JP2003148154A - 可変ノズルタービンのベーン角度調節装置 - Google Patents

可変ノズルタービンのベーン角度調節装置

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JP2003148154A
JP2003148154A JP2002278082A JP2002278082A JP2003148154A JP 2003148154 A JP2003148154 A JP 2003148154A JP 2002278082 A JP2002278082 A JP 2002278082A JP 2002278082 A JP2002278082 A JP 2002278082A JP 2003148154 A JP2003148154 A JP 2003148154A
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JP
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actuator
variable nozzle
adjusting device
angle adjusting
vane
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JP2002278082A
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Jun-Cheol Park
ジュン 哲 朴
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Hyundai Motor Co
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Hyundai Motor Co
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/24—Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/165—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for radial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially parallel to the rotor centre line
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変ノズルタービンに設置されるベーンの配
置角度を自動的に調節することによってエンジンの出力
効率を最大化する可変ノズルタービンのベーン角度調節
装置を提供する。 【解決手段】 供給される電流の大きさに応じて駆動さ
れるアクチュエーターと；タービンの外側に回転可能に
設置される少なくとも一つ以上のベーンと；アクチュエ
ーターに連動して作動し、ベーンを回転させるようにア
クチュエーターの直線運動を回転運動に変換してベーン
に伝達する伝達アセンブリーと；を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は可変ノズルタービン
のベーン角度調節装置に係り、より詳しくは、タービン
の排気側に設置され、タービンの入口及び出口側の温度
と圧力信号とに応じてベーンの角度を調節する可変ノズ
ルタービンのベーン角度調節装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ディーゼルエンジンには、吸入
される空気の充填効率を増大させる目的で、排気ガスに
よって作動して吸気を過給するためにエンジンの排気マ
ニホールド側に設置されるタービンと、エンジンの吸気
マニホールド側に設置されるブロワーとを回転軸で連結
し、この回転軸をジャーナルベアリングで支持する構造
のターボチャージャを利用したターボチャージャシステ
ム（ｔｕｒｂｏ ｃｈａｒｇｅｒ ｓｙｓｔｅｍ）を適
用している。
【０００３】このようなターボチャージャシステムで
は、図４に示したように、ターボチャージャ１０５のタ
ービン１０１がエンジン１０７の排気ガスの供給を受け
ることができるように排気マニホールド１０９に連結さ
れるように設置され、ブロワー１０３はエアークリーナ
ー１１１から外気を吸入してインタークーラー１１３と
吸気マニホールド１１５とを通じてエンジン１０７に外
気を供給するように吸気系統に設置される。
【０００４】そして、タービン１０１側に供給される排
気ガスを排出するための排出管路１１７と、外気を吸入
するためにエアークリーナー１１１に連結される吸入管
路１１９とが備えられる。
【０００５】エンジン１０７の排気ガス排出圧によって
ターボチャージャ１０５のタービン１０１が回転すれ
ば、これに回転軸１２１を介して連結されたブロワー１
０３が回転しながらエアークリーナー１１１から外気の
供給を受け、インタークーラー１１３を経るようにする
ことにより、吸気マニホールド１１５に圧縮冷却空気を
過給する。また、このようなターボチャージャシステム
以外に、過給機回転センサを備え、タービン内の可動案
内翼を所定制御特性により開閉制御し、過給機の回転数
が設定値以上の時に案内翼を開くようにアクチュエータ
を制御する制御装置を備えた可変容量型過給機が知られ
ている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−２０７８２８号公報（第２
頁〜第３頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図４に示したような従
来のターボチャージャシステムにおいて、タービン１０
１は、その回転速度が排気マニホールド１０９を通じて
排出される排気ガスの量によってのみ決定されるため、
エンジン１０７の回転速度が低い区間では排気圧力が低
いため吸入空気を圧縮することができず、むしろタービ
ン１０１が抵抗体として作用するためトルクが小さくな
るという問題がある。そこで、特許文献１のように配置
角度を可変するベーンを設けた可変ノズルタービンを適
用し、排気ガスの排出流速を効果的に制御しようとする
傾向にある。しかしながら、特許文献１のような可変容
量型過給機では、過給機回転センサを設ける必要がある
上、可動案内翼（可動ベーン）は制御装置によって開閉
制御されるだけであることから、排気ガスの排出流速を
充分効率的に利用する迄には至っていなかった。
【０００８】したがって、本発明は、上記のような問題
に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、可変
ノズルタービンに設置されるベーンの配置角度を自動的
に調節してエンジンの出力効率を最大化する可変ノズル
タービンのベーン角度調節装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による可変ノズルタービンのベーン角度調節
装置は、車両のエンジン過給機に用いられる可変ノズル
タービンのベーン角度調節装置において；供給される電
流の大きさに応じて駆動されるアクチュエーターと；タ
ービンの外側に回転可能に設置される少なくとも１個の
ベーンと；アクチュエーターに連動して作動し、ベーン
を回転させるようにアクチュエーターの直線運動を回転
運動に変換してベーンに伝達する伝達アセンブリーと；
を含むことを特徴とする。
【００１０】このような可変ノズルタービンのベーン角
度調節装置において、アクチュエータは；入力される電
流信号を所定の大きさの電流信号に増幅した後、該当電
流信号を出力する電流増幅器と；電流増幅器から出力さ
れる電流の供給を受けるように、その両端が各々電流増
幅器のプラス端子とマイナス端子とにそれぞれ連結され
る形状記憶合金素材の伸縮部と；この伸縮部の伸縮運動
に連動して作動するように、伸縮部の端部に設置される
駆動ロッドと；を含むことが好適であり、また、伸縮部
はスプリングの形状を有することが好ましい。
【００１１】さらに、アクチュエーターは、伸縮部の両
端が各々プラス端子プレートとマイナス端子プレートと
を介してそれぞれ電流増幅器のプラス端子とマイナス端
子とに連結されることが好適である。
【００１２】さらにまた、アクチュエーターは、伸縮部
が挿入される貫通孔が形成されたチューブケースをさら
に含むことが好適であり、このアクチュエータの駆動ロ
ッドとチューブケースとは、各々セラミック素材からな
ることが好ましい。なお、アクチュエーターは、タービ
ンケースに結合される装着ブラケットに設置されても良
い。
【００１３】伝達アセンブリーは；アクチュエーターと
連動して作動するようにアクチュエーターに結合される
外部クランクと；その一端が外部クランクに連結される
回転プレートと；回転運動するように回転プレートの他
端に結合される内部クランクと；内部クランクの一端に
形成された駆動カムの回転に連動して回転可能にタービ
ンケースの内部に設置される回転リングと；回転リング
の内周面に沿って形成される一つ以上の溝に各々設置さ
れて回転リングの回転に連動して回転し、その一端が回
転軸によってベーンに連結される回転カムと；を含むこ
とが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明による可変ノズルタ
ービンのベーン角度調節装置の一実施の形態について添
付した図面に基づいてより詳細に説明する。
【００１５】図１に示したように、本実施の形態におけ
る可変ノズルタービンはターボチャージャ１の一側ブロ
ワー３と連結され、エンジン（図示せず）の排気マニホ
ールドからの排気ガスの供給を受けることができるよう
に、排気ガス供給管５と一体にタービンケースが７構成
され、タービンケース７の内部でタービン９が回転軸１
１を通じてブロワー３と連結され、蓋１３で覆われて構
成される。
【００１６】図２に示すように、本実施の形態による可
変ノズルタービンのベーン角度調節装置は、タービンケ
ース７の蓋１３の外部一側に装着ブラケット１５を介し
て結合されるアクチュエータ１７を含む。
【００１７】アクチュエータ１７の作動ロッド１９の先
端は外部クランク２１を通じて回転プレート２５の一端
に連結され、回転プレート２５の他端はタービンケース
７の蓋１３の一側に回転可能に設置される内部クランク
２３に連結されている。
【００１８】そして、タービンケース７の内部に蓋１３
に対して回転可能に回転リング２７が構成され、この回
転リング２７は内部クランク２３の他端に設けられる駆
動カム２９と一側で連結されてこの駆動カム２９の作動
に連動する。
【００１９】また、回転リング２７にはその内周面に沿
って一定の間隔で複数個のカム溝３１が形成され、これ
に回転カム３３が各々設置され、各々の回転カム３３に
は回転軸３５がその一端を介して設置されている。
【００２０】ここで、回転軸３５の他端にはタービン９
の外側に一定の間隔で配置されるベーン３７が連結され
る。
【００２１】アクチュエータ１７は、図３に示したよう
に、装着ブラケット１５の上端に電流増幅器（Ｃｕｒｒ
ｅｎｔ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）４１が装着されてエンジ
ン制御ユニット（図示せず、ＥＣＵ）から入力される電
気信号を増幅して電流信号を出力し、電流増幅器４１か
ら出力される電流信号に応じて作動ロッド１９を前後進
作動させる駆動部４３がその下部に設けられている。
【００２２】ここで、アクチュエータ１７の駆動部４３
は電流増幅器４１の下部に設置されるチューブケース４
５を含み、チューブケース４５の上部には電流増幅器４
１のプラス端子が連結されるポジティブ端子プレート４
７が固定設置される。本実施の形態では、チューブケー
ス４５はセラミック素材で形成されている。
【００２３】そして、チューブケース４５の下部にはチ
ューブケース４５の内部に沿って移動可能にネガティブ
端子プレート４９が設置され、また、このネガティブ端
子プレート４９は電流増幅器４１のマイナス端子に連結
される。ネガティブ端子プレート４９の下部一側には作
動ロッド１９が設置される。
【００２４】また、チューブケース４５内部のポジティ
ブ端子プレート４７とネガティブ端子プレート４９の間
には、各端子プレート４７、４９と上、下端で各々連結
される形状記憶合金材質のスプリング５１が設けられて
いる。このスプリング５１は、スプリング５１に供給さ
れる電流の大きさに応じて収縮または膨脹する。ここ
で、形状記憶合金（ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙ ａｌｌ
ｏｙ）とは、一定の温度下で変形した場合にも特定遷移
温度以上に加熱されれば元来の形状に戻る特性を有する
合金をいい、例えば、ニッケル−チタニウム合金、銅−
亜鉛−アルミニウム合金などがある。形状記憶合金で製
作されたスプリング５１に供給される電流の大きさを変
化させれば、電流の大きさの変化によって発生する熱量
が変化し、その結果、スプリング５１が伸縮運動をする
ようになる。
【００２５】また、本実施の形態においてベーン角度調
節装置は、形状記憶合金をスプリング形状（コイルバネ
状）に形成しているが、スプリング形状以外の他の形状
を有するように形成することもできる。
【００２６】したがって、上述のような構成を有する本
実施の形態による可変ノズルタービンのベーン角度調節
装置によれば、アクチュエータ１７は、エンジンの高速
回転区間ではエンジン制御ユニット（図示せず）から該
当する電気信号の入力を受け、電流増幅器４１から形状
記憶合金素材のスプリング５１に電流信号を出力する。
【００２７】ここで、スプリング５１は抵抗として作用
するため熱を発生し、この熱による熱弾性作用によっ
て、回転プレート２５の一側を外部クランク２１を介し
て引張る（スプリング５１を伸ばす）ようになる。これ
により回転プレート２５の他側に連結された内部クラン
ク２３は駆動カム２９を介して回転リング２７を高速方
向に回転させる。この回転リング２７が回転するためベ
ーン３７は、回転カム３３及び回転軸３５によって回転
し、ベーン角度（Ｘ）が大きくなるようにタービン９に
供給される排気ガスの入射角を調節する。
【００２８】一方、エンジンが低速回転区間に移行した
場合には、アクチュエータ１７は、エンジン制御ユニッ
ト（図示せず）から該当する電気信号の入力を受け、電
流増幅器４１から形状記憶合金素材のスプリング５１に
電流信号を出力する。
【００２９】そこで、スプリング５１は抵抗として作用
するため熱を発生し、この熱による熱弾性作用によっ
て、回転プレート２５の一側を外部クランク２１を介し
て押す（スプリング５１を押縮める）ようになる。これ
により回転プレート２５の他側に連結された内部クラン
ク２３は駆動カム２９を介して回転リング２７を低速方
向に回転させ、この回転リング２７が回転するためベー
ン３７は、回転カム３３及び回転軸３５によって回転
し、ベーン角度（Ｘ）が小さくなるようにタービン９に
供給される排気ガスの入射角を調節する。
【００３０】本実施形態において、排気ガスの入射角は
特に限定されるものではなく、高速ではタービン９に緩
やかに供給されるようにし、低速ではタービン９に直接
作用するようにして、タービンの出力を調節することが
できるようにする。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の可変ノズ
ルタービンのベーン角度調節装置によれば、可変ノズル
タービンに設置されるベーンの角度調節を、エンジン制
御ユニットの信号によって電流増幅器から出力される電
流信号に応じた形状記憶合金素材のスプリングの熱弾性
変形を利用したアクチュエータを適用することにより、
精密に制御及び自動調節することが可能で、エンジンの
出力効率を最大化することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による可変ノズルタービンのベーン角度
調節装置における可変ノズルタービンの部分切開斜視図
である。
【図２】本発明による可変ノズルタービンのベーン角度
調節装置の構成図である。
【図３】本発明による可変ノズルタービンのベーン角度
調節装置におけるアクチュエータの詳細構成図である。
【図４】一般的なターボチャージャシステムの構成図で
ある。
【符号の説明】
１、１０５ ターボチャージャ ３、１０３ ブロワー ５ 排気ガス供給管 ７ タービンケース ９、１０１ タービン １１、３５、１２１ 回転軸 １３ 蓋 １５ 装着ブラケット １７ アクチュエータ １９ 作動ロッド ２１ 外部クランク ２３ 内部クランク ２５ 回転プレート ２７ 回転リング ２９ 駆動カム ３１ カム溝 ３３ 回転カム ３７ ベーン ４１ 電流増幅器 ４３ 駆動部 ４５ チューブケース ４７ ポジティブ端子プレート ４９ ネガティブ端子プレート ５１ スプリング １０７ エンジン １０９ 排気マニホールド １１１ エアークリーナー １１３ インタークーラー １１５ 吸気マニホールド １１７ 排出管路 １１９ 吸気管路

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車両のエンジン過給機に用いられる可変
    ノズルタービンのベーン角度調節装置において、 供給される電流の大きさに応じて駆動されるアクチュエ
    ーターと、 タービンの外側に回転可能に設置される少なくとも１個
    のベーンと、 前記アクチュエーターに連動して作動し、前記ベーンを
    回転させるように前記アクチュエーターの直線運動を回
    転運動に変換して前記ベーンに伝達する伝達アセンブリ
    ーと、を含むことを特徴とする可変ノズルタービンのベ
    ーン角度調節装置。
  2. 【請求項２】 前記アクチュエータは、 入力される電流信号を所定の大きさの電流信号に増幅し
    た後、該当電流信号を出力する電流増幅器と、 前記電流増幅器から出力される電流の供給を受けるよう
    に、その両端が各々前記電流増幅器のプラス端子とマイ
    ナス端子とに連結される形状記憶合金素材の伸縮部と、 前記伸縮部の伸縮運動に連動して作動するように、前記
    伸縮部の端部に設置される駆動ロッドと、を含むことを
    特徴とする請求項１に記載の可変ノズルタービンのベー
    ン角度調節装置。
  3. 【請求項３】 前記伸縮部は、スプリングの形状を有す
    ることを特徴とする請求項２に記載の可変ノズルタービ
    ンのベーン角度調節装置。
  4. 【請求項４】 前記アクチュエーターは、前記伸縮部の
    両端が各々プラス端子プレートとマイナス端子プレート
    とを介して前記電流増幅器のプラス端子とマイナス端子
    とに連結されることを特徴とする請求項２に記載の可変
    ノズルタービンのベーン角度調節装置。
  5. 【請求項５】 前記アクチュエーターは、前記伸縮部が
    挿入される貫通孔が形成されたチューブケースをさらに
    含むことを特徴とする請求項２に記載の可変ノズルター
    ビンのベーン角度調節装置。
  6. 【請求項６】 前記アクチュエータの駆動ロッドと前記
    チューブケースとは、各々セラミック素材からなること
    を特徴とする請求項５に記載の可変ノズルタービンのベ
    ーン角度調節装置。
  7. 【請求項７】 前記アクチュエーターは、タービンケー
    スに結合される装着ブラケットに設置されることを特徴
    とする請求項１に記載の可変ノズルタービンのベーン角
    度調節装置。
  8. 【請求項８】 前記伝達アセンブリーは、 前記アクチュエーターと連動して作動するように前記ア
    クチュエーターに結合される外部クランクと、 その一端が前記外部クランクに連結される回転プレート
    と、 回転運動するように前記回転プレートの他端に結合され
    る内部クランクと、 前記内部クランクの一端に形成された駆動カムの回転に
    連動して回転可能にタービンケースの内部に設置される
    回転リングと、 前記回転リングの内周面に沿って形成される一つ以上の
    溝に各々設置されて前記回転リングの回転に連動して回
    転し、その一端が回転軸によって前記ベーンに連結され
    る回転カムと、を含むことを特徴とする請求項１に記載
    の可変ノズルタービンのベーン角度調節装置。
JP2002278082A 2001-11-13 2002-09-24 可変ノズルタービンのベーン角度調節装置 Pending JP2003148154A (ja)

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