JP3664761B2 - 排気ターボ過給機の可変容量タービン - Google Patents
排気ターボ過給機の可変容量タービン Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は排気ターボ過給機の可変容量タービンに関する。
技術の共通性から半径流形のガスタービンにも適用可能である。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関は過給により、シリンダ容積や機関回転数を増すことなく、出力を増大させることが可能であり、中型ないし大型のディーゼル機関では、排気ガスのエネルギによって空気圧縮機の駆動仕事をまかなう排気タービン過給機が用いられている。
排気タービン過給機は圧縮機とタービンによって構成され、タービンには小型のものには半径流形、大型のものには軸流形が用いられ、排気ガスエネルギの有効利用のため、圧縮機のディフューザ、タービンのノズル／入口ガイドベーンの両者またはいずれか一方を可動にした可変容量過給機が使用されている。
【０００３】
図３に可変容量タービンの第１従来例の部分縦断面図を示す。図３において、１は排気ガスの通路、２はベーン支持体、５は入口ガイドベーン、６はタービンケーシング、７はタービン翼車、８はリンクである。
図を参照してその構成と作用について説明する。可変容量タービンには、タービン翼車７外側の排気ガス入口部に複数枚の回動可能なガイドベーン５が配設されている。リンク８により該ガイドベーン５をその軸線を中心として回動させ、その開き角度を制御することによって、タービンの容量を変化させることができる。
【０００４】
排気管路（図示されていない）を介して導入された排気ガスはタービンケーシング６の通路１を通って、ガイドベーン５により加速されタービン翼車７を駆動する。
なお、前記ガイドベーン５の自由端側端部とタービンケーシング６の間には、両者の熱膨張の差を見込んだ隙間Ｃを設けておく必要があり、ガイドベーン５の開度はリンク８を介して外部から遠隔制御される。
【０００５】
図４に可変容量タービンの第２従来例の部分縦断面図を示す。図４において符号１，２および５〜８で示した要素の名称と作用は、図３に示した第１従来例の場合と同様である。符号４，９，１０で示されている要素が第２従来例で新規に適用された要素で、４はプレート、９は段付きピン、１０は板ばねである。
【０００６】
構成と作用の概要は第１従来例と同様であるが、第１従来例での問題点であるガイドベーン５の自由端側端部とケーシング６内面との間の隙間Ｃの調整機構が設けられている。
ケーシング６内面のガイドベーン５の自由端側と対向する部位にはプレート４と板ばね１０を嵌設させる穴が作成され、その穴径はプレート４の外径より大きく両者の間には許容嵌合隙間が設けられている。
図４に見られるように、前記嵌設穴に緩く嵌め込まれたプレート４は、段付きピン９を介してベーン支持体２との間に支持され、プレート４は板ばね１０のばね力により、ガイドベーン５側に向かって押しつけられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
第１従来例の構成と作用は前記のとおりであるが次のようなことが解決を要する問題点として指摘されている。
エンジンの負荷に変動があると排気ガス温度は急激に変化する。排気ガスの温度が上昇したとき、ガイドベーン５は熱容量が小さいのですぐに昇温し膨張するが、タービンケーシング６は熱容量が大きいので、ガイドベーン５に較べて温度上昇も膨張も遅れる。従って、ガイドベーン５の自由端側端部とケーシング６の内壁面との間に、必要にして且つ充分な隙間Ｃが確保されていないと、排気ガス温度が上昇したときガイドベーン５の先端がケーシング６の内壁面に接触し、ガイドベーン５の回動が不可能になる。
【０００８】
エンジンの負荷が減少して排気温度が低下するときは、ガイドベーン５の温度がケーシング６の温度より先に低くなり、該ガイドベーンの自由端側端部の隙間Ｃは定常状態のときより過大となる。
過大な隙間Ｃの発生はタービン効率の低下を招くため何らかの隙間調整機構を必要とする。なお、ガイドベーン５の素材として、耐熱性が優れていても熱膨張率の高いオーステナイト系の鋼材は使用できない。
【０００９】
図４に示した第２従来例では、ガイドベーン５と段付きピン９の熱容量はほぼ同レベルであり、前記の隙間調整機構の作用により、温度が上昇する際も低下する際も隙間Ｃはほぼ設定幅で保たれる。
しかしながら、エンジンの排気ガスは高温であり、燃焼残滓物も含まれている。このため、使用中にクリープによって板ばね１０のプレート４に対する押し付け力が弱くなる。また、プレート４と板ばね１０を緩く嵌設させた穴とプレート４の嵌合隙間に燃焼残滓物が付着してプレート４の作動を妨げるようになり、ついには段付きピン９が熱膨張によりプレート４を前記嵌設穴に押し込んだ位置で固着する。このため、温度が定常の状態時にはガイドベーン５の自由端側端部の隙間Ｃが過大となり、タービン効率が低下する。
【００１０】
本発明の目的は、前記問題点を解決し、簡潔な構成でタービンケーシングとタービン入口ガイドベーンの自由端側端部の隙間を一定に保持することにより、排気ガスエネルギーを有効に利用するタービン効率の高い排気ターボ過給機の可変容量タービンを提供するにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の排気ターボ過給機の可変容量タービンは、排気ターボ過給機の可変容量タービンであって、タービン翼車（７）への排気ガスの入口部に配設されるとともにタービンケーシング（６）のベーン支持体（２）に片持ち状に支持されて支持軸の軸線を中心とする回動が可能な入口ガイドベーン（５）と、該ガイドベーンの自由端側端部との間に微小な隙間を形成してタービンケーシング（６）の軸受箱側内面に凹設された嵌設穴に摺動可能に嵌め込まれたプレート（４）と、前記入口ガイドベーンより上流の排気ガス通路（１）に配設され一端側を前記ベーン支持体（２）に設けた雌ねじ部に螺入して締結され他端側に前記プレートが固着され前記ベーン支持体（２）とは別体のプレート支持ボルト（３）とを有してなり、該プレート支持ボルト（３）と前記入口ガイドベーン（５）とは熱膨張係数が同一の素材で作成されていることを特徴とする。
【００１２】
【作用】
エンジンから排出されたガスは排気管路を経てタービンケーシング６内に導入される。導入された排気ガスはガス通路１からタービン入口ガイドベーン５を経てタービン翼車７に流入し、該翼車を駆動する。
ガイドベーン５は自身の軸線を中心として回動するが、その開き角度は外部から遠隔制御され、タービンの容量を変化させることができる。
プレート支持ボルト３とガイドベーン５の素材は熱膨張係数が同じで、両者の熱容量もほぼ同一であるから、温度が上昇するときも低下するときもガイドベーンの自由端側端部とプレート４の外側面の間の隙間は一定に保たれる。
【００１３】
【実施例】
図１に本発明の実施例に係る排気ターボ過給機の可変容量タービンの部分断面図を示す。図１において１，２，４〜８で示した要素の名称は図３、図４の従来例の場合と同様で、符号３で示した要素が新規の要素である。１は排気ガスの通路、２はベーン支持体、３はプレート支持ボルト、４はプレート、５は入口ガイドベーン、６はタービンケーシング、７はタービン翼車、８はリンク、１１は軸受箱である。図を参照して実施例の構成と作用について説明する。
【００１４】
エンジンから排出されたガスは図示されていない排気管路を介してタービンケーシング６内に導入される。導入された排気ガスはガス通路１からタービン入口ガイドベーン５を経てタービン翼車７へ流入し、該翼車を駆動する。
図１に示すように、ガイドベーン５の自由端側端部とプレート４の外表面の間の隙間調整要素として、プレート支持ボルト３がガイドベーン５の上流側に配設され、タービンケーシング６の前記軸受箱１１側内面のガイドベーン５自由端側と対向する部位にはプレート４を嵌設させる穴４ａが凹設されている。
【００１５】
図１に示すように、前記ベーン支持体２とは別体の前記プレート支持ボルト３は排気ガスの通路のガイドベーン５より上流側に配設され、その一端はベーン支持体２にねじで締結され、他端はケーシング６に凹設された穴４ａに緩く嵌設されるプレート４にねじ／溶接によって固着される。なお、プレート支持ボルトの長さは、ガイドベーン５の自由端側端部とプレート４の外側面との間に、適正な隙間を形成し得るように設定して作成される。
【００１６】
なお、前記プレート支持ボルト３とガイドベーン５は熱膨張係数が同一の材料で作成する。プレート支持ボルト３とガイドベーン５の熱容量差は小さいので同じ熱膨張となり、温度が上昇する場合も低下する場合もガイドベーン５の自由端側端部とプレート４の外側面との間の隙間は一定に保たれる。
【００１７】
ガイドベーン５は、リンク８を介して自身の軸線を中心として図２に示すように回動するが、その開き角度は外部から遠隔制御され、タービンの容量を変化させることができる。
また、タービンケーシング６に形成されたプレート４を嵌設する穴の内周面はプレート４の外周面をガイドする機能を負担しないので、前記両周面の間には適正寸法の隙間を設けることができる。このため、燃焼残滓物によってプレート４がケーシング６の嵌設穴に固着するようなことはない。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によって次のような効果が得られた。
１．入口ガイドベーンの自由端側端部と、タービンケーシングに形成した嵌設穴に嵌め込んだプレートの外側面との間に設けた隙間が、経常的に一定に保たれるのでタービン効率が高い。
２．タービンケーシングに形成したプレートを嵌設する穴の内周面と、プレートの外周面との間には適正寸法の隙間を設けることができるので、燃焼残滓物によってプレートがケーシングの嵌設穴に固着されるようなことはない。
３．入口ガイドベーン及びプレート支持ボルトの素材として、耐熱性が高く、熱膨張係数の高い、例えばハステロイＸ等のオーステナイト系の耐熱鋼を使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る排気ターボ過給機の可変容量タービンの部分断面図。
【図２】図１における入口ガイドベーン５とタービン翼車７の斜視図。
【図３】可変容量タービンの第１従来例の部分縦断面図。
【図４】可変容量タービンの第２従来例の部分縦断面図。
【符号の説明】
１…排気ガス通路、２…ベーン支持体、３…プレート支持ボルト、４…プレート、５…入口ガイドベーン、６…タービンケーシング、７…タービン翼車、８…リンク、９…段付きピン、１０…板ばね、Ｃ…隙間。
【産業上の利用分野】
本発明は排気ターボ過給機の可変容量タービンに関する。
技術の共通性から半径流形のガスタービンにも適用可能である。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関は過給により、シリンダ容積や機関回転数を増すことなく、出力を増大させることが可能であり、中型ないし大型のディーゼル機関では、排気ガスのエネルギによって空気圧縮機の駆動仕事をまかなう排気タービン過給機が用いられている。
排気タービン過給機は圧縮機とタービンによって構成され、タービンには小型のものには半径流形、大型のものには軸流形が用いられ、排気ガスエネルギの有効利用のため、圧縮機のディフューザ、タービンのノズル／入口ガイドベーンの両者またはいずれか一方を可動にした可変容量過給機が使用されている。
【０００３】
図３に可変容量タービンの第１従来例の部分縦断面図を示す。図３において、１は排気ガスの通路、２はベーン支持体、５は入口ガイドベーン、６はタービンケーシング、７はタービン翼車、８はリンクである。
図を参照してその構成と作用について説明する。可変容量タービンには、タービン翼車７外側の排気ガス入口部に複数枚の回動可能なガイドベーン５が配設されている。リンク８により該ガイドベーン５をその軸線を中心として回動させ、その開き角度を制御することによって、タービンの容量を変化させることができる。
【０００４】
排気管路（図示されていない）を介して導入された排気ガスはタービンケーシング６の通路１を通って、ガイドベーン５により加速されタービン翼車７を駆動する。
なお、前記ガイドベーン５の自由端側端部とタービンケーシング６の間には、両者の熱膨張の差を見込んだ隙間Ｃを設けておく必要があり、ガイドベーン５の開度はリンク８を介して外部から遠隔制御される。
【０００５】
図４に可変容量タービンの第２従来例の部分縦断面図を示す。図４において符号１，２および５〜８で示した要素の名称と作用は、図３に示した第１従来例の場合と同様である。符号４，９，１０で示されている要素が第２従来例で新規に適用された要素で、４はプレート、９は段付きピン、１０は板ばねである。
【０００６】
構成と作用の概要は第１従来例と同様であるが、第１従来例での問題点であるガイドベーン５の自由端側端部とケーシング６内面との間の隙間Ｃの調整機構が設けられている。
ケーシング６内面のガイドベーン５の自由端側と対向する部位にはプレート４と板ばね１０を嵌設させる穴が作成され、その穴径はプレート４の外径より大きく両者の間には許容嵌合隙間が設けられている。
図４に見られるように、前記嵌設穴に緩く嵌め込まれたプレート４は、段付きピン９を介してベーン支持体２との間に支持され、プレート４は板ばね１０のばね力により、ガイドベーン５側に向かって押しつけられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
第１従来例の構成と作用は前記のとおりであるが次のようなことが解決を要する問題点として指摘されている。
エンジンの負荷に変動があると排気ガス温度は急激に変化する。排気ガスの温度が上昇したとき、ガイドベーン５は熱容量が小さいのですぐに昇温し膨張するが、タービンケーシング６は熱容量が大きいので、ガイドベーン５に較べて温度上昇も膨張も遅れる。従って、ガイドベーン５の自由端側端部とケーシング６の内壁面との間に、必要にして且つ充分な隙間Ｃが確保されていないと、排気ガス温度が上昇したときガイドベーン５の先端がケーシング６の内壁面に接触し、ガイドベーン５の回動が不可能になる。
【０００８】
エンジンの負荷が減少して排気温度が低下するときは、ガイドベーン５の温度がケーシング６の温度より先に低くなり、該ガイドベーンの自由端側端部の隙間Ｃは定常状態のときより過大となる。
過大な隙間Ｃの発生はタービン効率の低下を招くため何らかの隙間調整機構を必要とする。なお、ガイドベーン５の素材として、耐熱性が優れていても熱膨張率の高いオーステナイト系の鋼材は使用できない。
【０００９】
図４に示した第２従来例では、ガイドベーン５と段付きピン９の熱容量はほぼ同レベルであり、前記の隙間調整機構の作用により、温度が上昇する際も低下する際も隙間Ｃはほぼ設定幅で保たれる。
しかしながら、エンジンの排気ガスは高温であり、燃焼残滓物も含まれている。このため、使用中にクリープによって板ばね１０のプレート４に対する押し付け力が弱くなる。また、プレート４と板ばね１０を緩く嵌設させた穴とプレート４の嵌合隙間に燃焼残滓物が付着してプレート４の作動を妨げるようになり、ついには段付きピン９が熱膨張によりプレート４を前記嵌設穴に押し込んだ位置で固着する。このため、温度が定常の状態時にはガイドベーン５の自由端側端部の隙間Ｃが過大となり、タービン効率が低下する。
【００１０】
本発明の目的は、前記問題点を解決し、簡潔な構成でタービンケーシングとタービン入口ガイドベーンの自由端側端部の隙間を一定に保持することにより、排気ガスエネルギーを有効に利用するタービン効率の高い排気ターボ過給機の可変容量タービンを提供するにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の排気ターボ過給機の可変容量タービンは、排気ターボ過給機の可変容量タービンであって、タービン翼車（７）への排気ガスの入口部に配設されるとともにタービンケーシング（６）のベーン支持体（２）に片持ち状に支持されて支持軸の軸線を中心とする回動が可能な入口ガイドベーン（５）と、該ガイドベーンの自由端側端部との間に微小な隙間を形成してタービンケーシング（６）の軸受箱側内面に凹設された嵌設穴に摺動可能に嵌め込まれたプレート（４）と、前記入口ガイドベーンより上流の排気ガス通路（１）に配設され一端側を前記ベーン支持体（２）に設けた雌ねじ部に螺入して締結され他端側に前記プレートが固着され前記ベーン支持体（２）とは別体のプレート支持ボルト（３）とを有してなり、該プレート支持ボルト（３）と前記入口ガイドベーン（５）とは熱膨張係数が同一の素材で作成されていることを特徴とする。
【００１２】
【作用】
エンジンから排出されたガスは排気管路を経てタービンケーシング６内に導入される。導入された排気ガスはガス通路１からタービン入口ガイドベーン５を経てタービン翼車７に流入し、該翼車を駆動する。
ガイドベーン５は自身の軸線を中心として回動するが、その開き角度は外部から遠隔制御され、タービンの容量を変化させることができる。
プレート支持ボルト３とガイドベーン５の素材は熱膨張係数が同じで、両者の熱容量もほぼ同一であるから、温度が上昇するときも低下するときもガイドベーンの自由端側端部とプレート４の外側面の間の隙間は一定に保たれる。
【００１３】
【実施例】
図１に本発明の実施例に係る排気ターボ過給機の可変容量タービンの部分断面図を示す。図１において１，２，４〜８で示した要素の名称は図３、図４の従来例の場合と同様で、符号３で示した要素が新規の要素である。１は排気ガスの通路、２はベーン支持体、３はプレート支持ボルト、４はプレート、５は入口ガイドベーン、６はタービンケーシング、７はタービン翼車、８はリンク、１１は軸受箱である。図を参照して実施例の構成と作用について説明する。
【００１４】
エンジンから排出されたガスは図示されていない排気管路を介してタービンケーシング６内に導入される。導入された排気ガスはガス通路１からタービン入口ガイドベーン５を経てタービン翼車７へ流入し、該翼車を駆動する。
図１に示すように、ガイドベーン５の自由端側端部とプレート４の外表面の間の隙間調整要素として、プレート支持ボルト３がガイドベーン５の上流側に配設され、タービンケーシング６の前記軸受箱１１側内面のガイドベーン５自由端側と対向する部位にはプレート４を嵌設させる穴４ａが凹設されている。
【００１５】
図１に示すように、前記ベーン支持体２とは別体の前記プレート支持ボルト３は排気ガスの通路のガイドベーン５より上流側に配設され、その一端はベーン支持体２にねじで締結され、他端はケーシング６に凹設された穴４ａに緩く嵌設されるプレート４にねじ／溶接によって固着される。なお、プレート支持ボルトの長さは、ガイドベーン５の自由端側端部とプレート４の外側面との間に、適正な隙間を形成し得るように設定して作成される。
【００１６】
なお、前記プレート支持ボルト３とガイドベーン５は熱膨張係数が同一の材料で作成する。プレート支持ボルト３とガイドベーン５の熱容量差は小さいので同じ熱膨張となり、温度が上昇する場合も低下する場合もガイドベーン５の自由端側端部とプレート４の外側面との間の隙間は一定に保たれる。
【００１７】
ガイドベーン５は、リンク８を介して自身の軸線を中心として図２に示すように回動するが、その開き角度は外部から遠隔制御され、タービンの容量を変化させることができる。
また、タービンケーシング６に形成されたプレート４を嵌設する穴の内周面はプレート４の外周面をガイドする機能を負担しないので、前記両周面の間には適正寸法の隙間を設けることができる。このため、燃焼残滓物によってプレート４がケーシング６の嵌設穴に固着するようなことはない。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によって次のような効果が得られた。
１．入口ガイドベーンの自由端側端部と、タービンケーシングに形成した嵌設穴に嵌め込んだプレートの外側面との間に設けた隙間が、経常的に一定に保たれるのでタービン効率が高い。
２．タービンケーシングに形成したプレートを嵌設する穴の内周面と、プレートの外周面との間には適正寸法の隙間を設けることができるので、燃焼残滓物によってプレートがケーシングの嵌設穴に固着されるようなことはない。
３．入口ガイドベーン及びプレート支持ボルトの素材として、耐熱性が高く、熱膨張係数の高い、例えばハステロイＸ等のオーステナイト系の耐熱鋼を使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る排気ターボ過給機の可変容量タービンの部分断面図。
【図２】図１における入口ガイドベーン５とタービン翼車７の斜視図。
【図３】可変容量タービンの第１従来例の部分縦断面図。
【図４】可変容量タービンの第２従来例の部分縦断面図。
【符号の説明】
１…排気ガス通路、２…ベーン支持体、３…プレート支持ボルト、４…プレート、５…入口ガイドベーン、６…タービンケーシング、７…タービン翼車、８…リンク、９…段付きピン、１０…板ばね、Ｃ…隙間。
Claims (1)
- 排気ターボ過給機の可変容量タービンであって、タービン翼車（７）への排気ガスの入口部に配設されるとともにタービンケーシング（６）のベーン支持体（２）に片持ち状に支持されて支持軸の軸線を中心とする回動が可能な入口ガイドベーン（５）と、該ガイドベーンの自由端側端部との間に微小な隙間を形成してタービンケーシング（６）の軸受箱側内面に凹設された嵌設穴に摺動可能に嵌め込まれたプレート（４）と、前記入口ガイドベーンより上流の排気ガス通路（１）に配設され一端側を前記ベーン支持体（２）に設けた雌ねじ部に螺入して締結され他端側に前記プレートが固着され前記ベーン支持体（２）とは別体のプレート支持ボルト（３）とを有してなり、該プレート支持ボルト（３）と前記入口ガイドベーン（５）とは熱膨張係数が同一の素材で作成されていることを特徴とする排気ターボ過給機の可変容量タービン。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP33539094A JP3664761B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 排気ターボ過給機の可変容量タービン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33539094A JP3664761B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 排気ターボ過給機の可変容量タービン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08177509A JPH08177509A (ja) | 1996-07-09 |
| JP3664761B2 true JP3664761B2 (ja) | 2005-06-29 |
Family
ID=18288012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33539094A Expired - Lifetime JP3664761B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 排気ターボ過給機の可変容量タービン |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP3664761B2 (ja) |
Families Citing this family (13)
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1994
- 1994-12-22 JP JP33539094A patent/JP3664761B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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