JP2009228479A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、全閉状態を作り出すことが可能なターボチャージャを提供する。
【解決手段】ターボチャージャ１は、タービンホイール３０と、タービンホイール３０の外側に位置し、気体をタービンホイール３０へ案内可能な環状の内周側部材２３と、内周側部材２３の外側に隣接して位置し、内周側部材２３に対して円周方向に回動可能な外周側部材１３とを備える。内周側部材２３および外周側部材１３の各々には、気体を外側から内側へ導くための複数の案内部２１，１１が設けられ、複数の案内部２１，１１の各々の間には気体通路２２，１２が設けられる。内周側部材２３に対する外周側部材１３の回動位置に応じて内周側部材２３の案内部２１が外周側部材１３の気体通路１２をふせぎ、気体通路を通じてのタービンホイール３０への気体の流れが遮断される。
【選択図】図１

Description

この発明は、ターボチャージャに関し、より特定的には、タービンホイールへの気体流量を変化させることが可能なターボチャージャに関するものである。

従来、ターボチャージャは、たとえば特開２０００−１９９４３３号公報（特許文献１）、特開平１１−１４８３６４号公報（特許文献２）および特開平１０−３７７５４号公報（特許文献３）に開示されている。
特開２０００−１９９４３３号公報 特開平１１−１４８３６４号公報 特開平１０−３７７５４号公報 特開平５−１８２５８号公報

特許文献１では、大径円盤部は、回動が同期した隣り合う両開閉レバーの一方の開閉レバーと当接することによってノズルベーンの全開角度を制御する一方、両開閉レバーの他方の開閉レバーと当接することによってノズルベーンの全閉角度を制御するように開閉レバー間に設けられる技術が開示されている。

特許文献２では、タービン側可動ノズルベーンの回動中心を後縁部に、スクロール側可動ノズルベーンの回動中心を前縁部に設ける技術が開示されている。

特許文献３では、ストッパがガイドの長手方向一端に当たったときにノズルベーンの全開位置を出し、ストッパがガイドの長手方向他端に当たっているときのノズルベーンの全閉位置を出す技術が開示されている。

特許文献４では、ノズルベーンを挟む両側の流路壁のうち一方をタービンホイール軸を中心として回動可能な可動壁、もう一方をそれに対向する固定壁とする技術が開示されている。

従来の可変ノズルターボチャージャでは、タービンホイールの気体の流れを十分に減少させることができないという問題があった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、タービンホイールへの気体の流れを十分に減少させることが可能なターボチャージャを提供することを目的とする。

この発明に従ったターボチャージャは、タービンホイールと、タービンホイールの外側に位置し、気体をタービンホイールへ案内可能な内周側部材と、内周側部材の外側に隣接して位置し、内周側部材に対して円周方向に相対的に回動可能な環状の外周側部材とを備える。内周側部材および外周側部材の各々には、複数の案内部が設けられ、気体を外周から内周側へ導くための複数の案内部の各々の間には気体通路が設けられる。内周側部材に対する外周側部材の相対的な回動位置に応じて内周側部材の案内部が外周側部材の気体通路をふせぎ気体通路を通じてのタービンホイールへの気体の流れが遮断される。

このように構成されたターボチャージャでは、内周側部材と外周側部材との回動位置を変化させることに応じて内周側部材の案内部が外周側部材の気体の通路をふせぐため、これにより気体通路を通じてのタービンホイールの気体の流れが遮断される。その結果、簡単な構成で確実に気体の流れを遮断することが可能なタービンホイールを提供することができる。

好ましくは、内周側部材に対する外周側部材の位置により気体通路を通過する気体の流量が連続的に変化する。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。また、各実施の形態を組合せることも可能である。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従ったターボチャージャの平面図である。図１を参照して、ターボチャージャ１は、タービンホイール３０と、タービンホイール３０を収納するタービンハウジング４０とを有する。タービンホイール３０の外側に内周側部材２３および外周側部材１３がタービンハウジング４０内に収納されるように配置される。

内周側部材２３および外周側部材１３はともにリング状であり、各々が接触して摺動可能に構成されている。内周側部材２３を固定構造とし、外周側部材１３を回動可能に設けてもよく、これとは逆に、外周側部材１３を固定構造とし、内周側部材２３を回動可能な構造としてもよい。

各々の内周側部材２３および外周側部材１３には、凸形状の案内部２１，１１と、その案内部２１，１１の間に気体通路２２，１２が設けられる。気体通路２２，１２は凹んだ形状とされており、タービンハウジング４０の気体通路４１から供給される排気ガスが気体通路１２，２２を介して矢印４２で示す方向へタービンホイール３０に向かって流れる。これによりタービンホイール３０を回転させることが可能である。

タービンホイール３０はタービンシャフトと接続されており、タービンシャフトはさらにコンプレッサに接続され、コンプレッサが混合気または吸入される空気を圧縮する。

図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図２を参照して、中心線３１を中心としてタービンホイール３０が回転可能に保持されている。タービンホイール３０の外周にはタービンハウジング４０が設けられ、タービンハウジング４０には渦巻形状の気体通路４１が設けられる。

タービンホイール３０に向かって気体を供給し、その気体の流量を調整するための案内部１１，２１がタービンホイール３０外周部に配置されている。案内部２１は内周側部材２３に取付けられ、案内部１１は外周側部材１３に取付けられている。

各々の案内部１１，２１はこの例では接触しているが、これに限られず、僅かに隙間が空けられていてもよい。

図３は、内周側部材が外周側部材に相対的に回転し、気体の流れが遮断されている状態を示す図である。図３を参照して、内周側部材が外周側部材に対して相対的に回動した場合には、外周側部材１３に設けられた気体通路１２を内周側部材２３に設けられた案内部２１が遮蔽する。これにより、外周側部材１３の気体通路１２から内周側部材２３の気体通路２２へ気体を供給することができなくなる。その結果、外周側から内周側へ気体（排気ガス）を導入できず、タービンホイール３０へ向かう気体の流れがほぼなくなる。

図４は、内周側部材と外周側部材との相対回転角と、ノズルスロート面積との関係を示すグラフである。なお、縦軸の「ノズルスロート面積」とは、気体通路１２，２２を経由してタービンホイール３０へ流れる気体の流量である。相対回転角が０度（図中の左端の位置）のとき、いわゆる「全開」状態となり、ノズルスロート面積は最大となる。これに伴い、気体の流れる抵抗も少なくなる。

これに対し、相対回転角が図中の右端の位置となったときはいわゆる「全閉」となり、気体流路が閉じられた状態となる。その結果タービンホイール３０への気体の供給を停止することができる。

内周側部材２３と外周側部材１３との相対的な回転角度を変えることにより、気体通路を経由した気体の流量を連続的に変化されることができる。

すなわち、実施の形態１に従ったターボチャージャ１は、タービンホイール３０と、タービンホイール３０の外側に位置し、気体をタービンホイール３０へ案内可能な環状の内周側部材２３と、内周側部材２３の外側に隣接して位置し、内周側部材２３に対して円周方向に回動可能な外周側部材１３とを備える。内周側部材２３および外周側部材１３の各々には、気体を外周から内側へ導くための複数の案内部１１，２１が設けられ複数の案内部１１，２１の各々の間には気体通路１２，２２が設けられる。内周側部材２３に対する外周側部材１３の回動位置に応じて内周側部材２３に設けられた案内部２１が外周側部材１３の気体通路１２をふせぎ、気体通路を通じてのタービンホイール３０への気体の流れが遮断される。

このように構成されたターボチャージャ１では、内側および外側のリング状の内周側部材２３および外周側部材１３を相対的に回転させることで、ノズルスロート面積を変化させることができ、さらに気体の流れを遮断するような全閉状態を作り出すことができる。

（実施の形態２）
図５は、この発明の実施の形態２に従ったターボチャージャの一部分を示す斜視図である。図６は、図５中のＶＩで囲んだ部分を拡大して示す図である。図５および図６を参照して、この発明の実施の形態２に従ったターボチャージャ１では、内周側部材２３に設けられる案内部２１の半径方向の厚みが実施の形態１に比べて小さいことで、実施の形態１に従ったターボチャージャ１と異なる。内周側の案内部２１を薄板化することで、気体通路最小部とタービンホイールとの距離を近づけることができ、ガスの進行方向のスロート面積の変化を滑らかにすることができる。

図７は、全閉状態を示すターボチャージャの斜視図である。図８は、図７中のＶＩＩＩで囲んだ部分を拡大して示す図である。図７および図８を参照して、全閉状態では、内周側部材２３に設けられた案内部２１が外周側部材１３に設けられた気体通路１２を封鎖している。これにより、外周部から内周部に向かう気体の流れを遮蔽することができる。

このように構成された実施の形態２に従ったターボチャージャでも、実施の形態１に従ったターボチャージャと同様の効果がある。

（実施の形態３）
図９は、この発明の実施の形態３に従ったターボチャージャの断面図、図１０は、この発明の実施の形態３に従ったターボチャージャの平面図である。図９および図１０を参照して、この発明の実施の形態３に従ったターボチャージャ１では、タービンハウジング４０にウエストゲートとしてのドリルパス４５が設けられている。

ドリルパス４５は、タービンハウジング４０に設けられた気体通路４１内の気体を、タービンホイール３０を経由せずに排出するための通路である。図１０で示すように、案内部２１が気体通路１２を閉鎖している、いわゆる全閉状態では、ドリルパス４５が案内部１１により塞がれており、ドリルパス４５内を気体が通過しない。

これに対し、全開状態となれば、ドリルパス４５の入口側が案内部１１にふせがれず、気体通路４１の気体がドリルパス４５を経由して排出される。

このように構成されたターボチャージャでは、エンジンの高回転時に排気ガスの流量が大きくなっても、この排気ガスをドリルパス４５を経由して素早く放出することができる。その結果、エンジンの回転特性とのマッチングを向上させることができる。

なお、ドリルパス４５は図１０で示すように１箇所のみに設けてもよく、さらに複数箇所設けてもよい。さらに、ドリルパス４５の開口部は案内部１１の上方に形成されていたが、案内部１２の上方に形成してもよい。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。

まず、本発明は、内燃機関の排気を利用してタービンホイール３０を回す技術を示したが、このときの内燃機関は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンであってもよい。

さらに、エンジンの形式としては、レシプロエンジンだけでなく、ロータリエンジンであってもよい。

また、エンジンの形状としては、直列型、Ｖ型、水平対向型、Ｗ型などのさまざまなエンジンに適用することが可能である。

さらに、タービンホイール３０を回す機構としては、排気ガスによるものだけでなく、モータによりタービンホイール３０の回転をアシストしてもよい。

また、エンジンの排気バルブからターボチャージャ１までの間にＥＧＲ（排気ガス再循環方式）を用い、本発明に従ったターボチャージャにおいて全閉状態を作り出すことでＥＧＲの機能を向上させることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１に従ったターボチャージャの平面図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 内周側部材が外周側部材に相対的に回転し、気体の流れが遮断されている状態を示す図である。 内周側部材と外周側部材との相対回転角と、ノズルスロート面積との関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態２に従ったターボチャージャの一部分を示す斜視図である。 図５中のＶＩで囲んだ部分を拡大して示す図である。 全閉状態を示すターボチャージャの斜視図である。 図７中のＶＩＩＩで囲んだ部分を拡大して示す平面図である。 この発明の実施の形態３に従ったターボチャージャの断面図である。 この発明の実施の形態３に従ったターボチャージャの平面図である。

符号の説明

１ ターボチャージャ、１１，２１ 案内部、１２，２２ 気体通路、１３ 外周側部材、２３ 内周側部材、３０ タービンホイール、３１ 中心線、４０ タービンハウジング、４５ ドリルパス。

Claims (2)

1. タービンホイールと、
   前記タービンホイールの外側に位置し、気体を前記タービンホイールへ案内可能な環状の内周側部材と、
   前記内周側部材の外側に隣接して位置し、前記内周側部材に対して円周方向に相対的に回動可能な環状の外周側部材とを備え、
   前記内周側部材と前記外周側部材の各々には、複数の案内部が設けられ、複数の案内部の各々の間には気体を外側から内側へ導くための気体通路が設けられ、
   前記内周側部材に対する前記外周側部材の回動位置に応じて、前記内周側部材の案内部が前記外周側部材の気体通路をふせぎ、前記気体通路を通じてのタービンホイールへの気体の流れが遮断される、ターボチャージャ。
2. 前記内周側部材に対する前記外周側部材の位置により気体通路を通過する気体の流量が連続的に変化する、請求項１に記載のターボチャージャ。

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