JP6634084B2 - 単一アクチュエータによって制御されるターボチャージャータービン段階バルブ - Google Patents

Description

発明の詳細な説明
ターボチャージャーは内燃機関に用いられる強制誘導システムの一種である。ターボチャージャーは典型的にエンジンの排気マニホールドに連結されたタービンハウジング、エンジンの吸気マニホールドに連結されたコンプレッサハウジング、及びタービンハウジングとコンプレッサハウジングとを一緒に結合する中央に配置されたベアリングハウジングを含む。タービンハウジング内のタービンホイールは排気マニホールドから供給された排気ガスの流入によって回転可能に駆動される。ベアリングハウジング内に回転可能に支持されるシャフトはタービンホイールをコンプレッサハウジング内のコンプレッサインペラに連結して、タービンホイールの回転がコンプレッサインペラを回転させる。コンプレッサインペラが回転することにより、エンジンの吸気マニホールドを通じてエンジンのシリンダーに伝達される空気質量流量（ａｉｒ ｍａｓｓ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ）、気流密度と空気圧を増加させる。

ターボチャージャーは圧縮空気をエンジン吸気部に送ってよりたくさんの燃料を燃焼させることができ、それによって、エンジン重量を大幅に増加させないながら、エンジンの馬力を高める。従って、ターボチャージャーはより大きい自然に吸引されたエンジンと同量の馬力を発展させるより小さいエンジンを使用可能にする。車でより小さいエンジンを使用することは車両の質量を減少させ、性能を向上させ、燃費を向上させる好ましい効果を有する。また、ターボチャージャーの使用はエンジンに供給される燃料のより完全な燃焼を可能にし、好ましくない排出物を減少させる。

一部態様で、エンジンに連結されるように構成されたターボチャージャーは、タービン部分を含む。タービン部分は、タービンホイール及び上記タービンホイールを囲み、排気ガス流入口、排気ガス流出口、排気ガス流入口とタービンホイールとの間に配置された第１タービン渦巻及び排気ガス流入口とタービンホイールとの間に配置された第２タービン渦巻を定義するタービンハウジングを含む。第１タービン渦巻及び第２タービン渦巻は隔壁によって分離されている。タービン部分は排気ガス流入口と排気ガス流出口との間の連通を可能にし、タービンホイールを迂回するバイパス通路、第２タービン渦巻と連通する第１ポートを通じる流れを制御するように構成された第１バルブ、バイパス通路と連通する第２ポートを通じる流れを制御するように構成された第２バルブ、及び回転軸を含むバルブシャフトを含む。バルブシャフトは第１バルブ及び第２バルブの両方に連結され、アクチュエータによって回転軸を中心に回転駆動されて、第１バルブ及び第２バルブがそれぞれ閉鎖位置と開放位置との間で選択的に移動し、第１バルブ及び第２バルブを開放する時系列順が選択可能である。

ターボチャージャーは以下の特徴の中の一つ以上を含むことができる：第１バルブは第２バルブとは異なる時間に開放される。第１バルブ及び第２バルブはロータリーバルブである。排気ガス流入口は第１フランジ開口部及び第２フランジ開口部を含む流入口フランジ、第１フランジ開口部と第１タービン渦巻との間に延長される第１通路、第２フランジ開口部と第２タービン渦巻との間に延長される第２通路、及び流入口フランジと第１タービン渦巻及び第２タービン渦巻との間の排気ガス流入口内に配置されたバルブハウジングを含む。バルブハウジングは第１ポートと第３ポートとを含む連結チャンバーを含み、第１ポートは連結チャンバーと第２通路とを連結し、第３ポートは連結チャンバーと第１通路とを連結する。バルブハウジングはバイパス通路と連通するウェイストゲート（ｗａｓｔｅｇａｔｅ）チャンバーを含み、ウェイストゲートチャンバーは第２ポート及び第４ポートを含み、第２ポートはウェイストゲートチャンバーと第１通路とを連結し、第４ポートはウェイストゲートチャンバーと第２通路とを連結する。第１バルブは第１ポート及び第３ポートを通じる流れを制御するように構成され、第２バルブは第２ポート及び第４ポートを通じる流れを制御するように構成される。連結チャンバー及びウェイストゲートチャンバーは排気ガス流入口の対向側面上に配置される。第１バルブが開放位置にある時、第１通路は連結チャンバーを通じて第２通路と連通する。

また、ターボチャージャーは次の追加的な特徴の中の一つ以上を含むことができる：排気ガス流入口は、フランジ開口部を含む流入口フランジ、フランジ開口部と第１タービン渦巻との間に延長される第１通路、第２タービン渦巻と連通する第２通路、及び流入口フランジと第１タービン渦巻及び第２タービン渦巻との間の排気ガス流入口内に配置されたバルブハウジングを含む。バルブハウジングは第２通路と連通する連結チャンバであって、連結チャンバーとフランジ開口部とを連結する第１ポートを含む上記連結チャンバー、及びバイパス通路と連通し、第２バルブのバルブ開口部を通じて連結チャンバーと連通するウェイストゲートチャンバーを含む。第１バルブが開放位置にあり、第２バルブが閉鎖位置にある時、第２通路はフランジ開口部と連通し、フランジ開口部を通じて流れるガスの一部分は第２通路を通じて第２タービン渦巻に流れることができる。第１バルブが開放位置にあり、第２バルブが開放位置にある時、フランジ開口部を通じて流れるガスの一部分は第１ポート及び第２ポートを通じてバイパス通路に方向転換される。また、第１バルブ及び第２バルブが閉鎖位置にある時、フランジ開口部を通じて流れる全てのガスは第１通路に誘導される。

一部態様で、エンジンに連結されるように構成されるターボチャージャーは、タービンホイール、及び上記タービンホイールを囲むタービンハウジングを含むタービン部分を含む。タービンハウジングは、排気ガス流入口、排気ガス流出口、排気ガス流入口とタービンホイールとの間に配置された第１タービン渦巻、及び排気ガス流入口とタービンホイールとの間に配置された第２タービン渦巻を定義する。第１タービン渦巻及び第２タービン渦巻は隔壁によって分離されている。排気ガス流入口は、第１フランジ開口部及び第２フランジ開口部を含む流入口フランジ、第１フランジ開口部と第１タービン渦巻との間に延長される第１通路、第２フランジ開口部と第２タービン渦巻との間の延長される第２通路、及び流入口フランジと第１タービン渦巻及び第２タービン渦巻との間の排気ガス流入口内に配置されたバルブハウジングを含む。バルブハウジングは第２通路と連通する第１連結ポート及び第２連結ポート、及び第１通路と連通する第１ウェイストゲートポート及び第２通路と連通する第２ウェイストゲートポートを有するウェイストゲートチャンバーを含む。バルブハウジングは、第１連結ポート及び第２連結ポートを通じる流れを制御するように構成された第１バルブ、第１ウェイストゲートポート及び第２ウェイストゲートポートを通じる流れを制御するように構成された第２バルブ、及び回転軸を含むバルブシャフトを含む。バルブシャフトは第１バルブ及び第２バルブの両方に連結され、アクチュエータによって回転軸を中心に回転駆動されて、第１バルブ及び第２バルブがそれぞれ閉鎖位置と開放位置との間で選択的に移動することができ、第１バルブ及び第２バルブを開放する時系列順が選択されることができる。

ターボチャージャーは次の特徴の中の１つ以上を含むことができる：ウェイストゲートチャンバーは排気ガス流出口と連通する第３ウェイストゲートポートを含む。連結チャンバー及びウェイストゲートチャンバーは排気ガス流入口の対向側面上に配置される。第１バルブが開放位置にある時、第１通路は連結チャンバーを通じて第２通路と連通する。

一部態様で、エンジンに連結されるように構成されるターボチャージャーはタービン部分を含む。タービン部分はタービンホイール、及び上記タービンホイールを囲むタービンハウジングを含む。タービンハウジングは、排気ガス流入口、排気ガス流出口、排気ガス流入口とタービンホイールとの間に配置された第１タービン渦巻、及び排気ガス流入口とタービンホイールとの間に配置された第２タービン渦巻を定義する。第１タービン渦巻及び第２タービン渦巻は隔壁によって分離される。排気ガス流入口は、フランジ開口部を含む流入口フランジ、フランジ開口部と第１タービン渦巻との間に延長される第１通路、第２タービン渦巻と連通する第２通路、及び流入口フランジと第１タービン渦巻及び第２タービン渦巻との間の排気ガス流入口内に配置されたバルブハウジングを含む。バルブハウジングは、フランジ開口部と連通する第１連結ポート及び第２通路と連通する第２連結ポートを有する連結チャンバーを含む。バルブハウジングは、連結チャンバーと連通する第１ウェイストゲートポート及び排気ガス流出口と連通する第２ウェイストゲートポートを有するウェイストゲートチャンバーを含む。バルブハウジングは、第１連結ポートを通じる流れを制御するように構成された第１バルブ、第１ウェイストゲートポートを通じる流れを制御するように構成された第２バルブ、及び回転軸を含むバルブシャフトをさらに含み、バルブシャフトは第１バルブ及び第２バルブの両方に連結される。バルブシャフトはアクチュエータによって回転軸を中心に回転駆動されて、第１バルブ及び第２バルブがそれぞれ閉鎖位置と開放位置との間で選択的に移動し、第１バルブ及び第２バルブを開放する時系列順が選択可能である。

ターボチャージャーは次の特徴の中の１つ以上を含むことができる：第２連結ポート及び第２ウェイストゲートポートにはバルブがない。第１バルブが開放位置にあり、第２バルブが閉鎖位置にある時、第２通路はフランジ開口部と連通し、フランジ開口部を通じて流れるガスの一部分が第２通路を通じて第２タービン渦巻に流れることができる。第１バルブが開放位置にあり、第２バルブが開放位置にある時、フランジ開口部を通じて流れるガスの一部分は第１連結ポート及び第２ポート；第２ウェイストゲートポートを通じてバイパス通路に方向転換される。第１バルブと第２バルブが閉鎖位置にある時、フランジ開口部を通じて流れる全てのガスは第１通路に誘導される。

一部態様で、エンジンに連結されるように構成されるターボチャージャーはタービンステージとコンプレッサステージとを含む。タービンステージはタービンホイール及び上記タービンホイールを囲むタービンハウジングを含む。タービンハウジングは排気ガス流入口とタービンホイールとの間に配置されたツインスクロール渦巻（ｔｗｉｎ ｓｃｒｏｌｌ ｖｏｌｕｔｅ）、及び排気ガス流入口と排気ガス流出口との間の連通を許容し、タービンホイールを迂回するバイパス通路を定義する。タービンステージは排気ガス流入口内に配置されたバルブアセンブリをさらに含む。バルブアセンブリは複数のタービン渦巻の中の一つと連通する第１ポートを通じる流れを制御するように構成された第１バルブ、及びバイパス通路と連通する第２ポートを通じる流れを制御するように構成された第２バルブを含む。バルブアセンブリは第１バルブと第２バルブの両方に連結されたバルブシャフトを含み、バルブシャフトはアクチュエータによって回転されて、第１バルブ及び第２バルブがそれぞれ閉鎖位置と開放位置との間で選択的に移動することができ、第１バルブと第２バルブを開放する時系列順が選択されることができる。この構成により、第１バルブは第２バルブの前または後に開放されることができ、両方のバルブは、単一アクチュエータによって作動される。

一つの例示的な実施形態において、バルブアセンブリは必要に応じてウェイストゲート機能を同時に提供しながら、タービンステージが単一スクロール動作及びツインスクロール動作の間で切り替えることができるように構成される。特に、バルブアセンブリが第１バルブ構成にある時、ツインスクロール渦巻の複数のスクロールの中の一つが閉鎖され、タービン部分はモノ−スクロール（ｍｏｎｏ−ｓｃｒｏｌｌ）タービンとして動作する。これは、排気ガスの流れが単一渦巻を通じて伝達されることができるようにして、タービンステージがその潜在的大きさの半分に機能することができるようにして、ブーストを提供するのに必要な時間を減少させる。これは、例えば排気ガスの流れが比較的に少ない非活性化されたシリンダーによって低いエンジン速度（ｒｐｍ）、低いエンジン負荷（ＢＭＥＰ）または減少されたシリンダー変位の間に有利である。バルブアセンブリが第２バルブ構成にある時、排気ガスの流れはツインスクロール渦巻の両側スクロールに許容される。従って、第２渦巻はより高いエンジン速度と関連する増加された排気ガス流量を収容するようにより高いエンジン速度で開放される。バルブアセンブリが第３バルブ構成にある時、排気ガスの流れはツインスクロール渦巻の両側スクロールに許容され、排気ガスの流れの一部分がバイパス通路に方向転換されて、タービンホイール、コンプレッサホイール、連結シャフトを含む回転アセンブリの過速回転を防止する。

他の例示的な実施形態で、バルブアセンブリは、タービンステージがツインスクロール渦巻動作、ダブルスクロール動作、及びウェイストゲート型ツインスクロール動作の間で切り替えることができるように構成される。特に、バルブアセンブリが第１バルブ構成にある時、ツインスクロール渦巻の第１スクロールはツインスクロール渦巻の第２スクロールと連通することが防止され、タービン部分は、通常のツインスクロール渦巻として働く。この構成では、燃焼シリンダの排気パルスが複数のスクロールの間で分離されて、低いエンジン速度でより高いタービン効率を提供する。バルブアセンブリが第２バルブ構成にある時、ツインスクロール渦巻の第１スクロールはツインスクロール渦巻の第２スクロールと連通することができるようになって、モノ−スクロール動作を発生する。これは大きいパルス圧力がタービンハウジングで発生される高いエンジン速度で有利である。第１スクロール及び第２スクロールが連通しているので、ガスは２つのスクロールの間で流れることができ、スクロール内部の圧力緩和を可能にする。バルブアセンブリが第３バルブ構成にある時、ツインスクロール渦巻の第１スクロールはツインスクロール渦巻の第２スクロールと連通することができなくなって、デュアル−スクロール動作を発生する。また、各スクロールからの排気ガスの流れの一部分はバイパス通路に方向転換されて、タービンホイール、コンプレッサホイール、及び連結シャフトを含む回転アセンブリの過速回転を防止する。

両方の例示的な実施形態で、２つのバルブは共通の回転バルブシャフトによって駆動され、それにより、単一アクチュエータによって駆動されて、製造費用が低減され、ターボチャージャーの全体的な大きさが減少される。

以下、本発明を実施するための形態について添付図面に示す本発明の実施形態を参照して説明する。本発明の上記目的、他の目的、特徴及び利点は、添付された図面に関連して以下に提示される本発明の実施形態の詳細な説明から明らかになれる。

図１はタービン部分の排気ガス流入口内に配置されたバルブアセンブリを含む排気ガスターボチャージャーの概略図である。 図２は図１のバルブアセンブリを含むタービン部分の側方斜視図である。 図３は図１のバルブアセンブリを含むタービン部分の端部斜視図である。 図４はタービン部分から隔離された図１のバルブアセンブリの前方斜視図である。 図５はタービン部分から隔離された図１のバルブアセンブリの後方斜視図である。 図６は明瞭化のためにタービン部分から隔離され、バルブシートを省略した図１のバルブアセンブリの前方斜視図である。 図７は明瞭化のために、タービン部分から隔離され、バルブシートを省略した図１のバルブアセンブリの後方斜視図である。 図８は図１のバルブアセンブリの排気ガス流入口及びバルブハウジングの断面図である。 図９は図１のバルブアセンブリの排気ガス流入口及びバルブハウジングの他の断面図である。 図１０は多様なバルブシャフトの回転配向のために、図１のバルブアセンブリの第１バルブ及び第２バルブの両方に対するバルブ本体及びバルブシートの相対的な配向の概略図である。 図１１は図１のバルブアセンブリの第１配向に対するタービン部分（仮想線で示す）を通じる排気流れ経路の例示図である。 図１２は図１のバルブアセンブリの第２配向に対するタービン部分（仮想線で示す）を通じる排気流れ経路の例示図である。 図１３は図１のバルブアセンブリの第３配向に対するタービン部分（仮想線で示す）を通じる排気流れ経路の例示図である。 図１４は代替的な実施形態のバルブアセンブリを含み、明瞭化のために、バルブハウジングを省略したタービン部分の側方斜視図である。 図１５は明瞭化のために、バルブハウジング端部カバーを省略した図１４のバルブアセンブリを含むタービン部分の端部斜視図である。 図１６はタービン部分から隔離された、図１４のバルブアセンブリの後方斜視図である。 図１７はタービン部分から隔離された、図１４のバルブアセンブリの前方斜視図である。 図１８は明瞭化のために、タービン部分から隔離され、バルブシートを省略した図１４のバルブアセンブリの後方斜視図である。 図１９は明瞭化のために、タービン部分から隔離され、バルブシートを省略した図１４のバルブアセンブリの前方斜視図である。 図２０は図１４のバルブアセンブリの排気ガス流入口及びバルブハウジングの断面図である。 図２１はバルブハウジング内に形成された所定のバルブポートを示す、図１４のバルブアセンブリの排気ガス流入口とバルブハウジングの他の断面図である。 図２２はバルブハウジング内に形成された他のバルブポートを示す、図１４のバルブアセンブリの排気ガス流入口及びバルブハウジングのまた他の断面図である。 図２３は多様なバルブシャフトの回転配向に対する図１４のバルブアセンブリの第１バルブ及び第２バルブの両方に対するバルブ本体及びバルブシートの相対的な配向の概略図である。 図２４は図１４のバルブアセンブリの第１配向に対するタービン部分（仮想線で示す）を通じる排気流れ経路の例示図である。 図２５は図１４のバルブアセンブリの第２配向に対するタービン部分（仮想線で示す）を通じる排気流れ経路の例示図である。 図２６は図１４のバルブアセンブリの第３配向に対するタービン部分（仮想線で示す）を通じる排気流れ経路の例示図である。

図１〜図３を参照すれば、排気ガスターボチャージャー１は、コンプレッサ部分１０、タービン部分２０、及びコンプレッサ部分１０とタービン部分２０との間に配置されてコンプレッサ部分１０をタービン部分２０に連結するベアリングハウジング８を含む。タービン部分２０は、排気ガス流入口２４、排気ガス流出口２８、及び排気ガス流入口２４と排気ガス流出口２８との間の流体経路内に配置されたツインスクロール渦巻２６を定義するタービンハウジング２２を含む。ツインスクロール渦巻２２は、第１タービン渦巻２６ａ、及び壁３４を通じて第１タービン渦巻２６ａから分離された第２タービン渦巻２６ｂを含む。タービンホイール３０は第１タービン渦巻２６ａ及び第２タービン渦巻２６ｂと排気ガス流出口２８との間のタービンハウジング２２内に配置される。タービン部分２０はタービンホイール３０を迂回しながら排気ガス流入口２４を排気ガス流出口２８に連結するバイパス通路５６、及びバイパス通路５６を通じる排気ガスの流れを制御するように構成されるバルブアセンブリ４０を含む。また、タービンハウジング２２は、タービン部分２０をボルトまたはビーバンド（ｖｅｅ ｂａｎｄ）（図示せず）を通じてベアリングハウジング８に連結するために用いられる環状の連結フランジ３２を含む。

ターボチャージャーシャフト２がタービンホイール３０に連結され、ベアリングハウジング８の内部に回転可能に支持され、コンプレッサ部分１０に延長される。コンプレッサ部分１０は、空気吸入部１６、空気流出口１８、及びコンプレッサ渦巻１９を定義するコンプレッサハウジング１２を含む。コンプレッサホイール１４は空気吸入部１６とコンプレッサ渦巻１９との間のコンプレッサハウジング１２内に配置される。コンプレッサホイール１４はターボチャージャーシャフト２に連結され、ターボチャージャーシャフト２によって駆動される。

使用時に、タービンハウジング２２内のタービンホイール３０は、エンジンの排気マニホールドから供給された排気ガスの流入によって回転可能に駆動される。ターボチャージャーシャフト２がベアリングハウジング８内に回転可能に支持され、タービンホイール３０をコンプレッサハウジング１２内のコンプレッサホイール１４に連結するので、タービンホイール３０の回転はコンプレッサホイール１４の回転を発生する。コンプレッサホイール１４が回転することによって、エンジンの吸気マニホールドに連結されるコンプレッサ空気流出口１８からの流出を通じてエンジンのシリンダーに伝達される空気質量流量、気流密度及び空気圧を増加させる。

ターボチャージャー１でタービンホイール３０に伝達される排気ガスの量はバルブアセンブリ４０によって制御され、以下でさらに説明するように、コンプレッサ部分１０がエンジン動作速度の全範囲にわたって適切なブーストを生成することを保証する。バルブアセンブリ４０は流入口フランジ２５と第１タービン渦巻２６ａ及び第２タービン渦巻２６ｂとの間の排気ガス流入口２４内に配置されるバルブハウジング４２の内部に支持される。

図４〜図７を参照すれば、バルブアセンブリ４０は、バルブシャフト４４、バルブシャフト４４の端部４５ａ上に配置された第１バルブ６０、及び第１バルブ６０から若干離れた位置でシャフト４４上に配置された第２バルブ８０を含む。それぞれの第１バルブ６０及び第２バルブ８０は、バルブ６０、８０を開閉するようにバルブシート７１、９１に対して移動するバルブ本体６１、８１を含む。第１バルブ６０及び第２バルブ８０はロータリーバルブである。本願で使用される場合、用語ロータリーバルブは、バルブシャフト４４がバルブ本体６１、８１に直接固定され、バルブ本体６１、８１のバルブ安着対向面６２、８２に垂直方向に延長するバルブを指す。バルブシャフト４４がその長さ方向軸４６を中心に回転される時、バルブ本体６１、８１は、シャフトの長さ方向軸４６を中心に回転してバルブ本体６１、８１がバルブシート７１、９１に平行に保持され、バルブシート７１、９１に対して回転しながらスライディングする。

第１バルブ本体６１及び第２バルブ本体８１は、それぞれが円形プロファイルを有する剛性であり、薄いディスク状の部材（図６及び図７）である点で類似する。それぞれの第１バルブ６１及び第２バルブ本体８１はバルブシャフト４４を収容し、バルブシャフト４４に固定される中央開口部６４、８４を含む。特に、第１バルブ６１及び第２バルブ本体８１は、例えば、圧入（ｐｒｅｓｓ ｆｉｔ）、スプラインフィット（ｓｐｌｉｎｅ ｆｉｔ）、またはその他の通常の連結方法を通じて、それぞれの中央開口部６４、８４を通じてバルブシャフト４４に連結される。第１バルブ本体６１は２つのバルブ開口部６５、６６を含む。第１バルブ本体６１のバルブ開口部６５、６６はシャフト４４の対向側面上に配置され、ファン形状（例えば、先端が切断された扇形状）を有する。第２バルブ本体８１はファン形状を有する単一バルブ開口部８５を含む。第１バルブ本体６１及び第２バルブ本体８１がシャフト４４と組み立てられる時、第２バルブ本体のバルブ開口部８５は第１バルブ本体の複数のバルブ開口の中の一つ（例えば、バルブ開口部６５）と長さ方向に整列される。

第１バルブシート７１及び第２バルブシート９１はそれぞれがそのそれぞれのバルブ本体６１、８１よりも直径が若干大きい円形プロファイルを有する剛性の薄いディスク状の部材（図４及び図５）である点で類似する。それぞれの第１バルブシート７１及び第２バルブシート９１は、バルブシャフト４４を収容し、シャフト４４とそれぞれのバルブシート７１、９１との間の相対回転を許容する中央開口部７４、９４を含む。一部実施形態では、ブッシングまたはベアリング（図示せず）が中央開口部７４、９４内に配置されることもできて、バルブシャフト４４の支持を向上させる。それぞれの第１バルブシート７１及び第２バルブシート９１はファン形状を有する単一バルブ開口部７５、９５を含む。第１バルブシート７１及び第２バルブシート９１がシャフト４４と組み立てられる時、第２バルブシートのバルブ開口部９５は第１バルブシートのバルブ開口部７５と長さ方向に整列される。

第１バルブ本体６１は、バルブシャフト端子端部４５ａ付近の外向面６３及び内向面６２が第１バルブシート７１の対向面７２に対して水平になるようにバルブシャフト４４に連結される。従って、第１バルブ本体６１は第１バルブシート７１とバルブシャフト端子部４５ａとの間に配置される。

同様に、第２バルブ本体８１は、外向面８３が第１バルブシート７１と対向し、第１バルブシート７１から離隔され、内向面８２が第２バルブシート９１の対向面９２に対して水平になるようにバルブシャフト４４に連結される。従って、第２バルブ本体８１は第２バルブシート９１と第１バルブシート７１との間に配置される。

図８及び図９を参照すれば、図示した実施形態で、排気ガス流入口２４は単一流入口開口部２７を有する流入口フランジ２５を含む（図８）。流入口開口部２７において、排気ガス流入口２４の一次通路部２４ａが単一の比較的大きい流入口通路を定義する。バルブハウジングの第１端部４７に対応する位置で、一次通路部２４ａはタービン渦巻２６ａ、２６ｂを分割する壁３４の延長によって分離される２つの若干小さい二次通路部２４ｂ、２４ｃに分岐される。第１二次通路部２４ｂは流入口開口部２７を含む一次通路部２４ａと第１タービン渦巻２６ａとの間の連通を提供し、第２二次通路部２４ｃは流入口開口部２７を含む一次通路部２４ａと第２タービン渦巻２６ｂとの間の連通を提供する。バルブアセンブリ４０はバルブハウジング４２を通じて排気ガス流入口２４に対して支持される。バルブハウジング４２は、排気ガス流入口２４と交差し、排気ガス流入口２４と一体型の閉鎖されたバルブハウジングの第１端部４７とバルブハウジングの第１端部４７に対向する開放されたバルブハウジングの第２端部４８との間に延長される略円筒状の側壁４３を有する。バルブハウジング４２は、バルブハウジング４２の長さ方向中心線３９が一次通路部２４ａを通じるガス流れの方向によって定義された軸に対して鋭角になるようにする角度で排気ガス流入口２４上に配置される。

バルブハウジング４２は３つのポート５０、５２、５４を含む（図９）。第１ポート５０はバルブハウジングの第１端部４７内に配置され、バルブハウジング４２と排気ガス流入口２４との間の連通を可能にする。第１ポート５０は通路分岐点付近の排気ガス流入口２４の一次通路部２４ａに開放される。第２ポート５２は、バルブハウジングの第１端部４７に隣接してバルブハウジング側壁４３内に配置され、バルブハウジング４２と第２二次通路部２４ｃ、及びそれによってまた第２タービン渦巻２６ｂとの間の連通を可能にする。第３ポート５４はバルブハウジングの第２端部４８に隣接してバルブハウジング側壁４３内に配置され、バルブハウジング４２とバルブハウジング４２と排気ガス流出口２８との間に延長されるバイパス通路５６との間の連通を可能にする。

バルブアセンブリ４０は、バルブシャフトの長さ方向軸４６及びバルブハウジングの長さ方向中心線３９が一般的に同軸になるようにバルブハウジング４２とともに配置される。また、第１バルブ６０は第１ポート５０と第２ポート５２との間に配置されるように、そして第１ポート５０を通じる流体の流れを制御するようにバルブハウジングの第１端部４７内に配置される。そのために、第１バルブシート７１は、例えば、圧入または溶接を通じて第１円周方向延長バルブハウジングショルダー５７に固定されて、バルブハウジング４２との密封部を形成する。第１バルブシート７１は、バルブシートのバルブ開口部７５が第１ポート５０の上に置かれ、第１ポート５０と整列されるように配向される。

また、バルブアセンブリ４０は、第２バルブ８０が第２渦巻２６ｂと連通する第２ポート５２と、バイパス通路５６と連通する第３ポート５４との間に置かれるようにバルブハウジング４２と一緒に配置される。このために、第２バルブシート９１は、例えば、圧入または溶接を通じて第２周方向延長バルブハウジングショルダー５５に固定されてバルブハウジング４２との密封部を形成する。

外部に配置されたアクチュエータに対する連結を許容するために、バルブシャフト４４は、開放されたバルブハウジングの第２端部４８を通じてバルブハウジング４２の外に延長される。カバー４１が開放された第２端部４８内に溶接されて、それらの間に密封部を形成し、バルブシャフト４４は、細長状のブッシング４９を通じてカバー４１の内部に回転可能に支持される。カバー４１は、第２バルブ８０から離隔される位置でバルブシャフト４４上に支持される。また、カバー４１は第２バルブ８０とアクチュエータに連結されるように構成されるバルブシャフト４４の端部４５ｂとの間に配置される。カバー４１とブッシング４９はバルブシャフト４４がバルブハウジング４２に対して密封された方式で回転することができるようにする。

第１バルブ６０及び第２バルブ８０は、バルブハウジング４２を第１チャンバー（例えば、連結チャンバー）５８と第２チャンバー（例えば、ウェイストゲートチャンバー）５９とに分離される。連結チャンバ５８は、第１バルブ６０と第２バルブ８０との間に定義され、第２渦巻２６ｂと連通する第２ポート５２を含む。従って、第１バルブ６０の位置によって連結チャンバー５８は排気ガス流入口２４を第２タービン渦巻２６ｂに連結する役割を果たす。ウェイストゲートチャンバー５９は第２バルブ８０とカバー４１との間に定義され、バイパス通路５６と連通する第３ポート５４を含む。従って、第１バルブ６０及び第２バルブ８０の位置によってウェイストゲートチャンバー５９はタービンホイール３０を迂回しながら排気ガス流入口２４をバイパス通路５６を通じて排気ガス流出口２８に連結する役割を果たす。

図１０〜図１３を参照すれば、バルブアセンブリ４０の作動中、バルブシャフト４４はアクチュエータによってその長さ方向軸４６を中心に回転動作される。第１バルブ６０及び第２バルブ８０の開放及び／または閉鎖状態は、バルブシャフト４４の回転位置による。例えば、一部実施形態で、バルブシャフト４４は３つの回転位置、即ち０度、９０度、及び２７０度の間で回転される。バルブシャフト４４が初期回転位置（０度回転）にある時、第１バルブ６０及び第２バルブ８０は、第１バルブ本体６１のバルブ開口部６５、６６が第１バルブシートのバルブ開口部７５と整列されなくて第１バルブ６０が閉鎖され、第２バルブ本体のバルブ開口部８５が第２バルブシートのバルブ開口部９５と整列されなくて第２バルブ８０が閉鎖されるようにそれぞれ配向される。この構成で、タービンハウジング２２を通じる排気ガスの全ての流れは第１二次通路部２４ｂを通じて第１タービン渦巻２６ａに誘導される（図１１）。このバルブシャフトの角度位置は、例えば、非活性化されたシリンダにより低いエンジン速度（ｒｐｍ）、低いエンジン負荷（ＢＭＥＰ）または減少されたシリンダー変位中に発生するような低い排出ガス流れ中に使用するのに適する。

バルブシャフト４４がアクチュエータによって第２回転位置（例えば、０度配向から９０度回転に対応する）に移動される時、第１バルブ６０及び第２バルブ８０は、第１バルブ本体６１の第２バルブ開口部６６が第１バルブシートのバルブ開口部７５と整列されて第１バルブ６０が開放され、第２バルブ本体のバルブ開口部８５が第２バルブシートのバルブ開口部９５と整列されなくて第２バルブ８０が閉鎖されるように配向される。この構成で、タービンハウジング２２を通じる排気ガスの流れの一部分は、第１二次通路部２４ｂを通じて第１タービン渦巻２６ａに誘導され、タービンハウジングを通じる排気ガスの流れの他の部分は第２二次通路部２４ｃ内に誘導され、連結チャンバ５８を通じて第２タービン渦巻２６ｂに誘導される（図１２）。このバルブシャフトの角度位置は、中間程度の排気ガスの流れ中に使用するのに適し、第２タービン渦巻２６ｂへの流れはバルブシャフトの回転位置の調整によって調節されることができる。

バルブシャフト４４がアクチュエータによって第３回転位置（例えば、０度配向から２７０度回転に対応する）に移動される時、第１バルブ６０及び第２バルブ８０は第１バルブ本体６１の第１バルブ開口部６５が第１バルブシートのバルブ開口部７５と整列されて第１バルブ６０が開放され、第２バルブ本体のバルブ開口部８５が第２バルブシートのバルブ開口部９５と整列されて第２バルブ８０が開放されるように配向される。この構成で、タービンハウジング２２を通じる排気ガスの流れの一部分は、第１二次通路部２４ｂを通じて第１タービン渦巻２６ａに誘導され、タービンハウジングを通じる排気ガスの流れの他の部分は第２通路部２４ｃ内に誘導され、連結チャンバ５８を通じて第２タービン渦巻２６ｂに誘導され、タービンハウジング２２を通じる排気ガスの流れの他の部分はウェイストゲートチャンバー５９を通じてバイパス通路５６内に誘導される（図１３）。このバルブシャフトの角度位置は、高い排気ガスの流れ中に使用するのに適し、第２タービン渦巻２６ｂ及びバイパス通路５６への流れはバルブシャフトの回転位置の調整によって調節されることができる。

説明の便宜上、バルブシート７１、９１に対するバルブ本体６１、８１の３つの個別位置が、それぞれのバルブ６０、８０が完全に閉鎖されたり、完全に開放されることで上記で説明されている。しかしながら、それぞれのバルブ６０、８０が何れの所望の角度で部分的に開放されてバルブ６０、８０を通じる排気ガスの流れの精密に制御された量を提供することで、中間位置の範囲が達成されることができることが考慮される。

タービン部分２０でバルブアセンブリ４０を用いることにより、利用可能な渦巻の大きさ（Ａ／Ｒで測定される）はタービンステージ排気ガスの流れについて（例えば、それに比例して）最適化されることができる。前述した構成で、高い排気ガスの流れはより大きな渦巻の大きさと対を構成し、低い排出ガスの流れはタービン渦巻大きさを変化させることにより小さな渦巻大きさと対を構成して、２つの隣接するタービン渦巻２６ａ、２６ｂの間のタービン排気ガスの流れの戦略的な伝達によって達成される。

従って、本発明の一実施形態は、エンジンに連結されるように構成されたターボチャージャー１を含み、上記ターボチャージャー１は、
タービンホイール３０、
タービンホイール３０を囲むタービンハウジング２２と、を含むタービン部分２０を含み、
上記タービンハウジング２２は、
排気ガス流入口２４と、
排気ガス流出口２８と、
排気ガス流入口２４とタービンホイール３０との間に配置された第１タービン渦巻２６ａ、
排気ガス流入口２４とタービンホイール３０との間に配置された第２タービン渦巻２６ｂであって、第１タービン渦巻２６ａ及び第２タービン渦巻２６ｂが隔壁３４によって分離された、第２タービン渦巻２６ｂを定義し、
排気ガス流入口２４は、
フランジ開口部２７を含む流入口フランジ２５、
フランジ開口部２７と第１タービン渦巻２６ａとの間に延長される第１通路２４ａ、２４ｂ、
第２タービン渦巻２６ｂと連通する第２通路２４ａ、２４ｃ、
流入口フランジ２５と第１タービン渦巻２６ａ及び第２タービン渦巻２６ｂとの間の排気ガス流入口２４内に配置されたバルブハウジング４２と、を含み、
上記バルブハウジング４２は、
フランジ開口部と連通する第１連結ポート５０及び第２通路２４ａ、２４ｃと連通する第２連結ポート５２を有する連結チャンバー５８、
連結チャンバ５８と連通する第１ウェイストゲートポート８５、９５、及び排気ガス流出口２８と連通する第２ウェイストゲートポート５４を有するウェイストゲートチャンバー５９、
第１連結ポート５０を通じる流れを制御するように構成された第１バルブ６０；
第１ウェイストゲートポート８５、９５を通じる流れを制御するように構成された第２バルブ８０；
回転軸を含むバルブシャフト４４であって、第１バルブ６０及び第２バルブ８０の両側に連結された、バルブシャフト４４とを含み、
上記バルブシャフト４４がアクチュエータによって回転軸４６を中心に回転駆動されて、
第１バルブ６０及び第２バルブ８０がそれぞれ閉鎖位置と開放位置との間で選択的に移動されることができ、
第１バルブ６０及び第２バルブ８０を開放する時系列順が選択されることができる。

バルブアセンブリが３つの流れの条件（第１二次通路開放、第１二次通路及び第２二次通路開放、第１二次通路とウェイストゲート及び第２二次通路とウェイストゲート開放）を制御するので、バルブを三位置式バルブ（ｔｈｒｅｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｖａｌｖｅ）として設計することももちろん可能である。例えば、第１バルブシートまたは第１バルブ本体内のバルブ開口部の円弧は第２位置と第３位置との間で切り替える時に連続開放を保持するように延長される。バルブが０°の位置にある時、両方バルブ開口部は閉鎖され、排気ガスが全部第１二次通路２４ｂを通じて流れる。バルブが９０°回転した時、第１バルブ６０は開放され、排気は第１二次通路２４ｂ及び第２二次通路２４ｃを通じて流れる。バルブが１８０°の位置にある時、第１バルブ６０は開放状態に保持されるが、現在第２バルブ８０が開放されて、排気が第１二次通路及び第２二次通路とウェイストゲートを通じて流れる。

図１４及び図１５を参照すれば、他の実施形態のバルブアセンブリ１４０は、ターボチャージャー１のタービン部分２０`に伝達される排気ガスの量を制御して、コンプレッサ部分１０がエンジン動作速度の全範囲にわたって適切なブーストを生成することを保証し、以下でさらに説明するように、モノ−スクロール設計とツイン−スクロール設計の間でタービン渦巻２６を切り替えることができるようにするために用いられる。バルブアセンブリ１４０は流入口フランジ２５と第１タービン渦巻２６ａ及び第２タービン渦巻２６ｂとの間の排気ガス流入口２４内に配置されたバルブハウジング１４２内に配置される。

図１６〜図１９を参照すれば、バルブアセンブリ１４０は、バルブシャフト１４４、バルブシャフト１４４の端部１４５ａに隣接して配置され、その端部１４５ａから若干離隔された第１バルブ１６０、及び第１バルブ１６０に対して離隔された位置でシャフト１４４上に配置された第２バルブ１８０を含む。それぞれの第１バルブ１６０及び第２バルブ１８０は、バルブシート１７１、１９１に対して移動してバルブ１６０、１８０を開閉するバルブ本体１６１、１８１を含む。第１バルブ１６０及び第２バルブ１８０はロータリーバルブであり、第１バルブ１６０は第２バルブ１８０よりも直径が若干大きい。

第１バルブ本体１６１と第２バルブ本体１８１はそれぞれが円形プロファイルを有する剛性の薄いディスク状部材（図１８及び図１９）である点で類似する。それぞれの第１バルブ本体１６１及び第２バルブ本体１８１はバルブシャフト１４４を収容し、バルブシャフト１４４に固定される中央開口部１６４、１８４を含む。特に、第１バルブ本体１６１及び第２バルブ本体１８１は、例えば圧入、スプラインフィット、またはその他通常の連結方法を通じてそれぞれの中央開口部１６４、１８４を通じてバルブシャフト１４４に連結される。第１バルブ本体１６１は２つのバルブ開口部１６５、１６６を含む。第１バルブ本体１６１のバルブ開口部１６５、１６６はシャフト１４４の対向側面上に配置され、ファン形状を有する。第２バルブ本体１８１は２つのバルブ開口部１８５、１８６を含む。第２バルブ本体１８１のバルブ開口部１８５、１８６はシャフト１４４の対向側面上に配置され、ファン形状を有する。第１バルブ本体１６１及び第２バルブ本体１８１がシャフト１４４と組み立てられる時、第２バルブ本体１８１のバルブ開口部１８５、１８６は第１バルブ本体１６１のバルブ開口部１６５、１６６と長さ方向に整列されておらず、その代わりに４５度だけオフセットされる。

第１バルブシート１７１及び第２バルブシート１９１はそれぞれがそのそれぞれのバルブ本体１６１、１８１よりも直径が若干大きい円形のプロファイルを有する剛性の薄いディスク状部材（図１６及び図１７）である点で類似する。それぞれの第１バルブシート１７１及び第２バルブシート１９１はバルブシャフト１４４を収容し、シャフト１４４とそれぞれのバルブシート１７１、１９１との間の相対回転を許容する中央開口部１７４、１９４を含む。一部実施形態で、ブッシングまたはベアリング（図示せず）が中央開口部１７４、１９４内に配置されてバルブシャフト１４４の支持を向上させることもできる。第１バルブシート１７１は２つのバルブ開口部１７５、１７６を含む。第１バルブシート１７１のバルブ開口部１７５、１７６はシャフト１４４の対向側面上に配置され、ファン形状を有する。第２バルブシート１９１は２つのバルブ開口部１９５、１９６を含む。第２バルブ本体１９１のバルブ開口部１９５、１９６はシャフト１４４の対向側面上に配置され、ファン形状を有する。第２バルブ本体１９１のバルブ開口部１９５、１９６は第１バルブシート１７１のバルブ開口部１７５、１７６よりも若干大きい例えばそれより大きな円周方向の大きさを有する。第１バルブシート１７１及び第２バルブシート１９１がシャフト１４４と組み立てられる時、第１バルブシート１７１の第１バルブ開口部１７５及び第２バルブシート１９１の第１バルブ開口部１９５は長さ方向に整列され、第１バルブシート１７１の第２バルブ開口部１７６及び第２バルブシート１９１の第２バルブ開口部１９５も長さ方向に整列される。

第１バルブ本体１６１は第１バルブシート１７１がバルブ本体１６１とシャフト端子端部１４５ａとの間に配置されるようにバルブシャフト４４に連結される。同様に、第２バルブ本体１８１は外向面１８３が第１バルブ本体１６１と対向し、第１バルブ本体１６１から離隔され、内向面１８２が第２バルブシート１９１の対向面１９２と隣接するようにバルブシャフト１４４に連結される。従って、第２バルブ本体１８１は第２バルブシート１９１と第１バルブ１６０との間に配置される。

また、図１４及び図２０を参照すれば、図示した実施形態で、排気ガス流入口１２４は２つの流入口開口部１２７ａ、１２７ｂを有する流入口フランジ１２５を含む（図１４）。排気ガス流入口１２４は２つのタービン渦巻２６ａ、２６ｂを分割する壁３４の延長によって２つの通路１２４ａ、１２４ｂに分離される。第１流入口通路１２４ａは第１流入口開口部１２７ａと第１タービン渦巻２６ａとの間の連通を提供し、第２流入口通路１２４ｂは第２流入口開口部１２７ｂと第２タービン渦巻２６ｂとの間の連通を提供する（図２０）。一部実施形態で、第１タービン渦巻２６ａは第１流入口通路１２４ａを通じてエンジン（図示せず）の第１セットのシリンダーに連結され、第２タービン渦巻２６ｂは第２流入口通路１２４ｂを通じてエンジンの第２セットのシリンダーに連結され、ここで第２セットのシリンダーは第１セットのシリンダと共通のシリンダーを有しない。

バルブアセンブリ１４０はバルブハウジング１４２を通じて排気ガス流入口２４に対して支持される。バルブハウジング１４２は開放されたバルブハウジングの第１端部１４７と、バルブハウジングの第１端部１４７に対向する開放されたバルブハウジングの第２端部１４８との間に延長される略円筒状の側壁１４３を有する。バルブハウジング１４２はバルブハウジング１４２の長さ方向中心線１３９が２つの流入口通路１２４ａ、１２４ｂを通じるガス流れ方向によって定義される軸を一般的に横切るように排気ガス流入口１２４上に配置される。また、長さ方向中心線１３９は第１流入口通路１２４ａ及び第２流入口通路１２４ｂの間でこれらと交差することなく隔壁３４を通過する。また、バルブハウジングの第１端部１４７は排気ガス流入口１２４の一側面上に配置され、バルブハウジングの第２端部１４８は排気ガス流入口１２４の対向側面上に配置される。

外部に配置されたアクチュエータに対する連結を可能にするために、バルブシャフト１４４は開放されたバルブハウジングの第２端部１４８を通じてバルブハウジング１４２の外に延長される。カバー１４１が開放された第２端部１４８内に溶接されて、それとともに密封部を形成し、バルブシャフト１４４は、細長式ブッシング１４９を通じてカバー１４１の内部に回転可能に支持される。カバー１４１は第２バルブ１８０から離隔される位置でバルブシャフト１４４上に支持されて、連結チャンバー１５８が第２バルブ１８０とカバー１４１との間に形成される。また、カバー１４１は、第２バルブ１８０とアクチュエータに連結されるように構成されるバルブシャフト１４４の端部１４５ｂとの間に配置される。カバー１４１とブッシング１４９はバルブシャフト１４４がバルブハウジング１４２に対して密封された方式で回転することができる。

第２カバー１３８が開放されたバルブハウジングの第１端部１４７内に溶接されてバルブハウジングの第１端部１４７を閉鎖し、それとともに密封部を形成する。バルブシャフト１４４の端子端部１４５ａは第２カバー１３８の内部面上に形成された中央陥没部（図示せず）の内部に回転可能に支持される。第２カバー１３８は第１バルブ１６０のバルブシート１７１から離隔されて、ウェイストゲートチャンバー１５９が第１バルブ１６０と第２カバー１３８との間のバルブハウジング１４２内に形成される。ウェイストゲートチャンバー１５９は連結チャンバー１５８に対向する排気ガス流入口１２４の一側面上に配置される。

図２１及び図２２を参照すれば、バルブハウジング１４２は５つのポート１５１、１５２、１５３、１５４及び１５５を含む。第１ポート１５１は排気ガス流入口１２４内に配置され、バルブハウジング１４２の連結チャンバー１５８と第１流入口通路１２４ａとの間の連通を可能にする（図２１）。第２ポート１５２は排気ガス流入口１２４内に配置され、連結チャンバ１５８と第２流入口通路１２４ｂとの間の連通を可能にする（図２２）。第３ポート１５３は、排気ガス流入口１２４内に配置され、バルブハウジング１４２のウェイストゲートチャンバー１５９と第１流入口通路１２４ａとの間の連通を可能にする（図２２）。第４ポート１５４は排気ガス流入口１２４内に配置され、ウェイストゲートチャンバー１５９と第２流入口通路１２４ｂとの間の連通を可能にする（図２１）。第５ポート１５５は第２カバー１３８と第１バルブ１６０との間のバルブハウジング側壁１４３内に配置され、タービンホイール３０を迂回するバイパス通路１５６を通じてウェイストゲートチャンバー１５９と排気ガス流出口２８との間の連通を可能にする。

バルブアセンブリ１４０は、バルブシャフトの長さ方向軸１４６と円筒状バルブハウジング１４２の中心線１３９が一般的に同軸になるようにバルブハウジング１４２と一緒に配置される。また、第１バルブ１６０はウェイストゲートチャンバー１５９内に配置されて、第３ポート１５３及び第４ポート１５４を通じて流体の流れを制御する。このため、第１バルブシート１７１は、例えば、溶接を通じて第１円周方向に延長するバルブハウジングショルダー１５７に固定されてバルブハウジング１４２との密封部を形成される。第１バルブシート１７１は第１バルブシート１７１の第１バルブ開口部１７５が第３ポート１５３と長さ方向に整列され、第１バルブシート１７１の第２バルブ開口部１７６が第４ポート１５４と長さ方向に整列されるようにショルダー１５７に対して配向される。

また、バルブアセンブリ１４０は、第２バルブ１８０が連結チャンバー１５８内に配置されて第１ポート１５１及び第２ポート１５２を通じる流体の流れを制御するようにバルブハウジング１４２と一緒に配置される。このため、第二バルブシート１９１は例えば溶接を通じて第２円周方向に延長するバルブハウジングショルダー１６７に固定されて、バルブハウジング１４２との密封部を形成する。第２バルブシート１９１は、第２バルブシート１９１の第１バルブ開口部１９５が第１ポート１５１と長さ方向に整列され、第２バルブシート１９１の第２バルブ開口部１９６が第２ポート１５２と長さ方向に整列されるように第２ショルダー１６７に対して配向される。

連結チャンバ１５８は第２バルブ１８０、側壁１４３及び第１カバー１４１の間に定義される。連結チャンバ１５８が第１ポート１５１及び第２ポート１５２を通じて流入口通路１２４ａ、１２４ｂに連結されるが、異なることは、連結チャンバー１５８にはポートがない。従って、第２バルブ１８０の位置によって連結チャンバー１５８は第１流入口通路１２４ａを第２流入口通路１２４ｂに連結する役割を果たす。

ウェイストゲートチャンバー１５９は第１バルブ１６０、側壁１４３及び第２カバー１３８の間に定義され、第３ポート１５３及び第４ポート１５４を通じて流入口通路１２４ａ、１２４ｂに連結される。また、ウェイストゲートチャンバー１５９はバイパス通路５６と連通する第５ポート１５５を含む。従って、第１バルブ１６０の位置によってウェイストゲートチャンバー１５９はタービンホイール３０を迂回しながら排気ガス流入口２４をバイパス通路５６を通じて排気ガス流出口２８に連結する役割を果たす。

図２３〜図２６を参照すれば、バルブアセンブリ１４０の動作中、バルブシャフト１４４はアクチュエータによってその長さ方向軸１４６を中心に回転動作される。第１バルブ１６０及び第２バルブ１８０の開放及び／または閉鎖状態はバルブシャフト１４４の回転位置による。例えば、一部実施形態で、バルブシャフト１４４は３つの回転位置、即ち０度；４５度；及び９０度の間で回転される。バルブシャフト４４が初期回転位置（例えば、０度回転）にある時、第１バルブ１６０及び第２バルブ１８０は、第１バルブ本体１６１のバルブ開口部１６５、１６６が第１バルブシートのバルブ開口部１７５、１７６と整列されなくて第１バルブ１６０が閉鎖され、第２バルブ本体のバルブ開口部１８５、１８６が第２バルブシートのバルブ開口部１９５、１９６と整列されなくて第２バルブ１８０が閉鎖されるようにそれぞれ配向される。この構成で、ターボチャージャータービン部分２０は、タービンハウジング２２を通じる排気ガスの流れが全部２つの流入口開口部１２７ａ、１２７ｂを通じてそれぞれの流入口通路１２４ａ、１２４ｂを経由して２つのタービン渦巻２６ａ、２６ｂに誘導されるデュアルスクロールモードで動作する（図２４）。このバルブシャフトの角度位置は、例えば、非活性化されたシリンダのために低いエンジン速度（ｒｐｍ）、低いエンジン負荷（ＢＭＥＰ）または減少されたシリンダー変位中に発生するような低い排出ガス流れ中に使用するのに適する。ツインスクロールタービンとしての動作はツインスクロール設計がエンジンシリンダーの排気パルスを分離させて、低いエンジン速度で高いタービン効率を提供し、より高いロー−エンド（ｌｏｗ−ｅｎｄ）エンジントルクを提供することができるので有利である。

バルブシャフト１４４がアクチュエータによって第２回転位置（例えば、０度配向から相対的な４５度回転に対応する）に移動される時、第１バルブ１６０及び第２バルブ１８０は第１バルブ本体１６１のバルブ開口部１６５、１６６が第１バルブシートのバルブ開口部１７５、１７６と整列されなくて第１バルブ１６０が閉鎖され、第２バルブ本体のバルブ開口部１８５、１８６が第２バルブシートのバルブ開口部１９５、１９６と整列され、第２バルブ１８０が開放されるように配向される。この構成で、タービンハウジング２２を通じる排気ガスの流れは全部２つの流入口開口部１２７ａ、１２７ｂを通じて各流入口通路１２４ａ、１２４ｂを経由して２つのタービン渦巻２６ａ、２６ｂに誘導される。また、第１流入口通路１２４ａは連結チャンバー１５８を通じて第２流入口通路１２４ｂと連通し、それによってターボチャージャータービン部分２０はモノスクロールモードで動作する（図２５）。このバルブシャフトの角度位置は中間程度の高い排気ガス流れ中に使用するのに適する。モノスクロールタービンが低いエンジン速度でエンジン排気パルスを分離させないが、モノスクロールタービンは、高いエンジン速度でより低い排気背圧を提供し、より高いピークエンジン馬力を提供するのに有利である。

バルブシャフト１４４がアクチュエータによって第３回転位置（例えば、０度配向から９０度回転に対応する）に移動される時、第１バルブ１６０及び第２バルブ１８０は第１バルブ本体１６１のバルブ開口部１６５、１６６が第１バルブシートのバルブ開口部１７５、１７６と整列されて、第１バルブ１６０が開放され、第２バルブ本体のバルブ開口部１８５、１８６が第２バルブシートのバルブ開口部１９５、１９６と整列されなくて第２バルブ１８０が閉鎖されるように配向される。この構成で、タービンハウジング２２を通じる排気ガスの流れは２つの流入口開口部１２７ａ、１２７ｂを通じて各流入口通路１２４ａ、１２４ｂを経由して２つのタービン渦巻２６ａ、２６ｂに誘導される。また、第１流入口通路１２４ａ及び第２流入口通路１２４ｂはウェイストゲートチャンバー１５９と連通し、それによってターボチャージャータービン部分２０がウェイストゲートモードで動作する（図２６）。このバルブシャフトの角度位置は、ローターグループ（例えば、タービンホイール３０、コンプレッサホイール１４及び連結シャフト２）の過速を防止するために非常に高い排気ガス流れ中に使用するのに適する。バイパス通路１５６への流れはバルブシャフトの回転位置の調整によって調節されることができる。

説明の目的のために、バルブシート１７１、１９１に対するバルブ本体１６１、１８１の３つの個別位置がそれぞれのバルブ１６０、１８０が完全に閉鎖されたり完全に開放されることで上記で説明されている。しかし、それぞれのバルブ１６０、１８０が何れの所望の程度に部分的に開放されてバルブ１６０、１８０を通じる排気ガスの精密に制御された量を提供することで、中間位置の範囲が達成されることができることが考慮される。

バルブアセンブリ４０、１４０は単一ターボチャージャータービン２０、２０`がモノ−スクロールタービンとしても、単一スクロールタービンとしても機能することができるようにし、それにより、ターボチャージャーは全てのエンジン速度で効率的に動作することができる。また、バルブアセンブリ４０、１４０はバルブの順序を独立的に制御するように回転配向されることができる２つのロータリーバルブを含む。例えば、それぞれのバルブシート及びバルブ本体内のバルブ開口部の構成によって、第１バルブ（即ちウェイストゲートバルブ１６０は第２バルブ（即ち連結バルブ１８０））の前または後に開放されることができる。また、両方のバルブ１６０、１８０は、単一アクチュエータにより、そしてロータリー方式であるので、非常に小さなトルクで作動することができる。

２つのバルブ６０、１６０、８０、１８０のバルブ開口部６５、６６、７５、８４、８５、９５、１６５、１６６、１７５、１７６、１８５、１８６、１９５、１９６の数、大きさ、形状及び分布の戦略的選択によってタービンハウジングを通じる排気ガスの流れはモノラル、デュアル及び／またはウェイストゲート型排気ガス流れモードの多様な組み合わせで調節されることができ、ここで上記モードは、順序にまたは並列に、そして特定用途の要求条件によって変化する量で発生するようになることができる。

図示された実施形態で、バルブアセンブリ４０、１４０は単一アクチュエータに連結され、単一アクチュエータによって作動する。アクチュエータは、アクチュエータを用いてシャフトを移動させるターボチャージャー、ターボチャージャーコントローラ、またはエンジンコンピュータによって生成されたブースト圧によって制御されることもできる。ターボチャージャーコントローラまたはエンジンコンピュータは、複数のエンジン作動パラメータを測定し、エンジンの条件について要求されるブーストを計算することができ、バルブアセンブリはターボチャージャーが要求されるブーストを提供することができるように制御されることができる。ブースト圧によるアクチュエータの制御はバルブアセンブリを制御する際に考慮すべきいくつの要因を許容しないため、あまり満足できない。

図示された実施形態で、アクチュエータは不可逆式（ｎｏｎ−ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ）であり、バルブ６０、８０、１６０、１８０はアクチュエータシャフト４４、１４４の単一回転方向への動作を通じて開閉（または閉鎖された後開放）されることができる。また、アクチュエータは不可逆式に限定されない。例えば、一部実施形態では、アクチュエータは回転方向を反転させることができて、バルブを開放する時系列順序が反転されることができる。

図示された実施形態で、バルブアセンブリ４０、１４０は共通の動作ロッド（例えば、バルブシャフト）４４、１４４によって作動される２つのバルブ１６０、１８０を含む。両方のバルブ１６０、１８０はロータリーバルブである。しかし、バルブアセンブリ４０、１４０はロータリーバルブを用いるのに限定されない。例えば、一部実施形態で、複数のバルブの中の一つはロータリーバルブであってもよく、他のバルブは、バルブシャフトがフラップバルブ本体に平行な方向に延長し、バルブシャフトに垂直に延長するアームによってフラップバルブ本体に堅固に連結されるフラップバルブであってもよく。バルブシャフト４４、１４４が回転される時、フラップバルブ本体はシャフト軸を中心に回転して、フラップバルブ体がフラップバルブシートから上昇され、それに対して傾斜する。

タービン部分のツインスクロール渦巻２６の大きさ及びスクロールの比率は、特定用途の要求条件に基づいて決まる。一部実施形態で、第１タービン渦巻２６ａ及び第２タービン渦巻２６は実質的に類似するＡ／Ｒ比を有する。他の実施形態で、第１タービン渦巻２６ａは第２タービン渦巻２６ｂよりも大きいＡ／Ｒ比を有する。

バルブ本体６１、８１、１６１、１８１及びバルブシート７１、９１、１７１、１９１が本明細書では円形の周辺形状を有するもので説明されているが、バルブ本体６１、８１、１６１、１８１及びバルブシート７１、９１、１７１、１９１はこの周辺形状に限定されない。バルブシート７１、９１、１７１、１９１の形状はバルブハウジング４２、１４２の形状に対応し、バルブ本体６１、８１、１６１、１８１の形状は整合するように形成されることができるか、または略多角形または不規則に湾曲した形状を有することができる。

バルブ本体開口部６５、６６、８５及びバルブシート開口部７５、９５が本明細書ではファン形状（例えば、先端が切断された扇形形状）を有するもので説明されているが、これらはこの形状に限定されない。一部実施形態で、開口部はそれによる流体の流れの制御を最大化するように成形される。一部実施形態で、開口部は円形または三角形のような他の規則的な湾曲した形状を有する。一部実施形態で、開口部は不規則な湾曲した形状（例えば、豆形状、先端が切断されたファン形状、三日月形状など）を有する。一部実施形態で、バルブ本体開口部の形状及び／または大きさはバルブシート開口部の形状及び／または大きさと異なる。

以上、選択された例示的な実施形態がある程度詳細に説明されている。本発明の概念を明確にするために必要なものと考慮される構成のみが本明細書に説明されていることを理解すべできある。その他、従来の構造及びシステムの付随的及び補助的構成要素の構造は当業者に公知されて理解されるものとみなす。また、実施例が上記で説明されているが、本発明の概念は、上記実施例に限定されるものではなく、特許請求範囲に記載された本発明から逸脱することなく多様な設計変更が行われることもできる。

Claims (8)

1. エンジンに連結されるように構成されたターボチャージャー（１）であって、
   タービンホイール（３０）、
   前記タービンホイール（３０）を囲むタービンハウジング（２２）と、を含むタービン部分（２０、２０`）を含み、
   前記タービンハウジング（２２）は、
   排気ガス流入口（２４、１２４）、
   排気ガス流出口（２８）、
   前記排気ガス流入口（２４、１２４）と前記タービンホイール（３０）との間に延長される第１タービン渦巻（２６ａ）、
   前記排気ガス流入口（２４、１２４）と前記タービンホイール（３０）との間に延長される第２タービン渦巻（２６ｂ）であって、前記第１タービン渦巻（２６ａ）及び第２タービン渦巻（２６ｂ）が隔壁（３４）によって分離される、第２タービン渦巻（２６ｂ）、
   前記排気ガス流入口（１２４）と前記排気ガス流出口（２８）との間の連通を許容し、前記タービンホイール（３０）を迂回するバイパス通路（５６、１５６）、
   前記排気ガス流入口（１２４）と前記第２タービン渦巻（２６ｂ）との間の連通を許容する第１ポート（５０、１５２）を通じる流れを制御するように構成された第１バルブ（６０、１８０）；
   前記排気ガス流入口（１２４）と前記バイパス通路（１５６）との間の連通を許容する第２ポート（５４、１５３）を通じる流れを制御するように構成された第２バルブ（８０、１６０）；
   回転軸（４６、１４６）を含むバルブシャフト（４４、１４４）であって、前記第１バルブ（６０、１８０）及び前記第２バルブ（８０、１６０）の両方に連結された、バルブシャフト（４４、１４４）を定義し、
   前記バルブシャフト（４４、１４４）はアクチュエータによって前記回転軸（４６、１４６）を中心に回転駆動されて、
   前記第１バルブ（６０）及び前記第２バルブ（８０）が閉鎖位置にある時には、前記排気ガス流入口（２４、１２４）を通じて流れる全てのガスが前記第１タービン渦巻（２６ａ）に誘導され；
   前記第１バルブ（６０）が開放位置にあり、前記第２バルブ（８０）が閉鎖位置にある時には、前記排気ガス流入口（２４、１２４）を通じて流れるガスが前記第１タービン渦巻（２６ａ）及び前記第２タービン渦巻（２６ｂ）に誘導され；
   前記第１バルブ（６０）が開放位置にあり、前記第２バルブ（８０）が開放位置にある時には、前記排気ガス流入口（２４、１２４）を通じて流れるガスが前記第１タービン渦巻（２６ａ）、前記第２タービン渦巻（２６ｂ）及び前記バイパス通路（５６、１５６）に誘導される、ターボチャージャー（１）。
2. 前記第１バルブ（６０、１８０）、前記第２バルブ（８０、１６０）及び前記バルブシャフト（４４、１４４）は、三位置式（ｔｈｒｅｅ−ｐｏｓｉｔｉｏｎ）バルブを形成する、請求項１に記載のターボチャージャー（１）。
3. 前記第１バルブ（６０、１８０）及び前記第２バルブ（８０、１６０）はロータリーバルブである、請求項１に記載のターボチャージャー（１）。
4. 前記排気ガス流入口（２４）は、
   フランジ開口部（２７）を含む流入口フランジ（２５）、
   前記フランジ開口部（２７）と前記第１タービン渦巻（２６ａ）との間に延長される第１通路（２４ａ、２４ｂ）、
   前記第２タービン渦巻（２６ｂ）と連通する第２通路（２４ａ、２４ｃ）、
   前記流入口フランジ（２５）と前記第１タービン渦巻（２６ａ）及び第２タービン渦巻（２６ｂ）との間の前記排気ガス流入口（２４）内に配置されたバルブハウジング（４２）とを含み、
   前記バルブハウジング（４２）は、
   前記第２通路（２４ａ、２４ｃ）と連通する連結チャンバ（５８）であって、前記連結チャンバ（５８）と前記フランジ開口部（２７）とを連結する前記第１ポート（５０）を含む、連結チャンバ（５８）、
   前記バイパス通路（５６）と連通し、前記第２バルブ（８０）のバルブ開口部（８５、９５）を通じて前記連結チャンバ（５８）と連通するウェイストゲートチャンバ（５９）とを含む、請求項１に記載のターボチャージャー（１）。
5. エンジンに連結されるように構成されたターボチャージャー（１）であって、
   タービンホイール（３０）；
   前記タービンホイール（３０）を囲むタービンハウジング（１２２）と、を含むタービン部分（２０`）を含み、
   前記タービンハウジング（１２２）は、
   排気ガス流入口（１２４）、
   排気ガス流出口（２８）、
   前記排気ガス流入口（１２４）と前記タービンホイール（３０）との間に配置された第１タービン渦巻（２６ａ）、
   前記排気ガス流入口（１２４）と前記タービンホイール（３０）との間に配置された第２タービン渦巻（２６ｂ）であって、前記第１タービン渦巻（２６ａ）及び第２タービン渦巻（２６ｂ）が隔壁（３４）によって分離される、第２タービン渦巻（２６ｂ）を定義し、
   前記排気ガス流入口（１２４）は、
   第１フランジ開口部（１２７ａ）及び第２フランジ開口部（１２７ｂ）を含む流入口フランジ（１２５）、
   前記第１フランジ開口部（１２７ａ）と前記第１タービン渦巻（２６ａ）との間に延長される第１通路（１２４ａ）、
   前記第２フランジ開口部（１２７ｂ）と前記第２タービン渦巻（２６ｂ）との間に延長される第２通路（１２４ｂ）、
   前記流入口フランジ（１２５）と前記第１タービン渦巻（２６ａ）及び第２タービン渦巻（２６ｂ）との間の前記排気ガス流入口（１２４）内に配置されたバルブハウジング（１４２）とを含み、
   前記バルブハウジング（１４２）は、
   前記第１通路（１２４ａ）と連通する第１連結ポート（１５１）及び前記第２通路（１２４ｂ）と連通する第２連結ポート（１５２）を有する連結チャンバ（１５８）、
   前記第１通路（１２４ａ）と連通する第１ウェイストゲートポート（１５３）及び前記第２通路（１２４ｂ）と連通する第２ウェイストゲートポート（１５４）を有するウェイストゲートチャンバ（１５９）、
   前記第１連結ポート（１５１）及び前記第２連結ポート（１５２）を通じる流れを制御するように構成された第１バルブ（１８０）、
   前記第１ウェイストゲートポート（１５３）及び前記第２ウェイストゲートポート（１５４）を通じる流れを制御するように構成された第２バルブ（１６０）と、
   回転軸（１４６）を含むバルブシャフト（１４４）であって、前記第１バルブ（１８０）及び前記第２バルブ（１６０）の両方に連結される、バルブシャフト（１４４）とを含み、
   前記バルブシャフト（１４４）はアクチュエータによって前記回転軸（１４６）を中心に回転駆動されて、
   前記第１バルブ（１８０）及び前記第２バルブ（１６０）がそれぞれ閉鎖位置と開放位置との間で選択的に移動されることができ、
   前記第１バルブ（１８０）及び前記第２バルブ（１６０）を開放する時系列順が選択されることができる、ターボチャージャー（１）。
6. 前記ウェイストゲートチャンバ（１５９）は前記排気ガス流出口（２８）と連通する第３ウェイストゲートポート（１５５）を含む、請求項５に記載のターボチャージャー（１）。
7. 前記連結チャンバ（１５８）及び前記ウェイストゲートチャンバ（１５９）は前記排気ガス流入口（１２４）の対向側面上に配置される、請求項５に記載のターボチャージャー（１）。
8. 前記第１バルブ（１８０）が開放位置にある時、前記第１通路（１２４ａ）は前記連結チャンバ（１５８）を通じて前記第２通路（１２４ｂ）と連通する、請求項５に記載のターボチャージャー（１）。

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