JPS62214232A - 内燃機関の排気ガスによつて駆動されるタ−ビン - Google Patents

内燃機関の排気ガスによつて駆動されるタ−ビン

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JPS62214232A
JPS62214232A JP61056821A JP5682186A JPS62214232A JP S62214232 A JPS62214232 A JP S62214232A JP 61056821 A JP61056821 A JP 61056821A JP 5682186 A JP5682186 A JP 5682186A JP S62214232 A JPS62214232 A JP S62214232A
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wall
guide vane
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Atsushi Houkida
淳 伯耆田
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の排気ガスによって駆動されるタービ
ンに関し、殊にスクロール形のタービンのノズル部の改
良に関する。
〔従来の技術〕
特開昭６０−１６６７１８号公報等で知られる従来のこ
の種タービンは、内燃機関から排出される排気ガスを導
入し、その外周から内周部に向う旋回流を生じさせるス
クロール、このスクロールの中心に′回転可能に設置さ
れ、且つスクロール内を旋回する排気ガス流の流体エネ
ルギによって回転駆動されると共に、作用後の排気ガス
をその中心から回転軸線方向に排出するインペラを備え
ている。
更に、インペラの周りはスクロールの内周縁に形成され
たノズルが取り囲んでおり、このノズル部にはスクロー
ル内を旋回する排気ガスをノズル部を介してインペラの
方へ偏向案内する為案内羽根が設けられている。
この案内羽根は、スクロールのノズルを形成する内壁に
一端が取付けられ他端が対面するスクロールの内壁面近
傍まで延びている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、熱応力による案内羽根の変形について
配慮がされておらず、案内羽根の変形により、この案内
羽根の端部と、この端部に対面するスクロールの内壁と
の間の隙間が増加すると。
案内羽根が設けられたノズル部を通過する排気ガス量の
うち、この隙間を通過する排気ガス量が増加し、ノズル
部で運動エネルギに変換される排気ガスのエンタルピが
減少するために、タービン効率が低下するという問題が
あった。
本発明の目的は、上記問題点を解決し、案内羽根の変形
がなく、性能がすぐれたこの種タービンを提供すること
にある６ 〔問題点を解決する為の手段〕 上記目的は、前記複数枚の案内羽根を、この案内羽根の
端部と、この端部に対面するスクロールの内壁部との間
に、案内羽根の端部の周方向への湾曲変形にもとづく間
隙の増大を阻止する流体的封止部としての係合部を設け
ることによって達成される。
〔作用〕
この様に構成された本発明によれば案内羽根の端部の熱
応力による変形にもとづいてこれに対面するスクロール
の内壁との間の隙間が増大することがなく、インペラに
流入する排気ガスはすべて案内羽根によって整流された
層流となり、高いエネルギの変換効率が得られる。
〔実施例〕
以下本発明の一実施例を第１図乃至第３図に基づき詳説
する。
タービン４の排気ガス導入口１１は機関１の排気マニホ
ールド２の出口に切換弁２０を備えた切換弁組体３を介
して接続されている。
排気ガス導入口１１からタービン４内に入った排気ガス
はスクロール８に沿って旋回する。スクロール８はその
半径方向に断面した際の断面積が入口から徐々に小さく
なる巻き長状に形成されている。
スクロール８の中心部には軸受６に回転自在に支承され
たタービンインペラ１０が配置されている。
タービンインペラ１０の外周縁に対面してそこを取り囲
む様に、スクロール８の内周縁にノズル９及がノズル９
ａが形成されている。ノズル９゜ノズル９ａはスクロー
ル８内を旋回する排気ガスをインペラ１０の方へ流出す
る為の絞られた流通路を提供する。
ノズル９はタービンインペラ１０の背面側からスクロー
ル８の側面に取付けられる筒状部材１８の先端に形成さ
れている。詳しくは、筒状部材１８の先端にはスクロー
ル８の内壁の内周縁部を形成する湾曲面１８が形成され
ている。その湾曲面１８ａから更に軸方向に突出する案
内羽根１７が、筒状部材１８の先端部に周方向に所定の
間隔（実施例では等間隔）を隔てて複数枚形成されてい
る。
案内羽根１７の各々の先端は更に環状部材１９によって
連結されている。環状部材１９は対面する筒状部材１８
の先端曲面１８ａと対面する側にこの曲面１８ａと協動
してノズル９を形成する湾曲面１９ａを有する。
スクロール８は内部に環状の隔壁１２を有し、この環状
の隔壁１２によってスクロール内の室が軸方向に２分さ
れ、第１のスクロール室１３と第２のスクロール室１４
が形成されている。
環状の隔壁１２の内周端は案内羽根１７の先端の環状部
材１９のところまで延びていて、両者の当接面はいんろ
う嵌合部１９ｂを形成している。
結局環状部材１９の曲面１９ａは隔壁１２の第１スクロ
ール１３側の側面の一部を形成する。
そしてそこに形成されるノズル９は第１スクロール１３
内を旋回する排気ガスを案内羽根１７の作用と協動して
インペラ１０側に強制的に偏向流出させる。
環状部材１９はまた隔壁１２の第２スクロール室１４側
端面の内周端の一部を形成する曲面１９ｃを持っていて
、この曲面１９ｃはスクロール８のインペラ１０に対し
て正面側の内壁の内周端の曲面１８ｂと協動して第２ス
クロール室１４の為のノズル９ａを形成している。
ノズル９ａは第２スクロール１４内を旋回する排気ガス
をインペラ１０側に流出させる。
インペラ１０に作用した排気ガスはインペラ１０の正面
側で、インペラ１０の回転軸心に沿ってスクロール８の
中心に形成された排出ロアを通って大気中に排出される
。
機関１の低速時にはアクチュエータ２２によって流路切
換弁２０が第２排気ガス導入路１６側の入口２１を閉じ
る様に動作している。この為排気ガスは第１導入路１５
を通って第１スクロール室１３に流入して旋回する。旋
回中の排気ガスはスクロール室の断面積がスクロールの
終端に近づくにつれて小さくなる為に圧縮される。この
状態でノズル９からインペラ１０に向って高速で噴出さ
れ、そのエネルギーでインペラ１０を回転駆動させ机 機関１が高速になるとアクチュエータ２２が作動して流
路切換弁２０が第２排気ガス導入路１６側の入口２１を
開くので、排気ガスは両方の導入路１５．１６を通って
第１．第２スクロール室１３．１４に流入する。両スク
ロール室１３゜１４で旋回する排気ガスはノズル９及び
９ａからインペラ１０に向って噴出し、インペラ１０を
回転させる。
これによって軸受６で支承されたインペラ１０の回転軸
の他端に取り付けられたコンプレッサ５が回転駆動され
る。
第７図、８図に示す様に従来は筒状部材２６の先端に形
成された案内羽根２５は排気ガスの温度によって熱応力
を受け、第８図の破線の如く変形していた。
案内羽根２５の先端はスクロール８の内部に形成されス
クロールを第１スクロール室１３、第２スクロール室１
４に２分する隔壁２４の第１スクロール室１３側内周端
面の近傍まで延設されている。
両者間の間隙は組立時には許される限り小さく設計され
、案内羽根を通らずにインペラ１０側へ流出する排気ガ
スの量をできるだけ少くしている。
しかし、上記のごとく高温の排気ガスにさらされて案内
羽根２５が変形すると、この間隙はもはや最少の間隙を
維持できなくなる。
第４図にその時のタービン効率の低下の様子を実験的に
求めた結果を示す。
第４図の試験結果は第１スクロール室１３にのみ空気を
導入する運転状態で案内羽根２５と隔壁２４との間隙す
をｂ　＝Ｏ，ｂ　＝０．２＋ｍ＋の２状態にした時の速
度比Ｕ／Ｃに対するタービン効率η。
の変化を求めたものである。
ここで、Ｕはタービンインペラ入口のインペラの周速度
、Ｃはノズル部における空気の流入絶対速度である。
タービンの回転数ｎｔはタービン入口の空気の温度Ｔ　
ｔ　１によって変化するので、本実験ではタービン入口
の温度を３３３．２　Ｋ’になる様に制御し。
この温度によって回転数ｎｔ　を以下の式で補正し、本
実験ではＮｔが２７３９　ｒｐｍ／　Ｋ　＠及び２７３
９　ｒｐ＋ｍ／Ｎ　ｔ　＝　ｎ　ｔ　／　ｒ−・・・・
・・（１）Ｋ”の２種類の時のタービン効率の変化を測
定し、それぞれ破線と実線で示した。
第４図に示す如く、補正回転数ｎ、に関係なく各々約１
０％の効率低下が認められた。
このことから、案内羽根と隔壁との間隙が大きくならな
い様にすればタービン効率が悪くならないことがわかる
。
第１の実施例では各案内羽根１７の先端を環状の部材１
９で連結して、案内羽根１７の剛性を高めているから案
内羽根１７自体の熱応力による変形が小さく押えられる
。また、たとえ変形が生じようとしても環状部材１９が
隔壁１２の先端といんろう部１９ｂによって係止され、
その変形は生じない。この変形は、案内羽根１７の弾性
によって吸収される。
ちなみに第８図において最大の変形量ΔＳは、案内羽根
の材料を５Ｂ５Ｃを使用した時０．５ｍｍであった。
Ｓ　８５　Ｇのこの部分の弾性変形の許容値を弾性率か
ら求めると約０．３１である。
従って１組付けの状態で案内羽根の先端と隔壁との間隙
を０．２ｍに設定しておけば、熱変形してその間隙が零
となった状態から更に熱変形して最大の０．５ｍｍ変形
したとしても案内羽根１７自体の弾性変形内に許容され
るので変形を押えたことによる他の部分へのひずみ、例
えば根元部のクラック等は発生しない。
第１の実施例によれば、熱応力による変形の最大値ΔＳ
自体が０．１５＋ｍに低下するので、隔壁１２のいんろ
う部１９ｂでの両者間の間隙は零にしておくことも可能
である。
尚、これら変形量と間隙の設定は材質に応じて設定する
必要がある。
第１の実施例において、筒状部材１８と案内羽根１７及
び環状部材１９は精密鋳造によって形成することができ
る。
本実施例によれば次の様に効果がある。
（１）案内羽根と隔壁との間の間隙を実質的に零にでき
る為、この間隙からもれてインペラに達する排気ガスが
なくなり、その結果、タービン効率の低下が阻止できる
。
（２）案内羽根と共に筒状部材の先端にノズルを一体に
形成できるのでノズルの設計が容易になり。
この部分を通る流体の損失を低下できる。
（３）案内羽根の先端を連結する環状部材によって隔壁
の一部を形成する様にしたので、隔壁の半径方向寸法を
短くでき、従来、熱応力によって隔壁の内周縁に発生し
ていたクラックの発生を抑制できた。
第５図は、本発明の他の実施例である。
この実施例では案内羽根１７の先端を連結する環状部材
１９と隔ｕ１２とをノズル９を通過する流体の流れに対
して直角な面で近接させる様にしたものである。
この実施例によれば、間隙ｇが流体の流れに対して直角
に形成しであるのでこの間隙ｇから漏れる排気ガスは従
来よりはるかに少なくなる。また、高温のもとではこの
間隙ｇは環状部材１９及び隔壁１２の熱膨張によって実
質的に零間隙とすることができ、これによって更に漏れ
を減少できる。
第６図は更に他の実施例で、隔壁１２と環状部材１９と
の間の封止手段をその対面部に形成いんろう係合部１９
ｂで構成し、しかもノズル部を通過する流体の流れに沿
ったいんろう面１９ｆは実質的に間隙零に形成したもの
である。この実施例によれば、ノズル９を流れる流体の
流れに直角な面１９ｄ、１９ｅに形成される間隙から漏
れる排気ガスをもなくすることができ、熱膨張係数が大
きくして、この間隙を大きくとる必要のある材料を使用
した場合でも、この間隙からの洩れをなくすることがで
きる。
尚、本実施例ではタービン４の排気ガス導入口１１と排
気マニホールド２との間に流路切換弁２０を備えた切換
弁組体３を設置したものに本発明を適用したものを説明
したが、この切換弁組体３の形状や形式には関係なく本
発明は適用可能で、実質的に同じ効果が得られる。
また、これらの実施例では、スクロール内に隔壁を設け
て、スクロール室を２分する型のタービンに本発明を適
用し、案内羽根と隔壁との間の間隙を封止する例を説明
したが、本発明はこれに限定されることはない。
即ち、隔壁のない型のタービンにおいても案内羽根の先
端とこれに対面するスクロールの内壁、特にノズル形成
壁面との間に封止手段を設けても良い。
〔発明の効果〕
本発明によればスクロール型タービンのノズル部に形成
された案内羽根の自由端とこれに対面するスクロールの
壁面との間に流体的封止手段を形成したので、案内羽根
を迂回して直接インペラに流入する排気ガスをなくすこ
とができ、この為。
タービン効率を向上できる。特に高温下で使用され１−
２案内羽根の自由端が熱応力による変形が発生してもこ
の封止手段によって間隙の増大を阻止でき、タービン効
率の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示す全体図面、第２図、第
３図は本発明の一実施例に適用された主要部の拡大断面
図、第４図は本発明の詳細な説明する為の特性図、第５
図及び第６図は本発明の他の実施例の要部拡大断面図、
第７図、第８図は従来例の本発明に関連する部分の断面
図及び斜視図である。 １・・・機関、２・・・排気マニホールド、４・・・タ
ービン、８・・・スクロール、９・・・ノズル、１０・
・・タービンインペラ、１２・・・隔壁、１７・・・案
内羽根、１８・・・筒早　Ｉ　　の 早２図　　　早３図 Ｈ ９・ノス°ル １７　　票内羽脹 Ｉ９・・Ｊ１ρ５、イヌζ４Ｆｐ材 第　４　目 速度比　Ｕ糸 秦　Ｓ　口 第　６　目

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、内燃機関から排出される排気ガスを導入し、旋回流
    を生じさせるスクロール、このスクロールの中心に回転
    可能に設置され、前記スクローール内を旋回する排気ガ
    ス流の流体エネルギーによつて回転駆動されると共に作
    用後の排気ガスをその中心から回転軸線方向に排出する
    インペラ、このインペラの周囲を取り囲む様に前記スク
    ロールの内周縁に形成され、且つ前記スクロール内を旋
    回する排気ガスが前記インペラに向つて流出する為の流
    路の軸方向の幅を実質的に前記インペラの羽根の幅に対
    応する幅に絞る為のノズル、一端がこのノズルを形成す
    る前記スクロールの内壁に周方向に所定の間隔で取付け
    られると共にその他端がインペラの回転軸は沿つて対面
    する前記スクロールの内壁に向つて延設され、前記スク
    ロール内を旋回する排気ガス流を前記インペラに向つて
    偏向案内する複数枚の案内羽根を有するものにおいて、
    前記案内羽根の熱変形のもとで、前記案内羽根の他端と
    これに対面するスクロール内壁面との間の隔隙を流体的
    に封止する封止手段としての係合部を設けたことを特徴
    とする内燃機関の排気ガスによつて駆動されるタービン
    。 ２、特許請求の範囲第１項に記載した発明において、前
    記封止手段としての係合部が前記案内羽根の他端とそれ
    と対面する前記スクロールの内壁との間に形成されたい
    んろう係合部によつて形成されていることを特徴とする
    内燃機関の排気ガスによつて駆動されるタービン。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項のいずれかに記
    載した発明において、前記案内羽根が取付けられた前記
    スクロールのノズルを形成する内壁部分が、その部分を
    先端に有する筒状の別部材で形成され、該筒状部材が前
    記スクロールの内周部側面に所定の固定手段で固定され
    ていることを特徴とする内燃機関の排気ガスによつて駆
    動されるタービン。 ４、特許請求の範囲第１項または第２項のいずれかに記
    載された発明において、前記封止手段としての係合部が
    前記案内羽根の他端と、前記スクロールを軸方向に２分
    すべく該スクロールの半径方向外側の内周壁面からノズ
    ル部に向つて延設された環状の隔壁の内周縁との間に形
    成されたいんろう係合部であることを特徴とする内燃機
    関の排気ガスによつて駆動されるタービン。 ５、特許請求の範囲第１項または第２項のいずれかに記
    載した発明において、前記複数の案内羽根の他端を環状
    の部材によつてそれぞれ連結し、この環状の部材とこれ
    に対面する前記スクロールの内壁との間に前記封止手段
    としての係合部を形成したことを特徴とする内燃機関の
    排気ガスによつて駆動されるタービン。
JP61056821A 1986-03-17 1986-03-17 内燃機関の排気ガスによつて駆動されるタ−ビン Pending JPS62214232A (ja)

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