JP4370662B2 - 可変容量ターボチャージャ - Google Patents
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Description
【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、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、前記外周スクロール部の流入口側に配設されて同流入口に設けた弁開口部を開閉して前記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た構成となっている。
【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】
従って、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だけ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】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、当該形式の可変容量ターボチャージャにおいては、可変容量(容量レンジ)の拡大を図るには、外周スクロール部のスクロール面積を拡大することが有効な手段である。しかしながら、外周スクロール部のスクロール面積を拡大した場合には、外周スクロール部を流動する排気の区画壁の連通孔への指向が阻害され、排気の同連通孔を通しての内周スクロール部への流入を妨げることになって、可変容量ターボチャージャの効率低下をまねく。また、外周スクロール部のスクロール面積を拡大すると、ターボチャージャが径方向に大型化することになり、車両への搭載性の影響を及ぼすことになる。
【0008】
従って、本発明の目的は、可変容量ターボチャージャにおける可変容量の拡大を図る場合、車両への搭載性に影響を及ぼすことなく、かつ、外周スクロール部を流動する排気の内周スクロール部への流入を円滑にすることにある。
【0009】
【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、前記外周スクロール部の流入口側に配設されて同流入口に設けた弁開口部を開閉して前記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。
【0010】
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のスクロール面積を前記内周スクロール部のスクロール面積に比較して大きく形成するとともに、前記外周スクロール部のスクロール面積を軸方向に拡大して、同外周スクロール部内に断面が軸方向に長い主排気流路と、同主排気流路とは段差を有して前記区画壁側に位置し断面が軸方向に短い凹溝状の副排気流路を形成したことを特徴とするものである。
【0011】
本発明に係る可変容量ターボチャージャにおいては、前記各スクロール部を、スクロール面積が上流側から下流側へ漸次縮小する先細り形状に形成することができる。
【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においては、外周スクロール部の排気流動方向の全ての部位でのスクロール面積を内周スクロール部の同様のスクロール面積より大きくして可変容量の拡大を図っているが、特に、外周スクロール部のスクロール面積を軸方向に拡大して、外周スクロール部内を断面が軸方向に長い主排気流路と、同主排気流路とは段差を有して前記区画壁側に位置し断面が軸方向に短い凹溝状の副排気流路に形成していることから、下記のごとき作用効果を奏するものである。
【0013】
すなわち、当該可変容量ターボチャージャにおいては、外周スクロール部のスクロール面積を軸方向に拡大しているため、装置の径方向の大型化が抑制されて、車両への搭載性が大きく損なわれるようなことはない。また、外周スクロール部内を、断面が軸方向に長い主排気流路と、同主排気流路とは段差を有して区画壁側に位置し断面が軸方向に短い凹溝状の副排気流路に形成しているため、凹溝状の副排気流路が主排気流路を流れる排気の一部を整流して助走させて、区画壁の連通孔に導入すべく機能する。これにより、外周スクロール部を流動する排気の一部は各連通孔に容易に導入されて、何等妨げられることなく内周スクロール部へ円滑に流入し、ターボチャージャの効率低下を防止する。
【0014】
【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は本発明に係る可変容量ターボチャージャの第1実施形態を示すもので、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20Aとコンプレッサ部30にて構成されている。
【0015】
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20A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20A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。
【0016】
タービン部20A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の一側を貫通してタービンハウジング21内に臨むシャフト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。
【0017】
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24Aと外周スクロール部25A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。
【0018】
当該タービン部20A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26Aが配設されている。制御弁26Aは、外周スクロール部25Aへの流入開口を構成する弁開口部26aの開度を制御する片開き式のもので、その基端部をタービンハウジング21における弁開口部26aの上流側に傾動可能に取付けられて傾動端部が下流側に延びていて、傾動端部が弁開口部26aの弁座部に着座している。制御弁26Aは、この状態で外周スクロール部25Aの弁開口部26a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弁開口部26aを開閉動作する。
【0019】
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の他側を貫通してコンプレッサハウジング31内に臨むシャフト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。
【0020】
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側に向かって漸次先太り形状になっている。
【0021】
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24Aおよび外周スクロール部25A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とともに、外周スクロール部25Aは内周スクロール部24A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。また、外周スクロール部25Aにおいては、そのスクロール面積を軸方向に拡大して、外周スクロール部25A内を断面が軸方向に長い主排気流路25a1、主排気流路25a1とは段差を有して区画壁23側に位置し断面が軸方向に短い凹溝状の副排気流路25a2に形成している。なお、軸方向とは、タービンロータ22の軸線Lに平行な方向をいい、図3の2点鎖線は主排気流路25a1と副排気流路25a2の段差を表示する線である。また、図4に示す可変容量ターボチャージャは、外周スクロール部25A内に副排気流路が形成されていない例であって、図2に示す本発明に係る可変容量ターボチャージャの第1実施形態と比較するために示している。
【0022】
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25Aへの流入開口部を構成する弁開口部26aが制御弁26A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24A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り、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。
【0023】
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26Aの作動により弁開口部26a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24Aと外周スクロール部25Aの両者に流入し、内周スクロール部24A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。
【0024】
この間、外周スクロール部25A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24Aに流入する。この場合、排気の内周スクロール部24A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の必要以上の回転が防止され、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圧力に制御される。
【0025】
ところで、当該可変容量ターボチャージャにおいては、可変容量(容量レンジ)の拡大を図るためには、外周スクロール部25Aのスクロール面積を拡大しているが、この場合、外周スクロール部25Aのスクロール面積を軸方向に拡大しているため、径方向への大型化が抑制され、車両への搭載性の影響を防止することができる。
【0026】
また、外周スクロール部25Aのスクロール面積を軸方向に拡大する手段を採る場合、図4に示すように、スクロール面積を単に軸方向に拡大するのみでは、外周スクロール部25Aを流れる排気が区画壁23の連通孔23aに指向する際(矢印A方向)、連通孔23aの角部により阻害されて、排気の連通孔23aを通しての内周スクロール部24への流入が円滑にはなされない。
【0027】
これに対して、当該可変容量ターボチャージャにおいては、図3に示すように、外周スクロール部25A内を主排気流路25a1と凹溝状の副排気流路25a2に形成している。このため、副排気流路25a2は主排気流路25a1を流れる排気の一部を整流して助走させて矢印Bに示す方向に指向させ、排気の連通孔23aを通しての内周スクロール部24Aへの流入を円滑にする。すなわち、外周スクロール部25Aを流れる排気の一部を、何等妨げられることなく、内周スクロール部24Aへ円滑に流入することができて、ターボチャージャの効率低下を防止することができる。
【0028】
図5および図6は、本発明に係る可変容量ターボチャージャの第2実施形態を示しており、当該可変容量ターボチャージャにおいて、タービン部20Aとは異なるタービン部20Bを採用している点、制御弁26Aとは異なる形式の制御弁26Bを採用している点を除き、第1実施形態の可変容量ターボチャージャと実質的に同一の構成となっている。制御弁26Bは、バタフライ式のものであって、その中間基部が排気流入口側にてその上流側と下流側間の中間部に取付けられて、排気の上流側および下流側の両側が傾動端部となっている。これにより、制御弁26Bは、作動時には、弁開口部26bの上流側および下流側を同時に開閉動作する。
【0029】
しかして、当該可変容量ターボチャージャにおいても、内周スクロール部24Bおよび外周スクロール部25B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とともに、外周スクロール部25Bは内周スクロール部24B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。また、外周スクロール部25Bにおいては、そのスクロール面積を軸方向に拡大して、外周スクロール部25B内を断面が軸方向に長い主排気流路25b1と、主排気流路25bとは段差を有して区画壁23側に位置し断面が軸方向に短い凹溝状の副排気流路25b2に形成している。
【0030】
従って、当該可変容量ターボチャージャにおいても、外周スクロール部25B内を主排気流路25b1と凹溝状の副排気流路25b2に形成していることから、副排気流路25b2は主排気流路25b1を流れる排気の一部を整流して助走させて連通孔23aの方向に指向させ、排気の連通孔23aを通しての内周スクロール部24Bへの流入を円滑にする。すなわち、外周スクロール部25Bを流れる排気の一部を、何等妨げられることなく、内周スクロール部24Bへ円滑に流入させることができて、ターボチャージャの効率低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る可変容量ターボチャージャの第1実施形態を示す断面図である。
【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1の一部を拡大して示す拡大断面図である
【図4】同可変容量ターボチャージャと比較するための可変容量ターボチャージャの図3に対応する拡大断面図である。
【図5】本発明に係る可変容量ターボチャージャの第2実施形態を示す図1に対応する断面図である。
【図6】同可変容量ターボチャージャの図2に対応する断面図である。
【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、20A,20B…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、24A,24B…内周スクロール部、25A,25B…外周スクロール部、25a1,25b1…主排気流路、25a2,25b2…副排気流路、26A,26B…制御弁、26a,26b…弁開口部、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。
Claims (2)
- 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、前記外周スクロール部の流入口側に配設されて同流入口に設けた弁開口部を開閉して前記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てな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のスクロール面積を前記内周スクロール部のスクロール面積に比較して大きく形成するとともに、前記外周スクロール部のスクロール面積を軸方向に拡大して、同外周スクロール部内に断面が軸方向に長い主排気流路と、同主排気流路とは段差を有して前記区画壁側に位置し断面が軸方向に短い凹溝状の副排気流路を形成したことを特徴とする可変容量ターボチャージャ。
- 請求項1に記載の可変容量ターボチャージャにおいて、前記各スクロール部はスクロール面積が上流側から下流側へ漸次縮小する先細り形状を呈していることを特徴とする可変容量ターボチャージャ。
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