JPS63302136A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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号公報に記載された排
気タービン過給機については、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弄即ち開
閉シャッタを設置し、ノズル面積を可変にするような構
造のものが開示されている。これについて第２図を参照
して概説する。

第２図において、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。この排気タービ
ン６０については、タービンケース６１の内部を隔壁６
２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に分割し、
この隔壁６２の先端はタービン羽根６７の外周の羽根人
口に近接させて、ノズル部分６５．６６も軸方向に二分
割し、且つこの二分割されたノズル幅をそれぞれに連通
している２つのスクロール室６３．６４の容量に応じて
与え、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
できるパルプ６８を設け、エンジン低速時の過給圧力が
低い場合には、パルプ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
速時には次第にパルプ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したもの
である。更に、第３図には、別の構造を示し、特にスク
ロール及びノズルを示すものである。

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説明を省
略する。

〔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６０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
、この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、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、タービンケース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。この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に
ついては、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
、製造上簡単にできず種々の問題を有している。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。この回転電機は、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。

この発明の目的は、上記の問題点を解消することであり
、タービン通路に関してタービンケーシング（タービン
ケース、ハウジング等）は鋳物で構成すると共に、ター
ビンスクロールを二分割にするのに簡単な構造を提供し
、しかもタービン通路即ち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
形状を簡単に製作することができ、更に、エンジンから
排気される排気ガスからの熱即ち高温状態になるタービ
ンから伝導、輻射によって伝えられる熱を断熱層によっ
て遮熱し、前記タービンとコンプレッサとの間に配設さ
れたシャフトを支持するヘアリング、永久磁石から成る
交流機の回転電機等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タービン通路に閉じ込め
て熱エネルギーを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。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、上記の問題点を解消し、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、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
タービンケース取付面に凹部を形成し、該凹部と前記タ
ービンケースのハウジング取付面とでサブポートを形成
し、前記ハウジング取付面と前記タービンケース取付面
との間に前記凹部の壁面まで延長する断熱ガスケットを
介在させて両者を結合したことを特徴とするターボチャ
ージャに関し、更に具体的に詳述すると、エンジンのア
イドリング時等のガス流量の少ない場合に前記サブポー
トにのみ排気ガスを導くように構成し、エンジンの高負
荷時には前記メインポートにのみ排気ガスを導くように
構成し、更にタービンブレードとコンプレッサインペラ
とをタービン軸で連結し、前記タービン軸上に回転電機
を配置したことを特徴とするターボチャージャに関する
。

〔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
たタービンケースとでサブポートを形成し、両者の間に
前記凹部の壁面まで延長する断熱ガスケットを介在させ
たので、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、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ントを前記凹部
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ｌＯによって全体的に示されている。この
ターボチャージャｌＯ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ブレフす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、コンプレフサ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。

このタービン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
部に取付けられている。また、電動機又は発を機として
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との取付構造については、例えば、シャフト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について
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ｌ！
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
設けである。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を介して回転自
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
し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ユー
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０回転篭機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のタービンケース取付面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、ハウジング取付面２
２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のハウジン
グ取付面２２の内方部位の凹部２５とタービンケース取
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。なお、上記構成
では、ハウジング取付面２２の内方部位に凹部２５を形
成しているが、場合によっては凹部を形成することなく
平らな面に形成してもよいことは勿論である。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によってタービンケース取
付面２１とハウジング取付面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ｌＯ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ｌ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。即ち、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
断熱ガスゲット２０が配置されている。この断熱ガスケ
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。この断熱ガスケット２０を配置することによっ
て、断熱ガスケント２０はタービンｌ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
とができ、従ってタービン１からの高温の熱をｙＸ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、適当な厚さの空気層を適宜に設けるこ
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（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
増加させ、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。

この断熱ガスケット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
。この断熱ガスケット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。この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（ＫＩ　ＴｉｈＯ＋
ｓ　、融点１３７０℃、比重３゜２、熱伝導率０．００
０１２　ｃａｌ／ｃｍ　５ｅｃｔ）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
ートでサンドイン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金属製シートで被覆して構成
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、次のような効果を奏する。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
のタービンケース取付面に凹部を形成し、該凹部と前記
タービンヶ−スのハウジング取付面とでサブポートを形
成し、前記ハウジング取付面と前記タービンケース取付
面との間に前記凹部の壁面まで延長する断熱ガスケット
を介在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、しか
も前記断熱ガスゲットを前記凹部壁面まで延長させるだ
けで、一層完全に高熱を遮熱することができる。それ故
に、ターボチャージャのベアリング、コンブレフサイン
ペラ等への熱影響を防止することができる。また、この
ターボチャージャにおける上記遮熱構造を、タービンブ
レードとコンプレッサインペラとを連結したタービン軸
上に回転電機を配置したターボチャージャに適用した場
合に、永久磁石から成る回転電機等に対して前記タービ
ンからの高熱が完全に遮熱され、前記永久磁石から成る
前記回転電機は熱影響を受けることがなく、本来の永久
磁石の機能を果たし、耐久性に冨んだものとなり、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、従ってエンジンの排気ガスエネルギー
を回収するエネルギー回収装置として良好に機能するこ
とができる。更に、前記断熱ガスケットとしてチタン酸
カリウム等のセラミック材の積層体を使用した場合には
、断熱性、耐熱性、耐腐食性、耐変形性等に極めて富ん
だものであり、前記断熱ガスケットは前記タービンケー
スと前記ハウジングとの間に極めて強固に固定でき、温
度変化があったとしても前記断熱ガスケットが固定不良
になるようなことがない。なお、このような特徴を有す
る２つのスクロールを持つターボチャージャにおいても
、上記の特徴を十分に発揮できる。

【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・−−一−−
−センタハウジング、９・−・・−タービンブレード、
１０−・・・・・ターボチャージャ、１１・・・・・・
・シャフト、１４・・−・−・−ベアリング、１６．１
８・・・−固着手段、１７・・−−一−−固定子、１９
．２５・−・・・・凹部、２０゜２３・・・−・−断熱
ガスケット、２１−・−・・・−タービンケース取付面
、２２・・−・−・・ハウジング取付面、２４．３１−
・−・−断熱空気層、２６−・・・・・永久磁石。 出願人　　いすり自動車株式会社 代理人　　弁理士０尾　仲　−家 弟　　１　　図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）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タービンケー
   ス取付面に凹部を形成し、該凹部と前記タービンケース
   のハウジング取付面とでサブポートを形成し、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前記
   凹部の壁面まで延長する断熱ガスケットを介在させて両
   者を結合したことを特徴とするターボチャージャ。
2. （２）エンジンのアイドリング時等のガス流量の少ない
   場合に前記サブポートにのみ排気ガスを導くように構成
   した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。
3. （３）エンジンの高負荷時には前記メインポートにのみ
   排気ガスを導くように構成した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。
4. （４）タービンブレードとコンプレッサインペラとをタ
   ービン軸で連結し、前記タービン軸上に回転電機を配置
   した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。