JP4370661B2 - Variable capacity turbocharger - Google Patents

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JP4370661B2
JP4370661B2 JP2000075310A JP2000075310A JP4370661B2 JP 4370661 B2 JP4370661 B2 JP 4370661B2 JP 2000075310 A JP2000075310 A JP 2000075310A JP 2000075310 A JP2000075310 A JP 2000075310A JP 4370661 B2 JP4370661 B2 JP 4370661B2
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一成 安達
啓光 石原
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Aisin Seiki Co Ltd
Aisin Corp
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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    • F05D2220/40—Application in turbochargers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • 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

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変容量ターボチャージャに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ターボチャージャの一形式として、特開平１０−８９７７号公報にて提案されているような、可変容量ターボチャージャがある。当該可変容量ターボチャージャは、エンジンの低速域では、少ない排気でタービンロータを効率的に回転させて所望の過給圧を得るとともに、エンジンの中速域および高速域では、タービンロータの回転をエンジンの回転速度に応じて規制して過給圧を設定された圧力に制御することにより、ターボチャージャの機能を向上させるべく意図しているものである。
【０００３】
当該可変容量ターボチャージャは、タービンハウジングとコンプレッサハウジング間にて回転可能に支持されて一端がタービンハウジングに臨みかつ他端がコンプレッサハウジングに臨むシャフトと、同シャフトの一端側に一体回転可能に設けられて前記タービンハウジングの排気通路に位置するタービンロータと、前記シャフトの他端側に一体回転可能に設けられて前記コンプレッサハウジングの吸気通路に位置するコンプレッサロータを備えていることを基本構成として、さらには下記のごとく構成されている。
【０００４】
すなわち、当該可変容量ターボチャージャにおいては、前記タービンハウジングは、前記排気通路における前記タービンロータの上流側を内周スクロール部と外周スクロール部に区画するとともに同外周スクロール部を流通する排気の一部を前記内周スクロール部へ流入して同内周スクロールの排気の流速を規制する複数の連通孔を有する区画壁と、前記両スクロール部の流入口側に配設されてこれら両スクロール部への排気の流量を制御する制御弁を備え、前記各スクロール部のスクロール面積が上流側から下流側に沿って漸次縮小する先細り形状に形成されている。
【０００５】
かかる構成の可変容量ターボチャージャにおいては、エンジンの回転速度に応じて内周スクロール部と外周スクロール部への排気の流入量を制御することにより、エンジンの回転速度に応じた適正速度の排気をタービンロータに供給して、コンプレッサロータにおいてエンジンの回転速度に応じて設定された適正な過給圧を得るものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、当該可変容量ターボチャージャにおいては、外周スクロール部を流れる排気の一部を区画壁の各通気孔を通して内周スクロール部へ適正量を確実に流入させて内周スクロール部の排気を設定された流速に制御することが肝要である。
【０００７】
しかしながら、外周スクロール部から内周スクロール部への排気の流入量は、外周スクロール部における各通気孔に対応する部位のスクロール断面の形状に大きく影響され、外周スクロール部のスクロール断面の形状によっては、外周スクロール部の排気を設定された適正量だけ内周スクロール部へ流入させることができないおそれがある。この場合、コンプレッサロータにおいては、エンジンの回転速度に応じて設定された過給圧を得ることができなくなる。従って、本発明の目的は、かかる問題に対処することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は可変容量ターボチャージャに関するもので、下記に示す形式のターボチャージャを適用対象とするものである。
すなわち、本発明は、タービンハウジングとコンプレッサハウジング間にて回転可能に支持されて一端が前記タービンハウジングに臨みかつ他端が前記コンプレッサハウジングに臨むシャフトと、同シャフトの一端側に一体回転可能に設けられて前記タービンハウジングの排気通路に位置するタービンロータと、前記シャフトの他端側に一体回転可能に設けられて前記コンプレッサハウジングの吸気通路に位置するコンプレッサロータを備え、かつ、前記タービンハウジングは、前記排気通路における前記タービンロータの上流側を内周スクロール部と外周スクロール部に区画するとともに同外周スクロール部を流通する排気の一部を前記内周スクロール部へ流入して同内周スクロール部の排気の流速を規制する複数の連通孔を有する区画壁と、前記両スクロール部の流入口側に配設されてこれら両スクロール部への排気の流量を制御する制御弁を備え、前記各スクロール部のスクロール面積が上流側から下流側に沿って漸次縮小する先細り形状に形成されている形式の可変容量ターボチャージャを適用対象とするものである。
【０００９】
しかして、本発明に係る可変容量ターボチャージャは、上記した形式の可変容量ターボチャージャにおいて、前記外周スクロール部を、スクロール始点位置からスクロール所定位置までの間は相似的に漸次縮小させ、かつ、前記所定位置から終端位置までの間は前記区画壁の通気孔の軸方向の幅を保持した状態で軸方向に漸次縮小させる構成としていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明に係る可変容量ターボチャージャにおいては、前記スクロール所定位置を、前記通気孔の軸方向の幅と前記内周スクロール部の前記タービンロータ側への流出口の軸方向の幅とが略一致する位置とすることができる。
【００１１】
また、本発明に係る可変容量ターボチャージャにおいては、前記内周スクロール部と前記外周スクロール部のスクロール始点位置におけるスクロール面積を、前記外周スクロール部が前記内周スクロール部より大きい関係に設定することができる。
【００１２】
【発明の作用・効果】
本発明に係る可変容量ターボチャージャは、各スクロール部のスクロール面積が上流側から下流側に沿って漸次縮小する先細り形状に形成された可変レンジの大きい可変容量ターボチャージャにおいて、外周スクロール部を、スクロール始点位置からスクロール所定位置までの間は相似的に漸次縮小させ、かつ、所定位置から終端位置までの間は区画壁の通気孔の軸方向の幅を保持した状態で軸方向に漸次縮小させる構成としている。
【００１３】
かかる外周スクロール部のスクロール断面の形状は、外周スクロール部を流れる排気の各通気孔を通して内周スクロール部への流入を円滑にし、特に、所定位置から終端位置までの間においても、通気孔の軸方向の幅が十分に確保されているため、各通気孔は外周スクロール部から内周スクロール部への排気の流入を妨げることなく、外周スクロール部からの排気を内周スクロール部へ円滑に流入させることになり、内周スクロール部へ適正量の排気を確実に流入させて内周スクロール部の排気を設定された流速に制御し、コンプレッサロータにおいてエンジンの回転速度に応じて設定された過給圧を得ることができる。
【００１４】
本発明に係る可変容量ターボチャージャにおいて、前記スクロール所定位置を、通気孔の軸方向の幅と内周スクロール部のタービンロータ側への流出口の軸方向の幅とが略一致する位置に設定することにより、さらには、内周スクロール部と外周スクロール部のスクロール始点位置におけるスクロール面積を、外周スクロール部が内周スクロール部より大きい関係に設定することにより、ターボチャージャにおける可変レンジをさらに拡大させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を図面に基づいて説明する。図１および図２は本発明の一例に係る可変容量ターボチャージャを示すもので、当該可変容量ターボチャージャは、連結部１０を介して互いに連結されたタービン部２０とコンプレッサ部３０にて構成されている。
【００１６】
連結部１０は、ベアリングハウジング１１と、ベアリングハウジング１１内にて軸受１２を介して回転可能に支持されたシャフト１３を備えていて、シャフト１３は左右の各端部をベアリングハウジング１１から突出させている。シャフト１３の一端側はタービン部２０を構成するタービンハウジング２１内に臨み、かつ、シャフト１３の他端側はコンプレッサ部３０を構成するコンプレッサハウジング３１内に臨んでいる。シャフト１３の一端側には、タービン部２０を構成するタービンロータ２２が一体回転可能に固着され、かつ、シャフト１３の他端側には、コンプレッサ部３０を構成するコンプレッサロータ３２が一体回転可能に組付けられている。
【００１７】
タービン部２０は、タービンハウジング２１と、タービンハウジング２１内に位置するタービンロータ２２を備えているもので、タービンハウジング２１は連結部１０を構成するベアリングハウジング１１の一側に取付けられている。タービンロータ２２は、ベアリングハウジング１１の一側を貫通して臨むシャフト１３の一端側に一体回転可能に固着されていて、タービンハウジング２１内に形成されている排気通路に位置している。
【００１８】
タービンハウジング２１は、排気導入口２１ａと排気排出口２１ｂを備え、排気導入口２１ａと排気排出口２１ｂ間が排気通路に形成されており、同排気通路におけるタービンロータ２２の配設位置より上流側に、区画壁２３が設けられている。タービンハウジング２１におけるタービンロータ２２の配設位置より上流側の内周面は、区画壁面に形成されていて、区画壁２３は、排気通路におけるタービンロータ２２の配設位置より上流側の部位を、内周スクロール部２４と外周スクロール部２５に区画している。区画壁２３には、連通孔２３ａが下流側に沿って多数形成されている。連通孔２３ａは、その上流側壁が緩やかな傾斜状に、かつ、その下流側壁がきつい傾斜状に形成されていて、タービンロータ２２の軸心に向かって所定の傾斜角度で指向している。
【００１９】
当該タービン部２０においては、タービンハウジング２１の排気導入口２１ａ側に制御弁２６が配設されている。制御弁２６は、外周スクロール部２５の流入開口部２５ａ（弁開口）の開口度合いを制御するもので、その先端部が区画壁２３の先端部に延びて同先端部の弁座部に着座している。制御弁２６は、この状態で外周スクロール部２５の流入開口部２５ａを閉鎖していて、図示しない操作手段にて、エンジンの回転速度に応じて開閉動作を制御される。
【００２０】
コンプレッサ部３０は、コンプレッサハウジング３１と、コンプレッサハウジング３１内に位置するコンプレッサロータ３２を備えているもので、コンプレッサハウジング３１は連結部１０を構成するベアリングハウジング１１の他側に取付けられている。コンプレッサロータ３２は、ベアリングハウジング１１の他側を貫通して臨むシャフト１３の他端側に一体回転可能に組付けられていて、コンプレッサハウジング３１内に形成されている吸気通路に位置している。
【００２１】
コンプレッサハウジング３１は、コンプレッサ導入口３１ａとコンプレッサ排出口３１ｂを備え、コンプレッサ導入口３１ａとコンプレッサ排出口３１ｂ間がコンプレッサ通路に形成されており、同コンプレッサ通路におけるコンプレッサロータ３２の配設位置より下流側がリング状のスクロール部３３，３４に形成されている。各スクロール部３３，３４は、コンプレッサ排出口３１ｂに隣接する位置からコンプレッサハウジング３１の外周に沿ってコンプレッサ排出口３１ｂまで延びていて、コンプレッサ排出口３１ｂ側に向けて漸次先太り形状になっている。
【００２２】
しかして、当該可変容量ターボチャージャにおいては、図１〜図３に示すように、内周スクロール部２４および外周スクロール部２５は、上流側から下流側に沿って漸次縮小する先細り形状に形成されている。また、外周スクロール部２５は内周スクロール部２４に比較して、上流側から下流側の全ての部位においてスクロール面積が大きく設定されている。図３（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、両スクロール部２４，２５の各部位におけるスクロール断面形状を示すもので、図３（ａ）〜（ｄ）は図２に示すスクロール始点位置（Ａ）、スクロール中間位置（Ｂ）、スクロール所定位置（Ｃ）、およびスクロール終端位置（Ｄ）におけるスクロール断面形状を示している。
【００２３】
当該可変容量ターボチャージャにおいては、外周スクロール部２５が、スクロール始点位置（Ａ）からスクロール所定位置（Ｃ）までの間は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、スクロール断面形状が相似的に漸次縮小するように形成されており、かつ、スクロール所定位置（Ｃ）からスクロール終端位置（Ｄ）までの間は区画壁２３の連通孔２３ａの軸方向の幅を保持した状態で軸方向に漸次縮小するように形成されている。なお、軸方向とはタービンロータ２２の軸心を通る軸線Ｌに平行する方向をいう。スクロール所定位置（Ｃ）は、連通孔２３ａの軸方向の幅と内周スクロール部２４のタービンロータ２２側への流出口２４ａの軸方向の幅とが略一致する位置に設定されている。
【００２４】
また、内周スクロール部２４が、タービンロータ２２側への流出口２４ａの軸方向の幅を保持した状態で、スクロール始点位置（Ａ）からスクロール所定位置（Ｃ）までの間は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、スクロール断面形状が相似的に漸次縮小するように形成されており、かつ、スクロール所定位置（Ｃ）からスクロール終端位置（Ｄ）までの間は径方向に漸次縮小するように形成されている。
【００２５】
当該可変容量ターボチャージャにおいては、エンジンからの排気を、タービン部２０を構成するタービンハウジング２１の排気導入口２１ａを通して排気通路に導入することにより作動し、コンプレッサ部３０においては設定された過給圧を発生させ、この過給圧をエンジンの吸気口に供給する。
【００２６】
当該可変容量ターボチャージャにおいて、排気量が少ないエンジンの低速域では、外周スクロール部２５の流入開口部２５ａが制御弁２６により閉鎖されていて、タービンハウジング２１の排気導入口２１ａを通して導入された排気は内周スクロール部２４に流入して所定の流速にてタービンロータ２２を回転させ、排気排出口２１ｂを経て外部へ排出される。この間、タービンロータ２２の回転によりシャフト１３が回転して、コンプレッサロータ３２を回転させる。この結果、大気がコンプレッサハウジング３１のコンプレッサ導入口３１ａから吸気通路に導入され、コンプレッサロータ３２により圧縮されて設定された過給圧となって、コンプレッサ排出口３１ｂを経て高い密度の吸気としてエンジンの吸気口へ導入される。
【００２７】
一方、当該可変容量ターボチャージャにおいて、排気量が多いエンジンの中速域または高速域では、制御弁２６の作動により外周スクロール部２５の流入開口部２５ａがエンジンの回転速度に応じて開放されて、タービンハウジング２１の排気導入口２１ａを通して導入された排気は内周スクロール部２４と外周スクロール部２５の両者に流入し、内周スクロール部２４に流入した排気は、上記したと同様に、タービンロータ２２を回転させて排気排出口２１ｂを経て外部へ排出される。
【００２８】
この間、外周スクロール部２５に流入した排気の一部は、区画壁２３の各連通孔２３ａを通して内周スクロール部２４に流入する。この場合、排気の内周スクロール部２４への流入方向は、各連通孔２３ａの指向方向に沿ってタービンロータ２２の軸心へ向かう方向となって、内周スクロール部２４内を流れる排気のタービンロータ２２の接線方向の流れをタービンロータ２２の回転中心側への流れに変えると共に、タービンロータ２２に当たる排気の流速を下げる。これにより、タービンロータ２２は必要以上の回転を規制されて、コンプレッサロータ３２の必要以上の回転を防止し、過給圧は排気量が多いエンジンの中速域または高速域においても設定された過給圧に制御される。
【００２９】
ところで、当該可変容量ターボチャージャにおいては、各スクロール部２４，２５のスクロール面積を、上流側から下流側に沿って漸次縮小する先細り形状に形成して、可変レンジの大きい可変容量ターボチャージャを構成しているが、特に、外周スクロール部２５を図３に示すように、スクロール始点位置（Ａ）からスクロール所定位置（Ｃ）までの間は相似的に漸次縮小させ、かつ、スクロール所定位置（Ｃ）からスクロール終端位置（Ｄ）までの間は区画壁２３の連通孔２３ａの軸方向の幅を保持した状態で軸方向に漸次縮小させる構成としている。
【００３０】
このような外周スクロール部２５のスクロール断面の形状は、外周スクロール部２５を流れる排気の各連通孔２３ａを通して内周スクロール部２４への流入を円滑にし、特に、スクロール所定位置（Ｃ）からスクロール終端位置（Ｄ）までの間においても、連通孔２３ａの軸方向の幅を十分に確保しているため、各連通孔２３ａは外周スクロール部２５から内周スクロール部２４への排気の流入を妨げることなく、外周スクロール部２５からの排気を内周スクロール部２４へ円滑に流入させることになり、内周スクロール部２４へ適正量の排気を確実に流入させて内周スクロール部２４の排気を設定された流速に制御し、コンプレッサロータ３２において発生する過給圧を、エンジンの回転速度に応じて設定された値に制御する。
【００３１】
また、当該可変容量ターボチャージャにおいては、スクロール所定位置（Ｃ）を、図３（ｃ）に示すように、連通孔２３ａの軸方向の幅と内周スクロール部２４のタービンロータ２２側への流出口２４ａの軸方向の幅とが略一致する位置に設定しているため、さらには、内周スクロール部２４と外周スクロール部２５のスクロール始点位置（Ａ）におけるスクロール面積を、外周スクロール部２５が内周スクロール部２４より大きい関係に設定しているため、可変容量ターボチャージャにおける可変レンジを一層拡大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例に係る可変容量ターボチャージャの断面図である。
【図２】同可変容量ターボチャージャの図１における２−２線での断面図である。
【図３】同可変容量ターボチャージャの図２に示すスクロール始点位置（Ａ）における断面図（ａ）、同中間位置（Ｂ）における断面図（ｂ）、同所定位置（Ｃ）における断面図（ｃ）、および終端位置（Ｄ）における断面図（ｄ）である。
【符号の説明】
１０…連結部、１１…ベアリングハウジング、１２…軸受、１３…シャフト、２０…タービン部、２１…タービンハウジング、２１ａ…排気導入口、２１ｂ…排気排出口、２２…タービンロータ、２３…区画壁、２３ａ…連通孔、２４…内周スクロール部、２４ａ…流出口、２５…外周スクロール部、２５ａ…流入開口部（弁開口）、２６…制御弁、３０…コンプレッサ部、３１…コンプレッサハウジング、３１ａ…コンプレッサ導入口、３１ｂ…コンプレッサ排出口、３２…コンプレッサロータ、３３，３４…スクロール部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a variable capacity turbocharger.
[0002]
[Prior art]
One type of turbocharger is a variable capacity turbocharger as proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-8777. The variable capacity turbocharger efficiently rotates the turbine rotor with a small amount of exhaust gas in the low speed region of the engine to obtain a desired supercharging pressure, and rotates the turbine rotor in the medium and high speed regions of the engine. It is intended to improve the function of the turbocharger by controlling the supercharging pressure to a set pressure by regulating according to the rotation speed of the engine.
[0003]
The variable capacity turbocharger is rotatably supported between the turbine housing and the compressor housing, and has a shaft that has one end facing the turbine housing and the other end facing the compressor housing, and is integrally provided on one end of the shaft. A turbine rotor positioned in the exhaust passage of the turbine housing, and a compressor rotor positioned on the other end side of the shaft so as to be integrally rotatable and positioned in the intake passage of the compressor housing. Is structured as follows.
[0004]
That is, in the variable capacity turbocharger, the turbine housing divides the upstream side of the turbine rotor in the exhaust passage into an inner scroll portion and an outer scroll portion, and a part of the exhaust flowing through the outer scroll portion. A partition wall having a plurality of communication holes that flow into the inner scroll portion and regulate the flow rate of exhaust gas from the inner scroll portion, and exhaust gas to the scroll portions disposed on the inlet side of the scroll portions. The scroll area of each scroll portion is formed in a tapered shape that gradually decreases from the upstream side to the downstream side.
[0005]
In the variable capacity turbocharger having such a configuration, the amount of exhaust flowing into the inner scroll portion and the outer scroll portion is controlled in accordance with the rotational speed of the engine, so that the exhaust at an appropriate speed according to the rotational speed of the engine is converted to the turbine. It supplies to a rotor and obtains the appropriate supercharging pressure set according to the rotational speed of the engine in the compressor rotor.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In this way, in the variable capacity turbocharger, a part of the exhaust gas flowing through the outer scroll part is surely flowed into the inner scroll part through each vent of the partition wall to set the exhaust of the inner scroll part. It is important to control the flow rate.
[0007]
However, the inflow amount of exhaust gas from the outer scroll portion to the inner scroll portion is greatly influenced by the shape of the scroll cross section of the portion corresponding to each vent hole in the outer scroll portion, and depending on the shape of the scroll cross section of the outer scroll portion, There is a possibility that the exhaust of the outer scroll portion cannot be allowed to flow into the inner scroll portion by a set appropriate amount. In this case, the compressor rotor cannot obtain the supercharging pressure set according to the rotational speed of the engine. The object of the present invention is therefore to address such problems.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a variable capacity turbocharger, and applies to a turbocharger of the type shown below.
That is, the present invention provides a shaft rotatably supported between the turbine housing and the compressor housing, with one end facing the turbine housing and the other end facing the compressor housing, and integrally provided on one end of the shaft. A turbine rotor positioned in the exhaust passage of the turbine housing, and a compressor rotor provided in the other end side of the shaft so as to be integrally rotatable and positioned in the intake passage of the compressor housing, and the turbine housing, The upstream side of the turbine rotor in the exhaust passage is partitioned into an inner scroll portion and an outer scroll portion, and a part of the exhaust gas flowing through the outer scroll portion flows into the inner scroll portion to Partition wall having a plurality of communication holes for regulating the flow rate of exhaust gas And a control valve disposed on the inlet side of the scroll portions to control the flow rate of exhaust gas to the scroll portions, and the scroll area of each scroll portion is gradually reduced from the upstream side to the downstream side. A variable capacity turbocharger of a form formed in a tapered shape is an application target.
[0009]
Thus, the variable capacity turbocharger according to the present invention is the above-described variable capacity turbocharger, wherein the outer peripheral scroll portion is gradually reduced in a similar manner from the scroll start position to the predetermined scroll position, and Between the predetermined position and the end position, the partition wall is configured to be gradually reduced in the axial direction while maintaining the axial width of the vent hole.
[0010]
In the variable capacity turbocharger according to the present invention, at the predetermined scroll position, the axial width of the vent hole substantially coincides with the axial width of the outlet of the inner scroll portion toward the turbine rotor. It can be a position.
[0011]
In the variable capacity turbocharger according to the present invention, the scroll area at the scroll start point position of the inner scroll portion and the outer scroll portion may be set so that the outer scroll portion is larger than the inner scroll portion. it can.
[0012]
[Operation and effect of the invention]
A variable capacity turbocharger according to the present invention is a variable capacity turbocharger having a large variable range formed in a tapered shape in which the scroll area of each scroll part is gradually reduced from the upstream side to the downstream side. A configuration in which the distance from the start position to the predetermined scroll position is gradually reduced in a similar manner, and the distance from the predetermined position to the end position is gradually reduced in the axial direction while maintaining the axial width of the air hole of the partition wall. It is said.
[0013]
The shape of the scroll cross section of the outer peripheral scroll portion facilitates the inflow of the exhaust gas flowing through the outer peripheral scroll portion into the inner peripheral scroll portion through the respective vent holes. Since the width in the direction is sufficiently secured, each air vent smoothly allows the exhaust from the outer scroll part to flow into the inner scroll part without hindering the inflow of exhaust gas from the outer scroll part to the inner scroll part. Therefore, an appropriate amount of exhaust gas is surely flowed into the inner scroll portion to control the exhaust gas in the inner scroll portion to a set flow velocity, and the boost pressure set according to the engine speed in the compressor rotor. Can be obtained.
[0014]
In the variable capacity turbocharger according to the present invention, the predetermined scroll position is set to a position where the axial width of the air hole substantially coincides with the axial width of the outlet of the inner scroll portion toward the turbine rotor. In addition, the variable range in the turbocharger can be further expanded by setting the scroll area at the scroll start point position of the inner scroll portion and the outer scroll portion to be larger than the inner scroll portion. Can do.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 show a variable capacity turbocharger according to an example of the present invention. The variable capacity turbocharger is composed of a turbine section 20 and a compressor section 30 connected to each other via a connecting section 10. Yes.
[0016]
The connecting portion 10 includes a bearing housing 11 and a shaft 13 that is rotatably supported in the bearing housing 11 via a bearing 12. The shaft 13 projects left and right ends from the bearing housing 11. Yes. One end side of the shaft 13 faces the turbine housing 21 constituting the turbine part 20, and the other end side of the shaft 13 faces the compressor housing 31 constituting the compressor part 30. A turbine rotor 22 constituting the turbine section 20 is fixed to one end side of the shaft 13 so as to be integrally rotatable, and a compressor rotor 32 constituting the compressor section 30 is integrally rotatable to the other end side of the shaft 13. It is assembled.
[0017]
The turbine unit 20 includes a turbine housing 21 and a turbine rotor 22 located in the turbine housing 21, and the turbine housing 21 is attached to one side of the bearing housing 11 that constitutes the connecting unit 10. The turbine rotor 22 is fixed to one end of the shaft 13 passing through one side of the bearing housing 11 so as to be integrally rotatable, and is located in an exhaust passage formed in the turbine housing 21.
[0018]
The turbine housing 21 includes an exhaust inlet 21a and an exhaust outlet 21b, and an exhaust passage is formed between the exhaust inlet 21a and the exhaust outlet 21b. The turbine housing 21 is upstream of the position where the turbine rotor 22 is disposed in the exhaust passage. In addition, a partition wall 23 is provided. The inner peripheral surface of the turbine housing 21 on the upstream side from the position where the turbine rotor 22 is disposed is formed on the partition wall surface, and the partition wall 23 is located upstream of the position where the turbine rotor 22 is disposed in the exhaust passage. It is divided into an inner scroll part 24 and an outer scroll part 25. A number of communication holes 23 a are formed in the partition wall 23 along the downstream side. The communication hole 23 a is formed such that its upstream side wall has a gentle slope and its downstream side wall has a tight slope, and is directed toward the axis of the turbine rotor 22 at a predetermined slope angle.
[0019]
In the turbine unit 20, a control valve 26 is disposed on the exhaust inlet 21 a side of the turbine housing 21. The control valve 26 controls the degree of opening of the inflow opening 25a (valve opening) of the outer scroll part 25, and its tip extends to the tip of the partition wall 23 and sits on the valve seat at the tip. ing. In this state, the control valve 26 closes the inflow opening 25a of the outer scroll part 25, and the opening / closing operation is controlled by an operating means (not shown) according to the rotational speed of the engine.
[0020]
The compressor unit 30 includes a compressor housing 31 and a compressor rotor 32 positioned in the compressor housing 31, and the compressor housing 31 is attached to the other side of the bearing housing 11 constituting the connecting unit 10. The compressor rotor 32 is assembled to the other end side of the shaft 13 passing through the other side of the bearing housing 11 so as to be integrally rotatable, and is positioned in an intake passage formed in the compressor housing 31.
[0021]
The compressor housing 31 includes a compressor introduction port 31a and a compressor discharge port 31b. A space between the compressor introduction port 31a and the compressor discharge port 31b is formed in the compressor passage, and the downstream side of the compressor rotor 32 is disposed in the compressor passage. It is formed in ring-shaped scroll portions 33 and 34. Each scroll portion 33, 34 extends from the position adjacent to the compressor discharge port 31b to the compressor discharge port 31b along the outer periphery of the compressor housing 31, and gradually becomes tapered toward the compressor discharge port 31b. .
[0022]
Accordingly, in the variable capacity turbocharger, as shown in FIGS. 1 to 3, the inner scroll portion 24 and the outer scroll portion 25 are formed in a tapered shape that gradually decreases from the upstream side to the downstream side. Yes. Further, the outer scroll portion 25 has a larger scroll area than the inner scroll portion 24 in all parts from the upstream side to the downstream side. 3 (a), (b), (c), and (d) show scroll cross-sectional shapes at the respective portions of both scroll portions 24 and 25, and FIGS. 3 (a) to 3 (d) are shown in FIG. The scroll cross-sectional shapes at the scroll start point position (A), the scroll intermediate position (B), the predetermined scroll position (C), and the scroll end position (D) are shown.
[0023]
In the variable capacity turbocharger, as shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c), the scroll cross-sectional shape of the outer peripheral scroll portion 25 is between the scroll start position (A) and the predetermined scroll position (C). It is formed so as to gradually decrease in a similar manner, and the shaft is maintained in the state where the axial width of the communication hole 23a of the partition wall 23 is maintained from the predetermined scroll position (C) to the scroll end position (D). It is formed so as to be gradually reduced in the direction. The axial direction refers to a direction parallel to the axis L passing through the axis of the turbine rotor 22. The predetermined scroll position (C) is set at a position where the axial width of the communication hole 23a substantially coincides with the axial width of the outlet 24a toward the turbine rotor 22 side of the inner peripheral scroll portion 24.
[0024]
Further, in the state where the inner peripheral scroll portion 24 maintains the axial width of the outlet 24a toward the turbine rotor 22, the period from the scroll starting point position (A) to the predetermined scroll position (C) is shown in FIG. As shown in a) to (c), the scroll cross-sectional shape is formed to be gradually reduced in a similar manner, and in the radial direction from the predetermined scroll position (C) to the scroll end position (D). It is formed so as to be gradually reduced.
[0025]
The variable capacity turbocharger operates by introducing the exhaust from the engine into the exhaust passage through the exhaust introduction port 21a of the turbine housing 21 constituting the turbine unit 20, and the set boost pressure in the compressor unit 30. And the supercharging pressure is supplied to the intake port of the engine.
[0026]
In the variable capacity turbocharger, the inflow opening 25a of the outer peripheral scroll portion 25 is closed by the control valve 26 in the low speed region of the engine with a small displacement, and the exhaust introduced through the exhaust introduction port 21a of the turbine housing 21 is The turbine rotor 22 is rotated at a predetermined flow rate by flowing into the inner peripheral scroll portion 24 and discharged to the outside through the exhaust discharge port 21b. During this time, the rotation of the turbine rotor 22 causes the shaft 13 to rotate, causing the compressor rotor 32 to rotate. As a result, the air is introduced into the intake passage from the compressor introduction port 31a of the compressor housing 31, is compressed by the compressor rotor 32, and becomes a set supercharging pressure. As a result, the high-density intake air passes through the compressor discharge port 31b. It is introduced into the intake port.
[0027]
On the other hand, in the variable capacity turbocharger, in the middle speed region or the high speed region of the engine with a large displacement, the inflow opening 25a of the outer scroll 25 is opened according to the rotational speed of the engine by the operation of the control valve 26. Exhaust gas introduced through the exhaust inlet 21a of the turbine housing 21 flows into both the inner peripheral scroll portion 24 and the outer peripheral scroll portion 25, and the exhaust gas flowing into the inner peripheral scroll portion 24 is the turbine rotor 22 as described above. Is rotated and discharged to the outside through the exhaust outlet 21b.
[0028]
During this time, a part of the exhaust gas flowing into the outer scroll part 25 flows into the inner scroll part 24 through the communication holes 23 a of the partition wall 23. In this case, the inflow direction of the exhaust gas to the inner peripheral scroll portion 24 is a direction toward the axial center of the turbine rotor 22 along the directivity direction of each communication hole 23a, and the turbine of the exhaust gas flowing in the inner peripheral scroll portion 24. The flow in the tangential direction of the rotor 22 is changed to a flow toward the rotation center side of the turbine rotor 22, and the flow rate of exhaust gas hitting the turbine rotor 22 is reduced. As a result, the turbine rotor 22 is prevented from rotating more than necessary to prevent the compressor rotor 32 from rotating more than necessary, and the supercharging pressure is set even in the medium speed range or high speed range of the engine having a large displacement. Controlled by supply pressure.
[0029]
By the way, in the variable capacity turbocharger, the scroll area of each of the scroll portions 24 and 25 is formed in a tapered shape that gradually decreases from the upstream side to the downstream side to constitute a variable capacity turbocharger having a large variable range. However, in particular, as shown in FIG. 3, the outer peripheral scroll portion 25 is gradually reduced in a similar manner from the scroll start point position (A) to the predetermined scroll position (C), and the predetermined scroll position (C). From the position to the scroll end position (D), the width of the communication hole 23a of the partition wall 23 is gradually reduced in the axial direction while maintaining the axial width.
[0030]
The shape of the scroll cross section of the outer peripheral scroll portion 25 facilitates the inflow of the exhaust gas flowing through the outer peripheral scroll portion 25 to the inner peripheral scroll portion 24 through each communication hole 23a, and in particular, from the predetermined scroll position (C) to the end of the scroll. Since the axial width of the communication hole 23a is sufficiently secured up to the position (D), each communication hole 23a prevents the inflow of exhaust gas from the outer scroll part 25 to the inner scroll part 24. Therefore, the exhaust from the outer peripheral scroll portion 25 smoothly flows into the inner peripheral scroll portion 24, and an appropriate amount of exhaust gas is surely flowed into the inner peripheral scroll portion 24 to set the exhaust of the inner peripheral scroll portion 24. The supercharging pressure generated in the compressor rotor 32 is controlled to a value set according to the rotational speed of the engine.
[0031]
In the variable capacity turbocharger, the predetermined scroll position (C) is set so that the axial width of the communication hole 23a and the flow of the inner scroll portion 24 toward the turbine rotor 22 are set as shown in FIG. Since the width in the axial direction of the outlet 24a is set to substantially match, the scroll area at the scroll start point (A) of the inner scroll part 24 and the outer scroll part 25 is further determined by the outer scroll part 25. Since the relationship is larger than that of the inner scroll portion 24, the variable range in the variable capacity turbocharger can be further expanded.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a variable capacity turbocharger according to an example of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the variable capacity turbocharger taken along line 2-2 in FIG.
3 is a cross-sectional view (a) at the scroll start point position (A) shown in FIG. 2 of the variable capacity turbocharger, a cross-sectional view (b) at the intermediate position (B), and a cross-sectional view at the predetermined position (C). It is sectional drawing (d) in c) and terminal position (D).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Connection part, 11 ... Bearing housing, 12 ... Bearing, 13 ... Shaft, 20 ... Turbine part, 21 ... Turbine housing, 21a ... Exhaust inlet, 21b ... Exhaust outlet, 22 ... Turbine rotor, 23 ... Partition wall, 23a ... Communication hole, 24 ... Inner scroll part, 24a ... Outlet, 25 ... Outer scroll part, 25a ... Inlet opening part (valve opening), 26 ... Control valve, 30 ... Compressor part, 31 ... Compressor housing, 31a ... Compressor introduction port, 31b ... Compressor discharge port, 32 ... Compressor rotor, 33, 34 ... Scroll part.

Claims (3)

タービンハウジングとコンプレッサハウジング間にて回転可能に支持されて一端が前記タービンハウジングに臨みかつ他端が前記コンプレッサハウジングに臨むシャフトと、同シャフトの一端側に一体回転可能に設けられて前記タービンハウジングの排気通路に位置するタービンロータと、前記シャフトの他端側に一体回転可能に設けられて前記コンプレッサハウジングの吸気通路に位置するコンプレッサロータを備え、かつ、前記タービンハウジングは、前記排気通路における前記タービンロータの上流側を内周スクロール部と外周スクロール部に区画するとともに同外周スクロール部を流通する排気の一部を前記内周スクロール部へ流入して同内周スクロール部の排気の流速を規制する複数の連通孔を有する区画壁と、前記両スクロール部の流入口側に配設されてこれら両スクロール部への排気の流量を制御する制御弁を備え、前記各スクロール部のスクロール面積が上流側から下流側に沿って漸次縮小する先細り形状に形成されている可変容量ターボチャージャにおいて、前記外周スクロール部は、スクロール始点位置からスクロール所定位置までの間は相似的に漸次縮小し、かつ、前記所定位置から終端位置までの間は前記区画壁の通気孔の軸方向の幅を保持した状態で軸方向に漸次縮小していることを特徴とする可変容量ターボチャージャ。A shaft that is rotatably supported between the turbine housing and the compressor housing and has one end facing the turbine housing and the other end facing the compressor housing. A turbine rotor located in the exhaust passage, and a compressor rotor provided in the other end of the shaft so as to be integrally rotatable and located in the intake passage of the compressor housing, and the turbine housing includes the turbine in the exhaust passage The upstream side of the rotor is divided into an inner scroll part and an outer scroll part, and part of the exhaust gas flowing through the outer scroll part flows into the inner scroll part to regulate the flow rate of the exhaust gas in the inner scroll part. A partition wall having a plurality of communication holes and the scrolls And a control valve for controlling the flow rate of exhaust gas to both the scroll portions, and the scroll area of each scroll portion is formed in a tapered shape that gradually decreases from the upstream side to the downstream side. In the variable capacity turbocharger, the outer peripheral scroll portion gradually decreases in a similar manner from a scroll start point position to a predetermined scroll position, and from the predetermined position to the end position, the vent hole in the partition wall A variable capacity turbocharger that is gradually reduced in the axial direction while maintaining a width in the axial direction. 請求項１に記載の可変容量ターボチャージャにおいて、前記スクロール所定位置は、前記通気孔の軸方向の幅と前記内周スクロール部の前記タービンロータ側への流出口の軸方向の幅とが略一致する位置であることを特徴とする可変容量ターボチャージャ。2. The variable capacity turbocharger according to claim 1, wherein the predetermined scroll position has an axial width substantially equal to an axial width of an outlet of the inner scroll portion toward the turbine rotor. A variable capacity turbocharger characterized in that 請求項１または２に記載の可変容量ターボチャージャにおいて、前記内周スクロール部と前記外周スクロール部のスクロール始点位置におけるスクロール面積は、前記外周スクロール部が前記内周スクロール部より大きく設定されていることを特徴とする可変容量ターボチャージャ。3. The variable capacity turbocharger according to claim 1, wherein a scroll area at a scroll start point position of the inner scroll portion and the outer scroll portion is set to be larger than that of the inner scroll portion. A variable capacity turbocharger characterized by
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