特許 7288395 ツインスクロールターボの連通路機構

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-30

(45)【発行日】2023-06-07

(54)【発明の名称】ツインスクロールターボの連通路機構

(51)【国際特許分類】

   F02B 37/02 20060101AFI20230531BHJP

   F02B 37/18 20060101ALI20230531BHJP

【ＦＩ】

F02B37/02 H

F02B37/18 E

F02B37/18 F

F02B37/18 G

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019220141

(22)【出願日】2019-12-05

(65)【公開番号】P2021088966

(43)【公開日】2021-06-10

【審査請求日】2022-09-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000005463

【氏名又は名称】日野自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100133064

【弁理士】

【氏名又は名称】大野 新

(72)【発明者】

【氏名】柳沢 雅俊

【審査官】櫻田 正紀

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１５０２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００１－５２０３４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１３７８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０４－０５４３８１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭６３－１１７１２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２９１０４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２０１１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－１３７６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２３０４３２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／００５９０２６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】実開昭５８－００４７３２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００８－１０１５８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第４５３０６４０（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２００９－１４４６６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ ３７／０２

Ｆ０２Ｂ ３７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エキゾーストマニホールドからターボチャージャのタービンハウジングへの流路が第１流路と第２流路とに分割され、前記第１流路と前記第２流路との間に開閉自在な連通路が設けられたツインスクロールターボの連通路機構であって、
前記第１流路と前記第２流路との間の大連通路と、
前記大連通路を開閉する大連通バルブと、
前記大連通バルブの内部に設けられ、前記大連通路よりも断面積が小さい小連通路と、
前記大連通バルブの内部に設けられ、前記小連通路を開閉する小連通バルブと、
を備え、
前記小連通バルブが前記小連通路を閉鎖し、前記大連通バルブが前記大連通路を閉鎖することにより、前記第１流路と前記第２流路との間の前記連通路が閉鎖された閉鎖状態と、
前記小連通バルブが前記小連通路を開放し、前記大連通バルブが前記大連通路を閉鎖することにより、前記第１流路と前記第２流路との間の前記連通路の最小断面積が前記小連通路の断面積である小開放状態と、
前記小連通バルブが前記小連通路を開放し、前記大連通バルブが前記大連通路を開放することにより、前記第１流路と前記第２流路との間の前記連通路の最小断面積が前記大連通路の断面積である大開放状態と、に変更自在なツインスクロールターボの連通路機構。

【請求項2】

前記大開放状態のときに、前記大連通路は、前記タービンハウジングを迂回しつつ前記タービンハウジングの下流の流路に連通するバイパス路に連通している、請求項１に記載のツインスクロールターボの連通路機構。

【請求項3】

前記大連通バルブが前記大連通路を閉鎖する方向に付勢するバネと、
前記小連通バルブ及び前記大連通バルブを作動させるアクチュエータと、
をさらに備え、
前記小開放状態では、前記アクチュエータによって、前記バネにより付勢されることにより前記大連通路を閉鎖している前記大連通バルブの内部の前記小連通バルブが作動させられることにより前記小連通路が開放され、
前記大開放状態では、前記小連通バルブを作動させて前記小連通路を開放させているアクチュエータによって、前記バネにより前記大連通路を閉鎖する方向に付勢されている前記大連通バルブが作動させられることにより前記大連通路が開放される、請求項１又は２に記載のツインスクロールターボの連通路機構。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ツインスクロールターボの連通路機構に関する。

【背景技術】

【0002】

エキゾーストマニホールドからターボチャージャのタービンハウジングへの流路が第１流路と第２流路とに分割されたツインスクロールターボが知られている。ツインスクロールターボでは、第１流路と第２流路との間に開閉自在な連通路を設け、回転数又は負荷に応じて連通路を開閉することによりポンピングロスが低減し、燃費が改善する。例えば、特許文献１には、連通路を板状部材により部分的に覆うことによって、連通路の開度を調整する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２０１７-５３７２５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記特許文献１のような技術では、微小開度で連通路の開度を適切に制御するためには、高分解能のアクチュエータを必要とし、高コストをもたらすため、改善が望まれている。

【0005】

そこで本発明は、高分解能のアクチュエータを要さずに、単純な構成により、連通路の開度を適切に制御することができるツインスクロールターボの連通路機構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】

【0006】

本発明は、エキゾーストマニホールドからターボチャージャのタービンハウジングへの流路が第１流路と第２流路とに分割され、第１流路と第２流路との間に開閉自在な連通路が設けられたツインスクロールターボの連通路機構であって、第１流路と第２流路との間の大連通路と、大連通路を開閉する大連通バルブと、大連通バルブの内部に設けられ、大連通路よりも断面積が小さい小連通路と、大連通バルブの内部に設けられ、小連通路を開閉する小連通バルブとを備え、小連通バルブが小連通路を閉鎖し、大連通バルブが大連通路を閉鎖することにより、第１流路と第２流路との間の連通路が閉鎖された閉鎖状態と、小連通バルブが小連通路を開放し、大連通バルブが大連通路を閉鎖することにより、第１流路と第２流路との間の連通路の最小断面積が小連通路の断面積である小開放状態と、小連通バルブが小連通路を開放し、大連通バルブが大連通路を開放することにより、第１流路と第２流路との間の連通路の最小断面積が大連通路の断面積である大開放状態とに変更自在なツインスクロールターボの連通路機構である。

【0007】

この構成によれば、エキゾーストマニホールドからターボチャージャのタービンハウジングへの流路が第１流路と第２流路とに分割され、第１流路と第２流路との間に開閉自在な連通路が設けられたツインスクロールターボの連通路機構において、第１流路と第２流路との間の大連通路と、大連通路を開閉する大連通バルブと、大連通バルブの内部に設けられ、大連通路よりも断面積が小さい小連通路と、大連通バルブの内部に設けられ、小連通路を開閉する小連通バルブとを備え、小連通バルブが小連通路を閉鎖し、大連通バルブが大連通路を閉鎖することにより、第１流路と第２流路との間の連通路が閉鎖された閉鎖状態と、小連通バルブが小連通路を開放し、大連通バルブが大連通路を閉鎖することにより、第１流路と第２流路との間の連通路の最小断面積が小連通路の断面積である小開放状態と、小連通バルブが小連通路を開放し、大連通バルブが大連通路を開放することにより、第１流路と第２流路との間の連通路の最小断面積が大連通路の断面積である大開放状態とに変更自在である。そのため、高分解能のアクチュエータを要さずに、単純な構成により、連通路の開度を適切に制御することができる。

【0008】

この場合、大開放状態のときに、大連通路は、タービンハウジングを迂回しつつタービンハウジングの下流の流路に連通するバイパス路に連通していてもよい。

【0009】

この構成によれば、大開放状態のときに、大連通路は、タービンハウジングを迂回しつつタービンハウジングの下流の流路に連通するバイパス路に連通しており、大連通路の大きな断面積が律速となるため、大流量に対応でき、ウェストゲート量不足とならず、適切なウェストゲート量に制御することができる。

【0010】

また、大連通バルブが大連通路を閉鎖する方向に付勢するバネと、小連通バルブ及び大連通バルブを作動させるアクチュエータとをさらに備え、小開放状態では、アクチュエータによって、バネにより付勢されることにより大連通路を閉鎖している大連通バルブの内部の小連通バルブが作動させられることにより小連通路が開放され、大開放状態では、小連通バルブを作動させて小連通路を開放させているアクチュエータによって、バネにより大連通路を閉鎖する方向に付勢されている大連通バルブが作動させられることにより大連通路が開放されてもよい。

【0011】

この構成によれば、大連通バルブが大連通路を閉鎖する方向に付勢するバネと、小連通バルブ及び大連通バルブを作動させるアクチュエータとをさらに備え、小開放状態では、アクチュエータによって、バネにより付勢されることにより大連通路を閉鎖している大連通バルブの内部の小連通バルブが作動させられることにより小連通路が開放され、大開放状態では、小連通バルブを作動させて小連通路を開放させているアクチュエータによって、バネにより大連通路を閉鎖する方向に付勢されている大連通バルブが作動させられることにより大連通路が開放されるため、バネと１つのアクチュエータとによる単純な構成により、連通路の開度を適切に制御することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明のツインスクロールターボの連通路機構によれば、高分解能のアクチュエータを要さずに、単純な構成により、連通路の開度を適切に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態に係るツインスクロールターボを示す図である。

【図2】実施形態に係るツインスクロールターボの連通路機構の閉鎖状態を示す縦断面図である。

【図3】実施形態に係るツインスクロールターボの連通路機構の小開放状態を示す縦断面図である。

【図4】実施形態に係るツインスクロールターボの連通路機構の大開放状態を示す縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態に係るツインスクロールターボの連通路機構について、図面を用いて詳細に説明する。図１に示されるように、本実施形態の連通路機構１は、ツインスクロールターボ１００に適用される。ツインスクロールターボ１００では、エンジン１０のエキゾーストマニホールド１５からタービンハウジング１９及びコンプレッサ２０を有するターボチャージャ１８のタービンハウジング１９への流路が、第１気筒１１及び第４気筒１４の排気を束ねた第１流路１６と、第２気筒１２及び第３気筒１３の排気を束ねた第２流路１７とに分割されている。第１流路１６と第２流路１７との間には開閉自在な連通路２が設けられている。連通路２は、ウェストゲートバルブ２２を介して、タービンハウジング１９を迂回しつつタービンハウジング１９の下流の流路に連通するバイパス路２１に連通している。

【0015】

図２に示されるように、連通路機構１は、第１流路１６と第２流路１７とが隣接している箇所に配置されている。連通路機構１は、第１流路１６と第２流路１７との間の大連通路３と、大連通路３を開閉する大連通バルブ５とを備える。図２に示される第１流路１６と第２流路１７との間の連通路２が閉鎖された閉鎖状態では、大連通路３は、大連通バルブ５により閉鎖されている。連通路機構１は、大連通バルブ５の内部に設けられ、大連通路３よりも断面積が小さい小連通路４と、大連通バルブ５の内部に設けられ、小連通路４を開閉する小連通バルブ６とを備える。図２に示される第１流路１６と第２流路１７との間の連通路２が閉鎖された閉鎖状態では、小連通路４は、小連通バルブ６により閉鎖されている。

【0016】

連通路機構１は、大連通バルブ５が大連通路３を閉鎖する方向に付勢するバネ７と、小連通バルブ６及び大連通バルブ５を作動させるアクチュエータ８と備える。アクチュエータ８は、その駆動軸８ａが大連通バルブ５の内部の小連通バルブを電磁石又は油圧等の力によって押し込むことにより、小連通バルブ６が小連通路４を閉鎖する方向に力を加える。また、アクチュエータ８は、その駆動軸８ａが大連通バルブ５の内部の小連通バルブ６を電磁石又は油圧等の力によって引っ張ることにより、小連通バルブ６が小連通路４を開放し、大連通バルブ５の内部の小連通バルブ６を介して大連通バルブ５が大連通路３を開放する方向に力を加える。バネ７は、アクチュエータ８の駆動軸８ａの周囲に配置された圧縮バネであり、大連通バルブ５が大連通路３を閉鎖する方向に付勢する。大連通バルブ５の周囲は、バイパス路２１に連通している。

【0017】

以下、本実施形態のツインスクロールターボ１００の連通路機構１の動作について説明する。図２に示される閉鎖状態では、アクチュエータ８の駆動軸８ａにより押し込まれた小連通バルブ６が小連通路４を閉鎖し、バネ７により付勢されている大連通バルブ５が大連通路３を閉鎖することにより、第１流路１６と第２流路１７との間の連通路２が閉鎖される。

【0018】

図３に示される小開放状態では、アクチュエータ８の駆動軸８ａによって、バネ７により付勢されることにより大連通路３を閉鎖している大連通バルブ５の内部の小連通バルブ６が引っ張られることによって作動させられることにより小連通路４が開放される。小開放状態では、小連通バルブ６が小連通路４を開放し、バネ７により付勢されている大連通バルブ５が大連通路３を閉鎖することにより、第１流路１６と第２流路１７との間の連通路２の最小断面積が小連通路４の断面積となる。つまり、小開放状態では、断面積が小さい小連通路４が律速となる。

【0019】

図４に示される大開放状態では、小連通バルブ６を作動させて小連通路４を開放させているアクチュエータ８の駆動軸８ａによって、大連通バルブ５の内部の小連通バルブ６を介して、バネ７により大連通路３を閉鎖する方向に付勢されている大連通バルブ５が引っ張られることによって作動させられることにより大連通路３が開放される。大開放状態では、小連通バルブ６が小連通路４を開放し、大連通バルブ５が大連通路３を開放することにより、第１流路１６と第２流路１７との間の連通路２の最小断面積が大連通路３の断面積となる。つまり、大開放状態では、断面積が大きい大連通路３が律速となる。大開放状態のときに、大連通路３は、タービンハウジング１９を迂回しつつタービンハウジング１９の下流の流路に連通するバイパス路２１に連通している。

【0020】

以上のように、本実施形態のツインスクロールターボ１００の連通路機構１では、閉鎖状態と、小開放状態と、大開放状態とに変更自在である。

【0021】

ツインスクロールターボ１００では、第１流路１６と第２流路１７との間に開閉自在な連通路２を設け、回転数又は負荷に応じて連通路２を開閉することによりポンピングロスが低減し、燃費が改善することが判っている。しかし、本発明者による実験により、連通路２を開閉するバルブは、微小開度の特性が過敏であることが判った。微小開度で連通路２を開閉するバルブを精密な開度に調整するためには、高分解能のアクチュエータが必要となり、高コストをもたらす。一方、微小開度での特性を緩慢にするために、連通路２の断面積を絞った場合には、フルリフト時の全流量も低下するため、連通路２を開閉するバルブを全開にしたとしても、連通路２の連通量及びウェストゲート量が不足となる懸念がある。

【0022】

一方、本実施形態では、エキゾーストマニホールド１５からターボチャージャ１８のタービンハウジング１９への流路が第１流路１６と第２流路１７とに分割され、第１流路１６と第２流路１７との間に開閉自在な連通路２が設けられたツインスクロールターボ１００の連通路機構１において、第１流路１６と第２流路１７との間の大連通路３と、大連通路３を開閉する大連通バルブ５と、大連通バルブ５の内部に設けられ、大連通路３よりも断面積が小さい小連通路４と、大連通バルブ５の内部に設けられ、小連通路４を開閉する小連通バルブ６とを備え、小連通バルブ６が小連通路４を閉鎖し、大連通バルブ５が大連通路３を閉鎖することにより、第１流路１６と第２流路１７との間の連通路２が閉鎖された閉鎖状態と、小連通バルブ６が小連通路４を開放し、大連通バルブ５が大連通路３を閉鎖することにより、第１流路１６と第２流路１７との間の連通路２の最小断面積が小連通路４の断面積である小開放状態と、小連通バルブ６が小連通路４を開放し、大連通バルブ５が大連通路３を開放することにより、第１流路１６と第２流路１７との間の連通路２の最小断面積が大連通路３の断面積である大開放状態とに変更自在である。そのため、高分解能のアクチュエータを要さずに、単純な構成により、連通路２の開度を適切に制御することができる。

【0023】

つまり、小開放状態では、断面積が小さい小連通路４が律速となる。このため、微小開度の特性を緩慢にすることができる。一方、大開放状態では、断面積が大きい大連通路３が律速となる。このため、大流量に対応することができる。このように本実施形態では、定常運転時及び過渡運転時の急激な流量変化が抑えられることから、制御性向上が果たされる。

【0024】

また、本実施形態では、大開放状態のときに、大連通路３は、タービンハウジング１９を迂回しつつタービンハウジング１９の下流の流路に連通するバイパス路２１に連通しており、大連通路３の大きな断面積が律速となるため、大流量に対応でき、ウェストゲート量不足とならず、適切なウェストゲート量に制御することができる。

【0025】

また、本実施形態では、大連通バルブ５が大連通路３を閉鎖する方向に付勢するバネ７と、小連通バルブ６及び大連通バルブ５を作動させるアクチュエータ８とをさらに備え、小開放状態では、アクチュエータ８によって、バネ７により付勢されることにより大連通路３を閉鎖している大連通バルブ５の内部の小連通バルブ６が作動させられることにより小連通路４が開放され、大開放状態では、小連通バルブ６を作動させて小連通路４を開放させているアクチュエータ８によって、バネ７により大連通路３を閉鎖する方向に付勢されている大連通バルブ５が作動させられることにより大連通路３が開放されるため、バネ７と１つのアクチュエータ８とによる単純な構成により、連通路２の開度を適切に制御することができる。

【0026】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく様々な形態で実施される。例えば、上記実施形態の連通路機構１において、小連通バルブ６の内部に設けられ、小連通路４よりも断面積が小さい極小連通路と、小連通バルブ６の内部に設けられ、極小連通路を開閉する極小連通バルブとをさらに備えてもよい。この場合、連通路機構１は、上述した閉鎖状態と、小開放状態と、大開放状態とに加えて、極小連通バルブが極小連通路を開放し、小連通バルブ６が小連通路４を閉鎖し、大連通バルブ５が大連通路３を閉鎖することにより、第１流路１６と第２流路１７との間の連通路２の最小断面積が極小連通路の断面積である極小開放状態との４つの状態に変更自在でもよい。同様に、連通路機構１は５以上の状態に変更自在でもよい。

【0027】

また、上記実施形態の連通路機構１において、大連通バルブ５の内部に小連通バルブ６が小連通路４を閉鎖する方向に付勢する小連通バルブ用バネをさらに備え、閉鎖状態では、小連通バルブ用バネにより付勢されている小連通バルブ６が小連通路４を閉鎖し、バネ７により付勢されている大連通バルブ５が大連通路３を閉鎖することにより、第１流路１６と第２流路１７との間の連通路２が閉鎖されてもよい。これにより、アクチュエータ８は、駆動軸８ａを引っ張る方向に力を与える機能のみを有すればよくなる。

【符号の説明】

【0028】

１…連通路機構、２…連通路、３…大連通路、４…小連通路、５…大連通バルブ、６…小連通バルブ、７…バネ、８…アクチュエータ、８ａ…駆動軸、１０…エンジン、１１…第１気筒、１２…第２気筒、１３…第３気筒、１４…第４気筒、１５…エキゾーストマニホールド、１６…第１流路、１７…第２流路、１８…ターボチャージャ、１９…タービンハウジング、２０…コンプレッサ、２１…バイパス路、２２…ウェストゲートバルブ、１００…ツインスクロールターボ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】