JP2008045473A - 可変容量ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】タービン側を可変容量化しても、部品点数の増加の抑制、機構の単純化、コストの増加の抑制の少なくともいずれかを図ることができる可変容量ターボチャージャを提供すること。
【解決手段】可変容量ターボチャージャ１−１において、排気ガス流路２４を通過する排気ガスにより回転するタービンホイール３と、タービンホール３と連結するロータシャフト４と、ロータシャフト４に連結され、かつ吸入空気流路２７内の吸入空気を過給するコンプレッサインペラ５と、タービンホイール３と排気ガス流路２４のうちタービンホイール３よりも上流側である第１排気ガス流路２４ａとの間に配置され、タービン側のスロート面積を軸方向にスライドすることで変更する可動ガイド部材６と、コンプレッサインペラ５により吸入空気が過給されることで発生する過給圧により、この可動ガイド部材６をスライドさせるガイド駆動装置７と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、可変容量ターボチャージャに関し、さらに詳しくは、タービン側を可変容量化した可変容量ターボチャージャに関するものである。

一般的に、ターボチャージャは、タービンホイールと、コンプレッサインペラとをロータシャフトにより連結し、これらをハウジング内に収納することで構成されている。この従来のターボチャージャは、タービンハウジングに形成された排気ガス流路を通過する排気ガスによりタービンホイールが回転し、ロータシャフトを介してコンプレッサインペラが回転し、コンプレッサハウジングに形成された吸入空気流路内の吸入空気を過給、すなわち圧縮して吐出するものである。

従来のターボチャージャには、タービン側を可変容量化した可変容量ターボチャージャがある。例えば、特許文献１に示すような、タービンハウジングの排気ガス流路に可動ベーンを備えた可変容量ターボチャージャが提案されている。この可動ベーンを用いた可変容量ターボチャージャは、例えば、内燃機関の低回転時にこの可動ベーンを絞ることで、タービン側のスロート面積を減少させ、タービンホイールを回転させる排気ガスの流速を増加するものである。

特開２００３−７４３６０号公報

しかしながら、従来の可動ベーンを用いた可変容量ターボチャージャは、複数個の可動ベーン、これらの可動ベーンに駆動力を伝達するリンク機構、これらの可動ベーンを駆動する駆動源など、タービン側を可変容量化するために、多くの部品を必要とし、機構が複雑となるという問題があった。また、可動ベーンは、高温である排気ガスに直接接触するものであるため、高温下における熱歪みや熱疲労などから熱破損する虞があった。従って、可動ベーンを用いる可変容量ターボチャージャを排気ガスの温度がディーゼルエンジンよりも高くなるガソリンエンジンに適用するためには、複数個の可動ベーンの材料として耐熱性の高い材料を用いなければならず、コストが増加するという問題もあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、タービン側を可変容量化しても、部品点数の増加の抑制、機構の単純化、コストの増加の抑制の少なくともいずれかを図ることができる可変容量ターボチャージャを提供することを目的とするものである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる可変容量ターボチャージャでは、排気ガス流路が形成されたタービンハウジングと、前記排気ガス流路内に配置され、前記排気ガス流路を通過する排気ガスにより回転するタービンホイールと、前記タービンホールと連結するロータシャフトと、前記ロータシャフトを回転自在に支持するセンターハウジングと、吸入空気流路が形成されたコンプレッサハウジングと、前記ロータシャフトに連結され、かつ前記吸入空気流路内に配置され、当該吸入空気流路内の吸入空気を過給するコンプレッサインペラと、前記タービンホイールと前記排気ガス流路のうち当該タービンホイールよりも上流側との間に配置され、前記タービン側のスロート面積を軸方向にスライドすることで変更する可動ガイド部材と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、１つの可動ガイド部材が軸方向にスライドすることにより、前記タービン側のスロート面積、すなわち排気ガス流路の断面積を変更することができるので、タービン側を可変容量化することができる。従って、複数個の可動ベーンを用いる可変容量ターボチャージャと比較して、部品点数の増加を抑制することができる。また、複数個の可動ベーンにリンク機構で駆動源の駆動力を伝達する可変容量ターボチャージャと比較して、機構の単純化を図ることができる。さらに、耐熱性の高い材料により複数個の可動ベーンを形成する可変容量ターボチャージャと比較して、コストの増加を抑制することができる。

また、この発明では、上記可変容量ターボチャージャにおいて、前記可動ガイド部材は、前記タービンハウジングの前記タービンホイールと対向するシュラウド部に沿って形成されていることを特徴とする。

可動ガイド部材によりタービン側のスロート面積が減少することで、前記排気ガス流路のうちこの可動ガイド部材よりも上流側の排気ガスの流れが滞る。しかしながら、この発明によれば、タービンハウジングのシュラウド部に沿って可動ガイド部材が形成されているため、このシュラウド部と可動ガイド部材との間から排気ガスが漏れることを抑制することができる。

また、この発明では、上記可変容量ターボチャージャにおいて、前記可動ガイド部材は、前記タービンホイールに前記軸方向にスライド自在に支持されていることを特徴とする。

この発明によれば、可動ガイド部材は、タービンホイールに対して軸方向にスライドする。従って、可動ガイド部材がスライドしても、可動ガイド部材は、タービンホイールに対して径方向における位置は変化しない。これにより、可動ガイド部材とタービンホイールとのクリアランスを確保することができる。

また、この発明では、上記可変容量ターボチャージャにおいて、前記コンプレッサインペラにより吸入空気が過給されることで発生する過給圧により、前記可動ガイド部材をスライドさせるガイド駆動手段をさらに備えることを特徴とする。

この発明によれば、ガイド駆動手段は、過給圧に応じて可動ガイド部材のスライド量を変更することができる。例えば、吸入空気量が増加し、過給圧が増加すると、可動ガイド部材のスライド量が増加して、タービン側のスロート面積が増加することができ、ターボ回転数を上昇させることができる。従って、内燃機関の運転状況、例えば回転数や負荷に応じてレスポンスを向上することができる。また、可動ガイド部材をスライドさせる駆動源を別個備えることがないため、部品点数の増加をさらに抑制することができる。

また、この発明では、上記可変容量ターボチャージャにおいて、前記ガイド駆動手段は、前記タービンホイールに取り付けられており、前記タービンホイールには、前記ガイド駆動手段と連通するタービン側連通通路が形成され、前記ロータシャフトには、前記タービンホイールと連通するシャフト側連通通路が形成され、前記コンプレッサインペラには、当該コンプレッサインペラの外周面に開口し、かつ前記シャフト側連通通路と連通するコンプレッサ側連通通路が形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、コンプレッサインペラのコンプレッサ側連通通路、このコンプレッサインペラと一体回転するロータシャフトのシャフト側連通通路およびこのローラシャフトと一体回転するタービンホイールのタービン側連通通路を介して、タービンホイールに取り付けられたガイド駆動手段に、過給圧が導入される。つまり、ガイド駆動手段は、このガイド駆動手段、タービン側連通通路、コンプレッサ側連通通路およびシャフト側連通通路が一体回転した状態で、過給圧が導入される。従って、ガイド駆動手段に過給圧を直接導入することができる。これにより、ガイド駆動手段を安定して駆動することができる。

また、この発明では、上記可変容量ターボチャージャにおいて、前記コンプレッサ側連通通路は、前記コンプレッサインペラの外周面のうち、吸入空気の出口側に開口していることを特徴とする。

コンプレッサインペラは、吸入空気入口側から吸入空気の出口側に向かって吸入空気が流れることで、吸入空気流路内の吸入空気の過給を行う。従って、過給圧は、コンプレッサインペラの吸入空気の入口側よりも出口側が高くなる。この発明によれば、コンプレッサ側連通通路が吸入空気の出口側に開口しているので、ガイド駆動手段に高い過給圧を導入することができる。従って、ガイド駆動手段により可動ガイド部材を軸方向にスライドする駆動力を確保することができる。

また、この発明では、上記可変容量ターボチャージャにおいて、前記可動ガイド部材は、前記軸方向にスライドしても、前記排気ガス流路を遮断しないことを特徴とする。

この発明によれば、可動ガイド部材が軸方向にスライドしても、タービン側のスロート面積はゼロとはならず、最も絞られた状態となる。従って、内燃機関が低回転時に、タービン側のスロート面積を最も絞ることで、過給圧を向上することができる。

この発明にかかる可変容量ターボチャージャは、１つの可動ガイド部材が軸方向にスライドすることにより、前記タービン側のスロート面積、すなわち排気ガス流路の断面積を変更することができるので、タービン側を可変容量化することができるとともに、部品点数の増加を抑制することができる。また、機構の単純化を図ることができる。さらに、コストの増加を抑制することができる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施例により、この発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、実施例１にかかる可変容量ターボチャージャの構成例を示す図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、可動ガイド部材の構成例を示す図である。図４は、実施例１にかかる可変容量ターボチャージャの動作説明図である。図１に示すように、可変容量ターボチャージャ１−１は、ハウジング２と、タービンホイール３と、ロータシャフト４と、コンプレッサインペラ５と、可動ガイド部材６と、ガイド駆動装置７とにより構成されている。ここで、可変容量ターボチャージャのハウジング２は、タービンハウジング２１と、センターハウジング２２と、コンプレッサハウジング２３とにより構成されている。

タービンハウジング２１は、図示しない内燃機関の排気経路に排気された排気ガスが流入する排気ガス流路２４が形成されている。このタービンハウジング２１は、センターハウジング２２の軸方向における両端部のうち、一方の端部に固定されている。なお、この排気ガス流路２４は、タービンホイール３よりも上流側の第１排気ガス流路２４ａと、このタービンホイール３から下流側の第２排気ガス流路２４ｂとにより構成されている。この第２排気ガス流路２４ｂは、タービンハウジング２１のシュラウド部２１ａによって形成されている。このシュラウド部２１ａは、タービンハウジング２内に収納されるタービンホイール３の回転時における外周面に沿って、タービンハウジング２１の軸方向に形成されている。

センターハウジング２２は、ロータシャフト４を回転自在に支持するものである。このセンターハウジング２２の中央部には、軸方向に延在する空間部２５が形成されている。この空間部２５には、オイル供給通路２６を介して、図示しないオイル供給装置からオイルが供給される。

コンプレッサハウジング２３は、図示しない内燃機関の吸気経路に吸気された吸入空気が流入する吸入空気流路２７が形成されている。このコンプレッサハウジング２３は、コンプレッサハウジング２３の軸方向における両端部のうち、他方の端部に固定されている。なお、この吸入空気流路２７は、コンプレッサインペラ５から上流側の第１吸入空気流路２７ａと、このコンプレッサインペラ５よりも下流側の第２吸入空気流路２７ｂとにより構成されている。

タービンホイール３は、タービンハウジング２２内に収納されている。このタービンホイール３は、排気ガス流路２４内に配置されており、ロータシャフト４に固定されている。タービンホイール３は、排気ガス流路２４を通過、すなわち第１排気ガス流路２４ａから第２排気ガス流路２４ｂへと流出する排気ガスにより回転するものである。このタービンホイール３には、その回転中心に軸方向に延在するタービン側連通通路３１が形成されている。このタービン側連通通路３１の軸方向における両端部は、タービンホイール３の軸方向における両端面にそれぞれ開口している。

ロータシャフト４は、センターハウジング２２に回転自在に支持されている。この実施例では、ロータシャフト４は、センターハウジング２２の空間部２５に挿入されており、この空間部２５に供給されるオイルにより、このセンターハウジング２２に回転自在に支持されている。このロータシャフト４は、軸方向における両端部のうち、一方の端部にタービンホイール３が固定されており、他方の端部にコンプレッサインペラ５が固定されている。つまり、ロータシャフト４には、タービンホイール３とコンプレッサインペラ５とが連結され、これらと一体回転する。ロータシャフト４には、その回転中心に軸方向に延在するシャフト側連通通路４１が形成されている。このシャフト側連通通路４１の軸方向における一方の端部、すなわちタービン側の端部は、ロータシャフト４の軸方向における一方の端面に開口しており、上記タービンホイール３のタービン側連通通路３１と連通している。また、このシャフト側連通通路４１の軸方向における他方の端部、すなわちコンプレッサ側の端部は、図２に示すように、ロータシャフト４の軸方向における他方の端面に開口しておらず、その端部にロータシャフト４の外周面に開口する分岐部４２が複数形成されている。この分岐部４２は、この実施例１では、等間隔に周方向に４つ形成されている。

コンプレッサインペラ５は、図１に示すように、コンプレッサハウジング２３内に収納されている。このコンプレッサインペラ５は、吸入空気流路２７内に配置されており、固定部材８により、ロータシャフト４に固定されている。コンプレッサインペラ５は、吸入空気流路２７内の吸入空気を過給、すなわち第１吸入空気流路２７ａ内の吸入空気を圧縮し、この圧縮した吸入空気を第２吸入空気流路２７ｂに吐出するものである。なお、吐出された吸入空気は、図示しない内燃機関の各気筒に吸気される。このコンプレッサインペラ５には、図２に示すように、その回転中心から外周面に向かって径方向に延在するコンプレッサ側連通通路５１が形成されている。このコンプレッサ側連通通路５１は、この実施例１では、等間隔に周方向に４つ形成されている。各コンプレッサ側連通通路５１の径方向における一方の端部（径方向外側端部）は、コンプレッサインペラ５の外周面に開口している。また、各コンプレッサ側連通通路５１の径方向における他方の端部（径方向内側端部）は、ロータシャフト４が挿入される内周面に開口しており、上記ロータシャフト４の各分岐部４２にそれぞれ連通している。

ここで、各コンプレッサ側連通通路５１は、図１に示すように、コンプレッサインペラ５の外周面のうち、吸入空気の出口側、すなわち第２吸入空気流路２７ｂの近傍に開口していることが好ましい。コンプレッサインペラ５は、吸入空気の入口側から出口側に向かって、すなわち第１吸入空気流路２７ａから第２吸入空気流路２７ｂに向かって吸入空気が流れることで、吸入空気流路２７内の吸入空気の過給を行う。従って、コンプレッサインペラ５により圧縮された吸入空気の圧力、すなわち過給圧は、コンプレッサインペラ５の吸入空気の入口側よりも出口側が高くなる。従って、各コンプレッサ側連通通路５１が吸入空気の出口側に開口している実施例１にかかる可変容量ターボチャージャ１−１では、ガイド駆動装置７に高い過給圧を導入することができる。これにより、ガイド駆動装置７により可動ガイド部材６を軸方向にスライドする駆動力を確保することができる。

可動ガイド部材６は、タービンホイール３と排気ガス流路２４のうちタービンホイール３よりも上流側、この実施例１ではすなわち第１排気ガス流路２４ａとの間に配置されるものである。この可動ガイド部材６は、ガイド駆動装置７を介してタービンホイール３に取り付けられている。また、可動ガイド部材６は、このガイド駆動装置７により、軸方向にスライド自在に支持されている。つまり、可動ガイド部材６は、ガイド駆動装置７により、タービンホイール３に対して軸方向にスライド自在に支持されている。従って、可動ガイド部材６は、タービンホイール３に対して軸方向にスライドすることができるため、軸方向にスライドしても、タービンホイール３に対して径方向における位置は変化しない。これにより、可動ガイド部材６とタービンホイール３とのクリアランスを確保することができ、可変容量ターボチャージャ１−１の回転時に、可動ガイド部材６とタービンホイール３とが接触することを抑制でき、耐久性を向上することができる。

また、可動ガイド部材６は、軸方向の両端部が開口している円筒形状であり、その内部に空間部６１が形成されている。この可動ガイド部材６の軸方向における一方の端部、すなわちタービン側の端部には、その中央部（軸心）に、複数のリブ６３を介して固定部６２が形成されている。この固定部６２には、可動ガイド装置７の後述するピストン７３の突出部７３ａが挿入される挿入孔６２ａが形成されている。また、可動ガイド部材６の軸方向における他方の端部、すなわちコンプレッサ側の端部には、ガイド部６４が形成されている。このガイド部材６４は、リング状であり、可動ガイド部材６が軸方向、この実施例１では、コンプレッサ側にスライドすることで、第１排気ガス流路２４ａをその断面方向である軸方向に覆うものである。つまり、可動ガイド部材６は、軸方向のうちコンプレッサ側にスライドすることで、タービン側のスロート面積を減少させるものである。また、可動ガイド部材６は、軸方向のうちタービン側にスライドすることで、タービン側のスロート面積が増加する。従って、可動ガイド部材６は、軸方向にスライドすることで、タービン側のスロート面積を変更するものである。なお、可動ガイド部材６が最もタービン側にスライドすると、ガイド部６４は、第１排気ガス流路２４ａを軸方向に覆わなくなり、タービン側のスロート面積が最大となる。

ここで、この可動ガイド部材６は、その外周面がタービンハウジング２１のタービンホイール３と対向するシュラウド部２１ａに沿って形成されている。可動ガイド部材６によりタービン側のスロート面積が減少すると第１排気ガス流路２４ａの排気ガスの流れが滞る。しかし、可動ガイド部材６がシュラウド部２１ａに沿って形成されているため、第１排気ガス流路２４ａの排気ガスが、タービンホイール３を介さずに、このシュラウド部２１ａと可動ガイド部材６との間から第２排気ガス流路２４ｂに流出することを抑制することができる。従って、この実施例１にかかる可変容量ターボチャージャ１−１では、シュラウド部２１ａと可動ガイド部材６との間から排気ガスが漏れることを抑制することができる。なお、可動ガイド部材６は、その内周面がタービンホイール３の回転時における外周面に沿って形成されていることが好ましい。これにより、第１排気ガス流路２４ａの排気ガスが、タービンホイール３を介さずに、第２排気ガス流路２４ｂに流出することを抑制することができる。

ガイド駆動装置７は、ガイド駆動手段であり、コンプレッサインペラ５により過給された吸入空気の圧力により、可動ガイド部材６を軸方向にスライドさせるものである。このガイド駆動装置７は、本体部７１と、取付部７２と、ピストン７３と、弾性部材７４と、ガイド固定部材７５,７６とにより構成されている。

本体部７１は、円筒形状であり、その内部に空間部７７が形成されている。この空間部７７には、ピストン７３が軸方向に摺動自在に支持されている。この本体部７１の他方の端部、すなわちコンプレッサ側の端部には、取付部７２が形成されている。この実施例１では、取付部７２は、本体部７１と一体に形成されている。ここで、空間部７７のうち、ピストン７３よりもコンプレッサ側の空間部をシリンダ室Ｓとする。

取付部７２は、ガイド駆動装置７をタービンホイール３に取り付けるものである。この実施例１では、ガイド駆動装置７は、取付部７２がタービンホイール３の一方の端部、すなわちタービン側の端部にねじ込まれることで、タービンホイール３に取り付けられている。この取付部７２は、取付部連通通路７２ａが形成されている。この取付部連通通路７２ａの一方の端部、すなわちタービン側の端部は、空間部７７、ここではシリンダ室Ｓと連通している。また、取付部連通通路７２ａの他方の端部、すなわちコンプレッサ側の端部は、タービン側連通通路３１と連通している。つまり、ガイド駆動装置７のシリンダ室Ｓは、取付部連通通路７２ａ、コンプレッサ側連通通路５１、シャフト側連通通路４１およびタービン側連通通路３１を介して、コンプレッサハウジング２３の吸入空気流路２７に解放されている。従って、ガイド駆動装置７には、このガイド駆動装置７、タービン側連通通路３１、コンプレッサ側連通通路５１およびシャフト側連通通路４１が一体回転した状態で、過給圧が導入される。これにより、ガイド駆動装置７に過給圧を直接導入することができ、ガイド駆動装置７を安定して駆動することができ、可動ガイド部材６を安定してスライドすることができる。

ピストン７３は、シリンダ室Ｓに導入された過給圧を可動ガイド部材６を軸方向にスライドさせる駆動力に変換する。このピストン７３の一方の端面、すなわちタービン側の端面にこのタービン側に突出する突出部７３ａが形成されている。この突出部７３ａは、その先端部が本体部７１に形成された図示しない孔から外部に突出している。また、突出部７３ａの先端部には、可動ガイド部材６の挿入孔６２ａが挿入され、この可動ガイド部材６が固定部材７５，７６により固定されている。つまり、可動ガイド部材６は、ピストン７３とともに軸方向にスライドすることができる。

ここで、可動ガイド部材６のガイド部６４は、ピストン７３が最もコンプレッサ側に移動し、軸方向のうち最もコンプレッサ側にスライドしても、第１排気ガス流路２４ａを軸方向に完全に覆わず、タービン側のスロート面積が最小となる。つまり、可動ガイド部材６は、軸方向にスライドしても、第１排気ガス流路２４ａと接触せず、排気ガス流路２４を完全に遮断しない。従って、タービン側のスロート面積は０とならず、最も絞られた状態となる。これにより、図示しない内燃機関が低回転時に、タービン側のスロート面積を最も絞った状態とすることができるので、過給圧を向上することができる。

弾性部材７４は、ピストン７３をコンプレッサ側に押圧するものである。この弾性部材７４は、本体部７１の空間部７７のうち、ピストン７３よりもタービン側空間部に配置されている。また、弾性部材７４は、本体部７１の内周面とピストン７３との間に、付勢された状態で配置されている。従って、ピストン７３には、弾性部材７４により軸方向のうちコンプレッサ側の弾性押圧力が作用している。つまり、ピストン７３は、シリンダ室Ｓに導入された過給圧によりこのピストン７３に作用する軸方向のうちタービン側の過給圧押圧力が上記弾性押圧力を超えることで、軸方向のうちタービン側に移動することができ、可動ガイド部材６が軸方向のうちタービン側にスライドすることができる。

次に、この実施例１にかかる可変容量ターボチャージャ１−１の動作について説明する。ここで、この可変容量ターボチャージャ１−１が回転していない状態では、図１に示すように、可動ガイド部材６は、軸方向のうち最もコンプレッサ側にスライドしており、タービン側のスロート面積は最小となる。図示しない内燃機関が運転されると、この内燃機関の排気経路に排気された排気ガスがタービンハウジング２１の排気ガス流路２４に流入する。第１排気ガス流路２４ａに流入した排気ガスは、第１排気ガス流路２４ａの大部分を覆う可動ガイド部材６のガイド部６４により流速が早められる。そして、この流速が早められた排気ガスは、同図矢印Ｂに示すように、タービンホイール３に導入され、第２排気ガス流路２４ｂに流出する。これにより、タービンホイール３は、排気ガスにより回転する。

タービンホイール３が排気ガスにより回転すると、このタービンホイール３に連結されたロータシャフト４が回転し、このロータシャフト４に連結されたコンプレッサインペラ５が回転する。なお、タービンホイール３が排気ガスにより回転すると、可動ガイド部材６およびガイド駆動装置７の一体で回転する。コンプレッサインペラ５が回転すると、吸入空気流路２７の第１吸入空気流路２７ａ内の図示しない内燃機関の吸気経路に吸気された吸入空気がこのコンプレッサインペラ５に吸引され、圧縮される。そして、この圧縮された吸入空気は、同図矢印Ｃに示すように、第２吸入空気流路２７ｂに吐出される。これにより、可変容量ターボチャージャ１−１により吸入空気が過給される。

このとき、コンプレッサインペラ５により吸入空気が過給されることで発生する過給圧は、矢印Ｄに示すように、コンプレッサ側連通通路５１、シャフト側連通通路４１、タービン側連通通路３１および取付部連通通路７２ａを介して、シリンダ室Ｓに導入される。このシリンダ室Ｓに導入された過給圧によりこのピストン７３に作用する軸方向のうちタービン側の過給圧押圧力が上記弾性押圧力を超えると、図４に示すように、ピストン７３が軸方向のうちタービン側に移動する。そして、このピストン７３に固定されている可動ガイド部材６が軸方向のうちタービン側にスライドする。従って、可動ガイド部材６のガイド部６４が第１排気ガス流路２４ａを覆う面積が減少するため、タービン側のスロート面積が増加し、第１排気ガス流路２４ａからターボチャージャ３に挿入される排気ガスの流量が増加する。これにより、ターボチャージャ３が速く回転し、可変容量ターボチャージャ１−１のターボ回転数が増加するため、過給圧が増加することとなる。

以上のように、実施例１にかかる可変容量ターボチャージャ１−１では、ガイド駆動装置７がコンプレッサインペラ３により吸入空気が過給されることで発生する過給圧により、可動ガイド部材６をスライドさせる。つまり、ガイド駆動装置７は、過給圧に応じて可動ガイド部材６のスライド量を変更することができる。従って、１つの可動ガイド部材６が軸方向にスライドすることにより、タービン側のスロート面積、すなわち排気ガス流路２４（第１排気ガス流路２４ａ）の断面積を変更することができるので、タービン側を可変容量化することができる。また、複数個の可動ベーンを用いる従来の可変容量ターボチャージャと比較して、部品点数の増加を抑制することができる。また、複数個の可動ベーンにリンク機構で駆動源の駆動力を伝達する従来の可変容量ターボチャージャと比較して、機構の単純化を図ることができる。さらに、排気ガスの温度がディーゼルエンジンよりも高くなるガソリンエンジンに用いるために、耐熱性の高い材料により複数個の可動ベーンを形成する可変容量ターボチャージャと比較して、コストの増加を抑制することができる。

また、図示しない内燃機関の吸気経路に吸気された吸入空気量が増加した場合も、過給圧が増加するため、可動ガイド部材６のスライド量が増加して、タービン側のスロート面積が増加することができ、可変容量ターボチャージャ１−１のターボ回転数を上昇させることができる。従って、内燃機関の運転状況、例えば回転数や負荷に応じてレスポンスを向上することができる。また、可動ガイド部材６をスライドさせる駆動源を別個備えることがないため、部品点数の増加をさらに抑制することができる。

なお、上記実施例１では、排気ガス流路２４を遮断しないために、可動ガイド部材６のスライド量を規制するがこの発明はこれに限定されるものではない。図５および図６は、可動ガイド部材の他の構成例を示す図である。図５および図６に示すように、可動ガイド部材６が軸方向のうち最もコンプレッサ側にスライドした場合に、ガイド部６４の軸方向長さＬを長くして、このガイド部材６４の先端部（可動ガイド部材６のコンプレッサ側の端部）が第１排気ガス流路２４ａと接触するようにしても良い。この場合、ガイド部材６４が排気ガス流路２４を完全に遮断しないように、図５に示す切欠部６５や、図６に示すスリット６６などをガイド部材６４に１以上形成する。これにより、可動ガイド部材６が軸方向のうち最もコンプレッサ側にスライドして、ガイド部材６４が第１排気ガス流路２４ａと接触しても、タービン側のスロート面積は０とならず、最も絞られた状態とすることができる。

次に、実施例２にかかる可変容量ターボチャージャ１−２について説明する。図７は、実施例２にかかる可変容量ターボチャージャの構成例を示す図である。図８は、実施例２にかかる可変容量ターボチャージャの動作説明図である。実施例２にかかる可変容量ターボチャージャ１−２が、実施例１にかかる可変容量ターボチャージャ１−１と異なる点は、タービンホイール３を回転させる排気ガスをこのタービンホイール３に導入する流路が２つある点である。なお、実施例２にかかる可変容量ターボチャージャ１−２の基本的構成は、実施例１にかかる可変容量ターボチャージャ１−１の基本的構成とほぼ同一であるため、同一部分はその説明を省略する。

この実施例２にかかる可変容量ターボチャージャ１−２は、タービンハウジング２１は、図示しない内燃機関の排気経路に排気された排気ガスが流入する排気ガス流路２８が形成されている。この排気ガス流路２８は、タービンホイール３よりも上流側の第１排気ガス流路２８ａと、このタービンホイール３から下流側の第２排気ガス流路２８ｂとにより構成されている。この第１排気ガス流路２８ａは、タービンホイール３近傍が低回転側排気ガス流路２８ｃと、高回転側排気ガス流路２８ｄとに分岐されている。つまり、タービンホイール３には、第１排気ガス流路２８ａの排気ガスがこの２つの流路である低回転側排気ガス流路２８ｃと、高回転側排気ガス流路２８ｄとから導入される。なお、低回転側排気ガス流路２８ｃおよび高回転側排気ガス流路２８ｄには、図示しないノズルがそれぞれ設けられている。

また、可動ガイド部材６は、タービンホイール３と排気ガス流路２８のうちタービンホイール３よりも上流側、この実施例２では第１排気ガス流路２８ａの高回転側排気ガス流路２８ｄとの間に配置されるものである。この可動ガイド部材６は、上記実施例１と同様に、固定部６２が固定部材７５，７６によりピストン７３に固定されることで、ガイド駆動装置７により、タービンホイール３に対して軸方向にスライド自在に支持されている。従って、可動ガイド部材６とタービンホイール３とのクリアランスを確保することができ、可変容量ターボチャージャ１−１の回転時に、可動ガイド部材６とタービンホイール３とが接触することを抑制でき、耐久性を向上することができる。

また、可動ガイド部材６のガイド部６４は、リング状であり、可動ガイド部材６が軸方向、この実施例２では、コンプレッサ側にスライドすることで、第１排気ガス流路２４ａの高回転側排気ガス流路２８ｄをその断面方向である軸方向に覆うものである。可動ガイド部材６は、軸方向のうちコンプレッサ側にスライドすることで、タービン側のスロート面積を減少させ、タービン側にスライドすることでタービン側のスローと面積を増加するものである。なお、ガイド部６４は、可動ガイド部材６が最もコンプレッサ側にスライドすると、その先端部（可動ガイド部材６のコンプレッサ側の端部）が第１排気ガス流路２８ａの高回転側排気ガス流路２８ｄに接触し、この高回転側排気ガス流路２８ｄを遮断する。ここで、高回転側排気ガス流路２８ｄが軸方向にスライドすることで、可動ガイド部材６により遮断されても、低回転側排気ガス流路２８ｃは常に遮断されない。従って、実施例２にかかる可変容量ターボチャージャ１−２において、可動ガイド部材６は、軸方向にスライドしても、排気ガス流路２８を完全に遮断しない。従って、タービン側のスロート面積は０とならず、最も絞られた状態となる。これにより、図示しない内燃機関が低回転時に、タービン側のスロート面積を最も絞った状態とすることができるので、過給圧を向上することができる。

次に、実施例２にかかる可変容量ターボチャージャ１−２の動作について説明する。なお、実施例２にかかる可変容量ターボチャージャ１−２の動作は、実施例１にかかるベルト式無段変速機１−１の動作と基本的に同様であるため、簡略化して説明する。

可変容量ターボチャージャ１−２が回転していない状態では、図７に示すように、可動ガイド部材６は、軸方向のうち最もコンプレッサ側にスライドしており、高回転側排気ガス流路２８ｄを遮断する。従って、排気ガス流路２８は、常に遮断されない第１排気ガス流路２８の低回転側排気ガス流路２８ｃのみから排気ガスがタービンホイール３に導入される状態、すなわちタービン側のスロート面積が最小となる。図示しない内燃機関が運転されると、第１排気ガス流路２８ａに流入した排気ガスは、低回転側排気ガス流路２８ｃに流入し、この低回転側排気ガス流路２８ｃの図示しないノズルにより流速が早められる。そして、この流速が早められた排気ガスは、同図矢印Ｅに示すように、この低回転側排気ガス流路２８ｃからタービンホイール３に導入され、第２排気ガス流路２８ｂに流出する。これにより、タービンホイール３は、排気ガスにより回転する。

タービンホイール３が排気ガスにより回転すると、コンプレッサインペラ５が回転する。コンプレッサインペラ５が回転すると、同図矢印Ｃに示すように、このコンプレッサインペラ５により圧縮された吸入空気が第２吸入空気流路２７ｂに吐出される。これにより、可変容量ターボチャージャ１−２により吸入空気が過給される。

このとき、コンプレッサインペラ５により吸入空気が過給されることで発生する過給圧は、矢印Ｄに示すように、コンプレッサ側連通通路５１、シャフト側連通通路４１、タービン側連通通路３１および取付部連通通路７２ａを介して、シリンダ室Ｓに導入される。このシリンダ室Ｓに導入された過給圧によりこのピストン７３に作用する軸方向のうちタービン側の過給圧押圧力が上記弾性押圧力を超えると、図８に示すように、ピストン７３が軸方向のうちタービン側に移動する。そして、このピストン７３に固定されている可動ガイド部材６が軸方向のうちタービン側にスライドする。従って、可動ガイド部材６のガイド部材６４が高回転側排気ガス流路２８ｄを遮断しなくなり、第１排気ガス流路２８ａに流入した排気ガスは、高回転側排気ガス流路２８ｄに流入し、この高回転側排気ガス流路２８ｄの図示しないノズルにより流速が早められる。そして、この流速が早められた排気ガスは、同図矢印Ｆに示すように、この高回転側排気ガス流路２８ｄから第２排気ガス流路２８ｂに流出する。つまり、可動ガイド部材６のガイド部６４がこの高回転側排気ガス流路２８ｄを覆う面積が減少するため、タービン側のスロート面積が増加し、低回転側排気ガス流路２８ｃのみならず高回転側排気ガス流路２８ｄからターボチャージャ３に導入される排気ガスの流量が増加する。これにより、ターボチャージャ３が速く回転し、可変容量ターボチャージャ１−２のターボ回転数が増加するため、過給圧が増加することとなる。

以上のように、実施例２にかかる可変容量ターボチャージャ１−２では、ガイド駆動装置７がコンプレッサインペラ３により吸入空気が過給されることで発生する過給圧により、可動ガイド部材６をスライドさせる。つまり、ガイド駆動装置７は、過給圧に応じて可動ガイド部材６のスライド量を変更することができる。従って、上記実施例１と同様に、タービン側を可変容量化することができ、部品点数の増加を抑制することができ機構の単純化を図ることができ、コストの増加を抑制することができる。

また、図示しない内燃機関の吸気経路に吸気された吸入空気量が増加した場合も、過給圧が増加するため、可動ガイド部材６のスライド量が増加して、タービン側のスロート面積が増加することができ、可変容量ターボチャージャ１−２のターボ回転数を上昇させることができる。従って、内燃機関の運転状況、例えば回転数や負荷に応じてレスポンスを向上することができる。また、可動ガイド部材６をスライドさせる駆動源を別個備えることがないため、部品点数の増加をさらに抑制することができる。

以上のように、この発明にかかる可変容量ターボチャージャは、タービン側を可変容量化する可変容量ターボチャージャに有用であり、特に、部品点数の増加の抑制、機構の単純化、コストの増加の抑制の少なくともいずれかを図るのに適している。

実施例１にかかる可変容量ターボチャージャの構成例を示す図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 可動ガイド部材の構成例を示す図である。 実施例１にかかる可変容量ターボチャージャの動作説明図である。 可動ガイド部材の他の構成例を示す図である。 可動ガイド部材の他の構成例を示す図である。 実施例２にかかる可変容量ターボチャージャの構成例を示す図である。 実施例２にかかる可変容量ターボチャージャの動作説明図である。

符号の説明

１−１，１−２ 可変容量ターボチャージャ
２ ハウジング
２１ タービンハウジング
２２ センターハウジング
２３ コンプレッサハウジング
２４ 排気ガス流路
２４ａ 第１排気ガス流路
２４ｂ 第２排気ガス流路
２５ 空間部
２６ オイル供給通路
２７ 吸入空気流路
２７ａ 第１吸入空気流路
２７ｂ 第２吸入空気流路
２８ 排気ガス流路
２８ａ 第１排気ガス流路
２８ｂ 第２排気ガス流路
２８ｃ 低回転側排気ガス流路
２８ｄ 高回転側排気ガス流路
３ タービンホイール
３１ タービン側連通通路
４ ロータシャフト
４１ シャフト側連通通路
４２ 分岐部
５ コンプレッサインペラ
５１ コンプレッサ側連通通路
６ 可動ガイド部材
６１ 空間部
６２ 固定部
６２ａ 挿入孔
６３ リブ
６４ ガイド部
７ ガイド駆動装置（ガイド駆動手段）
７１ 本体部
７２ 取付部
７２ａ 取付部連通通路
７３ ピストン
７３ａ 突出部
７４ 弾性部材
７５，７６ 固定部材
７７ 空間部
８ 固定部材
Ｓ シリンダ室

Claims (7)

1. 排気ガス流路が形成されたタービンハウジングと、
   前記排気ガス流路内に配置され、前記排気ガス流路を通過する排気ガスにより回転するタービンホイールと、
   前記タービンホールと連結するロータシャフトと、
   前記ロータシャフトを回転自在に支持するセンターハウジングと、
   吸入空気流路が形成されたコンプレッサハウジングと、
   前記ロータシャフトに連結され、かつ前記吸入空気流路内に配置され、当該吸入空気流路内の吸入空気を過給するコンプレッサインペラと、
   前記タービンホイールと前記排気ガス流路のうち当該タービンホイールよりも上流側との間に配置され、タービン側のスロート面積を軸方向にスライドすることで変更する可動ガイド部材と、
   を備えることを特徴とする可変容量ターボチャージャ。
2. 前記可動ガイド部材は、前記タービンハウジングの前記タービンホイールと対向するシュラウド部に沿って形成さ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ボチャージャ。
3. 前記可動ガイド部材は、前記タービンホイールに前記軸方向にスライド自在に支持されていることを特徴とする請求項１または２に記載の可変容量ターボチャージャ。
4. 前記コンプレッサインペラにより吸入空気が過給されることで発生する過給圧により、前記可動ガイド部材をスライドさせるガイド駆動手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の可変容量ターボチャージャ。
5. 前記ガイド駆動手段は、前記タービンホイールに取り付けられており、
   前記タービンホイールには、前記ガイド駆動手段と連通するタービン側連通通路が形成され、
   前記ロータシャフトには、前記タービンホイールと連通するシャフト側連通通路が形成され、
   前記コンプレッサインペラには、当該コンプレッサインペラの外周面に開口し、かつ前記シャフト側連通通路と連通するコンプレッサ側連通通路が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の可変容量ターボチャージャ。
6. 前記コンプレッサ側連通通路は、前記コンプレッサインペラの外周面のうち、吸入空気の出口側に開口し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ボチャージャ。
7. 前記可動ガイド部材は、前記軸方向にスライドしても、前記排気ガス流路を遮断しないことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の可変容量ターボチャージャ。

Images