JP4275081B2 - 可変容量型排気ターボ過給機のスクロール構造及びその製造方法 - Google Patents
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Description
また、かかる過給機の容量を制御するにあたっては、アクチュエータにノズルベーンを流れる排ガスの流量が所要の流量になるようなノズルベーンの翼角を設定し、かかる翼角に対応するアクチュエータの往復変位をドライブリング、ドライブピン、レバープレートを介してノズル軸の回動角に変換し、該ノズル軸の回動によりノズルベーンが回動して前記アクチュエータにて設定された翼角に変化せしめている。
また、かかる可変ノズル機構を備えた輻流型可変容量排気ターボ過給機の他の例として、特許文献2(特開2004−132367号公報)の技術が提供されている。
また、前記スクロール半径Rを小さくする場合、スクロールを内径方向に移動する必要があるが、内径方向にはタービン出口ディフュ−ザー等が設置されているという制約があり、かかる移動は困難である。
また、前記止め部/フランジは回転するタービンロータのシュラウド面も形成するため、タービンケーシングと同軸度を確保するためにリジットに締結されなければならない。この円板/締結リングは周囲部品と比較して小ぶりであり、熱容量も小さい。該円板/締結リングは案内ベーンの摺動面を構成しているので、熱変形は許容できない反面このような熱容量の小さいものを周囲にリジットに締結した場合、エンジンの過渡運転時に温度分布が生じて変形する可能性があり、このレイアウトを成立させ機能させることは困難となる。
前記ノズルプレートに臨む、前記タービンケーシングの内周端部を断面L字状に切欠き、該L字状の切り欠き部外周面にノズルプレート取付外周面を形成し、該外周面に前記ノズルプレート内周面を嵌合することにより、カートリッジ状の前記ノズル組立品を前記スクロールに臨みかつ該スクロールの内周側壁面の一部を構成するように前記タービンケーシングを含むケース部材に組み込まれ、前記ノズルプレート側面と前記L字状の切り欠き部との間の間隙部に、スクロール側にU字状に開口するシール部材が介装されていることを特徴とする。
これにより、過給機を大型化することなく、排気タービン容量を大きくできるとともに、スクロール断面積Aを大きくできることから、スクロールの容積増大に伴い静圧過給に近い過給状態となって過給機効率が向上し、エンジン出力の上昇が可能となる。
また、ノズルプレートがスクロールの一部を構成することで、該ノズルプレートとタービンケーシングとの合せ面からのガス漏れが懸念されるが、ノズルプレートとタービンケーシングとの間に、前記スクロール内とノズルベーンの下流側通路との間のガスシールを行なうシール部材を介装したので、該シール部材によりかかるガス漏れを防止できる。
このように構成すれば、ノズルプレートの嵌合穴とノズルサポートの端部外周との嵌合を、該嵌合穴と端部外周との間に一定間隙を存して嵌合したルーズフィット嵌合としているので、ノズルマウントとノズルプレートに温度差が生じて両部品のノズルサポートを締結する穴中心位置がずれても、前記一定間隙部で前記ずれを吸収することにより、前記ノズルサポートとノズルマウント及びノズルプレートとの間の応力を回避できる。
このように構成すれば、ノズルプレートのノズルベーンの入口側通路に臨む外周部をテーパ状あるいは曲面状に切欠くことにより、スクロール側から入口側通路に向けて通路面積が滑らかに縮小せしめられるガス導入ガイド部を形成することにより、スクロールからノズルベーンの入口側通路への流入部の通路抵抗が小さくなって空力性能が向上し、タービン効率が上昇する。
このように構成すれば、ノズルプレートのスクロール側を単なる板形状ではなく、スクロールの理想的な形状に合わせた形状にできるので、スクロール設計の自由度が上がって、空力性能を改善しタービン効率を向上させる設計が可能になる。また、ノズルプレートの温度分布が大きく熱応力が高い場合に、必要な強度を確保するためにノズルプレートを厚くする必要があっても、スクロールが確保できるスペースを小さくすることなく、ノズルプレートを厚くして、該ノズルプレートの一部をスクロール形状とすることで、ノズルプレートの強度とコンパクトなタービンケーシング構造を両立できる。
このように構成すれば、前記ガス導入ガイド部に、一般的に知られているベルマウスの形状の一部を使用したので、この曲面状部のR形状は機械加工、プレス、鍛造などで比較的簡単に加工することができるとともに、該ガス導入ガイド部の曲率半径を大きくすることができて、空力性能が改善されタービン性能を向上できる。
また、タービンケーシング自体の軽量化が可能となるとともに、該タービンケーシング粗材で複雑なスクロール形状を構成することが不要となるので、タービンケーシング鋳造時におけるスクロール中子の形状の単純化が可能であり、過給機の生産性を向上できる。
図8において、10はタービンケーシング、11は該タービンケーシング10の外周部に渦巻状に形成されたスクロールである。12は輻流型のタービンロータで、コンプレッサ8と同軸に設けられこれのタービンシャフト12aが軸受ハウジング13に軸受16を介して回転自在に支持されている。7は前記コンプレッサ8が収納されるコンプレッサハウジング、9は該コンプレッサハウジング7の空気入口、7aは渦巻状の空気通路である。また100aは該排気ターボ過給機の回転軸心である。
前記可変ノズル機構100において、前記ノズルベーンを、前記ノズルマウント4と該ノズルマウント4に複数のノズルサポート5を介して結合された環状のノズルプレート6との間に配置し、該ノズルプレート6を前記タービンケーシング10の取付部に嵌合している。
15は前記ノズルベーン2の駆動源であるアクチュエータ(図示省略)に連結されるリンク、14は該リンク15に連結されるピンで、該ピン14が前記ドライブリング3に係合されて該ドライブリング3を回動駆動している。
該ドライブリング3の回動により、該ドライブリング3に円周方向等間隔に固着されているドライブピン32がレバープレート1を前記ノズル軸02廻りに回動させ、該ノズル軸02の回動によりノズルベーン2が回動して、前記アクチュエータにて設定された翼角に変化せしめられる。
本発明は、以上のように構成された可変ノズル機構100を備えた可変容量型排気ターボ過給機におけるスクロール構造に係るものである。
図1において、10はタービンケーシング、11は該タービンケーシング10の外周部に渦巻状に形成されたスクロールである。100aは該排気ターボ過給機の回転軸心であり、この図においてはタービンロータ12(図8参照)の図示を省略している。
2はノズルベーンで、前記スクロール11の内周側にタービンの円周方向等間隔に複数枚配置されるとともに、これの翼端部に連結されたノズル軸02が前記タービンケーシング10に取り付けられた環状のノズルマウント4に回動可能に支持され、可変ノズル機構100によりその翼角を変化せしめられるようになっている。
図1において、Yは前記スクロール11の断面中心(面心)、Rは前記回転軸心100aから前記断面中心(面心)までの距離つまりスクロール半径である。
図1(B)に示されるように、前記ノズルプレート6の内周側側面とタービンケーシング10の前記取付外周面10cに連なる側面との間にはシールリング20が介装され、該シールリング20により、前記スクロール11内とノズルベーン2の下流側通路10dとの間のガスシールを行なっている。
このように構成すれば、ノズルプレート6の嵌合穴61とノズルサポート5の端部外周5aとの嵌合を、前記のように一定間隙を存して嵌合したルーズフィット嵌合としているので、ノズルマウント4とノズルプレート6との間に温度差が生じて両部品のノズルサポート5を締結する穴中心位置がずれても、前記一定間隙部で前記ずれを吸収することにより、前記ノズルサポート5とノズルマウント4及びノズルプレートとの間の応力を回避できる。
次いで、該カートリッジ状のノズル組立品を、前記ノズルプレート6が前記スクロール11に臨みかつ該スクロール11の内周側壁面の一部を構成するように前記タービンケーシング10に組み込む。
その際に、前記ノズルプレート6の内周側側面とタービンケーシング10の前記取付外周面10cに連なる側面との間に前記シールリング20を組み付け、該シールリング20により前記スクロール11内とノズルベーン2の下流側通路10dとの間のガスシールを行なう。
これにより、過給機を大型化することなく、排気タービン容量を大きくできるとともに、前記スクロール断面積Aを大きくできることから、スクロール11の容積増大に伴い静圧過給に近い過給状態となって、過給機効率が向上する。
また、ノズルプレート6がスクロール11の一部を構成することにより発生懸念のある該ノズルプレート6とタービンケーシング10との合せ面からのガス漏れについては、ノズルプレート6とタービンケーシング10との間にシール部材20を介装したので、該シール部材20によってスクロール11内とノズルベーン2の下流側通路10dとの間のガスシールを行なうことにより、かかるガス漏れを防止できる。
かかる第2実施例においては、前記ノズルプレート6の前記ノズルベーン2の入口側通路10eに臨む外周部をテーパ状に切欠くことにより、前記スクロール11側から前記入口側通路10eに向けて通路面積が滑らかに縮小せしめられるガス導入ガイド部6aを形成している。
その他の構成は図1に示す第1実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
かかる第3実施例においては、前記ノズルプレート6の前記ノズルベーン2の入口側通路10eに臨む外周部を曲面状に切欠くことにより、前記スクロール11側から前記入口側通路10eに向けて通路面積が滑らかに縮小せしめられるガス導入ガイド部6bを形成している。
その他の構成は図1に示す第1実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
かかる第4実施例においては、前記ノズルプレート6の前記スクロール11に臨む面を、タービンケーシング10に形成されたスクロール内径面10aに滑らかに接続される曲面からなるスクロール側曲面部6cに形成している。
かかる第4実施例によれば、前記ノズルプレート6のスクロール11側を単なる板形状ではなく、該スクロール11の理想的な形状に合わせた形状に形成できるので、スクロール11の設計の自由度が上がって、空力性能を改善しタービン効率を向上させる設計が可能になる。
その他の構成は図1に示す第1実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
かかる第5実施例においては、前記ノズルプレート6を板状に形成するとともに、前記ノズルベーン2の入口側通路10eに臨む面が前記スクロール11側から該入口側通路10eに向けて通路面積が滑らかに縮小せしめられる曲面状になるようにノズルプレート6を湾曲してガス導入ガイド部6dを形成している。
かかる第5実施例によれば、前記ノズルプレート6に一般的に知られているベルマウスの形状の一部を使用したので、曲面状のガス導入ガイド部6dのR形状は機械加工、プレス、鍛造などで比較的簡単に加工することができる。また、前記ガス導入ガイド部6dの曲率半径を大きくすることができるため、空力性能が改善されタービン性能を向上できる。
その他の構成は図1に示す第1実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
かかる参考例においては、前記ノズルプレート6は、外周部を前記ノズルベーン2の入口側通路10eに臨ませて該通路10eの入口部を構成するとともに、内周部を前記タービンロータ12(図8参照)の回転軸心100a方向に延設して該タービンロータ12出口のシュラウド面6eを構成するように、前記外周部と内周部との間で屈曲して形成されている。
またかかる参考例においては、前記ノズルプレート6の前記タービンロータの回転軸心100a方向の端部をタービンケーシング10にインロー嵌合する(10fはインロー部)とともに、ノズルサポート5(図8参照)とノズルプレート6との結合部を、図2のように該ノズルプレート6の円周方向に沿って複数個穿孔された嵌合穴61に該ノズルサポート5の端部外周5aを一定間隙を存して嵌合したルーズフィット嵌合にて構成している。
その他の構成は図1に示す第1実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
2 ノズルベーン
02 ノズル軸
3 ドライブリング
4 ノズルマウント
5 ノズルサポート
6 ノズルプレート
6a、6b、6d ガス導入ガイド部
6c スクロール側曲面部
6e シュラウド面
10 タービンケーシング
10e 入口側通路
11 スクロール
11a スクロール内径面
12 タービンロータ
32 ドライブピン
100 可変ノズル機構
Claims (6)
- エンジンからの排気ガスを、タービンケーシングに形成されたスクロール内及び該スクロールの内周側に設けられた複数のノズルベーンを通して、該ノズルベーンの内周側に設けられたタービンロータに作用させるとともに、前記複数のノズルベーンの翼角を変化可能に構成された可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機において、
前記可変ノズル機構は、前記複数のノズルベーンを環状のノズルマウントに回動可能に支持するとともに、前記ノズルマウントと該ノズルマウントに複数のノズルサポートを介して結合された環状のノズルプレートとの間に配置して一体化されたノズル組立品を、前記タービンケーシング含むケース部材に着脱自在に取り付けてなり、
前記ノズルプレートに臨む、前記タービンケーシングの内周端部を断面L字状に切欠き、該L字状の切り欠き部外周面にノズルプレート取付外周面を形成し、該外周面に前記ノズルプレート内周面を嵌合することにより、
カートリッジ状の前記ノズル組立品を前記スクロールに臨みかつ該スクロールの内周側壁面の一部を構成するように前記タービンケーシングを含むケース部材に組み込まれ、前記ノズルプレート側面と前記L字状の切り欠き部との間の間隙部に、スクロール側にU字状に開口するシール部材が介装されていることを特徴とする可変容量型排気ターボ過給機のスクロール構造。 - 前記ノズルサポートとノズルプレートとの結合部を、該ノズルプレートの円周方向に沿って複数個穿孔された嵌合穴に前記ノズルサポートの端部外周を一定間隙を存して嵌合したルーズフィット嵌合にて構成したことを特徴とする請求項1記載の可変容量型排気ターボ過給機のスクロール構造。
- 前記ノズルプレートのノズルベーンの入口側通路に臨む外周部をテーパ状あるいは曲面状のいずれか一方の形状に切欠くことにより、前記スクロール側から前記入口側通路に向けて通路面積が滑らかに縮小せしめられるガス導入ガイド部を形成したことを特徴とする請求項1記載の可変容量型排気ターボ過給機のスクロール構造。
- 前記ノズルプレートのスクロールに臨む面を、前記タービンケーシングに形成されたスクロールに臨む内周面に滑らかに接続されるスクロール側曲面部に形成したことを特徴とする請求項1記載の可変容量型排気ターボ過給機のスクロール構造。
- 前記ノズルプレートを板状に形成するとともに、前記ノズルベーンの入口側通路に臨む面が前記スクロール側から前記入口側通路に向けて通路面積が滑らかに縮小せしめられる曲面状になるようにノズルプレートを湾曲してガス導入ガイド部を形成したことを特徴とする請求項1記載の可変容量型排気ターボ過給機のスクロール構造。
- エンジンからの排気ガスを、タービンケーシングに形成されたスクロール内及び該スクロールの内周側に設けられた複数のノズルベーンを通して、該ノズルベーンの内周側に設けられたタービンロータに作用させるとともに、前記複数のノズルベーンの翼角を変化可能に構成された可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機の製造方法において、
前記複数のノズルベーンを環状のノズルマウントに回動可能に支持するとともに、前記ノズルマウントと該ノズルマウントに複数のノズルサポートを介して結合された環状のノズルプレートとの間に配置して一体化されたカートリッジ状のノズル組立品を製作し、
前記ノズルプレートに臨む、前記タービンケーシングの内周端部を断面L字状に切欠き、該L字状の切り欠き部外周面にノズルプレート取付外周面を形成し、該外周面に前記ノズルプレート内周面を嵌合することにより、
該カートリッジ状のノズル組立品を前記スクロールに臨みかつ該スクロールの内周側壁面の一部を構成するように前記タービンケーシングを含むケース部材に組み込み、前記ノズルプレート側面と前記L字状の切り欠き部との間の間隙部に、スクロール側にU字状に開口するシール部材を介装して組み付けることを特徴とする可変容量型排気ターボ過給機の製造方法。
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