JP2004116432A - ターボチャージャ - Google Patents
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Abstract
【課題】内燃機関のターボチャージャにおいて、バルブのシール性を十分に確保して、加工・組付けが容易で、軽量のターボチャージャを提供すること。
【解決手段】流量制御バルブ２６は、タービンハウジング２１に回動可能に支持される第１駆動軸２６ａに一体的に設けられる第１アーム２６ｂと、その第１シャフト部２６ｃを介して第１アーム２６ｂに揺動可能に支持され、排気入口２１ａとスクロール部２４，２５へ流れる排気流量を制御すると共に、第１回転止め部２６ｅが第１シャフト部２６ｃから離れた位置に形成される第１バルブ２６ｄと、第１アーム２６ｂに形成され第１回転止め部２６ｅに係合し第１バルブ２６ｄの回転を規制する第１係合部２６ｆとから構成した。
【選択図】 図３
【解決手段】流量制御バルブ２６は、タービンハウジング２１に回動可能に支持される第１駆動軸２６ａに一体的に設けられる第１アーム２６ｂと、その第１シャフト部２６ｃを介して第１アーム２６ｂに揺動可能に支持され、排気入口２１ａとスクロール部２４，２５へ流れる排気流量を制御すると共に、第１回転止め部２６ｅが第１シャフト部２６ｃから離れた位置に形成される第１バルブ２６ｄと、第１アーム２６ｂに形成され第１回転止め部２６ｅに係合し第１バルブ２６ｄの回転を規制する第１係合部２６ｆとから構成した。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関を過給するターボチャージャに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のターボチャージャとしては、シャフトと、シャフトの一端に固定されるタービンロータと、タービンロータを収容すると共に、排気入口、排気出口及び、排気入口と排気出口とをタービンロータを介して連通し、その断面積が漸次減少するスクロール部を有するタービンハウジングと、シャフトの他端に固定され、コンプレッサハウジング内に収容されたコンプレッサロータと、排気入口からスクロール部へ流れる排気流量を制御する（排気入口から排気出口へ連通するバイパス通路を開閉する）ウエストゲートバルブと、を備えてエンジンの一定出力範囲においてターボチャージャの作動を抑制するため、ターボチャージャの排気入口からスクロール部へ流れる排気流量をウエストゲートバルブによって制御しているものがある。
【０００３】
この種の従来のターボチャージャにおいては、ウエストゲートバルブは、バイパス通路を開閉するバルブと、該バルブを操作するレバー（アーム）とを、該レバーに設けられた長穴等の回り止め面を有する穴内に微小隙間を介してウエストゲートバルブの揺動中心又は回転中心であるシャフト部を挿入し、該シャフト部の端部をナット等の締結部材により固着し、組み付けられている。（例えば、特許文献１参照。）
また、他の従来のターボチャージャにおいては、ウエストゲートバルブは、バルブの揺動中心又は回転中心であるシャフト部を操作レバー（アーム）の挿入穴内に挿入し、該挿入穴の開口部に廻り止め面を有する溝を設け、該溝内に廻り止め面に当接する側面を有する廻り止めワッシャを嵌合し、該ワッシャを弁軸に固定し、組み付けられている。（例えば、特許文献２参照。）
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−０４４２１９号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平７−１９０６５号公報
ところで、上記した従来技術に示すような略長円形状のウエストゲートバルブ等（真円以外の形状のバルブ）により、排気入口からスクロール部へ流れる排気流量を制御する（排気入口から排気出口へ連通するバイパス通路を閉じる）場合、シール性を十分に確保するためには、バルブの回転を規制する（回転方向の位相変化量を小さくする）か、バルブ及びタービンハウジングのそれぞれのシール面を大きくする必要がある。
【０００６】
しかしながら、上記した従来技術の構成、つまり、バルブの揺動中心又は回転中心に近い位置にある廻り止め構造部（長穴等の廻り止め面を有する穴とバルブのシャフト部、廻り止め面を有する溝と廻り止めワッシャ）により、バルブの回転を規制しようとした場合、廻り止め構造部の隙間（長穴等の廻り止め面を有する穴とバルブのシャフト部との隙間、廻り止め面を有する溝と廻り止めワッシャとの隙間）を極端に小さくしなければならない。その為には、単品精度、組付け位相を厳しく管理しなければならない。また、廻り止め構造部の摩耗による回転方向の位相変化量の増加という問題もある。
【０００７】
また、バルブとタービンハウジングのシール面を大きくとった場合、バルブ、タービンハウジングの大型化により外形が大きくなり搭載性の悪化、重量の増加等の問題が発生する。また、バルブは激しい振動の条件下に置かれている為、大型化による重量の増加は著しく信頼性を低下させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、内燃機関のターボチャージャにおいて、バルブのシール性を十分に確保して、加工・組付けが容易で、軽量のターボチャージャを提供することを、その技術的課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために請求項１の発明において講じた技術的手段は、シャフトと、該シャフトの一端に固定されるタービンロータと、該タービンロータを収容すると共に、排気入口、排気出口及び、前記排気入口と前記排気出口とを前記タービンロータを介して連通し、その断面積が漸次減少するスクロール部を有するタービンハウジングと、前記シャフトの他端に固定され、コンプレッサハウジング内に収容されたコンプレッサロータと、前記排気入口から前記スクロール部へ流れる排気流量を制御可能な流量制御バルブと、を備えるターボチャージャにおいて、前記流量制御バルブは、前記タービンハウジングに回動可能に支持される第１駆動軸に一体的に設けられる第１アームと、その第１シャフト部を介して前記第１アームに揺動可能に支持され、前記排気入口と前記スクロール部へ流れる排気流量を制御すると共に、第１回転止め部が前記第１シャフト部から離れた位置に形成される第１バルブと、前記第１アームに形成され前記第１回転止め部に係合し前記第１バルブの回転を規制する第１係合部とから構成されることである。
【００１０】
上記した手段によれば、流量制御バルブの回転の規制を第１バルブの揺動中心又は回転中心である第１シャフト部から離れた第１回転止め部と第１アームに設けた第１係合部との係合にて行うようにしたため、第１回転止め部と第１係合部との隙間を極端に小さくすることが必要でなく、回転方向の位相変化量を小さくすることができる。また、シール面を大きくする必要がなくなる。このため、バルブのシール性を十分に確保して、加工・組付けが容易で、軽量のターボチャージャを提供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１実施形態について図１乃至図６を用いて説明する。図１及び図２は本発明のターボチャージャ１を示すもので、ターボチャージャ１は、軸受部１０を介して互いに連結されたタービン部２０とコンプレッサ部３０にて構成されている。
【００１２】
軸受部１０は、ベアリングハウジング１１と、ベアリングハウジング１１内にて軸受１２を介して回転可能に支持されたシャフト１３を備えていて、シャフト１３は左右の各端部をベアリングハウジング１１から突出させている。シャフト１３の一端側はタービン部２０を構成するタービンハウジング２１内に臨み、かつ、シャフト１３の他端側はコンプレッサ部３０を構成するコンプレッサハウジング３１内に臨んでいる。シャフト１３の一端側には、タービン部２０を構成するタービンロータ２２が一体回転可能に接合され、かつ、シャフト１３の他端側には、コンプレッサ部３０を構成するコンプレッサロータ３２が一体回転可能に組付けられている。
【００１３】
タービン部２０は、タービンハウジング２１と、タービンハウジング２１内に位置するタービンロータ２２を備えているもので、タービンハウジング２１は軸受部１０を構成するベアリングハウジング１１の一側に取付けられている。タービンロータ２２は、ベアリングハウジング１１の一側を貫通して臨むシャフト１３の一端側に一体回転可能に接合されていて、タービンハウジング２１内に形成されている排気通路に位置している。
【００１４】
タービンハウジング２１は、排気入口２１ａと排気出口２１ｂを備え、排気入口２１ａと排気出口２１ｂとの間が排気通路に形成されており、同排気通路におけるタービンロータ２２の配設位置より上流側に、区画壁２３が設けられている。区画壁２３は、排気通路におけるタービンロータ２２の配設位置より上流側の部位を、内周スクロール部（スクロール部）２４と外周スクロール部（スクロール部）２５に区画している。区画壁２３には、連通孔２８が下流側に沿って多数形成されている。連通孔２８は、その上流側が穏やかな傾斜状に、かつ、その下流側壁がきつい傾斜状に形成されていて、タービンロータ２２の軸心に向かって所定角度で指向している。
【００１５】
タービン部２０においては、タービンハウジング２１の排気入口２１ａ側に流量制御バルブ２６が配設されている。流量制御バルブ２６は、外周スクロール部（スクロール部）２５の流入開口部２５ａの開口度合いを制御するもので、区画壁２３の先端部に形成される弁座部に着座している。流量制御バルブ２６は、この状態で外周スクロール部（スクロール部）２５の流入開口部２５ａを閉鎖していて、図略の操作手段にて、エンジンの状態に応じて開閉動作を制御される。
【００１６】
図３乃至６は流量制御バルブ２６を示す。流量制御バルブ２６は、タービンハウジング２１に回動可能に支持される第１駆動軸２６ａに一体的に設けられる第１アーム２６ｂと、その第１シャフト部２６ｃを介して第１アーム２６ｂに回転可能又は揺動可能に支持され、排気入口２１ａと外周スクロール部２５間の連通を開閉する、つまり、流入開口部２５ａを開閉すると共に、第１回転止め部２６ｄが第１シャフト部２６ｃから離れた位置に形成される第１バルブ２６ｅと、第１アーム２６ｂに形成され第１回転止め部２６ｄに係合し第１バルブ２６ｅの回転を規制する第１係合部２６ｆとから構成されている。第１回転止め部２６ｄは、２本の縦リブからなり、第１アーム２６ｂの両側面からなる第１係合部２６ｆが第１回転止め部２６ｄの間に係合し、第１バルブ２６ｄの回転が規制される。これにより、流量制御バルブ２６の回転の規制を揺動中心又は回転中心である第１シャフト部２６ｃから離れた第１バルブ２６ｅの第１回転止め部２６ｄと第１アーム２６ｂに設けた第１係合部２６ｆとの係合にて行うようにしたため、第１回転止め部２６ｄと第１係合部２６ｆとの隙間を極端に小さくすることが必要でなく、回転方向の位相変化量を小さくすることができる。また、シール面を大きくする必要がなくなる。
【００１７】
コンプレッサ部３０は、コンプレッサハウジング３１と、コンプレッサハウジング３１内に位置するコンプレッサロータ３２を備えているもので、コンプレッサハウジング３１は軸受部１０を構成するベアリングハウジング１１の他側に取付けられている。コンプレッサロータ３２は、ベアリングハウジング１１の他側を貫通して臨むシャフト１３の他端側に一体回転可能に組付けられていて、コンプレッサハウジング３１内に形成されている吸気通路に位置している。
【００１８】
コンプレッサハウジング３１は、コンプッレッサ導入口３１ａとコンプッレッサ排出口３１ｂを備える。コンプッレッサ導入口３１ａとコンプッレッサ排出口３１ｂとの間にはコンプレッサハウジング３１の外周に沿って略円環状のスクロール部３３が形成され、このスクロール部３３が吸気通路を形成する。スクロール部３３はコンプレッサ排出口３１ｂに隣接する位置からコンプレッサ導入口３１ａ側に向けて漸次先細り形状に形成されている。
【００１９】
次に、上記したターボチャージャ１の作用を説明する。
【００２０】
ターボチャージャ１においては、エンジンからの排気を、タービン部２０を構成するタービンハウジング２１の排気入口２１ａを通して排気通路に導入することにより作動し、コンプレッサ部３０においては設定された過給圧を発生させ、この過給圧を図示しないエンジンの吸気口に供給する。
【００２１】
ターボチャージャ１において、排気量が少ないエンジンの低速域では、外周スクロール部（スクロール部）２５の流入開口部２５ａが流量制御バルブ２６により閉鎖されていて、タービンハウジング２１の排気入口２１ａを通して導入された排気は内周スクロール部（スクロール部）２４に流入する。内周スクロール部２４を流れる排気はタービンロータ２２の接線方向からタービンロータ２２に当たり、タービンロータ２２を効率よく回転させる。その後、排気は、排気出口２１ｂを経て排気管へ排出される。
【００２２】
この間、タービンロータ２２の回転によりシャフト１３が回転して、コンプレッサロータ３２を回転させる。この結果、大気がコンプレッサハウジング３１のコンプレッサ導入口３１ａから導入され、コンプレッサロータ３２により圧縮されて設定された過給圧となって、コンプレッサ排出口３１ｂを経て高い密度の吸気としてエンジンの吸気口へ導入される。
【００２３】
これにより、ターボチャージャ１は内周スクロール部２４の容積を有する容積の小さなターボチャージャとして機能し、少ない排気でも効率よくタービンロータ２２を回転させることができる。
【００２４】
一方、排気量が多いエンジンの中速域または高速域では、制御弁２６の作動により外周スクロール部（スクロール部）２５の流入開口部２５ａがエンジンの状態に応じて開放されて、タービンハウジング２１の排気入口２１ａを通して導入された排気は内周スクロール部２４と外周スクロール部２５の両者に流入し、内周スクロール部２４に流入した排気は上記したと同様にタービンロータ２２を回転させて排気出口２１ｂを経て排気管へ排出される。
【００２５】
この間、外周スクロール部２５に流入した排気は、区画壁２３の各連通孔２８を通して内周スクロール部２４に流入する。この場合、排気の内周スクロール部２４への流入方向は、各連通孔２８の指向方向に沿った方向、すなわちタービンロータ２２の軸心へ向かう方向となる。内周スクロール部２４内を流れる排気の流れは、上記したようにタービンロータ２２の接線方向からタービンロータ２２に当たっているが、外周スクロール部２５からの内周スクロール部２４に流入する排気の流れにより、タービンロータ２２の回転中心に向かう流れに変えられる。さらに、タービンロータ２２に当たる排気の流れの速度も低下する。これにより、タービンロータ２２の回転は抑制されて、コンプレッサロータ３２の必要以上の回転が防止され、エンジンの中速域または高速域の排気量が多い領域においても設定された過給圧に制御される。
【００２６】
図７及び図８は、本発明を適用した第２実施形態のターボチャージャ１の流量制御バルブ２２６を示す。尚、第２実施形態は、流量制御バルブ２２６の構成が異なるだけであるので、第１実施形態と同一の構成については、説明を省略する。
【００２７】
流量制御バルブ２２６は、タービンハウジング２１に回動可能に支持される第１駆動軸２２６ａに一体的に設けられる第１アーム２２６ｂと、その第１シャフト部２２６ｃを介して第１アーム２２６ｂに揺動可能に支持され、排気入口２１ａと外周スクロール部（スクロール部）２５間の連通を開閉する、つまり、流入開口部２５ａを開閉すると共に、第１回転止め部２２６ｄが第１シャフト部２２６ｃから離れた位置に形成される第１バルブ２２６ｅと、第１アーム２２６ｂに形成され第１回転止め部２２６ｄに係合し第１バルブ２２６ｅの回転を規制する第１係合部２６ｆとから構成されている。第１回転止め部２２６ｄは、第１バルブ２２６ｅの第１駆動軸２２６ａ側に形成される凸部からなり、第１アーム２２６ｂの第１回転止め部２２６ｄに対向する位置に設けられる凹部からなる第１係合部２２６ｆが第１回転止め部２２６ｄの外周に係合し、第１バルブ２２６ｄの回転が規制される。これにより、流量制御バルブ２２６の回転の規制を揺動中心又は回転中心である第１シャフト部２２６ｃから離れた第１バルブ２２６ｅの第１回転止め部２２６ｄと第１アーム２２６ｂに設けた第１係合部２２６ｆとの係合にて行うようにしたため、第１回転止め部２２６ｄと第１係合部２２６ｆとの隙間を極端に小さくすることが必要でなく、回転方向の位相変化量を小さくすることができる。また、シール面を大きくする必要がなくなる。
【００２８】
図９及び図１０は、本発明を適用した第３実施形態のターボチャージャ１の流量制御バルブ３２６を示す。尚、第３実施形態は、流量制御バルブ３２６の構成が異なるだけであるので、第１実施形態と同一の構成については、説明を省略する。流量制御バルブ３２６は、タービンハウジング２１に回動可能に支持される第１駆動軸３２６ａに一体的に設けられる第１アーム３２６ｂと、その第１シャフト部３２６ｃを介して第１アーム３２６ｂに揺動可能に支持され、排気入口２１ａと外周スクロール部（スクロール部）２５間の連通を開閉する、つまり、流入開口部２５ａを開閉すると共に、第１回転止め部３２６ｄが第１シャフト部３２６ｃから離れた位置に形成される第１バルブ３２６ｅと、第１アーム３２６ｂに形成され第１回転止め部３２６ｄに係合し第１バルブ３２６ｅの回転を規制する第１係合部２６ｆとから構成されている。第１回転止め部３２６ｄは、第１バルブ３２６ｅの第１駆動軸３２６ａ側に形成される２つの凸部からなり、第１アーム３２６ｂの両側面からなる第１係合部３２６ｆが第１回転止め部３２６ｄの間に係合し、第１バルブ３２６ｄの回転が規制される。これにより、流量制御バルブ３２６の回転の規制を揺動中心又は回転中心である第１シャフト部３２６ｃから離れた第１バルブ３２６ｅの第１回転止め部３２６ｄと第１アーム３２６ｂに設けた第１係合部３２６ｆとの係合にて行うようにしたため、第１回転止め部３２６ｄと第１係合部３２６ｆとの隙間を極端に小さくすることが必要でなく、回転方向の位相変化量を小さくすることができる。また、シール面を大きくする必要がなくなる。
【００２９】
尚、本発明はターボチャージャ１の排気入口２１ａから排気出口２１ｂに連通するバイパス通路２１ｃを開閉するウエストゲートバルブ２７に適用しても良い。つまり、タービンハウジング２１に回動可能に支持される第２駆動軸２７ａに一体的に設けられる第２アーム２７ｂと、その第２シャフト部２７ｃを介して第２アーム２７ｂに揺動可能に支持され、排気入口２１ａと排気出口２１ｂを連通するバイパス通路２１ｃを開閉する第２バルブ２７ｅとから構成されるウエストゲートバルブ２７の第２アーム２７ｂに図略の第２回転止めを形成し、第２バルブ２７ｅに図略の第２係合部２７ｆを設けても良い。これにより、ウエストゲートバルブ２７の回転の規制を揺動中心又は回転中心である第２シャフト部２７ｃから離れた第２バルブ２７ｅの第２回転止め部と第１アーム２７ｂに設けた第２係合部との係合にて行うようにしたため、第２回転止め部と第２係合部との隙間を極端に小さくすることが必要でなく、回転方向の位相変化量を小さくすることができる。また、シール面を大きくする必要がなくなる。
【００３０】
【発明の効果】
上記した請求項１の発明によれば、流量制御バルブの回転の規制を第１バルブの揺動中心又は回転中心である第１シャフト部から離れた第１回転止め部と第１アームに設けた第１係合部との係合にて行うようにしたため、第１回転止め部と第１係合部との隙間を極端に小さくすることが必要でなく、回転方向の位相変化量を小さくすることができる。また、シール面を大きくする必要がなくなる。このため、バルブのシール性を十分に確保して、加工・組付けが容易で、軽量のターボチャージャを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるターボチャージャ１の軸方向断面図を示す。
【図２】本発明の図１に示すＩＩ−ＩＩラインよりタービン部２０を見た正面図を示す。
【図３】本発明の図１のカバーを取り除いてＡ視より流量制御バルブ２６を見た正面図を示す。
【図４】本発明の図３においてシール面を説明する説明図を示す。
【図５】本発明の第１の実施形態における流量制御バルブ２６の平面図を示す。
【図６】本発明の図５に示すＶＩ−ＶＩラインより流量制御バルブ２６の縦断面図を示す。
【図７】本発明の第２の実施形態における流量制御バルブ２２６の平面図を示す。
【図８】本発明の図７に示すＶＩＩＩ−ＶＩＩＩラインより流量制御バルブ２２６の縦断面図を示す。
【図９】本発明の第３の実施形態における流量制御バルブ３２６の平面図を示す。
【図１０】本発明の図９に示すＸ−Ｘラインより流量制御バルブ３２６の縦断面図を示す。
【符号の説明】
１・・・ターボチャージャ
１３・・・シャフト
２１・・・タービンハウジング
２１ａ・・・排気入口
２１ｂ・・・排気出口
２１ｃ・・・溝部
２２・・・タービンロータ
２４・・・内周スクロール部（スクロール部）
２４ａ・・・流出口
２５・・・外周スクロール部（スクロール部）
２５ａ・・・流入開口部
２６、２２６、３２６・・・流量制御バルブ
２６ａ、２２６ａ、３２６ａ・・・第１駆動軸
２６ｂ、２２６ｂ、３２６ｂ・・・第１アーム
２６ｃ、２２６ｃ、３２６ｃ・・・第１シャフト部
２６ｄ、２２６ｄ、３２６ｄ・・・第１バルブ
２６ｅ、２２６ｅ、３２６ｅ・・・第１回転止め部
２６ｆ、２２６ｆ、３２６ｆ・・・第１係合部
２７・・・ウエストゲートバルブ（流量制御バルブ）
２７ａ・・・第２駆動軸（第１駆動軸）
２７ｂ・・・第２アーム（第１アーム）
２７ｃ・・・第２シャフト部（第１シャフト部）
２７ｄ・・・第２バルブ（第１バルブ）
２７ｅ・・・第２回転止め部（第１回転止め部）
２７ｆ・・・第２係合部（第１係合部）
３１・・・コンプレッサハウジング
３２・・・コンプレッサロータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関を過給するターボチャージャに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のターボチャージャとしては、シャフトと、シャフトの一端に固定されるタービンロータと、タービンロータを収容すると共に、排気入口、排気出口及び、排気入口と排気出口とをタービンロータを介して連通し、その断面積が漸次減少するスクロール部を有するタービンハウジングと、シャフトの他端に固定され、コンプレッサハウジング内に収容されたコンプレッサロータと、排気入口からスクロール部へ流れる排気流量を制御する（排気入口から排気出口へ連通するバイパス通路を開閉する）ウエストゲートバルブと、を備えてエンジンの一定出力範囲においてターボチャージャの作動を抑制するため、ターボチャージャの排気入口からスクロール部へ流れる排気流量をウエストゲートバルブによって制御しているものがある。
【０００３】
この種の従来のターボチャージャにおいては、ウエストゲートバルブは、バイパス通路を開閉するバルブと、該バルブを操作するレバー（アーム）とを、該レバーに設けられた長穴等の回り止め面を有する穴内に微小隙間を介してウエストゲートバルブの揺動中心又は回転中心であるシャフト部を挿入し、該シャフト部の端部をナット等の締結部材により固着し、組み付けられている。（例えば、特許文献１参照。）
また、他の従来のターボチャージャにおいては、ウエストゲートバルブは、バルブの揺動中心又は回転中心であるシャフト部を操作レバー（アーム）の挿入穴内に挿入し、該挿入穴の開口部に廻り止め面を有する溝を設け、該溝内に廻り止め面に当接する側面を有する廻り止めワッシャを嵌合し、該ワッシャを弁軸に固定し、組み付けられている。（例えば、特許文献２参照。）
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−０４４２１９号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平７−１９０６５号公報
ところで、上記した従来技術に示すような略長円形状のウエストゲートバルブ等（真円以外の形状のバルブ）により、排気入口からスクロール部へ流れる排気流量を制御する（排気入口から排気出口へ連通するバイパス通路を閉じる）場合、シール性を十分に確保するためには、バルブの回転を規制する（回転方向の位相変化量を小さくする）か、バルブ及びタービンハウジングのそれぞれのシール面を大きくする必要がある。
【０００６】
しかしながら、上記した従来技術の構成、つまり、バルブの揺動中心又は回転中心に近い位置にある廻り止め構造部（長穴等の廻り止め面を有する穴とバルブのシャフト部、廻り止め面を有する溝と廻り止めワッシャ）により、バルブの回転を規制しようとした場合、廻り止め構造部の隙間（長穴等の廻り止め面を有する穴とバルブのシャフト部との隙間、廻り止め面を有する溝と廻り止めワッシャとの隙間）を極端に小さくしなければならない。その為には、単品精度、組付け位相を厳しく管理しなければならない。また、廻り止め構造部の摩耗による回転方向の位相変化量の増加という問題もある。
【０００７】
また、バルブとタービンハウジングのシール面を大きくとった場合、バルブ、タービンハウジングの大型化により外形が大きくなり搭載性の悪化、重量の増加等の問題が発生する。また、バルブは激しい振動の条件下に置かれている為、大型化による重量の増加は著しく信頼性を低下させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、内燃機関のターボチャージャにおいて、バルブのシール性を十分に確保して、加工・組付けが容易で、軽量のターボチャージャを提供することを、その技術的課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために請求項１の発明において講じた技術的手段は、シャフトと、該シャフトの一端に固定されるタービンロータと、該タービンロータを収容すると共に、排気入口、排気出口及び、前記排気入口と前記排気出口とを前記タービンロータを介して連通し、その断面積が漸次減少するスクロール部を有するタービンハウジングと、前記シャフトの他端に固定され、コンプレッサハウジング内に収容されたコンプレッサロータと、前記排気入口から前記スクロール部へ流れる排気流量を制御可能な流量制御バルブと、を備えるターボチャージャにおいて、前記流量制御バルブは、前記タービンハウジングに回動可能に支持される第１駆動軸に一体的に設けられる第１アームと、その第１シャフト部を介して前記第１アームに揺動可能に支持され、前記排気入口と前記スクロール部へ流れる排気流量を制御すると共に、第１回転止め部が前記第１シャフト部から離れた位置に形成される第１バルブと、前記第１アームに形成され前記第１回転止め部に係合し前記第１バルブの回転を規制する第１係合部とから構成されることである。
【００１０】
上記した手段によれば、流量制御バルブの回転の規制を第１バルブの揺動中心又は回転中心である第１シャフト部から離れた第１回転止め部と第１アームに設けた第１係合部との係合にて行うようにしたため、第１回転止め部と第１係合部との隙間を極端に小さくすることが必要でなく、回転方向の位相変化量を小さくすることができる。また、シール面を大きくする必要がなくなる。このため、バルブのシール性を十分に確保して、加工・組付けが容易で、軽量のターボチャージャを提供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１実施形態について図１乃至図６を用いて説明する。図１及び図２は本発明のターボチャージャ１を示すもので、ターボチャージャ１は、軸受部１０を介して互いに連結されたタービン部２０とコンプレッサ部３０にて構成されている。
【００１２】
軸受部１０は、ベアリングハウジング１１と、ベアリングハウジング１１内にて軸受１２を介して回転可能に支持されたシャフト１３を備えていて、シャフト１３は左右の各端部をベアリングハウジング１１から突出させている。シャフト１３の一端側はタービン部２０を構成するタービンハウジング２１内に臨み、かつ、シャフト１３の他端側はコンプレッサ部３０を構成するコンプレッサハウジング３１内に臨んでいる。シャフト１３の一端側には、タービン部２０を構成するタービンロータ２２が一体回転可能に接合され、かつ、シャフト１３の他端側には、コンプレッサ部３０を構成するコンプレッサロータ３２が一体回転可能に組付けられている。
【００１３】
タービン部２０は、タービンハウジング２１と、タービンハウジング２１内に位置するタービンロータ２２を備えているもので、タービンハウジング２１は軸受部１０を構成するベアリングハウジング１１の一側に取付けられている。タービンロータ２２は、ベアリングハウジング１１の一側を貫通して臨むシャフト１３の一端側に一体回転可能に接合されていて、タービンハウジング２１内に形成されている排気通路に位置している。
【００１４】
タービンハウジング２１は、排気入口２１ａと排気出口２１ｂを備え、排気入口２１ａと排気出口２１ｂとの間が排気通路に形成されており、同排気通路におけるタービンロータ２２の配設位置より上流側に、区画壁２３が設けられている。区画壁２３は、排気通路におけるタービンロータ２２の配設位置より上流側の部位を、内周スクロール部（スクロール部）２４と外周スクロール部（スクロール部）２５に区画している。区画壁２３には、連通孔２８が下流側に沿って多数形成されている。連通孔２８は、その上流側が穏やかな傾斜状に、かつ、その下流側壁がきつい傾斜状に形成されていて、タービンロータ２２の軸心に向かって所定角度で指向している。
【００１５】
タービン部２０においては、タービンハウジング２１の排気入口２１ａ側に流量制御バルブ２６が配設されている。流量制御バルブ２６は、外周スクロール部（スクロール部）２５の流入開口部２５ａの開口度合いを制御するもので、区画壁２３の先端部に形成される弁座部に着座している。流量制御バルブ２６は、この状態で外周スクロール部（スクロール部）２５の流入開口部２５ａを閉鎖していて、図略の操作手段にて、エンジンの状態に応じて開閉動作を制御される。
【００１６】
図３乃至６は流量制御バルブ２６を示す。流量制御バルブ２６は、タービンハウジング２１に回動可能に支持される第１駆動軸２６ａに一体的に設けられる第１アーム２６ｂと、その第１シャフト部２６ｃを介して第１アーム２６ｂに回転可能又は揺動可能に支持され、排気入口２１ａと外周スクロール部２５間の連通を開閉する、つまり、流入開口部２５ａを開閉すると共に、第１回転止め部２６ｄが第１シャフト部２６ｃから離れた位置に形成される第１バルブ２６ｅと、第１アーム２６ｂに形成され第１回転止め部２６ｄに係合し第１バルブ２６ｅの回転を規制する第１係合部２６ｆとから構成されている。第１回転止め部２６ｄは、２本の縦リブからなり、第１アーム２６ｂの両側面からなる第１係合部２６ｆが第１回転止め部２６ｄの間に係合し、第１バルブ２６ｄの回転が規制される。これにより、流量制御バルブ２６の回転の規制を揺動中心又は回転中心である第１シャフト部２６ｃから離れた第１バルブ２６ｅの第１回転止め部２６ｄと第１アーム２６ｂに設けた第１係合部２６ｆとの係合にて行うようにしたため、第１回転止め部２６ｄと第１係合部２６ｆとの隙間を極端に小さくすることが必要でなく、回転方向の位相変化量を小さくすることができる。また、シール面を大きくする必要がなくなる。
【００１７】
コンプレッサ部３０は、コンプレッサハウジング３１と、コンプレッサハウジング３１内に位置するコンプレッサロータ３２を備えているもので、コンプレッサハウジング３１は軸受部１０を構成するベアリングハウジング１１の他側に取付けられている。コンプレッサロータ３２は、ベアリングハウジング１１の他側を貫通して臨むシャフト１３の他端側に一体回転可能に組付けられていて、コンプレッサハウジング３１内に形成されている吸気通路に位置している。
【００１８】
コンプレッサハウジング３１は、コンプッレッサ導入口３１ａとコンプッレッサ排出口３１ｂを備える。コンプッレッサ導入口３１ａとコンプッレッサ排出口３１ｂとの間にはコンプレッサハウジング３１の外周に沿って略円環状のスクロール部３３が形成され、このスクロール部３３が吸気通路を形成する。スクロール部３３はコンプレッサ排出口３１ｂに隣接する位置からコンプレッサ導入口３１ａ側に向けて漸次先細り形状に形成されている。
【００１９】
次に、上記したターボチャージャ１の作用を説明する。
【００２０】
ターボチャージャ１においては、エンジンからの排気を、タービン部２０を構成するタービンハウジング２１の排気入口２１ａを通して排気通路に導入することにより作動し、コンプレッサ部３０においては設定された過給圧を発生させ、この過給圧を図示しないエンジンの吸気口に供給する。
【００２１】
ターボチャージャ１において、排気量が少ないエンジンの低速域では、外周スクロール部（スクロール部）２５の流入開口部２５ａが流量制御バルブ２６により閉鎖されていて、タービンハウジング２１の排気入口２１ａを通して導入された排気は内周スクロール部（スクロール部）２４に流入する。内周スクロール部２４を流れる排気はタービンロータ２２の接線方向からタービンロータ２２に当たり、タービンロータ２２を効率よく回転させる。その後、排気は、排気出口２１ｂを経て排気管へ排出される。
【００２２】
この間、タービンロータ２２の回転によりシャフト１３が回転して、コンプレッサロータ３２を回転させる。この結果、大気がコンプレッサハウジング３１のコンプレッサ導入口３１ａから導入され、コンプレッサロータ３２により圧縮されて設定された過給圧となって、コンプレッサ排出口３１ｂを経て高い密度の吸気としてエンジンの吸気口へ導入される。
【００２３】
これにより、ターボチャージャ１は内周スクロール部２４の容積を有する容積の小さなターボチャージャとして機能し、少ない排気でも効率よくタービンロータ２２を回転させることができる。
【００２４】
一方、排気量が多いエンジンの中速域または高速域では、制御弁２６の作動により外周スクロール部（スクロール部）２５の流入開口部２５ａがエンジンの状態に応じて開放されて、タービンハウジング２１の排気入口２１ａを通して導入された排気は内周スクロール部２４と外周スクロール部２５の両者に流入し、内周スクロール部２４に流入した排気は上記したと同様にタービンロータ２２を回転させて排気出口２１ｂを経て排気管へ排出される。
【００２５】
この間、外周スクロール部２５に流入した排気は、区画壁２３の各連通孔２８を通して内周スクロール部２４に流入する。この場合、排気の内周スクロール部２４への流入方向は、各連通孔２８の指向方向に沿った方向、すなわちタービンロータ２２の軸心へ向かう方向となる。内周スクロール部２４内を流れる排気の流れは、上記したようにタービンロータ２２の接線方向からタービンロータ２２に当たっているが、外周スクロール部２５からの内周スクロール部２４に流入する排気の流れにより、タービンロータ２２の回転中心に向かう流れに変えられる。さらに、タービンロータ２２に当たる排気の流れの速度も低下する。これにより、タービンロータ２２の回転は抑制されて、コンプレッサロータ３２の必要以上の回転が防止され、エンジンの中速域または高速域の排気量が多い領域においても設定された過給圧に制御される。
【００２６】
図７及び図８は、本発明を適用した第２実施形態のターボチャージャ１の流量制御バルブ２２６を示す。尚、第２実施形態は、流量制御バルブ２２６の構成が異なるだけであるので、第１実施形態と同一の構成については、説明を省略する。
【００２７】
流量制御バルブ２２６は、タービンハウジング２１に回動可能に支持される第１駆動軸２２６ａに一体的に設けられる第１アーム２２６ｂと、その第１シャフト部２２６ｃを介して第１アーム２２６ｂに揺動可能に支持され、排気入口２１ａと外周スクロール部（スクロール部）２５間の連通を開閉する、つまり、流入開口部２５ａを開閉すると共に、第１回転止め部２２６ｄが第１シャフト部２２６ｃから離れた位置に形成される第１バルブ２２６ｅと、第１アーム２２６ｂに形成され第１回転止め部２２６ｄに係合し第１バルブ２２６ｅの回転を規制する第１係合部２６ｆとから構成されている。第１回転止め部２２６ｄは、第１バルブ２２６ｅの第１駆動軸２２６ａ側に形成される凸部からなり、第１アーム２２６ｂの第１回転止め部２２６ｄに対向する位置に設けられる凹部からなる第１係合部２２６ｆが第１回転止め部２２６ｄの外周に係合し、第１バルブ２２６ｄの回転が規制される。これにより、流量制御バルブ２２６の回転の規制を揺動中心又は回転中心である第１シャフト部２２６ｃから離れた第１バルブ２２６ｅの第１回転止め部２２６ｄと第１アーム２２６ｂに設けた第１係合部２２６ｆとの係合にて行うようにしたため、第１回転止め部２２６ｄと第１係合部２２６ｆとの隙間を極端に小さくすることが必要でなく、回転方向の位相変化量を小さくすることができる。また、シール面を大きくする必要がなくなる。
【００２８】
図９及び図１０は、本発明を適用した第３実施形態のターボチャージャ１の流量制御バルブ３２６を示す。尚、第３実施形態は、流量制御バルブ３２６の構成が異なるだけであるので、第１実施形態と同一の構成については、説明を省略する。流量制御バルブ３２６は、タービンハウジング２１に回動可能に支持される第１駆動軸３２６ａに一体的に設けられる第１アーム３２６ｂと、その第１シャフト部３２６ｃを介して第１アーム３２６ｂに揺動可能に支持され、排気入口２１ａと外周スクロール部（スクロール部）２５間の連通を開閉する、つまり、流入開口部２５ａを開閉すると共に、第１回転止め部３２６ｄが第１シャフト部３２６ｃから離れた位置に形成される第１バルブ３２６ｅと、第１アーム３２６ｂに形成され第１回転止め部３２６ｄに係合し第１バルブ３２６ｅの回転を規制する第１係合部２６ｆとから構成されている。第１回転止め部３２６ｄは、第１バルブ３２６ｅの第１駆動軸３２６ａ側に形成される２つの凸部からなり、第１アーム３２６ｂの両側面からなる第１係合部３２６ｆが第１回転止め部３２６ｄの間に係合し、第１バルブ３２６ｄの回転が規制される。これにより、流量制御バルブ３２６の回転の規制を揺動中心又は回転中心である第１シャフト部３２６ｃから離れた第１バルブ３２６ｅの第１回転止め部３２６ｄと第１アーム３２６ｂに設けた第１係合部３２６ｆとの係合にて行うようにしたため、第１回転止め部３２６ｄと第１係合部３２６ｆとの隙間を極端に小さくすることが必要でなく、回転方向の位相変化量を小さくすることができる。また、シール面を大きくする必要がなくなる。
【００２９】
尚、本発明はターボチャージャ１の排気入口２１ａから排気出口２１ｂに連通するバイパス通路２１ｃを開閉するウエストゲートバルブ２７に適用しても良い。つまり、タービンハウジング２１に回動可能に支持される第２駆動軸２７ａに一体的に設けられる第２アーム２７ｂと、その第２シャフト部２７ｃを介して第２アーム２７ｂに揺動可能に支持され、排気入口２１ａと排気出口２１ｂを連通するバイパス通路２１ｃを開閉する第２バルブ２７ｅとから構成されるウエストゲートバルブ２７の第２アーム２７ｂに図略の第２回転止めを形成し、第２バルブ２７ｅに図略の第２係合部２７ｆを設けても良い。これにより、ウエストゲートバルブ２７の回転の規制を揺動中心又は回転中心である第２シャフト部２７ｃから離れた第２バルブ２７ｅの第２回転止め部と第１アーム２７ｂに設けた第２係合部との係合にて行うようにしたため、第２回転止め部と第２係合部との隙間を極端に小さくすることが必要でなく、回転方向の位相変化量を小さくすることができる。また、シール面を大きくする必要がなくなる。
【００３０】
【発明の効果】
上記した請求項１の発明によれば、流量制御バルブの回転の規制を第１バルブの揺動中心又は回転中心である第１シャフト部から離れた第１回転止め部と第１アームに設けた第１係合部との係合にて行うようにしたため、第１回転止め部と第１係合部との隙間を極端に小さくすることが必要でなく、回転方向の位相変化量を小さくすることができる。また、シール面を大きくする必要がなくなる。このため、バルブのシール性を十分に確保して、加工・組付けが容易で、軽量のターボチャージャを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるターボチャージャ１の軸方向断面図を示す。
【図２】本発明の図１に示すＩＩ−ＩＩラインよりタービン部２０を見た正面図を示す。
【図３】本発明の図１のカバーを取り除いてＡ視より流量制御バルブ２６を見た正面図を示す。
【図４】本発明の図３においてシール面を説明する説明図を示す。
【図５】本発明の第１の実施形態における流量制御バルブ２６の平面図を示す。
【図６】本発明の図５に示すＶＩ−ＶＩラインより流量制御バルブ２６の縦断面図を示す。
【図７】本発明の第２の実施形態における流量制御バルブ２２６の平面図を示す。
【図８】本発明の図７に示すＶＩＩＩ−ＶＩＩＩラインより流量制御バルブ２２６の縦断面図を示す。
【図９】本発明の第３の実施形態における流量制御バルブ３２６の平面図を示す。
【図１０】本発明の図９に示すＸ−Ｘラインより流量制御バルブ３２６の縦断面図を示す。
【符号の説明】
１・・・ターボチャージャ
１３・・・シャフト
２１・・・タービンハウジング
２１ａ・・・排気入口
２１ｂ・・・排気出口
２１ｃ・・・溝部
２２・・・タービンロータ
２４・・・内周スクロール部（スクロール部）
２４ａ・・・流出口
２５・・・外周スクロール部（スクロール部）
２５ａ・・・流入開口部
２６、２２６、３２６・・・流量制御バルブ
２６ａ、２２６ａ、３２６ａ・・・第１駆動軸
２６ｂ、２２６ｂ、３２６ｂ・・・第１アーム
２６ｃ、２２６ｃ、３２６ｃ・・・第１シャフト部
２６ｄ、２２６ｄ、３２６ｄ・・・第１バルブ
２６ｅ、２２６ｅ、３２６ｅ・・・第１回転止め部
２６ｆ、２２６ｆ、３２６ｆ・・・第１係合部
２７・・・ウエストゲートバルブ（流量制御バルブ）
２７ａ・・・第２駆動軸（第１駆動軸）
２７ｂ・・・第２アーム（第１アーム）
２７ｃ・・・第２シャフト部（第１シャフト部）
２７ｄ・・・第２バルブ（第１バルブ）
２７ｅ・・・第２回転止め部（第１回転止め部）
２７ｆ・・・第２係合部（第１係合部）
３１・・・コンプレッサハウジング
３２・・・コンプレッサロータ
Claims (1)
- シャフトと、
該シャフトの一端に固定されるタービンロータと、
該タービンロータを収容すると共に、排気入口、排気出口及び、前記排気入口と前記排気出口とを前記タービンロータを介して連通し、その断面積が漸次減少するスクロール部を有するタービンハウジングと、
前記シャフトの他端に固定され、コンプレッサハウジング内に収容されたコンプレッサロータと、
前記排気入口から前記スクロール部へ流れる排気流量を制御可能な流量制御バルブと、を備えるターボチャージャにおいて、
前記流量制御バルブは、前記タービンハウジングに回動可能に支持される第１駆動軸に一体的に設けられる第１アームと、その第１シャフト部を介して前記第１アームに揺動可能に支持され、前記排気入口と前記スクロール部へ流れる排気流量を制御すると共に、第１回転止め部が前記第１シャフト部から離れた位置に形成される第１バルブと、前記第１アームに形成され前記第１回転止め部に係合し前記第１バルブの回転を規制する第１係合部とから構成されることを特徴とするターボチャージャ。
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