(57)【要約】【課題】エンジンが低速回転域にある場合でも、タービンホイールを十分に回転させる。【解決手段】エンジンに備えられた複数の気筒の数に分割された複数のスクロール流路２４ａ〜２４ｄが設けられ、各スクロール流路の上流側と複数の気筒のそれぞれから延びる排気流路とは接続流路２６ａ〜２６ｄによってそれぞれ接続されている。複数の接続流路のうち複数の気筒において排気順序が連続しない気筒のそれぞれから延びる排気流路と接続された接続流路２６ａ，２６ｄ又は２６ｂ，２６ｃ同士は第一ゲート孔２８ａ，２８ｂによってそれぞれ連通され、複数の接続流路２６ａ〜２６ｄは互いに第二ゲート孔３０によって連通されている。そして、エンジンの低速回転域においては、切替ゲートバルブ４０が第一ゲート孔２８ａ，２８ｂ及び第二ゲート孔３０を閉止するゲート閉止位置に位置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに備えられた複数の気筒の数に分割された複数のスクロール流路を有するスクロール部と、
前記複数の気筒のそれぞれから延びる排気流路と前記各スクロール流路の上流側とを接続する複数の接続流路を有すると共に、前記複数の接続流路のうち前記複数の気筒において排気順序が連続しない気筒のそれぞれから延びる排気流路と接続された接続流路同士を連通する第一ゲート孔と、前記複数の接続流路を互いに連通する第二ゲート孔とを有して構成された接続部と、
前記各スクロール流路の下流側と接続されてタービンホイールが回転可能に収容されたタービン室を有するタービン部と、
前記複数の接続流路と前記タービン室の下流側とを接続するバイパス流路を有するバイパス部と、
前記第一ゲート孔及び前記第二ゲート孔を閉止するゲート閉止位置、前記第一ゲート孔を開放し前記第二ゲート孔を閉止する中間位置、及び、前記第一ゲート孔及び前記第二ゲート孔を開放するゲート開放位置に変位可能な切替ゲートバルブと、前記バイパス流路を開閉するウェイストゲートバルブとを有するバルブ機構と、
前記切替ゲートバルブ及び前記ウェイストゲートバルブを作動させるためのアクチュエータと、
を備えたことを特徴とする過給機用タービン。
【請求項２】
前記切替ゲートバルブは、前記第一ゲート孔の貫通方向及び前記第二ゲート孔の貫通方向とそれぞれ直交する方向に移動可能とされている、
ことを特徴とする請求項１に記載の過給機用タービン。
【請求項３】
前記第一ゲート孔、前記第二ゲート孔、前記バイパス流路の入口は、前記切替ゲートバルブの移動方向に沿って並んで配置され、
前記ウェイストゲートバルブは、前記バイパス流路の入口を閉止するバイパス流路閉止位置と、前記第二ゲート孔に対する前記バイパス流路の入口側に位置して前記バイパス流路の入口を開放するバイパス流路開放位置とに変位されるように、前記切替ゲートバルブの移動方向に沿って移動可能とされ、
前記切替ゲートバルブは、前記中間位置から前記ゲート開放位置に移動されるときには前記ウェイストゲートバルブと係止された状態で前記ウェイストゲートバルブを前記バイパス流路閉止位置から前記バイパス流路開放位置に移動させ、
前記アクチュエータは、
前記切替ゲートバルブを前記ゲート閉止位置と前記ゲート開放位置との間で移動させる駆動手段と、
前記ウェイストゲートバルブを前記バイパス流路開放位置に対する前記バイパス流路閉止位置側に付勢する付勢手段と、
を有して構成されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の過給機用タービン。
【請求項４】
前記駆動手段は、前記タービンホイールの回転力によって駆動されるコンプレッサの過給圧を利用して前記切替ゲートバルブを移動させる構成とされている、
ことを特徴とする請求項３に記載の過給機用タービン。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の過給機用タービンと、
前記タービンホイールの回転力によって駆動されるコンプレッサと、
を有し、
前記コンプレッサの過給圧を前記エンジンに供給することを特徴とする過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機用タービン及び過給機に係り、特に複数のスクロール流路を有して構成された過給機用タービン及びこれを備えた過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の過給機用タービンとしては、次のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。例えば、特許文献１に記載の例では、一対のスクロール流路を有するツインスクロールが備えられており、このツインスクロールの各スクロール流路には、４気筒エンジンにおいて排気順序が連続しない一対の気筒にそれぞれ接続されたマニホールドの排気流路が合流された状態でそれぞれ接続されている。
【０００３】
また、ツインスクロールとマニホールドとの間には、上述の各スクロール流路と各排気流路とを接続する一対の接続流路を有する連通管が接続されており、この連通管の内部には、上述の一対の接続流路の連通状態を切り替えるための切替弁が設けられている。この切替弁は、一対の接続流路のうちウェイストゲート弁が設けられた方の接続流路側に傾動されて一対の接続流路を連通させるようになっている。
【０００４】
さらに、一方のスクロール流路の上流側とタービン室の下流側とを接続するバイパス流路の入口は、ウェイストゲート弁によって開閉されるようになっており、このウェイストゲート弁と上述の切替弁とは、別々のアクチュエータによって作動されるようになっている。
【特許文献１】特開昭６３−１１７１２４号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の例では、４気筒のエンジンに対してスクロール流路が二系統とされている。従って、エンジンが低速回転域にある場合には、各気筒から排出された排気ガスが各スクロール流路において十分に流速を高められず、タービンホイールを十分に回転させることができないため、エンジンの低速回転域において十分な過給圧を得られない虞がある。
【０００６】
また、特許文献１に記載の例では、エンジンの回転数の上昇に伴い切替弁が一対の接続流路を連通させているときには、この切替弁が一対の接続流路のうちウェイストゲート弁が設けられた方の接続流路に突出してこの接続流路を狭めることになる。従って、一対の接続流路で互いに排気抵抗が異なり、一対のスクロール流路において排気ガスの流量が不均一になる。この結果、気筒間に背圧の不均一が生じ、例えば火花点火式のエンジンの場合には背圧が高いことに起因してノッキングなどの不具合が生じることでエンジンの本来の性能が阻害される等の虞がある。
【０００７】
さらに、特許文献１に記載の例では、切替弁とウェイストゲート弁には、互いに異なるアクチュエータが用いられているので、コストアップとなると共に過給機用タービンが大型化するという不都合がある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、エンジンが低速回転域にある場合でも、タービンホイールを十分に回転させることができる過給機用タービンを提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、複数のスクロール流路において排気ガスの流量が不均一になることを抑制することができる過給機用タービンを提供することにある。
【００１０】
さらに、本発明の他の目的は、コストダウンすることができると共に小型化することができる過給機用タービンを提供することにある。
【００１１】
また、本発明のさらに他の目的は、エンジンの低速回転域においてもエンジンに十分な過給圧を供給することができる過給機を提供することにある。
【００１２】
また、本発明のさらに他の目的は、エンジンの回転数が上昇しても、エンジンの本来の性能を阻害することを抑制することができる過給機を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、コストダウンすることができると共に小型化することができる過給機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の過給機用タービンは、エンジンに備えられた複数の気筒の数に分割された複数のスクロール流路を有するスクロール部と、前記複数の気筒のそれぞれから延びる排気流路と前記各スクロール流路の上流側とを接続する複数の接続流路を有すると共に、前記複数の接続流路のうち前記複数の気筒において排気順序が連続しない気筒のそれぞれから延びる排気流路と接続された接続流路同士を連通する第一ゲート孔と、前記複数の接続流路を互いに連通する第二ゲート孔とを有して構成された接続部と、前記各スクロール流路の下流側と接続されてタービンホイールが回転可能に収容されたタービン室を有するタービン部と、前記複数の接続流路と前記タービン室の下流側とを接続するバイパス流路を有するバイパス部と、前記第一ゲート孔及び前記第二ゲート孔を閉止するゲート閉止位置、前記第一ゲート孔を開放し前記第二ゲート孔を閉止する中間位置、及び、前記第一ゲート孔及び前記第二ゲート孔を開放するゲート開放位置に変位可能な切替ゲートバルブと、前記バイパス流路を開閉するウェイストゲートバルブとを有するバルブ機構と、前記切替ゲートバルブ及び前記ウェイストゲートバルブを作動させるためのアクチュエータと、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項１に記載の過給機用タービンでは、エンジンの低速回転域において、例えば、切替ゲートバルブがアクチュエータによって作動されることで第一ゲート孔及び第二ゲート孔を閉止するゲート閉止位置に位置され、ウェイストゲートバルブがアクチュエータによって作動されることでバイパス流路を閉止するバイパス流路開放位置に位置される。
【００１６】
そして、このときには、エンジンに備えられた複数の気筒の数に分割された複数のスクロール流路が互いに独立した状態で複数の気筒のそれぞれから延びる排気流路と接続された状態となる。このため、エンジンの排気脈動が利用されると共に気筒間の排気干渉が抑制されつつ各気筒から排出された排気ガスがタービン室に導かれてタービンホイールが回転される。また、複数のスクロール流路は、エンジンに備えられた複数の気筒の数に分割された構成とされている（例えば、４気筒のエンジンに対してスクロール流路が四系統とされている）ので、スクロール流路の入口の断面積が従来の構成に比して小さくなる。従って、エンジンが低速回転域にある場合でも、各気筒から排出された排気ガスの流速が各スクロール流路において十分に高められ、タービンホイールが十分に回転される。
【００１７】
このように、請求項１に記載の過給機用タービンによれば、エンジンが低速回転域にある場合でも、タービンホイールを十分に回転させることができる。
【００１８】
なお、請求項１に記載の過給機用タービンでは、エンジンの中速回転域及び高速回転域においては、切替ゲートバルブ及びウェイストゲートバルブがアクチュエータによって次の如く作動される。
【００１９】
すなわち、エンジンの中速回転域においては、例えば、ウェイストゲートバルブがバイパス流路を閉止するバイパス流路閉止位置に位置された状態で、切替ゲートバルブがアクチュエータによって作動されることで第一ゲート孔を開放し第二ゲート孔を閉止する中間位置に位置される。
【００２０】
そして、このときには、複数のスクロール流路の上流側で排気順序が連続しない気筒のそれぞれから延びる排気流路同士が連通された状態となる。このため、各気筒に対するスクロール流路の入口の断面積はエンジンの低速回転域において切替ゲートバルブがゲート閉止位置に位置されている場合よりも大きくなるので、エンジンが中速回転域にある場合でも、各スクロール流路において排気ガスの流速が適切に調節されて、タービンホイールの回転数が適切に調節される。また、このときには、排気順序が連続しない気筒のそれぞれから延びる排気流路同士を連通させるため、気筒間の排気干渉が抑制され、また、エンジンの排気脈動がタービンホイールの回転のために有効に利用される。
【００２１】
一方、エンジンの高速回転域においては、例えば、切替ゲートバルブがアクチュエータによって作動されることで第一ゲート孔及び第二ゲート孔を開放するゲート開放位置に位置され、ウェイストゲートバルブがアクチュエータによって作動されることでバイパス流路を開放するバイパス流路開放位置に位置される。
【００２２】
そして、このときには、複数のスクロール流路の全てが互いに連通された状態となると共にバイパス流路が開通された状態となる。このため、各気筒に対するスクロール流路の入口の断面積はエンジンの中速回転域において切替ゲートバルブが中間位置に位置されている場合よりもさらに大きくなると共に排気ガスの一部はスクロール流路を迂回してタービン室の下流側に導かれるので、エンジンが高速回転域にある場合でも、各スクロール流路において排気ガスの流速が適切に調節されて、タービンホイールの回転数が適切に調節される。
【００２３】
このように、請求項１に記載の過給機用タービンによれば、エンジンが中速回転域又は高速回転域にある場合でも、各スクロール流路において排気ガスの流速を適切に調節することができ、タービンホイールの回転数を適切に調節することができる。
【００２４】
請求項２に記載の過給機用タービンは、請求項１に記載の過給機用タービンにおいて、前記切替ゲートバルブは、前記第一ゲート孔の貫通方向及び前記第二ゲート孔の貫通方向とそれぞれ直交する方向に移動可能とされている、ことを特徴とする。
【００２５】
請求項２に記載の過給機用タービンによれば、切替ゲートバルブは、第一ゲート孔の貫通方向及び第二ゲート孔の貫通方向とそれぞれ直交する方向に移動可能とされている。従って、切替ゲートバルブが作動されてゲート開放位置に移動された場合でも、この切替ゲートバルブが接続流路に突出することがなく、複数の接続流路で互いに排気抵抗が異なることを抑制することができる。これにより、複数のスクロール流路において排気ガスの流量が不均一になることを抑制することができる
【００２６】
請求項３に記載の過給機用タービンは、請求項２に記載の過給機用タービンにおいて、前記第一ゲート孔、前記第二ゲート孔、前記バイパス流路の入口は、前記切替ゲートバルブの移動方向に沿って並んで配置され、前記ウェイストゲートバルブは、前記バイパス流路の入口を閉止するバイパス流路閉止位置と、前記第二ゲート孔に対する前記バイパス流路の入口側に位置して前記バイパス流路の入口を開放するバイパス流路開放位置とに変位されるように、前記切替ゲートバルブの移動方向に沿って移動可能とされ、前記切替ゲートバルブは、前記中間位置から前記ゲート開放位置に移動されるときには前記ウェイストゲートバルブと係止された状態で前記ウェイストゲートバルブを前記バイパス流路閉止位置から前記バイパス流路開放位置に移動させ、前記アクチュエータは、前記切替ゲートバルブを前記ゲート閉止位置と前記ゲート開放位置との間で移動させる駆動手段と、前記ウェイストゲートバルブを前記バイパス流路開放位置に対する前記バイパス流路閉止位置側に付勢する付勢手段と、を有して構成されている、ことを特徴とする。
【００２７】
請求項３に記載の過給機用タービンでは、切替ゲートバルブが駆動手段によって移動されてゲート閉止位置、中間位置に位置されたときには、ウェイストゲートバルブが付勢手段によって付勢されることによりバイパス流路閉止位置に位置される。
【００２８】
一方、切替ゲートバルブが駆動手段によって中間位置からゲート開放位置側に移動されるときには、切替ゲートバルブとウェイストゲートバルブとが係止されて、ウェイストゲートバルブが付勢手段の付勢力に抗してバイパス流路閉止位置からバイパス流路開放位置側に移動される。そして、切替ゲートバルブが駆動手段によって移動されてゲート開放位置に位置されたときには、ウェイストゲートバルブがバイパス流路開放位置に位置される。
【００２９】
このように、請求項３に記載の過給機用タービンによれば、駆動手段によって切替ゲートバルブを移動させるだけで、これに連動させてウェイストゲートバルブをバイパス流路閉止位置とバイパス流路開放位置との間で移動させることができる。従って、アクチュエータを切替ゲートバルブ及びウェイストゲートバルブに共通の構成とすることができるので、これにより、コストダウンすることができると共に小型化することができる。
【００３０】
請求項４に記載の過給機用タービンは、請求項３に記載の過給機用タービンにおいて、前記駆動手段は、前記タービンホイールの回転力によって駆動されるコンプレッサの過給圧を利用して前記切替ゲートバルブを移動させる構成とされている、ことを特徴とする。
【００３１】
請求項４に記載の過給機用タービンによれば、駆動手段は、タービンホイールの回転力によって駆動されるコンプレッサの過給圧を利用して切替ゲートバルブを移動させる構成とされている。従って、例えばモータ等の電動駆動装置を用いて切替ゲートバルブを移動させる構成に比して、より一層コストダウンすることができると共に小型化することができる。
【００３２】
また、前記課題を解決するために、請求項５に記載の過給機は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の過給機用タービンと、前記タービンホイールの回転力によって駆動されるコンプレッサと、を有し、前記コンプレッサの過給圧を前記エンジンに供給することを特徴とする。
【００３３】
請求項５に記載の過給機によれば、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の過給機用タービンを有することで、エンジンが低速回転域にある場合でも、タービンホイールを十分に回転させることができるので、エンジンの低速回転域においてもエンジンに十分な過給圧を供給することができる。
【００３４】
また、請求項５に記載の過給機によれば、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の過給機用タービンを有することで、複数のスクロール流路において排気ガスの流量が不均一になることを抑制することができるので、例えば、気筒間に背圧の不均一が生じる等を抑制でき、エンジンの本来の性能が阻害されることを抑制することができる。
【００３５】
さらに、請求項５に記載の過給機によれば、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の過給機用タービンを有するので、コストダウンすることができると共に小型化することができる。
【発明の効果】
【００３６】
以上詳述したように、本発明の過給機用タービンによれば、エンジンが低速回転域にある場合でも、タービンホイールを十分に回転させることができると共に、複数のスクロール流路において排気ガスの流量が不均一になることを抑制することができ、しかも、コストダウンすることができると共に小型化することができる。
【００３７】
また、本発明の過給機によれば、エンジンの低速回転域においてもエンジンに十分な過給圧を供給することができると共に、エンジンの回転数が上昇しても、エンジンの本来の性能を阻害することを抑制することができ、しかも、コストダウンすることができると共に小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
【００３９】
図１乃至図１０には、本発明の一実施形態に係る過給機用タービン１０が示されている。これらの図に示されるように、本発明の一実施形態に係る過給機用タービン１０は、例えば４気筒エンジンに装備される過給機の一部を構成するものであり、スクロール部１２、接続部１４、タービン部１６、バイパス部１８、バルブ機構２０、アクチュエータ２２を有して構成されている。
【００４０】
スクロール部１２は、図２，図８，図９に示されるように、複数のスクロール流路２４ａ〜２４ｄを有して構成されている。スクロール流路２４ａ〜２４ｄは、エンジンに備えられた複数の気筒の数、すなわち、本実施形態においては、４系統に分割されている。スクロール流路２４ａ，２４ｂとスクロール流路２４ｃ，２４ｄとは、過給機用タービン１０の軸方向（Ｚ方向）に並んで設けられており、スクロール流路２４ａ，２４ｄとスクロール流路２４ｂ，２４ｃとは、過給機用タービン１０の高さ方向（Ｙ方向）に並んで設けられている。
【００４１】
接続部１４は、図１０に示されるように、４気筒のエンジン８０に備えられた気筒８２ａ〜８２ｄのそれぞれから延びるマニホールド８４ａ〜８４ｄとスクロール部１２との間に設けられている。この接続部１４は、マニホールド８４ａ〜８４ｄの排気流路８６ａ〜８６ｄと各スクロール流路２４ａ〜２４ｄの上流側とを接続する複数の接続流路２６ａ〜２６ｄを有して構成されている。この複数の接続流路２６ａ〜２６ｄは、過給機用タービン１０の長さ方向（Ｘ方向）に延びて形成されている。
【００４２】
そして、図１０に示される複数の接続流路２６ａ〜２６ｄのうち気筒８２ａ，８２ｄのそれぞれから延びる排気流路８６ａ，８６ｄと接続された接続流路２６ａ，２６ｄ同士は、図１に示されるように、過給機用タービン１０の軸方向（Ｚ方向）に沿って貫通された一方の第一ゲート孔２８ａによって連通されている。
【００４３】
同様に、図１０に示される複数の接続流路２６ａ〜２６ｄのうち気筒８２ｂ，８２ｃのそれぞれから延びる排気流路８６ｂ，８６ｃと接続された接続流路２６ｂ，２６ｃ同士は、過給機用タービン１０の軸方向に沿って貫通された他方の第一ゲート孔２８ｂ（図４参照）によって連通されている。
【００４４】
なお、エンジン８０における気筒８２ａ〜８２ｄの排気は、気筒８２ａ、気筒８２ｃ、気筒８２ｄ、気筒８２ｂの順序で行われるようになっている。つまり、気筒８２ａと気筒８２ｄは、排気順序が連続しないようになっており、気筒８２ｂと気筒８２ｃは、排気順序が連続しないようになっている。
【００４５】
また、上述の複数の接続流路２６ａ〜２６ｄは、図６に示されるように、過給機用タービン１０の高さ方向（Ｙ方向）に沿って形成された第二ゲート孔３０によって互いに連通されている。この第二ゲート孔３０は、上述の第一ゲート孔２８ａ，２８ｂに対して接続流路２６ａ〜２６ｄの上流側に位置されている。
【００４６】
タービン部１６は、図２に示されるように、タービン室３２を有して構成されている。このタービン部１６には、各スクロール流路２４ａ〜２４ｄの下流側が接続されると共に、タービンホイール３４が回転可能に収容されている。
【００４７】
図７に示されるバイパス部１８は、上述の複数の接続流路２６ａ〜２６ｄとタービン室３２の下流側とを接続するバイパス流路３６を有して構成されている。バイパス流路３６の入口３８は、上述の第二ゲート孔３０に対して接続流路２６ａ〜２６ｄの上流側に位置されている。
【００４８】
バルブ機構２０は、図１に示されるように、接続流路２６ａ，２６ｂと接続流路２６ｃ，２６ｄとの間に配置されており、図６に示されるように、第一ゲート孔２８ａ，２８ｂ及び第二ゲート孔３０の開閉を切り替えるための切替ゲートバルブ４０と、バイパス流路３６の入口３８を開閉するためのウェイストゲートバルブ４２と、バルブケース４４とを有して構成されている。
【００４９】
切替ゲートバルブ４０は、上述の複数の接続流路２６ａ〜２６ｄの内壁面によって過給機用タービン１０の長さ方向（Ｘ方向）に沿って移動可能に支持されている。つまり、この切替ゲートバルブ４０は、第一ゲート孔２８ａ，２８ｂの貫通方向及び第二ゲート孔３０の貫通方向とそれぞれ直交する方向に移動可能とされている。
【００５０】
そして、この切替ゲートバルブ４０は、第一ゲート孔２８ａ，２８ｂ及び第二ゲート孔３０を閉止するゲート閉止位置（図１，図２参照）と、第一ゲート孔２８ａ，２８ｂを開放し第二ゲート孔３０を閉止する中間位置（図３，図４参照）と、第一ゲート孔２８ａ，２８ｂ及び第二ゲート孔３０を開放するゲート開放位置（図５，図６参照）とに変位可能とされている。
【００５１】
ウェイストゲートバルブ４２は、バルブケース４４に形成された支持凹部４６によって過給機用タービン１０の長さ方向（Ｘ方向）、すなわち、切替ゲートバルブ４０の移動方向と同じ方向に沿って移動可能に支持されている。
【００５２】
そして、このウェイストゲートバルブ４２は、バイパス流路３６の入口３８を閉止するバイパス流路閉止位置（図１〜図４参照）と、第二ゲート孔３０に対するバイパス流路３６の入口３８側に位置してバイパス流路３６の入口３８を開放するバイパス流路開放位置（図５，図６参照）とに変位可能とされている。
【００５３】
また、ウェイストゲートバルブ４２は、切替ゲートバルブ４０に対して接続流路２６ａ〜２６ｄの上流側に配置されており、且つ、切替ゲートバルブ４０側に係止凹部４８を有して構成されている。
【００５４】
そして、このバルブ機構２０では、切替ゲートバルブ４０が中間位置（図３，図４参照）に位置されたときには、切替ゲートバルブ４０が係止凹部４８に入り込んでウェイストゲートバルブ４２と係止されるようになっている。
【００５５】
なお、このウェイストゲートバルブ４２には、図１に示されるように、切替ゲートバルブ４０を挟んだ両側に補助バルブ５０が形成されている。この補助バルブ５０は、ウェイストゲートバルブ４２がバイパス流路閉止位置に位置されているときには、切替ゲートバルブ４０と共に第二ゲート孔３０を閉止する構成とされている。
【００５６】
アクチュエータ２２は、上述の切替ゲートバルブ４０及びウェイストゲートバルブ４２を作動させるためのものであり、図１に示されるように、上述のバルブ機構２０と並んだ状態で接続流路２６ａ，２６ｂと接続流路２６ｃ，２６ｄとの間に配置されている。
【００５７】
ここで、図１１には、このアクチュエータ２２のより具体的な構成が示されている。この図に示されるように、アクチュエータ２２は、駆動手段として駆動部５２と、付勢手段としてのスプリング５４とを有して構成されており、さらに、駆動部５２は、ケース５６、ダイヤフラム５８及びロッド６０を有して構成されている。
【００５８】
ダイヤフラム５８は、ケース５６内に設けられてケース５６内を二つの空間部６２ａ，６２ｂに区画しており、このうち一方の空間部６２ａには、後述するコンプレッサ７２からの過給圧が供給されるようになっている。ロッド６０は、一端側がダイヤフラム５８に固定されると共に他端側がケース５６及びウェイストゲートバルブ４２を貫通して切替ゲートバルブ４０に固定されている。
【００５９】
スプリング５４は、ロッド６０と同軸状に設けられると共にケース５６とウェイストゲートバルブ４２との間に介在されており、ウェイストゲートバルブ４２をケース５６に対して切替ゲートバルブ４０側、つまり、バイパス流路開放位置に対するバイパス流路閉止位置側に付勢している。
【００６０】
そして、このアクチュエータ２２では、タービンホイール３４の回転力によって駆動されるコンプレッサ７２の過給圧を利用して切替ゲートバルブ４０を移動させると共に、この切替ゲートバルブ４０の移動に連動させてウェイストゲートバルブ４２を移動させる構成とされている。
【００６１】
すなわち、エンジン８０が低速回転域にあるときには、ダイヤフラム５８が中立状態とされ、このときには、駆動部５２が切替ゲートバルブ４０をゲート閉止位置（図１，図２に示される位置）に規制する。このときには、切替ゲートバルブ４０とウェイストゲートバルブ４２とが係止されず、ウェイストゲートバルブ４２は、スプリング５４によって付勢されることによりバイパス流路閉止位置（図１，図２に示される位置）に位置される。
【００６２】
一方、エンジン８０が中速回転域にあるときには、コンプレッサ７２の過給圧の上昇に伴いダイヤフラム５８が他方の空間部６２ｂ側に膨張され、これに伴いロッド６０が引き込まれて切替ゲートバルブ４０を中間位置に位置（図３，図４に示される位置）させる。また、このときには、切替ゲートバルブ４０とウェイストゲートバルブ４２とが係止された状態となるが、ウェイストゲートバルブ４２は、スプリング５４によって付勢されることによりバイパス流路閉止位置に位置された状態に維持される。
【００６３】
また、エンジン８０が高速回転域にあるときには、コンプレッサ７２の過給圧の上昇に伴いダイヤフラム５８がさらに他方の空間部６２ｂ側に膨張され、これに伴いロッド６０がさらに引き込まれて切替ゲートバルブ４０を中間位置からゲート開放位置側に移動させる。
【００６４】
また、切替ゲートバルブ４０が中間位置からゲート開放位置側に移動されるときには、切替ゲートバルブ４０とウェイストゲートバルブ４２とが係止されて、ウェイストゲートバルブ４２がスプリング５４の付勢力に抗してバイパス流路閉止位置からバイパス流路開放位置側に移動される。そして、切替ゲートバルブ４０がゲート開放位置（図５，図６に示される位置）に位置されたときには、ウェイストゲートバルブ４２がバイパス流路開放位置（図５，図６に示される位置）に位置される。
【００６５】
そして、上記構成からなる過給機用タービン１０は、図１１に示される如く、コンプレッサ７２とで過給機７０を構成している。コンプレッサ７２は、タービンホイール３４と一体回転可能に連結されたコンプレッサホイール７４を有して構成されており、タービンホイール３４の回転力によってコンプレッサホイール７４が回転されると、これに伴って図１０に示されるエンジン８０に過給圧を供給する構成とされている。
【００６６】
そして、上記構成からなる過給機用タービン１０及びこれを備えた過給機７０によれば、以下の特有な効果を奏する。以下に、過給機用タービン１０及びこれを備えた過給機７０の動作と併せてその効果について説明する。
【００６７】
（エンジン８０の低速回転域）
本発明の一実施形態に係る過給機用タービン１０では、エンジン８０の低速回転域においては、図１，図２に示されるように、切替ゲートバルブ４０がロッド６０によって規制されることでゲート閉止位置に位置され、ウェイストゲートバルブ４２がスプリング５４によって付勢されることでバイパス流路開放位置に位置される。これにより、第一ゲート孔２８ａ，２８ｂ、第二ゲート孔３０及びバイパス流路３６がいずれかも閉止される。
【００６８】
そして、このときには、エンジン８０に備えられた複数の気筒８２ａ〜８２ｄの数に分割された複数のスクロール流路２４ａ〜２４ｄが互いに独立した状態で複数の気筒８２ａ〜８２ｄのそれぞれから延びる排気流路８６ａ〜８６ｄと接続された状態となる。このため、エンジン８０の排気脈動が利用されると共に気筒８２ａ〜８２ｄ間の排気干渉が抑制されつつ各気筒８２ａ〜８２ｄから排出された排気ガスがタービン室３２に導かれてタービンホイール３４が回転される。
【００６９】
また、複数のスクロール流路２４ａ〜２４ｄは、４気筒のエンジン８０に対して四系統とされているので、スクロール流路２４ａ〜２４ｄの入口の断面積が例えば二系統とした場合の半分となる。つまり、図１２のグラフから明らかなように、タービン流量特性が少流量側に適合されたものとなる。従って、エンジン８０が低速回転域にある場合でも、各気筒８２ａ〜８２ｄから排出された排気ガスの流速が各スクロール流路２４ａ〜２４ｄにおいて十分に高められ、タービンホイール３４が十分に回転される。
【００７０】
このように、本発明の一実施形態に係る過給機用タービン１０によれば、エンジン８０が低速回転域にある場合でも、タービンホイール３４を十分に回転させることができる
【００７１】
（エンジン８０の中速回転域）
一方、エンジン８０の中速回転域においては、図３，図４に示されるように、ウェイストゲートバルブ４２がスプリング５４によって付勢されることでバイパス流路閉止位置に位置された状態で、切替ゲートバルブ４０がロッド６０によって引き込まれることで中間位置に位置される。これにより、バイパス流路３６及び第二ゲート孔３０が閉止された状態で、第一ゲート孔２８ａ，２８ｂが開放される。
【００７２】
そして、このときには、複数のスクロール流路２４ａ〜２４ｄの上流側で排気順序が連続しない気筒８２ａ，８２ｄのそれぞれから延びる排気流路８６ａ，８６ｄ同士又は気筒８２ｂ，８２ｃのそれぞれから延びる排気流路８６ｂ，８６ｃ同士が連通された状態となる。このため、各気筒８２ａ〜８２ｄに対するスクロール流路２４ａ〜２４ｄの入口の断面積はエンジン８０の低速回転域において切替ゲートバルブ４０がゲート閉止位置に位置されている場合よりも大きくなる。つまり、図１２のグラフから明らかなように、タービン流量特性が中流量側に適合されたものとなる。従って、エンジン８０が中速回転域にある場合でも、各スクロール流路２４ａ〜２４ｄにおいて排気ガスの流速が適切に調節されて、タービンホイール３４の回転数が適切に調節される。
【００７３】
また、このときには、排気順序が連続しない気筒８２ａ，８２ｄのそれぞれから延びる排気流路８６ａ，８６ｄ同士又は気筒８２ｂ，８２ｃのそれぞれから延びる排気流路８６ｂ，８６ｃ同士を連通させるため、気筒８２ａ，８２ｄ間又は気筒８２ｂ，８２ｃ間の排気干渉が抑制され、また、エンジン８０の排気脈動がタービンホイール３４の回転のために有効に利用される。
【００７４】
（エンジン８０の高速回転域）
さらに、エンジン８０の高速回転域においては、図５，図６に示されるように、切替ゲートバルブ４０がロッド６０によってさらに引き込まれてゲート開放位置に位置される。また、ウェイストゲートバルブ４２は、切替ゲートバルブ４０と係止されて、スプリング５４の付勢力に抗してバイパス流路開放位置に位置される。これにより、第一ゲート孔２８ａ，２８ｂ、第二ゲート孔３０及びバイパス流路３６の入口３８がいずれかも開放される。
【００７５】
そして、このときには、複数のスクロール流路２４ａ〜２４ｄの全てが互いに連通された状態となると共にバイパス流路３６が開通された状態となる。このため、各気筒８２ａ〜８２ｄに対するスクロール流路２４ａ〜２４ｄの入口の断面積はエンジン８０の中速回転域において切替ゲートバルブ４０が中間位置に位置されている場合よりもさらに大きくなる（タービン流量特性は多流量側に適合されたものとなる）と共に排気ガスの一部はスクロール流路２４ａ〜２４ｄを迂回してタービン室３２の下流側に導かれる。従って、エンジン８０が高速回転域にある場合でも、各スクロール流路２４ａ〜２４ｄにおいて排気ガスの流速が適切に調節されて、タービンホイール３４の回転数が適切に調節される。
【００７６】
このように、本発明の一実施形態に係る過給機用タービン１０によれば、エンジン８０が中速回転域又は高速回転域にある場合でも、各スクロール流路２４ａ〜２４ｄにおいて排気ガスの流速を適切に調節することができ、タービンホイール３４の回転数を適切に調節することができる。
【００７７】
しかも、本発明の一実施形態に係る過給機用タービン１０によれば、切替ゲートバルブ４０は、第一ゲート孔２８ａ，２８ｂの貫通方向（Ｚ方向）及び第二ゲート孔３０の貫通方向（Ｙ方向）とそれぞれ直交する方向（Ｘ方向）に移動可能とされている。従って、切替ゲートバルブ４０が作動されてゲート開放位置に移動された場合でも、この切替ゲートバルブ４０が接続流路２６ａ〜２６ｄに突出することがなく、接続流路２６ａと接続流路２６ｄ又は接続流路２６ｂと接続流路２６ｃで互いに排気抵抗が異なることを抑制することができる。これにより、一対のスクロール流路２４ａ，２４ｄ又は一対のスクロール流路２４ｂ，２４ｃにおいて排気ガスの流量が不均一になることを抑制することができる。
【００７８】
さらに、本発明の一実施形態に係る過給機用タービン１０によれば、切替ゲートバルブ４０が第一ゲート孔２８ａ，２８ｂの貫通方向及び第二ゲート孔３０の貫通方向とそれぞれ直交する方向に移動可能とされることで、図１０に示されるように、複数の気筒８２ａ〜８２ｄにおいて排気順序が連続しない気筒８２ａと気筒８２ｄ、気筒８２ｂと気筒８２ｃをそれぞれ対称に配置できる。これにより、一対のマニホールド８４ａ，８４ｄ及び一対のマニホールド８４ｂ，８４ｃのそれぞれにおいて排気抵抗を均一にすることができる。
【００７９】
また、本発明の一実施形態に係る過給機用タービン１０によれば、アクチュエータ２２の駆動部５２によって切替ゲートバルブ４０を移動させるだけで、これに連動させてウェイストゲートバルブ４２をバイパス流路閉止位置とバイパス流路開放位置との間で移動させることができる。従って、アクチュエータ２２を切替ゲートバルブ４０及びウェイストゲートバルブ４２に共通の構成とすることができるので、これにより、コストダウンすることができると共に小型化することができる。
【００８０】
また、本発明の一実施形態に係る過給機用タービン１０によれば、アクチュエータ２２の駆動部５２は、タービンホイール３４の回転力によって駆動されるコンプレッサ７２の過給圧を利用して切替ゲートバルブ４０を移動させる構成とされている。従って、例えばモータ等の電動駆動装置を用いて切替ゲートバルブ４０を移動させる構成に比して、より一層コストダウンすることができると共に小型化することができる。
【００８１】
このように、本発明の一実施形態に係る過給機用タービン１０によれば、エンジン８０が低速回転域にある場合でも、タービンホイール３４を十分に回転させることができると共に、一対のスクロール流路２４ａ，２４ｄ又は一対のスクロール流路２４ｂ，２４ｃにおいて排気ガスの流量が不均一になることを抑制することができ、しかも、コストダウンすることができると共に小型化することができる。
【００８２】
そして、本発明の一実施形態に係る過給機７０によれば、上述の過給機用タービン１０を有することで、エンジン８０が低速回転域にある場合でも、タービンホイール３４を十分に回転させることができるので、エンジン８０の低速回転域においてもエンジン８０に十分な過給圧を供給することができる。
【００８３】
また、本発明の一実施形態に係る過給機７０によれば、上述の過給機用タービン１０を有することで、一対のスクロール流路２４ａ，２４ｄ又は一対のスクロール流路２４ｂ，２４ｃにおいて排気ガスの流量が不均一になることを抑制することができるので、例えば、気筒８２ａ，８２ｄ間又は気筒８２ｂ，８２ｃ間に背圧の不均一が生じる等を抑制でき、エンジン８０の本来の性能が阻害されることを抑制することができる。
【００８４】
さらに、本発明の一実施形態に係る過給機７０によれば、上述の過給機用タービン１０を有するので、コストダウンすることができると共に小型化することができる。
【００８５】
このように、本発明の一実施形態に係る過給機７０によれば、エンジン８０の低速回転域においてもエンジン８０に十分な過給圧を供給することができると共に、エンジン８０の回転数が上昇しても、エンジン８０の本来の性能を阻害することを抑制することができ、しかも、コストダウンすることができると共に小型化することができる。
【００８６】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能であることは勿論である。
【００８７】
例えば、上記実施形態において、過給機用タービン１０は、４気筒のエンジン８０に装備される過給機７０の一部を構成するように構成されていたが、その他にも、例えば、４気筒以上の５気筒、６気筒、８気筒等の複数の気筒を有するエンジンに装備される過給機の一部を構成するように構成されていても良い。
【００８８】
また、上記実施形態では、ウェイストゲートバルブ４２に第二ゲート孔３０を閉止するための補助バルブ５０が形成されていたが、ウェイストゲートバルブ４２から補助バルブ５０が省かれた上で切替ゲートバルブ４０のみによって第二ゲート孔３０が閉止されるように構成されていても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の一実施形態に係る過給機用タービンの一部断面を含む平面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る過給機用タービンの一部断面を含む側面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る過給機用タービンの動作説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る過給機用タービンの動作説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る過給機用タービンの動作説明図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る過給機用タービンの動作説明図である。
【図７】図１の７−７線断面図である。
【図８】図１の８−８線断面図である。
【図９】図２の９−９線断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る過給機用タービンとエンジンとの接続状態を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る過給機とアクチュエータの構成を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る過給機用タービンのタービン流量特性を示す図である。
【符号の説明】
【００９０】
１０  過給機用タービン
１２  スクロール部
１４  接続部
１６  タービン部
１８  バイパス部
２０  バルブ機構
２２  アクチュエータ
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ  スクロール流路
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ  接続流路
２８ａ，２８ｂ  第一ゲート孔
３０  第二ゲート孔
３２  タービン室
３４  タービンホイール
３６  バイパス流路
３８  バイパス流路の入口
４０  切替ゲートバルブ
４２  ウェイストゲートバルブ
４４  バルブケース
５２  駆動部（駆動手段）
５４  スプリング（付勢手段）
７０  過給機
７２  コンプレッサ
７４  コンプレッサホイール
８０  エンジン
８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄ  気筒
８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄ  マニホールド
８６ａ，８６ｂ，８６ｃ，８６ｄ  排気流路
【図１】
2009150226.tif 000003
【図２】
2009150226.tif 000004
【図３】
2009150226.tif 000005
【図４】
2009150226.tif 000006
【図５】
2009150226.tif 000007
【図６】
2009150226.tif 000008
【図７】
2009150226.tif 000009
【図８】
2009150226.tif 000010
【図９】
2009150226.tif 000011
【図１０】
2009150226.tif 000012
【図１１】
2009150226.tif 000013
【図１２】
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