JP2000213359A

JP2000213359A - 可変容量タ―ボチャ―ジャ

Info

Publication number: JP2000213359A
Application number: JP11017355A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Ishihara; 啓光石原; Jun Kawaguchi; 潤川口; Kazunari Adachi; 一成安達; Shinji Kono; 慎司河野
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 2000-08-02

Abstract

(57)【要約】【課題】内周スクロール部から外周スクロール部への
排気ガスの流出を防止して、エンジンの燃費増大を招く
ことなく、エンジンの運転状態に応じた所望の過給圧を
得る。【解決手段】互いに隣合う連通路３０ａ間に形成され
るインボリュート区画壁３０の各ベーン部３４が、前記
区画壁３０の内周面のほぼ接線方向に延びる下流側の第
１の面３４ａと該第１の面と略平行に延びる上流側の第
２の面３４ｂとを有するように連通路３０ａを設けると
共に、各ベーン部３４の周方向長さを、その内周スクロ
ール部側端部ａとその外周スクロール部側端部ｂとを結
ぶ直線に対して内周スクロール部側端部ａを通る法線が
下流側に隣設されるベーン部３４と交差する長さとし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両のエンジンを
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】従来の可変容量ターボチャージャとして
は、例えば、特開平１０−８９７７号公報に開示される
ものがある。この可変容量ターボチャージャは、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
出口及び排気入口と排気出口とをタービンロータを介し
て連通し、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、シャフトの他端に固定さ
れ、コンプレッサハウジング内に収容されたコンプレッ
サロータと、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両スクロール部
間を連通する複数の連通孔を備えた区画壁と、排気入口
と前記外周スクロール部間の連通を開閉制御可能な制御
弁とを備えている。

【０００３】区画壁の各連通孔は、互いに隣合う連通孔
間に形成される各ベーン部が区画壁の内周面のほぼ接線
方向に内周スクロール部側へ延びる下流側の第１の面と
タービンロータの回転中心の近くへ向かって内周スクロ
ール部側に延びる上流側の第２の面とを有するように形
成されている。

【０００４】この可変容量ターボチャージャにおいて
は、排気ガス量の少ないエンジンの低速域では、制御弁
により排気入口と外周スクロール部間の連通を遮断し、
容量の少ない内周スクロール部のみに排気ガスを流入さ
せ、タービンロータのブレードに対する小さい排気流入
角度及び高い排気流速を得ることでタービンロータを加
速して過給圧が高められる。また、所定の過給圧に達す
る中速域以降では、外周スクロール部にも制御弁を介し
て排気ガスを流入させ、外周スクロール部へ流れ込んだ
排気ガスが区画壁の連通孔を介して内周スクロール部へ
タービンロータの回転中心へ向けて流入して内周スクロ
ール部へ流入する排気ガスと再合流して、内周スクロー
ル部内の排気ガスのタービンロータの接線方向の流れを
タービンロータの回転中心側への流れに変え、タービン
ロータに当たる排気ガスの流速を下げると共に排気流入
角度を大きくすることでタービンロータの加速が制限さ
れ、一定の過給圧となるように制御弁の開度が制御され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の可変容量ターボチャージャにおいては、連通孔
の内周スクロール部側開口面積が極端に小さくなりエン
ジンの中速域以降における背圧上昇を防ぐために、隣合
う各ベーン部において上流側のベーン部の第１の面の内
周スクロール部側端部と下流側のベーン部の第２の面の
外周スクロール部側端部とが周方向に離間しているた
め、内周スクロール部へ流入した排気ガスが遠心力の作
用により区画壁の内周面に沿って流れる際に、排気ガス
が遠心力により外周スクロール部へ連通孔を介して流出
してしまう。そのため、上記したエンジンの低速域にお
いて、排気流速が低下して所望の過給圧が得られないと
共に、エンジンの中速域以降において、連通孔を介して
内周スクロール部から外周スクロール部へ流出する排気
ガスが外周スクロール部内の排気ガスの流れの抵抗とな
ってエンジンの背圧が上昇して燃費が増大するという問
題があった。

【０００６】ゆえに、本発明は、当該可変容量ターボチ
ャージャにおいて、内周スクロール部から外周スクロー
ル部への排気ガスの流出を防止して、エンジンの燃費増
大を招くことなく、エンジンの運転状態に応じた所望の
過給圧を得ることを、その課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に講じた本発明の技術的手段は、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、排気出口及び前記排気
入口と前記排気出口とを前記タービンロータを介して連
通し、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、前記シャフトの他端に固定さ
れ、コンプレッサハウジング内に収容されたコンプレッ
サロータと、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区画壁と、該区画
壁に所定の周方向間隔で複数個設けられ前記内周スクロ
ール部と前記外周スクロール部間を連通する連通路と、
少なくとも前記排気入口と前記外周スクロール部間の連
通を開閉可能な開閉手段とを備えてなる可変容量ターボ
チャージャにおいて、互いに隣合う前記連通路間に形成
される前記区画壁の各ベーン部が前記区画壁の内周面の
ほぼ接線方向に延びる下流側の第１の面と該第１の面と
略平行に延びる上流側の第２の面とを有するように前記
連通路を設けると共に、前記各ベーン部の周方向長さ
を、その内周スクロール部側端部とその外周スクロール
部側端部とを結ぶ直線に対して前記内周スクロール部側
端部を通る法線が下流側に隣設される前記ベーン部と交
差する長さとしたことである。

【０００８】この手段によれば、上記したように各ベー
ン部の形状及び周方向長さを定めたことにより、隣合う
各ベーン部において上流側のベーン部の第１の面の内周
スクロール部側端部と下流側のベーン部の第２の面の外
周スクロール部側端部とが周方向に離間することなく、
連通路の内周スクロール部側開口面積が確保される。こ
の結果、内周スクロール部内を区画壁の内周面に沿って
排気ガスが流れる際に、遠心力により連通路を介して排
気ガスが外周スクロール部へ流出することが的確に防止
され、開閉手段によって内周スクロール部へのみに排気
ガスが流入されるエンジンの低速域において、所望の過
給圧を効率良く得ることが可能となる。また、開閉手段
により内周及び外周スクロール部へ排気ガスが流入され
るエンジンの中速域以降において、連通路を介して内周
スクロール部から外周スクロール部へ流出する排気ガス
による外周スクロール部内の排気ガスの流れが乱される
ことなくスムーズに保たれ、エンジンの背圧が低減して
燃費低減が図られる。

【０００９】上記した手段においては、各ベーン部の第
１の面及び第２の面を夫々凸状の円弧面とすることが望
ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に従った可変容量タ
ーボチャージャの一実施形態を図面に基づき、説明す
る。

【００１１】図１において、可変容量ターボチャージャ
は、円筒状のベアリングハウジング１０を有し、該ベア
リングハウジング１０には、軸孔１０ａが形成されてお
り、該軸孔１０ａ内にはラジアル軸受２１、２２を介し
てシャフト２０が回転可能に支承されている。ラジアル
ベアリング２１、２２は、軸孔１０ａ内に回転可能に嵌
合されており、互いに向き合う側への軸方向の移動をス
ナップリングにより規制されている。ラジアルベアリン
グ２２は、図示右側への移動をシャフト２０に形成され
た段部で規制されている。ラジアルベアリング２１に嵌
合されるシャフト２０の図示左側には小径部が形成され
ており、該小径部にはその図示右側の端部にラジアルベ
アリング２１の一端面に当接するフランジ部が形成され
る筒状のブッシュ２３が嵌合されている。該ブッシュ２
３の図示左側には、その図示右側の端部にフランジ部が
形成されるブッシュ２９が嵌合されている。ブッシュ２
９の外周に形成される環状溝にはオイルシールが嵌着さ
れており、該オイルシールにはベアリングハウジング１
０の軸孔１０ａの図示左側に形成される大径孔内に嵌合
されるプレートシール２５の内周筒部が液密的に摺接す
る。ブッシュ２９の図示左側のシャフト２０の小径部に
はコンプレッサロータ１９が嵌合され、小径部の端部に
螺合されるボルト２７により固定されている。これによ
り、ブッシュ２３、２９はコンプレッサロータ１９の図
示右端面とシャフト２０の小径部の段部との間で挟持さ
れ、コンプレッサロータ１９と共にシャフト２０と一体
的に回転する。ブッシュ２３、２９のフランジ部間に
は、ベアリングハウジング１０の大径孔の図示右側に固
定されるスラストベアリング２４が介装されており、該
スラストベアリング２４にはベアリングハウジング１０
に形成され、ラジアルベアリング２１、２２へオイルを
供給するオイル通路に連通されて、ブッシュ２３、２９
のフランジ部との摺動部間へオイルを供給するオイル供
給孔が形成されている。尚、プレートシール２５には、
ブッシュ２９の筒部が貫通する孔を有するオイル遮蔽プ
レート２６が固定されている。また、ベアリングハウジ
ング１０には吸気入口１８ａ及び吸気出口１８ｂを備え
たコンプレッサハウジング１８が気密的に固定されてお
り、該コンプレッサハウジング１８内にコンプレッサロ
ータ１９が収容される。

【００１２】シャフト２０の図示右端には、タービンロ
ータ１３が固着されている。タービンロータ１３は、ベ
アリングハウジング１０の図示右端に固定された第１タ
ービンハウジング１１にガスケットを介して気密的に固
定される第２タービンハウジング１２内に収容されてい
る。第２タービンハウジング１２には、排気入口１２ａ
（図２参照）と排気出口１２ｂとが形成されていて、排
気入口１２ａには、図示しないエンジンの排気マニホル
ドが接続され、排気出口１２ｂには図示しない排気出口
管が気密的に接続されている。尚、図１において、１４
は外周端が第１タービンハウジング１１とベアリングハ
ウジング１０間に挟持固定され、内周端がタービンロー
タ１３の背面に延びる遮蔽プレートである。

【００１３】第２タービンハウジング１２には、図１及
び図２に示すように、排気入口１２ａに導入された排気
ガスをタービンロータ１３の外周に導くスクロール部が
形成されている。このスクロール部には、第２タービン
ハウジング１２に設けられたインボリュート区画壁３０
により径方向に区画された内周スクロール溝１２ｄと外
周スクロール溝１２ｃが形成されていて、両溝１２ｄ、
１２ｃの開口を第１タービンハウジング１１により閉塞
されることで、内周スクロール部３１と該内周スクロー
ル部３１より大きな容積を有する外周スクロール部３２
が区画形成されるようになっている。内周及び外周スク
ロール部３１、３２は、その断面積がタービンロータ１
３の回転方向（図２において反時計方向）に漸次減少す
るように設けられていて、インボリュート区画壁３０の
下流端部分にて連通している。

【００１４】また、図２に示すように、インボリュート
区画壁３０の下流側部分（その内周がタービンロータ１
３のブレードの外周部に開口している内周スクロール部
３１の部分の外周部分）には、内周及び外周スクロール
部３１、３２を連通する複数の連通孔３０ａが形成さ
れ、これにより隣合う連通孔３０ａ間に夫々ベーン部３
４が形成されている。本実施形態においては、各ベーン
部３４が、所定角度下流側に位置するインボリュート区
画壁３０の内周面の部位のほぼ接線方向に延びる下流側
の第１の面３４ａと該第１の面３４ａと略平行に延びる
上流側の第２の面３４ｂとを有するように、各連通孔３
０ａが形成されていて、後述するように外周スクロール
部３２内を流れる排気ガスが連通孔３０ａを介してター
ビンロータ１３の回転方向に内周スクロール部３１に向
けて流入すると、内周スクロール部３１内を流れる排気
ガスのタービンロータの接線方向の流れがタービンロー
タ１３の回転中心側への流れに変えられるようになって
いる。また、各ベーン部３４の周方向長さは、その内周
スクロール部側端点ａとその外周スクロール部側端点ｂ
とを結ぶ直線に対して内周スクロール部側端点ａを通る
法線が下流側に隣設されるベーン部３４と交差する長さ
とされている。尚、本実施形態においては、第１の面３
４ａ及び第２の面３４ｂは共に、凸状の円弧面で形成さ
れている。

【００１５】インボリュート区画壁３０の排気入口１２
ａ側端部（上流側端部）には、図２に示すように、外周
スクロール部３２と排気入口１２ａを連通する開口３３
が形成されている。外周スクロール部３２内には、開口
３３の外周スクロール部３２側外縁に形成される弁座に
着座及び離脱することで開口３３を開閉する流量制御弁
４０が配設されている。流量制御弁４０には、ヒンジ部
がピンにより固定されていて、該ヒンジ部に固定される
回転軸が第２タービンハウジング１２に回転可能に支承
されている。流量制御弁４０の回転軸の一端部には、リ
ンク機構４１を介して周知の負圧式アクチュエータ４２
の出力ロッドの一端が連結されている。負圧式アクチュ
エータ４２は、後述するように車両の走行状態に応じて
図示しない周知の比例流量制御弁により図示しない負圧
源からの負圧を印加されることでリンク機構を介して回
転軸を回転させ、流量制御弁４０による開口３３の開閉
を制御する。

【００１６】以上の構成から成る本実施形態の作用を説
明する。

【００１７】図示しないエンジンが始動されると、可変
容量ターボチャージャによる過給が開始される。即ち、
排気マニホルドから排気入口１２ａに流れ込んだ排気ガ
スはタービンロータ１３を回転駆動し、シャフト２０と
共にコンプレッサロータ１９が回転され、図示しないエ
ンジンを過給する。

【００１８】排気ガス量の少ないエンジンの低速域で
は、図示しない制御装置により負圧式アクチュエータ４
２に図示しない負圧源から負圧が供給され、流量制御弁
４０は開口３３を閉じる図２に示す閉弁状態にある。こ
のため、排気マニホルドから排気入口１２ａに流れ込ん
だ排気ガスが内周スクロール部３１のみを介してタービ
ンロータ１３へ供給され、タービンロータ１３が回転駆
動される。これにより、Ａ／Ｒの小さい（スクロール容
量の小さい）ターボチャージャとして機能して、高い排
気流速が得られると共に、内周スクロール部３１を経て
排気ガスがタービンロータ１３の接線方向に流れ（ター
ビンロータ１３のブレードに小さな流入角で当たる）、
効率良くタービンロータ１３が回転されてタービンロー
タ１３が加速し過給圧が高められる。

【００１９】本実施形態においては、上記したように各
ベーン部３４の形状及び周方向長さを定めたことによ
り、隣合う各ベーン部３４において上流側のベーン部３
４の第１の面３４ａの内周スクロール部側端部と下流側
のベーン部３４の第２の面３４ｂの外周スクロール部側
端部とが周方向に離間することなく、連通孔３０ａの内
周スクロール部側開口面積が確保される。このため、内
周スクロール部３１内をインボリュート区画壁３０の内
周面に沿って排気ガスが流れる際に、遠心力により連通
孔３０ａを介して排気ガスが外周スクロール部３２へ流
出することが防止される。尚、内周スクロール部３１内
をインボリュート区画壁３０の内周面に沿って排気ガス
が流れる際に排気ガスは各ベーン部３４の第２の面３４
ｂに衝突するが、第２の面３４ｂは凸状の円弧面で形成
されているため、衝突した排気ガスが第２の面３４ｂに
沿って外周スクロール部３２へ流出することはない。こ
の結果、内周スクロール部３１から外周スクロール部３
２への連通孔３０ａを介した排気ガスの流出が的確に防
止され、上記したエンジンの低速域において、所望の過
給圧を効率良く得ることができる。

【００２０】排気ガス量の多くなるエンジンの中速域以
降には、負圧式アクチュエータ４２に図示しない負圧源
から負圧が供給されず、負圧式アクチュエータ４２内の
図示しないスプリングの付勢力により流量制御弁４０が
駆動軸４２回りに揺動して開口３３を開放する。このた
め、排気マニホルドから排気入口１２ａに流れ込んだ排
気ガスが内周スクロール部３１へ流入すると共に、開口
３３を通して外周スクロール部３２へ流入する。外周ス
クロール部３１へ流れ込んだ排気ガスは、インボリュー
ト区画壁３０の連通孔３０ａを介して内周スクロール部
３１へタービンロータ１３の回転中心側へ向けて流入し
て内周スクロール部３１へ流入する排気ガスと再合流
し、内周スクロール部３１内の排気ガスのタービンロー
タ１３の接線方向の流れをタービンロータ１３の回転中
心側への流れに変えると共にタービンロータ１３に当た
る排気ガスの流速が低下する。この結果、排気ガスがタ
ービンロータ１３のブレードに流入角度の小さい状態で
当たるようになり、タービンロータ１３を回転させる効
率が低下し、タービンロータ１３の回転上昇が抑制され
て過給圧が一定に保たれる。

【００２１】このとき、上記したように内周スクロール
部３１から外周スクロール部３２への排気ガスが連通孔
３０ａを介して流出することがないので、外周スクロー
ル部３２へ流入した排気ガスは、流れを乱されることな
く連通孔３０ａを介して内周スクロール部３１へスムー
ズに流入する。また、本実施形態においては、上記した
ように、隣合う各ベーン部３４において上流側のベーン
部３４の第１の面３４ａの内周スクロール部側端部と下
流側のベーン部３４の第２の面３４ｂの外周スクロール
部側端部とが周方向に離間することなく、連通孔３０ａ
の内周スクロール部側開口面積が確保されることから、
連通孔３０ａの断面積（通路面積）を大きくすることが
でき、外周スクロール部３２へ流入した排気ガスは連通
孔３０ａを介して内周スクロール部３１へ抵抗なくスム
ーズに流入する。このため、内周スクロール部３１内の
排気ガスのタービンロータ１３の接線方向の流れをター
ビンロータ１３の回転中心側への流れに確実に変えるこ
とができると共に、排気入口１２ａでの圧力上昇（エン
ジンの背圧上昇）を防止でき、燃費低減を図ることがで
きる。

【００２２】

【発明の効果】以上の如く、請求項１に記載の発明によ
れば、内周スクロール部内を区画壁の内周面に沿って排
気ガスが流れる際に、遠心力により連通路を介して排気
ガスが外周スクロール部へ流出することが的確に防止す
ることができる。これにより、開閉手段によって内周ス
クロール部へのみに排気ガスが流入されるエンジンの低
速域において、所望の過給圧を効率良く得ることができ
ると共に、開閉手段により内周及び外周スクロール部へ
排気ガスが流入されるエンジンの中速域以降において、
連通路を介して内周スクロール部から外周スクロール部
へ流出する排気ガスによる外周スクロール部内の排気ガ
スの流れが乱されることなくスムーズに保たれ、エンジ
ンの背圧が低減して燃費低減を図ることができる。

【００２３】また、請求項２の発明によれば、内周スク
ロール部内を区画壁の内周面に沿って排気ガスが流れる
際に、各ベーン部の第２の面に衝突した排気ガスが第２
の面に沿って外周スクロール部へ流出することを防止す
ることができ、エンジンの運転状態に応じた所望の過給
圧をより確実に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従った可変容量ターボチャージャの一
実施形態を示す断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【符号の説明】

１０ベアリングハウジング１１第１タービンハウジング（タービンハウジング）１２第２タービンハウジング（タービンハウジング）１２ａ排気入口１２ｂ排気出口１３タービンロータ１８コンプレッサハウジング１９コンプレッサロータ２０シャフト３０インボリュート区画壁（区画壁）３０ａ連通孔（連通路）３１内周スクロール部３２外周スクロール部３３開口３４ベーン部３４ａ第１の面３４ｂ第２の面４０流量制御弁（開閉手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者河野慎司愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地アイシン精機株式会社内Ｆターム(参考） 3G005 EA04 EA14 FA05 FA37 FA45 GA03 GA07 GB02 GB09 GB87 GC05 GD17 3G071 AA02 AB06 BA00 BA07 DA01 EA00 FA02 HA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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、排気出口及び前記排気入口と前記排気出
口とを前記タービンロータを介して連通し、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、前記シャフトの他端に固定され、コンプレッサハ
ウジング内に収容されたコンプレッサロータと、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
ル部とに分割する区画壁と、該区画壁に所定の周方向間
隔で複数個設けられ前記内周スクロール部と前記外周ス
クロール部間を連通する連通路と、少なくとも前記排気
入口と前記外周スクロール部間の連通を開閉可能な開閉
手段とを備えてなる可変容量ターボチャージャにおい
て、互いに隣合う前記連通路間に形成される前記区画壁の各
ベーン部が、前記区画壁の内周面のほぼ接線方向に延び
る下流側の第１の面と該第１の面と略平行に延びる上流
側の第２の面とを有するように前記連通路を設けると共
に、前記各ベーン部の周方向長さを、その内周スクロー
ル部側端部とその外周スクロール部側端部とを結ぶ直線
に対して前記内周スクロール部側端部を通る法線が下流
側に隣設される前記ベーン部と交差する長さとしたこと
を特徴とする可変容量ターボチャージャ。
【請求項２】前記各ベーン部の前記第１の面及び前記
第２の面を夫々凸状の円弧面とした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。