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JP4441349B2 - Turbocharger and turbine - Google Patents

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JP4441349B2
JP4441349B2 JP2004217922A JP2004217922A JP4441349B2 JP 4441349 B2 JP4441349 B2 JP 4441349B2 JP 2004217922 A JP2004217922 A JP 2004217922A JP 2004217922 A JP2004217922 A JP 2004217922A JP 4441349 B2 JP4441349 B2 JP 4441349B2
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turbine
turbocharger
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scroll
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雄二 岩切
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Description

本発明は、タービンスクロール内のガスがノズルを通ってタービンホイールの翼間流路に流入することで、タービンホイールが回転駆動するターボ過給機及びタービンに関する。   The present invention relates to a turbocharger and a turbine in which a turbine wheel is rotationally driven by gas in a turbine scroll flowing into a flow path between blades of the turbine wheel through a nozzle.

従来におけるターボ過給機の一例が下記特許文献1に開示されている。特許文献1におけるターボ過給機のタービンはツインスクロール型のタービンであり、図12に示すように、エンジンの排気ガスが供給されるタービンスクロール109内部は、隔壁111によりタービンホイール114軸方向に第1通路110a及び第2通路110bに分割されている。第1通路110aの出口には、羽根付きノズル112aが設けられており、第1通路110aに供給された排気ガスは、羽根付きノズル112aを通ってタービンホイール114の翼間流路の入口113に流入する。一方、第2通路110bの出口には、羽根なしノズル112bが設けられており、第2通路110bに供給された排気ガスは、羽根なしノズル112bを通ってタービンホイール114の翼間流路の入口113に流入する。さらに、第2通路110bの入口には、第2通路110bを開閉することができる制御バルブ117が設けられている。   An example of a conventional turbocharger is disclosed in Patent Document 1 below. The turbine of the turbocharger in Patent Document 1 is a twin scroll type turbine. As shown in FIG. 12, the interior of the turbine scroll 109 to which engine exhaust gas is supplied is separated by a partition wall 111 in the axial direction of the turbine wheel 114. The passage is divided into a first passage 110a and a second passage 110b. A bladed nozzle 112a is provided at the outlet of the first passage 110a, and the exhaust gas supplied to the first passage 110a passes through the bladed nozzle 112a to the inlet 113 of the inter-blade flow path of the turbine wheel 114. Inflow. On the other hand, a vaneless nozzle 112b is provided at the outlet of the second passage 110b, and the exhaust gas supplied to the second passage 110b passes through the vaneless nozzle 112b and enters the inlet of the flow path between the blades of the turbine wheel 114. It flows into 113. Further, a control valve 117 capable of opening and closing the second passage 110b is provided at the inlet of the second passage 110b.

エンジンの低速運転時には、第2通路110bが制御バルブ117により閉じられることで、エンジンの排気ガスは、第1通路110aのみに供給され、羽根付きノズル112aのみを通ってタービンホイール114の翼間流路の入口113に流入する。ここで、少ない排気流量でも十分高速な流れを与えるように羽根付きノズル112aの形状を設定することで、エンジンの低速運転時における過給圧力を高めている。一方、エンジンの高速運転時には、第2通路110bが制御バルブ117により開けられることで、エンジンの排気ガスは、第1通路110a及び第2通路110bの両方に供給され、羽根付きノズル112a及び羽根なしノズル112bの両方を通ってタービンホイール114の翼間流路の入口113に流入する。これによって、エンジンの高速運転時における過給圧力を抑制するとともに、エンジン背圧(タービン入口圧力)を低減している。   During low-speed operation of the engine, the second passage 110b is closed by the control valve 117, so that the exhaust gas of the engine is supplied only to the first passage 110a and flows between the blades of the turbine wheel 114 through only the bladed nozzle 112a. It flows into the entrance 113 of the road. Here, the supercharging pressure during low-speed operation of the engine is increased by setting the shape of the bladed nozzle 112a so as to provide a sufficiently high-speed flow even with a small exhaust flow rate. On the other hand, at the time of high-speed operation of the engine, the second passage 110b is opened by the control valve 117, so that the engine exhaust gas is supplied to both the first passage 110a and the second passage 110b, and the bladed nozzle 112a and the bladeless It flows into the inlet 113 of the flow path between the blades of the turbine wheel 114 through both of the nozzles 112b. As a result, the supercharging pressure during high-speed operation of the engine is suppressed, and the engine back pressure (turbine inlet pressure) is reduced.

その他にも、下記特許文献2〜5のターボ過給機が開示されている。   In addition, the turbochargers disclosed in Patent Documents 2 to 5 below are disclosed.

特開昭60−166718号公報Japanese Patent Laid-Open No. 60-166718 特公平7−13467号公報Japanese Patent Publication No. 7-13467 特開2004−68631号公報JP 2004-68631 A 特開平5−149144号公報JP-A-5-149144 特開平6−185371号公報JP-A-6-185371

特許文献1では、図12に示すように、タービンホイール114の翼間流路の入口113においてノズルが羽根付きノズル112a及び羽根なしノズル112bに分割されている。第2通路110bが制御バルブ117により閉じられている場合は、図12の矢印に示すように、エンジンの排気ガスは羽根なしノズル112bを通ることなく羽根付きノズル112aのみを通ってタービンホイール114の翼間流路の入口113に流入する。その場合は、図12に示すように、タービンホイール114の翼間流路において排気ガスの流れが偏り、排気ガスが流れない領域115が存在することになる。そのため、翼間流路の排気ガスが流れない領域115で渦が発生し、タービンの損失が大きくなる。したがって、特許文献1においては、タービンの高効率化を広い運転領域に渡って実現することが困難であるという問題点がある。   In Patent Document 1, as shown in FIG. 12, the nozzle is divided into a bladed nozzle 112 a and a bladeless nozzle 112 b at the inlet 113 of the inter-blade flow path of the turbine wheel 114. When the second passage 110b is closed by the control valve 117, the engine exhaust gas does not pass through the bladeless nozzle 112b but passes through only the bladed nozzle 112a as shown by the arrow in FIG. It flows into the inlet 113 of the inter-blade channel. In that case, as shown in FIG. 12, in the flow path between the blades of the turbine wheel 114, the flow of the exhaust gas is uneven, and there is a region 115 where the exhaust gas does not flow. Therefore, a vortex is generated in the region 115 where the exhaust gas in the inter-blade flow path does not flow, and the loss of the turbine increases. Therefore, Patent Document 1 has a problem that it is difficult to achieve high efficiency of the turbine over a wide operation region.

本発明は、広い運転領域に渡って高効率化を実現することができるターボ過給機及びタービンを提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the turbocharger and turbine which can implement | achieve high efficiency over a wide operation area | region.

本発明に係るターボ過給機は、タービンスクロール内のガスがノズルを通ってタービンホイールの翼間流路に流入することで、タービンホイールが回転駆動して過給が行われるターボ過給機であって、前記ノズルとして、タービンスクロール内のガスを前記翼間流路の入口へ導く第1ノズルと、タービンスクロール内のガスを前記翼間流路の途中部へ導く第2ノズルと、が設けられており、タービンスクロール内と前記第2ノズルとの間に制御バルブが設けられており、該制御バルブによりタービンスクロール内と前記第2ノズルとの間の開度を調整することで、前記第2ノズルを通るガスの流量の調整が可能であることを要旨とする。 A turbocharger according to the present invention is a turbocharger in which a gas in a turbine scroll flows into a passage between blades of a turbine wheel through a nozzle, whereby the turbine wheel is rotationally driven to perform supercharging. The nozzle includes a first nozzle that guides the gas in the turbine scroll to the inlet of the inter-blade channel, and a second nozzle that guides the gas in the turbine scroll to the middle part of the inter-blade channel. A control valve is provided between the turbine scroll and the second nozzle, and the opening between the turbine scroll and the second nozzle is adjusted by the control valve, whereby the first valve The gist is that the flow rate of the gas passing through the two nozzles can be adjusted.

本発明に係るターボ過給機において、前記第1ノズルのタービンホイール軸方向における流路幅が、前記翼間流路の入口のタービンホイール軸方向における流路幅と略等しく設定されているものとすることもできる。   In the turbocharger according to the present invention, the flow path width in the turbine wheel axial direction of the first nozzle is set to be substantially equal to the flow path width in the turbine wheel axial direction of the inlet of the inter-blade flow path. You can also

本発明に係るターボ過給機において、タービンスクロールは、内部に流路を分割する仕切壁が設けられていない非分割式のスクロールであるものとすることもできる。   In the turbocharger according to the present invention, the turbine scroll may be a non-split type scroll in which a partition wall for dividing the flow path is not provided.

本発明に係るターボ過給機において、前記第2ノズルの流路面積が前記第1ノズルの流路面積より大きく設定されているものとすることもできる。   In the turbocharger according to the present invention, the flow passage area of the second nozzle may be set larger than the flow passage area of the first nozzle.

本発明に係るターボ過給機において、前記第1ノズルと前記第2ノズルの少なくとも一方に固定翼が設けられているものとすることもできる。   In the turbocharger according to the present invention, fixed blades may be provided on at least one of the first nozzle and the second nozzle.

本発明に係るターボ過給機において、前記第2ノズルに可動翼が設けられており、該可動翼により前記第2ノズルの開度を調整することで、前記第2ノズルを通るガスの流量の調整が可能であるものとすることもできる。   In the turbocharger according to the present invention, the second nozzle is provided with movable vanes, and the opening of the second nozzle is adjusted by the movable vanes so that the flow rate of the gas passing through the second nozzle is reduced. Adjustments can also be possible.

また、本発明に係るタービンは、タービンスクロール内のガスがノズルを通ってタービンホイールの翼間流路に流入することで、タービンホイールが回転駆動するタービンであって、前記ノズルとして、タービンスクロール内のガスを前記翼間流路の入口へ導く第1ノズルと、タービンスクロール内のガスを前記翼間流路の途中部へ導く第2ノズルと、が設けられており、タービンスクロール内と前記第2ノズルとの間に制御バルブが設けられており、該制御バルブによりタービンスクロール内と前記第2ノズルとの間の開度を調整することで、前記第2ノズルを通るガスの流量の調整が可能であることを要旨とする。
The turbine according to the present invention is a turbine in which the turbine wheel is rotationally driven by the gas in the turbine scroll flowing into the inter-blade flow path of the turbine wheel through the nozzle. a first nozzle for guiding a gas to the inlet of the blade between the flow passage, a second nozzle for directing gas in a turbine scroll to the middle portion of the blade between the flow path, is provided with the a turbine scroll the A control valve is provided between the two nozzles, and by adjusting the opening between the turbine scroll and the second nozzle by the control valve , the flow rate of the gas passing through the second nozzle can be adjusted. The gist is that it is possible.

本発明によれば、タービンスクロール内のガスをタービンホイールの翼間流路の入口へ導く第1ノズルと、タービンスクロール内のガスをタービンホイールの翼間流路の途中部へ導く第2ノズルと、を設け、第2ノズルを通るガスの流量を調整することにより、広い運転領域に渡ってタービンの高効率化を実現することができる。   According to the present invention, the first nozzle that guides the gas in the turbine scroll to the inlet of the passage between the blades of the turbine wheel, and the second nozzle that guides the gas in the turbine scroll to the middle part of the passage between the blades of the turbine wheel; By adjusting the flow rate of the gas passing through the second nozzle, high efficiency of the turbine can be realized over a wide operation region.

以下、本発明を実施するための形態(以下実施形態という)を図面に従って説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.

図1〜4は、本発明の実施形態に係るタービンを含むターボ過給機の構成の概略を示す図であり、図1はタービンホイール14軸方向と垂直方向から見たタービン10の内部構成を示し、図2はタービンホイール14軸方向と平行方向から見たタービン10の内部構成を示す。そして、図3はタービン10の内部構成の斜視図を示し、図4は図1におけるノズル及びタービンホイール14の拡大図を示す。ただし、図2においては、タービンホイール14の図示を省略している。本実施形態に係るターボ過給機は、例えばエンジンの過給を行うために用いられるものである。   1 to 4 are diagrams showing an outline of a configuration of a turbocharger including a turbine according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows an internal configuration of the turbine 10 viewed from a direction perpendicular to the turbine wheel 14 axial direction. FIG. 2 shows the internal configuration of the turbine 10 as seen from the direction parallel to the axial direction of the turbine wheel 14. 3 is a perspective view of the internal configuration of the turbine 10, and FIG. 4 is an enlarged view of the nozzle and the turbine wheel 14 in FIG. However, in FIG. 2, illustration of the turbine wheel 14 is omitted. The turbocharger according to the present embodiment is used for supercharging an engine, for example.

エンジン(図示せず)の排気ガスは、排気管(図示せず)を通ってタービンスクロール12内へ供給される。タービンスクロール12内の排気ガスは、後述する構成のノズルを通ってタービンホイール14の翼間流路に流入することで、タービンホイール14が回転駆動する。タービンホイール14は回転軸16を介してコンプレッサホイール(図示せず)と連結されており、タービンホイール14の回転駆動とともにコンプレッサホイールが回転駆動する。コンプレッサホイールの回転駆動により、吸気ガスを加圧してエンジンの吸気ポート(図示せず)へ供給することができる。これによって、エンジンの過給を行うことができる。   Exhaust gas from an engine (not shown) is supplied into the turbine scroll 12 through an exhaust pipe (not shown). Exhaust gas in the turbine scroll 12 flows into the inter-blade flow path of the turbine wheel 14 through a nozzle having a configuration described later, whereby the turbine wheel 14 is rotationally driven. The turbine wheel 14 is connected to a compressor wheel (not shown) via a rotating shaft 16, and the compressor wheel is rotationally driven together with the rotational driving of the turbine wheel 14. By rotating the compressor wheel, the intake gas can be pressurized and supplied to the intake port (not shown) of the engine. As a result, the engine can be supercharged.

本実施形態においては、タービンスクロール12は、内部に流路を分割する仕切壁が設けられていない非分割式のスクロールである。そして、タービンスクロール12内の排気ガスをタービンホイール14の翼間流路へ導くノズルとして、排気ガスをタービンホイール14の翼間流路の入口13へ導く第1ノズル22と、第1ノズル22とタービンホイール14軸方向に所定距離はなされて配置され排気ガスをタービンホイール14の翼間流路の途中部15へ導く第2ノズル24と、が設けられている。ここで、図4に示すように、翼間流路の途中部15とタービンホイール14の回転軸中心との距離は、翼間流路の入口13とタービンホイール14の回転軸中心との距離より小さく設定されており、第2ノズル24とタービンホイール14の回転軸中心との距離r2は、第1ノズル22とタービンホイール14の回転軸中心との距離r1より小さく設定されている。そして、第1ノズル22のタービンホイール14軸方向における流路幅b1が、翼間流路の入口13のタービンホイール14軸方向における流路幅b3と略等しく設定されている。   In the present embodiment, the turbine scroll 12 is a non-split type scroll that is not provided with a partition wall that divides the flow path. As a nozzle that guides the exhaust gas in the turbine scroll 12 to the inter-blade passage of the turbine wheel 14, a first nozzle 22 that guides the exhaust gas to the inlet 13 of the inter-blade passage of the turbine wheel 14, A second nozzle 24 is provided that is disposed at a predetermined distance in the axial direction of the turbine wheel 14 and guides the exhaust gas to the midway portion 15 of the flow path between the blades of the turbine wheel 14. Here, as shown in FIG. 4, the distance between the intermediate portion 15 of the inter-blade flow path and the rotational axis center of the turbine wheel 14 is greater than the distance between the inlet 13 of the inter-blade flow path and the rotational axis center of the turbine wheel 14. The distance r2 between the second nozzle 24 and the rotation axis center of the turbine wheel 14 is set to be smaller than the distance r1 between the first nozzle 22 and the rotation axis center of the turbine wheel 14. The flow path width b1 of the first nozzle 22 in the axial direction of the turbine wheel 14 is set substantially equal to the flow path width b3 of the inlet 13 of the inter-blade flow path in the axial direction of the turbine wheel 14.

第1ノズル22には複数の固定ベーン28が設けられており、第2ノズル24には複数の固定ベーン30が設けられている。ここで、図4に示すように、第2ノズル24のタービンホイール14軸方向における流路幅b2が第1ノズル22のタービンホイール14軸方向における流路幅b1より大きく設定されており、第2ノズル24の流路面積が第1ノズル22の流路面積より大きく設定されている。典型的な例を挙げると、第2ノズル24の流路面積が第1ノズル22の流路面積の3〜4倍程度であることが好ましい。   The first nozzle 22 is provided with a plurality of fixed vanes 28, and the second nozzle 24 is provided with a plurality of fixed vanes 30. Here, as shown in FIG. 4, the flow path width b2 of the second nozzle 24 in the axial direction of the turbine wheel 14 is set to be larger than the flow path width b1 of the first nozzle 22 in the axial direction of the turbine wheel 14, The flow area of the nozzle 24 is set larger than the flow area of the first nozzle 22. As a typical example, the flow area of the second nozzle 24 is preferably about 3 to 4 times the flow area of the first nozzle 22.

さらに、タービンスクロール12内と第2ノズル24との間に制御バルブ26が設けられている。制御バルブ26によりタービンスクロール12内と第2ノズル24との間の開度(流路面積)を調整することで、第2ノズル24を通る排気ガスの流量を調整することができる。   Further, a control valve 26 is provided between the turbine scroll 12 and the second nozzle 24. The flow rate of the exhaust gas passing through the second nozzle 24 can be adjusted by adjusting the opening degree (flow path area) between the turbine scroll 12 and the second nozzle 24 by the control valve 26.

次に、本実施形態に係るターボ過給機の動作について説明する。   Next, the operation of the turbocharger according to this embodiment will be described.

エンジンの低速運転時には、制御バルブ26を閉じることにより、タービンスクロール12内と第2ノズル24との連通を遮断する。これによって、第2ノズル24から翼間流路の途中部15への排気ガスの流れが遮断される。このとき、タービンスクロール12内の排気ガスは、第1ノズル22のみを通って翼間流路の入口13のみからタービンホイール14の翼間流路に流入する。ここで、少ない排気ガス流量でも十分高速な流れが得られるように、第1ノズル22の流路面積及び固定ベーン28の形状をエンジンの低速領域に合わせて設定することで、エンジンの低速運転時における過給圧力を高めることができる。   During low-speed operation of the engine, the communication between the inside of the turbine scroll 12 and the second nozzle 24 is blocked by closing the control valve 26. Thereby, the flow of the exhaust gas from the second nozzle 24 to the midway part 15 of the inter-blade flow path is blocked. At this time, the exhaust gas in the turbine scroll 12 passes through only the first nozzle 22 and flows into the inter-blade passage of the turbine wheel 14 only from the inlet 13 of the inter-blade passage. Here, the flow area of the first nozzle 22 and the shape of the fixed vane 28 are set in accordance with the low speed region of the engine so that a sufficiently high speed flow can be obtained even with a small exhaust gas flow rate. The supercharging pressure can be increased.

そして、本実施形態においては、エンジンの低速運転時に、第1ノズル22を通って翼間流路の入口13から流入した排気ガスは、タービンホイール14の翼間流路におけるほぼ全領域を流れるため、排気ガスが流れない領域の存在に起因する渦の発生が防止される。したがって、エンジンの低速運転時には、渦の発生によるタービン10の損失を抑えることで、タービン10の効率を向上させることができ、タービン10入口圧力(エンジン背圧)を低減することができる。   In the present embodiment, the exhaust gas flowing from the inlet 13 of the inter-blade passage through the first nozzle 22 flows through almost the entire region in the inter-blade passage of the turbine wheel 14 during low-speed operation of the engine. The generation of vortices due to the existence of the region where the exhaust gas does not flow is prevented. Therefore, when the engine is operating at low speed, the efficiency of the turbine 10 can be improved by suppressing the loss of the turbine 10 due to the generation of vortices, and the turbine 10 inlet pressure (engine back pressure) can be reduced.

一方、エンジンの高速運転時には、制御バルブ26を開けることにより、タービンスクロール12内と第2ノズル24を連通させる。これによって、第2ノズル24から翼間流路の途中部15への排気ガスの流れが許容される。このとき、タービンスクロール12内の排気ガスは、第1ノズル22を通って翼間流路の入口13からタービンホイール14の翼間流路に流入するとともに、第2ノズル24を通って翼間流路の途中部15からタービンホイール14の翼間流路に流入する。これによって、排気ガス流量が増大してもタービンホイール14の回転速度を抑制することができ、エンジンの高速運転時における過給圧を抑制することができる。そして、第2ノズル24の流路面積を第1ノズル22の流路面積より大きく設定することで、エンジンの高速運転時に適合したノズルの流路面積を実現することができる。さらに、制御バルブ26の開度を制御することで、第2ノズル24を通る排気ガスの流量を制御することができ、エンジンの過給圧を制御することができる。   On the other hand, when the engine is operating at high speed, the control valve 26 is opened to allow the inside of the turbine scroll 12 and the second nozzle 24 to communicate with each other. Thereby, the flow of the exhaust gas from the second nozzle 24 to the midway part 15 of the inter-blade channel is allowed. At this time, the exhaust gas in the turbine scroll 12 flows into the inter-blade channel of the turbine wheel 14 from the inlet 13 of the inter-blade channel through the first nozzle 22 and flows between the blades through the second nozzle 24. It flows into the inter-blade flow path of the turbine wheel 14 from the middle part 15 of the road. Thereby, even if the exhaust gas flow rate increases, the rotation speed of the turbine wheel 14 can be suppressed, and the supercharging pressure during high-speed operation of the engine can be suppressed. Then, by setting the flow area of the second nozzle 24 to be larger than the flow area of the first nozzle 22, it is possible to realize a nozzle flow area suitable for high-speed operation of the engine. Furthermore, by controlling the opening degree of the control valve 26, the flow rate of the exhaust gas passing through the second nozzle 24 can be controlled, and the supercharging pressure of the engine can be controlled.

そして、本実施形態においては、エンジンの高速運転時に、第2ノズル24を通る排気ガスが翼間流路の途中部15からタービンホイール14の翼間流路に流入することで、第2ノズル24を通る排気ガスをタービンホイール14の回転駆動に用いることができるので、排気エネルギーの回収効率が高くなる。したがって、エンジンの高速運転時に、タービン10の効率を向上させることができ、タービン10入口圧力(エンジン背圧)を低減することができる。   In the present embodiment, the exhaust gas passing through the second nozzle 24 flows into the inter-blade passage of the turbine wheel 14 from the midway portion 15 of the inter-blade passage during high-speed operation of the engine. Since the exhaust gas passing through can be used for rotational driving of the turbine wheel 14, the exhaust energy recovery efficiency is increased. Therefore, the efficiency of the turbine 10 can be improved during high-speed operation of the engine, and the turbine 10 inlet pressure (engine back pressure) can be reduced.

なお、以上の動作説明においては、エンジンの回転速度が閾値以下のときにエンジンの低速運転時と判定し、エンジンの回転速度が閾値より大きいときにエンジンの高速運転時と判定することができる。そして、制御バルブ26については、例えば図示しないアクチュエータにより駆動することができる。あるいは、例えば特許文献1のように制御バルブ26の駆動にコンプレッサ出口圧力(過給圧力)を利用することもでき、コンプレッサ出口圧力が所定値以下のときに制御バルブ26が閉じ、コンプレッサ出口圧力(過給圧力)が所定値より大きいときに制御バルブ26が開くように構成することもできる。   In the above description of the operation, it can be determined that the engine is operating at a low speed when the rotational speed of the engine is equal to or lower than a threshold value, and it can be determined that the engine is operating at a high speed when the rotational speed of the engine is greater than the threshold value. The control valve 26 can be driven by an actuator (not shown), for example. Alternatively, for example, as in Patent Document 1, the compressor outlet pressure (supercharging pressure) can be used to drive the control valve 26. When the compressor outlet pressure is a predetermined value or less, the control valve 26 is closed, and the compressor outlet pressure ( The control valve 26 may be configured to open when the supercharging pressure is greater than a predetermined value.

以上説明したように、本実施形態においては、広い運転領域に渡ってタービン10の高効率化を実現することができ、広い運転領域に渡ってタービン10入口圧力(エンジン背圧)を低減することができる。これによって、エンジンの燃費向上を実現することができる。   As described above, in the present embodiment, it is possible to achieve high efficiency of the turbine 10 over a wide operation region, and to reduce the turbine 10 inlet pressure (engine back pressure) over a wide operation region. Can do. As a result, the fuel efficiency of the engine can be improved.

以下、本実施形態の他の例について図5〜10を用いて説明する。ただし、図6,8,10においては、タービンホイール14の図示を省略している。   Hereinafter, another example of the present embodiment will be described with reference to FIGS. However, illustration of the turbine wheel 14 is omitted in FIGS.

以上の説明においては、第1ノズル22及び第2ノズル24の両方に固定ベーン28,30が設けられている場合について説明した。ただし、本実施形態においては、図5,6のタービン10の内部構成図に示すように、第1ノズル22の方のみに固定ベーン28を設け、第2ノズル24の固定ベーン30を省略することもできる。さらに、図示は省略するが、第1ノズル22及び第2ノズル24の両方について固定ベーン28,30を省略することもできる。   In the above description, the case where the fixed vanes 28 and 30 are provided in both the first nozzle 22 and the second nozzle 24 has been described. However, in the present embodiment, as shown in the internal configuration diagram of the turbine 10 in FIGS. 5 and 6, the fixed vane 28 is provided only on the first nozzle 22, and the fixed vane 30 of the second nozzle 24 is omitted. You can also. Further, although not shown, the fixed vanes 28 and 30 may be omitted for both the first nozzle 22 and the second nozzle 24.

また、本実施形態においては、図7,8のタービン10の内部構成図に示すように、第2ノズル24を通る排気ガスの流量を調整可能な制御バルブ26を複数設けることもできる。図7,8に示す構成においては、複数の制御バルブ26は、リンク機構34を介して互いに連結されており、例えば図示しないアクチュエータにより同時に駆動可能である。   In the present embodiment, as shown in the internal configuration diagram of the turbine 10 in FIGS. 7 and 8, a plurality of control valves 26 capable of adjusting the flow rate of the exhaust gas passing through the second nozzle 24 may be provided. 7 and 8, the plurality of control valves 26 are connected to each other via a link mechanism 34 and can be simultaneously driven by, for example, an actuator (not shown).

また、本実施形態においては、図9,10のタービン10の内部構成図に示すように、複数の固定ベーン30の代わりに複数の可動ベーン32を第2ノズル24に設けるとともに、制御バルブ26を省略することもできる。複数の可動ベーン32は、リンク機構34を介して互いに連結されており、例えば図示しないアクチュエータにより同時に駆動可能である。可動ベーン32の角度の調整により第2ノズル24の開度(流路面積)を調整することで、第2ノズル24を通る排気ガスの流量を調整することができる。   In the present embodiment, as shown in the internal configuration diagram of the turbine 10 in FIGS. 9 and 10, a plurality of movable vanes 32 are provided in the second nozzle 24 instead of the plurality of fixed vanes 30, and the control valve 26 is provided. It can be omitted. The plurality of movable vanes 32 are connected to each other via a link mechanism 34 and can be simultaneously driven by an actuator (not shown), for example. By adjusting the opening degree (flow channel area) of the second nozzle 24 by adjusting the angle of the movable vane 32, the flow rate of the exhaust gas passing through the second nozzle 24 can be adjusted.

図9,10に示す構成においては、エンジンの低速運転時に、可動ベーン32により第2ノズル24を閉じる(あるいは第2ノズル24の開度を絞る)。一方、エンジンの高速運転時に、可動ベーン32により第2ノズル24を開ける(あるいは第2ノズル24の開度を広げる)。また、エンジンの回転速度が大きいほど第2ノズル24の開度(流路面積)が大きくなるように可動ベーン32の角度を制御してもよい。   In the configuration shown in FIGS. 9 and 10, the second nozzle 24 is closed by the movable vane 32 (or the opening of the second nozzle 24 is reduced) during low-speed operation of the engine. On the other hand, the second nozzle 24 is opened by the movable vane 32 (or the opening degree of the second nozzle 24 is increased) during high-speed operation of the engine. Further, the angle of the movable vane 32 may be controlled so that the opening degree (flow path area) of the second nozzle 24 increases as the rotational speed of the engine increases.

ここで、本実施形態の各構成例におけるタービン10入口圧力(エンジン背圧)の低減効果を図11に示す。図11において、実施例1は制御バルブ26及び固定ベーン28,30を設けた図1〜4の構成であり、実施例2は制御バルブ26及び固定ベーン28を設け固定ベーン30を省略した図5,6の構成であり、実施例3は制御バルブ26を設け固定ベーン28,30を省略した構成であり、実施例4は固定ベーン28及び可動ベーン32を設け制御バルブ26を省略した図9,10の構成である。そして、従来例は、エンジンの回転速度が閾値より大きいときにウェストゲートバルブを開けてタービン入口の排気ガスをタービン出口へ逃がす構成である。また、図11の各例においては、エンジンの回転速度が閾値より大きいときは、エンジンの過給圧力が所定値になるように、制御バルブ26(実施例1〜3の場合、実施例4は可動ベーン32、従来例はウェストゲートバルブ)の開度を制御している。   Here, FIG. 11 shows the effect of reducing the turbine 10 inlet pressure (engine back pressure) in each configuration example of the present embodiment. 11, the first embodiment has the configuration shown in FIGS. 1 to 4 in which the control valve 26 and the fixed vanes 28 and 30 are provided. In the second embodiment, the control valve 26 and the fixed vane 28 are provided, and the fixed vane 30 is omitted. In the third embodiment, the control valve 26 is provided and the fixed vanes 28 and 30 are omitted. In the fourth embodiment, the fixed vane 28 and the movable vane 32 are provided, and the control valve 26 is omitted. 10 configurations. In the conventional example, when the rotational speed of the engine is larger than the threshold value, the waste gate valve is opened to let the exhaust gas at the turbine inlet escape to the turbine outlet. Further, in each example of FIG. 11, when the engine speed is larger than the threshold value, the control valve 26 (in the case of the first to third examples, the fourth example is used so that the supercharging pressure of the engine becomes a predetermined value). The opening degree of the movable vane 32, which is a waste gate valve in the conventional example, is controlled.

図11に示すように、実施例1〜4によれば、従来例よりタービン10入口圧力(エンジン背圧)を低減できていることがわかる。すなわち、実施例1〜4によれば、タービン10の効率を向上できていることがわかる。   As shown in FIG. 11, according to Examples 1-4, it turns out that the turbine 10 inlet pressure (engine back pressure) can be reduced rather than the prior art example. That is, according to Examples 1-4, it turns out that the efficiency of the turbine 10 can be improved.

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。   As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to such embodiment at all, and it can implement with a various form in the range which does not deviate from the summary of this invention. Of course.

本発明の実施形態に係るターボ過給機の内部構成の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the internal structure of the turbocharger which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るターボ過給機の内部構成の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the internal structure of the turbocharger which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るターボ過給機の内部構成の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the internal structure of the turbocharger which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るターボ過給機の内部構成の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the internal structure of the turbocharger which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るターボ過給機の他の内部構成の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the other internal structure of the turbocharger which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るターボ過給機の他の内部構成の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the other internal structure of the turbocharger which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るターボ過給機の他の内部構成の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the other internal structure of the turbocharger which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るターボ過給機の他の内部構成の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the other internal structure of the turbocharger which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るターボ過給機の他の内部構成の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the other internal structure of the turbocharger which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るターボ過給機の他の内部構成の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the other internal structure of the turbocharger which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るターボ過給機によるタービン入口圧力の低減効果を説明する図である。It is a figure explaining the reduction effect of the turbine inlet pressure by the turbocharger concerning the embodiment of the present invention. 従来におけるターボ過給機の内部構成の概略及びその問題点を説明する図である。It is a figure explaining the outline of the internal structure of the conventional turbocharger, and its problem.

符号の説明Explanation of symbols

10 タービン、12 タービンスクロール、13 翼間流路の入口、14 タービンホイール、15 翼間流路の途中部、16 回転軸、22 第1ノズル、24 第2ノズル、26 制御バルブ、28,30 固定ベーン、32 可動ベーン。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Turbine, 12 Turbine scroll, 13 Inlet of flow path between blades, 14 Turbine wheel, 15 Middle part of flow path between blades, 16 Rotating shaft, 22 1st nozzle, 24 2nd nozzle, 26 Control valve, 28, 30 Fixed Vane, 32 Movable vane.

Claims (6)

タービンスクロール内のガスがノズルを通ってタービンホイールの翼間流路に流入することで、タービンホイールが回転駆動して過給が行われるターボ過給機であって、
前記ノズルとして、タービンスクロール内のガスを前記翼間流路の入口へ導く第1ノズルと、タービンスクロール内のガスを前記翼間流路の途中部へ導く第2ノズルと、が設けられており、
タービンスクロール内と前記第2ノズルとの間に制御バルブが設けられており、
該制御バルブによりタービンスクロール内と前記第2ノズルとの間の開度を調整することで、前記第2ノズルを通るガスの流量の調整が可能であることを特徴とするターボ過給機。
A turbocharger in which the gas in the turbine scroll flows into the flow path between the blades of the turbine wheel through the nozzle so that the turbine wheel is rotationally driven to perform supercharging.
As the nozzle, a first nozzle that guides the gas in the turbine scroll to the inlet of the inter-blade flow path, and a second nozzle that guides the gas in the turbine scroll to the middle part of the inter-blade flow path are provided. ,
A control valve is provided between the turbine scroll and the second nozzle;
A turbocharger characterized in that the flow rate of gas passing through the second nozzle can be adjusted by adjusting the opening between the turbine scroll and the second nozzle by the control valve .
請求項1に記載のターボ過給機であって、
前記第1ノズルのタービンホイール軸方向における流路幅が、前記翼間流路の入口のタービンホイール軸方向における流路幅と略等しく設定されていることを特徴とするターボ過給機。
The turbocharger according to claim 1,
The turbocharger, wherein a flow path width in the turbine wheel axial direction of the first nozzle is set to be substantially equal to a flow path width in the turbine wheel axial direction of an inlet of the inter-blade flow path.
請求項1または2に記載のターボ過給機であって、
タービンスクロールは、内部に流路を分割する仕切壁が設けられていない非分割式のスクロールであることを特徴とするターボ過給機。
The turbocharger according to claim 1 or 2,
The turbocharger is a turbocharger characterized in that the turbine scroll is a non-dividing scroll in which a partition wall for dividing a flow path is not provided.
請求項1〜3のいずれか1に記載のターボ過給機であって、
前記第2ノズルの流路面積が前記第1ノズルの流路面積より大きく設定されていることを特徴とするターボ過給機。
The turbocharger according to any one of claims 1 to 3,
The turbocharger, wherein a flow area of the second nozzle is set larger than a flow area of the first nozzle.
請求項1〜4のいずれか1に記載のターボ過給機であって、
前記第1ノズルと前記第2ノズルの少なくとも一方に固定翼が設けられていることを特徴とするターボ過給機。
The turbocharger according to any one of claims 1 to 4,
A turbocharger, wherein fixed blades are provided on at least one of the first nozzle and the second nozzle.
タービンスクロール内のガスがノズルを通ってタービンホイールの翼間流路に流入することで、タービンホイールが回転駆動するタービンであって、
前記ノズルとして、タービンスクロール内のガスを前記翼間流路の入口へ導く第1ノズルと、タービンスクロール内のガスを前記翼間流路の途中部へ導く第2ノズルと、が設けられており、
タービンスクロール内と前記第2ノズルとの間に制御バルブが設けられており、
該制御バルブによりタービンスクロール内と前記第2ノズルとの間の開度を調整することで、前記第2ノズルを通るガスの流量の調整が可能であることを特徴とするタービン。
A turbine in which the turbine wheel is driven to rotate by the gas in the turbine scroll flowing through the nozzle into the flow path between the blades of the turbine wheel,
As the nozzle, a first nozzle that guides the gas in the turbine scroll to the inlet of the inter-blade flow path, and a second nozzle that guides the gas in the turbine scroll to the middle part of the inter-blade flow path are provided. ,
A control valve is provided between the turbine scroll and the second nozzle;
A turbine characterized in that the flow rate of gas passing through the second nozzle can be adjusted by adjusting an opening between the turbine scroll and the second nozzle by the control valve .
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