JP2017180268A - 可変ノズルターボチャージャおよびそれを備えた排気ガス処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】収容室のデポジットを確実に除去することができる可変ノズルターボチャージャを提供する。【解決手段】可変ノズルユニット７は、複数の可動のノズルベーン１３を回動させて可変ノズル１９の開度を変更するアクチュエータ２０を有し、可変ノズルターボチャージャ１は、スクロール通路５ａから収容室５２へ通じて可変ノズル１９の上流の排気ガスを収容室５２へ導くことが可能な常時開放型の第一通路５０と、第一ノズルプレート１１に形成され、収容室５２から可変ノズル１９の下流の排気通路へ通じて収容室５２の排気ガスを可変ノズル１９の下流へ導く第二通路５１と、を備え、可変ノズル１９の開度変更動作に伴い第二通路５１を開閉することが可能な開閉部材としての可動のノズルベーン１３を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、可変ノズルターボチャージャに関し、より特定的には、デポジットの発生を抑制できる可変ノズルターボチャージャおよびそれを備えた排気ガス処理システムに関するものである。

従来の可変ノズルターボチャージャは、たとえば、特開２０１３−０９６３５５号公報（特許文献１）に開示されている。

特開２０１３−０９６３５５号公報

特許文献１には、排気ガスの流れる流路と、可変ノズル機構を駆動するリンク機構の収容室を備える、可変ノズルターボチャージャが開示されている。排気ガスの流路とリンク機構の収容室との間はノズルプレートで遮断されるが、ノズルプレートの一部に排気ガス流路から収容室への排気ガスの流入を許容する貫通孔が形成されている。さらに、ノズルプレートのリンク機構側には、可変ノズルの動作と同期して、貫通孔を開放または閉塞するための開閉用プレートが設けられている。

上記特許文献１の構成では、貫通孔は、ノズルプレートのノズルベーンよりも上流側にのみ設けられている。この場合、開閉用プレートが開放側に動いて貫通孔が開くと、所定時間経過後には排気ガス流路と収容室の圧力差がなくなり、排気ガスの収容室への流入量は低下する。つまり、排気ガス流路と収容室の圧力差が大きくない場合には、収容室を十分に温度上昇させることができず、収容室のデポジットを除去できないという問題があった。

そこで、この発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、収容室のデポジットを十分に除去することが可能な、可変ノズルターボチャージャおよびそれを備えた排気ガス処理システムを提供することを目的とする。

この発明に従った、可変ノズルターボチャージャは、スクロール通路が形成されるタービンハウジングと、タービンハウジング内に配置されるタービンホイールと、スクロール通路とタービンホイールとの間の排気通路の通路面積を可変とする可変ノズル機構と、を備えた可変ノズルターボチャージャであって、可変ノズル機構は、排気通路に設けられた複数の可動ノズルベーンからなる可変ノズルと、可変ノズルが取り付けられ、かつスクロール通路側に位置する第一面と、第一面と反対側の第二面とを有するノズルプレートと、複数の可動ノズルベーンを回動させて可変ノズルの開度を変更する駆動部と、を有する。駆動部を構成する部材の少なくとも一部はノズルプレートの第二面側に設けられた収容室内に配置されている。可変ノズルターボチャージャは、スクロール通路から収容室へ通じて可変ノズルの上流の排気ガスを収容室へ導くことが可能な常時開放型の第一通路と、ノズルプレートに形成され、収容室から可変ノズルの下流の排気通路へ通じて収容室の排気ガスを可変ノズルの下流へ導く第二通路と、を備え、可変ノズルの開度変更動作に伴い第二通路を開閉することが可能な開閉部材を備える。

このように構成された可変ノズルターボチャージャは、可変ノズルの開度変更動作に伴い第二通路を開閉することが可能な開閉部材を備える。そのため、開閉部材が第二通路を必要な時にのみ開けて収容室に排気ガスを導入することができる。その結果、収容室内を高温にすることで収容室内のデポジットを除去することができる。

好ましくは、開閉部材は、複数の可動ノズルベーンのうち第二通路に近接配置される可動ノズルベーンに設けられた封止部である。

好ましくは、開閉部材は、排気通路の通路面積を最小とするように可変ノズルが閉じ側に動作した場合にのみ第二通路を開状態とする。

この発明に従った排気ガスの処理システムは、上記のいずれかの可変ノズルターボチャージャと、可変ノズルターボチャージャよりも下流に設けられて、排気ガス中の粒子状物質を除去する排気フィルタと、を備え、排気フィルタに堆積している粒子状物質を焼却する排気フィルタの再生時において、第二通路が開状態となるように可変ノズルが閉じ側に動作する。

このように構成された排気ガス処理システムでは、排気フィルタの再生時において、第二通路が開かれるように可変ノズルが閉じ側に制御される、高温の排気ガスが第一通路を経由して収容室に導入され、収容室から第二通路を経由して排出される。その結果、収容室内を高温にしてデポジットを除去することができる。

上記の構成によれば、収容室のデポジットを確実に除去することができる。

本発明の実施の形態に係る、可変ノズルターボチャージャおよびそれを備えた排気ガス処理システムの断面図である。 図１中のタービンハウジングを拡大して示す断面図である。 第一通路、収容室および第二通路中の排気ガスの流路を説明するために示す可変ノズルターボチャージャの断面図である。 図３中の矢印ＩＶで示す方向から見た第一ノズルプレート、可変ノズルおよびタービンホイールの正面図である。 可変ノズルにより第二通路が閉じられた可変ノズルターボチャージャの断面図である。 図５中の矢印ＶＩで示す方向から見た第一ノズルプレート、可変ノズルおよびタービンホイールの正面図である。 ノズルベーンの正面図である。 図７中の矢印ＶＩＩＩで示す方向から見たノズルベーンの側面図である。 可変ノズルの通常時の使用範囲とＰＭ再生時の使用範囲とを示すグラフである。

以下、本発明の各実施形態に係る可変ノズルターボチャージャおよびそれを備えた排気ガス処理システムについて図を参照して説明する。以下の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

まず、可変ノズルターボチャージャ１の全体構造について説明する。なお、本実施の形態では、車両に搭載されるエンジン（内燃機関）に取り付けられる可変ノズルターボチャージャ１を例にして説明する。

（可変ノズルターボチャージャ１の全体構成）
図１および図２に示すように、可変ノズルターボチャージャ１は、ロータ２２０およびハウジング２３０を備えている。ロータ２２０は、タービンホイール２、シャフト２２１、およびコンプレッサホイール３を備え、ハウジング２３０内に収容されている。後述する可変ノズルユニット７（具体的には、可変ノズル１９、支軸１４等）も、ハウジング２３０内に収容されている。

本実施の形態のハウジング２３０は、タービンハウジング５、コンプレッサハウジング６、およびセンタハウジング４を有している。センタハウジング４は、タービンハウジング５とコンプレッサハウジング６とを連結している。

フルバック型のタービンホイール２は、タービンハウジング５内に配置されている。タービンホイール２は、外周部に複数のタービンブレード２ａを有しており、これらのタービンブレード２ａは、エンジン３００（内燃機関）の排気通路上に位置している。コンプレッサホイール３は、コンプレッサハウジング６内に配置されている。コンプレッサホイール３は、外周部に複数のインペラ翼３ａを有しており、これらのインペラ翼３ａは、エンジン３００（内燃機関）の吸気通路上に位置している。

シャフト２２１は、センタハウジング４内に配置されている。シャフト２２１は、ラジアル軸受およびスラスト軸受によって、センタハウジング４に対して回転可能に支持されている。タービンホイール２は、シャフト２２１を介してコンプレッサホイール３に連結されており、タービンホイール２、シャフト２２１およびコンプレッサホイール３は、一体となって回転可能である。

タービンハウジング５には、スクロール通路としての渦巻状のスクロール通路５ａが形成されている。スクロール通路５ａには、排気通路としての環状の旋回通路５ｆが開口されている。旋回通路５ｆは、タービンホイール２のタービンブレード２ａに対向している。

スクロール通路５ａは、エンジン３００（内燃機関）の燃焼室から排出される排気ガスの排気通路上に位置している。スクロール通路５ａ内に流れ込んだ排気ガスは、旋回通路５ｆからタービンホイール２のタービンブレード２ａに吹き付けられることにより、タービンホイール２を回転させる。その後排気ガスは、タービンハウジング５の排気出口５ｂから矢印２６０で示す方向に排出される。排出された排気ガスは、ＤＰＦ（Diesel particulate filter）を含む排気ガス処理装置２５０へ送られる。

コンプレッサハウジング６には、渦巻状のコンプレッサ通路６ｂが形成されている。コンプレッサ通路６ｂには、環状の送出通路６ｆが開口されている。送出通路６ｆは、コンプレッサホイール３のインペラ翼３ａに対向している。コンプレッサ通路６ｂは、図示しない吸気通路を介して、内燃機関の燃焼室に連通している。コンプレッサホイール３は、タービンホイール２の回転に伴って一体的に回転される。コンプレッサホイール３は、コンプレッサハウジング６の吸気入口６ａから導入される吸気をインペラ翼３ａによって圧縮し、遠心作用によって送出通路６ｆへ送出する。送出通路６ｆ内へ放出された空気は、コンプレッサ通路６ｂを経由して内燃機関の燃焼室へ過給される。

（可変ノズルユニット７）
可変ノズルターボチャージャ１は、可変ノズル機構としての可変ノズルユニット７を備えている。可変ノズルユニット７は、排気通路の通路面積を可変とすることでスクロール通路５ａからタービンホイール２へ向けて旋回通路５ｆ内を流れる排気ガスの流量（タービンホイール２に吹き付けられる排気ガスの流量）を調整する。

具体的には、可変ノズルユニット７は、円環状の第一ノズルプレート１１と、円環状のユニソンリング２１と、複数（たとえば１２個）のノズルベーン１３を含む可変ノズル１９と、円環状の第二ノズルプレート１２と、アクチュエータ２０とを備えている。第一ノズルプレート１１は、旋回通路５ｆのセンタハウジング４側の側壁を構成している。第一ノズルプレート１１と第二ノズルプレート１２とは、複数（たとえば３個）の連結ピンによって、所定の間隔を形成するように連結されている。第二ノズルプレート１２は係合部１６によりタービンハウジング５に固定されている。

タービンハウジング５とセンタハウジング４との接合部分の外周部には、環状空間部としての収容室５２（図１）が形成されている。収容室５２と旋回通路５ｆとは、第一ノズルプレート１１により区画されている。

センタハウジング４の外周部に、フランジ状の側壁部４ａが形成されている。側壁部４ａは、収容室５２の側壁を構成している。側壁部４ａは、ボルト４ｃによりタービンハウジング５の外周部５ｃに固定されている。

可変ノズル１９を構成する複数の可動のノズルベーン１３は、それぞれ、第一ノズルプレート１１に対して周方向に等間隔で配置されている。可変ノズル１９は、支軸１４と、ノズルベーン１３と、支軸１５とを有している。ノズルベーン１３の左右両側には、支軸１４と支軸１５とが一直線上になるように固定されている。支軸１４は第一ノズルプレート１１を貫通する貫通孔に回動可能に設けられており、支軸１４のノズルベーン１３が固定された側と反対側の端部は第一ノズルプレート１１から突出する突出端部を構成している。ベーンアーム２９は、第一ノズルプレート１１のノズルベーン１３が設けられた側の面と反対側の面において、ノズルベーン１３を支持する支軸１４の突出端部に固定されている。従って、各ノズルベーン１３は、支軸１４を介して、ベーンアーム２９に固定的に連結されている。

支軸１４は、第一ノズルプレート１１を貫通して配置されている。支軸１４は、第一ノズルプレート１１に対して自転可能に支持されている。支軸１５は第二ノズルプレート１２の貫通孔に回動可能に挿入支持されている。可変ノズル１９を構成する複数のノズルベーン１３は、それぞれ、支軸１４及び支軸１５によって、第一ノズルプレート１１及び第二ノズルプレート１２に対して回動可能に支持されている。

ベーンアーム２９の先端部には、嵌合部２９ａが形成されている。ノズルベーン１３は、図１に示す旋回通路５ｆ内に、支軸１４を中心として回動可能に配置されている。複数のノズルベーン１３は、旋回通路５ｆの通路面積を可変とするように、開き側及び閉じ側に回動可能に配置されている。ベーンアーム２９は、図１に示す収容室５２内に、支軸１４の接続固定部を中心として回動可能に配置されている。

円環状のユニソンリング２１は、図１に示す収容室５２内に配置されている。ユニソンリング２１は、第一ノズルプレート１１と同心に配置されている。ユニソンリング２１は、第一ノズルプレート１１に対して、図１に示すセンタハウジング４の側壁部４ａ側に配置されている。即ち、ユニソンリング２１は図１に示す収容室５２内に配置されている。

第一ノズルプレート１１の収容室５２側には、保持ローラ（不図示）が配置されている。保持ローラは、ユニソンリング２１を回動可能に保持する。従って、ユニソンリング２１は、収容室５２内において、保持ローラを介して第一ノズルプレート１１に回動可能に保持されている。

図４に示すように、ユニソンリング２１には、ノズルベーン１３の数と同数のアーム嵌合溝５４が、周方向に等間隔で形成されている。アーム嵌合溝５４は、ユニソンリング２１の径方向に一直線状に形成されている。各アーム嵌合溝５４には、可変ノズル１９のベーンアーム２９の嵌合部２９ａが嵌め入れられている。可変ノズル１９のベーンアーム２９は、ユニソンリング２１のアーム嵌合溝５４と係合している。

図１に示すセンタハウジング４の側壁部４ａには、ユニソンリングを回転駆動するためのリンク機構２３が設けられている。リンク機構２３は、リンクロッド２４と、第一リンクピン２６と、リンクアーム２５と、第二リンクピン２７と、操作レバー２８とを有している。リンクロッド２４は、第一リンクピン２６の一端に固定されている。第一リンクピン２６の他端にはリンクアーム２５が固定されている。また、リンクアーム２５は第二リンクピン２７の一端に固定されている。そして、操作レバー２８の基端部は、第二リンクピン２７の他端に固定されている。

第二リンクピン２７は、センタハウジング４の側壁部４ａを貫通して配置されている。第二リンクピン２７は、側壁部４ａに対して回転可能に支持されている。リンクロッド２４と、第一リンクピン２６と、リンクアーム２５と、第二リンクピン２７の一部は、収容室５２外に配置されている。第二リンクピン２７の一部と、操作レバー２８は、環状の収容空間である収容室５２内に配置されている。操作レバー２８の先端部には、円形状の嵌合部２８ａが形成されている。操作レバー２８の嵌合部２８ａはユニソンリング２１の駆動アーム嵌合溝６３に係合される。第二リンクピン２７が回転することで、操作レバー２８は、第二リンクピン２７との固定部を中心に回動する。

リンクロッド２４には、動力源２２の出力部（図示省略）が連係されている。動力源２２は、たとえば電動モータ、電磁ソレノイド、エアシリンダなどである。本実施形態では、動力源２２の出力部と操作レバー２８の間にはリンク機構２３が設けられているが、動力源２２の出力部と操作レバー２８との間に、リンク機構及びギヤ機構からなる動力伝達機構を介装してもよい。

動力源２２は、制御部１００により駆動制御される。動力源２２には、その出力部の作動量を検出するアングルセンサなどの作動量検出手段が設けられている。制御部１００は、作動量検出手段の出力に基づいて、可変ノズル１９の開度（ノズルベーン１３の回転角）を算出する。

制御部１００により動力源２２が作動されると、リンクロッド２４が回動される。操作レバー２８は、リンクアーム２５とともに、第二リンクピン２７を中心にして回動する。操作レバー２８の回動に伴い、ユニソンリング２１が回動する。ユニソンリング２１の回動に伴い、ベーンアーム２９が回動して複数のノズルベーン１３が同期的に回動される。

図４に示すように、ユニソンリング２１には、１つの駆動アーム嵌合溝６３が形成されている。駆動アーム嵌合溝６３は、ユニソンリング２１の周方向に隣り合う１組のアーム嵌合溝５４の間に形成されている。

駆動アーム嵌合溝６３は、ユニソンリング２１の径方向に一直線状に形成されている。駆動アーム嵌合溝６３には、操作レバー２８の嵌合部２８ａが嵌め入れられている。操作レバー２８は、ユニソンリング２１の駆動アーム嵌合溝６３と係合している。

ユニソンリング２１が図６中の反時計回り方向（矢印Ｙ１参照）に回動すると、全てのノズルベーン１３は、支軸１４の軸線を中心にして図６中の反時計回り方向に回動される。このとき、隣り合うノズルベーン１３同士が、互いに離れる方向に移動する（図６参照）。ノズルベーン１３の移動に伴って、隣り合うノズルベーン１３間の、排気ガスの通路面積が大きくなる。このときのベーンアーム２９の支軸１４まわりの回動方向を、本明細書中では、開き側方向と称する。

ユニソンリング２１が図４中の時計回り方向（矢印Ｙ２参照）に回動すると、ノズルベーン１３は、支軸１４の軸線を中心にして図４中の時計回り方向に回動される。このとき、隣り合うノズルベーン１３同士が、互いに近づく方向に移動する（図４参照）。ノズルベーン１３の移動に伴って、隣り合うノズルベーン１３間の、排気ガスの通路面積が小さくなる。このときのベーンアーム２９の支軸１４まわりの回動方向を、本明細書中では、閉じ側方向と称する。

このように、ユニソンリング２１の回動に基づいて、可変ノズル１９の複数のノズルベーン１３が同期的に回動されることにより、可変ノズル１９の開度が調整される。複数のノズルベーン１３が、同期して開き側及び閉じ側に回動動作されることで、隣り合うノズルベーン１３の相互間に形成される排気ガスの通路面積が増減される。この可変ノズル１９の開度の調整によって、タービンホイール２に吹き付けられる排気ガスの流量ないし流速が調整される。

可変ノズルユニット７は、可変ノズル１９、ユニソンリング２１、第一ノズルプレート１１、第二ノズルプレート１２、リンク機構２３および動力源２２を含んで構成されている。ベーンアーム２９とユニソンリング２１、ユニソンリング２１と操作レバー２８、操作レバー２８と第二リンクピン２７、第二リンクピン２７とリンクアーム２５、リンクアーム２５と第一リンクピン２６、第一リンクピン２６とリンクロッド２４、リンクロッド２４と動力源２２の出力部は、それぞれ、動力源２２からベーンアーム２９までの動力伝達経路における、互いに連結し合う部材である。駆動部としてのアクチュエータ２０は、動力源２２、リンク機構２３、ユニソンリング２１、ベーンアーム２９を含む。ノズルベーン１３を駆動する駆動部としてのアクチュエータ２０の一部は収容室５２に収容されている。収容室５２に収容されるアクチュエータ２０の一部は、例えば、ユニソンリング２１、ベーンアーム２９、操作レバー２８、第二リンクピン２７の一端部などである。

タービンハウジング５と第一ノズルプレート１１との間には第一通路５０が設けられている。第一ノズルプレート１１には、貫通孔により構成される第二通路５１が設けられている。第一通路５０は、第二通路５１よりも上流側に設けられる。第一通路５０は第一ノズルプレート１１に設けられた貫通孔であってもよく、タービンハウジング５に設けられた切欠きであってもよい。

第一通路５０および第二通路５１は、排気ガスが通過することができる程度の大きさである。高温の排気ガスを第一通路５０から収容室５２へ導入することで、収容室５２内の堆積物（主としてカーボンを含むデポジット）を気化、消失させる。本実施形態における第一通路５０は、第一ノズルプレート１１の外周に設けられた切欠きである。

収容室５２内に流入した排気ガスは、第二通路５１からタービンホイール２の近傍の排気通路に再び流出させている。このように、収容室５２内を流通する排気ガスの流れを形成することで、スクロール通路５ａと収容室５２内との圧力差が小さくなることを抑制するとともに、第二通路５１から流出する排気ガスによりタービンホイール２を回転させることができる。

図４で示すように、複数のノズルベーン１３のうち、第二通路５１に隣接して配置されるノズルベーン１３は、先端部１３ｂ、後端部１３ａおよび封止部１３ｃを有する。図４のノズルベーン１３の位置は、あるノズルベーン１３の先端部１３ｂと、隣接するノズルベーン１３の後端部１３ａとが近接する、所謂、可変ノズル１９が閉じ側に動作した状態を示している。この状態のように、複数のノズルベーン１３の隣り合うノズルベーン１３同士の間の隙間が小さくなると、排気ガスが流れる排気通路の通路面積が小さくなる。

複数のノズルベーン１３の隣り合うノズルベーン１３同士の間の隙間が小さくなるように可変ノズル１９が動作するときに、ノズルベーン１３に設けられた開閉部材としての封止部１３ｃから第二通路５１が露出する。これにより第二通路５１から収容室５２内の排気ガスを排気通路に流出させることができる。ノズルベーン１３の開度にかかわらず、第一通路５０は常時開放されており、スクロール通路５ａと収容室５２とを連通している。なお、この実施の形態では、第一ノズルプレート１１の第一面１１ａ側において第二通路５１を封止する封止部１３ｃがノズルベーン１３に一体に設けられているが、第二面１１ｂ側においてノズルベーン１３とは別体の封止部が設けられるとしてもよい。このようにノズルベーン１３と別体の封止部を設けた場合であっても、封止部は、可変ノズル１９が閉じ側に動作するよう制御された時にのみ第二通路５１を開状態とするようノズルベーン１３に連動して動く。

図３で示すように、ノズルベーン１３の封止部１３ｃが第二通路５１を露出させている状態では、排気ガスは矢印２００で示すノズルベーン１３を経由する流れと、矢印２１１で示す収容室５２を経由する流れの２つの流れに分かれる。

複数のノズルベーン１３間の隙間が小さいため、ノズルベーン１３を経由する流れの抵抗が大きくなる。そのため、第一通路５０および第二通路５１が小径であったとしても、排気ガスは第一通路５０および第二通路５１内を流れることができる。

図５および図６で示すようにユニソンリング２１が図４で示す位置から回動するとユニソンリング２１に嵌合したベーンアーム２９およびベーンアーム２９に固定されたノズルベーン１３も支軸１４を中心として回動する。これにより、複数のノズルベーン１３間の隙間が大きくなる。

ノズルベーン１３が回動すると、ノズルベーン１３に設けられた封止部１３ｃが第二通路５１を封止する。これにより、第二通路５１を経由して排気ガスが流れることがない。

その結果、図５で示すようにすべての排気ガスはノズルベーン１３を経由して流れ、収容室５２へ排気ガスは流れない。複数のノズルベーン１３間の隙間が大きいので、図３および図４で示す状態よりもノズルベーン１３での圧力損失は小さくなる。

アクチュエータ２０の一部を収納する収容室５２へ排気ガスを導入して収容室５２を速やかに昇温させるために、第一通路５０および第二通路５１が設けられる。排気ガス流量を確保するため、好ましくは第一通路５０を２箇所以上に設置し、第二通路５１を二箇所以上配置する。

第一通路５０と第二通路５１との間で圧力差が発生するように配置する。常時開口している第一通路５０を可変ノズル１９より排気ガス流れの上流側に配置する。可変ノズル１９が閉じ側に動作する場合にのみ第二通路５１が開口するように、第二通路５１は可変ノズル１９の下流側に配置される。

可変ノズル１９が閉じ側に動作する場合、排気通路におけるノズルベーン１３の上流側（スクロール通路５ａ側）では圧力が上昇し、スクロール通路５ａに開口して設けられた第一通路５０の圧力も上昇する。一方、可変ノズル１９が閉じ側に動作すると第二通路５１が開かれるので、圧力の低い排気通路のノズルベーン１３よりも下流側と収容室５２とが連通する。これにより第二通路５１では圧力の低下及び吸出し効果が発生する。第一通路５０と第二通路５１との間に圧力差が生じるため、リンク機構の収容室５２を流れる排気ガスの流量が増大する。従って、高温の排気ガスを、効率的にリンク機構の収容室５２へ通過させることができる。このように高温の排気ガスが収容室５２内を流れるように第一通路５０と第二通路５１を形成しているので、収容室５２に堆積したデポジットを効率的に除去することができる。

すなわち、可変ノズルターボチャージャ１は、スクロール通路５ａが形成されるタービンハウジング５と、タービンハウジング５内に配置されるタービンホイール２と、スクロール通路５ａとタービンホイール２との間の排気通路の通路面積を可変とする可変ノズルユニット７と、を備えた可変ノズルターボチャージャ１であって、可変ノズルユニット７は、排気通路に設けられた複数の可動のノズルベーン１３からなる可変ノズル１９と、可変ノズル１９が取り付けられ、かつスクロール通路側５ａに位置する第一面１１ａと、第一面１１ａと反対側の第二面１１ｂとを有する第一ノズルプレート１１と、複数の可動のノズルベーン１３を回動させて可変ノズル１９の開度を変更するアクチュエータ２０と、を有し、アクチュエータ２０を構成する部材の少なくとも一部は第一ノズルプレート１１の第二面側１１ｂに設けられた収容室５２内に配置され、スクロール通路５ａから収容室５２へ通じて可変ノズル１９の上流の排気ガスを収容室５２へ導くことが可能な常時開放型の第一通路５０と、第一ノズルプレート１１に形成され、収容室５２から可変ノズル１９の下流の排気通路へ通じて収容室５２の排気ガスを可変ノズル１９の下流へ導く第二通路５１と、を備え、可変ノズルターボチャージャ１は、可変ノズル１９の開度変更動作に伴い第二通路５１を開閉することが可能な開閉部材としての可動のノズルベーン１３を備える。

（排気ガスの処理方法）
排気ガス処理システム５００は、エンジン３００からの排気ガスが供給される可変ノズルターボチャージャ１と、排気ガス処理装置２５０とを有する。排気ガス処理装置２５０は、上流側に位置する酸化触媒と、下流側に位置するＤＰＦ（Diesel Particulate filter）と、排気ガスの温度を検出するための排気温センサーと、排気ガスの圧力を検出するための排気圧センサーと、排気ガス中の燃料の濃度を検出するためのＡ／Ｆ（Air/Fuel）センサーとを有する。これらのセンサーで得られた排気ガスに関する情報は制御部１００へ送られる。制御部１００は、センサーで得られた情報を元にして、エンジン３００および動力源２２を制御することが可能である。

エンジン３００から排出された排気ガスは可変ノズルターボチャージャ１に導入されたのちに、排気ガス処理装置２５０に到達する。排気ガス処理装置２５０が酸化触媒を備えており、その触媒上流で燃料が添加された場合には、燃料が酸化触媒で酸化されて発熱する。この熱は下流のＤＰＦに伝わる。

可変ノズルターボチャージャとＤＰＦを備えるディーゼルエンジンにおいては、例えば、ＤＰＦで捕集したＰＭ（particulate matter）を燃焼させるＤＰＦの再生を行なう場合に、可変ノズル１９を閉じ側に動作させて排圧を増大させ、排気ガスを高温にすることが行なわれている。この実施の形態では、可変ノズル１９を閉じた状態でのみ第二通路５１が開くように構成しており、ＤＰＦの再生を行なう際に、収容室５２へ高温の排気ガスを流入させて、同時に収容室５２内のデポジットを除去することが可能となる。

通常使用される可変ノズル１９の位置では第二通路５１を閉じ、収容室５２を通過する排気ガス量を抑制する。このため、タービンの効率の低下を防ぐことが出来る。

ＤＰＦで捕集されたＰＭを燃焼させる際には、可変ノズル１９を閉じ側に動作させる。このため、排圧が増大して排気ガス温度が高温となる。なお、この時、可変ノズル１９は閉じ側に動作するので、第二通路５１は開かれた状態となる。

すなわち、排気ガス処理システム５００は、可変ノズルターボチャージャ１よりも下流に設けられて、排気ガス中の粒子状物質を除去する排気フィルタとしての排気ガス処理装置２５０を備え、排気ガス処理装置２５０に堆積している粒子状物質を焼却する排気フィルタの再生時において、第二通路５１が開かれるように可変ノズル１９が閉じ側に制御される。

具体的な制御例を示す。一般的なディーゼルエンジンでは一定期間ごとにＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼させる機会が存在する（以降、この機会を「ＰＭ再生」と呼称する）。

この場合、制御部１００は、可変ノズル１９の開度が最も小さくなるよう、可変ノズル１９を閉じ側に制御する。その結果、複数のノズルベーン１３間の隙間が最小となる。これにより、ノズルベーン１３間を排気ガスが流れるのが困難となり、ノズルベーン１３の上流側の圧力が高くなり、排気ガスの温度が高温となる。また、この可変ノズル１９の閉じ側への動作に伴って、第二通路５１は開口された状態となる。従って、高温の排気ガスが第一通路５０を介して収容室５２内に流入し、その後、排気ガスは収容室５２内から第二通路５１を介して収容室５２外へと流出することとなる。このため、収容室５２内が高温となり、収容室５２内に堆積しているデポジットが気化および酸化されて除去される。

以上の発明の実施の形態では、収容室５２内において、高温の排気ガスの流れを発生させることができる。高温の排気ガスの流れを収容室５２内で発生させることで収容室５２内を高温化することが可能となり、デポジットの効率的な除去が可能になる。

可変ノズル１９を構成するノズルベーン１３に一体に設けられた封止部１３ｃの形状を工夫することで、通常時は第二通路５１を閉塞状態としている。第二通路５１が閉塞状態となると、排気ガスの収容室５２内の流れを発生させないので、タービン効率の低下を防ぐことができる。ＰＭ再生を行う場合に第二通路５１が開状態となるように封止部１３ｃの形状を工夫している。ＰＭ再生では、エンジン３００の吸入空気量は比較的少ないことから、排気ガスがノズルベーン１３以外を流れることによるタービン効率の低下はさほど問題とならない。

図７および図８で示すように、変形例のノズルでは、封止部１３ｃが角型である。このように、封止部１３ｃは、いかなる形状でもよい。この実施の形態では先端部１３ｂから突出するように封止部１３ｃが設けられているが、これに限られず、先端部１３ｂを太くして封止部を構成してもよい。

図９で示すように、ＰＭ再生時には可変ノズル１９が閉じ側に動作して第一通路５０及び第二通路５１がともに開状態となる。ＰＭ再生時には排気ガスの温度が高くなるため、この高温の排気ガスが収容室５２内を流通することとなり、収容室５２内のデポジットを効率的に燃焼させることができる。

ＰＭ再生時には可変ノズル１９は閉じられていることが好ましい。しかしながら、最も閉じられた状態である必要は無い。可変ノズル１９の位置によって可変ノズル１９を経由する排気ガスの流れ抵抗は最大値から最小値まで変化し、抵抗が最大値の５０％以上となる可変ノズル１９の位置で可変ノズル１９が第二通路５１を開けて収容室５２に排気ガスを導くことが可能である。

以上、実施の形態について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、たとえば、車両に搭載される可変ノズルターボチャージャおよびそれを用いた排気ガス処理システムの分野において用いることができる。

１ 可変ノズルターボチャージャ、２ タービンホイール、２ａ タービンブレード、３ コンプレッサホイール、３ａ インペラ、４ センタハウジング、４ａ 側壁部、４ｃ ボルト、５ タービンハウジング、５ａ スクロール通路、５ｂ 排気出口、５ｃ 外周部、５ｆ 旋回通路、６ コンプレッサハウジング、６ａ 吸気入口、６ｂ コンプレッサ通路、６ｆ 送出通路、７ 可変ノズルユニット、１１ 第一ノズルプレート、１２ 第二ノズルプレート、１３ ノズルベーン、１３ａ 後端部、１３ｂ 先端部、１３ｃ 封止部、１４ 支軸、１９ 可変ノズル、２０ アクチュエータ、２１ ユニソンリング、２２ 動力源、２３ リンク機構、２４ リンクロッド、２５ リンクアーム、２６ 第一リンクピン、２７ 第二リンクピン、２８ 操作レバー、２８ａ，２９ａ 嵌合部、２９ ベーンアーム、５０ 第一通路、５１ 第二通路、５２ 収容室、５４，６３ 嵌合溝、１００ 制御部、２２０ ロータ、２２１ シャフト、２３０ ハウジング、２５０ 排気ガス処理装置、３００ エンジン、５００ 排気ガス処理システム。

Claims (4)

1. スクロール通路が形成されるタービンハウジングと、
   前記タービンハウジング内に配置されるタービンホイールと、
   前記スクロール通路と前記タービンホイールとの間の排気通路の通路面積を可変とする可変ノズル機構と、を備えた可変ノズルターボチャージャであって、
   前記可変ノズル機構は、
   前記排気通路に設けられた複数の可動ノズルベーンからなる可変ノズルと、
   前記可変ノズルが取り付けられ、かつ前記スクロール通路側に位置する第一面と、前記第一面と反対側の第二面とを有するノズルプレートと、
   前記複数の可動ノズルベーンを回動させて前記可変ノズルの開度を変更する駆動部と、を有し、
   前記駆動部を構成する部材の少なくとも一部は前記ノズルプレートの前記第二面側に設けられた収容室内に配置され、
   前記可変ノズルターボチャージャは、前記スクロール通路から前記収容室へ通じて前記可変ノズルの上流の排気ガスを前記収容室へ導くことが可能な常時開放型の第一通路と、
   前記ノズルプレートに形成され、前記収容室から前記可変ノズルの下流の前記排気通路へ通じて前記収容室の排気ガスを前記可変ノズルの下流へ導く第二通路と、
   前記可変ノズルの開度変更動作に伴い前記第二通路を開閉することが可能な開閉部材をさらに備える、可変ノズルターボチャージャ。
2. 前記開閉部材は、前記複数の可動ノズルベーンのうち前記第二通路に近接配置される前記可動ノズルベーンに設けられた封止部である、請求項１に記載の可変ノズルターボチャージャ。
3. 前記開閉部材は、前記排気通路の通路面積を最小とするように前記可変ノズルが閉じ側に動作した場合にのみ前記第二通路を開状態とする、請求項１または請求項２に記載の可変ノズルターボチャージャ。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の可変ノズルターボチャージャと、
   前記可変ノズルターボチャージャよりも下流に設けられて、排気ガス中の粒子状物質を除去する排気フィルタと、を備え、
   前記排気フィルタに堆積している粒子状物質を焼却する前記排気フィルタの再生時において、前記第二通路が開状態となるように前記可変ノズルが閉じ側に動作する、排気ガス処理システム。