可変容量タービン及び可変容量ターボチャージャ
【課題】タービン室に流入される流体の流量が変化した場合でも、タービン効率を維持する。
【解決手段】タービン部１２は、タービンホイール１４と、タービン室２４を有して構成されたタービンハウジング１６と、可変ノズルベーン機構１８とを備える。タービンハウジング１６には、タービン室２４におけるタービンホイール１４の出口部２４Ｃに対する上流側領域２４Ｄと下流側領域２４Ｅとをバイパスするバイパス通路３０が形成されており、このバイパス通路３０を流れる流体の流量は流量調節機構２０によって調節されるように構成されている。タービン室２４に流入される排気ガスの流量が変化した場合でも、排気ガスをバイパス通路３０に分流させることでタービンホイール１４の出口部２４Ｃを通過する排気ガスの流量を一定に保たれ、タービン効率が維持される。
【解決手段】タービン部１２は、タービンホイール１４と、タービン室２４を有して構成されたタービンハウジング１６と、可変ノズルベーン機構１８とを備える。タービンハウジング１６には、タービン室２４におけるタービンホイール１４の出口部２４Ｃに対する上流側領域２４Ｄと下流側領域２４Ｅとをバイパスするバイパス通路３０が形成されており、このバイパス通路３０を流れる流体の流量は流量調節機構２０によって調節されるように構成されている。タービン室２４に流入される排気ガスの流量が変化した場合でも、排気ガスをバイパス通路３０に分流させることでタービンホイール１４の出口部２４Ｃを通過する排気ガスの流量を一定に保たれ、タービン効率が維持される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変容量タービン及び可変容量ターボチャージャに係り、特に、タービン室に流入される流体の流量を調節可能な可変容量タービン及びこれを備えた可変容量ターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の可変容量タービンとしては、次のものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。例えば、非特許文献１には、可変容量ターボチャージャにおける可変容量タービンの例が開示されている。この非特許文献１に記載の例では、タービン室に流入される排気ガスの流量を調節するために可変ノズルベーン機構が備えられている。
【非特許文献１】三菱重工技報 ＶＯＬ．４３，ＮＯ．３，２００６（ｐ３１〜ｐ３５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、この種の自動車用の可変容量ターボチャージャにおける可変容量タービンでは、一般的に、タービン室の出口は、エンジンの最大出力時にタービン室に流入される排気ガスを外部に円滑に流出させることができる大きさに設定される。
【０００４】
一方、タービン室におけるタービンホイールの出口部は、可変ノズルベーン機構によってタービン室に流入される排気ガスの流量が最大とされた大流量時に適合する径に設定される場合と、可変ノズルベーン機構によってタービン室に流入される排気ガスの流量が最小とされた小流量時に適合する径に設定される場合とがある。
【０００５】
ここで、タービン室におけるタービンホイールの出口部が大流量時に適合する径に設定された場合、大流量時には排気ガスが出口部を円滑に通過することができるものの、小流量時には出口部の面積が排気ガスの流量に対して大きすぎることに起因して出口部を通過する排気ガスの流れが拡大しタービン効率が低下する。
【０００６】
一方、タービン室におけるタービンホイールの出口部が小流量時に適合する径に設定された場合、小流量時には排気ガスが出口部を円滑に通過することができるものの、大流量時には出口部の面積が排気ガスの流量に対して小さすぎることに起因して出口部で排気ガスの流れが制限されタービン効率が低下する。
【０００７】
従って、タービン室に流入される流体の流量が変化した場合でも、タービン効率を維持できるようにするためには改善の余地がある。
【０００８】
本発明は、上記事実に鑑みてなされたものであって、タービン室に流入される流体の流量が変化した場合でも、タービン効率を維持することができる可変容量タービン及び可変容量ターボチャージャを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の可変容量タービンは、タービンホイールと、前記タービンホイールを回転可能に収容すると共に前記タービンホイールの回転を伴って流体が流入出されるタービン室入口及びタービン室出口を有するタービン室と、前記タービン室における前記タービンホイールの出口部に対する上流側領域と下流側領域とをバイパスするバイパス通路と、を有して構成されたタービンハウジングと、前記タービン室入口を介して前記タービン室に流入する流体の流量を調節するための可変ノズルベーン機構と、前記バイパス通路を流れる流体の流量を調節するための流量調節機構と、備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の可変容量タービンでは、流体が外部からタービン室入口を介してタービン室に流入されると、タービンホイールが回転される。そして、タービンホイールを通過した流体はタービン室出口を介してタービン室から外部に流出される。また、外部からタービン室入口を介してタービン室に流入される流体の流量は可変ノズルベーンにより調節される。
【００１１】
ここで、タービンハウジングには、タービン室におけるタービンホイールの出口部に対する上流側領域と下流側領域とをバイパスするバイパス通路が設けられている。また、このバイパス通路を流れる流体の流量は流量調節機構により調節される。
【００１２】
従って、例えば、タービン室におけるタービンホイールの出口部が小流量時に適合する径に設定された場合、小流量時にはバイパス通路を流れる流体の流量を流量調節機構で調節することによって少なくすることにより流体が出口部を円滑に通過することができ、タービン効率を維持できる。一方、大流量時にはバイパス通路を流れる流体の流量を流量調節機構で調節することによって多くすることにより出口部で流体の流れが制限されることを抑制してタービン効率を維持できる。
【００１３】
このように、請求項１に記載の可変容量タービンによれば、タービン室に流入する流体の流量が変化した場合でも、バイパス通路を流れる流体の流量を流量調節機構で調節することによってタービンホイールの出口部を通過する流体の流量を一定に保つことができる。これにより、タービン室に流入される流体の流量が変化した場合でも、タービン効率を維持することができる。
【００１４】
請求項２に記載の可変容量タービンは、請求項１に記載の可変容量タービンにおいて、前記バイパス通路は、前記タービン室の径方向に開口するバイパス通路入口を有し、前記タービンホイールは、回転中心を中心として放射状に延びる複数の羽根を有し、前記羽根は、前記タービンホイールの回転方向を向く面が前記タービンホイールの径方向内側から外側に向かうに従って前記タービンホイールの回転方向と反対側に向かうように湾曲された構成とされている、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の可変容量タービンによれば、タービンホイールに備えられた羽根のタービンホイールの回転方向を向く面は、タービンホイールの径方向内側から外側に向かうに従ってタービンホイールの回転方向と反対側に向かうように湾曲されている。従って、羽根から流れ出る流体の相対流速方向は、タービンホイールの接線方向である周速度方向とタービンホイールの径方向である絶対流速方向とを合わせた方向、すなわち、周速度方向と反対側とされる。これにより、タービン室の流体は旋回成分を有さずにバイパス通路に流入するので、タービンホイールの駆動トルクが減少することを抑制することができ、流体が旋回成分を有してバイパス通路に流入される場合に比して、タービン効率を向上させることができる。
【００１６】
請求項３に記載の可変容量タービンは、請求項１又は請求項２に記載の可変容量タービンにおいて、前記タービン室に流入される流体の流量の増減に応じて前記バイパス通路を流れる流体の流量が増減されるように、前記可変ノズルベーン機構の動作と連動して前記流量調節機構を動作させるための連動手段を備える、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載の可変容量タービンでは、例えば、タービン室に流入される流体の流量が減少するように可変ノズルベーン機構が動作されたときには、バイパス通路を流れる流体の流量が減少するように流量調節機構の動作が連動手段によって連動される。一方、例えば、タービン室に流入される流体の流量が増加するように可変ノズルベーン機構が動作されたときには、バイパス通路を流れる流体の流量が増加するように流量調節機構の動作が連動手段によって連動される。
【００１８】
このように、請求項３に記載の可変容量タービンによれば、タービン室に流入される流体の流量の増減に応じてバイパス通路を流れる流体の流量が増減されるように、可変ノズルベーン機構の動作と連動して流量調節機構を動作させることができる。これにより、タービン室に流入される流体の流量が変化した場合でも、タービンホイールの出口部を通過する流体の流量を一定に保つことができる。
【００１９】
また、前記課題を解決するために、請求項４に記載の可変容量ターボチャージャは、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の可変容量タービンを備えたことを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の可変容量ターボチャージャによれば、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の可変容量タービンを備えているので、タービン室に流入される流体の流量が変化した場合でも、タービン効率を維持することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上詳述したように、本発明によれば、タービン室に流入される流体の流量が変化した場合でも、タービン効率を維持することができる
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
【００２３】
図１，図２には、本発明の一実施形態に係る可変容量ターボチャージャ１０の一部を構成するタービン部１２が断面側面図にて示されており、図３には、このタービン部１２に備えられたタービンホイール１４が正面図にて示されている。また、図５には、このタービン部１２の動作説明図が示されている。
【００２４】
これらの図に示される可変容量ターボチャージャ１０は、例えば、自動車用のディーゼルエンジンに好適に搭載されるものである。タービン部１２（本発明における可変容量タービンに相当）は、図示しないコンプレッサ部と一体的に構成されて、このコンプレッサ部を動作させるためのものであり、タービンホイール１４と、タービンハウジング１６と、可変ノズルベーン機構１８と、流量調節機構２０と、を備えている。
【００２５】
タービンホイール１４は、図示しないコンプレッサ部のコンプレッサホイールと一体回転可能に連結されるものであり、図３に示されるように、回転中心Ｏを中心として放射状に延びる羽根２２を複数有している。
【００２６】
羽根２２は、タービンホイール１４の回転方向を向く面２２Ａを含むその全体がタービンホイール１４の径方向内側から外側に向かうに従ってタービンホイール１４の回転方向（Ｒ１）と反対側に向かうように湾曲された構成とされている。
【００２７】
タービンハウジング１６は、図１，図２に示されるように、その内部にタービン室２４と、タービン室２４の径方向外側に形成された渦巻状のスクロール通路２６と、タービン室２４及びスクロール通路２６を連通するノズル通路２８と、バイパス通路３０とを有する構成とされている。
【００２８】
タービン室２４は、タービン室入口２４Ａ及びタービン室出口２４Ｂを有して構成されており、その内部には、上述のタービンホイール１４が回転可能に収容されている。
【００２９】
なお、本実施形態において、タービン室出口２４Ｂは、エンジンの最大出力時にタービン室２４に流入される排気ガスを外部に円滑に流出させることができる大きさに設定されている。また、タービン室２４におけるタービンホイール１４の出口部２４Ｃ（タービン室２４のうちタービンホイール１４の羽根２２の下流側の端部２２Ｂが位置する空間部）は、可変ノズルベーン機構１８によってタービン室２４に流入される排気ガスの流量が最小とされた小流量時に適合する径に設定されている。
【００３０】
バイパス通路３０は、タービン室２４の径方向外側に周方向に沿って環状に形成されており、後述する流量調節機構２０のスライド式ダクト４０によってタービン室２４と区画されている。このバイパス通路３０は、図２に示されるように、タービン室２４におけるタービンホイール１４の出口部２４Ｃに対する上流側領域２４Ｄと下流側領域２４Ｅとをバイパスする構成とされている。バイパス通路入口３０Ａは、上述のタービンホイール１４の羽根２２に対する径方向外側に位置され、且つ、タービン室２４の径方向に開口されている。
【００３１】
可変ノズルベーン機構１８は、タービン室入口２４Ａを介してタービン室２４に流入する排気ガスの流量を調節するためのものであり、複数のノズルベーン３２と、支持部材３４とを有して構成されている。ノズルベーン３２は、ベーン本体３６と回動軸部３８とを有して構成されており、ベーン本体３６は、ノズル通路２８に配置され、回動軸部３８は、支持部材３４に回動可能に支持されている。
【００３２】
そして、この可変ノズルベーン機構１８では、後述するアクチュエータ６０によってノズルベーン３２の回動軸部３８が支持部材３４に対して回動されることでベーン本体３６のノズル通路２８に対する取付角度が変更される。また、このノズルベーン３２によってスクロール通路２６を開閉し、これにより、タービン室入口２４Ａを介してタービン室２４に流入する排気ガスの流量を調節する構成とされている。
【００３３】
流量調節機構２０は、バイパス通路３０を流れる排気ガスの流量を調節するためのものであり、スライド式ダクト４０と、リンク４２とを有して構成されている。
【００３４】
スライド式ダクト４０は、孔部４４を有する円筒状の本体部４６を備えて構成されており、本体部４６の外周面には、径方向外側に向けて延びる脚部４８が形成されている。脚部４８は、バイパス通路３０の内周面にタービン部１２の軸方向に沿って摺動可能に当接されており、これにより、スライド式ダクト４０全体は、タービン室２４とバイパス通路３０との間をタービン部１２の軸方向に移動可能とされている。
【００３５】
リンク４２は、長手板状に構成されており、一端側に長手方向に延びる長孔５０が形成されると共に他端側に回動軸部５２が突設された構成とされている。そして、リンク４２は、スライド式ダクト４０の本体部４６の外周面上に配置され、長孔５０には、上述の本体部４６の外周面に突設されたピン５４が移動可能に係止され、回動軸部５２は、タービンハウジング１６に形成された孔部５６に回動可能に挿入されている。
【００３６】
そして、この流量調節機構２０では、後述するアクチュエータ６２によってリンク４２の回動軸部５２が回動されると、ピン５４が長孔５０内を相対移動し、これに伴ってスライド式ダクト４０が図１，図２に示される如くタービン部１２の軸方向にスライドされる。また、スライド式ダクト４０がスライドすることで上述のバイパス通路入口３０Ａを開閉し、これにより、バイパス通路３０を流れる排気ガスの流量を調節する構成とされている。
【００３７】
また、図４には、本発明の一実施形態に係るタービン部１２に備えられた連動装置５８がブロック図にて示されている。連動装置５８（本発明における連動手段に相当）は、上述の可変ノズルベーン機構１８の動作と連動して流量調節機構２０を動作させるためのものであり、一対のアクチュエータ６０，６２とＥＣＵ６４とを有する構成とされている。
【００３８】
一方のアクチュエータ６０は、上述のノズルベーン３２の回動軸部３８を回動させて可変ノズルベーン機構１８を作動させる構成とされており、他方のアクチュエータ６２は、上述のリンク４２の回動軸部５２を回動させて流量調節機構２０を作動させる構成とされている。
【００３９】
ＥＣＵ６４は、車両状態検出センサ６６からエンジン回転数に応じて出力された車両状態信号に基づいて、上述の一対のアクチュエータ６０，６２の駆動を制御する構成とされている。
【００４０】
次に、本発明の一実施形態の作用及び効果について説明する。
【００４１】
本発明の一実施形態に係るタービン部１２では、スクロール通路２６、ノズル通路２８、タービン室入口２４Ａを介して排気ガスがタービン室２４に流入されると、タービンホイール１４が回転される。そして、タービンホイール１４を通過した排気ガスはタービン室出口２４Ｂを介してタービン室２４から外部に流出される。
【００４２】
このとき、ＥＣＵ６４は、車両状態検出センサ６６から出力された車両状態信号に基づいてアクチュエータ６０を制御し、タービン室２４に流入される排気ガスの流量がエンジン回転数に応じて調節されるように可変ノズルベーン機構１８の動作を制御する。
【００４３】
すなわち、ＥＣＵ６４は、エンジンの低回転域では、図５（Ａ）に示されるようにタービン室２４に流入される排気ガスの流量が減少するように可変ノズルベーン機構１８の各ノズルベーン３２を閉じる方向に動作させる。一方、ＥＣＵ６４は、エンジンの高回転域では、図５（Ｂ）に示されるようにタービン室２４に流入される排気ガスの流量が増加するように可変ノズルベーン機構１８の各ノズルベーン３２を開く方向に動作させる。このように、タービン室２４に流入される排気ガスの流量はエンジン回転数に応じて調節される。
【００４４】
ここで、タービンハウジング１６には、タービン室２４におけるタービンホイール１４の出口部２４Ｃに対する上流側領域２４Ｄと下流側領域２４Ｅとをバイパスするバイパス通路３０が設けられている。そして、ＥＣＵ６４は、タービン室２４に流入される排気ガスの流量に応じてバイパス通路３０を流れる排気ガスの流量が調節されるように、可変ノズルベーン機構１８の動作に連動して流量調節機構２０を動作させる。
【００４５】
すなわち、ＥＣＵ６４は、タービン室２４に流入される排気ガスの流量が減少するように可変ノズルベーン機構１８を動作させたときには、バイパス通路３０を流れる排気ガスの流量が減少するように流量調節機構２０を動作させる。そして、図５（Ａ）に示されるように、タービン室２４に流入される排気ガスの流量が最小となるように可変ノズルベーン機構１８を動作させたときには、スライド式ダクト４０が後退してバイパス通路入口３０Ａが閉止されるように流量調節機構２０を動作させる。
【００４６】
これにより、図５（Ａ）に示される如く小流量時にはバイパス通路入口３０Ａがスライド式ダクト４０によって閉止されるので、全排気ガスが出口部２４Ｃを通過する。このとき、タービン室２４におけるタービンホイール１４の出口部２４Ｃは小流量時に適合する径に設定されているので、全排気ガスは出口部２４Ｃを円滑に通過し、これにより、タービン効率が維持される。
【００４７】
一方、ＥＣＵ６４は、タービン室２４に流入される排気ガスの流量が増加するように可変ノズルベーン機構１８を動作させたときには、バイパス通路３０を流れる排気ガスの流量が増加するように流量調節機構２０を動作させる。そして、図５（Ｂ）に示されるように、タービン室２４に流入される排気ガスの流量が最大となるように可変ノズルベーン機構１８を動作させたときには、スライド式ダクト４０が前進してバイパス通路入口３０Ａが全開されるように流量調節機構２０を動作させる。
【００４８】
これにより、図５（Ｂ）に示される如く大流量時には排気ガスがタービンホイール１４の出口部２４Ｃを通過すると共にバイパス通路３０にも分流される。
【００４９】
しかも、タービンホイール１４に備えられた羽根２２は、図３に示される如くタービンホイール１４の回転方向を向く面２２Ａを含むその全体がタービンホイール１４の径方向内側から外側に向かうに従ってタービンホイール１４の回転方向（Ｒ１）と反対側に向かうように湾曲された構成とされている。
【００５０】
このため、羽根２２から流れ出る排気ガスの相対流速方向は、タービンホイール１４の接線方向である周速度方向とタービンホイール１４の径方向である絶対流速方向とを合わせた方向、すなわち、周速度方向と反対側とされるので、タービン室２４の流体は旋回成分を有さずにバイパス通路３０に流入する
【００５１】
そして、図５（Ｂ）に示される如く大流量時には、上述のように排気ガスがタービンホイール１４の出口部２４Ｃを通過すると共にバイパス通路３０にも分流されることで、出口部２４Ｃで排気ガスの流れが制限されることが抑制されるので、これにより、タービン効率が維持される。
【００５２】
このように、本発明の一実施形態に係るタービン部１２では、バイパス通路３０を流れる排気ガスの流量が流量調節機構２０で調節されることによってタービンホイール１４の出口部２４Ｃを通過する排気ガスの流量が一定に保たれるので、タービン室２４に流入される排気ガスの流量が変化した場合でも、タービン効率が維持される。
【００５３】
ここで、本発明の一実施形態に係るタービン部１２と比較例に係るタービン部１１２，２１２とを比較し、本発明の一実施形態に係るタービン部１２の作用及び効果をより明確にする。
【００５４】
図９，図１０には、比較例に係るタービン部１１２，２１２がそれぞれ示されている。なお、この比較例に係るタービン部１１２，２１２において、上述の本発明の一実施形態に係るタービン部１２と同一の機能（同一名称）を有する構成については、便宜上、同一符合を用いることとする。
【００５５】
図９，図１０に示されるタービン部１１２，２１２は、上述の本発明の一実施形態に係るタービン部１２からバイパス通路３０及び流量調節機構２０を省いた構成とされている。また、図９に示されるタービン部１１２は、タービン室２４におけるタービンホイール１４の出口部２４Ｃが大流量時（図９（Ｂ）の場合）に適合する径に設定された構成とされており、図１０に示されるタービン部２１２は、タービン室２４におけるタービンホイール１４の出口部２４Ｃが小流量時（図１０（Ａ）の場合）に適合する径に設定された構成とされている。
【００５６】
ここで、図９に示される比較例のように、タービン室２４におけるタービンホイール１４の出口部２４Ｃが大流量時に適合する径に設定された場合、図９（Ｂ）に示され如くる大流量時には排気ガスが出口部２４Ｃを円滑に通過することができるものの、図９（Ａ）に示される如く小流量時には出口部２４Ｃの面積が排気ガスの流量に対して大きすぎることに起因して出口部２４Ｃを通過する排気ガスの流れが拡大しタービン効率が低下する。
【００５７】
一方、図１０に示される比較例のように、タービン室２４におけるタービンホイール１４の出口部２４Ｃが小流量時に適合する径に設定された場合、図１０（Ａ）に示される如く小流量時には排気ガスが出口部２４Ｃを円滑に通過することができるものの、図１０（Ｂ）に示される如く大流量時には出口部２４Ｃの面積が排気ガスの流量に対して小さすぎることに起因して出口部２４Ｃで排気ガスの流れが制限されタービン効率が低下する。
【００５８】
ここで、図１１には、上述の比較例に係るタービン部１１２，２１２のタービン特性を表すグラフが示されている。この図において、データＤ９Ａ，Ｄ９Ｂ，Ｄ１０Ａ，Ｄ１０Ｂは、上述の比較例に係るタービン部１１２，２１２の図９（Ａ），図９（Ｂ），図１０（Ａ），図１０（Ｂ）のときのタービン効率とタービン流量との関係を示しており、グラフＧ９，Ｇ１０は、上述の比較例に係るタービン部１１２，２１２のタービン効率とタービン流量との関係を示している。
【００５９】
この図から明らかなように、図９に示されるタービン部１１２では、大流量時におけるタービン効率が高く、タービン流量の範囲も広いが、小流量時すなわちエンジンの低回転域のタービン効率が悪いという欠点がある。一方、図１０に示されるタービン部２１２では、小流量時すなわちエンジンの低回転域のタービン効率は高いが、大流量時すなわちエンジンの高回転域のタービン効率が悪いという欠点がある。
【００６０】
これに対し、本発明の一実施形態に係るタービン部１２によれば、上述のように、タービン室２４に流入される排気ガスの流量の増減に応じてバイパス通路３０を流れる排気ガスの流量が増減されるように、可変ノズルベーン機構１８の動作と連動して流量調節機構２０を動作させることができる。これにより、タービン室２４に流入される排気ガスの流量が変化した場合でも、タービンホイール１４の出口部２４Ｃを通過する排気ガスの流量を一定に保つことができる。
【００６１】
これにより、タービン室２４に流入される排気ガスの流量が変化した場合でも、タービン効率を維持することができる。つまり、図１１に示されるグラフＧ１で示されるように、大流量時及び小流量時のいずれかにおいてもタービン効率を高く維持できる。
【００６２】
しかも、本発明の一実施形態に係るタービン部１２によれば、上述のように、タービン室２４の排気ガスは旋回成分を有さずにバイパス通路３０に流入する。従って、タービンホイール１４の駆動トルクが減少することを抑制することができるので、これにより、排気ガスが旋回成分を有してバイパス通路３０に流入される場合に比して、タービン効率を向上させることができる。
【００６３】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能であることは勿論である。
【００６４】
例えば、バイパス通路３０及び流量調節機構２０は、次の如く構成されていても良い。つまり、図６，図７に示される変形例では、バイパス通路３０がバイパススクロール通路６８とバイパス集合通路７０とにより構成されている。バイパススクロール通路６８は、タービン室２４の径方向外側でスクロール状に構成されており、バイパス集合通路７０は、バイパススクロール通路６８に連通されている。
【００６５】
バイパス通路入口３０Ａは、タービン室２４におけるタービンホイール１４の出口部２４Ｃに対する上流側領域２４Ｄにおいて常時開放されており、バイパス通路出口３０Ｂは、タービン室２４におけるタービンホイール１４の出口部２４Ｃに対する下流側領域２４Ｅにおいて開口されている。
【００６６】
また、流量調節機構２０は、回動軸部７２を備えたバルブ７４により構成されており、上述のアクチュエータ６２により回動軸部７２が回動されることで、バルブ７４がバイパス集合通路７０を開閉し、これにより、バイパス通路３０を流れる排気ガスの流量を調節する構成とされている。
【００６７】
このように構成されていると、バイパス通路入口３０Ａから流入した排気ガスをバイパススクロール通路６８で集めることができ、これにより、バイパス通路入口３０Ａにおいて周方向の圧力分布を小さくすることができる。この結果、タービン効率を向上させることができる。
【００６８】
なお、この場合に、図８に示されるように、バイパス通路出口３０Ｂは、タービン部１２の軸方向一方側に開口されても良い。また、流量調節機構２０は、スイング式のバルブ７６を備え、バイパス通路出口３０Ｂをバルブ７６で開閉し、これにより、バイパス通路３０を流れる排気ガスの流量を調節する構成とされていても良い。
【００６９】
また、上記実施形態において、連動装置５８は、一対のアクチュエータ６０，６２及びＥＣＵ６４を有する電気的な構成とされていたが、例えば、カム機構やリンク機構等を有する機械的な構成とされていても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の一実施形態に係る可変容量ターボチャージャの要部拡大側面断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る可変容量ターボチャージャの要部拡大側面断面図である。
【図３】図１のタービン部に備えられたタービンホイールの正面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るタービン部に備えられた連動装置のブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るタービン部の動作を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るタービン部の変形例を示す図である。
【図７】図６の７−７線断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るタービン部の変形例を示す図である。
【図９】比較例に係るタービン部を示す図である。
【図１０】比較例に係るタービン部を示す図である。
【図１１】比較例に係るタービン部のタービン特性を表すグラフである。
【符号の説明】
【００７１】
１０ 可変容量ターボチャージャ
１２ タービン部
１４ タービンホイール
１６ タービンハウジング
１８ 可変ノズルベーン機構
２０ 流量調節機構
２２ 羽根
２４ タービン室
２４Ａ タービン室入口
２４Ｂ タービン室出口
２４Ｃ 出口部
２４Ｄ 上流側領域
２４Ｅ 下流側領域
３０ バイパス通路
３０Ａ バイパス通路入口
３０Ｂ バイパス通路出口
５８ 連動装置（連動手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変容量タービン及び可変容量ターボチャージャに係り、特に、タービン室に流入される流体の流量を調節可能な可変容量タービン及びこれを備えた可変容量ターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の可変容量タービンとしては、次のものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。例えば、非特許文献１には、可変容量ターボチャージャにおける可変容量タービンの例が開示されている。この非特許文献１に記載の例では、タービン室に流入される排気ガスの流量を調節するために可変ノズルベーン機構が備えられている。
【非特許文献１】三菱重工技報 ＶＯＬ．４３，ＮＯ．３，２００６（ｐ３１〜ｐ３５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、この種の自動車用の可変容量ターボチャージャにおける可変容量タービンでは、一般的に、タービン室の出口は、エンジンの最大出力時にタービン室に流入される排気ガスを外部に円滑に流出させることができる大きさに設定される。
【０００４】
一方、タービン室におけるタービンホイールの出口部は、可変ノズルベーン機構によってタービン室に流入される排気ガスの流量が最大とされた大流量時に適合する径に設定される場合と、可変ノズルベーン機構によってタービン室に流入される排気ガスの流量が最小とされた小流量時に適合する径に設定される場合とがある。
【０００５】
ここで、タービン室におけるタービンホイールの出口部が大流量時に適合する径に設定された場合、大流量時には排気ガスが出口部を円滑に通過することができるものの、小流量時には出口部の面積が排気ガスの流量に対して大きすぎることに起因して出口部を通過する排気ガスの流れが拡大しタービン効率が低下する。
【０００６】
一方、タービン室におけるタービンホイールの出口部が小流量時に適合する径に設定された場合、小流量時には排気ガスが出口部を円滑に通過することができるものの、大流量時には出口部の面積が排気ガスの流量に対して小さすぎることに起因して出口部で排気ガスの流れが制限されタービン効率が低下する。
【０００７】
従って、タービン室に流入される流体の流量が変化した場合でも、タービン効率を維持できるようにするためには改善の余地がある。
【０００８】
本発明は、上記事実に鑑みてなされたものであって、タービン室に流入される流体の流量が変化した場合でも、タービン効率を維持することができる可変容量タービン及び可変容量ターボチャージャを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の可変容量タービンは、タービンホイールと、前記タービンホイールを回転可能に収容すると共に前記タービンホイールの回転を伴って流体が流入出されるタービン室入口及びタービン室出口を有するタービン室と、前記タービン室における前記タービンホイールの出口部に対する上流側領域と下流側領域とをバイパスするバイパス通路と、を有して構成されたタービンハウジングと、前記タービン室入口を介して前記タービン室に流入する流体の流量を調節するための可変ノズルベーン機構と、前記バイパス通路を流れる流体の流量を調節するための流量調節機構と、備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の可変容量タービンでは、流体が外部からタービン室入口を介してタービン室に流入されると、タービンホイールが回転される。そして、タービンホイールを通過した流体はタービン室出口を介してタービン室から外部に流出される。また、外部からタービン室入口を介してタービン室に流入される流体の流量は可変ノズルベーンにより調節される。
【００１１】
ここで、タービンハウジングには、タービン室におけるタービンホイールの出口部に対する上流側領域と下流側領域とをバイパスするバイパス通路が設けられている。また、このバイパス通路を流れる流体の流量は流量調節機構により調節される。
【００１２】
従って、例えば、タービン室におけるタービンホイールの出口部が小流量時に適合する径に設定された場合、小流量時にはバイパス通路を流れる流体の流量を流量調節機構で調節することによって少なくすることにより流体が出口部を円滑に通過することができ、タービン効率を維持できる。一方、大流量時にはバイパス通路を流れる流体の流量を流量調節機構で調節することによって多くすることにより出口部で流体の流れが制限されることを抑制してタービン効率を維持できる。
【００１３】
このように、請求項１に記載の可変容量タービンによれば、タービン室に流入する流体の流量が変化した場合でも、バイパス通路を流れる流体の流量を流量調節機構で調節することによってタービンホイールの出口部を通過する流体の流量を一定に保つことができる。これにより、タービン室に流入される流体の流量が変化した場合でも、タービン効率を維持することができる。
【００１４】
請求項２に記載の可変容量タービンは、請求項１に記載の可変容量タービンにおいて、前記バイパス通路は、前記タービン室の径方向に開口するバイパス通路入口を有し、前記タービンホイールは、回転中心を中心として放射状に延びる複数の羽根を有し、前記羽根は、前記タービンホイールの回転方向を向く面が前記タービンホイールの径方向内側から外側に向かうに従って前記タービンホイールの回転方向と反対側に向かうように湾曲された構成とされている、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の可変容量タービンによれば、タービンホイールに備えられた羽根のタービンホイールの回転方向を向く面は、タービンホイールの径方向内側から外側に向かうに従ってタービンホイールの回転方向と反対側に向かうように湾曲されている。従って、羽根から流れ出る流体の相対流速方向は、タービンホイールの接線方向である周速度方向とタービンホイールの径方向である絶対流速方向とを合わせた方向、すなわち、周速度方向と反対側とされる。これにより、タービン室の流体は旋回成分を有さずにバイパス通路に流入するので、タービンホイールの駆動トルクが減少することを抑制することができ、流体が旋回成分を有してバイパス通路に流入される場合に比して、タービン効率を向上させることができる。
【００１６】
請求項３に記載の可変容量タービンは、請求項１又は請求項２に記載の可変容量タービンにおいて、前記タービン室に流入される流体の流量の増減に応じて前記バイパス通路を流れる流体の流量が増減されるように、前記可変ノズルベーン機構の動作と連動して前記流量調節機構を動作させるための連動手段を備える、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載の可変容量タービンでは、例えば、タービン室に流入される流体の流量が減少するように可変ノズルベーン機構が動作されたときには、バイパス通路を流れる流体の流量が減少するように流量調節機構の動作が連動手段によって連動される。一方、例えば、タービン室に流入される流体の流量が増加するように可変ノズルベーン機構が動作されたときには、バイパス通路を流れる流体の流量が増加するように流量調節機構の動作が連動手段によって連動される。
【００１８】
このように、請求項３に記載の可変容量タービンによれば、タービン室に流入される流体の流量の増減に応じてバイパス通路を流れる流体の流量が増減されるように、可変ノズルベーン機構の動作と連動して流量調節機構を動作させることができる。これにより、タービン室に流入される流体の流量が変化した場合でも、タービンホイールの出口部を通過する流体の流量を一定に保つことができる。
【００１９】
また、前記課題を解決するために、請求項４に記載の可変容量ターボチャージャは、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の可変容量タービンを備えたことを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の可変容量ターボチャージャによれば、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の可変容量タービンを備えているので、タービン室に流入される流体の流量が変化した場合でも、タービン効率を維持することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上詳述したように、本発明によれば、タービン室に流入される流体の流量が変化した場合でも、タービン効率を維持することができる
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
【００２３】
図１，図２には、本発明の一実施形態に係る可変容量ターボチャージャ１０の一部を構成するタービン部１２が断面側面図にて示されており、図３には、このタービン部１２に備えられたタービンホイール１４が正面図にて示されている。また、図５には、このタービン部１２の動作説明図が示されている。
【００２４】
これらの図に示される可変容量ターボチャージャ１０は、例えば、自動車用のディーゼルエンジンに好適に搭載されるものである。タービン部１２（本発明における可変容量タービンに相当）は、図示しないコンプレッサ部と一体的に構成されて、このコンプレッサ部を動作させるためのものであり、タービンホイール１４と、タービンハウジング１６と、可変ノズルベーン機構１８と、流量調節機構２０と、を備えている。
【００２５】
タービンホイール１４は、図示しないコンプレッサ部のコンプレッサホイールと一体回転可能に連結されるものであり、図３に示されるように、回転中心Ｏを中心として放射状に延びる羽根２２を複数有している。
【００２６】
羽根２２は、タービンホイール１４の回転方向を向く面２２Ａを含むその全体がタービンホイール１４の径方向内側から外側に向かうに従ってタービンホイール１４の回転方向（Ｒ１）と反対側に向かうように湾曲された構成とされている。
【００２７】
タービンハウジング１６は、図１，図２に示されるように、その内部にタービン室２４と、タービン室２４の径方向外側に形成された渦巻状のスクロール通路２６と、タービン室２４及びスクロール通路２６を連通するノズル通路２８と、バイパス通路３０とを有する構成とされている。
【００２８】
タービン室２４は、タービン室入口２４Ａ及びタービン室出口２４Ｂを有して構成されており、その内部には、上述のタービンホイール１４が回転可能に収容されている。
【００２９】
なお、本実施形態において、タービン室出口２４Ｂは、エンジンの最大出力時にタービン室２４に流入される排気ガスを外部に円滑に流出させることができる大きさに設定されている。また、タービン室２４におけるタービンホイール１４の出口部２４Ｃ（タービン室２４のうちタービンホイール１４の羽根２２の下流側の端部２２Ｂが位置する空間部）は、可変ノズルベーン機構１８によってタービン室２４に流入される排気ガスの流量が最小とされた小流量時に適合する径に設定されている。
【００３０】
バイパス通路３０は、タービン室２４の径方向外側に周方向に沿って環状に形成されており、後述する流量調節機構２０のスライド式ダクト４０によってタービン室２４と区画されている。このバイパス通路３０は、図２に示されるように、タービン室２４におけるタービンホイール１４の出口部２４Ｃに対する上流側領域２４Ｄと下流側領域２４Ｅとをバイパスする構成とされている。バイパス通路入口３０Ａは、上述のタービンホイール１４の羽根２２に対する径方向外側に位置され、且つ、タービン室２４の径方向に開口されている。
【００３１】
可変ノズルベーン機構１８は、タービン室入口２４Ａを介してタービン室２４に流入する排気ガスの流量を調節するためのものであり、複数のノズルベーン３２と、支持部材３４とを有して構成されている。ノズルベーン３２は、ベーン本体３６と回動軸部３８とを有して構成されており、ベーン本体３６は、ノズル通路２８に配置され、回動軸部３８は、支持部材３４に回動可能に支持されている。
【００３２】
そして、この可変ノズルベーン機構１８では、後述するアクチュエータ６０によってノズルベーン３２の回動軸部３８が支持部材３４に対して回動されることでベーン本体３６のノズル通路２８に対する取付角度が変更される。また、このノズルベーン３２によってスクロール通路２６を開閉し、これにより、タービン室入口２４Ａを介してタービン室２４に流入する排気ガスの流量を調節する構成とされている。
【００３３】
流量調節機構２０は、バイパス通路３０を流れる排気ガスの流量を調節するためのものであり、スライド式ダクト４０と、リンク４２とを有して構成されている。
【００３４】
スライド式ダクト４０は、孔部４４を有する円筒状の本体部４６を備えて構成されており、本体部４６の外周面には、径方向外側に向けて延びる脚部４８が形成されている。脚部４８は、バイパス通路３０の内周面にタービン部１２の軸方向に沿って摺動可能に当接されており、これにより、スライド式ダクト４０全体は、タービン室２４とバイパス通路３０との間をタービン部１２の軸方向に移動可能とされている。
【００３５】
リンク４２は、長手板状に構成されており、一端側に長手方向に延びる長孔５０が形成されると共に他端側に回動軸部５２が突設された構成とされている。そして、リンク４２は、スライド式ダクト４０の本体部４６の外周面上に配置され、長孔５０には、上述の本体部４６の外周面に突設されたピン５４が移動可能に係止され、回動軸部５２は、タービンハウジング１６に形成された孔部５６に回動可能に挿入されている。
【００３６】
そして、この流量調節機構２０では、後述するアクチュエータ６２によってリンク４２の回動軸部５２が回動されると、ピン５４が長孔５０内を相対移動し、これに伴ってスライド式ダクト４０が図１，図２に示される如くタービン部１２の軸方向にスライドされる。また、スライド式ダクト４０がスライドすることで上述のバイパス通路入口３０Ａを開閉し、これにより、バイパス通路３０を流れる排気ガスの流量を調節する構成とされている。
【００３７】
また、図４には、本発明の一実施形態に係るタービン部１２に備えられた連動装置５８がブロック図にて示されている。連動装置５８（本発明における連動手段に相当）は、上述の可変ノズルベーン機構１８の動作と連動して流量調節機構２０を動作させるためのものであり、一対のアクチュエータ６０，６２とＥＣＵ６４とを有する構成とされている。
【００３８】
一方のアクチュエータ６０は、上述のノズルベーン３２の回動軸部３８を回動させて可変ノズルベーン機構１８を作動させる構成とされており、他方のアクチュエータ６２は、上述のリンク４２の回動軸部５２を回動させて流量調節機構２０を作動させる構成とされている。
【００３９】
ＥＣＵ６４は、車両状態検出センサ６６からエンジン回転数に応じて出力された車両状態信号に基づいて、上述の一対のアクチュエータ６０，６２の駆動を制御する構成とされている。
【００４０】
次に、本発明の一実施形態の作用及び効果について説明する。
【００４１】
本発明の一実施形態に係るタービン部１２では、スクロール通路２６、ノズル通路２８、タービン室入口２４Ａを介して排気ガスがタービン室２４に流入されると、タービンホイール１４が回転される。そして、タービンホイール１４を通過した排気ガスはタービン室出口２４Ｂを介してタービン室２４から外部に流出される。
【００４２】
このとき、ＥＣＵ６４は、車両状態検出センサ６６から出力された車両状態信号に基づいてアクチュエータ６０を制御し、タービン室２４に流入される排気ガスの流量がエンジン回転数に応じて調節されるように可変ノズルベーン機構１８の動作を制御する。
【００４３】
すなわち、ＥＣＵ６４は、エンジンの低回転域では、図５（Ａ）に示されるようにタービン室２４に流入される排気ガスの流量が減少するように可変ノズルベーン機構１８の各ノズルベーン３２を閉じる方向に動作させる。一方、ＥＣＵ６４は、エンジンの高回転域では、図５（Ｂ）に示されるようにタービン室２４に流入される排気ガスの流量が増加するように可変ノズルベーン機構１８の各ノズルベーン３２を開く方向に動作させる。このように、タービン室２４に流入される排気ガスの流量はエンジン回転数に応じて調節される。
【００４４】
ここで、タービンハウジング１６には、タービン室２４におけるタービンホイール１４の出口部２４Ｃに対する上流側領域２４Ｄと下流側領域２４Ｅとをバイパスするバイパス通路３０が設けられている。そして、ＥＣＵ６４は、タービン室２４に流入される排気ガスの流量に応じてバイパス通路３０を流れる排気ガスの流量が調節されるように、可変ノズルベーン機構１８の動作に連動して流量調節機構２０を動作させる。
【００４５】
すなわち、ＥＣＵ６４は、タービン室２４に流入される排気ガスの流量が減少するように可変ノズルベーン機構１８を動作させたときには、バイパス通路３０を流れる排気ガスの流量が減少するように流量調節機構２０を動作させる。そして、図５（Ａ）に示されるように、タービン室２４に流入される排気ガスの流量が最小となるように可変ノズルベーン機構１８を動作させたときには、スライド式ダクト４０が後退してバイパス通路入口３０Ａが閉止されるように流量調節機構２０を動作させる。
【００４６】
これにより、図５（Ａ）に示される如く小流量時にはバイパス通路入口３０Ａがスライド式ダクト４０によって閉止されるので、全排気ガスが出口部２４Ｃを通過する。このとき、タービン室２４におけるタービンホイール１４の出口部２４Ｃは小流量時に適合する径に設定されているので、全排気ガスは出口部２４Ｃを円滑に通過し、これにより、タービン効率が維持される。
【００４７】
一方、ＥＣＵ６４は、タービン室２４に流入される排気ガスの流量が増加するように可変ノズルベーン機構１８を動作させたときには、バイパス通路３０を流れる排気ガスの流量が増加するように流量調節機構２０を動作させる。そして、図５（Ｂ）に示されるように、タービン室２４に流入される排気ガスの流量が最大となるように可変ノズルベーン機構１８を動作させたときには、スライド式ダクト４０が前進してバイパス通路入口３０Ａが全開されるように流量調節機構２０を動作させる。
【００４８】
これにより、図５（Ｂ）に示される如く大流量時には排気ガスがタービンホイール１４の出口部２４Ｃを通過すると共にバイパス通路３０にも分流される。
【００４９】
しかも、タービンホイール１４に備えられた羽根２２は、図３に示される如くタービンホイール１４の回転方向を向く面２２Ａを含むその全体がタービンホイール１４の径方向内側から外側に向かうに従ってタービンホイール１４の回転方向（Ｒ１）と反対側に向かうように湾曲された構成とされている。
【００５０】
このため、羽根２２から流れ出る排気ガスの相対流速方向は、タービンホイール１４の接線方向である周速度方向とタービンホイール１４の径方向である絶対流速方向とを合わせた方向、すなわち、周速度方向と反対側とされるので、タービン室２４の流体は旋回成分を有さずにバイパス通路３０に流入する
【００５１】
そして、図５（Ｂ）に示される如く大流量時には、上述のように排気ガスがタービンホイール１４の出口部２４Ｃを通過すると共にバイパス通路３０にも分流されることで、出口部２４Ｃで排気ガスの流れが制限されることが抑制されるので、これにより、タービン効率が維持される。
【００５２】
このように、本発明の一実施形態に係るタービン部１２では、バイパス通路３０を流れる排気ガスの流量が流量調節機構２０で調節されることによってタービンホイール１４の出口部２４Ｃを通過する排気ガスの流量が一定に保たれるので、タービン室２４に流入される排気ガスの流量が変化した場合でも、タービン効率が維持される。
【００５３】
ここで、本発明の一実施形態に係るタービン部１２と比較例に係るタービン部１１２，２１２とを比較し、本発明の一実施形態に係るタービン部１２の作用及び効果をより明確にする。
【００５４】
図９，図１０には、比較例に係るタービン部１１２，２１２がそれぞれ示されている。なお、この比較例に係るタービン部１１２，２１２において、上述の本発明の一実施形態に係るタービン部１２と同一の機能（同一名称）を有する構成については、便宜上、同一符合を用いることとする。
【００５５】
図９，図１０に示されるタービン部１１２，２１２は、上述の本発明の一実施形態に係るタービン部１２からバイパス通路３０及び流量調節機構２０を省いた構成とされている。また、図９に示されるタービン部１１２は、タービン室２４におけるタービンホイール１４の出口部２４Ｃが大流量時（図９（Ｂ）の場合）に適合する径に設定された構成とされており、図１０に示されるタービン部２１２は、タービン室２４におけるタービンホイール１４の出口部２４Ｃが小流量時（図１０（Ａ）の場合）に適合する径に設定された構成とされている。
【００５６】
ここで、図９に示される比較例のように、タービン室２４におけるタービンホイール１４の出口部２４Ｃが大流量時に適合する径に設定された場合、図９（Ｂ）に示され如くる大流量時には排気ガスが出口部２４Ｃを円滑に通過することができるものの、図９（Ａ）に示される如く小流量時には出口部２４Ｃの面積が排気ガスの流量に対して大きすぎることに起因して出口部２４Ｃを通過する排気ガスの流れが拡大しタービン効率が低下する。
【００５７】
一方、図１０に示される比較例のように、タービン室２４におけるタービンホイール１４の出口部２４Ｃが小流量時に適合する径に設定された場合、図１０（Ａ）に示される如く小流量時には排気ガスが出口部２４Ｃを円滑に通過することができるものの、図１０（Ｂ）に示される如く大流量時には出口部２４Ｃの面積が排気ガスの流量に対して小さすぎることに起因して出口部２４Ｃで排気ガスの流れが制限されタービン効率が低下する。
【００５８】
ここで、図１１には、上述の比較例に係るタービン部１１２，２１２のタービン特性を表すグラフが示されている。この図において、データＤ９Ａ，Ｄ９Ｂ，Ｄ１０Ａ，Ｄ１０Ｂは、上述の比較例に係るタービン部１１２，２１２の図９（Ａ），図９（Ｂ），図１０（Ａ），図１０（Ｂ）のときのタービン効率とタービン流量との関係を示しており、グラフＧ９，Ｇ１０は、上述の比較例に係るタービン部１１２，２１２のタービン効率とタービン流量との関係を示している。
【００５９】
この図から明らかなように、図９に示されるタービン部１１２では、大流量時におけるタービン効率が高く、タービン流量の範囲も広いが、小流量時すなわちエンジンの低回転域のタービン効率が悪いという欠点がある。一方、図１０に示されるタービン部２１２では、小流量時すなわちエンジンの低回転域のタービン効率は高いが、大流量時すなわちエンジンの高回転域のタービン効率が悪いという欠点がある。
【００６０】
これに対し、本発明の一実施形態に係るタービン部１２によれば、上述のように、タービン室２４に流入される排気ガスの流量の増減に応じてバイパス通路３０を流れる排気ガスの流量が増減されるように、可変ノズルベーン機構１８の動作と連動して流量調節機構２０を動作させることができる。これにより、タービン室２４に流入される排気ガスの流量が変化した場合でも、タービンホイール１４の出口部２４Ｃを通過する排気ガスの流量を一定に保つことができる。
【００６１】
これにより、タービン室２４に流入される排気ガスの流量が変化した場合でも、タービン効率を維持することができる。つまり、図１１に示されるグラフＧ１で示されるように、大流量時及び小流量時のいずれかにおいてもタービン効率を高く維持できる。
【００６２】
しかも、本発明の一実施形態に係るタービン部１２によれば、上述のように、タービン室２４の排気ガスは旋回成分を有さずにバイパス通路３０に流入する。従って、タービンホイール１４の駆動トルクが減少することを抑制することができるので、これにより、排気ガスが旋回成分を有してバイパス通路３０に流入される場合に比して、タービン効率を向上させることができる。
【００６３】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能であることは勿論である。
【００６４】
例えば、バイパス通路３０及び流量調節機構２０は、次の如く構成されていても良い。つまり、図６，図７に示される変形例では、バイパス通路３０がバイパススクロール通路６８とバイパス集合通路７０とにより構成されている。バイパススクロール通路６８は、タービン室２４の径方向外側でスクロール状に構成されており、バイパス集合通路７０は、バイパススクロール通路６８に連通されている。
【００６５】
バイパス通路入口３０Ａは、タービン室２４におけるタービンホイール１４の出口部２４Ｃに対する上流側領域２４Ｄにおいて常時開放されており、バイパス通路出口３０Ｂは、タービン室２４におけるタービンホイール１４の出口部２４Ｃに対する下流側領域２４Ｅにおいて開口されている。
【００６６】
また、流量調節機構２０は、回動軸部７２を備えたバルブ７４により構成されており、上述のアクチュエータ６２により回動軸部７２が回動されることで、バルブ７４がバイパス集合通路７０を開閉し、これにより、バイパス通路３０を流れる排気ガスの流量を調節する構成とされている。
【００６７】
このように構成されていると、バイパス通路入口３０Ａから流入した排気ガスをバイパススクロール通路６８で集めることができ、これにより、バイパス通路入口３０Ａにおいて周方向の圧力分布を小さくすることができる。この結果、タービン効率を向上させることができる。
【００６８】
なお、この場合に、図８に示されるように、バイパス通路出口３０Ｂは、タービン部１２の軸方向一方側に開口されても良い。また、流量調節機構２０は、スイング式のバルブ７６を備え、バイパス通路出口３０Ｂをバルブ７６で開閉し、これにより、バイパス通路３０を流れる排気ガスの流量を調節する構成とされていても良い。
【００６９】
また、上記実施形態において、連動装置５８は、一対のアクチュエータ６０，６２及びＥＣＵ６４を有する電気的な構成とされていたが、例えば、カム機構やリンク機構等を有する機械的な構成とされていても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の一実施形態に係る可変容量ターボチャージャの要部拡大側面断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る可変容量ターボチャージャの要部拡大側面断面図である。
【図３】図１のタービン部に備えられたタービンホイールの正面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るタービン部に備えられた連動装置のブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るタービン部の動作を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るタービン部の変形例を示す図である。
【図７】図６の７−７線断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るタービン部の変形例を示す図である。
【図９】比較例に係るタービン部を示す図である。
【図１０】比較例に係るタービン部を示す図である。
【図１１】比較例に係るタービン部のタービン特性を表すグラフである。
【符号の説明】
【００７１】
１０ 可変容量ターボチャージャ
１２ タービン部
１４ タービンホイール
１６ タービンハウジング
１８ 可変ノズルベーン機構
２０ 流量調節機構
２２ 羽根
２４ タービン室
２４Ａ タービン室入口
２４Ｂ タービン室出口
２４Ｃ 出口部
２４Ｄ 上流側領域
２４Ｅ 下流側領域
３０ バイパス通路
３０Ａ バイパス通路入口
３０Ｂ バイパス通路出口
５８ 連動装置（連動手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンホイールと、
前記タービンホイールを回転可能に収容すると共に前記タービンホイールの回転を伴って流体が流入出されるタービン室入口及びタービン室出口を有するタービン室と、前記タービン室における前記タービンホイールの出口部に対する上流側領域と下流側領域とをバイパスするバイパス通路と、を有して構成されたタービンハウジングと、
前記タービン室入口を介して前記タービン室に流入する流体の流量を調節するための可変ノズルベーン機構と、
前記バイパス通路を流れる流体の流量を調節するための流量調節機構と、
を備えたことを特徴とする可変容量タービン。
【請求項２】
前記バイパス通路は、前記タービン室の径方向に開口するバイパス通路入口を有し、
前記タービンホイールは、回転中心を中心として放射状に延びる複数の羽根を有し、
前記羽根は、前記タービンホイールの回転方向を向く面が前記タービンホイールの径方向内側から外側に向かうに従って前記タービンホイールの回転方向と反対側に向かうように湾曲された構成とされている、
ことを特徴とする請求項１に記載の可変容量タービン。
【請求項３】
前記タービン室に流入される流体の流量の増減に応じて前記バイパス通路を流れる流体の流量が増減されるように、前記可変ノズルベーン機構の動作と連動して前記流量調節機構を動作させるための連動手段を備える、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の可変容量タービン。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の可変容量タービンを備えたことを特徴とする可変容量ターボチャージャ。
【請求項１】
タービンホイールと、
前記タービンホイールを回転可能に収容すると共に前記タービンホイールの回転を伴って流体が流入出されるタービン室入口及びタービン室出口を有するタービン室と、前記タービン室における前記タービンホイールの出口部に対する上流側領域と下流側領域とをバイパスするバイパス通路と、を有して構成されたタービンハウジングと、
前記タービン室入口を介して前記タービン室に流入する流体の流量を調節するための可変ノズルベーン機構と、
前記バイパス通路を流れる流体の流量を調節するための流量調節機構と、
を備えたことを特徴とする可変容量タービン。
【請求項２】
前記バイパス通路は、前記タービン室の径方向に開口するバイパス通路入口を有し、
前記タービンホイールは、回転中心を中心として放射状に延びる複数の羽根を有し、
前記羽根は、前記タービンホイールの回転方向を向く面が前記タービンホイールの径方向内側から外側に向かうに従って前記タービンホイールの回転方向と反対側に向かうように湾曲された構成とされている、
ことを特徴とする請求項１に記載の可変容量タービン。
【請求項３】
前記タービン室に流入される流体の流量の増減に応じて前記バイパス通路を流れる流体の流量が増減されるように、前記可変ノズルベーン機構の動作と連動して前記流量調節機構を動作させるための連動手段を備える、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の可変容量タービン。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の可変容量タービンを備えたことを特徴とする可変容量ターボチャージャ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−１９１６３９（Ｐ２００９−１９１６３９Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０５７３（Ｐ２００８−３０５７３）
【出願日】平成２０年２月１２日（２００８．２．１２）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１２日（２００８．２．１２）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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