JP4487409B2 - タービン - Google Patents
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- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Control Of Turbines (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービンに関するものであり、例えばターボチャージャに用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開平１０−８９７７号公報には、図５に示すようにハウジング６１と、ハウジング６１に形成された流体入口６２と、ハウジング６１と係合するロータ６３と、ハウジング６１に形成され、流体入口６２からハウジング６１内に導入された流体をロータ６３に供給し、連通路６４を介して互いに連通する第１，第２流体通路６５，６６とを備えたタービンが可変容量ターボチャージャに適用された例として開示されている。ここでは、第１通路６５としての内周スクロールと第２通路６６としての外周スクロールの容量が同じか、もしくは後者の方が少ない。この結果、タービンの可変容量レンジ（可変出力レンジ）が必要十分に取れない場合も出てくる。なお、第２通路６６へは開閉弁６７が開くことで流体が導入される。
【０００３】
可変容量レンジを大きくするには、例えば、外周スクロールの容量を内周スクロールの容量に比べて大きくすれば良い。しかし、開閉弁６６の開閉方向がタービン６３の径方向に沿っており、流体入口６２から外周スクロールに入った流体は、図６に示すように外周スクロールを乱流状態で流れてしまう。従って、外周スクロールから連通路６４を介して内周スクロールへと流体がうまく流れ込まず、タービンの出力が期待するほど、向上しないと言う問題点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、複数の流体通路を持つタービンにおいて、一方の流体通路から他方の流体通路へと効率よく流体が流れ込むようにすることを、その技術的課題とする。
【０００５】
上記課題を解決するための第１の技術的手段は、ハウジングと、前記ハウジングに形成された流体入口及び流体出口と、前記ハウジングと相対回転自在に係合するロータと、前記ハウジングに形成され、前記流体入口から流体を前記ロータに供給し、連通路を介して互いに連通する第１流体通路及び第２流体通路と、前記ハウジングに配設され、前記流体入口から流入される流体を前記第１流体通路及び前記第２流体通路の少なくとも何れか１つに供給可能に切り換える開閉弁と、を備え、前記開閉弁は、弁部と、前記弁部を回動可能に支持する回動軸と、で構成され、前記回動軸の軸芯方向は、前記ロータの軸方向と交わる方向に延在することである。
【０００６】
上記課題を解決するための第２の技術的手段は、前記回動軸の軸芯方向は、前記ロータの軸方向と直交する方向に延在することである。
【０００７】
上記課題を解決するための第３の技術的手段は、前記第１流体通路が内周側流体通路であって、前記第２流体通路が外周側流体通路であることである。
【０００８】
上記課題を解決するための第４の技術的手段は、ターボチャージャの構成部品として用いられることである。
【００１３】
【実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態における可変容量ターボチャージャ１０の断面図である。例えば図示しないエンジンに用いられる可変容量ターボチャージャ１０は大きく分けてタービン１１、ベアリング部１２及びコンプレッサ１３から構成されている。タービン１１のハウジング２１，２２に収容されるタービンロータ１４とコンプレッサ１３のハウジングに収容されるコンプレッサロータ１５はシャフト１６の両端に固設されている。ベアリング部１２には、シャフト１６を回転自在に支承するベアリング１７や潤滑機構１８が配設されている。可変容量ターボチャージャのその他の詳細については、前記した特開平１０−８９７７号公報などを参照されたい。
【００１４】
タービン１１について図１乃至図３を参照して詳しく説明すると、２分割されたハウジング２１，２２にはエンジンの図示しない排気系に連通する流体入口２３と流体出口２４が形成されている。これら出入口を連通するように内周スクロール２５（第１流体通路／内周側流体通路）と外周スクロール２６（第２流体通路／外周側流体通路）がハウジング２１，２２内に形成され、ハウジング２１，２２と相対回転自在に係合するタービンロータ１４に流体入口２３から流体を供給している。ここで、流体としては、エンジンの排気ガスのような高温ガスが例として挙げられる。内周スクロール２５と外周スクロール２６とはハウジング２１に設けられた隔壁２７によって区画されているが、両者は隔壁２７に設けられらた複数の連通路２８を介して互いに連通する。開閉弁（流体切替手段／整流手段）２９は、流体入口２３からハウジング２１，２２内に導入された流体を内周スクロール２５にのみ（図３に実線で示す状態）、或いは内外周スクロール２５，２６の両方に（図３に点線で示す状態）供給するように切り替えるもので、ハウジング２１，２２に回動自在に支承されている。開閉弁２９の回動方向はロータ１４の軸方向と同一であり、言い換えると、内外周スクロール２５，２６の周方向もしくは延在方向に対して垂直な方向である。従って、外周スクロールに２６に流れ込む流体は、図４に示すような旋回流を与えられる。開閉弁２９を機械的に回動させるレバー３２もロータ１４の軸方向に回動するので、その図示しないアクチュエータを可変容量ターボチャージャの軸方向に、つまりコンプレッサ１３側に配置でき、アクチュエータへの熱害が防止できる。なお、開閉弁２９はたとえばエンジンの負荷状況や要求出力に応じて開閉制御されることができる。
【００１５】
外周スクロール２６は開閉弁２９の直下流部から連通路２８の直前部までの間において、外周スクロール２６内を流れる流体に図２に示す渦巻状の流れ（旋回流）３１を生じさせるひねり部（整流手段）３０を備えている。つまり、開閉弁２９の作用によって、またはひねり部３０の作用によって、あるいは両者が相乗的に作用して、外周スクロール２６内を流れる流体が連通路２８を介して内周スクロール２５に流れ込みやすいように径方向内向きの流れ成分を持つことになる。
【００１６】
以上の構成からなる可変容量ターボチャージャの作用について説明すると、エンジンの負荷が低い時には開閉弁２９を閉状態とし、内周スクロール２５のみに流体が流れるようにする。つまり、エンジンの排気ガスが流体入口２３から内周スクロール２５を流れ、ロータ１４を回転させた後に流体出口２４から外部へと排出される。一方、エンジンの負荷が高い時には開閉弁２９を開状態とし、内周スクロール２５と外周スクロール２６の両方に流体が流れるようにする。つまり、エンジンの排気ガスの一部は上記のとおり内周スクロール２５を流れる一方で、別の一部は外周スクロール２６を流れる。外周スクロール２６へと流れ込んだ排気ガスは、開閉弁２９やひねり部３０によって渦巻状の流れ（旋回流）となって連通路２８から内周スクロール２５へと流れ込み、やはりロータ１４を回転させて流体出口２４から外部へと流出していく。なお、ロータ１４の回転はシャフト１６を介してコンプレッサロータ１５に伝達し、この回転するコンプレッサロータ１５によってエンジンの図示しない吸気管中の空気がエンジンに過給される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における可変容量ターボチャージャの断面図である。
【図２】図１におけるタービンのＡ方向矢視および部分断面図である。
【図３】図１におけるタービンのＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１における可変容量ターボチャージャの外周スクロール２６内の流体の流れを示す図である。
【図５】従来技術における可変容量ターボチャージャの断面図である。
【図６】図５における可変容量ターボチャージャの外周スクロール６６内の流体の流れを示す図である。
【符号の説明】
１１・・・タービン
１４・・・ロータ
２１，２２・・・ハウジング
２３・・・流体入口
２４・・・流体出口
２５・・・内周スクロール（第１流体通路／内周側流体通路）
２６・・・第２流体通路（第２流体通路／外周側流体通路）
２８・・・連通路
３０・・・ひねり部（整流手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービンに関するものであり、例えばターボチャージャに用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開平１０−８９７７号公報には、図５に示すようにハウジング６１と、ハウジング６１に形成された流体入口６２と、ハウジング６１と係合するロータ６３と、ハウジング６１に形成され、流体入口６２からハウジング６１内に導入された流体をロータ６３に供給し、連通路６４を介して互いに連通する第１，第２流体通路６５，６６とを備えたタービンが可変容量ターボチャージャに適用された例として開示されている。ここでは、第１通路６５としての内周スクロールと第２通路６６としての外周スクロールの容量が同じか、もしくは後者の方が少ない。この結果、タービンの可変容量レンジ（可変出力レンジ）が必要十分に取れない場合も出てくる。なお、第２通路６６へは開閉弁６７が開くことで流体が導入される。
【０００３】
可変容量レンジを大きくするには、例えば、外周スクロールの容量を内周スクロールの容量に比べて大きくすれば良い。しかし、開閉弁６６の開閉方向がタービン６３の径方向に沿っており、流体入口６２から外周スクロールに入った流体は、図６に示すように外周スクロールを乱流状態で流れてしまう。従って、外周スクロールから連通路６４を介して内周スクロールへと流体がうまく流れ込まず、タービンの出力が期待するほど、向上しないと言う問題点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、複数の流体通路を持つタービンにおいて、一方の流体通路から他方の流体通路へと効率よく流体が流れ込むようにすることを、その技術的課題とする。
【０００５】
上記課題を解決するための第１の技術的手段は、ハウジングと、前記ハウジングに形成された流体入口及び流体出口と、前記ハウジングと相対回転自在に係合するロータと、前記ハウジングに形成され、前記流体入口から流体を前記ロータに供給し、連通路を介して互いに連通する第１流体通路及び第２流体通路と、前記ハウジングに配設され、前記流体入口から流入される流体を前記第１流体通路及び前記第２流体通路の少なくとも何れか１つに供給可能に切り換える開閉弁と、を備え、前記開閉弁は、弁部と、前記弁部を回動可能に支持する回動軸と、で構成され、前記回動軸の軸芯方向は、前記ロータの軸方向と交わる方向に延在することである。
【０００６】
上記課題を解決するための第２の技術的手段は、前記回動軸の軸芯方向は、前記ロータの軸方向と直交する方向に延在することである。
【０００７】
上記課題を解決するための第３の技術的手段は、前記第１流体通路が内周側流体通路であって、前記第２流体通路が外周側流体通路であることである。
【０００８】
上記課題を解決するための第４の技術的手段は、ターボチャージャの構成部品として用いられることである。
【００１３】
【実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態における可変容量ターボチャージャ１０の断面図である。例えば図示しないエンジンに用いられる可変容量ターボチャージャ１０は大きく分けてタービン１１、ベアリング部１２及びコンプレッサ１３から構成されている。タービン１１のハウジング２１，２２に収容されるタービンロータ１４とコンプレッサ１３のハウジングに収容されるコンプレッサロータ１５はシャフト１６の両端に固設されている。ベアリング部１２には、シャフト１６を回転自在に支承するベアリング１７や潤滑機構１８が配設されている。可変容量ターボチャージャのその他の詳細については、前記した特開平１０−８９７７号公報などを参照されたい。
【００１４】
タービン１１について図１乃至図３を参照して詳しく説明すると、２分割されたハウジング２１，２２にはエンジンの図示しない排気系に連通する流体入口２３と流体出口２４が形成されている。これら出入口を連通するように内周スクロール２５（第１流体通路／内周側流体通路）と外周スクロール２６（第２流体通路／外周側流体通路）がハウジング２１，２２内に形成され、ハウジング２１，２２と相対回転自在に係合するタービンロータ１４に流体入口２３から流体を供給している。ここで、流体としては、エンジンの排気ガスのような高温ガスが例として挙げられる。内周スクロール２５と外周スクロール２６とはハウジング２１に設けられた隔壁２７によって区画されているが、両者は隔壁２７に設けられらた複数の連通路２８を介して互いに連通する。開閉弁（流体切替手段／整流手段）２９は、流体入口２３からハウジング２１，２２内に導入された流体を内周スクロール２５にのみ（図３に実線で示す状態）、或いは内外周スクロール２５，２６の両方に（図３に点線で示す状態）供給するように切り替えるもので、ハウジング２１，２２に回動自在に支承されている。開閉弁２９の回動方向はロータ１４の軸方向と同一であり、言い換えると、内外周スクロール２５，２６の周方向もしくは延在方向に対して垂直な方向である。従って、外周スクロールに２６に流れ込む流体は、図４に示すような旋回流を与えられる。開閉弁２９を機械的に回動させるレバー３２もロータ１４の軸方向に回動するので、その図示しないアクチュエータを可変容量ターボチャージャの軸方向に、つまりコンプレッサ１３側に配置でき、アクチュエータへの熱害が防止できる。なお、開閉弁２９はたとえばエンジンの負荷状況や要求出力に応じて開閉制御されることができる。
【００１５】
外周スクロール２６は開閉弁２９の直下流部から連通路２８の直前部までの間において、外周スクロール２６内を流れる流体に図２に示す渦巻状の流れ（旋回流）３１を生じさせるひねり部（整流手段）３０を備えている。つまり、開閉弁２９の作用によって、またはひねり部３０の作用によって、あるいは両者が相乗的に作用して、外周スクロール２６内を流れる流体が連通路２８を介して内周スクロール２５に流れ込みやすいように径方向内向きの流れ成分を持つことになる。
【００１６】
以上の構成からなる可変容量ターボチャージャの作用について説明すると、エンジンの負荷が低い時には開閉弁２９を閉状態とし、内周スクロール２５のみに流体が流れるようにする。つまり、エンジンの排気ガスが流体入口２３から内周スクロール２５を流れ、ロータ１４を回転させた後に流体出口２４から外部へと排出される。一方、エンジンの負荷が高い時には開閉弁２９を開状態とし、内周スクロール２５と外周スクロール２６の両方に流体が流れるようにする。つまり、エンジンの排気ガスの一部は上記のとおり内周スクロール２５を流れる一方で、別の一部は外周スクロール２６を流れる。外周スクロール２６へと流れ込んだ排気ガスは、開閉弁２９やひねり部３０によって渦巻状の流れ（旋回流）となって連通路２８から内周スクロール２５へと流れ込み、やはりロータ１４を回転させて流体出口２４から外部へと流出していく。なお、ロータ１４の回転はシャフト１６を介してコンプレッサロータ１５に伝達し、この回転するコンプレッサロータ１５によってエンジンの図示しない吸気管中の空気がエンジンに過給される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における可変容量ターボチャージャの断面図である。
【図２】図１におけるタービンのＡ方向矢視および部分断面図である。
【図３】図１におけるタービンのＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１における可変容量ターボチャージャの外周スクロール２６内の流体の流れを示す図である。
【図５】従来技術における可変容量ターボチャージャの断面図である。
【図６】図５における可変容量ターボチャージャの外周スクロール６６内の流体の流れを示す図である。
【符号の説明】
１１・・・タービン
１４・・・ロータ
２１，２２・・・ハウジング
２３・・・流体入口
２４・・・流体出口
２５・・・内周スクロール（第１流体通路／内周側流体通路）
２６・・・第２流体通路（第２流体通路／外周側流体通路）
２８・・・連通路
３０・・・ひねり部（整流手段）
Claims (4)
- ハウジングと、
前記ハウジングに形成された流体入口及び流体出口と、
前記ハウジングと相対回転自在に係合するロータと、
前記ハウジングに形成され、前記流体入口から流体を前記ロータに供給し、連通路を介して互いに連通する第１流体通路及び第２流体通路と、
前記ハウジングに配設され、前記流体入口から流入される流体を前記第１流体通路及び前記第２流体通路の少なくとも何れか１つに供給可能に切り換える開閉弁と、を備え、
前記開閉弁は、弁部と、前記弁部を回動可能に支持する回動軸と、で構成され、
前記回動軸の軸芯方向は、前記ロータの軸方向と交わる方向に延在するタービン。 - 前記回動軸の軸芯方向は、前記ロータの軸方向と直交する方向に延在する請求項１に記載のタービン。
- 前記第１流体通路が内周側流体通路であって、前記第２流体通路が外周側流体通路である請求項１または２に記載のタービン。
- ターボチャージャの構成部品として用いられる請求項１乃至３のいずれかひとつに記載のタービン。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000337523A JP4487409B2 (ja) | 2000-11-06 | 2000-11-06 | タービン |
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|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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