JPH064335U - 可変容量型ターボ過給機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】広範囲の機関運転条件に対応し得る高効率の可
変容量型ターボ過給機を簡潔な構造で実現する。 【構成】タービンロータ外周のスクロール通路４内に可
変翼７を設けたターボ過給機において、前記スクロール
通路とタービン下流の排気通路部とをタービンロータを
迂回して連通するバイパス通路２２を、その開口部が前
記可変翼の側面に臨み、該可変翼の容量増大方向への作
動に伴い開口面積が増大するように形成し、高流量域で
の可変翼の開度増大に伴って排気がバイパスされるよう
にする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は機関運転状態に応じて容量を可変制御しうるようにした可変容量型タ ーボ過給機の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】

可変容量型ターボ過給機の従来例として、例えば実開昭６３−１４６１３０号 公報に見られるように、タービンロータを包囲するスクロール通路内に可変翼（ ノズルベーン）を設け、その角度を制御することによりタービン入口面積を増減 させて運転状態に応じたタービン容量が得られるようにしたものがある。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、このような可変容量型ターボ過給機を使用運転域の広い自動車用機 関に適合しようとすると、広範囲の空気量に対応させなければならないため可変 翼の作動範囲を大きく設定すると共にタービン自体をも大きくしなければならず 、結果的に実用域でのタービン効率が悪化すると共に過給機が大型化してしまう という問題を生じる。

【０００４】 この問題は、高空気量域での排気をタービンを迂回して下流側に逃がすウエイ ストゲートバルブ装置を併用することによりある程度は解決することが可能であ るが、そのためにはバイパス用のバルブ装置とこれを駆動するアクチュエータが 必要となるためコストアップは避けられない。

【０００５】 本考案はこのような従来の問題点に着目してなされたもので、広範囲の運転条 件に対応し得る高効率の可変容量型ターボ過給機を簡潔な構造で実現することを 目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】 上記目的を達成するために本考案では、タービンロータ外周のスクロール通路 内に可変翼を設けたターボ過給機において、前記スクロール通路とタービン下流 の排気通路部とをタービンロータを迂回して連通するバイパス通路を、その開口 部が前記可変翼の側面に臨み、該可変翼の容量増大方向への作動に伴い開口面積 が増大する位置に形成する。

【０００７】

【作用】

可変翼が閉じ位置にあるときにはバイパス通路は可変翼の側面にて遮蔽されて おり、かつスクロール通路からタービンロータへの排気通路面積が絞られてター ビンの実質容量が小さくなっているので、加速時等の空気量の増大要求に対して 速やかにタービン回転が立ちあげられる。

【０００８】 可変翼が開かれるに従いタービンへの排気通路面積が増大するので、排気流量 が増加してもこれに対応したタービン容量が得られて高効率での過給が可能とな る。

【０００９】 可変翼の開度がある程度以上となるとそれまで可変翼の側面にて遮られていた バイパス通路が開口して排気の一部がタービン下流へと逃がされるので、高流量 域での過給作用が適切に抑制される。

【００１０】

【実施例】

以下本考案の実施例を図面に基づいて説明する。

【００１１】 図１ないし図３において、１はターボ過給機のタービンハウジング、２はター ビンロータ、３はタービンロータを回転自由に支持する軸受ハウジング、４はタ ービンロータ２を包囲するようにタービンハウジング１に形成されたスクロール 通路、５はスクロール通路４の入口部、６はタービンロータ２を通過した排気の 出口部、７はタービンロータ２の周囲に位置するように配設された複数の可変翼 である。

【００１２】 タービンハウジング１はタービンロータ２の背面側に位置するフランジプレー ト８を介して軸受ハウジング３に固定されており、このフランジプレート８に設 けられた軸受部９に、一端に上記可変翼７を固定した回転軸１０が回転自由に支 持されている。

【００１３】 図２に示したように各回転軸１０の他端部には半径方向外側向きにアーム１１ が取り付けられており、各アーム１１の揺動端部は、フランジプレート８の背面 側にタービン軸線に対して略同軸的に設けられた環状のリンケージ１２を介して 相互に連結されている。このリンケージ１２はその外周方向に延設されたアーム １３を介してアクチュエータ１４のロッド１５に連結している。

【００１４】 アクチュエータ１４はそのハウジング１６の内部がロールソック１７を介して 第１室１８と第２室１９とに画成されており、ロールソック１７を保持したプレ ート２０には上記ロッド１５が固定されると共にその背面側の第１室１８に介装 されたスプリング２１を介してロッド１５を伸び出す方向に付勢している。

【００１５】 各可変翼７は図２に示したように長手方向中央部よりもやや後方の部分にて回 転軸１０に支持されている。この可変翼７はアクチュエータ１４のスプリング２ １によりロッド１５が伸び出した状態においてはリンケージ１２が図上時計方向 に回転した位置にあることから、これに伴いタービン入口部５からの排気流に対 して小さい仰角を取る閉じ位置（図３に想像線にて示した位置）となっており、 タービンロータ２への排気通路面積が小さい小容量状態となっている。これに対 して、アクチュエータ１４のロッド１５が退避するとリンケージ１２が反時計方 向に回動し、これに伴って各可変翼７が大きな仰角を取る位置（同じく実線にて 示した位置）となってタービンロータ２への排気通路面積が大きい大容量状態と なる。

【００１６】 タービンハウジング１の、フランジプレート８に対向する壁面には、可変翼７ の側面部分、この場合回転軸１０よりも前方のほぼ翼端に近い部分にて開閉され るバイパス通路２２が形成されている。このバイパス通路２２の開口部２３は、 図３に示したように可変翼７の開度が小さい小容量の状態では可変翼７の側面部 分にて遮蔽されているが、可変翼７の開度がある程度増大すると開口し、可変翼 ７が全開状態の最大容量時にはバイパス通路２２の開口面積も最大となる。

【００１７】 バイパス通路２２は、タービンロータ２を迂回してスクロール通路４を排気出 口部６に連通するものであるが、この場合図１に示したようにタービンハウジン グ１に前記出口部６を包囲するように環状通路部２４を形成し、該環状通路部２ ４を介してスクロール通路４と出口部６とを連通するようにしている。

【００１８】 図４は上記アクチュエータ１４を介してタービン容量を可変制御する制御装置 の一例を示したもので、図中３０は機関本体、３１は排気通路、３２は吸気通路 、３３はターボ過給機のコンプレッサ、３４はコンプレッサ３３の下流に位置し て吸気通路３２の途中に介装された絞り弁である。

【００１９】 アクチュエータ１４の第１室１８は第１通路３５を介して吸気通路３２の絞り 弁３４よりも下流側の部分に、第２室１９は第２通路３６を介して吸気通路３２ のコンプレッサ３３と絞り弁３４との間の部分に、それぞれ連通されている。

【００２０】 第１通路３５の途中にはアクチュエータ１４の第１室に対して吸気管負圧また は大気圧を選択的に切換供給する電磁弁３７が介装されている。この電磁弁３７ は絞り弁３４に設けられた開度センサ３８からの信号に基づいてコントロールユ ニット３９により制御される。

【００２１】 次に、コントロールユニット３９による電磁弁３７の制御とタービン容量との 関係を図５に示した制御特性線図を参照しながら説明する。

【００２２】 まず、絞り弁３４の開度が小さい低負荷運転領域ではコントロールユニット３ ９は電磁弁３７を開き第１通路３５を介してアクチュエータ１４の第１室１８に 吸気管負圧を導入する。これによりアクチュエータ１４はスプリング２１に抗し てロッド１５を退避させるので、可変翼７は全開状態となっている。これにより バイパス通路２２も全開となるので、排気の一部はタービンロータ２を迂回して 出口部６側へと流される。このため排圧の上昇を回避して機関を効率よく運転す ることができる。

【００２３】 このような低負荷運転状態から加速要求によって絞り弁３４が開かれると、コ ントロールユニット３９はそのときの絞り弁３４の開度変化率（時間当たりの開 度増加量）の大小に応じて次のように電磁弁３７を制御する。

【００２４】 すなわち、絞り弁３４の開度変化率が小さい緩加速条件の場合は電磁弁３７を 開いて吸気管負圧をアクチュエータ１４の第１室１８に導入、つまり上述した低 負荷時の制御を維持する。このときのアクチュエータ１４の位置は、絞り弁３４ 下流の吸気管負圧と、第２室１９に導入される上流側の圧力（過給が開始される まではほぼ大気圧）との圧力差とスプリング２１の張力とのバランスに基づいて 制御される。この場合、絞り弁３４の開度が増すほど吸気管負圧が減少すると共 に過給圧が上昇するので、負荷が増すほど可変翼７の開度（仰角）は減少方向と なり、タービン容量としては負荷に対応して増大する。したがって機関の負荷状 態に応じたタービン容量が得られる。これは機関運転域としては図５のノズル制 御領域（１）に相当する。

【００２５】 これに対して、低負荷状態から急激に絞り弁３４の開度が増大する急加速時に は、コントロールユニット３９は電磁弁３７を切り換えてアクチュエータ１４の 第１室１８に大気を導入する。これに伴いアクチュエータ１４はスプリング２１ の張力に基づきロッド１５を押し出すので、可変翼７はただちに全閉位置へと駆 動される。これにより実質のタービン容量が小さくなるため加速の当初において 速やかにタービン回転及び過給圧が上昇し、加速要求に対して応答よく過給が開 始される。このようにして過給が開始されると、アクチュエータ１４の第２室１ ９に導入される過給圧がスプリング２１に対抗してロッド１５を退避させるため 、過給圧の増大に伴って可変翼７が開き方向に回動して、次第にタービン容量を 増大させてゆく。これは機関運転域としては図５のノズル制御領域（２）に相当 する。

【００２６】 そして、過給圧がある程度以上の高負荷運転状態となると、アクチュエータ１ ４の第２室１９に導入される過給圧に基づいて可変翼７が全開状態となるので、 タービン容量はそれ以上には増大しないが、可変翼７の開度がある所定量以上と なると上述したようにバイパス通路２２が開き始めるので、余剰の排気はこのバ イパス通路２２を介してタービンロータ２の下流側へと逃がされ、したがって過 給圧は適度に抑制されることになる。

【００２７】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によれば、タービンロータの外周に設けた可変翼の 開度に基づいてタービン容量を制御するように図る一方で、可変翼の側面に臨む ようにバイパス通路を設けて、可変翼の開度が増大する高流量域にこのバイパス 通路を開いて排気バイパスを行うようにしたので、タービン効率の悪化や大型化 を招来することなく広範囲の機関運転条件に対応することができ、しかも排気バ イパスのためのバルブ装置やアクチュエータが不要であるので、効率のよい可変 容量型ターボ過給機を低コストで提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の縦断面図。

【図２】図１のＡ矢示図。

【図３】図１のＩ−Ｉ断面図。

【図４】容量制御装置を含む実施例の概略構成図。

【図５】実施例の制御特性を機関運転領域との関係にお
いて示した制御特性線図。

【符号の説明】

２ タービンロータ ４ スクロール通路 ６ タービンの排気出口部 ７ 可変翼 １４ アクチュエータ ２２ バイパス通路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 タービンロータ外周のスクロール通路内
   に可変翼を設けたターボ過給機において、前記スクロー
   ル通路とタービン下流の排気通路部とをタービンロータ
   を迂回して連通するバイパス通路を、その開口部が前記
   可変翼の側面に臨み、該可変翼の容量増大方向への作動
   に伴い開口面積が増大する位置に形成したことを特徴と
   する可変容量型ターボ過給機。