(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、前記両スクロール部の流入口側に配設されてこれら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、前記各スクロール部のスクロール面積が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は、スクロール始点位置からスクロール所定位置までの間は相似的に漸次縮小し、かつ、前記所定位置から終端位置までの間は前記区画壁の通気孔の軸方向の幅を保持した状態で軸方向に漸次縮小している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、前記スクロール所定位置は、前記通気孔の軸方向の幅と前記内周スクロール部の前記タービンロータ側への流出口の軸方向の幅とが略一致する位置であることを特徴とする可変容量ターボチャージャ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の可変容量ターボチャージャにおいて、前記内周スクロール部と前記外周スクロール部のスクロール始点位置におけるスクロール面積は、前記外周スクロール部が前記内周スクロール部より大きく設定され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て、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、前記両スクロール部の流入口側に配設されてこれら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、前記各スクロール部のスクロール面積が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。
【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】
【発明が解決しようとする課題】
このように、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を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】
しかしながら、外周スクロール部から内周スクロール部への排気の流入量は、外周スクロール部における各通気孔に対応する部位のスクロール断面の形状に大きく影響され、外周スクロール部のスクロール断面の形状によっては、外周スクロール部の排気を設定された適正量だけ内周スクロール部へ流入させることができないおそれがある。この場合、コンプレッサロータにおいては、エンジンの回転速度に応じて設定された過給圧を得ることができなくなる。従って、本発明の目的は、かかる問題に対処することにある。
【０００８】
【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、前記両スクロール部の流入口側に配設されてこれら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、前記各スクロール部のスクロール面積が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形式の可変容量ターボチャージャを適用対象とするものである。
【０００９】
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を、スクロール始点位置からスクロール所定位置までの間は相似的に漸次縮小させ、かつ、前記所定位置から終端位置までの間は前記区画壁の通気孔の軸方向の幅を保持した状態で軸方向に漸次縮小させる構成としていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明に係る可変容量ターボチャージャにおいては、前記スクロール所定位置を、前記通気孔の軸方向の幅と前記内周スクロール部の前記タービンロータ側への流出口の軸方向の幅とが略一致する位置とすることができる。
【００１１】
また、本発明に係る可変容量ターボチャージャにおいては、前記内周スクロール部と前記外周スクロール部のスクロール始点位置におけるスクロール面積を、前記外周スクロール部が前記内周スクロール部より大きい関係に設定することができる。
【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は、各スクロール部のスクロール面積が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た可変レンジの大きい可変容量ターボチャージャにおいて、外周スクロール部を、スクロール始点位置からスクロール所定位置までの間は相似的に漸次縮小させ、かつ、所定位置から終端位置までの間は区画壁の通気孔の軸方向の幅を保持した状態で軸方向に漸次縮小させる構成としている。
【００１３】
かかる外周スクロール部のスクロール断面の形状は、外周スクロール部を流れる排気の各通気孔を通して内周スクロール部への流入を円滑にし、特に、所定位置から終端位置までの間においても、通気孔の軸方向の幅が十分に確保されているため、各通気孔は外周スクロール部から内周スクロール部への排気の流入を妨げることなく、外周スクロール部からの排気を内周スクロール部へ円滑に流入させることになり、内周スクロール部へ適正量の排気を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し、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過給圧を得ることができる。
【００１４】
本発明に係る可変容量ターボチャージャにおいて、前記スクロール所定位置を、通気孔の軸方向の幅と内周スクロール部のタービンロータ側への流出口の軸方向の幅とが略一致する位置に設定することにより、さらには、内周スクロール部と外周スクロール部のスクロール始点位置におけるスクロール面積を、外周スクロール部が内周スクロール部より大きい関係に設定することにより、ターボチャージャにおける可変レンジをさらに拡大させることができる。
【００１５】
【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は本発明の一例に係る可変容量ターボチャージャを示すもので、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２０とコンプレッサ部３０にて構成されている。
【００１６】
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２０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２０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。
【００１７】
タービン部２０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。
【００１８】
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２４と外周スクロール部２５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。
【００１９】
当該タービン部２０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２６が配設されている。制御弁２６は、外周スクロール部２５の流入開口部２５ａ（弁開口）の開口度合いを制御するもので、その先端部が区画壁２３の先端部に延びて同先端部の弁座部に着座している。制御弁２６は、この状態で外周スクロール部２５の流入開口部２５ａ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開閉動作を制御される。
【００２０】
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。
【００２１】
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側に向けて漸次先太り形状になっている。
【００２２】
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２４および外周スクロール部２５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。また、外周スクロール部２５は内周スクロール部２４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。図３（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、両スクロール部２４，２５の各部位におけるスクロール断面形状を示すもので、図３（ａ）〜（ｄ）は図２に示すスクロール始点位置（Ａ）、スクロール中間位置（Ｂ）、スクロール所定位置（Ｃ）、およびスクロール終端位置（Ｄ）におけるスクロール断面形状を示している。
【００２３】
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２５が、スクロール始点位置（Ａ）からスクロール所定位置（Ｃ）までの間は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、スクロール断面形状が相似的に漸次縮小するように形成されており、かつ、スクロール所定位置（Ｃ）からスクロール終端位置（Ｄ）までの間は区画壁２３の連通孔２３ａの軸方向の幅を保持した状態で軸方向に漸次縮小するように形成されている。なお、軸方向とはタービンロータ２２の軸心を通る軸線Ｌに平行する方向をいう。スクロール所定位置（Ｃ）は、連通孔２３ａの軸方向の幅と内周スクロール部２４のタービンロータ２２側への流出口２４ａの軸方向の幅とが略一致する位置に設定されている。
【００２４】
また、内周スクロール部２４が、タービンロータ２２側への流出口２４ａの軸方向の幅を保持した状態で、スクロール始点位置（Ａ）からスクロール所定位置（Ｃ）までの間は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、スクロール断面形状が相似的に漸次縮小するように形成されており、かつ、スクロール所定位置（Ｃ）からスクロール終端位置（Ｄ）までの間は径方向に漸次縮小するように形成されている。
【００２５】
当該可変容量ターボチャージャにおいては、エンジンからの排気を、タービン部２０を構成するタービンハウジング２１の排気導入口２１ａを通して排気通路に導入することにより作動し、コンプレッサ部３０においては設定された過給圧を発生させ、この過給圧をエンジンの吸気口に供給する。
【００２６】
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２５の流入開口部２５ａが制御弁２６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２４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って、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。
【００２７】
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２６の作動により外周スクロール部２５の流入開口部２５ａ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２４と外周スクロール部２５の両者に流入し、内周スクロール部２４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。
【００２８】
この間、外周スクロール部２５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２４に流入する。この場合、排気の内周スクロール部２４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の必要以上の回転を防止し、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過給圧に制御される。
【００２９】
ところで、当該可変容量ターボチャージャにおいては、各スクロール部２４，２５のスクロール面積を、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して、可変レンジの大きい可変容量ターボチャージャを構成しているが、特に、外周スクロール部２５を図３に示すように、スクロール始点位置（Ａ）からスクロール所定位置（Ｃ）までの間は相似的に漸次縮小させ、かつ、スクロール所定位置（Ｃ）からスクロール終端位置（Ｄ）までの間は区画壁２３の連通孔２３ａの軸方向の幅を保持した状態で軸方向に漸次縮小させる構成としている。
【００３０】
このような外周スクロール部２５のスクロール断面の形状は、外周スクロール部２５を流れる排気の各連通孔２３ａを通して内周スクロール部２４への流入を円滑にし、特に、スクロール所定位置（Ｃ）からスクロール終端位置（Ｄ）までの間においても、連通孔２３ａの軸方向の幅を十分に確保しているため、各連通孔２３ａは外周スクロール部２５から内周スクロール部２４への排気の流入を妨げることなく、外周スクロール部２５からの排気を内周スクロール部２４へ円滑に流入させることになり、内周スクロール部２４へ適正量の排気を確実に流入させて内周スクロール部２４の排気を設定された流速に制御し、コンプレッサロータ３２において発生する過給圧を、エンジンの回転速度に応じて設定された値に制御する。
【００３１】
また、当該可変容量ターボチャージャにおいては、スクロール所定位置（Ｃ）を、図３（ｃ）に示すように、連通孔２３ａの軸方向の幅と内周スクロール部２４のタービンロータ２２側への流出口２４ａの軸方向の幅とが略一致する位置に設定しているため、さらには、内周スクロール部２４と外周スクロール部２５のスクロール始点位置（Ａ）におけるスクロール面積を、外周スクロール部２５が内周スクロール部２４より大きい関係に設定しているため、可変容量ターボチャージャにおける可変レンジを一層拡大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例に係る可変容量ターボチャージャの断面図である。
【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２に示すスクロール始点位置（Ａ）における断面図（ａ）、同中間位置（Ｂ）における断面図（ｂ）、同所定位置（Ｃ）における断面図（ｃ）、および終端位置（Ｄ）における断面図（ｄ）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、２０…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、２４…内周スクロール部、２４ａ…流出口、２５…外周スクロール部、２５ａ…流入開口部（弁開口）、２６…制御弁、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】
0004370661.tif 000002
【図２】
0004370661.tif 000003
【図３】
0004370661.tif 000004