JP2016138493A - 可変ノズルタービン - Google Patents

Abstract

【課題】カバーの外側からノズルの最大開度および最小開度の少なくとも一方を変更することができる可変ノズルタービンを提供する。
【解決手段】可変ノズルタービンは、ノズルベーンおよび軸部を含む複数のノズル部材と、複数のノズル部材のそれぞれを軸部回りに回転させるためのリンク機構と、内部にリンク機構が配置されるリンク室を形成するカバーと、カバーを貫通する軸部材を介してリンク機構と接続されたインプットレバーと、カバーを貫通するロッドであって、インプットレバーが操作されたときにリンク機構と当接する先端を有するロッドと、カバーの外側でロッドをカバーに固定する固定部材であって、カバーからロッドの先端までの距離を決定するロッド固定位置を変更可能な固定部材と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、タービンインペラへ作動流体を噴射するノズルの開度および向きが変更可能な可変ノズルタービンに関する。

従来から、自動車や船舶には、可変ノズルタービンが搭載されている。可変ノズルタービンは、例えば、エンジンからの排ガスで駆動される。例えば、特許文献１には、図６および図７に示すような可変ノズルタービン１００が開示されている。

具体的に、可変ノズルタービン１００は、シュラウド１４０と、シュラウド１４０との間にリンク室１６０を形成するカバー１５０を含む。また、可変ノズルタービン１００は、シュラウド１４０を貫通する軸部１１２およびノズルベーン１１１を有する複数（図６，７では１つのみを図示）のノズル部材１１０と、リンク室１６０内に配置された、各ノズル部材１１０を軸部１１２回りに回転させるためのリンク機構１２０を含む。

リンク機構１２０は、ノズル部材１１０の軸部１１２にそれぞれ回転不能に連結された複数のアーム１２１と、カバー１５０を貫通するレバーと連結されたリング１２３を含む。各アーム１２１には、ノズル部材１１０の軸部１１２と平行に延びるピン１２２が設けられている一方、リング１２３には、ピン１２２と係合する長穴１２４が設けられている。すなわち、長穴１２４の両端部は、ノズルの最大開度および最小開度を規定するストッパーとして機能する。

実開昭６１−１９７２２４号公報

しかしながら、図６および図７に示すような構造では、ノズルの最大開度および最小開度のどちらかまたは双方を変更するためには、カバー１５０を取り外して、リング１２３を交換するなどの作業が必要になる。

そこで、本発明は、カバーの外側からノズルの最大開度および最小開度の少なくとも一方を変更することができる可変ノズルタービンを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の可変ノズルタービンは、タービンインペラの周囲の導入路に配置されたノズルベーン、および前記ノズルベーンから延びる軸部、を含む複数のノズル部材と、前記複数のノズル部材のそれぞれを前記軸部回りに回転させるためのリンク機構と、内部に前記リンク機構が配置されるリンク室を形成するカバーと、前記カバーを貫通する軸部材を介して前記リンク機構と接続されたインプットレバーと、前記カバーを貫通するロッドであって、前記インプットレバーが操作されたときに前記リンク機構と当接する先端を有するロッドと、前記カバーの外側で前記ロッドを前記カバーに固定する固定部材であって、前記カバーから前記ロッドの先端までの距離を決定するロッド固定位置を変更可能な固定部材と、をさらに備える、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、インプットレバーが操作されたときにリンク機構と当接する先端を有するロッドが固定部材によってカバーの外側でカバーに固定され、そのロッド固定位置が変更可能であるので、カバーの外側からノズルの最大開度および最小開度の少なくとも一方を変更することができる。

前記リンク機構は、前記軸部材に連結された、前記軸部材回りに揺動するインプットリンクを含み、前記ロッドの先端は、前記インプットレバーが操作されたときに前記インプットリンクと当接してもよい。この構成によれば、リンク機構をシンプルな構造とすることができる。

上記の可変ノズルタービンは、前記導入路に沿うとともに前記タービンインペラの裏側に広がるプレートをさらに備え、前記複数のノズル部材の前記軸部は、前記プレートを貫通しており、前記カバーは、前記プレートの裏側に前記リンク室を形成してもよい。この構成によれば、プレートの裏側の空間をリンク室として合理的に活用することができる。

前記ロッドは、ノズルの開度を大きくする方向に前記インプットレバーが操作されたときに前記リンク機構と当接する最大開度規定ロッドであってもよい。この構成によれば、カバーの外側からノズルの最大開度を変更することができる。

前記ロッドは、ノズルの開度を大きくする方向に前記インプットレバーが操作されたときに前記リンク機構と当接する最大開度規定ロッドと、ノズルの開度を小さくする方向に前記インプットレバーが操作されたときに前記リンク機構と当接する最小開度規定ロッドの双方であってもよい。この構成によれば、カバーの外側からノズルの最大開度および最小開度の双方を変更することができる。

前記リンク機構は、前記複数のノズル部材の軸部にそれぞれ連結された、前記軸部から側方に延びる複数のアームと、前記複数のアームにおける前記ノズル部材と反対側の端部にそれぞれ取り付けられた複数のローラと、前記複数のローラの間に介在し、かつ、前記タービンインペラの軸心を中心とする径方向における前記ローラの移動をガイドする複数の操作片を有するリンクリングと、を含んでもよい。この構成によれば、アームに取り付けられたローラがリンクリングの操作片上を転動するので、アームおよびリンクリングの摩耗が抑制され、高い耐久性を得ることができる。

前記ロッドは、前記カバーに設けられたネジ穴に螺合するボルトであり、前記固定部材は、前記ボルトに螺合するナットであってもよい。この構成によれば、ロッドの回転によって、カバーからロッドの先端までの距離を微調整することができる。

本発明によれば、カバーの外側からノズルの最大開度および最小開度の少なくとも一方を変更することができる。

本発明の一実施形態に係る可変ノズルタービンの断面図である。 ノズル部材およびリンク機構の一部の正面図であり、インプットレバーが基準位置にある状態を示す。 ノズル部材およびリンク機構の一部の正面図であり、インプットレバーが基準位置からノズルの開度を大きくする方向に倒された状態を示す。 図２のIV−IV線に沿った断面図である。 図２のV−V線に沿った断面図である。 従来の可変ノズルタービンの一部の断面図である。 図６に示す可変ノズルタービンのリンク機構の一部の背面図である。

図１に、本発明の一実施形態に係る可変ノズルタービン１を示す。この可変ノズルタービン１は、例えば、自動車や船舶に搭載されて、エンジンからの排ガスで駆動される。ただし、可変ノズルタービン１は、蒸気などのその他の作動流体で駆動されてもよい。

可変ノズルタービン１は、タービンインペラ３２と、タービンインペラ３２が取り付けられた回転軸３１と、回転軸３１をブッシュ３９を介して回転自在に支持する第１ハウジング３４を含む。また、可変ノズルタービン１は、タービンインペラ３２の周囲に導入路２４を形成するプレート３５およびシュラウド２１と、導入路２４と連通する渦巻き室２５を形成する第２ハウジング２６を含む。以下、説明の便宜上、タービンインペラ３２の軸心３３を中心とする径方向を、単に「径方向Ｒ」といい、軸心３３が延びる方向を、単に「軸方向Ｘ」という。

導入路２４は、径方向Ｒと平行な、環状の流路である。渦巻き室２５には、作動流体（例えば、エンジンからの排ガス）が供給される。渦巻き室２５に供給された作動流体は、導入路２４を通じてタービンインペラ３２に吹き付けられる。

プレート３５は、導入路２４に沿うとともに、タービンインペラ３２の裏側に広がっている。プレート３５は、単一のプレートであってもよいし、複数のプレートに分割されていてもよい。プレート３５は、第１ハウジング３４に固定されている。

シュラウド２１は、導入路２４を挟んでプレート３５と対向するフランジ部２３と、フランジ部２３の内側端部からプレート３５と反対側に延びる管状部２２を有する。すなわち、管状部２２は、可変ノズルタービン１における作動流体の排出口を構成する。

さらに、可変ノズルタービン１は、タービンインペラ３２の周囲に等角度間隔で配置された複数のノズル部材５と、プレート３５の裏側に配置されたリンク機構６を含む。プレート３５の裏側には、カバー４によって環状のリンク室３６が形成されており、リンク機構６はそのリンク室３６内に配置されている。リンク機構６は、カバー４を貫通する軸部材８２を介してインプットレバー８１と接続されている。

本実施形態では、カバー４が第１ハウジング３４に一体的に形成されている。具体的に、カバー４は、図２〜図５に示すように、第１ハウジング３４から径方向Ｒに広がる底壁４ａと、底壁４ａの外周縁部からプレート３５に向かって軸方向Ｘに延びる周壁４ｂを含む。

図２〜図５に示すように、各ノズル部材５は、導入路２４に配置されたノズルベーン５１と、ノズルベーン５１からプレート３５を貫通してリンク室３６内まで軸方向Ｘに延びる軸部５２を含む。軸部５２は、ブッシュ５３を介してプレート３５に回転自在に支持されている。ただし、ブッシュ５３は省略可能である。

隣り合うノズルベーン５１の間には、タービンインペラ３２へ作動流体を噴射するノズル５０が形成されている。図２は、上述したインプットレバー８１が基準位置にある状態を示し、図３は、インプットレバー８１が基準位置からノズル５０の開度を大きくする方向に倒された状態を示す（当然、インプットレバー８１が基準位置からノズル５０の開度を小さくする方向に倒されることもある）。インプットレバー８１を操作することによって、ノズル５０の開度および向きが変更される。

リンク機構６は、各ノズル部材５を軸部５２回りに回転させるためのものである。具体的に、リンク機構６は、複数のアーム６１と、アーム６１に対してプレート３５と反対側に配置されたリンクリング６５と、リンクリング６５に対してプレート３５と反対側に配置されたインプットリンク７を含む。

各アーム６１は、ノズル部材５の軸部５２から側方に（本実施形態では、径方向Ｒにおいて内向きに）延びている。各アーム６１の外側端部は、ノズル部材５の軸部５２に回転不能に連結されている。各アーム６１の内側端部（すなわち、ノズル部材５と反対側の端部）には、ローラ６２が取り付けられている。

本実施形態では、各ローラ６２が、円盤状のホイール部６３と、ホイール部６３の中心から軸方向Ｘに延びる軸部６４を有する。そして、軸部６４が、アーム６１の内側端部に回転自在に支持されている。ただし、ローラ６２が中心に貫通穴を有するリング状であり、ローラ６２が当該ローラ６２を回転自在に支持する軸部材（図示せず）を介してアーム６１に取り付けられていてもよい。

リンクリング６５は、周方向に連続する本体部６６と、本体部６６から突出する複数の操作片６７を有する。本実施形態では、本体部６６が軸方向Ｘに薄い板状をなしており、操作片６７が、本体部６６のプレート３５側の主面から軸方向Ｘに突出している。ただし、リンクリング６５は、アーム６１の内側に配置されていて、操作片６７が本体部６６から径方向Ｒにおいて外向きに突出するように構成されていてもよい。

操作片６７は、複数のローラ６２の間に介在し、かつ、径方向Ｒにおけるローラ６２の移動をガイドするように構成されている。具体的には、各操作片６７は、径方向Ｒにおいて内向きに先細りとなる台形状をなしており、隣り合う操作片６７の互いに対向する側面同士が平行となっている。

リンクリング６５の内側には、リンクリング６５と摺動可能に嵌合するガイドリング３７が配置されている。ガイドリング３７は、第１ハウジング３４に固定されている。ガイドリング３７には、リンクリング６５の本体部６６の内側端部と係合する窪み３７ａが形成されている。また、ガイドリング３７には、リンクリング６５の本体部６６の内側端部を窪み３７ａ内に保持するための押えリング３８が取り付けられている。

インプットリンク７は、上述した軸部材８２に回転不能に連結されている。軸部材８２は、カバー４の底壁４ａを貫通して軸方向Ｘに延びており、インプットレバー８１に固定されている。また、軸部材８２は、カバー４の底壁４ａに取り付けられた軸受部材８３によって回転自在に支持されている。すなわち、インプットリンク７は、軸部材８２回りに揺動する。

インプットリンク７は、径方向Ｒにおいて軸部材８２からリンクリング６５と重なり合う位置まで延びており、インプットリンク７の内側端部には、径方向Ｒにおいて内向きに開口する開口７１が形成されている。換言すれば、インプットリンク７は、開口７１を規定する一対の係合片７２を有する。

一方、リンクリング６５には、インプットリンク７の開口７１と係合するインプットローラ６９が軸部材６８を介して取り付けられている。本実施形態では、リンクリング６５における１つの操作片６７がある肉厚部分にネジ穴が形成されており、このネジ穴に、軸部材６８の一端部に形成されたネジ山が螺合している。インプットローラ６９は、軸部材６８に、回転自在に支持されている。

このような構成により、インプットレバー８１を操作すれば、図３に示すように、インプットリンク７が揺動し、インプットローラ６９が一方の係合片７２上を転動しながらリンクリング６５が回転する。これに伴い、各アーム６１に取り付けられたローラ６２がリンクリング６５の操作片６７の一方の側面上を転動しながら径方向Ｒに移動する。ローラ６２が径方向に移動すると、各アーム６１がノズル部材５の軸部５２回りに揺動し、ノズル部材５のノズルベーン５１の角度が変更される。これにより、ノズル５０の開度および向きが変更される。このように、本実施形態の可変ノズルタービン１ではアーム６１に取り付けられたローラ６２がリンクリング６５の操作片６７上を転動するので、アーム６１およびリンクリング６５の摩耗が抑制され、高い耐久性を得ることができる。

さらに、本実施形態では、ノズル５０の開度を制限するための構成が採用されている。具体的に、可変ノズルタービン１は、カバー４の周壁４ｂを貫通する最大開度規定ロッド４１および最小開度規定ロッド４２を含む。

図２に示すように、インプットリンク７には、開口７１の開口方向と直交する方向において、係合片７２よりも外側に張り出す一対の突出部７３，７４が設けられている。最大開度規定ロッド４１および最小開度規定ロッド４２は、突出部７３，７４に対応する位置に配置されている。

本実施形態では、最大開度規定ロッド４１および最小開度規定ロッド４２が、軸部材８２の中心を通る径方向Ｒと平行に延びている。ノズル５０の開度を大きくする方向にインプットレバー８１が操作されたときには、インプットリンク７の一方（図２では右側）の突出部７３がカバー４の周壁４ｂに近づく方向に移動し、突出部７３が最大開度規定ロッド４１の先端に当接することによってインプットリンク７の揺動が規制される。逆に、ノズル５０の開度を小さくする方向にインプットレバー８１が操作されたときには、インプットリンク７の他方（図２では左側）の突出部７４がカバー４の周壁４ｂに近づく方向に移動し、突出部７４が最小開度規定ロッド４２の先端に当接することによってインプットリンク７の揺動が規制される。

最大開度規定ロッド４１は、カバー４の外側で第１固定部材４３によってカバー４の周壁４ｂに固定されている。第１固定部材４３は、カバー４の周壁４ｂから最大開度規定ロッド４１の先端までの距離を決定するロッド固定位置を変更可能に構成されている。

最小開度規定ロッド４２は、カバー４の外側で第２固定部材４４によってカバー４の周壁４ｂに固定されている。第２固定部材４４は、カバー４の周壁４ｂから最小開度規定ロッド４２の先端までの距離を決定するロッド固定位置を変更可能に構成されている。

本実施形態では、カバー４の周壁４ｂに２つのネジ穴４５が設けられている。そして、最大開度規定ロッド４１および最小開度規定ロッド４２のそれぞれは、ネジ穴４５に螺合するボルトであり、第１固定部材４３および第２固定部材４４のそれぞれは、前記ボルトに螺合するナットである。

以上説明したように、本実施形態の可変ノズルタービン１では、インプットリンク７の突出部７３，７４と当接する先端を有する最大開度規定ロッド４１および最小開度規定ロッド４２が第１固定部材４３および第２固定部材４４によってカバー４の外側でカバー４に固定され、そのロッド固定位置が変更可能であるので、カバー４の外側からノズルの最大開度および最小開度の双方を変更することができる。

また、本実施形態では、最大開度規定ロッド４１および最小開度規定ロッド４２のそれぞれがカバー４に設けられたネジ穴４５に螺合するボルトであるので、最大開度規定ロッド４１および最小開度規定ロッド４２の回転によって、カバー４の周壁４ｂから最大開度規定ロッド４１および最小開度規定ロッド４２の先端までの距離を微調整することができる。

（変形例）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、最大開度規定ロッド４１および最小開度規定ロッド４２の先端は、インプットレバー８１が操作されたときに、必ずしもインプットリンク７の突出部７３，７４に当接する必要はなく、リンク機構６のその他の要素に当接してもよい。例えば、インプットリンク７の突出部７３，７４の代わりに、リンクリング６５に径方向Ｒにおいて外向きに張り出す張り出し部が設けられ、この張り出し部に、最大開度規定ロッド４１および最小開度規定ロッド４２の先端が当接してもよい。あるいは、リンク機構６は、インプットリンク７の突出部７３，７４の代わりに、軸部材８２の端面に固定された、径方向Ｒと直交する方向に延びる棒状部材を含み、この棒状部材に、最大開度規定ロッド４１および最小開度規定ロッド４２の先端が当接してもよい。ただし、前記実施形態のように、最大開度規定ロッド４１および最小開度規定ロッド４２の先端がインプットリンク７に当接すれば、リンク機構６をシンプルな構造とすることができる。

また、最大開度規定ロッド４１および最小開度規定ロッド４２のそれぞれは、必ずしもボルトである必要はなく、単なる丸棒であってもよい。この場合、固定部材は、セットスクリューであってもよい。あるいは、固定部材は、丸棒の外周面に形成された複数のノッチの１つに係合する係合部材であってもよい。

また、前記実施形態では最大開度規定ロッド４１および最小開度規定ロッド４２の双方が設けられていたが、最大開度規定ロッド４１および最小開度規定ロッド４２のどちらか一方のみが設けられていてもよい。この点、ノズル５０の開度は、隣り合うノズルベーン５１が接触するまでノズル部材５が回転されるとゼロになるので、少なくとも最大開度規定ロッド４１が設けられていることが望ましい。

また、アーム６１は、必ずしもノズル部材５の軸部５２から径方向Ｒにおいて内向きに延びている必要はなく、ノズル部材５の軸部５２から径方向Ｒにおいて外向きに延びていてもよい。あるいは、アーム６１は、軸部５２から、径方向Ｒに対して斜め内向きまたは斜め外向きに延びていてもよい。

また、ガイドリング３７は、必ずしもリンクリング６５の内側に配置されている必要はなく、リンクリング６５の外側に配置されていてもよい。この場合、リンクリング６５は、操作片６７が本体部６６から径方向Ｒにおいて内向きに突出するように構成されていてもよい。あるいは、ガイドリング３７が省略されて、リンクリング６５が第１ハウジング３４と直接的に嵌合していてもよい。

また、リンク機構６は、必ずしもプレート３５の裏側に配置されている必要はなく、図６および図７に示す構成のように、シュラウド２１のフランジ部２３に対して導入路２４と反対側に配置されていてもよい。ただし、前記実施形態のように、リンク機構６がプレート３５の裏側に配置されていれば、プレート３５の裏側の空間をリンク室３６として合理的に活用することができる。

さらに、リンク機構６の構成としては、上述した以外にも様々な構成が採用可能である。例えば、リンク機構６には、ローラ６２，６９に代えて、自転不能なピンが設けられていてもよい。

１ 可変ノズルタービン
２４ 導入路
３２ タービンインペラ
３３ 軸心
３５ プレート
３６ リンク室
４ カバー
４１ 最大開度規定ロッド
４２ 最小開度規定ロッド
４３，４４ 固定部材
４５ ネジ穴
５ ノズル部材
５１ ノズルベーン
５２ 軸部
６ リンク機構
６１ アーム
６２ ローラ
６５ リンクリング
６７ 操作片
７ インプットリンク
８１ インプットレバー
８２ 軸部材

Claims (7)

1. タービンインペラの周囲の導入路に配置されたノズルベーン、および前記ノズルベーンから延びる軸部、を含む複数のノズル部材と、
   前記複数のノズル部材のそれぞれを前記軸部回りに回転させるためのリンク機構と、
   内部に前記リンク機構が配置されるリンク室を形成するカバーと、
   前記カバーを貫通する軸部材を介して前記リンク機構と接続されたインプットレバーと、
   前記カバーを貫通するロッドであって、前記インプットレバーが操作されたときに前記リンク機構と当接する先端を有するロッドと、
   前記カバーの外側で前記ロッドを前記カバーに固定する固定部材であって、前記カバーから前記ロッドの先端までの距離を決定するロッド固定位置を変更可能な固定部材と、
   を備える、可変ノズルタービン。
2. 前記リンク機構は、前記軸部材に連結された、前記軸部材回りに揺動するインプットリンクを含み、
   前記ロッドの先端は、前記インプットレバーが操作されたときに前記インプットリンクと当接する、請求項１に記載の可変ノズルタービン。
3. 前記導入路に沿うとともに前記タービンインペラの裏側に広がるプレートをさらに備え、
   前記複数のノズル部材の前記軸部は、前記プレートを貫通しており、前記カバーは、前記プレートの裏側に前記リンク室を形成する、請求項１または２に記載の可変ノズルタービン。
4. 前記ロッドは、ノズルの開度を大きくする方向に前記インプットレバーが操作されたときに前記リンク機構と当接する最大開度規定ロッドである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の可変ノズルタービン。
5. 前記ロッドは、ノズルの開度を大きくする方向に前記インプットレバーが操作されたときに前記リンク機構と当接する最大開度規定ロッドと、ノズルの開度を小さくする方向に前記インプットレバーが操作されたときに前記リンク機構と当接する最小開度規定ロッドの双方である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の可変ノズルタービン。
6. 前記リンク機構は、
   前記複数のノズル部材の軸部にそれぞれ連結された、前記軸部から側方に延びる複数のアームと、
   前記複数のアームにおける前記ノズル部材と反対側の端部にそれぞれ取り付けられた複数のローラと、
   前記複数のローラの間に介在し、かつ、前記タービンインペラの軸心を中心とする径方向における前記ローラの移動をガイドする複数の操作片を有するリンクリングと、
   を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の可変ノズルタービン。
7. 前記ロッドは、前記カバーに設けられたネジ穴に螺合するボルトであり、
   前記固定部材は、前記ボルトに螺合するナットである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の可変ノズルタービン。
   

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