(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、該シャフトの一端に固定されるタービンロータと、該タービンロータを収容すると共に、排気入口、排気出口及び、前記排気入口と前記排気出口とを前記タービンロータを介して連通し、その断面積が漸次減少するスクロール部を有するタービンハウジングと、前記シャフトの他端に固定され、コンプレッサハウジング内に収容されたコンプレッサロータと、前記スクロール部を径方向に内周スクロール部と外周スクロール部とに分割すると共に前記外周スクロール部を流れる排気を前記内周スクロール部へ流入して前記内周スクロール部を流れる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排気入口側に配設されて該排気入口側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流量を制御する制御弁とを備えてなる可変容量ターボチャージャにおいて、前記外周スクロール部に前記弁開口部より流入した排気の流れを前記外周スクロール部に沿う流れに規制する複数の規制壁を前記前記外周スクロール部の流入口側に設けたことを特徴とする可変容量ターボチャージャ。
【請求項２】
前記規制壁の前記外周スクロール部の流入口側端部は、夫々前記制御弁の端部と所定の小間隙を有して前記制御弁の可動軌跡に沿うように延在していることを特徴とする請求項１に記載の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、内燃機関を過給する可変容量ターボチャージャに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の可変容量ターボチャージャとしては、例えば、特開平１０−８９７７号公報に開示されるものがある。この可変容量ターボチャージャは、シャフトと、該シャフトの一端に固定されるタービンロータと、該タービンロータを収容すると共に排気入口、排気出口及び排気入口と排気出口とをタービンロータを介して連通し、その断面積が漸次減少するスクロール部を有するタービンハウジングと、シャフトの他端に固定され、コンプレッサハウジング内に収容されたコンプレッサロータと、スクロール部を径方向に内周スクロール部と外周スクロール部とに分割すると共に両スクロール部間を連通する連通孔を備えた区画壁と、外周スクロール部の流入口側に配設されて該流入口側に設けた弁開口部を開閉して両スクロール部への排気流量を制御する制御弁とを備えている。
【０００３】
この可変容量ターボチャージャにおいては、排気ガス量の少ない内燃機関の低速域では、制御弁により排気入口と外周スクロール部間の連通を遮断し、内周スクロール部のみに排気ガスを流入させ、タービンロータのブレードに対する小さい排気流入角度及び高い排気流速を得ることでタービンロータを加速して過給圧が高められる（少ない排気でタービンロータを効率的に回転させる）。また、排気ガス量の多くなる中速域以降では、外周スクロール部にも制御弁を介して排気ガスを流入させて連通路を介して内周スクロール部へ流入させ、タービンロータに当たる排気ガスの流速を下げると共に排気流入角度を大きくすることでタービンロータの加速が制限され、過給圧が一定に保たれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の可変容量ターボチャージャにおいては、内燃機関の回転速度に応じて制御弁が開閉動作をし、内燃機関の回転速度、即ち、排気ガス量に応じて両スクロール部への排気流量を制御する。しかしながら、制御弁が弁開口部を開き始めてから中間開度状態にある、内燃機関の中速域においては、弁開口部より外周スクロール部へ流入した排気が制御弁の背面に流れ込むことに起因して、外周スクロール部の入口側に乱流が発生し易く、該乱流により外周スクロール部への排気の流入が阻害されて、可変容量ターボチャージャの効率低下を招く恐れがあった。
【０００５】
ゆえに、本発明は、当該可変容量ターボチャージャにおいて、内燃機関の中速域以降における外周スクロール部への排気の流れを円滑にして、効率の低下を防止することを、その課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために講じた技術的手段は、シャフトと、該シャフトの一端に固定されるタービンロータと、該タービンロータを収容すると共に、排気入口、排気出口及び、前記排気入口と前記排気出口とを前記タービンロータを介して連通し、その断面積が漸次減少するスクロール部を有するタービンハウジングと、前記シャフトの他端に固定され、コンプレッサハウジング内に収容されたコンプレッサロータと、前記スクロール部を径方向に内周スクロール部と外周スクロール部とに分割すると共に前記外周スクロール部を流れる排気を前記内周スクロール部へ流入して前記内周スクロール部を流れる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排気入口側に配設されて該排気入口側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流量を制御する制御弁とを備えてなる可変容量ターボチャージャにおいて、前記外周スクロール部に前記弁開口部より流入した排気の流れを前記外周スクロール部に沿う流れに規制する複数の規制壁を前記外周スクロール部の流入口側に設けたことである。
【０００７】
上記した手段によれば、弁開口部より外周スクロール部へ流入した排気の流れは、制御弁の背面へ流れ込むことなく、規制壁により外周スクロール部に沿う流れに規制される。これにより、外周スクロール部の排気入口側にて乱流が発生することなく、外周スクロール部への流れが円滑になり、内燃機関の中速域以降での効率低下が防止される。
【０００８】
上記した手段においては、前記規制壁の前記外周スクロール部の流入口側端部を、夫々前記制御弁の端部と所定の小間隙を有して前記制御弁の可動軌跡に沿うように延在させるのが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従った可変容量ターボチャージャの一実施形態を図１及び図２に基づき、説明する。
【００１０】
図１及び図２において、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２０Ａとコンプレッサ部３０にて構成されている。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２０Ａを構成するタービンハウジング２１内に臨み、且つ、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２０Ａ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、且つ、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。
【００１１】
タービン部２０Ａ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の一側に取り付けられている。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。
【００１２】
タービンハウジング２１は、排気入口２１ａと排気出口２１ｂを備え、排気入口１２ａには、図示しない内燃機関の排気マニホルドが接続され、排気出口１２ｂには図示しない排気出口管が気密的に接続されている。タービンハウジング２１には、排気入口２１ａに導入された排気ガスをタービンロータ２２の外周に導くスクロール部が形成されている。このスクロール部は、その断面積がタービンロータ２２の回転方向（図２において時計方向）に漸次減少するように形成されていて、タービンハウジング２１に設けられた区画壁２３により径方向に内周スクロール部２４Ａと該内周スクロール部２４Ａより大きな容積を有する外周スクロール部２５Ａに区画されている。
【００１３】
区画壁２３の下流側部分（その内周がタービンロータ２２のブレードの外周部に開口している内周スクロール部２４Ａの部分の外周部分）には、内周及び外周スクロール部２４Ａ、２５Ａを連通する複数の連通孔２３ａが下流側に沿って形成されている。各連通孔２３ａは、その上流側壁面が緩やかな傾斜状に、且つ、その下流側壁面がきつい傾斜状に形成されていて、タービンロータ２２の軸心に向って所定の角度で指向している。
【００１４】
タービン部２０Ａにおいては、タービンハウジング２１の排気入口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２５Ａへの流入口を構成する弁開口部２６ａの開度を制御する片開き式のもので、その基端部をタービンハウジング２１における弁開口部２６ａの上流側に傾動可能に取り付けられて傾動端部が下流側に延びていて、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２５Ａの弁開口部２６ａを閉鎖していて、アクチュエータにより内燃機関の回転速度に応じて弁開口部２６ａを開閉動作する。
【００１５】
また、本実施形態においては、図２に示すように、外周スクロール部２５Ａの流入口側に下流側に沿って互いに並んで延在する複数の規制壁２７がタービンハウジング２１に設けられている。尚、本実施形態においては、４枚の規制壁２７が設けられるが、枚数はこれに限られるものではない。規制壁２７は、外周スクロール部２５Ａの底面に立設されていて、各規制壁２７の外周スクロール部２５Ａの流入口側端部は、夫々制御弁２６Ａの傾動端部と所定の小間隙を有して制御弁２６Ａの可動軌跡（図２に一点鎖線で示す）に沿うように延在している。尚、各規制壁２７の下流側端部は、本実施形態においては、弁開口部２６ａから外周スクロール部２５Ａの１／３程度迄周方向に延在しているが、これに限られるものではない。
【００１６】
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の他側に取り付けれている。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。コンプレッサハウジング３１は、吸気入口３１ａと吸気出口３１ｂを備え、吸気入口３１ａと吸気出口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にスクロール部３３、３４が形成されている。
【００１７】
以上の構成から成る本実施形態の作用を説明する。
【００１８】
図示しない内燃機関が始動されると、可変容量ターボチャージャによる過給が開始される。即ち、排気マニホルドから排気入口２１ａに流れ込んだ排気ガスはタービンロータ２２を回転駆動し、シャフト１３と共にコンプレッサロータ３２が回転され、図示しない内燃機関を過給する。
【００１９】
排気ガス量の少ない内燃機関の低速域では、アクチュエータにより制御弁２６Ａは弁開口部２６ａを閉じる図２に実線で示す閉弁状態にある。このため、排気マニホルドから排気入口２１ａに流れ込んだ排気ガスが内周スクロール部２４Ａのみを介してタービンロータ２２へ供給され、タービンロータ２２が回転駆動される。これにより、 Ａ／Ｒの小さい（スクロール容量の小さい）ターボチャージャとして機能して、高い排気流速が得られると共に、内周スクロール部２４Ａを経て排気ガスがタービンロータ２２の接線方向に流れ（タービンロータ１３のブレードに小さな流入角で当たる）、効率良くタービンロータ２２が回転されてタービンロータ２２が加速し過給圧が高められる。このとき、本実施形態においては、上記したように、規制壁２７が設けられているので、内周スクロール部２４Ａへ流入した排気ガスが外周スクロール部２５Ａへ連通孔２３ａを通して流れるのが規制壁２７により的確に防止され、タービン効率が低下されることなく、低速域における所望のタービン効率を得ることができる。
【００２０】
排気ガス量の多くなる内燃機関の中速域以降には、アクチュエータ４５により制御弁２６Ａが弁開口部２６ａを内燃機関の回転速度に応じて開放する。このため、排気マニホルドから排気入口２１ａに流れ込んだ排気ガスが内周スクロール部２４Ａへ流入すると共に、弁開口部２６ａを通して外周スクロール部２５Ａへ流入する。外周スクロール部２５Ａへ流れ込んだ排気ガスは、区画壁２３の連通孔２３ａを介して内周スクロール部２４Ａへタービンロータ２２の軸心に向って所定の角度で流入して内周スクロール部２４Ａへ流入する排気ガスと再合流し、内周スクロール部２４Ａ内の排気ガスのタービンロータ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に当たる排気ガスの流速が低下する。この結果、排気ガスがタービンロータ２２のブレードに流入角度の小さい状態で当たるようになり、タービンロータ２２を回転させる効率が低下し、タービンロータ２２の回転上昇が抑制されて過給圧が一定に保たれる。
【００２１】
このとき、弁開口部２６ａより外周スクロール部２５Ａへ流入した排気が制御弁２６Ａの背面に流れ込むことに起因して、外周スクロール部２５ａの入口側に乱流が発生し易いが、本実施形態においては、規制壁２７により排気が制御弁２６Ａの背面に流れ込むことが抑制される。そのため、外周スクロール部２５Ａの排気入口側にて乱流が発生することなく、外周スクロール部２５Ａへの流れが円滑になり、内燃機関の中速域以降での効率低下が防止される。
【００２２】
図３は、上記した一実施形態における規制壁の変形例を示す。この変形例においては、複数の規制壁１２７が、互いに周方向に隣合うものが所定の間隔をもって連続的に並ぶようにタービンハウジング２１の外周スクロール部２５Ａの底面に立設されている。本変形例においては、各規制壁１２７は区画壁２３の連通孔２３ａの径方向外方に位置するように設けられていると共に、各規制壁１２７の上流側壁面は各連通孔２３ａの上流側壁面よりもゆるやかな傾斜状に形成されている。また、最も上流側の規制壁１２７の外周スクロール部２５Ａの流入口側端部は、夫々制御弁２６Ａの傾動端部と所定の小間隙を有して制御弁２６Ａの可動軌跡に沿うように延在している。
【００２３】
この変形例においても、上記した実施形態と同様に、内燃機関の低速域における内周スクロール部２４Ａから外周スクロール部２５Ａへの連通孔２３ａを通した排気ガスの流れを規制壁１２７により防止でき、低速域における所望のタービン効率を得ることができる。また、内燃機関の中速域以降における外周スクロール部２５Ａ入口部での乱流の発生が規制壁１２７により防止され、内燃機関の中速域以降での効率低下を防止することができる。
【００２４】
尚、本発明は、上記した実施形態及び変形例に限られるものではなく、例えば、外周スクロール部内の排気ガスを区画壁の各連通孔に導くように各規制壁の下流側端部を延在させても良い。
【００２５】
【発明の効果】
以上の如く、本発明によれば、弁開口部より外周スクロール部へ流入した排気の流れを規制壁により外周スクロール部に沿う流れに規制することができるので、排気が制御弁の背面へ流れ込むことに起因して乱流が外周スクロール部の排気入口側にて発生することを防止できる。これにより、外周スクロール部への流れが円滑になり、内燃機関の中速域以降での効率低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従った可変容量ターボチャージャの一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の２−２断面図である。
【図３】図１に示す一実施形態の規制壁の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１３  シャフト
２１  タービンハウジング
２１ａ  排気入口
２１ｂ  排気出口
２２  タービンロータ
２３  区画壁
２３ａ  連通孔
２４Ａ  内周スクロール部
２５Ａ  外周スクロール部
２６Ａ  制御弁
２６ａ  弁開口部
２７、１２７  規制壁
３１  コンプレッサハウジング
３２  コンプレッサロータ
【図１】
0004374711.tif 000002
【図２】
0004374711.tif 000003
【図３】
0004374711.tif 000004