(57)【要約】【課題】内燃機関の中回転から高回転にかけてタービンホイールの翼間流路に流入する排気の流速を最適な値に調整しつつ、排気の流体エネルギの損失に起因する過給効率の低下を抑制する。【解決手段】機関高回転時にはスライドバルブ２７が全開状態とされ、第２ノズル２３からタービンホイール１４の翼間流路１６への排気の流入が行われる。第２ノズル２３のガス流通面積は、第２固定翼２５によって、機関高回転時に最適な値となるよう設定される。機関中回転から高回転にかけては、機関回転速度が高くなるほど、スライドバルブ２７が開き側へと変位させられる。スライドバルブ２７は、第２ノズル２３における上記翼間流路１６寄りに設けられており、その翼間流路１６に繋がる排気流路の最下流端に位置している。従って、スライドバルブ２７が小開度になったとき、上記翼間流路１６に繋がる排気流路の途中でガス流通面積の急激な拡大が生じることはない。【選択図】図１
2007192130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気が送り込まれるタービンスクロールと、そのタービンスクロール内の排気をタービンホイールの翼間流路に流す第１ノズル及び第２ノズルとを備え、それらノズルから前記タービンホイールの翼間流路への排気の流入により同ホイールがロータシャフトの軸線を中心に回転するターボチャージャにおいて、
前記第１ノズルには同ノズルのガス流通面積を内燃機関の低回転時に適した値に設定する第１固定翼を設け、
前記第２ノズルにおける前記翼間流路寄りの部分に、同ノズルのガス流通面積を内燃機関の高回転時に適した値に設定する第２固定翼、及び、前記第２ノズルにおける一方のノズル壁面側から前記ロータシャフトの軸線方向に突出して他方のノズル壁面に接触する全閉位置と前記他方のノズル壁面に対して前記軸線方向に最も離れる全開位置との間で変位するスライドバルブを設けたことを特徴とするターボチャージャ。
【請求項２】
前記スライドバルブは、前記一方のノズル壁面側から突出したときに前記第２固定翼を収納する凹部を備えている請求項１記載のターボチャージャ。
【請求項３】
前記スライドバルブにおける前記他のノズル壁面側の面は当該他のノズル壁面と対向しており、前記凹部は前記他のノズル壁面側の面からへこむとともに前記第２固定翼の外形と同じ形の内形を有している請求項２記載のターボチャージャ。
【請求項４】
前記凹部は前記スライドバルブにおける前記他のノズル壁面側の面からへこむとともに前記第２固定翼よりも大きく形成され、
前記凹部の開口部には前記スライドバルブの突出方向と直交する方向に延びる整流板が設けられ、
前記整流板には前記第２固定翼の外形に対応した形状の穴が形成されている請求項２記載のターボチャージャ。
【請求項５】
前記スライドバルブは、前記第２固定翼の下流側に同第２固定翼と隣接するように設けられている請求項１記載のターボチャージャ。
【請求項６】
前記スライドバルブの前記他のノズル壁面側の面における上流側の部分は、上流に向かうほど前記他のノズル壁面との距離が拡大するよう傾斜する傾斜面となっている請求項１〜５のいずれか一項に記載のターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の過給に用いられるターボチャージャに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車用等の内燃機関においては、出力向上等を図るために過給機としてターボチャージャを設けたものが知られている。こうしたターボチャージャは、内燃機関の排気が送り込まれるタービンスクロールと、そのタービンスクロール内の排気をタービンホイールの翼間流路に流すノズルと、タービンホイールと一体回転するコンプレッサホイールとを備えている。そして、ノズルからタービンホイールの翼間流路への排気の流入により同ホイールが回転すると、それに伴いコンプレッサホイールが回転して内燃機関の燃焼室に向けて強制的に空気が送り込まれるようになる。
【０００３】
ところで、内燃機関の低回転時には同機関の排気流量が少なくなるため、ノズルからタービンホイールの翼間流路に流入する排気の流速が低下する。このようにタービンホイールの翼間流路に流入する排気の流速が低下すると、タービンホイールを効果的に回転させることができなくなり、それに伴いコンプレッサホイールの回転による内燃機関の過給も効果的に行えなくなる。こうした問題に対処するため、排気流量の少なくなる内燃機関の低回転時、タービンホイールの翼間流路に流入する排気の流速が同ホイールを効果的に回転させるうえで十分に高速になるよう、ノズルのガス流通面積を小さく設定することも考えられる。ただし、このようにノズルのガス流通面積を小さく設定すると、排気流量の多くなる内燃機関の中高回転時に上記ノズル付近の圧力が高くなり過ぎる。
【０００４】
そこで、特許文献１に示されるように、上記ノズルとして羽根つきノズル及び羽根なしノズルとを設け、羽根つきノズルのガス流通面積を内燃機関の低回転時に適した値に設定するとともに、羽根なしノズルの上流に同ノズルへの排気の流入を禁止・許可すべく開閉動作する制御バルブを設けることが提案されている。この場合、内燃機関の低回転時には、制御バルブが閉じられて羽根なしノズルを通ってのタービンホイールの翼間流路への排気の流入が禁止されるため、その翼間流路への排気の流入は羽根つきノズルのみから行われることとなる。従って、排気流量の少なくなる内燃機関の低回転時、タービンホイールの翼間流路に流入する排気の流速を同ホイールを効果的に回転させるうえで十分に高速にすることができる。一方、内燃機関の高回転時には、制御バルブが開かれて羽根なしノズルを通っての上記翼間流路への排気の流入が許可される。このため、排気流量が多くなる内燃機関の高回転時、羽根つきノズル付近の圧力が高くなり過ぎるのを抑制することができる。
【特許文献１】特開昭６０−１６６７１８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１のターボチャージャを用いれば、内燃機関の低回転時にタービンホイールの翼間流路に流入する排気の流速確保と、内燃機関の高回転時におけるノズル付近の圧力過上昇の抑制との両立を図ることが可能にはなる。
【０００６】
しかし、内燃機関の高回転時、制御バルブが開かれて羽根つきノズルと羽根なしノズルとの両方からタービンホイールの翼間流路への排気の流入が行われるとき、羽根なしノズルから上記翼間流路に流入する排気の流速がタービンホイールを効果的に回転させるのに好適な値になるとは限らない。これは、羽根なしノズルのガス流通面積が内燃機関の高回転時に上記排気の流速を上記好適な値とし得る面積に設定されているとは限らないためである。従って、内燃機関の高回転時、タービンホイールの翼間流路への排気の流入により同ホイールを効果的に回転させ、ターボチャージャの過給効率を効果的に高めることができないおそれがある。
【０００７】
また、内燃機関の中回転時には、同機関の排気流量が低回転時と高回転時との中間程度の値になることから、制御バルブを開弁状態と閉弁状態とのいずれに制御したとしても、タービンホイールの翼間流路に流入する排気の流速を同ホイールを効果的に回転させる値としつつ、ノズル付近の圧力が高くなり過ぎるのを抑制するのは困難である。すなわち、内燃機関の中回転時に制御バルブを開弁状態とした場合には、ノズル付近の圧力が過上昇するのは抑制できるものの、タービンホイールの翼間流路に流入する排気の流速が同ホイールを効果的に回転させる値よりも小となる。また、内燃機関の中回転時に制御バルブを閉弁状態とした場合には、タービンホイールの翼間流路に流入する排気の流速を好適な値へと高めることはできるものの、ノズル付近の圧力が過上昇して過給効率が低下することは避けられない。
【０００８】
そこで、内燃機関の中回転から高回転にかけて同機関の回転速度に基づき制御バルブの開度制御を行い、その回転速度が大となるほど制御バルブが大きく開くようにすることも考えられる。この場合、内燃機関の中回転から高回転にかけて、羽根なしノズルからタービンホイールの翼間流路に流入する排気の流速を好適な値としつつ、内燃機関の高回転時にノズル付近の圧力が過上昇して過給効率が低下するのを抑制することができる。
【０００９】
ただし、羽根なしノズルの上流に位置する制御バルブを開度制御する場合、内燃機関の中回転時であって制御バルブの開度が小であるときには、排気が同バルブを通過した直後にガス流通面積の急激な拡大が生じる。そして、タービンホイールの翼間流路に至る排気の流通経路上で、上述したガス流通面積の急激な拡大が生じると、その部分で排気の流れが排気流路の壁面から剥離してしまい、それが排気の持つ流体エネルギの損失につながる。その結果、排気がタービンホイールの翼間流路を通過して同ホイールを回転させる際の回転効率が低下し、ひいてはターボチャージャの過給効率が低下する。
【００１０】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、内燃機関の中回転から高回転にかけてタービンホイールの翼間流路に流入する排気の流速を最適な値に調整しつつ、排気の流体エネルギの損失に起因する過給効率の低下を抑制することのできるターボチャージャを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、内燃機関の排気が送り込まれるタービンスクロールと、そのタービンスクロール内の排気をタービンホイールの翼間流路に流す第１ノズル及び第２ノズルとを備え、それらノズルから前記タービンホイールの翼間流路への排気の流入により同ホイールがロータシャフトの軸線を中心に回転するターボチャージャにおいて、前記第１ノズルには同ノズルのガス流通面積を内燃機関の低回転時に適した値に設定する第１固定翼を設け、前記第２ノズルにおける前記翼間流路寄りの部分に、同ノズルのガス流通面積を内燃機関の高回転時に適した値に設定する第２固定翼、及び、前記第２ノズルにおける一方のノズル壁面側から前記ロータシャフトの軸線方向に突出して他方のノズル壁面に接触する全閉位置と前記他方のノズル壁面に対して前記軸線方向に最も離れる全開位置との間で変位するスライドバルブを設けた。
【００１２】
上記構成によれば、内燃機関の高回転時に前記スライドバルブを全開位置に変位させることで、第１ノズルと第２ノズルとの両方からタービンホイールの翼間流路への排気の流入が行われる。ここで、第２ノズルのガス流通面積については、第２ノズルを通ってタービンホイールの翼間流路に流入する排気の流速が、第２固定翼によって、タービンホイールを効果的に回転させるのに最適な値となるよう設定されている。従って、内燃機関の高回転時には、上記翼間流路に流入する排気の流速が上述した最適な値となるため、タービンホイールを効果的に回転させ、ターボチャージャの過給効率を効果的に高めることができるようになる。
【００１３】
また、内燃機関の中回転から高回転にかけては、内燃機関の回転速度が高くなるほど、スライドバルブを全閉位置から全開位置へと開き側に変化させることで、排気流量が多くなるにつれて第２ノズルのガス流通面積が大とされるようになる。従って、内燃機関の中回転から高回転にかけては、上述したようにスライドバルブを変位させることにより、第２ノズルを通ってタービンホイールの翼間流路に流入する排気の流速を最適な値に調整しつつ、ノズル付近での圧力の過上昇が生じるのを抑制することができる。
【００１４】
スライドバルブは、第２ノズルにおけるタービンホイールの翼間流路寄りに設けられているため、上記翼間流路に繋がる排気流路の最下流端に位置していることになる。従って、内燃機関の中回転時であってスライドバルブが小開度になったとしても、上記翼間流路に繋がる排気流路の途中でガス流通面積の急激な拡大が生じることはない。このため、排気流路の途中でガス流通面積の急激な拡大が生じることに伴い、排気の持つ流体エネルギが損失することはなく、排気がタービンホイールの翼間流路を通過して同ホイールを回転させる際の回転効率が低下してターボチャージャの過給効率が低下するのを抑制することができる。
【００１５】
以上により、内燃機関の中回転から高回転にかけてタービンホイールの翼間流路に流入する排気の流速を最適な値に調整しつつ、排気の流体エネルギの損失に起因する過給効率の低下を抑制することができるようになる。
【００１６】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記スライドバルブは、前記一方のノズル壁面側から突出したときに前記第２固定翼を収納する凹部を備えた。
上記構成によれば、第２固定翼とスライドバルブとを共にタービンホイールの翼間流路の直前に設けることができる。このため、スライドバルブの開度が小となるときに翼間流路に繋がる排気流路の途中でガス流通面積の急激な拡大が生じるのを的確に抑制することができるとともに、第２ノズルから上記翼間流路に流入する排気の流速を第２固定翼によってより的確に定めることができる。
【００１７】
請求項３記載の発明では、請求項２記載の発明において、前記スライドバルブにおける前記他のノズル壁面側の面は当該他のノズル壁面と対向しており、前記凹部は前記他のノズル壁面側の面からへこむとともに前記第２固定翼の外形と同じ形の内形を有していることを要旨とした。
【００１８】
上記構成によれば、スライドバルブが全閉位置と全開位置との間にあるとき、スライドバルブにおける上記他のノズル壁面側の面は当該ノズル壁面と平行になり、第２固定翼の外形と同じ形の内形を有する凹部には当該第２固定翼が挿入された状態になる。このため、スライドバルブを通過する排気は、上記互いに平行となる面の間を上記凹部の開口から影響を受けることなく滑らかに下流側に流れる。従って、第２ノズルにおいて、スライドバルブによりガス流通面積が縮小する部分を排気が通過する際、その排気の流れが乱れるのを抑制することができる。
【００１９】
請求項４記載の発明では、請求項２記載の発明において、前記凹部は前記スライドバルブにおける前記他のノズル壁面側の面からへこむとともに前記第２固定翼よりも大きく形成され、前記凹部の開口部には前記スライドバルブの突出方向と直交する方向に延びる整流板が設けられ、前記整流板には前記第２固定翼の外形に対応した形状の穴が形成されていることを要旨とした。
【００２０】
上記構成によれば、スライドバルブの凹部は第２固定翼よりも大きく形成されているため、その分だけスライドバルブを軽量化することができる。また、スライドバルブが全閉位置と全開位置との間にあるときには、スライドバルブにおける整流板が上記他のノズル壁面と平行になるとともに、整流板に形成された第２固定翼の外形に対応した形状の穴に当該第２固定翼が挿入された状態になる。このため、上記凹部が第２固定翼よりも大きく形成されていたとしても、スライドバルブを通過する排気は、互いに平行となる上記整流板と上記他のノズル壁面との間を、上記凹部の内側に入り込むことなく滑らかに下流側に向かって流れるようになる。従って、第２ノズルにおいて、スライドバルブによりガス流通面積が縮小する部分を排気が通過する際、その排気の流れが乱れるのを抑制することができる。
【００２１】
請求項５記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記スライドバルブは、前記第２固定翼の下流側に同第２固定翼と隣接するように設けられていることを要旨とした。
上記構成によれば、スライドバルブをタービンホイールの翼間流路の直前に設けることができるため、スライドバルブの開度が小となるときに翼間流路に繋がる排気流路の途中でガス流通面積の急激な拡大が生じるのを的確に抑制することができる。
【００２２】
請求項６記載の発明では、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発明において、前記スライドバルブの前記他のノズル壁面側の面における上流側の部分は、上流に向かうほど前記他のノズル壁面との距離が拡大するよう傾斜する傾斜面となっていることを要旨とした。
【００２３】
上記構成によれば、スライドバルブが全閉位置と全開位置との間にあるとき、第２ノズルを通過する排気は、スライドバルブの上記他のノズル壁面側の面における上流側の部分である上記傾斜面に沿って円滑に下流側に流れて同バルブの側方を通過する。従って、第２ノズルにおいて、スライドバルブによりガス流通面積が縮小する部分を排気が通過する際、その排気の流れが乱れるのを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図５に従って説明する。
図１は、自動車に搭載される内燃機関の過給を行うターボチャージャ１１における同機関の排気系側の部分を示す断面図である。
【００２５】
同図に示されるように、ターボチャージャ１１は、センタハウジング１２に回転可能に支持されたロータシャフト１３を備えている。そして、ロータシャフト１３の一端部（図中右端部）にはタービンホイール１４が取り付けられている。このタービンホイール１４にはロータシャフト１３の軸線を中心とする周方向に複数の羽根１５が設けられ、各羽根１５の間は翼間流路１６とされている。
【００２６】
センタハウジング１２の一端側には、タービンホイール１４の外周を囲うように、しかも渦巻き状に延びるかたちでタービンスクロール１７が取り付けられている。このタービンスクロール１７の内部は、内燃機関の排気通路２１と連通しており、同排気通路２１から内燃機関の排気が送り込まれるようになっている。そして、タービンスクロール１７内に送り込まれた排気をタービンホイール１４の翼間流路１６に流すことで、タービンホイール１４及びロータシャフト１３が回転するようになる。そして、ロータシャフト１３が回転すると、同シャフト１３の他端部に取り付けられたコンプレッサホイールも回転し、それに伴い内燃機関の吸気通路内の空気が強制的に燃焼室に向けて送り出される。
【００２７】
次に、タービンスクロール１７の内部構造について詳しく説明する。
タービンスクロール１７の内部には、仕切壁１８によって区画された二つのスクロール通路１９，２０、すなわちセンタハウジング１２寄りに位置するスクロール通路１９と、センタハウジング１２から離れて位置するスクロール通路２０とが形成されている。これらスクロール通路１９，２０は内燃機関の排気通路２１と繋がっている。
【００２８】
スクロール通路１９におけるタービンホイール１４側の部分には、同通路１９内の排気をタービンホイール１４の翼間流路１６に流す第１ノズル２２が設けられている。第１ノズル２２のノズル壁面におけるタービンホイール１４の翼間流路１６寄りの部分には、第１ノズル２２のガス流通面積を設定するための第１固定翼２４が固定されている。この第１固定翼２４は、タービンホイール１４周りにおいて、図２に示されるように周方向に等間隔をおいて複数設けられている。そして、第１ノズル２２のガス流通面積については、上記各第１固定翼２４によって、内燃機関の低回転時にスクロール通路１９から第１ノズル２２を通ってタービンホイール１４の翼間流路１６に流入する排気の流速が、同ホイール１４を効果的に回転させることの可能な値となるよう設定されている。
【００２９】
また、図１に示されるスクロール通路２０におけるタービンホイール１４側の部分には、同通路２０内の排気を上記翼間流路１６に流す第２ノズル２３が設けられている。第２ノズル２３における上記翼間流路１６寄りの部分には、ノズル壁面２３ａに固定された第２固定翼２５、及び、ロータシャフト１３の軸線方向に往復移動可能なスライドバルブ２７が設けられている。このスライドバルブ２７における前記ノズル壁面２３ａ側の端面３１の一部は、上記ノズル壁面２３ａと対向するノズル壁面２３ｂとなっている。スクロール通路２０内の排気は上記二つのノズル壁面２３ａ，２３ｂの間を通って、それらノズル壁面２３ａ，２３ｂと平行に流れ、タービンホイール１４の翼間流路１６に流入する。
【００３０】
ノズル壁面２３ａに固定された第２固定翼２５は、タービンホイール１４周りにおいて、図３に示されるように周方向に等間隔をおいて複数設けられている。そして、第２ノズル２３のガス流通面積については、上記各第２固定翼２５によって、内燃機関の高回転時にスクロール通路２０から第２ノズル２３を通ってタービンホイール１４の翼間流路１６に流入する排気の流速が、同ホイール１４を効果的に回転させることの可能な値となるよう設定されている。
【００３１】
また、スライドバルブ２７は、第２ノズル２３におけるノズル壁面２３ｂ側から突出してノズル壁面２３ａに接触する全閉位置と、そのノズル壁面２３ａから最も離れる全開位置との間で、ロータシャフト１３の軸線方向に変位可能となっている。こうしたスライドバルブ２７の変位はアクチュエータ２７ａの駆動を通じて行われる。そして、スライドバルブ２７を全開位置から全閉位置へと変位させるにつれて、第２ノズル２３のガス流通面積が小さくなってゆく。
【００３２】
スライドバルブ２７は、ノズル壁面２３ｂ側から突出して図１の左方に変位したとき、ノズル壁面２３ａに固定された複数の第２固定翼２５を収納する凹部３４を各第２固定翼２５毎に備えている。このため、第２固定翼２５とスライドバルブ２７とを共にタービンホイール１４の翼間流路１６の直前に互いに干渉することなく設けることができる。従って、スライドバルブ２７を上記翼間流路１６の直前に設けることで、同スライドバルブ２７は翼間流路１６に繋がる排気流路の最下流端に位置することになる。
【００３３】
こうした位置にスライドバルブ２７を設けることで、スライドバルブ２７の小開度時、すなわち同バルブ２７が全閉位置に近い位置にあるときに、上記翼間流路１６に繋がる排気流路の途中でガス流通面積の急激な拡大が生じることはなくなる。このため、排気流路の途中でガス流通面積の急激な拡大が生じることに伴い、排気の持つ流体エネルギが損失することはなく、排気がタービンホイール１４の翼間流路１６を通過して同ホイール１４を回転させる際の回転効率が低下してターボチャージャ１１の過給効率が低下するのを抑制することができる。
【００３４】
次に、スライドバルブ２７の詳細について図４及び図５を併せ参照して説明する。図４はスライドバルブ２７の断面図であり、図５はスライドバルブ２７を端面３１（ノズル壁面２３ａ）側から見た部分拡大図である。
【００３５】
図４に示されるように、スライドバルブ２７は、ロータシャフト１３の軸線方向（図中の左右方向）に延びる円筒状に形成されており、タービンスクロール１７に対し上記軸線方向に往復移動可能に取り付けられている。スライドバルブ２７の外周面には、アクチュエータ２７ａによる上記軸線方向への駆動力を受ける溝３２が形成されるとともに、タービンスクロール１７との間のシールを行うシールリング３３が嵌め込まれている。
【００３６】
スライドバルブ２７に設けられた上記凹部３４は、端面３１（ノズル壁面２３ｂ）からへこむとともに、第２固定翼２５の外形と同じ形の内形、すなわち図５に示されるような内形を有している。また、凹部３４は、端面３１にて開口するだけでなくスライドバルブ２７の内周面でも開口している。更に、図４に示される凹部３４の底面３４ａ（図中右側の面）は、スライドバルブ２７の内周面に向かうほど端面３１からの距離が拡大するよう傾斜している。
【００３７】
スライドバルブ２７の端面３１における上流側の部分は、上流に向かうほどノズル壁面２３ａ（図１）との距離が拡大する傾斜面３５となっている。そして、端面３１における傾斜面３５と凹部３４の開口部との間には、円環状に延びるとともに凹部３４の開口部に対しスライドバルブ２７の突出方向（図中左方向）にわずかに突出する接触部３６が形成されている。この接触部３６は、スライドバルブ２７が全閉位置に変位したとき、ノズル壁面２３ａにおける第２固定翼２５（図１）の上流側の部分と接触する。
【００３８】
ところで、ターボチャージャ１１の過給効率については、タービンホイール１４の翼間流路１６に排気が流入する際の流速など、翼間流路１６への排気の流入態様が大きく影響を及ぼす。また、タービンホイール１４の翼間流路１６への排気の流入態様は、スライドバルブ２７のロータシャフト１３の軸線方向への変位、すなわち全開位置と全閉位置との間での変位を通じて可変とされる。従って、ターボチャージャ１１による過給を効果的に行うには、上記翼間流路１６への排気の流入態様が内燃機関の運転状態に適したものとなるよう、スライドバルブ２７を制御することが必要になる。
【００３９】
この実施形態では、こうしたスライドバルブ２７の制御を、自動車に搭載された内燃機関の各種制御を行う電子制御装置２９を通じて行うようにしている。この電子制御装置２９は、内燃機関の回転速度を検出する回転速度センサ２８など各種センサの検出信号を入力し、これら検出信号から把握される機関運転状態に基づきスライドバルブ２７を全閉位置と全開位置との間で変位させるためのアクチュエータ２７ａの駆動制御を行う。こうしたスライドバルブ２７の制御を通じて、タービンホイール１４の翼間流路１６への排気の流入態様がターボチャージャ１１による効果的な過給を実現するのに適した態様とされる。
【００４０】
次に、上述したスライドバルブ２７の制御について詳しく説明する。
内燃機関の低回転時にはスライドバルブ２７が全閉状態とされ、第２ノズル２３からタービンホイール１４の翼間流路１６への排気の流入が禁止される。このとき、翼間流路１６への排気の流入は第１ノズル２２のみから行われる。この第１ノズル２２については、ガス流通面積が第１固定翼２４によって内燃機関の低回転時に適した値となるよう設定されている。従って、内燃機関の低回転時に第１ノズル２２からタービンホイール１４の翼間流路１６に流れる排気の流速を、タービンホイール１４を効果的に回転させるのに適した値に調整することができる。
【００４１】
内燃機関の高回転時にはスライドバルブ２７が全開状態とされ、第１ノズル２２と第２ノズル２３との両方からタービンホイール１４の翼間流路１６への排気の流入が行われる。ここで、第２ノズル２３のガス流通面積については、第２ノズル２３を通ってタービンホイール１４の翼間流路１６に流入する排気の流速が、第２固定翼２５によって、タービンホイール１４を効果的に回転させるのに最適な値となるよう設定されている。従って、内燃機関の高回転時には、上記翼間流路１６に流入する排気の流速が上述した最適な値となるため、タービンホイール１４を効果的に回転させ、ターボチャージャ１１の過給効率を効果的に高めることができる。
【００４２】
また、内燃機関の中回転から高回転にかけては、内燃機関の回転速度が高くなるほど、スライドバルブ２７を全閉位置から全開位置へと開き側に変化させることで、排気流量が多くなるにつれて第２ノズル２３のガス流通面積が大とされるようになる。従って、内燃機関の中回転から高回転にかけては、上述したようにスライドバルブ２７を変位させることにより、第２ノズル２３を通ってタービンホイール１４の翼間流路１６に流入する排気の流速を最適な値に調整しつつ、ノズル付近での圧力の過上昇が生じるのを抑制することができる。
【００４３】
図６は、内燃機関の回転速度の変化に対するターボチャージャの過給効率の変化を示すグラフである。
同図において、二点鎖線は、内燃機関の中回転から高回転にかけて、［発明が解決しようとする課題］の欄に記載したように制御バルブを制御した場合の上記過給効率の変化を示している。この場合、内燃機関の中回転から高回転にかけて制御バルブが全閉状態と全開状態との間にあるとき、タービンホイールの翼間流路に至る排気の流通経路上で、ガス流通面積の急激な拡大が生する。そして、その部分で排気の流れが排気流路の壁面から剥離してしまい、それが排気の持つ流体エネルギの損失につながる。その結果、排気がタービンホイールの翼間流路を通過して同ホイールを回転させる際の回転効率が低下し、ひいてはターボチャージャの過給効率が二点鎖線で示されるように低下する。
【００４４】
同図において、実線は、内燃機関の中回転から高回転にかけて、この実施形態のターボチャージャ１１のスライドバルブ２７を上述したように制御した場合のターボチャージャ１１の過給効率の変化を示している。上記スライドバルブ２７は、タービンホイール１４の翼間流路１６の直前、言い換えれば上記翼間流路１６に繋がる排気流路の最下流端に位置することになる。このため、内燃機関の中回転から高回転にかけてスライドバルブ２７が全閉位置と全開位置との間にあるとき、上記翼間流路１６に繋がる排気流路上で、ガス流通面積の急激な拡大が生じ、それに伴い排気の持つ流体エネルギの損失が生じることはない。従って、このときに排気が翼間流路１６を通過してタービンホイール１４を回転させる際の回転効率が低下し、ターボチャージャ１１の過給効率が二点鎖線で示されるように低下することなく実線で示されるように推移する。
【００４５】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）内燃機関の中回転から高回転にかけてタービンホイール１４の翼間流路１６に流入する排気の流速を最適な値に調整しつつ、排気の流体エネルギの損失に起因するターボチャージャ１１の過給効率の低下を抑制することができる。
【００４６】
（２）スライドバルブ２７は、ノズル壁面２３ａ側から突出したときに第２固定翼２５を収納する凹部３４を備えている。このため、第２固定翼２５とスライドバルブ２７とを共にタービンホイール１４の翼間流路１６の直前に互いに干渉することなく設けることができる。ここで、上記第２固定翼２５が翼間流路１６から離れて設けられるほど、その第２固定翼２５によって第２ノズル２３から翼間流路１６に流れる排気の流速を定めることは困難になる。しかし、上述したように第２固定翼２５及びスライドバルブ２７を翼間流路１６の直前に設けることができるため、同バルブ２７の小開度時に翼間流路１６に繋がる排気流路の途中でガス流通面積の急激な拡大が生じるのを的確に抑制し、かつ第２ノズル２３から翼間流路１６に流入する排気の流速を第２固定翼２５によって的確に定めることができる。
【００４７】
（３）スライドバルブ２７の端面３１は、第２ノズル２３のノズル壁面２３ａと対向するノズル壁面２３ｂとなっている。そして、スライドバルブ２７が全閉位置と全開位置との間にあるとき、上記端面３１（ノズル壁面２３ｂ）にて開口するとともに第２固定翼２５の外形と同じ形の内形を有する凹部３４には、第２固定翼２５が挿入された状態になる。従って、このときに第２ノズル２３におけるスライドバルブ２７を通過する排気は、互いに平行なノズル壁面２３ａ，２３ｂの間を上記凹部３４の開口に影響を受けることなく滑らかに下流側に流れる。その結果、第２ノズル２３において、スライドバルブ２７によりガス流通面積が縮小する部分を排気が通過する際、その排気の流れが乱れるのを抑制することができる。
【００４８】
（４）凹部３４については、スライドバルブ２７の端面３１にて開口するだけでなく同バルブ２７の内周面でも開口しており、底面３４ａが下流側に向かうほどノズル壁面２３ａとの距離が拡大するよう傾斜している。従って、凹部３４内に煤等の異物が入り込んだとしても、第２固定翼２５と底面３４ａとのクリアランスが下流側ほど大となることから、上記異物は下流側に流れやすくなるとともに、凹部３４におけるスライドバルブ２７の内周面での開口から外部に排出されやすくなる。
【００４９】
（５）スライドバルブ２７の端面３１の上流側の部分には、上流に向かうほどノズル壁面２３ｂとの距離が拡大するよう傾斜面３５が設けられている。このため、スライドバルブ２７が全閉位置と全開位置との間にあるとき、第２ノズル２３を通過する排気は、上記傾斜面３５に沿って円滑に下流側に流れて同バルブ２７の側方を通過する。従って、第２ノズル２３において、スライドバルブ２７によりガス流通面積が縮小する部分を排気が通過する際、その排気の流れが乱れるのを抑制することができる。
【００５０】
（６）スライドバルブ２７の端面３１における傾斜面３５と凹部３４の開口部との間には、円環状に延びるとともに同バルブ２７の突出方向に突出する接触部３６が設けられているため、スライドバルブ２７を全閉位置まで変位したときには上記接触部３６がノズル壁面２３ａに接触する。これにより、第２ノズル２３における接触部３６よりも下流側への排気の流れが遮断されるため、第２ノズル２３からタービンホイール１４の翼間流路１６への排気の流入を的確に禁止することができる。
【００５１】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・図７（ｂ）に示されるように、凹部３４をスライドバルブ２７の周方向全体に亘って形成することで第２固定翼２５よりも大きくし、凹部３４の開口部に整流板３７を設けてもよい。この整流板３７は、板状の素材をほぼ９０度屈曲させて形成され、凹部３４における端面３１側の開口部及びスライドバルブ２７の内周面側の開口部を塞ぐよう、スライドバルブ２７に溶接等によって固定される。そして、整流板３７における端面３１側の部分はノズル壁面２３ｂとされる。また、整流板３７における端面３１側の部分には、図７（ａ）に示されるように第２固定翼２５の外形に対応した形状の穴３８が各第２固定翼２５毎に複数形成される。
【００５２】
こうした構成を採用した場合、凹部３４を大きく形成した分だけ、スライドバルブ２７を軽量化することができる。また、スライドバルブ２７が全閉位置と全開位置との間にあるときには、整流板３７における端面３１側の部分（ノズル壁面２３ｂ）がノズル壁面２３ａと平行になるとともに、その部分に形成された第２固定翼２５の外形に対応した形状の穴３８に当該第２固定翼２５が挿入された状態になる。このため、上記凹部３４が大きく形成されていたとしても、スライドバルブ２７の側方を通過する排気は、互いに平行となるノズル壁面２３ａ，２３ｂの間を、上記凹部３４の内側に入り込むことなく滑らかに下流側に向かって流れるようになる。従って、第２ノズル２３において、スライドバルブ２７によりガス流通面積が縮小する部分を排気が通過する際、その排気の流れが乱れるのを抑制することができる。
【００５３】
・図８に示されるように、スライドバルブ２７における第２ノズル２３内に突出する部分が第２固定翼２５の下流側に同第２固定翼２５と隣接するよう、スライドバルブ２７を設けてもよい。この場合においても、スライドバルブ２７をタービンホイール１４の翼間流路１６の直前に設けることができる。従って、スライドバルブ２７の小開度時、上記翼間流路１６に繋がる排気流路の途中で、ガス流通面積の急激な拡大が生じるのを的確に抑制することができる。
【００５４】
・図８における第２固定翼２５を、スライドバルブ２７における第２ノズル２３内に突出する部分に対応する位置まで、タービンホイール１４の翼間流路１６に近づけ、上記突出する部分に第２固定翼２５を収納するための凹部を設けてもよい。
【００５５】
・スライドバルブ２７に必ずしも傾斜面３５を設ける必要はない。
・スライドバルブ２７側のノズル壁面２３ｂを必ずしも、第２ノズル２３のノズル壁面２３ａと平行にする必要はない。
【００５６】
・スライドバルブ２７における凹部３４の内形を必ずしも第２固定翼２５の外形と同じ形にする必要はなく、その第２固定翼２５を挿入可能な内形に適宜変更することも可能である。
【００５７】
・タービンスクロール１７内の仕切壁１８を廃止してタービンスクロール１７内に一つのスクロール通路のみを形成し、その一つのスクロール通路におけるタービンホイール１４寄りの部分に第１ノズル２２と第２ノズル２３とを設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本実施形態のターボチャージャにおける内燃機関の排気系側の部分を示す断面図。
【図２】上記ターボチャージャのタービンスクロール内部における第１ノズル周りの構造を示す断面図。
【図３】上記ターボチャージャのタービンスクロール内部における第２ノズル周りの構造を示す断面図。
【図４】スライドバルブの構造を示す断面図。
【図５】スライドバルブの凹部を端面側から見た同バルブの部分拡大図。
【図６】内燃機関の回転速度の変化に対するターボチャージャの過給効率の変化を示すグラフ。
【図７】（ａ）及び（ｂ）はスライドバルブの他の例を示す部分拡大図及び部分断面図。
【図８】スライドバルブの他の例を示す断面図。
【符号の説明】
【００５９】
１１…ターボチャージャ、１２…センタハウジング、１３…ロータシャフト、１４…タービンホイール、１５…羽根、１６…翼間流路、１７…タービンスクロール、１８…仕切壁、１９…スクロール通路、２０…スクロール通路、２１…排気通路、２２…第１ノズル、２４…第１固定翼、２３…第２ノズル、２３ａ，２３ｂ…ノズル壁面、２５…第２固定翼、２７…スライドバルブ、２７ａ…アクチュエータ、２８…回転速度センサ、２９…電子制御装置、３１…端面、３２…溝、３３…シールリング、３４…凹部、３４ａ…底面、３５…傾斜面、３６…接触部、３７…整流板、３８…穴。
【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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