JP2007309316A - Guide vane device of axial flow turbine of exhaust driven supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特許請求の範囲の請求項1の前文に記載の、特に重油燃料の往復動内燃機関における排気駆動式過給機の軸流タービンの案内羽根装置に関する。 The present invention relates to a guide vane device for an axial-flow turbine of an exhaust-driven supercharger, particularly in a heavy oil fuel reciprocating internal combustion engine, as described in the preamble of claim 1.
一般に、ターボチャージャ(排気駆動過給機)における排気ガスタービンの静翼(案内羽根)は、アクチュエータと機械的伝動機構を介して、運転状態に関係して調整される。可調整案内羽根装置は、それぞれ回動軸線を中心として回動可能な多数の静翼から成る静翼輪(静翼列)を備えている。その各静翼は、ロータ軸線の周りに同心的に配置され、一般に、調整リングによって調整される。かかる調整リングは連結装置を介してアクチュエータに連結され、そのアクチュエータはエンジンの運転状態に応じて制御して調整される。 In general, a stationary blade (guide vane) of an exhaust gas turbine in a turbocharger (exhaust-drive supercharger) is adjusted in relation to an operation state via an actuator and a mechanical transmission mechanism. The adjustable guide blade device includes a stationary blade ring (a stationary blade row) including a large number of stationary blades that can rotate about a rotation axis. Each vane is concentrically disposed about the rotor axis and is generally adjusted by an adjustment ring. The adjusting ring is connected to an actuator through a connecting device, and the actuator is controlled and adjusted according to the operating state of the engine.
即ち、例えば特許文献1に、特に重油燃料の往復動内燃機関における排気駆動式過給機の軸流タービンの案内羽根装置が示されている。その案内羽根装置は、タービン車室内に配置され排気ガス流量を制御するために調整装置により調整できる翼を備えている。従って、そのターボチャージャはタービンの可変な幾何学形状を有し、静翼ホルダに回動可能に配置された多数の静翼にそれぞれ調整レバーが付属され、これらの調整レバーと協働する調整リングが設けられ、その調整リングと静翼ホルダとの相対回転によって、静翼の排気ガス流れ方向に対する角度位置が、すべての静翼に対して一緒に調整される。 That is, for example, Patent Document 1 discloses a guide vane device for an axial flow turbine of an exhaust-driven supercharger, particularly in a heavy oil fuel reciprocating internal combustion engine. The guide vane device includes blades that are arranged in the turbine casing and can be adjusted by an adjusting device to control the exhaust gas flow rate. Therefore, the turbocharger has a variable geometry of the turbine, and an adjustment lever is attached to each of a large number of stationary blades rotatably arranged on the stationary blade holder, and the adjustment ring cooperates with these adjustment levers. And the angular position of the stationary blade relative to the exhaust gas flow direction is adjusted together for all the stationary blades by relative rotation between the adjusting ring and the stationary blade holder.
タービンランナおよび案内羽根装置の静翼ホルダは、ターボチャージャの車室内に互いに同心的に支持されている。案内羽根装置の静翼ホルダにおいて、タービンランナを取り囲む多数の静翼の各軸は、回動可能に支持されている。それらの軸は、半径方向に向けられた作用輪郭面を有する調整レバーを備えている。その作用輪郭面は、調整リングにおける内向き案内溝に回動可能に係合している。さらに調整リングは、ターボチャージャ車室内に静翼ホルダに対して同心的に回動可能に支持されている。調整リングは調整装置に機械的に連結され、例えばアクチュエータによって調整装置により動かされる。調整リングが静翼ホルダに対して相対回転されると、調整レバーおよび従って静翼が回動される。 The turbine runner and the stationary blade holder of the guide vane device are supported concentrically with each other in the passenger compartment of the turbocharger. In the stationary blade holder of the guide blade device, the shafts of a large number of stationary blades surrounding the turbine runner are rotatably supported. The shafts are equipped with adjusting levers having a working contour surface oriented in the radial direction. The action contour surface is rotatably engaged with an inward guide groove in the adjustment ring. Further, the adjustment ring is supported so as to be concentrically rotatable with respect to the stationary blade holder in the turbocharger casing. The adjustment ring is mechanically connected to the adjustment device and is moved by the adjustment device, for example by means of an actuator. When the adjustment ring is rotated relative to the vane holder, the adjustment lever and thus the vane is rotated.
調整装置が調整リングの円周に調整力を与えることによって、調整リングの円周に非対称的な力導入が行われる。そのため、一般に、調整リングは、案内羽根装置に、ないしは、静翼ホルダとタービン車室との間に、精密に支持されねばならず、従って、調整リングは、熱的影響(熱膨張)のために、その支持装置に場合により固着してしまうことがある。
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の案内羽根装置を、調整リングの円周にわたる対称的な力導入によって、調整リングの精密な支持を省くことができるように形成することにある。 It is an object of the present invention to form a guide vane device of the type described at the outset so that precise support of the adjustment ring can be dispensed with by introducing symmetrical forces around the circumference of the adjustment ring.
この課題は、本発明に基づいて、調整リングに作用する調整装置が、調整リングの円周に対称的に分布して配置され連結された複数の連結装置を有し、各連結装置がそれぞれ調整リングに相対して設けられたアクチュエータによって動かされ、これらのアクチュエータが、稼動中に案内羽根装置において調整リングの自律的な調心が行われる、ように互いに同期される、ことによって解決される。 This object is based on the present invention, in which the adjusting device acting on the adjusting ring has a plurality of connecting devices arranged and connected symmetrically distributed around the circumference of the adjusting ring, and each connecting device adjusts individually. This is solved by being moved by actuators provided relative to the ring, which are synchronized with each other such that the self-alignment of the adjustment ring takes place in the guide vane device during operation.
調整装置の連結装置の連結部の対称的分布によって、複数のアクチュエータが同期して回転する場合に、調整リングが自律的に心出しされる。これにより調整リングの精密な支持が不要となり、熱膨張が、固着ないしヒステリシスを生じさせることはない。即ち、連結部の対称的な分布によって、案内羽根装置の軸線に関して調整リングの同心的回転中心が常に保証される。 Due to the symmetrical distribution of the connecting portions of the connecting device of the adjusting device, the adjusting ring is centered autonomously when the plurality of actuators rotate synchronously. This eliminates the need for precise support of the adjustment ring, and thermal expansion does not cause sticking or hysteresis. In other words, the symmetrical distribution of the connecting part always ensures a concentric rotation center of the adjusting ring with respect to the axis of the guide vane device.
以下図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
通常、タービンは、軸線を中心として回転可能なロータと、タービン車室1と、案内羽根装置とを有している。そのロータはタービンランナおよびこれに取り付けられた動翼を備え、案内羽根装置は、ロータ(タービン軸線A)に対して軸対称に静翼ホルダ3に配置された多数の調節可能な静翼(案内羽根)2から成る静翼輪(静翼列)を備えている。各静翼2は、半径方向に延びる軸線4を中心とした回転によって、2つの終端位置の間で任意の角度位置に回動できる。
Usually, the turbine has a rotor that can rotate about an axis, a turbine casing 1, and a guide vane device. The rotor includes a turbine runner and a moving blade attached to the turbine runner, and the guide vane device includes a number of adjustable vanes (guides) disposed in the
案内羽根装置は、公知のように、タービンにおける排気ガス入口室と排気室との間でタービン車室1に保持されている(図2参照)。 As is well known, the guide vane device is held in the turbine casing 1 between the exhaust gas inlet chamber and the exhaust chamber of the turbine (see FIG. 2).
各静翼2に設けられた調整レバー5は、流路から半径方向外側に案内されている。調整レバー5はその外側に案内された部位が回動軸線を中心として回転可能に支持されている。その回転運動は、流路の外側に配置されタービン軸線Aを中心として回転可能な調整リング6と、この調整リング6のトルクを各静翼2の調整レバー5に伝達する調整要素によって導かれる。
The adjusting lever 5 provided in each
調整リング6は静翼ホルダ3に関して回動可能に支持され、その調整リング6と静翼ホルダ3との相対的な回動は、各調整レバー5のそれらの軸線を中心とした回動を引き起こす。その調整レバー5によって、各静翼2もそれらの軸線を中心として回動される。排気ガス流れ方向における静翼2の位置に応じて、圧力ないし圧縮能力が制御される。これにより、内燃機関の種々の運転点において、調整リング6の回動によって、排気駆動式過給機の図示されていない圧縮機側において、空気質量流量および過給圧力の制御が行われ、その場合、静翼2によって、タービン(発生出力/回転数)およびこのタービン(軸)を介して圧縮機が、それぞれ制御される。調整リング6の回動は、連結装置7、8、9の形をした外部調整装置とアクチュエータ10によって行われる。
The
即ち、調整リング6に作用する調整装置は、調整リング6の円周に対称的に分布して配置され連結された複数の連結装置(7、8、9)を有し、これらの連結装置はそれぞれ、タービン車室1に調整リング6に相対して設けられたアクチュエータ10によって動かされる。それらのアクチュエータ10は、稼動中、即ち、アクチュエータ10の駆動状態において、案内羽根装置において調整リング6の自律的な調心が行われるように互いに同期され、即ち、調整リング6に作用する調整力が、案内羽根装置の軸線に関して調整リング6の同心的回転点が常に保証されるように、調整リング6の円周に一様に分布される。
That is, the adjusting device acting on the adjusting
この実施例の場合、調整装置は、調整リング6の円周に互いに180°の円周角をずらして配置され連結された2個の連結装置(7、8、9)を有し、これらの連結装置(7、8、9)は、互いに同期されたそれら固有のアクチュエータ10で動かされる。
In the case of this embodiment, the adjusting device has two connecting devices (7, 8, 9) arranged and connected to the circumference of the adjusting
その両アクチュエータ10は、調整力および力の方向に関して、静翼ホルダ3において調整リング6の回動可能な支持が保証されるように互いに同期して作動される。
The two
アクチュエータ10は、空気圧式あるいは液圧式調整シリンダとして、あるいは電動機として形成される。
The
本発明の対象として、勿論、他の有利な実施例も考えられる。その実施例の場合、調整装置は、調整リング6の円周に互いに120°の円周角をずらして配置され連結された3個の連結装置(7、8、9)を有し、これらの連結装置(7、8、9)も互いに同期されたそれら固有のアクチュエータ10で動かされる。ここでも同様に、調整リング6の同心的回転点並びにその静翼ホルダ3における回動可能な支持が保証される。
Of course, other advantageous embodiments are also conceivable as objects of the invention. In the case of the embodiment, the adjusting device has three connecting devices (7, 8, 9) arranged and connected to the circumference of the adjusting
ここでは連結装置は、支持部(8)でタービン車室(1)の調整リング(6)に案内され、調整リング(6)に対してスピンドル駆動装置(9)と協働する軸(7)の形態を有している。 Here, the coupling device is guided by the support (8) to the adjusting ring (6) of the turbine casing (1) and is associated with the spindle drive (9) with respect to the adjusting ring (6). It has the form.
調整リング6は、連結装置(7、8、9)の連結部の範囲で軸7に案内されているのが有利である。ここでは調整リング6の運動を可能にするために調整リング6は弾力的に形成されているのが有利である。そのために、調整リング6は、静翼2の調整レバー5の連結部の間にくびれ部を有している。
The adjusting
1 タービン車室
2 静翼(案内羽根)
3 静翼ホルダ
4 回転軸線
5 調整レバー
6 調整リング
7 連結要素
8 連結要素
9 連結要素
10 アクチュエータ
1
3
Claims (8)
調整リング(6)に作用する調整装置が、調整リング(6)の円周に対称的に分布して配置され連結された複数の連結装置(7、8、9)を有し、各連結装置(7、8、9)がそれぞれ、調整リング(6)に相対して設けられたアクチュエータ(10)によって動かされ、これらのアクチュエータ(10)が、稼動中に案内羽根装置において調整リング(6)の自律的な調心が行われるように互いに同期されることを特徴とする排気駆動式過給機の軸流タービンの案内羽根装置。 An adjustment lever (5) having a plurality of stationary blades (2) rotatably disposed on the stationary blade holder (3), attached to each stationary blade (2), and all the adjustment levers (5), All the stator blades (6) by the cooperating adjusting ring (6) and the adjusting device acting on the adjusting ring (6) to rotate the adjusting ring (6) relative to the stator blade holder (3). 2) The angular position of the stationary blade (2) is adjusted together with respect to 2), in particular in a guide vane device for an axial-flow turbine of an exhaust-driven supercharger in a reciprocating internal combustion engine of heavy oil fuel,
The adjusting device acting on the adjusting ring (6) has a plurality of connecting devices (7, 8, 9) arranged and connected symmetrically distributed around the circumference of the adjusting ring (6). (7, 8, 9) are each moved by an actuator (10) provided relative to the adjustment ring (6), and these actuators (10) are moved in the guide vane device during operation in the adjustment ring (6). A guide blade device for an axial-flow turbine of an exhaust-driven supercharger, wherein the guide blade devices are synchronized with each other so as to perform self-alignment.
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