WO2024201989A1 - ダブルスクロールタービン、および、ターボチャージャ - Google Patents

ダブルスクロールタービン、および、ターボチャージャ Download PDF

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WO2024201989A1 PCT/JP2023/013507 JP2023013507W WO2024201989A1 WO 2024201989 A1 WO2024201989 A1 WO 2024201989A1 JP 2023013507 W JP2023013507 W JP 2023013507W WO 2024201989 A1 WO2024201989 A1 WO 2024201989A1
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passage
closing plate
turbine
axis
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邦弘 冨川
徹 星
隆雄 横山
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Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
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    • F02B37/02—Gas passages between engine outlet and pump drive, e.g. reservoirs
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    • F02B37/183—Arrangements of bypass valves or actuators therefor
    • F02B37/186—Arrangements of actuators or linkage for bypass valves

Definitions

  • This disclosure relates to a double scroll turbine in which two scroll passages are formed, and a turbocharger.
  • double scroll turbines have been known that have a communication passage that connects two scroll passages, and a bypass passage that connects the communication passage and the exhaust gas passage.
  • the double scroll turbine disclosed in Patent Document 1 has a flap-type valve for opening and closing the communication passage and the bypass passage.
  • a single valve body opens and closes the communicating flow passage and the bypass flow passage, which may make it difficult to freely open and close these two flow passages.
  • the valve body opens the communicating flow passage, there is a risk that the bypass flow passage will also be inevitably opened. Therefore, when the valve is opened to allow exhaust gas to flow into the communicating flow passage, exhaust gas will also flow into the bypass flow passage, reducing turbine efficiency.
  • the communicating flow passage will be slightly opened.
  • the objective of this disclosure is to provide a double scroll turbine and turbocharger that can freely open and close the communication flow passage and bypass flow passage.
  • a double scroll turbine includes: A double scroll turbine including a turbine housing having two double scroll type scroll passages configured to guide exhaust gas to a turbine wheel and an exhaust passage for exhausting the exhaust gas that has passed through the turbine wheel,
  • the turbine housing includes: a communication passage wall defining a communication passage that communicates the two scroll passages with each other; a bypass flow passage wall that defines a bypass flow passage for directing the exhaust gas flowing through the communication flow passage to the exhaust flow passage, bypassing the turbine wheel; an outlet port is formed in the communication passage wall to guide the exhaust gas flowing through the communication passage to the bypass passage;
  • the double scroll turbine further comprises a valve device.
  • the valve device is A valve rod extending across the communication flow passage, the valve rod being provided such that an axis thereof passes through the outlet; A first opening/closing plate attached to the valve rod so as to extend along the axis, the first opening/closing plate for opening and closing the communication passage in association with rotation of the valve rod; and a second opening and closing plate extending in a direction intersecting the axis and attached to the valve rod on the outlet side relative to the first opening and closing plate, the second opening and closing plate opening and closing the bypass flow path in association with rotation of the valve rod.
  • a turbocharger includes: A rotation axis; the double scroll turbine including the turbine wheel connected to one end of the rotary shaft; and a compressor including a compressor wheel connected to the other end of the rotating shaft.
  • This disclosure provides a double scroll turbine and turbocharger that can freely open and close the communication flow path and bypass flow path.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a turbocharger according to an embodiment.
  • 1 is a schematic diagram of a turbine according to an embodiment
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a turbine housing according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a valve arrangement according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of an opposing plate according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic view of a second opening and closing plate according to an embodiment.
  • 11A to 11C are schematic diagrams illustrating an opening process of a communication channel according to an embodiment.
  • 7B is a schematic diagram showing the process of opening the communication flow path following FIG. 7A. 7B is a schematic diagram showing the process of opening the communication channel.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a turbine according to an embodiment
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a turbine housing according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a valve arrangement according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of an
  • FIG. 7D is a schematic diagram showing the process of opening the communication channel, subsequent to FIG. 7C.
  • FIG. 11A to 11C are schematic diagrams illustrating an opening process of a passage port according to an embodiment.
  • 8B is a schematic diagram showing the process of opening the passage port following FIG. 8A.
  • FIG. 8C is a schematic diagram showing the process of opening the passage port, following FIG. 8B.
  • 8D is a schematic diagram showing the process of opening the passage port, following FIG. 8C.
  • expressions indicating that things are in an equal state such as “identical,””equal,” and “homogeneous,” not only indicate a state of strict equality, but also indicate a state in which there is a tolerance or a difference to the extent that the same function is obtained.
  • expressions describing shapes such as a rectangular shape or a cylindrical shape do not only represent rectangular shapes or cylindrical shapes in the strict geometric sense, but also represent shapes that include uneven portions, chamfered portions, etc., to the extent that the same effect can be obtained.
  • the expressions “comprise”, “include”, or “have” a certain element are not exclusive expressions excluding the presence of other elements.
  • the same components are denoted by the same reference numerals and the description thereof may be omitted.
  • ⁇ Overall configuration of turbocharger 1> 1 is a schematic diagram showing a turbocharger 1 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the turbocharger 1 of this example is mounted on an engine 12 that may be applied to, for example, an automobile.
  • the turbocharger 1 includes a rotating shaft 3, a double scroll turbine 5 including a turbine wheel 9 connected to one end 3A of the rotating shaft 3, and a compressor 8 including a compressor wheel 6 connected to the other end 3B of the rotating shaft 3.
  • the double scroll turbine 5 may simply be referred to as the "turbine 5."
  • the direction in which the central axis C of the rotating shaft 3 extends may be referred to as the “turbine axial direction,” and the radial and circumferential directions based on the central axis C may be referred to as the “turbine radial direction” and the “turbine circumferential direction,” respectively.
  • the outer side of the turbine radial direction is the side moving away from the central axis C
  • the inner side of the turbine radial direction is the side moving closer to the central axis C.
  • the compressor 8 further includes a compressor housing 7 that houses a compressor wheel 6. Air taken in through an intake port 101 formed in the compressor housing 7 is compressed by the compressor wheel 6 and sent to the engine 12.
  • the turbine 5 further includes a double-scroll type turbine housing 10 that houses a turbine wheel 9. The turbine wheel 9 rotates together with the rotating shaft 3 using exhaust gas discharged from the engine 12 as a working medium. The exhaust gas that passes through the turbine wheel 9 is discharged from an exhaust port 102 formed in the turbine housing 10.
  • ⁇ Turbine housing 10> 2 is a schematic diagram of the turbine 5 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the turbine housing 10 is formed with two scroll passages 11 for guiding exhaust gas to the turbine wheel 9.
  • the two scroll passages 11 are arranged in the same range in the turbine axial direction, and are configured to supply exhaust gas to the turbine wheel 9 in different ranges in the turbine circumferential direction.
  • the turbine housing 10 is also formed with an exhaust passage 19 (see FIG. 1) for discharging exhaust gas that has passed through the turbine wheel 9 to the outside of the system.
  • the exhaust passage 19 in this example extends along the turbine axial direction, and the exhaust gas that has passed through the turbine wheel 9 is discharged from an exhaust port 102 via the exhaust passage 19.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a turbine housing 10 according to one embodiment of the present disclosure, in which the turbine wheel 9 is shown diagrammatically.
  • the turbine housing 10 includes a communication passage wall 28 that defines a communication passage 18 that connects the two scroll passages 11 to each other, and a bypass passage wall 25 that defines a bypass passage 15 for directing exhaust gas flowing through the communication passage 18 to the exhaust passage 19, bypassing the turbine wheel 9.
  • Both ends of the communicating passage wall 28 are connected to the communicating ports 11A (see FIG. 2) formed in the two scroll passages 11.
  • an outlet 41 for guiding the exhaust gas flowing through the communicating passage 18 to the bypass passage 15 is formed in the communicating passage wall 28.
  • the outlet 41 is located between the two communicating ports 11A and is located closer to the exhaust passage 19 than the turbine wheel 9. In this example, the outlet 41 penetrates the communicating passage wall 28 along the turbine radial direction.
  • the turbine 5 further includes a valve device 30 configured to open and close each of the communication passage 18 and the bypass passage 15.
  • the valve device 30 includes a valve rod 35 extending across the communication passage 18, a first opening and closing plate 31 attached to the valve rod 35, and a second opening and closing plate 32 attached to the valve rod 35 on the outlet 41 side of the first opening and closing plate 31. Both the first opening and closing plate 31 and the second opening and closing plate 32 are configured to rotate integrally with the valve rod 35.
  • the valve rod 35 in this example has a first end 351 located on the opposite side of the communication passage 18 from the outlet 41, a second end 352 located on the outlet 41 side of the communication passage 18, and an extension 353 extending between the first end 351 and the second end 352. Both the first end 351 and the second end 352 are disposed outside the communication passage wall 28.
  • the axis S of the valve rod 35 thus configured is substantially perpendicular to the communication passage center line 18A, which is the flow passage center line of the communication passage 18, and passes through the communication passage 18 and the outlet 41.
  • the first opening and closing plate 31 attached to the extension portion 353 of the valve rod 35 extends along the axis S.
  • the first opening and closing plate 31 is configured to open and close the communication passage 18 as the valve rod 35 rotates. More specifically, the first opening and closing plate 31 is configured to rotate between a first closed position (see FIG. 7A) in which the first opening and closing plate 31 closes the communication passage 18 in a position extending perpendicular to the communication passage center line 18A, and a first open position (see FIG. 7D) in which the first opening and closing plate 31 opens the communication passage 18 in a position extending parallel to the communication passage center line 18A. The first opening and closing plate 31 fully closes the communication passage 18 in the first closed position, and fully opens the communication passage 18 in the first open position.
  • the second opening/closing plate 32 attached to the second end 352 of the valve rod 35 extends so as to intersect with the axis S, and is formed separately from the first opening/closing plate 31.
  • the second opening/closing plate 32 is configured to open and close the bypass flow passage 15 in accordance with the rotation of the valve rod 35. More specifically, the second opening/closing plate 32 is configured to switch between a closed state (see FIGS. 8A and 8B) in which the bypass flow passage 15 is closed, and an open state (see FIGS. 8C and 8D) in which the bypass flow passage 15 is opened.
  • FIGS. 8A and 8B a closed state in which the bypass flow passage 15 is closed
  • an open state see FIGS. 8C and 8D
  • the second opening/closing plate 32 extends so as to be substantially perpendicular to the axis S.
  • the first opening/closing plate 31 and the second opening/closing plate 32 for opening and closing the communication passage 18 and the bypass passage 15, respectively, are constructed separately from each other, thereby realizing a turbine 5 that can freely open and close the communication passage 18 and the bypass passage 15.
  • whether or not to open and close the bypass passage 15 at the timing of opening the communication passage 18 can be freely adjusted at the design stage of the turbine 5.
  • the axial direction of the axis S of the valve rod 35 may be simply referred to as the "axial direction.”
  • the radial direction and circumferential direction based on the axis S may be simply referred to as the "radial direction” and the “circumferential direction,” respectively.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a valve device 30 according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 5 is a schematic diagram of an opposing plate 33 according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a second opening/closing plate 32 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the turbine 5 further includes an opposing plate 33 that faces the second opening/closing plate 32 from the upstream side in the flow direction of the bypass flow passage 15.
  • the opposing plate 33 formed in a circular shape is configured separately from the turbine housing 10 and is fixed to the inner surface of the turbine housing 10, for example, by welding.
  • the outer peripheral surface 339 of the opposing plate 33 is fixed to the inner surface of the communicating flow passage wall 28 that defines the outlet 41.
  • the opposing plate 33 also defines a passage port 36 through which the exhaust gas passes.
  • the passage port 36 is a hole that is open in the axial direction.
  • a pair of passage ports 36 are formed in the opposing plate 33 as openings.
  • the opposing plate 33 includes a pair of main body parts 39 and a pair of connecting parts 34.
  • Each of the pair of main body parts 39 formed symmetrically with respect to the axis S has a fan-shaped shape based on the axis S.
  • the connecting part 34 extends in the circumferential direction and is connected to the radially outer end parts of the pair of main body parts 39.
  • the passage port 36 is defined by an end face 391 in the circumferential direction of the main body part 39 and an inner peripheral surface 341 of the connecting part 34.
  • the pair of passage ports 36 are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
  • Each of the passage ports 36 has a fan-shaped shape centered on the axis S.
  • a valve rod 35 is inserted into a central hole formed in the center of the opposing plate 33.
  • the opposing plate 33 may be formed with a single passage opening 36 as a through hole (not shown).
  • the second opening and closing plate 32 has an outer peripheral surface 27 facing radially outward.
  • the outer peripheral surface 27 extends parallel to the circumferential direction, and the second opening and closing plate 32 has a sector shape centered on the axis S.
  • the diameter of the outer peripheral surface 27 is larger than the diameter of the inner peripheral surface 341 of the opposing plate 33.
  • the maximum distance from the axis S of the valve rod 35 to the outer peripheral surface 27 is expressed as the dimension L1.
  • the second opening and closing plate 32 defines an opening 29.
  • the opening 29 is located in an inner region R1 of a first virtual circle 91 centered on the axis S and having a radius of the dimension L1.
  • FIG. 1 the example of FIG.
  • the opening 29 is defined by an end surface 321 in the circumferential direction of the second opening and closing plate 32, in other words, a plurality of second opening and closing plates 32 are arranged in the circumferential direction with the openings 29 spaced apart.
  • a pair of second opening and closing plates 32 are arranged, and a pair of openings 29 are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
  • the central angle ( ⁇ 1) of the sector-shaped second opening/closing plate 32 is larger than the central angle ( ⁇ 2) of the sector-shaped passage opening 36 .
  • the openings 29 may be formed as through holes in a single second opening/closing plate 32 (not shown). In this case, the openings 29 are defined by the openings formed in the second opening/closing plate 32.
  • the number of openings 29 does not have to be the same as the number of passage openings 36, and the numbers of both may be different from each other.
  • the second opening/closing plate 32 in this example is configured to open and close the bypass flow passage 15 by opening and closing the passage opening 36.
  • the second opening/closing plate 32 is configured to rotate between a second closed position (see FIG. 8A) which is one end of the movable range and a second open position (see FIG. 8D) which is the other end of the movable range.
  • a second closed position see FIG. 8A
  • a second open position see FIG. 8D
  • the passage opening 36 maintains a state of being closed by the second opening/closing plate 32 (see FIG. 8B).
  • the opening 29 faces a part of the passage opening 36 in the axial direction (see FIG. 8C), and when the second opening/closing plate 32 reaches the second open position, the passage opening 36 is fully opened (see FIG. 8D).
  • the position of the opening 29 defined by the second opening/closing plate 32 changes with the rotation of the valve rod 35, making it possible for the second opening/closing plate 32 to open and close the bypass flow passage 15.
  • Whether the timing for opening and closing the communication flow passage 18 and the timing for opening and closing the bypass flow passage 15 are made to coincide or differ can be freely adjusted according to the shape of the second opening/closing plate 32, which is determined at the design stage of the turbine 5. This allows the communication flow passage 18 and the bypass flow passage 15 to be opened and closed with even more freedom.
  • bypass flow passage 15 can be opened and closed simply by determining whether or not the opening 29 defined by the second opening/closing plate 32 faces the passage port 36, the structure of the valve device 30 can be simplified.
  • the amount of rotation of the second opening/closing plate 32 required to open and close the bypass flow passage 15 can be reduced compared to a case in which the number of openings 29 is less than the number of passage openings 36. This allows the bypass flow passage 15 to be opened and closed quickly.
  • FIGS. 7A to 7D are schematic diagrams showing an opening process of the communication flow passage 18 according to an embodiment of the present disclosure
  • FIGS. 8A to 8D are schematic diagrams showing an opening process of the passage port 36 according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIGS. 7A and 8A show the state of the valve device 30 at the same time
  • FIGS. 7B and 8B show the state of the valve device 30 at the same time.
  • the same relationship is established between FIGS. 7C and 8C, and between FIGS. 7D and 8D.
  • the radius of the second opening and closing plate 32 is illustrated to be larger than the radius of the opposing plate 33 for ease of viewing the drawings, but the second opening and closing plate 32 and the opposing plate 33 may have the same radius.
  • the first opening and closing plate 31 rotates from the first open position in accordance with the rotation of the valve rod 35, and starts to open the communication flow path 18.
  • the second opening and closing plate 32 also rotates from the second open position toward the second closed position, but since the central angle of the second opening and closing plate 32 is larger than the central angle of the passage port 36, the opening 29 remains shifted in the circumferential direction from the passage port 36. In other words, the second opening and closing plate 32 maintains the closed state.
  • the first opening/closing plate 31 further rotates to further open the communication flow passage 18. That is, the opening of the communication flow passage 18 gradually increases. At this time, as shown in Fig.
  • the opening 29 faces a part of the passage port 36 in the axial direction, and the second opening/closing plate 32 switches from the closed state to the open state.
  • the communication flow path 18 is fully opened.
  • the opening degree of the passage port 36 gradually increases. In other words, the opening degree of the bypass flow path 15 gradually increases.
  • the opening 29 faces the entire passage port 36 in the axial direction, and the second opening/closing plate 32 fully opens the passage port 36. In other words, the bypass flow path 15 is fully opened.
  • the second opening/closing plate 32 can maintain a closed state (see FIG. 8B). Furthermore, when the first opening/closing plate 31 fully opens the communication flow path 18 (see FIG. 7D), the second opening/closing plate 32 can also fully open the bypass flow path 15 (see FIG. 8D).
  • the axis S of the valve rod 35 passes through an inner region R2 of the second virtual circle 92.
  • the second virtual circle 92 is a virtual circle centered on the central axis C and having a diameter equal to or smaller than the outer diameter (diameter) of the turbine wheel 9.
  • the diameter of the second virtual circle 92 may be, for example, 10% or more and 75% or less, or 10% or more and 50% or less of the outer diameter of the turbine wheel 9.
  • the ratio may be 10% or more and 25% or less.
  • the axis S in this example passes through the central axis C when viewed along the turbine axial direction.
  • the two communication ports 11A (see FIG. 2) connected to both ends of the communication passage 18 are disposed at different positions in the turbine radial direction.
  • the exhaust port 41 discharges the exhaust gas toward the central axis C of the turbine wheel 9, so the length of the bypass flow path 15 for guiding the exhaust gas to the exhaust flow path 19 can be shortened. This simplifies the configuration of the turbine housing 10.
  • valve device 30 further includes an actuator 37 for driving the valve rod 35, and a connecting rod 38 connecting the actuator 37 to a first end 351 (see Fig. 3) of the valve rod 35.
  • the actuator 37 is fixed to the compressor housing 7.
  • the connecting rod 38 extends along the turbine axial direction and is configured to transmit the driving force of the actuator 37 to the valve rod 35.
  • the valve rod 35 rotates in response to the driving of the actuator 37, thereby enabling the valve device 30 to open and close each of the communication passage 18 and the bypass passage 15.
  • the actuator 37 is disposed in the compressor housing 7, rather than in the turbine housing 10, which is relatively prone to high temperatures, and this prevents the temperature of the actuator 37 and the connecting rod 38 from rising. This prevents the valve rod 35 from being thermally deformed, and therefore prevents the axis S of the valve rod 35 from shifting from the desired position.
  • a double scroll turbine including a turbine housing (10) having two double scroll type scroll passages (11) configured to guide exhaust gas to a turbine wheel (9) and an exhaust passage (19) for exhausting the exhaust gas that has passed through the turbine wheel
  • the turbine housing includes: a communication passage wall (28) defining a communication passage (18) that communicates the two scroll passages with each other; a bypass flow passage wall (25) defining a bypass flow passage (15) for directing the exhaust gas flowing through the communication flow passage to the exhaust flow passage, bypassing the turbine wheel;
  • An outlet (41) is formed in the communication flow passage wall to guide the exhaust gas flowing through the communication flow passage to the bypass flow passage,
  • the double scroll turbine further comprises a valve device (30);
  • the valve device is A valve rod (35) extending across the communication flow passage, the axis (S) of the valve rod being provided so as to pass through the outlet;
  • the first and second opening/closing plates for opening and closing the communicating passage and the bypass passage, respectively are configured separately from each other, realizing a double scroll turbine with improved freedom in opening and closing the communicating passage and the bypass passage.
  • whether or not to open and close the bypass passage at the timing of opening the communicating passage can be freely adjusted at the design stage of the double scroll turbine.
  • the second opening/closing plate defines an opening (29) located in an inner region (R1) of a first virtual circle (91) having a center on the axis and a radius equal to a maximum distance from the axis to an outer circumferential surface (27) of the second opening/closing plate,
  • the second opening/closing plate is configured to switch, in association with rotation of the valve stem, between an open state in which the communication passage and the bypass passage are connected via the opening, and a closed state in which the bypass passage is closed.
  • the position of the opening defined by the second opening/closing plate changes with the rotation of the valve stem, making it possible for the second opening/closing plate to open and close the bypass flow passage.
  • Whether the timing for opening and closing the communication flow passage and the timing for opening and closing the bypass flow passage are made to coincide or differ can be freely adjusted according to the shape of the second opening/closing plate, which is determined at the design stage of the double scroll turbine. This allows the communication flow passage and the bypass flow passage to be opened and closed even more freely.
  • the bypass passage is provided with an opposing plate (33) that faces the second opening/closing plate from the upstream side in the flow direction of the bypass passage and defines a passage opening (36) through which the exhaust gas passes, 3.
  • the second opening/closing plate is configured to open the bypass passage by facing the opening to the passage port and to close the bypass passage by shifting the opening from the passage port.
  • the configuration of 3) above provides an opposing plate that is separate from the turbine housing, making it possible to avoid making the shape of the turbine housing more complicated.
  • the bypass flow path can be opened and closed simply by determining whether or not the opening defined by the second opening and closing plate faces the passage port, simplifying the configuration of the valve device.
  • the double scroll turbine described in 3) above The passage openings are arranged at intervals in a circumferential direction based on the axis.
  • the configuration of 4) above provides multiple passage openings, dispersing the locations through which the exhaust gas passes on the opposing plate, preventing excessive temperature rise in specific areas of the opposing plate.
  • the double scroll turbine described in 4) above The plurality of passage openings are disposed at equal intervals in the circumferential direction, The openings defined by the second opening/closing plate are spaced apart in the circumferential direction and the number of the openings is the same as the number of the plurality of passage ports and are disposed at equal intervals.
  • the configuration of 5) above makes it possible to reduce the amount of rotation of the second opening/closing plate required to open and close the bypass flow path, compared to when the number of openings is less than the number of passage ports. This allows the bypass flow path to be opened and closed quickly.
  • the double scroll turbine according to any one of 1) to 5) above, When viewed along the axial direction of the turbine wheel (turbine axial direction), the axis of the valve rod passes through an inner region (R2) of a second imaginary circle (92) whose diameter, centered on the central axis (C) of the turbine wheel, is equal to or smaller than the outer diameter of the turbine wheel.
  • a turbocharger (1) according to at least one embodiment of the present disclosure, A rotation axis (3), A double scroll turbine (5) according to any one of 1) to 5) above, including the turbine wheel (9) connected to one end (3A) of the rotating shaft; and a compressor (8) including a compressor wheel (6) connected to the other end (3B) of the rotating shaft.
  • the compressor further includes a compressor housing (7) that houses the compressor wheel;
  • the valve device is an actuator (37) for driving the valve stem; a connecting rod (38) connected to the actuator and the valve stem, the connecting rod being configured to transmit a driving force of the actuator to the valve stem; Further comprising:
  • the actuator is disposed in the compressor housing.
  • the configuration of 8) above prevents temperature rises in the actuator and connecting rod because the actuator is located in the compressor housing rather than in the turbine housing, which is prone to becoming hotter. This prevents thermal deformation of the valve rod 35, and prevents the axis of the valve rod from shifting from the desired position.

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Abstract

ダブルスクロールタービンはバルブ装置を備える。バルブ装置は、連通流路を横切るように延在する弁棒であって、軸線が導出口を通過するように設けられる弁棒と、軸線に沿って延在するように弁棒に取り付けられる第１開閉板であって、弁棒の回転に伴って連通流路を開閉するための第１開閉板と、軸線と交差する方向に延在すると共に第１開閉板よりも導出口側で弁棒に取り付けられる第２開閉板であって、弁棒の回転に伴ってバイパス流路を開閉するための第２開閉板とを含む。

Description

ダブルスクロールタービン、および、ターボチャージャ
　本開示は、２つのスクロール流路が形成されるダブルスクロールタービン、および、ターボチャージャに関する。
　従来、２つのスクロール流路を連通させる連通流路と、連通流路および排ガス流路に接続するバイパス流路とが形成されるダブルスクロールタービンが知られている。例えば、特許文献１に開示のダブルスクロールタービンは、連通流路およびバイパス流路を開閉するためのフラップ型バルブを備えている。
ドイツ特許第ＤＥ１０２０１３００２８９４号公報
　特許文献１のダブルスクロールタービンでは、単一の弁体でもって連通流路とバイパス流路とを開閉するので、これら２つの流路の開閉を自在に行うことが困難となる虞がある。具体的な一例を挙げると、弁体が連通流路を開放するときには、バイパス流路も不可避的に開放されてしまう虞がある。従って、排ガスを連通流路に流すためにバルブを開放する場合に、バイパス流路にも排ガスが流れ、タービン効率が低下してしまう。別の例を挙げると、弁体が連通流路とバイパス流路とを閉止する位置に配置されていても、連通流路が若干開放されてしまう虞もある。
　本開示の目的は、連通流路およびバイパス流路を自在に開閉できるダブルスクロールタービン、および、ターボチャージャを提供することである。
　本開示の少なくとも一実施形態に係るダブルスクロールタービンは、
　タービンホイールに排ガスを導くように構成されたダブルスクロール型の２つのスクロール流路と、前記タービンホイールを通過した前記排ガスを排出するための排出流路とが形成されたタービンハウジングを備えるダブルスクロールタービンであって、
　前記タービンハウジングは、
　　前記２つのスクロール流路を互いに連通させる連通流路を画定する連通流路壁と、
　　前記連通流路を流れる前記排ガスを、前記タービンホイールを迂回して前記排出流路に導くためのバイパス流路を画定するバイパス流路壁と
を含み、
　前記連通流路壁には、前記連通流路を流れる前記排ガスを前記バイパス流路に導く導出口が形成されており、
　前記ダブルスクロールタービンは、バルブ装置をさらに備え、
　前記バルブ装置は、
　　前記連通流路を横切るように延在する弁棒であって、軸線が前記導出口を通過するように設けられる弁棒と、
　　前記軸線に沿って延在するように前記弁棒に取り付けられる第１開閉板であって、前記弁棒の回転に伴って前記連通流路を開閉するための第１開閉板と、
　　前記軸線と交差する方向に延在すると共に前記第１開閉板よりも前記導出口側で前記弁棒に取り付けられる第２開閉板であって、前記弁棒の回転に伴って前記バイパス流路を開閉するための第２開閉板と
を含む。
　本開示の少なくとも一実施形態に係るターボチャージャは、
　回転軸と、
　前記回転軸の一端部に連結される前記タービンホイールを含む上記のダブルスクロールタービンと、
　前記回転軸の他端部に連結されるコンプレッサホイールを含むコンプレッサと
を備える。
　本開示によれば、連通流路およびバイパス流路を自在に開閉できるダブルスクロールタービン、および、ターボチャージャを提供できる。
一実施形態に係るターボチャージャの概略図である。 一実施形態に係るタービンの概略図である。 一実施形態に係るタービンハウジングの概略図である。 一実施形態に係るバルブ装置の概略図である。 一実施形態に係る対向板の概略図である。 一実施形態に係る第２開閉板の概略図である。 一実施形態に係る連通流路の開放過程を示す概略図である。 図７Ａに続く、連通流路の開放過程を示す概略図である。 図７Ｂに続く、連通流路の開放過程を示す概略図である。 図７Ｃに続く、連通流路の開放過程を示す概略図である。 一実施形態に係る通過口の開放過程を示す概略図である。 図８Ａに続く、通過口の開放過程を示す概略図である。 図８Ｂに続く、通過口の開放過程を示す概略図である。 図８Ｃに続く、通過口の開放過程を示す概略図である。
　以下、添付図面を参照して本開示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ている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、本開示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、一の構成要素を「備える」、「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。
　なお、同様の構成については同じ符号を付し説明を省略することがある。
＜ターボチャージャ１の全体構成＞
　図１は、本開示の一実施形態に係るターボチャージャ１を示す概略図である。本例のターボチャージャ１は、例えば自動車に適用されてもよいエンジン１２に搭載されている。ターボチャージャ１は、回転軸３と、回転軸３の一端部３Ａに連結されるタービンホイール９を含むダブルスクロールタービン５と、回転軸３の他端部３Ｂに連結されるコンプレッサホイール６を含むコンプレッサ８とを備えている。
　以下の説明では、ダブルスクロールタービン５を単に「タービン５」という場合がある。さらに、回転軸３の中心軸線Ｃが延在する方向を「タービン軸方向」といい、中心軸線Ｃを基準とした径方向および周方向をそれぞれ「タービン径方向」および「タービン周方向」という場合がある。タービン径方向の外側は中心軸線Ｃから遠ざかる方向側であり、タービン径方向の内側は中心軸線Ｃに近づく方向側である。
　コンプレッサ８は、コンプレッサホイール６を収容するコンプレッサハウジング７をさらに含む。コンプレッサハウジング７に形成される吸気口１０１から取り込まれた空気は、コンプレッサホイール６によって圧縮されて、エンジン１２に送出されるようになっている。タービン５は、タービンホイール９を収容するダブルスクロール型のタービンハウジング１０をさらに含む。タービンホイール９は、エンジン１２から排出される排ガスを作動媒体として回転軸３と共に回転するようになっている。タービンホイール９を通過した排ガスは、タービンハウジング１０に形成される排気口１０２から排出されるようになっている。
＜タービンハウジング１０＞
　図２は、本開示の一実施形態に係るタービン５の概略図である。タービンハウジング１０には、排ガスをタービンホイール９に導くための２つのスクロール流路１１が形成されている。２つのスクロール流路１１は、タービン軸方向において互いに同じ範囲に配置されており、なおかつ、タービン周方向において互いに異なる範囲でタービンホイール９に排ガスを供給するように構成されている。また、タービンハウジング１０には、タービンホイール９を通過した排ガスを系外に排出するための排出流路１９（図１参照）が形成されている。本例の排出流路１９はタービン軸方向に沿って延在しており、タービンホイール９を通過した排ガスは排出流路１９を経由して排気口１０２から排出されるようになっている。
　図３は、本開示の一実施形態に係るタービンハウジング１０の概略図であり、タービンホイール９は概略的に図示されている。タービンハウジング１０は、２つのスクロール流路１１を互いに連通させる連通流路１８を画定する連通流路壁２８と、連通流路１８を流れる排ガスを、タービンホイール９を迂回して排出流路１９に導くためのバイパス流路１５を画定するバイパス流路壁２５とを備える。
　連通流路壁２８の両端部は、２つのスクロール流路１１に形成された連通口１１Ａ（図２参照）にそれぞれ接続されている。また、連通流路１８を流れる排ガスをバイパス流路１５に導くための導出口４１が連通流路壁２８には形成されている。導出口４１は、２つの連通口１１Ａの間に位置すると共に、タービンホイール９よりも排出流路１９側に位置している。本例の導出口４１はタービン径方向に沿って連通流路壁２８を貫通している。
＜バルブ装置３０＞
　図３に示すように、タービン５は、連通流路１８とバイパス流路１５の各々を開閉するように構成されたバルブ装置３０をさらに備える。バルブ装置３０は、連通流路１８を横切るようにして延在する弁棒３５と、弁棒３５に取り付けられる第１開閉板３１と、第１開閉板３１よりも導出口４１側で弁棒３５に取り付けられる第２開閉板３２とを含む。第１開閉板３１と第２開閉板３２はいずれも、弁棒３５と一体的に回転するように構成されている。
　本例の弁棒３５は、連通流路１８に対して導出口４１とは反対側に位置する第１端部３５１と、連通流路１８に対して導出口４１側に位置する第２端部３５２と、第１端部３５１および第２端部３５２の間で延在する延在部３５３とを有する。第１端部３５１と第２端部３５２はいずれも、連通流路壁２８の外側に配置されている。このように構成される弁棒３５の軸線Ｓは、連通流路１８の流路中心線である連通流路中心線１８Ａと実質的に直交しており、かつ、連通流路１８および導出口４１を通過している。
　弁棒３５の延在部３５３に取り付けられる第１開閉板３１は、軸線Ｓに沿って延在している。第１開閉板３１は、弁棒３５の回転に伴って連通流路１８を開閉するように構成される。より具体的には、第１開閉板３１は、連通流路中心線１８Ａと直交するように延在する姿勢で連通流路１８を閉止する第１閉位置（図７Ａ参照）と、連通流路中心線１８Ａと平行に延在する姿勢で連通流路１８を開放する第１開位置（図７Ｄ参照）との間を回転するように構成される。第１開閉板３１は、第１閉位置において連通流路１８を全閉し、第１開位置において連通流路１８を全開する。
　図３に示すように、弁棒３５の第２端部３５２に取り付けられる第２開閉板３２は、軸線Ｓと交差するように延在しており、第１開閉板３１とは別体に形成されている。第２開閉板３２は、弁棒３５の回転に伴ってバイパス流路１５を開閉するように構成される。より具体的には、第２開閉板３２は、バイパス流路１５を閉止する閉状態（図８Ａ、図８Ｂ参照）と、バイパス流路１５を開放する開状態（図８Ｃ、図８Ｄ参照）との間で切り替わるように構成される。第２開閉板３２がバイパス流路１５を開閉する構成の詳細については後述する。なお、本例の第２開閉板３２は、軸線Ｓと実質的に直交するように延在している。
　連通流路１８とバイパス流路１５とをそれぞれ開閉するための第１開閉板３１と第２開閉板３２が互いに別体に構成されるので、連通流路１８とバイパス流路１５を自在に開閉できるタービン５が実現される。本実施形態では、連通流路１８を開放するタイミングでバイパス流路１５を開閉するかどうかをタービン５の設計段階で自在に調節することができる。さらには、バイパス流路１５の開放タイミングを連通流路１８の開放タイミングからずらすことも可能になり、バイパス流路１５または連通流路１８における排ガスの意図しない漏れを抑制することも可能になる。
　以下の説明では、弁棒３５の軸線Ｓの軸方向を単に「軸方向」という場合がある。また、軸線Ｓを基準とした径方向および周方向をそれぞれ単に「径方向」および「周方向」という場合がある。
＜バイパス流路１５の開閉構造＞
　図４は、本開示の一実施形態に係るバルブ装置３０の概略図であり、図５は、本開示の一実施形態に係る対向板３３の概略図であり、図６は本開示の一実施形態に係る第２開閉板３２の概略図である。
　図４、図５に示すように、タービン５は、バイパス流路１５の流れ方向において上流側から第２開閉板３２と対向する対向板３３をさらに備える。円形状に形成される対向板３３は、タービンハウジング１０とは別体に構成されており、タービンハウジング１０の内表面に例えば溶接などによって固定されている。より具体的な一例として、対向板３３の外周面３３９は、導出口４１を画定する連通流路壁２８の内表面に固定されている。
　また、対向板３３は、排ガスが通過するための通過口３６を画定している。通過口３６は、軸方向において開放された孔である。図５の例では、一対の通過口３６が開口部として対向板３３に形成されている。より詳細には、対向板３３は、一対の本体部３９と一対の連結部３４とを含む。軸線Ｓに対して対称に形成される一対の本体部３９の各々は、軸線Ｓを基準とした扇形形状を呈する。連結部３４は周方向に延在すると共に、一対の本体部３９の径方向の外側端部に連結する。このような構成において、通過口３６は、本体部３９の周方向における端面３９１と、連結部３４の内周面３４１とによって画定されている。本例では、一対の通過口３６が周方向に等間隔に配置されている。各通過口３６は軸線Ｓを中心とした扇形形状を呈する。対向板３３の中心部に形成される中心孔には弁棒３５が挿通されている。
　なお、他の例では、対向板３３に貫通孔としての単一の通過口３６形成されていてもよい（図示外）。
　図６に示すように、第２開閉板３２は、径方向の外側を向く外周面２７を有する。本例の外周面２７は周方向と平行に延在しており、第２開閉板３２は軸線Ｓを中心とした扇形形状を呈する。外周面２７の直径は、対向板３３の内周面３４１の直径よりも大きい。同図では弁棒３５の軸線Ｓから外周面２７までの最大距離を寸法Ｌ１と表記している。第２開閉板３２は開口２９を画定している。開口２９は、軸線Ｓを中心とし且つ寸法Ｌ１を半径とする第１仮想円９１の内側領域Ｒ１に位置する。図６の例では、第２開閉板３２の周方向における端面３２１によって開口２９が画定されており、換言すると、複数の第２開閉板３２が開口２９を空けて周方向に配置されている。本例では、一対の第２開閉板３２が配置されており、一対の開口２９が周方向に等間隔に配置されている。さらに、図５、図６の例では、扇形形状の第２開閉板３２の中心角（θ１）は、扇形形状の通過口３６の中心角（θ２）よりも大きい。
　なお、他の例では、単一の第２開閉板３２に貫通孔としての開口２９が形成されていてもよい（図示外）。この場合には、第２開閉板３２に形成される開口部によって開口２９が画定されることとなる。また、開口２９の個数は通過口３６の個数と同じでなくてもよく、両者の個数は互いに異なってもよい。
　本例の第２開閉板３２は、通過口３６の開閉を通じて、バイパス流路１５を開閉するように構成されている。第２開閉板３２は、可動範囲の一端である第２閉位置と（図８Ａ参照）、可動範囲の他端である第２開位置（図８Ｄ参照）との間を回転するように構成される。第２開閉板３２が第２閉位置にある場合、通過口３６は第２開閉板３２によって閉止されており、開口２９は通過口３６から周方向にずれた位置にある。第２開閉板３２が第２閉位置から第２開位置に向かって回転を開始してからしばらくの間は、通過口３６は第２開閉板３２によって閉止される状態を維持する（図８Ｂ参照）。やがて、開口２９が通過口３６の一部と軸方向に対向するようになり（図８Ｃ参照）、第２開閉板３２が第２開位置に到達すると、通過口３６は全開される（図８Ｄ参照）。
　上記構成によれば、第２開閉板３２によって画定される開口２９の位置が弁棒３５の回転に伴い変化することで、第２開閉板３２はバイパス流路１５を開閉することが可能になる。連通流路１８を開閉するタイミングと、バイパス流路１５を開閉するタイミングを一致させるか異ならせるかは、タービン５の設計段階で決める第２開閉板３２の形状に応じて自在に調整することが可能になる。これにより、連通流路１８とバイパス流路１５の開閉をさらに自在に開閉できる。
　また、タービンハウジング１０とは別体の対向板３３が設けられる構成によれば、タービンハウジング１０の形状の複雑化を回避することが可能になる。また、第２開閉板３２によって画定される開口２９が通過口３６に対向するかしないかだけでバイパス流路１５の開閉が可能になるので、バルブ装置３０の構成を簡素化できる。
　また、複数の通過口３６が配置される構成によれば、対向板３３において排ガスが通過する場所を分散でき、対向板３３の特定の部位が過度に温度上昇するのを抑制できる。なお、このような技術的な利点は、複数の通過口３６が不等間隔に周方向に配置される実施形態でも得られる。
　また、複数の開口２９が複数の通過口３６と同じ個数だけ周方向に間隔をあけて配置される構成によれば、開口２９の個数が通過口３６の個数よりも少ない場合に比べて、バイパス流路１５を開閉するために必要な第２開閉板３２の回転量を小さくできる。これにより、バイパス流路１５を素早く開閉できる。
＜連通流路１８とバイパス流路１５の開閉タイミング＞
　図７Ａ～図７Ｄ、図８Ａ～図８Ｄを参照し、連通流路１８とバイパス流路１５の各々の開閉タイミングを説明する。図７Ａ～図７Ｄは、本開示の一実施形態に係る連通流路１８の開放過程を示す概略図であり、図８Ａ～図８Ｄは、本開示の一実施形態に係る通過口３６の開放過程を示す概略図である。図７Ａと図８Ａは互いに同じ時点でのバルブ装置３０の状態を示し、図７Ｂと図８Ｂは互いに同じ時点でのバルブ装置３０の状態を示す。図７Ｃと図８Ｃの間、および、図７Ｄと図８Ｄの間においても、同様の関係が成立する。なお、図８Ａ～図８Ｄでは、図面を見やすくする都合、第２開閉板３２の半径が対向板３３の半径よりも大きくなるよう図示しているが、第２開閉板３２と対向板３３は互いに同じ半径を有していてもよい。
　図７Ａ、図７Ｂに示すように、弁棒３５の回転に伴って第１開閉板３１は第１開位置から回転して連通流路１８の開放を開始する。このとき、図８Ａ、図８Ｂで示すように、第２開閉板３２も第２開位置から第２閉位置に向かって回転をするが、第２開閉板３２の中心角が通過口３６の中心角よりも大きいため、開口２９は通過口３６から周方向にずれた状態に依然としてある。つまり、第２開閉板３２は閉状態を維持する。
　図７Ｂ、図７Ｃに示すように、第１開閉板３１がさらに回転して連通流路１８をさらに開放する。つまり、連通流路１８の開度は徐々に増大する。このとき、図８Ｂ、図８Ｃで示すように、開口２９が通過口３６の一部と軸方向に対向するようになり、第２開閉板３２は閉状態から開状態に切り替わる。
　図７Ｃ、図７Ｄに示すように、第１開閉板３１がさらに回転して第１開位置に到達すると、連通流路１８は全開される。このとき、図８Ｃ、図８Ｄで示すように、第２開閉板３２は第２開位置に向けて回転するにつれて、通過口３６の開度は徐々に増大する。つまり、バイパス流路１５の開度は徐々に増大する。第２開閉板３２が第２開位置に到達すると、開口２９が通過口３６の全体と軸方向に対向するようになり、第２開閉板３２は通過口３６を全開する。つまり、バイパス流路１５は全開される。
　上記の構成によれば、第１開閉板３１が連通流路１８を若干開放したときにおいても（図７Ｂ参照）、第２開閉板３２は閉状態を維持できる（図８Ｂ参照）。また、第１開閉板３１が連通流路１８を全開するタイミングで（図７Ｄ参照）、第２開閉板３２もバイパス流路１５を全開できる（図８Ｄ参照）。
＜弁棒３５の延在方向＞
　図３に戻り本開示の幾つかの実施形態では、タービン軸方向に沿って視たとき、弁棒３５の軸線Ｓは、第２仮想円９２の内側領域Ｒ２を通過している。ここで、第２仮想円９２とは、中心軸線Ｃを中心とした直径がタービンホイール９の外径（直径）以下となる仮想的な円である。第２仮想円９２の直径は、タービンホイール９の外径に対して、例えば１０％以上かつ７５％以下であってもよいし、１０％以上かつ５０％以下であってもよいし、
１０％以上かつ２５％以下であってもよい。本例の軸線Ｓは、タービン軸方向に沿って視たとき、中心軸線Ｃを通過している。なお、このような構成が採用される場合、連通流路１８の両端部と接続する２つの連通口１１Ａ（図２参照）は、タービン径方向において互いに異なる位置に配置されることとなる。
　上記構成によれば、タービン軸方向に沿って視たとき導出口４１はタービンホイール９の中心軸線Ｃに向かって排ガスを導出するので、排ガスを排出流路１９に導くためのバイパス流路１５の流路長を短くすることができる。よって、タービンハウジング１０の構成を簡素化できる。
＜バルブ装置３０の駆動部＞
　図１に戻り、バルブ装置３０は、弁棒３５を駆動するためのアクチュエータ３７と、アクチュエータ３７と弁棒３５の第１端部３５１（図３参照）とを連結する連結ロッド３８とをさらに含む。アクチュエータ３７はコンプレッサハウジング７に固定される。連結ロッド３８はタービン軸方向に沿って延在しており、アクチュエータ３７の駆動力を弁棒３５に伝達するように構成される。アクチュエータ３７の駆動に伴い弁棒３５が回転することで、バルブ装置３０は連通流路１８とバイパス流路１５の各々を開閉することができる。
　上記構成によれば、比較的高温になりやすいタービンハウジング１０ではなくコンプレッサハウジング７にアクチュエータ３７が配置されるので、アクチュエータ３７および連結ロッド３８の温度上昇を回避できる。これにより、弁棒３５の熱変形を回避できるため、弁棒３５の軸線Ｓが所望の位置からずれることを回避できる。
＜まとめ＞
　上述した幾つかの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）本開示の少なくとも一実施形態に係るダブルスクロールタービン（５）は、
　タービンホイール（９）に排ガスを導くように構成されたダブルスクロール型の２つのスクロール流路（１１）と、前記タービンホイールを通過した前記排ガスを排出するための排出流路（１９）とが形成されたタービンハウジング（１０）を備えるダブルスクロールタービンであって、
　前記タービンハウジングは、
　　前記２つのスクロール流路を互いに連通させる連通流路（１８）を画定する連通流路壁（２８）と、
　　前記連通流路を流れる前記排ガスを、前記タービンホイールを迂回して前記排出流路に導くためのバイパス流路（１５）を画定するバイパス流路壁（２５）と
を含み、
　前記連通流路壁には、前記連通流路を流れる前記排ガスを前記バイパス流路に導く導出口（４１）が形成されており、
　前記ダブルスクロールタービンは、バルブ装置（３０）をさらに備え、
　前記バルブ装置は、
　　前記連通流路を横切るように延在する弁棒であって、軸線（Ｓ）が前記導出口を通過するように設けられる弁棒（３５）と、
　　前記軸線に沿って延在するように前記弁棒に取り付けられる第１開閉板であって、前記弁棒の回転に伴って前記連通流路を開閉するための第１開閉板（３１）と、
　　前記軸線と交差する方向に延在すると共に前記第１開閉板よりも前記導出口側で前記弁棒に取り付けられる第２開閉板であって、前記弁棒の回転に伴って前記バイパス流路を開閉するための第２開閉板（３２）と
を含む。
　上記１）の構成によれば、連通流路とバイパス流路とをそれぞれ開閉するための第１開閉板と第２開閉板が互いに別体に構成されるので、連通流路とバイパス流路の開閉の自由度を向上させたダブルスクロールタービンが実現される。このようなダブルスクロールタービンでは、連通流路を開放するタイミングでバイパス流路を開閉するかどうかをダブルスクロールタービンの設計段階で自在に調節することができる。さらには、バイパス流路の開放タイミングを連通流路の開放タイミングからずらすことも可能になり、バイパス流路または連通流路における排ガスの意図しない漏れを抑制することも可能になる。
２）幾つかの実施形態では、上記１）に記載のダブルスクロールタービンであって、
　前記第２開閉板は、前記軸線を中心としかつ前記軸線から前記第２開閉板の外周面（２７）までの最大距離を半径とする第１仮想円（９１）の内側領域（Ｒ１）に位置する開口（２９）を画定しており、
　前記第２開閉板は、前記開口を介して前記連通流路と前記バイパス流路とを連通させる開状態と、前記バイパス流路を閉止する閉状態との間で、前記弁棒の回転に伴い切り替わるように構成される。
　上記２）の構成によれば、第２開閉板によって画定される開口の位置が弁棒の回転に伴い変化することで、第２開閉板はバイパス流路を開閉することが可能になる。連通流路を開閉するタイミングと、バイパス流路を開閉するタイミングを一致させるか異ならせるかは、ダブルスクロールタービンの設計段階で決定する第２開閉板の形状に応じて自在に調整することが可能になる。これにより、連通流路とバイパス流路をさらに自在に開閉できる。
３）幾つかの実施形態では、上記２）に記載のダブルスクロールタービンであって、
　前記バイパス流路の流れ方向において上流側から前記第２開閉板と対向する対向板であって、前記排ガスが通過するための通過口（３６）を画定する対向板（３３）をさらに備え、
　前記第２開閉板は、前記開口を前記通過口に対向させることで前記バイパス流路を開放し、かつ、前記開口を前記通過口からずらすことで前記バイパス流路を閉止するように構成される
請求項２に記載のダブルスクロールタービン。
　上記３）の構成によれば、タービンハウジングとは別体の対向板が設けられることで、タービンハウジングの形状の複雑化を回避することが可能になる。また、第２開閉板によって画定される開口が通過口に対向するかしないかだけでバイパス流路の開閉が可能になるので、バルブ装置の構成を簡素化できる。
４）幾つかの実施形態では、上記３）に記載のダブルスクロールタービンであって、
　前記通過口は、前記軸線を基準とした周方向に間隔をあけて複数配置される。
　上記４）の構成によれば、通過口が複数配置されるので、対向板において排ガスが通過する場所を分散でき、対向板の特定の部位が過度に温度上昇するのを抑制できる。
５）幾つかの実施形態では、上記４）に記載のダブルスクロールタービンであって、
　前記複数の通過口は、前記周方向に等間隔に配置され、
　前記第２開閉板によって画定される前記開口は、前記周方向に間隔をあけて、前記複数の通過口と同じ個数だけ等間隔に配置される。
　上記５）の構成によれば、開口の個数が通過口個数よりも少ない場合に比べて、バイパス流路を開閉するために必要な第２開閉板の回転量を小さくできる。これにより、バイパス流路を素早く開閉できる。
６）幾つかの実施形態では、上記１）から５）のいずれかに記載のダブルスクロールタービンであって、
　前記タービンホイールの軸方向（タービン軸方向）に沿って視たとき、前記弁棒の前記軸線は、前記タービンホイールの中心軸線（Ｃ）を中心とした直径が前記タービンホイールの外径以下となる第２仮想円（９２）の内側領域（Ｒ２）を通過する。
　上記６）の構成によれば、軸方向に沿って視たとき導出口はダービンホイールの中心軸線に向かって排ガスを導出するので、バイパス流路の流路長を短くすることができる。よって、タービンハウジングの構成を簡素化できる。
７）本開示の少なくとも一実施形態に係るターボチャージャ（１）は、
　回転軸（３）と、
　前記回転軸の一端部（３Ａ）に連結される前記タービンホイール（９）を含む上記１）乃至５）のいずれか１項に記載のダブルスクロールタービン（５）と、
　前記回転軸の他端部（３Ｂ）に連結されるコンプレッサホイール（６）を含むコンプレッサ（８）と
を備える。
　上記７）の構成によれば、上記１）と同様の技術的な利点が得られる。
８）幾つかの実施形態では、上記７）に記載のダブルスクロールタービンであって、
　前記コンプレッサは、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（７）をさらに含み、
　前記バルブ装置は、
　　前記弁棒を駆動するためのアクチュエータ（３７）と、
　　前記アクチュエータと前記弁棒とに連結される連結ロッドであって、前記アクチュエータの駆動力を前記弁棒に伝達するように構成される連結ロッド（３８）と、
をさらに含み、
　前記アクチュエータは、前記コンプレッサハウジングに配置される。
　上記８）の構成によれば、比較的高温になりやすいタービンハウジングではなくコンプレッサハウジングにアクチュエータが配置されるので、アクチュエータおよび連結ロッドの温度上昇を回避できる。これにより、弁棒３５の熱変形を回避できるので、弁棒の軸線が所望の位置からずれることを回避できる。
１　　　：ターボチャージャ
３　　　：回転軸
３Ａ　　：一端部
３Ｂ　　：他端部
５　　　：ダブルスクロールタービン（タービン）
６　　　：コンプレッサホイール
７　　　：コンプレッサハウジング
８　　　：コンプレッサ
９　　　：タービンホイール
１０　　：タービンハウジング
１１　　：スクロール流路
１５　　：バイパス流路
１８　　：連通流路
１８Ａ　：連通流路中心線
１９　　：排出流路
２５　　：バイパス流路壁
２７　　：外周面
２８　　：連通流路壁
２９　　：開口
３０　　：バルブ装置
３１　　：第１開閉板
３２　　：第２開閉板
３３　　：対向板
３４　　：連結部
３５　　：弁棒
３６　　：通過口
３７　　：アクチュエータ
３８　　：連結ロッド
３９　　：本体部
４１　　：導出口
９１　　：第１仮想円
９２　　：第２仮想円
３３９　：外周面
３５１　：第１端部
３５２　：第２端部
３５３　：延在部
Ｃ　　　：中心軸線
Ｌ１　　：寸法
Ｒ１，Ｒ２　　：内側領域

 

Claims (8)

  1. 　タービンホイールに排ガスを導くように構成されたダブルスクロール型の２つのスクロール流路と、前記タービンホイールを通過した前記排ガスを排出するための排出流路とが形成されたタービンハウジングを備えるダブルスクロールタービンであって、
    　前記タービンハウジングは、
    　　前記２つのスクロール流路を互いに連通させる連通流路を画定する連通流路壁と、
    　　前記連通流路を流れる前記排ガスを、前記タービンホイールを迂回して前記排出流路に導くためのバイパス流路を画定するバイパス流路壁と
    を含み、
    　前記連通流路壁には、前記連通流路を流れる前記排ガスを前記バイパス流路に導く導出口が形成されており、
    　前記ダブルスクロールタービンは、バルブ装置をさらに備え、
    　前記バルブ装置は、
    　　前記連通流路を横切るように延在する弁棒であって、軸線が前記導出口を通過するように設けられる弁棒と、
    　　前記軸線に沿って延在するように前記弁棒に取り付けられる第１開閉板であって、前記弁棒の回転に伴って前記連通流路を開閉するための第１開閉板と、
    　　前記軸線と交差する方向に延在すると共に前記第１開閉板よりも前記導出口側で前記弁棒に取り付けられる第２開閉板であって、前記弁棒の回転に伴って前記バイパス流路を開閉するための第２開閉板と
    を含む
    ダブルスクロールタービン。
  2. 　前記第２開閉板は、前記軸線を中心としかつ前記軸線から前記第２開閉板の外周面までの最大距離を半径とする第１仮想円の内側領域に位置する開口を画定しており、
    　前記第２開閉板は、前記開口を介して前記連通流路と前記バイパス流路とを連通させる開状態と、前記バイパス流路を閉止する閉状態との間で、前記弁棒の回転に伴い切り替わるように構成される。
    請求項１に記載のダブルスクロールタービン。
  3. 　前記バイパス流路の流れ方向において上流側から前記第２開閉板と対向する対向板であって、前記排ガスが通過するための通過口を画定する対向板をさらに備え、
    　前記第２開閉板は、前記開口を前記通過口に対向させることで前記バイパス流路を開放し、かつ、前記開口を前記通過口からずらすことで前記バイパス流路を閉止するように構成される
    請求項２に記載のダブルスクロールタービン。
  4. 　前記通過口は、前記軸線を基準とした周方向に間隔をあけて複数配置される
    請求項３に記載のダブルスクロールタービン。
  5. 　前記複数の通過口は、前記周方向に等間隔に配置され、
    　前記第２開閉板によって画定される前記開口は、前記周方向に間隔をあけて、前記複数の通過口と同じ個数だけ等間隔に配置される
    請求項４に記載のダブルスクロールタービン。
  6. 　前記タービンホイールの軸方向に沿って視たとき、前記弁棒の前記軸線は、前記タービンホイールの中心軸線を中心とした直径が前記タービンホイールの外径以下となる第２仮想円の内側領域を通過する
    請求項１乃至３の何れか１項に記載のダブルスクロールタービン。
  7. 　回転軸と、
    　前記回転軸の一端部に連結される前記タービンホイールを含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載のダブルスクロールタービンと、
    　前記回転軸の他端部に連結されるコンプレッサホイールを含むコンプレッサと
    を備えるターボチャージャ。
  8. 　前記コンプレッサは、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をさらに含み、
    　前記バルブ装置は、
    　　前記弁棒を駆動するためのアクチュエータと、
    　　前記アクチュエータと前記弁棒とに連結される連結ロッドであって、前記アクチュエータの駆動力を前記弁棒に伝達するように構成される連結ロッドと、
    をさらに含み、
    　前記アクチュエータは、前記コンプレッサハウジングに配置される
    請求項７に記載のターボチャージャ。

     
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