JPS6052293B2

JPS6052293B2 - 可変容量ラジアルタ−ビン

Info

Publication number: JPS6052293B2
Application number: JP53041736A
Authority: JP
Inventors: 昭二郎佐藤
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1978-04-11
Filing date: 1978-04-11
Publication date: 1985-11-18
Also published as: JPS54134209A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は可変容量ラジアルタービンに関するもので、と
くに、車両用小形過給機の排気ガスタービンとして好適
なものである。

車両用小形過給機は、車両用ディーゼルエンジンあるい
はガソリンエンジンの出力増加の目的で使用される。

舶用主機あるいは発電用ディーゼルエンジンの過給は、
通常の排気タービン過給機により過給され、過給圧力を
とくに制御することなしに、充分に顧客の要望を充たし
ている。これは、とくに中低速域で高トルクを必要とし
ないので、定格仕様点で必要な出力が容易に得られるか
らといえる。しかるに、車両用ディーゼルエンジンの場
合は、回転数や出力の使用範囲がはるかに広く、さらに
中低速域で高トルクが要求されるために、燃焼１こ必要
な空気を大量にエンジンに送りこまなければならないの
で、中低速域で高い給気圧力が要求される。ところが、
中低速域の給気圧力を高くするような過給機を使用する
と、高速域での給気圧力が高くなりすぎ、エンジンの最
高爆発圧力も高くなりすぎて、エンジンに不当に苛酷な
負荷が加えられることになる。ここで給気圧力を制限す
る必要を生ずる。ガソリンエンジンの場合は、ディーゼ
ルにおける場合よりも燃料の量対空気量の割合を一層き
びしく制御する必要があり、給気圧力制御の必要性はさ
らにきびしいものとなる。従来の給気圧力制御には、次
のような方法が知られている。

（１）中低速域に設計点を合せた比較的小さい容量の過
給機を使用し、中低速域の給気圧力を極力高くする方法
がある。

この場合は当然、前述のごとく高速域での給気圧力が高
くなりすぎ、要求の特性を充分には充たすことができな
い。しかし、最も簡単で安価であり、一般の車両用およ
び建設機械用ディーゼルエンジンには燃料流量制御等の
方法と併用あるいは単独の方法で広く使用されている。
門（２）給気バイパス方式、すなわち、給気管に自動放
風弁を設け、ある程度まで給気圧力が上つたら、それ以
上高くならないように、放風弁を開く方法である。

これは、後述する排気バイパス方式に比較すれば、比較
的低い温度の空気を処理すればよいので、構造的には簡
単といえる。しかし、いずれにしても、後述の排気バイ
パスと同じく、バルブを装着する必要があり、スペース
的に苦しく、高価にもなる。（３）排気バイパス方式、
すなわち、タービン前の排気管に自動バイパス弁を設け
てタービンを通さずに排気をタービン出口管に導く方法
である。

つまり、ある程度まで給気圧力が上つたら、それ以上高
くならないように、バイパス弁を開くようにする。これ
は高温部で作動するため、構造的に困難さがあり、しか
も、コスト的に高価となる。（４）可変タービンノズル
方式、すなわち、給気圧力が高くなつたら、自動的にノ
ズルを開き、タービン出力を制御する方法である。

これは、エネルギーを大事にする点や作動が理想的であ
るが、最も高価となり、特殊な例を除けば、実用されて
いない。第１図は横軸にエンジン回転数Ｎ（Ｒ．ｐ．ｍ
．）をとり、縦軸に給気圧力ｐ（７ｗ！Ｈｇ）およびエ
ンジントルクＴ（％）をとり、両者Ｎ．（５ｐおよびＮ
とＴの関係を示したものである。

第１図にみられるように、ディーゼルエンジンの回転が
上がるにつれて通常のターボ過給の場合は、曲線ａのご
とく給気圧力が変化する。タービンの仕様を変え、小容
量のものにすれば、曲線ｂのごとく全体に給気圧力が高
くなる。エンジンの要求されるトルク特性を実現するた
めには、曲線ｃのごとく、１４００ｒ″．．Ｐ．ｍ．あ
たりから２３００ｒ．ｐ．ｍ．（最終回転数）まで、ほ
ぼ一定の給気圧力を得る必要がある。曲線ｂでは、１４
００ｒ．ｐ．ｍ．あたりまでは、充分な圧力（したがつ
て、充分な空気）がエンジンに送りこまれ、必要なトル
クを発生するのに寄与するが、それ以一上の回転数では
圧力が高すぎて、エンジンに過大な爆発圧力を生じ、危
険となる。したがつて、曲線ｃのごとく、ある範囲を一
定にする必要を生ずる。本発明は、これを実現するため
のものである。つぎに、第２図は、一般の、タービンノ
ズル羽根を有しない小形過給機を示す。

第２図において、１はタービン車室、２はタービン翼車
、３は過給機回転軸、４は軸受車室、５は軸受メタル、
６はスラストメタル、７はブロワ隔壁、８はブロワ車室
、９はブロワ扇車、１０は軸端ナットである。第３図は
本発明の一実施例を示したもので、第２図でいえば、タ
ービン側を示している。

したがつて、第２図と同一部分には同一符号をつけてあ
る。第３図において、１１は円環状のガス流調節板、１
２は該板１１の軸、１３は該板１１が入る円環状の溝で
ある。ノ第４図は第３図の−線に沿う矢視図である。

ただし、第３図のタービン翼車２を取外した状態で示し
てある。第４図において、１４は前記調節板用軸１２に
対するガスシール本体、１５はパッキン、１６は袋ナッ
トである。なお前記第３図は、ちようど第４図の切断線
一に沿う縦断面図でもある。

第５図は第４図の切断線−Ｖに沿う横断平面図である。

第５図において、１７は前記調節板用軸１２を回すため
ものレバー、１８は該レバー１１を動かすためのリンク
、１９は給気圧力を感知して第１図の曲線ｃの関係を実
現するように該リンク１８を動かすシリンダ１９である
。第６図は第５図−線に沿う矢視図で、前記レバー１７
、リンク１８、シリンダ１９のみを示している。

すなわち、第３図ないし第６図にみられるように、本発
明の主要部は、過給機回転軸３と交差しないほぼ直角な
方向に設けられた調節板用軸１２と、この軸１２の軸ま
わりに回転運動（第３図のθ）をするガス流調節板１１
とを備え、かつ、このガス流調節板１１は、円環状にな
つてスクロールに沿つていて、スクロールケーシングに
流入した排気ガスがタービン翼車２に流入する際に通過
するベーンレス絞り部（第３図のｗ）を塞ぎ得る大きさ
と形状（円環状）を有し、しかも、前記ガス流調節板１
１の動きは、給気圧力またはエンジン回転数あるいはタ
ービン入口圧力の、すくなくとも１つを検出して、これ
を所定値（一定値）に保つように作動する。

つぎに、作用について説明する。

たとえば、エンジンの最高回転数（第１図では２３００
ｒ″．Ｐ．ｍ．）において、過給機の給気圧力は７００
ｒｒ１Ｈｇを示している。この値はシリンダ内爆発圧力
が許容値をこえないことと、燃焼を良好に保つためにき
められ、それを実現すべく過給機の仕様がえらばれてい
る。エンジンの回転数を徐々に下げる場合を考えてみる
。従来の過給機（ターボ過給機）では、第１図の曲線ａ
に沿つて給気圧力は低下する。本発明ては、これを低下
させずにほぼ一定値に保持するために、給気圧力からシ
リンダ１９に信号が送られ、リンク１８−レバー１７→
調節板用軸１２を介して、ガス流調節板１１が徐々に動
く。つまり、第３図のθがＯ位置からプラスに動く。こ
れによりタービン車室１のスクロールケーシングに流入
した排気ガスがタービン翼車２に流入する際に通過する
ベーレンス絞り部（第３図のｗの寸法で示す）で、該板
１１が動くことにより、その流路が更に絞られ（第３図
のｗがｗ″のように小さくなる）、ガス流速を高める。
したがつてタービン翼車２を駆動するエネルギーが高ま
り、第１図のａ線に沿わずに、ｃ線に乗つて作動する。
エンジン回転がある値（第１図では１４００ｒ″．Ｐ．
ｍ．）に至ると、該板１１は閉の位置に至る。その後は
第１図の実線のごとく給気圧力が低下する。またエンジ
ンの回転数を徐々に上げる場合はガス流調節板１１を閉
の位置でスタートさせる。この場合、小形過給機の特性
（第１図のｂ）に沿つて給気圧力は７００ｗｒ！ＮＨｇ
に達し、このときのエンジン回転数は約１４００ｒ′．
Ｐ．ｍ．にある。その後は給気圧力を７００醜Ｈｇに保
つように給気圧力を検出し、その信号により該調節板１
１の開度（第３図のθ）を調節する。このように、通常
のターボ過給の場合（第１図のａ線）に比し、第１図の
ハンチングを施してある面積に相当する多量の空気がエ
ンジンに送ら−れ、スモークレベルを低く保つたままで
、首題の目的である中低速域のトルクの向上が達成され
る。したがつて、本発明は、過給機回転軸と交差しない
ほぼ直角な方向に設けられた調節板用軸と、この調節板
用軸の軸まわりに回転運動をするガス流調節板とを備え
、かつ、このガス流調節板は、円環状になつてスクロー
ルに沿つていて、スクロールケーシングに流入した排気
ガスがタービン翼車絶流入する際に通過するベーンレス
絞り部を塞ぎ得る大きさと形状とを有し、しかも、給気
圧力とエンジン回転数とタービン入口圧力の、すくなく
とも１つを検出してその値を所定位値に保持するように
、前記ガス流調節板の回転運動を制御する制御装置を備
えているから、中低速域トルク向上に必要な給気圧力を
、前記調節板用軸で円環状のガス流量調節板を回転運動
させる比較的簡単な機構によつてて実現でき、かつ、そ
の機構は、前記調節板用軸およびガス流調節板が平行移
動でなく、回転運動であるため、スティックの発生が殆
んどなく、作動が確実であるとともに、製作が容易であ
り、また主として過給機のみの改良により実現され、し
かも、この可変容量構造は、従来の過給機の外形を殆ん
ど変えていないなど、本発明の奏する効果は、きわめて
大である。

【図面の簡単な説明】

第１図はエンジン回転数と給気圧力およびエンジントル
クの関係を示した曲線図、第２図は一般の小形過給機の
断面図、第３図は本発明の一実施例の縦断面図、第４図
は第３図の−線に沿う矢視図、第５図は第４図の−Ｖ線
に沿う断面図、第６図は第４図の−線に沿う矢視図であ
る。１・・・・・・タービン車室、２・・・・・・タービン
翼車、３・・・過給機回転軸、１１・・・・・・ガス流
調節板、１２・・・調節板用軸、１３・・・・・・溝、
１７・・・・・ルバー、１８・・・・・・リンク、１９
・・・・シリンダ。

Claims

【特許請求の範囲】

１過給機回転軸と交差しないほぼ直角な方向に設けら
れた調節板用軸と、この調節板用軸の軸まわりに回転運
動をするガス流調節板とを備え、かつ、このガス流調節
板は、円環状になつてスクロールに沿つていて、スクロ
ールケーシングに流入した排気ガスがタービン翼車に流
入する際に通過するベーンレス絞り部を塞ぎ得る大きさ
と形状とを有し、しかも、給気圧力とエンジン回転数と
タービン入口圧力の、すくなくとも１つを検出してその
値を所定値に保持するように、前記ガス流調節板の回転
運動を制御する制御装置を備えてなる、可変容量ラジア
ルタービン。