JPS6056125A - タ−ボチヤ−ジヤのタ−ビンスクロ−ル - Google Patents
タ−ボチヤ−ジヤのタ−ビンスクロ−ルInfo
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- JPS6056125A JPS6056125A JP58162495A JP16249583A JPS6056125A JP S6056125 A JPS6056125 A JP S6056125A JP 58162495 A JP58162495 A JP 58162495A JP 16249583 A JP16249583 A JP 16249583A JP S6056125 A JPS6056125 A JP S6056125A
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- Japan
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- exhaust passage
- rotor
- turbine
- passage
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D9/00—Stators
- F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
- F01D9/026—Scrolls for radial machines or engines
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
- F01D17/10—Final actuators
- F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
- F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
- F01D17/146—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by throttling the volute inlet of radial machines or engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
- F02B37/12—Control of the pumps
- F02B37/22—Control of the pumps by varying cross-section of exhaust passages or air passages, e.g. by throttling turbine inlets or outlets or by varying effective number of guide conduits
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Supercharger (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はターボチャージャのタービンスクロールに関し
、特にその排気タービンに供給する排気容量をエンジン
の運転状態−に応じてスクロール入口部で可変とするよ
うにしたタービンスクロールに関する。
、特にその排気タービンに供給する排気容量をエンジン
の運転状態−に応じてスクロール入口部で可変とするよ
うにしたタービンスクロールに関する。
第1図は従来のこの種可変容量としたタービンスクロー
ルの一例を示し、本例は実開昭57−11233号に開
示されているものである。ここで、lは図示しない圧縮
器インペラとロータ軸2によって直結されているタービ
ンロータであり、タービンロータ1の外周部には渦巻状
の通路タービンスクロール3が設けられていて、このス
クロール3にエンジン排気通路4からの排気ガスが導か
れる。
ルの一例を示し、本例は実開昭57−11233号に開
示されているものである。ここで、lは図示しない圧縮
器インペラとロータ軸2によって直結されているタービ
ンロータであり、タービンロータ1の外周部には渦巻状
の通路タービンスクロール3が設けられていて、このス
クロール3にエンジン排気通路4からの排気ガスが導か
れる。
更に、本例のタービンスクロール3ではそのハウジング
5を軸2に対する斜め方向から突出壁5Aによって分割
するようになし、以て、大排気通路部3Aと小排気通路
部3Bとで渦巻室を形成して、これら通路部3Aおよび
3Bをロータlの入口部6はスクロール3の入口部3C
に接続する排気通路4の部位でその大排気通路3A側に
設けられた開閉弁であり、この開閉弁6により大排気通
路3Aに流入する排気ガスの容量を変化させることがで
きる。7は排気ガス出口である。
5を軸2に対する斜め方向から突出壁5Aによって分割
するようになし、以て、大排気通路部3Aと小排気通路
部3Bとで渦巻室を形成して、これら通路部3Aおよび
3Bをロータlの入口部6はスクロール3の入口部3C
に接続する排気通路4の部位でその大排気通路3A側に
設けられた開閉弁であり、この開閉弁6により大排気通
路3Aに流入する排気ガスの容量を変化させることがで
きる。7は排気ガス出口である。
このように構成されたタービンスクロール3においては
、エンジンが低速回転領域にある場合、ターボチャージ
ャとエンジンとの間の適合性を保持して良好な低速時過
給特性を得るにはガス通路面積を絞ってやる必要のある
ことから、例えば過給圧等を利用した制−機構(図示せ
ず)により開閉弁6を動作させ、大排気通路3Aを通過
するガス容量を調整することができる。更にまた、エン
ジンが高速回転領域にある場合は、大排気通路3Aと小
排気通路3Bとの双方からロータlにガスを供給する。
、エンジンが低速回転領域にある場合、ターボチャージ
ャとエンジンとの間の適合性を保持して良好な低速時過
給特性を得るにはガス通路面積を絞ってやる必要のある
ことから、例えば過給圧等を利用した制−機構(図示せ
ず)により開閉弁6を動作させ、大排気通路3Aを通過
するガス容量を調整することができる。更にまた、エン
ジンが高速回転領域にある場合は、大排気通路3Aと小
排気通路3Bとの双方からロータlにガスを供給する。
しかしながら、このようにロータ1に供給するガス容量
を可変にしたタービンスクロール3においては、大排気
通路3^と小排気通路3Bとが共にロータ入口部1Aに
向けて開口する形状をなし、更に、開閉弁6により大排
気通路3Aのガス流量が絞られるように構成されている
ので、エンジンの低速回転領域で大排気通路3Aへのガ
ス供給が開閉弁6によってしゃ断されると、この大排気
通路3Aに死水領域が生じる。
を可変にしたタービンスクロール3においては、大排気
通路3^と小排気通路3Bとが共にロータ入口部1Aに
向けて開口する形状をなし、更に、開閉弁6により大排
気通路3Aのガス流量が絞られるように構成されている
ので、エンジンの低速回転領域で大排気通路3Aへのガ
ス供給が開閉弁6によってしゃ断されると、この大排気
通路3Aに死水領域が生じる。
しかして、このような状態では、ガスが小排気通路3B
を介してロータ入口部IAからロータ1へと供給されて
おり、その際入口部IA近傍には第2図(A)に示すよ
うな旋回流10が生じていることによって旋回流lOを
なすガス流体は遠心力を持つことになる。そこでガス流
体の一部が大排気通路3Aの死水領域となっているガス
体の中に放散されてゆき、ここに第2図(B)に示すよ
うな循環流11を発生する。この循環Fe1lは大排気
通路3Aの壁面に沿って流れるので摩擦損失によってエ
ネルギを失い、再び旋回流lOと合流する状態となるの
で、タービンスクロール3内でのエネルギ損失が大きく
、タービン効率を低下させる結果を招く。
を介してロータ入口部IAからロータ1へと供給されて
おり、その際入口部IA近傍には第2図(A)に示すよ
うな旋回流10が生じていることによって旋回流lOを
なすガス流体は遠心力を持つことになる。そこでガス流
体の一部が大排気通路3Aの死水領域となっているガス
体の中に放散されてゆき、ここに第2図(B)に示すよ
うな循環流11を発生する。この循環Fe1lは大排気
通路3Aの壁面に沿って流れるので摩擦損失によってエ
ネルギを失い、再び旋回流lOと合流する状態となるの
で、タービンスクロール3内でのエネルギ損失が大きく
、タービン効率を低下させる結果を招く。
更に、第3図は一般によく使用されているダブルエント
リハウジング初のスクロール3を示し、この種のもので
はそのハウジング5が外周部から突出させた壁5Aによ
り軸方向に分割されている。
リハウジング初のスクロール3を示し、この種のもので
はそのハウジング5が外周部から突出させた壁5Aによ
り軸方向に分割されている。
しかして、このようなダブルエントリハウジング型のス
クロール3において、いずれか一方の排気通路3Dを開
閉するような開閉弁(図示せず)を設けた場合にあって
も、同様な現象が発生して、シングルエントリのタービ
ンスクロールの場合よりその効率が低下し、低速時にお
けるターボ過給圧の立上がりを悪くする。
クロール3において、いずれか一方の排気通路3Dを開
閉するような開閉弁(図示せず)を設けた場合にあって
も、同様な現象が発生して、シングルエントリのタービ
ンスクロールの場合よりその効率が低下し、低速時にお
けるターボ過給圧の立上がりを悪くする。
本発明の目的は、上述した問題点に着目し、エンジンの
低速から高速回転領域にいたるまで、排気エネルギが有
効に活用されて損失が少なく、良好なタービン効率が維
持できて、更にエンジンの背圧を下げる効果により十分
な高速出力の保持に貢献するターボチャージャのタービ
ンスクロールを提供することにある。
低速から高速回転領域にいたるまで、排気エネルギが有
効に活用されて損失が少なく、良好なタービン効率が維
持できて、更にエンジンの背圧を下げる効果により十分
な高速出力の保持に貢献するターボチャージャのタービ
ンスクロールを提供することにある。
かかる目的を達成するために、本発明では、タービンロ
ータ入口に向けて開口している渦巻型主排気通路とこれ
に併設し直接にはロータ入口に開口しない渦巻型補助排
気通路とを有するようになし、これら双方の排気通路間
の仕切壁にロータ軸心を中心とする2つの同心円で限界
される一定幅の連通孔をほぼロータの全周にわたって設
けて、この連通孔を主排気通路側から補助排気通路側に
向けて軸心へ近づく方向に傾斜させるようになして壁面
に重なりを持たせ更に補助排気通路の側に排気量を5(
変とする弁を設けて、エンジンの低速領域ではこの弁を
閉成し、排気が主排気通路のみからロータ入口に直接供
給されるようにする。
ータ入口に向けて開口している渦巻型主排気通路とこれ
に併設し直接にはロータ入口に開口しない渦巻型補助排
気通路とを有するようになし、これら双方の排気通路間
の仕切壁にロータ軸心を中心とする2つの同心円で限界
される一定幅の連通孔をほぼロータの全周にわたって設
けて、この連通孔を主排気通路側から補助排気通路側に
向けて軸心へ近づく方向に傾斜させるようになして壁面
に重なりを持たせ更に補助排気通路の側に排気量を5(
変とする弁を設けて、エンジンの低速領域ではこの弁を
閉成し、排気が主排気通路のみからロータ入口に直接供
給されるようにする。
以下に、図面に基づいて本発明の詳細な説明する。
第4図は本発明の一実施例を示し、ここで13はタービ
ンスクロールであり、 13Aはスクロール13の渦巻
型とした主排気通路である。主排気通路13Aはロータ
1の入口部l^に向っての開口部14を有すると共に、
この主排気通路13Aと仕切壁5Bを介して並列に設け
た補助排気通路13Bの間には連通部15を有する。
ンスクロールであり、 13Aはスクロール13の渦巻
型とした主排気通路である。主排気通路13Aはロータ
1の入口部l^に向っての開口部14を有すると共に、
この主排気通路13Aと仕切壁5Bを介して並列に設け
た補助排気通路13Bの間には連通部15を有する。
しかして、この連通部15は先にも述べたように同心円
的に形成されるものであるが、更にそのスリットの形成
にあたっては、本図に示すように主排気通路13Aの側
から補助排気通路13Bに向けてロータ1の軸心0に近
づける方向に傾斜させ、一定幅Bを保たせるようにする
。
的に形成されるものであるが、更にそのスリットの形成
にあたっては、本図に示すように主排気通路13Aの側
から補助排気通路13Bに向けてロータ1の軸心0に近
づける方向に傾斜させ、一定幅Bを保たせるようにする
。
更にまた、連通部15は傾斜を持たせて形成するが、同
時にその主排気通路13Aと補助排気通路13B側とで
は第5図に示すように仕切壁5Bの重なり分(オーバラ
ップ量)Lが得られるようにすることが望ましい、ただ
し、この連通部15によって仕切壁5Bの主排気通路1
3A側および補助排気通路13B側の面に形成される鋭
角のエツジ部15Aおよび15Bはオーバラップ量りが
得られる範囲で滑らに仕上げられてもよい。
時にその主排気通路13Aと補助排気通路13B側とで
は第5図に示すように仕切壁5Bの重なり分(オーバラ
ップ量)Lが得られるようにすることが望ましい、ただ
し、この連通部15によって仕切壁5Bの主排気通路1
3A側および補助排気通路13B側の面に形成される鋭
角のエツジ部15Aおよび15Bはオーバラップ量りが
得られる範囲で滑らに仕上げられてもよい。
また、連通部15は第6図に示すように、ロータ軸心O
の周りに同心円的形状に設けられるものであるが、その
周方向の範囲は広ければ広いほど望ましく、連通部15
の設けられない範囲を極力短くすることにより、タービ
ンロータ1の入口部IAにおける流れの不均一性によっ
て流体エネルギー損失の増大するのを抑制する。
の周りに同心円的形状に設けられるものであるが、その
周方向の範囲は広ければ広いほど望ましく、連通部15
の設けられない範囲を極力短くすることにより、タービ
ンロータ1の入口部IAにおける流れの不均一性によっ
て流体エネルギー損失の増大するのを抑制する。
なお、本例では、スクロール13の舌部18におけるロ
ータ1側の最小通路部から舌部18とハウジング5とに
よって形成される絞り部すなわちスロート部17に極力
近づけた位置にかけて形成しである。
ータ1側の最小通路部から舌部18とハウジング5とに
よって形成される絞り部すなわちスロート部17に極力
近づけた位置にかけて形成しである。
更に第6図において、25は補助排気通路138のスロ
ート部17の上流側に設けた開閉弁(本例ではロータリ
バルブ)であり、この開閉弁25によって補助排気通路
13B側の流量をtAt!Bする。開閉弁25は第7図
に示すようにスクロール5にボルト等の手段によって取
付けられたカバー2Bと、このカバー2Bに圧入された
ブツシュ27と、ブツシュ27に回動自在に軸支される
シャフト28を有する弁本体25Aとシャフト28を回
動させるレバー28とを有し、図示しない制御手段によ
って開閉制御される。なお、第6図では開閉弁25の閉
成状態が示されている。
ート部17の上流側に設けた開閉弁(本例ではロータリ
バルブ)であり、この開閉弁25によって補助排気通路
13B側の流量をtAt!Bする。開閉弁25は第7図
に示すようにスクロール5にボルト等の手段によって取
付けられたカバー2Bと、このカバー2Bに圧入された
ブツシュ27と、ブツシュ27に回動自在に軸支される
シャフト28を有する弁本体25Aとシャフト28を回
動させるレバー28とを有し、図示しない制御手段によ
って開閉制御される。なお、第6図では開閉弁25の閉
成状態が示されている。
また、本例では開閉弁25をスロート部17より上流の
ハウジング5に設しテたが、これに代えて開閉弁25を
スクロール13の入口部13Cより上流側の補助排気通
路(図示せず)に設けるようにしてもよい。しかして、
開閉弁25をエンジンの低速回転領域では制御手段によ
って閉成するようにする。
ハウジング5に設しテたが、これに代えて開閉弁25を
スクロール13の入口部13Cより上流側の補助排気通
路(図示せず)に設けるようにしてもよい。しかして、
開閉弁25をエンジンの低速回転領域では制御手段によ
って閉成するようにする。
次に、このように構成するタービンスクロールでの連通
部15の幅Bの設定について述べる。幅Bの設定にあた
っては、過給特性に及ぼす影響を考慮する必要があり、
本発明者が確認した最も良好な過給特性が得られる条件
式を次に示す。
部15の幅Bの設定について述べる。幅Bの設定にあた
っては、過給特性に及ぼす影響を考慮する必要があり、
本発明者が確認した最も良好な過給特性が得られる条件
式を次に示す。
ただし、(1)式において、
AAT:主排気通路13^のスロート部!7Aにおける
面積 ABT:補助排気通路13Bのスロート部17Bにおけ
る面積 R^ :ロータ軸心0からスロート部17Aの重心まで
の距離 R8二ロータ軸心0かもスロート部17Bの重心までの
距離 H:タービンロータ1の入口部IAにおける羽根幅 すなわち(1)式によって連通部15の幅Bを設定する
ことが望ましいが、設計上の都合で幅Bをこれより狭く
する場合には、上記の条件を念頭におき、損失を極力少
なくするように配慮されなければならない。
面積 ABT:補助排気通路13Bのスロート部17Bにおけ
る面積 R^ :ロータ軸心0からスロート部17Aの重心まで
の距離 R8二ロータ軸心0かもスロート部17Bの重心までの
距離 H:タービンロータ1の入口部IAにおける羽根幅 すなわち(1)式によって連通部15の幅Bを設定する
ことが望ましいが、設計上の都合で幅Bをこれより狭く
する場合には、上記の条件を念頭におき、損失を極力少
なくするように配慮されなければならない。
続いて、このように構成したタービンスクロール13ツ
エンジン運転中における流体の動作を述べ、あわせてそ
の連通部15を設けたことによる効果について説明する
。
エンジン運転中における流体の動作を述べ、あわせてそ
の連通部15を設けたことによる効果について説明する
。
エンジンの低速回転領域で開閉弁25を閉成すると、そ
の補助排気通路13Bに死水領域が生じるが、補助排気
通路13Bは仕切壁5Bによって主排気通路13Aと分
離されており、ロータ1の入口部IAに向けて開口され
ていないので、第2図(A)および(B)で説明したよ
うな流れの発生することがない。
の補助排気通路13Bに死水領域が生じるが、補助排気
通路13Bは仕切壁5Bによって主排気通路13Aと分
離されており、ロータ1の入口部IAに向けて開口され
ていないので、第2図(A)および(B)で説明したよ
うな流れの発生することがない。
また、タービンスクロール13の主排気通路+3A側に
おける流速分布は、流***置までの軸心0からの距離を
r、その位置での流速をVとすると、VXr=一定で表
わされるフリーポルテ・ンクス流れであることから半径
rに逆比例して流速Vが変化する。すなわち、スクロー
ル13の外周部に近いところほど流速が遅くなり、ロー
タ1に近づくほど流速が遠くなる。したがって、ロータ
1の入口IA側では静圧が低く、外周側では静圧が高い
。
おける流速分布は、流***置までの軸心0からの距離を
r、その位置での流速をVとすると、VXr=一定で表
わされるフリーポルテ・ンクス流れであることから半径
rに逆比例して流速Vが変化する。すなわち、スクロー
ル13の外周部に近いところほど流速が遅くなり、ロー
タ1に近づくほど流速が遠くなる。したがって、ロータ
1の入口IA側では静圧が低く、外周側では静圧が高い
。
そこで、軸心0から等距離の位置に同心円状に設けた連
通部15にあっては、この部15における静圧が全周に
わたり一定に保たれることが分る。すなわち、このこと
によって、半径位置の違いから生じる圧力差のために主
排気通路13A側から補助排気通路13B側へと流体が
分流するよう貨くことなく、良好な流れの状態を保つこ
とができる。次に連通部15に形成したオーバラップの
効果を第8図によって説明する。なお、本例では主排気
通路13A側の・エツジ部15Aを仕切壁5Bのこの側
の主壁面5Dの線より凸出させて形成したが、その理由
と効果については後述する。
通部15にあっては、この部15における静圧が全周に
わたり一定に保たれることが分る。すなわち、このこと
によって、半径位置の違いから生じる圧力差のために主
排気通路13A側から補助排気通路13B側へと流体が
分流するよう貨くことなく、良好な流れの状態を保つこ
とができる。次に連通部15に形成したオーバラップの
効果を第8図によって説明する。なお、本例では主排気
通路13A側の・エツジ部15Aを仕切壁5Bのこの側
の主壁面5Dの線より凸出させて形成したが、その理由
と効果については後述する。
いま、連通部15にオーバラップが形成されない場合の
例として外側の連通部壁30Aが破線の位置にあるとす
る。この場合の補助排気通路13B側のエツジ部を 1
5B′ として、主排気通路13A側でのこのエツジ部
15B’ に対応する半径位置をAt、また、エツジ部
15Aに対応する半径位置をA2.更にまた、補助排気
通路13B側の位置^lとA2との中間にあたる半径位
置を81とする。
例として外側の連通部壁30Aが破線の位置にあるとす
る。この場合の補助排気通路13B側のエツジ部を 1
5B′ として、主排気通路13A側でのこのエツジ部
15B’ に対応する半径位置をAt、また、エツジ部
15Aに対応する半径位置をA2.更にまた、補助排気
通路13B側の位置^lとA2との中間にあたる半径位
置を81とする。
しかして、この場合の位置^1.A2およびB1におけ
る静圧をそれぞれPAl、PA!Lおよびpeiとする
と、これらの静圧間ではPAi> pei>Paユの関
係が成立つ。
る静圧をそれぞれPAl、PA!Lおよびpeiとする
と、これらの静圧間ではPAi> pei>Paユの関
係が成立つ。
そこで、いまこのようにオーバラップを形成しないとす
ると、一点鎖線で示すようにA1から81へ、更にB1
からA2に向けての2次的流れ40が発生する。すなわ
ち、主排気通路13A側からいったん補助排気通路13
B側に旋回流が飛び出してゆき、補助排気通路13B側
からは代りに低エネルギの死水領域中の流体が主排気通
路13^側に戻されて、これらの混合により流体エネル
ギの損失をもたらす。
ると、一点鎖線で示すようにA1から81へ、更にB1
からA2に向けての2次的流れ40が発生する。すなわ
ち、主排気通路13A側からいったん補助排気通路13
B側に旋回流が飛び出してゆき、補助排気通路13B側
からは代りに低エネルギの死水領域中の流体が主排気通
路13^側に戻されて、これらの混合により流体エネル
ギの損失をもたらす。
これに対して、外側の連通部壁30Bを第8図で実線に
よって示したような位置となし、連通@815にオーバ
ラップを形成するかまたはエツジ部15Aと158とが
同一半径位置にあるようにすると(オーバラップ量がゼ
・口)、上述したような2次的な流れの傾向が抑制さえ
、仮に主排気通路13A側から補助排気通路13B側に
旋回流の一部が流れ込んだとしても、仕切fi5Bの壁
面5Eによって補助排気通路13B側から主排気通路1
3A側への流体の流れが阻止され、エネルギ損失を最小
限に抑制することができる。
よって示したような位置となし、連通@815にオーバ
ラップを形成するかまたはエツジ部15Aと158とが
同一半径位置にあるようにすると(オーバラップ量がゼ
・口)、上述したような2次的な流れの傾向が抑制さえ
、仮に主排気通路13A側から補助排気通路13B側に
旋回流の一部が流れ込んだとしても、仕切fi5Bの壁
面5Eによって補助排気通路13B側から主排気通路1
3A側への流体の流れが阻止され、エネルギ損失を最小
限に抑制することができる。
本発明者は上述したようなオーバラップの形成による効
果を確認するために実験を行い、第9図に示すような効
率低下の傾向を把握した。ここで、横軸はオーバラップ
量りと連通部スリット幅Bとの比、縦軸はL/Bに対し
て低速領域でのタービン効率を示す。本図からも明らか
なようにオーバラップLがゼロ、すなわちL/B=Oよ
り左方の付の設定領域(幅Bおよび仕切壁5Bの厚さを
一定とした場合には連通部15のスリットの傾斜が横軸
の左方にゆくほど少なくなる)では効率η7が急激に低
下する。
果を確認するために実験を行い、第9図に示すような効
率低下の傾向を把握した。ここで、横軸はオーバラップ
量りと連通部スリット幅Bとの比、縦軸はL/Bに対し
て低速領域でのタービン効率を示す。本図からも明らか
なようにオーバラップLがゼロ、すなわちL/B=Oよ
り左方の付の設定領域(幅Bおよび仕切壁5Bの厚さを
一定とした場合には連通部15のスリットの傾斜が横軸
の左方にゆくほど少なくなる)では効率η7が急激に低
下する。
この実験の結果からも明らかなように、オーバラップ量
りを少なくともゼロ以上とするのが好適であるが、設計
上等の都合でそのような設定が困難な場合でも、負のオ
ーバラップ量を幅Bの25%程度、すなわちL/B =
−0,25程度までにとどめることが望ましい。
りを少なくともゼロ以上とするのが好適であるが、設計
上等の都合でそのような設定が困難な場合でも、負のオ
ーバラップ量を幅Bの25%程度、すなわちL/B =
−0,25程度までにとどめることが望ましい。
次にエンジンの中速回転領域における制御とその流体動
作を説明する。この状態では開閉弁25をほぼ半開状態
に制御する。よって、排気ガスは主排気通路13Aの外
にこの半開状態とした補助排気通路13Bを通って流れ
るが、通路13Bを流れるガスは開閉弁25の開度に応
じて連通部15の最下流位置すなわち最小通路部位置の
連通部15から流入し始め、そのあと次第に上流側に流
入範囲が拡大されてガスを主排気通路13A側に導く。
作を説明する。この状態では開閉弁25をほぼ半開状態
に制御する。よって、排気ガスは主排気通路13Aの外
にこの半開状態とした補助排気通路13Bを通って流れ
るが、通路13Bを流れるガスは開閉弁25の開度に応
じて連通部15の最下流位置すなわち最小通路部位置の
連通部15から流入し始め、そのあと次第に上流側に流
入範囲が拡大されてガスを主排気通路13A側に導く。
かくして、エンジンの高速回転領域では開閉弁25が全
開されることに薫って、補助排気通路13B側から連通
部15の全周を経てガスが主排気通路層13A側に効率
よく流入し、タービンロータlに導かれるので、従来に
比しタービンの入口圧すなわちエンジンの背圧を低減さ
せてエンジンの出方向上に貢献することができる。
開されることに薫って、補助排気通路13B側から連通
部15の全周を経てガスが主排気通路層13A側に効率
よく流入し、タービンロータlに導かれるので、従来に
比しタービンの入口圧すなわちエンジンの背圧を低減さ
せてエンジンの出方向上に貢献することができる。
なお、第8図では仕切壁5Bの連通部15で限界される
ロータ1側の壁面5Cを主壁面5Dより寸法Cだけ突出
させると共にこの部の仕切壁5Bにエツジ部!5Aを形
成したが、その効果について補足説明する。上述したよ
うに補助排気通路13B側にもガスが供給される場合は
、この補助排気通路13Bの壁面との摩擦によってエネ
ルギを失った流体が通路+313の内周面側に集まって
、この2次流れが直接にロータ入口l^に導かれようと
する。エツジ部15Aを形成したロータ1側の仕切壁5
Bは、このような2次流れがロータ入口IAに導かれる
のを阻止する障害(バウンダリーレアーフェンス)とし
て作用するのみならず、連通部15から主排気通路+3
A側に導かれるガス流と主排気通路13Aを流れる主流
との浬合を助ける役目をなし、タービン入口IAの周り
の流れの改善を図ってタービン効率を向上させ、全運転
領域にわたり良好なタービン性能を維持させることがで
きる。
ロータ1側の壁面5Cを主壁面5Dより寸法Cだけ突出
させると共にこの部の仕切壁5Bにエツジ部!5Aを形
成したが、その効果について補足説明する。上述したよ
うに補助排気通路13B側にもガスが供給される場合は
、この補助排気通路13Bの壁面との摩擦によってエネ
ルギを失った流体が通路+313の内周面側に集まって
、この2次流れが直接にロータ入口l^に導かれようと
する。エツジ部15Aを形成したロータ1側の仕切壁5
Bは、このような2次流れがロータ入口IAに導かれる
のを阻止する障害(バウンダリーレアーフェンス)とし
て作用するのみならず、連通部15から主排気通路+3
A側に導かれるガス流と主排気通路13Aを流れる主流
との浬合を助ける役目をなし、タービン入口IAの周り
の流れの改善を図ってタービン効率を向上させ、全運転
領域にわたり良好なタービン性能を維持させることがで
きる。
更にまた、ロータl側の仕切壁5Bを寸法Cだけ突出さ
せたことは、主排気通路13A側の仕切壁面5Dに生じ
る境界層(バウンダリーレアー)を逆に補助排気通路1
3B側へ誘導することによって、上述した2次流れがロ
ータ入口IAに直接導かれるのを更に一層阻止する効果
が得られる。
せたことは、主排気通路13A側の仕切壁面5Dに生じ
る境界層(バウンダリーレアー)を逆に補助排気通路1
3B側へ誘導することによって、上述した2次流れがロ
ータ入口IAに直接導かれるのを更に一層阻止する効果
が得られる。
なお、連通部15を設ける半径位置は設計上杵される限
り大きい半径位置とすることが補助排気通路13B側に
排気が導かれる中高速領域での効率向上のために好適で
ある。
り大きい半径位置とすることが補助排気通路13B側に
排気が導かれる中高速領域での効率向上のために好適で
ある。
第1θ図は本発明の他の実施例を示す。本例は弁をフラ
ップ弁35としたもので、38はその開閉軸である。こ
の場合補助排気通路13Bを形成しているハウジング5
の壁面には弁座部37を設けて弁a5の閉成時には、弁
35本体が段付きとしたこの弁座部37に当接すること
により洩れを防止し、低速時の性能改善を図る。
ップ弁35としたもので、38はその開閉軸である。こ
の場合補助排気通路13Bを形成しているハウジング5
の壁面には弁座部37を設けて弁a5の閉成時には、弁
35本体が段付きとしたこの弁座部37に当接すること
により洩れを防止し、低速時の性能改善を図る。
第11図は本発明の更に他の実施例を示し、本例は補助
排気通路を多段に設けたものである。ここで、13Bお
よび130は補助排気通路であり、 5Gは補助排気通
路13Bと130との間の仕切壁である。
排気通路を多段に設けたものである。ここで、13Bお
よび130は補助排気通路であり、 5Gは補助排気通
路13Bと130との間の仕切壁である。
しかして、仕切Jg15Bおよび5Gのほぼ相対位置に
第4図または第8図で示したような連通部15を設け、
更に図には示さないが補助排気通路13Bおよび130
のそれぞれに開閉弁を設けるようにする。
第4図または第8図で示したような連通部15を設け、
更に図には示さないが補助排気通路13Bおよび130
のそれぞれに開閉弁を設けるようにする。
その他の構成は第4図と同様であり、その説明を省略す
る。このように構成したタービンスクロール13にあっ
ては、補助通路13Bおよび130の各々に設けた開閉
弁を適宜に制御することによって流量範囲を大きく変化
させることができ、制御もしやすい。
る。このように構成したタービンスクロール13にあっ
ては、補助通路13Bおよび130の各々に設けた開閉
弁を適宜に制御することによって流量範囲を大きく変化
させることができ、制御もしやすい。
更に本例において、図示はしないが、補助排気通路13
Bあるいは130に一般に知られている排気バイパス弁
を設け、この排気バイパス弁によってエンジンの過給圧
を制御するようにすることもできるのはいうまでもない
。
Bあるいは130に一般に知られている排気バイパス弁
を設け、この排気バイパス弁によってエンジンの過給圧
を制御するようにすることもできるのはいうまでもない
。
以上説明してきたように、本発明によれば、ターピノロ
ータの入口に向けて直接に開口している渦巻型の主排気
通路と、これと並列に配置し、直接にはロータ入口に開
口しない渦巻型補助排気通路とを設け、これら双方の排
気通路間の仕切壁に、ロータの軸心を中心とする2つの
同心円で限界される一定幅の連通部をほぼロータの全周
にわたって設けると共に、この連通部のスリット形状を
主排気通路側から補助排気通路側に向けて軸心に近づく
方向に傾斜させて、この傾斜により双方の通路間に壁面
の重なりが得られるようになし、更に補助排気通路には
ロータに供給する排気量を調整する弁を設けたので、エ
ンジンの低速時にあっても補助排気通路に生じる死水領
域の排気がエネルギを損失した状態でロータに持込まれ
るのを防止することができ、適応した過給圧が供給でき
て良好なタービン効率が得られる。
ータの入口に向けて直接に開口している渦巻型の主排気
通路と、これと並列に配置し、直接にはロータ入口に開
口しない渦巻型補助排気通路とを設け、これら双方の排
気通路間の仕切壁に、ロータの軸心を中心とする2つの
同心円で限界される一定幅の連通部をほぼロータの全周
にわたって設けると共に、この連通部のスリット形状を
主排気通路側から補助排気通路側に向けて軸心に近づく
方向に傾斜させて、この傾斜により双方の通路間に壁面
の重なりが得られるようになし、更に補助排気通路には
ロータに供給する排気量を調整する弁を設けたので、エ
ンジンの低速時にあっても補助排気通路に生じる死水領
域の排気がエネルギを損失した状態でロータに持込まれ
るのを防止することができ、適応した過給圧が供給でき
て良好なタービン効率が得られる。
更にまた、中高速にあっても排気をそのまま直接ロータ
に導いて過給することができるので、排気エネルギの損
失が少なく、エンジンの背圧を下げることができて中高
速出力に貢献することができることはいうまでもない。
に導いて過給することができるので、排気エネルギの損
失が少なく、エンジンの背圧を下げることができて中高
速出力に貢献することができることはいうまでもない。
なお、以上の説明では、仕切壁が回転軸と直交する面と
なるように構成したが、設定するスクロールの渦巻形態
によっては回転軸に必らずしも直交する面でなくてもよ
く、若干これより傾けた面としてもよい。
なるように構成したが、設定するスクロールの渦巻形態
によっては回転軸に必らずしも直交する面でなくてもよ
く、若干これより傾けた面としてもよい。
第1図は従来の可変容量としたタービンスゲロールの構
成の一例を示す断面図、 第2図(A)および(B)はその開閉弁の開閉状態にお
いて、タービンロータの周りに発生する旋回流および、
大排気通路部に発生する循環流の傾向を示すそれぞれ説
明図、 第3図はダブルエントリハウジング型の従来のタービン
スクロールの一例を示す断面図、第4図は本発明ターボ
チャージャのタービンスクロールの構成の一例を示す断
面図、 第5図はその連通部の詳細を示す断面図、第6図は本発
明にかかるタービンスクロールの補助排気通路にロータ
リ弁を設けた状態を示す断面図、 第7図は第6図のロータリ弁のY−Y線断面図、 第8図は本発明にかかるタービンスクロールの連通部に
よって有害な二次法れが阻止される状態を説明するため
の断面図、 第9図はその連通部におけるスリットの幅とオーバラッ
プ量との比を変化させたときのタービン効率の低下状態
を示す特性曲線図、第10図(A)および(B)は本発
明の他の実施例として補助排気通路にフラップ弁を設け
た状態を示す断面図およびそのx−X線断面図、 第11図は本発明の更に他の実施例によるタービンスク
ロールの断面図である。 l・・・タービンロータ、 IA・・・入口部、 2・・・軸、 3.13・・・タービンスクロール、 3^、3B、4・・・排気道′路、 30.13G・・・入口部、 5・・・ハウジング、 5A・・・壁、 5B;5G・・・仕切壁、 5G、5D、5E・・・壁面、 [1,25,35・・・弁、 7・・・ガス出口、 lO・・・旋回流、 11・・・循環流、 13A、13B、13D・・・排気通路、14・・・開
口部、 15・・・連通部、 15A、15B、15B ’・・・エツジ部。 ]6・・・舌部、 17・・・スロート部、 28・・・カバー、 27・・・ブツシュ、 28・・・シャフト、 28・・・レバー、 30A、30B ・・・壁、 Al、A2.Bl・・・位置、 36・・・開閉軸、 37・・・弁座部、 40・・・流れ。 特許出願人 日産自動車株式会社 第1図 第2図 (B) 第3図
成の一例を示す断面図、 第2図(A)および(B)はその開閉弁の開閉状態にお
いて、タービンロータの周りに発生する旋回流および、
大排気通路部に発生する循環流の傾向を示すそれぞれ説
明図、 第3図はダブルエントリハウジング型の従来のタービン
スクロールの一例を示す断面図、第4図は本発明ターボ
チャージャのタービンスクロールの構成の一例を示す断
面図、 第5図はその連通部の詳細を示す断面図、第6図は本発
明にかかるタービンスクロールの補助排気通路にロータ
リ弁を設けた状態を示す断面図、 第7図は第6図のロータリ弁のY−Y線断面図、 第8図は本発明にかかるタービンスクロールの連通部に
よって有害な二次法れが阻止される状態を説明するため
の断面図、 第9図はその連通部におけるスリットの幅とオーバラッ
プ量との比を変化させたときのタービン効率の低下状態
を示す特性曲線図、第10図(A)および(B)は本発
明の他の実施例として補助排気通路にフラップ弁を設け
た状態を示す断面図およびそのx−X線断面図、 第11図は本発明の更に他の実施例によるタービンスク
ロールの断面図である。 l・・・タービンロータ、 IA・・・入口部、 2・・・軸、 3.13・・・タービンスクロール、 3^、3B、4・・・排気道′路、 30.13G・・・入口部、 5・・・ハウジング、 5A・・・壁、 5B;5G・・・仕切壁、 5G、5D、5E・・・壁面、 [1,25,35・・・弁、 7・・・ガス出口、 lO・・・旋回流、 11・・・循環流、 13A、13B、13D・・・排気通路、14・・・開
口部、 15・・・連通部、 15A、15B、15B ’・・・エツジ部。 ]6・・・舌部、 17・・・スロート部、 28・・・カバー、 27・・・ブツシュ、 28・・・シャフト、 28・・・レバー、 30A、30B ・・・壁、 Al、A2.Bl・・・位置、 36・・・開閉軸、 37・・・弁座部、 40・・・流れ。 特許出願人 日産自動車株式会社 第1図 第2図 (B) 第3図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 タービンロータ入口部に向けた開口部を有する渦巻型の
主排気通路と、該主排気通路に併設され前記タービンロ
ータ入口部から仕切壁によって隔離された補助排気通路
と、°該補助通路に供給される排気の量をエンジンの運
転状態に応じて可変とする弁とを有し、前記仕切壁には
前記タービンロータの軸心を中心とする2つの同心円で
限界された一定幅の連通部をほぼ前記タービンロータの
全周にわたり設け、該連通部の前記軸心を含む断面形状
を、前記主排気通路側から前記補助排気通路側に前記タ
ービンロータの軸心に近づける方向の傾斜を持たせるよ
うになして、前記主排気通路と前記補助排気通路との間
で排気が前記連通部を介して前記軸心の方向に直接移動
するのを抑制し、前記排気を前記連通部の前記傾斜に沿
わせてのみ連通自在なようになして、前記エンジンの低
速回転領域では、前記弁により前記補助排気通路を閉成
して前記主排気通路のみにより前記タービンロータに前
記排気を供給するようにしたことを特徴とするターボチ
ャージャのタービンスクロール。 (以下、余白)
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58162495A JPS6056125A (ja) | 1983-09-06 | 1983-09-06 | タ−ボチヤ−ジヤのタ−ビンスクロ−ル |
DE3346472A DE3346472C2 (de) | 1982-12-28 | 1983-12-22 | Radialturbine mit veränderlicher Leistung |
GB08334363A GB2134602B (en) | 1982-12-28 | 1983-12-23 | Variable-capacity radial turbine |
US06/564,671 US4544326A (en) | 1982-12-28 | 1983-12-23 | Variable-capacity radial turbine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58162495A JPS6056125A (ja) | 1983-09-06 | 1983-09-06 | タ−ボチヤ−ジヤのタ−ビンスクロ−ル |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6056125A true JPS6056125A (ja) | 1985-04-01 |
JPH0510486B2 JPH0510486B2 (ja) | 1993-02-09 |
Family
ID=15755704
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58162495A Granted JPS6056125A (ja) | 1982-12-28 | 1983-09-06 | タ−ボチヤ−ジヤのタ−ビンスクロ−ル |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6056125A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007017826B4 (de) * | 2007-04-16 | 2010-11-04 | Continental Automotive Gmbh | Abgasturbolader |
CN104500156A (zh) * | 2014-12-29 | 2015-04-08 | 无锡康明斯涡轮增压技术有限公司 | 蜗壳出口结构 |
CN106401671A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-02-15 | 无锡康明斯涡轮增压技术有限公司 | 带芯涡端出口结构 |
-
1983
- 1983-09-06 JP JP58162495A patent/JPS6056125A/ja active Granted
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007017826B4 (de) * | 2007-04-16 | 2010-11-04 | Continental Automotive Gmbh | Abgasturbolader |
CN104500156A (zh) * | 2014-12-29 | 2015-04-08 | 无锡康明斯涡轮增压技术有限公司 | 蜗壳出口结构 |
CN106401671A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-02-15 | 无锡康明斯涡轮增压技术有限公司 | 带芯涡端出口结构 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0510486B2 (ja) | 1993-02-09 |
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