluid turbine due to the injection of this hydraulic oil is greatly reduced, and the angular ball bearings 41, 42, etc. are burdened. Can be reduced. Further, since the inclined surface 43d along the incident direction of the hydraulic oil is formed in the center of each guide groove 39,
The hydraulic oil can be introduced into the guide groove 39 more smoothly to improve efficiency.
【0047】d)作動油噴射口49の個数に対する一列
のバケット43の個数の比(以下、単に「個数比」と称
する。)を1.6以上2.0以下としているので、これ
により効率を向上できる。D) The ratio of the number of buckets 43 in a row to the number of hydraulic oil injection ports 49 (hereinafter, simply referred to as "number ratio") is set to 1.6 or more and 2.0 or less. Can be improved.
【0048】その理由を以下に説明する。まず、作動油
の噴射速度と流体タービン44の周速との関係について
考察する。極端な例として、両速度が全く等しい場合に
は、流体タービン44への作動油の相対入射速度は0と
なり、実質上補助駆動は行われないことになる。これに
対し、オイルが速度vで噴射され、ターボ回転軸及び流
体タービンが周速v/2で回転している場合、流体ター
ビンに対するオイルの相対入射速度はv−(v/2)=
v/2であり、従って、上記オイルが上記羽根で完全に
リターンして逆向きに同じ相対速度(v/2)で排出さ
れたとすると、その絶対排出速度(静止系から見た速
度)は0となる。すなわち、オイルの運動エネルギーが
ほぼ完全に補助駆動に利用されたことになり、効率は最
も良くなる。The reason will be described below. First, the relationship between the injection speed of hydraulic oil and the peripheral speed of the fluid turbine 44 will be considered. As an extreme example, when the two speeds are exactly the same, the relative incident speed of the hydraulic oil to the fluid turbine 44 becomes 0, and the auxiliary drive is substantially not performed. On the other hand, when the oil is injected at the speed v and the turbo rotating shaft and the fluid turbine are rotating at the peripheral speed v / 2, the relative incident speed of the oil to the fluid turbine is v- (v / 2) =
v / 2, and therefore, if the oil is completely returned by the vanes and discharged in the opposite direction at the same relative speed (v / 2), its absolute discharge speed (speed seen from the stationary system) is 0. Becomes That is, the kinetic energy of the oil is almost completely utilized for the auxiliary drive, and the efficiency is the highest.
【0049】このような速度条件の下で、最も効率のよ
い個数比を求めることとする。極端な例として、上記個
数比が著しく大きい場合(例えば作動油噴射口49が1
個の場合)には、噴射された作動油が全く当たらないバ
ケット43が多数存在することになり、このバケット4
3はただの撹拌抵抗となるだけで却って駆動効率を下げ
てしまう。一方、図7(a)に示すように、噴射数(作
動油噴射口49の数;図7(a)の矢印の数)とバケッ
ト43の個数とが等しい場合、すなわち上記個数比が1
の場合は、たとえ油圧タービン44が周速v/2で回転
していても、一つのバケット43に複数の作動油噴射口
49からの噴射作動油が同時に当たることになり、これ
らの作動油同士が干渉して却って効率が低下することに
なる。Under such a speed condition, the most efficient number ratio will be obtained. As an extreme example, when the number ratio is extremely large (for example, when the hydraulic oil injection port 49 is 1
(In the case of one), there are a large number of buckets 43 to which the injected hydraulic oil does not hit at all.
No. 3 is just a stirring resistance and rather reduces the driving efficiency. On the other hand, as shown in FIG. 7A, when the number of injections (the number of hydraulic oil injection ports 49; the number of arrows in FIG. 7A) is equal to the number of buckets 43, that is, the number ratio is 1
In the case of 1, even if the hydraulic turbine 44 is rotating at the peripheral speed v / 2, one bucket 43 is simultaneously hit with the injected hydraulic oil from the plurality of hydraulic oil injection ports 49. Interferes with each other, which in turn reduces efficiency.
【0050】これに対し、上記個数比が2の場合、すな
わち、作動油噴射口49の数がバケット43の数の半分
の場合、作動油噴射口49同士の間隔はバケット43同
士の間隔の2倍となるため、油圧タービン44の周速が
作動油噴射速度vの半分v/2である場合(すなわち、
油圧タービン44に対する作動油の相対入射速度がv/
2である場合)、一の作動油噴射口49から噴射された
作動油がバケット43に当たっている状態で、上記作動
油噴射口49より後方の作動油噴射口49から噴射され
た作動油は上記バケット43に届かず、よって、同時に
2つの作動油噴射口49からの作動油が一つのバケット
43に当たることがない。しかも、各バケット43がそ
れまで作動油を受けていた作動油噴射口49から離れた
後は、直ちに次の作動油噴射口49からの作動油が上記
バケット43に当たるため、各バケット43にはほぼ常
時作動油が当たっていることになる。従って、理論上
は、個数比が2の状態で駆動効率は最大になる。On the other hand, when the number ratio is 2, that is, when the number of the hydraulic oil injection ports 49 is half the number of the buckets 43, the interval between the hydraulic oil injection ports 49 is 2 times the interval between the buckets 43. Therefore, when the peripheral speed of the hydraulic turbine 44 is half v / 2 of the hydraulic oil injection speed v (that is,
The relative incident velocity of the hydraulic oil to the hydraulic turbine 44 is v /
2), the hydraulic oil injected from one hydraulic oil injection port 49 hits the bucket 43, and the hydraulic oil injected from the hydraulic oil injection port 49 behind the hydraulic oil injection port 49 is the bucket oil. Therefore, the hydraulic oil from the two hydraulic oil injection ports 49 does not hit one bucket 43 at the same time. Moreover, after each bucket 43 is separated from the hydraulic oil injection port 49 that has received the hydraulic oil until then, the hydraulic oil from the next hydraulic oil injection port 49 immediately hits the bucket 43, so that each bucket 43 is almost It means that the hydraulic oil is constantly in contact. Therefore, theoretically, the driving efficiency becomes maximum when the number ratio is 2.
【0051】ただし、実際には、油圧タービン44表面
での摩擦抵抗等に起因して、作動油の排出速度は入射速
度よりも若干低くなり、その分作動油噴射速度vを高く
設定する必要があるので、上記個数比が約1.8で最も
効率は高くなる。従って、この個数比は1.8を中心と
して1.6以上2.0以下の範囲に設定するのが望まし
い。However, in practice, due to the frictional resistance on the surface of the hydraulic turbine 44, the discharge speed of the hydraulic oil is slightly lower than the incident speed, and the hydraulic oil injection speed v must be set higher accordingly. Therefore, the efficiency is highest when the number ratio is about 1.8. Therefore, it is desirable to set this number ratio in the range of 1.6 or more and 2.0 or less centering on 1.8.
【0052】なお、上記のように油圧タービン44の周
速が作動油噴射速度vの約1/2となる状態(すなわち
最も効率のよい状態)を有効に活用する制御方法として
は、例えば次のようなものが挙げられる。As a control method for effectively utilizing the above-described state in which the peripheral speed of the hydraulic turbine 44 is about 1/2 of the hydraulic oil injection speed v (that is, the most efficient state), for example, Something like this.
【0053】作動油噴射速度を一定に定め、加速初期
で上記状態が出現するように上記作動油噴射速度を設定
する。The hydraulic oil injection speed is fixed, and the hydraulic oil injection speed is set so that the above state appears at the initial stage of acceleration.
【0054】加速を開始してからの油圧タービン44
の周速の変化を予測しておき、作動油噴射速度vが常に
上記予測した油圧タービン44の周速の2倍となるよう
に、時間経過とともに作動油噴射速度vを増大させる。
この作動油噴射速度vは、可変容量ポンプである油圧ポ
ンプ108の吐出容量を変えることにより制御可能であ
る。Hydraulic turbine 44 after acceleration is started
Of the peripheral speed of the hydraulic oil is predicted, and the hydraulic oil injection speed v is increased with time so that the hydraulic oil injection speed v is always twice the predicted peripheral speed of the hydraulic turbine 44.
This hydraulic oil injection speed v can be controlled by changing the discharge capacity of the hydraulic pump 108 which is a variable capacity pump.
【0055】加速時に油圧タービン44の周速をリア
ルタイムで検出し、この検出した周速の2倍に作動油噴
射速度vを保つように、この作動油噴射速度vを制御す
る。The peripheral speed of the hydraulic turbine 44 is detected in real time during acceleration, and the hydraulic oil injection speed v is controlled so as to maintain the hydraulic oil injection speed v at twice the detected peripheral speed.
【0056】e)油圧タービン44をターボ回転軸33
に一体に形成しているので、両者が別体の場合と異な
り、上記油圧タービン44を上記ターボ回転軸33に取
付けるための取付部材をターボ回転軸33の途中に設け
る必要がなくなり、この取付部材の芯出し作業が不要と
なる。しかも、ターボ回転軸33の端部に対して上記排
気タービン28を着脱可能に構成しているので、上記の
ように油圧タービン44を一体形成しても、排気タービ
ン28を上記ターボ回転軸33から外した状態で、ター
ボ回転軸33の周囲にアンギュラ玉軸受42、スペーサ
66、スナップリング68、作動油噴射ケース46、圧
縮ばね40、プレート70、及びアンギュラ玉軸受41
を配し、かつ、軸受ハウジング40内にセットしてか
ら、上記ターボ回転軸33の端部に排気タービン28を
装着することにより、ターボチャージャー24の組立て
が可能である。E) The hydraulic turbine 44 is attached to the turbo rotary shaft 33.
Since they are integrally formed with each other, it is not necessary to provide a mounting member for mounting the hydraulic turbine 44 to the turbo rotary shaft 33 in the middle of the turbo rotary shaft 33, unlike the case where both are separate bodies. No need for centering work. Moreover, since the exhaust turbine 28 is detachably attached to the end portion of the turbo rotary shaft 33, the exhaust turbine 28 is separated from the turbo rotary shaft 33 even if the hydraulic turbine 44 is integrally formed as described above. In the removed state, the angular contact ball bearing 42, the spacer 66, the snap ring 68, the hydraulic oil injection case 46, the compression spring 40, the plate 70, and the angular contact ball bearing 41 around the turbo rotary shaft 33.
The turbocharger 24 can be assembled by mounting the exhaust turbine 28 on the end portion of the turbo rotary shaft 33 after arranging the components in the bearing housing 40.
【0057】f)上記ターボ回転軸33に作用するスラ
スト力をアンギュラ玉軸受41,42で支持でき、か
つ、作動油噴射ケース46の対向壁48aとアンギュラ
玉軸受41との間に圧縮ばね72を介在させることによ
り、上記アンギュラ玉軸受41の軸方向位置を簡単な構
造で固定できる。しかも、上記対向壁48aは上記作動
油噴射ケース46に一体に形成されているため、この作
動油噴射ケース46内において作動油排出溝54に排出
された作動油の圧力が上記圧縮ばね72及びアンギュラ
玉軸受41に伝達されることがない。このため、上記圧
力に起因してアンギュラ玉軸受41にスラスト力が作用
することが無く、このスラスト力に起因してアンギュラ
玉軸受41の回転抵抗が増大することもない。F) The thrust force acting on the turbo rotary shaft 33 can be supported by the angular ball bearings 41, 42, and the compression spring 72 is provided between the opposing wall 48a of the hydraulic oil injection case 46 and the angular ball bearing 41. By interposing it, the axial position of the angular ball bearing 41 can be fixed with a simple structure. Moreover, since the opposed wall 48a is formed integrally with the hydraulic oil injection case 46, the pressure of the hydraulic oil discharged to the hydraulic oil discharge groove 54 in the hydraulic oil injection case 46 is the same as that of the compression spring 72 and the angular contact. It is not transmitted to the ball bearing 41. Therefore, the thrust force does not act on the angular ball bearing 41 due to the pressure, and the rotational resistance of the angular ball bearing 41 does not increase due to the thrust force.
【0058】g)上記圧縮ばね72を上記流体噴射ケー
ス46よりも上記排気タービン28に近い側に配してい
るので、その分、作動油噴射ケース46と排気タービン
28との間により大きな距離を確保できる。このため、
排気タービン28の高熱が作動油噴射ケース46内の作
動油に与える悪影響をより軽減できる。G) Since the compression spring 72 is arranged on the side closer to the exhaust turbine 28 than the fluid injection case 46, a larger distance is provided between the hydraulic oil injection case 46 and the exhaust turbine 28 accordingly. Can be secured. For this reason,
The adverse effect of high heat of the exhaust turbine 28 on the hydraulic oil in the hydraulic oil injection case 46 can be further reduced.
【0059】なお、図1において、案内溝39の幅が狭
すぎると、作動油噴射口49から噴射された作動油を全
て案内溝39内に受け入れることが不可能となるため、
実際は、案内溝39の左右片側の部分の作動油流路断面
積が作動油供給ノズル49の断面積の1/2以上(好ま
しくは1/2以上で1以下)となるように、案内溝39
の幅を設定するのがよい。In FIG. 1, if the width of the guide groove 39 is too narrow, it becomes impossible to receive all the hydraulic oil injected from the hydraulic oil injection port 49 into the guide groove 39.
In practice, the guide groove 39 is arranged so that the cross-sectional area of the hydraulic fluid passages on the left and right sides of the guide groove 39 is 1/2 or more (preferably 1/2 or more and 1 or less) of the cross-sectional area of the hydraulic oil supply nozzle 49.
It is better to set the width of.
【0060】また、上記実施例では、バケット43を軸
方向に2つ並べたものを示したが、バケット43を軸方
向については一つのみ配し、このバケット43の一方の
端部へ作動油を噴射するようにしても、ターボ回転軸3
3の補助駆動は可能である。In the above embodiment, two buckets 43 are arranged in the axial direction, but only one bucket 43 is arranged in the axial direction, and one end of the bucket 43 is filled with hydraulic oil. The turbo rotating shaft 3
Auxiliary drive of 3 is possible.
【0061】[0061]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば次の効果
を得ることができる。As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
【0062】請求項1記載の装置は、互いに周方向に隣
接するバケット同士がオーバーラップするまで各バケッ
ト同士を近接させ、これによって各バケット同士の間に
U字状の案内溝が形成したものであるので、この流体タ
ービンに噴射された作動流体を上記案内溝により確実に
入射の向きとほぼ逆の向きに反転させて排出でき、これ
により、作動流体のもつエネルギーを効率良く流体ター
ビン及びターボ回転軸の補助駆動に利用できる効果があ
る。According to the apparatus of claim 1, the buckets are brought close to each other until the buckets circumferentially adjacent to each other overlap each other, whereby a U-shaped guide groove is formed between the buckets. Therefore, the working fluid injected into this fluid turbine can be reliably inverted by the guide groove in the direction substantially opposite to the direction of incidence, and discharged, which allows the energy of the working fluid to be efficiently transferred to the fluid turbine and turbo rotation. There is an effect that can be used for auxiliary drive of the shaft.
【0063】ここで、請求項2記載の装置では、上記作
動流体の排出方向を流体タービンの周方向に対して15
°以上25°以下だけ傾斜させているので、上記排出作
動流体が他のバケットに当たるのを防げる範囲で、作動
流体の排出方向を流体タービンの周方向に近づけること
ができ、これにより、駆動効率をさらに向上させること
ができる効果がある。Here, in the apparatus according to the second aspect, the discharge direction of the working fluid is 15 with respect to the circumferential direction of the fluid turbine.
Since it is inclined by at least 25 ° but not more than 25 °, the discharge direction of the working fluid can be brought close to the circumferential direction of the fluid turbine within a range in which the discharged working fluid can be prevented from hitting another bucket, thereby improving the driving efficiency. There is an effect that it can be further improved.
【0064】さらに、請求項3記載の装置では、上記バ
ケットをターボ回転軸の軸方向に2つ並べて上記案内溝
を略W字状とし、この案内溝の中央位置に上記作動流体
の入射位置を設定しているので、バケットが一列の場合
よりもさらに駆動効率を上げることができ、しかも、案
内溝の中央に入射された作動流体をほぼ均等に左右に分
散させることができるため、この作動流体の入射に起因
して流体タービンに発生するスラスト荷重を大幅に削減
し、軸受等の負担を軽減できる効果がある。Further, in the apparatus according to the third aspect, two of the buckets are arranged in the axial direction of the turbo rotary shaft so that the guide groove has a substantially W shape, and the incident position of the working fluid is at the center position of the guide groove. Since the setting is made, the driving efficiency can be further improved as compared with the case where the buckets are in a single row, and the working fluid incident on the center of the guide groove can be evenly distributed right and left. The thrust load generated in the fluid turbine due to the incidence of is greatly reduced, and the load on the bearing and the like can be reduced.
【0065】また、請求項4記載の装置では、上記案内
溝の中央部に、上記作動流体の入射方向に沿う傾斜面を
形成しているので、上記作動流体をより円滑に案内溝内
に導入でき、これにより駆動効率をさらに高めることが
できる効果がある。Further, in the apparatus according to the fourth aspect, since the inclined surface along the incident direction of the working fluid is formed in the central portion of the guide groove, the working fluid can be introduced into the guide groove more smoothly. Therefore, there is an effect that the driving efficiency can be further improved.
【0066】請求項5,9記載の装置では、流体噴射口
を周方向に複数個並設するとともに、この流体噴射口の
個数に対する上記バケットの個数の比を1.6以上2.
0以下に設定したものであるので、最も駆動効率が良い
速度状態(作動流体の噴射速度に対する流体タービンの
周速の比がほぼ1/2の状態)で、一つのバケットに複
数の流体噴射口から作動流体が当たるのを防ぎながら、
各バケットにほぼ常時作動油を当てることができ、これ
により流体タービン及びターボ回転軸をより効率良く補
助駆動できる効果がある。In the apparatus according to claims 5 and 9 , a plurality of fluid ejection ports are arranged side by side in the circumferential direction, and the ratio of the number of buckets to the number of fluid ejection ports is 1.6 or more.2.
Since it is set to 0 or less, a plurality of fluid injection ports are provided in one bucket in the speed state in which the driving efficiency is the best (the ratio of the peripheral speed of the fluid turbine to the injection speed of the working fluid is approximately 1/2). While preventing the working fluid from hitting,
Since it is possible to apply the hydraulic oil to each bucket almost constantly, this has the effect of assisting the fluid turbine and the turbo rotary shaft more efficiently.
【0067】請求項6記載の装置では、上記流体タービ
ンを上記ターボ回転軸に一体に形成しているため、両者
が別体の場合と異なり、上記流体タービンを上記ターボ
回転軸に取付けるための取付部材をターボ回転軸の途中
に設ける必要がなくなり、この取付部材の芯出しも不要
となる。しかも、ターボ回転軸の端部に対して上記排気
タービンを着脱可能に構成しているので、この排気ター
ビンを上記ターボ回転軸から外した状態でターボ回転軸
に軸受を外嵌し、これらをターボチャージャーのハウジ
ング内にセットしてから上記ターボ回転軸の端部に排気
タービンを装着することにより、ターボチャージャーの
組立てを可能にできる。In the apparatus according to the sixth aspect, since the fluid turbine is formed integrally with the turbo rotary shaft, unlike the case where the two are separate bodies, the mounting for mounting the fluid turbine on the turbo rotary shaft is performed. It is not necessary to provide a member in the middle of the turbo rotary shaft, and centering of this mounting member is also unnecessary. Moreover, since the exhaust turbine is configured to be attachable to and detachable from the end of the turbo rotary shaft, the exhaust turbine is removed from the turbo rotary shaft, and a bearing is externally fitted to the turbo rotary shaft. The turbocharger can be assembled by setting it in the housing of the charger and then mounting the exhaust turbine at the end of the turbo rotary shaft.
【0068】さらに、請求項7記載の装置では、上記タ
ーボ回転軸をアンギュラ玉軸受で支持することにより、
ターボ回転軸のスラスト力をアンギュラ玉軸受で支持で
き、かつ、流体噴射口を持つ流体噴射ケースの対向壁と
上記アンギュラ玉軸受との間に圧縮ばねを介在させるこ
とにより、上記アンギュラ玉軸受の軸方向位置を簡単な
構造で固定できる。しかも、上記対向壁は上記流体噴射
ケースに一体に形成されているため、上記流体噴射口か
ら噴射された作動流体の圧力が上記圧縮ばね及びアンギ
ュラ玉軸受に伝達されず、よって、この圧力に起因して
アンギュラ玉軸受の回転抵抗が増大するのを避けること
ができる効果がある。Further, in the apparatus according to the seventh aspect , by supporting the turbo rotary shaft with an angular ball bearing,
The thrust force of the turbo rotary shaft can be supported by the angular ball bearings, and a compression spring is interposed between the facing wall of the fluid injection case having a fluid injection port and the angular ball bearings, whereby the shaft of the angular ball bearings The directional position can be fixed with a simple structure. Moreover, since the opposing wall is formed integrally with the fluid ejection case, the pressure of the working fluid ejected from the fluid ejection port is not transmitted to the compression spring and the angular contact ball bearing, so that this pressure causes As a result, it is possible to avoid an increase in the rotational resistance of the angular ball bearing.
【0069】さらに、請求項8記載の装置では、上記圧
縮ばねを上記流体噴射ケースよりも上記排気タービンに
近い側に配しているため、その分、この流体噴射ケース
と排気タービンとの間により大きな距離を確保でき、排
気タービンの高熱が流体噴射ケース内の作動流体に影響
を与える度合いをより軽減できる効果がある。Further, in the device according to the eighth aspect , since the compression spring is arranged on the side closer to the exhaust turbine than the fluid injection case, the space between the fluid injection case and the exhaust turbine is correspondingly increased. A large distance can be secured, and the degree to which the high heat of the exhaust turbine affects the working fluid in the fluid injection case can be further reduced.
【図1】本発明の一実施例におけるターボチャージャー
に設けられた流体タービンのバケット形状を示す正面図
である。FIG. 1 is a front view showing a bucket shape of a fluid turbine provided in a turbocharger according to an embodiment of the present invention.
【図2】上記流体タービンの断面側面図である。FIG. 2 is a sectional side view of the fluid turbine.
【図3】上記ターボチャージャーを備えたエンジンの全
体構成図である。FIG. 3 is an overall configuration diagram of an engine including the turbocharger.
【図4】上記ターボチャージャーの断面正面図である。FIG. 4 is a sectional front view of the turbocharger.
【図5】上記ターボチャージャーの要部を示す断面正面
図である。FIG. 5 is a sectional front view showing a main part of the turbocharger.
【図6】上記ターボチャージャーの要部を示す断面側面
図である。FIG. 6 is a sectional side view showing a main part of the turbocharger.
【図7】(a)は流体タービンのバケット数に対する作
動油供給ノズルの個数の比を1に設定した例を示す説明
図、(b)は流体タービンのバケット数に対する作動油
供給ノズルの個数の比を2に設定した例を示す説明図で
ある。FIG. 7A is an explanatory view showing an example in which the ratio of the number of hydraulic oil supply nozzles to the number of buckets of the fluid turbine is set to 1, and FIG. 7B shows the number of hydraulic oil supply nozzles to the number of buckets of the fluid turbine. It is explanatory drawing which shows the example which set the ratio to 2.
10 エンジン 24 ターボチャージャー 26 吸気コンプレッサ 28 排気タービン 33 ターボ回転軸 34 本体ハウジング 39 案内溝 40 軸受ハウジング 41,42 アンギュラ玉軸受 43 バケット 43d 傾斜面 44 油圧タービン(流体タービン) 46 作動油噴射ケース 48a 対向壁 49 作動油噴射口 72 圧縮ばね 10 engine 24 turbocharger 26 Intake compressor 28 Exhaust turbine 33 Turbo rotating shaft 34 body housing 39 Guide groove 40 bearing housing 41,42 Angular contact ball bearing 43 buckets 43d slope 44 Hydraulic turbine (fluid turbine) 46 Hydraulic oil injection case 48a Opposite wall 49 Hydraulic oil injection port 72 Compression spring
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02B 37/10 F02B 39/00 F03B 1/02 F02B 39/08 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) F02B 37/10 F02B 39/00 F03B 1/02 F02B 39/08
Claims (9)
結するターボ回転軸の途中に流体タービンを設けるとと
もに、この流体タービンの周囲に、作動流体を噴射する
流体噴射口を設け、この流体噴射口から上記流体タービ
ンに噴射される作動流体のエネルギーにより上記ターボ
回転軸を補助駆動するように構成されたエンジンのター
ボ過給装置において、上記流体噴射口の位置と流体ター
ビンの位置とを軸方向について略合致させ、上記作動流
体の噴射方向を流体タービンの略接線方向に設定すると
ともに、上記流体タービンに、中間部が上記作動流体の
入射方向と略同方向に略U字状に膨らむ複数のバケット
を周方向に並設し、かつ、互いに周方向に隣接するバケ
ット同士がオーバーラップするまで各バケット同士を近
接させて、各バケット同士の間に上記作動流体を案内し
てその入射の向きとほぼ逆の向きに排出する略U字状の
案内溝を形成したことを特徴とするエンジンのターボ過
給装置。1. A fluid turbine is provided in the middle of a turbo rotary shaft connecting an intake compressor and an exhaust turbine, and a fluid injection port for injecting a working fluid is provided around the fluid turbine, and the fluid injection port is provided from the fluid injection port. In a turbocharger for an engine configured to auxiliary drive the turbo rotary shaft by the energy of a working fluid injected into a fluid turbine, the position of the fluid injection port and the position of the fluid turbine are substantially aligned in the axial direction. The injection direction of the working fluid is set to a substantially tangential direction of the fluid turbine, and the fluid turbine is surrounded by a plurality of buckets in which an intermediate portion bulges in a substantially U-shape in the same direction as the incident direction of the working fluid. Buckets that are arranged side by side and that are adjacent to each other in the circumferential direction until they overlap each other. A turbocharger for an engine, characterized in that a substantially U-shaped guide groove for guiding the working fluid and discharging the working fluid in a direction substantially opposite to the incident direction is formed between the ports.
置において、上記案内溝からの作動流体の排出方向を流
体タービンの周方向に対して15°以上25°以下だけ
傾斜させたことを特徴とするエンジンのターボ過給装
置。2. The turbocharger for an engine according to claim 1, wherein the discharge direction of the working fluid from the guide groove is inclined by 15 ° or more and 25 ° or less with respect to the circumferential direction of the fluid turbine. And turbocharger for the engine.
ボ過給装置において、上記バケットをターボ回転軸の軸
方向に2つ並べて上記案内溝を略W字状とし、この案内
溝の中央位置に上記作動流体の入射位置を設定したこと
を特徴とするエンジンのターボ過給装置。3. The turbocharger for an engine according to claim 1, wherein two of the buckets are arranged in the axial direction of the turbo rotary shaft to form the guide groove in a substantially W shape, and the guide groove is located at a central position of the guide groove. A turbocharger for an engine, wherein an incident position of the working fluid is set.
置において、上記案内溝の中央部に、上記作動流体の入
射方向に沿う傾斜面を形成したことを特徴とするエンジ
ンのターボ過給装置。4. The turbocharger for an engine according to claim 3, wherein an inclined surface along the incident direction of the working fluid is formed in the central portion of the guide groove. .
ンのターボ過給装置において、上記流体噴射口を周方向
に複数個並設するとともに、この流体噴射口の個数に対
する上記バケットの個数の比を1.6以上2.0以下に
設定したことを特徴とするエンジンのターボ過給装置。5. The turbocharger for an engine according to claim 1, wherein a plurality of the fluid injection ports are arranged side by side in the circumferential direction, and the number of the buckets with respect to the number of the fluid injection ports. A turbocharger for an engine, characterized in that the ratio is set to 1.6 or more and 2.0 or less.
ンのターボ過給装置において、上記ターボ回転軸とター
ボチャージャーのハウジングとの間に軸受を設けるとと
もに、上記流体タービンを上記ターボ回転軸に一体に形
成し、このターボ回転軸の端部に対して上記排気タービ
ンを着脱可能に構成したことを特徴とするエンジンのタ
ーボ過給装置。6. The turbocharger for an engine according to claim 1, wherein a bearing is provided between the turbo rotary shaft and a housing of the turbocharger, and the fluid turbine is mounted on the turbo rotary shaft. A turbocharger for an engine, characterized in that the exhaust turbine is detachably attached to an end of the turbo rotary shaft.
置において、上記ターボ回転軸をアンギュラ玉軸受によ
り回転可能に支持するとともに、上記流体タービンの周
囲に、上記流体噴射口が形成されかつ上記アンギュラ玉
軸受に対向する対向壁を一体に有する流体噴射ケースを
配設するとともに、この流体噴射ケースの上記対向壁と
上記アンギュラ玉軸受との間に圧縮ばねを介在させ、こ
の圧縮ばねの弾発力により上記アンギュラ玉軸受の軸方
向位置を固定したことを特徴とするエンジンのターボ過
給装置。7. The turbocharger for an engine according to claim 6, wherein the turbo rotary shaft is rotatably supported by an angular contact ball bearing, and the fluid injection port is formed around the fluid turbine, and A fluid injection case integrally having an opposed wall facing the angular ball bearing is disposed, and a compression spring is interposed between the opposed wall of the fluid injection case and the angular ball bearing to repel the compression spring. A turbocharger for an engine, wherein the axial position of the angular contact ball bearing is fixed by force.
置において、上記圧縮ばねを上記流体噴射ケースよりも
上記排気タービンに近い側に配したことを特徴とするエ
ンジンのターボ過給装置。8. The turbocharger for an engine according to claim 7, wherein the compression spring is arranged closer to the exhaust turbine than the fluid injection case.
結するターボ回転軸の途中に流体タービンを設けるとと
もに、この流体タービンの周囲に、作動流体を噴射する
流体噴射口を設け、この流体噴射口から上記流体タービ
ンに噴射される作動流体のエネルギーにより上記ターボ
回転軸を補助駆動するように構成されたエンジンのター
ボ過給装置において、上記流体タービンに複数のバケッ
トを周方向に並設し、かつ、上記流体噴射口を周方向に
複数個並設するとともに、この流体噴射口の個数に対す
る上記バケットの個数の比を1.6以上2.0以下に設
定したことを特徴とするエンジンのターボ過給装置。9. A fluid turbine is provided in the middle of a turbo rotary shaft connecting an intake compressor and an exhaust turbine, and a fluid injection port for injecting a working fluid is provided around the fluid turbine, and the fluid injection port is provided from the fluid injection port. In a turbocharger for an engine configured to auxiliary drive the turbo rotating shaft by the energy of a working fluid injected into a fluid turbine, a plurality of buckets are arranged side by side in the fluid turbine in the circumferential direction, and A turbocharger for an engine, wherein a plurality of fluid injection ports are arranged side by side in the circumferential direction, and a ratio of the number of buckets to the number of fluid injection ports is set to 1.6 or more and 2.0 or less. .
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JP26538994A JP3366136B2 (en) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | Engine turbocharger |
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JPH08121182A JPH08121182A (en) | 1996-05-14 |
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---|---|---|---|---|
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