JP4491766B2

JP4491766B2 - 可変容量過給機の可変ノズル装置

Info

Publication number: JP4491766B2
Application number: JP2001004196A
Authority: JP
Inventors: 章子川元; 幸雄高橋
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2001-01-11
Filing date: 2001-01-11
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2021-01-11
Also published as: JP2002206427A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変容量過給機に係わり、更に詳しくは、過給機を構成するタービンの可変ノズル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
可変容量過給機とは、圧縮機のディフューザ若しくはタービンの排ガス流入部のベーンを可動にして流路面積を可変にしたものであり、特開平１−１３０００２号、特開平９−２９６７３１号に開示されている。
【０００３】
図５は、特開平１−１３０００２号に開示されている従来の可変容量過給機の可変ノズル装置の構成図である。この図において、１はガス入口ケーシング、２ａはノズル取付面、３はノズル軸、４は可変ノズル翼、５はディスタンスピース、６は環状ディスクプレート、７はガス出口案内筒、８はラジアルタービンホイールである。
【０００４】
この図において、複数の可変ノズル翼４は、ノズル取付面２ａ側に設けたノズル軸３に連結され、ノズル部内に周方向に間隔を隔てて配置される。また、ラジアルタービンホイール８（タービンインペラ）は、ガス出口案内筒７内に配置される。更に、ノズル取付面２ａから突設した複数のディスタンスピース５によって、ノズル取付面２ａと環状ディスクプレート６の間隔が固定され、その間に各可変ノズル翼４がノズル軸３を中心に揺動可能に取付けられている。なお、この図で、２ｂはガス出口案内筒側の支持面、ｂはタービン翼部である。
【０００５】
この構成により、ノズル軸３を図示しない外部から回転させることにより、可変ノズル翼４を軸３を中心に揺動させ、その間に形成される流路面積を変化させることができる。なお、従来の可変容量過給機の可変ノズル装置は、上述したものの他、種々の構造のものが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の可変容量過給機の可変ノズル装置において、ディスタンスピース５を用いて、ノズル取付面２ａと環状ディスクプレート６の間隔を制御し、その間に配置される各可変ノズル翼４の壁面（２ａ，６）との隙間を適正範囲に保持していた。
【０００７】
また、可変容量過給機の可変ノズル装置は、流路面積を完全に閉じる全閉状態から、流路面積が最大となる全開状態まで、連続的に使用できることが望ましい。そのため、全閉状態において隣接する可変ノズル翼同士が互いに接触して流路を閉鎖するように、可変ノズル翼の翼長（流れ方向の長さ）を十分大きくする必要がある。この場合、逆に全開状態では、可変ノズル翼の内端がタービンインペラ８の外周に密接しており、それ以上開くと可変ノズル翼４がタービンインペラ外周に接触し、損傷を引き起こすおそれがある。
【０００８】
そのため、従来の可変容量過給機の可変ノズル装置では、上述したディスタンスピース５の他に、ノズル軸３の回転範囲を制限するノズルストッパ（図示せず）が設置されることがあった。
【０００９】
しかし、かかる従来のノズルストッパは、可変容量過給機の外部に設置されているため、可変ノズル機構全体のガタ（隙間やバックラッシュ）の影響を受け、正確な位置決めができない欠点があった。そのため、ノズルストッパが作動しているにもかかわらず、調整ミスやガタの影響で可変ノズル翼４を損傷させてしまったり、逆に安全サイドに設定しすぎて、ノズル全開時の流路面積が不足し、過給機の性能が十分に発揮できない、等の問題点があった。
【００１０】
本発明はかかる問題点を同時に解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、（１）各可変ノズル翼の壁面との隙間を適正範囲に保持でき、かつ、（２）可変ノズル機構全体のガタの影響を受けずに、全開位置以上に可変ノズル翼を揺動させることを本質的に防止でき、これにより、流路面積を全閉状態から全開状態まで連続的に使用でき、過給機の性能を十分に発揮させることができる可変容量過給機の可変ノズル装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ノズルを取り付けるノズル取付面（２ａ）と、ノズル取付面を貫通する複数のノズル軸（３）と、該ノズル軸の軸心を中心可能に揺動可能な複数の可変ノズル翼（４）と、ノズル取付面から一定の間隔を隔てその間に可変ノズル翼を挟持する環状ディスクプレート（６）とを備えた可変容量過給機の可変ノズル装置において、前記ノズル取付面（２ａ）とディスクプレート（６）との間隔を一定に保持するクリアランスコントロールピン（９）を備え、かつ該クリアランスコントロールピンの一部が、全開位置を超えた可変ノズル翼の揺動を阻止するように、全開位置の可変ノズル翼の一部に当接するように位置決めされている、ことを特徴とする可変容量過給機の可変ノズル装置が提供される。
【００１２】
上記本発明の構成によれば、ノズル取付面（２ａ）とディスクプレート（６）との間隔を一定に保持するクリアランスコントロールピン（９）を備えているので、このピンにより、各可変ノズル翼の壁面との隙間を適正範囲に保持できる。
【００１３】
また、このクリアランスコントロールピン（９）の一部が、全開位置を超えた可変ノズル翼の揺動を阻止するように、全開位置の可変ノズル翼の一部に当接するように位置決めされているので、このピンは可変ノズル翼に直接接するストッパーとしても機能し、可変ノズル機構全体のガタの影響を受けずに、全開位置以上に可変ノズル翼を揺動させることを本質的に防止できる。従って、これにより、流路面積を全閉状態から全開状態まで連続的に使用でき、過給機の性能を十分に発揮させることができる。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記クリアランスコントロールピン（９）は、ノズル取付面（２ａ）とディスクプレート（６）に設けられた貫通孔に嵌合する両端の嵌合部（９ａ）と、該嵌合部の間に設けられた細径部（９ｂ）と、嵌合部と細径部の間に設けられた一対の円板状鍔部（９ｃ）とからなり、該鍔部の軸方向外端面間の長さがノズル取付面（２ａ）とディスクプレート（６）との間隔に設定され、かつ鍔部の外径が全開位置の可変ノズル翼の一部に当接するように形成されている。
【００１５】
この構成により、両端の嵌合部（９ａ）がノズル取付面（２ａ）とディスクプレート（６）に設けられた貫通孔に嵌合し、一対の円板状鍔部（９ｃ）の軸方向外端面がノズル取付面（２ａ）とディスクプレート（６）とに密着することで、各可変ノズル翼の壁面との隙間を適正範囲に保持できる。
また、鍔部（９ｃ）の外径が全開位置の可変ノズル翼の一部に当接するように形成されているので、相対的に細い細径部（９ｂ）で流れを乱すことなく、鍔部（９ｃ）の外径面が全開位置の可変ノズル翼の一部に当接して、可変ノズル翼に直接接するストッパーとしても機能することができる。
【００１６】
また、前記両端の嵌合部（９ａ）の端部は、ノズル取付面（２ａ）とディスクプレート（６）に設けられた貫通孔から突出し、この突出部がカシメ加工され、これにより、鍔部の軸方向外端面がノズル取付面（２ａ）とディスクプレート（６）にそれぞれ密着して形成されている。
この構成により、突出部をカシメ加工するだけで、鍔部（９ｃ）の軸方向外端面をノズル取付面（２ａ）とディスクプレート（６）とに密着させることができ、他の締結構造に比較して生産コストを低減することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１８】
図１は本発明の可変ノズル装置を備えた可変容量過給機の断面図である。この図において、可変容量過給機１０は、中央の軸受ユニット１２を挟んで右側の圧縮機１４と、左側のタービン１６とからなる。圧縮機１４はコンプレッサインペラ１５を、タービン１６はタービンインペラ８をそれぞれ内蔵する。コンプレッサインペラ１５とタービンインペラ８は、軸受ユニット１２で支持された連結軸１３で互いに連結されており、図示しないエンジンの排ガスでタービンインペラ８を回転駆動し、この回転力を連結軸１３を介してコンプレッサインペラ１５に伝達し、コンプレッサインペラ１５で空気を圧縮して図示しないエンジンに過給するようになっている。
【００１９】
また、本発明の可変容量過給機１０の可変ノズル装置１８は、図１に示すように、ノズルを取り付けるノズル取付面２ａと、ノズル取付面２ａを貫通する複数のノズル軸３と、ノズル軸３の軸心を中心可能に揺動可能な複数の可変ノズル翼４と、ノズル取付面２ａから一定の間隔を隔てその間に可変ノズル翼を挟持する環状ディスクプレート６とを備えている。
【００２０】
図２は、図１の部分矢視図であり、（Ａ）はＡ矢視図、（Ｂ）はＢ矢視図である。この図に示すように、可変ノズル装置１８は、矩形の揺動ピン１８ａ、揺動ピン１８ａが外周部に取付けられた連動板１８ｂ、及び連動板１８ｂとノズル軸３を連結する連結板１８ｃとを備える。この構成により、外部から揺動ピン１８ａをタービンインペラ８の軸心を中心に揺動させると、連動板１８ｂが同軸に揺動し、これに取り付けられた複数のピン１９が揺動し、各可変ノズル翼４をノズル軸３を中心に揺動する。従って、揺動ピン１８ａの揺動により可変ノズル翼４を軸３を中心に揺動させ、その間に形成される流路面積を変化させることができる。
【００２１】
図１及び図２に示すように、本発明の可変ノズル装置１８は、ノズル取付面２ａとディスクプレート６との間隔を一定に保持するクリアランスコントロールピン９を備える。図３に示すように、クリアランスコントロールピン９は、嵌合部９ａ、細径部９ｂ、及び円板状鍔部９ｃからなる。
【００２２】
両端の嵌合部９ａは、ノズル取付面２ａとディスクプレート６に設けられた貫通孔に嵌合する。また、この例ではその端部が貫通孔を通して孔から突出し、この突出部がカシメ加工されて、これにより、鍔部の軸方向外端面がノズル取付面２ａとディスクプレート６にそれぞれ密着して形成されている。
【００２３】
細径部９ｂは、両端の嵌合部９ａの間に設けられ、各可変ノズル翼４に流入するガス流を乱さないように相対的に細く形成されている。
【００２４】
一対の円板状鍔部９ｃは、嵌合部９ａと細径部９ｂの間に設けられている。また、この鍔部９ｃの軸方向外端面間の長さＬは、ノズル取付面２ａとディスクプレート６との間隔に設定されている。
【００２５】
図４は、本発明の可変ノズル装置の作動説明図である。この図において、（Ａ）は全閉位置、（Ｂ）は全開位置を示している。
全閉位置（Ａ）では、この図に示すように、隣接する可変ノズル翼４が互いに接触し、可変ノズル翼４自体がストッパーの機能を果たし、その位置以上には、全閉側に移動しないようになっている。
【００２６】
また、本発明では、鍔部９ｃの外径Ｄが図４（Ｂ）に示すように全開位置の可変ノズル翼の一部に当接するように形成されている。すなわち、本発明では、クリアランスコントロールピン９の一部（この例では９ｃ）が、全開位置を超えた可変ノズル翼４の揺動を阻止するように、全開位置の可変ノズル翼の一部に当接するように位置決めされている。
従って、全閉位置（Ｂ）では、ピン９が可変ノズル翼４に直接接するストッパーとしても機能し、可変ノズル機構全体のガタの影響を受けずに、全開位置以上に可変ノズル翼を揺動させることを本質的に防止できる。
【００２７】
なお、本発明は上述した実施例及び実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】
上述したように、本発明の構成によれば、ノズル取付面２ａとディスクプレート６との間隔を一定に保持するクリアランスコントロールピン９を備えているので、このピンにより、各可変ノズル翼の壁面との隙間を適正範囲に保持できる。
【００２９】
また、このクリアランスコントロールピン９の一部が、全開位置を超えた可変ノズル翼の揺動を阻止するように、全開位置の可変ノズル翼の一部に当接するように位置決めされているので、このピンは可変ノズル翼に直接接するストッパーとしても機能し、可変ノズル機構全体のガタの影響を受けずに、全開位置以上に可変ノズル翼を揺動させることを本質的に防止できる。従って、これにより、流路面積を全閉状態から全開状態まで連続的に使用でき、過給機の性能を十分に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の可変ノズル装置を備えた可変容量過給機の断面図である。
【図２】図１の部分矢視図である。
【図３】図１のクリアランスコントロールピンの構成図である。
【図４】本発明の可変ノズル装置の作動説明図である。
【図５】従来の可変ノズル装置の構成図である。
【符号の説明】
１ガス入口ケーシング、２ａノズル取付面、２ｂ支持面、
３ノズル軸、４可変ノズル翼、５ディスタンスピース、
６環状ディスクプレート、７ガス案内筒、
８ラジアルタービンホイール（タービンインペラ）、
９クリアランスコントロールピン、
９ａ嵌合部、９ｂ細径部、９ｃ鍔部、
１０可変容量過給機、１２軸受ユニット、
１３連結軸、１４圧縮機、１５コンプレッサインペラ、
１６タービン、１８可変ノズル装置、
１８ａ揺動ピン、１８ｂ連動板、１８ｃ連結板、
１９ピン

Claims

ノズルを取り付けるノズル取付面（２ａ）と、ノズル取付面を貫通する複数のノズル軸（３）と、該ノズル軸の軸心を中心可能に揺動可能な複数の可変ノズル翼（４）と、ノズル取付面から一定の間隔を隔てその間に可変ノズル翼を挟持する環状ディスクプレート（６）とを備えた可変容量過給機の可変ノズル装置において、
前記ノズル取付面（２ａ）とディスクプレート（６）との間隔を一定に保持するクリアランスコントロールピン（９）を備え、かつ該クリアランスコントロールピンの一部が、全開位置を超えた可変ノズル翼の揺動を阻止するように、全開位置の可変ノズル翼の一部に当接するように位置決めされている、ことを特徴とする可変容量過給機の可変ノズル装置。
前記クリアランスコントロールピン（９）は、ノズル取付面（２ａ）とディスクプレート（６）に設けられた貫通孔に嵌合する両端の嵌合部（９ａ）と、該嵌合部の間に設けられた細径部（９ｂ）と、嵌合部と細径部の間に設けられた一対の円板状鍔部（９ｃ）とからなり、該鍔部の軸方向外端面間の長さがノズル取付面（２ａ）とディスクプレート（６）との間隔に設定され、かつ鍔部の外径が全開位置の可変ノズル翼の一部に当接するように形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の可変容量過給機の可変ノズル装置。
前記両端の嵌合部（９ａ）の端部は、ノズル取付面（２ａ）とディスクプレート（６）に設けられた貫通孔から突出し、この突出部がカシメ加工され、これにより、鍔部の軸方向外端面がノズル取付面（２ａ）とディスクプレート（６）にそれぞれ密着して形成されている、ことを特徴とする請求項２に記載の可変容量過給機の可変ノズル装置。