JP2002129966A - 可変容量型過給機の隙間形成装置 - Google Patents

可変容量型過給機の隙間形成装置

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JP2002129966A
JP2002129966A JP2000325027A JP2000325027A JP2002129966A JP 2002129966 A JP2002129966 A JP 2002129966A JP 2000325027 A JP2000325027 A JP 2000325027A JP 2000325027 A JP2000325027 A JP 2000325027A JP 2002129966 A JP2002129966 A JP 2002129966A
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nozzle vane
nozzle
clearance
tip
variable displacement
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Kouji Matsumoto
鋼児 松本
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はターボチャージャのノズルベーンと
ノズルプレートとの隙間を適正にする隙間形成装置に関
する。従来装置では隙間を小さくすれば固着等によりノ
ズルベーンの作動がスムーズにできず、大きくすればリ
ーク量が増し、タービン効率が低下する不具合があっ
た。本発明はこのような不具合を解消できる隙間形成装
置の提供を課題とする。 【解決手段】 本発明の可変容量型過給機の隙間形成装
置は、ノズルベーン先端の対向部分より内周側ノズルプ
レート対向面に、間隔を広げるテーパ加工を行い、ノズ
ルベーン開度小時に隙間を小さくし、ノズルベーン開度
大時に隙間を大きくし、ノズルベーン、ノズルプレート
の固着回避と、ノズルベーン開度全域のリークを低減し
タービン効率の低下を防止した。これにより、ノズルベ
ーン先端部とノズルプレートとが固着することもなく、
隙間を過大による開度全域にわたり駆動排気ガスのリー
クが大きくなることもなく、タービン効率を向上させる
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は可変容量型ターボチ
ャージャ(以下可変容量型過給機という)のノズルベー
ンとノズルプレートとの間に形成されるノズルクリアラ
ンス(以下単に隙間という)形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】エンジンに供給する空気を予め圧縮して
供給して、エンジン効率を向上させる、所謂、過給装置
として従来から排気タービン過給機と機械式過給機とが
用いられている。これら過給機のうち、排気タービン過
給機はエンジンに供給するため外部から供給された空気
を圧縮する圧縮機を駆動するための動力を、過給機から
供給された圧縮空気で作動させるようにしたエンジンか
ら排出される排気ガスの圧力、温度からなる排気エネル
ギから得るようにしているため、エンジンの機械効率を
低下させることがないこと、比較的装置がコンパクトに
でき、エンジン装着時に場所的制約条件が少ないことか
ら、急激に採用されるようになってきている。
【0003】図5は、上述した排気タービン過給機のう
ち、従来の可変容量型過給機のノズルベーンの可動部を
示す断面図である。図において、1は横断面形状が翼型
形状にされたノズルベーンで、マウント2を水平に貫通
させた姿勢設定軸11の先端部に固着され、エンジンの
運転状況に応じて設定されるノズル可変部6の設定角度
に応じて、図の上方から下方に向けて流れ、マウント2
の右側に流れる排気ガスEGの流れに対する姿勢角を変
えることができるようにしている。
【0004】また、3はノズルベーン1の先端と隙間
(クリアランス4)を設けて、ノズルベーン1の自由端
と対向して配設されたノズルプレートで、ノズルベーン
1と共にタービンホイール9内に流入する排気ガスの方
向、流速を決定し圧縮機を駆動するタービンホイール9
の駆動力、すなわちエンジンに供給する圧縮空気の状態
を制御する。
【0005】このように、エンジンの運転状況に応じて
ノズルベーン1の姿勢角が設定されることにより、エン
ジンから排出される排気ガスEGの圧力、温度を利用し
て、圧縮機を効率良く駆動して空気を圧縮してエンジン
に供給し、エンジン効率を向上させるようにした、可変
容量型過給機では圧縮機を駆動するためのタービンの容
量を変化させるノズルベーン1の姿勢角が、エンジンの
運転状況に対応させて自由に設定できる可変構造にされ
ている。
【0006】すなわち、小さい排気ガス力で高トルクを
発生させるために、排気ガスEGの流れに対するノズル
ベーン1の姿勢角を低迎角に設定し、タービンホイール
に効率良く排気ガス力を作動させ排気ガスのエネルギー
を効率良く回収する必要がある場合もあり、又は逆にエ
ンジンから排出される排気ガスが大きな排気ガス力を有
する場合でも、排気ガスEGの流れに対しノズルベーン
1の姿勢角を大きくして、排気ガスEGで得られる圧縮
機の昇圧を小さくしてタービンホイールへの排気ガスの
作動効率への寄与を小さくしても、過給機で生じる抵抗
を小さくしてエンジンの背圧を小さくすることにより、
全体としてのエンジン効率を向上させることができるよ
うにする場合もある。
【0007】このように、エンジンの運転状況に応じて
ノズルベーン1の姿勢角を設定し、圧縮機を駆動するタ
ービンの容量を変化させ、エンジン効率を向上させる構
造とされているために、ノズルベーン1は無理なく作動
できる構造にすることが必要である。すなわち、ノズル
ベーン1を無理なく動かせるようにするためには、ノズ
ルベーン1を固着している姿勢設定軸11とマウント2
との隙間、ノズルベーン1先端とノズルプレート3との
クリアランス4を適切に決める必要がある。
【0008】特に、ノズルベーン1先端とノズルプレー
ト3とのクリアランス4の決定は、ノズルベーン1をス
ムーズに作動させるためには非常に重要であり、このク
リアランス4を過大にすると図7に示すように、ノズル
ベーン開度の全域にわたりタービン効率が低減し、逆に
クリアランス4を過小にするとタービン効率は向上する
ものの、ノズルベーン1先端部とノズルプレート3とが
接触し、高温の排気ガスによって固着し、又は変形等に
より、ノズルベーン1とノズルプレートとの接触によ
り、少くともスムーズには作動させることができないと
いう問題が生じることがあった。
【0009】このため、これまでは固着防止、即ち、ノ
ズルベーンをスムーズに作動させることを優先して、ク
リアランス4を比較的に過大にして、ノズル開度の全域
にわたりタービン効率が低減するのは犠牲にしていたた
めに、従来の可変容量型過給機ではあまり効率の良いも
のにできないという不具合があった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ノズルベー
ン先端部とノズルプレートとの間に形成されるクリアラ
ンスを過小にすると、ノズルベーン先端部とノズルプレ
ートとが固着又はノズルベーンのスムーズな作動をしな
いため、クリアランスを比較的に過大にして、ノズルベ
ーン開度の全域にわたるタービン効率の低減を犠牲にし
ていた、従来の可変容量型過給機の不具合を解消するた
めに、ノズルベーン先端の中心部が対向している部分よ
りも内周側のノズルプレートの対向面にノズルベーン先
端との間隔を広げるようにしたテーパ加工を行い、ノズ
ルベーンの開度が小さい時には、クリアランスをより小
さくしてタービン効率をより向上させ、ノズルベーンの
開度が大きい時にはクリアランスを大きくして、ノズル
ベーン先端部とノズルプレートとが固着、又はノズルベ
ーンとノズルプレートとの干渉をなくしてノズルベーン
がスムーズに作動させることができなくなるという問題
を回避することができるとともに、ノズルベーン開度の
全域にわたりタービン効率を向上させることができるよ
うにした可変容量型過給機の隙間形成装置を提供するこ
とを課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】このため、本発明の可変
容量型過給機の隙間形成装置は、次の手段とした。
【0012】ノズルベーン先端中心部が対向している部
分よりも内周側のノズルプレートの対向面にノズルベー
ン先端との間隔を広げる方向のテーパ加工を行い、ノズ
ルベーンの開度が小さい時にはクリアランスを小さく
し、ノズルベーンの開度が大きい時にはクリアランスを
大きくして、ノズルベーン先端部とノズルプレートとの
固着等を回避するとともに、ノズルベーン開度の全域に
わたるタービン効率の低下を防止するようにした。
【0013】これにより、ノズルベーン先端部とノズル
プレートとの間に形成されるクリアランスを過小にする
と、ノズルベーン先端部とノズルプレートとが固着、若
しくは少くともノズルベーンのスムーズな作動ができな
くなり、また、クリアランスを比較的に過大にすると、
ノズルベーン開度の全域にわたりタービンを駆動する排
気ガスのリークが大きくなり、タービン効率が低下し、
効率的な過給を行うことができるが、従来の可変容量型
過給機の不具合を解消することができ、タービン効率を
向上させ、効率的な過給によりエンジン効率を向上させ
ることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の可変容量型過給機
の隙間形成装置の実施の一形態を、図面に基づき説明す
る。なお、図において図5、図6で示した部材と同一部
材については、同一符号を付して詳細説明は省略する。
図1は、本発明の可変容量型過給機の隙間形成装置の実
施の第1形態を適用する、可変容量型過給機の内部詳細
を示す部分断面図である。
【0015】図に示すように、ハウジング7で被包され
エンジンからの排気ガスEGを流入させるように区画さ
れたガス流路8とタービンケーシング内に挿入されたタ
ービンホイール9の外周に開口させた流入口との間に
は、図5、図6で示したものと同様の可変容量型過給機
のノズルベーン1が設けられており、エンジンの作動状
況に応じてノズル可動部6を制御することにより、マウ
ント2を貫通させて設けた姿勢設定軸11を小さく回転
させることにより、図2(a)に示すようにノズルベー
ン流路10の小さいノズルベーン開度小のものにし、又
はマウント2を貫通させて設けた姿勢設定軸11を大き
く回転させることにより、図2(b)に示すように、ノ
ズルベーン流路10の大きいノズルベーン開度大のもの
にし、ノズルベーンの開度に応じてタービンホイール9
の回転数を変えることにより、エンジンに供給する圧縮
空気をエンジンの状況に応じた圧力のものにするように
している。
【0016】即ち、前述したようにエンジンは、起動時
の様に少ない排気ガスで、然も低い温度の排気ガスEG
の流れでタービンホイール9に高トルクを発生させるた
めに、排気ガスEGの流れに対するノズルベーン1の姿
勢角を低迎角に設定し、高速の排気ガスEGをタービン
ホイール9に流入させる必要がある一方、逆にエンジン
から排出される排気ガスが多く、高い温度の排気ガスE
Gの流れが生じている場合でも、排気ガスEGの流れに
対しノズルベーン1を高迎角にして、排気ガスEGで得
られる圧縮機の昇圧を小さくしても、ノズルベーンで発
生する抵抗を小さくしてエンジンの背圧を小さくするこ
とにより、エンジン効率を向上させる必要が生じる場合
があるので、エンジンの運転状況に応じてノズルベーン
1の姿勢角を設定し、タービンの容量を変化させエンジ
ン効率を向上させノズルベーン1を、エンジンの運転状
況に応じて動かせるようにすることが必要となる。
【0017】次に、図3は、図1に示した可変容量型過
給機のうちのノズルベーン1可動部の詳細を示す横断面
図である。図において、横断面形状が翼型形状にされた
ノズルベーン1は、ノズルマウント2を水平に貫通させ
た姿勢設定軸11の先端部に固着され、エンジンの運転
状況に応じて設定されるノズル可変部6の設定角度に応
じて、図1に示すガス流路8からタービンホイール9の
外周に開口させた流入口に向けて流れ、タービンケーシ
ングの右側に流れる排気ガスEGの流れに対する姿勢
角、いわゆる迎角を変えることができるようにしてい
る。また、ノズルベーン1の自由端と対向して隙間(ク
リアランス4)を設けて、ノズルプレート3を配設する
ようにして、ノズルベーン1とノズルプレート3によ
り、タービンホイール9に流入する排気ガスEGの流
速、方向を制御している。
【0018】このノズルプレート3の内周側、具体的に
はノズルプレート3に対向して配置されているノズルベ
ーン1が、図3の正面図である図4に示すように、姿勢
設定軸11まわりに回転されないときには、殆ど影響が
生じずノズルベーン1が可動範囲の約1/3程度になる
と、ノズルベーン1とノズルプレート3とのクリアラン
ス4に影響が生じる範囲の内周側に、ノズルベーン1と
ノズルプレート3とを離隔させるようなテーパ加工5が
なされている。このテーパ加工5がなされるテーパ角
は、可変容量型過給機の容量によっても異なるが通常略
2〜3°の大きさにされ、ノズルプレート3の内周側全
周にわたって設けられている。
【0019】従って、図4に示すように、ノズルベーン
1の姿勢角が殆ど設定されないときには、ノズルベーン
1とノズルプレート3とのクリアランス4には、ノズル
プレート3に設けるようにしたテーパ加工5の影響は生
じないが、図2(b)に示すように、ノズルベーン1の
姿勢角が大きく設定される場合には、ノズルベーン1と
ノズルプレート3とのクリアランス4にテーパ加工5に
伴う大きな影響が生じる。
【0020】即ち、ノズルベーン1の姿勢角が大きく設
定された場合には、ノズルベーン1の回転軸である姿勢
設定軸から離れたノズルベーン1の前縁部若しくは後縁
部は、ノズルプレート3の内周面からテーパ加工5の大
きさの分クリアランスが大きくなり、高温化により変形
し易いこれらの部分のノズルプレート3との接触を低減
でき、延いてはノズルベーン1の横のクリアランス4を
低減することができ、タービン効率を向上させることが
できる。
【0021】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の可変容
量型過給機の隙間形成装置は、ノズルベーン先端が対向
している部分よりも内周側のノズルプレートの対向面に
ノズルベーン先端との間隔を広げるテーパ加工を行い、
ノズルベーンの開度が小さい時にはクリアランスを小さ
くし、ノズルベーンの開度が大きい時にはクリアランス
を大きくして、ノズルベーン先端部とノズルプレートと
の固着等を回避するとともに、ノズルベーン開度の全域
にわたるリークを低減してタービン効率の低下を防止す
るものにした。
【0022】これにより、ノズルベーン先端部とノズル
プレートとの間に形成されるクリアランスを過小にする
と、ノズルベーン先端部とノズルプレートとが固着し、
また、クリアランスを比較的に過大にすると、ノズルベ
ーン開度の全域にわたりタービンを駆動する排気ガスの
リークが大きくなり、タービン効率が低下していた従来
の可変容量型過給機の不具合を解消することができ、タ
ービン効率を向上させることができ、過給機で昇圧され
た圧縮空気を使用して駆動されるエンジンの効率を大幅
に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の可変容量型過給機の隙間形成装置の実
施の第1形態を組み込んだ可変容量型過給機の部分断面
図、
【図2】図1に示すノズルベーン開度とノズルベーン流
路との関係を示す図、
【図3】本発明の可変容量型過給機の隙間形成装置の実
施の第1形態を示す横断面図、
【図4】図3に示す矢視A−Aにおける正面図、
【図5】従来の可変容量型過給機の隙間形成部を示す横
断面図、
【図6】図5に示す矢視B−Bにおける正面図、
【図7】従来の可変容量型過給機の隙間形成部における
クリアランスおよびノズルベーン開度とタービン効率の
関係を示す図である。
【符号の説明】
1 ノズルベーン 2 マウント 3 ノズルプレート 4 クリアランス 5 テーパ加工 6 ノズル可変部(ノズルアッシー) 7 ハウジング 8 ガス流路 9 タービンホイール 10 ノズルベーン流路 11 姿勢設定軸 EG 排気ガス

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジン排気ガスで駆動される可変容量
    型過給機のノズルベーンとノズルプレートとのクリアラ
    ンスを設定するための可変容量型過給機の隙間形成装置
    において、前記ノズルベーン先端中心部が対向して設け
    られている部分よりも内周側の前記ノズルプレートの対
    向面に、前記ノズルベーン先端との間隔を広げる方向の
    テーパ加工を行い、前記ノズルベーン開度が小さい時に
    は前記クリアランスを小さくし、前記ノズルベーン開度
    が大きい時には前記クリアランスを大きくして、前記ノ
    ズルベーン先端部と前記ノズルプレートとの固着を回避
    するとともに、前記ノズルベーン開度の全域にわたり、
    前記クリアランスからのリーク量を低減して前記可変容
    量型過給機のタービン効率の低下を防止したことを特徴
    とるす可変容量型過給機の隙間形成装置。
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