JP2007192172A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】タービンホイールを通過する排気ガスの流量が増加してもタービン効率の低下を抑制することができるターボチャージャを提供する。
【解決手段】タービンホイール１１は、第２流入部１３から下流側の範囲Ｘに設けられる羽根枚数が、第２流入部１３よりも上流側の範囲Ｙに設けられる羽根枚数よりも少なくなるように構成される。そして、タービンホイール１１に流入する排気ガスは、タービンホイール１１の外周から第１流入部１２と第２流入部１３とに分割されて吹き付けられ、タービンホイール１１の軸心方向に流出される。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気圧を利用して吸入空気の充填効率を高めるターボチャージャに関するものである。

従来、吸入空気を強制的に内燃機関の燃焼室内に送り込むことにより充填効率を高める過給システムとして、排気圧を利用したターボチャージャが広く知られている。こうしたターボチャージャは、内燃機関から排出される排気ガスを、タービンハウジングに形成されたスクロール流路を通じてタービンホイールの外周から吹き付けて軸心方向に流出させることにより、タービンホイールを回転駆動するように構成されている。そして、タービンホイールの回転力で同軸のコンプレッサホイールを回転させて、吸入空気を内燃機関に過給するようにしている。ところで、このようなターボチャージャは、スクロール流路からタービンホイールに供給される排気量が過多となると、タービンホイールにおいて排気ガスがチョークする場合があり、排気エネルギをタービンホイールの回転に変換するタービン効率を低下させてしまうことがある。そこで、タービンホイールの上流側と下流側とを連通するバイパス通路を設けて、排気量が過多となる場合にバイパス通路に排気ガスの一部をバイパスさせることでタービンホイールに供給される排気量を調整するようにしたターボチャージャが実用されるに至っている（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−２１４９２３号公報

ところで、上記のようなターボチャージャでは、バイパス通路にバイパスされる排気ガスから排気エネルギを回収することができないため、排気エネルギをより効率的に利用することが望まれる。排気量が増加した場合に排気ガスをバイパスさせることなくタービン効率を向上させるためには、タービンホイールの流路面積、すなわち総スロート面積を大きくする必要がある。タービンホイールの総スロート面積を大きくする手段としては、タービンホイールの軸心方向に対する羽根の傾斜角を小さくする方法や、タービンホイールの排気ガスの出口側における外径を大きくする方法等が考えられる。しかし、羽根の傾斜角を小さくする方法では、羽根のキャンバー長が短くなるため羽根に加わる負荷分布が増加し、さらに羽根を回転方向に推進する分力が減少するため、タービン効率の低下を招くこととなる。また、タービンホイールの排気ガスの出口側における外径を大きくする方法では、タービンホイールの慣性モーメントが増加し、さらに排気量が減少した場合において羽根を回転方向に推進するための十分な排気ガスの流速を得ることができないため、やはりタービン効率の低下を招くこととなる。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、タービンホイールを通過する排気ガスの流量が増加してもタービン効率の低下を抑制することができるターボチャージャを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、複数枚の羽根を有するタービンホイールと、同タービンホイールを収容するタービンハウジングと、同タービンハウジングに形成されたスクロール流路とを備え、内燃機関から排出される排気ガスを前記スクロール流路を通じて前記タービンホイールの外周から吹き付けて軸心方向に流出させることで前記タービンホイールを回転駆動するターボチャージャにおいて、前記スクロール流路は、前記タービンホイールの第１流入部に排気ガスを流入させる第１スクロール流路と、第１流入部の軸心方向下流側に設けられる前記タービンホイールの第２流入部に排気ガスを流入させる第２スクロール流路とに分割され、前記タービンホイールは、第２流入部から下流側に設けられる羽根枚数が、第２流入部よりも上流側に設けられる羽根枚数よりも少なくなるように構成されることをその要旨としている。

同構成によれば、スクロール流路は、タービンホイールの第１流入部に排気ガスを流入させる第１スクロール流路と、第１流入部の軸心方向下流側の第２流入部に排気ガスを流入させる第２スクロール流路とに分割される。このため、第２流入部よりも上流側には第１スクロール流路から流入する排気ガスのみが流れ、第２流入部において第２スクロール流路から流入される排気ガスが合流することで、第２流入部から下流側には第１スクロール流路及び第２スクロール流路から流入する排気ガスが流れる。そして、タービンホイールは、第２流入部から下流側に設けられる羽根枚数が、第２流入部よりも上流側に設けられる羽根枚数よりも少なくなるように構成される。このため、排気ガスの流量が相対的に少なくなる第２流入部よりも上流側においては、羽根枚数を相対的に多くすることで、羽根の正圧面側と負圧面側との圧力差を減少させて羽根に加わる負荷分布を減少させることができる。一方、排気ガスの流量が相対的に多くなる第２流入部から下流側においては、羽根枚数を相対的に少なくすることで、総スロート面積を増加させて排気ガスがチョークすることを抑制するとともに、排気ガスと羽根の表面との摩擦による圧力損失を抑えるようにすることができる。これにより、タービンホイールの羽根の傾斜角の変更又は排気ガスの出口側における外径の変更によってタービン効率を犠牲にするような構成をとることなく、タービンホイールに供給される排気量が増加してもタービン効率の低下を抑制する構成とすることができる。

また、第２流入部から下流側の羽根枚数を相対的に少なくすることから、タービンホイールの慣性モーメントを低減するような構成をとることができ、タービンホイールのレスポンスを向上させてターボチャージャの過渡特性を向上させることができる。

また、第２スクロール流路から第２流入部に排気ガスが合流することにより第１スクロール流路からの排気ガスの流れを阻害してしまう虞があるが、第２流入部から下流側の羽根枚数が相対的に少なくなるため、隣接する羽根同士の空間を大きくとることができ、排気ガスの干渉を緩和して圧力損失を極力抑えるようにすることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のターボチャージャにおいて、前記スクロール流路には、前記タービンホイールに排気ガスを吹き付けるためのノズルが設けられることをその要旨としている。

同構成によれば、スクロール流路にはタービンホイールに排気ガスを吹き付けるためのノズルが設けられるため、スクロール流路からタービンホイールに吹き付けられる排気ガスの流速を速めて、タービン効率の向上を図ることができる。なお、スクロール流路に設けられるノズルは、開口面積が一定の固定ノズルであってもよいし、開口面積を変更して排気ガスの流速を可変とする可変ノズルであってもよい。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のターボチャージャにおいて、前記タービンホイールは、第２流入部よりも上流側に設けられる羽根のうちいずれか複数枚の羽根が第２流入部の下流側に延設されることをその要旨としている。

同構成によれば、タービンホイールは、第２流入部よりも上流側に設けられる羽根のうちいずれか複数枚の羽根が第２流入部の下流側に延設されるため、第２流入部の下流側に延設される羽根が全翼として構成され、その他の羽根が半翼として構成される。このため、タービンホイール内を通過する排気ガスが羽根の断面に衝突することを防止することができ、排気ガスの圧力損失を抑えることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のターボチャージャにおいて、前記タービンホイールの隣接する羽根の間のスロートは、第２流入部から下流側におけるスロート面積が、第２流入部よりも上流側におけるスロート面積よりも大きくなるように形成されることをその要旨としている。

同構成によれば、タービンホイールの隣接する羽根の間のスロートは、第２流入部から下流側におけるスロート面積が、第２流入部よりも上流側におけるスロート面積よりも大きくなるように形成される。このため、第２スクロール流路から第２流入部に排気ガスが合流することにより排気ガスの流量が増加するにもかかわらず、第２流入部から下流側において排気ガスの流れが大きく絞られてチョークしてしまうといった状況を回避することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のターボチャージャにおいて、第２流入部から下流側における総スロート面積は、第２流入部よりも上流側における総スロート面積よりも大きいことをその要旨としている。

同構成によれば、タービンホイールは、第２流入部から下流側における総スロート面積が、第２流入部よりも上流側における総スロート面積よりも大きくなるように形成されるため、第２流入部から下流側において総スロート面積が減少することによって排気ガスの流れが絞られてチョークしてしまうといった状況を回避することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のターボチャージャにおいて、第２スクロール流路から前記タービンホイールに流入する排気ガスの流量を調整する流入量調整手段を更に備えることをその要旨としている。

同構成によれば、上記のターボチャージャは第２スクロール流路からタービンホイールに流入する排気ガスの量を調整する流入量調整手段を備える。このため、内燃機関から排出される排気量や機関運転状態に応じて、第２スクロール流路に導かれる排気ガスの流量を調整し、ターボチャージャの過給特性を変更することができる。例えば、内燃機関から排出される排気量が少ないときには、流入量調整手段により第２スクロール流路から流入する排気量を減少させることにより、第１スクロール流路から流入する排気量を増加させて第２流入部よりも上流側を流れる排気ガスの流量の減少を抑えることができる。これにより、内燃機関から排出される排気量が少ない場合においても、多くの排気ガスをタービンホイールの上流側から下流側に亘って流すことができ、排気エネルギを極力多く回収することでタービン効率の向上を図ることができる。

以下、図１〜５を参照して、本発明に係るターボチャージャを具体化した一実施形態について説明する。
図１はターボチャージャ１のタービン側の部分断面図及びその周辺の構成図である。ターボチャージャ１は、複数枚の羽根を有するタービンホイール１１を回転自在に保持するタービンハウジング２１を備える。タービンハウジング２１は、排気ガスが流入する排気導入口２２と、流入した排気ガスを排出する排気排出口２３とを有し、排気導入口２２から流入する排気ガスをタービンホイール１１に導くスクロール流路２４と、タービンホイール１１が収容されるタービンホイール室２５とに区画形成されている。

排気導入口２２には、内燃機関としてのエンジン４１の排気管４２が接続されており、エンジン４１から排出される排気ガスが流入する。スクロール流路２４は、タービンホイール室２５の外周に渦巻状に形成されるとともに、隔壁２６によって排気ガスの流れる通路が第１スクロール流路２７と第２スクロール流路２８とに分割されている。第１スクロール流路２７は、排気導入口２２から流入する排気ガスがタービンホイール１１の軸心方向上流側に導かれるように、開口面積が一定のノズル２７ａを介してタービンホイール室２５と連通している。第２スクロール流路２８は、排気導入口２２から流入する排気ガスがタービンホイール１１の軸心方向下流側に導かれるように、開口面積が一定のノズル２８ａを介してタービンホイール室２５と連通している。

第１スクロール流路２７のノズル２７ａからタービンホイール室２５に流入する排気ガスは、タービンホイール１１の軸心方向上流側に位置する第１流入部１２に流入し、タービンホイール１１の羽根の間のスロート部を軸心方向下流側に流れて、タービンホイール１１を回転させる。第２スクロール流路２８のノズル２８ａからタービンホイール室２５に流入する排気ガスは、第１流入部１２の軸心方向下流側に位置するタービンホイール１１の第２流入部１３に流入し、第１スクロール流路２７から流入する排気ガスと合流する。そして、タービンホイール１１の羽根の間のスロート部を軸心方向下流側に流れて、タービンホイール１１を回転させる。タービンホイール１１を通過した排気ガスは、排気排出口２３から排出される。

このように、タービンホイール１１の第２流入部１３よりも上流側には第１スクロール流路２７から流入する排気ガスのみが流れ、タービンホイール１１の第２流入部１３から下流側には第１スクロール流路２７及び第２スクロール流路２８から流入する排気ガスが流れるようになる。

また、第２スクロール流路２８の上流側には、排気導入口２２から第２スクロール流路２８に導かれる排気ガスの流量を調整するための制御弁２９が設けられる。流入量調整手段としての制御弁２９は、電動モータ等からなるアクチュエータ３０により駆動される。制御弁２９の開度は、ＥＣＵ（電子制御装置）５１がアクチュエータ３０を駆動制御することにより調整される。

ＥＣＵ５１は、エンジン４１における種々の制御を統括して実行するものであり、演算装置、駆動回路の他、各種制御の演算結果やその演算に用いられる関数マップ等を記憶する記憶装置等を備えている。ＥＣＵ５１には、エンジン４１の吸気管４３に設けられる過給圧センサ５２、アクセルペダル３１の踏み込み量を検出するアクセルセンサ５３、エンジン４１の図示しないクランクシャフトに設けられるクランク角センサ５４等の信号が入力される。ＥＣＵ５１は、これらのセンサの検出信号に基づいて過給圧、アクセルペダル踏込み量、機関回転速度等を求め、機関運転状態に応じた目標過給圧を算出する。そして、過給圧が目標過給圧となるようにアクチュエータ３０等の駆動制御を行う。例えば、エンジン４１が低速低負荷運転時であれば制御弁２９の開度を小さくし、エンジン４１が高速高負荷運転時であれば制御弁２９の開度を大きくするような制御が行われる。

次に、タービンホイール１１の形状について説明する。図２はタービンホイール１１の側面図である。タービンホイール１１は排気ガスが吹き付けられることにより、Ｒ方向に回転する。図２に示すように、タービンホイール１１には、軸心の周りに複数枚の羽根１４が設けられる。羽根１４は、翼形状を成すとともにその表面が３次元形状に形成されている。そして、羽根１４は、羽根１４の上流側の前縁部１４ａから羽根１４の下流側の後縁部１４ｂまで延設される５枚の全翼の羽根１５と、羽根１４の前縁部１４ａから第２流入部１３の手前まで延設される５枚の半翼の羽根１６とが交互に等間隔に形成されている。このため、タービンホイール１１は、第２流入部１３から下流側の範囲Ｘに設けられる羽根枚数が、第２流入部１３よりも上流側の範囲Ｙに設けられる羽根枚数よりも少なくなるように構成される。すなわち、タービンホイール１１の範囲Ｘの羽根枚数は５枚となり、範囲Ｙの羽根枚数は１０枚となる。

図３は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図３に示すように、タービンホイール１１の羽根１５は、その下流側の部分における軸心方向に対する傾斜角が大きくなるように形成される。これにより、スロート部を通過する排気ガスが羽根１５をＲ方向に押圧して、タービンホイール１１を効率よく回転させるようにしている。

タービンホイール１１の範囲Ｘにおける隣接する羽根１５の間のスロートには、第１スクロール流路２７及び第２スクロール流路２８から流入する排気ガスが流れるため、範囲Ｘのスロート面積ａ１は、タービンホイール１１を通過する排気ガスの流量が最も大きくなる最大タービン流量に合わせて設定されている。

一方、タービンホイール１１の範囲Ｙにおける隣接する羽根１５と羽根１６との間のスロートには、第１スクロール流路２７から流入する排気ガスのみが流れるため、範囲Ｙのスロート面積ａ２は、第１スクロール流路２７から流入する排気ガスの最大流量に合わせて設定されている。なお、範囲Ｙのスロート面積ａ２は、排気ガスの流量が少ない場合においてもタービン効率を上昇させために極力小さく設定することが好ましいが、スロート面積ａ２を小さくし過ぎると、排気ガスの流量が増加した場合にチョークが発生してタービン効率を低下させてしまう。このため、範囲Ｙのスロート面積ａ２は、第１スクロール流路２７から流入する排気ガスが最大流量になった場合においてもチョークが発生しない面積に設定される。

上記のようにタービンホイール１１のスロート面積が設定されることから、範囲Ｘにおけるスロート面積ａ１は範囲Ｙにおけるスロート面積ａ２よりも大きくなり、範囲Ｘにおける総スロート面積Ａ１（スロート面積ａ１の５倍）は範囲Ｙにおける総スロート面積Ａ２（スロート面積ａ２の１０倍）よりも大きくなる。これにより、第２流入部１３において第２スクロール流路２８から排気ガスが合流しても、排気ガスの増加分に対する流路面積を確保するように構成することができ、第２流入部１３から下流側において排気ガスの流れが大きく絞られてチョークしてしまうことを抑えることができる。

次に、ターボチャージャ１の作用について説明する。エンジン４１から排出される排気量が多くなる高速高負荷運転時等には、制御弁２９の開度が大きく設定される。このため、タービンハウジング２１の排気導入口２２から流入する排気ガスは、第１スクロール流路２７と第２スクロール流路２８とに分かれて導かれる。図４に、このときのタービンホイール１１の羽根１４の周辺における排気ガスの流れを示す。第１スクロール流路２７に導かれた排気ガスは、矢印ｃ１方向に流れてノズル２７ａでその流速が速められ、ノズル２７ａからタービンホイール室２５に流入して、タービンホイール１１の第１流入部１２に吹き付けられる。第１流入部１２に吹き付けられた排気ガスは、タービンホイール１１の範囲Ｙのスロート部を矢印ｃ２方向に通過してタービンホイール１１に回転力を与える。

一方、第２スクロール流路２８に導かれた排気ガスは、矢印ｃ３方向に流れてノズル２８ａでその流速が速められ、ノズル２８ａからタービンホイール室２５に流入して、タービンホイール１１の第２流入部１３に吹き付けられる。そして、第２流入部１３において、ノズル２７ａから流入した排気ガスとノズル２８ａから流入した排気ガスとが合流する。このとき、ノズル２８ａから流入する排気ガスは、タービンホイール１１の外周から矢印ｃ４方向に吹き付けられるため、矢印ｃ２方向に流れる排気ガスと衝突してしまうが、範囲Ｘのスロート面積ａ１は範囲Ｙのスロート面積ａ２よりも大きく設定されているため、排気ガス同士の衝突による流れの干渉が緩和された状態で排気ガスが合流する。そして、合流した排気ガスは、タービンホイール１１の範囲Ｘのスロート部を矢印ｃ５方向に通過してタービンホイール１１に回転力を与えつつ、排気排出口２３から排出される。タービンホイール１１の回転力は同軸上に形成された図示しないコンプレッサホイールに伝達され、コンプレッサホイールの回転によって吸入空気がエンジン４１に過給される。

また、エンジン４１から排出される排気量が少なくなる低速低負荷運転時等には、制御弁２９が閉弁される。このため、タービンハウジング２１の排気導入口２２から流入する排気ガスは、第１スクロール流路２７のみに導かれる。図５に、このときのタービンホイール１１の羽根１４の周辺における排気ガスの流れを示す。第１スクロール流路２７に導かれた排気ガスは、矢印ｄ１方向に流れてノズル２７ａでその流速が速められ、ノズル２７ａからタービンホイール室２５に流入して、タービンホイール１１の第１流入部１２に吹き付けられる。

第１流入部１２に吹き付けられた排気ガスは、タービンホイール１１の範囲Ｙのスロート部を矢印ｄ２方向に通過してタービンホイール１１に回転力を与える。タービンホイール１１の範囲Ｙのスロート面積ａ１は相対的に小さく設定されているため、範囲Ｙのスロート部を通過する排気量が少ない場合においても、排気ガスの流速を大きくしてタービン効率を高めることができる。そして、矢印ｄ２方向に流れる排気ガスは、タービンホイール１１の範囲Ｘのスロート部を矢印ｄ３方向に通過してタービンホイール１１に回転力を与えつつ、排気排出口２３から排出される。タービンホイール１１の回転力は同軸上に形成された図示しないコンプレッサホイールに伝達され、コンプレッサホイールの回転によって吸入空気がエンジン４１に過給される。

このようにして、エンジン４１から排出される排気量が多くなる場合には、第１スクロール流路２７及び第２スクロール流路２８からタービンホイール１１へと排気ガスが吹き付けられるため、最大タービン流量に合わせて羽根形状が設定されているタービンホイール１１により排気エネルギを回収することでタービン効率を向上させることができる。一方、エンジン４１から排出される排気量が少なくなる場合には、第１スクロール流路２７のみからタービンホイール１１へと排気ガスが吹き付けられるため、スロート面積が相対的に小さく設定される範囲Ｙのスロート部を流れる排気ガスの流量を増加させて、効率よく排気エネルギを回収してタービン効率の低下を抑えることができる。

上記実施形態のターボチャージャによれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、タービンホイール１１の範囲Ｙのスロート部には第１スクロール流路２７のノズル２７ａから流入する排気ガスのみが流れるため、範囲Ｙの流路面積を範囲Ｘの流路面積よりも小さくすることができ、範囲Ｙに形成される羽根枚数（１０枚）を範囲Ｘに形成される羽根枚数（５枚）よりも多くすることができる。このため、範囲Ｙにおいては、羽根の正圧面側と負圧面側との圧力差を減少させて羽根に加わる負荷分布を減少させることができる。

一方、タービンホイール１１の範囲Ｘのスロート部には第１スクロール流路２７のノズル２７ａ及び第２スクロール流路２８のノズル２８ａから流入する排気ガスが流れるため、羽根枚数を減らすことで総スロート面積Ａ１を増加させて排気ガスがチョークすることを抑制することができる。また、範囲Ｘにおいて羽根枚数が減少することから、排気ガスと羽根１５の表面との摩擦による圧力損失を抑えることができる。

これにより、タービンホイールの羽根の全てが全翼の羽根で形成される（例えば８枚の全翼の羽根で形成される）ような場合に比べて、排気ガスの排気エネルギを効率よく回収することができるので、タービン効率を向上させることができる。また、タービンホイール１１の範囲Ｘ及び範囲Ｙのスロート面積は、それぞれの範囲を通過する排気ガスの最大流量に基づいて設定されているため、タービンホイール１１に供給される排気量が増加しても、チョークの発生等を防止してタービン効率の低下を抑制することができる。

（２）上記実施形態では、タービンホイール１１の範囲Ｘの羽根枚数を範囲Ｙに形成される羽根枚数よりも少なくしているため、タービンホイール１１の慣性モーメントを低減するような構成をとることができる。このため、タービンホイール１１のレスポンスを向上させてターボチャージャ１の過渡特性を向上させることができる。

（３）上記実施形態では、タービンホイール１１の第２流入部１３において、ノズル２７ａから矢印ｃ４方向に吹き付けられる排気ガスが、ノズル２７ａから流入して矢印ｃ２方向に流れる排気ガスと合流する。このとき、ノズル２７ａから流入する排気ガスとノズル２８ａから流入する排気ガスとが衝突するが、範囲Ｘのスロート面積ａ１は範囲Ｙのスロート面積ａ２よりも大きく設定されているため、排気ガス同士の衝突による流れの干渉を緩和しつつ、排気ガスの圧力損失を抑えるような態様で排気ガスを合流させることができる。

（４）上記実施形態では、第１スクロール流路２７及び第２スクロール流路２８には、タービンホイール１１に排気ガスを吹き付けるためのノズル２７ａ，２８ａが設けられるため、タービンホイール１１に吹き付けられる排気ガスの流速を速めて、タービン効率の向上を図ることができる。

（５）上記実施形態では、タービンホイール１１の範囲Ｘにおけるスロート面積ａ１は、タービンホイール１１の範囲Ｙにおけるスロート面積ａ２よりも大きくなるように形成される。このため、第２流入部１３において第２スクロール流路から排気ガスが合流することにより排気ガスの流量が増加するにもかかわらず、範囲Ｘにおいて排気ガスの流れが大きく絞られてチョークしてしまうといった状況を回避することができる。

（６）上記実施形態では、タービンホイール１１の範囲Ｘにおける総スロート面積Ａ１は、タービンホイール１１の範囲Ｙにおける総スロート面積Ａ２よりも大きくなるように形成される。このため、第２流入部１３において第２スクロール流路２８から流入する排気ガスが合流しても、排気ガスの増加分に対する流路面積を確保するように構成することができ、第２流入部１３から下流側において排気ガスの流れが大きく絞られてチョークしてしまうことを抑えることができる。

（７）上記実施形態では、第２スクロール流路２８の上流側には、排気導入口２２から第２スクロール流路２８に導かれる排気ガスの流量を調整するための制御弁２９が設けられる。このため、エンジン４１から排出される排気量や機関運転状態に応じて、第２スクロール流路２８に導かれる排気ガスの流量を調整し、ターボチャージャ１の過給特性を変更することができる。例えば、エンジン４１から排出される排気量が少なくなる低速低負荷運転時等には、制御弁２９の開度を小さく設定して第２スクロール流路２８から流入する排気量を減少させることにより、第１スクロール流路２７から流入する排気量を増加させてタービンホイール１１の範囲Ｙを流れる排気ガスの流量の減少を抑えることができる。これにより、エンジン４１から排出される排気量が少ない場合においても、多くの排気ガスをタービンホイール１１の上流側から下流側に亘って流すことができ、排気エネルギを極力多く回収することでタービン効率の向上を図ることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、タービンホイール１１の羽根１４は、全翼の羽根１５の枚数を５枚とし、半翼の羽根１６の枚数を５枚として構成しているが、エンジン４１の排気特性やタービンホイール１１の形状等に応じて、他の羽根枚数に変更してもよい。

・上記実施形態では、タービンホイール１１の羽根１４は、全翼の羽根１５と半翼の羽根１６とが交互に等間隔に形成されているが、隣接する全翼の羽根１５の間に半翼の羽根１６を複数枚設けるようにしてもよいし、隣接する半翼の羽根１６の間に全翼の羽根１５を複数枚設けるようにしてもよい。また、タービンホイール１１の羽根１４は、等間隔に形成されていなくてもよい。

・上記実施形態では、タービンホイール１１の羽根１４は、全翼の羽根１５と半翼の羽根１６とにより構成されているが、タービンホイール１１の範囲Ｘに設けられる羽根枚数が、範囲Ｙに設けられる羽根枚数よりも少なくなるように構成されていれば、他の態様で羽根が形成されていてもよい。例えば、タービンホイール１１の範囲Ｘと範囲Ｙとにおいて、個々に半翼の羽根が設けられるように構成してもよい。

・上記実施形態では、第１スクロール流路２７及び第２スクロール流路２８のノズル２７ａ，２８ａは、開口面積が一定の固定ノズルであるが、開口面積を変更してタービンホイール１１に吹き付けられる排気ガスの流速を可変とする可変ノズルに変更してもよい。このように構成すると、ターボチャージャ１の過給特性を様々な態様に変更することができる。

・上記実施形態では、第１スクロール流路２７及び第２スクロール流路２８にノズル２７ａ，２８ａを設けているが、ノズル２７ａ，２８ａを設けない構成にしてもよい。ノズルを介さずにタービンホイール１１に排気ガスを吹き付けるようにしても、タービン効率の向上を図ることができるという本発明の効果を得ることができる。

・上記実施形態では、第２スクロール流路２８の上流側に、第２スクロール流路２８に導かれる排気ガスの流量を調整するための制御弁２９が設けられているが、第１スクロール流路２７にも、第１スクロール流路２７に導かれる排気ガスの流量を調整するための機構を配置してもよい。

・上記実施形態では、エンジン４１から排出される全ての排気ガスをタービンホイール１１に導くようにしているが、タービンホイール１１の上流側と下流側とを連通するバイパス通路を設けて、タービンホイール１１に供給される排気量を調整することで過給圧を制御するように構成してもよい。

ターボチャージャのタービン側の部分断面図及びその周辺の構成図。 タービンホイールの側面図。 図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図。 タービンホイールの羽根の周辺の部分断面図。 タービンホイールの羽根の周辺の部分断面図。

符号の説明

１…ターボチャージャ、１１…タービンホイール、１２…第１流入部、１３…第２流入部、１４…羽根、１５…全翼の羽根、１６…半翼の羽根、２１…タービンハウジング、２２…排気導入口、２３…排気排出口、２４…スクロール流路、２５…タービンホイール室、２６…隔壁、２７…第１スクロール流路、２８…第２スクロール流路、２９…制御弁、３０…アクチュエータ、４１…エンジン、５１…ＥＣＵ。

Claims (6)

1. 複数枚の羽根を有するタービンホイールと、同タービンホイールを収容するタービンハウジングと、同タービンハウジングに形成されたスクロール流路とを備え、内燃機関から排出される排気ガスを前記スクロール流路を通じて前記タービンホイールの外周から吹き付けて軸心方向に流出させることで前記タービンホイールを回転駆動するターボチャージャにおいて、
   前記スクロール流路は、前記タービンホイールの第１流入部に排気ガスを流入させる第１スクロール流路と、第１流入部の軸心方向下流側に設けられる前記タービンホイールの第２流入部に排気ガスを流入させる第２スクロール流路とに分割され、
   前記タービンホイールは、第２流入部から下流側に設けられる羽根枚数が、第２流入部よりも上流側に設けられる羽根枚数よりも少なくなるように構成される
   ことを特徴とするターボチャージャ。
2. 請求項１に記載のターボチャージャにおいて、
   前記スクロール流路には、前記タービンホイールに排気ガスを吹き付けるためのノズルが設けられる
   ことを特徴とするターボチャージャ。
3. 請求項１又は２に記載のターボチャージャにおいて、
   前記タービンホイールは、第２流入部よりも上流側に設けられる羽根のうちいずれか複数枚の羽根が第２流入部の下流側に延設される
   ことを特徴とするターボチャージャ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のターボチャージャにおいて、
   前記タービンホイールの隣接する羽根の間のスロートは、第２流入部から下流側におけるスロート面積が、第２流入部よりも上流側におけるスロート面積よりも大きくなるように形成される
   ことを特徴とするターボチャージャ。
5. 請求項４に記載のターボチャージャにおいて、
   第２流入部から下流側における総スロート面積は、第２流入部よりも上流側における総スロート面積よりも大きい
   ことを特徴とするターボチャージャ。
6. 第２スクロール流路から前記タービンホイールに流入する排気ガスの流量を調整する流入量調整手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のターボチャージャ。

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