JP6011186B2 - ターボチャージャ - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の過給に用いられるターボチャージャ、特にウェストゲートバルブを備えたターボチャージャの改良に関する。

内燃機関の過給に用いられるターボチャージャは、一般に、過給圧制御のために排気流の一部をタービンホイールを経由せずにバイパスさせるようにしたウェストゲートバルブをタービン部に備えている。特許文献１は、このウェストゲートバルブを開閉駆動するアクチュエータとして電動アクチュエータを用いた先行技術を開示している。ここでは、コンプレッサハウジングの端面に別部材からなるブラケットが片持ち状に取り付けられており、このブラケットによって、電動アクチュエータがコンプレッサ部の外側に大きく張り出した形に支持されている。なお、電動アクチュエータは、直線運動する形式のものであり、ウェストゲートバルブのアームの先端にロッドを介して連係している。

特開２００７−２６２９６４号公報

上記従来の構成では、別部材からなる片持ち状のブラケットを介して電動アクチュエータが支持されているため、電動アクチュエータの支持剛性が低く、内燃機関の振動や走行振動等によって電動アクチュエータがタービンハウジングに対し振動し易い。このような電動アクチュエータの振動は、ウェストゲートバルブのアームに連係しているロッドを介してウェストゲートバルブの弁体を振動させることとなり、従って、特に、電動アクチュエータによってウェストゲートバルブを中間開度に制御する形式のものでは、その制御性が悪化する。

この発明は、タービンハウジングとコンプレッサハウジングとがセンタハウジングを介して一体に組み立てられているとともに、上記タービンハウジングにウェストゲートバルブが設けられてなるターボチャージャを前提としている。

本発明においては、上記コンプレッサハウジングは、コンプレッサホイールを囲むスクロール部と、このスクロール部の中心から該ターボチャージャの回転軸線に沿って延びた入口管と、上記スクロール部から接線方向に延びた出口管と、板状のアクチュエータ取付フランジと、が一体に鋳造されて構成されている。上記アクチュエータ取付フランジは、一端部が上記入口管に連結されるとともに他端部が上記出口管に連結されて、これらの入口管と出口管とに跨って鋳造されている。そして、上記ウェストゲートバルブを開閉駆動する電動アクチュエータが上記アクチュエータ取付フランジに支持されている。

すなわち、コンプレッサハウジングの一部として一体に鋳造される入口管および出口管は、いずれも高い剛性を有する管状の部分であり、アクチュエータ取付フランジは、これら入口管と出口管とに跨って鋳造され、一端部が入口管によって支持されるとともに他端部が出口管によって支持された状態となるため、高い剛性が得られる。従って、電動アクチュエータの支持剛性が高くなり、タービンハウジングに対する振動が抑制される。

この発明によれば、電動アクチュエータの支持剛性が高くなり、内燃機関の振動や走行振動等による電動アクチュエータの振動ひいてはウェストゲートバルブの制御性の悪化が抑制される。

この発明に係るターボチャージャの一実施例を示す正面図。 そのコンプレッサハウジングの一部をアクチュエータ取付フランジを通る平面で切り取って示す断面図。 このターボチャージャをタービン側から軸方向に見た側面図。 電動アクチュエータを取り外した状態でターボチャージャをコンプレッサハウジング側から見た斜視図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１〜図３は、この発明に係るターボチャージャの一実施例を示している。ターボチャージャは、周知のようにタービンホイールとコンプレッサホイールとを同軸状に連結してなる図示せぬロータの回転によって、排気エネルギを利用した過給を行うものであって、図１に示すように、ロータの軸方向に沿って、一端のタービンハウジング１と、他端のコンプレッサハウジング２と、両者間に位置するセンタハウジング３と、の三者に大別され、これらが一体に組み立てられている。

タービンハウジング１は、耐熱性を有するステンレス鋼等の金属材料の鋳造品からなり、タービンホイール（図示せず）を囲む円形のスクロール部５と、このスクロール部５の中心から図示せぬロータの回転軸線に沿って延びた排気出口管６と、上記スクロール部５から接線方向に延びた排気入口管７と、が一体に鋳造されている。上記排気入口管７は、先端に矩形のフランジ部７ａを有し、このフランジ部７ａが、内燃機関の排気マニホルドないしシリンダヘッドにおける排気出口に接続されるようになっている。

上記排気出口管６は、下流側の排気管に接続されるものであって、この排気出口管６の内側に、ウェストゲートバルブ９が配設されている。このウェストゲートバルブ９は、排気入口管７から流入した排気の一部をタービンホイールを経由せずに排気出口管６側へバイパスさせるものであって、タービンハウジング１の一部として形成されたバイパス通路の先端開口を排気出口管６側から開閉する円形の弁体１０が、揺動レバー１１を介してシャフト１２に取り付けられている。上記シャフト１２は、排気出口管６側面のボス部１３を貫通して排気出口管６の外部へと延びており、その外側の端部に、アーム１４が固定されている。従って、ウェストゲートバルブ９は、アーム１４を介してシャフト１２を回動することで、弁体１０の開度が定まる。なお、図３に示すように、上記ボス部１３およびアーム１４は、排気入口管７のフランジ部７ａの向きとは反対側となる位置に配置されている。

上記センタハウジング３は、アルミニウム合金等の金属材料の鋳造品からなり、主にロータ（図示せず）の軸受としての機能を果たすものであって、同時に、タービンハウジング１とコンプレッサハウジング２とを軸方向に連結している。

一方、上記コンプレッサハウジング２は、やはりアルミニウム合金等の金属材料を鋳造したものであって、コンプレッサホイール（図示せず）を囲む円形のスクロール部２１と、このスクロール部２１の中心から図示せぬロータの回転軸線に沿って排気出口管６とは逆方向に延びた吸気入口管２２と、上記スクロール部２１から接線方向に延びた吸気出口管２３と、が一体に鋳造されている。上記吸気出口管２３は、先端に菱形のフランジ部２３ａを有し、例えばインタークーラ（図示せず）に至る吸気管がここに接続される。なお、この吸気出口管２３のフランジ部２３ａの取付面と、前述したタービンハウジング１における排気入口管７のフランジ部７ａの取付面とは、図３に示すように、ロータの軸方向に見たときに、ほぼ９０°異なる向きを指向しており、例えば排気入口管７のフランジ部７ａが垂直面に取り付けられたとすると、吸気出口管２３のフランジ部２３ａが上方を指向する関係となっている。

上記吸気入口管２２は、例えばゴムからなる図示せぬ吸気ダクトが先端に接続されるものであって、図示例では、先端部分の中心軸線がロータの回転軸線から僅かにかつ平行にオフセットするように、僅かに屈曲した形状をなしている。より詳しくは、先端部分が吸気出口管２３のフランジ部２３ａに近付く方向（図３および図１に示す姿勢では上方）に僅かに屈曲している。

上記のように構成された吸気入口管２２および吸気出口管２３は、図１に示す方向から見ると、互いに約９０°の角度をなすように延びている。そして、これらの吸気入口管２２と吸気出口管２３との間には、両者を斜め方向に互いに連結するように両者に跨ったアクチュエータ取付フランジ２５が一体に鋳造されている。このアクチュエータ取付フランジ２５は、吸気入口管２２の中心軸線および吸気出口管２３の中心軸線のそれぞれに対し傾いた平面に沿った板状をなしており、一端部が吸気入口管２２の長手方向の中間付近に連結されているとともに、他端部が吸気出口管２３の先端寄りの位置に連結されている。図４にも示すように、アクチュエータ取付フランジ２５は、外側つまりスクロール部２１とは反対側となる側に、矩形をなすフランジ面２５ａを有しており、このフランジ面２５ａの四隅にそれぞれねじ孔２７が設けられているとともに、これらのねじ孔２７に囲まれた中央部に比較的大きな円形の開口部２８を備えている。

なお、図２に示すように、アクチュエータ取付フランジ２５は、吸気入口管２２の外側面の位置に対して、排気入口管７のフランジ部７ａとは反対側へ向かう方向（つまり図３の紙面の左側）へ僅かに張り出している。換言すれば、アクチュエータ取付フランジ２５の中央の開口部２８の中心がウェストゲートバルブ９のアーム１４とほぼ同一平面上に整列しており、上記の平面が、ターボチャージャのロータの回転軸線と平行なものとなる。

上記アクチュエータ取付フランジ２５のフランジ面２５ａには、上記ウェストゲートバルブ９の開度を制御するための電動アクチュエータ３１が取り付けられている。この電動アクチュエータ３１は、ケーシング３２内部に電動モータおよびボールねじ機構（いずれも図示せず）を備えるとともに頂部にコネクタ３３を備えた略円筒状の構成であり、ケーシング３２の一端部の四隅に設けられた耳部３４が、上記アクチュエータ取付フランジ２５のねじ孔２７に螺合するねじ３５によってそれぞれフランジ面２５ａに固定されている。また、電動アクチュエータ３１は、ケーシング３２の一部となる小径部３２ａを一端に備えているが、この小径部３２ａは、上記アクチュエータ取付フランジ２５の開口部２８を貫通してスクロール部２１側へ突出している。

上記ボールねじ機構を介して電動アクチュエータ３１の軸方向に進退するロッド３６は、電動アクチュエータ３１全体に対し同心状となるように上記小径部３２ａの中心から延びており、その先端部が中継ロッド３７を介してウェストゲートバルブ９のアーム１４先端に連係している。なお、図１に示すように、中継ロッド３７はロッド３６に対しほぼ一直線となるように延びており、中継ロッド３７とアーム１４とは互いにほぼ９０°の角度をなすように組み付けられている。また、中継ロッド３７や電動アクチュエータ３１の中心軸線は、ターボチャージャの図示せぬロータの回転軸線と平行な平面にほぼ沿っている。

図１に示す中継ロッド３７およびアーム１４の位置は、電動アクチュエータ３１のロッド３６の最後退位置つまりウェストゲートバルブ９の全閉位置に対応し、この状態から電動アクチュエータ３１のロッド３６が突出するとウェストゲートバルブ９が開いていく構成となっている。そして、電動アクチュエータ３１は、ロッド３６の位置を高い分解能で制御できるので、ウェストゲートバルブ９を全閉・全開のみならず中間開度に高精度に制御することができる。

上記のような構成においては、アクチュエータ取付フランジ２５がコンプレッサハウジング２の一部として一体に鋳造されているので、高い剛性が得られる。特に、管状部分として剛性が高い吸気入口管２２と吸気出口管２３とに跨ってアクチュエータ取付フランジ２５が形成され、アクチュエータ取付フランジ２５の両端部が吸気入口管２２および吸気出口管２３によってそれぞれ支持されているので、高い剛性が得られる。しかも、吸気入口管２２と吸気出口管２３とアクチュエータ取付フランジ２５との三者をそれぞれ一種の梁とみなすと、これらの３つの梁が三角形に連結された構成となり、より効果的に高い剛性が得られる。従って、電動アクチュエータ３１の支持剛性が高くなり、内燃機関の振動や車両走行振動による電動アクチュエータ３１の振動（特にコンプレッサハウジング２やタービンハウジング１に対する相対的な振動）が抑制される。そのため、振動に起因したウェストゲートバルブ９の制御性の悪化が抑制される。

また、上述したように、アクチュエータ取付フランジ２５のフランジ面２５ａは、吸気入口管２２と吸気出口管２３との間において、これら吸気入口管２２および吸気出口管２３の各中心軸線に対し傾斜（特に図１の方向から見たときに）したものとなっているので、該フランジ面２５ａに取り付けられた電動アクチュエータ３１もこれらの中心軸線に対して斜めの姿勢となり、かつアクチュエータ取付フランジ２５の外側つまり吸気入口管２２と吸気出口管２３とに挟まれた空間内に配置されている。従って、いわゆるデッドスペースとなりやすい空間を有効に利用して電動アクチュエータ３１を配置することが可能である。しかも、電動アクチュエータ３１が吸気入口管２２や吸気出口管２３に対し大きく突出していないので、例えば内燃機関への取付前にターボチャージャ単品で取り扱う際に、電動アクチュエータ３１を損傷するリスクが低くなり、かつ梱包も小型となる。

そして、電動アクチュエータ３１のロッド３６および中継ロッド３７は、コンプレッサハウジング２のスクロール部２１の側方およびタービンハウジング１のスクロール部５の側方、特に、これらのスクロール部２１，５の外表面のすぐ近くを通過している。これは、図３の方向から見て電動アクチュエータ３１が吸気入口管２２や吸気出口管２３から大きく離れずに配置されることにも関連しており、前述した電動アクチュエータ３１自体の配置と併せて、ターボチャージャ全体の小型化に寄与する。

一方、アクチュエータ取付フランジ２５は、図３に示すように、電動アクチュエータ３１のケーシング３２の端面を覆い得るだけの大きさを有している。従って、高温となるタービンハウジング１表面から電動アクチュエータ３１へ向かう輻射熱を確実に遮ることができ、輻射熱による電動アクチュエータ３１の温度上昇を抑制できる。

１…タービンハウジング
２…コンプレッサハウジング
３…センタハウジング
９…ウェストゲートバルブ
１４…アーム
２１…スクロール部
２２…吸気入口管
２３…吸気出口管
２５…アクチュエータ取付フランジ
２５ａ…フランジ面
３１…電動アクチュエータ
３７…中継ロッド

Claims (5)

1. タービンハウジングとコンプレッサハウジングとがセンタハウジングを介して一体に組み立てられているとともに、上記タービンハウジングにウェストゲートバルブが設けられてなるターボチャージャにおいて、
   上記コンプレッサハウジングは、コンプレッサホイールを囲むスクロール部と、このスクロール部の中心から該ターボチャージャの回転軸線に沿って延びた入口管と、上記スクロール部から接線方向に延びた出口管と、板状のアクチュエータ取付フランジと、が一体に鋳造されており、
   上記アクチュエータ取付フランジは、一端部が上記入口管に連結されるとともに他端部が上記出口管に連結されて、これらの入口管と出口管とに跨って鋳造されており、
   上記ウェストゲートバルブを開閉駆動する電動アクチュエータが上記アクチュエータ取付フランジに支持されていることを特徴とするターボチャージャ。
2. 上記電動アクチュエータは、一端部が上記アクチュエータ取付フランジに支持された円筒形状をなし、上記出口管と上記入口管との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ。
3. 上記アクチュエータ取付フランジは、該アクチュエータ取付フランジに取り付けられる上記電動アクチュエータの端面を覆う大きさを有していることを特徴とする請求項１または２に記載のターボチャージャ。
4. 上記アクチュエータ取付フランジのフランジ面は、上記入口管の中心軸線および上記出口管の中心軸線に対し傾斜していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のターボチャージャ。
5. 上記電動アクチュエータから上記ウェストゲートバルブへと延びるロッドが、コンプレッサハウジングのスクロール部およびタービンハウジングのスクロール部の側方を通過していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のターボチャージャ。

Images