JPH108977A - 可変容量ターボチャージャ - Google Patents

可変容量ターボチャージャ

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JPH108977A
JPH108977A JP9079431A JP7943197A JPH108977A JP H108977 A JPH108977 A JP H108977A JP 9079431 A JP9079431 A JP 9079431A JP 7943197 A JP7943197 A JP 7943197A JP H108977 A JPH108977 A JP H108977A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低回転域においては少ない排気ガスでタービ
ンロータを効率的に回転させると共に高回転域において
はタービンロータの回転を必要以上行わないきょうにす
る。 【解決手段】 スクロール部を内外周のスクロール部に
分割する区画壁と、排気ガスを内外周のスクロール部の
一方又は両方に供給する切換手段とを設け、少ない排気
ガスのときには内周側のスクロール部に排気ガスを供給
するようにしたこと。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、可変容量ターボチ
ャージャに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】可変容量ターボージャに関する従来技術
として、例えば実公平８−７０６１号公報に開示された
ものがある。
【０００３】この従来技術の可変容量ターボージャは、
タービンロータとインボリュート内壁面を備えたタービ
ンハウジングとの間のスクロール部に多数の可動式のノ
ズルベーンが配置されたリングノズルが配置されてい
る。そして、各々のノズルベーンの角度を変更すること
により、スクロール部を流れる排気ガスの角度を調節し
てタービンロータのタービン翼が受ける力を次のように
調節するものである。排気ガス流量の少ない低速域にお
いては、タービンロータの接線方向に排気ガスが流れる
ようにしてタービン翼の受けるトルクを大きくしてター
ビンロータを効率的に回転させ、排気ガス流量の多い高
速域においては、タービンロータの回転軸に向かって排
気ガスが流れるようにしてタービン翼の受けるトルクを
小さくし、必要以上にタービンロータを回転させないよ
うにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
可変容量ターボージャにおいては、多数のノズルベーン
の角度を同時に変更させるリンク機構が必要となる。ま
た、スクロール部は雰囲気温度が１０００度近い高温と
なり、耐熱性のある材料で多数のノズルベーンやリンク
機構を成形することはコスト的に問題がある。また、排
気ガスの中には多くの炭化物や炭化スケールが含まれて
おり、これらによってリンク機構の可動に影響が発生す
るなど信頼性の面における問題の発生が懸念される。
【０００５】本発明は、上記の従来技術の問題点を解決
した可変容量ターボチャージャを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明において
講じた手段は、可変容量ターボチャージャをシャフト
と、シャフトの一端に取り付けられたタービン翼を備え
たタービンロータと、タービンロータを収容し、タービ
ンロータの外周との間に設けたスクロール部の断面積を
漸次減少させるインボリュート内壁面を備えたタービン
ハウジングと、シャフトの他端に取り付けたコンプレッ
サロータと、コンプレッサロータを収容するコンプレッ
サハウジングと、スクロール部を内側スクロールと外側
スクロールとに分割すると共に内側スクロールと外周ス
クロールとの連通部を備えたタービンハウジングに取り
付けられたインボリュート区画壁と、前記内側スクロー
ルと前記外周スクロールとの切換手段とから構成したこ
とである。従って、スクロール部に導入された排気ガス
は、内側スクロールと外側スクロールとの両方へ流れ込
むが、過給が必要な場合には切換手段によって排気ガス
をタービンロータの近くに位置する内側スクロールへ流
し排気ガスによってタービンロータに回転トルクを与
え、過給が不要な場合には切換手段によって排気ガスを
外側スクロールへ流し排気ガスが連通部を介して内側ス
クロールに流れ込ませてタービンロータに与えるトルク
を少なくすることを成し得る。
【０００７】請求項２の発明において講じた手段は、内
周スクロールと外周スクロールの最奥部にベーンを形成
したことである。内周スクロールと外周スクロールの最
奥部に配置したベーンによって、内周スクロールと外周
スクロールとの合流部における排気ガスの流れ方向を変
換し得る。
【０００８】請求項３の発明において講じた手段は、ベ
ーンはシャフトと平行なベーンシャフトによって支持さ
れ、所定範囲で自由回転できることである。ベーンをシ
ャフトと平行に配置したベーンシャフトで支持し、ベー
ンを所定範囲で自由回転できる構成とすることによっ
て、内周スクロール又は外周スクロールを流れる排気ガ
スの流量に応じたベーンの角度とし得る。
【０００９】請求項４の発明において講じた手段は、連
通部は、インボリュート区画壁の上流側に設けたタービ
ンロータの回転方向に緩やかに切れ込んだ第１の面とイ
ンボリュート区画壁の下流側に設けたタービンロータの
回転方向に鋭く切れ込んだ第２の面とから構成されたこ
とである。従って、外側スクロールを流れる排気ガスが
連通部を介して内側スクロールに流れ込む場合には、タ
ービンロータの回転軸に向かう流れ方向となり、タービ
ンロータに与える回転トルクを小さくすることができ
る。更に、内側スクロールの流れの方向をタービンロー
タの回転軸に向かう流れ方向とすることができ、内側ス
クロールがタービンロータに与える回転トルクを小さく
することができる。
【００１０】請求項５の発明において講じた手段は、切
換手段として外側スクロールを閉鎖する切換バルブを設
けたことである。この切換バルブによって外側スクロー
ルへ排気ガスを流すか否かを選択することができ、特に
排気ガスの少ない低速域においてはタービンロータの近
くに位置する内側スクロールへ排気ガスを流れるように
制御することで、タービンロータに効率的にトルクを与
えることが可能となる。
【００１１】請求項６の発明において講じた手段は、切
換バルブがインボリュート区画壁のスクロール導入口側
端部に取り付けられ、内側スクロール又は外側スクロー
ルの少なくとも一方を閉鎖するようにしたことである。
この切換バルブによってスクロール部を流れる排気ガス
を内側スクロールと外側スクロールとの間で選択するこ
とができ、特に排気ガスの少ない低速域においてはター
ビンロータの近くに位置する内側スクロールへ排気ガス
を流れるように制御することで、タービンロータに効率
的にトルクを与えることが可能となる。
【００１２】請求項７の発明において講じた手段は、イ
ンボリュート区画壁のスクロール部の下流側に連通部を
設けたことである。従って、タービンロータの外周にイ
ンボリュート区画壁に連通部を設けないタービンロータ
駆動部位と、インボリュート区画壁に連通部を設けたタ
ービンロータ非駆動部位とを明確にすることができ、設
計段階にタービンロータ駆動部位とタービンロータ非駆
動部位の比率を決定することにより、可変容量タービン
の特性を容易に決定することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明に係る可変容量ターボチャ
ージャの実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】図１には、本発明を用いた第１の実施の形
態の可変容量ターボチャージャの断面を示している。
【００１５】コンプレッサーハウジング１０には、コン
プレッサー導入口１２、コンプレッサー排出口１４、リ
ング状のスクロール１６、１８が設けられている。スク
ロール１６、１８はコンプレッサー排出口１４に隣接す
る位置からコンプレッサーハウジング１０の外周によっ
て延びて、コンプレッサー排出口１４に連通する。そし
て、コンプレッサー排出口１４に近づくにつれて断面積
を徐々に拡大するように構成されている。２０はスクロ
ール１６、１８を区画するディフューザーであり、ボル
ト２２によってコンプレッサーハウジング１０に取り付
けられている。
【００１６】コンプレッサーハウジング１０に隣接する
ベアリングハウジング３０の外周には、潤滑油導入口３
２が形成されている。潤滑油導入口３２は、軸方向に形
成された油路３４を介して枝油路３６、３８、４０に通
じており、図示しないオイルポンプから供給される潤滑
油をシャフト５０とシャフト５０を支持する軸受４２、
４３、４４、４５、４６の摺動面に供給している。この
摺動面に供給された潤滑油は、ベアリングハウジング３
０の内部に形成された空間５２を介して潤滑油排出口５
４から排出される。５６は可変容量ターボチャージャを
冷却するための冷却水通路であり、５８はプレートシー
ルである。なお、５９は、ベアリングハウジング３０に
設けられる各部位を成形するために分割したベアリング
ハウジング３０の一片である。
【００１７】ベアリングハウジング３０に隣接するター
ビンハウジング６０には、排気ガス導入口６２と排気ガ
ス排出口６４が形成されている。また、図２に示すよう
にタービンハウジング６０の内周側にはインボリュート
内壁面がありスクロール部を形成している。このスクロ
ール部には、タービンハウジング６０に取り付けられた
インボリュート区画壁６７により内側スクロール６６と
該内側スクロール６６より大きな容積を有する外側スク
ロール６８が形成されている。インボリュート区画壁６
７には異なった傾斜面（第１の面）６７ａ、（第２の
面）６７ｂの連通孔（連通部）が形成されており、内側
スクロール６６と外側スクロール６８を連通している。
傾斜面６７ａの内側スクロール６６側への延長方向は時
計の回転とは逆の方向に回転するタービンロータ８０の
接線に近似した緩やかな傾斜面であり、一方、傾斜面６
７ｂの内側スクロール６６側への延長方向はタービンロ
ータ８０の回転中心の近くへ向かっており垂直に近い傾
斜面である。また、インボリュート区画壁６７の排気ガ
ス導入口６２側には、切換弁（切換手段）９０が設けら
れている。この切換弁９０は、先端がタービンハウジン
グ６０の内周側及び外周側まで延びており、図示しない
回転手段によって切換弁９０をインボリュート区画壁６
７の排気ガス導入口６２の先端に位置した回転軸９４を
中心に回転して、図２の実線で示した外側スクロール６
８の導入口の閉鎖位置９２と、図２の破線で示した内側
スクロール６６の導入口の閉鎖位置９６とを切り換える
ものである。
【００１８】図１に示すように、ベアリングハウジング
３０の軸受４２、４３、４４、４５、４６に支持される
シャフト５０は、コンプレッサーハウジング１０側の端
部においてボルト７４とナット７６によって固定された
コンプレッサロータ７０を相対回転不能に取付けてお
り、タービンハウジング６０側の端部においてタービン
ロータ８０を相対回転不能に取付けている。コンプレッ
サロータ７０とタービンロータ８０には、それぞれ径方
向に延在するコンプレッサ翼７２とタービン翼８２が取
り付けられており、タービンロータ８０を回転させるこ
とによってコンプレッサロータ７０が一体に回転するよ
うになっている。
【００１９】次に、上記の第１の実施の形態の可変容量
ターボチャージャの作動について説明する。
【００２０】排気ガス導入口６２から導入した排気ガス
は、タービンハウジング６０内部のスクロール部に導か
れ、タービンロータ８０を回転させて排気ガス排出口６
４から排出される。タービンロータ８０の回転はシャフ
ト５０を介してコンプレッサロータ７０に伝達され、コ
ンプレッサロータ７０はコンプレッサー導入口１２に導
いた機関に供給する吸気ガス（大気）を圧縮してコンプ
レッサー排出口１４を介して機関の吸気口へ高い密度の
吸気ガスを導いている。
【００２１】そして、排気ガス流量の少ない低速域にお
いては、排気ガスが効率的にタービンロータ８０を回転
させるために、切換弁９０を外側スクロール６８の導入
口を閉鎖する閉鎖位置９２として、排気ガス導入口６２
から取り入れた排気ガスを容積の小さな内側スクロール
６６のみに導いている。内側スクロール６６に導かれ流
速を速められた排気ガスはタービンロータ８０の接線方
向に流れる（タービンロータ８０のタービン翼８２に大
きな流入角で当たる）ので、効率的にタービンロータ８
０を回転させることができる。一方、排気ガス流量の多
い高速域においては、排気ガスが必要以上にタービンロ
ータ８０を回転させないために、切換弁９０を内側スク
ロール６６の導入口を閉鎖する閉鎖位置９６として、排
気ガス導入口６２から取り入れた排気ガスを外側スクロ
ール６８に導いている。外側スクロール６８に導かれた
排気ガスが外側スクロール６８を流れている間はタービ
ンロータ８０を回転させることはない。また、排気ガス
が傾斜面６７ａ、６７ｂによって形成される連通部を通
過して内側スクロール６６に流れ込むときに、排気ガス
が緩やかな角度の傾斜面６７ａによって傾斜面６７ｂに
ぶつけられ、傾斜面６７ｂの斜面に沿ってタービンロー
タ８０の回転中心へ向かって排気ガスが流れるようにな
り（流速が遅く、流入角の小さい状態でタービンロータ
８０のタービン翼８２に当たる）、タービンロータ８０
を回転させる効率が著しく低下し、必要以上にタービン
ロータ８０を回転させることを防止できる。尚、中速域
においては、切換弁の位置を適切な位置（例えば、内側
スクロール、外側スクロールを共に開く位置）に制御す
ることにより、所望の過給圧を得ることも可能である。
【００２２】また、図３には図２に対応する第２の実施
の形態の可変容量ターボチャージャのタービンハウジン
グ６０内部を示している。
【００２３】図３に示した切換弁１００は、ヒンジ部１
０２と弁部１０４をボルト１０６で固定しており、外側
スクロール６８の導入口の開放／閉鎖を切り換えるもの
である。また、インボリュート区画壁６７に設けた連通
部は、インボリュート区画壁６７の下流側のみに配置し
ている。
【００２４】この実施の形態の切換弁１００は、排気ガ
ス流量の少ない低速域においては外側スクロール６８の
導入口を閉鎖し排気ガスを内側スクロール６６に流れ込
むようにしている。一方、排気ガス流量の多い高速域に
おいては、切換弁１００を破線１０８で示す位置に図示
しない回転手段によって回転し、排気ガス導入口６２か
ら取り入れる排気ガスを外側スクロール６８と内側スク
ロール６６に流す。排気ガスを外側スクロール６８と内
側スクロール６６に流すことによって、外側スクロール
を流れる排気ガスが連通部を介して内側スクロール６６
に流れ込み、この流れの方向がタービンロータ８０の回
転中心へ向かった流れであるので、内側スクロール６６
を流れる排気ガスの流れに対してエアカーテンの如く作
用し、内側スクロール６６を流れる排気ガスの流れの角
度をタービンロータ８０側に向けることができ、必要以
上にタービンロータ８０を回転させることを防止でき
る。
【００２５】図４及び図５には図２に対応する第３の実
施の形態の可変容量ターボチャージャのタービンハウジ
ング６０内部を示している。
【００２６】図４及び図５に示した構成は、内側スクロ
ール６６、インボリュート区画壁６７、外側スクロール
６８、タービンロータ８０、タービン翼８２および切換
弁１００は、図３に示した第２の実施形態と同じであ
る。
【００２７】この第３の実施の形態においては、外側ス
クロール６８の最奥部にベーン１１０を配置している。
このベーン１１０は、タービン翼８２の外周に沿った略
三日月形状をしており、先太端部１１０ａと先細端部１
１０ｂとを備えている。また、ベーン１１０はタービン
ロータ８０を支持するシャフト５０（図１参照）と平行
に配置されたベーンシャフト１１２によって所定範囲で
自由回転できるように保持されている。つまり、排気ガ
ス流量が少ない低速域においては、図４に示すように切
換弁１００を閉鎖することによって排気ガスを内側スク
ロール６６のみに流れるようにすることで、排気ガスが
ベーンシャフト１１２とベーン１１０の先太端部１１０
ａとの間の領域に付勢し、図４に示すように先太端部１
１０ａが内側スクロール６０の鍔部６１に当接する。一
方、排気ガス流量が多い高速域においては、図５に示す
ように切換弁１００を開放することによって排気ガスを
外側スクロール６８に流れるようにすることで、排気ガ
スがベーンシャフト１１２とベーン１１０の先細端部１
１０ｂとの間の領域に付勢し、図５に示すように先細端
部１１０ｂが内側スクロール６０の鍔部６１に当接す
る。
【００２８】このように、外側スクロール６８の最奥部
に所定範囲を自由に回転できるベーン１１０を配置する
ことによって、外側スクロール６８を流れる排気ガス出
口のうち最も多量の排気ガスがタービン翼８２に向って
流れる部位である最奥部の角度を排気ガスの流れに応じ
て変更することができる。なお、ベーン１１０をモータ
等のアクチェエータによって駆動することも可能である
が、本実施の形態においては、アクチュエータを用いる
ことなく排気ガスの流れによって角度を調節するので、
安価で、アクチュエータの故障等のないの信頼性の高い
構成とすることができる。
【００２９】また、過給圧を必要としない場合には、切
換弁９０及び切換弁１００により排気ガスを外側スクロ
ールに流してタービンロータ８０を必要以上に回転させ
ないことができることにより、従来過給圧を必要としな
い場合に排気ガスが流れるバイパス通路を設ける必要も
ない。
【００３０】なお、第１及び第２の実施の形態において
は、切換弁９０及び切換弁１００の切換を速度の検知に
よって切り換えているが、排気ガスの量や機関の負荷の
状態を検知して切り換えることも可能である。
【００３１】
【発明の効果】上記した請求項１の発明によれば、スク
ロール部を内側スクロール部と外側スクロール部に区画
壁によって分割し、区画壁に連通部を設け、スクロール
部を流れる排気ガスを切換手段によって内側スクロール
部と外側スクロール部とから選択できるようにしたの
で、排気ガスの少ない低速域においてはタービンロータ
の近くに位置する内側スクロールを流れる排気ガスによ
ってタービンロータに回転トルクを与え、排気ガスの多
い高速域においては外側スクロールを流れる排気ガスが
連通部を介して内側スクロールに流れ込んでタービンロ
ータに与えるトルクを少なくすることができる。そし
て、スクロール部に多数のノズルベーンとこれらの角度
を調節するリンク機構を必要としないので、コスト的に
も有利であり、信頼性の面においても問題が発生しない
可変容量ターボチャジャとすることができる。
【００３２】請求項２の発明によれば、内周スクロール
と外周スクロールの最奥部にベーンを形成したので、内
周スクロールと外周スクロールとの合流部における排気
ガスの流れ方向をベーンによって変換し、所望の角度と
することができる。
【００３３】請求項３の発明によれば、ベーンはシャフ
トと平行なベーンシャフトによって支持され、所定範囲
で自由回転させたので、ベーンを所定範囲で回転させる
ためのモータ等のアクチェエータを必要とせず、内周ス
クロール又は外周スクロールを流れる排気ガスの流量に
応じたベーンの角度とすることができる。
【００３４】請求項４の発明によれば、連通部を、イン
ボリュート区画壁の上流側に設けたタービンロータの回
転方向に緩やかに切れ込んだ第１の面とインボリュート
区画壁の下流側に設けたタービンロータの回転方向に鋭
く切れ込んだ第２の面とから構成したので、外側スクロ
ールを流れる排気ガスが連通部を介して内側スクロール
に流れ込む場合には、タービンロータの回転軸に向かう
流れとなり、タービンロータに与える回転トルクの小さ
な流れとなると共に内側スクロールの流れの勢いを遮る
ことができる。
【００３５】請求項５の発明によれば、切換手段として
外側スクロールを閉鎖する切換バルブを設けたので、外
側スクロールへ排気ガスを流すか否かを選択することが
でき、特に排気ガスの少ない低速域においてはタービン
ロータの近くに位置する内側スクロールへ排気ガスを流
れるように制御することで、タービンロータに効率的に
トルクを与えることが可能となる。また、切換バルブを
用いることにより、高温度となるスクロール部に動きを
必要とする部材が切換バルブのみとなり、高い信頼性の
可変容量ターボチャジャとすることができる。
【００３６】請求項６の発明によれば、切換バルブがイ
ンボリュート区画壁のスクロール導入口側端部に取り付
けられ、内側スクロール又は外側スクロールの少なくと
も一方を閉鎖するようにしたので、この切換バルブによ
ってスクロール部を流れる排気ガスを内側スクロールと
外周スクロールとの間で選択することができ、特に排気
ガスの少ない低速域においてはタービンロータの近くに
位置する内側スクロールへ排気ガスを流れるように制御
することで、タービンロータに効率的にトルクを与える
ことができる。
【００３７】請求項７の発明によれば、インボリュート
区画壁のスクロール部の下流側に連通部を設けたので、
タービンロータの外周にインボリュート区画壁に連通部
を設けないタービンロータ駆動部位と、インボリュート
区画壁に連通部を設けたタービンロータ非駆動部位とを
明確にすることができ、設計段階にタービンロータ駆動
部位とタービンロータ非駆動部位の比率を決定すること
により、可変容量タービンの特性を容易に決定すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の可変容量ターボチ
ャージャの断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図を示したものである。
【図３】本発明の第２の実施の形態の可変容量ターボチ
ャージャの図２に対応する図面である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の可変容量ターボチ
ャージャの図２に対応する図面である（切換弁を閉鎖し
た状態）。
【図５】本発明の第３の実施の形態の可変容量ターボチ
ャージャの図２に対応する図面である（切換弁を開放し
た状態）。
【符号の説明】 １０・・・コンプレッサハウジング ５０・・・シャフト ６０・・・タービンハウジング ６６・・・内側スクロール ６７・・・インボリュート区画壁 ６７ａ・・・第１の面 ６７ｂ・・・第２の面 ６８・・・外側スクロール ７０・・・コンプレッサロータ ８０・・・タービンロータ ８２・・・タービン翼 ９０、１００・・・切換弁（切換手段） １１０・・・ベーン １１２・・・ベーンシャフト

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シャフトと、 該シャフトの一端に取り付けられたタービン翼を備えた
    タービンロータと、 該タービンロータを収容し、前記タービンロータの外周
    との間に設けたスクロール部の断面積を漸次減少させる
    インボリュート内壁面を備えたタービンハウジングと、 前記シャフトの他端に取り付けたコンプレッサロータ
    と、 前記コンプレッサロータを収容するコンプレッサハウジ
    ングと、 前記スクロール部を内側スクロールと外側スクロールと
    に分割すると共に前記内側スクロールと前記外周スクロ
    ールとの連通部を備えた前記タービンハウジングに取り
    付けられたインボリュート区画壁と、 前記内側スクロールと前記外周スクロールとの切換手段
    とからなる可変容量ターボチャージャ。
  2. 【請求項２】 前記内周スクロールと前記外周スクロー
    ルの最奥部にベーンを形成したことを特徴とする請求項
    １記載の可変容量ターボチャージャ。
  3. 【請求項３】 前記ベーンは前記シャフトと平行なベー
    ンシャフトによって支持され、所定範囲で自由回転でき
    ることを特徴とする請求項２記載の可変容量ターボチャ
    ージャ。
  4. 【請求項４】 前記連通部は、前記インボリュート区画
    壁の上流側に設けた前記タービンロータの回転方向に緩
    やかに切れ込んだ第１の面と前記インボリュート区画壁
    の下流側に設けた前記タービンロータの回転方向に鋭く
    切れ込んだ第２の面とから構成された請求項１から請求
    項３のいづれか１項記載の可変容量ターボチャージャ。
  5. 【請求項５】 前記切換手段として前記外側スクロール
    を閉鎖する切換バルブを設けた請求項１から請求項４の
    いづれか１項記載の可変容量ターボチャージャ。
  6. 【請求項６】 前記切換バルブが前記インボリュート区
    画壁のスクロール導入口側端部に取り付けられ、前記内
    側スクロール又は前記外側スクロールの少なくとも一方
    を閉鎖する請求項５記載の可変容量ターボチャージャ。
  7. 【請求項７】 前記インボリュート区画壁の前記スクロ
    ール部の下流側に前記連通部を設けた請求項５記載の可
    変容量ターボチャージャ。
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