JP2010071140A - Variable displacement turbocharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの吸気通路に設けられたロータの回転に基づいて圧縮される空気の流量を空気の流れ方向に対し開閉動作可能なガイドの開度によって可変とする可変容量ターボチャージャに関するものである。 The present invention relates to a variable capacity turbocharger in which the flow rate of air compressed based on the rotation of a rotor provided in an intake passage of an engine is variable depending on the opening of a guide that can be opened and closed in the air flow direction. is there.
従来より、この種可変容量ターボチャージャとしては、コンプレッサのロータからこれよりも空気の流れ方向下流側のスクロール部に通じる環状通路に、突出・引き込み可能な案内羽根を設け、この案内羽根を斑状通路に対し突出または引き込ませることによって、ロータの回転に基づいて圧縮される空気の流量を可変とするようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この場合、案内羽根を環状通路に対し突出または引き込ませるアクチュエータと、エンジンの運転状態に応じてアクチュエータを作動するコントローラとを具備している。
Conventionally, as this type of variable capacity turbocharger, a guide vane that can be projected and retracted is provided in an annular passage that leads from the rotor of the compressor to the scroll portion downstream in the air flow direction, and this guide vane is used as a spotted passage. Is known in which the flow rate of compressed air is made variable based on the rotation of the rotor by projecting or retracting (see
また、その他の可変容量ターボチャージャとしては、スクロール部からこれよりも排気の流れ方向下流側の排気タービンのロータに通じる環状通路に、その環状通路上に排気の流れ方向に対し略直交する方向から突出する回動自在な軸に固定された開度調整可能なディフューザベーンを設け、上記軸に取り付けた回動レバーを回動リングに連結し、この回動リングの回動によりディフューザベーンの開度を調整して排気ガスの流量を可変とするようにしたものもある(例えば、特許文献2参照)。この場合、回動リングは、ロッドを介してアクチュエータに連結され、このアクチュエータをエンジンの運転状態に応じて作動させることによって回動リングを回動させている。
ところが、上記従来の前者のものでは、空気の流量を可変とする上で、案内羽根といったガイドを突出または引き込ませるアクチュエータが必要となる。一方、上記従来の後者のものでは、排気ガスの流量を可変とする上で、ディフューザベーンといったガイドを開閉させるアクチュエータが必要となる。このため、いずれのものにおいても、アクチュエータを必要とし、コストが嵩むことになる。 However, the above-mentioned conventional former requires an actuator that projects or retracts a guide, such as a guide vane, in order to make the air flow rate variable. On the other hand, in the latter case of the prior art, an actuator for opening and closing a guide such as a diffuser vane is required to make the flow rate of the exhaust gas variable. For this reason, in any case, an actuator is required and the cost increases.
しかも、このようなアクチュエータをエンジンの運転状態に応じて作動させるに当たり、複雑な制御ロジックも必要不可欠なものとなり、その対策が切望されていた。 Moreover, in order to operate such an actuator in accordance with the operating state of the engine, complicated control logic is indispensable, and countermeasures have been eagerly desired.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ガイドを駆動するアクチュエータを不要にしてコストの低廉化を図り、かつ複雑な制御ロジックを不要にす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にある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to eliminate the need for an actuator that drives a guide, thereby reducing the cost and making a complicated control logic unnecessary. It is to provide a variable capacity turbocharger.
上記目的を達成するため、本発明では、エンジンの吸気通路に設けられたロータの回転に基づいて圧縮される空気の流量を空気の流れ方向に対し開閉動作可能なガイドの開度によって可変とする可変容量ターボチャージャを前提とする。更に、上記吸気通路上に空気の流れ方向に対し略直交する方向から突出する回動自在な軸に上記ガイドを固定する。そして、上記軸に、上記ガイドを全閉側に付勢する一方、空気の流量が増加するに従いその空気の増加量との均衡を取りながら上記ガイドを全閉側への付勢力に抗して全開位置まで動作させる付勢手段を設けている。 In order to achieve the above object, according to the present invention, the flow rate of air compressed based on the rotation of a rotor provided in an intake passage of an engine is variable depending on the opening of a guide that can be opened and closed in the air flow direction. A variable capacity turbocharger is assumed. Further, the guide is fixed to a rotatable shaft protruding from a direction substantially perpendicular to the air flow direction on the intake passage. The shaft is urged against the fully closed side while the guide is against the urging force toward the fully closed side while balancing the increased amount of air as the air flow rate increases. Biasing means is provided for operating to the fully open position.
この特定事項により、付勢手段によって全閉側に付勢されたガイドは、空気の流量が増加するに従いその空気の増加量との均衡を取りながら全閉側への付勢力に抗して全開位置まで動作するので、空気の流体力によってガイドに発生する力、つまり空気の概略流量の2乗に応じた力(ガイドを開放させようとする力)と、付勢手段の付勢力とが釣り合った位置で、ガイドの開度が決定されることになる。つまり、空気の流量が少なければ、ガイドの開度が小さくなり、サージングが生じる限界の流量であるサージ流量が低減する一方、空気の流量が多ければ、ガイドの開度が大きくなり、ガイドによる影響をほとんど受けることがない。 Due to this specific matter, the guide urged to the fully closed side by the urging means is fully opened against the urging force to the fully closed side while balancing the increased amount of air as the air flow rate increases. Since it moves to the position, the force generated in the guide by the fluid force of air, that is, the force corresponding to the square of the approximate air flow rate (force to open the guide) and the biasing force of the biasing means are balanced. At this position, the opening of the guide is determined. In other words, if the air flow rate is small, the opening of the guide will be small, and the surge flow rate, which is the critical flow rate at which surging will occur, will be reduced. Is hardly received.
これにより、ガイドの開度が空気の流量に応じて最適に設定されることになり、ガイドを動作させるアクチュエータが不要となってコストの低廉化を図ることが可能となる上、複雑な制御ロジックも不要となって可変容量ターボチャージャのシステムのシンプル化を図ることが可能となる。 As a result, the opening degree of the guide is optimally set according to the air flow rate, an actuator for operating the guide is not required, and the cost can be reduced. This also eliminates the need for a variable capacity turbocharger system.
特に、上記軸に対する上記ガイドの取り付けを特定するものとして、以下の構成が掲げられる。つまり、上記ガイドを、上記軸に対し空気の流れ方向から見て非対称となるように取り付けている。 In particular, the following configurations are listed as specifying the attachment of the guide to the shaft. That is, the guide is attached so as to be asymmetric with respect to the shaft when viewed from the air flow direction.
この特定事項により、空気がガイドに吹き付けられると、軸に対し空気の流れ方向から見て非対称となるガイドの大面積部位に空気の流れが作用して、ガイドが軸を支点にして風見鶏のように開放側に動作し易いものとなる。このため、空気の流量に応じてガイドが円滑に開放側に動作し、ガイドを精度よく開放させることが可能となる。 Due to this specific matter, when air is blown onto the guide, the air flow acts on a large area of the guide that is asymmetrical with respect to the shaft when viewed from the air flow direction, and the guide acts like a weathercock with the shaft as a fulcrum. It is easy to operate on the open side. For this reason, the guide smoothly moves to the open side according to the air flow rate, and the guide can be opened with high accuracy.
特に、ガイドの取付位置を特定するものとして、以下の構成が掲げられる。つまり、上記ガイドを上記ロータよりも空気の流れ方向上流側に設けている。 In particular, the following configuration is listed as one for specifying the mounting position of the guide. That is, the guide is provided upstream of the rotor in the air flow direction.
この特定事項により、空気の流量が少ない場合には、ガイドの開度が小さくなり、強い入口旋回流を発生させて、サージ流量を低減させることが可能となる。そして、空気の流量が増加すると、付勢手段の付勢力と釣り合った位置でガイドの開度が決定され、その開度に応じてサージ流量を変化させることが可能となる。一方、空気の流量が多い場合には、ガイドの開度が大きくなり、入口旋回流を発生させることがなくなって、ガイドによる影響をほとんど受けることがなく、ガイドを備えない通常のターボチャージャと同等の性能を発揮することが可能となる。 Due to this specific matter, when the air flow rate is small, the opening of the guide becomes small, and a strong inlet swirl flow is generated, so that the surge flow rate can be reduced. When the air flow rate increases, the opening degree of the guide is determined at a position balanced with the urging force of the urging means, and the surge flow rate can be changed according to the opening degree. On the other hand, when the flow rate of air is large, the opening of the guide is increased, and no inlet swirl flow is generated, which is hardly affected by the guide and is equivalent to a normal turbocharger without a guide. It becomes possible to demonstrate the performance of.
これに対し、上記ガイドを上記ロータからこれよりも空気の流れ方向下流側のスクロール部に通じる環状通路に設けている場合には、空気の流量が少ないと、ガイドの開度が小さくなり、サージ流量を低減させることが可能となる。そして、空気の流量が増加すると、付勢手段の付勢力と釣り合った位置でガイドの開度が決定され、その開度に応じてサージ流量を変化させることが可能となる。一方、空気の流量が多い場合には、ガイドの開度が大きくなり、ガイドによる影響をほとんど受けることがなく、チョーク流量が確保されて、ガイドを備えない通常のターボチャージャと同等の性能を発揮することが可能となる。 On the other hand, when the guide is provided in the annular passage that leads from the rotor to the scroll portion on the downstream side in the air flow direction, if the air flow rate is small, the opening of the guide becomes small and the surge The flow rate can be reduced. When the air flow rate increases, the opening degree of the guide is determined at a position balanced with the urging force of the urging means, and the surge flow rate can be changed according to the opening degree. On the other hand, when the air flow rate is high, the opening of the guide becomes large, and it is hardly affected by the guide, and the choke flow rate is secured and the performance equivalent to that of a normal turbocharger without a guide is demonstrated. It becomes possible to do.
以上、要するに、空気の流量の増加に従いその空気の増加量との均衡を取りながらガイドを全閉側への付勢力に抗して全開位置まで動作させることで、空気の流体力によってガイドに発生する、ガイドを開放させようとする力と、付勢手段の付勢力とが釣り合った位置で、ガイドの開度を決定している。このため、空気の流量が少ないときにガイドの開度が小さくなってサージ流量を低減させる一方、空気の流量が多いときにガイドの開度が大きくなってガイドによる影響をほとんど受けることがない。これにより、空気の流量に応じてガイドの開度を最適に設定でき、ガイドを動作させるアクチュエータを不要にしてコストの低廉化を図ることができる上、複雑な制御ロジックも不要にして可変容量ターボチャージャのシステムのシンプル化を図ることができる。 In short, the guide is generated by the fluid force of air by operating the guide to the fully open position against the urging force toward the fully closed side while balancing with the increased amount of air as the air flow rate increases. The opening of the guide is determined at a position where the force for opening the guide and the biasing force of the biasing means are balanced. For this reason, when the flow rate of air is small, the opening degree of the guide is reduced and the surge flow rate is reduced. On the other hand, when the air flow rate is high, the opening degree of the guide is increased and is hardly affected by the guide. As a result, the opening of the guide can be set optimally according to the air flow rate, the actuator for operating the guide can be eliminated, the cost can be reduced, and the variable capacity turbo can be eliminated without complicated control logic. The charger system can be simplified.
本発明に係る可変容量ターボチャージャの実施の形態を図面に基づいて説明する。 An embodiment of a variable capacity turbocharger according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の実施例1に係る可変容量ターボチャージャの断面を示している。 FIG. 1 shows a cross section of a variable capacity turbocharger according to a first embodiment of the present invention.
この可変容量ターボチャージャ1のコンプレッサハウジング10には、コンプレッサ導入口11aが開口するコンプレッサ導入管11(吸気通路)、コンプレッサ排出口12、リング状のコンプレッサ側スクロール13が設けられている。このコンプレッサ側スクロール13は、コンプレッサ排出口12に隣接する位置からコンプレッサハウジング10の外周に沿って延びて、コンプレッサ排出口12に連通している。そして、コンプレッサ側スクロール13は、コンプレッサ排出口12に近づくにつれて断面積を徐々に拡大するように構成されている。
The
コンプレッサハウジング10に隣接するベアリングハウジング20の外周には、潤滑油導入口31が形成されている。潤滑油導入口31は、軸方向に形成された油路35を介して枝油路35a,35b,35cに通じており、図示しないオイルポンプから供給される潤滑油をシャフト36とこのシャフト36を支持する軸受36a,36b,36c,36d,36eの摺動面に供給している。この摺動面に供給された潤滑油は、ベアリングハウジング20の内部に形成された空間37を介して潤滑油排出口37aから排出される。38は可変容量ターボチャージャ1を冷却するための冷却水通路であり、39はプレートシールである。なお、20aは、ベアリングハウジング20に設けられる各部位を成形するために分割したベアリングハウジング20の一片である。
A lubricant introduction port 31 is formed on the outer periphery of the bearing
ベアリングハウジング20に隣接するタービンハウジング30には、排気ガス導入口34と排気ガス排出口32が形成されている。また、タービンハウジング30には、リング状のタービン側スクロール33が設けられている。このタービン側スクロール33は、排気ガス導入口34に隣接する位置からタービンハウジング30の外周に沿って延びて、排気ガス排出口32に連通している。そして、タービン側スクロール33は、排気ガス導入口34に近づくにつれて断面積を徐々に縮小するように構成されている。
An
そして、ベアリングハウジング20の軸受36a,36b,36c,36d,36eに支持されたシャフト36には、コンプレッサハウジング10側の端部においてボルト41とナット42によってコンプレッサロータ43(ロータ)が回転一体に取付けられている一方、タービンハウジング30側の端部においてタービンロータ44が回転一体に取付けられている。コンプレッサロータ43とタービンロータ44には、それぞれ径方向に延在するコンプレッサ側ブレード45とタービン側ブレード46とが取り付けられており、タービンロータ44を回転させることによってコンプレッサロータ43が一体に回転するようになっている。そして、コンプレッサハウジング10のコンプレッサ側ブレード45の空気の流れ方向下流側には、コンプレッサ側スクロール13に通じるコンプレッサ側環状通路14(環状通路)が設けられている。
A compressor rotor 43 (rotor) is rotatably and integrally attached to the
また、コンプレッサハウジング10のコンプレッサ排出口12は、吸気下流管51を介してエンジンEの吸気マニホールド52に連通している。一方、タービンハウジング30の排気ガス導入口34は、排気上流管53を介してエンジンEの排気マニホールド54に連通している。そして、コンプレッサハウジング10のコンプレッサ導入口11aには、図示しないエアクリーナを介した吸気上流管からの空気が導入され、このコンプレッサ導入口11aより導入された空気がコンプレッサ導入管11からコンプレッサ側環状通路14およびコンプレッサ側スクロール13を経てコンプレッサ排出口12に導かれ、このコンプレッサ排出口12より吸気下流管51および吸気マニホールド52を介してエンジンEに導かれる。この場合、吸気上流管、コンプレッサハウジング10のコンプレッサ導入管11、コンプレッサ側環状通路14およびコンプレッサ側スクロール13、吸気下流管によって、吸気通路が構成されている。
The
そして、図2および図3に示すように、コンプレッサ側ブレード45よりも空気の流れ方向上流側に位置するコンプレッサ導入管11には、空気の流れ方向に対し開閉動作可能なガイドとしての4枚の扇状の羽根61,61,…が設けられている。この各羽根61は、断面円環状を呈するコンプレッサ導入管11をその空気の流れ方向に対し略直交する面上において閉塞するように配されている。また、各羽根61は、コンプレッサ導入管11の軸芯回りに90°毎に分割され、コンプレッサ導入管11上に空気の流れ方向に対し略直交する方向つまりコンプレッサ導入管11の外周面から軸芯に向かって突出する回動自在な軸62,62,…にそれぞれ固定されている。この各軸62は、コンプレッサ導入管11の外周面上において周方向へ所定間隔隔てた位置(90°隔てた位置)に設けられている。また、コンプレッサ導入管11の軸芯上には、軸芯部材63がステー64,64,…(図3に表れる)により固定され、この軸芯部材63に対し各軸62の内方端がそれぞれ回動自在に支持されている。一方、各軸62の半径方向外方端は、コンプレッサ導入管11にそれぞれ回動自在に支持されている。この各軸62の半径方向外方端には、付勢手段としてのコイルスプリング65,65,…が巻掛けられ、この各コイルスプリング65によって各軸62が羽根61を閉塞する方向にそれぞれ個別に付勢されている。そして、各羽根61は、コンプレッサ導入口11aより導入される空気の流量が全くない場合(エンジンEの停止時)に各コイルスプリング65の付勢力によって全閉位置(図2に示す位置)まで軸62を介して動作するようになっている一方、コンプレッサ導入口11aより導入される空気の流量が増加すると、その増加する空気の増加量との均衡を取りながら各コイルスプリング65による全閉側への付勢力に抗して全開位置(図3に示す位置)まで軸62を介して動作するようになっている。また、各羽根61は、全閉位置まで動作している状態で、各軸62に対し空気の流れ方向から見て非対称となるように取り付けられている。具体的には、各軸62は、全開位置まで動作した状態での各羽根61に対する空気の流通方向上流側寄りとなるように、各羽根61の周方向一側端(図2で示す上側の羽根61では左側の端)より周方向他側(図2で示す上側の羽根61では右側)へ略20°位相させた位置に取り付けられ、各羽根61が軸62よりも周方向一側(全開位置で空気の流通方向上流側)の小面積部位61aと各羽根61の軸62よりも周方向他側(全開位置で空気の流通方向下流側)の大面積部位61bとにそれぞれ区画されている。この場合、各羽根61は、図示しないストッパによって、全閉位置と全開位置とに位置決めされ、この両位置間においてコンプレッサ導入口11aより導入される空気の流量に応じた開度に設定、要するに、図4の(a)および(b)に示すように、空気の流体力によって各羽根61に作用する力(モーメント)、つまりコンプレッサー導入口11aからの空気の概略流量の2乗に応じた力(各羽根61を開放させようとする力)と、各コイルスプリング65の付勢力とが釣り合った位置での開度に設定されることになる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
次に、可変容量ターボチャージャ1の作動について説明する。
Next, the operation of the
排気ガス導入口34から導入された排気ガスは、タービンハウジング30内部のスクロール33に導かれ、タービンロータ44を回転させて排気ガス排出口32から排出される。タービンロータ44の回転はシャフト36を介してコンプレッサロータ43に伝達され、コンプレッサロータ43はコンプレッサー導入口11aに導いた吸気(空気)を圧縮してコンプレッサー排出口12から吸気下流管51および吸気マニホールド52を介してエンジンEへ高い密度の吸気を導いている。このとき、コンプレッサ側ブレード45よりも空気の流れ方向上流側に位置するコンプレッサ導入管11において各コイルスプリング65によって全閉側に軸62を介して付勢された各羽根61は、空気の流量が増加するに従いその空気の増加量との均衡を取りながら全閉側への各コイルスプリング65の付勢力に抗して全開位置側に動作することになる。
The exhaust gas introduced from the
そして、排気ガス流量の少ない低速域においては、タービンロータ44の回転が少ないためにシャフト36を介したコンプレッサロータ43の回転も少なくなり、コンプレッサロータ43により導かれるコンプレッサ導入口11aからの空気の流量も少なくなる。このとき、コイルスプリング65によって全閉側に付勢されている各羽根61は、空気の流量が少ないためにその少ない空気の流量との均衡を取りながら全閉側への付勢力に抗して全開位置側へ僅かに動作し、僅かな開度に設定される。このため、各羽根61同士の間の僅かな隙間を通る空気によって強い入口旋回流が発生する。
In the low speed range where the exhaust gas flow rate is small, the rotation of the
一方、排気ガス流量の多い高速域においては、タービンロータ44の回転が多くなるためにシャフト36を介したコンプレッサロータ43の回転も多くなり、コンプレッサロータ43により導かれるコンプレッサ導入口11aからの空気の流量も増加する。このとき、コイルスプリング65によって全閉側に付勢されている各羽根61は、空気の流量が増加するためにその増加した空気の流量との均衡を取りながら全閉側への付勢力に抗して全開位置側へ大きく動作し、大きな開度に設定される。このため、大きな開度に設定された各羽根61同士の間を支障なく通過する空気によって入口旋回流が発生しない。
On the other hand, in the high speed region where the exhaust gas flow rate is large, the rotation of the
このように、コイルスプリング65によって全閉側に付勢された各羽根61は、空気の流量が増加するに従いその空気の増加量との均衡を取りながら全閉側への付勢力に抗して全開位置側まで動作するので、空気の流体力によって各羽根61に作用する力、つまり空気の概略流量の2乗に応じた力(各羽根61を開放させようとする力)と、コイルスプリング65の付勢力とが釣り合った位置で、各羽根61の開度が決定されることになる。要するに、空気の流量が少なければ、各羽根61の開度が小さくなり、強い入口旋回流を発生させて、サージングが生じる限界の流量であるサージング流量が低減する。そして、空気の流量が増加すると、コイルスプリング65の付勢力と釣り合った位置で各羽根61の開度が決定され、その開度に応じてサージ流量が変化する。一方、空気の流量が多ければ、各羽根61の開度が大きくなり、入口旋回流を発生させることがなくなって、各羽根61による影響をほとんど受けることがなく、コンプレッサロータ43よりも空気の流れ方向上流側に各羽根61を備えない通常のターボチャージャと同等の性能を発揮する。
Thus, each
これにより、各羽根61の開度が空気の流量に応じて最適に設定されることになり、各羽根61を動作させるアクチュエータが不要となってコストの低廉化を図ることができる上、複雑な制御ロジックも不要となって可変容量ターボチャージャ1のシステムのシンプル化を図ることができる。
Thereby, the opening degree of each
しかも、各軸62は各羽根61に対しその周方向一側端より周方向他側へ略20°位相させた位置に取り付けられ、各羽根61を軸62よりも周方向一側の小面積部位61aと周方向他側の大面積部位61bとにそれぞれ区画しているので、コンプレッサ導入口11aからの空気が各羽根61に吹き付けられると、各羽根61の大面積部位61bに空気の流れが作用して、各羽根61が軸62を支点にして風見鶏のように開放側に動作し易いものとなる。このため、空気の流量に応じて各羽根61が円滑に開放側に動作し、各羽根61を精度よく開放させることができる。
In addition, each
次に、本発明の実施例2を図5ないし図7に基づいて説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
この実施例では、ガイドの取付位置および構成を変更している。なお、ガイドを除くその他の構成は、上記実施例1と同じであり、同一の部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。 In this embodiment, the guide mounting position and configuration are changed. In addition, the structure other than a guide is the same as that of the said Example 1, The same code | symbol is attached | subjected about the same part and the detailed description is abbreviate | omitted.
すなわち、本実施例では、コンプレッサ側ブレード45よりも空気の流れ方向下流側にガイドとしての複数のディフューザベーン71,71,…を設けている。この各ディフューザベーン71は、吸気通路としての円環形状を呈するコンプレッサ側環状通路14の周方向所定間隔おきに配されている。また、各ディフューザベーン71は、コンプレッサ側環状通路14の周方向所定間隔おきに設けられた回動自在な軸72,72,…にそれぞれ固定されている。この各軸72は、コンプレッサ側環状通路14においてコンプレッサ導入管11の軸芯側から外周方向に流れる空気の流れ方向に対し略直交する方向つまりコンプレッサ導入管11の軸芯と略平行に延びてコンプレッサ側環状通路14を貫通し、その両端がコンプレッサハウジング10およびベアリングハウジング20にそれぞれ回動自在に支持されている。また、各軸72のコンプレッサハウジング10側端(図5では左端)には、付勢手段としてのコイルスプリング73,73,…が巻掛けられ、この各コイルスプリング73によって各ディフューザベーン71を閉塞する方向にそれぞれ個別に付勢している。そして、各ディフューザベーン71は、図6に示すように、コンプレッサ導入口11aより導入される空気の流量が全くない場合(エンジンEの停止時)に各コイルスプリング73の付勢力によって全閉位置(図6に示す位置)まで軸72を介して動作するようになっている一方、図7に示すように、コンプレッサ導入口11aより導入される空気の流量が増加すると、その増加に従い空気の増加量との均衡を取りながら各コイルスプリング73による全閉側への付勢力に抗して全開位置(図7に示す位置)まで軸72を介して動作するようになっている。また、各ディフューザベーン71は、全閉位置まで動作している状態で、各軸72に対し空気の流れ方向から見て非対称となるように取り付けられている。具体的には、各軸72は、コンプレッサ側環状通路14において各ディフューザベーン71が全開位置まで動作した状態での空気の流通方向上流側寄り(コンプレッサロータ43側寄り)に取り付けられ、各ディフューザベーン71の軸72よりも空気の流通方向上流側(コンプレッサロータ43側)の小面積部位71aと各ディフューザベーン71の軸72よりも空気の流通方向下流側(コンプレッサ排出口12側)の大面積部位71bとに各ディフューザベーン71をそれぞれ区画している。この場合、各ディフューザベーン71は、図示しないストッパによって、全閉位置と全開位置とに位置決めされ、この両位置間においてコンプレッサ導入口11aより導入される空気の流量に応じた開度、要するに、空気の流体力によって各ディフューザベーン71に作用する力、つまりコンプレッサー導入口11aからの空気の概略流量の2乗に応じた力(各ディフューザベーン71を開放させようとする力)と、各コイルスプリング73の付勢力とが釣り合った位置での開度に設定されることになる。
That is, in this embodiment, a plurality of
次に、可変容量ターボチャージャ1の作動について説明する。
Next, the operation of the
コンプレッサー導入口11aからの吸気(空気)がタービンロータ44のコンプレッサ側ブレード45により圧縮されてコンプレッサ側環状通路14に導入されると、このコンプレッサ側環状通路14において各コイルスプリング73によって全閉側に軸72を介して付勢された各ディフューザベーン71は、空気の流量が増加するに従いその空気の増加量との均衡を取りながら全閉側への各コイルスプリング73の付勢力に抗して全開位置側に動作することになる。
When the intake air (air) from the
そして、排気ガス流量の少ない低速域においては、タービンロータ44の回転が少ないためにシャフト36を介したコンプレッサロータ43の回転も少なくなり、コンプレッサロータ43のコンプレッサ側ブレード45により圧縮される空気の流量も少なくなる。このため、コイルスプリング73によって全閉側に付勢されている各ディフューザベーン71は、空気の流量が少ないためにその少ない空気の流量との均衡を取りながら全閉側への付勢力に抗して全開位置側へ僅かに動作し、僅かな開度に設定される。このとき、コンプレッサ排出口12の流れ角とディフューザベーン71の角度が一致するため、サージ流量を低減させている。
In the low speed region where the exhaust gas flow rate is small, the rotation of the
一方、排気ガス流量の多い高速域においては、タービンロータ44の回転が多くなるためにシャフト36を介したコンプレッサロータ43の回転も多くなり、コンプレッサロータ43のコンプレッサ側ブレード45により圧縮される空気の流量も増加する。このとき、コイルスプリング73によって全閉側に付勢されている各ディフューザベーン71は、空気の流量が増加するためにその増加した空気の流量との均衡を取りながら全閉側への付勢力に抗して全開位置側へ大きく動作し、大きな開度に設定される。このため、大きな開度に設定された各ディフューザベーン71,71同士の間を空気が支障なく通過してチョーク流量が確保され、各ディフューザベーン71を備えない通常のターボチャージャと同等の性能を発揮する。
On the other hand, in the high speed region where the exhaust gas flow rate is large, the rotation of the
このように、コイルスプリング73によって全閉側に付勢された各ディフューザベーン71は、空気の流量が増加するに従いその空気の増加量との均衡を取りながら全閉側への付勢力に抗して全開位置側まで動作するので、空気の流体力によって各ディフューザベーン71に作用する力、つまり空気の概略流量の2乗に応じた力(各ディフューザベーン71を開放させようとする力)と、コイルスプリング73の付勢力とが釣り合った位置で、各ディフューザベーン71の開度が決定されることになる。要するに、空気の流量が少なければ、各ディフューザベーン71の開度が小さくなり、サージ流量が低減する。そして、空気の流量が増加すると、コイルスプリング73の付勢力と釣り合った位置でガイドの開度が決定され、その開度に応じてサージ流量が変化する。一方、空気の流量が多ければ、各ディフューザベーン71の開度が大きくなり、各ディフューザベーン71による影響をほとんど受けることがなく、チョーク流量が確保されて、各ディフューザベーン71を備えない通常のターボチャージャと同等の性能を発揮する。
In this way, each
これにより、各ディフューザベーン71の開度が空気の流量に応じて最適に設定されることになり、各ディフューザベーン71を動作させるアクチュエータが不要となってコストの低廉化を図ることができる上、複雑な制御ロジックも不要となって可変容量ターボチャージャ1のシステムのシンプル化を図ることができる。
As a result, the opening degree of each
しかも、各軸72はコンプレッサ側環状通路14において各ディフューザベーン71が全開位置まで動作した状態での空気の流通方向上流側寄り(コンプレッサロータ43側寄り)に取り付けられ、各ディフューザベーン71の軸72よりも空気の流通方向上流側の小面積部位71aと各ディフューザベーン71の軸72よりも空気の流通方向下流側の大面積部位71bとに各ディフューザベーン71をそれぞれ区画しているので、コンプレッサロータ43のコンプレッサ側ブレード45により圧縮された空気が各ディフューザベーン71に吹き付けられると、各ディフューザベーン71の大面積部位71bに空気の流れが作用して、各ディフューザベーン71が軸72を支点にして風見鶏のように開放側に動作し易いものとなる。このため、空気の流量に応じて各ディフューザベーン71が円滑に開放側に動作し、各ディフューザベーン71を精度よく開放させることができる。
In addition, each
なお、本発明は、上記各実施例に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している、例えば、上記実施例1では、ガイドとして、コンプレッサ導入管11の軸芯回りに90°毎に分割した4枚の扇状の羽根61,61,…を適用したが、コンプレッサ導入管の軸芯回りに所定角度毎に分割した複数枚の扇状の羽根が適用されていてもよい。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes other various modifications. For example, in the first embodiment, 90 around the axis of the
また、上記実施例1では、各軸62を各羽根61に対しその周方向一側端より周方向他側へ略20°位相させた位置に取り付けたが、各軸の各羽根に対する取付位置は各羽根の周方向一側端より周方向他側へ略20°位相させた位置に限定されるものではなく、各軸は各羽根に対しその周方向中央位置よりも空気の流通方向上流側となる周方向一側へ位相させた位置に取り付けられていればよい。
In the first embodiment, each
更に、上記各実施例では、軸62,72の端部にそれぞれ個別に設けたコイルスプリング65,73によって羽根61、ディフューザベーン71をそれぞれ軸を介して個別に付勢するようにしたが、リンクやアームの一端を各羽根または各ディフューザベーンの軸にそれぞれ連結し、そのリンクやアームの他端に各羽根または各ディフューザベーンを全閉側に付勢する単一もしくは各羽根または各ディフューザベーンの個数よりも少ない複数の付勢手段に連結されていてもよい。つまり、付勢手段の個数は、各羽根または各ディフューザベーンの軸の個数に必ずしも一致させる必要がない。
Further, in each of the above embodiments, the
1 可変容量ターボチャージャ
10 コンプレッサハウジング
11 コンプレッサ導入管(吸気通路)
13 コンプレッサ側スクロール(スクロール)
14 コンプレッサ側環状通路(吸気通路、環状通路)
43 コンプレッサロータ(ロータ)
61 羽根(ガイド)
62 軸
65 コイルスプリング(付勢手段)
71 ディフューザベーン(ガイド)
72 軸
73 コイルスプリング(付勢手段)
E エンジン
1
13 Compressor side scroll (scroll)
14 Compressor-side annular passage (intake passage, annular passage)
43 Compressor rotor (rotor)
61 Feather (Guide)
62
71 Diffuser vane (guide)
72
E engine
Claims (4)
上記ガイドは、上記吸気通路上に空気の流れ方向に対し略直交する方向から突出する回動自在な軸に固定されており、
上記軸には、上記ガイドを全閉側に付勢する一方、空気の流量が増加するに従いその空気の増加量との均衡を取りながら上記ガイドを全閉側への付勢力に抗して全開位置まで動作させる付勢手段が設けられていることを特徴とする可変容量ターボチャージャ。 In a variable capacity turbocharger in which the flow rate of air compressed based on rotation of a rotor provided in an intake passage of an engine is variable depending on the opening degree of a guide that can be opened and closed with respect to the air flow direction.
The guide is fixed to a rotatable shaft that protrudes from a direction substantially orthogonal to the air flow direction on the intake passage,
The shaft urges the guide toward the fully closed side, while the guide is fully opened against the urging force toward the fully closed side while balancing the amount of increase in the air as the air flow rate increases. A variable-capacity turbocharger characterized in that an urging means for operating to a position is provided.
上記ガイドは、上記軸に対し空気の流れ方向から見て非対称となるように取り付けられていることを特徴とする可変容量ターボチャージャ。 The variable capacity turbocharger according to claim 1,
The variable capacity turbocharger, wherein the guide is attached to the shaft so as to be asymmetrical when viewed from the air flow direction.
上記ガイドは、上記ロータよりも空気の流れ方向上流側に設けられていることを特徴する可変容量ターボチャージャ。 In the variable capacity turbocharger according to claim 1 or 2,
The variable capacity turbocharger, wherein the guide is provided upstream of the rotor in the air flow direction.
上記ガイドは、上記ロータからこれよりも空気の流れ方向下流側のスクロールに通じる環状通路に設けられていることを特徴する可変容量ターボチャージャ。 In the variable capacity turbocharger according to claim 1 or 2,
The variable capacity turbocharger, wherein the guide is provided in an annular passage that leads from the rotor to a scroll downstream in the air flow direction.
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JP2008237957A JP2010071140A (en) | 2008-09-17 | 2008-09-17 | Variable displacement turbocharger |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013073052A1 (en) | 2011-11-18 | 2013-05-23 | トヨタ自動車株式会社 | Supercharger-equipped internal combustion engine |
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