FR2797908A1

FR2797908A1 - TURBOCHARGER

Info

Publication number: FR2797908A1
Application number: FR0010968A
Authority: FR
Inventors: Hiromitsu Ishihara; Kazunari Adachi; Jun Kawaguchi; Shinji Kono
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1999-08-26
Filing date: 2000-08-25
Publication date: 2001-03-02
Also published as: JP2001065356A; DE10041806A1

Abstract

Turbocompresseur possédant la fonction de réchauffement du moteur et étant capable de commander la suralimentation. Le turbocompresseur inclut une soupape de commutation (10) entre l'orifice d'entrée des gaz d'échappement (2) et les parties de défilement interne (4) et externe (5) d'un logement de turbine (1). Le turbocompresseur favorise la fonction de réchauffement en fermant la soupape de commutation qui bloque l'écoulement des gaz d'échappement vers un rotor de turbine (7) et augmente la pression d'échappement du moteur, et en conséquence, en augmentant la charge du moteur.Turbocharger having the function of heating the engine and being able to control the supercharging. The turbocharger includes a switching valve (10) between the exhaust gas inlet (2) and the inner (4) and outer (5) scroll portions of a turbine housing (1). The turbocharger promotes the warm-up function by closing the switching valve which blocks the flow of exhaust gases to a turbine rotor (7) and increases the exhaust pressure of the engine, and consequently, increasing the load of the engine. engine.

Description

TURBOCOMPRESSEURTURBOCHARGER

Cette invention se rapporte à un turbocompresseur et, plus particulièrement, à un turbocompresseur possédant la fonction de réchauffement du moteur et étant capable de commander la suralimentation à la vitesse du moteur désirée. Un turbocompresseur du type à volume variable comportant un logement de turbine incluant deux conduits -10 divisés pour l'écoulement des gaz d'échappement, une partie de défilement interne et une partie de défilement externe, est publiquement connu comme cela est décrit dans la publication de brevet japonais en attente d'examen H10-8977 (publiée le 13 janvier 1998), qui est incorporée ici en référence. Le turbocompresseur du type à volume variable This invention relates to a turbocharger and, more particularly, to a turbocharger having the function of heating the engine and being capable of controlling the supercharging at the desired engine speed. A variable volume type turbocharger comprising a turbine housing including two ducts -10 divided for the flow of exhaust gases, an internal scrolling part and an external scrolling part, is publicly known as described in the publication. Japanese patent pending examination H10-8977 (published January 13, 1998), which is incorporated herein by reference. The variable volume type turbocharger

fait tourner un rotor de turbine par les gaz d'échappement. causes the turbine rotor to spin by the exhaust gases.

Le rotor de turbine est disposé dans le logement de turbine dans un conduit pour l'écoulement des gaz d'échappement. Le couple de rotation généré par le rotor de turbine est The turbine rotor is arranged in the turbine housing in a duct for the flow of exhaust gases. The torque generated by the turbine rotor is

transmis à un rotor de compresseur disposé coaxialement. transmitted to a compressor rotor arranged coaxially.

L'air d'admission du moteur est compressé par la rotation du rotor de compresseur et l'air d'admission à densité élevée (plus que le niveau de pression atmosphérique) est The engine intake air is compressed by the rotation of the compressor rotor and the high density intake air (more than atmospheric pressure level) is

délivré à un orifice d'admission du moteur. delivered to an engine intake port.

Le turbocompresseur à volume variable divise une partie de défilement du logement de turbine en deux parties, la partie de défilement interne et la partie de défilement externe. A rotation du moteur à vitesse lente des moindres gaz d'échappement, les gaz d'échappement s'écoulent seulement dans la partie de défilement interne avec une plus petite capacité à faire tourner le rotor de turbine efficacement. A rotation du moteur à vitesse élevée de l'écoulement important des gaz d'échappement, les gaz d'échappement sont introduits dans la partie de défilement externe, et la rotation du rotor de turbine est commandée à une vitesse prédéterminée (la rotation non nécessaire du rotor de turbine est empêchée). A rotation du moteur à vitesse moyenne, un commutateur commande le débit entrant des gaz d'échappement dans les parties de défilement interne et externe, et une suralimentation désirée est réalisée. Un réchauffement du moteur est favorisé dans le moteur chargé en réduisant la zone en section transversale efficace d'une partie du conduit pour l'écoulement des gaz 10 d'échappement. Etant donné que l'augmentation de la pression d'échappement du moteur signifie le réchauffement du moteur, la soupape de commutation équipée sur un orifice d'entrée du logement de turbine est utilisée. En conséquence, l'orifice d'entrée des gaz d'échappement du logement de turbine est fermé par la soupape de commutation, la charge du moteur est augmentée, et le turbocompresseur à volume variable peut être pourvu de la The variable volume turbocharger divides a running part of the turbine housing into two parts, the internal running part and the external running part. At rotation of the engine at low speed of the least exhaust gases, the exhaust gases flow only in the internal scrolling part with a smaller capacity to rotate the turbine rotor efficiently. At rotation of the engine at high speed of the large flow of exhaust gases, the exhaust gases are introduced into the external scrolling part, and the rotation of the turbine rotor is controlled at a predetermined speed (rotation not necessary turbine rotor is prevented). When the engine rotates at medium speed, a switch controls the incoming flow of exhaust gases into the internal and external scrolling parts, and a desired boost is achieved. Engine warming is promoted in the loaded engine by reducing the effective cross-sectional area of a portion of the conduit for exhaust gas flow. Since the increase in the engine exhaust pressure means the engine warming up, the switch valve fitted on an inlet port of the turbine housing is used. As a result, the exhaust port of the turbine housing is closed by the switch valve, the engine load is increased, and the variable volume turbocharger can be provided with the

fonction de réchauffement du moteur. engine warming function.

Toutefois, le turbocompresseur à volume variable classique expliqué cidessus comporte un désavantage. La soupape de commutation classique est disposée sur l'extrémité d'une paroi de séparation divisant les parties de défilement interne et externe, qui ne peut pas complètement fermer le conduit d'écoulement des gaz d'échappement et qui ne peut pas augmenter la charge du However, the conventional variable volume turbocharger explained above has a disadvantage. The conventional switching valve is arranged on the end of a partition wall dividing the internal and external passage parts, which cannot completely close the exhaust gas flow duct and which cannot increase the load of

moteur en élevant la pression d'échappement. engine by raising the exhaust pressure.

En conséquence, un but de cette invention est de proposer une soupape de commutation fermant complètement le conduit des gaz d'échappement pour augmenter la charge du moteur pour facilement obtenir la fonction de réchauffement et pour commander la suralimentation en commandant la position de la soupape de commutation pour déterminer le débit des gaz d'échappement s'écoulant dans les parties de défilement. Afin de résoudre le problème précédent, le moyen technique suivant est muni du turbocompresseur de cette invention qui inclut: un logement de turbine comportant un orifice d'entrée des gaz d'échappement et des parties de défilement interne et externe divisant l'écoulement des gaz d'échappement pour faire tourner un rotor de turbine et une soupape de commutation disposée entre les parties de défilement interne et externe et l'orifice d'entrée des gaz d'échappement, qui est capable de fermer complètement les It is therefore an object of this invention to provide a switching valve which completely closes the exhaust gas duct to increase the engine load to easily obtain the heating function and to control the boost by controlling the position of the valve. switching to determine the flow rate of the exhaust gases flowing in the running parts. In order to solve the preceding problem, the following technical means is provided with the turbocharger of this invention which includes: a turbine housing comprising an exhaust gas inlet orifice and internal and external scrolling portions dividing the gas flow exhaust to rotate a turbine rotor and a switching valve disposed between the internal and external scrolling parts and the exhaust gas inlet, which is capable of completely closing the

-10 parties de défilement interne et externe simultanément. -10 parts of internal and external scrolling simultaneously.

Ce qui précède et d'autres buts et caractéristiques de l'invention deviendront plus apparents et seront plus The foregoing and other objects and features of the invention will become more apparent and will be more

facilement appréciés à partir de la description détaillée easily appreciated from the detailed description

suivante des modes de réalisation préférés de l'invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels; La figure 1 est une vue en section transversale de la condition de retour de pression augmentée du turbocompresseur d'un premier mode de réalisation de cette invention; La figure 2 est une vue en section transversale du turbocompresseur du premier mode de réalisation montré sur la figure 1 représentant les positions sélectionnées d'une soupape de commutation du turbocompresseur; La figure 3 est une vue en section transversale du turbocompresseur d'un deuxième mode de réalisation de cette invention; La figure 4 est une vue en section transversale du turbocompresseur d'un troisième mode de réalisation de cette invention; et La figure 5 est une vue en section transversale du turbocompresseur d'un quatrième mode de réalisation de following preferred embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings, in which; Figure 1 is a cross-sectional view of the increased pressure return condition of the turbocharger of a first embodiment of this invention; Figure 2 is a cross-sectional view of the turbocharger of the first embodiment shown in Figure 1 showing the selected positions of a switch valve of the turbocharger; Figure 3 is a cross-sectional view of the turbocharger of a second embodiment of this invention; Figure 4 is a cross-sectional view of the turbocharger of a third embodiment of this invention; and FIG. 5 is a cross-sectional view of the turbocharger of a fourth embodiment of

cette invention. -this invention. -

Les modes de réalisation du turbocompresseur de cette invention sont décrits comme suit en se référant aux figures 1 à 5. Un orifice d'entrée des gaz d'échappement 2 est disposé dans un logement de turbine 1. L'orifice d'entrée des gaz d'échappement 2 mène à la partie de défilement interne 4 et à la partie de défilement externe 5 qui sont divisées par une paroi de séparation 3 disposée entre celles-ci. La partie de défilement interne 4 et la partie de défilement externe 5 mènent à un rotor de turbine 7 comportant des aubes de turbine 6. Le rotor de turbine 7 est raccordé à un orifice de sortie des gaz d'échappement (non représenté) et raccordé de manière opérationnelle à un compresseur (non représenté). Le compresseur utilisé dans ce mode de réalisation est du type classique déjà décrit au public. Une pluralité de parties de raccordement 8 sont en communication fluide avec la partie de défilement interne 4 et la partie de défilement externe 5 dans la paroi de séparation 3. Chaque surface opposée du trou de communication 8 s'incline avec un angle différent, ce qui réduit la taille d'un angle d'écoulement entrant et diminue la rotation du rotor de turbine 7. Une soupape de commutation en forme de disque 10 comportant un centre de rotation 9 est disposée entre l'orifice d'entrée des gaz d'échappement 2 et la paroi de séparation 3. La soupape de commutation 10 entre en contact avec une paroi interne du logement de turbine 1 et une partie de paroi formant l'orifice d'entrée des gaz d'échappement 2 lorsque le logement de turbine 1 est complètement fermé par la soupape de commutation 10 (représentée sur la figure 1), qui bloque l'écoulement des gaz d'échappement dans le logement de The embodiments of the turbocharger of this invention are described as follows with reference to Figures 1 to 5. An exhaust gas inlet port 2 is disposed in a turbine housing 1. The gas inlet port exhaust 2 leads to the internal scrolling part 4 and to the external scrolling part 5 which are divided by a partition wall 3 disposed between them. The internal scrolling part 4 and the external scrolling part 5 lead to a turbine rotor 7 comprising turbine blades 6. The turbine rotor 7 is connected to an exhaust outlet orifice (not shown) and connected operatively to a compressor (not shown). The compressor used in this embodiment is of the conventional type already described to the public. A plurality of connection parts 8 are in fluid communication with the internal passage part 4 and the external passage part 5 in the partition wall 3. Each opposite surface of the communication hole 8 tilts at a different angle, which reduces the size of an incoming flow angle and decreases the rotation of the turbine rotor 7. A disc-shaped switching valve 10 having a center of rotation 9 is disposed between the exhaust gas inlet 2 and the partition wall 3. The switching valve 10 comes into contact with an internal wall of the turbine housing 1 and a wall part forming the inlet opening for the exhaust gases 2 when the turbine housing 1 is completely closed by the switching valve 10 (shown in Figure 1), which blocks the flow of exhaust gases into the housing

turbine 1 et augmente le chargement du moteur. turbine 1 and increases the loading of the engine.

La soupape de commutation 10 est capable de sélectionner trois positions (représentées sur la figure 2) conformément aux motifs d'écoulement des gaz d'échappement dans le logement de turbine 1 en plus de la condition complètement fermée (représentée sur la figure 1). En position A (vitesse lente du moteur), les gaz d'échappement The switching valve 10 is capable of selecting three positions (shown in Figure 2) in accordance with the patterns of exhaust gas flow in the turbine housing 1 in addition to the fully closed condition (shown in Figure 1). In position A (slow engine speed), the exhaust gases

ne s'écoulent que dans la partie de défilement interne 4. only flow in the internal scrolling part 4.

Dans ce cas, les gaz d'échappement s'écoulent dans une direction tangentielle des aubes de turbine 6 et entrent en contact avec les aubes de turbine 6 avec un grand angle d'écoulement entrant. En position B (vitesse moyenne du moteur), une partie des gaz d'échappement s'écoule dans la partie de défilement externe 5, qui commande la suralimentation. En position C (vitesse élevée du moteur), les gaz d'échappement s'écoulent principalement dans la -10 partie de défilement externe 5. Les gaz d'échappement s'écoulent vers le centre de rotation des aubes de turbine 6 via les parties de raccordement 8 et entrent en contact avec les aubes de turbine 6 avec un petit angle d'écoulement. Dans le mode de réalisation montré sur la figure 1, l'écoulement des gaz d'échappement contacte la totalité de la surface de la soupape de commutation 10. La soupape de commutation 10 ne nécessite pas une grande force externe pour complètement fermer l'orifice d'entrée des gaz d'échappement 2 puisque l'élément dans le sens des aiguilles d'une montre et l'élément dans le sens inverse des aiguilles d'une montre de la soupape de commutation In this case, the exhaust gases flow in a tangential direction from the turbine blades 6 and come into contact with the turbine blades 6 with a large incoming flow angle. In position B (average engine speed), part of the exhaust gas flows into the external scrolling part 5, which controls the supercharging. In position C (high engine speed), the exhaust gases flow mainly in the -10 external scrolling part 5. The exhaust gases flow towards the center of rotation of the turbine blades 6 via the parts 8 and come into contact with the turbine blades 6 with a small flow angle. In the embodiment shown in Figure 1, the flow of exhaust gas contacts the entire surface of the switch valve 10. The switch valve 10 does not require a large external force to completely close the orifice exhaust gas inlet 2 since the element in the clockwise direction and the element in the anti-clockwise direction of the switching valve

sont bien équilibrés pour maintenir la position fermée. are well balanced to maintain the closed position.

Bien que la soupape de commutation 10 soit en forme de disque dans ce mode de réalisation, la soupape de commutation peut être composée d'une plaque rectangulaire en fonction de la forme de la partie de défilement interne 4 et de la partie de défilement externe 5 formées dans le Although the switching valve 10 is disc-shaped in this embodiment, the switching valve can be composed of a rectangular plate depending on the shape of the internal scrolling part 4 and the external scrolling part 5 formed in the

logement de turbine 1.turbine housing 1.

Un autre mode de réalisation de cette invention est illustré sur la figure 3. Une extrémité de la soupape de commutation 11 est supportée de manière rotative par le logement de turbine 1 à la jonction de l'orifice d'entrée des gaz d'échappement 2 et des parties de défilement interne et externe 4, 5. La soupape de commutation 11 est capable de sélectionner quatre positions incluant la position complètement fermée, la position A (vitesse lente du moteur), la position B (vitesse moyenne du moteur), et la position C (vitesse élevée du moteur), comme cela est représenté sur la figure 3. Les directions d'écoulement et les motifs des gaz d'échappement correspondant aux positions respectives de la soupape de commutation 11 sont les mêmes que celles du premier mode de réalisation de la Another embodiment of this invention is illustrated in Figure 3. One end of the switching valve 11 is rotatably supported by the turbine housing 1 at the junction of the exhaust gas inlet 2 and internal and external scrolling parts 4, 5. The switching valve 11 is capable of selecting four positions including the fully closed position, the position A (slow engine speed), the position B (average engine speed), and position C (high engine speed), as shown in FIG. 3. The directions of flow and the patterns of the exhaust gases corresponding to the respective positions of the switching valve 11 are the same as those of the first mode of the

figure 1.figure 1.

--10 Un autre mode de réalisation de cette invention est représenté sur la figure 4. La soupape de commutation 12 est composée d'un premier élément de soupape 13 et d'un deuxième élément de soupape 14. Une extrémité du premier élément de soupape 13 est supportée de manière rotative sur le logement de turbine 1 de sorte que le premier élément de soupape 13 sépare l'orifice d'entrée des gaz d'échappement 2 de la partie de défilement externe 5. Une extrémité du deuxième élément de soupape 14 est supportée de manière rotative sur le logement de turbine 1 de sorte que le deuxième élément de soupape 14 sépare l'orifice d'entrée des gaz d'échappement 2 de la partie de défilement interne 4. Lorsque la soupape de commutation 12 est complètement fermée, l'écoulement des gaz d'échappement est bloqué, ce qui mène au mode de réchauffement du moteur dans lequel la charge du moteur est agrandie. Dans cette condition, les extrémités libres des premier et deuxième éléments de soupape 13, 14 entrent en contact avec la paroi de séparation 3 et bloquent l'écoulement des gaz Another embodiment of this invention is shown in Figure 4. The switch valve 12 is composed of a first valve member 13 and a second valve member 14. One end of the first valve member 13 is rotatably supported on the turbine housing 1 so that the first valve member 13 separates the exhaust gas inlet port 2 from the external scroll portion 5. One end of the second valve member 14 is rotatably supported on the turbine housing 1 so that the second valve member 14 separates the exhaust gas inlet port 2 from the internal scroll portion 4. When the switching valve 12 is completely closed , the flow of exhaust gases is blocked, which leads to the engine warming mode in which the engine load is increased. In this condition, the free ends of the first and second valve elements 13, 14 come into contact with the partition wall 3 and block the flow of gases

d'échappement.exhaust.

Lorsque la suralimentation à vitesse lente du moteur est nécessaire, le deuxième élément de soupape 14 doit être déplacé à la position montrée par la ligne imaginaire indiquée sur la figure 4, et les gaz d'échappement s'écoulent dans la partie de défilement interne 4. Lorsque la suralimentation à vitesse moyenne du moteur est nécessaire, les extrémités libres des premier et deuxième éléments de soupape 13, 14 sont déplacées pour être espacées de la paroi de séparation 3 et commandent le débit d'écoulement entrant des gaz d'échappement dans les parties de défilement interne et externe 4, 5. Lorsque la suralimentation à vitesse élevée du moteur est nécessaire, l'extrémité libre du premier élément de soupape 13 est déplacée pour être très espacée de la paroi de séparation 3 -10 et augmenter la quantité d'écoulement entrant des gaz d'échappement dans la partie de défilement externe 5.: Encore un autre mode de réalisation de cette invention est représenté sur la figure 5. Un premier papillon des gaz et un deuxième papillon des gaz 16 sont disposés sur la partie de défilement interne 4 et la partie de défilement externe 5, respectivement. Le premier papillon des gaz 15 et le deuxième papillon des gaz 16 sont raccordés à un lien 17 et à un lien 18 disposés à l'extérieur du logement de turbine 1, respectivement. L'ouverture et la fermeture des papillons des gaz 15 et 16 sont commandées par les liens 17 et 18. Chaque élément de soupape dans les autres modes de réalisation montrés sur les figures 1 à 4 peut également When the slow speed supercharging of the engine is necessary, the second valve element 14 must be moved to the position shown by the imaginary line shown in Figure 4, and the exhaust gases flow in the internal scrolling part 4 When supercharging at medium speed of the engine is necessary, the free ends of the first and second valve elements 13, 14 are displaced so as to be spaced from the partition wall 3 and control the flow rate of flow entering the exhaust gases into the internal and external scrolling parts 4, 5. When the high speed supercharging of the motor is necessary, the free end of the first valve element 13 is moved so as to be very far from the partition wall 3 -10 and increase the quantity flow of exhaust gas into the external scrolling part 5 .: Yet another embodiment of this invention e st shown in Figure 5. A first throttle valve and a second throttle valve 16 are disposed on the internal scroll portion 4 and the external scroll portion 5, respectively. The first throttle valve 15 and the second throttle valve 16 are connected to a link 17 and to a link 18 arranged outside the turbine housing 1, respectively. The opening and closing of the throttle valves 15 and 16 are controlled by the links 17 and 18. Each valve element in the other embodiments shown in Figures 1 to 4 can also

être commandé par un lien.be ordered by a link.

Lorsque le réchauffement du moteur est nécessaire dans le mode de réalisation montré sur la figure 5, la charge du moteur augmente en fermant complètement le premier papillon des gaz 15 et le deuxième papillon des gaz 16 et en bloquant l'écoulement des gaz d'échappement dans les When engine warming is required in the embodiment shown in Figure 5, the engine load increases by completely closing the first throttle valve 15 and the second throttle valve 16 and blocking the flow of exhaust gases in the

parties de défilement interne et externe 4 et 5. internal and external scrolling parts 4 and 5.

Lorsque la suralimentation à vitesse lente du moteur est nécessaire (en fonctionnement à vitesse lente), le deuxième papillon des gaz 16 doit être ouvert et les gaz d'échappement s'écoulent dans la partie de défilement interne 4. Lorsque la suralimentation à vitesse moyenne du moteur est nécessaire (en fonctionnement à vitesse moyenne), les premier et deuxième papillons des gaz 15 et 16 doivent être partiellement ouverts et le débit d'écoulement entrant des gaz d'échappement dans les parties When the slow speed supercharging of the engine is necessary (in slow speed operation), the second throttle valve 16 must be open and the exhaust gases flow in the internal scrolling part 4. When the supercharging at medium speed of the engine is necessary (in operation at medium speed), the first and second throttle valves 15 and 16 must be partially open and the flow rate of exhaust gas entering the parts

de défilement interne et externe 4 et 5 est commandé. internal and external scrolling 4 and 5 is controlled.

Lorsque la suralimentation à vitesse élevée du moteur est nécessaire (en fonctionnement à vitesse élevée), le premier papillon des gaz 15 doit être ouvert et le deuxième papillon des gaz 16 doit être fermé, et les gaz d'échappement s'écoulent dans la partie de défilement When high speed supercharging of the engine is required (in high speed operation), the first throttle valve 15 must be open and the second throttle valve 16 must be closed, and the exhaust gases flow into the portion scroll

--10 externe 5.--10 external 5.

Dans les modes de réalisation précédents montrés sur les figures 1 à 5, la commande de la suralimentation est facilement réalisée en sélectionnant la position des soupapes de commutation en plus de la fonction de In the previous embodiments shown in Figures 1 to 5, the control of the boost is easily achieved by selecting the position of the switching valves in addition to the function of

réchauffement du moteur.engine warming up.

Il est évident que la description détaillée précédente It is obvious that the previous detailed description

doit être considérée comme illustrative plutôt que should be considered illustrative rather than

limitative et on comprendra que les revendications limiting and it will be understood that the claims

suivantes incluant tous les équivalents ont pour but de following including all equivalents are intended to

définir la portée de l'invention.define the scope of the invention.

Claims

1. Turbocharger comprising: a turbine housing (1) comprising an exhaust gas inlet (2) and internal (4) and external (5) scrolling portions dividing the flow of exhaust gases making turn a turbine rotor (7); a switching valve (10; 11; 12; 15, 16) arranged between the internal and external scrolling parts (4, 5) and the exhaust gas inlet (2), which is capable of closing completely internal and external scrolling parts

(4, 5) simultaneously.

2. The turbocharger of claim 1, wherein the center of the switching valve (10; 15, 16) is supported.

rotatably through the turbine housing (1).

3. The turbocharger of claim 1, wherein one end of the switching valve (11; 12; 15, 16) is

rotatably supported by the turbine housing (1).

4. The turbocharger of claim 1, wherein the switching valve (15, 16) includes a pair of valve elements (15, 16), one of which completely closes the internal scroll portion (4) and the other completely closes part of

external scroll (5).

5. The turbocharger of claim 4, wherein

the switching valve (15, 16) is a throttle valve.

6. Turbocharger according to any one of

Claims 1 to 5, in which the switching valve (10;

11; 12; 15, 16) is actuated to open and close by a

link mechanism arranged outside the turbine housing.