JP4415447B2

JP4415447B2 - Variable capacity turbocharger

Info

Publication number: JP4415447B2
Application number: JP2000075313A
Authority: JP
Inventors: 一成安達; 啓光石原; 潤川口
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2020-03-17
Also published as: JP2001263078A

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、エンジンの低速域から中高速域への変化に追従して制御弁を動作させて弁開口部を漸次開放する場合、弁開口部はその形状に起因して開度零の状態から瞬時に所定開度まで開放され、また、エンジンの中高速域から低速域への変化に追従して制御弁を動作させて弁開口部を漸次閉鎖する場合、弁開口部はその形状に起因して所定開度から瞬時に開度零の状態に閉鎖されることになる。弁開口部のこのような開閉状態は、内周スクロール部と外周スクロール部への流入する排気の急激な変化を引き起こし、コンプレッサ部にて発生する過給圧に大きな影響を及ぼすことになる。この現象は、可変容量ターボチャージャの効率を向上させてその小型化を図るべく、内周スクロール部のスクロール面積を最小化した可変容量ターボチャージャにおいてより顕著に出現する。
【０００８】
従って、本発明の目的は、制御弁の動作による弁開口部の開放始期および閉鎖終期に、弁開口部の開度が急激に変化することを防止して、弁開口部の開度の急激な変化に起因する過給圧への影響を解消することにある。
【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、前記弁開口部の形状を、前記外周スクロール部への排気の流動方向に長い細長形状に形成していることを特徴とするものである。本発明は、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へ漸次縮小する先細り形状を呈していて、スクロール始点位置におけるスクロール面積が前記内周スクロール部より前記外周スクロール部が大きく形成されている形式の可変容量ターボチャージャに対して好適に実施することができる。
【００１１】
本発明に係る可変容量ターボチャージャにおいては、前記制御弁が前記外周スクロール部の流入口側における排気の上流側に基端部を取付けられて排気の下流側が傾動端部となっている場合には、前記弁開口部を排気の下流側方向に先細り形状に形成し、前記制御弁が前記外周スクロール部の流入口側における排気の上流側と下流側間にて中間基部を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に構成されている場合には、前記弁開口部を排気の上流側および下流側の両方向に先細り形状に形成し、前記制御弁が前記外周スクロール部の流入口側における排気の下流側に基端部を取付けられて排気の上流側が傾動端部となっている場合には、前記弁開口部を排気の上流側方向に先細り形状に形成する。これらの場合、前記弁開口部の先細り形状に形成されている部分は、三角形状、台形状または半楕円形状等の適宜な形状とすることができる。
【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、弁開口部の形状を、外周スクロール部への排気の流動方向に長い細長形状に形成していることから、弁開口部の弁開度は、制御弁の動作による弁開口部の開放時には漸次大きくなり、かつ、弁開口部の閉鎖時には漸次小さくなる。このため、弁開口部の開放始期および閉鎖終期における弁開度の急激な変化が防止され、弁開度の急激な変化に起因する過給圧への影響を解消または大きく抑制することができて、過給圧の制御精度を向上させることができる。この作用効果は、可変容量ターボチャージャの効率を向上させてその小型化を図るべく、内周スクロール部のスクロール面積を最小化した可変容量ターボチャージャにおいて特に顕著である。
【００１３】
本発明に係る可変容量ターボチャージャにおいては、制御弁として一傾動端側が開く形式のものや両傾動端が同時に開く形式のもの（バタフライタイプ）を採用することができるが、これらの場合には、弁開口部を下記のごとき形状に形成することにより、一層の作用効果を奏することができる。
【００１４】
すなわち、制御弁が外周スクロール部の流入口側における排気の上流側に基端部を取付けられて排気の下流側が傾動端部となっている場合には、弁開口部を排気の下流側方向に先細り形状に形成するようにする。また、制御弁が外周スクロール部の流入口側における排気の上流側と下流側間にて中間基部を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に構成されている場合には、弁開口部を排気の上流側および下流側の両方向に先細り形状に形成するようにする。さらにまた、制御弁が外周スクロール部の流入口側における排気の下流側に基端部を取付けられて排気の上流側が傾動端部となっている場合には、弁開口部を排気の上流側方向に先細り形状に形成するようにする。これらの場合、弁開口部の先細り形状に形成されている部分を、三角形状、台形状または半楕円形状部等の適宜な形状とすることができる。
【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。
【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２６Ａが配設されている。制御弁２６Ａは、外周スクロール部２５への流入開口を構成する弁開口部２６ａの開度を制御するもので、基端部をタービンハウジング２１における弁開口部２６ａの上流側に取付けられて傾動端部が下流側に延びて、同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２５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。
【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。
【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側に向かっ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。一方、外周スクロール部２５への排気流入口を構成する弁開口部２６ａは、図４に示すように台形状を呈していて、排気の流れ方向（下流側方向）に漸次縮小する先細り形状に形成されている。なお、図４は、弁開口部２６ａを図２の矢印Ａ方向からみた正面図であり、また、矢印Ｂは排気の流れ方向を示している。
【００２３】
当該可変容量ターボチャージャにおいては、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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
ところで、当該可変容量ターボチャージャにおいては、弁開口部２６ａを、外周スクロール部２５への排気の流れ方向（下流側方向）に先細りの台形状に形成していることから、弁開度は、制御弁２６Ａの動作による弁開口部２６ａの開放時には漸次大きくなり、かつ、弁開口部２６ａの閉鎖時には漸次小さくなる。このため、弁開口部２６ａの開放始期および閉鎖終期における弁開口部２６ａの開度の急激な変化が防止され、弁開口部２６ａの開度の急激な変化に起因する過給圧への影響を解消することができて、過給圧の制御精度を向上させることができる。
【００２８】
図５は、当該可変容量ターボチャージャにおいて、制御弁２６Ａとは異なる形式の制御弁２６Ｂを採用した例を示しており、制御弁２６Ｂはバタフライタイプのものであって、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、作動作時には、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。かかる制御弁２６Ｂを採用してい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２５への流入口を構成する弁開口部２６ｂが、図４に示す弁開口部２６ａと同様の形状の開口部を上流側にも一体的に設けた形状（上流側と下流側が対称の形状）、すなわち、排気の流れ方向（下流側方向）および排気の流れとは逆向き方向（上流側方向）の両方向に先細りの台形状に形成されている。
【００２９】
このため、当該可変容量ターボチャージャにおいても、弁開度は、制御弁２６Ｂの動作による弁開口部２６ｂの開放時には漸次大きくなり、かつ、弁開口部２６ｂの閉鎖時には漸次小さくなる。このため、弁開口部２６ｂの開放始期および閉鎖終期における弁開口部２６ｂの開度の急激な変化が防止され、弁開口部２６ｂの開度の急激な変化に起因する過給圧への影響を解消することができて、過給圧の制御精度を向上させることができる。
【００３０】
図６は、当該可変容量ターボチャージャにおいて、制御弁２６Ａおよび制御弁Ｂとは異なる形式の制御弁２６Ｃを採用した例を示しており、制御弁２６Ｃは基端部をタービンハウジング２１における弁開口部２６ｃの下流側、すなわち、区画壁２３の基端部に取付けられて傾動端部が上流側に延びて、同傾動端部の弁開口部２６ｃの弁座部に着座している。これにより、制御弁２６Ｃは、作動時には、弁開口部２６ｃの上流側を開放しかつ閉鎖する。かかる制御弁２６Ｃを採用してい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２５への流入口を構成する弁開口部２６ｃは、図４に示す弁開口部２６ａを上流側および下流側を逆にした形状、すなわち、排気の流れとは逆向き方向（上流側方向）に先細りの台形状に形成に形成されている。
【００３１】
このため、当該可変容量ターボチャージャにおいても、弁開度は、制御弁２６Ｃの動作による弁開口部２６ｃの開放時には漸次大きくなり、かつ、弁開口部２６ｃの閉鎖時には漸次小さくなる。このため、弁開口部２６ｃの開放始期および閉鎖終期における弁開口部２６ｃの開度の急激な変化が防止され、弁開口部２６ｃの開度の急激な変化に起因する過給圧への影響を解消することができて、過給圧の制御精度を向上させることができる。
【００３２】
なお、これらの制御弁２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃを採用する場合の弁開口部２６ａ，２６ｂ，２６ｃは上記した台形形状に限らず、適宜の三角形状、楕円形状、半楕円形状等先細り形状に形成することができ、これらの形状の弁開口部により上記した作用効果と同等の作用効果を奏することができる。
【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における３−３線（スクロール始点位置）での断面図である。
【図４】同可変容量ターボチャージャの図２における矢印Ａ方向にみた弁開口部の正面図である。
【図５】本発明の他の一例に係る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。
【図６】本発明のさらに他の一例に係る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、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、２５…外周スクロール部、２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ…制御弁、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ…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。[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 a valve provided on the inlet port of the outer scroll portion and provided at the inlet port It has a configuration provided with a control valve that opens and closes the opening to control the flow rate of the exhaust gas to both scroll portions.
[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]
Therefore, in the variable capacity turbocharger, the exhaust of the inner scroll portion is set by reliably flowing a part of the exhaust gas flowing through the outer scroll portion into the inner scroll portion through each ventilation hole of the partition wall. It is important to control the flow rate.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the variable capacity turbocharger of this type, when the valve opening is gradually opened by operating the control valve following the change from the low speed range to the middle / high speed range of the engine, the valve opening is caused by its shape. When the valve opening is gradually closed from the zero opening to the predetermined opening, and the valve opening is gradually closed by operating the control valve following the change from the middle to high speed range of the engine. Due to the shape of the opening, the opening is instantly closed from a predetermined opening to a state of zero opening. Such an open / closed state of the valve opening causes a sudden change in the exhaust flowing into the inner scroll portion and the outer scroll portion, and greatly affects the supercharging pressure generated in the compressor portion. This phenomenon appears more conspicuously in a variable capacity turbocharger in which the scroll area of the inner scroll portion is minimized in order to improve the efficiency of the variable capacity turbocharger and reduce its size.
[0008]
Accordingly, an object of the present invention is to prevent the opening of the valve opening from abruptly changing at the beginning and end of opening of the valve opening due to the operation of the control valve. The purpose is to eliminate the influence on the supercharging pressure caused by the change.
[0009]
[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 A variable capacity turbocharger comprising a control valve disposed on the inlet side of the outer peripheral scroll part and opening and closing a valve opening provided at the inlet to control the flow rate of exhaust gas to the scroll parts Applicable to chargers.
[0010]
Thus, in the variable capacity turbocharger according to the present invention, in the variable capacity turbocharger of the type described above, the shape of the valve opening is formed in an elongated shape that is long in the flow direction of the exhaust gas to the outer scroll portion. It is characterized by this. The present invention has a tapered shape in which the scroll area of each scroll part gradually decreases from the upstream side to the downstream side, and the scroll area at the scroll start point position is larger than the inner scroll part. The present invention can be suitably implemented for a certain type of variable capacity turbocharger.
[0011]
In the variable capacity turbocharger according to the present invention, when the control valve has a base end attached to the upstream side of the exhaust on the inlet side of the outer peripheral scroll portion, and the downstream side of the exhaust serves as a tilting end. The valve opening is tapered toward the downstream side of the exhaust, and the control valve is mounted with an intermediate base between the upstream side and the downstream side of the exhaust on the inlet side of the outer peripheral scroll part, and the upstream side of the exhaust When both sides of the side and the downstream side are configured as tilting end portions, the valve opening is formed in a tapered shape in both the upstream and downstream sides of the exhaust, and the control valve is connected to the flow of the outer scroll portion. When the base end is attached to the downstream side of the exhaust on the inlet side and the upstream side of the exhaust is a tilting end, the valve opening is formed in a tapered shape in the upstream direction of the exhaust. In these cases, a portion formed in a tapered shape of the valve opening is triangular, trapezoidal Joma others may be an appropriate shape such as a semi-elliptical shape.
[0012]
[Operation and effect of the invention]
In the variable capacity turbocharger according to the present invention, the valve opening is formed in an elongated shape that is long in the flow direction of the exhaust gas to the outer scroll portion. It gradually increases when the valve opening is opened by operation, and gradually decreases when the valve opening is closed. For this reason, rapid changes in the valve opening at the opening and closing end of the valve opening are prevented, and the influence on the boost pressure caused by the sudden change in the valve opening can be eliminated or greatly suppressed. The control accuracy of the supercharging pressure can be improved. This effect is particularly remarkable in a variable capacity turbocharger in which the scroll area of the inner scroll portion is minimized in order to improve the efficiency of the variable capacity turbocharger and reduce its size.
[0013]
In the variable capacity turbocharger according to the present invention, it is possible to employ a type that opens one tilting end side or a type that opens both tilting ends simultaneously (butterfly type) as a control valve. In these cases, By forming the valve opening in the following shape, further effects can be obtained.
[0014]
That is, when the control valve is attached to the upstream side of the exhaust on the inlet side of the outer peripheral scroll part and the downstream side of the exhaust is the tilting end part, the valve opening is directed to the downstream side of the exhaust. It should be formed in a tapered shape. In addition, when the control valve is attached with an intermediate base between the upstream side and the downstream side of the exhaust gas on the inlet side of the outer peripheral scroll portion, and both the upstream side and the downstream side of the exhaust gas are configured as tilting end portions. The valve opening is tapered in both the upstream and downstream directions of the exhaust. Furthermore, when the control valve is attached to the downstream side of the exhaust gas on the inlet side of the outer peripheral scroll portion and the upstream side of the exhaust gas is a tilting end portion, the valve opening is directed to the upstream side of the exhaust gas. The taper is formed into a tapered shape. In these cases, a portion formed in a tapered shape of the valve opening, triangular, trapezoidal Joma others may be an appropriate shape such as a semi-elliptical portion.
[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 passes through one side of the bearing housing 11 and is fixed to one end of the shaft 13 facing the turbine housing 21 so as to be integrally rotatable, and is positioned in an exhaust passage formed in the turbine housing 21. ing.
[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 section 20, a control valve 26 </ b> A is disposed on the exhaust introduction port 21 a side of the turbine housing 21. The control valve 26 </ b> A controls the opening of the valve opening 26 a constituting the inflow opening to the outer peripheral scroll portion 25, and the base end is attached to the upstream side of the valve opening 26 a in the turbine housing 21 and is tilted. The portion extends downstream and the tilting end is seated on the valve seat portion of the valve opening 26a. In this state, the control valve 26A closes the valve opening 26a of the outer scroll part 25, and opens and closes the valve opening 26a according to the rotational speed of the engine by an operating means (not shown).
[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 of the shaft 13 that passes through the other side of the bearing housing 11 and faces the compressor housing 31 so as to be integrally rotatable, and is connected to an intake passage formed in the compressor housing 31. positioned.
[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 of the scroll portions 33 and 34 extends from a position adjacent to the compressor discharge port 31b to the compressor discharge port 31b along the outer periphery of the compressor housing 31, and is gradually 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. On the other hand, the valve opening 26a constituting the exhaust inlet to the outer scroll 25 has a trapezoidal shape as shown in FIG. 4, and is formed in a tapered shape that gradually decreases in the exhaust flow direction (downstream direction). Has been. FIG. 4 is a front view of the valve opening 26a as viewed from the direction of arrow A in FIG. 2, and arrow B indicates the flow direction of the exhaust gas.
[0023]
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.
[0024]
In the variable capacity turbocharger, the valve opening 26a constituting the inflow opening to the outer scroll part 25 is closed by the control valve 26A in the low speed region of the engine with a small displacement, and the exhaust inlet of the turbine housing 21 is closed. Exhaust gas introduced through 21a flows into the inner scroll portion 24, rotates the turbine rotor 22 at a predetermined flow velocity, and is 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 and is compressed by the compressor rotor 32 to become a set supercharging pressure, and the intake port of the engine is supplied as high-density intake through the compressor discharge port 31b. To be introduced.
[0025]
On the other hand, in the variable capacity turbocharger, in the middle speed range or the high speed range of the engine having a large displacement, the valve opening 26a is opened according to the rotational speed of the engine by the operation of the control valve 26A, and the exhaust of the turbine housing 21 is performed. Exhaust gas introduced through the introduction port 21a flows into both the inner peripheral scroll part 24 and the outer peripheral scroll part 25, and the exhaust gas flowing into the inner peripheral scroll part 24 rotates the turbine rotor 22 in the same manner as described above. It is discharged to the outside through the discharge port 21b.
[0026]
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, the compressor rotor 32 is prevented from rotating more than necessary, and the supercharging pressure is set even in the middle speed range or high speed range of the engine with a large displacement. To be controlled.
[0027]
By the way, in the variable capacity turbocharger, the valve opening 26a is formed in a trapezoidal shape that is tapered in the flow direction (downstream direction) of the exhaust gas to the outer peripheral scroll portion 25. When the valve opening 26a is opened by the operation of the valve 26A, the valve opening 26a gradually increases, and when the valve opening 26a is closed, the valve opening 26a gradually decreases. For this reason, the rapid change of the opening degree of the valve opening part 26a in the opening start stage and the closing end stage of the valve opening part 26a is prevented, and the influence on the supercharging pressure caused by the sudden change of the opening degree of the valve opening part 26a is prevented. This can be eliminated and the control accuracy of the supercharging pressure can be improved.
[0028]
FIG. 5 shows an example in which a control valve 26B of a type different from the control valve 26A is adopted in the variable capacity turbocharger. The control valve 26B is of a butterfly type, and an intermediate base portion thereof is an exhaust inlet. It is attached between the upstream side and the downstream side on the side, and both the upstream side and the downstream side of the exhaust are tilting end portions. Thereby, the control valve 26B simultaneously opens and closes the upstream side and the downstream side of the valve opening 26b during the operation. In a variable capacity turbocharger employing such a control valve 26B, the valve opening 26b that forms the inlet to the outer scroll 25 is located upstream of the opening having the same shape as the valve opening 26a shown in FIG. The shape is also provided integrally on the side (a shape in which the upstream side and the downstream side are symmetrical), that is, tapered in both directions of the exhaust flow direction (downstream direction) and the direction opposite to the exhaust flow (upstream direction). It is formed in a trapezoidal shape.
[0029]
Therefore, also in the variable capacity turbocharger, the valve opening gradually increases when the valve opening 26b is opened by the operation of the control valve 26B, and gradually decreases when the valve opening 26b is closed. For this reason, the rapid change of the opening degree of the valve opening part 26b in the opening start stage and the closing end stage of the valve opening part 26b is prevented, and the influence on the supercharging pressure resulting from the sudden change of the opening degree of the valve opening part 26b is prevented. This can be eliminated and the control accuracy of the supercharging pressure can be improved.
[0030]
FIG. 6 shows an example in which a control valve 26C of a type different from the control valve 26A and the control valve B is adopted in the variable capacity turbocharger, and the control valve 26C has a base end portion as a valve opening portion in the turbine housing 21. It is attached to the downstream side of 26c, that is, the base end portion of the partition wall 23, the tilting end portion extends to the upstream side, and is seated on the valve seat portion of the valve opening 26c of the tilting end portion. Thereby, the control valve 26C opens and closes the upstream side of the valve opening 26c during operation. In a variable capacity turbocharger employing such a control valve 26C, the valve opening 26c constituting the inlet to the outer scroll part 25 reverses the valve opening 26a shown in FIG. 4 upstream and downstream. That is, it is formed in a trapezoidal shape that tapers in the direction opposite to the flow of exhaust (upstream direction).
[0031]
Therefore, also in the variable capacity turbocharger, the valve opening gradually increases when the valve opening 26c is opened by the operation of the control valve 26C, and gradually decreases when the valve opening 26c is closed. For this reason, the rapid change of the opening degree of the valve opening part 26c in the opening start stage and the closing end stage of the valve opening part 26c is prevented, and the influence on the supercharging pressure caused by the sudden change of the opening degree of the valve opening part 26c is prevented. This can be eliminated and the control accuracy of the supercharging pressure can be improved.
[0032]
When these control valves 26A, 26B, and 26C are employed, the valve openings 26a, 26b, and 26c are not limited to the trapezoidal shape described above, and are formed in a tapered shape such as an appropriate triangular shape, elliptical shape, or semi-elliptical shape. These valve openings of the shape can provide the same effects as the above-described effects.
[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 of the variable capacity turbocharger taken along line 3-3 (scroll start point position) in FIG. 2; FIG.
4 is a front view of the valve opening of the variable capacity turbocharger as viewed in the direction of arrow A in FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 of a variable capacity turbocharger according to another example of the present invention.
6 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 of a variable capacity turbocharger according to still another example of the present invention.
[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, 25 ... Outer scroll part, 26A, 26B, 26C ... Control valve, 26a, 26b, 26c ... Valve opening part, 30 ... Compressor part, 31 ... Compressor housing, 31a ... Compressor Inlet port 31b Compressor discharge port 32 Compressor rotor 33, 34 Scroll unit.

Claims

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 outer peripheral scroll; In the variable capacity turbocharger provided with a control valve disposed on the inlet side of the part and opening / closing a valve opening provided at the inlet to control the flow rate of the exhaust gas to both scroll parts, the valve opening The variable capacity turbocharger is characterized in that the portion has a long and narrow shape in the flow direction of the exhaust gas to the outer peripheral scroll portion.

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 outer peripheral scroll; In the variable capacity turbocharger provided with a control valve disposed on the inlet side of the part and opening / closing a valve opening provided at the inlet to control the flow rate of the exhaust gas to both scroll parts, the valve opening The portion has a long and narrow shape in the flow direction of the exhaust gas to the outer peripheral scroll portion, and the control valve is provided with an intermediate base portion between the upstream side and the downstream side of the exhaust gas on the inlet side of the outer peripheral scroll portion. The variable capacity turbocharger is characterized in that both upstream and downstream sides of the engine are configured as tilting end portions, and the valve opening is tapered in both the upstream and downstream sides of the exhaust.

2. The variable capacity turbocharger according to claim 1, wherein each scroll portion has a tapered shape in which a scroll area gradually decreases from an upstream side to a downstream side, and a scroll area at a scroll start point position is greater than that of the inner scroll portion. A variable capacity turbocharger, wherein an outer peripheral scroll portion is formed large, and the control valve is disposed on an inlet side of the outer peripheral scroll portion.

In the variable geometry turbocharger according to claim 1 or 3, wherein the control valve is not downstream of the exhaust is attached a base end portion on the upstream side of the exhaust gas in the inlet side of the outer scroll part is a tilting edge The variable capacity turbocharger is characterized in that the valve opening is tapered in the downstream direction of the exhaust.

In the variable geometry turbocharger according to claim 1 or 3, wherein the control valve is not upstream of the exhaust is attached a base end portion on the downstream side of the exhaust gas in the inlet side of the outer scroll part is a tilting edge The variable capacity turbocharger is characterized in that the valve opening is tapered in the upstream direction of the exhaust gas.

In the variable geometry turbocharger according to any one of claims 2, 4 and 5, the portion being formed in a tapered shape of the valve opening is triangular, trapezoidal Joma other exhibits a semi-elliptical shape A variable capacity turbocharger characterized by