JPS591332B2 - 過給機用タ−ビン車室 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、往復動内燃機関等に搭載され、その排気エネ
ルギーを利用してタービンを駆動し、その駆動回転力に
より同軸上のコンプレッサーを介して空気を圧縮し、前
記内燃機関への空気量を増加して過給し、出力の増大を
図るようにした過給機のタービン車室に関するもので、
過給機を内燃機関のあらゆる作動範囲内で有効に作動さ
せるために低速から高速のあらゆる領域でエネルギーの
有効利用を図って低速時の高有効圧力作動と過給機の低
燃費を図ることを目的とするものである。

第１図Ａ 、 １３ 、 Ｃは夫々従来の過給方式の例
を示すもので、図中ａはエンジン、ｂはタービン、ｃｌ
マコンプレッサー、ｄはガス通路、ｅは空気通路を示し
ている。

しかし第１図Ａに示すような通常の過給方式においては
、タービンｂにおけるタービン車室が固定ノズルである
ために、過給機を最適マツチングさせたところ以外は効
率が低下し機関性能が悪い。

特に通常は高速にマツチングさせているために低速性能
と部分負荷性能が悪くなる問題がある。

第１図Ｂにおいては低速にマツチングさせるために高速
大流量部分の一部のガスをウェストゲートｆによりター
ビンを経由せず大気に逃して過給圧力を所定の圧力に保
持し機関低速性能を上昇させるようにしているが、ガス
通路ｄを逃す部分における性能が低下し、エネルギーの
損失になる。

第１図Ｃにおいては前記Ａ及びＢの方式のもつ問題点を
解決すべく、ベーンノズルｑの角度あるいはベーンレス
ノズルの面積を変えるようにした可変タービン構造とし
ているが、斯る構造のものは大変高価なものとなる問題
があり、またこのために安価なスクロール切換え形とす
ることも考えられているが、低速ガスパルスを利用する
ことができなく更に排気干渉があるために性能が悪い等
の問題を有していた。

本発明は、簡単な構成で排出ガスの小流量時においては
その流量に適したポンピングロスの少ない排気タービン
用スクロールを形成し、大流量時においては実質的にぞ
のスクロール大型化し、機関の広範な流量範囲に対し常
に最適なスクロールを形成し得るようにしたもので、タ
ービン翼車の外周において、仕切板でガス流路を分離し
てなるガス導入部と、該ガス導入部の各ガス流路と別個
に連通ずる如く仕切壁によりタービン翼車の軸の長手方
向に流路そ２つに分離してなり且つタービン翼車の外周
に適宜の範囲で第一ノズルを開口してなる第一スクロー
ルと、前記ガス導入部の各ガス流路と連通し且つ前記第
一ノズルの外周を包囲する如く形成して該第−ノズルの
開口部以外のタービン翼車外周に第二ノズルを開口して
なる単一流路構造の第ニスクロールとを一体的に形成し
、前記ガス導入部と第ニスクロールの接続部において第
ニスクロールへのガスの流入を制御する調整バルブを設
けていることを特徴とする過給機用タービン車室、に係
るものである。

通常、往復動内燃機関ハ排出ガスの小流量時（低回転時
）において排気の干渉を受は易く、多気筒機関の場合の
配管条件として爆発順が隣り合う気筒からの排気ガスを
タービン翼車まで分離して導かなければならないが、本
発明により小流量作動時のスクロールが前記排気干渉を
避けるために翼車付近まで軸の長さ方向にガスを分離し
て導く構造として、排気干渉の減少と排気バルブを有効
利用することができるようにしており、また排出ガスの
大流量時（高回転時）には通常排気の脈動も少なくなり
定常状態に近くブースト圧力も排気ガス圧力より高くな
るため排気干渉の影響が少なくなり流れ抵抗が小さい単
一断面スクロールが有利であるので、大流量時になると
自動的にガスの一部が上記単一断面スクロールに流入し
実質的に大容量になるよう形成されるようにしたもので
ある。

以下本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。

排気タービン過給機を６気筒工ンジン動圧過給方式で装
着した例を第２図に示しており、エンジン１の各エンジ
ンシリンダ２３〜２ｆからの排ガスを互に排気干渉しな
いように２群配管３ａ、３ｂで過給機４のタービン車室
５に導いてタービン翼車を回転させ、その回転により同
軸上のコンプレッサー６を駆動して空気７の圧縮を行い
、前記エンジン１の夫々のシリンダ２ａ〜２ｆに過給す
るようにしている。

本発明は上記タービン車室５の構造に係るものであり、
第３図〜第８図はその一例を示している。

前記２群に分けた配管３ａ 、３ｂを接続し、前記２群
に分けられたガスをタービン翼車８の軸の長手方向に分
１雌して別々に導くための仕切板９を有するガス導入部
１０ａ、１０ｂ、及び該ガス導入部１０ａ、１０ｂから
のガスを仕切壁１１で完全に分離したままタービン翼車
８外周の第一ノズル部１２に導く第一スクロール１３ａ
、１３ｂを設ける。

更に上記第一スクロール１３ａ、１３ｂの外周において
、前記ガス導入部１０ａ、１０ｂと連通しガスを分離す
ることなくタービン翼車８外周の第二ノズル部１４に導
く単一流路構造の第ニスクロール１５を設ける。

前記第一スクロール１３ａ、１３ｂはガス流量が少ない
ときに作動させるためのものであり、有効エネルギーが
小さい部分であるが、流量が少ないときにもタービン効
率は保持させる必要がある。

このため前記第ニスクロール１５（こガスが渡れない（
小流量）の場合のポンピングロスを最少にするために第
一スクロール１３ａ、１３ｂのノズル部１２の大きさの
範囲ａを円周の１／２以上の所要の大きさとする。

更に、前記第ニスクロール１５における前記ガス導入部
１０ａ、１０ｂに近接する位置に対し、調整バルブ１６
を設け、例えばブロワ１４から圧縮されて吐出ｒる空気
のブースト圧力により作動するダイヤフラムとスプリン
グからなるコントロールユニット１７を設け、リンク１
８を介して前記調整バルブ１６の開度調整を行うように
する。

図示の調整バルブ１６は、前記リンク１８と一体に回動
するバルブステム１９に固定してなるバタフライバルブ
の例を示している。

上記構成によれば、エンジン１が低中速及び部分負荷時
には、第一スクロール１３ａ、１３ｂにより排気干渉を
受けることなく且つ排気パルスを有効に利用して作動す
る。

また第一スクロール１３ａ、１３ｂにおけるパルス利用
と容量Ａ／Ｒが小さいこと即ち小流量用の独立したスク
ロールを設は且つ分離して形成しているので流路断面積
が減少してガス流速が増大することにより排気エネンレ
ギー利用率が増大してプロワブース−吐出圧力（流量）
が大幅に増大する。

前記ブーストがある制限値（一般にはエンジンの強度条
件）に達すると、コントロールユニット１７が作動し、
リンク１８を介して調整バルブ１６を開き、ガスの−部
を第ニスクロール１５へ送る。

このためタービン車室５は実質的にコントロール作動前
より大容量化され、ブーストは一定に保持される。

また調整バルブ１６の開作動により第ニスクロール１５
内に流入するガス導入部１０ａ、１０ｂからの２群に分
けられたガスは、調整バルブ以降で混合されることにな
る。

これは高速時には脈動効果が小さくなるために、第一ス
クロール１３ａ、１３ｂの場合のような仕切壁１１を設
ける必要がなく、むしろこのような壁を設けると管路抵
抗が増大する等の理由により単一の流路構造としている
ためである。

また前記第ニスクロール１５の（ｎ）部Ａ／Ｒと流入面
積（角度３６０−ａ）は、最大流量時における調整バル
ブ１６が全開となったときに均一な流れとなるように第
一スクロール容量）部Ａ／Ｒと角度ａに関連して決定さ
れる。

この配分はエンジンへのマツチングにより自由に選択（
一般には中速にマツチングさせている）できるが、第一
スクロール１３ａ 、１３ｂのノズル部１２が円周の１
／２以上の範囲αをもつことにより良好な性能を発揮す
ることができる。

各スクロールのＡ／Ｒと流入範囲は次式により表わされ
る。

Ａ／Ｒ（１） ：第一スクロール１３ａ、１３ｂの入／
ＲＡ／Ｒ（ＩＩ）：第ニスクロール１５のＡ／Ｒα：第
一スクロール１３ａ、１３ｂのガス流入範囲 β１：第一スクロール１３ａ、１３ｂの仕切壁構造の脈
動利用率１．１〜１．２程度 β２：第ニスクロール１５の脈動利用率１．０程度第９
図〜第１１図は本発明における調整バルブ１６の他の実
施例を示すもので、バルブステム２０を中止に回転して
第ニスクロール１５に対するガスの流入調整を行うロー
タリーバルブ１６′を設けている。

図中前記と同一符号を付しているものは同一の部分を示
す。

尚、本発明は上記実施例にのみ限定されるものではなく
調整バルブには他の方式のものを採用するようにしても
よいこと、構成各部は図示の形状のもののみに限定され
ないこと、その池水発明の要旨を逸脱しない範囲内にお
いて種々変更を加え得ること、等は勿論である。

上述した本発明の過給機用タービン車室によれば、次の
ような優れた効果を発揮する。

（１）一般に可変機構を過給機に適用する場合、性能を
ある程度確保するには高価になり易く、また低コスト形
とした場合には性能が低下していたが、本発明は非常に
簡単な構造で安価に実施することができ、しかも高性能
なタービン車室を提供し得る。

（ｉｉ） 本発明に類似するタービン車室の場合、ス
クロールの切換えが単純化しているため、排気干渉が生
じたり動圧利用が低速時に行われないなど低速性能が劣
っていたが、本発明においては仕切壁により分離し且つ
１／２以上の流入ノズル範囲をもっている第一スクロー
ルにより動圧利用が可能になる。

冊 大流量時に併用して使用する第ニスクロールができ
るだけ抵抗を小さくし且つ排気干渉を避けるパルコン形
車室流路を形成しているもので、高効率を確保し得る。

（１■）タービン車室組込方式のウェストゲートと略々
同じ信頼性と価格にて、大流量時の高効率作動が可能で
ある。

（Ｖ） 仕切壁によって分離され且つタービン翼車の
外周に所要の範囲αで第一ノズル部を開口するようにし
た第一スクロールの外周に、単一流路構造を有し前記第
一ノズル部以外のタービン翼車外周に第二ノズル部を開
口するようにした第ニスクロールを設けたことにより、
タービン翼車の外周に開口する第一スクロールの流路の
数を必要最少限の２個として、第一ノズル部の開口幅及
び流路断面積を減少させることができ、よって小流量時
におけるタービン効率の向上が図れ、よって小流量時か
ら大流量時まで高いタービン効率を保持しつつスクロー
ル容量の変更が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ、Ｂ、Ｃは夫々従来の過給方式の例を示す説明
図、第２図は６気筒エンジンに対する過給装置の一例を
示す全体説明図、第３図は本発明の一実施例を示す切断
側面図、第４図は第３図の１ｖ方向矢視図、第５図は第
４図の■方向矢視図、第６図は第４図のｖ１方向矢視図
、第７図は第４図のｖ１１方向矢視図、第８図は第４図
のｖ１１１方向矢視図、第９図は調整バルブの他の実施
例を示す切断側面図、第１０図は第９図のＸ方向矢視図
、第１１図は第９図の調整バルブが作動した状態を示す
説明図である。 １はエンジン、３ａ、３ｂは配管、４は過給機、５はタ
ービン車室、８はタービン翼車、９は仕切板、１０ａ、
１０ｂはガス導入部、１１は仕切壁、１２は第一ノズル
部、１３ａ、１３ｂは第一スクロール、１４は第二ノズ
ル部、１５は第ニスクロール、１６、１６’ハ調整パル
’７’、１７はコントロールユニットを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ タービン翼車の外周において、仕切板でガス流路を
   分離してなるガス導入部と、該ガス導入部の各ガス流路
   と別個に連通ずる如く仕切壁によりタービン翼車の軸の
   長手方向に流路を２つに分離してなり且つタービン翼車
   の外周に適宜の範囲で第一ノズルを開口してなる第一ス
   クロールと、前記ガス導入部の各ガス流路と連通し且つ
   前記第一ノズルの外周を包囲する如く形成して該第二ノ
   ズルの開口部以外のタービン翼車外周に第二ノズルを開
   口してなる単一流路構造の第ニスクロールとを一体的に
   形成し、前記ガス導入部と第ニスクロールの接続部にお
   いて第ニスクロールへのガスの流入を制御する調整バル
   ブを設けていることを特徴とする過給機用タービン車室
   。