JP2005207334A - ターボチャージャ - Google Patents
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Abstract
【課題】
ウエストゲート機構を有する可変容量ターボチャージャと同様な性能を維持しつつ、エンジンへの搭載性を向上させることができるターボチャージャを提供すること。
【解決手段】
シャフト50と、シャフトの一端に取り付けられたコンプレッサロータ70と、コンプレッサロータを収容するとともに、吸気ガスの入口部12及び出口部を有するコンプレッサハウジング10と、シャフトの一端に取り付けられたタービンロータ80と、タービンロータを収容するとともに、排気ガスの入口部及び出口部64を有するタービンハウジング60と、タービンハウジングの出口部の配管経路に配設されるとともに、タービンロータ側から流れてきた排気ガスの流路を絞る絞り部90と、を備えることを特徴とする。
【選択図】
図1
ウエストゲート機構を有する可変容量ターボチャージャと同様な性能を維持しつつ、エンジンへの搭載性を向上させることができるターボチャージャを提供すること。
【解決手段】
シャフト50と、シャフトの一端に取り付けられたコンプレッサロータ70と、コンプレッサロータを収容するとともに、吸気ガスの入口部12及び出口部を有するコンプレッサハウジング10と、シャフトの一端に取り付けられたタービンロータ80と、タービンロータを収容するとともに、排気ガスの入口部及び出口部64を有するタービンハウジング60と、タービンハウジングの出口部の配管経路に配設されるとともに、タービンロータ側から流れてきた排気ガスの流路を絞る絞り部90と、を備えることを特徴とする。
【選択図】
図1
Description
本発明は、ターボチャージャに関し、特に、ウエイストゲート機構を有する可変容量ターボチャージャと同様な性能を維持しつつ、エンジンへの搭載性を向上させることができるターボチャージャに関する。
主に自動車用で使用されているターボチャージャでは、エンジンの過給圧を制御するために排気ガスの一部をバイパスさせるウエイストゲート機構を有するものがある。また、エンジンの出力アップのための可変容量ターボチャージャでは、タービン容量を変化させウエイストゲート機構が必要ないようにしている。そして、最近ではエンジンの高出力化や排気温度の上昇により、可変容量を越えるエネルギーがターボチャージャに与えられることがあるので、ウエイストゲート機構を有する可変容量ターボチャージャも用いられるようになっている。このようなウエイストゲート機構を有する可変容量ターボチャージャとして、例えば、所定エンジン回転数領域で可変ノズルのみを開き、それより高速回転領域でウエイストゲートバルブ(排出弁)を開けるように第1のロッドと第2のロッド、リンクを連結したものがある(特許文献1参照)。ウエイストゲート機構を有する可変容量ターボチャージャでは、所定エンジン回転数領域で可変ノズルのみを開き、それより高速回転領域で過給圧コントロールに不必要になったエネルギー(排気ガス)を、バイパス通路に設定されたウエイストゲートバルブを介してタービンの出口側に導いている(図5参照)。
しかしながら、従来のウエイストゲート機構を有する可変容量ターボチャージャでは、可変容量用の制御アクチュエータと、ウエイストゲート用の制御アクチュエータと、が搭載されることになるため、ターボチャージャが大型化してエンジン・車両への搭載が困難になるおそれがあり、また、制御が難しいという問題がある。
また、複数の制御アクチュエータを搭載することになると、構造が複雑になり、コストがかかってしまうといった問題もある。
本発明の第1の目的は、ウエイストゲート機構を有する可変容量ターボチャージャと同様な性能を維持しつつ、エンジンへの搭載性を向上させることができるターボチャージャを提供することである。
本発明の第2の目的は、ウエイストゲート機構を有する可変容量ターボチャージャと同様な性能を維持しつつ、構造が簡素で低コストなターボチャージャを提供することである。
本発明においては、ターボチャージャであって、シャフトと、前記シャフトの一端に取り付けられたコンプレッサロータと、前記コンプレッサロータを収容するとともに、吸入空気の入口部及び出口部を有するコンプレッサハウジングと、前記シャフトの一端に取り付けられたタービンロータと、前記タービンロータを収容するとともに、排気ガスの入口部及び出口部を有するタービンハウジングと、前記タービンロータを通過した排気ガスの流路を絞る絞り部と、を備えることを特徴とする。
また、本発明の前記ターボチャージャにおいて、前記絞り部は、前記タービンハウジングの出口部側の配管経路に配設されることが好ましい。
また、本発明の前記ターボチャージャにおいて、前記絞り部は、前記タービンハウジングの出口部に取付けられるとともに、排気ガスが流通する穴を有する板状部材であることが好ましい。
また、本発明の前記ターボチャージャにおいて、前記絞り部は、絞り量が一定であることが好ましい。
また、本発明の前記ターボチャージャにおいて、排気ガスの一部を前記タービンハウジングの入口部側から出口部側にバイパスさせるウエイストゲート機構を有さないことが好ましい。
本発明(請求項1−5)によれば、ウエイストゲート機構を有する可変容量ターボチャージャと同様な性能を維持しつつ、小型化され、エンジンへの搭載性を向上させることができる。
また、本発明(請求項1−5)によれば、ウエイストゲート機構がなくても、ウエイストゲート機構を有する可変容量ターボチャージャと同様な効果が得られ、簡素な構造で低コスト化を実現することができる。
本発明の実施形態1に係るターボチャージャについて図面を用いて説明する。図1は、本発明の実施形態1に係るターボチャージャの構成を模式的に示した断面図である。
ターボチャージャ1は、コンプレッサハウジング10と、ベアリングハウジング30と、タービンハウジング60と、コンプレッサロータ70と、タービンロータ80と、絞り部90と、を有する。
コンプレッサハウジング10は、コンプレッサ入口部12、コンプレッサ出口部(図示せず)、スクロール部16を有する。スクロール部16は、コンプレッサロータ70の外周に渦巻状に配され、コンプレッサ出口部に近づくにつれて断面積を徐々に拡大するように構成され、コンプレッサ出口部に通ずる。
ベアリングハウジング30は、コンプレッサハウジング10に隣接する。ベアリングハウジング30の外周部には、潤滑油入口部32を有する。潤滑油入口部32は、枝油路36、38に通じており、オイルポンプ(図示せず)から供給される潤滑油をシャフト50と、軸受42の摺動面に供給している。軸受42は、シャフト50を支持する。この摺動面に供給された潤滑油は、ベアリングハウジング30の内部に形成された空間52を介して潤滑油出口部54から排出される。
タービンハウジング60は、ベアリングハウジング30に隣接し、排気ガス入口部(図示せず)、排気ガス出口部64を有する。また、タービンハウジング60の内周側には、スクロール部66を形成している。タービンハウジング60には、排気ガスがバイパスされるウエイストゲート機構はなく、排気ガス出口部64の配管経路に絞り部90が配設されている。絞り部90は、タービンロータ80を通過した排気ガスの流路を絞る部分であり、排気ガス出口部64の配管経路の所定の位置に配され、配管経路の表面が(流線形に)***した形状である。絞り部90は、タービンハウジング60と一体に構成されている。絞り部90が活用されるのは排気ガスをバイパスする必要がある高速回転領域(高流量領域)である。絞り部90は、できるだけ低速回転領域に絞りの影響が少なくなるような構造が望ましい。これにより、高速回転領域においてタービンロータ80で得られるエネルギーを減少させることで過給圧を制御することができる。
シャフト50は、ベアリングハウジング30の軸受42に支持され、コンプレッサハウジング10側の端部においてコンプレッサロータ70が相対回転不能に取付けられており、タービンハウジング60側の端部においてタービンロータ80が相対回転不能に取付けられている。コンプレッサロータ70は、シャフトに形成したねじ部に螺合するナット76によってシャフト50に固定される。コンプレッサロータ70には、径方向に延在するコンプレッサ翼72が取り付けられている。タービンロータ80には、径方向に延在するタービン翼82が取り付けられている。コンプレッサロータ70は、タービンロータ80が回転することによってタービンロータ80と一体に回転するようになっている。
以上のような構成によれば、ウエイストゲート機構が不要となり、ウエイストゲート機構を有する可変容量ターボチャージャと同様な性能を維持しつつ、小型化され、簡素な構造で低コスト化を併せ持つターボチャージャとなり、エンジンへの搭載性を向上するものである。また、自動車用全てのターボチャージャで応用することが可能である。
次に、本発明の実施形態1に係る可変容量ターボチャージャの原理を、従来のウエイストゲート機構を有する可変容量ターボチャージャと対比しながら、図面を用いて説明する。図2は、本発明の実施形態1に係るターボチャージャを備えるターボ過給圧制御システムの構成を示した概略図である。なお、従来のウエイストゲート機構を有する可変容量ターボチャージャを備えるターボ過給圧制御システムの構成については、図5を参照されたい。
従来のウエイストゲート機構を有する可変容量ターボチャージャを備えるターボ過給圧制御システムでは、図5を参照すると、エンジンから排気された排気ガスは、高速回転領域の際、タービン入口部でタービン側とウエイストゲートバルブ側にそれぞれ分岐して流れ、タービンとウエイストゲートバルブを通過した排気ガスは、タービン出口部で合流してマフラー側に排出される。つまり、高速回転領域において、コンプレッサ出口圧P2(過給圧)のコントロールに不必要になったエネルギー(排気ガス)を、バイパス通路に設定されたウエイストゲートバルブを介してタービンの出口側に導いている。一方、低速回転領域の際は、エンジンから排気された排気ガスは、タービン入口部でタービン側のみに流れ、タービンを通過した排気ガスはマフラー側に排出される。高速回転領域及び低速回転領域の際、タービンロータ80の回転により、コンプレッサ入口部12から吸入された吸入空気をコンプレッサロータ70で圧縮して、高い密度になった吸入空気をエンジンに供給する。
実施形態1に係るターボチャージャを備えるターボ過給圧制御システムでは、図2を参照すると、エンジンから排気された排気ガスは、高速回転領域の際、タービンに流れ、タービンを通過した排気ガスは、タービン出口部で絞り部にてその上流側で排気ガスの圧力が高められ、マフラー側に排出される。つまり、高速回転領域において、絞り部によりタービンで得られるエネルギー(排気ガス)を減少させることでコンプレッサ出口圧P2(過給圧)が制御される。一方、低速回転領域の際は、エンジンから排気された排気ガスは、タービンに流れ、タービンを通過した排気ガスは絞り部を通過してマフラー側に排出される。低速回転領域では、排気ガスの流量が少ないので絞り部90の上流側で排気ガスの圧力が大きく高められずにすみ、ウエイストゲート機構を有する可変容量ターボチャージャを備えるターボ過給圧制御システムと大差がない。高速回転領域及び低速回転領域の際、タービンロータ80の回転により、コンプレッサ入口部12から吸入された吸入空気をコンプレッサロータ70で圧縮して、高い密度になった吸入空気をエンジンに供給する。
ここで、タービンで得られるエネルギーは、簡易的に下記の式で計算される。
[数1]
Wt=T・P・Q
Wt:タービンで得られるエネルギー
T:温度
P:圧力
Q:排ガス流量
Wt=T・P・Q
Wt:タービンで得られるエネルギー
T:温度
P:圧力
Q:排ガス流量
この式によれば、タービンで得られるエネルギーは温度・圧力・流量によって変化する。したがって、ウエイストゲート機構を有する可変容量ターボチャージャを備えるターボ過給圧制御システムでは、排気ガスをバイパスした場合、流量が減少するので、同一の仕事をするためには圧力を高めることになる。なお、ウエイストゲートした場合(高速回転領域)のエンジンの作動状態を考えると、温度は不変とみなすことができる。
一方、実施形態1に係るターボチャージャを備えるターボ過給圧制御システムでは、絞り部によりターボチャージャの効率低下が懸念されるが、排気ガスの流量が減少しないため、排気ガスをバイパスするときのような大幅な圧力上昇は発生せず、絞り部による圧力上昇のみになる。したがって、「絞り部による圧力上昇」が「ウエイストゲートによる圧力上昇」よりも小さい状況では、ターボチャージャの効率を損なうことなく絞り部90の設定が可能になる。
次に、本発明の実施形態1に係るターボチャージャのコンプレッサ出口圧P2(過給圧)特性について図面を用いて説明する。図3は、本発明の実施形態1に係るターボチャージャの過給圧特性を示したグラフである。
測定条件は、可変容量ターボチャージャを用い、可変容量最大状態で排気ガス流量及び温度が一定で、絞り部の絞り量のみを変化させたものである。図3を参照すると、絞り部による絞り量をゼロ、小、中、大にしたものが示されている。絞り部の絞り量を調整することによって、仕事量をコントロールすることができ、排気ガスをバイパスすることなく、過給圧が変化していることが分かる。つまり、絞り量を大きくすれば、過給圧の上昇を抑えることができる。例えば、過給圧を5以下に抑えたいのであれば、絞り量が中又は大のターボチャージャを選択すればよく、過給圧を4以下に抑えたいのであれば、絞り量が大のターボチャージャを選択すればよいことになる。
次に、本発明の実施形態2に係るターボチャージャについて図面を用いて説明する。図4は、本発明の実施形態2に係るターボチャージャの構成を模式的に示した断面図である。
本発明の実施形態2に係るターボチャージャは、実施形態1に係るターボチャージャと絞り部の構成が異なるのみで、その他の構成については同様である。図4を参照すると、絞り部100は、タービンハウジング60の排気ガス出口部64に取付けられるとともに、排気ガスが流通する穴100aを有する板状部材である。図4では、穴100aは、1つのみの構成であるが、複数であってもよい。このような構成でも、実施形態1に係るターボチャージャと同様、ウエイストゲート機構が不要となり、ウエイストゲート機構を有する可変容量ターボチャージャと同様な性能を維持しつつ、小型化され、簡素な構造で低コスト化を併せ持つターボチャージャとなり、エンジンへの搭載性を向上するものである。また、自動車用全てのターボチャージャで応用することが可能である。
本発明の他の実施形態について、ターボチャージャの絞り部において、絞り量の制御可能な絞り機構を有するものであってもよい。この場合、低速回転域では絞り量を小さくし、高速回転域では絞り量を大きくするように制御する。このような構成及び制御によれば、低速回転域での過給圧を高くしつつ、高速回転域での過給圧を低く抑えることができる。
1 ターボチャージャ
10 コンプレッサハウジング
12 コンプレッサ入口部
16 スクロール部
30 ベアリングハウジング
32 潤滑油入口部
36、38 枝油路
42 軸受
50 シャフト
52 空間
54 潤滑油出口部
60 タービンハウジング
64 排気ガス出口部
66 スクロール部
70 コンプレッサロータ
72 コンプレッサ翼
76 ナット
80 タービンロータ
82 タービン翼
90、100 絞り部
100a 穴
P1 コンブレッサ入口圧(エンジン吸気圧)
P2 コンブレッサ出口圧(過給圧)
P3 タービン入口圧
P4 タービン出口圧(背圧)
10 コンプレッサハウジング
12 コンプレッサ入口部
16 スクロール部
30 ベアリングハウジング
32 潤滑油入口部
36、38 枝油路
42 軸受
50 シャフト
52 空間
54 潤滑油出口部
60 タービンハウジング
64 排気ガス出口部
66 スクロール部
70 コンプレッサロータ
72 コンプレッサ翼
76 ナット
80 タービンロータ
82 タービン翼
90、100 絞り部
100a 穴
P1 コンブレッサ入口圧(エンジン吸気圧)
P2 コンブレッサ出口圧(過給圧)
P3 タービン入口圧
P4 タービン出口圧(背圧)
Claims (5)
- シャフトと、
前記シャフトの一端に取り付けられたコンプレッサロータと、
前記コンプレッサロータを収容するとともに、吸入空気の入口部及び出口部を有するコンプレッサハウジングと、
前記シャフトの一端に取り付けられたタービンロータと、
前記タービンロータを収容するとともに、排気ガスの入口部及び出口部を有するタービンハウジングと、
前記タービンロータを通過した排気ガスの流路を絞る絞り部と、
を備えることを特徴とするターボチャージャ。 - 前記絞り部は、前記タービンハウジングの出口部側の配管経路に配設されることを特徴とする請求項1記載のターボチャージャ。
- 前記絞り部は、前記タービンハウジングの出口部に取付けられるとともに、排気ガスが流通する穴を有する板状部材であることを特徴とする請求項1記載のターボチャージャ。
- 前記絞り部は、絞り量が一定であることを特徴とする請求項1記載のターボチャージャ。
- 排気ガスの一部を前記タービンハウジングの入口部側から出口部側にバイパスさせるウエイストゲート機構を有さないことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一に記載のターボチャージャ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004015386A JP2005207334A (ja) | 2004-01-23 | 2004-01-23 | ターボチャージャ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004015386A JP2005207334A (ja) | 2004-01-23 | 2004-01-23 | ターボチャージャ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005207334A true JP2005207334A (ja) | 2005-08-04 |
Family
ID=34900869
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004015386A Withdrawn JP2005207334A (ja) | 2004-01-23 | 2004-01-23 | ターボチャージャ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005207334A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008045491A (ja) * | 2006-08-17 | 2008-02-28 | Kubota Corp | エンジン |
JP2012255426A (ja) * | 2011-06-10 | 2012-12-27 | Ihi Corp | タービン及び車両用過給機 |
JP2017002910A (ja) * | 2016-10-05 | 2017-01-05 | 株式会社Ihi | タービン及び車両用過給機 |
-
2004
- 2004-01-23 JP JP2004015386A patent/JP2005207334A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008045491A (ja) * | 2006-08-17 | 2008-02-28 | Kubota Corp | エンジン |
JP2012255426A (ja) * | 2011-06-10 | 2012-12-27 | Ihi Corp | タービン及び車両用過給機 |
JP2017002910A (ja) * | 2016-10-05 | 2017-01-05 | 株式会社Ihi | タービン及び車両用過給機 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070403 |