JP2010203261A - 可変容量型排気ターボ過給機 - Google Patents
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Abstract
【課題】熱容量が小さく、簡易な構造にすることができる可変容量型排気ターボ過給機を提供する。
【解決手段】内側スクロール流路Ｔ１に連通する内側流路Ｕ１と外側スクロール流路Ｔ２に連通する外側流路Ｕ２とが形成された吸入口本体部１１と、外側流路Ｕ２を開閉するフラップバルブ１２と、を有する吸入口構造体１３が、内側スクロール流路Ｔ１と外側スクロール流路Ｔ２が形成されたタービンハウジング本体１４の排気ガス流入口に設けられ、吸入口本体部１１には、フラップバルブ１２を外側流路Ｕ２に沿うように配置させるためのバルブ退避収納部１１ａと、外側流路Ｕ２を遮断するためのフラップバルブ用の着座部１１ｂとが形成され、フラップバルブ１２は、回動中心をバルブ退避収納部１１ａの収納空間に置きながら、着座部１１ｂとの接触位置とバルブ退避収納部１１ａに収納される位置との間を回動自在にされている。
【選択図】図１
【解決手段】内側スクロール流路Ｔ１に連通する内側流路Ｕ１と外側スクロール流路Ｔ２に連通する外側流路Ｕ２とが形成された吸入口本体部１１と、外側流路Ｕ２を開閉するフラップバルブ１２と、を有する吸入口構造体１３が、内側スクロール流路Ｔ１と外側スクロール流路Ｔ２が形成されたタービンハウジング本体１４の排気ガス流入口に設けられ、吸入口本体部１１には、フラップバルブ１２を外側流路Ｕ２に沿うように配置させるためのバルブ退避収納部１１ａと、外側流路Ｕ２を遮断するためのフラップバルブ用の着座部１１ｂとが形成され、フラップバルブ１２は、回動中心をバルブ退避収納部１１ａの収納空間に置きながら、着座部１１ｂとの接触位置とバルブ退避収納部１１ａに収納される位置との間を回動自在にされている。
【選択図】図１
Description
本発明は、内側スクロール流路と外側スクロール流路とが形成されたタービンを備える可変容量型排気ターボ過給機に関する。
従来、車両用内燃機関等に用いられる比較的小型の排気ターボ過給機では、エンジンからの排気ガスを、タービンハウジングに形成されたスクロール流路内に充填し、該スクロール流路の内周側に設けられた複数のノズルベーンに通して、該ノズルベーンの内周側に設けられたタービンロータに作用させる構造が採用されている。このような輻流型可変容量排気ターボ過給機は多く用いられている（例えば、特許文献１ないし３参照）。
図８は、従来の排気ターボ過給機の一般的な例を示している。この図は可変容量型排気ターボ過給機の分解斜視図である。図に示すように、ターボ過給機には、タービンハウジング１と、このタービンハウジング１に締結される軸受ハウジングユニット５と、この軸受ハウジングユニット５に締結されるコンプレッサハウジング２とを備えている。そして、軸受ハウジングユニット５とタービンハウジング１と内包される空間には、タービンホイール３と固定べーン４が収容される（図示はしないがコンプレッサホイールも同様に存在する）。また、タービンハウジング１の上面には開口部が形成され、この開口部にはガスケット６を挟んでバルブカバー７が締結される。そして、バルブカバー７の直下にフローコントロールバルブ８が取り付けられる。また、タービンハウジング１には、タービンハウジング１を締結して固定させるための吸気板部１ａが排気ガスの吸入口に形成されている。
図８のターボ過給機を組み立てて、エンジンを低速運転させた場合、図９（ａ）に示すように、排気ガスは、吸気板部１ａに流入し、渦巻き状に形成された内側スクロール流路Ｔ１に沿って流れる。このとき、排気ガスは、渦巻きの内側に向かう方向に流れる。この内側スクロール流路Ｔ１と外側スクロール流路Ｔ２とは、固定べーンの羽根部４ａによって区画されている。排気ガスは、渦巻きの内側に向かうので、多数の羽根部４ａで区画されているにも拘わらず、内側スクロール流路Ｔ１から外側スクロール流路Ｔ２に排気ガスは流れない。
一方、エンジンを高速運転させた場合、図９（ｂ）に示すように、フローコントロールバルブ８はバルブカバー側に回動するので、吸気板部１ａに流入した排気ガスは、内側スクロール流路Ｔ１と外側スクロール流路Ｔ２との両方を流れる。内側スクロール流路Ｔ１に流入した排気ガスは、図９（ａ）と同様に渦巻きの内側に向かう方向に流れる。一方、外側スクロール流路Ｔ２に流入した排気ガスは、渦巻きに沿って流れ、羽根部４ａ間の隙間から内側スクロール流路Ｔ１に流入して、内側スクロール流路Ｔ１を流れる排気ガスに合流し、タービンハウジング１の外部に排出される。
なお、図９（ａ）に示したエンジン低速運転時には、内側スクロール流路Ｔ１にのみ排気ガスが流れるので、エンジン高速運転時より流速が速くなる。一方、図９（ｂ）に示したエンジン高速運転時には、内側スクロール流路Ｔ１と外側スクロール流路Ｔ２との両方に排気ガスが流れるので、背圧が低減され、燃費を向上させることができる。
しかし、従来の可変容量型排気ターボ過給機では、インサート部４、フローコントロールバルブ８及びバルブカバー７の存在により、タービンハウジングアッセンブリの熱容量が大きくなるため、より低熱容量のものが要求されていた。タービンハウジングアッセンブリの熱容量が大きくなると、エンジン始動時のタービンハウジングアッセンブリの温度が低い状態から、温度が上昇するまでの間に、排気ガスからタービンハウジングアッセンブリに奪われる熱量が大きくなる。このため、タービンハウジング出口より下流に設けられた排気ガス浄化触媒の温度が、活性化温度に達するまでの時間が長くなる。このため、エンジン始動時の排気ガスの浄化度を高めるためには、タービンハウジングアッセンブリの熱容量をできるだけ小さくすることが望ましい。
また、バルブカバー７を使用する構造は、コスト、パッケージングの手間、ガス漏れなどを考慮すると、好ましくない。
また、バルブカバー７を使用する構造は、コスト、パッケージングの手間、ガス漏れなどを考慮すると、好ましくない。
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、熱容量が小さく、簡易な構造の可変容量型排気ターボ過給機を提供することを目的とする。
本発明はかかる課題を解決する手段としてなされたものである。
本発明は、内燃機関の排気ガスが内部に導入されるタービンハウジングと、該タービンハウジング内に設けられて回転駆動されるタービンホイールと、該タービンホイールを回転駆動させる排気ガスの流れを内周側と外周側とに区画してなる内側スクロール流路及び外側スクロール流路、が形成された前記タービンハウジングの内部に設けられ、前記内側スクロール流路及び外側スクロール流路への排気ガス流量を制御するフローコントロールバルブと、軸受ハウジングを介して前記タービンハウジングに連結されるコンプレッサハウジングと、を備える可変容量型排気ターボ過給機であって、前記フローコントロールバルブはフラップバルブであり、前記内側スクロール流路に連通する内側流路と前記外側スクロール流路に連通する外側流路とが形成された吸入口本体部と、前記外側流路を開閉する前記フラップバルブと、を有する吸入口構造体が、前記内側スクロール流路及び外側スクロール流路が形成されたタービンハウジング本体の排気ガス流入口に設けられ、前記吸入口本体部には、前記フラップバルブを前記外側流路に沿うように配置させるためのバルブ退避収納部と、前記外側流路を遮断するためのフラップバルブ用の着座部とが形成され、前記フラップバルブは、回動中心を前記バルブ退避収納部の収納空間に置きながら、前記着座部との接触位置と前記バルブ退避収納部に収納される位置との間を回動自在にされていることを特徴とする。
かかる発明では、フラップバルブが、回動中心をバルブ退避収納部の収納空間に置きながら、着座部との接触位置とバルブ退避収納部に収納される位置との間を回動自在にされているので、従来用いられたバルブカバーが不要となり、バルブカバーシート面からのガス漏れが発生することがないことに加え、タービンアッセンブリの簡易構造化及び小型化が図られ熱容量を小さくすることができる。ひいては、排気ガス浄化触媒が活性化されるまでの時間が短縮される。また、アーム部材が連結されるフラップバルブはアーム部材と共にバルブ退避収納部に収納され、排気ガスの流れを妨げないため、排気ガスの圧力損失が低減され、タービン効率が向上する。さらに、バルブカバー、ガスケット、及びこれらを取り付けるボルトが不要となり、生産コストを低減させることができる。
本発明は、内燃機関の排気ガスが内部に導入されるタービンハウジングと、該タービンハウジング内に設けられて回転駆動されるタービンホイールと、該タービンホイールを回転駆動させる排気ガスの流れを内周側と外周側とに区画してなる内側スクロール流路及び外側スクロール流路、が形成された前記タービンハウジングの内部に設けられ、前記内側スクロール流路及び外側スクロール流路への排気ガス流量を制御するフローコントロールバルブと、軸受ハウジングを介して前記タービンハウジングに連結されるコンプレッサハウジングと、を備える可変容量型排気ターボ過給機であって、前記フローコントロールバルブはフラップバルブであり、前記内側スクロール流路に連通する内側流路と前記外側スクロール流路に連通する外側流路とが形成された吸入口本体部と、前記外側流路を開閉する前記フラップバルブと、を有する吸入口構造体が、前記内側スクロール流路及び外側スクロール流路が形成されたタービンハウジング本体の排気ガス流入口に設けられ、前記吸入口本体部には、前記フラップバルブを前記外側流路に沿うように配置させるためのバルブ退避収納部と、前記外側流路を遮断するためのフラップバルブ用の着座部とが形成され、前記フラップバルブは、回動中心を前記バルブ退避収納部の収納空間に置きながら、前記着座部との接触位置と前記バルブ退避収納部に収納される位置との間を回動自在にされていることを特徴とする。
かかる発明では、フラップバルブが、回動中心をバルブ退避収納部の収納空間に置きながら、着座部との接触位置とバルブ退避収納部に収納される位置との間を回動自在にされているので、従来用いられたバルブカバーが不要となり、バルブカバーシート面からのガス漏れが発生することがないことに加え、タービンアッセンブリの簡易構造化及び小型化が図られ熱容量を小さくすることができる。ひいては、排気ガス浄化触媒が活性化されるまでの時間が短縮される。また、アーム部材が連結されるフラップバルブはアーム部材と共にバルブ退避収納部に収納され、排気ガスの流れを妨げないため、排気ガスの圧力損失が低減され、タービン効率が向上する。さらに、バルブカバー、ガスケット、及びこれらを取り付けるボルトが不要となり、生産コストを低減させることができる。
本発明は、さらに、前記吸入口構造体は、前記タービンハウジング本体の排気ガス流入口に別体として取り付けられていることを特徴とする。
かかる発明では、吸入口構造体が別体として取り付けられるので、フラップバルブや、フラップバルブと連結されるアーム部材などの組付けを容易に行うことができる。
かかる発明では、吸入口構造体が別体として取り付けられるので、フラップバルブや、フラップバルブと連結されるアーム部材などの組付けを容易に行うことができる。
本発明は、さらに、前記吸気口構造体には、フランジ部が形成され、該フランジ部の内側に位置する流路壁には、前記フラップバルブが着座する第２の着座部が形成されていることを特徴とする。
かかる発明では、フランジ部の内側に位置する流路壁にフラップバルブが着座する第２の着座部が形成されているので、長期間繰り返してフラップバルブの衝撃が加わっても第２の着座部は強度的に十分に耐えることができる。また、外側スクロール流路への排気ガスの流れをより的確に遮断することができる。
かかる発明では、フランジ部の内側に位置する流路壁にフラップバルブが着座する第２の着座部が形成されているので、長期間繰り返してフラップバルブの衝撃が加わっても第２の着座部は強度的に十分に耐えることができる。また、外側スクロール流路への排気ガスの流れをより的確に遮断することができる。
本発明は、内燃機関の排気ガスが内部に導入されるタービンハウジングと、該タービンハウジング内に設けられて回転駆動されるタービンホイールと、該タービンホイールを回転駆動させる排気ガスの流れを内周側と外周側とに区画してなる内側スクロール流路及び外側スクロール流路、が形成された前記タービンハウジングの内部に設けられ、前記内側スクロール流路及び外側スクロール流路への排気ガス流量を制御するフローコントロールバルブと、軸受ハウジングを介して前記タービンハウジングに連結されるコンプレッサハウジングと、を備える可変容量型排気ターボ過給機であって、前記フローコントロールバルブはフラップバルブであり、排気ガスが流れる吸入口挿入管部と、該吸入口挿入管部に設けられた前記フラップバルブとを有する吸入口構造体が、前記内側スクロール流路及び外側スクロール流路が形成されたタービンハウジング本体の排気ガス流入口に設けられ、前記タービンハウジング本体の排気ガス流入口には、前記内側スクロール流路と前記外側スクロール流路とを区画する仕切り部が設けられ、該仕切り部の排気ガス流入口側の端部には、前記フラップバルブが着座する着座部が形成され、前記フラップバルブは、前記仕切り部の着座部に着座する位置と、管方向に沿った位置との間を回動自在にされ、前記フラップバルブが管方向に沿った位置にあるときは、フラップバルブは、吸入口挿入管部の外側に位置して排気ガスの流れを妨げない構造にされていることを特徴とする。
かかる発明では、フラップバルブが、仕切り部の着座部に着座する位置と、管方向に沿った位置との間を回動自在にされているので、従来用いられたバルブカバーが不要となり、バルブカバーシート面からのガス漏れが発生することがないことに加え、タービンアッセンブリの簡易構造化及び小型化が図られ熱容量を小さくすることができる。ひいては、排気ガス浄化触媒が活性化されるまでの時間が短縮される。また、エンジン高速運転時に外側スクロール流路に排気ガスを流通させると、フラップバルブが管方向に沿った位置に配置されるので、排気ガスの流れは妨げられない。より具体的には、フラップバルブが管方向に沿った位置にあるときは、フラップバルブは、フラップバルブに連結されたアーム部材と共に吸入口挿入管部の外側に位置して排気ガスの流れを妨げない構造にされている。そのため、排気ガスの圧力損失が低減され、タービン効率が向上する。さらに、バルブカバー、ガスケット、及びこれらを取り付けるボルトが不要となり、生産コストを低減させることができる。
かかる発明では、フラップバルブが、仕切り部の着座部に着座する位置と、管方向に沿った位置との間を回動自在にされているので、従来用いられたバルブカバーが不要となり、バルブカバーシート面からのガス漏れが発生することがないことに加え、タービンアッセンブリの簡易構造化及び小型化が図られ熱容量を小さくすることができる。ひいては、排気ガス浄化触媒が活性化されるまでの時間が短縮される。また、エンジン高速運転時に外側スクロール流路に排気ガスを流通させると、フラップバルブが管方向に沿った位置に配置されるので、排気ガスの流れは妨げられない。より具体的には、フラップバルブが管方向に沿った位置にあるときは、フラップバルブは、フラップバルブに連結されたアーム部材と共に吸入口挿入管部の外側に位置して排気ガスの流れを妨げない構造にされている。そのため、排気ガスの圧力損失が低減され、タービン効率が向上する。さらに、バルブカバー、ガスケット、及びこれらを取り付けるボルトが不要となり、生産コストを低減させることができる。
本発明は、さらに、前記吸入口挿入管部が前記タービンハウジング本体の排気ガス流入口に挿入されることで、二重管構造にされていることを特徴とする。
かかる発明では、吸入口挿入管部がタービンハウジング本体の排気ガス流入口に挿入されることで、二重管構造にされているため、排気ガスを内側の管にのみ流すことが可能であり、外側の管と内側の管との間に空気層を形成することができる。このように空気層を形成すると、断熱性に優れ、排気ガスの温度が高く維持され、排気ガス浄化触媒が活性化されるまでの時間を短縮させることができる。
かかる発明では、吸入口挿入管部がタービンハウジング本体の排気ガス流入口に挿入されることで、二重管構造にされているため、排気ガスを内側の管にのみ流すことが可能であり、外側の管と内側の管との間に空気層を形成することができる。このように空気層を形成すると、断熱性に優れ、排気ガスの温度が高く維持され、排気ガス浄化触媒が活性化されるまでの時間を短縮させることができる。
本発明は、さらに、前記吸入口挿入管部は、板金により形成されていることを特徴とする。
かかる発明では、吸入口挿入管部が薄肉の板金により形成されており、タービンハウジング入口の外側の管との二重管構造となっているため、タービンハウジングに伝熱により伝わる熱量が低減され、排ガスの温度を高く維持することができるため、排気ガス浄化触媒が活性化されるまでの時間が短縮される。
かかる発明では、吸入口挿入管部が薄肉の板金により形成されており、タービンハウジング入口の外側の管との二重管構造となっているため、タービンハウジングに伝熱により伝わる熱量が低減され、排ガスの温度を高く維持することができるため、排気ガス浄化触媒が活性化されるまでの時間が短縮される。
本発明は、内燃機関の排気ガスが内部に導入されるタービンハウジングと、該タービンハウジング内に設けられて回転駆動されるタービンホイールと、該タービンホイールを回転駆動させる排気ガスの流れを内周側と外周側とに区画してなる内側スクロール流路及び外側スクロール流路、が形成された前記タービンハウジングの内部に設けられ、前記内側スクロール流路及び外側スクロール流路への排気ガス流量を制御するフローコントロールバルブと、軸受ハウジングを介して前記タービンハウジングに連結されるコンプレッサハウジングと、を備える可変容量型排気ターボ過給機であって、前記フローコントロールバルブはバタフライバルブであり、前記内側スクロール流路及び外側スクロール流路が形成されたタービンハウジング本体の排気ガス流入口には、前記バタフライバルブが設けられ、前記タービンハウジング本体の排気ガス流入口には、前記内側スクロール流路と前記外側スクロール流路とを区画する仕切り部が設けられ、該仕切り部の排気ガス流入口側の端部には、前記バタフライバルブが着座する着座部が形成され、バタフライバルブは、前記仕切り部の着座部に着座する位置と、排気ガス流れ方向に沿った位置との間を回動自在にされていることを特徴とする。
かかる発明では、バタフライバルブが、仕切り部の着座部に着座する位置と、排気ガス流れ方向に沿った位置との間を回動自在にされているので、従来用いられたバルブカバーが不要となり、バルブカバーシート面からのガス漏れが発生することがないことに加え、タービンアッセンブリの簡易構造化及び小型化が図られ熱容量を小さくすることができる。ひいては、排気ガス浄化触媒が活性化されるまでの時間が短縮される。また、バタフライバルブは排気ガス流れ方向に沿った向きに変更可能であるので、排気ガスの流れを妨げないため、排気ガスの圧力損失が低減され、タービン効率が向上する。さらに、バルブカバー、ガスケット、及びこれらを取り付けるボルトが不要となり、生産コストを低減させることができる。
かかる発明では、バタフライバルブが、仕切り部の着座部に着座する位置と、排気ガス流れ方向に沿った位置との間を回動自在にされているので、従来用いられたバルブカバーが不要となり、バルブカバーシート面からのガス漏れが発生することがないことに加え、タービンアッセンブリの簡易構造化及び小型化が図られ熱容量を小さくすることができる。ひいては、排気ガス浄化触媒が活性化されるまでの時間が短縮される。また、バタフライバルブは排気ガス流れ方向に沿った向きに変更可能であるので、排気ガスの流れを妨げないため、排気ガスの圧力損失が低減され、タービン効率が向上する。さらに、バルブカバー、ガスケット、及びこれらを取り付けるボルトが不要となり、生産コストを低減させることができる。
本発明は、さらに、前記吸気口構造体には、フランジ部が形成され、該フランジ部の内側に位置する流路壁には、前記バタフライバルブが着座する第２の着座部が形成されていることを特徴とする。
かかる発明では、フランジ部の内側に位置する流路壁にバタフライバルブが着座する第２の着座部が形成されているので、長期間繰り返してバタフライバルブの衝撃が加わっても第２の着座部は強度的に十分に耐えることができる。また、外側スクロール流路への排気ガスの流れをより的確に遮断することができる。
かかる発明では、フランジ部の内側に位置する流路壁にバタフライバルブが着座する第２の着座部が形成されているので、長期間繰り返してバタフライバルブの衝撃が加わっても第２の着座部は強度的に十分に耐えることができる。また、外側スクロール流路への排気ガスの流れをより的確に遮断することができる。
本発明は、さらに、前記バタフライバルブは、前記タービンハウジング本体の排気ガス流入口から組み込まれる構造にされていることを特徴とする。
かかる発明では、バタフライバルブを容易に組み込むことができ、タクトタイムや生産コストの低減が可能である。
かかる発明では、バタフライバルブを容易に組み込むことができ、タクトタイムや生産コストの低減が可能である。
本発明は、さらに、前記バタフライバルブが前記仕切り部の着座部に着座している時に、前記バタフライバルブは、前記内側スクロール流路に排気ガスをスムーズに流せる方向に傾斜していることを特徴とする。
かかる発明では、バタフライバルブが仕切り部の着座部に着座している時に、バタフライバルブは、内側スクロール流路に排気ガスをスムーズに流せる方向に傾斜しているので、排気ガスの圧力損失を低減させることができる。
かかる発明では、バタフライバルブが仕切り部の着座部に着座している時に、バタフライバルブは、内側スクロール流路に排気ガスをスムーズに流せる方向に傾斜しているので、排気ガスの圧力損失を低減させることができる。
本発明は、さらに、前記バタフライバルブと前記仕切り部の着座部とは、面接触することを特徴とする。
かかる発明では、バタフライバルブの着座時のシール性が高まるため、内側スクロールに流れる排気ガスが外側スクロールに漏れることが防止される。このため、バタフライバルブ着座時のタービン性能の低下を低減することができる。
かかる発明では、バタフライバルブの着座時のシール性が高まるため、内側スクロールに流れる排気ガスが外側スクロールに漏れることが防止される。このため、バタフライバルブ着座時のタービン性能の低下を低減することができる。
更にかかる発明では、外側スクロール流路に排気ガスが流れることが防止され、熱損失を抑止することができる。そのため、タービンアッセンブリの熱容量を小さくすることができ、ひいては、排気ガス浄化触媒が活性化されるまでの時間が短縮される。
本発明は、さらに、前記着座部には、研磨加工が施されていることを特徴とする。
かかる発明では、着座部に研磨加工が施されているので、フラップバルブ又はバタフライバルブの着座時のシール性がさらに高まる。
かかる発明では、着座部に研磨加工が施されているので、フラップバルブ又はバタフライバルブの着座時のシール性がさらに高まる。
本発明は、さらに、前記タービンハウジング本体が板金で形成されていることを特徴とする。
かかる発明では、タービンハウジング本体が板金で形成されているので、タービンアッセンブリの熱容量を小さくすることができる。ひいては、排気ガス浄化触媒が活性化されるまでの時間が短縮される。
かかる発明では、タービンハウジング本体が板金で形成されているので、タービンアッセンブリの熱容量を小さくすることができる。ひいては、排気ガス浄化触媒が活性化されるまでの時間が短縮される。
本発明の可変容量型排気ターボ過給機では、熱容量が小さく、簡易な構造にすることができる。
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置などは特に記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
図８は、従来の排気ターボ過給機の一般的な例を示している。この図は可変容量型排気ターボ過給機の分解斜視図である。図に示すように、ターボ過給機には、タービンハウジング１と、このタービンハウジング１に締結される軸受ハウジングユニット５と、この軸受ハウジングユニット５に締結されるコンプレッサハウジング２とを備えている。そして、軸受ハウジングユニット５とタービンハウジング１と内包される空間には、タービンホイール３と固定べーン４が収容される（図示はしないがコンプレッサホイールも同様に存在する）。また、タービンハウジング１の上面には開口部が形成され、この開口部にはガスケット６を挟んでバルブカバー７が締結される。そして、バルブカバー７の直下にフローコントロールバルブ８が取り付けられる。また、タービンハウジング１には、タービンハウジング１を締結して固定させるための吸気板部１ａが排気ガスの吸入口に形成されている。
[第１実施形態]
図１は、本発明の可変容量型排気ターボ過給機の第１実施形態を示している。本実施形態の可変容量型排気ターボ過給機は、
内燃機関の排気ガスが内部に導入されるタービンハウジング１と、該タービンハウジング１内に設けられて回転駆動されるタービンホイール３とを備えている。
また、この過給機は、このタービンハウジング１に締結される軸受ハウジングユニット５と、この軸受ハウジングユニット５がその内側に収納された状態で連結されるコンプレッサハウジング２とを備えている。そして、軸受ハウジングユニット５とタービンハウジング１と内包される空間には、タービンホイール３と固定べーン４が収容される（図示はしないがコンプレッサホイールも同様に存在する）。なお、本実施形態では、タービンハウジング１は板金で形成されており、タービンアッセンブリの熱容量を小さくすることができる。
図１は、本発明の可変容量型排気ターボ過給機の第１実施形態を示している。本実施形態の可変容量型排気ターボ過給機は、
内燃機関の排気ガスが内部に導入されるタービンハウジング１と、該タービンハウジング１内に設けられて回転駆動されるタービンホイール３とを備えている。
また、この過給機は、このタービンハウジング１に締結される軸受ハウジングユニット５と、この軸受ハウジングユニット５がその内側に収納された状態で連結されるコンプレッサハウジング２とを備えている。そして、軸受ハウジングユニット５とタービンハウジング１と内包される空間には、タービンホイール３と固定べーン４が収容される（図示はしないがコンプレッサホイールも同様に存在する）。なお、本実施形態では、タービンハウジング１は板金で形成されており、タービンアッセンブリの熱容量を小さくすることができる。
図２は、本発明の特徴部分であるターボ過給機の内部構造を示している。図に示すように、この過給機のタービンハウジング内には、タービンホイールを回転駆動させる排気ガスの流れを内周側と外周側とに区画してなる内側スクロール流路Ｔ１及び外側スクロール流路Ｔ２が形成されている。また、タービンハウジング内には、内側スクロール流路Ｔ１及び外側スクロール流路Ｔ２への排気ガス流量を制御するフローコントロールバルブとしてフラップバルブ１２が設けられている。そして、内側スクロール流路Ｔ１に連通する内側流路Ｕ１と外側スクロール流路Ｔ２に連通する外側流路Ｕ２とが形成された吸入口本体部１１と、外側流路Ｕ２を開閉するフラップバルブ１２と、を有する吸入口構造体１３が、内側スクロール流路Ｔ１と外側スクロール流路Ｔ２が形成されたタービンハウジング本体１４の排気ガス流入口に設けられている。
この吸入口構造体１３は、タービンハウジング本体１４の排気ガス流入口に別体として取り付けられているので、フラップバルブ１２や、フラップバルブ１２と連結されるアーム部材などの組付けを容易に行うことができる。なお、吸入口構造体１３のタービンハウジング本体１４への連結は、例えば、溶接を用いて行うことができる。
また、吸入口本体部１１には、フラップバルブ１２を外側流路Ｕ２に沿うように配置させるためのバルブ退避収納部１１ａと、外側流路Ｕ２を遮断するためのフラップバルブ用の着座部１１ｂとが形成されている。
また、タービンハウジング本体１４の排気ガス流入口側には、フランジ部となる吸気板部１１ｃが形成され、該吸気板部１１ｃの内側に位置する流路壁には、フラップバルブ１２が着座する第２の着座部１１ｃ１が形成されている。そのため、長期間繰り返してフラップバルブ１２の衝撃が加わっても着座部１１ｃ１は強度的に十分に耐えることができる。また、外側スクロール流路Ｔ２への排気ガスの流れをより的確に遮断することができる。
また、タービンハウジング本体１４の排気ガス流入口側には、フランジ部となる吸気板部１１ｃが形成され、該吸気板部１１ｃの内側に位置する流路壁には、フラップバルブ１２が着座する第２の着座部１１ｃ１が形成されている。そのため、長期間繰り返してフラップバルブ１２の衝撃が加わっても着座部１１ｃ１は強度的に十分に耐えることができる。また、外側スクロール流路Ｔ２への排気ガスの流れをより的確に遮断することができる。
フラップバルブ１２は、回動中心をバルブ退避収納部１１ａの収納空間に置きながら、着座部１１ｂとの接触位置（図中、実線）とバルブ退避収納部１１ａに収納される位置（図中、点線）との間を回動自在にされている。図３に示すように、例えば円盤状（形状が円盤状で無い場合もある）のフラップバルブ１２には、アーム部材１５及びレバー部材１６を介して動力が伝達され、フラップバルブ１２は回動する。
また、フラップバルブ１２は、図２に示すように、着座部１１ｂに対し面接触するので、フラップバルブ１２の着座時のシール性が高まり、外側スクロール流路Ｔ２に排気ガスが流れることが防止されるため、フラップバルブ着座時のタービン性能の低下を低減することができる。
また、着座部１１ｂには研磨加工が施されているので、フラップバルブ１２の着座時のシール性がさらに高まる。
また、着座部１１ｂには研磨加工が施されているので、フラップバルブ１２の着座時のシール性がさらに高まる。
そして、エンジンを低速運転させた場合、排気ガスは、吸気板部１１ｃに流入し、渦巻き状に形成された内側スクロール流路Ｔ１に沿って流れる。このとき、排気ガスは、渦巻きの内側に向かう方向に流れる。この内側スクロール流路Ｔ１と外側スクロール流路Ｔ２とは、仕切り部１４ａによって区画されている。この仕切り部１４ａの後端より後流側には、図１に示す固定べーン４の羽根部４ａ（図２に不図示）が配置される。羽根部４ａは、上流側壁がやや緩やかな傾斜状にされ、かつ下流側壁がきつい傾斜状に形成されている。また、羽根部４ａは、過給機中心軸に向かって所定の傾斜角度で配置されている。そして、排気ガスは、渦巻きの内側に向かうので、多数の羽根部４ａで区画されているにも拘わらず、内側スクロール流路Ｔ１から外側スクロール流路Ｔ２に排気ガスは流れない。
一方、エンジンを高速運転させた場合、図２に示すフラップバルブ１２はバルブ退避収納部１１ａ側に回動するので、吸気板部１１ｃに流入した排気ガスは、内側スクロール流路Ｔ１と外側スクロール流路Ｔ２との両方を流れる。内側スクロール流路Ｔ１に流入した排気ガスは、渦巻きの内側に向かう方向に流れる。一方、外側スクロール流路Ｔ２に流入した排気ガスは、渦巻きに沿って流れ、羽根部４ａ（図１記載）間の隙間から内側スクロール流路Ｔ１に流入して、内側スクロール流路Ｔ１を流れる排気ガスに合流し、タービンハウジング１の外部に排出される。
この第１実施形態では、フラップバルブ１２が、回動中心をバルブ退避収納部１１ａの収納空間に置きながら、着座部１１ｂとの接触位置とバルブ退避収納部１１ａに収納される位置との間を回動自在にされているので、従来用いられたバルブカバーが不要となり、バルブカバーシート面からのガス漏れが発生することがないことに加え、タービンアッセンブリの簡易構造化及び小型化が図られ熱容量を小さくすることができる。ひいては、排気ガス浄化触媒が活性化されるまでの時間が短縮される。また、アーム部材１５が連結されるフラップバルブ１２はアーム部材１５と共にバルブ退避収納部１１ａに収納され、排気ガスの流れを妨げないため、排気ガスの圧力損失が低減され、タービン効率が向上する。さらに、バルブカバー、ガスケット、及びこれらを取り付けるボルトが不要となり、生産コストを低減させることができる。
[第２実施形態]
図４は、本発明の可変容量型排気ターボ過給機の第２実施形態の内部構造を示している。なお、この第２実施形態では、第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図に示すように、排気ガスが流れる吸入口挿入管部１７と、該吸入口挿入管部１７に設けられたフラップバルブ１２と、を有する吸入口構造体１３が、仕切り部１４ａにより区画されて内側スクロール流路Ｔ１と外側スクロール流路Ｔ２が形成されたタービンハウジング本体１４の排気ガス流入口に設けられている。吸入口挿入管部１７は、板金により形成されており、タービンハウジング入口の外側の管との二重管構造となっているため、タービンハウジングに伝熱により伝わる熱量が低減され、排ガスの温度を高く維持することができるため、排気ガス浄化触媒が活性化されるまでの時間が短縮される。
図４は、本発明の可変容量型排気ターボ過給機の第２実施形態の内部構造を示している。なお、この第２実施形態では、第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図に示すように、排気ガスが流れる吸入口挿入管部１７と、該吸入口挿入管部１７に設けられたフラップバルブ１２と、を有する吸入口構造体１３が、仕切り部１４ａにより区画されて内側スクロール流路Ｔ１と外側スクロール流路Ｔ２が形成されたタービンハウジング本体１４の排気ガス流入口に設けられている。吸入口挿入管部１７は、板金により形成されており、タービンハウジング入口の外側の管との二重管構造となっているため、タービンハウジングに伝熱により伝わる熱量が低減され、排ガスの温度を高く維持することができるため、排気ガス浄化触媒が活性化されるまでの時間が短縮される。
また、仕切り部１４ａの排気ガス流入口側の端部には、フラップバルブ１２が面接触して着座する着座部１４ａ１が形成されている。面接触すると、フラップバルブ１２の着座時のシール性が高まり、内側スクロールから外側スクロール流路に排気ガスが流れるのが防止される。
本実施形態では、フラップバルブ１２は、仕切り部１４ａの着座部１４ａ１に着座する位置と、管方向に沿った位置との間を回動自在にされている。
フラップバルブ１２の開閉は、図５の模式図に示すように、アーム部材１５及びレバー部材１６を介して行われる。本実施形態では、フラップバルブ１２は長方形の板状部材である。
フラップバルブ１２の開閉は、図５の模式図に示すように、アーム部材１５及びレバー部材１６を介して行われる。本実施形態では、フラップバルブ１２は長方形の板状部材である。
また、図６に示すように、本実施形態では、吸入口挿入管部１７がタービンハウジング本体の排気ガス流入口（外側の管１４ｂ）に挿入されることで、排気ガスの流入口側が二重管構造にされている。そのため、排気ガスを内側の管１７にのみ流すことが可能であり、外側の管１４ｂと内側の管１７との間に空気層Ｓを形成することができる。このように空気層Ｓを形成すると、断熱性に優れ、排気ガスの温度が高く維持され、排気ガス浄化触媒が活性化されるまでの時間を短縮させることができる。
この第２実施形態では、フラップバルブ１２が、仕切り部１４ａの着座部１４ａ１に着座する位置と、管方向に沿った位置との間を回動自在にされているので、従来用いられたバルブカバーが不要となり、バルブカバーシート面からのガス漏れが発生することがないことに加え、タービンアッセンブリの簡易構造化及び小型化が図られ熱容量を小さくすることができる。ひいては、排気ガス浄化触媒が活性化されるまでの時間が短縮される。また、エンジン高速運転時に外側スクロール流路Ｔ２に排気ガスを流通させると、フラップバルブ１２が管方向に沿った位置に配置されるので、排気ガスの流れは妨げられない。より具体的には、フラップバルブ１２が管方向に沿った位置にあるときは、フラップバルブ１２は、フラップバルブ１２に連結されたアーム部材１５と共に吸入口挿入管部１７の外側に位置して排気ガスの流れを妨げない構造にされている。そのため、排気ガスの圧力損失が低減され、タービン効率が向上する。さらに、バルブカバー、ガスケット、及びこれらを取り付けるボルトが不要となり、生産コストを低減させることができる。
[第３実施形態]
図７は、本発明の可変容量型排気ターボ過給機の第３実施形態の内部構造を示している。なお、この第３実施形態では、第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図に示すように、内側スクロール流路Ｔ１と外側スクロール流路Ｔ２が形成されたタービンハウジング本体１４の排気ガス流入口には、バタフライバルブ１２Ａが設けられ、タービンハウジング本体１４の排気ガス流入口には、内側スクロール流路Ｔ１と外側スクロール流路Ｔ２とを区画する仕切り部１４ａが設けられている。この仕切り部１４ａの排気ガス流入口側の端部には、バタフライバルブ１２Ａが着座する着座部１４ａ１が形成されている。また、タービンハウジング本体１４の排気ガス流入口側には、フランジ部１４ｃが形成され、該フランジ部１４ｃの内側に位置する流路壁には、バタフライバルブ１２Ａが着座する第２の着座部１４ｃ１が形成されている。そのため、長期間繰り返してバタフライバルブ１２Ａの衝撃が加わっても着座部１４ｃ１は強度的に十分に耐えることができる。また、外側スクロール流路Ｔ２への排気ガスの流れをより的確に遮断することができる。
図７は、本発明の可変容量型排気ターボ過給機の第３実施形態の内部構造を示している。なお、この第３実施形態では、第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図に示すように、内側スクロール流路Ｔ１と外側スクロール流路Ｔ２が形成されたタービンハウジング本体１４の排気ガス流入口には、バタフライバルブ１２Ａが設けられ、タービンハウジング本体１４の排気ガス流入口には、内側スクロール流路Ｔ１と外側スクロール流路Ｔ２とを区画する仕切り部１４ａが設けられている。この仕切り部１４ａの排気ガス流入口側の端部には、バタフライバルブ１２Ａが着座する着座部１４ａ１が形成されている。また、タービンハウジング本体１４の排気ガス流入口側には、フランジ部１４ｃが形成され、該フランジ部１４ｃの内側に位置する流路壁には、バタフライバルブ１２Ａが着座する第２の着座部１４ｃ１が形成されている。そのため、長期間繰り返してバタフライバルブ１２Ａの衝撃が加わっても着座部１４ｃ１は強度的に十分に耐えることができる。また、外側スクロール流路Ｔ２への排気ガスの流れをより的確に遮断することができる。
このバタフライバルブ１２Ａは、着座部１４ａ１，１４ｃ１に着座する位置と、排気ガス流れ方向に沿った位置との間を回動自在にされている。
また、バタフライバルブ１２Ａは、タービンハウジング１の排気ガス流入口から組み込まれる構造にされている。そのため、バタフライバルブ１２Ａを容易に組み込むことができ、タクトタイムや生産コストの低減が可能である。
また、バタフライバルブ１２Ａは、タービンハウジング１の排気ガス流入口から組み込まれる構造にされている。そのため、バタフライバルブ１２Ａを容易に組み込むことができ、タクトタイムや生産コストの低減が可能である。
図に示すバタフライバルブ１２Ａが仕切り部１４ａの着座部１４ａ１に着座している時に、バタフライバルブ１２Ａは、内側スクロール流路Ｔ１に排気ガスをスムーズに流せる方向に傾斜している。そのため、排気ガスの圧力損失を低減させることができる。
また、バタフライバルブ１２Ａは、着座部１４ａ１，１４ｃ１に対し面接触するので、バタフライバルブ１２Ａの着座時のシール性が高まり、内側スクロールから外側スクロール流路Ｔ２に排気ガスが流れることが防止される。
また、バタフライバルブ１２Ａは、着座部１４ａ１，１４ｃ１に対し面接触するので、バタフライバルブ１２Ａの着座時のシール性が高まり、内側スクロールから外側スクロール流路Ｔ２に排気ガスが流れることが防止される。
この第３実施形態では、バタフライバルブ１２Ａが、着座部１４ａ１，１４ｃ１に着座する位置と、排気ガス流れ方向に沿った位置との間を回動自在にされているので、従来用いられたバルブカバーが不要となり、バルブカバーシート面からのガス漏れが発生することがないことに加え、タービンアッセンブリの簡易構造化及び小型化が図られ熱容量を小さくすることができる。ひいては、排気ガス浄化触媒が活性化されるまでの時間が短縮される。また、バタフライバルブ１２Ａは排気ガス流れ方向に沿った向きに変更可能であるので、排気ガスの流れを妨げないため、排気ガスの圧力損失が低減され、タービン効率が向上する。さらに、バルブカバー、ガスケット、及びこれらを取り付けるボルトが不要となり、生産コストを低減させることができる。
以上、本発明を説明してきたが、本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、その本質を逸脱しない範囲で、他の種々の変形が可能であることはいうまでもない。
本発明の可変容量型排気ターボ過給機では、熱容量が小さく、簡易な構造にすることができる。本発明の特徴部分の構成は、ターボ過給機全体に適用することが可能である。
１ タービンハウジング
１ａ 吸気板部
１１ 吸入口本体部
１１ａ バルブ退避収納部
１１ｂ 着座部
１１ｃ 吸気板部
１１ｃ１ 第２の着座部
１２ フラップバルブ
１２Ａ バタフライバルブ
１３ 吸入口構造体
１４ タービンハウジング本体
１４ａ 仕切り部
１４ａ１ 着座部
１４ｂ 外側の管
１４ｃ フランジ部
１４ｃ１ 第２の着座部
１５ アーム部材
１６ レバー部材
１７ 吸入口挿入管部（内側の管）
２ コンプレッサハウジング
３ タービンホイール
４ インサート部
４ａ 固定ベーン部
５ 軸受ハウジング
６ ガスケット
７ バルブカバー
８ フローコントロールバルブ
Ｓ 空気層
Ｔ１ 内側スクロール流路
Ｔ２ 外側スクロール流路
Ｕ１ 内側流路
Ｕ２ 外側流路
１ａ 吸気板部
１１ 吸入口本体部
１１ａ バルブ退避収納部
１１ｂ 着座部
１１ｃ 吸気板部
１１ｃ１ 第２の着座部
１２ フラップバルブ
１２Ａ バタフライバルブ
１３ 吸入口構造体
１４ タービンハウジング本体
１４ａ 仕切り部
１４ａ１ 着座部
１４ｂ 外側の管
１４ｃ フランジ部
１４ｃ１ 第２の着座部
１５ アーム部材
１６ レバー部材
１７ 吸入口挿入管部（内側の管）
２ コンプレッサハウジング
３ タービンホイール
４ インサート部
４ａ 固定ベーン部
５ 軸受ハウジング
６ ガスケット
７ バルブカバー
８ フローコントロールバルブ
Ｓ 空気層
Ｔ１ 内側スクロール流路
Ｔ２ 外側スクロール流路
Ｕ１ 内側流路
Ｕ２ 外側流路
Claims (14)
- 内燃機関の排気ガスが内部に導入されるタービンハウジングと、
該タービンハウジング内に設けられて回転駆動されるタービンホイールと、
該タービンホイールを回転駆動させる排気ガスの流れを内周側と外周側とに区画してなる内側スクロール流路及び外側スクロール流路、が形成された前記タービンハウジングの内部に設けられ、前記内側スクロール流路及び外側スクロール流路への排気ガス流量を制御するフローコントロールバルブと、
軸受ハウジングを介して前記タービンハウジングに連結されるコンプレッサハウジングと、
を備える可変容量型排気ターボ過給機であって、
前記フローコントロールバルブはフラップバルブであり、
前記内側スクロール流路に連通する内側流路と前記外側スクロール流路に連通する外側流路とが形成された吸入口本体部と、前記外側流路を開閉する前記フラップバルブと、を有する吸入口構造体が、前記内側スクロール流路及び外側スクロール流路が形成されたタービンハウジング本体の排気ガス流入口に設けられ、
前記吸入口本体部には、前記フラップバルブを前記外側流路に沿うように配置させるためのバルブ退避収納部と、前記外側流路を遮断するためのフラップバルブ用の着座部とが形成され、
前記フラップバルブは、回動中心を前記バルブ退避収納部の収納空間に置きながら、前記着座部との接触位置と前記バルブ退避収納部に収納される位置との間を回動自在にされていることを特徴とする可変容量型排気ターボ過給機。 - 前記吸入口構造体は、前記タービンハウジング本体の排気ガス流入口に別体として取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量型排気ターボ過給機。
- 前記吸気口構造体には、フランジ部が形成され、
該フランジ部の内側に位置する流路壁には、前記フラップバルブが着座する第２の着座部が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の可変容量型排気ターボ過給機。 - 内燃機関の排気ガスが内部に導入されるタービンハウジングと、
該タービンハウジング内に設けられて回転駆動されるタービンホイールと、
該タービンホイールを回転駆動させる排気ガスの流れを内周側と外周側とに区画してなる内側スクロール流路及び外側スクロール流路、が形成された前記タービンハウジングの内部に設けられ、前記内側スクロール流路及び外側スクロール流路への排気ガス流量を制御するフローコントロールバルブと、
軸受ハウジングを介して前記タービンハウジングに連結されるコンプレッサハウジングと、
を備える可変容量型排気ターボ過給機であって、
前記フローコントロールバルブはフラップバルブであり、
排気ガスが流れる吸入口挿入管部と、該吸入口挿入管部に設けられた前記フラップバルブとを有する吸入口構造体が、前記内側スクロール流路及び外側スクロール流路が形成されたタービンハウジング本体の排気ガス流入口に設けられ、
前記タービンハウジング本体の排気ガス流入口には、前記内側スクロール流路と前記外側スクロール流路とを区画する仕切り部が設けられ、
該仕切り部の排気ガス流入口側の端部には、前記フラップバルブが着座する着座部が形成され、
前記フラップバルブは、前記仕切り部の着座部に着座する位置と、管方向に沿った位置との間を回動自在にされ、
前記フラップバルブが管方向に沿った位置にあるときは、フラップバルブは、吸入口挿入管部の外側に位置して排気ガスの流れを妨げない構造にされていることを特徴とする可変容量型排気ターボ過給機。 - 前記吸入口挿入管部が前記タービンハウジング本体の排気ガス流入口に挿入されることで、二重管構造にされていることを特徴とする請求項４に記載の可変容量型排気ターボ過給機。
- 前記吸入口挿入管部は、板金により形成されていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の可変容量型排気ターボ過給機。
- 内燃機関の排気ガスが内部に導入されるタービンハウジングと、
該タービンハウジング内に設けられて回転駆動されるタービンホイールと、
該タービンホイールを回転駆動させる排気ガスの流れを内周側と外周側とに区画してなる内側スクロール流路及び外側スクロール流路、が形成された前記タービンハウジングの内部に設けられ、前記内側スクロール流路及び外側スクロール流路への排気ガス流量を制御するフローコントロールバルブと、
軸受ハウジングを介して前記タービンハウジングに連結されるコンプレッサハウジングと、
を備える可変容量型排気ターボ過給機であって、
前記フローコントロールバルブはバタフライバルブであり、
前記内側スクロール流路及び外側スクロール流路が形成されたタービンハウジング本体の排気ガス流入口には、前記バタフライバルブが設けられ、
前記タービンハウジング本体の排気ガス流入口には、前記内側スクロール流路と前記外側スクロール流路とを区画する仕切り部が設けられ、
該仕切り部の排気ガス流入口側の端部には、前記バタフライバルブが着座する着座部が形成され、
前記バタフライバルブは、前記仕切り部の着座部に着座する位置と、排気ガス流れ方向に沿った位置との間を回動自在にされていることを特徴とする可変容量型排気ターボ過給機。 - 前記吸気口構造体には、フランジ部が形成され、
該フランジ部の内側に位置する流路壁には、前記バタフライバルブが着座する第２の着座部が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の可変容量型排気ターボ過給機。 - 前記バタフライバルブは、前記タービンハウジング本体の排気ガス流入口から組み込まれる構造にされていることを特徴とする請求項８に記載の可変容量型排気ターボ過給機。
- 前記バタフライバルブが前記仕切り部の着座部に着座している時に、前記バタフライバルブは、前記内側スクロール流路に排気ガスをスムーズに流せる方向に傾斜していることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の可変容量型排気ターボ過給機。
- 前記フラップバルブと前記仕切り部の着座部とは、面接触することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の可変容量型排気ターボ過給機。
- 前記バタフライバルブと前記仕切り部の着座部とは、面接触することを特徴とする請求項７ないし請求項１０のいずれかに記載の可変容量型排気ターボ過給機。
- 前記着座部には、研磨加工が施されていることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の可変容量型排気ターボ過給機。
- 前記タービンハウジング本体が板金で形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の可変容量型排気ターボ過給機。
Priority Applications (6)
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