過給機
【課題】サージング現象の発生を防止するとともに、エンジンへの余分な負荷を防止し、かつターボ効率を向上させることができる過給機を提供することである。
【解決手段】排気タービン過給機１００においては、排気タービン４００、インペラ２００およびクロスフロータービン３００（回収タービン）が、回転伝達軸５００上に固設されている。クロスフロータービン３００に供給する気体の流量を調整可能な可変ベーン７００、またはクラッチ９００を備えてもよい。
【解決手段】排気タービン過給機１００においては、排気タービン４００、インペラ２００およびクロスフロータービン３００（回収タービン）が、回転伝達軸５００上に固設されている。クロスフロータービン３００に供給する気体の流量を調整可能な可変ベーン７００、またはクラッチ９００を備えてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機におけるターボ効率を向上させる過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関においてパワー出力の向上のため、一般的に吸気を圧縮して過給を行う過給機が利用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、エンジンのターボチャージャ装置について開示されている。特許文献１記載のエンジンのターボチャージャ装置においては、アシストタービンがターボチャージャに同軸で連結され、機関駆動の油ポンプからの油により駆動される。また、電磁クラッチが機関と油ポンプとの間に介挿され、油ポンプへの駆動力を断続させる。そして、機関の運転状況を検出する各種センサからのセンサ信号に基づき、アシストタービンを必要とするアシスト条件を満した時、コントローラにより電磁クラッチをオン作動させる。コントローラは、アシスト条件を満している時、ブースト圧センサにて検出したブースト圧がコンプレッサのサージング域に達した時、サージング表示ランプを点灯すると共に、電磁クラッチをオフ作動して、油ポンプの駆動を停止させるものである。
【０００４】
また、特許文献２には、簡単かつ低コストな構成で、サージを効果的に抑制できる遠心式過給機について開示されている。特許文献２記載の遠心式過給機においては、インペラが、インペラハウジングに回転自由に内装されており、インペラの周囲にはディフューザが設けられている。そしてディフューザに臨んで、リサーキュレーションバルブが配設されている。なお、弁体は、ディフューザの外周側内壁面に開口される開口部を開閉可能に配設されており、該弁体の開閉により、ディフューザとインペラの上流側とを連通または遮断可能となっている。上記構成によれば、システムの簡略化が図れると共に、サージが発生し易い場合には弁体を開弁させて加圧空気をインペラの上流側へ還流させ、以ってサージの発生を抑制することができる。
【０００５】
【特許文献１】実開平０５−４２６４２号公報
【特許文献２】特開平１１−１８２２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献1記載のエンジンのターボチャージャ装置においては、アシストタービンを回転させるための液圧ポンプの駆動がエンジンにとって余分な負荷となって燃費を悪化させることになる。
【０００７】
また、特許文献２記載の遠心式過給機においては、インペラにより加圧した空気をインペラの上流に還流させているため、結果として還流させた分の加圧空気を加圧するエネルギーが無駄であり、ターボ全体の効率が悪くなる。
【０００８】
本発明の目的は、サージング現象の発生を防止するとともに、エンジンへの余分な負荷を防止し、かつターボ効率を向上させることができる過給機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）
本発明に係る過給機は、コンプレッサ羽根車を駆動手段により回転させることにより流体を加圧する過給機であって、コンプレッサ羽根車を収容する収容空間を有するコンプレッサハウジングと、収容空間に連通する上流側通路および下流側通路と、コンプレッサハウジングの上流側通路と下流側通路とを連結するように形成され、下流側通路の流体を上流側通路に戻す戻し通路と、戻し通路を流れる流体の流量を調整する流量調整手段と、戻し通路に設けられ、戻し通路を流れる流体により回転させられるアシストタービン羽根車とを備え、アシストタービン羽根車は、アシストタービン羽根車の回転力をコンプレッサ羽根車に伝達可能に形成されたものである。
【００１０】
本発明に係る過給機においては、アシストタービン羽根車の回転力をコンプレッサ羽根車に伝達することができる。
【００１１】
この場合、サージング現象が生じる条件の場合に、戻し通路に設けられた流量調整手段により戻し通路に流体が流れるようにすることで、コンプレッサ羽根車により加圧された流体がコンプレッサ羽根車の下流側通路からコンプレッサ羽根車の上流側通路に戻されるので、過給圧を下げることができ、サージングの発生を防止することができる。
また、戻し通路を流れる加圧された流体によりアシストタービン羽根車が回転駆動され、その回転力がコンプレッサ羽根車に伝達されるので、ターボ効率を向上させることができる。
【００１２】
（２）
アシストタービン羽根車は、コンプレッサ羽根車と一体に形成されてもよい。
【００１３】
この場合、アシストタービン羽根車とコンプレッサ羽根車とが一体に形成されることにより、機器の小型化を図ることができる。
【００１４】
（３）
アシストタービン羽根車の回転力をコンプレッサ羽根車に伝達する回転伝達手段をさらに備え、回転伝達手段は、アシストタービン羽根車の回転力をコンプレッサ羽根車に伝達させてもよい。
【００１５】
この場合、回転伝達手段は、アシストタービン羽根車の回転力をコンプレッサ羽根車に伝達させることにより、アシストタービン羽根車の回転力をコンプレッサ羽根車に確実に伝達することができる。その結果、サージング現象が生じる条件の場合に、戻し通路に設けられた流量調整手段により戻し通路に流体が流れるようにすることで、コンプレッサ羽根車により加圧された流体がコンプレッサ羽根車の下流側通路からコンプレッサ羽根車の上流側通路に戻されるので、過給圧を下げることができ、サージングの発生を防止することができる。
また、戻し通路を流れる加圧された流体によりアシストタービン羽根車が回転駆動され、その回転力が回転伝達手段によりコンプレッサ羽根車に伝達されるので、ターボ効率を向上させることができる。
【００１６】
（４）
コンプレッサハウジングには、コンプレッサ羽根車を収容する収容空間の下流側にスクロール室が形成され、戻し通路は、スクロール室に連通して形成されてもよい。
【００１７】
この場合、コンプレッサ羽根車により圧縮された流体は下流に行くに従い圧力が低下していくため、コンプレッサ収容空間に近いスクロール室内の圧力の高いままの流体を戻し通路に流すことにより、アシストタービン羽根車を効率良く回転させることができる。
【００１８】
（５）
流量調整手段は、アシストタービン羽根車の上流側の戻し通路の流路面積を調整可能な可変ベーンからなってもよい。
【００１９】
この場合、可変ベーンにより流体の流量に応じてアシストタービン羽根車の上流側の戻し通路の流路面積を調整することができるので、例えば流体の流量が少ない場合には可変ベーンによりアシストタービン羽根車の上流側の戻し通路の流路面積を絞ることで、アシストタービン羽根車に流入する流体の流速を速めることができ、アシストタービン羽根車を効率良く回転させることができる。
【００２０】
（６）
アシストタービン羽根車は、コンプレッサ羽根車の裏側に一体化して形成されてもよい。
【００２１】
この場合、コンプレッサ羽根車とアシストタービン羽根車とを一体に形成することにより、過給機の小型化および省スペース化を図ることができる。
【００２２】
（７）
アシストタービン羽根車の回転力をコンプレッサ羽根車に伝達する回転伝達手段と、アシストタービン羽根車の回転力を回転伝達手段に対して伝達および遮断のいずれか一方に切り替え可能なクラッチを備えてもよい。
【００２３】
この場合、クラッチにより回転伝達手段に対してアシストタービン羽根車の回転力を伝達させるか、遮断させるか、一方を選択することができる。したがって、サージング現象が生じる条件から外れた場合には、アシストタービン羽根車の回転力をクラッチにより遮断させることで、アシストタービン羽根車を用いない時にはアシストタービン羽根車がコンプレッサ羽根車の回転抵抗となることを回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る実施の形態について説明する。本実施の形態においては、本発明にかかる過給機を、排気タービン過給機に適用した場合について説明する。
（第１の実施の形態）
図１および図２は、第１の実施の形態に係る排気タービン過給機１００の一例を説明するための模式図である。図１は後述するバルブ６００が開放状態の場合を示し、図２は後述するバルブ６００が閉塞状態の場合を示す。
【００２５】
まず、図１および図２に示すように、排気タービン過給機１００は、インペラ２００、クロスフロータービン（回収タービン）３００、排気タービン４００、回転伝達軸５００およびバルブ６００を含む。
【００２６】
図１および図２に示すように、排気タービン過給機１００においては、インペラ２００を外包するコンプレッサハウジング８００が設けられており、配管８１０の一端がコンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側、ディフューザ）に接続され、配管８１０の他端がコンプレッサハウジング８００の入口（インペラ２００の上流側、インデューサ）に接続される。また、配管８１０には、バルブ６００が介挿されており、バルブ６００の下流側にクロスフロータービン３００が介挿されている。クロスフロータービン３００は円柱状をしており、周面には複数の羽根が設けられている。また、クロスフロータービン３００の軸心部には図示しない貫通孔が形成されており、その貫通孔には回転伝達軸５００が挿入されて溶接等により固定されている。配管８１０を通る空気によりクロスフロータービン３００が回転されると、その回転エネルギーが回転伝達軸５００に伝達されるようになっている。
【００２７】
また、図１および図２に示すように、排気タービン過給機１００においては、排気タービン４００を外包する排気タービンハウジング８２０が設けられている。また、インペラ２００、クロスフロータービン３００、排気タービン４００は回転伝達軸５００に固定されている。
【００２８】
以下、バルブ６００が開放状態にある場合について説明する。
まず、排気タービンハウジング８２０の入口（上流側）から矢印ＨＦの方向に排気ガスが流入し、流入された排気ガスにより排気タービン４００が回転される。排気タービン８２０を回転させた気体は、排気タービンハウジング８２０の出口（下流側）から矢印ＨＰＦの方向に排出される。それにより回転伝達軸５００が回転し、インペラ２００が稼動される。インペラ２００が稼動されることによりコンプレッサハウジング８００の入口（インペラ２００の上流側）から矢印ＦＷの方向に気体が吸引され、吸引された気体がインペラ２００により圧縮され、圧縮された気体がコンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側）から矢印ＰＦの方向に排出される。
【００２９】
また、インペラ２００により圧縮された気体は、コンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側）から配管８１０へ矢印ＩＦの方向に流入する。図１においては、バルブ６００が開放されているため、圧縮された気体がバルブ６００を通過し、クロスフロータービン３００を回転させる。クロスフロータービン３００を回転させた気体は、矢印ＲＦの方向に排出され、コンプレッサハウジング８００の入口（インペラ２００の上流側）に還流される。
【００３０】
一方、図２に示すように、バルブ６００が閉塞状態にある場合、インペラ２００により圧縮された気体が、コンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側）から配管８１０へ矢印ＩＦの方向に流入されない。したがって、インペラ２００が稼動することによりコンプレッサハウジング８００の入口（インペラ２００の上流側）から吸引された矢印ＦＷの方向の気体が、総てコンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側）から矢印ＰＦの方向に排出される。
【００３１】
ここで、サージング現象について説明する。サージング（surging）現象はターボ型送風機またはターボ型圧縮機と、配管とを含めた系が一種の自励振動を起こし、特有の定められた周期で吐出し、圧力およびガス量が変動する現象をいう。一般に、圧力−風量曲線において、送風機系またはポンプ系の吐出弁を絞ると、運転点が移動し、さらに弁を絞ると運転点が圧力曲線の右上りの部分に至り、風量および圧力が急に脈動を起こし、送風機または圧縮機本体、および配管系の振動が大きくなる。圧力の高いブロワや圧縮機では脈動が相当大きなものとなり、系全体が激しく振動して運転不能となる。これがサージング現象である。例えば、エンジンに使用される排気タービン過給機においては、エンジンが低回転の時にインペラの回転数を高くするとサージング現象が発生する。
【００３２】
以上のように、本実施の形態に係る排気タービン過給機１００においては、サージング現象が生じる条件の場合に、配管８１０のバルブ６００を開き、過給圧を下げることができるので、サージング現象の発生を防止することができる。
また、配管８１０を通る加圧された空気によりクロスフロータービン３００が回転駆動されるので、ターボ効率を向上させることができる。その結果、排気ガスの抵抗が低減されることに伴い、ポンプロスが低減されるので、エンジンの燃費を向上させることができる。
【００３３】
（他の実施の形態）
図３および図４は、図１および図２に示した排気タービン過給機１００の他の例を説明するための模式図である。図３は後述するバルブ６００が開放状態の場合を示し、図４は後述するバルブ６００が閉塞状態の場合を示す。
【００３４】
まず、図３および図４に示すように、排気タービン過給機１００ａは、排気タービン過給機１００と異なり、インペラ２００およびクロスフロータービン（回収タービン）３００が一体の筐体内に配設されている。したがって、図３および図４に示すように、排気タービン過給機１００ａは、インペラ２００、クロスフロータービン（回収タービン）３００、排気タービン４００、回転伝達軸５１０およびバルブ６００を含む。
【００３５】
図３および図４に示すように、排気タービン過給機１００ａにおいては、インペラ２００を外包するコンプレッサハウジング８００とクロスフロータービン３００のハウジングが一体に設けられている。また、配管８３０の一端がコンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側、ディフューザ）に接続され、配管８３０の他端がコンプレッサハウジング８００の入口（インペラ２００の上流側、インデューサ）に接続される。また、配管８３０には、バルブ６００が介挿されている。
【００３６】
また、図３および図４において、図１および図２と同様に、排気タービン過給機１００ａにおいては、排気タービン４００を外包する排気タービンハウジング８２０が設けられている。また、インペラ２００、クロスフロータービン３００、排気タービン４００は回転伝達軸５１０上に設けられている。
【００３７】
以下、バルブ６００が開放状態にある場合について説明する。
まず、排気タービンハウジング８２０の入口（上流側）から矢印ＨＦの方向に排気ガスが流入し、流入された排気ガスにより排気タービン４００が回転される。排気タービン８２０を回転させた気体は、排気タービンハウジング８２０の出口（下流側）から矢印ＨＰＦの方向に排出される。それにより回転伝達軸５１０が回転し、インペラ２００が稼動される。インペラ２００が稼動されることによりコンプレッサハウジング８００の入口（インペラ２００の上流側）から矢印ＦＷの方向に気体が吸引され、吸引された気体がインペラ２００により圧縮され、圧縮された気体がコンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側）から矢印ＰＦの方向に排出される。
【００３８】
また、インペラ２００により圧縮された気体は、コンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側）から配管８３０へ矢印ＩＦの方向に流入する。図３においては、バルブ６００が開放されているため、圧縮された気体がバルブ６００を通過し、クロスフロータービン３００を回転させる。クロスフロータービン３００を回転させた気体は、矢印ＲＦの方向に排出され、コンプレッサハウジング８００の入口（インペラ２００の上流側）に還流される。
【００３９】
一方、図４に示すように、バルブ６００が閉塞状態にある場合、インペラ２００により圧縮された気体が、コンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側）から配管８３０へ矢印ＩＦの方向に流入されない。したがって、インペラ２００が稼動することによりコンプレッサハウジング８００の入口（インペラ２００の上流側）から吸引された矢印ＦＷの方向の気体が、総てコンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側）から矢印ＰＦの方向に排出される。
【００４０】
以上のように、本実施の形態に係る排気タービン過給機１００ａにおいては、サージング現象が生じる条件の場合に、配管８１０のバルブ６００を開き、過給圧を下げることができるので、サージング現象の発生を防止することができる。
また、配管８１０を通る加圧された空気によりクロスフロータービン３００が回転駆動されるので、ターボ効率を向上させることができる。その結果、排気ガスの抵抗が低減されることに伴い、ポンプロスが低減されるので、エンジンの燃費を向上させることができる。
【００４１】
（さらに他の実施の形態）
図５および図６は、図１〜図４までに示した排気タービン過給機１００、１００ａのさらに他の実施の形態を説明するための模式図である。図５は矢印ＩＦの方向に流れる流量が多い場合を示し、図６は矢印ＩＦの方向に流れる流量が少ない場合を示す。
【００４２】
図５および図６に示す排気タービン過給機１００ｂにおいては、インペラ２００、クロスフロータービン（回収タービン）３００、排気タービン４００、回転伝達軸５００、可変ベーン７００およびクラッチ９００を含む。
【００４３】
図５および図６に示すように、排気タービン過給機１００ｂにおいては、インペラ２００を外包するコンプレッサハウジング８００が設けられており、配管８１０の一端がコンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側、ディフューザ）に接続され、配管８１０の他端がコンプレッサハウジング８００の入口（インペラ２００の上流側、インデューサ）に接続される。また、配管８１０には、可変ベーン７００が介挿されており、可変ベーン７００の下流側にクロスフロータービン３００が介挿されている。ここで、可変ベーン７００はクロスフロータービン３００の上流側における配管８１０の流路面積を絞ることができるものである。
【００４４】
また、図５および図６に示すように、排気タービン過給機１００ｂにおいては、排気タービン４００を外包する排気タービンハウジング８２０が設けられている。また、インペラ２００、クロスフロータービン３００、排気タービン４００は回転伝達軸５００上に設けられている。クロスフロータービン３００は、クラッチ９００を介して回転伝達軸５００上に設けられる。
【００４５】
以下、矢印ＩＦの方向に流れる流量が多い場合について説明する。
まず、排気タービンハウジング８２０の入口（上流側）から矢印ＨＦの方向に排気ガスが流入し、流入された排気ガスにより排気タービン４００が回転される。排気タービン８２０を回転させた気体は、排気タービンハウジングの出口（下流側）から矢印ＨＰＦの方向に排出される。それにより回転伝達軸５００が回転し、インペラ２００が稼動される。インペラ２００が稼動されることによりコンプレッサハウジング８００の入口（インペラ２００の上流側）から矢印ＦＷの方向に気体が吸引され、吸引された気体がインペラ２００により圧縮され、圧縮された気体がコンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側）から矢印ＰＦの方向に排出される。
【００４６】
また、インペラ２００により圧縮された気体は、コンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側）から配管８１０へ矢印ＩＦの方向に流入する。
ここで図５においては、矢印ＩＦの方向に流れる気体量が多いため、可変ベーン７００は配管８１０を絞らない状態とし、気体がクロスフロータービン３００に流入しやすくする。それにより、多量の気体が効率よくクロスフロータービン３００を回転させた後、矢印ＲＦの方向に排出され、コンプレッサハウジング８００の入口（インペラ２００の上流側）に還流される。
【００４７】
一方、図６に示すように、矢印ＩＦの方向に流れる気体量が少ない場合、インペラ２００により圧縮された気体が、配管８１０へ矢印ＩＦの方向に流入する。少量の圧縮された気体がクロスフロータービン３００に効率良く吹き付けられるように可変タービン７００により配管８１０の流路面積を小さくすることで、クロスフロータービン３００に流入する気体の流速を上げる。それにより、少量の気体が効率よくクロスフロータービン３００を回転させた後、矢印ＲＦの方向に排出され、コンプレッサハウジング８００の入口（インペラ２００の上流側）に還流される。また、サージング現象が生じる条件から外れた場合には、可変ベーン７００を完全に閉じることで配管８１０に加圧された空気が流れないようにする。さらに、可変ベーン７００を閉じた時にはクラッチ９００により回転伝達軸５００がクロスフロータービン３００の回転から切り離される。それにより、クロスフロータービン３００を用いない時にはクロスフロータービン３００が回転伝達軸５００の回転抵抗となることを回避することができる。
【００４８】
以上のように、本実施の形態の排気タービン過給機１００ｂにおいては、サージング現象が生じる条件の場合に、配管８１０のバルブ６００を開き、過給圧を下げることができるので、サージング現象の発生を防止することができる。
また、配管８１０を通る加圧された空気によりクロスフロータービン３００が回転駆動されるので、ターボ効率を向上させることができる。その結果、排気ガスの抵抗が低減されることに伴い、ポンプロスが低減されるので、エンジンの燃費を向上させることができる。
【００４９】
また、可変ベーン７００により気体の流量に応じてクロスタービン３００に供給する気体の流量を調整することができるので、クロスタービン３００の回転を効率よく行うことができる。その結果、排気タービン過給機１００ｂの全体における効率を向上させることができる。また、クロスフロータービン３００は、回転伝達軸５００の回転に従動回転および自由回転のいずれか一方に切り替え可能なクラッチ９００を有しているので、クロスフロータービン３００をクラッチ９００により回転伝達軸５００の回転に従動回転させるか、または自由回転させるかのいずれか一方を選択することができるので、クロスフロータービン３００による抵抗を防止することができる。
【００５０】
続いて、図７および図８は、上述した３つの本実施の形態に係る排気タービン過給機における効果を示す模式図である。図７は内燃機関に対する空気流量と圧縮比との関係を示す図であり、図８は内燃機関に対する空気流量とターボ効率との関係を示す図である。図７の縦軸は圧縮比を示し、横軸は内燃機関に対する空気流量を示す。また、図８の縦軸はターボ効率を示し、横軸は内燃機関に対する空気流量を示す。
【００５１】
図７の線Ｂは従来（特許文献２記載の遠心式過給機）の内燃機関の空気流量と圧縮比との関係を示すものであり、線Ａは本発明に係る排気タービン過給機における内燃機関の空気流量と圧縮比との関係を示すものである。また、図８の線Ｂは従来（特許文献２記載の遠心式過給機）の内燃機関に対する空気流量とターボ効率との関係を示すものであり、線Ａは本発明に係る排気タービン過給機における内燃機関に対する空気流量とターボ効率との関係を示すものである。また、図８の領域ＦＲは、空気循環状態を示す領域である。
【００５２】
図７からわかるように、従来はサージング現象が起こらないような圧縮比で排気タービン過給機が運転しなくてはいけないために圧縮比が低く設定されていたが、上述した３つの本実施の形態の排気タービン過給機によれば、配管８１０に加圧された空気を流すことで過給圧を下げてサージング現象の発生を防止することができるので、サージング現象発生の限界近くまで圧縮比を上げることができる。そのため、従来の領域αＢに対して領域αＡの分だけ圧縮比を高めることができる。
また、図８に示すように、領域ＦＲにおいて加圧された気体によりクロスフロータービンを回転させた場合、従来の線Ｂよりも領域ＦＲにおいてターボ効率を高めることができる。
【００５３】
本実施の形態に係る排気タービン過給機１００，１００ａ，１００ｂは、排気タービン過給機１００，１００ａ，１００ｂが過給機に相当し、回転伝達軸５００が回転伝達手段に相当し、インペラ２００がコンプレッサ羽根車に相当し、クロスフロータービン３００がアシストタービン羽根車に相当し、可変ベーン７００が可変ベーンに相当し、クラッチ９００がクラッチに相当する。
【００５４】
本発明は、上記の好ましい一実施の形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。
【００５５】
なお、本発明に係る過給機は、本実施の形態において説明した排気タービン過給機に限定されるものではなく、スーパーチャージャまたはモータ駆動式過給機等、他の任意の装置にも適用することができる。
【００５６】
なお、クロスフロータービン３００をインペラ２００の裏面にインペラ２００と一体的に結合して形成してもよい。また、クロスフロータービン３００の構造は、加圧された気体により回転させることができる構造であれば特にどんな構造のものでもよく、実施の形態に記載した構造に限定されず、他の任意の構造を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１の実施の形態に係る排気タービン過給機の一例を説明するための模式図
【図２】第１の実施の形態に係る排気タービン過給機の一例を説明するための模式図
【図３】排気タービン過給機の他の例を説明するための模式図
【図４】排気タービン過給機の他の例を説明するための模式図
【図５】排気タービン過給機のさらに他の実施の形態を説明するための模式図
【図６】排気タービン過給機のさらに他の実施の形態を説明するための模式図
【図７】本実施の形態に係る排気タービン過給機における効果を示す模式図
【図８】本実施の形態に係る排気タービン過給機における効果を示す模式図
【符号の説明】
【００５８】
１００，１００ａ，１００ｂ 排気タービン過給機
４００ 排気タービン
５００ 回転伝達軸
２００ インペラ
３００ クロスフロータービン
７００ 可変ベーン
９００ クラッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機におけるターボ効率を向上させる過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関においてパワー出力の向上のため、一般的に吸気を圧縮して過給を行う過給機が利用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、エンジンのターボチャージャ装置について開示されている。特許文献１記載のエンジンのターボチャージャ装置においては、アシストタービンがターボチャージャに同軸で連結され、機関駆動の油ポンプからの油により駆動される。また、電磁クラッチが機関と油ポンプとの間に介挿され、油ポンプへの駆動力を断続させる。そして、機関の運転状況を検出する各種センサからのセンサ信号に基づき、アシストタービンを必要とするアシスト条件を満した時、コントローラにより電磁クラッチをオン作動させる。コントローラは、アシスト条件を満している時、ブースト圧センサにて検出したブースト圧がコンプレッサのサージング域に達した時、サージング表示ランプを点灯すると共に、電磁クラッチをオフ作動して、油ポンプの駆動を停止させるものである。
【０００４】
また、特許文献２には、簡単かつ低コストな構成で、サージを効果的に抑制できる遠心式過給機について開示されている。特許文献２記載の遠心式過給機においては、インペラが、インペラハウジングに回転自由に内装されており、インペラの周囲にはディフューザが設けられている。そしてディフューザに臨んで、リサーキュレーションバルブが配設されている。なお、弁体は、ディフューザの外周側内壁面に開口される開口部を開閉可能に配設されており、該弁体の開閉により、ディフューザとインペラの上流側とを連通または遮断可能となっている。上記構成によれば、システムの簡略化が図れると共に、サージが発生し易い場合には弁体を開弁させて加圧空気をインペラの上流側へ還流させ、以ってサージの発生を抑制することができる。
【０００５】
【特許文献１】実開平０５−４２６４２号公報
【特許文献２】特開平１１−１８２２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献1記載のエンジンのターボチャージャ装置においては、アシストタービンを回転させるための液圧ポンプの駆動がエンジンにとって余分な負荷となって燃費を悪化させることになる。
【０００７】
また、特許文献２記載の遠心式過給機においては、インペラにより加圧した空気をインペラの上流に還流させているため、結果として還流させた分の加圧空気を加圧するエネルギーが無駄であり、ターボ全体の効率が悪くなる。
【０００８】
本発明の目的は、サージング現象の発生を防止するとともに、エンジンへの余分な負荷を防止し、かつターボ効率を向上させることができる過給機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）
本発明に係る過給機は、コンプレッサ羽根車を駆動手段により回転させることにより流体を加圧する過給機であって、コンプレッサ羽根車を収容する収容空間を有するコンプレッサハウジングと、収容空間に連通する上流側通路および下流側通路と、コンプレッサハウジングの上流側通路と下流側通路とを連結するように形成され、下流側通路の流体を上流側通路に戻す戻し通路と、戻し通路を流れる流体の流量を調整する流量調整手段と、戻し通路に設けられ、戻し通路を流れる流体により回転させられるアシストタービン羽根車とを備え、アシストタービン羽根車は、アシストタービン羽根車の回転力をコンプレッサ羽根車に伝達可能に形成されたものである。
【００１０】
本発明に係る過給機においては、アシストタービン羽根車の回転力をコンプレッサ羽根車に伝達することができる。
【００１１】
この場合、サージング現象が生じる条件の場合に、戻し通路に設けられた流量調整手段により戻し通路に流体が流れるようにすることで、コンプレッサ羽根車により加圧された流体がコンプレッサ羽根車の下流側通路からコンプレッサ羽根車の上流側通路に戻されるので、過給圧を下げることができ、サージングの発生を防止することができる。
また、戻し通路を流れる加圧された流体によりアシストタービン羽根車が回転駆動され、その回転力がコンプレッサ羽根車に伝達されるので、ターボ効率を向上させることができる。
【００１２】
（２）
アシストタービン羽根車は、コンプレッサ羽根車と一体に形成されてもよい。
【００１３】
この場合、アシストタービン羽根車とコンプレッサ羽根車とが一体に形成されることにより、機器の小型化を図ることができる。
【００１４】
（３）
アシストタービン羽根車の回転力をコンプレッサ羽根車に伝達する回転伝達手段をさらに備え、回転伝達手段は、アシストタービン羽根車の回転力をコンプレッサ羽根車に伝達させてもよい。
【００１５】
この場合、回転伝達手段は、アシストタービン羽根車の回転力をコンプレッサ羽根車に伝達させることにより、アシストタービン羽根車の回転力をコンプレッサ羽根車に確実に伝達することができる。その結果、サージング現象が生じる条件の場合に、戻し通路に設けられた流量調整手段により戻し通路に流体が流れるようにすることで、コンプレッサ羽根車により加圧された流体がコンプレッサ羽根車の下流側通路からコンプレッサ羽根車の上流側通路に戻されるので、過給圧を下げることができ、サージングの発生を防止することができる。
また、戻し通路を流れる加圧された流体によりアシストタービン羽根車が回転駆動され、その回転力が回転伝達手段によりコンプレッサ羽根車に伝達されるので、ターボ効率を向上させることができる。
【００１６】
（４）
コンプレッサハウジングには、コンプレッサ羽根車を収容する収容空間の下流側にスクロール室が形成され、戻し通路は、スクロール室に連通して形成されてもよい。
【００１７】
この場合、コンプレッサ羽根車により圧縮された流体は下流に行くに従い圧力が低下していくため、コンプレッサ収容空間に近いスクロール室内の圧力の高いままの流体を戻し通路に流すことにより、アシストタービン羽根車を効率良く回転させることができる。
【００１８】
（５）
流量調整手段は、アシストタービン羽根車の上流側の戻し通路の流路面積を調整可能な可変ベーンからなってもよい。
【００１９】
この場合、可変ベーンにより流体の流量に応じてアシストタービン羽根車の上流側の戻し通路の流路面積を調整することができるので、例えば流体の流量が少ない場合には可変ベーンによりアシストタービン羽根車の上流側の戻し通路の流路面積を絞ることで、アシストタービン羽根車に流入する流体の流速を速めることができ、アシストタービン羽根車を効率良く回転させることができる。
【００２０】
（６）
アシストタービン羽根車は、コンプレッサ羽根車の裏側に一体化して形成されてもよい。
【００２１】
この場合、コンプレッサ羽根車とアシストタービン羽根車とを一体に形成することにより、過給機の小型化および省スペース化を図ることができる。
【００２２】
（７）
アシストタービン羽根車の回転力をコンプレッサ羽根車に伝達する回転伝達手段と、アシストタービン羽根車の回転力を回転伝達手段に対して伝達および遮断のいずれか一方に切り替え可能なクラッチを備えてもよい。
【００２３】
この場合、クラッチにより回転伝達手段に対してアシストタービン羽根車の回転力を伝達させるか、遮断させるか、一方を選択することができる。したがって、サージング現象が生じる条件から外れた場合には、アシストタービン羽根車の回転力をクラッチにより遮断させることで、アシストタービン羽根車を用いない時にはアシストタービン羽根車がコンプレッサ羽根車の回転抵抗となることを回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る実施の形態について説明する。本実施の形態においては、本発明にかかる過給機を、排気タービン過給機に適用した場合について説明する。
（第１の実施の形態）
図１および図２は、第１の実施の形態に係る排気タービン過給機１００の一例を説明するための模式図である。図１は後述するバルブ６００が開放状態の場合を示し、図２は後述するバルブ６００が閉塞状態の場合を示す。
【００２５】
まず、図１および図２に示すように、排気タービン過給機１００は、インペラ２００、クロスフロータービン（回収タービン）３００、排気タービン４００、回転伝達軸５００およびバルブ６００を含む。
【００２６】
図１および図２に示すように、排気タービン過給機１００においては、インペラ２００を外包するコンプレッサハウジング８００が設けられており、配管８１０の一端がコンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側、ディフューザ）に接続され、配管８１０の他端がコンプレッサハウジング８００の入口（インペラ２００の上流側、インデューサ）に接続される。また、配管８１０には、バルブ６００が介挿されており、バルブ６００の下流側にクロスフロータービン３００が介挿されている。クロスフロータービン３００は円柱状をしており、周面には複数の羽根が設けられている。また、クロスフロータービン３００の軸心部には図示しない貫通孔が形成されており、その貫通孔には回転伝達軸５００が挿入されて溶接等により固定されている。配管８１０を通る空気によりクロスフロータービン３００が回転されると、その回転エネルギーが回転伝達軸５００に伝達されるようになっている。
【００２７】
また、図１および図２に示すように、排気タービン過給機１００においては、排気タービン４００を外包する排気タービンハウジング８２０が設けられている。また、インペラ２００、クロスフロータービン３００、排気タービン４００は回転伝達軸５００に固定されている。
【００２８】
以下、バルブ６００が開放状態にある場合について説明する。
まず、排気タービンハウジング８２０の入口（上流側）から矢印ＨＦの方向に排気ガスが流入し、流入された排気ガスにより排気タービン４００が回転される。排気タービン８２０を回転させた気体は、排気タービンハウジング８２０の出口（下流側）から矢印ＨＰＦの方向に排出される。それにより回転伝達軸５００が回転し、インペラ２００が稼動される。インペラ２００が稼動されることによりコンプレッサハウジング８００の入口（インペラ２００の上流側）から矢印ＦＷの方向に気体が吸引され、吸引された気体がインペラ２００により圧縮され、圧縮された気体がコンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側）から矢印ＰＦの方向に排出される。
【００２９】
また、インペラ２００により圧縮された気体は、コンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側）から配管８１０へ矢印ＩＦの方向に流入する。図１においては、バルブ６００が開放されているため、圧縮された気体がバルブ６００を通過し、クロスフロータービン３００を回転させる。クロスフロータービン３００を回転させた気体は、矢印ＲＦの方向に排出され、コンプレッサハウジング８００の入口（インペラ２００の上流側）に還流される。
【００３０】
一方、図２に示すように、バルブ６００が閉塞状態にある場合、インペラ２００により圧縮された気体が、コンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側）から配管８１０へ矢印ＩＦの方向に流入されない。したがって、インペラ２００が稼動することによりコンプレッサハウジング８００の入口（インペラ２００の上流側）から吸引された矢印ＦＷの方向の気体が、総てコンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側）から矢印ＰＦの方向に排出される。
【００３１】
ここで、サージング現象について説明する。サージング（surging）現象はターボ型送風機またはターボ型圧縮機と、配管とを含めた系が一種の自励振動を起こし、特有の定められた周期で吐出し、圧力およびガス量が変動する現象をいう。一般に、圧力−風量曲線において、送風機系またはポンプ系の吐出弁を絞ると、運転点が移動し、さらに弁を絞ると運転点が圧力曲線の右上りの部分に至り、風量および圧力が急に脈動を起こし、送風機または圧縮機本体、および配管系の振動が大きくなる。圧力の高いブロワや圧縮機では脈動が相当大きなものとなり、系全体が激しく振動して運転不能となる。これがサージング現象である。例えば、エンジンに使用される排気タービン過給機においては、エンジンが低回転の時にインペラの回転数を高くするとサージング現象が発生する。
【００３２】
以上のように、本実施の形態に係る排気タービン過給機１００においては、サージング現象が生じる条件の場合に、配管８１０のバルブ６００を開き、過給圧を下げることができるので、サージング現象の発生を防止することができる。
また、配管８１０を通る加圧された空気によりクロスフロータービン３００が回転駆動されるので、ターボ効率を向上させることができる。その結果、排気ガスの抵抗が低減されることに伴い、ポンプロスが低減されるので、エンジンの燃費を向上させることができる。
【００３３】
（他の実施の形態）
図３および図４は、図１および図２に示した排気タービン過給機１００の他の例を説明するための模式図である。図３は後述するバルブ６００が開放状態の場合を示し、図４は後述するバルブ６００が閉塞状態の場合を示す。
【００３４】
まず、図３および図４に示すように、排気タービン過給機１００ａは、排気タービン過給機１００と異なり、インペラ２００およびクロスフロータービン（回収タービン）３００が一体の筐体内に配設されている。したがって、図３および図４に示すように、排気タービン過給機１００ａは、インペラ２００、クロスフロータービン（回収タービン）３００、排気タービン４００、回転伝達軸５１０およびバルブ６００を含む。
【００３５】
図３および図４に示すように、排気タービン過給機１００ａにおいては、インペラ２００を外包するコンプレッサハウジング８００とクロスフロータービン３００のハウジングが一体に設けられている。また、配管８３０の一端がコンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側、ディフューザ）に接続され、配管８３０の他端がコンプレッサハウジング８００の入口（インペラ２００の上流側、インデューサ）に接続される。また、配管８３０には、バルブ６００が介挿されている。
【００３６】
また、図３および図４において、図１および図２と同様に、排気タービン過給機１００ａにおいては、排気タービン４００を外包する排気タービンハウジング８２０が設けられている。また、インペラ２００、クロスフロータービン３００、排気タービン４００は回転伝達軸５１０上に設けられている。
【００３７】
以下、バルブ６００が開放状態にある場合について説明する。
まず、排気タービンハウジング８２０の入口（上流側）から矢印ＨＦの方向に排気ガスが流入し、流入された排気ガスにより排気タービン４００が回転される。排気タービン８２０を回転させた気体は、排気タービンハウジング８２０の出口（下流側）から矢印ＨＰＦの方向に排出される。それにより回転伝達軸５１０が回転し、インペラ２００が稼動される。インペラ２００が稼動されることによりコンプレッサハウジング８００の入口（インペラ２００の上流側）から矢印ＦＷの方向に気体が吸引され、吸引された気体がインペラ２００により圧縮され、圧縮された気体がコンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側）から矢印ＰＦの方向に排出される。
【００３８】
また、インペラ２００により圧縮された気体は、コンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側）から配管８３０へ矢印ＩＦの方向に流入する。図３においては、バルブ６００が開放されているため、圧縮された気体がバルブ６００を通過し、クロスフロータービン３００を回転させる。クロスフロータービン３００を回転させた気体は、矢印ＲＦの方向に排出され、コンプレッサハウジング８００の入口（インペラ２００の上流側）に還流される。
【００３９】
一方、図４に示すように、バルブ６００が閉塞状態にある場合、インペラ２００により圧縮された気体が、コンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側）から配管８３０へ矢印ＩＦの方向に流入されない。したがって、インペラ２００が稼動することによりコンプレッサハウジング８００の入口（インペラ２００の上流側）から吸引された矢印ＦＷの方向の気体が、総てコンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側）から矢印ＰＦの方向に排出される。
【００４０】
以上のように、本実施の形態に係る排気タービン過給機１００ａにおいては、サージング現象が生じる条件の場合に、配管８１０のバルブ６００を開き、過給圧を下げることができるので、サージング現象の発生を防止することができる。
また、配管８１０を通る加圧された空気によりクロスフロータービン３００が回転駆動されるので、ターボ効率を向上させることができる。その結果、排気ガスの抵抗が低減されることに伴い、ポンプロスが低減されるので、エンジンの燃費を向上させることができる。
【００４１】
（さらに他の実施の形態）
図５および図６は、図１〜図４までに示した排気タービン過給機１００、１００ａのさらに他の実施の形態を説明するための模式図である。図５は矢印ＩＦの方向に流れる流量が多い場合を示し、図６は矢印ＩＦの方向に流れる流量が少ない場合を示す。
【００４２】
図５および図６に示す排気タービン過給機１００ｂにおいては、インペラ２００、クロスフロータービン（回収タービン）３００、排気タービン４００、回転伝達軸５００、可変ベーン７００およびクラッチ９００を含む。
【００４３】
図５および図６に示すように、排気タービン過給機１００ｂにおいては、インペラ２００を外包するコンプレッサハウジング８００が設けられており、配管８１０の一端がコンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側、ディフューザ）に接続され、配管８１０の他端がコンプレッサハウジング８００の入口（インペラ２００の上流側、インデューサ）に接続される。また、配管８１０には、可変ベーン７００が介挿されており、可変ベーン７００の下流側にクロスフロータービン３００が介挿されている。ここで、可変ベーン７００はクロスフロータービン３００の上流側における配管８１０の流路面積を絞ることができるものである。
【００４４】
また、図５および図６に示すように、排気タービン過給機１００ｂにおいては、排気タービン４００を外包する排気タービンハウジング８２０が設けられている。また、インペラ２００、クロスフロータービン３００、排気タービン４００は回転伝達軸５００上に設けられている。クロスフロータービン３００は、クラッチ９００を介して回転伝達軸５００上に設けられる。
【００４５】
以下、矢印ＩＦの方向に流れる流量が多い場合について説明する。
まず、排気タービンハウジング８２０の入口（上流側）から矢印ＨＦの方向に排気ガスが流入し、流入された排気ガスにより排気タービン４００が回転される。排気タービン８２０を回転させた気体は、排気タービンハウジングの出口（下流側）から矢印ＨＰＦの方向に排出される。それにより回転伝達軸５００が回転し、インペラ２００が稼動される。インペラ２００が稼動されることによりコンプレッサハウジング８００の入口（インペラ２００の上流側）から矢印ＦＷの方向に気体が吸引され、吸引された気体がインペラ２００により圧縮され、圧縮された気体がコンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側）から矢印ＰＦの方向に排出される。
【００４６】
また、インペラ２００により圧縮された気体は、コンプレッサハウジング８００の出口（インペラ２００の下流側）から配管８１０へ矢印ＩＦの方向に流入する。
ここで図５においては、矢印ＩＦの方向に流れる気体量が多いため、可変ベーン７００は配管８１０を絞らない状態とし、気体がクロスフロータービン３００に流入しやすくする。それにより、多量の気体が効率よくクロスフロータービン３００を回転させた後、矢印ＲＦの方向に排出され、コンプレッサハウジング８００の入口（インペラ２００の上流側）に還流される。
【００４７】
一方、図６に示すように、矢印ＩＦの方向に流れる気体量が少ない場合、インペラ２００により圧縮された気体が、配管８１０へ矢印ＩＦの方向に流入する。少量の圧縮された気体がクロスフロータービン３００に効率良く吹き付けられるように可変タービン７００により配管８１０の流路面積を小さくすることで、クロスフロータービン３００に流入する気体の流速を上げる。それにより、少量の気体が効率よくクロスフロータービン３００を回転させた後、矢印ＲＦの方向に排出され、コンプレッサハウジング８００の入口（インペラ２００の上流側）に還流される。また、サージング現象が生じる条件から外れた場合には、可変ベーン７００を完全に閉じることで配管８１０に加圧された空気が流れないようにする。さらに、可変ベーン７００を閉じた時にはクラッチ９００により回転伝達軸５００がクロスフロータービン３００の回転から切り離される。それにより、クロスフロータービン３００を用いない時にはクロスフロータービン３００が回転伝達軸５００の回転抵抗となることを回避することができる。
【００４８】
以上のように、本実施の形態の排気タービン過給機１００ｂにおいては、サージング現象が生じる条件の場合に、配管８１０のバルブ６００を開き、過給圧を下げることができるので、サージング現象の発生を防止することができる。
また、配管８１０を通る加圧された空気によりクロスフロータービン３００が回転駆動されるので、ターボ効率を向上させることができる。その結果、排気ガスの抵抗が低減されることに伴い、ポンプロスが低減されるので、エンジンの燃費を向上させることができる。
【００４９】
また、可変ベーン７００により気体の流量に応じてクロスタービン３００に供給する気体の流量を調整することができるので、クロスタービン３００の回転を効率よく行うことができる。その結果、排気タービン過給機１００ｂの全体における効率を向上させることができる。また、クロスフロータービン３００は、回転伝達軸５００の回転に従動回転および自由回転のいずれか一方に切り替え可能なクラッチ９００を有しているので、クロスフロータービン３００をクラッチ９００により回転伝達軸５００の回転に従動回転させるか、または自由回転させるかのいずれか一方を選択することができるので、クロスフロータービン３００による抵抗を防止することができる。
【００５０】
続いて、図７および図８は、上述した３つの本実施の形態に係る排気タービン過給機における効果を示す模式図である。図７は内燃機関に対する空気流量と圧縮比との関係を示す図であり、図８は内燃機関に対する空気流量とターボ効率との関係を示す図である。図７の縦軸は圧縮比を示し、横軸は内燃機関に対する空気流量を示す。また、図８の縦軸はターボ効率を示し、横軸は内燃機関に対する空気流量を示す。
【００５１】
図７の線Ｂは従来（特許文献２記載の遠心式過給機）の内燃機関の空気流量と圧縮比との関係を示すものであり、線Ａは本発明に係る排気タービン過給機における内燃機関の空気流量と圧縮比との関係を示すものである。また、図８の線Ｂは従来（特許文献２記載の遠心式過給機）の内燃機関に対する空気流量とターボ効率との関係を示すものであり、線Ａは本発明に係る排気タービン過給機における内燃機関に対する空気流量とターボ効率との関係を示すものである。また、図８の領域ＦＲは、空気循環状態を示す領域である。
【００５２】
図７からわかるように、従来はサージング現象が起こらないような圧縮比で排気タービン過給機が運転しなくてはいけないために圧縮比が低く設定されていたが、上述した３つの本実施の形態の排気タービン過給機によれば、配管８１０に加圧された空気を流すことで過給圧を下げてサージング現象の発生を防止することができるので、サージング現象発生の限界近くまで圧縮比を上げることができる。そのため、従来の領域αＢに対して領域αＡの分だけ圧縮比を高めることができる。
また、図８に示すように、領域ＦＲにおいて加圧された気体によりクロスフロータービンを回転させた場合、従来の線Ｂよりも領域ＦＲにおいてターボ効率を高めることができる。
【００５３】
本実施の形態に係る排気タービン過給機１００，１００ａ，１００ｂは、排気タービン過給機１００，１００ａ，１００ｂが過給機に相当し、回転伝達軸５００が回転伝達手段に相当し、インペラ２００がコンプレッサ羽根車に相当し、クロスフロータービン３００がアシストタービン羽根車に相当し、可変ベーン７００が可変ベーンに相当し、クラッチ９００がクラッチに相当する。
【００５４】
本発明は、上記の好ましい一実施の形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。
【００５５】
なお、本発明に係る過給機は、本実施の形態において説明した排気タービン過給機に限定されるものではなく、スーパーチャージャまたはモータ駆動式過給機等、他の任意の装置にも適用することができる。
【００５６】
なお、クロスフロータービン３００をインペラ２００の裏面にインペラ２００と一体的に結合して形成してもよい。また、クロスフロータービン３００の構造は、加圧された気体により回転させることができる構造であれば特にどんな構造のものでもよく、実施の形態に記載した構造に限定されず、他の任意の構造を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１の実施の形態に係る排気タービン過給機の一例を説明するための模式図
【図２】第１の実施の形態に係る排気タービン過給機の一例を説明するための模式図
【図３】排気タービン過給機の他の例を説明するための模式図
【図４】排気タービン過給機の他の例を説明するための模式図
【図５】排気タービン過給機のさらに他の実施の形態を説明するための模式図
【図６】排気タービン過給機のさらに他の実施の形態を説明するための模式図
【図７】本実施の形態に係る排気タービン過給機における効果を示す模式図
【図８】本実施の形態に係る排気タービン過給機における効果を示す模式図
【符号の説明】
【００５８】
１００，１００ａ，１００ｂ 排気タービン過給機
４００ 排気タービン
５００ 回転伝達軸
２００ インペラ
３００ クロスフロータービン
７００ 可変ベーン
９００ クラッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサ羽根車を駆動手段により回転させることにより流体を加圧する過給機であって、
前記コンプレッサ羽根車を収容する収容空間を有するコンプレッサハウジングと、
前記収容空間に連通する上流側通路および下流側通路と、
前記コンプレッサハウジングの上流側通路と下流側通路とを連結するように形成され、前記下流側通路の流体を前記上流側通路に戻す戻し通路と、
前記戻し通路を流れる流体の流量を調整する流量調整手段と、
前記戻し通路に設けられ、前記戻し通路を流れる流体により回転させられるアシストタービン羽根車とを備え、
前記アシストタービン羽根車は、前記アシストタービン羽根車の回転力を前記コンプレッサ羽根車に伝達可能に形成されたことを特徴とする過給機。
【請求項２】
前記アシストタービン羽根車は、前記コンプレッサ羽根車と一体に形成されたことを特徴とする請求項１記載の過給機。
【請求項３】
前記アシストタービン羽根車の回転力を前記コンプレッサ羽根車に伝達する回転伝達手段をさらに備え、
前記回転伝達手段は、前記アシストタービン羽根車の回転力を前記コンプレッサ羽根車に伝達させることを特徴とする請求項１記載の過給機。
【請求項４】
前記コンプレッサハウジングには、前記コンプレッサ羽根車を収容する収容空間の下流側にスクロール室が形成され、
前記戻し通路は、前記スクロール室に連通して形成されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の過給機。
【請求項５】
前記流量調整手段は、前記アシストタービン羽根車の上流側の前記戻し通路の流路面積を調整可能な可変ベーンからなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の過給機。
【請求項６】
前記アシストタービン羽根車は、前記コンプレッサ羽根車の裏側に一体化して形成されたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の過給機。
【請求項７】
前記アシストタービン羽根車の回転力を前記コンプレッサ羽根車に伝達する回転伝達手段と、
前記アシストタービン羽根車の回転力を前記回転伝達手段に対して伝達および遮断のいずれか一方に切り替え可能なクラッチを備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の過給機。
【請求項１】
コンプレッサ羽根車を駆動手段により回転させることにより流体を加圧する過給機であって、
前記コンプレッサ羽根車を収容する収容空間を有するコンプレッサハウジングと、
前記収容空間に連通する上流側通路および下流側通路と、
前記コンプレッサハウジングの上流側通路と下流側通路とを連結するように形成され、前記下流側通路の流体を前記上流側通路に戻す戻し通路と、
前記戻し通路を流れる流体の流量を調整する流量調整手段と、
前記戻し通路に設けられ、前記戻し通路を流れる流体により回転させられるアシストタービン羽根車とを備え、
前記アシストタービン羽根車は、前記アシストタービン羽根車の回転力を前記コンプレッサ羽根車に伝達可能に形成されたことを特徴とする過給機。
【請求項２】
前記アシストタービン羽根車は、前記コンプレッサ羽根車と一体に形成されたことを特徴とする請求項１記載の過給機。
【請求項３】
前記アシストタービン羽根車の回転力を前記コンプレッサ羽根車に伝達する回転伝達手段をさらに備え、
前記回転伝達手段は、前記アシストタービン羽根車の回転力を前記コンプレッサ羽根車に伝達させることを特徴とする請求項１記載の過給機。
【請求項４】
前記コンプレッサハウジングには、前記コンプレッサ羽根車を収容する収容空間の下流側にスクロール室が形成され、
前記戻し通路は、前記スクロール室に連通して形成されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の過給機。
【請求項５】
前記流量調整手段は、前記アシストタービン羽根車の上流側の前記戻し通路の流路面積を調整可能な可変ベーンからなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の過給機。
【請求項６】
前記アシストタービン羽根車は、前記コンプレッサ羽根車の裏側に一体化して形成されたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の過給機。
【請求項７】
前記アシストタービン羽根車の回転力を前記コンプレッサ羽根車に伝達する回転伝達手段と、
前記アシストタービン羽根車の回転力を前記回転伝達手段に対して伝達および遮断のいずれか一方に切り替え可能なクラッチを備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の過給機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−２８６０３９（Ｐ２００８−２８６０３９Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３００８２（Ｐ２００７−１３００８２）
【出願日】平成１９年５月１６日（２００７．５．１６）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１６日（２００７．５．１６）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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