JP2001263079A - 可変容量ターボチャージャ - Google Patents

可変容量ターボチャージャ

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JP2001263079A JP2000075336A JP2000075336A JP2001263079A JP 2001263079 A JP2001263079 A JP 2001263079A JP 2000075336 A JP2000075336 A JP 2000075336A JP 2000075336 A JP2000075336 A JP 2000075336A JP 2001263079 A JP2001263079 A JP 2001263079A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】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してターボチャージャの効率
低下を防止する。 【解決手段】外周スクロール部２５Ａのスクロール面積
を内周スクロール部２４Ａのスクロール面積に比較して
排気の流れ方向の全ての部位にて大きく形成し、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
とともに、外周スクロール部２５Ａ内に断面が軸方向に
長い主排気流路２５ａ１と、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を形成して、副排気流路２５
ａ２の整流助走作用にて外周スクロール部２５Ａ内の排
気を連通孔２３ａ側に良好に指向させる。

Description

【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２
１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２
１ａ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２
６Ａ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２５
ａ１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３
１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２３
ａ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２
３ａ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２
５ａ２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２
３ａ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２
６Ａ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２
６ｂ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２５
ｂ１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、２
１…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、２５ａ１，２５ｂ
１…主排気流路、２５ａ２，２５ｂ２…副排気流路、２
６Ａ，２６Ｂ…制御弁、２６ａ，２６ｂ…弁開口部、３
０…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。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
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