(57)【要約】【課題】タービンロータと、その周縁に配置された環状のノズル列と、環状ノズル列を囲む蝸牛状のハウジングとを有し、環状ノズル列の周りに形成された蝸牛状のノズル列入口空間に接線方向に開口する排気ガス供給ポートより排気ガス供給される排気タービンに於いては、排気ガス供給ポートに近い位置にあるノズルは高温の排気ガスに曝され、その耐久性が損なわれやすいという問題を解決する。【解決手段】ノズル列のうちの一部のノズルと他の一部のノズルとに対し個別の排気ガス供給ポートを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンロータと、その周縁に配置された環状のノズル列と、前記環状ノズル列を囲む蝸牛状のハウジングと、前記環状ノズル列の周りに形成された蝸牛状のノズル列入口空間に接線方向に開口する排気ガス供給ポートとを有する排気タービンにして、前記ノズル列のうちの一部のノズルと他の一部のノズルとに対し個別の排気ガス供給ポートが設けられていることを特徴とする排気タービン。
【請求項２】
前記個別の排気ガス供給ポートは２つがタービンロータの中心軸線の周りに互いに１８０°離れて対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の排気タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気タービンに係り、特にその排気ガス供給構造の改良に係わる。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ガスにより駆動される排気タービンは、ターボチャージャ等に於いて知られている。かかる排気タービンの一つの典型として、タービンロータと、その周縁に配置された環状のノズル列と、環状ノズル列を囲む蝸牛状のハウジングとを有し、環状ノズル列の周りに形成された蝸牛状のノズル列入口空間に接線方向に開口する排気ガス供給ポートより供給された排気ガスが、その流れの運動エネルギを有効に保持しつつ環状ノズル列の各ノズルより内向きに旋回してタービンロータに噴き付けられるようになっているものがある。この種の排気タービンに於いて、蝸牛状のハウジング内に形成される環状ノズル列入口空間を内外２重のスクロール部に仕切り、内側スクロール部の寸法について特定の条件を設定することによりスクロール部からタービンロータへのガスの流れを円滑にし、その作動効率を向上させることが下記の特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００３-８３０７６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の如くタービンロータと、その周縁に配置された環状のノズル列と、環状ノズル列を囲む蝸牛状のハウジングとを有し、環状ノズル列の周りに形成された蝸牛状のノズル列入口空間に接線方向に開口する排気ガス供給ポートより排気ガスが供給されるようになった排気タービンに於いては、排気ガス供給ポートに近い位置にあるノズルは高温高圧の排気ガスに曝され、その耐久性が損なわれやすいという問題がある。特に、ノズルが可変ノズルとされるときには、ノズルは可動メカニズムを含んだ構造となるので、この問題は一層深刻である。
【０００４】
本発明は、上記の問題に関し改良された排気タービンを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するものとして、本発明は、タービンロータと、その周縁に配置された環状のノズル列と、前記環状ノズル列を囲む蝸牛状のハウジングと、前記環状ノズル列の周りに形成された蝸牛状のノズル列入口空間に接線方向に開口する排気ガス供給ポートとを有する排気タービンにして、前記ノズル列のうちの一部のノズルと他の一部のノズルとに対し個別の排気ガス供給ポートが設けられていることを特徴とする排気タービンを提案するものである。
【０００６】
前記個別の排気ガス供給ポートは２つがタービンロータの中心軸線の周りに互いに１８０°離れて対称に配置されていてよい。
【発明の効果】
【０００７】
この種の排気タービンに於いては、従来より当然のこととして、環状ノズル列の周りに形成された蝸牛状のノズル列入口空間に接線方向に開口して排気ガスを供給する排気ガス供給ポートは唯１つ設けられている。この場合、排気タービンへ供給される排気ガスが有する全熱量が、環状ノズル列の一箇所に集中して投入される。熱が投入される部分に於ける温度は、投入熱量とそこから伝導、対流または輻射により排出される熱量の間のバランスにより定まるので、投入熱量が大きければ、それだけ温度は上昇する。これに対し、本発明により蝸牛状ノズル列入口空間に接線方向に開口する排気ガス供給ポートが、ノズル列のうちの一部のノズルと他の一部のノズルとに対し個別に、即ち少なくとも２つ、設けられていれば、環状ノズル列の一箇所に投入される熱量はそれ相当に低減され、各一箇所に於ける温度はそれだけ低下する。
【０００８】
また、この場合、個別の排気ガス供給ポートは２つがタービンロータの中心軸線の周りに互いに１８０°離れて対称に配置されていれば、環状ノズル列上に於ける２つの熱投入箇所は互いに他より最も隔たった状態となり、複数の排気ガス供給ポートを設けなければならないという構造上或はコスト上の不利を有利な効果で最大限に補償することができる。また、多気筒内燃機関は、通常、２気筒、４気筒、６気筒、８気筒の如く２の倍数の気筒を備えているので、全気筒の排気ガスを２つに均等に分けて同等に処理することができる点でも好都合である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
添付の図１は、本発明による排気タービンの一つの実施の形態をその要部についてのみ半ば解図的に示す縦断面に相当する図である。但し、この種の装置は、製品としての製造および組立ての便宜のため、一般にそのハウジングが縦割半体の組合せにより構成されることに鑑み、図はそのような構造の手前側ハウジング半体のみを除去した状態として示されている。
【００１０】
図示の排気タービンは、中心軸線Ｃに周りに回転するよう図には示されていない適当な軸受装置により回転式に支持されたタービンロータ１０と、その周縁に配置された一連の翼型部材１２よりなる環状のノズル列と１４と、環状ノズル列を囲む蝸牛状のハウジング１６と、環状ノズル列１４の周りに形成された２つの蝸牛状ノズル列入口空間１８−１、１８−２のそれぞれに接線方向に開口する２つの排気ガス供給ポート２０−１、２０−２とを有している。この場合、一連の翼型部材１２は、各々回動軸２２によりその傾動角を変えることができるよう支持されており、これらの傾動角を一斉に可変に制御する図には示されていないノズル開度制御機構によりそのノズル角とそれに伴う開度を排気タービンの作動状況の変化に応じて変化させる可変ノズルを構成している。
【００１１】
排気ガスは２つの排気ガス供給ポート２０−１と２０−２から図中矢印にて示す如く供給され、これによってタービンロータ１０は図中矢印にて示す方向に回転する。
【００１２】
図２は、図１に示す如く２つの排気ガス供給ポートを有する排気タービンを回転式圧縮機と組み合わせ、ターボチャージャとして内燃機関の給排気系に組み込んだ一例を示す、内燃機関とその給排気構造の一部断面による概略図である。
【００１３】
図にて１１０がその排気タービンであり、１１２が回転圧縮機であり、これらが回転軸１１４により組み合わされて内燃機関１１６に対するターボチャージャ１１８を構成している。内燃機関１１６の気筒１２０からの排気はその排気ポート１２２より排気管１２４を経て排気タービン１１０の一方の排気ガス供給ポート１２６へ導かれており、また内燃機関１１６の気筒１２８からの排気はその排気ポート１３０より排気管１３２を経て排気タービン１１０の他方の排気ガス供給ポート１３４へ導かれており、排気タービン１１０にて図には見えていないタービンロータを駆動した排気ガスは触媒コンバータ１３６を経て大気へ排出されるようになっている。
【００１４】
１３８および１４０はそれぞれ気筒１２０および１２８内にて作動するピストンであり、これらの気筒内に前記ピストンにより限られた燃焼室１４２および１４４には、エアクリーナ１４６を経て回転圧縮機１１２により吸入され且つ加圧された空気が吸気冷却器１４８、スロットルバルブ１５０、吸気マニホールド１５２、各吸気ポート１５４および１５６を経て供給されるようになっている。内燃機関に於けるその他の周知の構造についての説明は明細書の冗長化を避けるため省略する。
【００１５】
図２に示す構造例からも明らかな通り、従来のターボチャージャを用いた内燃機関の給排気構造であれば、気筒１２０および１２８からの排気ガスは、排気マニホールドの如き排気ガス合流手段により集合された後、一体となって排気タービンの単一の排気ガス供給ポートより排気タービン内へ導入されるところ、本発明によれば、気筒１２０および１２８からの排気ガスはそれぞれ個別に排気ガス供給ポート１２６および１３４より排気タービン内へ導入され、排気タービンの環状ノズル列に対して、図１について説明した通り、その２つの個別の位置にてそれぞれ従来の１／２の熱負荷にて作用し、それだけ環状ノズル列の加熱に対する耐久性が改善される。
【００１６】
以上に於いては本発明を一つの実施の形態について詳細に説明したが、かかる実施の形態について本発明の範囲内にて種々の変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による排気タービンの一つの実施の形態をその要部についてのみ半ば解図的に示す縦断面に相当する図。
【図２】２つの排気ガス供給ポートを有する排気タービンを回転式圧縮機と組み合わせ、ターボチャージャとして内燃機関の給排気系に組み込んだ一例を示す、内燃機関とその給排気構造の一部断面による概略図。
【符号の説明】
【００１８】
１０…タービンロータ、１２…翼型部材、１４…環状ノズル列、１６…蝸牛状ハウジング、１８−１，１８−２…蝸牛状ノズル列入口空間、２０−１，２０−２…排気ガス供給ポート、２２…回動軸、１１０…排気タービン、１１２…回転圧縮機、１１４…回転軸、１１６…内燃機関、１１８…ターボチャージャ、１２０…気筒、１２２…排気ポート、１２４…排気管、１２６…排気ガス供給ポート、１２８…気筒、１３０…排気ポート、１３２…排気管、１３４…排気ガス供給ポート、１３６…触媒コンバータ、１３８，１４０…ピストン、１４２，１４４…燃焼室、１４６…エアクリーナ、１４８…吸気冷却器、１５０…スロットルバルブ、１５２…吸気マニホールド、１５４，１５６…吸気ポート
【図１】
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【図２】
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