JP2004092481A - 可変容量タービン及びこれを備えた可変容量ターボチャージャ - Google Patents
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Abstract
【課題】低コスト、高信頼性、および高性能を実現することのできる可変容量タービン及びこれを備えた可変容量ターボチャージャを提供すること。
【解決手段】渦巻状のスクロール１１が内部に形成されたタービンケーシング１２と、前記スクロール１１の内周側に回転自在に設けられたタービンホイール１３と、前記スクロール１１から前記タービンホイール１３に流入する流体の量を制御する制御手段と、を備え、前記流体を前記スクロール１１から前記タービンホイール１３へと半径方向に流入させて当該タービンホイール１３を回転駆動するように構成された可変容量タービン１００において、前記制御手段は、流体の通路となる前記スクロール１１の延在方向に沿って設けられたプレート１０１からなることを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】渦巻状のスクロール１１が内部に形成されたタービンケーシング１２と、前記スクロール１１の内周側に回転自在に設けられたタービンホイール１３と、前記スクロール１１から前記タービンホイール１３に流入する流体の量を制御する制御手段と、を備え、前記流体を前記スクロール１１から前記タービンホイール１３へと半径方向に流入させて当該タービンホイール１３を回転駆動するように構成された可変容量タービン１００において、前記制御手段は、流体の通路となる前記スクロール１１の延在方向に沿って設けられたプレート１０１からなることを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流量特性を変化させる機能を有する可変容量タービンに関し、特に、低コストで高い信頼性を有し、かつ流量切り替えによる性能低下を抑えることのできる可変容量タービン及びこれを備えた可変容量ターボチャージャに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、エンジンの出力を増し燃費を低減させる目的でターボ型過給器（ターボチャージャ）が用いられている。このようなターボチャージャは、主としてタービンとコンプレッサとから構成され、エンジンの排気（流体）によってタービンが回転し、それによりコンプレッサが回転して大気を高圧空気としてエンジンへ送り込むものである。
【０００３】
そして、エンジンの様々な運転状態に適した過給を行うために、エンジンの運転条件に応じてターボチャージャの流量特性（一定の圧力条件において流れる作動ガス（流体））を変えることのできるターボチャージャが望まれており、従来から、かかる流量特性を変化させる機能を有するターボチャージャが提案されている。
【０００４】
図１１は、かかる機能を有する従来のターボチャージャに用いられるタービンを例示した図であり、従来の可変容量タービン（以下、ＶＧ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇｅｏｍｅｔｒｙ）タービンという）の軸直角断面を示す図である。
このＶＧタービン１０は一般のタービンと同様、渦巻状のスクロール１１が内部に形成されたタービンケーシング１２と、スクロール１１の内周側に回転自在に設けられたタービンホイール１３と、スクロール１１内に設けられた複数枚の可動ノズル（制御手段）１４とを主たる要素として構成されたものである。
【０００５】
このＶＧタービン１０では、エンジンの排気がタービン入口１０ａからスクロール１１に流れ込み（図１１の矢印イ）、その後スクロール１１内を流れながら順次可動ノズル１４と可動ノズル１４との間を通って（図１１の矢印ロ）タービンホイール１３へ流れる。図示した状態は、可動ノズル１４と可動ノズル１４との間の面積（矢印ロの部分の面積）が広い状態であり、タービンホイール１３に流れる作動ガスの流量を大きくしている場合である。
かかる作動ガスの流量を小さくするには、これら可動ノズル１４を図の矢印ハの方向へ動かし、可動ノズル１４と可動ノズル１４との間の面積を小さくすることにより、タービンに流れる作動ガスの量を制御する。
このように、従来のＶＧタービン１０では、複数の可動ノズル１４を動かすことにより、タービンホイール１３に流れ込む作動ガスの量を変化させるようにしている（たとえば、特許文献１，２参照）。
【０００６】
〔特許文献１〕
特開平１１−３１１１２４号公報（図２ないし図６）
〔特許文献２〕
特開平１０−１４１０７４号公報（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなＶＧタービン１０では、流量の切り替え特性は良いものの、複数枚の可動ノズル１４とこれら可動ノズル１４を動かす機構が必要となるため、構造が複雑になり、部品点数が多くなってしまう。したがって、コスト的に高くなるとともに、部品集積誤差によるガタ、ノズル開閉操作でのヒステリシス、ノズルにかかる力の方向の逆転等の課題により信頼性が低下するという問題点がある。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、低コスト、高信頼性、および高性能を実現することのできる可変容量タービン及びこれを備えた可変容量ターボチャージャを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の可変容量タービン及びこれを備えた可変容量ターボチャージャでは、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１記載の可変容量タービンによれば、渦巻状のスクロールが内部に形成されたタービンケーシングと、前記スクロールの内周側に回転自在に設けられたタービンホイールと、前記スクロールから前記タービンホイールに流入する流体の量を制御する制御手段と、を備え、前記流体を前記スクロールから前記タービンホイールへと半径方向に流入させて当該タービンホイールを回転駆動するように構成された可変容量タービンにおいて、前記制御手段は、流体の通路となる前記スクロールの延在方向に沿って設けられたプレートからなることを特徴とする。
【００１０】
この可変容量タービンにおいては、スクロールからタービンホイールに流入する流体の量が、プレートにより制御されることとなる。
【００１１】
請求項２に記載の可変容量タービンによれば、前記プレートは、前記スクロールの内周側と外周側とを分離するように設けられていることを特徴とする。
【００１２】
この可変容量タービンにおいては、プレートの両表面がそれぞれ、スクロールの内周側壁面およびスクロールの外周側壁面と対向するように、プレートが配置され、これによりスクロールが２つの空間に仕切られるようになっている。
すなわち、プレートによりスクロール内に内周側通路と外周側通路の２つの通路が形成されることとなる。
また、内周側通路はタービンホイールの入口部と連通するようになっているが、外周側通路とタービンホイールの入口部とは不通状態となっている。
したがって、タービン入口からスクロールに流入してきた流体の内、内周側通路に導入された流体のみがタービンホイールの方に導かれるようになっている。このとき、外周側通路は完全に閉じられた空間（すなわち出口のない閉鎖空間）となっており、タービン入口から流入してきた流体は内周側通路のみを通ってタービンホイールに導かれるようになっている。言い換えれば、絞り効果が得られるようになっているのである。
【００１３】
請求項３に記載の可変容量タービンによれば、前記プレートは、前記スクロールのハブ側に沿って移動可能とされていることを特徴とする。
【００１４】
この可変容量タービンにおいては、プレートがスクロールのハブ側に沿って移動可能に構成されており、プレートが移動することによりプレートとスクロールのシュラウド側壁面との間に隙間が形成されて、プレートとスクロールの外周側壁面とで形成される外周側通路内から、プレートとスクロールの内周側壁面とで形成される内周側通路内に流体が導かれることとなる。
すなわち、タービン入口からスクロールに流入してきた流体すべてが、タービンホイールの方に導かれるようになっている。
【００１５】
請求項４に記載の可変容量タービンによれば、前記プレートは、前記スクロールのシュラウド側に沿って移動可能とされていることを特徴とする。
【００１６】
この可変容量タービンにおいては、プレートがスクロールのシュラウド側に沿って移動可能に構成されており、プレートが移動することによりプレートとスクロールのハブ側壁面との間に隙間が形成されて、プレートとスクロールの外周側壁面とで形成される外周側通路内から、プレートとスクロールの内周側壁面とで形成される内周側通路内に流体が導かれることとなる。
すなわち、タービン入口からスクロールに流入してきた流体すべてが、タービンホイールの方に導かれるようになっている。
【００１７】
請求項５に記載の可変容量タービンによれば、前記プレートは、前記スクロールのシュラウド側とハブ側とを分離するように設けられていることを特徴とする。
【００１８】
この可変容量タービンにおいては、プレートの両表面がそれぞれ、スクロールのシュラウド側壁面およびスクロールのハブ側壁面と対向するように、プレートが配置され、これによりスクロールが２つの空間に仕切られるようになっている。
すなわち、プレートによりスクロール内にシュラウド側通路とハブ側通路の２つの通路が形成されることとなる。
また、ハブ側通路はタービンホイールの入口部と連通するようになっているが、シュラウド側通路とタービンホイールの入口部とは不通状態となっている。
したがって、タービン入口からスクロールに流入してきた流体の内、ハブ側通路に導入された流体のみがタービンホイールの方に導かれるようになっている。このとき、シュラウド側通路は完全に閉じられた空間（すなわち出口のない閉鎖空間）となっており、タービン入口から流入してきた流体はハブ側通路のみを通ってタービンホイールに導かれるようになっている。言い換えれば、絞り効果が得られるようになっているのである。
【００１９】
請求項６に記載の可変容量タービンによれば、前記プレートは、前記スクロールの内周側に沿って移動可能とされていることを特徴とする。
【００２０】
この可変容量タービンにおいては、プレートがスクロールの内周側に沿って移動可能に構成されており、プレートが移動することによりプレートとスクロールの外周側壁面との間に隙間が形成されて、プレートとスクロールのシュラウド側壁面とで形成されるシュラウド側通路内から、プレートとスクロールのハブ側壁面とで形成されるハブ側通路内に流体が導かれることとなる。
すなわち、タービン入口からスクロールに流入してきた流体すべてが、タービンホイールの方に導かれるようになっている。
【００２１】
請求項７に記載の可変容量タービンによれば、前記プレートは、前記スクロールの外周側に沿って移動可能とされていることを特徴とする。
【００２２】
この可変容量タービンにおいては、プレートがスクロールの外周側に沿って移動可能に構成されており、プレートが移動することによりプレートとスクロールの内周側壁面との間に隙間が形成されて、プレートとスクロールのシュラウド側壁面とで形成されるシュラウド側通路内から、プレートとスクロールのハブ側壁面とで形成されるハブ側通路内に流体が導かれることとなる。
すなわち、タービン入口からスクロールに流入してきた流体すべてが、タービンホイールの方に導かれるようになっている。
【００２３】
請求項８に記載の可変容量ターボチャージャによれば、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の可変容量タービンと、前記タービンホイールの駆動によりシリンダ内に吸気過給するコンプレッサと、を具備することを特徴とする。
【００２４】
この可変容量ターボチャージャにおいては、スクロールの延在方向に沿ってスクロール内に設けられたプレートにより、スクロールからタービンホイールに流入する流体の量が制御され、この流体によりタービンホイールが回転駆動されるとともにコンプレッサが駆動されるようになっている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る可変容量タービン（以下、ＶＧ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇｅｏｍｅｔｒｙ）タービンという）の第１実施形態を図１ないし図６に基づいて説明する。なお、上述した従来技術と同一の部材には同一の符号を付して説明する。
図１は、前述した図１１と同様の図であり、本発明を適用した第１実施形態を示す軸直角断面図である。
【００２６】
ＶＧタービン１００は、渦巻状のスクロール１１が内部に形成されたタービンケーシング１２と、スクロール１１の内周側に回転自在に設けられたタービンホイール１３と、スクロール１１内に設けられた１枚のプレート（制御手段）１０１とを主たる要素として構成されたものである。
タービンケーシング１２は、タービンホイール１３を収容するとともに、タービン入口１０ａとタービン出口（図示せず）とを、タービンホイール１３を介して連通し、その断面積が漸次減少するスクロール１１を有するものである。
【００２７】
図１に示すように、スクロール１１は内周側壁面１１ａ、外周側壁面１１ｂ、ハブ側壁面１１ｃ、およびシュラウド側壁面１１ｄにより形成されている。図中における符号１５は、スクロール１１からタービンホイール１３に流体が流入する入口部を示している。前述した従来のＶＧタービン１０では、この部分に可動ノズル１４が周方向に沿って設けられていたことになる。また、符号１６はタービンケーシング１２の舌部である。これら入口部１５及び舌部１６の高さｈは、タービンホイール１３の翼の高さと略同じとされている（前述した従来の場合においては、さらに可動ノズル１４の高さとも略同じとなる）。
【００２８】
プレート１０１は、流体の通路となるスクロール１１の延在方向に沿ってスクロール１１内に設けられているとともに、スクロール１１の内周側と外周側とを均等に分離する（あるいは仕切る）ように設けられたものである。すなわち、プレート１０１の両表面がそれぞれ、内周側壁面１１ａおよび外周側壁面１１ｂと対向するように配置されている。
【００２９】
図２は図１に示すプレート１０１を展開した状態（スクロール１１の延在方向に沿ってスクロール１１とプレート１０１とを展開した状態）の図である。
図２に示すように、プレート１０１は平面視直角台形（内角の２つがそれぞれ直角とされた台形）を有する薄板部材である。
【００３０】
さて、図１および図２はプレート１０１によりスクロール１１の内周側と外周側とを完全に分離した状態、すなわちスクロール１１の内周側通路ＩＰを通過した流体のみがタービンホイール１３に流入する（供給される）状態を示す図である。
このとき、図１に示すように、プレート１０１の先端１０１ａ（台形における上底の部分）とタービンケーシング１２の舌部１６とが当接するとともに、プレート１０１の一辺（斜辺）１０１ｂとスクロール１１のシュラウド側壁面１１ｄとが当接し、かつプレート１０１の他辺１０１ｃとスクロール１１のハブ側壁面１１ｃとが当接した状態となっている。
このように、外周側通路ＯＰは完全に閉じられた空間（すなわち出口のない閉鎖空間）となっており、タービン入口１０ａから流入してきた流体は内周側通路ＩＰを通ってタービンホイール１３に導かれるようになっている。言い換えれば、ここで絞り効果が得られるようになっているのである。
これにより、低流量においても流体の速度を速めることができるので、速度の速い流体がタービンホイール１３に導かれることとなって、低流量でのタービンの効率を上昇させることができる。
【００３１】
つぎに、プレート駆動機構（図示せず）によりプレート１０１を図３および図４のように移動させる。すなわち、プレート１０１が全体的にタービン入口１０ａの側に移動するようにプレート駆動機構によりプレート１０１を移動させる。言い換えれば、スクロール１１のハブ側壁面１１ｃにプレート１０１の他辺１０１ｃを沿わせるようにしてプレート１０１をタービン入口１０ａの側に移動させる。
プレート１０１を図３および図４に示すように移動させると、プレート１０１によりスクロール１１の内周側と外周側とが部分的に分離される状態となって、スクロール１１の内周側通路ＩＰおよび外周側通路ＯＰを通過した流体がタービンホイール１３に流入する（供給される）ようになっている。
このとき、図１および図２において当接していた、プレート１０１の先端１０１ａとタービンケーシング１２の舌部１６との間、およびプレート１０１の一辺１０１ｂとスクロール１１のシュラウド側壁面１１ｄとの間に隙間が形成されることとなる。なお、プレート１０１の他辺１０１ｃとスクロール１１のハブ側壁面１１ｃとは当接したままである。
【００３２】
このように、プレート１０１をハブ側壁面１１ｃに沿ってタービン入口１０ａの側に移動させることにより、プレート１０１の先端１０１ａとタービンケーシング１２の舌部１６との間、およびプレート１０１の一辺１０１ｂとスクロール１１のシュラウド側壁面１１ｄとの間が離間して隙間が形成され、この隙間を通って外周側通路ＯＰ内の流体が内周側通路ＩＰ内に流入した後、タービンホイール１３の方に流入していくようになっている。
これにより、タービンホイール１３に流入する流体の量を増加させることができることとなる。
なお、プレート１０１の移動量により流体量を調節できることはいうまでもないことである。
【００３３】
また、図３に示すように、プレート１０１の一辺１０１ｂとスクロール１１のシュラウド側壁面１１ｄとの間を通って外周側通路ＯＰ内の流体が内周側通路ＩＰ内に流入するようになる、すなわち外周側通路ＯＰのハブ側壁面１１ｃ→プレート１０１の一辺１０１ｂとシュラウド側壁面１１ｄとの間→入口部１５という一続きの流れを形成させることができるので、流体の流れを円滑にすることができて、外周側通路ＯＰ内の流体を効率よく内周側通路ＩＰ内に導くことができ、タービン効率を向上させることができる。
【００３４】
一方、上述したようにハブ側壁面１１ｃに沿わせてプレート１０１をタービン入口１０ａの側に移動させる（図３および図４参照）代わりに、スクロール１１のシュラウド側壁面１１ｄにプレート１０１の一辺１０１ｂを沿わせるようにしてプレート１０１をタービン入口１０ａの側に移動させる（図５および図６参照）ように構成することもできる。
このようにシュラウド側壁面１１ｄに沿ってプレート１０１が移動すると、プレート１０１によりスクロール１１の内周側と外周側とが部分的に分離されるとともに、スクロール１１の内周側通路ＩＰおよび外周側通路ＯＰを通過した流体がタービンホイール１３に流入する（供給される）ようになっている。
このとき、図１および図２において当接していた、プレート１０１の先端１０１ａとタービンケーシング１２の舌部１６との間、およびプレート１０１の他辺１０１ｃとスクロール１１のハブ側壁面１１ｃとの間に隙間が形成されることとなる。なお、プレート１０１の一辺１０１ｂとスクロール１１のシュラウド側壁面１１ｄとは当接したままである。
【００３５】
このように、プレート１０１をシュラウド側壁面１１ｄに沿ってタービン入口１０ａの側に移動させることにより、プレート１０１の先端１０１ａとタービンケーシング１２の舌部１６との間、およびプレート１０１の他辺１０１ｃとスクロール１１のハブ側壁面１１ｃとの間が離間して隙間が形成され、この隙間を通って外周側通路ＯＰ内の流体が内周側通路ＩＰ内に流入した後、タービンホイール１３の方に流入していくようになっている。
これにより、タービンホイール１３に流入する流体の量を増加させることができることとなる。
この場合も、プレート１０１の移動量により流体量を調節できることはいうまでもない。
【００３６】
また、図５に示すように、プレート１０１の他辺１０１ｃとスクロール１１のハブ側壁面１１ｃとの間を通って外周側通路ＯＰ内の流体が内周側通路ＩＰ内に流入するようになる、すなわち外周側通路ＯＰのハブ側壁面１１ｃ→プレート１０１の他辺１０１ｃとハブ側壁面１１ｃとの間→入口部１５という最も短い経路で外周側通路ＯＰ内の流体を内周側通路ＩＰ内に導くことができるので、損失を最も低く抑えることができて、タービン効率を向上させることができる。
【００３７】
以上説明してきたように、プレート１０１によりスクロール１１の内周側と外周側とを完全に分離した状態（図１および図２参照）にして、スクロール１１の内周側通路ＩＰを通過した流体のみがタービンホイール１３に流入するようにすることができ、またプレート１０１によりスクロール１１の内周側と外周側とを部分的に分離した状態（図３ないし図６参照）にして、スクロール１１の内周側通路ＩＰおよび外周側通路ＯＰを通過した流体がタービンホイール１３に流入するようにすることができる。
すなわち、プレート１０１によりスクロール１１からタービンホイール１３に流入する流体の量を制御（変更）することができる。
【００３８】
本発明ではプレート１０１によりスクロール１１からタービンホイール１３に流入する流体の量を制御（変更）することができるので、部品点数が少なくなり、低コストかつ高信頼性を達成することができる。
【００３９】
本発明に係る可変容量タービンの第２実施形態を図７ないし図１０に基づいて説明する。なお、上述した従来技術と同一の部材には同一の符号を付して説明する。
図７は、前述した図１と同様の図であり、本発明を適用した第２実施形態を示す軸直角断面図である。
【００４０】
ＶＧタービン２００は、渦巻状のスクロール１１が内部に形成されたタービンケーシング１２と、スクロール１１の内周側に回転自在に設けられたタービンホイール１３と、スクロール１１内に設けられた１枚のプレート（制御手段）２０１とを主たる要素として構成されたものである。
タービンケーシング１２は、タービンホイール１３を収容するとともに、タービン入口１０ａとタービン出口（図示せず）とを、タービンホイール１３を介して連通し、その断面積が漸次減少するスクロール１１を有するものである。
【００４１】
図７に示すように、スクロール１１は内周側壁面１１ａ、外周側壁面１１ｂ、ハブ側壁面１１ｃ、およびシュラウド側壁面１１ｄにより形成されている。図中における符号１５は、スクロール１１からタービンホイール１３に流体が流入する入口部を示している。前述した従来のＶＧタービン１０では、この部分に可動ノズル１４が周方向に沿って設けられていたことになる。また、符号１６はタービンケーシング１２の舌部である。これら入口部１５及び舌部１６の高さｈは、タービンホイール１３の翼の高さと略同じとされている（前述した従来の場合においては、さらに可動ノズル１４の高さとも略同じとなる）。
【００４２】
プレート２０１は、流体の通路となるスクロール１１の延在方向に沿ってスクロール１１内に設けられているとともに、スクロール１１のシュラウド側とハブ側とを均等に分離する（あるいは仕切る）ように設けられたものである。すなわち、プレート２０１の両表面がそれぞれ、シュラウド側壁面１１ｄおよびハブ側壁面１１ｃと対向するように配置されている。
【００４３】
図７に示すように、プレート２０１はその平面視形状がスクロール１１の横断面形状と合致する形状を有する薄板部材である。
【００４４】
さて、図７はプレート２０１によりスクロール１１のシュラウド側とハブ側とを完全に分離した状態、すなわちスクロール１１のハブ側通路ＨＰを通過した流体のみがタービンホイール１３に流入する（供給される）状態を示す図である。
このとき、図７に示すように、プレート２０１の先端２０１ａとタービンケーシング１２の舌部１６とが当接するとともに、プレート２０１の内周端２０１ｂとスクロール１１の内周側壁面１１ａとが当接し、かつプレート２０１の外周端２０１ｃとスクロール１１の外周側壁面１１ｂとが当接した状態となっている。このように、シュラウド側通路ＳＰは完全に閉じられた空間（すなわち出口のない糞詰まりの状態）となっており、タービン入口１０ａから流入してきた流体はハブ側通路ＨＰを通ってタービンホイール１３に導かれるようになっている。言い換えれば、ここで絞り効果が得られるようになっているのである。
これにより、低流量においても流体の速度を速めることができるので、速度の速い流体がタービンホイール１３に導かれることとなって、低流量でのタービンの効率を上昇させることができる。
【００４５】
つぎに、プレート駆動機構（図示せず）によりプレート２０１を実線矢印の方向に（図８のように）移動させる。すなわち、プレート２０１が全体的にタービン入口１０ａの側に移動するようにプレート駆動機構によりプレート２０１を移動させる。言い換えれば、スクロール１１の内周側壁面１１ａにプレート２０１の内周端２０１ｂを沿わせるようにしてプレート２０１をタービン入口１０ａの側に移動させる。
プレート２０１を図８に示すように移動させると、プレート２０１によりスクロール１１のシュラウド側とハブ側とが部分的に分離される状態となって、スクロール１１のシュラウド側通路ＳＰおよびハブ側通路ＨＰを通過した流体がタービンホイール１３に流入する（供給される）ようになっている。
このとき、図７において当接していた、プレート２０１の先端２０１ａとタービンケーシング１２の舌部１６との間、およびプレート２０１の外周端２０１ｃとスクロール１１の外周側壁面１１ｂとの間に隙間が形成されることとなる。なお、プレート２０１の内周端２０１ｂとスクロール１１の内周側壁面１１ａとは当接したままである。
【００４６】
このように、プレート２０１をスクロール１１の内周側壁面１１ａに沿ってタービン入口１０ａの側に移動させることにより、プレート２０１の先端２０１ａとタービンケーシング１２の舌部１６との間、およびプレート２０１の外周端２０１ｃとスクロール１１の外周側壁面１１ｂとの間が離間して隙間が形成され、この隙間を通ってシュラウド側通路ＳＰ内の流体がハブ側通路ＨＰ内に流入した後、タービンホイール１３の方に流入していくようになっている。
これにより、タービンホイール１３に流入する流体の量を増加させることができることとなる。
この場合も、プレート２０１の移動量により流体量を調節できることはいうまでもない。
【００４７】
また、図８に示すように、プレート２０１の外周端２０１ｃとスクロール１１の外周側壁面１１ｂとの間を通ってシュラウド側通路ＳＰ内の流体がハブ側通路ＨＰ内に流入するようになる、すなわちシュラウド側通路ＳＰの内周側壁面１１ａ→プレート２０１の外周端２０１ｃとスクロール１１の外周側壁面１１ｂとの間→入口部１５という一続きの流れを形成させることができるので、流体の流れを円滑にすることができて、シュラウド側通路ＳＰ内の流体を効率よくハブ側通路ＨＰ内に導くことができ、タービン効率を向上させることができる。
【００４８】
一方、上述したように内周側壁面１１ａに沿わせてプレート２０１をタービン入口１０ａの側に移動させる（図８参照）代わりに、スクロール１１の外周側壁面１１ｂにプレート２０１の外周端２０１ｃを沿わせるようにしてプレート２０１をタービン入口１０ａの側に移動させる（図９および図１０参照）ように構成することもできる。
このように内周側壁面１１ａに沿ってプレート２０１が移動すると、プレート２０１によりスクロール１１のシュラウド側とハブ側とが部分的に分離されるとともに、スクロール１１のシュラウド側通路ＳＰおよびハブ側通路ＨＰを通過した流体がタービンホイール１３に流入する（供給される）ようになっている。
このとき、図７において当接していた、プレート２０１の先端２０１ａとタービンケーシング１２の舌部１６との間、およびプレート２０１の内周端２０１ｂとスクロール１１の内周側壁面１１ａとの間に隙間が形成されることとなる。なお、プレート２０１の外周端２０１ｃとスクロール１１の外周側壁面１１ｂとは当接したままである。
【００４９】
このように、プレート２０１を内周側壁面１１ａに沿ってタービン入口１０ａの側に移動させることにより、プレート２０１の先端２０１ａとタービンケーシング１２の舌部１６との間、およびプレート２０１の内周端２０１ｂとスクロール１１の内周側壁面１１ａとの間が離間して隙間が形成され、この隙間を通ってシュラウド側通路ＳＰ内の流体がハブ側通路ＨＰ内に流入した後、タービンホイール１３の方に流入していくようになっている。
これにより、タービンホイール１３に流入する流体の量を増加させることができることとなる。
この場合も、プレート２１０の移動量により流体量を調節できることはいうまでもない。
【００５０】
また、図１０に示すように、プレート２０１の内周端２０１ｂとスクロール１１の内周側壁面１１ａとの間を通ってシュラウド側通路ＳＰ内の流体がハブ側通路ＨＰ内に流入するようになる、すなわちシュラウド側通路ＳＰの内周側壁面１１ａ→プレート２０１の内周端２０１ｂとスクロール１１の内周側壁面１１ａとの間→入口部１５という最も短い経路でシュラウド側通路ＳＰ内の流体をハブ側通路ＨＰ内に導くことができるので、損失を最も低く抑えることができて、タービン効率を向上させることができる。
【００５１】
以上説明してきたように、プレート２０１によりスクロール１１のシュラウド側とハブ側とを完全に分離した状態（図７および図９参照）にして、スクロール１１のハブ側通路ＨＰを通過した流体のみがタービンホイール１３に流入するようにすることができ、またプレート２０１によりスクロール１１のシュラウド側とハブ側とを部分的に分離した状態（図８および図１０参照）にして、スクロール１１のシュラウド側通路ＳＰおよびハブ側通路ＨＰを通過した流体がタービンホイール１３に流入するようにすることができる。
すなわち、プレート２０１によりスクロール１１からタービンホイール１３に流入する流体の量を制御（変更）することができる。
【００５２】
本発明ではプレート２０１によりスクロール１１からタービンホイール１３に流入する流体の量を制御（変更）することができるので、部品点数が少なくなり、低コストかつ高信頼性を達成することができる。
【００５３】
なお、上述した実施形態においては、プレートを完全に閉じたときに、スクロールの容積（ボリューム：Ｖｏｌｕｍｅ）を均等に分離（２分）するようにプレートが配置されている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえばスクロールの容積を１：２，１：３，２：１，３：１など、必要に応じていかようにも分離することができる。
【００５４】
また、上述した実施形態において、スクロールの断面形状を矩形形状（たとえば図１の下方に示す図参照）として説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、いかなる形状のものにも適用することができる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の可変容量タービンおよびこれを備えた可変容量ターボチャージャによれば、以下の効果を奏する。
請求項１に記載の可変容量タービンによれば、スクロールからタービンホイールに流入する流体の量が、プレートにより制御されることとなるので、構造を簡略して部品点数を少なくすることができるとともに、部品集積誤差によるガタ、ノズル開閉操作でのヒステリシス、ノズルにかかる力の方向の逆転等の課題を解消することができて、低コストかつ高信頼性を達成することができる。
【００５６】
請求項２に記載の可変容量タービンによれば、タービン入口からスクロールに流入してきた流体の内、内周側通路に導入された流体のみがタービンホイールの方に導かれるようになっているので、絞り効果により低流量においても速度の速い流体をタービンホイールに導くことができて、低流量でのタービンの効率を上昇させることができる。
【００５７】
請求項３に記載の可変容量タービンによれば、プレートがスクロールのハブ側に沿って移動可能に構成されており、プレートが移動することによりプレートとスクロールのシュラウド側壁面との間に隙間が形成されて、外周側通路のハブ側壁面→プレートの一辺とシュラウド側壁面との間→入口部という一続きの流れを形成させることができるので、流体の流れを円滑にすることができて、外周側通路内の流体を効率よく内周側通路内に導くことができ、タービン効率を向上させることができる。
【００５８】
請求項４に記載の可変容量タービンによれば、プレートがスクロールのシュラウド側に沿って移動可能に構成されており、プレートが移動することによりプレートとスクロールのハブ側壁面との間に隙間が形成されて、外周側通路のハブ側壁面→プレートの他辺とハブ側壁面との間→入口部という最も短い経路で外周側通路内の流体を内周側通路内に導くことができるので、損失を最も低く抑えることができて、タービン効率を向上させることができる。
【００５９】
請求項５に記載の可変容量タービンによれば、タービン入口からスクロールに流入してきた流体の内、ハブ側通路に導入された流体のみがタービンホイールの方に導かれるようになっているので、絞り効果により低流量においても速度の速い流体をタービンホイールに導くことができて、低流量でのタービンの効率を上昇させることができる。
【００６０】
請求項６に記載の可変容量タービンによれば、プレートがスクロールの内周側に沿って移動可能に構成されており、プレートが移動することによりプレートとスクロールの外周側壁面との間に隙間が形成されて、シュラウド側通路の内周側壁面→プレートの内周端とスクロールの内周側壁面との間→入口部という最も短い経路でシュラウド側通路内の流体をハブ側通路内に導くことができるので、損失を最も低く抑えることができて、タービン効率を向上させることができる。
【００６１】
請求項７に記載の可変容量タービンによれば、プレートがスクロールの外周側に沿って移動可能に構成されており、プレートが移動することによりプレートとスクロールの内周側壁面との間に隙間が形成されて、シュラウド側通路の内周側壁面→プレートの内周端とスクロールの内周側壁面との間→入口部という最も短い経路でシュラウド側通路内の流体をハブ側通路内に導くことができるので、損失を最も低く抑えることができて、タービン効率を向上させることができる。
【００６２】
請求項８に記載の可変容量ターボチャージャによれば、スクロールの延在方向に沿ってスクロール内に設けられたプレートにより、スクロールからタービンホイールに流入する流体の量が制御され、この流体によりタービンホイールが回転駆動されるとともにコンプレッサが駆動されるようになっているので、構造を簡略して部品点数を少なくすることができるとともに、部品集積誤差によるガタ、ノズル開閉操作でのヒステリシス、ノズルにかかる力の方向の逆転等の課題を解消することができて、低コストかつ高信頼性を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による可変容量タービンの第１実施形態を示す軸直角断面図である。
【図２】図１に示すプレートを展開した状態（スクロールの延在方向に沿ってスクロールとプレートとを展開した状態）の図である。
【図３】図１と同様の図であって、プレートをスクロールのハブ側に沿ってタービン入口の方に移動させた状態を示す図である。
【図４】図３に示すプレートを展開した状態（スクロールの延在方向に沿ってスクロールとプレートとを展開した状態）の図である。
【図５】図１と同様の図であって、プレートをスクロールのシュラウド側に沿ってタービン入口の方に移動させた状態を示す図である。
【図６】図５に示すプレートを展開した状態（スクロールの延在方向に沿ってスクロールとプレートとを展開した状態）の図である。
【図７】本発明による可変容量タービンの第２実施形態を示す軸直角断面図である。
【図８】図７と同様の図であって、プレートをスクロールの内周側に沿ってタービン入口の方に移動させた状態を示す図である。
【図９】プレートをスクロールの外周側に沿ってタービン入口の方に移動させることを説明するための図であって、図７と同様の図である。
【図１０】図９と同様の図であって、プレートをスクロールの外周側に沿ってタービン入口の方に移動させた状態を示す図である。
【図１１】従来の可変容量タービンを示す軸直角断面図である。
【符号の説明】
１０ 可変容量タービン
１１ スクロール
１２ タービンケーシング
１３ タービンホイール
１４ 可動ノズル（制御手段）
１００ 可変容量タービン
１０１ プレート（制御手段）
２００ 可変容量タービン
２０１ プレート（制御手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、流量特性を変化させる機能を有する可変容量タービンに関し、特に、低コストで高い信頼性を有し、かつ流量切り替えによる性能低下を抑えることのできる可変容量タービン及びこれを備えた可変容量ターボチャージャに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、エンジンの出力を増し燃費を低減させる目的でターボ型過給器（ターボチャージャ）が用いられている。このようなターボチャージャは、主としてタービンとコンプレッサとから構成され、エンジンの排気（流体）によってタービンが回転し、それによりコンプレッサが回転して大気を高圧空気としてエンジンへ送り込むものである。
【０００３】
そして、エンジンの様々な運転状態に適した過給を行うために、エンジンの運転条件に応じてターボチャージャの流量特性（一定の圧力条件において流れる作動ガス（流体））を変えることのできるターボチャージャが望まれており、従来から、かかる流量特性を変化させる機能を有するターボチャージャが提案されている。
【０００４】
図１１は、かかる機能を有する従来のターボチャージャに用いられるタービンを例示した図であり、従来の可変容量タービン（以下、ＶＧ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇｅｏｍｅｔｒｙ）タービンという）の軸直角断面を示す図である。
このＶＧタービン１０は一般のタービンと同様、渦巻状のスクロール１１が内部に形成されたタービンケーシング１２と、スクロール１１の内周側に回転自在に設けられたタービンホイール１３と、スクロール１１内に設けられた複数枚の可動ノズル（制御手段）１４とを主たる要素として構成されたものである。
【０００５】
このＶＧタービン１０では、エンジンの排気がタービン入口１０ａからスクロール１１に流れ込み（図１１の矢印イ）、その後スクロール１１内を流れながら順次可動ノズル１４と可動ノズル１４との間を通って（図１１の矢印ロ）タービンホイール１３へ流れる。図示した状態は、可動ノズル１４と可動ノズル１４との間の面積（矢印ロの部分の面積）が広い状態であり、タービンホイール１３に流れる作動ガスの流量を大きくしている場合である。
かかる作動ガスの流量を小さくするには、これら可動ノズル１４を図の矢印ハの方向へ動かし、可動ノズル１４と可動ノズル１４との間の面積を小さくすることにより、タービンに流れる作動ガスの量を制御する。
このように、従来のＶＧタービン１０では、複数の可動ノズル１４を動かすことにより、タービンホイール１３に流れ込む作動ガスの量を変化させるようにしている（たとえば、特許文献１，２参照）。
【０００６】
〔特許文献１〕
特開平１１−３１１１２４号公報（図２ないし図６）
〔特許文献２〕
特開平１０−１４１０７４号公報（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなＶＧタービン１０では、流量の切り替え特性は良いものの、複数枚の可動ノズル１４とこれら可動ノズル１４を動かす機構が必要となるため、構造が複雑になり、部品点数が多くなってしまう。したがって、コスト的に高くなるとともに、部品集積誤差によるガタ、ノズル開閉操作でのヒステリシス、ノズルにかかる力の方向の逆転等の課題により信頼性が低下するという問題点がある。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、低コスト、高信頼性、および高性能を実現することのできる可変容量タービン及びこれを備えた可変容量ターボチャージャを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の可変容量タービン及びこれを備えた可変容量ターボチャージャでは、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１記載の可変容量タービンによれば、渦巻状のスクロールが内部に形成されたタービンケーシングと、前記スクロールの内周側に回転自在に設けられたタービンホイールと、前記スクロールから前記タービンホイールに流入する流体の量を制御する制御手段と、を備え、前記流体を前記スクロールから前記タービンホイールへと半径方向に流入させて当該タービンホイールを回転駆動するように構成された可変容量タービンにおいて、前記制御手段は、流体の通路となる前記スクロールの延在方向に沿って設けられたプレートからなることを特徴とする。
【００１０】
この可変容量タービンにおいては、スクロールからタービンホイールに流入する流体の量が、プレートにより制御されることとなる。
【００１１】
請求項２に記載の可変容量タービンによれば、前記プレートは、前記スクロールの内周側と外周側とを分離するように設けられていることを特徴とする。
【００１２】
この可変容量タービンにおいては、プレートの両表面がそれぞれ、スクロールの内周側壁面およびスクロールの外周側壁面と対向するように、プレートが配置され、これによりスクロールが２つの空間に仕切られるようになっている。
すなわち、プレートによりスクロール内に内周側通路と外周側通路の２つの通路が形成されることとなる。
また、内周側通路はタービンホイールの入口部と連通するようになっているが、外周側通路とタービンホイールの入口部とは不通状態となっている。
したがって、タービン入口からスクロールに流入してきた流体の内、内周側通路に導入された流体のみがタービンホイールの方に導かれるようになっている。このとき、外周側通路は完全に閉じられた空間（すなわち出口のない閉鎖空間）となっており、タービン入口から流入してきた流体は内周側通路のみを通ってタービンホイールに導かれるようになっている。言い換えれば、絞り効果が得られるようになっているのである。
【００１３】
請求項３に記載の可変容量タービンによれば、前記プレートは、前記スクロールのハブ側に沿って移動可能とされていることを特徴とする。
【００１４】
この可変容量タービンにおいては、プレートがスクロールのハブ側に沿って移動可能に構成されており、プレートが移動することによりプレートとスクロールのシュラウド側壁面との間に隙間が形成されて、プレートとスクロールの外周側壁面とで形成される外周側通路内から、プレートとスクロールの内周側壁面とで形成される内周側通路内に流体が導かれることとなる。
すなわち、タービン入口からスクロールに流入してきた流体すべてが、タービンホイールの方に導かれるようになっている。
【００１５】
請求項４に記載の可変容量タービンによれば、前記プレートは、前記スクロールのシュラウド側に沿って移動可能とされていることを特徴とする。
【００１６】
この可変容量タービンにおいては、プレートがスクロールのシュラウド側に沿って移動可能に構成されており、プレートが移動することによりプレートとスクロールのハブ側壁面との間に隙間が形成されて、プレートとスクロールの外周側壁面とで形成される外周側通路内から、プレートとスクロールの内周側壁面とで形成される内周側通路内に流体が導かれることとなる。
すなわち、タービン入口からスクロールに流入してきた流体すべてが、タービンホイールの方に導かれるようになっている。
【００１７】
請求項５に記載の可変容量タービンによれば、前記プレートは、前記スクロールのシュラウド側とハブ側とを分離するように設けられていることを特徴とする。
【００１８】
この可変容量タービンにおいては、プレートの両表面がそれぞれ、スクロールのシュラウド側壁面およびスクロールのハブ側壁面と対向するように、プレートが配置され、これによりスクロールが２つの空間に仕切られるようになっている。
すなわち、プレートによりスクロール内にシュラウド側通路とハブ側通路の２つの通路が形成されることとなる。
また、ハブ側通路はタービンホイールの入口部と連通するようになっているが、シュラウド側通路とタービンホイールの入口部とは不通状態となっている。
したがって、タービン入口からスクロールに流入してきた流体の内、ハブ側通路に導入された流体のみがタービンホイールの方に導かれるようになっている。このとき、シュラウド側通路は完全に閉じられた空間（すなわち出口のない閉鎖空間）となっており、タービン入口から流入してきた流体はハブ側通路のみを通ってタービンホイールに導かれるようになっている。言い換えれば、絞り効果が得られるようになっているのである。
【００１９】
請求項６に記載の可変容量タービンによれば、前記プレートは、前記スクロールの内周側に沿って移動可能とされていることを特徴とする。
【００２０】
この可変容量タービンにおいては、プレートがスクロールの内周側に沿って移動可能に構成されており、プレートが移動することによりプレートとスクロールの外周側壁面との間に隙間が形成されて、プレートとスクロールのシュラウド側壁面とで形成されるシュラウド側通路内から、プレートとスクロールのハブ側壁面とで形成されるハブ側通路内に流体が導かれることとなる。
すなわち、タービン入口からスクロールに流入してきた流体すべてが、タービンホイールの方に導かれるようになっている。
【００２１】
請求項７に記載の可変容量タービンによれば、前記プレートは、前記スクロールの外周側に沿って移動可能とされていることを特徴とする。
【００２２】
この可変容量タービンにおいては、プレートがスクロールの外周側に沿って移動可能に構成されており、プレートが移動することによりプレートとスクロールの内周側壁面との間に隙間が形成されて、プレートとスクロールのシュラウド側壁面とで形成されるシュラウド側通路内から、プレートとスクロールのハブ側壁面とで形成されるハブ側通路内に流体が導かれることとなる。
すなわち、タービン入口からスクロールに流入してきた流体すべてが、タービンホイールの方に導かれるようになっている。
【００２３】
請求項８に記載の可変容量ターボチャージャによれば、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の可変容量タービンと、前記タービンホイールの駆動によりシリンダ内に吸気過給するコンプレッサと、を具備することを特徴とする。
【００２４】
この可変容量ターボチャージャにおいては、スクロールの延在方向に沿ってスクロール内に設けられたプレートにより、スクロールからタービンホイールに流入する流体の量が制御され、この流体によりタービンホイールが回転駆動されるとともにコンプレッサが駆動されるようになっている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る可変容量タービン（以下、ＶＧ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇｅｏｍｅｔｒｙ）タービンという）の第１実施形態を図１ないし図６に基づいて説明する。なお、上述した従来技術と同一の部材には同一の符号を付して説明する。
図１は、前述した図１１と同様の図であり、本発明を適用した第１実施形態を示す軸直角断面図である。
【００２６】
ＶＧタービン１００は、渦巻状のスクロール１１が内部に形成されたタービンケーシング１２と、スクロール１１の内周側に回転自在に設けられたタービンホイール１３と、スクロール１１内に設けられた１枚のプレート（制御手段）１０１とを主たる要素として構成されたものである。
タービンケーシング１２は、タービンホイール１３を収容するとともに、タービン入口１０ａとタービン出口（図示せず）とを、タービンホイール１３を介して連通し、その断面積が漸次減少するスクロール１１を有するものである。
【００２７】
図１に示すように、スクロール１１は内周側壁面１１ａ、外周側壁面１１ｂ、ハブ側壁面１１ｃ、およびシュラウド側壁面１１ｄにより形成されている。図中における符号１５は、スクロール１１からタービンホイール１３に流体が流入する入口部を示している。前述した従来のＶＧタービン１０では、この部分に可動ノズル１４が周方向に沿って設けられていたことになる。また、符号１６はタービンケーシング１２の舌部である。これら入口部１５及び舌部１６の高さｈは、タービンホイール１３の翼の高さと略同じとされている（前述した従来の場合においては、さらに可動ノズル１４の高さとも略同じとなる）。
【００２８】
プレート１０１は、流体の通路となるスクロール１１の延在方向に沿ってスクロール１１内に設けられているとともに、スクロール１１の内周側と外周側とを均等に分離する（あるいは仕切る）ように設けられたものである。すなわち、プレート１０１の両表面がそれぞれ、内周側壁面１１ａおよび外周側壁面１１ｂと対向するように配置されている。
【００２９】
図２は図１に示すプレート１０１を展開した状態（スクロール１１の延在方向に沿ってスクロール１１とプレート１０１とを展開した状態）の図である。
図２に示すように、プレート１０１は平面視直角台形（内角の２つがそれぞれ直角とされた台形）を有する薄板部材である。
【００３０】
さて、図１および図２はプレート１０１によりスクロール１１の内周側と外周側とを完全に分離した状態、すなわちスクロール１１の内周側通路ＩＰを通過した流体のみがタービンホイール１３に流入する（供給される）状態を示す図である。
このとき、図１に示すように、プレート１０１の先端１０１ａ（台形における上底の部分）とタービンケーシング１２の舌部１６とが当接するとともに、プレート１０１の一辺（斜辺）１０１ｂとスクロール１１のシュラウド側壁面１１ｄとが当接し、かつプレート１０１の他辺１０１ｃとスクロール１１のハブ側壁面１１ｃとが当接した状態となっている。
このように、外周側通路ＯＰは完全に閉じられた空間（すなわち出口のない閉鎖空間）となっており、タービン入口１０ａから流入してきた流体は内周側通路ＩＰを通ってタービンホイール１３に導かれるようになっている。言い換えれば、ここで絞り効果が得られるようになっているのである。
これにより、低流量においても流体の速度を速めることができるので、速度の速い流体がタービンホイール１３に導かれることとなって、低流量でのタービンの効率を上昇させることができる。
【００３１】
つぎに、プレート駆動機構（図示せず）によりプレート１０１を図３および図４のように移動させる。すなわち、プレート１０１が全体的にタービン入口１０ａの側に移動するようにプレート駆動機構によりプレート１０１を移動させる。言い換えれば、スクロール１１のハブ側壁面１１ｃにプレート１０１の他辺１０１ｃを沿わせるようにしてプレート１０１をタービン入口１０ａの側に移動させる。
プレート１０１を図３および図４に示すように移動させると、プレート１０１によりスクロール１１の内周側と外周側とが部分的に分離される状態となって、スクロール１１の内周側通路ＩＰおよび外周側通路ＯＰを通過した流体がタービンホイール１３に流入する（供給される）ようになっている。
このとき、図１および図２において当接していた、プレート１０１の先端１０１ａとタービンケーシング１２の舌部１６との間、およびプレート１０１の一辺１０１ｂとスクロール１１のシュラウド側壁面１１ｄとの間に隙間が形成されることとなる。なお、プレート１０１の他辺１０１ｃとスクロール１１のハブ側壁面１１ｃとは当接したままである。
【００３２】
このように、プレート１０１をハブ側壁面１１ｃに沿ってタービン入口１０ａの側に移動させることにより、プレート１０１の先端１０１ａとタービンケーシング１２の舌部１６との間、およびプレート１０１の一辺１０１ｂとスクロール１１のシュラウド側壁面１１ｄとの間が離間して隙間が形成され、この隙間を通って外周側通路ＯＰ内の流体が内周側通路ＩＰ内に流入した後、タービンホイール１３の方に流入していくようになっている。
これにより、タービンホイール１３に流入する流体の量を増加させることができることとなる。
なお、プレート１０１の移動量により流体量を調節できることはいうまでもないことである。
【００３３】
また、図３に示すように、プレート１０１の一辺１０１ｂとスクロール１１のシュラウド側壁面１１ｄとの間を通って外周側通路ＯＰ内の流体が内周側通路ＩＰ内に流入するようになる、すなわち外周側通路ＯＰのハブ側壁面１１ｃ→プレート１０１の一辺１０１ｂとシュラウド側壁面１１ｄとの間→入口部１５という一続きの流れを形成させることができるので、流体の流れを円滑にすることができて、外周側通路ＯＰ内の流体を効率よく内周側通路ＩＰ内に導くことができ、タービン効率を向上させることができる。
【００３４】
一方、上述したようにハブ側壁面１１ｃに沿わせてプレート１０１をタービン入口１０ａの側に移動させる（図３および図４参照）代わりに、スクロール１１のシュラウド側壁面１１ｄにプレート１０１の一辺１０１ｂを沿わせるようにしてプレート１０１をタービン入口１０ａの側に移動させる（図５および図６参照）ように構成することもできる。
このようにシュラウド側壁面１１ｄに沿ってプレート１０１が移動すると、プレート１０１によりスクロール１１の内周側と外周側とが部分的に分離されるとともに、スクロール１１の内周側通路ＩＰおよび外周側通路ＯＰを通過した流体がタービンホイール１３に流入する（供給される）ようになっている。
このとき、図１および図２において当接していた、プレート１０１の先端１０１ａとタービンケーシング１２の舌部１６との間、およびプレート１０１の他辺１０１ｃとスクロール１１のハブ側壁面１１ｃとの間に隙間が形成されることとなる。なお、プレート１０１の一辺１０１ｂとスクロール１１のシュラウド側壁面１１ｄとは当接したままである。
【００３５】
このように、プレート１０１をシュラウド側壁面１１ｄに沿ってタービン入口１０ａの側に移動させることにより、プレート１０１の先端１０１ａとタービンケーシング１２の舌部１６との間、およびプレート１０１の他辺１０１ｃとスクロール１１のハブ側壁面１１ｃとの間が離間して隙間が形成され、この隙間を通って外周側通路ＯＰ内の流体が内周側通路ＩＰ内に流入した後、タービンホイール１３の方に流入していくようになっている。
これにより、タービンホイール１３に流入する流体の量を増加させることができることとなる。
この場合も、プレート１０１の移動量により流体量を調節できることはいうまでもない。
【００３６】
また、図５に示すように、プレート１０１の他辺１０１ｃとスクロール１１のハブ側壁面１１ｃとの間を通って外周側通路ＯＰ内の流体が内周側通路ＩＰ内に流入するようになる、すなわち外周側通路ＯＰのハブ側壁面１１ｃ→プレート１０１の他辺１０１ｃとハブ側壁面１１ｃとの間→入口部１５という最も短い経路で外周側通路ＯＰ内の流体を内周側通路ＩＰ内に導くことができるので、損失を最も低く抑えることができて、タービン効率を向上させることができる。
【００３７】
以上説明してきたように、プレート１０１によりスクロール１１の内周側と外周側とを完全に分離した状態（図１および図２参照）にして、スクロール１１の内周側通路ＩＰを通過した流体のみがタービンホイール１３に流入するようにすることができ、またプレート１０１によりスクロール１１の内周側と外周側とを部分的に分離した状態（図３ないし図６参照）にして、スクロール１１の内周側通路ＩＰおよび外周側通路ＯＰを通過した流体がタービンホイール１３に流入するようにすることができる。
すなわち、プレート１０１によりスクロール１１からタービンホイール１３に流入する流体の量を制御（変更）することができる。
【００３８】
本発明ではプレート１０１によりスクロール１１からタービンホイール１３に流入する流体の量を制御（変更）することができるので、部品点数が少なくなり、低コストかつ高信頼性を達成することができる。
【００３９】
本発明に係る可変容量タービンの第２実施形態を図７ないし図１０に基づいて説明する。なお、上述した従来技術と同一の部材には同一の符号を付して説明する。
図７は、前述した図１と同様の図であり、本発明を適用した第２実施形態を示す軸直角断面図である。
【００４０】
ＶＧタービン２００は、渦巻状のスクロール１１が内部に形成されたタービンケーシング１２と、スクロール１１の内周側に回転自在に設けられたタービンホイール１３と、スクロール１１内に設けられた１枚のプレート（制御手段）２０１とを主たる要素として構成されたものである。
タービンケーシング１２は、タービンホイール１３を収容するとともに、タービン入口１０ａとタービン出口（図示せず）とを、タービンホイール１３を介して連通し、その断面積が漸次減少するスクロール１１を有するものである。
【００４１】
図７に示すように、スクロール１１は内周側壁面１１ａ、外周側壁面１１ｂ、ハブ側壁面１１ｃ、およびシュラウド側壁面１１ｄにより形成されている。図中における符号１５は、スクロール１１からタービンホイール１３に流体が流入する入口部を示している。前述した従来のＶＧタービン１０では、この部分に可動ノズル１４が周方向に沿って設けられていたことになる。また、符号１６はタービンケーシング１２の舌部である。これら入口部１５及び舌部１６の高さｈは、タービンホイール１３の翼の高さと略同じとされている（前述した従来の場合においては、さらに可動ノズル１４の高さとも略同じとなる）。
【００４２】
プレート２０１は、流体の通路となるスクロール１１の延在方向に沿ってスクロール１１内に設けられているとともに、スクロール１１のシュラウド側とハブ側とを均等に分離する（あるいは仕切る）ように設けられたものである。すなわち、プレート２０１の両表面がそれぞれ、シュラウド側壁面１１ｄおよびハブ側壁面１１ｃと対向するように配置されている。
【００４３】
図７に示すように、プレート２０１はその平面視形状がスクロール１１の横断面形状と合致する形状を有する薄板部材である。
【００４４】
さて、図７はプレート２０１によりスクロール１１のシュラウド側とハブ側とを完全に分離した状態、すなわちスクロール１１のハブ側通路ＨＰを通過した流体のみがタービンホイール１３に流入する（供給される）状態を示す図である。
このとき、図７に示すように、プレート２０１の先端２０１ａとタービンケーシング１２の舌部１６とが当接するとともに、プレート２０１の内周端２０１ｂとスクロール１１の内周側壁面１１ａとが当接し、かつプレート２０１の外周端２０１ｃとスクロール１１の外周側壁面１１ｂとが当接した状態となっている。このように、シュラウド側通路ＳＰは完全に閉じられた空間（すなわち出口のない糞詰まりの状態）となっており、タービン入口１０ａから流入してきた流体はハブ側通路ＨＰを通ってタービンホイール１３に導かれるようになっている。言い換えれば、ここで絞り効果が得られるようになっているのである。
これにより、低流量においても流体の速度を速めることができるので、速度の速い流体がタービンホイール１３に導かれることとなって、低流量でのタービンの効率を上昇させることができる。
【００４５】
つぎに、プレート駆動機構（図示せず）によりプレート２０１を実線矢印の方向に（図８のように）移動させる。すなわち、プレート２０１が全体的にタービン入口１０ａの側に移動するようにプレート駆動機構によりプレート２０１を移動させる。言い換えれば、スクロール１１の内周側壁面１１ａにプレート２０１の内周端２０１ｂを沿わせるようにしてプレート２０１をタービン入口１０ａの側に移動させる。
プレート２０１を図８に示すように移動させると、プレート２０１によりスクロール１１のシュラウド側とハブ側とが部分的に分離される状態となって、スクロール１１のシュラウド側通路ＳＰおよびハブ側通路ＨＰを通過した流体がタービンホイール１３に流入する（供給される）ようになっている。
このとき、図７において当接していた、プレート２０１の先端２０１ａとタービンケーシング１２の舌部１６との間、およびプレート２０１の外周端２０１ｃとスクロール１１の外周側壁面１１ｂとの間に隙間が形成されることとなる。なお、プレート２０１の内周端２０１ｂとスクロール１１の内周側壁面１１ａとは当接したままである。
【００４６】
このように、プレート２０１をスクロール１１の内周側壁面１１ａに沿ってタービン入口１０ａの側に移動させることにより、プレート２０１の先端２０１ａとタービンケーシング１２の舌部１６との間、およびプレート２０１の外周端２０１ｃとスクロール１１の外周側壁面１１ｂとの間が離間して隙間が形成され、この隙間を通ってシュラウド側通路ＳＰ内の流体がハブ側通路ＨＰ内に流入した後、タービンホイール１３の方に流入していくようになっている。
これにより、タービンホイール１３に流入する流体の量を増加させることができることとなる。
この場合も、プレート２０１の移動量により流体量を調節できることはいうまでもない。
【００４７】
また、図８に示すように、プレート２０１の外周端２０１ｃとスクロール１１の外周側壁面１１ｂとの間を通ってシュラウド側通路ＳＰ内の流体がハブ側通路ＨＰ内に流入するようになる、すなわちシュラウド側通路ＳＰの内周側壁面１１ａ→プレート２０１の外周端２０１ｃとスクロール１１の外周側壁面１１ｂとの間→入口部１５という一続きの流れを形成させることができるので、流体の流れを円滑にすることができて、シュラウド側通路ＳＰ内の流体を効率よくハブ側通路ＨＰ内に導くことができ、タービン効率を向上させることができる。
【００４８】
一方、上述したように内周側壁面１１ａに沿わせてプレート２０１をタービン入口１０ａの側に移動させる（図８参照）代わりに、スクロール１１の外周側壁面１１ｂにプレート２０１の外周端２０１ｃを沿わせるようにしてプレート２０１をタービン入口１０ａの側に移動させる（図９および図１０参照）ように構成することもできる。
このように内周側壁面１１ａに沿ってプレート２０１が移動すると、プレート２０１によりスクロール１１のシュラウド側とハブ側とが部分的に分離されるとともに、スクロール１１のシュラウド側通路ＳＰおよびハブ側通路ＨＰを通過した流体がタービンホイール１３に流入する（供給される）ようになっている。
このとき、図７において当接していた、プレート２０１の先端２０１ａとタービンケーシング１２の舌部１６との間、およびプレート２０１の内周端２０１ｂとスクロール１１の内周側壁面１１ａとの間に隙間が形成されることとなる。なお、プレート２０１の外周端２０１ｃとスクロール１１の外周側壁面１１ｂとは当接したままである。
【００４９】
このように、プレート２０１を内周側壁面１１ａに沿ってタービン入口１０ａの側に移動させることにより、プレート２０１の先端２０１ａとタービンケーシング１２の舌部１６との間、およびプレート２０１の内周端２０１ｂとスクロール１１の内周側壁面１１ａとの間が離間して隙間が形成され、この隙間を通ってシュラウド側通路ＳＰ内の流体がハブ側通路ＨＰ内に流入した後、タービンホイール１３の方に流入していくようになっている。
これにより、タービンホイール１３に流入する流体の量を増加させることができることとなる。
この場合も、プレート２１０の移動量により流体量を調節できることはいうまでもない。
【００５０】
また、図１０に示すように、プレート２０１の内周端２０１ｂとスクロール１１の内周側壁面１１ａとの間を通ってシュラウド側通路ＳＰ内の流体がハブ側通路ＨＰ内に流入するようになる、すなわちシュラウド側通路ＳＰの内周側壁面１１ａ→プレート２０１の内周端２０１ｂとスクロール１１の内周側壁面１１ａとの間→入口部１５という最も短い経路でシュラウド側通路ＳＰ内の流体をハブ側通路ＨＰ内に導くことができるので、損失を最も低く抑えることができて、タービン効率を向上させることができる。
【００５１】
以上説明してきたように、プレート２０１によりスクロール１１のシュラウド側とハブ側とを完全に分離した状態（図７および図９参照）にして、スクロール１１のハブ側通路ＨＰを通過した流体のみがタービンホイール１３に流入するようにすることができ、またプレート２０１によりスクロール１１のシュラウド側とハブ側とを部分的に分離した状態（図８および図１０参照）にして、スクロール１１のシュラウド側通路ＳＰおよびハブ側通路ＨＰを通過した流体がタービンホイール１３に流入するようにすることができる。
すなわち、プレート２０１によりスクロール１１からタービンホイール１３に流入する流体の量を制御（変更）することができる。
【００５２】
本発明ではプレート２０１によりスクロール１１からタービンホイール１３に流入する流体の量を制御（変更）することができるので、部品点数が少なくなり、低コストかつ高信頼性を達成することができる。
【００５３】
なお、上述した実施形態においては、プレートを完全に閉じたときに、スクロールの容積（ボリューム：Ｖｏｌｕｍｅ）を均等に分離（２分）するようにプレートが配置されている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえばスクロールの容積を１：２，１：３，２：１，３：１など、必要に応じていかようにも分離することができる。
【００５４】
また、上述した実施形態において、スクロールの断面形状を矩形形状（たとえば図１の下方に示す図参照）として説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、いかなる形状のものにも適用することができる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の可変容量タービンおよびこれを備えた可変容量ターボチャージャによれば、以下の効果を奏する。
請求項１に記載の可変容量タービンによれば、スクロールからタービンホイールに流入する流体の量が、プレートにより制御されることとなるので、構造を簡略して部品点数を少なくすることができるとともに、部品集積誤差によるガタ、ノズル開閉操作でのヒステリシス、ノズルにかかる力の方向の逆転等の課題を解消することができて、低コストかつ高信頼性を達成することができる。
【００５６】
請求項２に記載の可変容量タービンによれば、タービン入口からスクロールに流入してきた流体の内、内周側通路に導入された流体のみがタービンホイールの方に導かれるようになっているので、絞り効果により低流量においても速度の速い流体をタービンホイールに導くことができて、低流量でのタービンの効率を上昇させることができる。
【００５７】
請求項３に記載の可変容量タービンによれば、プレートがスクロールのハブ側に沿って移動可能に構成されており、プレートが移動することによりプレートとスクロールのシュラウド側壁面との間に隙間が形成されて、外周側通路のハブ側壁面→プレートの一辺とシュラウド側壁面との間→入口部という一続きの流れを形成させることができるので、流体の流れを円滑にすることができて、外周側通路内の流体を効率よく内周側通路内に導くことができ、タービン効率を向上させることができる。
【００５８】
請求項４に記載の可変容量タービンによれば、プレートがスクロールのシュラウド側に沿って移動可能に構成されており、プレートが移動することによりプレートとスクロールのハブ側壁面との間に隙間が形成されて、外周側通路のハブ側壁面→プレートの他辺とハブ側壁面との間→入口部という最も短い経路で外周側通路内の流体を内周側通路内に導くことができるので、損失を最も低く抑えることができて、タービン効率を向上させることができる。
【００５９】
請求項５に記載の可変容量タービンによれば、タービン入口からスクロールに流入してきた流体の内、ハブ側通路に導入された流体のみがタービンホイールの方に導かれるようになっているので、絞り効果により低流量においても速度の速い流体をタービンホイールに導くことができて、低流量でのタービンの効率を上昇させることができる。
【００６０】
請求項６に記載の可変容量タービンによれば、プレートがスクロールの内周側に沿って移動可能に構成されており、プレートが移動することによりプレートとスクロールの外周側壁面との間に隙間が形成されて、シュラウド側通路の内周側壁面→プレートの内周端とスクロールの内周側壁面との間→入口部という最も短い経路でシュラウド側通路内の流体をハブ側通路内に導くことができるので、損失を最も低く抑えることができて、タービン効率を向上させることができる。
【００６１】
請求項７に記載の可変容量タービンによれば、プレートがスクロールの外周側に沿って移動可能に構成されており、プレートが移動することによりプレートとスクロールの内周側壁面との間に隙間が形成されて、シュラウド側通路の内周側壁面→プレートの内周端とスクロールの内周側壁面との間→入口部という最も短い経路でシュラウド側通路内の流体をハブ側通路内に導くことができるので、損失を最も低く抑えることができて、タービン効率を向上させることができる。
【００６２】
請求項８に記載の可変容量ターボチャージャによれば、スクロールの延在方向に沿ってスクロール内に設けられたプレートにより、スクロールからタービンホイールに流入する流体の量が制御され、この流体によりタービンホイールが回転駆動されるとともにコンプレッサが駆動されるようになっているので、構造を簡略して部品点数を少なくすることができるとともに、部品集積誤差によるガタ、ノズル開閉操作でのヒステリシス、ノズルにかかる力の方向の逆転等の課題を解消することができて、低コストかつ高信頼性を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による可変容量タービンの第１実施形態を示す軸直角断面図である。
【図２】図１に示すプレートを展開した状態（スクロールの延在方向に沿ってスクロールとプレートとを展開した状態）の図である。
【図３】図１と同様の図であって、プレートをスクロールのハブ側に沿ってタービン入口の方に移動させた状態を示す図である。
【図４】図３に示すプレートを展開した状態（スクロールの延在方向に沿ってスクロールとプレートとを展開した状態）の図である。
【図５】図１と同様の図であって、プレートをスクロールのシュラウド側に沿ってタービン入口の方に移動させた状態を示す図である。
【図６】図５に示すプレートを展開した状態（スクロールの延在方向に沿ってスクロールとプレートとを展開した状態）の図である。
【図７】本発明による可変容量タービンの第２実施形態を示す軸直角断面図である。
【図８】図７と同様の図であって、プレートをスクロールの内周側に沿ってタービン入口の方に移動させた状態を示す図である。
【図９】プレートをスクロールの外周側に沿ってタービン入口の方に移動させることを説明するための図であって、図７と同様の図である。
【図１０】図９と同様の図であって、プレートをスクロールの外周側に沿ってタービン入口の方に移動させた状態を示す図である。
【図１１】従来の可変容量タービンを示す軸直角断面図である。
【符号の説明】
１０ 可変容量タービン
１１ スクロール
１２ タービンケーシング
１３ タービンホイール
１４ 可動ノズル（制御手段）
１００ 可変容量タービン
１０１ プレート（制御手段）
２００ 可変容量タービン
２０１ プレート（制御手段）
Claims (8)
- 渦巻状のスクロールが内部に形成されたタービンケーシングと、
前記スクロールの内周側に回転自在に設けられたタービンホイールと、
前記スクロールから前記タービンホイールに流入する流体の量を制御する制御手段と、を備え、
前記流体を前記スクロールから前記タービンホイールへと半径方向に流入させて当該タービンホイールを回転駆動するように構成された可変容量タービンにおいて、
前記制御手段は、流体の通路となる前記スクロールの延在方向に沿って設けられたプレートからなることを特徴とする可変容量タービン。 - 前記プレートは、前記スクロールの内周側と外周側とを分離するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量タービン。
- 前記プレートは、前記スクロールのハブ側に沿って移動可能とされていることを特徴とする請求項２に記載の可変容量タービン。
- 前記プレートは、前記スクロールのシュラウド側に沿って移動可能とされていることを特徴とする請求項２に記載の可変容量タービン。
- 前記プレートは、前記スクロールのシュラウド側とハブ側とを分離するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量タービン。
- 前記プレートは、前記スクロールの内周側に沿って移動可能とされていることを特徴とする請求項５に記載の可変容量タービン。
- 前記プレートは、前記スクロールの外周側に沿って移動可能とされていることを特徴とする請求項５に記載の可変容量タービン。
- 請求項１ないし７のいずれか一項に記載の可変容量タービンと、前記タービンホイールの駆動によりシリンダ内に吸気過給するコンプレッサと、を具備することを特徴とする可変容量ターボチャージャ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002253519A JP2004092481A (ja) | 2002-08-30 | 2002-08-30 | 可変容量タービン及びこれを備えた可変容量ターボチャージャ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2002253519A JP2004092481A (ja) | 2002-08-30 | 2002-08-30 | 可変容量タービン及びこれを備えた可変容量ターボチャージャ |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002253519A Withdrawn JP2004092481A (ja) | 2002-08-30 | 2002-08-30 | 可変容量タービン及びこれを備えた可変容量ターボチャージャ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100993377B1 (ko) * | 2008-02-01 | 2010-11-09 | 기아자동차주식회사 | 가변 터보 과급기 및 가변 터보 과급기 제어방법 |
| KR101315037B1 (ko) * | 2008-05-30 | 2013-10-04 | 삼성테크윈 주식회사 | 가변체적 터보차저 |
| US8591177B2 (en) | 2008-10-20 | 2013-11-26 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Structure of radial turbine scroll |
| US11261746B2 (en) | 2018-06-29 | 2022-03-01 | Ihi Corporation | Turbine and turbocharger |
-
2002
- 2002-08-30 JP JP2002253519A patent/JP2004092481A/ja not_active Withdrawn
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| US8336310B2 (en) | 2008-02-01 | 2012-12-25 | Hyundai Motor Company | Variable turbocharger and control method for the same |
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