(57)【要約】【解決手段】内燃機関用ターボ過給機に使用するのに特に適したロータリ弁１は、ターボ過給機入口１０と少なくとも第１及び第２渦巻通路１３、１４との間に設けられる。ロータリ弁は、（ａ）少なくとも１つの渦巻通路が遮断されかつバイパス出口が遮断された位置と、（ｂ）渦巻通路が遮断されずかつバイパス出口が遮断されない位置との間で回転できる。制御弁が中心軸線の周りに回転でき、円板形状の基部２、その基部に設けられた制御面４を含む。制御面はほぼ楔状に形成され、円板形状の基部はバイパス出口に連通する穴７を選択的に有する。ロータリ弁は、回転軸線を通して延びる軸１１２ａ、１１２ｂを介して両側に好ましくは装着される。
2005509791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ過給機であって、
タービン羽根車（９）と、
羽根車・チャンバの入口ポート及び出口ポートを有するタービン羽根車・チャンバを形成するタービン・ケーシング（８）であって、排気ガスを受ける少なくとも１つのケーシング入口ポート（１０）、タービン羽根車・チャンバの入口ポートに向かって開口しかつ前記ケーシング入口ポートからの排気ガス流を前記タービン羽根車・チャンバに向けるように寸法決めされた少なくとも第１及び第２の渦巻通路（１３、１４）、前記タービン羽根車の上流にある少なくとも１つの上流ケーシングの出口、前記タービン羽根車・チャンバからの排気ガスを放出するように前記タービン羽根車の下流にある少なくとも１つの下流ケーシングの出口を有するタービンケーシング（８）と、
前記ケーシングの入口と前記少なくとも第１及び第２の渦巻通路との間に設けられたロータリ制御弁（１）とを備え、前記ロータリ制御弁は（ａ）少なくとも１つの渦巻通路が遮断されかつ前記上流ケーシングの出口が遮断される位置と、（ｂ）渦巻通路が遮断されずかつ前記上流ケーシングの出口が遮断される位置と、（ｃ）渦巻通路が遮断されずかつ前記上流ケーシングの出口が遮断されない位置との間で回転でき、
前記ロータリ制御弁が中心軸線の周りで回転でき、前記ロータリ制御弁は円板形状基部（２）と該基部に設けられた制御面（４）とを含み、前記制御面は前記第１及び第２の渦巻通路の少なくとも１つを選択的に遮断又は開通し、前記円板形状基部は排気ガスが前記タービン羽根車（９）を迂回するように前記タービン羽根車の上流にある出口に一致して配置されている穴（７）を備える、ターボ過給機。
【請求項４】
前記ロータリ弁の制御面（４）は、鋭い楔形、鈍い楔形、又は双曲線の形体をしている、請求項１に記載のターボ過給機。
【請求項５】
前記制御面（４）は、ロータリ弁の回転軸線を超えて延びる先導縁（５）と、前記回転軸線と同軸でかつ緊密な公差をもって螺旋通路の入口開口を通過するのに適した鋭角の後続縁（６）とを含む、請求項１に記載のターボ過給機。
【請求項６】
前記ロータリ弁（１）はその両側から延びる軸（１１２ａ、１１２ｂ）を含み、前記軸は前記ロータリ弁の両側において前記軸を介して前記タービン・ケーシング（８）に回転自在に取り付けられている、請求項１に記載のターボ過給機。
【請求項７】
前記タービン羽根車への開口は、前記タービン羽根車の周りに約１回延びる、請求項１に記載のターボ過給機。
【請求項１０】
ターボ過給機であって、
タービン羽根車（９）と、
羽根車・チャンバの入口ポート及び出口ポートを有するタービン羽根車・チャンバを形成するタービン・ケーシング（８）であって、排気ガスを受ける少なくとも１つのケーシング入口ポート（１０）、タービン羽根車・チャンバの入口ポートに向かってそれぞれ開口しかつ前記ケーシングの入口ポートからの排気ガス流を前記タービン羽根車・チャンバに向けるように寸法決めされた少なくとも第１及び第２の渦巻通路（１３、１４）、前記タービン羽根車の上流にある少なくとも１つの上流ケーシングの出口、前記タービン羽根車・チャンバからの排気ガスを放出するように前記タービン羽根車の下流にある少なくとも１つの下流ケーシングの出口を有するタービンケーシング（８）と、
前記ケーシングの入口と前記少なくとも第１及び第２の渦巻通路との間に設けられたロータリ弁（１）とを備え、前記ロータリ弁は（ａ）少なくとも１つの渦巻通路が遮断されかつ前記上流ケーシングの出口が遮断される位置と、（ｂ）渦巻通路が遮断されずかつ前記上流ケーシングの出口が遮断される位置と、（ｃ）渦巻通路が遮断されずかつ前記上流ケーシングの出口が遮断されない位置との間で回転でき、
前記ロータリ弁（１）が中心軸線の周りで回転でき、前記弁は円板形状の基部（２）と該基部に設けられた制御面（４）とを含み、前記制御面は前記少なくとも第１及び第２の渦巻通路ならびに上流ケーシングの出口を選択的に遮断するように寸法決めされた、ターボ過給機。
【請求項１３】
前記ロータリ弁の制御面（４）は、鋭い楔形、鈍い楔形、又は双曲線の形体をしている、請求項１０に記載のターボ過給機。
【請求項１４】
前記制御面（４）は、ロータリ弁の回転軸線を超えて延びる先導縁（５）と、前記回転軸線と同軸でかつ緊密な公差をもって螺旋通路の入口開口を通過するのに適した鋭角の後続縁（６）とを含む、請求項１０に記載のターボ過給機。
【請求項１５】
前記ロータリ弁（１）はその両側から延びる軸（１１２ａ、１１２ｂ）を含み、前記軸は前記ロータリ弁の両側において前記軸を介して前記タービン・ケーシング（８）に回転自在に取り付けられている、請求項１０に記載のターボ過給機。
【請求項１６】
前記タービン羽根車への開口は、前記タービン羽根車の周りに約１回延びる、請求項１０に記載のターボ過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一体化されたバイパスを備え、小型の制御された双流又は二重流れ（好ましくは双流）ターボ過給機に関する。本発明は、さらに詳しくは、バイパスを含み、ガス流を調整するための改善されたロータリ弁を備えたターボ過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
往復内燃機関は、長年にわたりターボ過給機を装備してきた。簡単な無制御固定ノズル・ターボ過給機システムにおいては、最大給気圧力はエンジンの力の関数である。無制御ターボ過給機は、最適性能が高いエンジン速度においてのみ達成されるように設計されなければならない。不幸にして、他のすべての速度領域において、ターボ過給機は次善のブースト又は空気容積を与える。
【０００３】
制御されたターボ過給機は、タービン最適動作点が低又は中間エンジン速度において既に到達される点で、改善された性能を与える。簡単な制御されたシステムにおいては、排気ガスの流量が増加しかつターボ過給圧力が非常に高くなるとき、排気ガスの一部がタービンを迂回するように排気ゲートを介して周囲大気に単に放出され、それにより高速における過剰ブーストによるエンジンに与える損害が回避される。しかし、排気ガスがエンジンを迂回するので、エネルギ損出が高く、エンジン性能は高速において低下する。
【０００４】
十分なエンジン区画室空間がある場合には、２つのターボ過給機（ＬＰターボ過給機及びＨＰターボ過給機）を直列に装備することが知られている。内燃機関の低速範囲において、ＨＰ段及びＬＰ段が直列に作動され、内燃機関の回転速度が増加するに従って、給気過剰が低圧（大容量）コンプレッサにおいて専ら単段圧縮にされ、高圧タービンを部分的に又は完全に迂回する。このようなシステムは非常に改善された効率を与えるが、それはコンパクトさに欠けている。
【０００５】
単独のターボ過給機内で多流導管を設けることが知られているので、単独ターボ過給機ケーシングがＬＰタービンとして及びＨＰタービンとして交互に遂行するように制御されうる。これらのケーシングは、双流ケーシング（ｚｗｉｌｌｉｎｇｓｓｔｒｏｍ−ｇｅｈａｅｕｓｅ）型式及び二重流れケーシング（ｄｏｐｐｅｌｓｔｒｏｍｇｅｈａｅｕｓｅ）型式に分類されうる。
【０００６】
双流ケーシングにおいては、螺旋タービン・ケーシングは少なくとも１つの半径方向仕切り壁によって軸方向に隣接した螺旋に分割される。各螺旋の排気ガスは、軸方向隣接螺旋導管がタービン羽根車の軸方向隣接区分に当たった状態で、タービン羽根車入口に入り、タービン羽根車の全周（３６０°）に衝突する。
【０００７】
二重流れケーシングにおいては、螺旋又は半螺旋が、各螺旋からの排気ガスがタービン羽根車入口の全幅に作用するが、タービン羽根車の半周（１８０°）に亘るだけで作用するように配置される。
【０００８】
螺旋の選択又は運転は、過給機速度を増加しつつ流れ断面を拡大するゲート弁（スロットル弁、フラップ弁、スライド弁）を介して制御される。制御装置は、ブースト圧力又は速度を検出する検出手段及びゲート弁を作動する調節部材を一般に設けられる。
【０００９】
上述した設計上の考慮に加えて、多気筒往復内燃機関用ターボ過給機は、排気干渉を避けるように設計されなければならない。ブーストが排気ガス圧力よりも低いとき、又はエンジンが部分的に負荷をかけられているとき、特に起こるこの問題を解決するために、タービン羽根車への排気マニフォルドが２又はそれを超える支流に分割される過給システムが知られている。２つの排気ガス・ラインはエンジンのシリンダからタービンの螺旋ケーシングまでしばしば延ばされている。シリンダの一方のグループは、エンジンの点火順序にもとづいて排気ガス・ラインにそれぞれ常に接続されるので、隣接する爆発の順番にあるシリンダは同じ支流に排気しない。その結果、排気干渉が回避される。
【００１０】
排気ガスが有するエネルギを選択的に利用するために、２つの排気ガス流の各々が、互いに及ぼし合う干渉をできるだけ少なくするようにタービン羽根車の入口に導入される。これは、いずれかの排気ガス・ラインの排気ガス流の逆火（タービンに到達しかつ排気弁の開口時にもとづいて脈動する）が、認知できるガス流が他方の排気ガス・ラインに同時に流れていないときに、他方の排気ガス・ラインに達するのを主として回避する。排気ガスの脈動は、十分な運動エネルギでタービン・ブレードに打撃を与えることになり、したがって、その脈動は大容積の接続されたラインに遭遇してはならない。
【００１１】
上述した同じ双流又は二重流れケーシングの設計は、特に排気の干渉を回避しかつ排気の脈動を利用するように用いられる。米国特許第３，６１４，２５９号（Ｎｅｆｆ）は、ガス流がフラプ弁を介して制御される状態にして、パルス・タービン又は可変速タービンのいずれかを与えるように用いられてもよい分割タービン・ケーシングを開示している。衝動タービンの場合は、多数の排気ガス・ラインはタービン・ケーシングに連結され、したがってゲート弁又は流れ制御手段が、２もしくは４又はそれを超える流路を介して流れを制御するような、相応した複雑なものにならざるを得ない。
【００１２】
米国特許第４，３８９，８４５号（Ｋｏｉｋｅ）は、三重流れタービン・ケーシングを教示している。そこでは、排気ガスが第１（二重）の渦巻のみを介して又は第１（二重）の渦巻及び第２（単独）の渦巻の両方を介して流れるように、制御弁手段が第１及び第２のガス入口（仕切り壁によって分離されている）に隣接して設けられる。制御弁手段は、ブースト圧力に応答して撓むダイヤフラムとバイアスばねとからなる制御ユニットにリンク機構を介して動作状態で接続される。ブースト圧力に応答して、制御弁手段は第２の渦巻を開閉するように作動される。さらに詳しくは、エンジンが低又は中間速度で運転しているとき、又はエンジンが部分的に負荷をかけられているとき、排気ガスの流量はブースト圧力が低くなるように低下する。したがって、制御ユニットは第２の渦巻を閉鎖するように動作する。その結果、排気ガスは第１の渦巻のみに流れる。複数の第１の渦巻は互いに実質的に分離されているので、排気干渉が生じない。さらに、排気ガスの脈動は非常に効率的に利用されうる。第２の渦巻が制御弁手段によって閉鎖されているとき、渦巻構造の断面積は第２の渦巻が開かれているときよりも小さくなるので、第１の渦巻を流れる排気ガスの速度は増加され、それによって十分な高ブースト圧力が達成される。エンジンが高速で運転しているとき、排気ガスの流量が増加するので、制御ユニットによって制御弁手段が第２の渦巻を開き、その結果、第２の渦巻構造の全断面積が増加する。分離したガス入口から流れる排気ガスは、制御弁手段の下流にある第２の渦巻において混合又は拡散される。第２の渦巻は排気ガスの流れに対して少ない抵抗を示すので、ブースト圧力は所定のレベル又は大きさに維持される。
【００１３】
上述したことから明らかなように、タービン・ケーシングは内燃機関からタービンまでの排気ガス送給通路の設計に関して比較的に進んでいる。本発明は、タービン・ケーシング設計には関係していない。上述した参考文献は、本発明が用いられうる環境を教示し、この教示はここでは参考として組み入れられる。
【００１４】
本発明は、流れ渦巻の選択もしくは動作及び／又は流れ断面の拡大もしくは縮小のためのケーシング内に用いられる制御弁に特に関係されている。
米国特許第４，３８９，８４５号に示されているように、制御弁はフラップ式弁（図６）又はスライド式ゲート弁（図１１）であってもよい。米国特許第４，４４３，１５３号（Ｄｉｂｅｌｉｕｓ）及び米国特許第４，３５１，１５４号（Ｒｉｃｈｔｅｒ）は、各排気ラインがターボ過給機につながる２又はそれを超える導管に順次分割された状態の二重排気マニフォルドを教示する。流れはゲート弁又はフラップ弁を介して制御される。
【００１５】
弁設計の改善が米国特許第４，５４４，３２６号（Ｎｉｓｈｉｇｕｃｈｉ等）に見られる。そこでは、フラップ式弁（図６Ａ）に加えて、ロータリ弁（図８Ａ、９Ａ、１０Ａ、１１Ａ、１３、１６）を教示する。ロータリ弁は、図１０Ｂに示すように、Ｌ字形状断面を有する。ロータリ弁は、断面形状が円弧である中実扇形部分と、円板形状をしていてかつロータリ弁の軸が固定される円形端とを有する。ロータリ弁は一方の円形端のみを有する。ロータリ弁の他方の側は開いている。ロータリ弁の腔胴は一方の側にある円形端によって境界を定められるが、空胴の他方の側は開いている。腔胴の開いた側は、タービン・ケーシングの仕切り壁に対面している。仕切り壁は穴を開けられている。その穴は、腔胴に開いている。図１０Ａに示す閉鎖位置においては、穴はロータリ弁の中実扇形部分から上流位置において主渦巻通路と第２の渦巻通路との間に流体的に連通している。穴を介したこの流体の連通は、弁開口位置においてさえも維持される。穴は、弁が閉鎖位置にあるとき、腔胴底部に作用する動圧を開放する。
【００１６】
断面形状が円弧であるこの中実扇形部分は、ロータリ弁のシリンダの回転中心軸線からずれている。したがって、中実扇形部分に加わるいかなる圧力も弁を不平衡にし、弁を複数の位置間で回転させるのに要する力を増加し、弁速度を低下し、弁が動かなくなる傾向が増す。
【００１７】
さらに、ターボ過給機にバイパス機能を含める要求がある場合には、追加の制御手段を用いることによって達成されりが、空間が必要になりまた複雑になる。バイパス機能のための単純でより効率的な設計が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、ヒステリシスが少なく、応答性がより優れ、著しく容易に制御できるようにロータリ弁が設計され、渦巻通路への流れのみならずバイパス機能が制御される知見に基づいてなされた。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
さらに詳しくは、本発明の第１実施例は、下記のものからなるターボ過給機に関する。そのターボ過給機は、タービン羽根車と、入口ポート及び出口ポートを有するタービン羽根車・チャンバを形成するタービン・ケーシングと、ケーシング入口と少なくとも第１及び第２の渦巻通路との間に設けられたロータリ弁とを備える。タービン・ケーシングは、排気ガスを受ける少なくとも１つのケーシング入口ポートと、タービン羽根車・チャンバの入口ポートに向かって開口しかつケーシング入口からの排気ガス流をタービン羽根車・チャンバに向けるように寸法決めされた少なくとも第１及び第２の渦巻通路と、タービン羽根車の上流にある少なくとも１つの上流ケーシング出口と、タービン羽根車・チャンバからの排気ガスを放出するようにタービン羽根車の下流にある少なくとも１つの下流ケーシング出口とを含む。ロータリ弁は（ａ）少なくとも１つの渦巻通路が遮断されかつ上流ケーシング出口が遮断される位置と、（ｂ）渦巻通路が遮断されずかつ上流ケーシング出口が遮断される位置と、（ｃ）渦巻通路が遮断されずかつ上流ケーシング出口が遮断されない位置との間で回転できる。制御弁手段は中心軸線の周りで回転できるロータリ弁であり、ロータリ弁は円板形状の基部とその基部に設けられた制御面とを含む。制御面は第１及び第２の渦巻通路の少なくとも１つを選択的に遮断するためのものである。円板形状の基部は排気ガスがタービン羽根車を迂回するようにタービン羽根車の上流にある出口に一致して定置される穴を含む。
【００２０】
ロータリ弁の制御面は、鋭い楔形、鈍い楔形、双曲線形、又は直線以外のいかなる形状の形体をしていてもよい。制御面は、したがってロータリ弁の回転軸線を超えて延びる先導縁と、円形でかつ精密な公差をもって螺旋通路入口開口を通過するのに適した鋭角後続縁とを有する。
【００２１】
第２実施例においては、バイパス又は排気ゲートはロータリ弁の円板部にある穴を介して制御されないが、むしろロータリ弁の制御面によって制御される。この制御面は追加の機能を遂行しなければならないので、制御面は広くつくられなければならず、このことは、（ａ）ロータリ弁のサイズを増加させ、（ｂ）第１及び第２の渦巻通路と同じ面上にバイパス出口を配置することを必要とし、また、これは、タービン・ケーシング全体のサイズを増大させる。
【００２２】
第１及び第２実施例の好適変形においては、ロータリ弁が基部円板と制御腕との間で軸に支承されるばかりではなく、ロータリ弁の上方端においても支承される。このような二重支承は、ロータリ弁の案内により高い精度をもたらす。これは、精密な公差で（例えば、ピストンシール及びバイパス通路に研磨表面層を用いる間隙最適化技術を用いて）ロータリ弁を製造することを可能にする。その結果、バイパス漏れを少なくし、効率を高め、ロータリ弁のサイズを低減する能力を発揮する。
【００２３】
ロータリ弁の回転部品は、流れ特性を容易に変えるために、異なる設計の他の回転部品と交換されうる。
衝撃面がなく、繰返し衝撃がないので、標準可変スライド弁と比較したとき、耐用年数が著しく延長される。従来のスライド弁に比べて、タービン・ケーシングに応力が発生しない。
【００２４】
純粋回転運動であるため、ロータリ弁を調節するのに要する動力が少なくなるので、アクチュエータは妨害のおそれなしにより小さくつくられ得る。
摩擦が軸受に限定され、しかも低いので、ヒステリシスがほとんどなく、したがって、制御特性が著しく改善される。
【００２５】
ロータリ弁は、一方の側で取り付けられても、或いはより高い案内精度を得かつ振動の低い特性を得るために、両側（二重側）で取り付けられてもよい。
加工面が単純で、機械加工が容易であるので、製造過程が複雑化せず、経済的である。実際に、側面シールは免除されるか、選択的に採用されてもよい。熱力学的特性が改善されることがわかった。ロータリ弁は多数生産に特に適している。
【００２６】
すべてにわたって、部品が精密な公差で、より経済的に小型軽量化され、従来のスライド弁又はロータリ弁よりも少ない空間で済む。
上述したことは、本発明の下記の詳細な記載がより理解されるために、本発明のより多く関連しかつ重要な特徴をむしろ広く概説したので、当該技術への本発明の貢献は、十分に認識されうる。本発明の追加の特徴は後に記載され、それは本発明の請求項の主題を形成する。開示された概念及び特別な実施例は、本発明の同じ目的を実施するロータリ弁からなるその他の装置を変更又は設計するための基礎として容易に利用されうることは、当業者にとって理解されるであろう。このような均等構造は添付特許請求の範囲に記載した本発明の精神及び範囲から逸脱しないことを、当業者は認識すべきである。
【発明の実施の形態】
【００２７】
本発明は、ロータリ弁の設計に関し、ターボ過給機を背景にしてここでは記載される。ターボ過給機においては、エンジンからの排気ガスは排気管を通り、タービンに流れ、そこで圧力エネルギ、速度エネルギ、及び熱エネルギがタービン・軸においてトルクに変換される。このトルクはコンプレッサに伝達され、そのコンプレッサは圧縮空気を回転させかつ導入通路を介してエンジンに放出する。
【００２８】
この明細書の冒頭部分に詳細に記載したように、異なる特性の多流路（一般に、分離壁によって分離された少なくとも１つの大渦巻通路及び少なくとも１つの小渦巻通路）をターボ過給機ケーシングに設計することは、周知である。その多流路においては、エンジンからの排気ガスが選択的に流される。大小渦巻通路の両方が、タービン羽根車からなるタービン羽根車・チャンバの入口ポートに向けて開口している。これらのハウジング設計は、本発明にとっては付随的なものであり、ここでは詳細に記載する必要はない。本発明のロータリ弁がターボ過給機の排気ガス入口とタービン羽根車との間に設けられる場合には、ロータリ弁は様々な通路に沿って排気ガス流を制御又は配向するように用いられ、そのようなものとして、後に詳細に述べるように、効率及び小型化の改善を与える。したがって、ターボ過給機に用いられる場合には、本発明のロータリ弁はタービン・ケーシングのいかなる特別の等級又は設計に限定されず、また、任意の二重流、双流、もしくは衝動式ハウジング、又はそれらの組合せに用いられてもよい。
【００２９】
タービン・ケーシングの適切な設計は、例えば、米国特許第３，６１４，２５９号（Ｎｅｆｆ）、同第４，３８９，８４５号（Ｋｏｉｋｅ）、同第４，４４３，１５３号（Ｄｉｂｅｌｉｕｓ）、同第４，３５１，１５４号（Ｒｉｃｈｔｅｒ）、同第４，５４４，３２６号（Ｎｉｓｈｉｇｕｃｈｉ）に見出される。それらの教示は、ここに参考として組み入れられる。
【００３０】
ロータリ弁を制御するためのセンサ、制御論理、アクチュエータは、上に列挙した米国特許によって例示されているように、周知であり、したがって、ここでは詳細に記載されない。回転速度、質量流れ、ターボ過給圧力、及びターボ過給空気温度のようなエンジンの運転特性を記録するモータ電子システムに関連されて、ロータリ弁はエンジンのいかなる動作点においても消費量を最少にするか又は汚染物質を最少にする運転モードに対して制御され得る。一般に、交換条件は、最少消費量と最少汚染物質との間で要求される。周囲条件、負荷状態、回転速度にもとづいて、排出質量流れの目標最適配分は、（排気ゲートであるか又は触媒コンバータに直接に接続されてもよい）バイパス側に対して、タービン第１流通路に対して、タービン第２流通路に対して、（追加の流通路が設けられている場合には）その追加の流通路に対してなされる。
【００３１】
図面を参照すれば、図１は本発明の第１実施例に使用するロータリ弁１の回転要素を示す。基部円板２は円形外周縁３によって画定され、そこに形成された穴７を有する。図に示すように、制御面４は基部円板２の一方の面に設けられる。制御面４は、鈍い先導縁５と、円板の外周縁に同軸な弓形の後続縁６とを有する。ロータリ弁の回転軸線は、制御面４の先導縁５の背後を通過する。
【００３２】
図２は、一般のタービン・ハウジング８内にあるロータリ弁１の配置を示す。ロータリ弁１は、装着フランジ１０の下流でかつタービン羽根車９の上流にあるタービン・スロート１１に設けられる。ロータリ弁１は軸１２の周りで回転できるように装着される。
【００３３】
図３は、ターボ過給機の装着フランジの平面図である。図３からは、ターボ過給機から外側渦巻（螺旋）通路１３（総体的に必ずしも小さくはない）及び内側渦巻（螺旋）通路１４（総体的に大きい）が、案内腕１７と共に見られる。アクチュエータ（図示せず）が案内腕１７を介してロータリ弁１を動かす。
【００３４】
図４は図３に対応し、ターボ過給機のロータリ弁のポートを通る横断面図である。ロータリ弁１の細長い軸１２を装着するための単独軸受２２がここに示されている。また、バイパス通路１６及びロータリ弁１の下にあるタービン・ハウジング床に開けた貫通穴も示されている。貫通穴は、ロータリ弁が後述する位置「ｃ」にあるとき、ロータリ弁の基部円板の穴７と一致できる。
【００３５】
図５は、タービン過給機・ハウジングのスロート部の底面図であって、案内腕１７が２つの端位置にあり、位置「ａ」、「ｂ」、「ｃ」に可動であることを示す。その関連性は図６ａから図６ｃまでにより十分に理解されるであろう。
【００３６】
図６ａは、図５の案内腕位置「ａ」に対応する位置「ａ」におけるロータリ弁１（円板の穴を含む）を示す。排気ガスの流量が低い場合には、ロータリ弁１は、制御面４が内側渦巻通路１４を遮断した状態に定置されるので、排気ガスは外側渦巻通路１３のみに流れる。外側渦巻通路の全体の横断面積は小さいので、外側渦巻通路を流れる排気ガスの速度は増加される。好適実施例（図示せず）においては、外側渦巻通路が仕切り壁によって分割され、実質的には分離されてもよいので、排気ガスの脈動は高い効率で利用されることができ、その結果、十分なブースト圧力が低速度においてさえも保証される。
【００３７】
排気ガスの流速が増加すると、アクチュエータ（図示せず）が動作して、ロータリ弁１が外側渦巻通路１３のみならず内側渦巻通路１４をも開くようにさせる。その結果、タービン・ケーシング８の容積が増加され、排気ガスの速度が減少し、その結果、ブースト圧力が所定のレベルに維持される。
【００３８】
エンジンの速度がさらに増加したとき、排気ガスの流量もそれに従って増加するので、アクチュエータによってロータリ弁１が内側及び外側渦巻通路を開くだけでなく、排気ゲートとして又は再循環のために設計された排気ガス・バイパス通路１６に続く壁を貫通する貫通穴１５と一致して円板穴７を定置させる。その結果、エンジンからの排気ガスの一部は周囲の大気中に放出されるので、ブースト圧力は過剰に上昇することを防止され、最適レベルに維持される。
【００３９】
要約すれば、内側及び外側渦巻通路及び排気ガス・バイパス穴がエンジンからの排気ガスの流量に応答して選択的に開閉されるので、流量の変動にかかわらず、所望のタービン特性が維持される。
【００４０】
図７は、ターボ過給機ケーシングを通る縦断面図であって、第１及び第２の排気ガス流通路を示す。その排気ガス流通路は、任意の設計、形状、複雑なものであってもよく、双流、二重流、多通路双流又は二重流が制御された衝動式ターボ過給機のケーシングに適している。流通路は半径方向に延びかつここに示すように軸方向に隣接するか、又は二重流設計におけるように内側及び外側であってもよい。
【００４１】
図８及び図９は、本発明の第２実施例の側部断面図及び頂部断面図を示す。排気ガス・バイパス通路がロータリ弁の下と言うよりはむしろロータリ弁に並んで配置される。このような設計の利点は、ロータリ弁が特定のエンジン区画室において望まれる「平坦」及び「広幅」である点にある。ロータリ弁の軸は単一の軸受２２を介して取り付けられる。ロータリ弁には、蓋部を取り除くことによって容易に接近できる。図９に示すロータリ弁の位置においては、第１の内側渦巻通路１４及びバイパス通路１６が遮断される。ロータリ弁を時計方向に回転させることによって、第１の内側渦巻通路１４は開き、さらに回転することによってバイパス通路１６が開く。
【００４２】
本発明の好適実施例が図１０に示されている。ここでは、バイパス通路が第１及び第２排気ガス流通路の下に配置されずに、内側及び外側渦巻通路から弁軸（図に示されているように）の他の側に配置される。
【００４３】
図１０における別の変更は、ロータリ弁が一端において取り付けらているのではなく、弁の両端で取り付けられていることである。すなわち、下側の軸１１２ｂは下側の軸受１１０ｂに取り付けられ、また、上側の軸１１２ａは上側の軸受１１０ａに取り付けられる。２カ所での支持は、弁の案内により大きい精度をもたらす。このことは、弁に精密な公差で製造できるようにし、その結果、バイパス漏れがより少なくなり、効率がより増大し、そして弁のサイズを減少できるようになる。
【００４４】
上述したことから、本発明の部品に対する最適寸法関係が、サイズ、材料、形状、形体、機能、運転方式、組立、使用を含めて、当業者にとっては容易に明白かつ自明であり、図面に示し明細書に記載したことに対するすべての均等関係が本発明によって包含されるように意図されていることを認識されたい。
【００４５】
したがって、上述したことは、本発明の原理のみを示すものとして考えられる。さらに、多数の変更及び変化が当業者にとっては容易に起こるので、図示しかつ記載した厳密な構成及び動作に限定することは望ましくなく、したがって、すべての適切な変更及び均等が行使され、本発明の範囲内に帰着する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施例に用いるロータリ弁の回転要素を示す。
【図２】一般的なターボ過給機ケーシング内のロータリ弁の位置を示す。
【図３】ターボ過給機の装着フランジの平面図である。
【図４】図３に対応し、ロータリ弁の横断面図である。
【図５】ターボ過給機スロート領域の底面図であって、位置ａ−位置ｃにある案内腕を示す。
【図６】図６ａ−図６ｃは案内腕の位置ａ−位置ｃにそれぞれ対応する位置ａ−位置ｃにあるロータリ弁及び穴を示す。
【図７】ターボ過給機ケーシングを貫通する縦断面図であって、第１及び第２排気ガス流通路を示す。
【図８】本発明の第２実施例の側部断面図であって、排気ガス・バイパス通路がロータリ弁の下よりもむしろロータリ弁に並んで配置された状態を示す。
【図９】本発明の第２実施例の頂部断面図であって、排気ガス・バイパス通路がロータリ弁の下よりもむしろロータリ弁に並んで配置された状態を示す。
【図１０】第１実施例の別の変更例を示し、排気ガス・バイパス通路が第１及び第２排気ガス流通路下に定置されていない構成を示す。
【図１】
2005509791.tif 000003
【図２】
2005509791.tif 000004
【図３】
2005509791.tif 000005
【図４】
2005509791.tif 000006
【図５】
2005509791.tif 000007
【図６ａ】
2005509791.tif 000008
【図６ｂ】
2005509791.tif 000009
【図６ｃ】
2005509791.tif 000010
【図７】
2005509791.tif 000011
【図８】
2005509791.tif 000012
【図９】
2005509791.tif 000013
【図１０】
2005509791.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成16年7月9日(2004.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ過給機であって、
タービン羽根車（９）と、
羽根車・チャンバの入口ポート及び出口ポートを有するタービン羽根車・チャンバを形成するタービン・ケーシング（８）であって、排気ガスを受ける少なくとも１つのケーシング入口ポート（１０）、タービン羽根車・チャンバの入口ポートに向かって開口しかつ前記ケーシング入口ポートからの排気ガス流を前記タービン羽根車・チャンバに向けるように寸法決めされた少なくとも第１及び第２の渦巻通路（１３、１４）、前記タービン羽根車の上流にある少なくとも１つの上流ケーシングの出口、前記タービン羽根車・チャンバからの排気ガスを放出するように前記タービン羽根車の下流にある少なくとも１つの下流ケーシングの出口を有するタービンケーシング（８）と、
前記ケーシングの入口と前記少なくとも第１及び第２の渦巻通路との間に設けられたロータリ制御弁（１）とを備え、前記ロータリ制御弁は（ａ）少なくとも１つの渦巻通路が遮断されかつ前記上流ケーシングの出口が遮断される位置と、（ｂ）渦巻通路が遮断されずかつ前記上流ケーシングの出口が遮断される位置と、（ｃ）渦巻通路が遮断されずかつ前記上流ケーシングの出口が遮断されない位置との間で回転でき、
前記ロータリ制御弁が中心軸線の周りで回転でき、前記ロータリ制御弁は円板形状基部（２）と該基部に設けられた制御面（４）とを含み、前記制御面は前記第１及び第２の渦巻通路の少なくとも１つを選択的に遮断又は開通し、前記円板形状基部は排気ガスが前記タービン羽根車（９）を迂回するように前記タービン羽根車の上流にある出口に一致して配置されている穴（７）を備える、ターボ過給機。
【請求項２】
前記ロータリ弁の制御面（４）は、鋭い楔形、鈍い楔形、又は双曲線の形体をしている、請求項１に記載のターボ過給機。
【請求項３】
前記制御面（４）は、ロータリ弁の回転軸線を超えて延びる先導縁（５）と、前記回転軸線と同軸でかつ緊密な公差をもって螺旋通路の入口開口を通過するのに適した鋭角の後続縁（６）とを含む、請求項１に記載のターボ過給機。
【請求項４】
前記ロータリ弁（１）はその両側から延びる軸（１１２ａ、１１２ｂ）を含み、前記軸は前記ロータリ弁の両側において前記軸を介して前記タービン・ケーシング（８）に回転自在に取り付けられている、請求項１に記載のターボ過給機。
【請求項５】
前記タービン羽根車への開口は、前記タービン羽根車の周りに約１回延びる、請求項１に記載のターボ過給機。
【請求項６】
ターボ過給機であって、
タービン羽根車（９）と、
羽根車・チャンバの入口ポート及び出口ポートを有するタービン羽根車・チャンバを形成するタービン・ケーシング（８）であって、排気ガスを受ける少なくとも１つのケーシング入口ポート（１０）、タービン羽根車・チャンバの入口ポートに向かってそれぞれ開口しかつ前記ケーシングの入口ポートからの排気ガス流を前記タービン羽根車・チャンバに向けるように寸法決めされた少なくとも第１及び第２の渦巻通路（１３、１４）、前記タービン羽根車の上流にある少なくとも１つの上流ケーシングの出口、前記タービン羽根車・チャンバからの排気ガスを放出するように前記タービン羽根車の下流にある少なくとも１つの下流ケーシングの出口を有するタービンケーシング（８）と、
前記ケーシングの入口と前記少なくとも第１及び第２の渦巻通路との間に設けられたロータリ弁（１）とを備え、前記ロータリ弁は（ａ）少なくとも１つの渦巻通路が遮断されかつ前記上流ケーシングの出口が遮断される位置と、（ｂ）渦巻通路が遮断されずかつ前記上流ケーシングの出口が遮断される位置と、（ｃ）渦巻通路が遮断されずかつ前記上流ケーシングの出口が遮断されない位置との間で回転でき、
前記ロータリ弁（１）が中心軸線の周りで回転でき、前記弁は円板形状の基部（２）と該基部に設けられた制御面（４）とを含み、前記制御面は前記少なくとも第１及び第２の渦巻通路ならびに上流ケーシングの出口を選択的に遮断するように寸法決めされた、ターボ過給機。
【請求項７】
前記ロータリ弁の制御面（４）は、鋭い楔形、鈍い楔形、又は双曲線の形体をしている、請求項６に記載のターボ過給機。
【請求項８】
前記制御面（４）は、ロータリ弁の回転軸線を超えて延びる先導縁（５）と、前記回転軸線と同軸でかつ緊密な公差をもって螺旋通路の入口開口を通過するのに適した鋭角の後続縁（６）とを含む、請求項６に記載のターボ過給機。
【請求項９】
前記ロータリ弁（１）はその両側から延びる軸（１１２ａ、１１２ｂ）を含み、前記軸は前記ロータリ弁の両側において前記軸を介して前記タービン・ケーシング（８）に回転自在に取り付けられている、請求項６に記載のターボ過給機。
【請求項１０】
前記タービン羽根車への開口は、前記タービン羽根車の周りに約１回延びる、請求項６に記載のターボ過給機。
【国際調査報告】
2005509791.tif 000015
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2005509791.tif 000017