JP4281723B2 - Variable capacity turbocharger - Google Patents

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Description

本発明は、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.

可変容量ターボージャに関する従来技術として、例えば特許文献1に開示されたものがある。   As a conventional technique related to a variable capacity turbocharger, for example, there is one disclosed in Patent Document 1.

この従来技術の可変容量ターボージャは、タービンロータとインボリュート内壁面を備えたタービンハウジングとの間のスクロール部に多数の可動式のノズルベーンが配置されたリングノズルが配置されている。そして、各々のノズルベーンの角度を変更することにより、スクロール部を流れる排気ガスの角度を調節してタービンロータのタービン翼が受ける力を次のように調節するものである。排気ガス流量の少ない低速域においては、タービンロータの接線方向に排気ガスが流れるようにしてタービン翼の受けるトルクを大きくしてタービンロータを効率的に回転させ、排気ガス流量の多い高速域においては、タービンロータの回転軸に向かって排気ガスが流れるようにしてタービン翼の受けるトルクを小さくし、必要以上にタービンロータを回転させないようにしている。
実公平8−7061号公報
In this conventional variable displacement turbocharger, a ring nozzle in which a large number of movable nozzle vanes are arranged in a scroll portion between a turbine rotor and a turbine housing having an involute inner wall surface is arranged. And by changing the angle of each nozzle vane, the angle which the exhaust gas which flows through a scroll part is adjusted, and the force which the turbine blade of a turbine rotor receives is adjusted as follows. In the low speed range where the exhaust gas flow rate is small, the turbine rotor is efficiently rotated by increasing the torque received by the turbine blades so that the exhaust gas flows in the tangential direction of the turbine rotor. The torque received by the turbine blades is reduced by allowing the exhaust gas to flow toward the rotating shaft of the turbine rotor, so that the turbine rotor is not rotated more than necessary.
Japanese Utility Model Publication 8-7061

しかしながら、上記に可変容量ターボージャにおいては、多数のノズルベーンの角度を同時に変更させるリンク機構が必要となる。また、スクロール部は雰囲気温度が1000度近い高温となり、耐熱性のある材料で多数のノズルベーンやリンク機構を成形することはコスト的に問題がある。また、排気ガスの中には多くの炭化物や炭化スケールが含まれており、これらによってリンク機構の可動に影響が発生するなど信頼性の面における問題の発生が懸念される。   However, in the variable displacement turbocharger described above, a link mechanism that simultaneously changes the angles of a large number of nozzle vanes is required. Also, the scroll part has a high ambient temperature of nearly 1000 ° C., and molding a large number of nozzle vanes and link mechanisms with a heat-resistant material is problematic in terms of cost. Further, the exhaust gas contains many carbides and carbonized scales, which may cause problems in terms of reliability, for example, affecting the movement of the link mechanism.

本発明は、上記の従来技術の問題点を解決した可変容量ターボチャージャを提供するものである。   The present invention provides a variable capacity turbocharger that solves the above-mentioned problems of the prior art.

請求項1および請求項2の発明において講じた手段は、可変容量ターボチャージャをシャフトと、該シャフトの一端に取り付けられたタービン翼を備えたタービンロータと、該タービンロータを収容し、前記タービンロータの外周にスクロール部を形成するタービンハウジングと、前記シャフトの他端に取り付けたコンプレッサロータと、前記コンプレッサロータを収容するコンプレッサハウジングと、前記タービンハウジングに取り付けられ、前記スクロール部を周方向にその断面積がそれぞれ漸次減少する内側スクロールと外側スクロールとに径方向に分割すると共に、周方向に連続的にタービンロータを包囲するように延びる単一の区画壁と、前記区画壁に形成され、前記内側スクロールと前記外側スクロールとに常に連通する複数の連通部と、前記内側スクロールのみに排気ガスを流す状態と、前記内側スクロール及び前記外側スクロールの両方に排気ガスを流す状態とを切り換える切換手段とから構成し、前記連通部は、前記タービンロータの回転方向に切れ込んだ傾斜面を有することである。従って、スクロール部に導入された排気ガスは、内側スクロールと外側スクロールとの両方へ流れ込むが、過給が必要な場合には切換手段によって排気ガスをタービンロータの近くに位置する内側スクロールへ流し排気ガスによってタービンロータに回転トルクを与え、過給が不要な場合には切換手段によって排気ガスを外側スクロールへ流し排気ガスが連通部を介して内側スクロールに流れ込ませてタービンロータに与えるトルクを少なくすることを成し得る。 The means taken in the inventions of claim 1 and claim 2 are: a variable capacity turbocharger having a shaft, a turbine rotor having turbine blades attached to one end of the shaft, and the turbine rotor; A turbine housing that forms a scroll portion on the outer periphery of the shaft, a compressor rotor attached to the other end of the shaft, a compressor housing that houses the compressor rotor, and a turbine housing that is attached to the turbine housing and that cuts the scroll portion in the circumferential direction. A single partition wall that radially divides into an inner scroll and an outer scroll, each of which gradually decreases in area, and extends so as to continuously surround the turbine rotor in the circumferential direction, and is formed on the partition wall. A plurality of scrolls always communicating with the outer scroll; And a switching means for switching between a state in which exhaust gas flows only to the inner scroll and a state in which exhaust gas flows to both the inner scroll and the outer scroll, and the communication portion is connected to the turbine rotor. It has an inclined surface cut in the rotation direction. Therefore, the exhaust gas introduced into the scroll part flows into both the inner scroll and the outer scroll. However, when supercharging is required, the exhaust gas is caused to flow to the inner scroll located near the turbine rotor by the switching means. When torque is applied to the turbine rotor by the gas, and the supercharging is not required, the switching means causes the exhaust gas to flow to the outer scroll, and the exhaust gas flows into the inner scroll through the communication portion to reduce the torque applied to the turbine rotor. Can do that.

請求項の発明において講じた手段は、前記区画壁を、タービンロータの全周にわたって前記内側スクロールと前記外側スクロールとに径方向に分割したことである。 The means taken in the invention of claim 3 is that the partition wall is radially divided into the inner scroll and the outer scroll over the entire circumference of the turbine rotor.

請求項の発明において講じた手段は、前記連通部を、タービンロータの全周にわたって前記区画壁に周方向に分離して形成したことである。 The means taken in the invention of claim 4 is that the communication portion is formed in the partition wall in the circumferential direction so as to be separated over the entire circumference of the turbine rotor.

上記した請求項1の発明によれば、周方向に連続的にタービンロータを包囲するように延びかつ内側スクロール部と外側スクロール部に分割する単一の区画壁に複数の連通部を形成し、連通部がタービンロータの回転方向に切れ込んだ傾斜面を有し、更に切換手段によって内側スクロールのみに排気ガスを流す状態と、内側スクロール及び外側スクロールの両方に排気ガスを流す状態とを切り換えるように構成したので、排気ガスの少ない低速域においてはタービンロータの近くに位置する内側スクロールを流れる排気ガスによってタービンロータに回転トルクを与え、排気ガスの多い高速域においては外側スクロールを流れる排気ガスが連通部を介して内側スクロールに流れ込んでタービンロータに与えるトルクを少なくすることができる。そして、スクロール部に多数のノズルベーンとこれらの角度を調節するリンク機構を必要としないので、コスト的にも有利であり、信頼性の面においても問題が発生しない可変容量ターボチャジャとすることができる。   According to the first aspect of the present invention, a plurality of communicating portions are formed in a single partition wall that extends so as to continuously surround the turbine rotor in the circumferential direction and is divided into an inner scroll portion and an outer scroll portion, The communicating part has an inclined surface cut in the rotating direction of the turbine rotor, and the switching means switches between a state in which exhaust gas flows only to the inner scroll and a state in which exhaust gas flows to both the inner scroll and the outer scroll. Since it is configured, rotational torque is given to the turbine rotor by the exhaust gas flowing through the inner scroll located near the turbine rotor in the low speed region where the exhaust gas is low, and the exhaust gas flowing through the outer scroll is communicated in the high speed region where there is a lot of exhaust gas. The torque that flows into the inner scroll through the section and is applied to the turbine rotor can be reduced.Since the scroll portion does not require a large number of nozzle vanes and a link mechanism for adjusting these angles, it is advantageous in terms of cost and can be a variable capacity turbocharger that does not cause problems in terms of reliability. .

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には、本発明を用いた第1の実施の形態の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 using the present invention.

コンプレッサーハウジング10には、コンプレッサー導入口12、コンプレッサー排出口14、リング状のスクロール16、18が設けられている。スクロール16、18はコンプレッサー排出口14に隣接する位置からコンプレッサーハウジング10の外周によって延びて、コンプレッサー排出口14に連通する。そして、コンプレッサー排出口14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。20はスクロール16、18を区画するディフューザーであり、ボルト22によってコンプレッサーハウジング10に取り付けられている。   The compressor housing 10 is provided with a compressor introduction port 12, a compressor discharge port 14, and ring-shaped scrolls 16 and 18. The scrolls 16 and 18 extend from a position adjacent to the compressor discharge port 14 by the outer periphery of the compressor housing 10 and communicate with the compressor discharge port 14. And it is comprised so that a cross-sectional area may be expanded gradually as the compressor discharge port 14 is approached. A diffuser 20 that partitions the scrolls 16 and 18 is attached to the compressor housing 10 with bolts 22.

コンプレッサーハウジング10に隣接するベアリングハウジング30の外周には、潤滑油導入口32が形成されている。潤滑油導入口32は、軸方向に形成された油路34を介して枝油路36、38、40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50とシャフト50を支持する軸受42、43、44、45、46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30の内部に形成された空間52を介して潤滑油排出口54から排出される。56は可変容量ターボチャージャを冷却するための冷却水通路であり、58はプレートシールである。なお、59は、ベアリングハウジング30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30の一片である。   A lubricating oil inlet 32 is formed on the outer periphery of the bearing housing 30 adjacent to the compressor housing 10. The lubricating oil introduction port 32 communicates with branch oil passages 36, 38, and 40 through an oil passage 34 formed in the axial direction, and supports the shaft 50 and the shaft 50 with lubricating oil supplied from an oil pump (not shown). The bearings 42, 43, 44, 45, and 46 are supplied to the sliding surfaces. The lubricating oil supplied to the sliding surface is discharged from the lubricating oil discharge port 54 through a space 52 formed in the bearing housing 30. 56 is a cooling water passage for cooling the variable capacity turbocharger, and 58 is a plate seal. In addition, 59 is a piece of the bearing housing 30 divided in order to mold each part provided in the bearing housing 30.

ベアリングハウジング30に隣接するタービンハウジング60には、排気ガス導入口62と排気ガス排出口64が形成されている。また、図2に示すようにタービンハウジング60の内周側にはインボリュート内壁面がありスクロール部を形成している。このスクロール部には、タービンハウジング60に取り付けられたインボリュート区画壁67により内側スクロール66と該内側スクロール66より大きな容積を有する外側スクロール68が形成されている。インボリュート区画壁67には異なった傾斜面(第1の面)67a、(第2の面)67bの連通孔(連通部)が形成されており、内側スクロール66と外側スクロール68を連通している。傾斜面67aの内側スクロール66側への延長方向は時計の回転とは逆の方向に回転するタービンロータ80の接線に近似した緩やかな傾斜面であり、一方、傾斜面67bの内側スクロール66側への延長方向はタービンロータ80の回転中心の近くへ向かっており垂直に近い傾斜面である。また、インボリュート区画壁67の排気ガス導入口62側には、切換弁(切換手段)90が設けられている。この切換弁90は、先端がタービンハウジング60の内周側及び外周側まで延びており、図示しない回転手段によって切換弁90をインボリュート区画壁67の排気ガス導入口62の先端に位置した回転軸94を中心に回転して、図2の実線で示した外側スクロール68の導入口の閉鎖位置92と図2の破線で示した内側スクロール66の導入口の閉鎖位置96とを切り換えるものである。   An exhaust gas introduction port 62 and an exhaust gas discharge port 64 are formed in the turbine housing 60 adjacent to the bearing housing 30. In addition, as shown in FIG. 2, an involute inner wall surface is provided on the inner peripheral side of the turbine housing 60 to form a scroll portion. An inner scroll 66 and an outer scroll 68 having a larger volume than the inner scroll 66 are formed in the scroll portion by an involute partition wall 67 attached to the turbine housing 60. The involute partition wall 67 has communication holes (communication portions) of different inclined surfaces (first surfaces) 67 a and (second surfaces) 67 b, and communicates the inner scroll 66 and the outer scroll 68. . The extending direction of the inclined surface 67a toward the inner scroll 66 is a gentle inclined surface that approximates the tangent to the turbine rotor 80 that rotates in the direction opposite to the clockwise rotation, while the inclined surface 67b moves toward the inner scroll 66. The extending direction is an inclined surface that approaches the rotation center of the turbine rotor 80 and is nearly vertical. A switching valve (switching means) 90 is provided on the exhaust gas inlet 62 side of the involute partition wall 67. The switching valve 90 has a distal end extending to the inner peripheral side and the outer peripheral side of the turbine housing 60, and a rotary shaft 94 positioned at the distal end of the exhaust gas inlet 62 of the involute partition wall 67 by a rotating means (not shown). 2 is switched between an inlet closing position 92 of the outer scroll 68 indicated by a solid line in FIG. 2 and an inlet closing position 96 of the inner scroll 66 indicated by a broken line in FIG.

図1に示すように、ベアリングハウジング30の軸受42、43、44、45、46に支持されるシャフト50は、コンプレッサーハウジング10側の端部においてボルト74とナット76によって固定されたコンプレッサロータ70を相対回転不能に取付けており、タービンハウジング60側の端部においてタービンロータ80を相対回転不能に取付けている。コンプレッサロータ70とタービンロータ80には、それぞれ径方向に延在するコンプレッサ翼72とタービン翼82が取り付けられており、タービンロータ80を回転させることによってコンプレッサロータ70が一体に回転するようになっている。   As shown in FIG. 1, the shaft 50 supported by bearings 42, 43, 44, 45, 46 of the bearing housing 30 has a compressor rotor 70 fixed by bolts 74 and nuts 76 at the end on the compressor housing 10 side. The turbine rotor 80 is attached so as not to be relatively rotatable, and the turbine rotor 80 is attached so as not to be relatively rotatable at the end on the turbine housing 60 side. A compressor blade 72 and a turbine blade 82 extending in the radial direction are attached to the compressor rotor 70 and the turbine rotor 80, respectively. By rotating the turbine rotor 80, the compressor rotor 70 rotates integrally. Yes.

次に、上記の第1の実施の形態の可変容量ターボチャージャの作動について説明する。   Next, the operation of the variable capacity turbocharger of the first embodiment will be described.

排気ガス導入口62から導入した排気ガスは、タービンハウジング60内部のスクロール部に導かれ、タービンロータ80を回転させて排気ガス排出口64から排出される。タービンロータ80の回転はシャフト50を介してコンプレッサロータ70に伝達され、コンプレッサロータ70はコンプレッサー導入口12に導いた機関に供給する吸気ガス(大気)を圧縮してコンプレッサー排出口14を介して機関の吸気口へ高い密度の吸気ガスを導いている。   The exhaust gas introduced from the exhaust gas introduction port 62 is guided to the scroll portion inside the turbine housing 60 and is discharged from the exhaust gas discharge port 64 by rotating the turbine rotor 80. The rotation of the turbine rotor 80 is transmitted to the compressor rotor 70 via the shaft 50, and the compressor rotor 70 compresses the intake gas (atmosphere) supplied to the engine led to the compressor introduction port 12 and the engine via the compressor discharge port 14. High-density intake gas is introduced to the intake port.

そして、排気ガス流量の少ない低速域においては、排気ガスが効率的にタービンロータ80を回転させるために、切換弁90を外側スクロール68の導入口を閉鎖する閉鎖位置92として、排気ガス導入口62から取り入れた排気ガスを容積の小さな内側スクロール66のみに導いている。内側スクロール66に導かれ流速を速められた排気ガスはタービンロータ80の接線方向に流れる(タービンロータ80のタービン翼82に大きな流入角で当たる)ので、効率的にタービンロータ80を回転させることができる。一方、排気ガス流量の多い高速域においては、排気ガスが必要以上にタービンロータ80を回転させないために、切換弁90を内側スクロール66の導入口を閉鎖する閉鎖位置96として、排気ガス導入口62から取り入れた排気ガスを外側スクロール68に導いている。外側スクロール68に導かれた排気ガスが外側スクロール68を流れている間はタービンロータ80を回転させることはない。また、排気ガスが傾斜面67a、67bによって形成される連通部を通過して内側スクロール66に流れ込むときに、排気ガスが緩やかな角度の傾斜面67aによって傾斜面67bにぶつけられ、傾斜面67bの斜面に沿ってタービンロータ80の回転中心へ向かって排気ガスが流れるようになり(流速が遅く、流入角の小さい状態でタービンロータ80のタービン翼82に当たる)、タービンロータ80を回転させる効率が著しく低下し、必要以上にタービンロータ80を回転させることを防止できる。尚、中速域においては、切換弁の位置を適切な位置(例えば、内側スクロール、外側スクロールを共に開く位置)に制御することにより、所望の過給圧を得ることも可能である。   In the low-speed region where the exhaust gas flow rate is small, the exhaust gas introduction port 62 is configured with the switching valve 90 as a closed position 92 for closing the introduction port of the outer scroll 68 in order for the exhaust gas to efficiently rotate the turbine rotor 80. The exhaust gas taken in from is led only to the inner scroll 66 having a small volume. Since the exhaust gas guided to the inner scroll 66 and whose flow velocity is increased flows in the tangential direction of the turbine rotor 80 (abuts against the turbine blades 82 of the turbine rotor 80 at a large inflow angle), the turbine rotor 80 can be efficiently rotated. it can. On the other hand, in the high speed region where the exhaust gas flow rate is large, the exhaust gas does not rotate the turbine rotor 80 more than necessary, so that the switching valve 90 is set to the closed position 96 where the inlet of the inner scroll 66 is closed. The exhaust gas taken in from the outside is led to the outer scroll 68. While the exhaust gas guided to the outer scroll 68 flows through the outer scroll 68, the turbine rotor 80 is not rotated. Further, when the exhaust gas passes through the communication portion formed by the inclined surfaces 67a and 67b and flows into the inner scroll 66, the exhaust gas hits the inclined surface 67b by the inclined surface 67a at a moderate angle, The exhaust gas flows along the slope toward the rotation center of the turbine rotor 80 (the flow velocity is low and the turbine blade 80 hits the turbine blades 82 with a small inflow angle), and the efficiency of rotating the turbine rotor 80 is remarkably high. It is possible to prevent the turbine rotor 80 from rotating more than necessary. In the middle speed range, it is possible to obtain a desired supercharging pressure by controlling the position of the switching valve to an appropriate position (for example, a position where both the inner scroll and the outer scroll are opened).

また、図3には図2に対応する第2の実施の形態の可変容量ターボチャージャのタービンハウジング60内部を示している。   FIG. 3 shows the inside of the turbine housing 60 of the variable capacity turbocharger of the second embodiment corresponding to FIG.

図3に示した切換弁100は、ヒンジ部102と弁部104をボルト106で固定しており、外側スクロール68の導入口の開放/閉鎖を切り換えるものである。また、インボリュート区画壁67に設けた連通部は、インボリュート区画壁67の下流側のみに配置している。   In the switching valve 100 shown in FIG. 3, the hinge portion 102 and the valve portion 104 are fixed with bolts 106, and the opening / closing of the introduction port of the outer scroll 68 is switched. Further, the communication portion provided in the involute partition wall 67 is disposed only on the downstream side of the involute partition wall 67.

この実施の形態の切換弁100は、排気ガス流量の少ない低速域においては外側スクロール68の導入口を閉鎖し排気ガスを内側スクロール66に流れ込むようにしている。一方、排気ガス流量の多い高速域においては、切換弁100を破線108で示す位置に図示しない回転手段によって回転し、排気ガス導入口62から取り入れる排気ガスを外側スクロール68と内側スクロール66に流す。排気ガスを外側スクロール68と内側スクロール66に流すことによって、外側スクロールを流れる排気ガスが連通部を介して内側スクロール66に流れ込み、この流れの方向がタービンロータ80の回転中心へ向かった流れであるので、内側スクロール66を流れる排気ガスの流れに対してエアカーテンの如く作用し、内側スクロール66を流れる排気ガスの流れの角度をタービンロータ80側に向けることができ、必要以上にタービンロータ80を回転させることを防止できる。   The switching valve 100 of this embodiment closes the inlet of the outer scroll 68 and flows the exhaust gas into the inner scroll 66 in a low speed region where the exhaust gas flow rate is small. On the other hand, in a high speed region where the exhaust gas flow rate is large, the switching valve 100 is rotated to a position indicated by a broken line 108 by a rotating means (not shown), and the exhaust gas taken in from the exhaust gas inlet 62 flows to the outer scroll 68 and the inner scroll 66. By flowing the exhaust gas through the outer scroll 68 and the inner scroll 66, the exhaust gas flowing through the outer scroll flows into the inner scroll 66 through the communication portion, and the direction of this flow is directed toward the rotation center of the turbine rotor 80. Therefore, it acts like an air curtain on the flow of exhaust gas flowing through the inner scroll 66, and the angle of the flow of exhaust gas flowing through the inner scroll 66 can be directed to the turbine rotor 80 side. It can be prevented from rotating.

図4及び図5には図2に対応する第3の実施の形態の可変容量ターボチャージャのタービンハウジング60内部を示している。   4 and 5 show the inside of the turbine housing 60 of the variable capacity turbocharger of the third embodiment corresponding to FIG.

図4及び図5に示した構成は、内側スクロール66、インボリュート区画壁67、外側スクロール68、タービンロータ80、タービン翼82および切換弁100は、図3に示した第2の実施形態と同じである。   The configuration shown in FIGS. 4 and 5 is the same as the second embodiment shown in FIG. 3 for the inner scroll 66, the involute partition wall 67, the outer scroll 68, the turbine rotor 80, the turbine blade 82, and the switching valve 100. is there.

この第3の実施の形態においては、外側スクロール68の最奥部にベーン110を配置している。このベーン110は、タービン翼82の外周に沿った略三日月形状をしており、先太端部110aと先細端部110bとを備えている。また、ベーン110はタービンロータ80を支持するシャフト50(図1参照)と平行に配置されたベーンシャフト112によって所定範囲で自由回転できるように保持されている。つまり、排気ガス流量が少ない低速域においては、図4に示すように切換弁100を閉鎖することによって排気ガスを内側スクロール66のみに流れるようにすることで、排気ガスがベーンシャフト112とベーン110の先太端部110aとの間の領域に付勢し、図4に示すように先太端部110aが内側スクロール60の鍔部61に当接する。一方、排気ガス流量が多い高速域においては、図5に示すように切換弁100を開放することによって排気ガスを外側スクロール68に流れるようにすることで、排気ガスがベーンシャフト112とベーン110の先細端部110bとの間の領域に付勢し、図5に示すように先細端部110bが内側スクロール60の鍔部61に当接する。   In the third embodiment, the vane 110 is disposed at the innermost part of the outer scroll 68. The vane 110 has a substantially crescent shape along the outer periphery of the turbine blade 82, and includes a thick end portion 110a and a tapered end portion 110b. Further, the vane 110 is held so as to be freely rotatable within a predetermined range by a vane shaft 112 disposed in parallel with a shaft 50 (see FIG. 1) that supports the turbine rotor 80. That is, in a low speed region where the exhaust gas flow rate is small, the exhaust gas flows only to the inner scroll 66 by closing the switching valve 100 as shown in FIG. 4, so that the exhaust gas flows to the vane shaft 112 and the vane 110. The region between the thick end portion 110a and the thick end portion 110a is urged, and the thick end portion 110a comes into contact with the flange portion 61 of the inner scroll 60 as shown in FIG. On the other hand, in the high speed region where the exhaust gas flow rate is large, the exhaust gas flows between the vane shaft 112 and the vane 110 by allowing the exhaust gas to flow to the outer scroll 68 by opening the switching valve 100 as shown in FIG. The region between the tapered end portion 110b and the tapered end portion 110b is urged, and the tapered end portion 110b comes into contact with the flange portion 61 of the inner scroll 60 as shown in FIG.

このように、外側スクロール68の最奥部に所定範囲を自由に回転できるベーン110を配置することによって、外側スクロール68を流れる排気ガス出口のうち最も多量の排気ガスがタービン翼82に向って流れる部位である最奥部の角度を排気ガスの流れに応じて変更することができる。なお、ベーン110をモータ等のアクチェエータによって駆動することも可能であるが、本実施の形態においては、アクチュエータを用いることなく排気ガスの流れによって角度を調節するので、安価で、アクチュエータの故障等のないの信頼性の高い構成とすることができる。   As described above, by arranging the vane 110 that can freely rotate within a predetermined range in the innermost part of the outer scroll 68, the most exhaust gas out of the exhaust gas outlets flowing through the outer scroll 68 flows toward the turbine blades 82. The angle of the innermost part which is a part can be changed according to the flow of exhaust gas. Although the vane 110 can be driven by an actuator such as a motor, in this embodiment, the angle is adjusted by the flow of exhaust gas without using an actuator. There can be no reliable configuration.

また、過給圧を必要としない場合には、切換弁90及び切換弁100により排気ガスを外側スクロールに流してタービンロータ80を必要以上に回転させないことができることにより、従来過給圧を必要としない場合に排気ガスが流れるバイパス通路を設ける必要もない。   Further, when the supercharging pressure is not required, the conventional supercharging pressure is required because the switching valve 90 and the switching valve 100 can prevent the turbine rotor 80 from rotating more than necessary by flowing the exhaust gas to the outer scroll. If not, it is not necessary to provide a bypass passage through which exhaust gas flows.

なお、第1及び第2の実施の形態においては、切換弁90及び切換弁100の切換を速度の検知によって切り換えているが、排気ガスの量や機関の負荷の状態を検知して切り換えることも可能である。   In the first and second embodiments, the switching of the switching valve 90 and the switching valve 100 is switched by detecting the speed. However, the switching may be performed by detecting the amount of exhaust gas or the state of the engine load. Is possible.

以上示したように、上記の実施形態においては、周方向に連続的にタービンロータを包囲するように延びかつ内側スクロール部と外側スクロール部に分割する単一の区画壁に複数の連通部を形成し、連通部がタービンロータの回転方向に切れ込んだ傾斜面を有し、更に切換手段によって内側スクロールのみに排気ガスを流す状態と、内側スクロール及び外側スクロールの両方に排気ガスを流す状態とを切り換えるように構成されているので、排気ガスの少ない低速域においてはタービンロータの近くに位置する内側スクロールを流れる排気ガスによってタービンロータに回転トルクを与え、排気ガスの多い高速域においては外側スクロールを流れる排気ガスが連通部を介して内側スクロールに流れ込んでタービンロータに与えるトルクを少なくすることができる。   As described above, in the above-described embodiment, a plurality of communication portions are formed on a single partition wall that extends so as to continuously surround the turbine rotor in the circumferential direction and is divided into an inner scroll portion and an outer scroll portion. The communication portion has an inclined surface cut in the rotating direction of the turbine rotor, and the switching means switches between a state in which exhaust gas flows only to the inner scroll and a state in which exhaust gas flows to both the inner scroll and the outer scroll. Therefore, in the low speed region where the exhaust gas is low, rotational torque is given to the turbine rotor by the exhaust gas flowing through the inner scroll located near the turbine rotor, and in the high speed region where the exhaust gas is large, the outer scroll flows. Exhaust gas flows into the inner scroll through the communication part and reduces the torque applied to the turbine rotor. It can be.

また、内周スクロールと外周スクロールの最奥部にベーンを形成したので、内周スクロールと外周スクロールとの合流部における排気ガスの流れ方向をベーンによって変換し、所望の角度とすることができる。   Further, since the vane is formed at the innermost scroll and the outermost scroll, the flow direction of the exhaust gas at the junction of the inner scroll and the outer scroll can be changed by the vane to obtain a desired angle.

また、ベーンはシャフトと平行なベーンシャフトによって支持され、所定範囲で自由回転させたので、ベーンを所定範囲で回転させるためのモータ等のアクチェエータを必要とせず、内周スクロール又は外周スクロールを流れる排気ガスの流量に応じたベーンの角度とすることができる。   Further, since the vane is supported by the vane shaft parallel to the shaft and freely rotated within a predetermined range, an actuator such as a motor for rotating the vane within the predetermined range is not required, and the exhaust gas flowing through the inner scroll or the outer scroll is not required. The vane angle can be set according to the gas flow rate.

また、連通部を、インボリュート区画壁の上流側に設けたタービンロータの回転方向に緩やかに切れ込んだ第1の面とインボリュート区画壁の下流側に設けたタービンロータの回転方向に鋭く切れ込んだ第2の面とから構成したので、外側スクロールを流れる排気ガスが連通部を介して内側スクロールに流れ込む場合には、タービンロータの回転軸に向かう流れとなり、タービンロータに与える回転トルクの小さな流れとなると共に内側スクロールの流れの勢いを遮ることができる。   Further, the communication portion has a first surface gently cut in the rotational direction of the turbine rotor provided on the upstream side of the involute partition wall and a second surface cut sharply in the rotational direction of the turbine rotor provided on the downstream side of the involute partition wall. When the exhaust gas flowing through the outer scroll flows into the inner scroll through the communication portion, the flow is directed toward the rotating shaft of the turbine rotor, resulting in a small flow of rotational torque applied to the turbine rotor. The momentum of the inner scroll can be blocked.

また、切換手段として外側スクロールを閉鎖する切換バルブを設けたので、外側スクロールへ排気ガスを流すか否かを選択することができ、特に排気ガスの少ない低速域においてはタービンロータの近くに位置する内側スクロールへ排気ガスを流れるように制御することで、タービンロータに効率的にトルクを与えることが可能となる。また、切換バルブを用いることにより、高温度となるスクロール部に動きを必要とする部材が切換バルブのみとなり、高い信頼性の可変容量ターボチャジャとすることができる。   Further, since the switching valve for closing the outer scroll is provided as the switching means, it is possible to select whether or not the exhaust gas flows to the outer scroll, and it is located near the turbine rotor particularly in the low speed region where the exhaust gas is small. By controlling the exhaust gas to flow to the inner scroll, it is possible to efficiently apply torque to the turbine rotor. Further, by using the switching valve, the only member that needs to move in the scroll portion that becomes high temperature is the switching valve, and a highly reliable variable capacity turbocharger can be obtained.

また、切換バルブがインボリュート区画壁のスクロール導入口側端部に取り付けられ、内側スクロール又は外側スクロールの少なくとも一方を閉鎖するようにしたので、この切換バルブによってスクロール部を流れる排気ガスを内側スクロールと外周スクロールとの間で選択することができ、特に排気ガスの少ない低速域においてはタービンロータの近くに位置する内側スクロールへ排気ガスを流れるように制御することで、タービンロータに効率的にトルクを与えることができる。   In addition, since the switching valve is attached to the end of the involute partition wall on the scroll inlet side and closes at least one of the inner scroll and the outer scroll, the switching valve causes the exhaust gas flowing through the scroll portion to flow between the inner scroll and the outer scroll. It can be selected between the scroll and the turbine rotor is efficiently torqued by controlling the exhaust gas to flow to the inner scroll located near the turbine rotor, especially in the low speed range where the exhaust gas is low. be able to.

また、インボリュート区画壁のスクロール部の下流側に連通部を設けたので、タービンロータの外周にインボリュート区画壁に連通部を設けないタービンロータ駆動部位と、インボリュート区画壁に連通部を設けたタービンロータ非駆動部位とを明確にすることができ、設計段階にタービンロータ駆動部位とタービンロータ非駆動部位の比率を決定することにより、可変容量タービンの特性を容易に決定することができる。   In addition, since the communication portion is provided on the downstream side of the scroll portion of the involute partition wall, the turbine rotor driving portion where the communication portion is not provided on the involute partition wall on the outer periphery of the turbine rotor, and the turbine rotor provided with the communication portion on the involute partition wall The non-driving part can be clarified, and the characteristic of the variable capacity turbine can be easily determined by determining the ratio of the turbine rotor driving part and the turbine rotor non-driving part at the design stage.

本発明の第1の実施の形態の可変容量ターボチャージャの断面図である。It is sectional drawing of the variable capacity | capacitance turbocharger of the 1st Embodiment of this invention. 図1のA−A断面図を示したものである。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1. 本発明の第2の実施の形態の可変容量ターボチャージャの図2に対応する図面である。It is drawing corresponding to FIG. 2 of the variable capacity | capacitance turbocharger of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態の可変容量ターボチャージャの図2に対応する図面である(切換弁を閉鎖した状態)。It is drawing corresponding to FIG. 2 of the variable capacity | capacitance turbocharger of the 3rd Embodiment of this invention (state which the switching valve closed). 本発明の第3の実施の形態の可変容量ターボチャージャの図2に対応する図面である(切換弁を開放した状態)。It is drawing corresponding to FIG. 2 of the variable capacity | capacitance turbocharger of the 3rd Embodiment of this invention (the state which open | released the switching valve).

符号の説明Explanation of symbols

10・・・コンプレッサハウジング
50・・・シャフト
60・・・タービンハウジング
66・・・内側スクロール
67・・・インボリュート区画壁
67a・・・第1の面
67b・・・第2の面
68・・・外側スクロール
70・・・コンプレッサロータ
80・・・タービンロータ
82・・・タービン翼
90、100・・・切換弁(切換手段)
110・・・ベーン
112・・・ベーンシャフト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Compressor housing 50 ... Shaft 60 ... Turbine housing 66 ... Inner scroll 67 ... Involute partition wall 67a ... 1st surface 67b ... 2nd surface 68 ... Outer scroll 70 ... compressor rotor 80 ... turbine rotor 82 ... turbine blades 90, 100 ... switching valve (switching means)
110 ... Vane 112 ... Vane shaft

Claims (4)

シャフトと、
該シャフトの一端に取り付けられたタービン翼を備えたタービンロータと、
該タービンロータを収容し、前記タービンロータの外周にスクロール部を形成するタービンハウジングと、
前記シャフトの他端に取り付けたコンプレッサロータと、
前記コンプレッサロータを収容するコンプレッサハウジングと、
前記タービンハウジングに取り付けられ、前記スクロール部を周方向にその断面積がそれぞれ漸次減少する内側スクロールと外側スクロールとに径方向に分割すると共に、周方向に連続的にタービンロータを包囲するように延びる単一の区画壁と、
前記区画壁に形成され、前記内側スクロールと前記外側スクロールとに常に連通する複数の連通部と、
前記内側スクロールのみに排気ガスを流す状態と、前記内側スクロール及び前記外側スクロールの両方に排気ガスを流す状態とを切り換える切換手段とを備え、
前記連通部は、前記タービンロータの回転方向に切れ込んだ傾斜面を有する可変容量ターボチャージャ。
A shaft,
A turbine rotor with turbine blades attached to one end of the shaft;
A turbine housing that houses the turbine rotor and forms a scroll portion on an outer periphery of the turbine rotor;
A compressor rotor attached to the other end of the shaft;
A compressor housing that houses the compressor rotor;
The scroll portion is attached to the turbine housing, and the scroll portion is radially divided into an inner scroll and an outer scroll whose cross-sectional area gradually decreases in the circumferential direction, and extends so as to continuously surround the turbine rotor in the circumferential direction. A single partition wall,
A plurality of communicating portions formed on the partition wall and always communicating with the inner scroll and the outer scroll;
Switching means for switching between a state in which exhaust gas flows only to the inner scroll and a state in which exhaust gas flows to both the inner scroll and the outer scroll;
The communication portion is a variable capacity turbocharger having an inclined surface cut in a rotating direction of the turbine rotor.
シャフトと、A shaft,
該シャフトの一端に取り付けられたタービン翼を備えたタービンロータと、  A turbine rotor with turbine blades attached to one end of the shaft;
該タービンロータを収容し、前記タービンロータの外周にスクロール部を形成するタービンハウジングと、  A turbine housing that houses the turbine rotor and forms a scroll portion on an outer periphery of the turbine rotor;
前記シャフトの他端に取り付けたコンプレッサロータと、  A compressor rotor attached to the other end of the shaft;
前記コンプレッサロータを収容するコンプレッサハウジングと、  A compressor housing that houses the compressor rotor;
前記タービンハウジングに取り付けられ、前記スクロール部を周方向にその断面積がそれぞれ漸次減少する内側スクロールと外側スクロールとに径方向に分割すると共に、周方向に連続的にタービンロータを包囲するように延びる単一の区画壁と、  The scroll portion is attached to the turbine housing, and the scroll portion is radially divided into an inner scroll and an outer scroll whose cross-sectional area gradually decreases in the circumferential direction, and extends so as to continuously surround the turbine rotor in the circumferential direction. A single partition wall,
前記区画壁に形成され、前記内側スクロールと前記外側スクロールとに常に連通する複数の連通部と、  A plurality of communicating portions formed on the partition wall and always communicating with the inner scroll and the outer scroll;
前記内側スクロールのみに排気ガスを流す状態と、前記内側スクロール及び前記外側スクロールの両方に排気ガスを流す状態とを切り換える切換手段とを備え、  Switching means for switching between a state in which exhaust gas flows only to the inner scroll and a state in which exhaust gas flows to both the inner scroll and the outer scroll;
前記連通部は、前記タービンロータの回転方向に切れ込んだ傾斜面を有し、  The communication part has an inclined surface cut in the rotational direction of the turbine rotor,
前記区画壁の前記連通部を介して隣り合う前記スクロール部の周方向上流側部分と前記スクロールの周方向下流側部分とにおいて、前記周方向下流側部分が前記周方向上流部分よりも前記タービンロータの径方向の外方に位置しない可変容量ターボチャージャ。  In the circumferential upstream side portion and the circumferential downstream side portion of the scroll portion that are adjacent to each other through the communication portion of the partition wall, the circumferential downstream side portion is more in the turbine rotor than the circumferential upstream portion. Variable capacity turbocharger that is not located outside in the radial direction.
前記区画壁は、タービンロータの全周にわたって前記内側スクロールと前記外側スクロールとに径方向に分割することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の可変容量ターボチャージャ。3. The variable capacity turbocharger according to claim 1, wherein the partition wall is radially divided into the inner scroll and the outer scroll over the entire circumference of the turbine rotor. 前記連通部は、タービンロータの全周にわたって前記区画壁に周方向に分離して形成されていることを特徴とする請求項3記載の可変容量ターボチャージャ。The variable capacity turbocharger according to claim 3, wherein the communication portion is formed in the partition wall so as to be separated in the circumferential direction over the entire circumference of the turbine rotor.
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