JP4548237B2 - Turbocharger twin scroll turbine housing - Google Patents
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Description
本発明は、車両に装備されるターボチャージャのタービンハウジングに関し、詳しくは、2系統のスクロール流路を備えたツインスクロールタービンハウジングの構造に関するものである。 The present invention relates to a turbine housing of a turbocharger installed in a vehicle, and more particularly to a structure of a twin scroll turbine housing having two scroll passages.
車両に装備されるターボチャージャのタービンハウジングとして、エンジンの排気干渉を避けると共に排気のパルス効果を有効に活用してタービンロータの回転効率を高めるようにしたツインスクロールタービンハウジングが従来一般に知られている。 Conventionally known as a turbocharger turbine housing mounted on a vehicle is a twin scroll turbine housing that avoids engine exhaust interference and effectively utilizes the exhaust pulse effect to increase the rotational efficiency of the turbine rotor. .
この種のツインスクロールタービンハウジングは、タービンロータの周囲を囲む排気流路として2系統のスクロール流路を設けたものであり(例えば特許文献1参照)、異なるタイミングで排出される排気ガスが流通する各スクロール流路は、ウェイストゲートバルブが着座するバルブシートのシート面に開口している2つのウェイストゲートポートにそれぞれ連通されている。
ところで、特許文献1にも見られるように、この種のツインスクロールタービンハウジングにおいて、排気タイミングの異なる2系統のスクロール流路にそれぞれ連通する2つのウェイストゲートポートは、通常、ウェイストゲートバルブのバルブシートのシート面の対称位置に単に並べて開口している。このため、ウェイストゲートバルブには、2つのウェイストゲートポートからの排気脈動圧がバルブ面の対称位置に交互に作用することとなり、これに伴うモーメントがウェイストゲートバルブに作用する。 By the way, as can be seen from Patent Document 1, in this type of twin scroll turbine housing, two waste gate ports communicating with two scroll flow paths having different exhaust timings are usually provided as valve seats of waste gate valves. Are simply arranged side by side at symmetrical positions on the sheet surface. For this reason, in the waste gate valve, the exhaust pulsation pressure from the two waste gate ports alternately acts on the symmetric position of the valve surface, and the accompanying moment acts on the waste gate valve.
ここで、一般的なウェイストゲートバルブは、バルブシートに対する着座性を良くするために、通常、中央部に支持点が配置されている。このようなウェイストゲートバルブの閉時には、これに作用するモーメントによりウェイストゲートバルブが微小に振動するため、騒音が発生すると共に、バルブシートに対するウェイストゲートバルブの密着度が低下してタービンロータの回転効率が低下する恐れがある。また、このようなウェイストゲートバルブの開放の際には、これに作用するモーメントによりウェイストゲートバルブが大きく振動するため、ウェイストゲートバルブの支持点に磨耗や疲労破壊が発生してウェイストゲートバルブの耐久性が低下する恐れがある。 Here, in order to improve the seating property with respect to the valve seat, a general waste gate valve is usually provided with a support point at the center. When such a waste gate valve is closed, the waste gate valve vibrates minutely due to the moment acting on it, so noise is generated and the degree of adhesion of the waste gate valve to the valve seat is reduced, resulting in the rotational efficiency of the turbine rotor. May decrease. In addition, when the waste gate valve is opened, the waste gate valve vibrates greatly due to the moment acting on the waste gate valve, and wear or fatigue failure occurs at the support point of the waste gate valve, resulting in durability of the waste gate valve. May be reduced.
そこで、本発明は、ターボチャージャのツインスクロールタービンハウジングにおいて、ウェイストゲートバルブの性能および耐久性を向上できる構造を提供することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a structure capable of improving the performance and durability of a waste gate valve in a twin scroll turbine housing of a turbocharger.
本発明に係るターボチャージャのツインスクロールタービンハウジングは、ターボチャージャのタービンロータを収容するタービンハウジングであって、タービンロータの周囲を囲む第1、第2のスクロール流路と、各スクロール流路にそれぞれ連通してバルブシートのシート面に開口する第1、第2のウェイストゲートポートと、各ウェイストゲートポートを同時に開放可能にバルブシートに着座する単一のウェイストゲートバルブとを備え、第1、第2のウェイストゲートポートのうち一方のウェイストゲートポートはバルブシートのシート面の中央部に開口し、他方のウェイストゲートポートは一方のウェイストゲートポートの周囲に同心状に開口していることを特徴とする。 A twin scroll turbine housing of a turbocharger according to the present invention is a turbine housing that houses a turbine rotor of a turbocharger, and includes first and second scroll channels surrounding the turbine rotor, and each scroll channel. First and second waste gate ports that communicate with each other and open to the seat surface of the valve seat, and a single waste gate valve that seats on the valve seat so that the respective waste gate ports can be opened simultaneously are provided. Of the two waste gate ports, one waste gate port opens in the center of the seat surface of the valve seat, and the other waste gate port opens concentrically around one waste gate port. To do.
この発明に係るターボチャージャのツインスクロールタービンハウジングでは、一方のウェイストゲートポートからの排気脈動圧と他方のウェイストゲートポートからの排気脈動圧とがウェイストゲートバルブのバルブ面の中央部とその周囲の同心状の部位とに交互に均一に作用するため、ウェイストゲートバルブには不要なモーメントが作用しなくなる。その結果、ウェイストゲートバルブの閉時の微小振動が抑制されてバルブシートに対するウェイストゲートバルブの密着度が向上すると共に振動騒音が防止される。また、ウェイストゲートバルブの開放の際の大きな振動が抑制されてウェイストゲートバルブの支持点の磨耗や疲労破壊が抑制される。 In the turbocharger twin scroll turbine housing according to the present invention, the exhaust pulsation pressure from one waste gate port and the exhaust pulsation pressure from the other waste gate port are concentric with the central portion of the valve surface of the waste gate valve and its surroundings. Therefore, an unnecessary moment does not act on the waste gate valve. As a result, minute vibrations when the waste gate valve is closed are suppressed, the degree of adhesion of the waste gate valve to the valve seat is improved, and vibration noise is prevented. In addition, large vibrations when the waste gate valve is opened are suppressed, and wear and fatigue failure of the support point of the waste gate valve are suppressed.
また、本発明に係るターボチャージャのツインスクロールタービンハウジングは、ターボチャージャのタービンロータを収容するタービンハウジングであって、タービンロータの周囲を囲む第1、第2のスクロール流路と、各スクロール流路にそれぞれ連通してバルブシートのシート面に開口する第1、第2のウェイストゲートポートと、各ウェイストゲートポートを同時に開放可能に前記バルブシートに着座する単一のウェイストゲートバルブとを備え、第1、第2のウェイストゲートポートのうち一方のウェイストゲートポートはバルブシートのシート面の中央部に開口し、他方のウェイストゲートポートは一方のウェイストゲートポートの両側に対称的に開口していることを特徴とする。 A twin scroll turbine housing of a turbocharger according to the present invention is a turbine housing that houses a turbine rotor of a turbocharger, and includes first and second scroll channels surrounding the turbine rotor, and each scroll channel. A first waste gate port that opens to the seat surface of the valve seat, and a single waste gate valve that sits on the valve seat so that each waste gate port can be opened simultaneously. One waste gate port of the first and second waste gate ports is opened at the center of the seat surface of the valve seat, and the other waste gate port is opened symmetrically on both sides of the one waste gate port. It is characterized by.
この発明に係るターボチャージャのツインスクロールタービンハウジングでは、一方のウェイストゲートポートからの排気脈動圧と他方のウェイストゲートポートからの排気脈動圧とがウェイストゲートバルブのバルブ面の中央部とその両側の対称的な部位とに交互に均一に作用するため、ウェイストゲートバルブには不要なモーメントが作用しなくなる。その結果、ウェイストゲートバルブの閉時の微小振動が抑制されてバルブシートに対するウェイストゲートバルブの密着度が向上すると共に振動騒音が防止される。また、ウェイストゲートバルブの開放の際の大きな振動が抑制されてウェイストゲートバルブの支持点の磨耗や疲労破壊が抑制される。 In the twin scroll turbine housing of the turbocharger according to the present invention, the exhaust pulsation pressure from one waste gate port and the exhaust pulsation pressure from the other waste gate port are symmetrical with respect to the central portion of the valve surface of the waste gate valve and both sides thereof. Therefore, an unnecessary moment does not act on the waste gate valve. As a result, minute vibrations when the waste gate valve is closed are suppressed, the degree of adhesion of the waste gate valve to the valve seat is improved, and vibration noise is prevented. In addition, large vibrations when the waste gate valve is opened are suppressed, and wear and fatigue failure of the support point of the waste gate valve are suppressed.
本発明に係るターボチャージャのツインスクロールタービンハウジングによれば、ウェイストゲートバルブに不要なモーメントが作用しなくなるため、ウェイストゲートバルブの閉時の微小振動が抑制されてバルブシートに対するウェイストゲートバルブの密着度が向上すると共に振動騒音が防止される。また、ウェイストゲートバルブの開放の際の大きな振動が抑制されてウェイストゲートバルブの支持点の磨耗や疲労破壊が抑制される。従って、ウェイストゲートバルブの性能および耐久性を向上することができる。 According to the twin scroll turbine housing of the turbocharger according to the present invention, an unnecessary moment does not act on the waste gate valve, so that minute vibrations when the waste gate valve is closed are suppressed, and the degree of adhesion of the waste gate valve to the valve seat. Is improved and vibration noise is prevented. In addition, large vibrations when the waste gate valve is opened are suppressed, and wear and fatigue failure of the support point of the waste gate valve are suppressed. Therefore, the performance and durability of the waste gate valve can be improved.
以下、図面を参照して本発明に係るターボチャージャのツインスクロールタービンハウジングの実施の形態を説明する。参照する図面において、図1は第1実施形態に係るツインスクロールタービンハウジングの出口フランジ側から見たターボチャージャの正面図、図2は図1のII−II線断面図である。 Embodiments of a twin scroll turbine housing for a turbocharger according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings to be referred to, FIG. 1 is a front view of a turbocharger as viewed from the outlet flange side of the twin scroll turbine housing according to the first embodiment, and FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.
第1実施形態に係るターボチャージャのツインスクロールタービンハウジングは、図示しない車両の排気系と吸気系とに跨って設置されるターボチャージャ(例えば図1参照)において、排気ガスの流通により回転するタービンロータ(図2参照)を収容する部分として構成される。 The twin scroll turbine housing of the turbocharger according to the first embodiment is a turbine rotor that rotates by circulation of exhaust gas in a turbocharger (for example, see FIG. 1) installed across an exhaust system and an intake system of a vehicle (not shown). (See FIG. 2).
図1および図2に示すように、第1実施形態のツインスクロールタービンハウジング1は、排気タイミングの異なる2系統の排気ガス流入口を有する入口フランジ2と、1系統にまとめられた排気ガス流出口を有する出口フランジ3と、入口フランジ2側の2系統の排気ガス流入口と出口フランジ3側の1系統の排気ガス流出口との間においてタービンロータ4の周囲に第1スクロール流路5Aおよび第2スクロール流路5Bを形成するタービンスクロール部5と、タービンロータ4を回転自在に支持するベアリングハウジング6に接続される接続フランジ7とを備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the twin scroll turbine housing 1 of the first embodiment includes an
ここで、図1に示すように、ツインスクロールタービンハウジング1の出口フランジ3付近には、ターボチャージャの過給圧を設定値以下に抑えるためのウェイストゲートバルブ装置8が付設されている。このウェイストゲートバルブ装置8は、第1スクロール流路5Aおよび第2スクロール流路5B(図2参照)から排気ガスの一部を排気ガス流出口に逃がすための単一のウェイストゲートバルブ8Aと、このウェイストゲートバルブ8Aを開閉操作するためのアクチュエータ8Bと、このアクチュエータ8Bの作動に応じてウェイストゲートバルブ8Aを開閉するようにリンク機構を構成するレバー8C、ウェイストゲートピン8D、操作アーム8Eを有する。
Here, as shown in FIG. 1, a waste
アクチュエータ8Bは、出口フランジ3の外側に配置されている。このアクチュエータ8Bは、ターボチャージャの過給圧が設定値以下では収縮し、設定値以上となると伸張する操作ロッド8Fを有する。操作ロッド8Fの先端部にはレバー8Cの基端部が枢着されており、レバー8Cの先端部は、出口フランジ3の壁部を貫通して軸回りに回動可能なウェイストゲートピン8Dの外端部に固定されている。そして、出口フランジ3の内側に臨むウェイストゲートピン8Dの内端部には、操作アーム8Eの基端部が固定されている。この操作アーム8Eの先端部は例えばフォーク状に形成されている。
The
ウェイストゲートバルブ8Aは、操作アーム8Eのフォーク状の先端部に挟み込まれる支持ピン8A1が中心部に突設された円板状に形成されている(図2参照)。このウェイストゲートバルブ8Aの支持ピン8A1の先端部には、操作アーム8Eのフォーク状の先端部に係合する係合頭部8A2が形成されている。
The
一方、図2に示すように、ツインスクロールタービンハウジング1の出口フランジ3の内側には、ウェイストゲートバルブ8Aが着座するバルブシート部9が形成されている。そして、操作アーム8Eの先端部に支持ピン8A1を介して中心部が支持された円板状のウェイストゲートバルブ8Aがバルブシート部9の円形のシート面9Aにバルブ面8A3を対向して着座可能に配置されている。
On the other hand, as shown in FIG. 2, a
ここで、図2に示すバルブシート部9のシート面9Aには、図3に示すように、第1ウェイストゲートポート9Bと第2ウェイストゲートポート9Cとが開口している。第2ウェイストゲートポート9Cはバルブシート部9のシート面9Aの中央部に円形に開口し、第1ウェイストゲートポート9Bは第2ウェイストゲートポート9Cの周囲に同心状に開口している。
Here, as shown in FIG. 3, the first
そして、第2ウェイストゲートポート9Cは、図2に示すタービンスクロール部5の第2スクロール流路5Bに第2バイパス通路5Dを介して連通し、第1ウェイストゲートポート9Bは、第1スクロール流路5Aに第1バイパス通路5Cを介して連通している。
The second
以上のように構成された第1実施形態のツインスクロールタービンハウジング1を備えたターボチャージャでは、図示しないエンジンの運転に伴い、排気ガスが第1スクロール流路5Aおよび第2スクロール流路5Bを異なるタイミングで流通することにより、エンジンの気筒間の排気干渉が無くなるためエンジン性能が向上する。さらに、タービンロータ4が排気干渉を受けることなく排気のパルス効果を有効に活用して効率良く回転する。
In the turbocharger including the twin scroll turbine housing 1 of the first embodiment configured as described above, the exhaust gas differs between the first
ここで、ターボチャージャの過給圧が設定値以下の場合、アクチュエータ8Bの操作ロッド8Fが収縮しているため、この操作ロッド8Fにレバー8C、ウェイストゲートピン8D、操作アーム8Eを介してリンク構成された単一のウェイストゲートバルブ8Aは、バルブシート部9のシート面9Aに着座して第1ウェイストゲートポート9Bおよび第2ウェイストゲートポート9Cを同時に閉鎖している。
Here, when the supercharging pressure of the turbocharger is equal to or lower than the set value, the
この場合、ウェイストゲートバルブ8Aのバルブ面8A3には第1ウェイストゲートポート9Bおよび第2ウェイストゲートポート9Cから異なる排気タイミングで交互に排気脈動圧が作用する。しかしながら、第2ウェイストゲートポート9Cからの排気脈動圧はウェイストゲートバルブ8Aのバルブ面8A3の中央部に作用し、第1ウェイストゲートポート9Bからの排気脈動圧はバルブ面8A3の中央部を同心状に囲む部位に作用する。このため、支持点としての支持ピン8A1が中心部に突設されたウェイストゲートバルブ8Aには、異なる排気タイミングで作用する排気脈動圧に起因する不要なモーメントは発生しなくなる。
In this case, exhaust pulsation pressure acts alternately on the valve surface 8A3 of the
その結果、ウェイストゲートバルブ8Aの閉時の微小振動が抑制されるのであり、ウェイストゲートバルブ8Aの振動騒音が防止されると共に、バルブシート部9のシート面9Aに対するウェイストゲートバルブ8Aのバルブ面8A3の密着度が向上する。従って、第1実施形態のツインスクロールタービンハウジング1の構造によれば、ウェイストゲートバルブ8Aの性能を向上することができる。
As a result, minute vibrations when the
一方、ターボチャージャの過給圧が設定値以上に上昇すると、アクチュエータ8Bの操作ロッド8Fが伸長するため、この操作ロッド8Fにリンク構成された単一のウェイストゲートバルブ8Aがバルブシート部9のシート面9Aから離間して第1ウェイストゲートポート9Bおよび第2ウェイストゲートポート9Cを同時に開く。
On the other hand, when the supercharging pressure of the turbocharger rises above a set value, the operating
その結果、第1スクロール流路5Aを流通する排気ガスの一部が第1バイパス通路5Cから第1ウェイストゲートポート9Bを介して出口フランジ3の内側の排気ガス流出口に逃がされると共に、第2スクロール流路5Bを流通する排気ガスの一部が第2バイパス通路5Dから第2ウェイストゲートポート9Cを介して出口フランジ3の内側の排気ガス流出口に逃がされるようになり、こうしてターボチャージャの過給圧が設定値以下に抑えられる。
As a result, a part of the exhaust gas flowing through the
ここで、ターボチャージャの過給圧が設定値以上に上昇してウェイストゲートバルブ8Aがバルブシート部9のシート面9Aから離間して開く際においても、第2ウェイストゲートポート9Cからの排気脈動圧はウェイストゲートバルブ8Aのバルブ面8A3の中央部に作用し、第1ウェイストゲートポート9Bからの排気脈動圧はバルブ面8A3の中央部を同心状に囲む部位に作用する。このため、ウェイストゲートバルブ8Aには、異なる排気タイミングで作用する排気脈動圧に起因する不要なモーメントは発生しなくなる。
Here, even when the turbocharger supercharging pressure rises above a set value and the
その結果、ウェイストゲートバルブ8Aが開く際の大きな振動が抑制されてウェイストゲートバルブ8Aの支持ピン8A1、係合頭部8A2、操作アーム8Eの先端部などの磨耗や疲労破壊が抑制される。従って、第1実施形態のツインスクロールタービンハウジング1の構造によれば、ウェイストゲートバルブ8Aの耐久性を向上することができる。
As a result, a large vibration when the
次に、図4および図5を参照して本発明の第2実施形態に係るツインスクロールタービンハウジングについて説明する。図4に示すように、第2実施形態に係るツインスクロールタービンハウジング10は、図2に示した第1実施形態のツインスクロールタービンハウジング1のバルブシート部9に対応するバルブシート部19およびこれに関連する部分の構造を変更したものであり、その他の構造部分は、図2に示したツインスクロールタービンハウジング1と略同様に構成されているため、略同様に構成されている部分については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
Next, a twin scroll turbine housing according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. As shown in FIG. 4, the twin
ここで、図4に示すバルブシート部19のシート面19Aには、図5に示すように、第1ウェイストゲートポート19B、第2ウェイストゲートポート19C,19Cが開口している。第1ウェイストゲートポート19Bは、円形のシート面19Aの中心線に沿って細長い矩形状に開口しており、第2ウェイストゲートポート19C,19Cは、第1ウェイストゲートポート19Bの両側に半円より幅の狭い三日月状の対称形状で開口している。
Here, as shown in FIG. 5, the first
第1ウェイストゲートポート19Bは、図4に示すタービンスクロール部15の第1スクロール流路15Aに第1バイパス通路15Cを介して連通し、一対の第2ウェイストゲートポート19C,19Cは、第2スクロール流路15Bに第2バイパス通路15Dを介して連通している。
The first
このような構造のバルブシート部19を備えた第2実施形態のツインスクロールタービンハウジング10では、単一のウェイストゲートバルブ8Aがバルブシート部19のシート面19Aに着座して第1ウェイストゲートポート19Bおよび第2ウェイストゲートポート19C,19Cを同時に閉鎖している場合、およびこの状態からウェイストゲートバルブ8Aがシート面19Aから離間して開く際において、ウェイストゲートバルブ8Aのバルブ面8A3には、第1ウェイストゲートポート19Bに対向する中央部に第1ウェイストゲートポート19Bからの排気脈動圧が作用し、第2ウェイストゲートポート19C,19Cに対向する中央部の両側の三日月状の対称的な部位に第2ウェイストゲートポート19C,19Cからの排気脈動圧が同時に作用する。
In the twin
このため、第2実施形態のツインスクロールタービンハウジング10においても、ウェイストゲートバルブ8Aには、異なる排気タイミングで作用する排気脈動圧に起因する不要なモーメントは発生しなくなる。その結果、ウェイストゲートバルブ8Aの閉時の微小振動が抑制され、ウェイストゲートバルブ8Aの振動騒音が防止されると共に、バルブシート部9のシート面9Aに対するウェイストゲートバルブ8Aのバルブ面8A3の密着度が向上する。また、ウェイストゲートバルブ8Aが開く際の大きな振動が抑制されてウェイストゲートバルブ8Aの支持ピン8A1、係合頭部8A2、操作アーム8Eの先端部などの磨耗や疲労破壊が抑制される。
For this reason, also in the twin
従って、第2実施形態のツインスクロールタービンハウジング10においても第1実施形態のツインスクロールタービンハウジング1と同様に、ウェイストゲートバルブ8Aの性能および耐久性を向上することができる。
Therefore, also in the twin
本発明のツインスクロールタービンハウジングは、前述した各実施形態に限定されるものではない。例えば、図3に示したバルブシート部9は、図6に示すように、シート面9Aの中心線上に形成された隔壁9Dによって第1ウェイストゲートポート9Bがシート面9Aの中心線の両側に2つに分離された構造に変更してもよい。
The twin scroll turbine housing of the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, as shown in FIG. 6, the
また、図1および図2に示した操作アーム8Eの先端部は、図示のようなフォーク状に限らず、ウェイストゲートバルブ8Aの支持ピン8A1が貫通するリング状に形成されていてもよい。
1 and 2 is not limited to the fork shape shown in the figure, but may be formed in a ring shape through which the support pin 8A1 of the
1 ツインスクロールタービンハウジング
2 入口フランジ
3 出口フランジ
4 タービンロータ
5 タービンスクロール部
5A 第1スクロール流路
5B 第2スクロール流路
5C 第1バイパス通路
5D 第2バイパス通路
8 ウェイストゲートバルブ装置
8A ウェイストゲートバルブ
8A1 支持ピン
8A2 係合頭部
8A3 バルブ面
8B アクチュエータ
9 バルブシート部
9A シート面
9B 第1ウェイストゲートポート
9C 第2ウェイストゲートポート
10 ツインスクロールタービンハウジング
15 タービンスクロール部
15A 第1スクロール流路
15B 第2スクロール流路
15C 第1バイパス通路
15D 第2バイパス通路
19 バルブシート部
19A シート面
19B 第1ウェイストゲートポート
19C 第2ウェイストゲートポート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Twin
Claims (2)
A turbine housing that houses a turbine rotor of a turbocharger, the first and second scroll passages surrounding the periphery of the turbine rotor, and a first opening that communicates with each scroll passage and opens to a seat surface of a valve seat. A second wastegate port and a single wastegate valve seated on the valve seat so that each wastegate port can be opened simultaneously, and one of the first and second wastegate ports The turbocharger twin-scroll turbine housing is characterized in that is opened in the center of the seat surface of the valve seat and the other waste gate port is opened symmetrically on both sides of one waste gate port.
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JPS613929U (en) * | 1984-06-14 | 1986-01-11 | トヨタ自動車株式会社 | Turbocharger exhaust bypass device |
JPH01174530U (en) * | 1988-05-27 | 1989-12-12 |
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2005
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JPS613929U (en) * | 1984-06-14 | 1986-01-11 | トヨタ自動車株式会社 | Turbocharger exhaust bypass device |
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