JP7316381B2 - 可変容量型ターボチャージャ - Google Patents
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Description
本開示は、可変容量型ターボチャージャに関する。
排気ターボチャージャは、エンジンから排出される排ガスのエネルギを利用して、該エンジンに供給される空気を過給するものである。排気ターボチャージャには、可変ノズル機構を備えた可変容量型のものある。可変ノズル機構は、ノズルマウントとノズルプレートとの間に複数のノズルベーンが回転可能に支持され、ノズルベーンの翼角を変化させることができる。ノズルベーンの翼角を変化させることで、タービンホイールに供給される排ガスの流路面積を可変とすることができ、これによって、タービンホイールに供給される排ガスの流速や供給量を調整し、エンジンに供給される空気の過給圧を調整できる。
排気ターボチャージャのタービンハウジングに供給される排ガスの温度は、ディーゼルエンジンで８００℃前後、ガソリンエンジンで１０００℃前後となり、排ガスの高温化に対する部材の耐久性が問題となっている。特許文献１に開示された排気ターボチャージャは、排ガスのタービンハウジング入口温度を１０００℃以上に高めることで、熱サイクル効率の改善を図っている。特許文献１では、タービンホイールに冷却孔を形成し、この冷却孔にコンプレッサ側の圧縮空気を供給してタービンホイールを冷却することで、高温環境に対する対策を講じている。
可変容量型ターボチャージャでは、排ガスの高温化によりノズルマウントが熱変形を起してノズル軸がノズルマウントに固着し、ノズルベーンが回動しなくなったり、あるいは高温下で可変ノズル機構を構成するドライブリングやレバープレート等の摩耗が進む、等の問題がある。
本開示は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、排ガスの高温化によって起こる可変容量型ターボチャージャの構成部材に係る上記問題を解消することを目的とする。
上記目的を達成するため、本開示に係る可変容量型ターボチャージャは、回転軸と、前記回転軸の一端側に設けられたタービンホイールと、前記回転軸の他端側に設けられたコンプレッサホイールと、前記回転軸を回転可能に支持する軸受部を収容する軸受ハウジングと、前記タービンホイールに流入する排ガスの流量を制御するための可変ノズル機構であって、前記タービンホイールに排ガスを流入させる排ガス流路を画定するノズルプレートおよびノズルマウント、前記排ガス流路に支軸を中心に回転可能に配置されるノズルベーン、および、前記ノズルベーンを回転するための駆動部であって、前記軸受ハウジングと前記ノズルマウントとの間に画定された内部空間に配置された駆動部、を含む可変ノズル機構と、前記コンプレッサホイールで圧縮された圧縮気体を抽気して前記内部空間に導入するための冷却気体通路と、を備える。
本開示に係る可変容量型ターボチャージャによれば、排ガスが高温化しても、高温環境下で、例えばノズルマウント、ドライブリング及びレバープレート等を含む可変ノズル機構の構成の熱変形や高温下での摩耗等を抑制できる。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載され又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図１～図７は、幾つかの実施形態に係る可変容量型ターボチャージャ１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ）を示す。これらの可変容量型ターボチャージャ１０は、ハウジングの中心に位置して横方向に回転軸１２が配置され、回転軸１２の一端側にタービンホイール１４が設けられ、回転軸１２の他端側にコンプレッサホイール１６が設けられている。これら部材を収容するハウジングは、タービンホイール１４を収容するタービンハウジング２０と、コンプレッサホイール１６を収容するコンプレッサハウジング２２と、タービンハウジング２０とコンプレッサハウジング２２との間に設けられ、回転軸１２を回転可能に支持する軸受部１８を収容する軸受ハウジング２４と、で構成されている。
さらに、タービンハウジング２０の内部にタービンホイール１４に流入する排ガスｅの流量を制御するための可変ノズル機構２６が設けられている。可変ノズル機構２６は、ノズルプレート２８及びノズルマウント３０を備え、ノズルプレート２８及びノズルマウント３０によってタービンホイール１４に排ガスｅを流入させる排ガス流路３２が画定される。ノズルベーン３４が排ガス流路３２に支軸３６を中心に回転可能に配置されている。軸受ハウジング２４とノズルマウント３０との間に内部空間Ｓｉが画定され、ノズルベーン３４を回転するための駆動部３８が、内部空間Ｓｉに配置されている。そして、コンプレッサホイール１６で圧縮された圧縮気体ｇ（例えば、圧縮空気）を抽気して内部空間Ｓｉに導入するための冷却気体通路４２（４２ａ、４２ｂ）を備えている。
このような構成によれば、冷却気体通路４２を通して内部空間Ｓｉにコンプレッサホイール１６で圧縮された圧縮気体ｇを供給することにより、可変ノズル機構２６を構成する部材を冷却できるので、高温の排ガスｅが導入されるタービンハウジング２０の内部で、これら部材の熱変形や摩耗を抑制できる。
図２は、図１中のＡ矢視方向から視た図である。一実施形態では、図２に示すように、可変ノズル機構２６の駆動部３８であって、内部空間Ｓｉに配置された駆動部３８は、構成部材としてドライブリング４５及びレバープレート４６を含む。複数のレバープレート４６は、一端がドライブリング４５に接続されると共に、他端がノズルベーン３４の支軸３６に結合され、ドライブリング４５の周方向に沿って配置されている。ドライブリング４５が回転軸１２の軸心を中心として矢印ｂ方向に回動することで、ノズルベーン３４が支軸３６を中心に回動する。これによって、排ガス流路３２を通る排ガスｅの流速や供給量を調整し、エンジンンに供給される空気の過給圧を調整できる。内部空間Ｓｉに配置された駆動部３８は、軸受ハウジング２４を貫通して軸受ハウジング２４の外部に導設された連結部３９を介して、軸受ハウジング２４の外部に設けられたアクチュエータ４０と連結され、アクチュエータ４０によって作動する。
一実施形態では、排ガス流路３２を画定するノズルプレート２８及びノズルマウント３０を所定の位置に固定するために、ノズルプレート２８及びノズルマウント３０間にノズルサポート４８が架設されている。複数のノズルサポート４８がノズルマウント３０の周方向に離散して配置されている。
一実施形態では、図１に示すように、コンプレッサハウジング２２の内部にスクロール流路５１が形成される。コンプレッサホイール１６の出口側にディフューザ流路５０が形成され、コンプレッサホイール１６から吐出された圧縮気体ｇの運動エネルギはディフューザ流路５０で圧力エネルギに変換される。冷却気体通路４２は、コンプレッサホイール１６を収容するディフューザ流路５０の出口側領域と連通する入口側開口４３を有する。冷却気体通路４２は、入口側開口４３がディフューザ流路５０の出口側領域に開口し、ディフューザ流路５０の出口側領域から圧縮気体ｇを抽気して内部空間Ｓｉに導入するように構成されている。これによって、ディフューザ流路５０を経て高圧となった圧縮気体ｇを内部空間Ｓｉに供給できる。冷却気体通路４２の入口側と出口側との圧力差によって、他の動力を必要とせず圧縮気体ｇを容易に内部空間Ｓｉに供給できる。
図３は、ディフューザ流路５０を示す拡大図である。図３に示すように、ディフューザ流路５０の入口を０％とし、出口を１００％とすると、本明細書で言う「ディフューザ流路５０の出口側領域」とは、圧縮気体ｇの圧力が高くなる５０～１００％の領域及びスクロール流路５１に面した領域を指し、入口側開口４３はこの領域に開口するのがよい。好ましくは、入口側開口４３は、ディフューザ流路５０の８０～１００％の出口側領域又はスクロール流路５１に面した領域に開口するのがよい。但し、スクロール流路５１のうちディフューザ流路５０の出口から離れた領域では、長い冷却気体通路４２を形成しなければならないので、冷却気体通路４２はディフューザ流路５０の出口付近の領域に開口するのがよい。
幾つかの実施形態では、図１、図５及び図７に示すように、軸受ハウジング２４は、回転軸１２の軸方向に沿って貫通する貫通孔５２（第１貫通孔）を有し、貫通孔５２が冷却気体通路４２（４２ａ）の一部を構成する。この実施形態では、ディフューザ流路５０の出口側領域で抽気された圧縮気体ｇは貫通孔５２を流れて内部空間Ｓｉに達するように構成されている。このように、冷却気体通路４２（４２ａ）の一部を軸受ハウジング２４の内部に形成できるので、軸受ハウジング２４の外側に冷却気体通路用のスペースを必要としない。
一実施形態では、図４に示すように、コンプレッサハウジング２２と前記軸受ハウジング２４との間に外部配管５４が架設され、外部配管５４が冷却気体通路４２（４２ｂ）の一部を構成する。この実施形態では、冷却気体通路４２（４２ｂ）は、コンプレッサハウジング２２の隔壁に形成された流路５６と、外部配管５４と、軸受ハウジング２４の隔壁に形成された流路５８とで構成される。この実施形態によれば、外部配管５４によって冷却気体通路４２（４２ｂ）の一部を軸受ハウジング２４の外側に形成できるため、冷却気体通路４２の形成が比較的容易になる。
一実施形態では、外部配管５４に、圧縮気体ｇが内部空間Ｓｉからコンプレッサハウジング２２側へ逆流するのを防止するための逆止弁６０を設けてもよい。また、図示しないが、貫通孔５２に同様の機能を有する逆止弁を設けてもよい。
一実施形態では、図１に示すように、冷却気体通路４２（４２ａ）は内部空間Ｓｉと連通する出口側開口４４を有する。さらに、図５～図７に示すように、内部空間Ｓｉに多孔板６２を備えている。内部空間Ｓｉは、回転軸１２と直交する方向に沿って延在する多孔板６２によって回転軸１２の軸方向に沿って２つの空間Ｓ１及びＳ２に仕切られている。多孔板６２によって排ガス流路３２側に仕切られた空間Ｓ１（一方側空間）には、駆動部３８を構成するドライブリング４５及びレバープレート４６等が配置される。多孔板６２のコンプレッサハウジング２２側に形成される空間Ｓ２（他方側空間）には、出口側開口４４が連通している。
この実施形態によれば、出口側開口４４から内部空間Ｓｉの空間Ｓ２に供給された圧縮気体ｇは、多孔板６２の貫通孔を通るときに複数の多孔板６２から噴出する噴流に分散され、かつ整流されて増速される。この噴流が空間Ｓ２に配置されたドライブリング４５及びレバープレート４６やノズルマウント３０等に噴流として衝突して、所謂噴流冷却（インピンジメント冷却）がなされる。そのため、これら部材の冷却効果を向上できる。
一実施形態では、多孔板６２は、径方向内側領域の開口率が径方向外側領域の開口率より大きくなるように構成されている。ノズルマウント３０、ドライブリング４５及びレバープレート４６のうち、排ガス流路３２に最も近く最も加熱されやすいノズルマウント３０を優先的に冷却する必要がある。図１中のＡ方向から視たとき、図２に示すように、ドライブリング４５より径方向内側で視認可能なノズルマウント３０の領域は、ドライブリング４５より径方向外側で視認可能なノズルマウント３０の領域より大きくなっている。また、ノズルマウント３０の外周端付近の領域は、軸受ハウジング２４が接しているため、内部空間Ｓｉに面していない。そこで、多孔板６２の径方向内側領域の開口率を径方向外側領域の開口率より大きく取ることで、ノズルマウント３０に衝突する圧縮気体ｇの流量を増加でき、これによって、ノズルマウント３０の冷却効果を向上できる。
図６は、一実施形態に係る多孔板６２の正面図である。多孔板６２に形成された複数の貫通孔６４は、径方向内側領域Ｒ２の開口率Ｘ２が径方向外側領域Ｒ１の開口率Ｘ１より大きくなるように構成されている。ここで、開口率Ｘ１、Ｘ２は、次の（１）式及び（２）式で定義される。
開口率Ｘ１＝領域Ｒ１における貫通孔６４の総面積／領域Ｒ１の総面積 （１）
開口率Ｘ２＝領域Ｒ２における貫通孔６４の総面積／領域Ｒ２の総面積 （２）
貫通孔６４の形状、大きさ、数及び貫通孔６２間のピッチ等は適宜設定できる。例えば、周方向又は径方向に延在するスリット状の形状にしてもよい。
開口率Ｘ１＝領域Ｒ１における貫通孔６４の総面積／領域Ｒ１の総面積 （１）
開口率Ｘ２＝領域Ｒ２における貫通孔６４の総面積／領域Ｒ２の総面積 （２）
貫通孔６４の形状、大きさ、数及び貫通孔６２間のピッチ等は適宜設定できる。例えば、周方向又は径方向に延在するスリット状の形状にしてもよい。
図６において、領域Ｒ１と領域Ｒ２との境界Ｂは、多孔板６２の内周縁を０％、外周面を１００％と設定すると、境界Ｂは、例えば、３０～７０％（好ましくは、４０～６０％）の領域に設定されるとよい。
一実施形態では、空間Ｓ２に面する多孔板６２の面は、ノズルマウント３０の表面より放射率が高くなるように構成されている。ここで、「放射率」とは、赤外線を含む電磁波全体の熱放射線の放射率であり、次の（３）式で定義される。
放射率＝物体の放射発散度／同じ温度の黒体の放射発散度・・・（３）
多孔板６２が熱放射線を吸収すると温度が高くなり、熱放射線を放射すると温度が低くなる。冷却気体通路４２が内部空間Ｓｉと連通する出口側開口４４に面する多孔板６２の面がノズルマウント３０の表面より放射率が高いため、出口側開口４４に面する多孔板６２の面は内部空間Ｓｉに面するノズルマウント３０の面より低温となる。このように、出口側開口４４に面する多孔板６２の面が低温となるため、ノズルマウント３０、ドライブリング４５及びレバープレート４６等の冷却効果を高めることができる。これによって、これら部材の熱変形や熱焼損を抑制できる。
放射率＝物体の放射発散度／同じ温度の黒体の放射発散度・・・（３）
多孔板６２が熱放射線を吸収すると温度が高くなり、熱放射線を放射すると温度が低くなる。冷却気体通路４２が内部空間Ｓｉと連通する出口側開口４４に面する多孔板６２の面がノズルマウント３０の表面より放射率が高いため、出口側開口４４に面する多孔板６２の面は内部空間Ｓｉに面するノズルマウント３０の面より低温となる。このように、出口側開口４４に面する多孔板６２の面が低温となるため、ノズルマウント３０、ドライブリング４５及びレバープレート４６等の冷却効果を高めることができる。これによって、これら部材の熱変形や熱焼損を抑制できる。
多孔板６２の面の放射率を高くする手段として、例えば、該面に黒色塗料を塗布するなどの表面処理や、該面に凹凸を付けたり、該面の粗度を粗くする、等の手段がある。
一実施形態では、図５及び図７に示すように、軸受ハウジング２４の内部に冷却水が供給される冷却水通路６６が形成される。冷却水通路６６に冷却水を循環させることで、軸受ハウジング２４を冷却できる。かかる軸受ハウジング２４の冷却手段と出口側開口４４に面する多孔板６２の面に対する上記冷却手段とを組み合わせることで、ノズルマウント３０、ドライブリング４５及びレバープレート４６等の冷却効果をさらに高めることができる。
一実施形態では、図５に示すように、ノズルマウント３０に、内部空間Ｓｉと排ガス流路３２とを連通する貫通孔６８（第２貫通孔）が形成され、内部空間Ｓｉに導入された圧縮気体ｇは、貫通孔６８を通って排ガス流路３２に導入可能に構成されている。この実施形態によれば、圧縮気体ｇが貫通孔６８を通って排ガス流路３２に導入されるので、排ガス流路３２を流れる排ガスｅを冷却でき、これによって、ノズルマウント３０、ドライブリング４５及びレバープレート４６等を冷却できる。さらに、貫通孔６８を通った圧縮気体ｇが排ガス流路３２を流れる排ガスｅに加わるため、タービンホイール１４に供給される排ガス流量が増加する。これによって、タービンホイール１４の出力を増加できる。
一実施形態では、貫通孔６８の出口開口をノズルベーン３４の周辺、例えば、上流側又は下流側の排ガス流路３２に配置する。特に、貫通孔６８の出口開口から排ガス流路３２に流出した圧縮気体ｇがノズルベーン３４を通過するように、貫通孔６８の出口開口を配置すると、ノズルベーン３４の冷却効果を高めることができる。
一実施形態では、タービンホイール１４に、タービンホイール１４の背面側と、タービンホイール１４の下流側に形成される排ガス出口流路７２とを連通する貫通孔７０（第３貫通孔）が形成される。この実施形態では、内部空間Ｓｉに導入された圧縮気体ｇは、貫通孔６８を通って排ガス出口流路７２に流出する。これによって、タービンホイール１４を冷却できる。
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
（１）一つの態様に係る可変容量型ターボチャージャは、回転軸と、前記回転軸の一端側に設けられたタービンホイールと、前記回転軸の他端側に設けられたコンプレッサホイールと、前記回転軸を回転可能に支持する軸受部を収容する軸受ハウジングと、前記タービンホイールに流入する排ガスの流量を制御するための可変ノズル機構（例えば、図１に示す可変ノズル機構２６）であって、前記タービンホイールに排ガスを流入させる排ガス流路（例えば、図１に示す排ガス流路３２）を画定するノズルプレートおよびノズルマウント、前記排ガス流路に支軸を中心に回転可能に配置されるノズルベーン、および、前記ノズルベーンを回転するための駆動部（例えば、図１に示す駆動部３８）であって、前記軸受ハウジングと前記ノズルマウントとの間に画定された内部空間（例えば、図１に示す内部空間Ｓｉ）に配置された駆動部、を含む可変ノズル機構（例えば、図１に示す可変ノズル機構２６）と、前記コンプレッサホイールで圧縮された圧縮気体を抽気して前記内部空間に導入するための冷却気体通路（例えば、図１に示す冷却気体通路４２（４２ａ）及び図４に示す冷却気体通路４２（４２ｂ）と、を備える。
このような構成によれば、上記冷却気体通路を介して軸受ハウジングとノズルマウントとの間に画定された内部空間にコンプレッサホイールで圧縮された圧縮気体を供給することにより、ノズルマウントや可変ノズル機構の駆動部を構成するドライブリングやレバープレート等を冷却できるので、これら部材の熱変形や摩耗を抑制できる。
（２）一実施形態では、（１）に記載の可変容量型ターボチャージャであって、前記冷却気体通路は、前記コンプレッサホイールを収容するディフューザ流路（例えば、図１に示すディフューザ流路５０）の出口側領域と連通する入口側開口（例えば、図１に示す入口側開口４３）を有する。
このような構成によれば、冷却気体通路の入口側開口が、ディフューザ流路の出口側領域に開口しているため、ディフューザ流路を経て高圧となった圧縮気体を上記内部空間に供給できる。冷却気体通路の入口側と出口側との圧力差によって、他の動力を必要とせず圧縮気体を容易に出口側の内部空間に供給できる。
（３）一実施形態では、（１）又は（２）に記載の可変容量型ターボチャージャであって、前記軸受ハウジングは、前記回転軸の軸方向に沿って貫通する第１貫通孔（例えば、図１に示す貫通孔５２）を有し、前記第１貫通孔が前記冷却気体通路の一部を構成する。
このような構成によれば、冷却気体通路の一部を軸受ハウジングの内部に形成できるので、軸受ハウジングの外側に冷却気体通路用のスペースを必要としない。
（４）一実施形態では、（１）又は（２）に記載の可変容量型ターボチャージャであって、前記コンプレッサホイールを収容するコンプレッサハウジングと、前記コンプレッサハウジングと前記軸受ハウジングとの間に設けられた外部配管（例えば、図４に示す外部配管５４）と、をさらに備え、前記外部配管が前記冷却気体通路の一部を構成する。
このような構成によれば、上記外部配管によって冷却気体通路の一部を形成できるため、冷却気体通路の形成が比較的容易になる。
（５）一実施形態では、（１）乃至（４）の何れかに記載の可変容量型ターボチャージャであって、前記冷却気体通路は、前記内部空間と連通する出口側開口（例えば、図１に示す出口側開口４４）を有し、前記内部空間を前記回転軸の軸方向に沿って仕切る多孔板であって、前記多孔板の一方側に形成される一方側空間には前記駆動部が配置され、前記多孔板の他方側に形成される他方側空間には前記出口側開口が連通するよう、前記内部空間に配置された多孔板（例えば、図５に示す多孔板６２）をさらに備える。
このような構成によれば、上記内部空間に供給された圧縮気体は、上記多孔板の貫通孔を通るときに分散され整流されると共に増速されるため、内部空間の上記一方側空間に配置された可変ノズル機構の構成部材に噴流として衝突し、所謂噴流冷却（インピンジメント冷却）されるため、これら部材の冷却効果を向上できる。
（６）一実施形態では、（５）に記載の可変容量型ターボチャージャであって、前記多孔板は、径方向内側領域（例えば、図６に示す径方向内側領域Ｒ２）の開口率が径方向外側領域（例えば、図６に示す径方向外側領域Ｒ１）の開口率より大きくなるように構成されている。
このような構成によれば、圧縮気体の流れ方向上流側から視たときのノズルマウントの露出面積が径方向外側領域より径方向内側領域のほうが広いため、多孔板の径方向内側領域より径方向外側領域の開口率を大きくすることで、ノズルマウントに衝突する圧縮気体の流量を増加できる。これによって、ノズルマウントの冷却効果を向上できる。
（７）一実施形態では、（５）又は（６）に記載の可変容量型ターボチャージャであって、前記他方側空間に面する前記多孔板の一面は、前記ノズルマウントの表面より放射率が高くなるように構成されている。
多孔板は、熱放射線を吸収すると温度が高くなり、放射すると温度が低くなる。上記構成によれば、冷却気体通路が内部空間と連通する出口側開口に面する多孔板の面がノズルマウントの表面より放射率が高いため、該出口側開口に面する多孔板の面はノズルマウントより低温となる。該面がノズルマウントより低温となることで、ノズルマウントや可変ノズル機構の駆動部を構成する部材の熱変形や熱焼損を抑制できる。
（８）一実施形態では、（１）乃至（７）の何れかに記載の可変容量型ターボチャージャであって、前記ノズルマウントは、前記内部空間と前記排ガス流路とを連通する第２貫通孔であって、前記内部空間に導入された前記圧縮気体が流れるように構成された第２貫通孔（例えば、図５に示す貫通孔６８）を有する。
このような構成によれば、圧縮気体が上記第２貫通孔を通して排ガス流路に導入されるので、排ガス流路を流れる排ガスを冷却でき、これによって、排ガス流路に面したノズルマウント、ノズルプレート及びノズルベーン等を冷却できる。また、第２貫通孔を通った圧縮気体が排ガス流路を流れる排ガスに加わることで、タービンホイールに供給される排ガス流量が増加するため、タービンホイールの出力を増加できる。
（９）一実施形態では、（１）乃至（８）の何れかに記載の可変容量型ターボチャージャであって、前記タービンホイールは、前記タービンホイールの背面側と、前記タービンホイールの下流側に形成される排ガス出口流路とを連通する第３貫通孔（例えば、図７に示す貫通孔７０）を有する。
このような構成によれば、内部空間に導入された圧縮気体を上記第３貫通孔に通すことで、タービンホイールを冷却できる。
１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ） 可変容量型ターボチャージャ
１２ 回転軸
１４ タービンホイール
１６ コンプレッサホイール
１８ 軸受部
２０ タービンハウジング
２２ コンプレッサハウジング
２４ 軸受ハウジング
２６ 可変ノズル機構
２８ ノズルプレート
３０ ノズルマウント
３２ 排ガス流路
３４ ノズルベーン
３６ 支軸
３８ 駆動部
３９ 連結部
４０ アクチュエータ
４２（４２ａ、４２ｂ） 冷却気体通路
４３ 入口側開口
４４ 出口側開口
４５ ドライブリング
４６ レバープレート
４８ ノズルサポート
５０ ディフューザ流路
５１ スクロール流路
５２ 貫通孔（第１貫通孔）
５４ 外部配管
５６、５８ 流路
６０ 逆止弁
６２ 多孔板
６４ 貫通孔
６６ 冷却水通路
６８ 貫通孔（第２貫通孔）
７０ 貫通孔（第３貫通孔）
７２ 排ガス出口流路
Ｂ 境界
Ｒ１ 径方向外側領域
Ｒ２ 径方向内側領域
Ｓ１ 空間（一方側空間）
Ｓ２ 空間（他方側空間）
Ｓｉ 内部空間
ｅ 排ガス
ｇ 圧縮気体
１２ 回転軸
１４ タービンホイール
１６ コンプレッサホイール
１８ 軸受部
２０ タービンハウジング
２２ コンプレッサハウジング
２４ 軸受ハウジング
２６ 可変ノズル機構
２８ ノズルプレート
３０ ノズルマウント
３２ 排ガス流路
３４ ノズルベーン
３６ 支軸
３８ 駆動部
３９ 連結部
４０ アクチュエータ
４２（４２ａ、４２ｂ） 冷却気体通路
４３ 入口側開口
４４ 出口側開口
４５ ドライブリング
４６ レバープレート
４８ ノズルサポート
５０ ディフューザ流路
５１ スクロール流路
５２ 貫通孔（第１貫通孔）
５４ 外部配管
５６、５８ 流路
６０ 逆止弁
６２ 多孔板
６４ 貫通孔
６６ 冷却水通路
６８ 貫通孔（第２貫通孔）
７０ 貫通孔（第３貫通孔）
７２ 排ガス出口流路
Ｂ 境界
Ｒ１ 径方向外側領域
Ｒ２ 径方向内側領域
Ｓ１ 空間（一方側空間）
Ｓ２ 空間（他方側空間）
Ｓｉ 内部空間
ｅ 排ガス
ｇ 圧縮気体
Claims (8)
- 回転軸と、
前記回転軸の一端側に設けられたタービンホイールと、
前記回転軸の他端側に設けられたコンプレッサホイールと、
前記回転軸を回転可能に支持する軸受部を収容する軸受ハウジングと、
前記タービンホイールに流入する排ガスの流量を制御するための可変ノズル機構であって、
前記タービンホイールに排ガスを流入させる排ガス流路を画定するノズルプレートおよびノズルマウント、
前記排ガス流路に支軸を中心に回転可能に配置されるノズルベーン、および、
前記ノズルベーンを回転するための駆動部であって、前記軸受ハウジングと前記ノズルマウントとの間に画定された内部空間に配置された駆動部、を含む可変ノズル機構と、
前記コンプレッサホイールで圧縮された圧縮気体を抽気して前記内部空間に導入するための冷却気体通路と、
を備え、
前記冷却気体通路は、前記内部空間と連通する出口側開口を有し、
前記内部空間を前記回転軸の軸方向に沿って仕切る多孔板であって、前記多孔板の一方側に形成される一方側空間には前記駆動部が配置され、前記多孔板の他方側に形成される他方側空間には前記出口側開口が連通するよう、前記内部空間に配置された多孔板、をさらに備える
可変容量型ターボチャージャ。 - 前記コンプレッサホイールを収容するコンプレッサハウジングの内部には、スクロール流路と、前記コンプレッサホイールから吐出された圧縮気体を前記スクロール流路に導くためのディフューザ流路と、が形成され、
前記ディフューザ流路の入口を０％とし、前記ディフューザ流路の出口を１００％とした場合に、前記冷却気体通路は、前記ディフューザ流路の５０％～１００％の領域と連通する入口側開口を有する請求項１に記載の可変容量型ターボチャージャ。 - 前記軸受ハウジングは、前記回転軸の軸方向に沿って貫通する第１貫通孔を有し、
前記第１貫通孔が前記冷却気体通路の一部を構成する請求項１又は２に記載の可変容量型ターボチャージャ。 - 前記コンプレッサホイールを収容するコンプレッサハウジングと、
前記コンプレッサハウジングと前記軸受ハウジングとの間に設けられた外部配管と、をさらに備え、
前記外部配管が前記冷却気体通路の一部を構成する請求項１又は２に記載の可変容量型ターボチャージャ。 - 前記多孔板は、径方向内側領域の開口率が径方向外側領域の開口率より大きくなるように構成されている請求項１に記載の可変容量型ターボチャージャ。
- 前記他方側空間に面する前記多孔板の一面は、前記ノズルマウントの表面より放射率が高くなるように構成されている請求項１又は５に記載の可変容量型ターボチャージャ。
- 前記ノズルマウントは、前記内部空間と前記排ガス流路とを連通する第２貫通孔であって、前記内部空間に導入された前記圧縮気体が流れるように構成された第２貫通孔を有する請求項１乃至６の何れか一項に記載の可変容量型ターボチャージャ。
- 前記タービンホイールは、前記タービンホイールの背面側と、前記タービンホイールの下流側に形成される排ガス出口流路とを連通する第３貫通孔を有する請求項１乃至７の何れか一項に記載の可変容量型ターボチャージャ。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008169788A (ja) | 2007-01-15 | 2008-07-24 | Toyota Motor Corp | 可変ノズルターボチャージャ及びこれを備えたエンジン |
| JP2012062808A (ja) | 2010-09-15 | 2012-03-29 | Toyota Motor Corp | 可変容量型ターボチャージャ |
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Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5412041A (en) * | 1977-06-29 | 1979-01-29 | Hitachi Ltd | Exhaust gas reflux mechanism of engine with turbo-charger |
| JPS5882464U (ja) * | 1981-11-26 | 1983-06-03 | 三菱自動車工業株式会社 | 排気過給機付内燃機関の排気還流装置 |
| JPS5997238U (ja) | 1982-12-21 | 1984-07-02 | 三菱自動車工業株式会社 | 可変ノズルベ−ン式過給機 |
| JPS59168534U (ja) | 1983-04-28 | 1984-11-12 | 臼井国際産業株式会社 | 排気タ−ボ過給機装置 |
| JPH0617373B2 (ja) * | 1984-07-06 | 1994-03-09 | 株式会社リコー | 粒子径分布の狭い重合体粒子の製造法 |
| JPS6119602U (ja) | 1984-07-10 | 1986-02-04 | トヨタ自動車株式会社 | タ−ボチヤ−ジヤのノズルベ−ン冷却装置 |
| JPS62135802U (ja) | 1986-02-21 | 1987-08-26 | ||
| JP2607175B2 (ja) * | 1990-08-31 | 1997-05-07 | 日野自動車工業株式会社 | ターボ過給エンジンのｅｇｒ装置 |
| JPH0571427A (ja) * | 1991-09-13 | 1993-03-23 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Ｅｇｒ装置 |
| DE4312078C2 (de) * | 1993-04-13 | 1995-06-01 | Daimler Benz Ag | Abgasturbolader für eine aufgeladene Brennkraftmaschine |
| DE4312077C1 (de) * | 1993-04-13 | 1994-01-20 | Daimler Benz Ag | Abgasturbolader für eine aufgeladene Brennkraftmaschine |
| JPH08109856A (ja) * | 1994-10-11 | 1996-04-30 | Nissan Diesel Motor Co Ltd | エンジンのｅｇｒ装置 |
| JP3547593B2 (ja) * | 1997-09-01 | 2004-07-28 | 新潟原動機株式会社 | 排気タービン過給機の構造 |
| JP2004232622A (ja) | 2003-02-01 | 2004-08-19 | Takashi Ikeda | 冷却式ラジアル・タービン翼車 |
| EP3287619B1 (en) * | 2015-12-25 | 2019-07-03 | Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. | Variable nozzle mechanism and variable geometry turbocharger |
-
2019
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- 2019-12-26 CN CN201980102413.1A patent/CN114729596B/zh active Active
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- 2019-12-26 DE DE112019007845.3T patent/DE112019007845T5/de active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008169788A (ja) | 2007-01-15 | 2008-07-24 | Toyota Motor Corp | 可変ノズルターボチャージャ及びこれを備えたエンジン |
| JP2012062808A (ja) | 2010-09-15 | 2012-03-29 | Toyota Motor Corp | 可変容量型ターボチャージャ |
| JP2013164040A (ja) | 2012-02-13 | 2013-08-22 | Ihi Corp | タービン |
| WO2016120947A1 (ja) | 2015-01-27 | 2016-08-04 | 川崎重工業株式会社 | 排気タービンおよび船舶 |
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