JPH0415370B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は可変容量ラジアルタービンに関し、特
に車輌用の小型ターボチヤージヤにおけるタービ
ン流量特性を可変にした可変容量ラジアルタービ
ンに関する。

第１図は従来のこの種の可変容量としたラジア
ルタービンの一例を示し、本例は実開昭57−
11233号で開示されているものである。ここで、
１は図示しない圧縮機インペラとロータ軸２によ
つて直結されているタービンロータであり、ター
ビンロータ１の外周部には渦巻状の通路タービン
スクロール３が設けられていて、このスクロール
３にエンジン排気通路４からの排気ガスが導かれ
る。

更に、本例のタービンスクロール３ではそのハ
ウジング５を軸２に対する斜め方向から突出壁５
Ａによつて分割するようになし、以て、大排気通
路３Ａと小排気通路３Ｂとで渦巻室を形成して、
これら通路３Ａおよび３Ｂをロータ１の入口部１
Ａに向けて開口させている。

６はスクロール３の入口通路部３Ｃに接続する
排気通路４の部位でその大排気通路３Ａ側に設け
られた開閉弁であり、この開閉弁６により大排気
通路３Ａに流入する排気ガスの容量を変化させる
ことができる。７は排気ガス出口である。

このように構成されたタービンスクロール３に
おいて、エンジンが低速回転領域にある場合、、
ターボチヤージヤとエンジンとの間の適合性を保
持して良好な低速時過給特性を得るにはガス通路
面積を絞る必要のあることから、例えば過給圧等
を利用した制御機構（図示せず）により開閉弁６
を動作させ、大排気通路３Ａを通過するガス容量
を調整して減少させる。更にまた、エンジンが高
速回転領域にある場合は、大排気通路３Ａと小排
気通路３Ｂとの双方からロータ１にガスを供給す
る。

しかしながら、このようにロータ１に供給する
ガス容量を可変にしたタービンスクロール３にお
いては、大排気通路３Ａと小排気通路３Ｂとが共
にロータ入口部１Ａに向けて開口する形状をな
し、更に、開閉弁６により大排気通路３Ａのガス
流量が絞られるように構成されているので、エン
ジンの低速領域で、開閉弁６を閉鎖して大排気通
路３Ａへのガス供給を停止すると、大排気通路３
Ａに死水領域が生じる。

しかして、このような状態では、ガスが小排気
通路３Ｂを介してロータ入口部１Ａからロータ１
へと供給されるので、ロータ入口部１Ａにはその
周囲に沿つてロータ１の回りに旋回流があり、こ
の旋回流をなすガス流れの有する遠心力によつて
ガス流体の一部が大排気通路３Ａの死水領域とな
つているガス体の中に流れ込み、再びロータ入口
部１Ａに戻つてくる循環流１０を発生させる。

この循環流１０は大排気通路３Ａの壁面に沿つ
て流れ、その摩擦損失によつてエネルギを失つた
状態で入口部１Ａに戻りロータ１に流入するの
で、タービンスクロール３内でのエネルギ損失が
大きいことによりタービン効率を低下させる。

そこで、このような問題点を解消するために、
並列に配置したスクロールを有するダブルエント
リハウジング型の主排気通路のみをロータ入口部
に向けて直接に開口させるようになし、この主排
気通路とこれに並列の補助排気通路との間にはそ
れぞれの外周部間に沿つて連通する溝孔を設け、
補助排気通路側に開閉弁を設けるようにして、補
助排気通路を閉鎖した状態では排気ガスが補助排
気通路に生じる死水領域に入り交ることなく主排
気通路からのみロータに直接供給されるようにす
ることが考えられる。

第２図ＡおよびＢはこのような構想に基づく構
成を示し、１３Ａおよび１３Ｂは共に渦巻型とし
た主排気通路および補助排気通路である。主排気
通路１３Ａはロータ入口部１Ａに向つての開口部
１４を有すると共に、主排気通路１３Ａと仕切壁
５Ｂを介して並列に設けた補助排気通路１３Ｂと
の間に連通部１５を有し、補助排気通路１３Ｂに
導かれた排気はこの連通部１５を介してのみ主排
気通路１３Ａ側に導かれる。

しかして、この連通部１５の幅Ｂを一定とする
と共に、その穿設の範囲をスクロール巻き初め部
の舌部１６近傍から絞り部すなわちスロート部１
７近傍までのロータ１をほぼ一周する間とする。
１８はスクロール１３の入口通路部１３Ｃと接続
するエンジン排気通路４側において、補助排気通
路１３Ｂと連通する側に設けた開閉弁であり、図
示しない制御機構および駆動機構を介して開閉す
るように構成し、エンジンの低速回転領域では、
この開閉弁１８を閉成させるようにする。

このような構想に基づく可変容量ラジアルター
ビンによれば、ロータ１に向けてのスクロール開
口部１４を主排気通路１３Ａ側のみに設けている
ことによつて、開閉弁１８の閉鎖状態で補助排気
通路１３Ｂ側に死水領域が生じても、この死水領
域に循環流が生じてロータ入口部１Ａに還流する
ようなことがなく、しかも最も流速の遅い外周部
に連通部１５が設けられていることで補助排気通
路１３Ｂの側から主排気通路１３Ａの側へ排気が
導かれる際の損失も最少限ですみ、エンジンの高
速回転領域においてもタービン効率に大きい影響
を与えるようなことがない。

しかし、このように、開閉弁１８をエンジン排
気通路４側に取付ける構造とすると、この開閉弁
１８を設けるために排気通路４がそれだけ長くな
り、図示しないエンジンのシリンダヘツドからタ
ーボチヤージヤ取付位置までの距離が長くなるこ
とによつてロータ１に到るまでの間の放熱による
エネルギ損失が増加する。

更にまた、スクロール入口部１３Ｃとこれに接
続させるエンジン排気通路４の補助排気側とをシ
ールさせるために使用するガスケツトにも問題が
あり、長時間使用によつて洩れの生じる虞があ
る。特に、小型車に搭載されるターボチヤージヤ
ではコンパクト化した上に良好な効率の得られる
ものが要望されるので、これらの問題点を更に解
消する必要がある。

本発明の目的は、これらの問題点に鑑みて、上
述の構想に加えてコンパクト化を図り、更にエネ
ルギ損失の少ない可変容量ラジアルタービモンを
提供することにある。

かかる目的を達成するために、本発明は、渦巻
型ハウジングに、タービンロータ入口部のほぼ全
周へ向けて開口された主排気通路と、タービンロ
ータ入口部から隔離された補助排気通路とを仕切
壁を介して並設し、仕切壁の渦巻型の巻き始めに
あたる通路絞り部から巻き終りにあたる最小通路
部までの間に、ハウジングの排気通路の外周部に
沿つて主排気通路と補助排気通路との間を連通す
る連通部を設け、補助排気通路の通路絞り部より
上流側の壁面に沿つた部位に補助排気通路を開閉
する開閉弁を該弁が前記渦巻型の通路外周壁内面
に当接して閉成されるよう設けたことを特徴とす
る。

そこで、本発明によれば、コンパクト化され、
しかも例えばエンジンの低速領域等において開閉
弁により補助排気通路を閉成した状態に保つよう
にしても、補助排気通路に生じる死水領域によつ
て効率の低下をきたすようなことなく、排気ガス
を連通部および主排気通路を介してロータに供給
することができると共に、開閉弁の開き始めの状
態から排気ガスが外周壁に沿つて流れ、連通部を
介して自然に主排気通路側へと導かれて流入す
る。

以下に、図面を参照しながら本発明を詳細に説
明する。

第３図ＡおよびＢは本考案の一実施例を示し、
ここで、２１はスクロール１３の内壁面形状に合
わせた翼型断面形状を有するスイング型の仕切弁
であり、仕切弁２１を開放した状態では第３図Ａ
に示すようにその先端部２１Ａが補助通路１３Ｂ
における舌部１６近傍の位置にくるようにすると
共に、弁２１の弁体自体が舌部１６の上流側壁面
に沿つて収まるようにする。

なお、本例では仕切弁２１の面形状をほぼ方形
とするために、この弁２１を設ける部位の補助排
気通路１３Ｂもまたほぼ方形形状の断面としてお
く必要があり、そこで第３図Ｂに示すようにこの
部に設けるカバー部材２２を仕切壁５Ｂと平行に
しておく。２３はカバー部材２２をスクロール１
３に固定するためのボルトである。

２４は仕切弁２１の回動軸であり、この軸２１
をハウジング５から外方に貫通させて図示しない
軸駆動装置を設け、例えば過給圧等の制御信号に
より制御機構を介して駆動させるようにする。な
お、仕切弁２１を回転軸２４の回りに回動させ
て、第３図Ａで実線に示す全閉位置としたとき
に、その先端部２１Ａがスクロール外周壁内面と
着座する位置がスロート部１７近傍にまで延在し
て形成される連通部１５の孔止りより上流位置
で、しかもスクロール１３としての曲率半径が残
されている部位であることが望ましい。

このように構成した可変容量ラジアルタービン
における可変容量動作は、仕切弁２１の開閉によ
つて行われるものである外は第２図ＡおよびＢで
示した例と変わらないので、その説明を省略する
が、仕切弁２１の先端部２１Ａがスクロール外周
壁の内面に接して閉成される構造となつているの
で、補助排気通路１３Ｂでは弁２１の開き始めの
状態から常に排気ガスが外周壁に沿つた部分に集
約して流れる。

しかして、この部分では外周壁が曲率半径を有
することもあり、弁２１を通過した排気ガスはそ
の遠心力によつて外周壁に沿うように流れ、連通
部１５を介して自然に主排気通路１３Ａ側へと導
かれて流入することになり、エネルギ損失を更に
低減させることができる。

第４図ＡおよびＢは本発明の他の実施例を示
す。ここで、３１はコの字型に切欠いた流通溝３
１Ａを有するロータリ弁であり、軸３２の回りに
回動自在としたロータリ弁３１をスロート部１７
のやや上流のスクロール壁間いつぱいに設ける。
しかして、第４図Ａに示すように、ロータリ弁３
１における流通溝３１Ａの底面３１Ｂが流れ方向
とほぼ直角な位置にくるところまでロータリ弁３
１を回動したときに補助排気通路１３Ｂが閉鎖さ
れ、このような位置から弁３１を反時計回りの方
向に回動させてゆくと、補助排気通路１３Ｂが
徐々に開放され、更に回動させて、底面３１Ｂを
破線で示す位置にまで回動させたときにロータリ
弁３１は全開の状態となる。

なお、この外周が円柱状をなすロータリ弁３１
の両側面３１Ｃは軸３２に直交する平行面である
ので、このロータリ弁３１を設ける位置での補助
通路１３Ｂの断面形状は弁３１の軸心を含む断面
形状に合わせて第４図Ｂに示すように方形に形成
される。第４図で、３３はこのようなロータリ弁
３１の回動軸３２を軸支するブツシユ、２２はカ
バー、３４は回動軸３２に取付けた作動用レバー
である。第４図ではロータリ弁３１が開放された
状態を示す。

このように構成した可変容量ラジアルタービン
における可変容量動作およびその効果については
第３図によつて説明した例とほぼ同様であり、そ
の説明を省略するが、仕切弁２１とした場合に比
してその占める容積範囲が狭くてすみ、この部の
スクロール１３に要する加工も容易で、かつスク
ロール１３の形状設計においてもそれだけ自由度
が増す。

第５図ＡおよびＢは本発明の更に他の実施例を
示す。本例はロータリ弁３１の周囲にシール部材
を配置して弁３１における密封性を高めるように
したものである。ここで、４１Ａおよび４１Ｂ
は、第５図Ａに示すようにロータリ弁３１の閉成
状態でそのしや蔽部３１Ｃの周に軸３２と平行な
方向で接するようにしたシール部材であり、スク
ロール１３の内腔壁に穿設したシール収納溝にシ
ール部材４１Ａおよび４１Ｂを嵌め込むようにす
る。

更に４１Ｃおよび４１Ｄは、第５図Ｂに示すよ
うにロータリ弁３１の溝３１Ａを中において、そ
の両側に形成されている円柱状の回動部３１Ｄお
よび３１Ｅの周に沿つて設けたシールリングであ
る。シールリング４１Ｃおよび４１Ｄもまたそれ
ぞれに、回動部３１Ｄおよび３１Ｅに設けたリン
グ状の溝に嵌め込むようになして弁３１側に固着
させる。なお、ここでシール部材４１Ａを嵌め込
むにあたつては、部材４１Ａを組込む都合からの
便宜上分割するようにしてもよい。すなわちこの
シール部材４１Ａはロータリ弁３１の開閉位置の
如何にかかわらず弁３１のしや蔽部３１Ｃと押接
しているので外れるようなことがない。

その他の構成については第４図ＡおよびＢに示
した例と同様とする。このように構成した可変容
量ラジアルタービンにおいては、弁３１を閉成し
たときに弁３１の上流側とに生じる差圧のため
に、弁３１の閉成したにかかわらずその周囲から
下流側にガスが洩れるのを防止し、低速時におけ
る過給特性を一層高めることができる。

更にまた、シール部材４１Ａおよび４１Ｂやシ
ールリング４１Ｃおよび４１Ｄをセラミツクで形
成すれば、ハウジング５の内壁の摺接部と弁３１
の摺動部との間で焼付きの生じるのを防止するこ
とができ、高温に対する封止材の耐久性が増す。
殊にセラミツクスは圧縮力に強いので、このよう
な個所に設ける封止材としては好適である。な
お、これらの封止部材４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃお
よび４１Ｄをセラミツクスとするときは、分割し
て溝に嵌め合わすようにしてもよい。

以上説明してきたように、本発明によれば、渦
巻型ハウジングに、タービンロータ入口部のほぼ
全周へ向けて開口された主排気通路と、タービン
ロータ入口部から隔離された補助排気通路とを仕
切壁を介して並設し、仕切壁の渦巻型の巻き始め
にあたる通路絞り部から巻き終りにあたる最小通
路部までの間に、ハウジングの排気通路の外周部
に沿つて主排気通路と補助排気通路との間を連通
する連通部を設け、補助排気通路の通路絞り部よ
り上流側の壁面に沿つた部位に補助排気通路を開
閉する開閉弁を該弁が渦巻型の通路外周面内に当
接して閉成されるよう設け、この開閉弁によりス
クロールに供給するガス容量を可変としたので、
エンジン排気通路が短縮できてそれだけ放熱エネ
ルギ等による損失を抑制することができるのみな
らず小型車に搭載するのに好適で、しかも低速か
ら高速にいたるまでの流量特性が良好に維持でき
て十分な過給圧を供給することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の可変容量ラジアルタービンの構
成の一例を示す断面図、第２図Ａは本発明に関連
して考えられる可変容量ラジアルタービンの構成
を一例として示す断面図、第２図ＢはそのＡ−Ａ
線断面図、第３図Ａは本発明可変容量ラジアルタ
ービンの構成の一例を示す断面図、第３図Ｂは第
３図ＡのＸ−Ｘ線断面図、第４図Ａは本発明の他
の実施例を示す断面図、第４図Ｂは第４図ＡのＹ
−Ｙ線断面図、第５図Ａは本発明の更に他の実施
例を示す断面図、第５図Ｂは第５図ＡのＺ−Ｚ線
断面図である。 １…タービンロータ、１Ａ…入口部、２…軸、
３…スクロール、３Ａ，３Ｂ…排気通路、３Ｃ…
入口通路部、４…排気通路、５…ハウジング、５
Ａ…突出壁、５Ｂ…仕切壁、６…開閉弁、７…ガ
ス出口、１０…循環流、１３Ａ，１３Ｂ…排気通
路、１３…スクロール、１３Ｃ…入口部、１４…
開口部、１５…連通部、１６…舌部、１７…スロ
ート部、１８…開閉弁、２１…仕切弁、２１Ａ…
先端部、２２…カバー部材、２３…ボルト、２４
…回動軸、３１…ロータリ弁、３１Ａ…流通溝、
３１Ｂ…底面、３１Ｃ…しや蔽部、３１Ｄ，３１
Ｅ…回動部、３２…回動軸、３３…ブツシユ、３
４…レバー、４１Ａ，４１Ｂ…シール部材、４１
Ｃ，４１Ｄ…シールリング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 渦巻型ハウジングに、タービンロータ入口部
   のほぼ全周へ向けて開口された主排気通路と、 前記タービンロータ入口部から隔離された補助
   排気通路とを仕切壁を介して並設し、 前記仕切壁の前記渦巻型の巻き始めにあたる通
   路絞り部から巻き終りにあたる最小通路部までの
   間に、前記ハウジングの排気通路の外周部に沿つ
   て前記主排気通路と前記補助排気通路との間を連
   通する連通部を設け、 前記補助排気通路の前記通路絞り部より上流側
   の壁面に沿つた部位に前記補助排気通路を開閉す
   る開閉弁を該弁が前記渦巻型の通路外周壁内面に
   当接して閉成されるよう設けたことを特徴とする
   可変容量ラジアルタービン。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の可変容量ラジア
   ルタービンにおいて、前記開閉弁は、該開閉弁の
   閉成時に前記補助排気通路をしや断するしや蔽部
   と、前記開閉弁の開弁時に排気ガスを流通させる
   流通溝とを有し、該流通溝の両側に前記しや蔽部
   が連設されて前記補助排気通路の壁面に沿つて摺
   回動する円柱状のロータリ弁であることを特徴と
   する可変容量ラジアルタービン。