(57)【要約】【課題】排気ガスの流速の制御精度の低下を抑制可能な可変容量ターボチャージャを提供することを目的とする。【解決手段】可変容量ターボチャージャは、タービンシャフトを支持するベアリングハウジングと、前記タービンシャフトの一端に固定されたタービンホイールを収容するタービン室とタービンハウジングによって形成されたスクロール通路とを連結する排気通路と、前記ベアリングハウジングに収容されており、前記排気通路に端部が出没可能なシュラウドタービンと、前記シュラウドタービンを前記ベアリングハウジングに対して前記タービンシャフトの軸方向に摺動させるアクチュエータと、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2017190712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンシャフトを支持するベアリングハウジングと、
前記タービンシャフトの一端に固定されたタービンホイールを収容するタービン室とタービンハウジングによって形成されたスクロール通路とを連結する排気通路と、
前記ベアリングハウジングに収容されており、前記排気通路に端部が出没可能なシュラウドタービンと、
前記シュラウドタービンを前記ベアリングハウジングに対して前記タービンシャフトの軸方向に摺動させるアクチュエータと、
を備え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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変容量ターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
可変ノズルターボチャージャが知られている（例えば特許文献１参照）。可変ノズルターボチャージャでは、タービン翼周りの排気通路に複数のノズルベーンがそれぞれ円環形状に形成された２枚のプレートに挟まれて配設され、回動可能に軸支されている。ノズルベーンの回動によってタービンホイールを駆動する排気ガスの流速を増加させたり、減少させたりすることができる。可変ノズルターボチャージャを装着したディーゼルエンジンは既に実用化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２２９９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、可変ノズルターボチャージャをディーゼルエンジンに代えてガソリンエンジンに装着した場合を検討する。ガソリンエンジンから排出される排気ガスの温度はディーゼルエンジンから排出される排気ガスの温度と比較して高温である。高温の排気ガスがノズルベーンにさらされると、ノズルベーンは熱膨張する。ノズルベーンが熱膨張すると、ノズルベーンとプレートとの間の摺動抵抗が増大して、ノズルベーンが回動しにくくなり、排気ガスの流速の制御精度が低下するおそれがある。
【０００５】
本発明では、排気ガスの流速の制御精度の低下を抑制可能な可変容量ターボチャージャを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る可変容量ターボチャージャは、タービンシャフトを支持するベアリングハウジングと、前記タービンシャフトの一端に固定されたタービンホイールを収容するタービン室とタービンハウジングによって形成されたスクロール通路とを連結する排気通路と、前記ベアリングハウジングに収容されており、前記排気通路に端部が出没可能なシュラウドタービンと、前記シュラウドタービンを前記ベアリングハウジングに対して前記タービンシャフトの軸方向に摺動させるアクチュエータと、を備えることを特徴とする可変容量ターボチャージャである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、排気ガスの流速の制御精度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】可変容量ターボチャージャにおけるタービンホイール周辺を部分的に示す断面図の一例である。
【図２】ＥＣＵの動作の一例を示すフローチャートである。
【図３】吸気量と目標ノズル幅との関係を表すグラフの一例である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本件を実施するための形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は可変容量ターボチャージャ１００におけるタービンホイール１１０周辺を部分的に示す断面図の一例である。図１に示すように、可変容量ターボチャージャ１００は少なくともタービンホイール１１０、タービンハウジング１２０、ベアリングハウジング（又はセンターハウジング）１３０、シュラウドタービン１４０、及びアクチュエータ１５０を構成要素として備えている。伝達機構１６０やマイクロコンピュータ等からなるＥＣＵ（Engine Control Unit）１７０を可変容量ターボチャージャ１００の構成要素に含めてもよい。
【００１１】
タービンハウジング１２０は、タービンホイール１１０周辺の外殻を構成している。タービンハウジング１２０の本体内部には、冷却水を循環させるための冷却水路１２１が形成されている。冷却水路１２１に冷却水を強制的に循環させることにより、タービンハウジング１２０が冷却される。また、タービンハウジング１２０の内部にはタービン室１０が形成されている。タービン室１０にはタービンホイール１１０が収容されている。タービンホイール１１０には複数のタービン翼１１１が設けられている。
【００１２】
ベアリングハウジング１３０にはタービンシャフト１３１が回転可能に支持されている。タービンシャフト１３１の一端にはタービンホイール１１０が固定され、タービンシャフト１３１の他端には不図示のコンプレッサホイールが固定されている。ベアリングハウジング１３０の本体内部には冷却水を循環させるための冷却水路１３２が形成されている。冷却水路１３２に冷却水を強制的に循環させることにより、ベアリングハウジング１３０が冷却される。
【００１３】
タービンホイール１１０の径方向外側の部分には、タービンホイール１１０の周りを周回するようにスクロール通路２０が形成されている。タービン室１０とスクロール通路２０との間には、タービン室１０とスクロール通路２０とを連結する排気通路３０が形成されている。排気通路３０はタービンホイール１１０に排気ガスを吹き付けるノズルの役割を果たす。
【００１４】
したがって、例えばガソリンエンジンの排気ガスが、矢印Ｘに示すように、スクロール通路２０を介して排気通路３０からタービンホイール１１０に噴き付けられると、排気ガスは矢印Ｙの方向に流れながら、タービンホイール１１０及びコンプレッサホイールは一体回転する。これにより、吸気通路を流れる吸気が加圧されてガソリンエンジンの燃焼室に強制的に送り込まれる。
【００１５】
ここで、上述した排気通路３０の一部はシュラウドタービン１４０によって形成されている。より詳しくは、排気通路３０における排気ガスの通過面の一部がシュラウドタービン１４０によって形成されている。シュラウドタービン１４０はベアリングハウジング１３０に近接して収容されており、タービンホイール１１０の周りを覆うように配置されている。ベアリングハウジング１３０は冷却水路１３２を流れる冷却水により冷却されるため、ベアリングハウジング１３０に近接するシュラウドタービン１４０の高温化が回避される。
【００１６】
シュラウドタービン１４０の端部１４１は排気通路３０に出没可能である。アクチュエータ１５０はリンク機構を含む伝達機構１６０を介してシュラウドタービン１４０をベアリングハウジング１３０に対してタービンシャフト１３１の軸方向に摺動させることができる。したがって、アクチュエータ１５０がシュラウドタービン１４０を作動させると、排気通路３０の幅（以下、ノズル幅という）は狭くなったり広くなったりする。例えば、吸気量が少ない状態では、ノズル幅を狭くすることによって排気ガスの流速を高めることができる。この結果、加速性能向上や低負荷での過給圧向上（例えばリーン領域拡大による燃費向上）が得られる。
【００１７】
尚、シュラウドタービン１４０は比較的軽量な板金で製造されていることが望ましい。これにより、アクチュエータ１５０は小さな力でシュラウドタービン１４０を作動させることができる。また、シュラウドタービン１４０の上端部１４２の形状は、シュラウドタービン１４０の端部１４１が排気通路３０に最大限に変位した状態において、スクロール通路２０を形成するタービンハウジング１２０の内周壁２１の形状とフラットになるように形成されていることが望ましい。これにより、シュラウドタービン１４０におけるベアリングハウジング１３０との摺動部分に排気ガスがさらされずに済む。
【００１８】
ＥＣＵ１７０はエアフロメータ１７１及び過給圧センサ１７２と接続されている。エアフロメータ１７１は吸気通路内を流れる吸気の吸気量に応じた検出信号を出力する。過給圧センサ１７２は吸気通路内のガスの圧力である過給圧に応じた検出信号を出力する。尚、エアフロメータ１７１は吸気通路におけるコンプレッサホイールよりも吸気上流側の部分に配置されている。過給圧センサ１７２はコンプレッサホイールの下流側の吸気通路に配置されている。
【００１９】
ＥＣＵ１７０はエアフロメータ１７１及び過給圧センサ１７２から出力された検出信号を取り込み、検出信号に基づいて各種の演算を行う。そして、ＥＣＵ１７０は演算結果に基づいて、アクチュエータ１５０を制御してシュラウドタービン１４０の変位量を調整する。これにより、ガソリンエンジンの燃焼室に送り込む吸気の吸気量が制御される。
【００２０】
次に、図２及び図３を参照して、ＥＣＵ１７０の動作について説明する。
【００２１】
図２はＥＣＵ１７０の動作の一例を示すフローチャートである。図３は吸気量と目標ノズル幅との関係を表すグラフの一例である。目標ノズル幅はノズル幅の目標値を表している。尚、図２に示すフローチャートは例えば数マイクロ秒乃至数十マイクロ秒程度の極めて短いサイクルタイムで繰り返し実行される。また、図２に示すフローチャートは、単独で或いは他のフローチャートと並列的に実行される。
【００２２】
まず、図２に示すように、ＥＣＵ１７０は吸気量を算出する（ステップＳ１０１）。より詳しくは、ＥＣＵ１７０はエアフロメータ１７１から出力された検出信号に基づいて吸気量を算出する。
【００２３】
ステップＳ１０１の処理が完了すると、次いで、ＥＣＵ１７０は目標ノズル幅を算出する（ステップＳ１０２）。より詳しくは、ＥＣＵ１７０は予め定めた図３に示すグラフＡ及びグラフＢのいずれかを利用して目標ノズル幅を算出する。ここで、グラフＡはＥＣＵ１７０が２段制御を実行する場合を表している。グラフＢは連続制御を実行する場合を表している。例えば、ＥＣＵ１７０が吸気量Ｖ１を算出し、グラフＡを利用する場合、ＥＣＵ１７０は目標ノズル幅Ｗ１を算出する。例えば、ＥＣＵ１７０が吸気量Ｖ１を算出し、グラフＢを利用する場合、ＥＣＵ１７０は目標ノズル幅Ｗ２を算出する。尚、ＥＣＵ１７０はグラフＡとグラフＢのどちらを利用してもよいが、グラフＢを利用した方がグラフＡを利用した場合より緻密な制御を実行することができる。
【００２４】
ステップＳ１０２の処理が完了すると、次いで、ＥＣＵ１７０はアクチュエータ１５０を制御する（ステップＳ１０３）。より詳しくは、ＥＣＵ１７０は算出した目標ノズル幅に基づいてアクチュエータ１５０を制御する。ステップＳ１０３の処理が完了すると、次いで、ＥＣＵ１７０は過給圧を算出する（ステップＳ１０４）。より詳しくは、ＥＣＵ１７０は過給圧センサ１７２から出力された検出信号に基づいて過給圧を算出する。
【００２５】
ここで、ＥＣＵ１７０は過給圧が閾値未満であるか否かを判断する（ステップＳ１０５）。ＥＣＵ１７０は過給圧が閾値未満でないと判断した場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、目標ノズル幅を増加し（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０３の処理を実行する。例えば、ＥＣＵ１７０が吸気量Ｖ１を算出し、グラフＡを利用する場合、ＥＣＵ１７０は目標ノズル幅Ｗ１を目標ノズル幅Ｗ３に増加する。過給圧が閾値以上である場合、ＥＣＵ１７０は増加後の目標ノズル幅に基づいてアクチュエータ１５０を制御するため、排気通路３０を通過する排気ガスの流速が低下する。これにより、ガソリンエンジンの背圧の上昇を抑制することができ、ノッキングを改善することができる。一方、ＥＣＵ１７０は過給圧が閾値未満であると判断した場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、本フローチャートを終了する。
【００２６】
以上、本実施形態に係る可変容量ターボチャージャ１００は、ベアリングハウジング１３０と排気通路３０とシュラウドタービン１４０とアクチュエータ１５０とを備えている。ベアリングハウジング１３０はタービンシャフト１３１を支持している。排気通路３０はタービンシャフト１３１の一端に固定されたタービンホイール１１０を収容するタービン室１０とタービンハウジング１２０によって形成されたスクロール通路２０とを連結している。シュラウドタービン１４０はベアリングハウジング１３０に収容されており、排気通路３０にその端部が出没可能である。アクチュエータ１５０はそのシュラウドタービン１４０をベアリングハウジング１３０に対してタービンシャフト１３１の軸方向に摺動させている。
【００２７】
この構成によれば、シュラウドタービン１４０はベアリングハウジング１３０に対してタービンシャフト１３１の軸方向に摺動して排気通路３０にその端部が出没できるため、排気ガスの流速を制御することができる。特に、当該構成によれば、シュラウドタービン１４０の摺動部にはガソリンエンジンから排気される高温の排気ガスがさらされなくなり、ベアリングハウジング１３０とシュラウドタービン１４０との間の摺動抵抗の増大が回避される。したがって、排気ガスの流速の制御精度の低下が抑制される。
【００２８】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１００  可変容量ターボチャージャ
１１０  タービンホイール
１２０  タービンハウジング
１３０  ベアリングハウジング
１４０  シュラウドタービン
１５０  アクチュエータ
１６０  伝達機構
１７０  ＥＣＵ
【図１】
2017190712.tif 000003
【図２】
2017190712.tif 000004
【図３】
2017190712.tif 000005