(57)【要約】【課題】外側スクロールの入口部におけるインボリュート区画壁の外周面からの剥離を抑制することができて、性能を向上させ、かつ、流量を増加させることができる可変容量タービンを提供する。【解決手段】渦巻状のスクロール２が内部に形成されたタービンハウジング３と、前記スクロール２の内周側に回転自在に設けられたタービンホイール４と、前記タービンハウジング３に取り付けられて、前記スクロール２を内側スクロール５と外側スクロール６とに分割するインボリュート区画壁７と、前記外側スクロール６の入口端に形成された導入口１４を開閉する流量調整弁１２とを備えた可変容量タービン１であって、前記外側スクロール６の入口部が、上流側から下流側にかけて連続的、かつ、緩やかな絞り流路を有するように形成されている。【選択図】図２
2010101271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦巻状のスクロールが内部に形成されたタービンハウジングと、
前記スクロールの内周側に回転自在に設けられたタービンホイールと、
前記タービンハウジングに取り付けられて、前記スクロールを内側スクロールと外側スクロールとに分割するインボリュート区画壁と、
前記外側スクロールの入口端に形成された導入口を開閉する流量調整弁とを備えた可変容量タービンであって、
前記外側スクロールの入口部が、上流側から下流側にかけて連続的、かつ、緩やかな絞り流路を有するように形成されていることを特徴とする可変容量タービン。
【請求項２】
前記流量制御弁の内周側の表面が平坦面とされ、前記流量制御弁が全開時に、この平坦面と、前記タービンハウジングの入口部を形成する入口フランジの中心軸線とが、略平行になるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量タービン。
【請求項３】
前記流量調整弁は、前記導入口を通過する流体の転向角が、低流量時、高流量時、低流量から高流量に移行するとき、および高流量から低流量に移行するときのいずれにおいても一定に保たれるよう、高流量時と、低流量時との間を平行移動するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の可変容量タービン。
【請求項４】
渦巻状のスクロールが内部に形成されたタービンハウジングと、
前記スクロールの内周側に回転自在に設けられたタービンホイールと、
前記タービンハウジングに取り付けられて、前記スクロールを内側スクロールと外側スクロールとに分割するインボリュート区画壁と、
前記外側スクロールの入口端に形成された導入口を開閉する流量調整弁とを備えた可変容量タービンであって、
前記流量制御弁の内周側の表面が平坦面とされ、前記流量制御弁が全開時に、この平坦面と、前記タービンハウジングの入口部を形成する入口フランジの中心軸線とが、略平行になるように形成されていることを特徴とする可変容量タービン。
【請求項５】
渦巻状のスクロールが内部に形成されたタービンハウジングと、
前記スクロールの内周側に回転自在に設けられたタービンホイールと、
前記タービンハウジングに取り付けられて、前記スクロールを内側スクロールと外側スクロールとに分割するインボリュート区画壁と、
前記外側スクロールの入口端に形成された導入口を開閉する流量調整弁とを備えた可変容量タービンであって、
前記流量調整弁は、前記導入口を通過する流体の転向角が、低流量時、高流量時、低流量から高流量に移行するとき、および高流量から低流量に移行するときのいずれにおいても一定に保たれるよう、高流量時と、低流量時との間を平行移動するように構成されていることを特徴とする可変容量タービン。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の可変容量タービンを具備してなることを特徴とするターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量特性を変化させる機能を有する可変容量タービンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
主としてタービンとコンプレッサとから構成され、エンジン（内燃機関）からの排気ガス（流体）によってタービンが回転し、それによりコンプレッサが回転して大気を高圧空気としてエンジンへ送り込むターボチャージャのタービンとして用いられて好適な可変容量タービンとしては、例えば、特許文献１，２に開示されたものが知られている。
【特許文献１】特開平１０−８９７７号公報
【特許文献２】特開２０００−１１０５７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１，２に開示された可変容量タービンでは、外側スクロールの入口部における流路断面積が上流側から下流側にいく途中で大きくなり、排気ガスの流速が落ちて、外側スクロールと内側スクロールとを区画するインボリュート区画壁の外周面に剥離が生じ、性能および流量が低下してしまうといった問題点があった。
【０００４】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、外側スクロールの入口部におけるインボリュート区画壁の外周面からの剥離を抑制することができて、性能を向上させ、かつ、流量を増加させることができる可変容量タービンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る可変容量タービンは、渦巻状のスクロールが内部に形成されたタービンハウジングと、前記スクロールの内周側に回転自在に設けられたタービンホイールと、前記タービンハウジングに取り付けられて、前記スクロールを内側スクロールと外側スクロールとに分割するインボリュート区画壁と、前記外側スクロールの入口端に形成された導入口を開閉する流量調整弁とを備えた可変容量タービンであって、前記外側スクロールの入口部が、上流側から下流側にかけて連続的、かつ、緩やかな絞り流路を有するように形成されている。
【０００６】
本発明に係る可変容量タービンによれば、外側スクロールの入口部における流路が、上流側から下流側にかけて連続的な絞り流路となっている、すなわち、流路断面積が徐々に減少するように、外側スクロールの入口部における外側スクロールの内周面および／またはインボリュート区画壁の外周面が形成されているので、外側スクロールの入口部における排気ガスの加速を促進し、インボリュート区画壁の上流側の先端部外周面からの剥離を抑制することができて、性能を向上させ、かつ、流量を増加させることができる。
【０００７】
上記可変容量タービンにおいて、前記流量制御弁の内周側の表面が平坦面とされ、前記流量制御弁が全開時に、この平坦面と、前記タービンハウジングの入口部を形成する入口フランジの中心軸線とが、略平行になるように形成されているとさらに好適である。
【０００８】
このような可変容量タービンによれば、流量制御弁の内周側に位置する平坦面と、入口フランジの中心軸線との成す角が、略平行になるように形成されており、導入口を通過する流体の転向角を小さくすることができるので、インボリュート区画壁の上流側の先端部外周面からの剥離をさらに抑制することができて、性能をさらに向上させ、かつ、流量をさらに増加させることができる。
【０００９】
上記可変容量タービンにおいて、前記流量調整弁は、前記導入口を通過する流体の転向角が、低流量時、高流量時、低流量から高流量に移行するとき、および高流量から低流量に移行するときのいずれにおいても一定に保たれるよう、高流量時と、低流量時との間を平行移動するように構成されているとさらに好適である。
【００１０】
このような可変容量タービンによれば、導入口を通過する流体の転向角が、低流量時、高流量時、低流量から高流量に移行するとき、および高流量から低流量に移行するときのいずれにおいても一定に保たれることとなるので、インボリュート区画壁の上流側の先端部外周面からの剥離をさらに抑制することができて、性能をさらに向上させ、かつ、流量をさらに増加させることができる。
【００１１】
本発明に係る可変容量タービンは、渦巻状のスクロールが内部に形成されたタービンハウジングと、前記スクロールの内周側に回転自在に設けられたタービンホイールと、前記タービンハウジングに取り付けられて、前記スクロールを内側スクロールと外側スクロールとに分割するインボリュート区画壁と、前記外側スクロールの入口端に形成された導入口を開閉する流量調整弁とを備えた可変容量タービンであって、前記流量制御弁の内周側の表面が平坦面とされ、前記流量制御弁が全開時に、この平坦面と、前記タービンハウジングの入口部を形成する入口フランジの中心軸線とが、略平行になるように形成されている。
【００１２】
本発明に係る可変容量タービンによれば、前記流量制御弁が全開時に、流量制御弁の内周側に位置する平坦面と、入口フランジの中心軸線との成す角が、略平行になるように形成されており、導入口を通過する流体の転向角を小さくすることができるので、インボリュート区画壁の上流側の先端部外周面からの剥離を抑制することができて、性能を向上させ、かつ、流量を増加させることができる。
【００１３】
本発明に係る可変容量タービンは、渦巻状のスクロールが内部に形成されたタービンハウジングと、前記スクロールの内周側に回転自在に設けられたタービンホイールと、前記タービンハウジングに取り付けられて、前記スクロールを内側スクロールと外側スクロールとに分割するインボリュート区画壁と、前記外側スクロールの入口端に形成された導入口を開閉する流量調整弁とを備えた可変容量タービンであって、前記流量調整弁は、前記導入口を通過する流体の転向角が、低流量時、高流量時、低流量から高流量に移行するとき、および高流量から低流量に移行するときのいずれにおいても一定に保たれるよう、高流量時と、低流量時との間を平行移動するように構成されている。
【００１４】
本発明に係る可変容量タービンによれば、導入口を通過する流体の転向角が、低流量時、高流量時、低流量から高流量に移行するとき、および高流量から低流量に移行するときのいずれにおいても一定に保たれることとなるので、インボリュート区画壁の上流側の先端部外周面からの剥離をさらに抑制することができて、性能を向上させ、かつ、流量を増加させることができる。
【００１５】
本発明に係るターボチャージャは、剥離による損失が少なく、性能の良い可変容量タービンを搭載していることとなる。
本発明に係るターボチャージャによれば、装置全体の性能を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る可変容量タービンによれば、外側スクロールの入口部におけるインボリュート区画壁の外周面からの剥離を抑制することができて、性能を向上させ、かつ、流量を増加させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る可変容量タービンの第１実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る可変容量タービンの軸直角断面図であって、低流量時における図、図２は本実施形態に係る可変容量タービンの軸直角断面図であって、高流量時における図、図３は本実施形態に係る可変容量タービンの特徴部を説明するための図表である。
【００１８】
図１および図２に示すように、本実施形態に係る可変容量タービン１は、渦巻状のスクロール２が内部に形成されたタービンハウジング３と、スクロール２の内周側に回転自在に設けられたタービンホイール４とを主たる要素として構成されたものである。
スクロール２は、半径方向内側（内周側）に形成された内側スクロール５と、半径方向外側（外周側）に形成された、すなわち、内側スクロール５の半径方向外側を取り囲むように形成された外側スクロール６とを備えている。これら内側スクロール５と外側スクロール６とは、インボリュート区画壁７により区画されて（仕切られて）おり、このインボリュート区画壁７は、外側スクロール６が、内側スクロール５よりも大きな容積を有するようにタービンハウジング３に形成されて（取り付けられて）いる。また、このインボリュート区画壁７は、舌片状を呈する第１の区画壁８と、板状を呈する第２の区画壁９とからなり、第２の区画壁９には、高流量時において外側スクロール６に導かれた排気ガス（流体）を外側スクロール６から内側スクロール５に導く、複数の連通孔１０が形成されている。
【００１９】
タービンハウジング３は、コンプレッサハウジング（図示せず）に隣接してコンプレッサハウジングに取り付けられるベアリングハウジング（図示せず）に取り付けられるものであり、このタービンハウジング３には、排気ガス導入口１１と、排気ガス排出口（図示せず）が形成されている。また、第１の区画壁８の上流側（排気ガス導入口１１の側）に位置するタービンハウジング３には、流量制御弁（Flow Control Valve）１２が設けられている。この流量制御弁１２は、低流量時において下流側の先端部内周側に形成された平坦面が、第１の区画壁８の上流側の先端部外周側に形成された平坦面（平坦な傾斜面）と接する（重なり合う）ように形成された板状の部材を主たる要素として構成されたものである。また、この流量制御弁１２は、回動手段（図示せず）により排気ガス導入口１１の側に位置するタービンハウジング３に設けられた（取り付けられた）回動軸１３を中心に回動して、図１に示す外側スクロール６の導入口１４（図２参照）を閉鎖する（全閉状態にする）位置と、図２に示す外側スクロール６の導入口１４を開放する（全開状態にする）位置とを切り換えるも  なお、図１中および図２中の符号１５はタービンハウジング３の開口部を塞ぐ（閉塞する）カバー、符号１６はカバー１５をタービンハウジング３に固定するボルト、符号１７はボルト１６の先端部を覆う肉盛部である。
【００２０】
さて、本実施形態に係る可変容量タービン１の外側スクロール６は、入口部において、上流側から下流側にかけて連続的な絞り流路を有するように、すなわち、入口部における流路断面積が、例えば、図３に実線で示すような軌跡を描くように形成されている。換言すれば、本実施形態に係る可変容量タービン１の外側スクロール６は、流量制御弁１２の下流内周側の先端と、第１の区画壁８の外周面と、タービンハウジング３の内周面とで囲まれた流路の断面積（図３中の（１）参照）が、肉盛部１７の内周面と、第１の区画壁８の外周面と、タービンハウジング３の内周面とで囲まれた流路の断面積（図３中の（２）参照）よりも大きく、肉盛部１７の内周面と、第１の区画壁８の外周面と、タービンハウジング３の内周面とで囲まれた流路の断面積（図３中の（２）参照）が、第１の区画壁８の外周面と、タービンハウジング３の内周面とで囲まれた流路の断面積（図３中の（３）〜（６）参照）よりも大きくなり、第１の区画壁８の外周面と、タービンハウジング３の内周面とで囲まれた流路の断面積が、上流側から下流側にかけて徐々に（緩やかに）小さくなるように形成されている（図３中の（３）〜（６）参照））。
【００２１】
なお、図３中の（１）〜（６）はそれぞれ、図２中に示す６本の破線（外側スクロール６の中心軸線に対して直交する方向に描いた破線）に対応しており、図３中の（１）は図２中の最も上流側に位置する破線に対応し、図３中の（６）は図２中の最も下流側に位置する破線に対応している。
また、図３中のＡ０は図２中の最も上流側に位置する破線における流路の断面積を意味し、図３中のＡは図２中の各破線における流路の断面積を意味している。
【００２２】
本実施形態に係る可変容量タービン１によれば、外側スクロール６の入口部における流路が、上流側から下流側にかけて連続的な絞り流路となっている、すなわち、流路断面積が徐々に減少するように、外側スクロール６の入口部における外側スクロール６の内周面および／または第１の区画壁８の外周面が形成されているので、外側スクロール６の入口部における排気ガスの加速を促進し、第１の区画壁８の上流側の先端部外周面からの剥離を抑制することができて、性能を向上させ、かつ、流量を増加させることができる。
【００２３】
本発明の第２実施形態に係る可変容量タービンを、図４を参照しながら説明する。図４は本実施形態に係る可変容量タービンの軸直角断面図であって、高流量時における図である。
本実施形態に係る可変容量タービン２１は、タービンハウジング３の代わりに、タービンハウジング２２を備えているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
【００２４】
図４に示すように、本実施形態に係るタービンハウジング２２は、高流量時（すなわち、流量制御弁１２が、外側スクロール６の導入口１４を開放（全開）する位置にあるとき）に、第１の隔壁８の上流側先端と下流側先端を結んだ線４０と、タービンハウジング２２の入口部を形成する入口フランジ２２ａの中心軸線２３との成す角αが３５度〜５０度の範囲内となるように形成されている。すなわち、本実施形態に係るタービンハウジング２２は、流量制御弁１２が全開時に、流量制御弁１２の内周側に位置する平坦面１２ａと、入口フランジ２２ａの中心軸線２３とが略平行になるように形成されている。
なお、入口フランジ２２ａの内部には、排気ガス導入口１１が形成されている。
【００２５】
本実施形態に係る可変容量タービン２１によれば、外側スクロール６の入口部における流路が、上流側から下流側にかけて連続的な絞り流路となっている、すなわち、流路断面積が徐々に減少するように、外側スクロール６の入口部における外側スクロール６の内周面および／または第１の区画壁８の外周面が形成されているので、外側スクロール６の入口部における排気ガスの加速を促進し、第１の区画壁８の上流側の先端部外周面からの剥離を抑制することができて、性能を向上させ、かつ、流量を増加させることができる。
また、第１の隔壁８の上流側先端と下流側先端を結んだ線４０と、タービンハウジング２２の入口部を形成する入口フランジ２２ａの中心軸線２３との成す角αが、上述した第１実施形態のものよりも小さくなるように、入口フランジ２２ａが配置されており、導入口１４を通過する排気ガスの転向角が上述した第１実施形態のものよりも小さくなるので、第１の区画壁８の上流側の先端部外周面からの剥離をさらに抑制することができて、性能をさらに向上させ、かつ、流量をさらに増加させることができる。
【００２６】
本発明の第３実施形態に係る可変容量タービンを、図５を参照しながら説明する。図５は本実施形態に係る可変容量タービンの軸直角断面図である。
本実施形態に係る可変容量タービン３１は、流量制御弁１２の代わりに、流量制御弁３２を備えているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
【００２７】
図５に示すように、本実施形態に係る流量制御弁３２は、図５中に実線で示す高流量時（すなわち、流量制御弁３２が、外側スクロール６の導入口１４を開放（全開）する位置にあるとき）と、図５中に二点鎖線で示す低流量時（すなわち、流量制御弁３２が、外側スクロール６の導入口１４を閉鎖（全閉）する位置にあるとき）との間を平行移動するように構成されている。すなわち、本実施形態に係る流量制御弁３２は、流量制御弁３２の内周側に位置する平坦面３２ａと、タービンハウジング３の入口部を形成する入口フランジ３ａの中心軸線２３とが一定の角度を保ったまま開閉されるように構成されている。
なお、入口フランジ３ａの内部には、排気ガス導入口１１が形成されている。
【００２８】
本実施形態に係る可変容量タービン３１によれば、外側スクロール６の入口部における流路が、上流側から下流側にかけて連続的な絞り流路となっている、すなわち、流路断面積が徐々に減少するように、外側スクロール６の入口部における外側スクロール６の内周面および／または第１の区画壁８の外周面が形成されているので、外側スクロール６の入口部における排気ガスの加速を促進し、第１の区画壁８の上流側の先端部外周面からの剥離を抑制することができて、性能を向上させ、かつ、流量を増加させることができる。
また、導入口１４を通過する排気ガスの転向角が、低流量時、高流量時、低流量から高流量に移行するとき、および高流量から低流量に移行するときのいずれにおいても一定に保たれることとなるので、第１の区画壁８の上流側の先端部外周面からの剥離をさらに抑制することができて、性能をさらに向上させ、かつ、流量をさらに増加させることができる。
【００２９】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、適宜必要に応じて変形実施、変更実施することができる。
例えば、図４に示す第２実施形態において、流量制御弁１２の代わりに、図５に示す第３実施形態に係る流量制御弁３２を適用することもできる。
【００３０】
また、上述した実施形態では、肉盛部１７による流路断面積の急激な減少を緩和するため、第１の区画壁８の外周面に、緩やかに湾曲する凹部８ａ（図１参照）が形成されたものを一具体例として説明したが、第１の区画壁８の外周面を凹ませる代わりに、タービンハウジング３の内周面を凹ませて、外側スクロール６の入口部における流路が、上流側から下流側にかけて連続的、かつ、緩やかな絞り流路となるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る可変容量タービンの軸直角断面図であって、低流量時における図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る可変容量タービンの軸直角断面図であって、高流量時における図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る可変容量タービンの特徴部を説明するための図表である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る可変容量タービンの軸直角断面図であって、高流量時における図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る可変容量タービンの軸直角断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    可変容量タービン
２    スクロール
３    タービンハウジング
４    タービンホイール
５    内側スクロール
６    外側スクロール
７    インボリュート区画壁
１２    流量調整弁
１２ａ  平坦面
１４    導入口
２１    可変容量タービン
２２    タービンハウジング
２２ａ  入口フランジ
２３    中心軸線
３１    可変容量タービン
３２    流量調整弁
【図１】
2010101271.tif 000003
【図２】
2010101271.tif 000004
【図３】
2010101271.tif 000005
【図４】
2010101271.tif 000006
【図５】
2010101271.tif 000007