JP2015010557A - 排気ターボ過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエストゲートバルブを正圧空気で制御する排気ターボ過給機において、ウエストゲートバルブの制御を少ない空気量で確実に行える構成を提供する。【解決手段】コンプレッサハウジング（吸気側サイドハウジング６）１１には、コンプレッサ翼１０の回転によって空気を圧縮する環状のスクロール通路２１が形成されている。スクロール通路２１は始端部２１ａから終端２１ｂ部に向けて断面積が徐々に大きくなっており、始端部２１ａと終端部２１ｂとは細幅の舌部２５を介して連通している。ウエストゲートバルブを駆動するための正圧空気取り出し口１７は、空気出口５の軸心の周囲のうち及び舌部２５を囲う部分２６の箇所に設けている。スクロール通路２１の終端部２１ｂで空気の圧力が最も高いため、ウエストゲートバルブ１５を的確に制御できる。【選択図】図２

Description

本願発明は、ウエストゲートバルブを正圧空気で駆動している方式の排気ターボ過給機に関するものである。

排気ターボ過給機はウエストゲートバルブを備えており、過過給防止等のため、吸気圧が所定の圧力になるとウエストゲートバルブを開くように設定している。そして、ウエストゲートバルブを駆動するアクチュェータの動力源として吸気空気の正圧を使用することが行われており、その例が特許文献１，２に開示されている。

このうち特許文献１では、アクチュエータを駆動する正圧空気の取り出し口を吸気系のうち気筒に近い部位に設けており、他方、特許文献２では、アクチュエータを駆動する空気の取り出し口を、排気ターボ過給機におけるコンプレッサハウジングのうちスクロール通路の中途部に設けている。

実開昭６３−１２６５２４号のマイクロフィルム 実開昭６０−１１４２３７号のマイクロフィルム

アクチュエータを応答性よく的確に駆動するには駆動源としての正圧空気の圧力はできるだけ高いのが好ましいが、特許文献１のように吸気系のうち気筒の近くから取り出す構成では、流れ抵抗等によって空気（吸気）の圧力が低下した部分からの取り出しになるため、アクチュエータの駆動が不完全になるおそれがあり、さりとて、アクチュエータを的確に駆動するために空気を取り出し量を多くすると、気筒に向かう吸気量が低減して機関の動力変動が大きくなるという問題がある。

他方、排気ターボ過給機のコンプレッサハウジングの圧力は吸気系全体の中で最も高くなっているため、特許文献２のようにコンプレッサハウジングにおけるスクロール通路から駆動空気を取り出すことは合理的である。

しかし、特許文献２のようにスクロール通路のうち始端と終端との間の中途部から取り出すと、スクロール通路において周方向に流れる空気の一部が無くなるため、空気の流れに乱れが生じて圧縮効率が悪くなるおそれがある。また、スクロール通路においては圧力は始端から終端に向けて徐々に高くなっているが、スクロール通路の中途部ではまだ圧力は上昇段階にあるため、排気ターボ過給機で発生した正圧の有効利用の面ではまだ改善の余地があると云える。

本願発明はかかる現状に鑑み成されたものであり、ウエストゲートバルブの駆動空気を排気ターボ過給機自体から取り出すことは特許文献２を踏襲しつつ、改良された構成の排気ターボ過給機を提供せんとするものである。

本願発明の排気ターボ過給機は、排気ガスで駆動される排気タービン翼と、前記排気タービン翼に向かう排気ガスの量を調節するウエストゲートバルブと、前記排気タービン翼で駆動されるコンプレッサ翼が内蔵されたコンプレッサハウジングとを有しており、前記ウエストゲートバルブが前記コンプッサハウジング内に発生した正圧空気で駆動される、という基本構成である。

そして、請求項１の発明では、前記コンプレッサハウジングは、空気をコンプレッサ翼の回転軸線方向に開口した吸気口と、前記コンプレッサ翼が配置されると共に前記吸気口に連通したコンプレッサ室と、前記コンプレッサ室の外周部に連通すると共に始端と終端とが舌部を介して連通した環状のスクロール通路と、前記スクロール通路の終端に連通した空気出口とを有しており、前記コンプレッサハウジングのうち前記スクロール通路の終端部を囲う部分でかつ前記舌部に対応した箇所に、前記ウエストゲートバルブを制御する正圧空気の取り出し口を設けている。

請求項２の発明は、請求項１において、前記正圧空気の取り出し口は、前記スクロール通路の終端部を挟んで前記舌部と反対側の外周部に設けている。

排気ターボ過給機において、コンプレッサ翼の回転に伴い、吸気口から吸引された空気は放射方向に押しやられつつスクロール通路の内部を周方向に移動していき、空気はスクロール通路に集められて出口に至る。そして、空気に回転の流れを付与するためスクロール通路の始端と終端とは狭い舌部を介して連通しているため、空気出口に至る空気量はスクロール通路の終端部よりは僅かに少なくなっており、従って、スクロール通路のうち終端部の箇所において空気の圧力が最も高くなっている。

そして、本願発明は圧力が最も高くなっている部分から空気を取り出すものであるため、できるだけ少ない空気量でアクチュエータを的確に駆動することができる。また、スクロール通路の終端は空気出口に連通しており、空気は直進性を持って空気出口に向けて流れるため、一部の空気を取り出してもそれがスクロール通路を流れる空気流に圧力変動として影響することはない。従って、空気を取り出した影響がコンプレッサ翼の回転に波及して圧縮効率が悪化するようなことはない。

このように本願発明では、コンプレッサ翼の回転に影響を与えない状態で最も高い圧力の高い部位から空気を取り出してアクチュエータを駆動できる。

さて、空気はコンプレッサ翼によって運動エネルギを付与されてスクロール通路の内部を周方向に流れるが、空気には遠心力が作用しているため、空気の動圧はスクロール通路の内面のうちコンプレッサ翼の軸心から最も遠い外周部の箇所に最も強く作用しており、従って、スクロール通路の終端部のうちでも舌部と反対側の外周部の箇所が圧力は最も高くなっている。従って、請求項２の構成を採用すると、終端部のうちでも特に圧力が高い外周部から空気を取り出せるため、アクチュエータの駆動をより的確に行える利点がある。

実施形態を示す図で、（Ａ）は模式的な平面図、（Ｂ）は要部の縦断正面図である。 図１（Ｂ）の一部破断IIA-IIA 視図、（Ｂ）は請求項２の具体例である別例図である。 図２（Ａ）のIII-III 視断面図である。 （Ａ）は図２（Ａ）の IVA-IVA視断面図、（Ｂ）は図２（Ａ）の IVB-IVB視断面図である。

(1).概略
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１（Ａ）に模式的に示すように、排気ターボ過給機は、排気ガス導入口１と排気ガス出口２とを有する排気側サイドハウジング３と、吸気口４と空気出口５とを有する吸気側サイドハウジング６、及び、両サイドハウジング３，６が左右からボルト止め等で接合されたセンターハウジング７を有している。

そして、排気側サイドハウジング３とセンターハウジング７とで囲われたタービン室に排気タービン翼１が回転自在に配置されており、吸気側サイドハウジング６とセンターハウジング７とで形成されたコンプレッサ室９にコンプレッサ翼１０が回転自在に配置されている。

従って、吸気側サイドハウジング６の全体とセンターハウジング７の一部とにより、請求項に記載したコンプレッサハウジング１１が構成されている。また、排気側サイドハウジング３とセンターハウジング７とでタービンハウジング１２が構成されている。排気タービン翼１とコンプレッサ翼１０とは、一緒に回転するように共通の回転軸１３で連結されている。

排気側サイドハウジング３の排気ガス導入口１と吸気側サイドハウジング６の空気出口５とは回転軸１３と直交した方向に開口しており、排気側サイドハウジング３の排気ガス出口２と吸気側サイドハウジング６の吸気口４とは゛回転軸１３の軸方向に開口している。排気タービン翼１及びコンプレッサ翼１０は、放射方向及び周方向に延びる複数枚のフィンを有している。

排気側サイドハウジング３には、排気ガスを排気導入口１から排気出口２に逃がしバイパス通路１４と、排気導入口１からバイパス通路１４に流れる排気ガスの両を調節するウエストゲートバルブ１５とを備えている。ウエストゲートバルブ１５は正圧空気で駆動されるアクチュエータ１６を備えており、アクチュエータ１６は、コンプレッサハウジング１０の内部から取り出された正圧空気によって駆動される。このため、吸気側サイドハウジング６に正圧空気取り出し口１７を設けて、これとアクチュエータ１６とがチューブ等の管路１８で接続されている。

図１（Ｂ）のとおり、吸気側サイドハウジング６には、センターハウジング７が嵌まる凹所２０と、コンプレッサ翼１０の外周の外側に位置した環状のスクロール通路２１とが形成されている。吸気側サイドハウジング６のうちスクロール通路２１より内側の部分とセンターハウジング７との間には、コンプレッサ室９の外周部９ａがリング状の形態で存在しており、スクロール通路２１は、全体に亙ってコンプレッサ室９の外周部９ａに連通している。

センターハウジング７の内周には固定軸受け２２が嵌着しており、固定軸受け２２の内周囲に可動軸受け２２′がシール材を介して嵌まっている。可動軸受け２３は回転軸１３に固定されている。

(2).スクロール通路・正圧空気取り出し口
図２のとおり、空気出口５は出口側サイドハウジング６に一体に設けており、空気出口５の軸線２３がスクロール通路２１の１つの接線と略一致している。換言すると、スクロール通路２１を流れた空気流は、スクロール通路２１の１つの接線方向に直進するようにガイドされた空気出口５に流入する。

スクロール通路２１は大雑把には円形に近い横断面形状であり、センターハウジング７に近い側の内周部は環状の土手２４になっている。換言すると、内周部に土手２４を形成することで、スクロール通路２１の断面形状が略円形になっている。

そして、スクロール通路２１は始端部２１ａから終端部２１ｂに向けて断面形状が徐々に大きくなっているが、スクロール通路２１の始端部２１ａと終端部２１ｂとは、空気出口５に近い部位に位置した舌部２５を介して一連に連通している。従って、スクロール通路２１を流れてきた圧縮空気の一部は、舌部２５を介して再びスクロール通路２１に還流する。これにより、スクロール通路２１の内部にスムースな空気流を形成できる。

正確に述べると、舌部２５は、空気出口５の内周面のうち吸気口４の軸心に最も近い部分の延長位置に形成されている。このため、スクロール通路２１に流入した空気の大部分は舌部２５に衝突することなく空気出口５にスムースに案内される。

吸気側サイドハウジング６のうちスクロール通路２１の終端部２１ｂを囲う部分２６に、正圧空気取り出し口１７を設けている。正圧空気取り出し口１７は外向きのボス状に構成されており、これに出口穴２７を設けて継手筒２８を嵌入している。継手筒２８にチューブ等の管路１８（図１（Ａ）参照）が接続される。

正圧空気取り出し口１７の出口穴２７は、図２（Ａ），図３の例では吸気口４と同じ方向に開口しており、図２（Ｂ）に示す例では、空気出口５の軸心と直交した方向でかつ、空気出口５の軸心２３を挟んで舌部２５と反対側に向けて開口している。つまり、図２（Ｂ）の例では、空気出口５はおおよそ舌部２５に向けて開口している。

コンプレッサ翼１０の回転によって空気（新気）が吸気口４から吸引されてスクロール通路２１に向けて送られ、空気は全周の各部位からスクロール通路２１に流入して空気出口５に向けて流れていくが、スクロール通路２１の終端部２１ｂの箇所（すなわち舌部２５の箇所）において最も圧力が高くなっている。このため、少ない量の空気でアクチュエータ１６の制御を的確に行うことができる。

また、スクロール通路２１の終端部２１ｂから空気を一部取り出してもスクロール通路２１の内部に圧力変動が生じることはないため、空気を正圧空気取り出し口１７から取り出したことに起因して圧縮効率が悪化したり変動したりすることはない。

スクロール通路２１の内部では始端部２１ａから終端部２１ｂに向けて空気が押しやられるため、圧力は始端部２１ａから終端部２１ｂに向けて徐々に高くなっているが、空気には遠心力が作用しているため、スクロール通路２１の任意の点で見ると、コンプレッサ翼１０に近い内周側よりもコンプレッサ翼１０から遠い外周側の側が圧力は高くなっており、このため、スクロール通路２１の全体としてみると、終端部２１ｂのうちで舌部２５と反対側の外周部の部位が最も圧力が高くなっている。

従って、図２（Ｂ）のように（請求項２のように）、正圧空気取り出し口１７を空気出口５の軸心２３を挟んで舌部２５と反対側に開口させると、少ない空気でアクチュエータ１６を的確に駆動することがより確実ならしめられる。

他方、空気がコンプレッサ室９の外周部９ａからスクロール通路２１の内部に流入するため、空気はスクロール通路２１の内部を旋回するように流れており、このため、空気の圧力（動圧）は、スクロール通路２１のうちの外周部を頂点として、コンプレッサ室９の外周部９ａ（或いはセンターハウジング７）から離れるに従って運動エネルギが小さくなる。

そして、排気ガスに排気弁の開閉に伴う脈動が発生してその脈動がコンプレッサ翼１０に波及して、スクロール通路２１に流入した空気に脈動が残っていることが有り得るが、図２（Ａ）及び図３のように、正圧空気取り出し口１７をスクロール通路２１を挟んでコンプレッサ室９の外周部９ａと反対側に設けると、動圧が低下して脈動が減衰した空気を取り出すことができるため、アクチュエータ１６に脈動が波及することを防止又は抑制できる利点がある。

本願発明は、実際に内燃機関の排気ターボ過給機に適用できる。従って、産業上利用できる。

１ 排気タービン
３ 排気側サイドハウジング
４ 吸気口
５ 空気出口
６ 吸気側サイドハウジング
７ センターハウジング
９ コンプレッサ室
１０ コンプレッサ翼
１１ コンプレッサハウジング
１２ タービンハウジング
１３ 回転軸
１４ バイパス通路
１５ ウエストゲートバルブ
１６ アクチュエータ
１７ 正圧空気取り出し口
２１ スクロール通路
２３ 空気出口の軸心線
２５ 舌部
２６ スクロール通路の終端部を囲う部分

Claims (2)

1. 排気ガスで駆動される排気タービン翼と、前記排気タービン翼に向かう排気ガスの量を調節するウエストゲートバルブと、前記排気タービン翼で駆動されるコンプレッサ翼が内蔵されたコンプレッサハウジングとを有しており、前記ウエストゲートバルブが前記コンプッサハウジング内に発生した正圧空気で駆動される構成であって、
   前記コンプレッサハウジングは、空気をコンプレッサ翼の回転軸線方向に開口した吸気口と、前記コンプレッサ翼が配置されると共に前記吸気口に連通したコンプレッサ室と、前記コンプレッサ室の外周部に連通すると共に始端と終端とが舌部を介して連通した環状のスクロール通路と、前記スクロール通路の終端に連通した空気出口とを有しており、
   前記コンプレッサハウジングのうち前記スクロール通路の終端部を囲う部分でかつ前記舌部に対応した箇所に、前記ウエストゲートバルブを制御する正圧空気の取り出し口を設けている、
   排気ターボ過給機。
2. 前記正圧空気の取り出し口は、前記スクロール通路の終端部を挟んで前記舌部と反対側の外周部に設けている、
   請求項１に記載した排気ターボ過給機。

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