(57)【要約】      （修正有）【課題】ターボチャージャにおけるタービン効率の向上を図る。【解決手段】第２排気出口６ａをタービンホイール１の「排気上流より」に設けることによって、排気エネルギーをより多くタービンホイール１に与えることができ、タービン効率を向上できる。また、通常羽根Ａと短羽根Ｂとの組み合わせにより、合流部αの空間容積を大きくする。これにより、合流部αにおいて発生する排気摩擦を低減することができ、排気摩擦により生じる圧力損失を抑え、且つ排気ガスの乱れを抑えて、タービン効率を向上できる。さらに、合流部αの排気下流側ではタービン羽根４の枚数が多くなるため、排気エネルギーを効率よくタービンホイール１に与えることができるとともに、枚数の多いタービン羽根４が排気ガスを整流して乱れを抑えるため、タービン効率を向上できる。【選択図】図１
2012215073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に支持されるハブ（３）の周囲に複数のタービン羽根（４）が設けられたタービンホイール（１）と、
このタービンホイール（１）の排気上流端に向けて排気ガスを吹き付ける第１排気出口（５ａ）を有する第１排気スクロール（５）が設けられるとともに、前記タービンホイール（１）における排気上流端と排気下流端の間に向けて排気ガスを吹き付ける第２排気出口（６ａ）を有する第２排気スクロール（６）が設けられるタービンハウジング（２）と、
を具備するターボチャージャにおいて、
前記第２排気出口（６ａ）を、前記タービンホイール（１）における排気上流端と排気下流端の間の排気上流側に設けるとともに、
前記第１排気出口（５ａ）から吹き出された排気ガスと前記第２排気出口（６ａ）から吹き出された排気ガスとが合流する合流部（α）におけるタービン羽根（４）の枚数を、その合流部（α）の排気下流側のタービン羽根（４）の枚数より少なく設け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に記載のターボチャージャにおいて、
前記タービンハウジング（２）においてシュラウドエッジを覆う壁面は、断面が円弧形状を呈する円弧部（Ｒ）を備え、
前記第２排気出口（６ａ）は、前記円弧部（Ｒ）に設けられることを特徴とするターボチャージャ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のターボチャージャにおいて、
前記複数のタービン羽根（４）は、
前記タービンホイール（１）の排気上流部から排気下流部に至る通常羽根（Ａ）と、
前記タービンホイール（１）の排気下流側のみに設けられる短羽根（Ｂ）とを組み合わせたものであり、
前記短羽根（Ｂ）の排気上流部位に、前記タービン羽根（４）の枚数の少ない箇所が設けられることを特徴とするターボチャージャ。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のターボチャージャにおいて、
前記複数のタービン羽根（４）は、
前記タービンホイール（１）の排気上流部から排気下流部に至る通常羽根（Ａ）と、
この通常羽根（Ａ）に比較して排気上流側に羽根高さの低い低羽根部（Ｃ’）が設けられた上流低羽根（Ｃ）とを組み合わせたものであり、
前記低羽根部（Ｃ’）の周囲に、前記タービン羽根（４）の枚数の少ない箇所が設けられることを特徴とするターボチャージャ。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載のターボチャージャにおいて、
前記短羽根（Ｂ）または前記上流低羽根（Ｃ）におけるシュラウドエッジの排気上流端（Ｘ）は、前記第２排気出口（６ａ）における排気下流側の開口縁（Ｙ）より排気下流側に設けられ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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの排気スクロール（第１、第２排気スクロール）を備えたターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの排気スクロールを備えるターボチャージャの具体例を、図７を参照して説明する（例えば、特許文献１、２参照）。なお、後述する［発明を実施するための形態］および［実施例］と同一機能物に同一符号を付すものである。
特許文献１、２に開示されるターボチャージャは、
・タービン羽根４のリーディングエッジへ向けて排気ガスを吹き付ける第１排気出口５ａを有する第１排気スクロール５と、
・タービン羽根４のシュラウドエッジへ向けて排気ガスを吹き付ける第２排気出口６ａを有する第２排気スクロール６とを備える。
【０００３】
第１排気出口５ａからリーディングエッジに向けて吹き付けられた排気ガスは、流れ方向が径方向（内向き流）から軸方向（軸流）へ変化したのちに、トレーリングエッジから排出される。
【０００４】
一方、第２排気出口６ａは、図７に示すように、シュラウドエッジの排気下流側に開口している。
このため、第２排気スクロール６から排出される排気ガスとタービンホイール１との接触範囲が少なくなってしまう。
【０００５】
さらに、第２排気出口６ａからタービンホイール１に吹き付けられた排気ガスは、第１排気出口５ａからの排気ガスの流れ（略軸方向の流れ）に対して直角に合流する。
その結果、第１排気出口５ａからタービンホイール１に吹き付けられた排気ガスと、第２排気出口６ａからタービンホイール１に吹き付けられた排気ガスとが、タービンホイール１内の下流側で強く衝突し、タービンホイール１内において排気ガスに大きな乱れが生じてしまう。この乱流は、タービンホイール１の回転の妨げとして作用するため、タービン効率の低下の要因になる。
【０００６】
上記の問題点に着目したターボチャージャとして、図８に示すように、タービンハウジング２においてシュラウドエッジを覆う壁面の円弧部Ｒに第２排気出口６ａを設けて、第１、第２排気出口５ａ、６ａの排気ガスの合流角度を小さくする技術の提案が成されている（周知の技術ではない）。
しかしながら、第１排気出口５ａから吹き出された排気ガスと第２排気出口６ａから吹き出された排気ガスとが合流する合流部αでは、排気流量が急激に増大するため、合流部αにおいて排気ガスによるチョーク（排気摩擦による詰まり現象）が懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２３８９３号公報
【特許文献２】特開２００７−２３８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的はタービン効率を向上できるターボチャージャの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
〔請求項１の手段〕
請求項１のターボチャージャは、第２排気スクロールの第２排気出口を、タービンホイールの「排気上流より（具体的には、タービンホイールにおける排気上流端と排気下流端の間の排気上流側）」に設けている。
これにより、第２排気スクロールから排出される排気ガスの持つエネルギーをより多くタービンホイールに与えることができ、タービン効率を向上させることができる。
【００１０】
また、請求項１のターボチャージャは、第１、第２排気出口から吹き出された排気ガスの合流部におけるタービン羽根の枚数を、合流部の排気下流側のタービン羽根の枚数より少なく設けている。
これにより、タービンホイール内における排気ガスの合流部の空間容積を大きくすることができ、合流部において発生する排気摩擦を低減することができる。
このように、合流部における排気摩擦を小さくできることにより、排気摩擦により生じる圧力損失を抑えることができ、タービン効率を向上させることができる。
また、合流部における排気摩擦を小さくできることにより、排気摩擦による排気ガスの乱れが抑えられ、タービン効率を向上させることができる。
【００１１】
一方、合流部の排気下流側は、合流部に比較してタービン羽根の枚数が多くなる。このため、（ｉ）合流部から排気下流側へ向かう排気ガスの持つエネルギーを効率よくタービンホイールに与えることができるとともに、（ｉｉ）合流部から排気下流側へ向かう排気ガスの乱れを、枚数の多いタービン羽根が整流するため、タービン効率を向上させることができる。
【００１２】
〔請求項２の手段〕
請求項２のターボチャージャは、第２排気スクロールの第２排気出口を、タービンハウジングの円弧部（具体的には、シュラウドエッジを覆う壁面の円弧部）に設けたものである。
これにより、第１、第２排気出口から吹き出された排気ガスの合流角度を小さくすることができ、排気ガスの衝突による乱れを抑えることができる。その結果、タービンホイールの内部における排気ガスの乱れを抑えることができ、タービン効率を向上させることができる。
【００１３】
〔請求項３の手段〕
請求項３における複数のタービン羽根は、タービンホイールの排気上流部から排気下流部に至る通常羽根と、タービンホイールの排気下流側のみに設けられる短羽根とを組み合わせたものであり、短羽根の排気上流部位に、タービン羽根の枚数の少ない箇所が設けられる。
【００１４】
〔請求項４の手段〕
請求項４における複数のタービン羽根は、タービンホイールの排気上流部から排気下流部に至る通常羽根と、この通常羽根に比較して排気上流側に羽根高さの低い低羽根部が設けられた上流低羽根とを組み合わせたものであり、低羽根部の周囲に、タービン羽根の枚数の少ない箇所が設けられる。
【００１５】
〔請求項５の手段〕
請求項５のターボチャージャは、短羽根または上流低羽根におけるシュラウドエッジの排気上流端が、第２排気出口における排気下流側の開口縁より排気下流側に設けられるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】排気タービンの要部断面図である（実施例１）。
【図２】（ａ）タービンホイールの側面図、（ｂ）タービンホイールを軸方向から見た正面図である（実施例１）。
【図３】ターボチャージャの軸方向に沿う断面図である（実施例１）。
【図４】排気タービンにおける容量可変バルブの説明図である（実施例１）。
【図５】排気タービンの要部断面図である（実施例２）。
【図６】タービンホイールの側面図である（実施例２）。
【図７】排気タービンの要部断面図である（従来例）。
【図８】排気タービンの要部断面図である（参考例）。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図面を参照して［発明を実施するための形態］を説明する。
ターボチャージャは、タービンホイール１と、タービンハウジング２とを具備する。
タービンホイール１は、回転自在に支持されるハブ３の周囲に、複数のタービン羽根４を設けたものである。
タービンハウジング２は、タービンホイール１の排気上流端（リーディングエッジ）に向けて排気ガスを吹き付ける第１排気出口５ａを有する第１排気スクロール５と、タービンホイール１の途中部位（排気上流端と排気下流端の間）に向けて排気ガスを吹き付ける第２排気出口６ａを有する第２排気スクロール６とを備える。
【００１８】
このターボチャージャは、第２排気出口６ａをタービンホイール１の「排気上流より（具体的には、タービンホイール１における排気上流端と排気下流端の間の排気上流側）」に設けている。
また、ターボチャージャは、第１、第２排気出口５ａ、６ａから吹き出された排気ガスの合流部αにおけるタービン羽根４の枚数を、その合流部αの排気下流側のタービン羽根４の枚数より少なく設けている。
【実施例】
【００１９】
以下において本発明が適用された具体的な一例（実施例）を、図面を参照して説明する。実施例は具体的な一例を開示するものであって、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。
なお、以下の実施例において上記［発明を実施するための形態］と同一符号は、同一機能物を示すものである。
【００２０】
［実施例１］
実施例１を図１〜図４を参照して説明する。
ターボチャージャは、エンジン（燃料の燃焼により回転動力を発生する内燃機関：ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等を問わない、レシプロエンジン、ロータリーエンジン等を問わない）に搭載されるものであり、この実施例のターボチャージャは、車両走行用エンジンに搭載されるものである。
【００２１】
ターボチャージャは、エンジンから排出される排気ガスのエネルギーによって、エンジンに吸い込まれる吸気を加圧する過給器であり、図１（ａ）に示すように、
・エンジンから排出された排気ガスによって回転駆動されるタービンホイール１と、
・このタービンホイール１を収容する渦巻形状のタービンハウジング２と、
・タービンホイール１の回転力により駆動されて吸気を加圧するコンプレッサホイール７と、
・このコンプレッサホイール７を収容する渦巻形状のコンプレッサハウジング８と、
・タービンホイール１の回転をコンプレッサホイール７に伝達するシャフト９と、
・このシャフト９を高速回転自在に支持するベアリングハウジング１０と、
を備える。
そして、ターボチャージャは、タービンハウジング２とコンプレッサハウジング８の間にベアリングハウジング１０を配置した状態で、スタットボルト等の締結手段により結合した構成を採用する。
【００２２】
タービンホイール１は、シャフト９に結合されて回転自在に支持されるハブ３と、このハブ３の周囲に形成される複数のタービン羽根４とで構成される。
なお、タービン羽根４における最外周の端縁はリーディングエッジと称され、タービン羽根４における排気下流側の端縁はトレーリングエッジと称され、リーディングエッジとトレーリングエッジの間のタービン羽根４の外側端縁（タービンハウジング２の内壁に隙間を隔てて対向するエッジ）はシュラウドエッジと称される。
【００２３】
タービンハウジング２の内部には、排気ガスをタービンホイール１へ向けて吹き出す第１、第２排気スクロール５、６が設けられている。
第１排気スクロール５は、エンジンから排出された排気ガスを旋回させ、旋回させた排気ガスをタービンホイール１の排気上流端（リーディングエッジ）へ向けて吹き付ける第１排気出口５ａを有する。そして、第１排気スクロール５は、旋回する排気ガスを第１排気出口５ａへ導くノズル部を備えており、そのノズル部は、排気ガスを軸方向に対して略垂直に吹き出すように、軸方向に対して略垂直に設けられている。
【００２４】
第２排気スクロール６は、エンジンから排出された排気ガスを第１排気スクロール５と同一方向へ旋回させ、旋回させた排気ガスをタービンホイール１の途中部位（タービンホイール１における排気上流端と排気下流端の間）に吹き付ける第２排気出口６ａを有する。
この第２排気出口６ａは、図１に示すように、タービンホイール１の「排気上流より（具体的には、タービンホイール１における排気上流端と排気下流端の間の排気上流側）」に設けられている。
【００２５】
具体的に、タービンハウジング２は、タービン羽根４のシュラウドエッジを覆う壁面に、断面が円弧形状を呈する円弧部Ｒを備えている。そして、第２排気出口６ａは、シュラウドエッジを覆う壁面の円弧部Ｒに設けられるものである。そして、第２排気スクロール６は、旋回する排気ガスを円弧部Ｒの第２排気出口６ａへ導くノズル部を備えており、そのノズル部は、排気ガスを軸方向に対して傾斜して吹き出すように、軸方向に対して傾斜して設けられている。
【００２６】
タービンハウジング２の内部には、図４に示すように、第１排気スクロール５と第２排気スクロール６を区画する仕切壁１１が設けられている。
第１排気スクロール５の排気上流部は、タービンハウジング２の排気入口（エキマニとの接続口）と常に連通し、排気ガスが常時第１排気スクロール５に供給されるように設けられている。
一方、第２排気スクロール６の排気上流部には、容量可変バルブ１２が設けられており、この容量可変バルブ１２が開くことにより、排気ガスが第２排気スクロール６に供給されるように設けられている。
なお、容量可変バルブ１２は、図示しない電動アクチュエータを介してＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニットの略）により開閉制御および開度制御されるものであり、車両の運転状態に応じて容量可変バルブ１２の開度制御が実施される。
【００２７】
一方、第２排気スクロール６の外壁には、図３に示すように、第２排気スクロール６に導かれた排気ガスの一部を、タービンホイール１を迂回（バイパス）させて排気下流側（マフラー側）に導くウエストゲート用連通穴１３が形成されている。このウエストゲート用連通穴１３には、ウエストゲートバルブ１４が設けられており、このウエストゲートバルブ１４を開くことにより、排気ガスの一部がタービンホイール１を迂回して排気下流側に導かれる。
なお、ウエストゲートバルブ１４は、図示しない電動アクチュエータを介してＥＣＵにより開閉制御および開度制御されるものであり、車両の運転状態に応じてウエストゲートバルブ１４の開度制御が実施される。
【００２８】
この実施例のターボチャージャは、上述したように、第２排気出口６ａをタービンハウジング２の円弧部Ｒに設けるもの（第２排気出口６ａをタービンホイール１の「排気上流より」に設けるもの）であるため、第１排気出口５ａから吹き出された排気ガスと第２排気出口６ａから吹き出された排気ガスとが合流する合流部αでは、排気流量が急激に増大する。このため、合流部αにおいて排気ガスによるチョークが懸念される。
【００２９】
そこで、この実施例では、合流部αにおけるタービン羽根４の枚数を、その合流部αの排気下流側のタービン羽根４の枚数より少なく設けている。
具体的にこの実施例における複数のタービン羽根４は、図２に示すように、
・タービンホイール１の排気上流部から排気下流部に至るように設けられる通常羽根Ａ（従来技術と同様の羽根）と、
・タービンホイール１における排気下流側のみに設けられる短羽根Ｂと、
を周方向に交互に組み合わせたものである。
このように、通常羽根Ａの各間に短羽根Ｂを配置することで、短羽根Ｂの排気上流部位に、タービン羽根４の枚数の少ない箇所が設けられるものである。
【００３０】
また、この実施例では、好ましい形態として、短羽根Ｂにおけるシュラウドエッジの排気上流端Ｘが、第２排気出口６ａにおける排気下流側の開口縁Ｙより排気下流側に位置するように設けられ、合流部αの空間容積を極力大きく確保するように設けられている。
【００３１】
（実施例１の効果１）
この実施例のターボチャージャは、上述したように、第２排気スクロール６の第２排気出口６ａを、タービンホイール１の「排気上流より」に設けている。
このため、第２排気スクロール６から排出される排気ガスの持つエネルギーをより多くタービンホイール１に与えることができ、タービン効率を向上させることができる。
【００３２】
（実施例１の効果２）
この実施例のターボチャージャは、上述したように、第２排気スクロール６の第２排気出口６ａを、タービンハウジング２の円弧部Ｒに設けたものである。
これにより、第１、第２排気出口５ａ、６ａから吹き出された排気ガスの合流角度を小さくすることができ、排気ガスの衝突による乱れを抑えることができる。その結果、タービンホイール１の内部における排気ガスの乱れを抑えることができ、タービン効率を向上させることができる。
【００３３】
（実施例１の効果３）
この実施例のターボチャージャは、上述したように、通常羽根Ａと短羽根Ｂとを組み合わせ、合流部αにおけるタービン羽根４の枚数を、合流部αの排気下流側のタービン羽根４の枚数より少なく設けている。
これにより、合流部αの空間容積を大きくすることができ、合流部αにおいて発生する排気摩擦を低減することができる。このため、排気摩擦により生じる圧力損失を抑えることができ、タービン効率を向上させることができる。
また、合流部αにおける排気摩擦を小さくできることにより、排気摩擦による排気ガスの乱れが抑えられ、タービン効率を向上させることができる。
【００３４】
（実施例１の効果４）
合流部αの排気下流側は、合流部αに比較してタービン羽根４の枚数が多くなる。
このため、合流部αから排気下流側へ向かう排気ガスの持つエネルギーを効率よくタービンホイール１に与えることができ、タービン効率を向上させることができる。
また、合流部αから排気下流側へ向かう排気ガスの乱れを、枚数の多いタービン羽根４が整流するため、タービン効率を向上させることができる。
【００３５】
［実施例２］
実施例２を図５、図６を参照して説明する。なお、以下の実施例２において上記実施例１と同一符号は、同一機能物を示すものである。
上記実施例１では、通常羽根Ａと短羽根Ｂとを組み合わせることにより、合流部αの空間容積を大きくする例を示した。
これに対し、この実施例２の複数のタービン羽根４は、
・タービンホイール１の排気上流側から排気下流側に沿って設けられる通常羽根Ａと、
・この通常羽根Ａに比較して排気上流側に羽根高さの低い低羽根部Ｃ’が設けられた上流低羽根Ｃと、
を周方向に交互に組み合わせたものである。
このように、低羽根部Ｃ’を設けることで、低羽根部Ｃ’の周囲（低羽根部Ｃ’の外周部位）に、タービン羽根４の枚数の少ない箇所が設けられるものである。
【００３６】
この実施例２に示すように、通常羽根Ａと上流低羽根Ｃとを組み合わせたタービンホイール１を用いても、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。
なお、この実施例２は、実施例１と同様、上流低羽根Ｃにおけるシュラウドエッジの排気上流端Ｘが、第２排気出口６ａにおける排気下流側の開口縁Ｙより排気下流側に位置するように設けられ、合流部αの空間容積を極力大きく確保するように設けられている。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
上記の実施例では、「通常羽根Ａと短羽根Ｂ」および「通常羽根Ａと上流低羽根Ｃ」を周方向に交互に組み合わせる例を示したが、組合比率は交互に限定されるものではなく、適宜変更可能なものである。
【符号の説明】
【００３８】
１  タービンホイール
２  タービンハウジング
３  ハブ
４  タービン羽根
５  第１排気スクロール
５ａ  第１排気出口
６  第２排気スクロール
６ａ  第２排気出口
α  合流部
Ａ  通常羽根
Ｂ  短羽根
Ｃ  上流低羽根
Ｃ’低羽根部
Ｒ  円弧部
Ｘ  短羽根または上流低羽根におけるシュラウドエッジの排気上流端
Ｙ  第２排気出口における排気下流側の開口縁
【図１】
2012215073.tif 000003
【図２】
2012215073.tif 000004
【図３】
2012215073.tif 000005
【図４】
2012215073.tif 000006
【図５】
2012215073.tif 000007
【図６】
2012215073.tif 000008
【図７】
2012215073.tif 000009
【図８】
2012215073.tif 000010