(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンハウジングとコンプレッサハウジング間にて回転可能に支持されて一端が前記タービンハウジングに臨みかつ他端が前記コンプレッサハウジングに臨むシャフトと、同シャフトの一端側に一体回転可能に設けられて前記タービンハウジングの排気通路に位置するタービンロータと、前記シャフトの他端側に一体回転可能に設けられて前記コンプレッサハウジングの吸気通路に位置するコンプレッサロータを備え、かつ、前記タービンハウジングは、前記排気通路における前記タービンロータの上流側を内周スクロール部と外周スクロール部に区画するとともに同外周スクロール部を流通する排気の一部を前記内周スクロール部へ流入して同内周スクロール部の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流入口側に配設されて同流入口に設けた弁開口部を開閉して前記両スクロール部への排気の流量を制御する制御弁を備えてなる可変容量ターボチャージャにおいて、前記弁開口部は、前記外周スクロール部への排気の流動方向に長い細長形状を呈し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】
タービンハウジングとコンプレッサハウジング間にて回転可能に支持されて一端が前記タービンハウジングに臨みかつ他端が前記コンプレッサハウジングに臨むシャフトと、同シャフトの一端側に一体回転可能に設けられて前記タービンハウジングの排気通路に位置するタービンロータと、前記シャフトの他端側に一体回転可能に設けられて前記コンプレッサハウジングの吸気通路に位置するコンプレッサロータを備え、かつ、前記タービンハウジングは、前記排気通路における前記タービンロータの上流側を内周スクロール部と外周スクロール部に区画するとともに同外周スクロール部を流通する排気の一部を前記内周スクロール部へ流入して同内周スクロール部の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流入口側に配設されて同流入口に設けた弁開口部を開閉して前記両スクロール部への排気の流量を制御する制御弁を備えてなる可変容量ターボチャージャにおいて、前記弁開口部は、前記外周スクロール部への排気の流動方向に長い細長形状を呈し、前記制御弁は前記外周スクロール部の流入口側における排気の上流側と下流側間にて中間基部を取付けられて排気の上流側および下流側の両側が傾動端部に構成されていて、前記弁開口部は排気の上流側および下流側の両方向に先細り形状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３】
請求項１に記載の可変容量ターボチャージャにおいて、前記各スクロール部はスクロール面積が上流側から下流側へ漸次縮小する先細り形状を呈し、かつ、スクロール始点位置におけるスクロール面積は前記内周スクロール部より前記外周スクロール部が大きく形成されていて、同外周スクロール部の流入口側に前記制御弁が配設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４】
請求項１または３に記載の可変容量ターボチャージャにおいて、前記制御弁は前記外周スクロール部の流入口側における排気の上流側に基端部を取付けられて排気の下流側が傾動端部となっていて、前記弁開口部は排気の下流側方向に先細り形状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５】
請求項１または３に記載の可変容量ターボチャージャにおいて、前記制御弁は前記外周スクロール部の流入口側における排気の下流側に基端部を取付けられて排気の上流側が傾動端部となっていて、前記弁開口部は排気の上流側方向に先細り形状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６】
請求項２、４、５の何れか一項に記載の可変容量ターボチャージャにおいて、前記弁開口部の先細り形状に形成されている部分は、三角形状、台形状または半楕円形状を呈していることを特徴とする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、可変容量ターボチャージャに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ターボチャージャの一形式として、特開平１０−８９７７号公報にて提案されているような、可変容量ターボチャージャがある。当該可変容量ターボチャージャは、エンジンの低速域では、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規制して過給圧を設定された圧力に制御することにより、ターボチャージャの機能を向上させるべく意図しているものである。
【０００３】
当該可変容量ターボチャージャは、タービンハウジングとコンプレッサハウジング間にて回転可能に支持されて一端がタービンハウジングに臨みかつ他端がコンプレッサハウジングに臨むシャフトと、同シャフトの一端側に一体回転可能に設けられて前記タービンハウジングの排気通路に位置するタービンロータと、前記シャフトの他端側に一体回転可能に設けられて前記コンプレッサハウジングの吸気通路に位置するコンプレッサロータを備えていることを基本構成として、さらには下記のごとく構成されている。
【０００４】
すなわち、当該可変容量ターボチャージャにおいては、前記タービンハウジングは、前記排気通路における前記タービンロータの上流側を内周スクロール部と外周スクロール部に区画するとともに同外周スクロール部を流通する排気の一部を前記内周スクロール部へ流入して同内周スクロールの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流入口側に配設されて同流入口に設けた弁開口部を開閉して前記両スクロール部への排気の流量を制御する制御弁を備えた構成となっている。
【０００５】
かかる構成の可変容量ターボチャージャにおいては、エンジンの回転速度に応じて内周スクロール部と外周スクロール部への排気の流入量を制御することにより、エンジンの回転速度に応じた適正速度の排気をタービンロータに供給して、コンプレッサロータにおいてエンジンの回転速度に応じて設定された適正な過給圧を得るものである。
【０００６】
従って、当該可変容量ターボチャージャにおいては、外周スクロール部を流れる排気の一部を区画壁の各通気孔を通して内周スクロール部へ適正量だけ確実に流入させて内周スクロール部の排気を設定された流速に制御することが肝要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、当該形式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を動作させて弁開口部を漸次開放する場合、弁開口部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を動作させて弁開口部を漸次閉鎖する場合、弁開口部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。弁開口部のこのような開閉状態は、内周スクロール部と外周スクロール部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。この現象は、可変容量ターボチャージャの効率を向上させてその小型化を図るべく、内周スクロール部のスクロール面積を最小化した可変容量ターボチャージャにおいてより顕著に出現する。
【０００８】
従って、本発明の目的は、制御弁の動作による弁開口部の開放始期および閉鎖終期に、弁開口部の開度が急激に変化することを防止して、弁開口部の開度の急激な変化に起因する過給圧への影響を解消することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は可変容量ターボチャージャに関するもので、下記に示す形式のターボチャージャを適用対象とするものである。
すなわち、本発明は、タービンハウジングとコンプレッサハウジング間にて回転可能に支持されて一端が前記タービンハウジングに臨みかつ他端が前記コンプレッサハウジングに臨むシャフトと、同シャフトの一端側に一体回転可能に設けられて前記タービンハウジングの排気通路に位置するタービンロータと、前記シャフトの他端側に一体回転可能に設けられて前記コンプレッサハウジングの吸気通路に位置するコンプレッサロータを備え、かつ、前記タービンハウジングは、前記排気通路における前記タービンロータの上流側を内周スクロール部と外周スクロール部に区画するとともに同外周スクロール部を流通する排気の一部を前記内周スクロール部へ流入して同内周スクロール部の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流入口側に配設されて同流入口に設けた弁開口部を開閉して前記両スクロール部への排気の流量を制御する制御弁を備えている形式の可変容量ターボチャージャを適用対象とする。
【００１０】
しかして、本発明に係る可変容量ターボチャージャは、上記した形式の可変容量ターボチャージャにおいて、前記弁開口部の形状を、前記外周スクロール部への排気の流動方向に長い細長形状に形成していることを特徴とするものである。本発明は、前記各スクロール部のスクロール面積が上流側から下流側へ漸次縮小する先細り形状を呈していて、スクロール始点位置におけるスクロール面積が前記内周スクロール部より前記外周スクロール部が大きく形成されている形式の可変容量ターボチャージャに対して好適に実施することができる。
【００１１】
本発明に係る可変容量ターボチャージャにおいては、前記制御弁が前記外周スクロール部の流入口側における排気の上流側に基端部を取付けられて排気の下流側が傾動端部となっている場合には、前記弁開口部を排気の下流側方向に先細り形状に形成し、前記制御弁が前記外周スクロール部の流入口側における排気の上流側と下流側間にて中間基部を取付けられて排気の上流側および下流側の両側が傾動端部に構成されている場合には、前記弁開口部を排気の上流側および下流側の両方向に先細り形状に形成し、前記制御弁が前記外周スクロール部の流入口側における排気の下流側に基端部を取付けられて排気の上流側が傾動端部となっている場合には、前記弁開口部を排気の上流側方向に先細り形状に形成する。これらの場合、前記弁開口部の先細り形状に形成されている部分は、三角形状、台形状または半楕円形状等の適宜な形状とすることができる。
【００１２】
【発明の作用・効果】
本発明に係る可変容量ターボチャージャは、弁開口部の形状を、外周スクロール部への排気の流動方向に長い細長形状に形成していることから、弁開口部の弁開度は、制御弁の動作による弁開口部の開放時には漸次大きくなり、かつ、弁開口部の閉鎖時には漸次小さくなる。このため、弁開口部の開放始期および閉鎖終期における弁開度の急激な変化が防止され、弁開度の急激な変化に起因する過給圧への影響を解消または大きく抑制することができて、過給圧の制御精度を向上させることができる。この作用効果は、可変容量ターボチャージャの効率を向上させてその小型化を図るべく、内周スクロール部のスクロール面積を最小化した可変容量ターボチャージャにおいて特に顕著である。
【００１３】
本発明に係る可変容量ターボチャージャにおいては、制御弁として一傾動端側が開く形式のものや両傾動端が同時に開く形式のもの（バタフライタイプ）を採用することができるが、これらの場合には、弁開口部を下記のごとき形状に形成することにより、一層の作用効果を奏することができる。
【００１４】
すなわち、制御弁が外周スクロール部の流入口側における排気の上流側に基端部を取付けられて排気の下流側が傾動端部となっている場合には、弁開口部を排気の下流側方向に先細り形状に形成するようにする。また、制御弁が外周スクロール部の流入口側における排気の上流側と下流側間にて中間基部を取付けられて排気の上流側および下流側の両側が傾動端部に構成されている場合には、弁開口部を排気の上流側および下流側の両方向に先細り形状に形成するようにする。さらにまた、制御弁が外周スクロール部の流入口側における排気の下流側に基端部を取付けられて排気の上流側が傾動端部となっている場合には、弁開口部を排気の上流側方向に先細り形状に形成するようにする。これらの場合、弁開口部の先細り形状に形成されている部分を、三角形状、台形状または半楕円形状部等の適宜な形状とすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を図面に基づいて説明する。図１および図２は本発明の一例に係る可変容量ターボチャージャを示すもので、当該可変容量ターボチャージャは、連結部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。
【００１６】
連結部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が一体回転可能に固着され、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。
【００１７】
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は連結部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の一側を貫通してタービンハウジング２１内に臨むシャフト１３の一端側に一体回転可能に固着されていて、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。
【００１８】
タービンハウジング２１は、排気導入口２１ａと排気排出口２１ｂを備え、排気導入口２１ａと排気排出口２１ｂ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。タービンハウジング２１におけるタービンロータ２２の配設位置より上流側の内周面は、区画壁面に形成されていて、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２４と外周スクロール部２５に区画している。区画壁２３には、連通孔２３ａが下流側に沿って多数形成されている。連通孔２３ａは、その上流側壁が緩やかな傾斜状に、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の傾斜角度で指向している。
【００１９】
当該タービン部２０においては、タービンハウジング２１の排気導入口２１ａ側に制御弁２６Ａが配設されている。制御弁２６Ａは、外周スクロール部２５への流入開口を構成する弁開口部２６ａの開度を制御するもので、基端部をタービンハウジング２１における弁開口部２６ａの上流側に取付けられて傾動端部が下流側に延びて、同傾動端部が弁開口部２６ａの弁座部に着座している。制御弁２６Ａは、この状態で外周スクロール部２５の弁開口部２６ａを閉鎖していて、図示しない操作手段にて、エンジンの回転速度に応じて弁開口部２６ａを開閉動作する。
【００２０】
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は連結部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の他側を貫通してコンプレッサハウジング３１内に臨むシャフト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。
【００２１】
コンプレッサハウジング３１は、コンプレッサ導入口３１ａとコンプレッサ排出口３１ｂを備え、コンプレッサ導入口３１ａとコンプレッサ排出口３１ｂ間がコンプレッサ通路に形成されており、同コンプレッサ通路におけるコンプレッサロータ３２の配設位置より下流側がリング状のスクロール部３３，３４に形成されている。各スクロール部３３，３４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ハウジング３１の外周に沿ってコンプレッサ排出口３１ｂまで延びていて、コンプレッサ排出口３１ｂ側に向かって漸次先太り形状になっている。
【００２２】
しかして、当該可変容量ターボチャージャにおいては、図１〜図３に示すように、内周スクロール部２４および外周スクロール部２５は、上流側から下流側に沿って漸次縮小する先細り形状に形成されている。また、外周スクロール部２５は内周スクロール部２４に比較して、上流側から下流側の全ての部位においてスクロール面積が大きく設定されている。一方、外周スクロール部２５への排気流入口を構成する弁開口部２６ａは、図４に示すように台形状を呈していて、排気の流れ方向（下流側方向）に漸次縮小する先細り形状に形成されている。なお、図４は、弁開口部２６ａを図２の矢印Ａ方向からみた正面図であり、また、矢印Ｂは排気の流れ方向を示している。
【００２３】
当該可変容量ターボチャージャにおいては、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の排気導入口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、この過給圧をエンジンの吸気口に供給する。
【００２４】
当該可変容量ターボチャージャにおいて、排気量が少ないエンジンの低速域では、外周スクロール部２５への流入開口部を構成する弁開口部２６ａが制御弁２６Ａにより閉鎖されていて、タービンハウジング２１の排気導入口２１ａを通して導入された排気は内周スクロール部２４に流入して所定の流速にてタービンロータ２２を回転させ、排気排出口２１ｂを経て外部へ排出される。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から吸気通路に導入され、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り、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。
【００２５】
一方、当該可変容量ターボチャージャにおいて、排気量が多いエンジンの中速域または高速域では、制御弁２６Ａの作動により弁開口部２６ａがエンジンの回転速度に応じて開放されて、タービンハウジング２１の排気導入口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を回転させて排気排出口２１ｂを経て外部へ排出される。
【００２６】
この間、外周スクロール部２５に流入した排気の一部は、区画壁２３の各連通孔２３ａ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２３ａの指向方向に沿ってタービンロータ２２の軸心へ向かう方向となって、内周スクロール部２４内を流れる排気のタービンロータ２２の接線方向の流れをタービンロータ２２の回転中心側への流れに変えると共に、タービンロータ２２に当たる排気の流速を下げる。これにより、タービンロータ２２は必要以上の回転を規制されて、コンプレッサロータ３２の必要以上の回転が防止され、過給圧は排気量が多いエンジンの中速域または高速域においても設定された圧力に制御される。
【００２７】
ところで、当該可変容量ターボチャージャにおいては、弁開口部２６ａを、外周スクロール部２５への排気の流れ方向（下流側方向）に先細りの台形状に形成していることから、弁開度は、制御弁２６Ａの動作による弁開口部２６ａの開放時には漸次大きくなり、かつ、弁開口部２６ａの閉鎖時には漸次小さくなる。このため、弁開口部２６ａの開放始期および閉鎖終期における弁開口部２６ａの開度の急激な変化が防止され、弁開口部２６ａの開度の急激な変化に起因する過給圧への影響を解消することができて、過給圧の制御精度を向上させることができる。
【００２８】
図５は、当該可変容量ターボチャージャにおいて、制御弁２６Ａとは異なる形式の制御弁２６Ｂを採用した例を示しており、制御弁２６Ｂはバタフライタイプのものであって、その中間基部が排気流入口側にてその上流側と下流側間に取付けられて、排気の上流側および下流側の両側が傾動端部となっている。これにより、制御弁２６Ｂは、作動作時には、弁開口部２６ｂの上流側および下流側を同時に開閉動作する。かかる制御弁２６Ｂを採用している可変容量ターボチャージャにおいては、外周スクロール部２５への流入口を構成する弁開口部２６ｂが、図４に示す弁開口部２６ａと同様の形状の開口部を上流側にも一体的に設けた形状（上流側と下流側が対称の形状）、すなわち、排気の流れ方向（下流側方向）および排気の流れとは逆向き方向（上流側方向）の両方向に先細りの台形状に形成されている。
【００２９】
このため、当該可変容量ターボチャージャにおいても、弁開度は、制御弁２６Ｂの動作による弁開口部２６ｂの開放時には漸次大きくなり、かつ、弁開口部２６ｂの閉鎖時には漸次小さくなる。このため、弁開口部２６ｂの開放始期および閉鎖終期における弁開口部２６ｂの開度の急激な変化が防止され、弁開口部２６ｂの開度の急激な変化に起因する過給圧への影響を解消することができて、過給圧の制御精度を向上させることができる。
【００３０】
図６は、当該可変容量ターボチャージャにおいて、制御弁２６Ａおよび制御弁Ｂとは異なる形式の制御弁２６Ｃを採用した例を示しており、制御弁２６Ｃは基端部をタービンハウジング２１における弁開口部２６ｃの下流側、すなわち、区画壁２３の基端部に取付けられて傾動端部が上流側に延びて、同傾動端部の弁開口部２６ｃの弁座部に着座している。これにより、制御弁２６Ｃは、作動時には、弁開口部２６ｃの上流側を開放しかつ閉鎖する。かかる制御弁２６Ｃを採用している可変容量ターボチャージャにおいては、外周スクロール部２５への流入口を構成する弁開口部２６ｃは、図４に示す弁開口部２６ａを上流側および下流側を逆にした形状、すなわち、排気の流れとは逆向き方向（上流側方向）に先細りの台形状に形成に形成されている。
【００３１】
このため、当該可変容量ターボチャージャにおいても、弁開度は、制御弁２６Ｃの動作による弁開口部２６ｃの開放時には漸次大きくなり、かつ、弁開口部２６ｃの閉鎖時には漸次小さくなる。このため、弁開口部２６ｃの開放始期および閉鎖終期における弁開口部２６ｃの開度の急激な変化が防止され、弁開口部２６ｃの開度の急激な変化に起因する過給圧への影響を解消することができて、過給圧の制御精度を向上させることができる。
【００３２】
なお、これらの制御弁２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃを採用する場合の弁開口部２６ａ，２６ｂ，２６ｃは上記した台形形状に限らず、適宜の三角形状、楕円形状、半楕円形状等先細り形状に形成することができ、これらの形状の弁開口部により上記した作用効果と同等の作用効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例に係る可変容量ターボチャージャの断面図である。
【図２】同可変容量ターボチャージャの図１における２−２線での断面図である。
【図３】同可変容量ターボチャージャの図２における３−３線（スクロール始点位置）での断面図である。
【図４】同可変容量ターボチャージャの図２における矢印Ａ方向にみた弁開口部の正面図である。
【図５】本発明の他の一例に係る可変容量ターボチャージャの図２に対応する断面図である。
【図６】本発明のさらに他の一例に係る可変容量ターボチャージャの図２に対応する断面図である。
【符号の説明】
１０…連結部、１１…ベアリングハウジング、１２…軸受、１３…シャフト、２０…タービン部、２１…タービンハウジング、２１ａ…排気導入口、２１ｂ…排気排出口、２２…タービンロータ、２３…区画壁、２３ａ…連通孔、２４…内周スクロール部、２５…外周スクロール部、２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ…制御弁、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ…弁開口部、３０…コンプレッサ部、３１…コンプレッサハウジング、３１ａ…コンプレッサ導入口、３１ｂ…コンプレッサ排出口、３２…コンプレッサロータ、３３，３４…スクロール部。
【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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