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JPS60166718A - exhaust turbine supercharger - Google Patents

exhaust turbine supercharger

Info

Publication number
JPS60166718A
JPS60166718A JP59021605A JP2160584A JPS60166718A JP S60166718 A JPS60166718 A JP S60166718A JP 59021605 A JP59021605 A JP 59021605A JP 2160584 A JP2160584 A JP 2160584A JP S60166718 A JPS60166718 A JP S60166718A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nozzle
engine
turbine
passage
exhaust
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP59021605A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Okazaki
勉 岡崎
Kyoichi Uchiyama
内山 恭一
Kunio Fujie
藤江 邦男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP59021605A priority Critical patent/JPS60166718A/en
Publication of JPS60166718A publication Critical patent/JPS60166718A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/22Control 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/12Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/18Final actuators arranged in stator parts varying effective number of nozzles or guide conduits, e.g. sequentially operable valves for steam turbines
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 この発明は排気タービン過給機に係り、特にタービンス
クロールの改良に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an exhaust turbine supercharger, and particularly to an improvement of a turbine scroll.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

従来の排気タービン過給機を第1図について説明すると
、エンジン1のシリンダ2とタービン5との間には排k
v3が接続され、エンジン1からの排気によってタービ
ン5を駆動する。タービン5が固着された回転機の他端
にはコンプレッサ6が固着されタービン5と同一の回転
数で駆動される。コンプレッサ6で圧縮された空気は吸
気管4に送り込まれるが、この時の過給圧力は第3図の
P0′のようになり、エンジンの低、中速回転数域では
十分な過給圧力が得られない難点がある。
To explain a conventional exhaust turbine supercharger with reference to FIG.
v3 is connected, and the exhaust gas from the engine 1 drives the turbine 5. A compressor 6 is fixed to the other end of the rotating machine to which the turbine 5 is fixed, and is driven at the same rotation speed as the turbine 5. The air compressed by the compressor 6 is sent into the intake pipe 4, but the boost pressure at this time is as shown in P0' in Figure 3, and there is sufficient boost pressure in the low and medium speed range of the engine. There are some drawbacks that cannot be obtained.

そこで、この難点を少しでも改善するためにエンジンの
低速回転数域に適合する比較的小さな流路面積を有する
タービンスクロールを用いるのが普通である。しかし、
この場合にはエンジンの高速回転時に過給圧力が高くな
りすぎるので、第2図に例示のように、タービン入口の
排気管3に排気バイパス弁7を設け、このバイパス弁7
を吸込管4を設けた過給圧力検出器8により過給圧力が
一定値以下になるように制御し過給圧力を第3図のp、
yのように改善する。
Therefore, in order to improve this difficulty even a little, it is common to use a turbine scroll having a relatively small flow passage area that is suitable for the low speed range of the engine. but,
In this case, the supercharging pressure becomes too high when the engine rotates at high speed, so an exhaust bypass valve 7 is provided in the exhaust pipe 3 at the turbine inlet, as illustrated in FIG.
The supercharging pressure is controlled by a supercharging pressure detector 8 equipped with a suction pipe 4 so that the supercharging pressure is below a certain value, and the supercharging pressure is adjusted to p in Fig. 3.
Improve like y.

しかし、排気バイパス制御を行うと、バイパスされる排
気と共に喪失するエネルギーのために過給圧力Pc′に
対してタービンの入口圧力がPt“のように高くなり、
排気効率が低下する難点があった。
However, when exhaust bypass control is performed, the turbine inlet pressure becomes higher than the supercharging pressure Pc', such as Pt'', due to the energy lost with the bypassed exhaust gas.
The problem was that the exhaust efficiency decreased.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

この発明は上記のようなタービンスクロールを改良して
エンジン低速から高速域まで有効に利用することのほか
、タービンの入口圧力が過大となることを回避すること
によって排気性能が優れ、かつエンジン低速域の過給圧
力特性が良好な排気タービン過給機を提供することを目
的とするものである。
This invention not only improves the turbine scroll described above to effectively utilize the engine from low speed to high speed ranges, but also provides excellent exhaust performance by avoiding excessive turbine inlet pressure. The purpose of this invention is to provide an exhaust turbine supercharger with good boost pressure characteristics.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

この発明はタービンスクロールの内部を隔壁により軸方
向に2つの通路に分割し、この通路の出口の一方は羽根
を配列した羽根付ノズルとし、他方は羽根なしノズルと
して構成し、上記2つの通路には2群に分割したエンジ
ンの排気管を接続し、エンジンの低速回転域において排
気ガス流量が少ない場合には排気ガスを羽根付ノズルを
有するスクロール通路にのみ集中的に導き、少ない排気
ガス流量でも大きなタービン出力が得られるようにする
。この場合、羽根付ノズルはエンジンの低速回転域に適
合するように配列するのが望ましい。
In this invention, the inside of a turbine scroll is divided into two passages in the axial direction by a partition wall, one of the exits of this passage is configured as a bladed nozzle with arranged blades, and the other is configured as a bladeless nozzle. connects the exhaust pipes of the engine divided into two groups, and when the exhaust gas flow rate is low in the low speed rotation range of the engine, the exhaust gas is guided only to the scroll passage with the vaned nozzle, and even with a small exhaust gas flow rate. To obtain large turbine output. In this case, it is desirable that the vaned nozzles be arranged to suit the low speed rotation range of the engine.

また、エンジンの高速回転域においては、排圧ガスが多
い場合にはエンジンのlト気をもう一方の羽根なしノズ
ルを有するスクロール通路へも導き、タービンの容量を
大きくしてタービン出力が過大とならないようにして過
給圧力を制御する。上記のように広い流量範囲で効率良
好な羽根なしノズルと、一定流量範囲内で効率良好な羽
根付ノズルの利点を有効に利用し、タービンの容量変化
を行うことによってエンジンの低速から高速域まで広い
運転範囲にわたって良好な過給性能が得られる技術手段
を講じたものである。
In addition, in the high speed rotation range of the engine, if there is a lot of exhaust gas, the engine air is also guided to the other scroll passage with a bladeless nozzle, increasing the capacity of the turbine and causing excessive turbine output. Control the boost pressure so that it does not occur. As mentioned above, by effectively utilizing the advantages of the bladeless nozzle, which has good efficiency over a wide flow rate range, and the bladed nozzle, which has good efficiency within a constant flow rate range, and by changing the capacity of the turbine, the engine can be adjusted from low speed to high speed. This technology has been implemented to ensure good supercharging performance over a wide operating range.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、この発明の実施例を図面を参照して具体的に説明
する。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.

第4図は排気タービン過給機のタービン部の要部断面図
で、第5図は第4図のA−A断面図である。14はター
ビンロータ、15は軸受ケーシングであり、このケーシ
ング15にはタービンスクロール9が取付けられている
。そして、このタービンスクロール9の内周面にタービ
ンロータ14の外周面に対向する隔壁11が設けられて
おり、この隔壁11によってスクロール9は軸方向に2
つの通路10aおよび通路10bに2分割している。こ
の一方の通路10a出口には羽根付ノズルを、また他方
の通路10b出口は羽根なしノズル12bを構成してい
る。そして、この通路10a。
FIG. 4 is a sectional view of a main part of the turbine section of the exhaust turbine supercharger, and FIG. 5 is a sectional view taken along line AA in FIG. 4. 14 is a turbine rotor, 15 is a bearing casing, and a turbine scroll 9 is attached to this casing 15. A partition wall 11 is provided on the inner peripheral surface of the turbine scroll 9 and faces the outer peripheral surface of the turbine rotor 14.
It is divided into two passages 10a and 10b. The outlet of one of the passages 10a constitutes a bladed nozzle, and the outlet of the other passage 10b constitutes a bladeless nozzle 12b. And this passage 10a.

tabのそれぞれは2群に分割した排気管(図示せず)
に連通している。
Each tab is an exhaust pipe divided into two groups (not shown)
is connected to.

一4二記羽根なしノズル12bを有する通路10b17
は軸18を介してシリンダ21に納められたピストン1
9と連結している。ピストン19の反軸側にはバネ20
が介在されている。シリンダ21の両端部には圧力導入
孔22a、22bが設けられて構成されている。したが
って、導入孔22aに圧力を導入すればバルブ17は図
において左行し通路tabを開口し、導入孔22bに圧
力を導入ずれば、バルブ■7は右行し通j1310bを
閉鎖するように作動する。尚、導入孔22bはバネ20
の張力を調整することによって大気開放とすることも可
能である。
142 Passage 10b17 having a bladeless nozzle 12b
is the piston 1 housed in the cylinder 21 via the shaft 18
It is connected to 9. A spring 20 is installed on the opposite shaft side of the piston 19.
is mediated. The cylinder 21 is configured such that pressure introduction holes 22a and 22b are provided at both ends thereof. Therefore, when pressure is introduced into the introduction hole 22a, the valve 17 moves to the left in the figure to open the passage tab, and when pressure is introduced to the introduction hole 22b, the valve 7 moves to the right and operates to close the passage j1310b. do. Note that the introduction hole 22b is connected to the spring 20.
It is also possible to open the tank to the atmosphere by adjusting the tension.

上記構成において、エンジン低速時の過給圧力が低い場
合には、バルブ17がバネ20の力によって右方向に押
付けられ、通路tabは閉ダiされる。
In the above configuration, when the supercharging pressure is low when the engine speed is low, the valve 17 is pushed to the right by the force of the spring 20, and the passage tab is closed.

このため、エンジンの排気は図中矢印16aのように通
路10aにだけ流入し羽根付ノズル12aより噴出する
ことによりタービンロータ14が回転駆動される。
Therefore, the exhaust gas from the engine flows only into the passage 10a as indicated by the arrow 16a in the figure and is ejected from the vaned nozzle 12a, thereby rotationally driving the turbine rotor 14.

この場合、少ないエンジン排気流量でもタービンロータ
14の入口部分に適合し、十分高速な流れを与えるよう
羽根付ノズルの形状を定めることは可能でありエンジン
低速時のタービンロータ14の8二を高め、過給圧力を
第3図にP、/ からPC#と大巾に上昇させることが
できる。また、エンジン高速時の過給圧力が高い場合に
は過給圧力を圧力導入孔22aに導入すると、ピストン
19は左行し、制御バルブ17は通路10bを開口する
。これによって、エンジンの排気は図中矢印1.6 b
のように通路10bにも流入し、過給圧力を第3図のP
O2のようにエンジン高速域で一定値以下に制御する。
In this case, it is possible to determine the shape of the bladed nozzle so that it fits the inlet part of the turbine rotor 14 and provides a sufficiently high-speed flow even with a small engine exhaust flow rate, and it is possible to increase the 82 of the turbine rotor 14 at low engine speeds, The boost pressure can be greatly increased from P, / to PC# as shown in Fig. 3. Further, when the supercharging pressure is high when the engine is running at high speed, when the supercharging pressure is introduced into the pressure introduction hole 22a, the piston 19 moves to the left and the control valve 17 opens the passage 10b. As a result, the engine exhaust gas is
It also flows into the passage 10b as shown in FIG.
Like O2, it is controlled to below a certain value in the engine high speed range.

羽根なしノズルは広い流量範囲にわたり効率が良好であ
るので、エンジン高速でもタービン入口圧力はpt″の
ように過給圧力と同程度であり、排気バイパス弁の場合
のPt′に比較して大巾に低い値となり、エンジン性能
を向上ささせることができる。
The vaneless nozzle has good efficiency over a wide flow range, so even at high engine speeds, the turbine inlet pressure, pt'', is similar to the boost pressure, and is much wider than Pt' in the case of an exhaust bypass valve. This results in a lower value and can improve engine performance.

第4図、第5図で示した羽根付ノズル12aに代えて第
6図、第7図に示すようにノズル部12cの両側の壁面
に案内羽根12c’ 、12c’を設けても同等の効果
を奏することができる8また、第8図に示すように案内
羽根12dを壁面の一方側から延すようにしてもよい。
The same effect can be obtained by providing guide vanes 12c' and 12c' on both side walls of the nozzle part 12c as shown in FIGS. 6 and 7 instead of the vaned nozzle 12a shown in FIGS. 4 and 5. Furthermore, as shown in FIG. 8, the guide vanes 12d may extend from one side of the wall surface.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、この発明によればタービンスクロ
ールを羽根付ノズルを有する通路と羽根なしノズルを有
するスクロールの2つに分割し、羽根付ノズルをタービ
ン流量が少ない状態に適合するように設け、羽根付ノズ
ルの通路入口の制御バルブによりエンジン低速時の排気
流量が少ない場合には流れを羽根付ノズルへ集中させ、
エンジン高速時には作動範囲の広い羽根なしノズルを作
動させるように構成したので広範囲にわたって効率よく
タービンの容量を可変にでき、したがって、エンジンの
低速トルク特性、急加速時の応答性を改善する効果があ
り、しかもエンジン高速時のタービン入力圧力、すなわ
ちエンジン排気圧力が異常に高くならず燃費を改善する
効果がある。
As explained above, according to the present invention, the turbine scroll is divided into two passages, a passage having a bladed nozzle and a scroll having a bladeless nozzle, and the bladed nozzle is provided so as to be suitable for a state where the turbine flow rate is low. A control valve at the entrance of the vaned nozzle passage concentrates the flow to the vaned nozzle when the exhaust flow rate is low at low engine speeds.
Since the bladeless nozzle with a wide operating range is activated when the engine is at high speed, the turbine capacity can be efficiently varied over a wide range, which has the effect of improving the engine's low-speed torque characteristics and responsiveness during sudden acceleration. Moreover, the turbine input pressure, that is, the engine exhaust pressure when the engine is running at high speed, does not become abnormally high, which has the effect of improving fuel efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図、第2図は従来の過給機の系統図、第3図はエン
ジン回転数とタービン入口圧力、過給圧力を示す線図、
第4図はこの発明の過給機タービン部の要部断面図、第
5図は第4図のA−A断面図、第6図はこの発明の他の
実施例を示す過給機タービン部の要部断面図、第7図は
第6図のB−B断面図、第8図はこの発明のさらに他の
実施例を示す過給機タービン部の要部断面図である。 9・・・タービンスクロール、10a、10b・・・通
路、1、2 a・・・羽根ノズル、12b・・・羽根な
しノズル、17・・・制御バルブ、19・・・ピストン
、21.22第1目 矛2図 第4 閃 才5凪 オ乙圀 −q” 7 I2]
Figures 1 and 2 are system diagrams of conventional superchargers, Figure 3 is a diagram showing engine speed, turbine inlet pressure, and boost pressure;
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of a turbocharger turbine section of the present invention, FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 4, and FIG. 6 is a supercharger turbine section showing another embodiment of the present invention. 7 is a sectional view taken along line BB in FIG. 6, and FIG. 8 is a sectional view of essential parts of a supercharger turbine section showing still another embodiment of the present invention. 9... Turbine scroll, 10a, 10b... Passage, 1, 2 a... Vane nozzle, 12b... Vaneless nozzle, 17... Control valve, 19... Piston, 21.22nd 1st spear 2nd figure 4th sensai 5 nagi ootokuni -q” 7 I2]

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、、−e、’c侶二6内部9.隔壁を、け、前記ター
ビンスクロールを軸方向に2つの通路に分割し、前記通
路に2群に分割したエンジンの排気管を接続した排気タ
ービン過給機において、前記通路出口の一方には羽根付
ノズルとし、他方は羽根なしノズルとして構成層、前記
エンジンの運転状態に応じて前記ノズルへ通じる通路の
一方の流量を制御する手段を具えたことを特徴とする排
気タービン過Ki機。 2、特許請求の範囲第1項において、前記流量を制御す
る手段は前記羽根なしノズル人口の通路に配置すること
を特徴とする排気タービン過給機。 3、特許請求の範囲第1項または第2項において、前記
流量を制御する手段は前記通路内に配置される制御バル
ブと、前記バルブに接続された軸と、前記軸に接続され
かつシリンダに納められたピストンと、前記シリンダに
設けられ前記ピストンを移動させる圧力導入孔とからな
ることを特徴とする排気タービン過給機。
[Claims] 1, -e, 'c 26 internal 9. In an exhaust turbine supercharger in which a partition wall is provided, the turbine scroll is divided into two passages in the axial direction, and exhaust pipes of an engine divided into two groups are connected to the passage, one of the outlet of the passage is equipped with a blade. An exhaust turbine over-kissing machine, characterized in that the other layer is a nozzle, the other layer is a bladeless nozzle, and means for controlling the flow rate of one of the passages leading to the nozzle depending on the operating state of the engine. 2. The exhaust turbine supercharger according to claim 1, wherein the means for controlling the flow rate is disposed in a passageway of the bladeless nozzle. 3. In claim 1 or 2, the means for controlling the flow rate includes a control valve arranged in the passage, a shaft connected to the valve, and a cylinder connected to the shaft. An exhaust turbine supercharger comprising a piston housed in the cylinder and a pressure introduction hole provided in the cylinder to move the piston.
JP59021605A 1984-02-10 1984-02-10 exhaust turbine supercharger Pending JPS60166718A (en)

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