(57)【要約】排気出口鋳物（１０）に取り付けられるタービン・ハウジング（３２）に一体的に組み込まれている、排気ガス再循環（ＥＧＲ）用チャンバ（４０）を有するターボチャージャであって、排気出口鋳物（１０）は分離されたＥＧＲチャンバを有している、ターボチャージャ。タービン・ハウジングのＥＧＲチャンバ（４０）内のバルブ（４２）は、排気ガスをタービン渦形室（５０）から直接に再循環させる。
2004508477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジンのターボチャージャにおいて、
排ガス出口とは分離された排気ガス再循環（ＥＧＲ）チャンバが一体的に配設されたタービン・ハウジングを備え、前記ＥＧＲチャンバには、ＥＧＲチャンバから前記タービン・ハウジングの渦形室へと延びる排気ガス通路が含まれており；
前記ＥＧＲチャンバに配設されたＥＧＲ制御バルブであって、渦形室からの排気ガスの流通、そして、タービン・ハウジングからの流出を制御するよう排気ガス通路上に位置させられたＥＧＲ制御バルブを備え；
前記ＥＧＲチャンバからＥＧＲ用導管への流路を備えている
ことを特徴とする、ターボチャージャ。
【請求項２】
請求項１記載のターボチャージャであって、
前記流路には、
前記タービン・ハウジングに取り付けられたタービン・エルボー鋳物が設けられ、
このタービン・エルボー鋳物には、そのエルボー鋳物を通り、前記タービン・ハウジングの排気ガス出口とは分離して位置させられた排気ガス出口が設けられている
ことを特徴とする、ターボチャージャ。
【請求項３】
請求項２記載のターボチャージャであって、
前記タービン・エルボー鋳物の前記排気ガス出口内に配置された出口バルブを備え；
前記タービン・エルボー鋳物内で、前記タービン・ハウジングの前記ＥＧＲチャンバとは反対側に配設されたＥＧＲチャンバを備え、前記タービン・エルボー鋳物の前記ＥＧＲチャンバが、前記タービン・エルボー鋳物の前記排気ガス出口とは分離されている
ことを特徴とする、ターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔関連出願への相互参照〕
この出願については、この出願と同一の名称で１９９７年１２月１８日付で出願された米国特許出願６０／０６８１６３号に基づく優先権を主張する。
【０００２】
〔発明の技術分野〕
この発明は、ターボチャージャおよび排出ガス改善のための内燃エンジン排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムに係り、特に、ＥＧＲ制御バルブを一部分として組み込んだターボチャージャに関する。
【０００３】
〔発明の背景〕
ガソリンおよびディーゼルの内燃エンジン用のターボチャージャは、エンジンの燃焼室へ導入される吸気流の圧縮すなわちブーストをエンジンから排出される排気ガスの熱および容積流を使用して行うことに使用される周知の装置である。エンジンから排出される排気ガスが、ターボチャージャのタービン・ハウジング内へと、そのハウジング内にて排気ガスで駆動されるタービンをスピンさせるように導かれる。排気ガスで駆動されるタービンは、ラジアル空気圧縮機と共通のシャフトの一端にマウントされ、その共通のシャフトの他端にはラジアル空気圧縮機がマウントされている。タービンの回転動作によって、ターボチャージャの排気ハウジングとは分離された圧縮機ハウジング内で、空気圧縮機がスピンさせられる。空気圧縮機のスピン動作によって、吸気は燃焼ハウジング内へと送られて圧縮すなわちブーストされ、それから燃料と混合されてエンジンの燃焼室内で燃焼されられる。
【０００４】
排気ガス再循環（ＥＧＲ）は、内燃エンジンにおけるＮＯＸの排出を低減させるための周知の手法である。その実行化には、ＥＧＲシステムは、エンジンでの正の圧力勾配により生じ、悪影響を及ぼす圧力勾配という（例えば現代の高効率ディーゼル・エンジンで少なくとも動作範囲の少なくとも一部でこうむる）問題を克服しなければならない。従来のＥＧＲシステムは、エンジンの排気マニフォルドから取り入れる排気ガス量を制御する制御バルブを含む。このように取り入れられた排気ガスは、エンジンのエア導入系へ戻されて吸気と混合されて燃焼させられる。ＥＧＲの制御バルブは、エンジンからもターボチャージャからも分離した補助装置である。従来のＥＧＲシステムは、エンジンおよびターボチャージャから分離したポンプを含む。このポンプは、ＥＧＲ制御バルブを介してエア導入系に戻される排気ガスを増圧して、ターボチャージャから送られる吸気のチャージすなわちブーストされた圧力にマッチするようにし、それによって、エンジンでの正の圧力勾配を克服する。
【０００５】
現代のエンジン室、特にターボチャージャを装備した内燃エンジンのエンジン室は、エンジンそれ自体を補助する装置用のスペースが最小限に構成されており、分離した制御バルブ，ポンプ，排気および吸気のマニフォルド・バイパス，および，関連した分岐管や配管を含んでいる従来のＥＧＲシステムの使用は困難であり、時として不可能である。従って、ＥＧＲシステムの１ないしそれ以上の装置を、ターボチャージャを装備した内燃エンジンの既存のコンポーネントに組み込まれた部材として構成し、それによってＥＧＲシステムを現代のエンジン室の限られた空間内で使用できるようにすることがことが望まれている。ターボチャージャを装備した内燃エンジンのコンポーネントを、ＥＧＲシステムの少なくとも１つの装置の組み込みできるように、それらの何れにおいてもエンジン・コンポーネントとしての性能を犠牲にすることなしに適合させ、さらに、ＥＧＲシステム動作の強化が図れるようにすることが望まれている。
【０００６】
〔発明の概要〕
この発明は、内燃エンジン用のターボチャージャであり、ターボチャージャのタービン・ハウジングには、そのハウジングの排気ガス出口から分離されたＥＧＲチャンバが一体的に設けられている。ＥＧＲチャンバには、ＥＧＲチャンバからタービン・ハウジング内の渦形室へと延びる排気ガス通路が含まれる。ＥＧＲ制御バルブが、ＥＧＲチャンバ内に配置されて、渦形室からの排気ガスの流通、そして、タービン・ハウジングからの流出を制御するよう排気ガス通路上に位置させられ、流路がＥＧＲチャンバからＥＧＲ導管へと設けられる。
【０００７】
〔発明の詳細な説明〕
この発明の原理に従って構成されたターボチャージャは、ターボチャージャの排気ガス出口鋳物（これは典型的にはタービン・ハウジングのエルボー鋳物である）内に配置された排気バルブと、ターボチャージャのタービン・ハウジング内に配置されたＥＧＲ制御バルブとを含む。排気バルブは駆動されてタービン・ハウジング内の排気ガスの背圧量を制御し、所望の排気ガス流れが、ＥＧＲ制御バルブを介して、そのＥＧＲ制御バルブが駆動された時に、ターボチャージャのタービン・ハウジングから得られる。
【０００８】
図１および図２を参照すると、ターボチャージャのタービン・エルボー鋳物１０には、エルボー鋳物中を延びる排気ガス出口１４内に回転可能に配置された排気バルブ１２が組み込まれている。排気バルブ１２は、従来の設計で良く、好ましくはバタフライバルブの形態で、排気ガス出口１４の直径とほぼ同一のダイアフラム径を有し、直径方向に取付けされている。排気バルブ１２は、空気アクチュエータ，電気アクチュエータ，真空アクチュエータのような従来の駆動手段１６によって、出口内で駆動されて、出口内を通る排気ガスの流れを制限する。好ましい実施形態では、駆動手段１６は、排気バルブ１２から半径方向に延びるステム２０に取付けられた一端を有する駆動ピストン１８で排気バルブに連結された真空アクチュエータである。駆動手段１６は、適切なマウント板２２でタービンのエルボー鋳物に取り付けられる。
【０００９】
タービンのエルボー鋳物１０は、突き合わせ面２４に沿って、ターボチャージャのタービン・ハウジングの対応する面に取り付けられるよう構成されている。タービンのエルボー鋳物には、それに組み込まれるＥＧＲチャンバ２６であって、排気ガス出口１４から壁２７によって分離されたＥＧＲチャンバ２６が含まれる。ＥＧＲチャンバ２６は、その内部でＥＧＲ制御バルブが動作するのに十分なサイズと深さとを有するよう構成される。タービンのエルボー鋳物の外面すなわち背面２８は、ＥＧＲチャンバ２６に対するＥＧＲ導管または他の装置（図示してない）の取り付けを行えるようにされ、また、ＥＧＲチャンバから延びるＥＧＲ通路２９を有している。図１に示されるように、好ましい実施形態では、ＥＧＲ装置は、ＥＧＲチャンバの背面２８においてＥＧＲ通路２９に同心的に配設された突き合わせフランジ３０に、従来のボルト取付けによって取り付けられる。
【００１０】
図３は、この発明の原理に従って構成されたターボチャージャのタービン・ハウジング３２を示す。タービン・ハウジング３２は、ハウジングを通して延びる排気ガス入口３４を含む。この排気ガス入口３４にはフランジが設けられて内燃エンジンの排気マニフォルドへの取付けが可能にされる。タービン・ハウジング３２は、軸方向に延びる中央開口３６を含む。図示されていないが、タービン・ハウジングは、ターボチャージャの排気ガスで駆動されるタービンを収容する。タービンは、タービン・ハウジングの渦形室（図５参照）内に配置されていて半径方向に延びるブレード含み、それらのブレードは、タービン・ハウジングの排気ガス入口３４から流入してくる排気ガスに接触させられる。タービン・ハウジングには、その中に配置されるタービンが、簡明化のために、示されていない。しかし、この発明のターボチャージャのタービン・ハウジングは、従来のターボチャージャのパーツが使用可能であることを意図したものであることを理解されたい。
【００１１】
タービン・ハウジング３２は、突き合わせ面３８を含む。その突き合わせ面３８は、タービンのエルボー鋳物１０の対応する突き合わせ面２４と突き合わせとなり、また、ＥＧＲチャンバ４０が含まれる。ＥＧＲチャンバ４０は、ＥＧＲ制御バルブ４２（図４および図５参照）を収容するに十分なサイズと深さを有するよう構成される。ＥＧＲチャンバ４０は、タービン・ハウジングの中央開口３６から壁４４によって隔てられている。ＥＧＲチャンバ４０は、その壁面４８を延びてタービン・ハウジングの渦形室５０（図５参照）へと連通する排気ガス通路４６を有している。
【００１２】
図４を参照して、ＥＧＲ制御バルブ４２は、ＥＧＲチャンバ３２内に配置され、非駆動状態では、排気ガス通路に対して着座してそれからの排気ガスの通過を阻止するよう配設される。ＥＧＲ制御バルブは、従来型で良く、好ましい実施形態では、排気ガス通路に置かれて排気ガスの通過を妨げることができるパペットすなわちダイアフラム５２を持つフラッパ・バルブの型である。アクチュエータ・アーム５４は、その一端でダイアフラム５２に連結され、ＥＧＲチャンバ４０の壁部分５８に設けられた開口５６を通っている。アクチュエータ・アーム５４は、ダイアフラム５２とは反対側の駆動端５５で、排気バルブの駆動として上に述べた手段のような図示しない適切な駆動手段に取り付けられるよう構成されている。好ましい実施形態では、アクチュエータ・アーム５４は、ＥＧＲ制御バルブのダイアフラム５２の駆動による排気ガス通路の開閉を、その駆動端５５の駆動で生じさせられるアクチュエータ・アームの開口５６内での回動運動でもって行えるよう構成されている。
【００１３】
図５を参照すると、ＥＧＲバルブ・ダイアフラム５２を排気ガス通路４６上に置くすなわち着座させることによって、タービン・ハウジング渦形室５０内の排気ガスがターボチャージャの運転中に渦形室から流出することを阻止する。ＥＧＲ制御バルブ４２は、例えば、ＥＧＲ制御器などからＥＧＲ制御バルブ駆動手段へと送られる制御信号に応じて、駆動される。排気バルブ１２が駆動されて、タービン・ハウジング３２を通る中央開口３６から排気ガス出口１４を介して流れる排気ガスの流路を制限した後で、ＥＧＲ制御バルブ４２は駆動される。タービン・ハウジング３２およびタービン渦形室５０に所望の背圧が確立されてから、ＥＧＲ制御バルブ４２が駆動されて、ダイアフラム５２は排気ガス通路４６から移動して外され、それによって排気ガスが、タービン渦形室５０から、タービン・ハウジングＥＧＲチャンバ４０を通し、タービン・エルボー鋳物のＥＧＲチャンバ２６を通し、ＥＧＲ装置へすなわちタービン・エルボー鋳物の背面に取り付けられたＥＧＲシステムの配管へと導かれる。ターボチャージャから採った排気ガスは、例えば加圧されるなどして空気に対する燃料の正しい比の調節が行われるよう適切に処理されて、内燃エンジンの吸気流に導入される。
【００１４】
図面に示した実施形態では、タービン・ハウジングにおけるＥＧＲチャンバ４０、および、エルボー鋳物におけるＥＧＲチャンバ２６は、タービン・ハウジングにマウントされるＥＧＲバルブの駆動が可能であるよう、相互の寸法が設定される。代替の実施形態としては、ＥＧＲバルブは、エルボー鋳物中に、ＥＧＲチャンバ２６のサイズを適切に調節することによってマウントされる。
【００１５】
この発明の原理に従って構成されたターボチャージャのタービン・ハウジングおよびタービン・エルボー鋳物は、従来と同様のやり方で取り付けられ、ターボチャージャに従前から付属するような他のパーツと組合わされ、排気バルブおよびＥＧＲ制御バルブの双方が組み込まれている内燃エンジン用ターボチャージャを提供する。この発明の特徴は、ＥＧＲ制御バルブが、エンジンおよびターボチャージャに付随する個別の装置としてではなく、ターボチャージャの構造自体に組み込まれており、それにより、エンジン室内に付加的なスペースを必要とすることが回避でき、現代のエンジン室で得られる制限されたスペースの最小化を可能とすることにある。さらに、この発明の原理に従って構成されたターボチャージャのタービン・ハウジングおよびタービン・エルボー鋳物は、ターボチャージャやＥＧＲ制御バルブの性能に悪影響を与えることなしに、ＥＧＲ制御バルブを内部に組み込むことができる。
【００１６】
特許法によって要求される発明の詳細を記載したから、当業者は、ここの開示した特定の実施形態の改変や置換を行うことが可能であろうが、そのような改変は、特許請求の範囲の記載の発明の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の原理に従って構成されたターボチャージャのタービン・ハウジングのエルボー鋳物の一方の面での斜視図である。
【図２】図１のタービン・ハウジングのエルボー鋳物の他方の面での斜視図である。
【図３】この発明の原理に従って構成されたターボチャージャのタービン・ハウジングの斜視図である。
【図４】図３のターボチャージャ・タービン・ハウジングの側面図である。
【図５】図４のターボチャージャ・タービン・ハウジングのＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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