JP2004300966A - 可変容量ターボチャージャ - Google Patents

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Abstract

【課題】内燃機関の可変容量ターボチャージャにおいて、性能特性のバラツキの低減をはかると共に、区画壁の信頼性向上をはかる。
【解決手段】タービンロータ２２を収容すると共に、排気入口２１ａ、排気出口２１ｂを有し、タービンロータ２２と排気入口２１ａ側との間に形成されるその断面積が漸次減少するスクロール部を径方向に内周スクロール部２４と外周スクロール部２５とに分割すると共に外周スクロール部２５を流れる排気を内周スクロール部２４へ流入して内周スクロール部２４を流れる排気の流速を規制する複数の連通孔２８を有する区画壁２３を備える可変容量ターボチャージャ１において、タービンハウジング２１はスクロール部を画成するインサートタービン（蓋部材）２９が配設され、該インサートタービン２９に区画壁２３を形成すること。
【選択図】 図１

Description

【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】
従来技術の可変容量ターボチャージャとしては、低速域での性能確保及び中・高速域での性能を確保するため、タービンハウジングに内・外周スクロールを設けると共に内・外周スクロールを隔てるベーン（区画壁）を設けるものがある。ところで、この従来技術のものにおいては、区画壁は、タービンハウジングと一体化し鋳造にて形成されている。しかしながら、区画壁を鋳造で形成するので、中・高速域での性能を確保するために、内・外周スクロール内の排気流れをスムーズに合流させる場合、排気流れのガイド機能に限界がある。また、性能特性のバラツキが大きくなる。
【０００３】
一方、ディーゼルエンジンの高出力化及びガソリンエンジンの直噴化により排気の温度が高温化しているため、区画壁の温度上昇に伴う熱膨張による応力集中が原因となり亀裂が発生し信頼性が低下することが懸念される。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−８９７７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、内燃機関の可変容量ターボチャージャにおいて、可変容量ターボチャージャの性能特性のバラツキの低減をはかると共に、区画壁の信頼性向上をはかることを、その技術的課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第１の技術的手段は、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、排気出口を有し、前記タービンロータと前記排気入口側との間に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制御する区画壁と、前記外周スクロール部の排気入口側に配設される流入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る可変容量ターボチャージャにおいて、前記タービンハウジングの開口端面には前記内外周スクロール部を画成する蓋部材が配設され、該蓋部材に前記区画壁が形成した可変容量ターボチャージャとしたことである。
【０００７】
上記の手段によれば、タービンハウジングはスクロール部を画成する蓋部材が配設され、蓋部材に区画壁が形成されていることにより、区画壁は従来タービンハウジングと一体で鋳造成形されていたが、別体で形成することができ、金属射出成形、ロストワックス成形、機械加工等の高精度の成形が採用できる。このため、区画壁の熱膨張に対する信頼性の向上及び性能のバラツキの低減と性能向上をはかることができる。
【０００８】
上記課題を解決するための第２の技術的手段は、前記区画壁の先端を収容する溝が前記タービンハウジングに形成されていることである。
【０００９】
上記の手段によれば、区画壁の先端を収容する溝がタービンハウジングに形成されていることにより、外周スクロール部から内周スクロール部への排気ガスの流れが連通孔を通して行われ、タービン効率を向上することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について図１乃至図５を用いて説明する。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１を示すもので、当該可変容量ターボチャージャ１は、連結部１０を介して互いに連結されたタービン２０とコンプレッサ３０にて構成されている。
【００１１】
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。
【００１２】
タービン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（通路）に位置している。
【００１３】
タービンハウジング２１は、タービンロータ２２を収容すると共に、排気入口２１ａと排気出口２１ｂを備え、排気入口２１ａと排気出口２１ｂとの間が排気通路に形成されている。タービンハウジング２１は、タービンロータ２２と排気入口２１ａとの間にその断面積が漸次減少するスクロール部を有し、スクロール部を画成する蓋部材（インサートタービン）２９が配設されている。インサートタービン２９は、図３および図４に示すように、スクロール部を内周スクロール部（スクロール部）２４と外周スクロール部（スクロール部）２５とに径方向に分割すると共に外周スクロール部２５を流れる排気を内周スクロール部２４へ流入して内周スクロール部２４を流れる排気の流速を規制する複数の連通孔２８（スリット）を有する区画壁２３が形成されている。インサートタービン２９は略段付円板形状を呈し、外周部がタービンハウジング２１に設けられた凹部２１ｃに嵌入され固定されている。連通孔２８は、その上流側が緩やかな傾斜状に、かつ、その下流側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。区画壁２３の先端部２３ａは、スクロール部の内周面と間隙を介して対向している。なお、図５に示すように、区画壁２３の先端２３ａはタービンハウジング２１に形成された溝２１ｄに収容されていても良い。
【００１４】
なお、区画壁２３はインサートタービン２９と一体に形成することで、金属射出成形、ロストワックス成形、機械加工成形等により高精度で成形することができる。
【００１５】
当該タービン２０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の開口度合いを制御するもので、区画壁２３の先端部２３ａに位置する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。
【００１６】
コンプレッサ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。
【００１７】
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を備える。コンプレッサ導入口３１ａとコンプレッサ排出口３１ｂとの間にはコンプレッサハウジング３１の外周に沿って円環状のスクロール部３３が形成され、このスクロール部３３がコンプレッサ通路を形成する。スクロール部３３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導入口３１ａ側に向けて漸次先細り形状に形成されている。
【００１８】
次に、上記した可変容量ターボチャージャ１の作用を説明する。
【００１９】
ターボチャージャ１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、この過給圧を図示しないエンジンの吸気口に供給する。
【００２０】
ターボチャージャ１において、排気流量が少ないエンジンの低速域では、外周スクロール部（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の排気入口２１ａを通して導入された排気は内周スクロール部（スクロール部）２４に流入する。内周スクロール部２４を流れる排気はタービンロータ２２の接線方向からタービンロータ２２に当たり、タービンロータ２２を効率よく回転させる。その後、排気は、排気出口２１ｂを経て排気管へ排出される。
【００２１】
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。
【００２２】
これにより、可変容量ターボチャージャ１は内周スクロール部２４の容積を有する容積の小さなターボチャージャとして機能し、少ない排気でも効率よくタービンロータ２２を回転させることができる。
【００２３】
一方、排気流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がエンジンの状態に応じて開放されて、タービンハウジング２１の排気入口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を回転させて排気出口２１ｂを経て排気管へ排出される。
【００２４】
この間、外周スクロール部２５に流入した排気は、区画壁２３の各連通孔２８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２８の指向方向に沿った方向、すなわちタービンロータ２２の軸心へ向かう方向となる。内周スクロール部２４内を流れる排気の流れは、上記したようにタービンロータ２２の接線方向からタービンロータ２２に当たっているが、外周スクロール部２５からの内周スクロール部２４に流入する排気の流れにより、タービンロータ２２の回転中心に向かう流れに変えられる。さらに、タービンロータ２２に当たる排気の流れの速度も低下する。これにより、タービンロータ２２の回転は抑制されて、コンプレッサロータ３２の必要以上の回転が防止され、エンジンの中速域または高速域の排気量が多い領域においても設定された過給圧に制御される。
【００２５】
【発明の効果】
上記した請求項１の発明によれば、タービンハウジングはスクロール部を画成する蓋部材が配設され、蓋部材に区画壁が形成されていることにより、区画壁は従来タービンハウジングと一体で鋳造成形されていたが、別体で形成することができ、金属射出成形、ロストワックス成形、機械加工等の高精度の成形が採用できる。このため、区画壁の熱膨張に対する信頼性の向上及び性能のバラツキの低減と性能向上をはかることができる。
【００２６】
また、請求項２の発明によれば、区画壁の先端を収容する溝がタービンハウジングに形成されていることにより、外周スクロール部から内周スクロール部への排気ガスの流れが連通孔を通して行われ、タービン効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における可変容量ターボチャージャの軸方向断面図を示す。
【図２】図１に示すＩＩ−ＩＩラインよりタービン２０を見た正面図を示す。
【図３】本発明の実施形態におけるのインサートタービン（蓋部材）２９の正面図を示す。
【図４】図３に示すインサートタービン（蓋部材）２９の側面図を示す。
【図５】本発明の実施形態における区画部材２３の先端部を収容する溝をタービンハウジング２１に設けた可変容量ターボチャージャの軸方向断面図を示す。
【符号の説明】
１・・・可変容量ターボチャージャ
１３・・・シャフト
２０・・・タービン
２１・・・タービンハウジング
２１ａ・・・排気入口
２１ｂ・・・排気出口
２１ｄ・・・溝
２２・・・タービンロータ
２３・・・区画壁
２３ａ・・・先端
２４・・・内周スクロール部（スクロール部）
２５・・・外周スクロール部（スクロール部）
２５ａ・・・流入開口部
２６・・・制御弁
２８・・・連通孔（スリット）
２９・・・インサートタービン（蓋部材）
３０・・・コンプレッサ
３１・・・コンプレッサハウジング
３２・・・コンプレッサロータ

Claims (2)

  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、排気出口を有し、前記タービンロータと前記排気入口側との間に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制御する区画壁と、
    前記外周スクロール部の排気入口側に配設される流入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る可変容量ターボチャージャにおいて、
    前記タービンハウジングの開口端面には前記内外周スクロール部を画成する蓋部材が配設され、該蓋部材に前記区画壁が形成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。
  2. 前記区画壁の先端を収容する溝が前記タービンハウジングに形成され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。
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