(57)【要約】【課題】過給性能の切り替えできる排気ターボ過給機を、簡単かつコンパクトな構造で実現する。【解決手段】排気ターボ過給機９を構成するコンプレッサハウジング１２に、内側室２１に収納された第１コンプレッサ翼１３と、外側室に収納された第２コンプレッサ翼１４とが内外に重ねた状態に配置されている。内側室２１の吸気出口２３と外側室２４の第２吸気入口２５とが連通路２７を介して連通している。連通路２７は第２吸気出口２６はバイパス通路２８で連通しており、バイパス通路２８は切り替え弁２９で開閉できる。切り替え弁２９の操作により、第１及び第２のコンプレッサ翼１３，１４で２段加圧する高圧過給と、第１コンプレッサ翼１３のみで加圧する低圧過給とに切り替わる。吸気の吸気入口と吸気出口と切り替え弁２９とは１つずつであるため、構造は簡単である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスで駆動される排気タービンを内蔵したタービンハウジングと、前記排気タービンで駆動されるコンプレッサ翼が内蔵されたコンプレッサハウジングとを備えており、
前記コンプレッサ翼は、回転軸心側に位置した内側コンプレッサ翼とその外周に隔壁を介して一体に設けられた外側コンプレッサ翼との２段式になっている一方、
前記コンプレッサハウジングには、前記内側コンプレッサ翼で圧縮される吸気の流路を構成する内側室と、前記外側コンプレッサ翼で圧縮される吸気の流路を構成する外側室とが形成されており、
前記内側室の吸気出口と外側室の吸気入口とを連通路で接続していると共に、前記内側室の吸気出口から出た吸気を外側室の吸気出口にリークさせるパイパス通路とこのバイパス通路を開閉する切り替え弁を設けている、
排気ターボ過給機。
【請求項２】
前記外側室の吸気入口は内側室の吸気入口を外側から囲うように環状に形成されている一方、前記連通路は、前記内側室の吸気出口を出た吸気が前記両コンプレッサ翼の回転方向に向かって流れてから外側通路の吸気入口に至るように周方向に沿って延びる形態になっている、
請求項１に記載した排気ターボ過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、過給能力を２段階に切り替えできる排気ターボ過給機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ターボ過給機は、１つの排気タービンと１つのコンプレッサ翼とを対にした構成になっていることが普通であり、コンプレッサ翼で圧縮（加圧）された吸気は吸気通路をシリンダヘッドに向けて流れていくだけである。
【０００３】
しかし、１つの排気タービンとコンプレッサ翼とがセットになっているだけでは、機関の幅広い過給要求に対応できない場合がある。そこで、特許文献１には、径が異なる複数のコンプレッサ翼を同心円状に配置して、半径方向に隣り合ったコンプレッサ翼の間を隔壁で仕切ると共に、各コンプレッサ翼に対応したコンプレッサ室を同心円状に設け、任意のコンプレッサ室に吸気を通すことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−６２８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の排気ターボ過給機は、任意のコンプレッサ室への吸気の流れを選択することで過給性能を多段階に変更することができる。従って、過給性能を広い範囲で調節することができる。
【０００６】
しかし、特許文献１では、各コンプレッサ室はそれぞれ独立しており、各コンプレッサ室に吸気入口と吸気出口とを設けているため、１本の吸気通路から吸気を各コンプレッサ室に分岐させる構造が複雑化すると共に、各コンプレッサ室に至る枝部にそれぞれ切り替え弁を設けねばならないため、構造が非常に複雑化するという問題がある。
【０００７】
本願発明はかかる現状に鑑みなされたものであり、コンパクトかつ簡単な構造で過給能力を２段階に切り替えできる排気ターボ過給機を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明は、請求項１，２で特定されている。このうち請求項１の発明に係る排気ターボ過給機は、排気ガスで駆動される排気タービンを内蔵したタービンハウジングと、前記排気タービンで駆動されるコンプレッサ翼が内蔵されたコンプレッサハウジングとを備えており、前記コンプレッサ翼は、回転軸心側に位置した内側コンプレッサ翼とその外周に隔壁を介して一体に設けられた外側コンプレッサ翼との２段式になっている。
【０００９】
そして、  前記コンプレッサハウジングには、前記内側コンプレッサ翼で圧縮される吸気の流路を構成する内側室と、前記外側コンプレッサ翼で圧縮される吸気の流路を構成する外側室とが形成されており、前記内側室の吸気出口と外側室の吸気入口とを連通路で接続していると共に、前記内側室の吸気出口から出た吸気を外側室の吸気出口にリークさせるパイパス通路とこのバイパス通路を開閉する切り替え弁を設けている。
【００１０】
請求項２の発明に係る排気ターボ過給機は、請求項１において、前記外側室の吸気入口は内側室の吸気入口を外側から囲うように環状に形成されている一方、前記連通路は、前記内側室の吸気出口を出た吸気が前記両コンプレッサ翼の回転方向に向かって流れてから外側通路の吸気入口に至るように周方向に沿って延びる形態になっている。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明の排気ターボ過給機は、吸気を第１コンプレッサ翼のみで加圧する態様と、吸気を第１及び第２の両コンプレッサ翼で加圧する態様との２つの態様を選択できる。従って、吸気能力を２段階に切り替えることができるが、排気ターボ過給機に外部から吸気を取り入れる吸気入口も排気ターボ過給機の外部に吸気を排出する吸気出口も１つであると共に切り替え弁も１つであるため、特許文献１に比べて構造を簡単でコンパクト化できる。
【００１２】
また、いったん内側コンプレッサ翼で加圧された吸気を外側コンプレッサ翼で加圧するものであるから、コンパクトでも高い過給圧を得ることができる。従って、高い過給性能を確保しつつコンパクト化できる。
【００１３】
請求項２の構成を採用すると、内側通路から排出された吸気はコンプレッサで送り出される方向に流れて外側室の吸気入口に至るため、内側室の吸気出口から外側室の吸気入口に至る流れがスムースであり、吸気の流れ抵抗を抑制して過給効率をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態の模式図であり、（Ａ）は内燃機関の全体図、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大図である。
【図２】排気ターボ過給機の全体の具体的な断面図である。
【図３】図２（Ａ）をIIA-IIA 視方向から見た部分側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１，２を参照して概要を説明する。本実施形態は車両用の３気筒内燃機関に適用しており、内燃機関は、シリンダブロック１とシリンダヘッド２とを主要要素とする機関本体３を備えている。シリンダヘッド３の長手一側面には吸気マニホールド４を固着し、シリンダヘッド２の長手他側面には排気マニホールド５を固着している。
【００１６】
吸気マニホールド４には吸気通路６が接続されており、吸気通路６のうち吸気マニホールド４に近い部位にはサージタンク７を設けて、それより少し上流側にはスロットルバルブ８を設けている。
【００１７】
内燃機関は排気ターボ過給機９を備えており、排気ターボ過給機９は、タービンハウジング１０に内蔵した排気タービン１１と、コンプレッサハウジング１２に内蔵した第１コンプレッサ翼１３及び第２コンプレッサ翼１４とを備えている。排気タービン１１と両コンプレッサ翼１３，１４とは回転軸心を共通にしており、排気タービン１１と第１コンプレッサ翼１３とは回転軸１５によって一体的に連結されている。なお、回転軸１５は１本で構成されている必要はなく、軸方向に並んだ複数本を連結した構成であってもよい。
【００１８】
タービンハウジング１０の内部はタービン室になっていてこれに排気ガス導入口１６を設けており、排気ガス導入口１６が排気マニホールド５の集合部５ａに直接又は排気管を介して接続されている。タービンハウジング１０における排気ガス導入口１６と排気ガス出口１７とはバイパス部１８で接続されており、バイパス部１８に、排気タービン１１に向けて流れる排気ガスの流量を調節するウエストゲートバルブ１９を設けている。排気ガス導入口１６は排気タービン１１の仮想円周の接線方向に開口しており、排気ガス出口１７は排気タービン１１の回転軸心の軸方向に開口している。
【００１９】
コンプレッサハウジング１２は第１コンプレッサ翼１３が収納された内側室（内側コンプレッサ室）２１を有しており、内側室２１に、コンプレッサ翼１３の回転軸心と同心の第１吸気入口２２と、第１コンプレッサ翼１３の仮想円周の接線方向に向いた第１吸気出口２３とを設けている。第１吸気出口２３はコンプレッサハウジング１２の外側には開口しておらず、コンプレッサハウジング１２の内部に隠れている。なお、第１吸気出口２３は中間出口と呼ぶことも可能である。
【００２０】
第２コンプレッサ翼１４は第１コンプレッサ翼１３の外周に一体に設けられている。従って、コンプレッサハウジング１２には、第２コンプレッサ翼１４が収容された外側室（外側コンプレッサ室）２４を一体に形成しており、外側室２４に、第２吸気入口２５と第２吸気出口２６とを設けている。第２吸気入口２５は中間入口と呼んでもよい。
【００２１】
外側室２４の第２吸気入口２５は仕切り筒３５課介して第１吸気入口２２の外側に位置しており、環状の形態を成している。従って、第１吸気入口２２と第２吸気入口２５とで二重筒の形態を成している。図３（Ａ）のとおり、外側室２４の第２吸気出口２６は、概ね第２コンプレッサ翼１４の仮想円周の接線方向に開口している。
【００２２】
図２では、排気ターボ過給機９の具体的な断面形状を示している。図２ではタービンハウジング１０とコンプレッサハウジング１２とはそれぞれ単一構造に表示しているが、実際に複数の部材から成っている。また、各室１０，２１，２４の外周部は、周方向に断面積を変化させた螺旋状の環状流路１０ａ，２１ａ，２４ａで構成されており、これら環状流路１０ａ，２１ａ，２４ａに吸気入口１６又は吸気出口２３，２６が連通している。なお、図２では、吸気入口１６、又は吸気出口２３，２６は現れていない。
【００２３】
図３（Ａ）に示すように、内側室２１における環状流路２１ａのうちコンプレッサ翼１３，１４の回転方向（Ｘ方向）前方に向いた終端部が第１吸気出口２３になっており、この第１吸気出口２３と外側室２４の第２吸気入口２５とが、コンプレッサハウジング１２に一体に形成した連通路２７によって連通されている。
【００２４】
連通路２７は、第１吸気出口２３からコンプレッサ翼１３，２４の回転方向Ｘに向かって周方向に延びつつ径を縮小しつつ外側室２４の第２吸気入口２５に至っている。従って、連通路２７は、回転軸心の方向から見て螺旋又は渦巻きの一部を構成するような滑らかな形態になっており、これにより、第１吸気出口２３を出た吸気は連通路２７を経由して第２吸気入口２５に殆ど抵抗なしでスムースに流入する。連通路２７は、外側室２４の環状通路２４ａよりも軸方向外側に位置している。従って、連通路２７と環状通路２４ａとが交叉することはない。
【００２５】
外側室２４の吸気出口２６と連通路２７とはバイパス通路（貫通穴）２８によって連通しており、バイパス通路２８には、当該バイパス通路２８を開閉する切り替え弁２９を設けている。切り替え弁２９はその付け根に固定した弁軸３０を回転させることで回動するようになっており、弁軸３０によってコンプレッサハウジング１２に回動自在に取り付けられている。弁軸３０は、コンプレッサハウジング１２に固定した電動モータ等のアクチェータ３１で駆動される。
【００２６】
本実施形態では、切り替え弁２９は連通路２７の側に倒れ回動するようになっており、従って、バイパス通路２８を開くと連通路２７の全部又は大部分が閉じられる。このため、連通路２７から第２吸気出口２６への吸気の流れがスムースにガイドされる。なお、既述のようにコンプレッサハウジング１２は複数の部材で構成されており、切り替え弁２９を設けた部分も、切り替え弁２９の組み付けが可能なように分割式の複数の部材で構成されている。
【００２７】
排気ターボ過給機９のコンプレッサハウジング１２は吸気通路６の途中に介挿されており、図１（Ａ）のとおり、吸気通路６の始端にはエアクリーナ３２が接続されている。図２のとおり、回転軸１５は、コンプレッサハウジング１２にインナーシール３３及びアウターシール３４を介して回転自在に保持されている。なお、排気タービン１１と第１コンプレッサ翼１３との間には、回転軸１５を支持する軸受け部を設けている。
【００２８】
第２コンプレッサ翼１４は内径が変化した隔壁１４ａを備えており、隔壁１４ａが第１コンプレッサ翼１３の外周に一体に固定されている。従って、コンプレッサ室１３と外側室２４とは吸気の流通がないように絶縁されている。内側室１３の第１吸気入口２２と外側室２４の第１吸気入口２５とは円筒形の仕切り筒３５で仕切られており、仕切り筒３５の内周面と第２コンプレッサ翼１４の内周面、及び、仕切り筒３５の内周面と第２コンプレッサ翼１４との内周面とは、僅かの隙間を介して分離しつつもつ滑らかに連なっている。従って、吸気はスムースに流れる。
【００２９】
以上の構成において、切り替え弁２９でバイパス通路２８を塞ぐと、第１コンプレッサ翼１３で圧縮された吸気は連通路２７から外側室２４に流入し、第２コンプレッサ翼１４で圧縮されて第２吸気出口２６から排出される。すなわち、吸気は２段圧縮される。これにより、吸気系は高い過給圧を得ることができる。第１吸気出口２３から第２吸気入口２５に吸気がスムースに流れることは既に述べたとおりである。
【００３０】
切り替え弁２９を開いてバイパス通路２８を開くと、第１吸気出口２３から連通路２７に入った吸気は第２吸気出口２６にリークして、吸気通路６を下流側に流れていく。従って、過給圧は第１コンプレッサ翼１３で加圧した低圧になる。機関の負荷が高くない領域では、このように第１コンプレッサ翼１３のみを駆動することで適切な過給圧を得ることができる。
【００３１】
上記の実施形態では、バイパス通路２８を第２吸気出口２６と連通路２７との間に開口させているが、第１吸気出口２３と第２吸気出口２６との間に開口させてもよい。この場合は、第１吸気出口２３と第２吸気出口２６とは周方向に並んでいるため、吸気の移行はよりスムースになる。この場合も、バイパス通路２８を開くと第１吸気出口２３が閉じられるように構成すると、吸気が連通路２７に漏れるのを防止できるため好適である。
【００３２】
連通路２７は必ずしもコンプレッサハウジング１２の内部に形成する必要はないのであり、連通路２７をコンプレッサハウジング１２の外側に露出したパイプで構成することも可能である。また、コンプレッサハウジング１２の外面にこれと重なるチャッネル材を固定して、チャンネル材とコンプレッサハウジング１２との間に形成されたトンネル状空間を連通路２７とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本願発明は、実際に内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００３４】
４  吸気マニホールド
５  排気マニホールド
６  吸気通路
９  排気ターボ過給機
１０  タービンハウジング
１１  排気タービン
１２  コンプレッサハウジング
１３  第１コンプレッサ翼
１４  第２コンプレッサ翼
１４ａ  隔壁
１５  回転軸
２１  内側室（内側コンプレッサ室）
２２  第１吸気入口
２３  第１吸気出口
２４  外側室（外側コンプレッサ室）
２５  第２吸気入口
２６  第２吸気出口
２７  連通路
２８  バイパス通路
２９  切り替え弁
３０  アクチェータ（電動モータ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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