JPH0241310Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は内燃機関のターボチヤージヤの排気バ
イパス装置に関する。

〔従来の技術〕

多気筒内燃機関のターボチヤージヤにおいてタ
ービン側ハウジング内を２つの並列のスクロール
通路に分割したものが知られている。これはいわ
ゆるツインエントリ式のターボチヤージヤであ
り、エンジンの排気ガスの持つている圧力波の有
効利用を狙つたものである。即ち、圧力波が打ち
消されないよう気筒群を２つに分け、それぞれの
気筒群からの排気ガスを夫々の分割されたスクロ
ール通路に導くようにしたものである。ターボチ
ヤージヤでは過給圧の上限制御のため過給圧が所
定値以上となつたとき排気ガスのバイパスを行う
弁装置（所謂ウエイストゲート弁）が設けられて
いるが、このツインエントリ式では流路が２つあ
ることからバイパス弁装置が２系統必要となる。
例えば、特開昭57−137619号公報には、タービン
ハウジングの内周壁部に半径方向の開口を夫々の
スクロール通路に対して形成し、その開口を共通
のバイパス弁で開閉するようにしたものが開示さ
れている。しかしながら、この従来構造では開口
は半径方向に形成されているため、タービンハウ
ジングの半径方向の寸法が大きくなる問題があ
る。これはターボチヤージヤを設けた高性能車の
傾向してエンジンルームは空力値を下げるためス
ラントとしており、高さに制限があることから問
題である。

そこで本出願人は先願（実願昭59−87350号）
において、半径方向の寸法を実質的に増大させる
ことがないツインエントリ式ターボチヤージヤの
バイパス構造を提案した。

これによれば、タービンハウジング内におい
て、共通のタービンホイールに開口するように設
けられる２つの並列スクロール通路を有するツイ
ンエントリ型のターボチヤージヤにおいて、夫々
のスクロール通路の途中よりタービンハウジング
内をタービン軸線方向に延びる独立した２個のバ
イパス通路が形成され、これらバイパス通路はタ
ービン軸線と直交する端面でタービン下流側の排
気通路に開口し、その開口端にバイパス制御弁
（ウエイストゲート弁）が設けられる。

ウエイストゲート弁は過給圧が所定値以上とな
ると開放し、それによりタービン圧力はバイパス
通路を介してタービン下流の排気通路に逃がされ
る。こうして過給圧力が所定値に制御される。

以上の如くツインエントリ型ターボチヤージヤ
において２個のバイパス通路の出口（ウエイスト
ゲートポート）をタービン出口と同一方向に開口
させることによりタービンハウジングの半径方向
の寸法を抑えしかも簡単な一体鋳物構造とするこ
とができるものである。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら上述の如きツインエントリ型ター
ボチヤージヤにおいては、２個のバイパス通路が
タービンの（回転中心）軸線方向に並べられるた
めこれら両バイパス通路を同一の端面に開口させ
ようとするとその一方がタービン軸線から見て外
周側に他方がその内周側に配置せざるを得ない。
またこのような配置はタービンハウジングを一体
の鋳物構造で形成するのに有利である。

しかるに、このように両バイパス通路の長さが
相違すると、長い方のバイパス通路の流路抵抗が
短い方のバイパス通路の流路抵抗より大きくな
り、バイパス流量が変化し、一方のバイパス通路
に接続される側の気筒グループの排気ポートと、
他方のバイパス通路に接続される気筒グループの
排気ポートとで背圧に変化がでる。背圧はノツキ
ング限界に影響を及ぼし、背圧が高いほどノツキ
ングが発生しやすく、ノツキングを防止するため
点火時期は遅角側に制御する必要がある。そのた
め、背圧に気筒間差があると、高い方の背圧でも
ノツキングが発生しなように点火時期を設定する
必要があり、圧力差がないとした場合より点火時
期は遅角側になる。そのため、高いエンジン出力
を得ることができない。

そこで、本考案の解決するべき課題はバイパス
通路流路抵抗の差に起因する双方のバイパス通路
流量の差をいかにして無くすか若しくは小さくす
るか、ということである。そこで、本考案では、
流路抵抗の大きい方のバイパス通路の入口圧を流
路抵抗の小さい方のバイパス通路の入口圧より高
めることを課題解決原理としている。

〔問題点を解決するための手段〕 本考案のターボチヤージヤの排気バイパス装置
によれば、タービンハウジング内の共通のタービ
ンホイールに開口する２つのスクロール通路をタ
ービン回転中心軸線方向に併設したターボチヤー
ジヤにおいて、夫々のスクロール通路の途中より
タービン回転中心軸線と交差する方向に延びる端
面でタービン下流の排気通路に開口する異なる長
さの独立した２個のバイパス通路を形成すると共
に上記端面バイパス通路の開閉を制御するバイパ
ス制御弁を設け、バイパス通路の流路抵抗が大き
い方のスクロール連通部はバイパス通路の流路抵
抗の小さいスクロール連通部よりタービン回転中
心軸線から外周側に位置している。

スクロール通路のガス圧はタービン回転軸線か
ら離れるほど高く、逆にタービン回転軸線に近づ
くほど小さい。そのため、長い方のバイパス通路
が接続されるスクロール通路の連通部の圧力が短
い方のバイパス通路のスクロール通路の連通部の
圧力よりも高い。その結果、バイパス通路の長短
による圧力抵抗の大、小を、タービン回転中心か
らの連通部の位置の外、内によつて補償すること
ができる。

〔実施例〕

第１図において、１０は６気筒の内燃機関の本
体を示す。１２は吸気マニホルドであり、吸気パ
イプ１４を介してスロツトルボデイ１８に連結さ
れる。スロツトルボデイ１８内にスロツトル弁１
９が位置し、その上流は吸気パイプ１６，１８−
１、エアーフローメータ２０を介して空気クリー
ナ２２に連結される。排気マニホルドは２４Ａ，
２４Ｂのように２つ設けられ、夫々第１番から第
３番目の気筒、第４番目から第６番目の気筒の排
気ポートに接続されている。この気筒分けは、点
火順序が＃１−＃５−＃３−＃６−＃２−＃４で
あることから、点火が飛び飛びになるようにグル
ープ分けしたものであり、これによつて排気干渉
を防止し、圧力波の有効利用を図つたものであ
る。

２６はターボチヤージヤであり、タービンハウ
ジング２８とコンプレツサハウジング３０とを備
える。コンプレツサハウジング３０は図示しない
コンプレツサ中心部に開口する入口部３０Ａとコ
ンプレツサ切線方向に開口する出口部３０Ｂを備
え、入口部３０Ａは吸気パイプ１８−１に接続さ
れ、エアーフローメータ２０からの空気を受け取
る。出口部３０Ｂは吸気パイプ１６に接続され、
過給空気を、スロツトルボデイ１８及び吸気パイ
プ１４、吸気マニホルド１２を介して機関に導入
する働きをする。

タービンハウジング２８は同じくスクロール状
をなし、内部にタービンホイール３１があり、こ
のタービンはコンプレツサハウジング３０内のイ
ンペラ（図示せず）に回転軸３２によつて連結さ
れる。タービンハウジング２８内のスクロール状
通路は仕切３４によつて２つの並列のスクロール
通路４０Ａ，４０Ｂに分割され、これによりター
ビン回転中心軸線Ｘ−Ｘ方向に並んだ２つの入口
４２Ａ，４２Ｂが形成され、夫々の入口４２Ａ，
４２Ｂは排気マニホルドに接続される。またハウ
ジング２８はタービン軸方向に開口する出口孔４
４を有し、これは排気管４６を介してマフラ４８
に接続される。

タービンハウジング２８は２つのバイパス孔５
０Ａ，５０Ｂをタービン軸線方向に形成してお
り、これらは仕切５２によつて隔てられている。
バイパス通路５０Ａ，５０Ｂは、一端が、スクロ
ール通路４０Ａ，４０Ｂに夫々その途中の位置、
即ち連結ポート５８Ａ，５８Ｂで開口している。
バイパス通路５０Ａ，５０Ｂは、その他端がター
ビンハウジング２８内に形成される凹所５６にタ
ービン軸と直交する端面５０Ａ−１，５０Ｂ−１
のところで開口している。端面５０Ａ−１，５０
Ｂ−１はタービンホイール３１Ａを通つたガスの
流出孔であるタービン出口ポート８０と略同一平
面上にあり、かつ同一方向に開口している。凹所
５６はタービン出口通路４４と連結されているが
タービン出口通路４４からの排気ガス流がバイパ
ス流に干渉されるのを防止するために仕切壁を設
けて分離しても良い。

ハウジング内の凹所５６にスイング式バイパス
制御弁（ウエイストゲート弁）６０が配置され
る。バイパス制御弁６０はバイパス通路端５０Ａ
−１，５０Ｂ−１を開閉する弁体５１Ａ，５１Ｂ
を有し、アーム６２によつて回転軸６４に連結さ
れる。回転軸６４は軸受６６によつてハウジング
に軸支されている。回転軸６４の一端にアーム６
８が設けられ、これはリンク７０によつてダイヤ
フラムアクチユエータ７２のダイヤフラム７２１
に連結される。ダイヤフラム７２１の側面に形成
される圧力室７２３は導圧パイプ７４を介して過
給圧取り出しポート７６に接続される。この実施
例では過給圧取出ポート７６はコンプレツサハウ
ジング３０内に位置する。ダイヤフラムアクチユ
エータ７２は低温側のコンプレツサハウジング３
０に設けられているため、高温となるタービンハ
ウジング２８から隔離されている。そのためダイ
ヤフラム７２１等の熱に弱い部品の保護を図るこ
とができ、作動の信頼性を上げることができる。

バイパス通路５０Ａ，５０Ｂが接続される凹所
５６、タービン出口通路４４は排気通路４６に接
続されるがこの部分の構造は一つのエルボ管（図
示せず）によつて実現できる。第２図におけるボ
ルト孔８２及びフランジ８３はこのようなエルボ
管（排気通路４６）を接続するためのものであ
る。このようにバイパス通路とメイン通路とを一
つのエルボで連結することができることから構造
の簡素化になる。

排気マニホルド２４Ａ，２４Ｂからの排気ガス
は入口４２Ａ，４２Ｂより夫々のスクロール通路
４０Ａ，４０Ｂに接線方向から入り、タービン３
１に作用し、これを回転する。排気ガスは出口通
路４４より放出される。タービン３１の回転によ
つてコンプレツサハウジング３０内のコンプレツ
サが回転し、過給が行われる。所定の過給圧以下
ではばね７２４の働きでリンク７０は図の左方に
押され、これはスイング式のバイパス制御弁５１
Ａ，５１Ｂを夫々のバイパス通路端５０Ａ−１，
５０Ｂ−１に押しつけるよう軸６４を回転せしめ
る。そのため、バイパス通路５０Ａ，５０Ｂは塞
がれる。

過給圧が所定値以上となつてばね７２４に打ち
勝つと、ダイヤフラム７２１は第１図の右方にば
ね７２４に抗して変形し、これはリンク７０を介
して、軸６４即ちバイパス制御弁６０を回動さ
せ、バイパス通路端５０Ａ−１，５０Ｂ−１より
離れる。その結果、排気ガスの一部がバイパス通
路５０Ａ，５０Ｂより凹所５６を介して排気通路
４６にバイパスされ、タービン３１の回転が落
ち、過給圧は所定値以下となる。

以上の如き構成においては前述の如くタービン
出口ポート８０とバイパス通路出口５０Ａ−１，
５０Ｂ−１の座面とは同一方向、同一平面に設置
するため、外周側に位置するバイパス通路５０Ａ
は曲つた長い形状となり、一方、内周側に位置す
るバイパス通路５０Ｂは真直の短い形状となる。

そのため、バイパス通路５０Ａはバイパス通路
５０Ｂに比し長くしかも入口部が曲つているため
流路抵抗が大きい。そのため、長い方のバイパス
通路５０Ａの流路抵抗が短い方のバイパス通路５
０Ｂの流路抵抗より大きくなる。流路抵抗の差の
反映として、バイパス通路５０Ａ，５０Ｂに流量
差が発生し、第１の気筒グループ（＃１，＃２，
＃３）に接続される排気管２４Ａの背圧が、第２
の気筒グループ（＃４，＃５，＃６）に接続され
る排気管２４Ｂの背圧より高くなる。すると、点
火時期を決定する場合に、この高い方の背圧でも
ノツキングが発生しないように配慮する必要があ
る。即ち、背圧差がなかつたとした場合と比較し
て点火時期は遅角側に設定される。そのため、エ
ンジンの効果が悪化する問題点がある。

そこで本考案によればこれを解決するために第
１バイパス通路５０Ａの取出口、すなわちスクロ
ール通路４０Ａとの連結ポート５８Ａを第２バイ
パス通路５０Ｂの連結ポート５８Ｂよりもタービ
ンガス通路の圧力の高い側、即ち、タービン軸線
Ｘ−Ｘに対し外周側に設けている。

第４図はタービンガス圧力とタービン中心から
の距離ｌとの関係を示すもので、l₀はスクロール
通路４０Ａあるいは４０Ｂの内周壁、l_naxはその
外周壁に相当する。第４図から明らかな如くガス
圧力は通路の外周側程高い。その理由として排気
管ガス流れに加わる遠心力が半径位置の大小で変
化すること、等が挙げられる。

以上の如く構成することにより長い側の第１バ
イパスバイパス通路５０Ａの流路抵抗が短い側の
第２バイパス通路５０Ｂの流路抵抗より大きいこ
とが補償され、流路抵抗の差が第１の気筒グルー
プ（＃１，＃２，＃３）の背圧と、第２の気筒グ
ループ（＃４，＃５，＃６）の背圧との差に与え
る影響を補償することができる。必然的により進
角側の点火時期を得ることができる。

尚、第１バイパス通路５０Ａ及び第２バイパス
通路５０Ｂの通路端５０Ａ−１及び５０Ｂ−１と
は同一端面で開口させるという制約があるので、
第１バイパス通路５０Ａの長さあるいは形状の設
計のみでは上述の圧損分に正確に対処させること
が困難な場合があり得る。即ち、第１バイパス通
路５０Ａの長さあるいは形状だけでは圧損分を打
ち消すには未だ不十分であつたり、あるいは第１
バイパス通路５０Ａの長さは設計上最短としても
なお圧損分を超過してしまい逆に第２バイパス通
路５０Ｂよりも高圧になつてしまう場合があり得
る。そのような場合には第１、第２バイパス通路
５０Ａ，５０Ｂの孔径D₁，D₂を夫々相異させれ
ばよい。即ち、第１、第２バイパス通路の長さあ
るいは形状のみでは両バイパス通路の圧力、即ち
流量を均一にできない場合には両バイパス通路の
孔径に差をもたせることも可能である。

〔考案の効果〕

本考案によれば、流路抵抗が大きい方のスクロ
ール通路連通部を流路抵抗が小さい方のスクロー
ル通路連通部よりタービン回転中心軸線に対して
外周側に位置させることで、流路抵抗が大きい方
のスクロール通路連通部の圧力を、流路抵抗が小
さい方のスクロール通路連通部の圧力より高くす
ることができ、流路抵抗の差の影響を補償するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のターボチヤージヤを備えた内
燃機関の過給システム全体を示す部分断面図解
図、第２図は第１図の矢視図、第３図は第２図
の右側面図、第４図はタービン軸線からの距離を
タービンガス圧との関係を示す図。 ２６……ターボチヤージヤ、２８……タービン
ハウジング、３１……タービンホイール、４０
Ａ，４０Ｂ……スクロール通路、５０Ａ，５０Ｂ
……バイパス通路、５０Ａ−１，５０Ｂ−１……
バイパス通路端部、５８Ａ，５８Ｂ……連結ポー
ト、６０……バイパス制御弁。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. タービンハウジング内の共通のタービンホイー
   ルに開口する２つのスクロール通路をタービン回
   転中心軸線方向に併設したターボチヤージヤにお
   いて、夫々のスクロール通路の途中よりタービン
   回転中心軸線と交差する方向に延びる端面でター
   ビン下流の排気通路に開口する異なる長さの独立
   した２個のバイパス通路を形成すると共に上記端
   面バイパス通路の開閉を制御するバイパス制御弁
   を設け、バイパス通路の流路抵抗が大きい方のス
   クロール連通部はバイパス通路の流路抵抗の小さ
   いスクロール連通部よりタービン回転中心軸線か
   ら外周側に位置することを特徴とするターボチヤ
   ージヤの排気バイパス装置。