JPH0610420B2

JPH0610420B2 - ターボチャージャ

Info

Publication number: JPH0610420B2
Application number: JP62329613A
Authority: JP
Inventors: 英男河村; 真治原
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1987-12-28
Publication date: 1994-02-09
Anticipated expiration: 2009-02-09
Also published as: JPS63302136A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、自動車のエンジン等に適用されるターボチ
ャージャに関する。

〔従来の技術〕

従来、特開昭５８−１３８２２２号公報に開示された排
気タービン過給機は、タービンスクロールを二分割し、
一方のタービンスクロール部分に開閉弁即ち開閉シャッ
タを設置し、ノズル面積を可変にするものである。該排
気タービン過給機を第２図を参照してて概説する。

第２図には、内燃機関の排気タービンの過給機における
排気タービン60が示されている。排気タービン60は、タ
ービンケース61の内部を隔壁62によりほぼ軸方向に並ん
だ流路面積の異なる大容量及び小容量用の２つのスクロ
ール室63，64に分割される。隔壁62の先端はタービン羽
根67の外周の羽根入口に近接させて、ノズル部分65，66
を軸方向に二分割する。二分割されたノズル幅は、それ
ぞれに連通している２つのスクロール室63，64の容量に
応じて設定されている。スクロール入口部にスクロール
室63，64に連なる２流路のうち流路面積の大きな方の流
路入口を開閉できるバルブ68を設ける。

排気タービン60は、エンジン低速時の過給圧力が低い場
合には、バルブ68を閉じて流路面積の小さな方のスクロ
ール室64のみに排気ガスを流し、エンジン高速時には次
第にバルブ68を開いて流路面積の大きな方のスクロール
室63にも排気ガスを流すように作動されるものである。

更に、第３図には、別の構造の排気タービンが示されて
おり、特に、スクロール及びノズルを示したものであ
る。第３図の部品には、第２図の部品と同一のものにつ
いては同一の符号にダッシュを付した符号を付してあ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、第２図及び第３図に示されている排気タ
ービン過給機については、エンジン低速から高速まで広
範囲で効率良く十分な過給圧力を得るためにスクロール
室63，64及びノズル65，66を可変容量にし、容量を大幅
に変えるため低速時に使うスクロール流量面積をできる
だけ小さくするものであり、スクロール室63，64を二分
割して、一方のタービンスクロール部分にバルブ68即ち
開閉シャッタを設置し、ノズル面積を可変にしている。

しかしながら、上記のものについては、タービン通路に
関してタービンケーシングは鋳物のみで構成されたもの
であり、エンジンから排気される排気ガスを断熱すると
いう目的意識示を有するものではない。

また、２つのタービン通路に関しては、別体として構成
したものでなく、両者のスクロールを一体的に形成して
いることは明らかであり、製作上、タービン通路の形状
を正確に且つ堅牢に構成し且つ所望の形状を容易に製作
するという点では、問題点を有するものである。

ところで、本出願人はこの出願の先願である特願昭６１
−２５０２３４号において、回転電機付ターボチャージ
ャを開示している。該回転電機付ターボチャージャは、
エンジンの排気管に回転電機を有するタービンを設け、
排気エネルギーを回生して電気負荷に供給するものであ
り、電気負荷の需要電気量に応じて前記タービンに圧送
する排気エネルギーを制御する制御手段と前記回転電機
の電気出力を調節する調節手段とを設けたことを特徴と
している。このような回転電機付ターボチャージャは、
タービンスクロールを二分割にしているが、二分割にし
たタービンスクロールを製作するに当たって、困難を伴
うものである。

また、タービンとコンプレッサとがタービン軸によって
連結され、該タービン軸上に交流機である回転電機が配
置されている。回転電機は、例えば、強力な永久磁石か
ら成る回転子及び三相巻線を有する固定子から構成され
ている。

しかしながら、永久磁石は、熱に対して極めて弱く、温
度約２００℃以上になると、その減磁率は大幅に劣化す
るものである。永久磁石については、例えば、約２００
℃での減磁率は約５％であるが、約３００℃での減磁率
は約３０％にも達する性質を有している。それ故に、回
転電機がタービン即ち排気ガスからの熱の影響を受けな
いように、タービンから伝わる熱を遮熱するということ
が大きな問題となる。

そこで、この発明の目的は、上記の問題点を解決するこ
とであり、タービン通路を形成するタービンケースは鋳
込みで構成すると共に、タービンスクロールを２つのメ
インポートとサブポートとで構成するのに簡単な構造を
提供し、しかもメインポートとサブポートの形状を所望
のサイズに正確に且つ堅牢に構成して所望の形状と簡単
に製作でき、更に、エンジンから排気される排気ガスか
らの高温状態になるタービンから導、輻射によって伝え
られる熱を断熱ガスケットによって遮熱し、前記タービ
ンとコンプレッサとの間に配設された回転電機を高熱に
よる悪影響から保護し、排気ガスが有する熱エネルギー
をエンジン作動状態に応じて効率的に回収することがで
きるターボチャージャを提供することである。

〔題題点を解決するための手段〕

この発明は、上記の目的を達成するために、次のように
構成されている。即ち、この発明は、タービンとコンプ
レッサを連結するシャフト上でセンタハウジング内に配
置された回転電機を持つターボチャージャにおいて、タ
ービンケースに形成されたメインポート、前記タービン
ケースと前記センタハウジングとの間に配置されたハウ
ジング、該ハウジングと前記タービンケースとの各取付
面に形成した各凹部で形成された前記メインポートに隣
接するサブポート、及び前記各取付面の間に配置され且
つ前記ハウジングの前記凹部の全壁面に配置された断熱
ガスケットを有することを特徴とするターボチャージャ
に関する。

また、このターボチャージャは、エンジンのアイドリン
グ時のガス流量の少ない状態では前記サブポートのみに
排気ガスを導き、前記回転電機の発電出力を増加させる
ものである。

また、このターボチャージャは、エンジンの高負荷時に
は前記メインポートのみに排気ガスを導き、前記サブポ
ートを断熱空気層として機能させるものである。

〔作用〕

この発明は、上記のように構成されているので、次のよ
うに作用する。即ち、この発明によるターボチャージャ
は、ハウジングの取付面に形成した凹部とメインポート
を形成したタービンケースの取付面に形成した凹部とで
サブポートを形成し、前記各取付面の間と前記ハウジン
グの前記凹部の全壁面とに断熱ガスケットが配置されて
いるので、前記サブポートを極めて簡単に且つ正確に製
作でき、簡潔な堅固な構造に構成でき、また、組立工程
において前記各取付面の間にセラミック材等から成る断
熱ガスケットを単に介在させて前記タービンケースと前
記ハウジングを結合するだけで、タービンからの高熱を
遮熱する構造に構成することができ、更に前記断熱ガス
ケットを前記凹部壁面まで延長させるだけで、一層完全
に熱を遮熱することができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この発明によるターボチャージ
ャの実施例を詳述する。

第１図において、この発明によるターボチャージャの一
実施例が符号10によって全体的に示されている。このタ
ーボチャージャ10は、エンジンの排気ガス即ち排気ガス
エネルギーによって駆動されるタービン１、タービン１
の駆動によって過給するコンプレッサ２、及びタービン
１によって駆動され且つ電動機又は発電機として機能す
る永久磁石26及び固定子17から成る回転電機３を有す
る。

なお、タービン１、コンプレッサ２及び回転電機３の関
係については、例えば、本出願人による前掲特願昭６１
−２５０２３４号に開示されている回転電機付ターボチ
ャージャと同様な構成である。

タービン１については、タービンケース４、ハウジング
７及びセンタハウジング８によって形成されるスペース
内に排気ブレード即ちタービンブレード９が配置された
ものである。このターボン１のタービンブレード９はタ
ービン軸であるシャフト11の一端部に取り付けられ、ま
たコンプレッサ２のコンプレッサインペラ12はシャフト
11の他端部に取り付けられている。

また、電動機又は発電機として機能する永久磁石26及び
固定子17から成る回転電機３は、タービン１とコンプレ
ッサ２との中間のシャフト11上に配設されている。

タービンブレード９とシャフト11との取付機造について
は、例えば、シャフトト11の端部の継手部に形成された
嵌合穴に、タービンブレード９のタービン軸が嵌合する
ことによって、タービンブレード９とシャフト11とが固
定される。また、シャフト11の継手部はシールリングを
介してセンタハウジング８に支持されている。

また、コンプレッサ２は、コンプレッサハウジング13内
にコンプレッサインペラ12が配置されたものである。更
に、シャフト11の一端にはコンプレッサインペラ12がコ
ンプレッサ軸を介して固定されている。

また、回転電機３については、上述のように、前掲特願
昭６１−２５０２３４号に開示されている回転電機付タ
ーボチャージャと同様な構成であり、電動機又は発電機
として作用できるものとして設けてある。この回転電機
３は、センタハウジング８内を貫通するターボチャージ
ャシャフト即ちシャフト11の中央部に取付けられた軸方
向に伸長する永久磁石26の磁石ロータ、及び固定子17の
ステータコア、ステータコイル等から成る。

シャフト11は、センタハウジング８に固定された一対の
ベアリング14介して回転自在に支持されている。タービ
ン１のタービンブレード９は、タービンスクロールであ
るメインポート５及びサブポート６にエンジンの排気マ
ニホルド（図示省略）を通じて送込まれる排気ガスの流
れ即ち排気ガスエネルギーを受けて回転し、排気ガスを
矢印Ａの方向に排気する。また、コンプレッサインペラ
12は、吸気口からコンプレッサスクロール15に導入され
た空気をディフューザによって圧力変換してエンジンの
吸気マニホルドに送込む作用を果たす。回転電機３は、
タービン１によって駆動され、ステータコイルに電圧を
誘起し、この電圧を電源側に戻す機能を果たすもので、
即ち回生電圧をバッテリに充電したり又は負荷として利
用できるように機能するものである。

以上の構成において、この発明によるターボチャージャ
10は、次の構成の点に特徴を有している。このターボチ
ャージャ10については、センタハウジング８とタービン
ケース４との間にハウジング７が配置されているが、タ
ービン１に形成したタービンスクロールをメインポート
５及びサブポート６の２つのスクロールから構成し、サ
ブポート６をタービンケース４とハウジング７の壁面を
利用して構成している。

サブポート６を形成するため、ハウジング７の取付面21
の内方部位には凹部19を形成し、また、タービンケース
４にはメインポート５を形成すると共に、取付面22の内
方部位に凹部25を形成する。サブポート６は、メインポ
ート５を形成するタービンケース４の取付面22の内方部
位の凹部25と取付面21の内方部位の凹部19とによって形
成されている。これらの凹部19，25は、タービンケース
４及びハウジング７の各側面を削り込んでいくことによ
って簡単に且つ正確に形成することができる。

タービンケース４とハウジング７とは、断熱ガスケット
20を介してボルト等の固着手段16によって取付面21と取
付面22の各々の外方部位とが密接状態に接合するように
固着されている。ところで、タービンスクロールである
メインポート５及びサブポート６からの熱は、全体の伝
熱量の７０％以上あり、この部分からの熱伝導を防止す
ることによりベアリング、永久磁石26等への熱伝導量は
大幅に減少することになる。

そこで、このターボチャージャ10は、シャフト11を支持
するベアリング14及びシャフト11の中間部に配設された
永久磁石26の回転電機３等を、高温の排気ガスが通るタ
ービン１から伝わる熱から保護するために、次のように
構成されている。

このターボチャージャ10には、タービンケース４とハウ
ジング７との間に断熱ガスケット20が配置されている。
断熱ガスケット20は、凹部19を被覆するように、言い換
えれば、排気ガスが通る側のサブポート６を覆うように
延長して配置され、ボルト等の適宜な固着手段16によっ
てタービンケース４とハウジング７とで挟持状態に固着
されている。

断熱ガスケット20を配置することによって、断熱ガスケ
ット20はタービン１と永久磁石26から成る回転電機３と
の間で高性能の断熱機能を果たすことでき、従ってター
ビン１からの高温の熱を遮熱し、永久磁石26から成る回
転電機３を保護することができる。また、ハウジング７
とセンタハウジング８とは、セラミック材等からら成る
断熱ガスケット23を介してボルト等の固着手段18によっ
て固着されている。

更に、断熱ガスケット20とハウジング７又はセンタハウ
ジング８との間には、適当な厚さの空気量を適宜に設け
ることが適当である。即ち、この断熱ガスケット23をタ
ービン軸であるシャフト11の外周面付近まで伸長させ、
断熱ガスケット23とセンタハウジング８のタービンブレ
ード９側との間には断熱空気層24が形成されている。ま
た、場合によっては、ハウジング７の内周面と断熱ガス
ケット23との間にも断熱空気層31を形成するように構成
してもよいことは勿論である。

この発明によるターボチャージャ10は、以上のように構
成されており、次のように作動する点について特徴を有
している。

エンジンのアイドリング時等には、空気流量即ちガス流
量が少なく、発電機である回転電機３の出力が不足する
状態になる。このような場合には、サブポート６にのみ
排気ガスを導くように制御し、サブポート６にのみ排気
ガスを流すことによって、タービン１の回転数を上昇さ
せることができ、それによって回転電機３の発電出力を
増させ、発電性能の向上を図ることができる。

このターボチャージャ10については、断熱ガスケット20
が設置されているので、タービンケース４に存在する高
熱は、断熱ガスケット20によって遮熱され、ハウジング
７及びセンタハウジング８への熱伝導は極力抑えられ
る。

また、エンジンの高速、高負荷時には、空気流量即ちガ
ス流量が多いので、メインポート５にのみ排気ガスを流
すことによって、十分な発電出力を得ると共に、ブース
トの発生を図るようにする。しかも、メインポート５の
みを用いて発電性能とブーストの発生を図った場合に
は、サブポート６は排気ガスは流れないので断熱空気層
となり、断熱の機能を果たすことができ、一層の断熱効
果を期待できる。

断熱ガスケット20，23の一例としては、例えば、チタン
酸カリウムウィスカーを主成分とする断熱シートの外面
をスチール、ステンレススチール等の金属製シートで被
覆したものであり、断熱シート自体及び断熱シートと金
属製シートとの間には空気層が形成されている。断熱ガ
スケット20，23は、断熱シートが複数枚重ねられた積層
体であり、その外周部は一方の金属製シートが覆うよう
に曲げられて形成され、他方の金属製シートと密着した
状態に固定され、またその内周部は両側の金属製シート
が複数個のパイプリベットによって互いに固着されてい
る。

断熱シートについては、例えば、ウィスカー状チタン酸
カリウム（K₂Ti₆O₁₃、融点１３７０℃、比重３．２、熱
伝導率０．０００１２cal／cm・sec・℃)をステンレス
スチール製シートの間に配置するように構成することが
できるが、更に、断熱シートには、場合によっては、カ
ーボンをシール部、例えば、タービンケース４とハウジ
ング７との間及びハウジング７とセンタハウジング８と
の間のシール部のみに少量混合し、シール機能を向上さ
せることもできる。

また、断熱ガスケット20，23を構成する断熱シートの材
料、構成等については、種々のものがあり、例えば、次
のような構造の断熱シートがある。まず、断熱シートの
構造については、少なくともチタン酸カリウム製シート
とステンレススチール製シートとが交互に配置され、し
かもこれらのシートの重合体の外面はステンレススチー
ル等の金属製ケースによって被覆した構造に構成されて
いる。

また、別の断熱ガスケットは、チタン酸カリウム製シー
トの断熱シートとステンレススチール等の金属製シート
とを交互に重ねて積層し、外面を金属製シート即ち金属
製ディスクによって被覆して構成したものである。

更に、別の断熱ガスケットは、チタン酸カリウムウィス
カーの両面をアルミナファイバ製シートでサンドイッチ
状に補強して断熱シートを形成し、該断熱シートを積層
体に形成して金属製シートで被覆して構成したものであ
る。

また、他の断熱ガスケットは、チタン酸カリウムウィス
カーとアルミナファイバ即ちアルミナ短繊維とを混合し
て断熱シートを構成し、該断熱シートを積層体に構成し
て構成したものである。

〔発明の効果〕

この発明によるターボチャージャは、以上のように構成
されているので、次のような効果を有する。即ち、この
ターボチャージャは、メインポートを形成したタービン
ケースとセンタハウジングとの間に配置したハウジング
の取付面に凹部を形成し、該凹部と前記タービンケース
の取付面に形成した凹部とでサブポートを形成し、前記
各取付面の間に前記凹部の全壁面に断熱ガスケットを配
置させて両者を結合したので、補助のタービンスクロー
ルとなる前記サブポートを極めて簡単に且つ正確に製作
でき、簡潔で堅固な構造に構成できる。

また、組立工程において、前記ハウジング取付面と前記
タービンケース取付面との間にセラミック材等から成る
断熱ガスケットを単に介在させて前記タービンケースと
前記ハウジングを結合するだけで、高温の排気ガスが通
るタービンからの高熱を遮熱する構造に構成することが
できる。しかも前記断熱ガスケットを前記凹部の全壁面
に配置させるだけで、一層完全に高熱を遮熱することが
できる。

それ故に、タービンとコンプレッサとを連結したシャフ
ト上に配置した回転電機を排気ガスの高熱から保護する
ことができる。しかるに、回転電機は、永久磁石を有し
ているが、前記タービンからの高熱が断熱ガスケット、
高負荷時には断熱ガスケットに加えてサブポートによる
断熱空気層によって完全に遮熱され、永久磁石は熱によ
る減磁がなく、前記回転電機は電動−発電機として本来
の機能を果たし且つ確実に作動できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるターボチャージャの一実施例を
示す断面図、第２図は従来の排気タービン過給機の一例
を示す断面図及び第３図は従来の排気タービン過給機の
別の例を示す断面図である。１……タービン、２……コンプレッサ、３……回転電
機、４……タービンケース、５……メインポート、６…
…サブポート、７……ハウジング、８……センタハウジ
ング、10……ターボチャージャ、11……シャフト、19，
25……凹部、20，23……断熱ガスケット、21，22……取
付面、24，31……断熱空気層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タービンとコンプレッサを連結するシャフ
ト上でセンタハウジング内に配置された回転電機を持つ
ターボチャージャにおいて、タービンケースに形成され
たメインポート、前記タービンケースと前記センタハウ
ジングとの間に配置されたハウジング、該ハウジングと
前記タービンケースとの各取付面に形成した各凹部で形
成された前記メインポートに隣接するサブポート、及び
前記各取付面の間に配置され且つ前記ハウジングの前記
凹部の全壁面に配置された断熱ガスケットを有すること
を特徴とするターボチャージャ。
【請求項２】エンジンのアイドリング時のガス流量の少
ない状態では前記サブポートのみに排気ガスを導き、前
記回転電機の発電出力を増加させることを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載のターボチャージャ。
【請求項３】エンジンの高負荷時には前記メインポート
のみに排気ガスを導き、前記サブポートを断熱空気層と
して機能させることを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載のターボチャージャ。