(57)【要約】【課題】内燃機関のシリンダー内と排気管で連通する排気タービン室のタービンブレードへ流入する排気ガス流速度を高めることにより、タービンブレードを素早く高回転させて同軸上他方端部に固定したコンプレッサーインペラを高速回転させ、内撚機関のシリンダー内に多量の空気を過給することにより、内撚機関の各回転域においてトルクや出力の高出力化を図るとともに、最適空燃比率確保による省エネルギー、排気ガスのクリーン化等、環境に配慮した内燃機関を提供すること。【解決手段】タービンブレード４の環状流入口に臨む位置に各誘導翼８及び各誘導翼９を備えた環状ノズル筒１０を設けた構造であって、前記環状ノズル筒１０は低中速回転用ノズル部１１と高速回転用ノズル部１２とで構成され、前記タービン軸３方向に移動可能とし、前記環状ノズル筒１０のいずれかを環状流入口に臨む位置に位置決めして固定する構成。【選択図】          図１
2004211608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダー内と排気管（１）で連通する排気タービン室（２）内にタービン軸（３）一方端部に固定したタービンブード（４）を配置し、また、内燃機関のシリンダー内と吸気管（５）で連通する過給機室（６）内の吸気入口に前記タービン軸（３）他方端部に固定したコンプレッサーインペラ（７）を配置した排気ガス駆動ターボ過給機において、前記タービンブレード（４）の環状流入口に臨む位置に各誘導翼（８）及び各誘導翼（９）を備えた環状ノズル筒（１０）を設けた構造であって、前記環状ノズル筒（１０）は低中速回転用ノズル部（１１）と高速回転用ノズル部（１２）とで構成され、前記タービン軸（３）方向に移動可能とし、前記環状ノズル筒（１０）のいずれかを環状流入口に臨む位置に位置決めして固定する構成とすることを特徴とした排気ガス駆動ターボ過給機。
【請求項２】
過給機室（３８）内のコンプレッサーインペラ（３９）の環状流出口に臨む位置に各誘導翼（４０）及び各誘導翼（４１）を備えた環状ディヒューザー筒（４２）を設けた構造であって、前記環状ディヒューザー筒（４２）は低中速回転用ディヒューザー部（４３）と高速回転用ディヒューザ部（４４）とで構成され、タービン軸（４５）方向に移動可能とし、前記環状ディヒューザー筒（４２）のいずれかを環状流出口に臨む位置に位置決めして固定する構成とすることを特徴とした請求項１記載の排気ガス駆動ターボ過給機。
【請求項３】
内燃機関のシリンダー内と排気管（５３）で連通する排気タービン室（５４）内にタービン軸（５５）一方端部に固定したタービンブレード（５６）を配置し、また、内燃機関のシリンダー内と吸気管（５７）で連通する過給機室（５８）内の吸気入口に前記タービン軸（５５）他方端部に固定したコンプレッサーインペラ（５９）を配置した排気ガス駆動ターボ過給機において、前記タービンブレード（５６）の環状流入口に臨む位置に各誘導翼（６０）を備えた環状ノズル筒（６１）を設けた構造であって、前記環状ノズル筒（６１）は低中速回転用ノズル部（６２）から構成され、前記タービン軸（５５）方向に移動可能とし、内燃機関の低中速回転時に前記環状ノズル筒（６１）を環状流入口に臨む位置に位置決めして固定する構成とすることを特徴とした排気ガス駆動ターボ過給機。
【請求項４】
過給機室（６８）内のコンプレッサーインペラ（６９）の環状流出口に臨む位置に各誘導翼（７０）を備えた環状ディヒューザー筒（７１）を設けた構造であって、前記環状ディヒューザー筒（７１）は低中速回転用ディヒューザー部（７２）から構成され、タービン軸（７３）方向に移動可能とし、内燃機関の低中速回転時に前記環状ディヒューザー筒（７１）を環状流出口に臨む位置に位置決めして固定する構成とすることを特徴とした請求項３記載の排気ガス駆動ターボ過給機。
【請求項５】
内燃機関のシリンダー内と排気管（７９）で連通する排気タービン室（８０）内にタービン軸（８１）一方端部に固定したタービンブレード（８２）を配置し、また、内燃機関のシリンダー内と吸気管（８３）で連通する過給機室（８４）内の吸気入口に前記タービン軸（８１）他方端部に固定したコンプレッサーインペラ（８５）を配置した排気ガス駆動ターボ過給機において、前記タービンブレード（８２）の環状流入口に臨む位置に環状ピストン筒（８６）を設けた構造であって、前記タービン軸（８１）方向に移動可能とし、前記環状ピストン筒（８６）のヘッド部（８７）を環状流入口に臨む位置に無段階に位置決めして固定する構成とすることを特徴とした排気ガス駆動ターボ過給機。
【請求項６】
過給機室（９４）内のコンプレッサーインペラ（９５）の環状流出口に臨む位置に環状ピストン筒（９６）を設けた構造であって、タービン軸（９７）方向に移動可能とし、前記環状ピストン筒（９６）のヘッド部（９８）を環状流出口に臨む位置に無段階に位置決めして固定する構成とすることを特徴とした請求項５記載の排気ガス駆動ターボ過給機。
【請求項７】
内燃機関のシリンダー内と吸気管（  １０４  ）で連通する過給機室（  １０５  ）内に配置したコンプレッサーインペラ（  １０６  ）を電気モーター（１０７）で駆動する電気モーター駆動過給機において、前記過給機室（  １０５  ）内のコンプレッサーインペラ（  １０６  ）の環状流出口に臨む位置に各誘導翼（  １０８  ）及び各誘導翼（  １０９  ）を備えた環状ディヒューザー筒（  １１０  ）を設けた構造であって、前記環状ディヒューザー筒（  １１０  ）は低中速回転用ディヒューザー部（  １１１  ）と高速回転用ディヒューザー部（  １１２  ）とで構成され、コンプレッサーインペラ軸（  １１３  ）方向に移動可能とし、前記環状ディヒューザー筒（  １１０  ）のいずれかを環状流出口に臨む位置に位置決めして固定する構成とすることを特徴とした電気モーター駆動過給機。
【請求項８】
内燃機関のシリンダー内と吸気管（  １２２  ）で連通する過給機室（  １２３  ）内に配置したコンプレッサーインペラ（  １２４  ）を電気モーター（１２５）で駆動する電気モーター駆動過給機において、前記過給機室（  １２３  ）内のコンプレッサーインペラ（  １２４  ）の環状流出口に臨む位置に各誘導翼（  １２６  ）を備えた環状ディヒューザー筒（  １２７  ）を設けた構造であって、前記環状ディヒューザー筒（  １２７  ）は低中速回転用ディヒューザー部（  １２８  ）で構成され、コンプレッサーインペラ軸（１２９  ）方向に移動可能とし、前記環状ディヒューザー筒（１２７）を環状流出口に臨む位置に位置決めして固定する構成とすることを特徴とした電気モーター駆動過給機。
【請求項９】
内燃機関のシリンダー内と吸気管（  １３５  ）で連通する過給機室（  １３６  ）内に配置したコンプレッサーインペラ（  １３７  ）を電気モーター（１３８）で駆動する電気モーター駆動過給機において、前記過給機室（  １３６  ）内のコンプレッサーインペラ（  １３７  ）の環状流出口に臨む位置に環状ピストン筒（  １３９  ）を設けた構造で、コンプレッサーインペラ軸（  １４０  ）方向に移動可能とし、前記環状ピストン筒（  １３９  ）のヘッド部（  １４１  ）を環状流出口に臨む位置に無段階に位置決めして固定する構成とすることを特徴とした電気モーター駆動過給機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガスを利用し、内燃機関のトルクや出力を高めるとともに排気ガスのクリーン化を図る排気ガス駆動ターボ過給機や、過給機室内に配置したコンプレッサーインペラを電気モーターで駆動し、内燃機関のトルクや出力を高めるとともに排気ガスのクリーン化を図る電気モーター駆動過給機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来型の排気ガス駆動ターボ過給機付き内撚機関では、特に低中速回転時に燃焼室より排出する排気ガスの絶対量が少ないため、タービンブレード側へ流入する排気ガス流速度が高まらない。よって、タービンブレードは素早く高速回転に至らず、タービン軸他端部に固定したコンプレッサーインペラも高速回転しないため過給圧が高まらず、特に低速回転数時のトルクを確保しにくい。
そして、従来型の電気モーター駆動過給機付き内撚機関では、過給機室内のディヒューザー部環状流出口の間隔が一定のため、過給圧が高まらず、特に低速回転時のトルクを確保しにくかった。
【０００３】
【発明が解決しようとしている課題】
上記間題点を解消するため、排気タービン室内のタービンブレード環状流入口や過給機室内のコンプレッサーインペラ環状流入口に複数枚の小翼を設け、その各小翼の排気ガス流に対する迎角や、コンプレッサーインペラによって加速された吸気流に対する迎角を内燃機関の回転数によって連続的に可変していたが、小翼の製造や小翼の支持部加工・駆動機構等の製造や組み立てが複雑になりコストアップになるなどの間題点があった。
【０００４】
本発明の排気ガス駆動ターボ過給機付き内撚機関では、内燃機関のシリンダー内と排気管で連通する排気タービン室のタービンブレードへ流入する排気ガス流速度を高めることにより、タービンブレードを素早く高回転させ、同軸上他方端部に固定したコンプレッサーインペラを高速回転させ、そして、過給機室のコンプレッサーインペラによって吸引した吸気流速度を効果的に減速し圧力を高め、内撚機関のシリンダー内に多量の空気を過給することにより、内撚機関の各回転域においてトルクや出力の高出力化を図るとともに、最適空燃比率確保による省エネルギー、排気ガスのクリーン化等、環境に配慮した内燃機関を提供し、また、本発明の電気モーター駆動過給機付き内撚機関では、電気モーターでコンプレッサーインペラを高速回転させ、そして、過給機室内のコンプレッサーインペラによって吸引した吸気流速度を各回転域に会わせ効果的に減速し圧力を高めるディヒューザー部を設け、内撚機関のシリンダー内に多量の空気を過給することにより、内撚機関の各回転域においてトルクや出力の高出力化を図るとともに、最適空燃比率確保による省エネルギー、排気ガスのクリーン化等、環境に配慮した内燃機関を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の排気ガス駆動ターボ過給機においては、内燃機関のシリンダー内と排気管で連通する排気タービン室内にタービン軸一方端部に固定したタービンブレードを配置し、また、内燃機関の吸気孔と吸気管で連通する過給機室内の吸気入口に前記タービン軸他方端部に固定したコンプレッサーインペラを配置した排気ガス駆動ターボ過給機において、前記タービンブレードの環状流入口に臨む位置に各誘導翼及び各誘導翼を備えた環状ノズル筒を設けた構造であって、前記環状ノズル筒は低中速回転用ノズル部と高速回転用ノズル部とで構成され、前記タービン軸方向に移動可能とし、前記環状ノズル筒のいずれかを環状流入口に臨む位置に位置決めして固定する構成とした排気ガス駆動ターボ過給機である。
【０００６】
そして、過給機室内のコンプレッサーインペラの環状流出口に臨む位置に各誘導翼及び各誘導翼を備えた環状ディヒュー−ザー筒を設けた構造であって、前記環状ディヒューザー筒は低中速回転用ディヒューザー部と高速回転用ディヒューザー部とで構成され、タービン軸方向に移動可能とし、前記環状ディヒューザー筒のいずれかを環状流出口に臨む位置に位置決めして固定する構成とした請求項１記載の排気ガス駆動ターボ過給機である。
【０００７】
さらに、内燃機関のシリンダー内と排気管で連通する排気タービン室内にタービン軸一方端部に固定したタービンブレードを配置し、また、内燃機関のシリンダー内と吸気管で連通する過給機室内の吸気入口に前記タービン軸他方端部に固定したコンプレッサーインペラを配置した排気ガス駆動ターボ過給機において、前記タービンブレードの環状流入口に臨む位置に各誘導翼を備えた環状ノズル筒を設けた構造であって、前記環状ノズル筒は低中速回転用ノズル部から構成され、前記タービン軸方向に移動可能とし、内燃機関の低中速回転時に前記環状ノズル筒を環状流入口に臨む位置に位置決めして固定する構成とした排気ガス駆動ターボ過給機である。
【０００８】
また、過給機室内のコンプレッサーインペラの環状流出口に臨む位置に各誘導翼を備えた環状ディヒューザー筒を設けた構造であって、前記環状ディヒューザー筒は低中速回転用ディヒューザー部から構成され、タービン軸方向に移動可能とし、内燃機関の低中速回転時に前記環状ディヒューザー筒を環状流出口に臨む位置に位置決めして固定する構成とした請求項３記載の排気ガス駆動ターボ過給機である。
【０００９】
そして、内燃機関のシリンダー内と排気管で連通する排気タービン室内にタービン軸一方端部に固定したタービンブレードを配置し、また、内燃機関のシリンダー内と吸気管で連通する過給機室内の吸気入口にタービン軸他方端部に固定したコンプレッサーインペラを配置した排気ガス駆動ターボ過給機において、前記タービンブレードの環状流入口に臨む位置に環状ピストン筒を設けた構造であって、前記タービン軸方向に移動可能とし、前記環状ピストン筒のヘッド部を環状流入口に臨む位置に無段階に位置決めして固定する構成とした排気ガス駆動ターボ過給機である。
【００１０】
さらに、過給機室内のコンプレッサーインペラの環状流出口に臨む位置に環状ピストン筒を設けた構造であって、タービン軸方向に移動可能とし、前記環状ピストン筒のヘッド部を環状流出口に臨む位置に無段階に位置決めして固定する構成とした請求項５記載の排気ガス駆動ターボ過給機である。
【００１１】
そして、内燃機関のシリンダー内と吸気管で連通する過給機車内に配置したコンプレッサーインペラを電気モーターで駆動する電気モーター駆動過給機において、前記過給機室内のコンプレッサーインペラの環状流出口に臨む位置に各誘導翼及び各誘導翼を備えた環状ディヒューザー筒を設けた構造であって、前記環状ディヒューザー筒は低中速回転用ディヒューザー部と高速回転用ディヒューザー部とで構成され、コンプレッサーインペラ軸方向に移動可能とし、前記環状ディヒューザー筒のいずれかを環状流出口に臨む位置に位置決めして固定する構成とした電気モーター駆動過給機である。
【００１２】
また、内燃機関のシリンダー内と吸気管で連通する過給機室内に配置したコンプレッサーインペラを電気モーターで駆動する電気モーター駆動過給機において、前記過給機室内のコンプレッサーインペラの環状流出口に臨む位置に各誘導翼を備えた環状ディヒューザー筒を設けた構造であって、前記環状ディヒューザー筒は低中速回転用ディヒューザー部で構成され、コンプレッサーインペラ軸方向に移動可能とし、前記環状ディヒューザー筒を環状流出口に臨む位置に位置決めして固定する構成とした電気モーター駆動過給機である。
【００１３】
さらに、内燃機関のシリンダー内と吸気管で連通する過給機室内に配置したコンプレッサーインペラを電気モーターで駆動する電気モーター駆動過給機において、前記過給機室内のコンプレッサーインペラの環状流出口に臨む位置に環状ピストン筒を設けた構造で、コンプレッサーインペラ軸方向に移動可能とし、前記環状ピストン筒のヘッド部を環状流出口に臨む位置に無段階に位置決めして固定する構成とした電気モーター駆動過給機である。
【００１４】
そして、内燃機関の水温、吸気負圧力、回転数等、内燃機関の各部分の状況をセンサー等で随時感知し通信回線で収集した情報を適宜判断し各部をコントロールする機能を有すとともに、上述した構成よりなる各排気ガス駆動ターボ過給機の環状ノズル筒や、環状ディヒューザー筒、環状ピストン筒等、また、上述した構成よりなる各電気モーター駆動過給機の環状ディヒューザー筒や環状ピストン筒等を、タービンブレードの環状流入口やコンプレッサーインペラの環状流出口の臨む位置に位置決めして固定する環状ノズル筒位置決め装置や、環状ディヒューザー筒位置決め装置、環状ピストン筒位置決め装置等に位置決め実行を判断し指示をする機能を有すコントロール・ユニット装置とを組み合わせた。
【００１５】
よって、前述した排気タービン室内のタービンブレードの環状流入口に臨む位置に低中速回転用ノズル部と高速回転用ノズル部を備えた環状ノズル筒を設けて構成された排気ガス駆動ターボ過給機付内燃機関においては、コントロール・ユニット装置が内燃機関の各回転域にあわせ排気タービン室内の環状ノズル筒のいずれかをタービンブレード環状流入口の臨む位置に位置決めして固定する指示を環状ノズル筒位置決め装置に出す。
内燃機関の停止後や始動直後を含んで低中速回転域時においては、コントロール・ユニット装置が環状ノズル筒位置決め装置に、排気タービン室内の環状ノズル筒の低中速回転用ノズル部がタービンブレードの環状流入口と同位置に位置決めして固定されるよう指示を出す。よって、高速回転用ノズル部は第一控え室内に送りこまれる。
そして、低中速回転用ノズル部は通過する排気ガスのガス圧力を高めガス流速度を加速しタービンブレード側へ誘導する迎角や翼形状、翼断面、翼間隔、外形寸法等を備えた複数枚の各誘導翼を放射状に配列されて形成されているため、低中速回転域時の排気ガスは低中速回転用ノズル部通過時ガス圧力が高まりガス流速度が加速されてタービンブレードへ勢いよくぶつかりタービンブレードを素早く高回転させ、タービン軸他端部に固定したコンプレッサーインペラを高速回転させ、コンプレッサーインペラによって加速された吸気流は吸気管を経て内燃機のシリンダー内に過給される。
【００１６】
また、高速回転域時においては、コントロール・ユニット装置が環状ノズル筒位置決め装置に、排気タービン室内の環状ノズル筒の高速回転用ノズル部がタービンブレードの環状流入口と同位置に位置決めして固定されるよう指示を出す。よって、低中速回転用ノズル部は第ニ控え室内に送りこまれる。
そして、高速回転用ノズル部は通過する排気ガスのガス圧力を高めガス流速度を加速しタービンブレード側へ誘導する迎角や翼形状、翼断面、翼間隔、外形寸法等を備えた複数枚の各誘導翼を放射状に配列されて形成されているため、排気ガスは高速回転用ノズル部通過時ガス圧力が高まりガス流速度が加速されてタービンブレードへ勢いよくぶつかりタービンブレードをさらに高回転させ、タービン軸他方端部に固定したコンプレッサーインペラを高速回転させ、コンプレッサーインペラによって加速された吸気流は吸気管を経て内燃機のシリンダー内に高過給される。
【００１７】
さらに、排気タービン室内のタービンブレードの環状流入口に臨む位置に低中速回転用ノズル部と高速回転用ノズル部を備えた環状ノズル筒を設け、過給機室内のコンプレッサーインペラの環状流出口に臨む位置に低中速回転用ディフューザー部と高速回転用ディフューザー部を備えた環状ディフューザー筒を設けて構成された排気ガス駆動ターボ過給機付内燃機関においては、コントロール・ユニット装置が内燃機関の各回転域にあわせ排気タービン室内の環状ノズル筒のいずれかをタービンブレードの環状流入口の臨む位置に位置決めして固定する指示を環状ノズル筒位置決め装置に出すとともに過給機室内の環状ディフューザー筒のいずれかをコンプレッサーインペラの環状流出口の臨む位置に位置決めして固定する指示を環状ディフューザー筒位置決め装置に出す。
内燃機関の停止後や始動直後を含んで低中速回転域時においては、コントロール・ユニット装置が環状ノズル筒位置決め装置に、排気タービン室内の環状ノズル筒の低中速回転用ノズル部がタービンブレードの環状流入口と同位置に位置決めして固定され、また、過給機室内の環状ディフューザー筒の低中速回転用ディフューザー部がコンプレッサーインペラの環状流出口と同位置に位置決めして固定されるように指示を出す。よって、環状ノズル筒の高速回転用ノズル部は第一控え室内に送りこまれ、さらに、環状ディフューザー筒の高速回転用ディフューザー部は第三控え室内に送りこまれる。
そして、低中速回転域時の排気ガスは低中速回転用ノズル部通過時ガス圧力が高まりガス流速度が加速されてタービンブレードへ勢いよくぶつかりタービンブレードを素早く高回転させタービン軸他端部に固定したコンプレッサーインペラを高速回転させ、さらに、高速回転するコンプレッサーインペラにより吸入した吸気流は低中速回転用ディヒューザー部通過時速度を和らげ圧力を高めて吸気管を経て内燃機のシリンダー内に高過給される。
【００１８】
また、高速回転域時においては、コントロール・ユニット装置が環状ノズル筒位置決め装置に、排気タービン室内の環状ノズル筒の高速回転用ノズル部が環状ノズル筒位置決め装置によってタービンブレードの環状流入口と同位置に位置決めして固定され、また、過給機室内の環状ディフューザー筒の高速回転用ディフューザー部がコンプレッサーインペラの環状流出口と同位置に位置決めして固定されるよう指示を出す。よって、環状ノズル筒の低中速回転用ノズル部は第ニ控え室内に送りこまれ、さらに、環状ディフューザー筒の低中速回転用ディフューザー部は第四控え室内に送りこまれる。
そして、高速回転用ノズル部は通過する排気ガスのガス圧力を高めガス流速度を加速しタービンブレード側へ誘導する迎角や翼形状、翼断面、翼間隔、外形寸法等を備えた複数枚の各誘導翼を放射状に配列されて形成されているため、排気ガスは高速回転用ノズル部通過時ガス圧力が高まりガス流速度が加速されてタービンブレードへ勢いよくぶつかりタービンブレードをさらに高回転させ、タービン軸他方端部に固定したコンプレッサーインペラを高速回転させ、コンプレッサーインペラによって加速された吸気流は高速回転用ディヒューザー部通過時速度を和らげ圧力を高める迎角や翼形状、翼断面、翼間隔、外形寸法等を備えた複数枚の各誘導翼が放射状に配列されて形成されているため、吸気流は高速回転用ディヒューザー部通過時速度を和らげ圧力を高め、吸気管を経て内燃機のシリンダー内に高過給される。
【００１９】
さらに、排気タービン室内のタービンブレードの環状流入口に臨む位置に低中速回転用ノズル部のみを備えた環状ノズル筒を設けて構成された排気ガス駆動ターボ過給機付内燃機関においては、コントロール・ユニット装置が内燃機関の各回転域にあわせ排気タービン室内の環状ノズル筒の低中速回転用ノズル部をタービンブレード環状流入口の臨む位置に位置決めして固定する指示を環状ノズル筒位置決め装置に出す。
内燃機関の停止後や始動直後を含んで低中速回転域時においては、コントロール・ユニット装置が環状ノズル筒位置決め装置に、排気タービン室内の環状ノズル筒の低中速回転用ノズル部がタービンブレードの環状流入口と同位置に位置決めして固定されるよう指示を出す。そして、低中速回転用ノズル部は通過する排気ガスのガス圧力を高めガス流速度を加速しタービンブレード側へ誘導する迎角や翼形状、翼断面、翼間隔、外形寸法等を備えた複数枚の各誘導翼を放射状に配列されて形成されているため、低中速回転域時の排気ガスは低中速回転用ノズル部通過時ガス圧力が高まりガス流速度が加速されてタービンブレードへ勢いよくぶつかりタービンブレードを素早く高回転させ、タービン軸他端部に固定したコンプレッサーインペラを高速回転させ、コンプレッサーインペラによって加速された吸気流は吸気管を経て内燃機のシリンダー内に過給される。また、高速回転域時においては、コントロール・ユニット装置が環状ノズル筒位置決め装置に、環状ノズル筒の低中速回転用ノズル部を第一控え室内へ送りこむよう指示を出す。
【００２０】
また、排気タービン室内のタービンブレードの環状流入口に臨む位置に低中速回転用ノズル部のみを備えた環状ノズル筒を設け、過給機室内のコンプレッサーインペラの環状流出口に臨む位置に低中速回転用ディフューザー部のみを備えた環状ディフューザー筒を設けて構成された排気ガス駆動ターボ過給機付内燃機関においては、コントロール・ユニット装置が内燃機関の各回転域にあわせ排気タービン室内の環状ノズル筒の低中速回転用ノズル部をタービンブレードの環状流入口の臨む位置に位置決めして固定し、過給機室内の環状ノズル筒の低中速回転用ディフューザー部をコンプレッサーインペラの環状流出口の臨む位置に位置決めして固定する指示を環状ノズル筒位置決め装置に出す。
内燃機関の停止後や始動直後を含んで低中速回転域時においては、コントロール・ユニット装置が環状ノズル筒位置決め装置に、排気タービン室内の環状ノズル筒の低中速回転用ノズル部がタービンブレードの環状流入口と同位置に位置決めして固定され、また、過給機室内の環状ディフューザー筒の低中速回転用ディフューザー部がコンプレッサーインペラの環状流出口と同位置に位置決めして固定されるように指示を出す。
そして、低中速回転域時の排気ガスは低中速回転用ノズル部通過時ガス圧力が高まりガス流速度が加速されてタービンブレードへ勢いよくぶつかりタービンブレードを素早く高回転させタービン軸他端部に固定したコンプレッサーインペラを高速回転させ、さらに、高速回転するコンプレッサーインペラにより吸入した吸気流は低中速回転用ディヒューザー部通過時速度を和らげ圧力を高めて吸気管を経て内燃機のシリンダー内に高過給される。
また、高速回転域時においては、コントロール・ユニット装置が環状ノズル筒位置決め装置に、環状ノズル筒の低中速回転用ノズル部を第一控え室内へ、そして、環状ディフューザー筒の低中速回転用ディヒューザー部を第二控え室内にそれぞれ送りこむよう指示を出す。
【００２１】
そして、排気タービン室内のタービンブレードの環状流入口に臨む位置に環状ピストン筒を設けて構成された排気ガス駆動ターボ過給機付内燃機関においては、コントロール・ユニット装置が内燃機関の各回転域にあわせ排気タービン室内の環状ピストン筒のヘッド部をタービンブレードの環状流入口の臨む最適な位置に無段階に位置決めして固定する指示を排気タービン室側環状ピストン筒位置決め装置に出す。
【００２２】
そして本実施例のように環状ピストン筒をタービンブレードの環状流入口に臨む位置に設けた排気ガス駆動ターボ過給機や、後述する環状ピストン筒をタービンブレードの環状流入口に臨む位置に設けた構造の排気ガス駆動ターボ過給機、さらに、環状ピストン筒をコンプレッサーインペラの環状流出口に臨む位置に設けた構造の排気ガス駆動ターボ過給機、また、後述する電気モーターでコンプレッサーインペラを駆動し環状ピストン筒をコンプレッサーインペラの環状流出口に臨む位置に設けた構造の電気モーター駆動ターボ過給機等においては、内燃機関の各回転にあわせ、コントロール・ユニット装置の指示で環状ピストン筒位置決め装置によって前記各環状ピストン筒を無段階に配置位置を変えることにより、排気タービン室内のノズル部の間隔や過給機室内のディヒューザー部の間隔を各回転に適応した最適な間隔に設定することができる。
そして、予め、コントロール・ユニット装置に、市内走行モードや高速走行モード・雪道走行モードさらにオート設定モード等の各走行モード別に各環状ピストン筒の停止位置を指定する機能を与えておくことにより、市内走行モードや高速走行モード・雪道走行モード等の走行モードを運転席に設けた走行モード選択スイッチで任意に選んで指示することができる。
さらに、内燃機関の始動直後や低中速回転域時から高速回転域時までの全回転域にわたって排気タービン室内の環状ピストン筒ヘッド部と前記環状ピストン筒ヘッド部に相対す排気タービン室内の他方側面部間で構成するノズル部を最適な間隔に保つことにより、前記ノズル部を通過する排気ガスは、ガス圧力が高まりガス流速度を加速しタービンブレードへ勢いよくぶつかりタービンブレードを素早く高回転させ、タービン軸他方端部に固定したコンプレッサーインペラを高速回転させる。そして、コンプレッサーインペラによって加速された吸気流は吸気管を経て内燃機のシリンダー内に過給される。
【００２３】
また、排気タービン室内のタービンブレードの環状流入口に臨む位置に環状ピストン筒を設け、さらに、過給機室内のコンプレッサーインペラの環状流出口の臨む位置に環状ピストン筒を設けて構成された排気ガス駆動ターボ過給機付内燃機関においては、コントロール・ユニット装置が内燃機関の各回転域にあわせ、排気タービン室内の環状ピストン筒ヘッド部をタービンブレード環状流入口の臨む最適な位置に無段階に位置決めして固定する指示を排気タービン室側環状ピストン筒位置決め装置に出し、さらに、過給機室内の環状ピストン筒ヘッド部をコンプレッサーインペラ環状流出口の臨む最適な位置に無段階に位置決めして固定する指示を過給機室側環状ピストン筒位置決め装置に出す。
内燃機関の始動直後や低中速回転域時から高速回転域時までの全回転域にわたって排気タービン室内の環状ピストン筒ヘッド部と前記環状ピストン筒ヘッド部に相対す排気タービン室内の他方側面部間で構成するノズル部を最適な間隔に保つことにより、前記ノズル部を通過する排気ガスは、ガス圧力が高まりガス流速度を加速しタービンブレードへ勢いよくぶつかりタービンブレードを素早く高回転させ、タービン軸他方端部に固定したコンプレッサーインペラを高速回転させる。
そして、過給機室内の環状ピストン筒ヘッド部と前記環状ピストン筒ヘッド部に相対す過給機室内の他方側面部間で構成するディヒューザー部を最適な間隔に保つことにより、コンプレッサーインペラによって加速された吸気流は前記ディヒューザー部通過時速度を和らげ圧力を高め吸気管を経て内燃機のシリンダー内に高過給される。
【００２４】
さらに、過給機室内のコンプレッサーインペラの環状流出口に臨む位置に低中速回転用ディフューザー部と高速回転用ディフューザー部を備えた環状ディフューザー筒を設け、前記コンプレッサーインペラを電気モーターで駆動する電気モーター駆動過給機付内燃機関においては、コントロール・ユニット装置が内燃機関の各回転域に合わせ電気モーターの回転数を指示するとともに、過給機室内の環状ディフューザー筒のいずれかを環状流出口に臨む位置に位置決めして固定する指示を環状ディフューザー筒位置決め装置に出す。
内燃機関の停止後や始動直後を含んだ低中速回転域時においては、環状ディフューザー筒の低中速回転用ディフューザー部がコンプレッサーインペラの環状流出口と同位置に固定される。よって、環状ディフューザー筒の高速回転用ディフューザー部は第一控え室内に送りこまれる。
そして、低中速回転用ディヒューザー部は速度を和らげ圧力を高める迎角や翼形状、翼断面、翼間隔、外形寸法等を備えた複数枚の各誘導翼が放射状に配列されて形成されているため、吸気流は低中速回転用ディヒューザー部通過時速度を和らげ圧力を高め、吸気管を経て内燃機のシリンダー内に過給される。
【００２５】
また、高速回転域時においては、コントロール・ユニット装置の指示で環状ディフューザー筒の高速回転用ディフューザー部がコンプレッサーインペラの環状流出口と同位置に固定され、よって、低中速回転用ディフューザー部は第ニ控え室内に送りこまれる。
そして、高速回転用ディヒューザー部は速度を和らげ圧力を高める迎角や翼形状、翼断面、翼間隔、外形寸法等を備えた複数枚の各誘導翼が放射状に配列されて形成されているため、吸気流は高速回転用ディヒューザー部通過時速度を和らげ圧力を高め、吸気管を経て内燃機のシリンダー内に高過給される。
【００２６】
また、過給機室内のコンプレッサーインペラの環状流出口に臨む位置に低中速回転用ディフューザー部を備えた環状ディフューザー筒を設け、前記コンプレッサーインペラを電気モーターで駆動する電気モーター駆動過給機付内燃機関においては、コントロール・ユニット装置が内燃機関の低中速回転域に合わせ電気モーターの回転数を指示するとともに、過給機室内の環状ディフューザー筒の低中速回転用ディフューザー部を環状流出口に臨む位置に位置決めして固定する指示を環状ディフューザー筒位置決め装置に出す。
内燃機関の停止後や始動直後を含んだ低中速回転域時においては、環状ディフューザー筒の低中速回転用ディフューザー部がコンプレッサーインペラの環状流出口と同位置に固定される。そして、低中速回転用ディヒューザー部は速度を和らげ圧力を高める迎角や翼形状、翼断面、翼間隔、外形寸法等を備えた複数枚の各誘導翼が放射状に配列されて形成されているため、吸気流は低中速回転用ディヒューザー部通過時速度を和らげ圧力を高め、吸気管を経て内燃機のシリンダー内に過給され、また、高速回転域時においては、コントロール・ユニット装置の配置位置決めの指示により環状ディフューザー筒の低中速回転用ディヒューザー部が第一控え室内に送りこまれる。
【００２７】
また、過給機室内のコンプレッサーインペラの環状流出口の臨む位置に環状ピストン筒を設けて構成された排気ガス駆動ターボ過給機付内燃機関においては、コントロール・ユニット装置が内燃機関の各回転域に合わせ電気モーターの回転数を指示するとともに、過給機室内の環状ピストン筒のヘッド部をコンプレッサーインペラの環状流出口の臨む最適な位置に無段階に位置決めして固定する指示を過給機室側環状ピストン筒位置決め装置に出す。
内燃機関始動直後や低中速回転域時から高速回転域時までの全回転域にわたって、前記過給機室内の環状ピストン筒ヘッド部と前記環状ピストン筒ヘッド部に相対す過給機室内の他方側面部間で構成するディヒューザー部を最適な間隔に調整することによって、前記ディヒューザー部を通過する吸気流は、速度を和らげ圧力を高め吸気管を経て内燃機のシリンダー内に過給される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例にもとづき図面を参照して説明する。
図１において、内燃機関のシリンダー内と排気管１で連通する排気タービン室２内にタービン軸３一方端部に固定したタービンブレード４を配置し、また、内燃機関のシリンダー内と吸気管５で連通する過給機室６内の吸気入口に前記タービン軸３他方端部に固定したコンプレッサーインペラ７を配置した排気ガス駆動ターボ過給機において、前記タービンブレード４の環状流入口に臨む位置に各誘導翼８及び各誘導翼９を備えた環状ノズル筒１０を設けた構造であって、前記環状ノズル筒１０は低中速回転用ノズル部１１と高速回転用ノズル部１２とで構成され、前記タービン軸３方向に移動可能とし、前記環状ノズル筒１０のいずれかを環状流入口に臨む位置に位置決めして固定する構成で、前記環状ノズル筒１０はリング状の中央仕切り板１３の一片面側とリング状の支持部１４間に内燃機関の低中速回転域時にタービンブレード４の環状流入口を取り囲み通過する排気ガスのガス圧力を高めガス流速度を加速し前記タービンブレード４側へ誘導する迎角や翼形状、翼断面、翼間隔、外形寸法等を備えた複数枚の各誘導翼８が放射状に配列されて形成するベーン型の低中速回転用ノズル部１１と、前記中央仕切り板１３の他片面側とリング状の支持部１５間に内燃機関の高速回転域時に前記タービンブレード４の環状流入口を取り囲み通過する排気ガスのガス圧力を高めガス流速度を加速し前記タービンブレード４側へ誘導する迎角や翼形状、翼断面、翼間隔、外形寸法等を備えた複数枚の各誘導翼９が放射状に配列されて形成するベーン型の高速回転用ノズル部１２が並列配置され円筒形状に一体形成され、さらに、前記環状ノズル筒１０は、排気タービン室２内の両側面部１６ａ，１６ｂにリング状に凹設した第一控え室１７及び第二控え室１８間をタービン軸３方向のみ移動可能な構造状態で配置されている。
【００２９】
前記環状ノズル筒の低中速回転用ノズル部１１における複数枚の各誘導翼８や高速回転用ノズル部１２における複数枚の各誘導翼９は、タービン軸３と直角を成す放射方向の前記各誘導翼８及び各誘導翼９の内側及び外側端部をそれぞれ同一半径上に設定し放射方向の幅を一定幅とする実施態様を採用したが、特に低中速回転用ノズル部側の各誘導翼においては排気タービン室内の排気ガス流下流方向に行くに従いタービン軸と直角を成す放射方向の各誘導翼の外側端部位置を徐々に外側に設定し各誘導翼の幅を徐々に広く設定する実施態様等の採用も考えられ、最後部誘導翼の外側端部を排気タービン室内の内周面に出来る限り接近する位置に設定すると、排気ガス流が強制的に前記最後部誘導翼表面を通過し、タービンブレード側に誘導され、タービンを勢いよく回転させるように作用する。この時、排気タービン室外周部の内周形状は平面状に形成しておくとよい。
【００３０】
そして、前記低中速回転用ノズル部１１の各誘導翼８間の挟み角は、高速回転用ノズル部１２各誘導翼９間の挟み角に対して狭く、よって、高速回転用ノズル部１２各誘導翼９間の挟み角を低中速回転用ノズル部１１各誘導翼８間の挟み角に対して広く設定配列したが、これに限らず、誘導翼の数や翼形状、翼断面、翼間隔、の外形寸法等各種諸条件を鑑みて決定し低中速回転用ノズル部や高速回転用ノズル部を設計し採用してもよい。以下、説明する各実施例での環状ノズル筒の低中速回転用ノズル部や高速回転用部ノズル部、さらに、環状ディヒューザー筒の低中速回転用ディヒューザー部や高速回転用ディヒューザー部においても同様である。
【００３１】
さらに、前記環状ノズル筒１０のいずれかを環状流入口に臨む位置に位置決めして固定する環状ノズル筒位置決め装置は、一実施例として図２のように、駆動力源に内燃機関の吸気管５系の負圧を利用し、前期吸気管５系通路とバキュームタンク２０とソレノイド・バルブ２１を介してアクチュエーター２２と連通させ、さらに、前記アクチュエーター２２と前記環状ノズル筒１０を各プッシュプルロッド２３ａ，２３ｂを介して連結した。
そして、前記ソレノイド・バルブ２１と結線するコントロール・ユニット装置２４が収集した各種情報信号の判断で環状ノズル筒１０の配置位置変えを決定すると、ソレノイド・バルブ２１に信号を発し、前記ソレノイド・バルブ２１が開き、アクチュエーター２２が作動し、各プッシュプルロッド２３ａ，２３ｂで連結する環状ノズル筒１０がタービン軸３方向に移動し、前記環状ノズル筒１０の配置位置決めが実行される。
【００３２】
また、上述した排気タービン室２内側に突出した前記各プッシュプルロッド２３ａ，２３ｂの一方と環状ノズル筒１０の連結部においては、特に両者間の熱応力差を緩和するため、各プッシュプルロッド２３ａ，２３ｂの一方端部に鉤部を設け、前記環状ノズル筒１０側に前記鉤部が遊嵌する鉤受け部を設けて両者を遊嵌連結し対処した。そして、前記遊嵌連結部は可能な限り両者間の隙間を小さく設定しタイム・ラグの軽減化を計った。さらに、環状ノズル筒側に鉤部を設け、各プッシュプルロッド側に前記鉤部が遊嵌する鉤受け部を設けてもよい。
【００３３】
そして、前記連結部は、各プッシュプルロッド２３ａ，２３ｂ側の鉤部を取り付ける環状ノズル筒１０側に設けた鉤受け部の取り付け口方向を、前記環状ノズル筒１０の放射方向側の外側や内側、または同方向側から取り付けられるように取り付け口を設定しておくと、前記環状ノズル筒１０は、排気ガス圧を受けても各プッシュプルロッド２３ａ，２３ｂによって、ともまわりせずその位置に留まる。
【００３４】
さらに、図３のように、内燃機関の吸気負圧力を直接利用する環状ノズル筒位置決め装置も考えられ、吸気管２５系通路に一方が開口する第一連通路２６ａの他方を切り換え弁２７ａに連通し、前記切り換え弁２７ａで分岐された第ニ連通路２６ｂが第一控え室２８に、また、第三連通路２６ｃが第二控え室２９にそれぞれ連通している。そして、排気管３０系通路または大気に一方が開口する第四連通路３１ａの他方を前記切り換え弁２７ａと連動する切り換え弁２７ｂに連通し、前期切り換え弁２７ｂで分岐された第五連通路３１ｂが第三連通路２６ｃまたは第ニ控え室２９に、また、第六連通路３１ｃが第ニ連通路２６ｂまたは第一控え室２８にそれぞれ連通している。
そして、前記切り換え弁２７ａが吸気管２５系通路と第一控え室２８を連通させた時には前記切り換え弁２７ｂが第二控え室２９と排気管３０系通路または大気を連通させ、また、前記切り換え弁２７ａが吸気管２５系通路と第二控え室２９を連通させた時には前記切り換え弁２７ｂが第一控え室２８と排気管３０系通路または大気を連通させる構造で、また、図３では切り換え弁２７ａと切り換え弁２７ｂを別体で図示したが勿論この限りではなく、両者を一体構造とした実施態様も充分に考えられる。
さらに、前記切り換え弁２７ａと前記切り換え弁２７ｂの各切り換えレバーがアクチュエーター３２と連結し、前記アクチュエーター３２はソレノイド・バルブ３３を介して第七連通路３４で吸気管２５系通路に連通している。
そして、コントロール・ユニット装置３５が環状ノズル筒３６の配置位置決めを決定するとコントロール・ユニット装置３５に結線するソレノイド・バルブ３３に信号を発しソレノイド・バルブ３３が開き、さらに、アクチュエーター３２が吸気管２５系通路と連通し吸気管内の負圧力で作動し、前記切り換え弁２７ａと前記切り換え弁２７ｂの切り換えを行なう。よって、環状ノズル筒３６がタービン軸３７方向に移動し、環状ノズル筒３６の配置位置決めが実行される。
【００３５】
また、前記環状ノズル筒と排気タービン室内の両側面部の各控え室間や後述する環状ディフューザー筒と給機室内の両側面部の各控え室間においては、環状ノズル筒と環状ディフューザー筒がタービン軸方向のみ移動可能とするため、両者間に供回り防止機構が施され、環状ノズル筒や環状ディフューザー筒の各外周面にターボ軸方向に案内板を、そして前記案内板に沿う案内溝を排気タービン室内に凹設した各控え室の内周面や過給機室内に凹設した各控え室の内周面にそれぞれ単数または複数設定した。また、前記案内板の位置に案内溝を前記案内溝の位置に案内板をそれぞれ置き換え設定配置してもよい。
【００３６】
さらに、電磁ソレノイドや電動式モーター等の駆動力を利用する環状ノズル筒位置決め装置や、また、アクセルペダル系に連係させて環状ノズル筒を連動させる環状ノズル筒位置決め装置等も考えられ、アクセルペダル系に連係させた場合にはアクセルペダルを踏み込んで行き設定した回転数に達した時やアクセルペダルを戻して設定した回転数に達した時、素早く低中速回転用ノズル部と高速回転用ノズル部の入替えが行われる機構を採用しておくとよい。
そして、以下説明する各実施例での環状ディヒューザー筒や環状ピストン筒等の各位置決め装置においても上述した装置と同様な機構を採用するとよい。
なお、上述した実施例における図面や以下説明する各実施例の図面においては、環状ノズル筒や環状ディヒューザー筒、環状ピストン筒等とプッシュプルロッドとの連結に関する図示は省略したが、上述した位置決め装置の実施例を採用するとよい。
【００３７】
次に、図４に示される実施例では、過給機室３８内のコンプレッサーインペラ３９の環状流出口に臨む位置に各誘導翼４０及び各誘導翼４１を備えた環状ディヒューザー筒４２を設けた構造であって、前記環状ディヒューザー筒４２は低中速回転用ディヒューザー部４３と高速回転用ディヒューザー部４４とで構成され、タービン軸４５方向に移動可能とし、前記環状ディヒューザー筒４２のいずれかを環状流出口に臨む位置に位置決めして固定する構成の請求項１記載の排気ガス駆動ターボ過給機で、前記環状ディヒューザー筒４２はリング状の中央仕切り板４６−片面側とリング状の支持部４７間に、内燃機関の低中速回転域時にコンプレッサーインペラ３９の環状流出口を取り囲み通過するコンプレッサーインペラ３９によって加速された吸気流を和らげ圧力を高める仰角や翼形状、翼断面、翼間隔、外形寸法等を備えた複数枚の各誘導翼４０が放射状に配列されて形成するベーン型の低中速回転用ディヒューザー部４３と、前記中央仕切り板４６他片面側とリング状の支持部４８間に、内燃機関の高速回転域時に前記コンプレッサーインペラ３９の環状流出口を取り囲み通過するコンプレッサーインペラ３９によって加速された吸気流を和らげ圧力を高める迎角や翼形状、翼断面、翼間隔、外形寸法等を備えた複数枚の各誘導翼４１が放射状に配列されて形成するベーン型の高速回転用ディヒューザー部４４が並列配置され円筒形状に一体形成され、過給機室３８内の両側面部４９ａ，４９ｂにリング状に凹設した第三控え室５０及び第四控え室５１間をタービン軸４５方向のみ移動可能な構造状態で配置されている。
【００３８】
そして、前記環状ディヒューザー筒４２の低中速回転用ディヒューザー部４３は各誘導翼４０間のはさみ角を高速回転用ディヒューザー部４４の各誘導翼４１間のはさみ角に対して狭く設定配列したが、これに限らず、誘導翼の数や翼形状、翼断面、翼間隔等各種諸条件を鑑みて決定し低中速回転用ディヒューザー部や高速回転用ディヒューザー部を設計し採用してもよい。
【００３９】
さらに、前記環状ディヒューザー筒４２のいずれかを環状流出口に臨む位置に移動し位置決めして固定する環状ディヒューザー筒位置決め装置では、上述した環状ノズル筒位置決め装置と同様な機構を採用し、また、過給機室内側に突出した各プッシュプルロッドの一方と環状ディヒューザー筒の連結部においても、上述した実施例同様、両者間を遊嵌連結する連結方法と、各プッシュプルロッドと環状ディヒューザー筒を一体構造で製造し過給機室内側に組み付ける方法や、各プッシュプルロッドを環状ディヒューザー筒側に螺着し一体化を図って過給機室内側に組み付ける他の連結方法が考えられる。
【００４０】
また、請求項１における環状ノズル筒位置決め装置と、上記環状ディヒューザー筒位置決め装置においては、それぞれ独立した位置決め装置で位置決めする実施例と、環状ノズル筒と環状ディヒューザー筒をロッド等で連結し、共通の位置決め装置で環状ノズル筒と環状ディヒューザー筒を連動させ位置決めして固定する実施例も考えられる。以下、説明する請求項４、請求項６の各実施例においても同様である。
【００４１】
図５に示される実施例では、内燃機関のシリンダー内と排気管５３で連通する排気タービン室５４内の排気ガス下流にタービン軸５５一方端部に固定したタービンブレード５６を配置し、また、内燃機関のシリンダー内と吸気管５７で連通する過給機室５８内の吸気入口に前記タービン軸５５他方端部に固定したコンプレッサーインペラ５９を配置した排気ガス駆動ターボ過給機において、前記タービンブレード５６の環状流入口に臨む位置に誘導翼６０を備えた環状ノズル筒６１を設けた構造であって、前記環状ノズル筒６１は低中速回転時に効率よく排気ガスのガス圧力を高めガス流速度を加速させる低中速回転用ノズル部６２で構成され、前記タービン軸５５方向に移動可能とし、内燃機関の低中速回転時に前記環状ノズル筒６１を環状流入口に臨む位置に位置決めして固定する構成で、そして、前記環状ノズル筒６１は、リング状の支持部６３とリング状の支持部６４間に、内燃機関の低中速回転域時にタービンブレード５６の環状流入口を取り囲み通過する排気ガスのガス圧力を高めガス流速度を加速し前記タービンブレード５６側へ誘導する迎角や翼形状、翼断面、翼間隔等を備えた複数枚の誘導翼６０が放射状に配列されて形成するベーン型の低中速回転用ノズル部６２が円筒形状に一体形成され、さらに、前記環状ノズル筒６１は排気タービン室５４内の一側面部６５にリング状に凹設した第一控え室６６とタービンブレード５６の環状流入口をタービン軸５５方向のみ移動可能な構造状態で配置されている。
【００４２】
そして、上記環状ノズル筒６１を、排気タービン室５４内の一方側面部６５にリング状に凹設した第一控え室６６とタービンブレード５６の環状流入口間をタービン軸５５方向に移動させる環状ノズル筒位置決め装置においては、上述した環状ノズル筒位置決め装置の実施例や、他の環状ノズル筒位置決め装置の実施例を利用し採用するとよい。
また、本実施例において前記環状ノズル筒６１を収納する第一控え室６６は排気タービン室５４のタービン室内から排気ガスが排出される方向に配置設定したが、この限りではなく、図面反対側の過給機室側に第一控え室を配置設定してもよく、さらに、以下述べる各実施例の排気タービン室や過給機室の一方側面に配置設定する控え室に置いても同様である。
【００４３】
図６に示される実施例では、過給機室６８内のコンプレッサーインペラ６９の環状流出口に臨む位置に各誘導翼７０を備えた環状ディヒューザー筒７１を設けた構造であって、前記環状ディヒューザー筒７１は低中速回転用ディヒューザー部７２から構成されタービン軸７３方向に移動可能とし、内燃機関の低中速回転時に前記環状ディヒューザー筒７１を環状流出口に臨む位置に位置決めして固定する構成の請求項３記載の排気ガス駆動ターボ過給機で、前記環状ディヒューザー筒７１はリング状の支持部７４とリング状の支持部７５間に内燃機関の低中速回転域時にコンプレッサーインペラ６９の環状流出口を取り囲み通過するコンプレッサーインペラ６９によって加速された吸気流を和らげ圧力を高める迎角や翼形状、翼断面、翼間隔等を備えた複数枚の各誘導翼７０が放射状に配列されて形成するベーン型の低中速回転用ディヒューザー部７２が円筒形状に一体形成され、さらに、前記環状ディヒューザー筒７１は、過給機室６８内の一方側面部７６にリング状に凹設した第二控え室７７とコンプレッサーインペラ６９の環状流出口をタービン軸７３方向のみ移動可能な構造状態で配置されている。
【００４４】
そして、上記環状ディヒューザー筒７１を、過給機室６８内の一方側面部７６にリング状に凹設した第二控え室７７とコンプレッサーインペラ６９の環状流出口間をタービン軸７３方向に移動させる環状ディヒューザー筒位置決め装置においては、上述した環状ディヒューザー筒位置決め装置の実施例や、他の環状ディヒューザー筒位置決め装置の実施例を利用し採用するとよい。
【００４５】
図７に示される実施例では、内燃機関のシリンダー内と排気管７９で連通する排気タービン室８０内の排気ガス下流にタービン軸８１一方端部に固定したタービンブレード８２を配置し、また、内燃機関のシリンダー内と吸気管８３で連通する過給機室８４内の吸気入口に前記タービン軸８１他方端部に固定したコンプレッサーインペラ８５を配置した排気ガス駆動ターボ過給機において、前記タービンブレード８２の環状流入口に臨む位置に環状ピストン筒８６を設けた構造であって、前記タービン軸８１方向に移動可能とし、前記環状ピストン筒８６のヘッド部８７を環状流入口に臨む位置に無段階に位置決めして固定する構成で、前記環状ピストン筒８６のヘッド部８７と前記環状ピストンヘッド部８７に相対す排気タービン室８０内の他方側面部８８の両者間で構成するノズル部８９は、排気ガス通過時にスムーズにガス圧力を高めガス流速度を加速させる形状に成形されている。
【００４６】
そして、前記環状ピストン筒８６のヘッド部８７と前記環状ピストンヘッド部８７に相対す排気タービン室８０内の側面部８８の両者間で構成するノズル部８９形状は、排気タービン室内の排気ガス上流部から排気ガス下流部までその間隔を一定に保った平行状ノズル部型の実施態様や、タービン軸中心方向に行くに従い徐々にその間隔を狭めるテーパー状ノズル部型の実施態様が考えられ、さらに、テーパー状ノズル部形状で排気タービン室内の排気ガス上流部から排気ガス下流方向に行くに従いそのテーパー状ノズル部の挟み角度を徐々に強く設定した実施態様等も考えられる。また、テーパー状ノズル部の挟み角度を徐々に強く設定した実施態様においては、環状ピストン筒のヘッド部と前記環状ピストンヘッド部に相対す排気タービン室内の側面部の両者間で挟み角度を徐々に強く設定する実施態様と、環状ピストン筒のヘッド部側のみにノズル部の挟み角度が徐々に強まる形状を設定した実施態様等が考えられる。
【００４７】
また、前述した排気タービン室内の環状ピストン筒のヘッド部と前記環状ピストン筒ヘッド部に相対す排気タービン室内側面部の両者間で構成するノズル部や、後述する過給機室内の環状ピストン筒のヘッド部と前記環状ピストン筒ヘッド部に相対す過給機室内側面部の両者間で構成するディヒューザー部は、タービン軸を中心に各環状ピストン筒の内周部と外周部を円形状に設定し前記各環状ピストン筒ヘッド部の放射方向の幅を一定幅に設定する実施態様と、前記各環状ピストン筒の内周部中心をタービン軸と同一中心に設定した円形状に、また、外周部中心をタービン軸中心とオフセットした位置に設定した円形状に設定し前記各環状ピストン筒ヘッド部の円周上の必要な範囲を中心に放射方向の幅を変えた実施態様も考えられる。
【００４８】
そして、前述した排気タービン室内や後述する過給機室内の各環状ピストン筒においては、上述したように内・外周形状を円筒形状に設計すると、各環状ピストン筒の製造が容易になるとともに、前記各環状ピストン筒を収納する各控え室の内・外周形状を円筒形状にできるため、各控え室の加工が容易になる。
【００４９】
また、上記環状ピストン筒８６を、排気タービン室８０内の一方側面部９１にリング状に凹設した第一控え室９２とタービンブレード８２の環状流入口間をタービン軸８１方向に移動させる環状ピストン筒位置決め装置においては、基本的には上述した環状ノズル筒位置決め装置と同様な機構を採用すると良い。
【００５０】
そして、本実施例のように環状ピストン筒をタービンブレードの環状流入口に臨む位置に設けた排気ガス駆動ターボ過給機や後述する環状ピストン筒をタービンブレードの環状流入口に臨む位置に設けた構造の排気ガス駆動ターボ過給機、また、環状ピストン筒をコンプレッサーインペラの環状流出口に臨む位置にそれぞれ設けた構造の排気ガス駆動ターボ過給機、さらに、後述する電気モーターでコンプレッサーインペラを駆動し環状ピストン筒をコンプレッサーインペラの環状流出口に臨む位置に設けた構造の電気モーター駆動ターボ過給機等においては、コントロール・ユニット装置の指示で環状ピストン筒位置決め装置によって前記各環状ピストン筒を無段階に配置位置変えすることにより、排気タービン室内のノズル部の間隔や過給機室内のディヒューザー部の間隔を無段階に可変できる。よって、予め、コントロール・ユニット装置に市内走行モードや高速走行モード・雪道走行モード・オート設定モード等の各走行モード別に各環状ピストン筒の停止位置を指定する機能を与えておくことにより、市内走行モードや高速走行モード・雪道走行モード・オート設定モード等の走行モードを運転席に設けた走行モード選択スイッチで任意に選んで指示することができる。
【００５１】
そして、アイドリング時や又はアイドリング時からアクセル・ペダルを踏み込み始めた直後までの間、特に排気タービン室内のノズル部の間隔を内燃機関が停止しない程度に狭めるよう、予め、コントロール・ユニット装置に環状ピストン筒の停止位置を指定する機能を上記各モードに加えておくことにより、強制的に内燃機関より排出される排気ガスは排気管内や排気タービン室内に溜まり排気ガス圧力が高まる。そして、さらにアクセル・ペダルを踏み込んでいった時、一時的または断続的・または継続的に排気タービン室内のノズル部を上述した場合よりさらに開くと、排気管内や排気タービン室内に溜まり圧力の高まった排気ガスがタービンブレードに勢いよくぶつかりタービンブレードを高速回転させ同軸上他端部に固定されたコンプレッサーインペラを高速回転させる。結果、内燃機関立ち上がり時のトルク不足を補えられる。以下、環状ピストン筒を採用した過給機においても上記のような機能を予めコントロール・ユニット装置に与えておくとよい。
【００５２】
図８に示される実施例では、過給機室９４内のコンプレッサーインペラ９５の環状流出口に臨む位置に環状ピストン筒９６を設けた構造であって、タービン軸９７方向に移動可能とし、前記環状ピストン筒９６のヘッド部９８を環状流出口に臨む位置に無段階に位置決めして固定する構成の請求項５記載の排気ガス駆動ターボ過給機で、前記環状ピストン筒ヘッド部９８に相対す過給機室９４内の他方側面部９９の両者間で構成するディヒューザー部１００はコンプレッサーインペラ９５によって加速され通過する吸気流を和らげ圧力を高める形状に成形されている。
また、前記ディヒューザー部においては、タービン軸９７中心から放射方向に行くに従い徐々にその間隔を狭めるテーパー状ディヒューザー部とした実施態様や、その間隔を一定に保った平行状ディヒューザー部とした実施態様が考えられる。
【００５３】
そして、上記環状ピストン筒９６を、過給機室９４内の一方側面部１０１にリング状に凹設した第ニ控え室１０２とコンプレッサーインペラ９５の環状流出口間をタービン軸９７方向に移動させる環状ディヒューザー筒位置決め装置においては、上述した環状ノズル筒位置決め装置の実施例を採用し、前記環状ディヒューザー筒位置決め装置に環状ピストン筒の位置決めを指示するコントロール・ユニット装置においては前述したコントロール・ユニット装置を採用するとよい。
【００５４】
図９に示される実施例では、内燃機関のシリンダー内と吸気管１０４で連通する過給機室１０５内に配置したコンプレッサーインペラ１０６を電気モーター１０７で駆動する電気モーター駆動過給機において、前記過給機室１０５内のコンプレッサーインペラ１０６の環状流出口に臨む位置に各誘導翼１０８及び各誘導翼１０９を備えた環状ディヒューザー筒１１０を設けた構造であって、前記環状ディヒューザー筒１１０は低中速回転用ディヒューザー部１１１と高速回転用ディヒューザー部１１２とで構成され、コンプレッサーインペラ軸１１３方向に移動可能とし、前記環状ディヒューザー筒１１０のいずれかを環状流出口に臨む位置に位置決めして固定する構成で、さらに、前記環状ディヒューザー筒１１０はリング状の中央仕切り板１１４一片面側とリング状の支持部１１５間に、内燃機関の低中速回転域時にコンプレッサーインペラ１０６の環状流出口を取リ囲み通過するコンプレッサーインペラ１０６によって加速された吸気流を和らげ圧力を高める迎角や翼形状、翼断面、翼間隔等を備えた複数枚の各誘導翼１０８が放射状に配列されて形成するベーン型の低中速回転用ディヒューザー部１１１と、前記中央仕切り板１１４他片面側とリング状の支持部１１６間に、内燃機関の高速回転域時に前記コンプレッサーインペラ１０６の環状流出口を取リ囲み通過するコンプレッサーインペラ１０６によって加速された吸気流を和らげ圧力を高める迎角や翼形状、翼断面、翼間隔等を備えた複数枚の各誘導翼１０９が放射状に配列されて形成するベーン型の高速回転用ディヒューザー部１１２が並列配置され円筒形状に一体形成され、過給機室１０５内の両側面部１１７，１１８にリング状に凹設した第一控え室１１９及び第ニ控え室１２０間をコンプレッサーインペラ軸１１３方向のみ移動可能な構造状態で配置されている。
【００５５】
そして、前記環状ディヒューザー筒１１０の低中速回転用ディヒューザー部１１１各誘導翼１０８間のはさみ角を高速回転用ディヒューザー部１１２の各誘導翼１０９間のはさみ角に対して狭く設定配列したが、これに限らず、誘導翼の数や翼形状、翼断面、翼間隔等各種諸条件を鑑みて決定し低中速回転用ディヒューザー部や高速回転用ディヒューザー部を設計し採用してもよい。
【００５６】
さらに、前記環状ディヒューザー筒１１０のいずれかを環状流出口に臨む位置に移動し位置決めして固定する環状ディヒューザー筒位置決め装置では、上述した環状ディヒューザー筒位置決め装置の実施例を利用し採用するが、前記環状ディヒューザー筒位置決め装置に位置決めの指示を出すコントロール・ユニット装置においては、コンプレッサーインペラを駆動する電気モーターの回転数をコントロールする機能を併せ持たせ、コントロール・ユニット装置が収集した各種情報信号の判断で、前記環状ディヒューザー筒の最適な位置決めや電気モーターの最適な回転数をコントロールする。
また、過給機室内側に突出した各プッシュプルロッドの一方と環状ディヒューザー筒の連結部においても、上述した各実施例同様、両者間を遊嵌連結する連結方法と、各プッシュプルロッドと環状ディヒューザー筒を一体構造で製造し過給機室内側に組み付ける方法や、各プッシュプルロッドを環状ディヒューザー筒側に螺着し一体化を図って過給機室内側に組み付ける他の連結方法が考えられる。
【００５７】
図１０に示される実施例では、内燃機関のシリンダー内と吸気管１２２で連通する過給機室１２３内に配置したコンプレッサーインペラ１２４を電気モーター１２５で駆動する電気モーター駆動過給機において、前記過給機室１２３内のコンプレッサーインペラ１２４の環状流出口に臨む位置に各誘導翼１２６を備えた環状ディヒューザー筒１２７を設けた構造であって、前記環状ディヒューザー筒１２７は低中速回転用ディヒューザー部１２８で構成され、コンプレッサーインペラ軸１２９方向に移動可能とし、前記環状ディヒューザー筒１２７を環状流出口に臨む位置に位置決めして固定する構成で、そして、前記環状ディヒューザー筒１２７はリング状の支持部１３０とリング状の支持部１３１間に内燃機関の低中速回転域時にコンプレッサーインペラ１２４の環状流出口を取リ囲み通過するコンプレッサーインペラ１２４によって加速された吸気流を和らげ圧力を高める迎角や翼形状、翼断面、翼間隔等を備えた複数枚の各誘導翼１２６が放射状に配列されて形成するベーン型の低中速回転用ディヒューザー部１２８が円筒形状に一体形成され、さらに、前記環状ディヒューザー筒１２７は、過給機室１２３内の一方側面部１３２にリング状に凹設した第一控え室１３３とコンプレッサーインペラ１２４の環状流出口をコンプレッサーインペラ軸１２９方向のみ移動可能な構造状態で配置されている。
【００５８】
そして、上記環状ディヒューザー筒１２７を、過給機室１２３内の一方側面部１３２にリング状に凹設した第一控え室１３３とコンプレッサーインペラ１２４の環状流出口間をコンプレッサーインペラ軸１２９方向に移動させる環状ディヒューザー筒位置決め装置においては、上述した環状ディヒューザー筒位置決め装置の実施例を利用し採用するとよい。
【００５９】
図１１に示される実施例では、内燃機関のシリンダー内と吸気管１３５で連通する過給機室１３６内に配置したコンプレッサーインペラ１３７を電気モーター１３８で駆動する電気モーター駆動過給機において、前記過給機室１３６内のコンプレッサーインペラ１３７の環状流出口に臨む位置に環状ピストン筒１３９を設けた構造で、コンプレッサーインペラ軸１４０方向に移動可能とし、前記環状ピストン筒１３９のヘッド部１４１を環状流出口に臨む位置に無段階に位置決めして固定する構成で、さらに、前記環状ピストン筒１３９のヘッド部１４１形状は、前記環状ピストンヘッド部１４１と前記環状ピストンヘッド部１４１に相対す過給機室１３６内の他方側面部１４２間で構成するディヒューザー部１４３がコンプレッサーインペラ１３７によって加速され通過する吸気流を和らげ圧力を高める形状に成形されている。
【００６０】
そして、上記環状ピストン筒１３９を過給機室１３６内の一方側面部１４４にリング状に凹設した第一控え室１４５とコンプレッサーインペラ１３７の環状流出口間をコンプレッサーインペラ軸１４０方向に移動させる環状ピストン筒位置決め装置においては、上述した環状ピストン筒位置決め装置の実施例を利用し採用するとよい。
【００６１】
また、環状ピストンヘッド部と前記環状ピストンヘッド部に相対す排気タービン室内の他方側面部間で構成するノズル部や、環状ピストンヘッド部と前記環状ピストンヘッド部に相対す過給機室内の他方側面部間で構成するディヒューザー部の間隔においては、排気タービン室内の環状ピストン筒や過給機室内の環状ピストン筒をコントロール・ユニット装置の指示で各環状ピストン筒位置決め装置によってタービン軸方向に移動させ臨む位置に停止させ決定するが、予め、コントロール・ユニット装置に市内走行モードや高速走行モード・雪道走行モード等の各走行モード別に停止位置を指定する機能を与えておくことにより、市内走行モードや高速走行モード・雪道走行モード等の走行モードを運転席に設けた走行モード選択スイッチで任意に設定し指示できる。
【００６２】
そして、前記環状ピストン筒位置決め装置の駆動力源にスッテッピングモーターを採用すると、前記スッテッピングモーターをコントロール・ユニット装置からの緻密な指示で作動させることにより、排気タービン室内や過給機室内の各環状ピストン筒を臨む位置に位置決めでき、前記ノズル部やディヒューザー部の各間隔を各回転域に会わせた最も効率のよい間隔に保つことができ、よって、効果的な過給が行なえる。
【００６３】
また、上記実施例の他に、請求項１における排気ガス駆動ターボ過給機と請求項４における過給機側を組み合わせた排気ガス駆動ターボ過給機や、請求項１における排気ガス駆動ターボ過給機と請求項６における過給機を組み合わせた排気ガス駆動ターボ過給機、さらに、請求項３における排気ガス駆動ターボ過給機と請求項２における過給機側を組み合わせた排気ガス駆動ターボ過給機や、請求項３における排気ガス駆動ターボ過給機と請求項６における過給機を組み合わせた排気ガス駆動ターボ過給機、そして、請求項５における排気ガス駆動ターボ過給機と請求項２における過給機側を組み合わせた排気ガス駆動ターボ過給機や、請求項５における排気ガス駆動ターボ過給機と請求項４における過給機を組み合わせた排気ガス駆動ターボ過給機等が考えられる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００６５】
内燃機関のシリンダー内と排気管で連通する排気タービン室内の排気ガス下流にタービン軸一方端部に固定したタービンブレードを配置し、また、内燃機関のシリンダー内と吸気管で連通する過給機室内の吸気入口に前記タービン軸他方端部に固定したコンプレッサーインペラを配置した排気ガス駆動ターボ過給機において、前記タービンブレードの環状流入口に臨む位置に誘導翼を備えた環状ノズル筒を設けた構造であって、前記環状ノズル筒は低中速回転用ノズル部と高速回転用ノズル部とで構成され、前記タービン軸方向に移動可能とし、前記環状ノズル筒のいずれかを環状流入口に臨む位置に位置決めして固定する構成を採用することにより、低中速回転時に排気管より流入してきた排気ガス流は、低中速回転用ノズル部通過時に排気ガス圧力が高まりガス流速度が加速しタービンブレード側へ勢い良く噴射しタービンブレードを素早く高速回転させ、タービン軸上他端部に固定されたコンプレッサーインペラを高速回転させる。よって、高速回転するコンプレッサーインペラで加速された空気は吸気管を経てシリンダー内に高過給され、シリンダー内に燃焼に必要な空気を充分確保できるため、高トルク・高出力化と最適な空撚比率の達成による排気ガスのクリーン化と省エネルギー化を同時に図ることができる。
【００６６】
そして、高速回転時においては排気管より流入してきた排気ガス流が高速回転用ノズル部通過時に排気ガス圧力が高まりガス流速度が加速しタービンブレード側へ勢い良く噴射しタービンブレードをさらに高速回転させ、タービン軸上他端部に固定されたコンプレッサーインペラをさらに高速回転させる。よって、高速回転するコンプレッサーインペラで加速された空気は吸気管を経てシリンダー内に高過給され、シリンダー内に燃焼に必要な空気を充分確保できるため、高トルク・高出力化と最適な空撚比率の達成による排気ガスのクリーン化と省エネルギー化を同時に図ることができる。
【００６７】
また、上記排気ガス駆動ターボ過給機においては、過給機側に普及型過給機を採用するため、性能の異なる過給機との自由な組み合わせが可能となり、各種性能の異なる排気ガス駆動ターボ過給機を量産でき、そして、安価に提供できる。
【００６８】
そして、内燃機関のシリンダー内と排気管で連通する排気タービン室内の排気ガス下流にタービン軸一端部に固定したタービンブレードを配置し、また、内燃機関のシリンダー内と吸気管で連通する過給機室内の吸気入口に前記タービン軸他端部に固定したコンプレッサーインペラを配置した排気ガス駆動ターボ過給機において、前記タービンブレードの環状流入口に臨む位置に誘導翼を設けた環状ノズル筒を設けた構造であって、前記環状ノズル筒は低中速回転用ノズル部と高速回転用ノズル部とで構成され、前記タービン軸方向に移動可能とし、前記環状ノズル筒のいずれかを環状流入口に臨む位置に位置決めして固定する構成と、さらに、過給機室内のコンプレッサーインペラの環状流出口に臨む位置に誘導翼を設けた環状ディヒューザー筒を設けた構造であって、前記環状ディヒューザー筒は低中速回転用ディヒューザー部と高速回転用ディヒューザー部とで構成され、前記タービン軸方向に移動可能とし、前記環状ディヒューザー筒のいずれかを環状流出口に臨む位置に位置決めして固定する構成を採用することにより、低中速回転時に排気管より流入してきた排気ガス流は、低中速回転用ノズル部通過時に排気ガス圧力が高まりガス流速度が加速しタービンブレード側へ勢い良く噴射しタービンブレードを素早く高速回転させ、タービン軸上他端部に固定されたコンプレッサーインペラを高速回転させる。さらに、勢い良く高速回転するコンプレッサーインペラによって吸入され加速された吸気流は、低中速回転用ディヒューザー部通過時に速度を和らげられて圧力が高まり、吸気管を経て内燃機のシリンダー内に高過給される。よって、シリンダー内に燃焼に必要な空気を充分確保できるため、高トルク・高出力化と最適な空撚比率の達成による排気ガスのクリーン化と省エネルギー化を同時に図ることができる。
【００６９】
そして、高速回転時においても排気管より流入してきた排気ガス流は、高速回転用ノズル部通過時に排気ガス圧力が高まりガス流速度が加速しタービンブレード側へ勢い良く噴射しタービンブレードをさらに高速回転させ、タービン軸上他端部に固定されたコンプレッサーインペラもさらに高速回転する。さらに勢い良く高速回転するコンプレッサーインペラによって吸入され加速された吸気流は、高速回転用ディヒューザー部通過時に速度を和らげられて圧力が高まり、吸気管を経て内燃機のシリンダー内に高過給される。
よって、シリンダー内に燃焼に必要な空気を充分確保できるため、高トルク・高出力化と最適な空撚比率の達成による排気ガスのクリーン化と省エネルギー化を同時に図ることができる。
【００７０】
上記排気ガス駆動ターボ過給機においては、特に動力源に高トルク・高出力型の内撚機関を必要とするスポーツカーや高性能車等に採用すると、全回転域にわたって性能の優れた車両を提供できる。
【００７１】
そして、内燃機関のシリンダー内と排気管で連通する排気タービン室内の排気ガス下流にタービン軸一端部に固定したタービンブレードを配置し、また、内燃機関のシリンダー内と吸気管で連通する過給機室内の吸気入口に前記タービン軸他端部に固定したコンプレッサーインペラを配置した排気ガス駆動ターボ過給機において、前記タービンブレードの環状流入口に臨む位置に誘導翼を設けた環状ノズル筒を設けた構造であって、前記環状ノズル筒は低中速回転用ノズル部から構成され、前記タービン軸方向に移動可能とし、内燃機関の低中速回転時に前記環状ノズル筒を環状流入口に臨む位置に位置決めして固定する構成を採用することにより、低中速回転時に排気管より流入してきた排気ガス流は、低中速回転用ノズル部通過時に排気ガス圧力が高まりガス流速度が加速しタービンブレード側へ勢い良く噴射しタービンブレードを素早く高速回転させ、タービン軸上他端部に固定されたコンプレッサーインペラを高速回転させる。よって、高速回転するコンプレッサーインペラで加速された空気は吸気管を経てシリンダー内に高過給され、シリンダー内に燃焼に必要な空気を充分確保できるため、高トルク・高出力化と最適な空撚比率の達成による排気ガスのクリーン化と省エネルギー化を同時に図ることができる。
【００７２】
また、高速回転時においては、環状ノズル筒が控え室内に送リ込まれ前記控え室は支持部で塞がれ、排気管より流入してきた排気ガス流は、タービンブレード側へ勢い良く噴射しタービンブレードを高速回転させる。そして、タービン軸上他端部に固定されたコンプレッサーインペラを高速回転させる。
【００７３】
よって、上記実施例の排気ガス駆動ターボ過給機を備えた内撚機関では、特に低中速回転時において効率よくシリンダー内に燃焼に必要な空気を供給できるため、主に市街地を多く走行し荷台に荷物を満載する商業車やトラック、また、低排気量の小型車等、安価に内撚機関の低中速回転域のトルク及び出力を確保したい車両の動力源に採用するとよい。
さらに、本排気ガス駆動ターボ過給機においては、過給機側に普及型過給機を採用するため、性能の異なる過給機との自由な組み合わせが可能となり、各種性能の異なる排気ガス駆動ターボ過給機を量産でき、安価に提供できる。
【００７４】
そして、内燃機関のシリンダー内と排気管で連通する排気タービン室内の排気ガス下流にタービン軸一端部に固定したタービンブレードを配置し、また、内燃機関のシリンダー内と吸気管で連通する過給機室内の吸気入口に前記タービン軸他端部に固定したコンプレッサーインペラを配置した排気ガス駆動ターボ過給機において、前記タービンブレードの環状流入口に臨む位置に誘導翼を設けた環状ノズル筒を設けた構造であって、前記環状ノズル筒は低中速回転用ノズル部から構成され、前記タービン軸方向に移動可能とし、内燃機関の低中速回転時に前記環状ノズル筒を環状流入口に臨む位置に位置決めして固定する構成と過給機室内のコンプレッサーインペラの環状流出口に臨む位置に誘導翼を設けた環状ディヒューザー筒を設けた構造であって、前記環状ディヒューザー筒は低中速回転用ディヒューザー部から構成され、前記タービン軸方向に移動可能とし、内燃機関の低中速回転時に前記環状ディヒューザー筒を環状流出口に臨む位置に位置決めして固定する構成を採用することにより、低中速回転時に排気管より流入してきた排気ガスは、前記環状ノズル筒の低中速回転用ノズル部通過時に排気ガス圧力が高まりガス流速度が加速しタービンブレード側へ勢い良く噴射しタービンブレードを素早く高速回転させ、タービン軸上他端部に固定されたコンプレッサーインペラを高速回転させる。
そして、勢い良く回転するコンプレッサーインペラによって吸入され加速された吸気流は、低中速回転用ディヒューザー部通過時に低中速回転用ディヒューザー部の各誘導翼によって速度を和らげられて圧力が高まり、吸気管を経て内燃機のシリンダー内に高過給される。
【００７５】
また、高速回転時においては環状ノズル筒が控え室内に送リ込まれ前記控え室は支持部で塞がれ、さらに環状ディヒューザー筒が控え室内に送リ込まれ前記控え室は支持部で塞がれ、排気管より流入してきた排気ガス流はタービンブレード側へ勢い良く噴射しタービンブレードを高速回転させ、そして、タービン軸上他端部に固定されたコンプレッサーインペラを高速回転させ、コンプレッサーインペラによって吸入され加速された吸気流は吸気管を経て内燃機のシリンダー内に高過給される。
【００７６】
よって、上記実施例の排気ガス駆動ターボ過給機を備えた内撚機関では、請求項３記載の排気ガス駆動ターボ過給機よりさらなる低中速回転時の高トルク・高出力化と、最適な空撚比率の達成により排気ガスのクリーン化と省エネルギー化を同時に図ることができ、主に市街地を多く走行し荷台に荷物を満載する商業車やトラック、また、低排気量の小型車等、内撚機関の低中速回転域のトルク及び出力を確保したい車両の動力源に採用するとよい。
【００７７】
そして、内燃機関のシリンダー内と排気管で連通する排気タービン室内の排気ガス下流にタービン軸一端部に固定したタービンブレードを配置し、また、内燃機関のシリンダー内と吸気管で連通する過給機室内の吸気入口に前記タービン軸他端部に固定したコンプレッサーインペラを配置した排気ガス駆動ターボ過給機において、前記タービンブレードの環状流入口に臨む位置に環状ピストン筒を設けた構造であって、前記タービン軸方向に移動可能とし、前記環状ピストン筒を環状流入口に臨む位置に無段階に位置決めして固定する構成を採用することにより、低中速回転時に排気管より流入してきた排気ガス流は、環状ピストンヘッド部と前記環状ピストンヘッド部に相対す排気タービン室内の側面部間で構成する低中速回転時の各回転域に最適な間隔を保つノズル部の通過時に、排気ガス圧力が効率よく高まりガス流速度を加速しタービンブレード側へ勢い良く噴射し、タービンブレードを素早く高速回転させ、そして、タービン軸上他端部に固定されたコンプレッサーインペラを高速回転させる。
【００７８】
また、低中速回転域から高速回転時にかけて排気管より流入してきた排気ガス流は、環状ピストンヘッド部と前記環状ピストンヘッド部に相対す排気タービン室内の側面部間で構成する低中速回転域から高速回転時の各回転域に最適な間隔を保つノズル部の通過時に、排気ガス圧力が高まりガス流速度を加速しタービンブレード側へ勢い良く噴射し、タービンブレードをさらに素早く高速回転させ、タービン軸上他端部に固定されたコンプレッサーインペラをさらに高速回転させる。
【００７９】
よって、上記実施例の排気ガス駆動ターボ過給機を備えた内撚機関では、低中速回転から高速回転まで無段階に環状ピストンヘッド部を最適な位置に移動させることにより、各回転時においてシリンダー内に燃焼に必要な空気を充分に供給でき、高トルク・高出力化と最適な空撚比率の達成による排気ガスのクリーン化と省エネルギー化を同時に図れる。
さらに、本排気ガス駆動ターボ過給機においては、過給機側に普及型過給機を採用するため、メンテナンスが容易になるとともに、性能の異なる過給機との自由な組み合わせが可能となり、各種性能の異なる排気ガス駆動ターボ過給機を量産でき、安価に提供できる。
【００８０】
そして、内燃機関のシリンダー内と排気管で連通する排気タービン室内の排気ガス下流にタービン軸一端部に固定したタービンブレードを配置し、また、内燃機関のシリンダー内と吸気管で連通する過給機室内の吸気入口に前記タービン軸他端部に固定したコンプレッサーインペラを配置した排気ガス駆動ターボ過給機において、前記タービンブレードの環状流入口に臨む位置に環状ピストン筒を設けた構造であって、前記タービン軸方向に移動可能とし、前記環状ピストン筒を環状流入口に臨む位置に無段階に位置決めして固定するとともに、過給機室内のコンプレッサーインペラの環状流出口に臨む位置に環状ピストン筒を設けた構造であって、前記タービン軸方向に移動可能とし、前記環状ピストン筒を環状流出口に臨む位置に無段階に位置決めして固定する構成を採用することにより、低中速回転時に排気管より流入してきた排気ガス流は、排気タービン室内の環状ピストンのヘッド部と前記環状ピストンヘッド部に相対す排気タービン室内の側面部間で構成するノズル部が、低中速回転時から高速回転時まで各回転に最適な間隔を保つ位置に環状ピストン筒が移動されているため、前記ノズル部通過時に排気ガス圧力が高まりガス流速度を加速しタービンブレード側へ勢い良く噴射しタービンブレードを素早く高速回転させ、タービン軸上他端部に固定されたコンプレッサーインペラを高速回転させる。
そして、勢い良く回転するコンプレッサーインペラによって吸入され加速された吸気流は、過給機室内の環状ピストンのヘッド部と前記環状ピストンヘッド部に相対す過給機室内の側面部間で構成するディヒューザー部が、低中速回転時から高速回転時まで各回転に最適な間隔を保つ位置に環状ピストン筒が移動されているため、前記ディヒューザー部通過時に速度を和らげられて圧力が高まり、吸気管を経て内燃機のシリンダー内に高過給される。
【００８１】
また、低中速回転域から高速回転域にかける各回転時においても、排気タービン室内の環状ピストンのヘッド部と前記環状ピストンヘッド部に相対す排気タービン室内の側面部間で構成するノズル部が環状ピストン筒の移動により低中速回転時から高速回転時まで各回転に最適な間隔を保ち、さらに、過給機室内の環状ピストンのヘッド部と前記環状ピストンヘッド部に相対す過給機室内の側面部間で構成するディヒューザー部が環状ピストン筒の移動により低中速回転時から高速回転時まで各回転に最適な間隔を保つため、前記ノズル部通過時に排気ガス圧力が高まりガス流速度を加速しタービンブレード側へ勢い良く噴射しタービンブレードを素早く高速回転させ、タービン軸上他端部に固定されたコンプレッサーインペラを高速回転させる。
そして、勢い良く回転するコンプレッサーインペラによって吸入され加速された吸気流は、前記ディヒューザー部通過時に速度を和らげられて圧力が高まり、吸気管を経て内燃機のシリンダー内に高過給される。
【００８２】
よって、上記排気ガス駆動ターボ過給機を備えた内撚機関では、排気タービン室内の環状ピストン筒と過給機室内の環状ピストン筒が低中速回転から高速回転までそれぞれ最適な位置へ無段階に移動させることにより、各回転に最適なノズル部間隔とディヒューザー部間に設定できるため、さらにきめ細かい内撚機関のトルク及び出力特性の設定や、排気ガスのクリーン化・省エネルギー化等を同時に図ることができ、幅広い各種車両の内撚機関の動力源に採用できる。
【００８３】
そして、内燃機関のシリンダー内と吸気管で連通する過給機室内に配置したコンプレッサーインペラを電気モーターで駆動する電気モーター駆動過給機において、前記過給機室内のコンプレッサーインペラの環状流出口に臨む位置に各誘導翼及び各誘導翼を備えた環状ディヒューザー筒を設けた構造であって、前記環状ディヒューザー筒は低中速回転用ディヒューザー部と高速回転用ディヒューザー部とで構成され、コンプレッサーインペラ軸方向に移動可能とし、前記環状ディヒューザー筒のいずれかを環状流出口に臨む位置に位置決めして固定する構成を採用することにより、コンプレッサーインペラを駆動する電気モーターはコントロール・ユニット装置の指示で内燃機関の低中速回転から高速回転時まで各回転数に対応する回転数で回転し、コンプレッサーインペラ軸上他端部に固定されたコンプレッサーインペラを高速回転させる。
そして、低中速回転時においては、勢い良く回転するコンプレッサーインペラによって吸入され加速された吸気流は、低中速回転用ディヒューザー部通過時に速度を和らげられて圧力が高まり吸気管を経て内燃機のシリンダー内に過給される。
【００８４】
さらに、高速回転時においてもコンプレッサーインペラを駆動する電気モーターは、コントロール・ユニット装置の指示で内燃機関の高速回転時に対応する回転数で回転し、コンプレッサーインペラ軸上他端部に固定されたコンプレッサーインペラを高速回転させる。
そして、勢い良く回転するコンプレッサーインペラによって吸入され加速された吸気流は、高速回転用ディヒューザー部通過時に速度を和らげられて圧力が高まり、吸気管を経て内燃機のシリンダー内に高過給される。
【００８５】
よって、上記実施例の電気モーター駆動過給機を備えた内撚機関では、コンプレッサーインペラを電気モーターで駆動し、過給機室内のコンプレッサーインペラの環状流出口に臨む位置に環状ディヒューザー筒を設け低中速回転用ディヒューザー部と高速回転用ディヒューザー部を段階的に使い分け、シリンダー内に燃焼に必要な空気を充分供給することにより、高トルク・高出力化と、最適な空撚比率の達成による排気ガスのクリーン化と省エネルギー化を同時に図ることができる。
【００８６】
また、内燃機関のシリンダー内と吸気管で連通する過給機室内に配置したコンプレッサーインペラを電気モーターで駆動する電気モーター駆動過給機において、前記過給機室内のコンプレッサーインペラの環状流出口に臨む位置に各誘導翼を備えた環状ディヒューザー筒を設けた構造であって、前記環状ディヒューザー筒は低中速回転用ディヒューザー部で構成され、コンプレッサーインペラ軸方向に移動可能とし、前記環状ディヒューザー筒のいずれかを環状流出口に臨む位置に位置決めして固定する構成を採用することにより、低中速回転時においては、コンプレッサーインペラを駆動する電気モーターはコントロール・ユニット装置の指示で、内燃機関の低中速回転から高速回転時まで各回転数に対応する回転数で回転し、コンプレッサーインペラ軸上他端部に固定されたコンプレッサーインペラを高速回転させる。
そして、低中速回転時において勢い良く回転するコンプレッサーインペラによって吸入され加速された吸気流は、低中速回転用ディヒューザー部通過時に速度を和らげられて圧力が高まり吸気管を経て内燃機のシリンダー内に過給される。
【００８７】
また、高速回転時においては、コンプレッサーインペラを駆動する電気モーターは、コントロール・ユニット装置の指示で内燃機関の高速回転時に対応する回転数で回転し、コンプレッサーインペラ軸上他端部に固定されたコンプレッサーインペラを高速回転させる。
そして、勢い良く回転するコンプレッサーインペラによって吸入され加速された吸気流は、吸気管を経て内燃機のシリンダー内に過給される。
【００８８】
よって、上記実施例の電気モーター駆動過給機を備えた内撚機関では、コンプレッサーインペラを電気モーターで駆動し、過給機室内のコンプレッサーインペラの環状流出口に臨む位置に環状ディヒューザー筒を設け、特に低中速回転時においてシリンダー内に燃焼に必要な空気を充分供給することにより、高トルク・高出力化と、最適な空撚比率の達成による排気ガスのクリーン化と省エネルギー化を同時に図ることができる。
そして、前記環状ディヒューザー筒は低中速回転用ディヒューザー部のみで構成されているため安価に製造でき電気モーター駆動過給機を安価に提供できる。
【００８９】
さらに、内燃機関のシリンダー内と吸気管で連通する過給機室内に配置したコンプレッサーインペラを電気モーターで駆動する電気モーター駆動過給機において、前記過給機室内のコンプレッサーインペラの環状流出口に臨む位置に環状ピストン筒を設けた構造で、コンプレッサーインペラ軸方向に移動可能とし、前記環状ピストン筒のヘッド部を環状流出口に臨む位置に無段階に位置決めして固定する構成を採用することにより、コンプレッサーインペラを駆動する電気モーターはコントロール・ユニット装置の指示で内燃機関の低中速回転から高速回転時まで各回転数に対応する回転数で回転し、コンプレッサーインペラ軸上他端部に固定されたコンプレッサーインペラを高速回転させ、そして、勢い良く回転するコンプレッサーインペラによって吸入され加速された吸気流は、過給機室内の環状ピストン筒が低中速回転から高速回転までコントロール・ユニット装置の指示により無段階に移動し各回転に最適なディヒューザー部間隔を設定できるため、さらにきめ細かい内撚機関のトルク及び出力特性の設定や、排気ガスのクリーン化・省エネルギー化等を同時に図ることができ、幅広い各種車両の内撚機関の動力源に採用できる。
【００９０】
そして、環状ノズル筒がベーン型の低中速回転用ノズル部と高速回転用ノズル部で構成され、環状ディヒューザー筒がベーン型の低中速回転用ディヒューザー部と高速回転用ディヒューザー部で構成されているため、構造が複雑な形状になるのに対し、排気タービン室内の環状ピストン筒や過給機室内の環状ピストン筒では、前記各ピストン筒ヘッド部形状がほぼ平面形状のため、熱が一部分に溜まりにくく排気ガス中の煤が付着しにくい等の利点の他に、構造が簡単なためペーン型の環状ノズル筒や環状ディヒューザー筒に比べ安価に製造提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】排気ガス駆動ターボ過給機の実施例を示すタービン軸方向の概略断面図。
【図２】環状ノズル筒位置決め装置の実施例を示す概略構成図。
【図３】環状ノズル筒位置決め装置の実施例を示す概略構成図。
【図４】排気ガス駆動ターボ過給機の実施例を示すタービン軸方向の概略断面図。
【図５】排気ガス駆動ターボ過給機の実施例を示すタービン軸方向の概略断面図。
【図６】排気ガス駆動ターボ過給機の実施例を示すタービン軸方向の概略断面図。
【図７】排気ガス駆動ターボ過給機の実施例を示すタービン軸方向の概略断面図。
【図８】排気ガス駆動ターボ過給機の実施例を示すタービン軸方向の概略断面図。
【図９】電気モーター駆動ターボ過給機の実施例を示すコンプレッサーインペラ軸方向の概略断面図。
【図１０】電気モーター駆動ターボ過給機の実施例を示すコンプレッサーインペラ軸方向の概略断面図。
【図１１】電気モーター駆動ターボ過給機の実施例を示すコンプレッサーインペラ軸方向の概略断面図。
【符号の説明】
１、３０、５３、７９、  排気管
２、５４、８０、  排気タービン室
３、３７、４５、５５、７３、８１、９７、  タービン軸
４、５６、８２、  タービンブレード
５、２５、５７、８３、１０４、１２２、１３５、  吸気管
６、５８、６８、８４、９４、１０５、１２３、１３６、  過給機室
７、３９、５９、６９、８５、９５、１０６、１２４、１３７、  コンプレッサーインペラ
８、９、４０、４１、６０、７０、１０８、１０９、１２６、  誘導翼
１０、３６、６１、  環状ノズル筒
１１、６２、  低中速回転用ノズル部
１２、  高速回転用ノズル部
１３、４６、１１４、  中央仕切り板
１４、１５、４７、４８、６３、６４、７４、７５、１１５、１１６、１３０、１３１、  支持部
１７、２８、６６、９２、１１９、１３３、１４５、  第一控え室
１８、２９、７７、１０２、１２０、  第二控え室
２０、  バキュームタンク
２１、３３、  ソレノイドバルブ
２２、３２、  アクチュエーター
２３ａ、２３ｂ、  プッシュプルロッド
２４、３５、  コントロール・ユニット装置
２６ａ、  第一連通路
２６ｂ、  第ニ連通路
２６ｃ、  第三連通路
２７ａ、  切り換え弁
２７ｂ、  切り換え弁
３１ａ、  第四連通路
３１ｂ、  第五連通路
３１ｃ、  第六連通路
３４、  第七連通路
４２、７１、１１０、１２７、  環状ディヒューザー筒
４３、７２、１１１、１２８、  低中速回転用ディヒューザー部
４４、１１２、  高速回転用ディヒューザー部
５０、      第三控え室
５１、      第四控え室
８６、９６、１３９、  環状ピストン筒
８７、９８、１４１、  環状ピストン筒ヘッド部
８９、    ノズル部
１００、１４３、  ディヒューザー部
１０７、１２５、１３８、  電気モーター
１１３、１２９、１４０、  コンプレッサーインペラ軸
１０２、１１５  環状ピストン筒の外周部分
１０３、  排気タービン室内の他側面部
１１３、  ディヒューザー部
１１４、    環状ピストン筒の内周部分
【図１】
2004211608.tif 000003
【図２】
2004211608.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004211608.tif 000006
【図５】
2004211608.tif 000007
【図６】
2004211608.tif 000008
【図７】
2004211608.tif 000009
【図８】
2004211608.tif 000010
【図９】
2004211608.tif 000011
【図１０】
2004211608.tif 000012
【図１１】
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