(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンハウジングとコンプレッサハウジング間にて回転可能に支持されて一端が前記タービンハウジングに臨みかつ他端が前記コンプレッサハウジングに臨むシャフトと、同シャフトの一端側に一体回転可能に設けられて前記タービンハウジングの排気通路に位置するタービンロータと、前記シャフトの他端側に一体回転可能に設けられて前記コンプレッサハウジングの吸気通路に位置するコンプレッサロータを備え、かつ、前記タービンハウジングは、前記排気通路における前記タービンロータの上流側を内周スクロール部と外周スクロール部に区画するとともに同外周スクロール部を流通する排気の一部を前記内周スクロール部へ流入して同内周スクロール部の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流入口側に配設されて同流入口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の流量を制御する制御弁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のスクロール面積を前記内周スクロール部のスクロール面積に比較して大きく形成するとともに、前記外周スクロール部のスクロール面積を軸方向に拡大して、同外周スクロール部内に断面が軸方向に長い主排気流路と、同主排気流路とは段差を有して前記区画壁側に位置し断面が軸方向に短い凹溝状の副排気流路を形成し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】
請求項１に記載の可変容量ターボチャージャにおいて、前記各スクロール部はスクロール面積が上流側から下流側へ漸次縮小する先細り形状を呈してい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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変容量ターボチャージャに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ターボチャージャの一形式として、特開平１０−８９７７号公報にて提案されているような、可変容量ターボチャージャがある。当該可変容量ターボチャージャは、エンジンの低速域では、少ない排気でタービンロータを効率的に回転させて所望の過給圧を得るとともに、エンジンの中速域および高速域では、タービンロータの回転をエンジンの回転速度に応じて規制して過給圧を設定された圧力に制御することにより、ターボチャージャの機能を向上させるべく意図しているものである。
【０００３】
当該可変容量ターボチャージャは、タービンハウジングとコンプレッサハウジング間にて回転可能に支持されて一端がタービンハウジングに臨みかつ他端がコンプレッサハウジングに臨むシャフトと、同シャフトの一端側に一体回転可能に設けられて前記タービンハウジングの排気通路に位置するタービンロータと、前記シャフトの他端側に一体回転可能に設けられて前記コンプレッサハウジングの吸気通路に位置するコンプレッサロータを備えていることを基本構成とし、さらには下記のごとく構成されている。
【０００４】
すなわち、当該可変容量ターボチャージャにおいては、前記タービンハウジングは、前記排気通路における前記タービンロータの上流側を内周スクロール部と外周スクロール部に区画するとともに同外周スクロール部を流通する排気の一部を前記内周スクロール部へ流入して同内周スクロールの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流入口側に配設されて同流入口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の流量を制御する制御弁を備えた構成となっている。
【０００５】
かかる構成の可変容量ターボチャージャにおいては、エンジンの回転速度に応じて内周スクロール部と外周スクロール部への排気の流入量を制御することにより、エンジンの回転速度に応じた適正速度の排気をタービンロータに供給して、コンプレッサロータにおいてエンジンの回転速度に応じて設定された適正な過給圧を得るものである。
【０００６】
従って、当該可変容量ターボチャージャにおいては、外周スクロール部を流れる排気の一部を区画壁の各通気孔を通して内周スクロール部へ適正量だけ確実に流入させて内周スクロール部の排気を設定された流速に制御することが肝要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、当該形式の可変容量ターボチャージャにおいては、可変容量（容量レンジ）の拡大を図るには、外周スクロール部のスクロール面積を拡大することが有効な手段である。しかしながら、外周スクロール部のスクロール面積を拡大した場合には、外周スクロール部を流動する排気の区画壁の連通孔への指向が阻害され、排気の同連通孔を通しての内周スクロール部への流入を妨げることになって、可変容量ターボチャージャの効率低下をまねく。また、外周スクロール部のスクロール面積を拡大すると、ターボチャージャが径方向に大型化することになり、車両への搭載性の影響を及ぼすことになる。
【０００８】
従って、本発明の目的は、可変容量ターボチャージャにおける可変容量の拡大を図る場合、車両への搭載性に影響を及ぼすことなく、かつ、外周スクロール部を流動する排気の内周スクロール部への流入を円滑にすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は可変容量ターボチャージャに関するもので、下記に示す形式のターボチャージャを適用対象とするものである。
すなわち、本発明は、タービンハウジングとコンプレッサハウジング間にて回転可能に支持されて一端が前記タービンハウジングに臨みかつ他端が前記コンプレッサハウジングに臨むシャフトと、同シャフトの一端側に一体回転可能に設けられて前記タービンハウジングの排気通路に位置するタービンロータと、前記シャフトの他端側に一体回転可能に設けられて前記コンプレッサハウジングの吸気通路に位置するコンプレッサロータを備え、かつ、前記タービンハウジングは、前記排気通路における前記タービンロータの上流側を内周スクロール部と外周スクロール部に区画するとともに同外周スクロール部を流通する排気の一部を前記内周スクロール部へ流入して同内周スクロール部の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流入口側に配設されて同流入口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の流量を制御する制御弁を備えている形式の可変容量ターボチャージャを適用対象とする。
【００１０】
しかして、本発明に係る可変容量ターボチャージャは、上記した形式の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のスクロール面積を前記内周スクロール部のスクロール面積に比較して大きく形成するとともに、前記外周スクロール部のスクロール面積を軸方向に拡大して、同外周スクロール部内に断面が軸方向に長い主排気流路と、同主排気流路とは段差を有して前記区画壁側に位置し断面が軸方向に短い凹溝状の副排気流路を形成したことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明に係る可変容量ターボチャージャにおいては、前記各スクロール部を、スクロール面積が上流側から下流側へ漸次縮小する先細り形状に形成することができる。
【００１２】
【発明の作用・効果】
本発明に係る可変容量ターボチャージャにおいては、外周スクロール部の排気流動方向の全ての部位でのスクロール面積を内周スクロール部の同様のスクロール面積より大きくして可変容量の拡大を図っているが、特に、外周スクロール部のスクロール面積を軸方向に拡大して、外周スクロール部内を断面が軸方向に長い主排気流路と、同主排気流路とは段差を有して前記区画壁側に位置し断面が軸方向に短い凹溝状の副排気流路に形成していることから、下記のごとき作用効果を奏するものである。
【００１３】
すなわち、当該可変容量ターボチャージャにおいては、外周スクロール部のスクロール面積を軸方向に拡大しているため、装置の径方向の大型化が抑制されて、車両への搭載性が大きく損なわれるようなことはない。また、外周スクロール部内を、断面が軸方向に長い主排気流路と、同主排気流路とは段差を有して区画壁側に位置し断面が軸方向に短い凹溝状の副排気流路に形成しているため、凹溝状の副排気流路が主排気流路を流れる排気の一部を整流して助走させて、区画壁の連通孔に導入すべく機能する。これにより、外周スクロール部を流動する排気の一部は各連通孔に容易に導入されて、何等妨げられることなく内周スクロール部へ円滑に流入し、ターボチャージャの効率低下を防止する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を図面に基づいて説明する。図１および図２は本発明に係る可変容量ターボチャージャの第１実施形態を示すもので、当該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。
【００１５】
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内にて軸受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、かつ、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、かつ、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。
【００１６】
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。
【００１７】
タービンハウジング２１は、排気導入口２１ａと排気排出口２１ｂを備え、排気導入口２１ａと排気排出口２１ｂ間が排気通路に形成されており、同排気通路におけるタービンロータ２２の配設位置より上流側に、区画壁２３が設けられている。タービンハウジング２１におけるタービンロータ２２の配設位置より上流側の内周面は、区画壁面に形成されていて、区画壁２３は、排気通路におけるタービンロータ２２の配設位置より上流側の部位を、内周スクロール部２４Ａと外周スクロール部２５Ａに区画している。区画壁２３には、連通孔２３ａが下流側に沿って多数形成されている。連通孔２３ａは、その上流側壁が緩やかな傾斜状に、かつ、その下流側壁がきつい傾斜状に形成されていて、タービンロータ２２の軸心に向かって所定の傾斜角度で指向している。
【００１８】
当該タービン部２０Ａにおいては、タービンハウジング２１の排気導入口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への流入開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、図示しない操作手段にて、エンジンの回転速度に応じて弁開口部２６ａを開閉動作する。
【００１９】
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の他側に取付けられている。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。
【００２０】
コンプレッサハウジング３１は、コンプレッサ導入口３１ａとコンプレッサ排出口３１ｂを備え、コンプレッサ導入口３１ａとコンプレッサ排出口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がリング状のスクロール部３３，３４に形成されている。各スクロール部３３，３４は、コンプレッサ排出口３１ｂに隣接する位置からコンプレッサハウジング３１の外周に沿ってコンプレッサ排出口３１ｂまで延びていて、コンプレッサ排出口３１ｂ側に向かって漸次先太り形状になっている。
【００２１】
しかして、当該可変容量ターボチャージャにおいては、図１〜図３に示すように、内周スクロール部２４Ａおよび外周スクロール部２５Ａは、上流側から下流側に沿って漸次縮小する先細り形状に形成されているとともに、外周スクロール部２５Ａは内周スクロール部２４Ａに比較して、上流側から下流側の全ての部位においてスクロール面積が大きく設定されている。また、外周スクロール部２５Ａにおいては、そのスクロール面積を軸方向に拡大して、外周スクロール部２５Ａ内を断面が軸方向に長い主排気流路２５ａ１、主排気流路２５ａ１とは段差を有して区画壁２３側に位置し断面が軸方向に短い凹溝状の副排気流路２５ａ２に形成している。なお、軸方向とは、タービンロータ２２の軸線Ｌに平行な方向をいい、図３の２点鎖線は主排気流路２５ａ１と副排気流路２５ａ２の段差を表示する線である。また、図４に示す可変容量ターボチャージャは、外周スクロール部２５Ａ内に副排気流路が形成されていない例であって、図２に示す本発明に係る可変容量ターボチャージャの第１実施形態と比較するために示している。
【００２２】
当該可変容量ターボチャージャにおいて、排気量が少ないエンジンの低速域では、外周スクロール部２５Ａへの流入開口部を構成する弁開口部２６ａが制御弁２６Ａにより閉鎖されていて、タービンハウジング２１の排気導入口２１ａを通して導入された排気は内周スクロール部２４Ａに流入して所定の流速にてタービンロータ２２を回転させ、排気排出口２１ｂを経て外部へ排出される。この間、タービンロータ２２の回転によりシャフト１３が回転して、コンプレッサロータ３２を回転させる。この結果、大気がコンプレッサハウジング３１のコンプレッサ導入口３１ａから吸気通路に導入され、コンプレッサロータ３２により圧縮されて設定された過給圧となり、コンプレッサ排出口３１ｂを経て高い密度の吸気としてエンジンの吸気口へ導入される。
【００２３】
一方、当該可変容量ターボチャージャにおいて、排気量が多いエンジンの中速域または高速域では、制御弁２６Ａの作動により弁開口部２６ａがエンジンの回転速度に応じて開放されて、タービンハウジング２１の排気導入口２１ａを通して導入された排気は内周スクロール部２４Ａと外周スクロール部２５Ａの両者に流入し、内周スクロール部２４Ａに流入した排気は、上記したと同様に、タービンロータ２２を回転させて排気排出口２１ｂを経て外部へ排出される。
【００２４】
この間、外周スクロール部２５Ａに流入した排気の一部は、区画壁２３の各連通孔２３ａを通して内周スクロール部２４Ａに流入する。この場合、排気の内周スクロール部２４Ａへの流入方向は、各連通孔２３ａの指向方向に沿ってタービンロータ２２の軸心へ向かう方向となって、内周スクロール部２４内を流れる排気のタービンロータ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に当たる排気の流速を下げる。これにより、タービンロータ２２は必要以上の回転を規制されて、コンプレッサロータ３２の必要以上の回転が防止され、過給圧は排気量が多いエンジンの中速域または高速域においても設定された圧力に制御される。
【００２５】
ところで、当該可変容量ターボチャージャにおいては、可変容量（容量レンジ）の拡大を図るためには、外周スクロール部２５Ａのスクロール面積を拡大しているが、この場合、外周スクロール部２５Ａのスクロール面積を軸方向に拡大しているため、径方向への大型化が抑制され、車両への搭載性の影響を防止することができる。
【００２６】
また、外周スクロール部２５Ａのスクロール面積を軸方向に拡大する手段を採る場合、図４に示すように、スクロール面積を単に軸方向に拡大するのみでは、外周スクロール部２５Ａを流れる排気が区画壁２３の連通孔２３ａに指向する際（矢印Ａ方向）、連通孔２３ａの角部により阻害されて、排気の連通孔２３ａを通しての内周スクロール部２４への流入が円滑にはなされない。
【００２７】
これに対して、当該可変容量ターボチャージャにおいては、図３に示すように、外周スクロール部２５Ａ内を主排気流路２５ａ１と凹溝状の副排気流路２５ａ２に形成している。このため、副排気流路２５ａ２は主排気流路２５ａ１を流れる排気の一部を整流して助走させて矢印Ｂに示す方向に指向させ、排気の連通孔２３ａを通しての内周スクロール部２４Ａへの流入を円滑にする。すなわち、外周スクロール部２５Ａを流れる排気の一部を、何等妨げられることなく、内周スクロール部２４Ａへ円滑に流入することができて、ターボチャージャの効率低下を防止することができる。
【００２８】
図５および図６は、本発明に係る可変容量ターボチャージャの第２実施形態を示しており、当該可変容量ターボチャージャにおいて、タービン部２０Ａとは異なるタービン部２０Ｂを採用している点、制御弁２６Ａとは異なる形式の制御弁２６Ｂを採用している点を除き、第１実施形態の可変容量ターボチャージャと実質的に同一の構成となっている。制御弁２６Ｂは、バタフライ式のものであって、その中間基部が排気流入口側にてその上流側と下流側間の中間部に取付けられて、排気の上流側および下流側の両側が傾動端部となっている。これにより、制御弁２６Ｂは、作動時には、弁開口部２６ｂの上流側および下流側を同時に開閉動作する。
【００２９】
しかして、当該可変容量ターボチャージャにおいても、内周スクロール部２４Ｂおよび外周スクロール部２５Ｂは、上流側から下流側に沿って漸次縮小する先細り形状に形成されているとともに、外周スクロール部２５Ｂは内周スクロール部２４Ｂに比較して、上流側から下流側の全ての部位においてスクロール面積が大きく設定されている。また、外周スクロール部２５Ｂにおいては、そのスクロール面積を軸方向に拡大して、外周スクロール部２５Ｂ内を断面が軸方向に長い主排気流路２５ｂ１と、主排気流路２５ｂとは段差を有して区画壁２３側に位置し断面が軸方向に短い凹溝状の副排気流路２５ｂ２に形成している。
【００３０】
従って、当該可変容量ターボチャージャにおいても、外周スクロール部２５Ｂ内を主排気流路２５ｂ１と凹溝状の副排気流路２５ｂ２に形成していることから、副排気流路２５ｂ２は主排気流路２５ｂ１を流れる排気の一部を整流して助走させて連通孔２３ａの方向に指向させ、排気の連通孔２３ａを通しての内周スクロール部２４Ｂへの流入を円滑にする。すなわち、外周スクロール部２５Ｂを流れる排気の一部を、何等妨げられることなく、内周スクロール部２４Ｂへ円滑に流入させることができて、ターボチャージャ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】本発明に係る可変容量ターボチャージャの第１実施形態を示す断面図である。
【図２】同可変容量ターボチャージャの図１における２−２線での断面図である。
【図３】同可変容量ターボチャージャの図１の一部を拡大して示す拡大断面図である
【図４】同可変容量ターボチャージャと比較するための可変容量ターボチャージャの図３に対応する拡大断面図である。
【図５】本発明に係る可変容量ターボチャージャの第２実施形態を示す図１に対応する断面図である。
【図６】同可変容量ターボチャージャの図２に対応する断面図である。
【符号の説明】
１０…連結部、１１…ベアリングハウジング、１２…軸受、１３…シャフト、２０Ａ，２０Ｂ…タービン部、２１…タービンハウジング、２１ａ…排気導入口、２１ｂ…排気排出口、２２…タービンロータ、２３…区画壁、２３ａ…連通孔、２４Ａ，２４Ｂ…内周スクロール部、２５Ａ，２５Ｂ…外周スクロール部、２５ａ１，２５ｂ１…主排気流路、２５ａ２，２５ｂ２…副排気流路、２６Ａ，２６Ｂ…制御弁、２６ａ，２６ｂ…弁開口部、３０…コンプレッサ部、３１…コンプレッサハウジング、３１ａ…コンプレッサ導入口、３１ｂ…コンプレッサ排出口、３２…コンプレッサロータ、３３，３４…スクロール部。
【図１】
0004370662.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004370662.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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