JP3381641B2 - 可変容量形ターボチャージャ - Google Patents
可変容量形ターボチャージャInfo
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- turbine rotor
- variable nozzle
- center
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの排気で
回転駆動されるタービンに可変ノズルを設けた可変容量
形ターボチャージャに関する。 【０００２】 【従来の技術】可変容量形ターボチャージャのタービン
は、センターハウジングにタービンロータを並列し、セ
ンターハウジングの中心孔にタービンロータの回転軸を
貫通している。 【０００３】センターハウジングの外周部には、タービ
ンハウジングの一端側を固定して、タービンハウジング
でタービンロータを覆っている。タービンハウジング
は、タービンロータの外回りに位置する一端側外周部内
に渦巻室を形成している。 【０００４】渦巻室とタービンロータの間には、センタ
ーハウジングのハブ面とタービンハウジングのシュラウ
ド面で流入通路を形成している。タービンハウジング
は、タービンロータの前側に位置する他端部内に流出通
路を形成している。 【０００５】流入通路には、可変ノズルを構成する複数
枚の可動ベーンを、タービンロータの外回り位置に等間
隔に配置して、ハブ面及びシュラウド面と直交する軸の
周りに回転可能に設けている。可変ノズルは、エンジン
の排気流量に応じてノズル開口面積を増減し、タービン
ロータに流入する排気の速度を制御する。 【０００６】可変ノズルを設けたタービンは、ハブ面と
シュラウド面がタービンロータの軸心と直交する平面で
あって可動ベーン付きの流入通路が径方向になるラジア
ルタービンである。渦巻室の排気は、径方向の流入通路
を流れてタービンロータに流入し、タービンロータ内で
急激にほぼ直角に曲がって、軸心方向の流出通路に流入
する。 【０００７】ターボチャージャが可変容量形ではなく、
タービンに可変ノズルがない場合、タービンに斜流式が
用いられることがある。斜流タービンにおいては、渦巻
室の排気は、径方向から流出通路側に傾斜した流入通路
を流れてタービンロータに流入し、タービンロータ内で
大きく鈍角に曲がって、軸心方向の流出通路に流入す
る。 【０００８】なお、ターボチャージャが可変容量形では
ない場合、高速域で過給圧力が過剰になるのを防止する
ため、可変ノズルのないタービンに流入する排気の一部
を放出するウエイストゲート弁を必要とする。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】斜流タービンは、ラジ
アルタービンに比較して、排気の流れが円滑であるの
で、効率が高く、また、小型軽量になる利点がある。そ
こで、斜流タービンに可変ノズルを設けてウエイストゲ
ート弁を不要にすることが考えられる。 【００１０】ところが、斜流タービンに可変ノズルを設
ける場合、図４に示すように、渦巻室５とタービンロー
タ２の間の流入通路８を構成するセンターハウジング１
のハブ面６とタービンハウジング４のシュラウド面７
を、タービンロータ２の軸心Ｌ１と同心の円錐面Ｃ１，
Ｃ２の一部にし、径方向から傾斜した流入通路８に可動
ベーン１１を配置し、可動ベーン１１の下流端に、ハブ
面６及びシュラウド面７と直交する軸１２の端を固定
し、板状の可動ベーン１１を、円錐面Ｃ１，Ｃ２のハブ
面６とシュラウド面７の間で、可変ノズルの開口を広げ
る位置と狭める位置の間を回転可能になる形状にするこ
ととなる。 【００１１】すると、可動ベーン１１が可変ノズルの開
口を広げる位置、即ち、図４に示すように、ほほ径方向
に配置されたときに、可動ベーン１１とシュラウド面７
の間に大きな隙間が形成される。また、可動ベーン１１
が可変ノズルの開口を狭める位置、即ち、ほほ周方向に
配置されたときに、可動ベーン１１とハブ面６の間に大
きな隙間が形成される。 【００１２】可変ノズルは、可動ベーンとシュラウド面
またはハブ面の間に大きな隙間が形成されると、排気の
漏れ量が増大し、排気の速度制御が困難になって、ター
ビン効率が低下する。従って、過給効率が低下する。 【００１３】 【課題を解決するための着眼】斜流タービンに可変ノズ
ルを設けた場合、可動ベーンとシュラウド面またはハブ
面の間に大きな隙間が形成される原因は、ハブ面とシュ
ラウド面が円錐面であることに起因している。 【００１４】そこで、２枚の同心の球面は、その中心を
通るどのような平面で切断しても、その平面上の両球面
間の形状が同一になる点に着眼した。換言すると、流入
通路を構成するハブ面とシュラウド面は、同心の球面に
し、その球面の中心を通る線を可動ベーンの回転中心線
にすることとした。 【００１５】 【課題を解決するための手段】本発明は、エンジンの排
気で回転駆動されるタービンに可変ノズルを設けた可変
容量形ターボチャージャにおいて、タービンは、渦巻室
とタービンロータの間の流入通路が径方向から流出通路
側に傾斜する斜流タービンにし、流入通路に、可変ノズ
ルを構成する複数枚の可動ベーンをタービンロータの外
回り位置に配置し、流入通路を構成するハブ面とシュラ
ウド面を、流出通路と反対側に位置するタービンロータ
軸心上の同一点を中心とする球面にし、その球面の中心
を通ってタービンロータ軸心に対して傾斜する線を可動
ベーンの回転中心線にした。 【００１６】 【発明の効果】本発明においては、タービンに、効率の
高い斜流タービンを用い、斜流タービンに、排気の速度
を制御する可変ノズルを設ける。その上、可変ノズル
は、可動ベーンとシュラウド面またはハブ面の間の隙間
を、可動ベーンの回転角度に拘わらず、一定の最小値に
保持することができる。排気の漏れ量の増大に基づくタ
ービン効率の低下を防止することができる。 【００１７】従って、タービン効率を高めて過給効率を
高めることができる。 【００１８】 【発明の実施の態様】［第１例］本例の可変容量形ター
ボチャージャは、自動車用エンジンの燃焼室に接続した
吸気通路の途中に圧縮機を介在し、燃焼室に接続した排
気通路の途中にタービンを介在している。圧縮機とター
ビンは、同軸に連結している。 【００１９】エンジンの排気通路を流れる排気でタービ
ンが回転駆動されて圧縮機が回転駆動される。エンジン
の吸気通路を流れる空気は、圧縮機で圧縮され、高圧に
なった空気がエンジンの燃焼室に供給される。 【００２０】タービンは、斜流タービンである。センタ
ーハウジング１には、図１に示すように、その前側位置
にタービンロータ２を同心状に並列し、センターハウジ
ング１の中心孔にタービンロータ２の回転軸３を貫通し
ている。 【００２１】センターハウジング１の外周部には、ター
ビンハウジング４の一端側を固定して、タービンハウジ
ング４でタービンロータ２を覆っている。タービンハウ
ジング４は、タービンロータ２の外回りに位置する一端
側外周部内に渦巻室５を形成している。 【００２２】渦巻室５とタービンロータ２の間には、セ
ンターハウジング１のハブ面６とタービンハウジング４
のシュラウド面７で流入通路８を径方向から前側に傾斜
してタービンロータ２と同心に形成している。タービン
ハウジング４は、タービンロータ２の前側に位置する他
端部内に流出通路９をタービンロータ２と同心に形成し
ている。 【００２３】渦巻室５の排気は、径方向から流出通路９
側に傾斜した流入通路８を流れてタービンロータ２に流
入し、タービンロータ２内で大きく鈍角に曲がって、軸
心方向の流出通路９に流入する。排気は、斜流タービン
内を円滑に流れる。 【００２４】流入通路８を構成するハブ面６とシュラウ
ド面７は、図１に示すように、タービンロータ２の軸心
Ｌ１上の同一点Ｐを中心とする球面Ｓ１，Ｓ２の一部で
ある。球面Ｓ１，Ｓ２の中心、同一点Ｐは、タービンロ
ータ２の後側、流出通路９と反対側に位置している。 【００２５】流入通路８には、可変ノズルを構成する複
数枚の可動ベーン１１を、タービンロータ２の外回り位
置に等間隔に配置し、各可動ベーン１１の下流端に、タ
ービンハウジング４をシュラウド面７と直交する方向に
貫通した軸１２の端を固定し、各可動ベーン１１を、シ
ュラウド面７と直交する軸１２の周り、即ち、ハブ面６
とシュラウド面７の球面の中心Ｐを通る線Ｌ２の周りに
回転可能に設け、各可動ベーン１１の形状を、ハブ面６
とシュラウド面７の球面に沿って湾曲した長方形板状に
している。可動ベーン１１の回転中心線Ｌ２は、タービ
ンロータ２の軸心Ｌ１に対して傾斜している。 【００２６】可変ノズルは、可動ベーン１１とハブ面６
またはシュラウド面７の間の隙間を、可動ベーン１１の
回転角度に拘わらず、常に、一定の最小値に保持してい
る。 【００２７】タービンハウジング４の外に突出した各軸
１２の端は、全可動ベーン１１を連動して回転させるリ
ンク機構１３に連結している。リンク機構１３は、図示
しないが、駆動装置に連結し、駆動装置を制御装置に連
結している。エンジンの排気流量に応じて各可動ベーン
１１の回転角度を制御する構成にしている。 【００２８】エンジンの排気流量が少ないときには、各
可動ベーン１１をほほ周方向に配置し、可変ノズルの開
口を狭め、タービンロータ２に流入する排気の速度を増
加させる。エンジンの排気流量が多いときには、各可動
ベーン１１をほほ径方向に配置し、可変ノズルの開口を
広げ、タービンロータ２に流入する排気の速度を減少さ
せる。 【００２９】［第２例］本例は、全可動ベーン１１を連
動して回転させるリンク機構１３を、第１例においてタ
ービンハウジング４側に配置したのに代えて、図２に示
すように、センターハウジング１側に配置する。その他
の点は、第１例におけるのと同様である。 【００３０】［第３例］本例は、全可動ベーン１１を連
動して回転させる機構を、第２例においてリンク機構１
３にしたのに代えて、図３に示すように、歯車機構２１
にする。その他の点は、第２例におけるのと同様であ
る。
回転駆動されるタービンに可変ノズルを設けた可変容量
形ターボチャージャに関する。 【０００２】 【従来の技術】可変容量形ターボチャージャのタービン
は、センターハウジングにタービンロータを並列し、セ
ンターハウジングの中心孔にタービンロータの回転軸を
貫通している。 【０００３】センターハウジングの外周部には、タービ
ンハウジングの一端側を固定して、タービンハウジング
でタービンロータを覆っている。タービンハウジング
は、タービンロータの外回りに位置する一端側外周部内
に渦巻室を形成している。 【０００４】渦巻室とタービンロータの間には、センタ
ーハウジングのハブ面とタービンハウジングのシュラウ
ド面で流入通路を形成している。タービンハウジング
は、タービンロータの前側に位置する他端部内に流出通
路を形成している。 【０００５】流入通路には、可変ノズルを構成する複数
枚の可動ベーンを、タービンロータの外回り位置に等間
隔に配置して、ハブ面及びシュラウド面と直交する軸の
周りに回転可能に設けている。可変ノズルは、エンジン
の排気流量に応じてノズル開口面積を増減し、タービン
ロータに流入する排気の速度を制御する。 【０００６】可変ノズルを設けたタービンは、ハブ面と
シュラウド面がタービンロータの軸心と直交する平面で
あって可動ベーン付きの流入通路が径方向になるラジア
ルタービンである。渦巻室の排気は、径方向の流入通路
を流れてタービンロータに流入し、タービンロータ内で
急激にほぼ直角に曲がって、軸心方向の流出通路に流入
する。 【０００７】ターボチャージャが可変容量形ではなく、
タービンに可変ノズルがない場合、タービンに斜流式が
用いられることがある。斜流タービンにおいては、渦巻
室の排気は、径方向から流出通路側に傾斜した流入通路
を流れてタービンロータに流入し、タービンロータ内で
大きく鈍角に曲がって、軸心方向の流出通路に流入す
る。 【０００８】なお、ターボチャージャが可変容量形では
ない場合、高速域で過給圧力が過剰になるのを防止する
ため、可変ノズルのないタービンに流入する排気の一部
を放出するウエイストゲート弁を必要とする。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】斜流タービンは、ラジ
アルタービンに比較して、排気の流れが円滑であるの
で、効率が高く、また、小型軽量になる利点がある。そ
こで、斜流タービンに可変ノズルを設けてウエイストゲ
ート弁を不要にすることが考えられる。 【００１０】ところが、斜流タービンに可変ノズルを設
ける場合、図４に示すように、渦巻室５とタービンロー
タ２の間の流入通路８を構成するセンターハウジング１
のハブ面６とタービンハウジング４のシュラウド面７
を、タービンロータ２の軸心Ｌ１と同心の円錐面Ｃ１，
Ｃ２の一部にし、径方向から傾斜した流入通路８に可動
ベーン１１を配置し、可動ベーン１１の下流端に、ハブ
面６及びシュラウド面７と直交する軸１２の端を固定
し、板状の可動ベーン１１を、円錐面Ｃ１，Ｃ２のハブ
面６とシュラウド面７の間で、可変ノズルの開口を広げ
る位置と狭める位置の間を回転可能になる形状にするこ
ととなる。 【００１１】すると、可動ベーン１１が可変ノズルの開
口を広げる位置、即ち、図４に示すように、ほほ径方向
に配置されたときに、可動ベーン１１とシュラウド面７
の間に大きな隙間が形成される。また、可動ベーン１１
が可変ノズルの開口を狭める位置、即ち、ほほ周方向に
配置されたときに、可動ベーン１１とハブ面６の間に大
きな隙間が形成される。 【００１２】可変ノズルは、可動ベーンとシュラウド面
またはハブ面の間に大きな隙間が形成されると、排気の
漏れ量が増大し、排気の速度制御が困難になって、ター
ビン効率が低下する。従って、過給効率が低下する。 【００１３】 【課題を解決するための着眼】斜流タービンに可変ノズ
ルを設けた場合、可動ベーンとシュラウド面またはハブ
面の間に大きな隙間が形成される原因は、ハブ面とシュ
ラウド面が円錐面であることに起因している。 【００１４】そこで、２枚の同心の球面は、その中心を
通るどのような平面で切断しても、その平面上の両球面
間の形状が同一になる点に着眼した。換言すると、流入
通路を構成するハブ面とシュラウド面は、同心の球面に
し、その球面の中心を通る線を可動ベーンの回転中心線
にすることとした。 【００１５】 【課題を解決するための手段】本発明は、エンジンの排
気で回転駆動されるタービンに可変ノズルを設けた可変
容量形ターボチャージャにおいて、タービンは、渦巻室
とタービンロータの間の流入通路が径方向から流出通路
側に傾斜する斜流タービンにし、流入通路に、可変ノズ
ルを構成する複数枚の可動ベーンをタービンロータの外
回り位置に配置し、流入通路を構成するハブ面とシュラ
ウド面を、流出通路と反対側に位置するタービンロータ
軸心上の同一点を中心とする球面にし、その球面の中心
を通ってタービンロータ軸心に対して傾斜する線を可動
ベーンの回転中心線にした。 【００１６】 【発明の効果】本発明においては、タービンに、効率の
高い斜流タービンを用い、斜流タービンに、排気の速度
を制御する可変ノズルを設ける。その上、可変ノズル
は、可動ベーンとシュラウド面またはハブ面の間の隙間
を、可動ベーンの回転角度に拘わらず、一定の最小値に
保持することができる。排気の漏れ量の増大に基づくタ
ービン効率の低下を防止することができる。 【００１７】従って、タービン効率を高めて過給効率を
高めることができる。 【００１８】 【発明の実施の態様】［第１例］本例の可変容量形ター
ボチャージャは、自動車用エンジンの燃焼室に接続した
吸気通路の途中に圧縮機を介在し、燃焼室に接続した排
気通路の途中にタービンを介在している。圧縮機とター
ビンは、同軸に連結している。 【００１９】エンジンの排気通路を流れる排気でタービ
ンが回転駆動されて圧縮機が回転駆動される。エンジン
の吸気通路を流れる空気は、圧縮機で圧縮され、高圧に
なった空気がエンジンの燃焼室に供給される。 【００２０】タービンは、斜流タービンである。センタ
ーハウジング１には、図１に示すように、その前側位置
にタービンロータ２を同心状に並列し、センターハウジ
ング１の中心孔にタービンロータ２の回転軸３を貫通し
ている。 【００２１】センターハウジング１の外周部には、ター
ビンハウジング４の一端側を固定して、タービンハウジ
ング４でタービンロータ２を覆っている。タービンハウ
ジング４は、タービンロータ２の外回りに位置する一端
側外周部内に渦巻室５を形成している。 【００２２】渦巻室５とタービンロータ２の間には、セ
ンターハウジング１のハブ面６とタービンハウジング４
のシュラウド面７で流入通路８を径方向から前側に傾斜
してタービンロータ２と同心に形成している。タービン
ハウジング４は、タービンロータ２の前側に位置する他
端部内に流出通路９をタービンロータ２と同心に形成し
ている。 【００２３】渦巻室５の排気は、径方向から流出通路９
側に傾斜した流入通路８を流れてタービンロータ２に流
入し、タービンロータ２内で大きく鈍角に曲がって、軸
心方向の流出通路９に流入する。排気は、斜流タービン
内を円滑に流れる。 【００２４】流入通路８を構成するハブ面６とシュラウ
ド面７は、図１に示すように、タービンロータ２の軸心
Ｌ１上の同一点Ｐを中心とする球面Ｓ１，Ｓ２の一部で
ある。球面Ｓ１，Ｓ２の中心、同一点Ｐは、タービンロ
ータ２の後側、流出通路９と反対側に位置している。 【００２５】流入通路８には、可変ノズルを構成する複
数枚の可動ベーン１１を、タービンロータ２の外回り位
置に等間隔に配置し、各可動ベーン１１の下流端に、タ
ービンハウジング４をシュラウド面７と直交する方向に
貫通した軸１２の端を固定し、各可動ベーン１１を、シ
ュラウド面７と直交する軸１２の周り、即ち、ハブ面６
とシュラウド面７の球面の中心Ｐを通る線Ｌ２の周りに
回転可能に設け、各可動ベーン１１の形状を、ハブ面６
とシュラウド面７の球面に沿って湾曲した長方形板状に
している。可動ベーン１１の回転中心線Ｌ２は、タービ
ンロータ２の軸心Ｌ１に対して傾斜している。 【００２６】可変ノズルは、可動ベーン１１とハブ面６
またはシュラウド面７の間の隙間を、可動ベーン１１の
回転角度に拘わらず、常に、一定の最小値に保持してい
る。 【００２７】タービンハウジング４の外に突出した各軸
１２の端は、全可動ベーン１１を連動して回転させるリ
ンク機構１３に連結している。リンク機構１３は、図示
しないが、駆動装置に連結し、駆動装置を制御装置に連
結している。エンジンの排気流量に応じて各可動ベーン
１１の回転角度を制御する構成にしている。 【００２８】エンジンの排気流量が少ないときには、各
可動ベーン１１をほほ周方向に配置し、可変ノズルの開
口を狭め、タービンロータ２に流入する排気の速度を増
加させる。エンジンの排気流量が多いときには、各可動
ベーン１１をほほ径方向に配置し、可変ノズルの開口を
広げ、タービンロータ２に流入する排気の速度を減少さ
せる。 【００２９】［第２例］本例は、全可動ベーン１１を連
動して回転させるリンク機構１３を、第１例においてタ
ービンハウジング４側に配置したのに代えて、図２に示
すように、センターハウジング１側に配置する。その他
の点は、第１例におけるのと同様である。 【００３０】［第３例］本例は、全可動ベーン１１を連
動して回転させる機構を、第２例においてリンク機構１
３にしたのに代えて、図３に示すように、歯車機構２１
にする。その他の点は、第２例におけるのと同様であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様の第１例における可変容量形
ターボチャージャのタービンの縦断面図。 【図２】第２例における可変容量形ターボチャージャの
タービンの部分縦断面図。 【図３】第３例における可変容量形ターボチャージャの
タービンの部分縦断面図。 【図４】斜流タービンに可変ノズルを設けた想定例の縦
断面図。 【符号の説明】 ２ タービンロータ ５ 渦巻室 ６ ハブ面 ７ シュラウド面 ８ 流入通路９ 流出通路 １１ 可動ベーン Ｓ１ ハブ面を構成する球面 Ｓ２ シュラウド面を構成する球面 Ｐ 球面の中心Ｌ１ タービンロータの軸心 Ｌ２ 可動ベーンの回転中心線
ターボチャージャのタービンの縦断面図。 【図２】第２例における可変容量形ターボチャージャの
タービンの部分縦断面図。 【図３】第３例における可変容量形ターボチャージャの
タービンの部分縦断面図。 【図４】斜流タービンに可変ノズルを設けた想定例の縦
断面図。 【符号の説明】 ２ タービンロータ ５ 渦巻室 ６ ハブ面 ７ シュラウド面 ８ 流入通路９ 流出通路 １１ 可動ベーン Ｓ１ ハブ面を構成する球面 Ｓ２ シュラウド面を構成する球面 Ｐ 球面の中心Ｌ１ タービンロータの軸心 Ｌ２ 可動ベーンの回転中心線
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F02B 37/24
F01D 17/16
F02B 39/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 エンジンの排気で回転駆動されるタービ
ンに可変ノズルを設けた可変容量形ターボチャージャに
おいて、 タービンは、渦巻室とタービンロータの間の流入通路が
径方向から流出通路側に傾斜する斜流タービンにし、流
入通路に、可変ノズルを構成する複数枚の可動ベーンを
タービンロータの外回り位置に配置し、 流入通路を構成するハブ面とシュラウド面を、流出通路
と反対側に位置するタービンロータ軸心上の同一点を中
心とする球面にし、その球面の中心を通ってタービンロ
ータ軸心に対して傾斜する線を可動ベーンの回転中心線
にしたことを特徴とする可変容量形ターボチャージャ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28948998A JP3381641B2 (ja) | 1998-10-12 | 1998-10-12 | 可変容量形ターボチャージャ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28948998A JP3381641B2 (ja) | 1998-10-12 | 1998-10-12 | 可変容量形ターボチャージャ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000120442A JP2000120442A (ja) | 2000-04-25 |
| JP3381641B2 true JP3381641B2 (ja) | 2003-03-04 |
Family
ID=17743947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28948998A Expired - Fee Related JP3381641B2 (ja) | 1998-10-12 | 1998-10-12 | 可変容量形ターボチャージャ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3381641B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101663472B (zh) * | 2007-05-04 | 2012-06-20 | 博格华纳公司 | 可变涡轮几何形状的涡轮增压器 |
| US8632304B2 (en) * | 2007-06-26 | 2014-01-21 | Borgwarner | Turbocharger diffuser |
| US8807926B2 (en) | 2008-11-05 | 2014-08-19 | Ihi Corporation | Turbocharger |
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| DE102011119879A1 (de) * | 2011-12-01 | 2013-06-06 | Ihi Charging Systems International Gmbh | Fluidenergiemaschine, insbesondere für einen Abgasturbolader eines Kraftwagens |
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