(57)【要約】【課題】内燃機関の可変容量ターボチャージャにおいて、制御弁が閉じている時に、内周スクロール部の排気流れを乱さない、また、制御弁の動作による流入開口部の開放始期および閉鎖終期に、流入開口部の開度が急激に変化することを防止して、排気流量の制御精度を向上させることができる可変容量ターボチャージャを提供すること。【解決手段】制御弁２６の内周スクロール部２４側の内周面２６ａは、スクロール部を構成し排気入口２１ａから内周スクロール部２４の入口位置２４ａまでの間をスムーズに断面を円または楕円形状を保持しつつ徐変する導入スクロール部２９の内周面２９ａを構成するように形成し、内周面２６ａにはスクロール部の排気流れ方向に溝２６ｂがを形成した。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、
該シャフトの一端に固定されるタービンロータと、
該タービンロータを収容すると共に、排気入口、排気出口を有し、前記タービンロータと前記排気入口側との間にその断面積が漸次減少する内周スクロール部と外周スクロール部に分割されたスクロール部を有するタービンハウジングと、
前記外周スクロール部の排気入口側に配設される流入開口部を開閉して前記両スクロール部への排気流量を制御する制御弁とを備える可変容量ターボチャージャにおいて、
前記制御弁の弁体が閉成されたときに弁体が内周スクロール部の内周面に沿うように形成されていることを特徴とする可変容量ターボチャージャ。
【請求項２】
前記弁体の表面の一部には外周スクロール部への排気流れ方向に溝が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ボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関を過給する可変容量ターボチャージャに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術の可変容量ターボチャージャとしては、シャフトと、該シャフトの一端に固定されるタービンロータと、該タービンロータを収容すると共に、排気入口、排気出口を有し、前記タービンロータと前記排気入口側との間にその断面積が漸次減少するスクロール部を有するタービンハウジングと、前記シャフトの他端に固定され、コンプレッサハウジング内に収容されるコンプレッサロータと、前記スクロール部を径方向に内周スクロール部と外周スクロール部とに分割すると共に前記外周スクロール部を流れる排気を前記内周スクロール部へ流入して前記内周スクロール部を流れる排気の流速を規制する複数の連通孔を有する区画壁と、前記外周スクロール部の排気入口側に配設される流入開口部を開閉して前記両スクロール部への排気流量を制御する制御弁とを備えるものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−８９７７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の可変容量ターボチャージャは、エンジンの低速域では、制御弁を閉じて内周スクロール部のみへ排気を流入させて、少ない排気でタービンロータを効率的に回転させて所望の過給圧を得るとともに、エンジンの中速域および高速域では、タービンロータの回転をエンジンの回転速度に応じて制御弁を動作させ流入開口部の開度を調整して過給圧を設定された圧力に制御し、ターボチャージャの機能を向上させている。
【０００５】
しかしながら、従来の可変容量ターボチャージャにおいては、図８に示すように、タービン部５２０に配設される制御弁５２６の内周スクロール部５２４側の内周面５２６ａは流入開口部５２５ａの周囲に形成される弁座部５２５ｂと接するシール面５２６ｂと同一高さのフラットな形状を呈している。このため、制御弁５２６により流入開口部５２５ａを閉じた場合、流入開口部５２５ａで段差Ｓが形成される。つまり、排気入口５２１ａから内周スクロール部５２４に向かって制御弁５２６の内周スクロール部５２４側の内周面５２６ａは、排気入口５２１ａから内周スクロール部５２４の入口位置５２４ａまでの間を流体がスムーズに流れるための断面形状として円または楕円となるような導入スクロール部５２９を形成できない。このため、流入開口部５２５ａの段差Ｓで排気流れの乱れが発生しタービン効率を悪化させるという問題がある。
【０００６】
また、従来技術の可変容量ターボチャージャにおいては、エンジンの低速域から中高速域への変化に追従して制御弁５２６を動作させて流入開口部５２５ａを漸次開放する場合、流入開口部５２５ａはその形状に起因して開度零の状態から瞬時に所定開度まで開放され、また、エンジンの中高速域から低速域への変化に追従して制御弁５２６を動作させて流入開口部５２５ａを漸次閉鎖する場合、流入開口部５２５ａはその形状に起因して所定開度から瞬時に開度零の状態に閉鎖されることになる。流入開口部５２５ａのこのような開閉状態は、内周スクロール部５２４と外周スクロール部５２５への流入する排気の急激な変化を引き起こし、コンプレッサ部にて発生する過給圧に大きな影響を及ぼすことになる。
【０００７】
そこで本発明は、内燃機関の可変容量ターボチャージャにおいて、制御弁が閉じている時に、内周スクロール部の排気流れを乱さない、また、制御弁の動作による流入開口部の開放始期および閉鎖終期に、流入開口部の開度が急激に変化することを防止して、制御弁の開放始期および閉鎖終期における排気流量の制御精度を向上させることができる可変容量ターボチャージャを提供することをその技術的課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために請求項１の発明において講じた技術的手段は、シャフトと、該シャフトの一端に固定されるタービンロータと、該タービンロータを収容すると共に、排気入口、排気出口を有し、前記タービンロータと前記排気入口側との間にその断面積が漸次減少する内周スクロール部と外周スクロール部に分割されたスクロール部を有するタービンハウジングと、前記外周スクロール部の排気入口側に配設される流入開口部を開閉して前記両スクロール部への排気流量を制御する制御弁とを備える可変容量ターボチャージャにおいて、前記制御弁の弁体が閉成されたときに弁体が内周スクロール部の内周面に沿うように形成した可変容量ターボチャージャとしたことである。
【０００９】
上記した手段によれば、制御弁の内周スクロール部側の内周面は、スクロール部を構成し排気入口から内周スクロール部の入口位置までの間をスムーズに断面を円または楕円形状を保持しつつ徐変する導入スクロール部の内周面を構成するように形成されていることにより、排気入口から内周スクロール部に向かってスムーズに断面を徐変することができるため、流入開口部で排気流れの乱れを発生させることがなくタービン効率を向上することができる。
【００１０】
上記した課題を解決するために請求項２の発明において講じた技術的手段は、前記弁体の表面の一部には外周スクロール部への排気流れ方向に溝が形成されている可変容量ターボチャージャとしたことである。
【００１１】
上記した手段によれば、内周面にはスクロール部の排気流れ方向に溝が形成されていることにより、弁開口部の開度を制御弁の開放始期および閉鎖終期に緩やかに変化させることができ、排気流量の制御精度を向上させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１実施形態について図１乃至図７を用いて説明する。図１及び図２は本発明のターボチャージャ１を示すもので、ターボチャージャ１は、軸受部１０を介して互いに連結されたタービン部２０とコンプレッサ部３０にて構成されている。
【００１３】
軸受部１０は、ベアリングハウジング１１と、ベアリングハウジング１１内にて軸受１２を介して回転可能に支持されたシャフト１３を備えていて、シャフト１３は左右の各端部をベアリングハウジング１１から突出させている。シャフト１３の一端側はタービン部２０を構成するタービンハウジング２１内に臨み、かつ、シャフト１３の他端側はコンプレッサ部３０を構成するコンプレッサハウジング３１内に臨んでいる。シャフト１３の一端側には、タービン部２０を構成するタービンロータ２２が一体回転可能に接合され、かつ、シャフト１３の他端側には、コンプレッサ部３０を構成するコンプレッサロータ３２が一体回転可能に組付けられている。
【００１４】
タービン部２０は、タービンハウジング２１と、タービンハウジング２１内に位置するタービンロータ２２を備えているもので、タービンハウジング２１は軸受部１０を構成するベアリングハウジング１１の一側に取付けられている。タービンロータ２２は、ベアリングハウジング１１の一側を貫通して臨むシャフト１３の一端側に一体回転可能に接合されていて、タービンハウジング２１内に形成されている排気通路に位置している。
【００１５】
タービンハウジング２１は、排気入口２１ａと排気出口２１ｂを備え、排気入口２１ａと排気出口２１ｂとの間が排気通路に形成されており、同排気通路におけるタービンロータ２２の配設位置より上流側に、区画壁２３が設けられている。区画壁２３は、排気通路におけるタービンロータ２２の配設位置より上流側の部位を、内周スクロール部（スクロール部）２４と外周スクロール部（スクロール部）２５に区画している。区画壁２３には、連通孔２８（スリット）が下流側に沿って多数形成されている。連通孔２８は、その上流側壁が穏やかな傾斜状に、かつ、その下流側壁がきつい傾斜状に形成されていて、タービンロータ２２の軸心に向かって所定角度で指向している。
【００１６】
タービン部２０においては、タービンハウジング２１の排気入口２１ａ側に制御弁２６が配設されている。制御弁２６は、外周スクロール部２５の流入開口部２５ａの開口度合いを制御するもので、区画壁２３の先端部に形成される弁座部２５ｂに着座している。制御弁２６は、この状態で外周スクロール部２５の流入開口部２５ａを閉鎖していて、図略の操作手段にて、エンジンの状態に応じて開閉動作を制御される。
【００１７】
ところで、図３乃至図５に示すように、制御弁２６の内周スクロール部２４側の内周面２６ａは、スクロール部を構成し排気入口２１ａから内周スクロール部２４の入口位置２４ａまでの間をスムーズに断面を円または楕円形状を保持しつつ徐変する導入スクロール部（スクロール部）２９の内周面２９ａを構成するように形成されている。また、内周面２６ａには導入スクロール部２９ａの排気流れ方向に溝２６ｂが形成されている。
【００１８】
コンプレッサ部３０は、コンプレッサハウジング３１と、コンプレッサハウジング３１内に位置するコンプレッサロータ３２を備えているもので、コンプレッサハウジング３１は軸受部１０を構成するベアリングハウジング１１の他側に取付けられている。コンプレッサロータ３２は、ベアリングハウジング１１の他側を貫通して臨むシャフト１３の他端側に一体回転可能に組付けられていて、コンプレッサハウジング３１内に形成されている吸気通路に位置している。
【００１９】
コンプレッサハウジング３１は、コンプッレッサ導入口３１ａとコンプッレッサ排出口３１ｂを備える。コンプッレッサ導入口３１ａとコンプッレッサ排出口３１ｂとの間にはコンプレッサハウジング３１の外周に沿って略円環状のスクロール部３３が形成され、このスクロール部３３が吸気通路を形成する。スクロール部３３はコンプレッサ排出口３１ｂに隣接する位置からコンプレッサ導入口３１ａ側に向けて漸次先細り形状に形成されている。
【００２０】
次に、上記した可変容量ターボチャージャ１の作用を説明する。
【００２１】
ターボチャージャ１においては、エンジンからの排気を、タービン部２０を構成するタービンハウジング２１の排気入口２１ａを通して排気通路に導入することにより作動し、コンプレッサ部３０においては設定された過給圧を発生させ、この過給圧を図示しないエンジンの吸気口に供給する。
【００２２】
ターボチャージャ１において、排気流量が少ないエンジンの低速域では、外周スクロール部（スクロール部）２５の流入開口部２５ａが制御弁２６により閉鎖されていて、タービンハウジング２１の排気入口２１ａを通して導入された排気は内周スクロール部（スクロール部）２４に流入する。内周スクロール部２４を流れる排気はタービンロータ２２の接線方向からタービンロータ２２に当たり、タービンロータ２２を効率よく回転させる。その後、排気は、排気出口２１ｂを経て排気管へ排出される。この時、制御弁２６の内周スクロール部２４側の内周面２６ａは、スクロール部を構成し排気入口２１ａから内周スクロール部２４の入口位置２４ａまでの間をスムーズに断面を円または楕円形状を保持しつつ徐変する導入スクロール部２９（スクロール部）の内周面２９ａを構成するように形成されていることにより、排気入口２１ａから内周スクロール部２４に向かってスムーズに断面を徐変することができるため、流入開口部２５ａで排気流れの乱れを発生させることがなくタービン効率を向上することができる。
【００２３】
この間、タービンロータ２２の回転によりシャフト１３が回転して、コンプレッサロータ３２を回転させる。この結果、大気がコンプレッサハウジング３１のコンプレッサ導入口３１ａから導入され、コンプレッサロータ３２により圧縮されて設定された過給圧となって、コンプレッサ排出口３１ｂを経て高い密度の吸気としてエンジンの吸気口へ導入される。
【００２４】
これにより、可変容量ターボチャージャ１は内周スクロール部２４の容積を有する容積の小さなターボチャージャとして機能し、少ない排気でも効率よくタービンロータ２２を回転させることができる。
【００２５】
一方、排気流量が多いエンジンの中速域または高速域では、制御弁２６の作動により外周スクロール部２５の流入開口部２５ａがエンジンの状態に応じて開放されて、タービンハウジング２１の排気入口２１ａを通して導入された排気は内周スクロール部２４と外周スクロール部２５の両者に流入し、内周スクロール部２４に流入した排気は上記したと同様にタービンロータ２２を回転させて排気出口２１ｂを経て排気管へ排出される。この時、図６に示すように、内周面２６ａには導入スクロール部２９の排気流れ方向に溝２６ｂが形成されていることにより、導入開口部２５ａの開度を制御弁２６の開放始期および閉鎖終期に緩やかに変化させることができ、排気流量の制御精度を向上させることができる。尚、溝のない場合の排気の流れを図７に示す。
【００２６】
この間、外周スクロール部２５に流入した排気は、区画壁２３の各連通孔２８を通して内周スクロール部２４に流入する。この場合、排気の内周スクロール部２４への流入方向は、各連通孔２８の指向方向に沿った方向、すなわちタービンロータ２２の軸心へ向かう方向となる。内周スクロール部２４内を流れる排気の流れは、上記したようにタービンロータ２２の接線方向からタービンロータ２２に当たっているが、外周スクロール部２５からの内周スクロール部２４に流入する排気の流れにより、タービンロータ２２の回転中心に向かう流れに変えられる。さらに、タービンロータ２２に当たる排気の流れの速度も低下する。これにより、タービンロータ２２の回転は抑制されて、コンプレッサロータ３２の必要以上の回転が防止され、エンジンの中速域または高速域の排気量が多い領域においても設定された過給圧に制御される。
【００２７】
【発明の効果】
上記した請求項１の発明によれば、制御弁の内周スクロール部側の内周面は、スクロール部を構成し排気入口から内周スクロール部の入口位置までの間をスムーズに断面を円または楕円形状を保持しつつ徐変する導入スクロール部の内周面を構成するように形成されていることにより、排気入口から内周スクロール部に向かってスムーズに断面を徐変することができるため、流入開口部で排気流れの乱れを発生させることがなくタービン効率を向上することができる。
【００２８】
また、請求項２の発明によれば、内周面にはスクロール部の排気流れ方向に溝が形成されていることにより、弁開口部の開度を制御弁の開放始期および閉鎖終期に緩やかに変化させることができ、排気流量の制御精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における可変容量ターボチャージャ１の軸方向断面図を示す。
【図２】本発明の図１に示すＩＩ−ＩＩラインよりタービン部２０を見た正面図を示す。
【図３】本発明の第１の実施形態における制御弁２６の平面図を示す。
【図４】本発明の第１の実施形態における制御弁２６の側面図を示す。
【図５】本発明の第１の実施形態における制御弁２６の正面図を示す。
【図６】本発明の第１の実施形態における制御弁２６による流入開口部２５ａの開放始期および閉鎖終期における排気の流れを説明する概略図を示す。
【図７】図６において、制御弁２６に溝２６ｂがない場合の流入開口部２５ａの開放始期および閉鎖終期における排気の流れを説明する概略図を示す。
【図８】従来技術の可変容量ターボチャージャにおいてタービン部２０を見た正面図を示す。
【符号の説明】
１・・・可変容量ターボチャージャ
１３・・・シャフト
２１・・・タービンハウジング
２１ａ・・・排気入口
２１ｂ・・・排気出口
２２・・・タービンロータ
２３・・・区画壁
２４・・・内周スクロール部（スクロール部）
２４ａ・・・入口位置
２５・・・外周スクロール部（スクロール部）
２５ａ・・・流入開口部
２６、１２６・・・制御弁
２６ａ・・・内周面
２６ｂ・・・溝
２８・・・連通孔（スリット）
２９・・・導入スクロール部（スクロール部）
３１・・・コンプレッサハウジング
３２・・・コンプレッサロータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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