JP5101546B2 - 可変容量型排気ターボ過給機 - Google Patents

可変容量型排気ターボ過給機 Download PDF

Info

Publication number
JP5101546B2
JP5101546B2 JP2009044722A JP2009044722A JP5101546B2 JP 5101546 B2 JP5101546 B2 JP 5101546B2 JP 2009044722 A JP2009044722 A JP 2009044722A JP 2009044722 A JP2009044722 A JP 2009044722A JP 5101546 B2 JP5101546 B2 JP 5101546B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nozzle
sleeve member
nozzle plate
plate
mount
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2009044722A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2010196657A (ja
Inventor
慎之 林
靖明 陣内
正希 東條
陽一 上野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2009044722A priority Critical patent/JP5101546B2/ja
Priority to PCT/JP2009/066101 priority patent/WO2010097980A1/ja
Priority to CN2009801571515A priority patent/CN102325974B/zh
Priority to KR1020117019601A priority patent/KR101304115B1/ko
Priority to EP09840827.1A priority patent/EP2402579B1/en
Priority to US13/146,030 priority patent/US8806867B2/en
Publication of JP2010196657A publication Critical patent/JP2010196657A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5101546B2 publication Critical patent/JP5101546B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/12Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/167Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes of vanes moving in translation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/12Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/165Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for radial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially parallel to the rotor centre line
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/24Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/12Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/20Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted
    • F01D17/22Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted the operation or power assistance being predominantly non-mechanical
    • F01D17/24Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted the operation or power assistance being predominantly non-mechanical electrical
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/20Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted
    • F01D17/22Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted the operation or power assistance being predominantly non-mechanical
    • F01D17/26Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted the operation or power assistance being predominantly non-mechanical fluid, e.g. hydraulic
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas- turbine plants for special use
    • F02C6/04Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/40Application in turbochargers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/94Functionality given by mechanical stress related aspects such as low cycle fatigue [LCF] of high cycle fatigue [HCF]
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/501Elasticity
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/502Thermal properties
    • F05D2300/5021Expansivity
    • F05D2300/50212Expansivity dissimilar
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Description

本発明は、ノズルベーンの翼角を変化可能に構成された可変容量型排気ターボ過給機に関する。
従来、車両用内燃機関等に用いられる比較的小型の排気ターボ過給機では、エンジンからの排気ガスを、タービンハウジングに形成されたスクロール内に充填し、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に通して、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構造が採用されている。また、複数のノズルベーンの翼角は変化可能に構成されている。このような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は多く用いられている(例えば、特許文献1ないし3参照)。
図5は、従来の可変ノズル機構付き排気ターボ過給機の一例を示している。この図は回転軸線に沿う部分断面図である。図に示すように、ターボ過給機には、厚肉多筒状のタービンハウジング1が設けられており、このタービンハウジング1の上流側の外周部には渦巻き状にスクロール2が形成されている。一方、タービンハウジング1の上流側の内周部には、輻流型のタービンロータ3が設けられている。タービンロータ3が取り付けられているタービンシャフト3Aは、回転中心が図中、回転軸心Kであり、コンプレッサ(図示省略)と同軸である。また、タービンシャフト3Aは、軸受5を介して軸受ハウジング4に回転自在に支持されている。
軸受ハウジング4の背面には輪環状の凹部が形成され、この凹部にノズル6及びノズルマウント7などを備えるノズルアッセンブリである可変ノズル機構8が収納されている。ここでノズル6は、回転軸心K回りに等間隔で複数設けられている。また、ノズル6は、タービンのラジアル方向の位置ではスクロール2の内周側に位置している。ノズル6はノズルべーン6aとノズル軸6bを有している。ノズル軸6bは、軸受ハウジング4に固定されたノズルマウント7に回動可能に支持されている。そして、この可変ノズル機構8ではノズルベーン6aの翼角を変化させることが可能となっている。
ノズルベーン6aは、ノズルマウント7と、このノズルマウント7に連結された環状のノズルプレート9との間に配置され、該ノズルプレート9はタービンハウジング1の内筒部先端側に外嵌されている。
ノズルマウント7の先端側の隆起部には、円盤状のドライブリング10が回動可能に設けられている。このドライブリング10には、レバープレート11が係合している。このレバープレート11は、図6に拡大して示すように、湾曲部11aと係合用突起11bを有し、この係合用突起11bはドライブリング10の溝部10aに係合している。
また、レバープレート11の内周側には回転軸心Kに沿った貫通穴が形成され、この貫通穴に、ノズル軸6bの先端側に形成された固定部6cが挿入されている。
図7は、図6の矢視Aから見た形状である。図に示すように、円盤状のノズルマウント7には、そのラジアル方向中央付近にドライブリング10が設けられている。このドライブリング10にはレバーブレート11が連結されており、レバープレート11の回転軸心K側にはノズル6の固定部6cが係合している。図では、レバープレート11は回転軸心K回りに12個設けられている。そして、ドライブリング10を回動させることでノズル6の開度を調整することができる。
上記図5ないし図7で説明した構成からなる可変ノズル機構付き可変容量型排気ターボ過給機の作動時において、エンジン(図示省略)からの排気ガスはスクロール2に入り、該スクロール2の渦巻きに沿って周回しながらノズルベーン6aに流入する。そして、この排気ガスは、ノズルベーン6aの翼間を通過してタービンロータ3にその外周側から流入し、中心側に向かい半径方向に流れてタービンロータ3に膨張仕事をなした後、軸方向に沿って流れ、ガス出口に案内されて機外に送出される。
かかる可変容量型排気ターボ過給機の容量を制御するにあたっては、ノズルベーン6aを流れる排気ガスが所要の流速になるような該ノズルベーン6aの翼角を設定し、翼角制御手段(図示省略)により翼角を変更する。かかる翼角に対応するアクチュエータの往復変位はドライブリング10に伝達され、該ドライブリング10が回動駆動される。
該ドライブリング10の回動により、該ドライブリング10に形成された溝部10aに係合されている係合用突起11bを介してレバープレート11がノズル軸6b回りに回動し、該ノズル軸6bの回動によりノズルベーン6aが回動して、翼角が変化する。
特開2008−128065号公報 特開2008−215083号公報 米国特許2860827号公報
しかし、図5ないし図7に示した従来の可変容量型排気ターボ過給機では、可変ノズル機構が高温に晒されることにより、可変ノズル機構の内部部品が熱変形することがある。その際にスリーブ部材12が圧縮変形したり、スリーブ部材12と、ノズルプレート9又はノズルマウント7との接触面が陥没したり、ノズルプレート9が反るような変形をしたりすることにより、ノズルベーン6aと、ノズルマウント7又はノズルプレート9との隙間が減少することがある。もし、隙間が過小になると、ノズルベーン6aが作動不良を起こすことがある。また、締結ボルトB(図5記載)が、タービンハウジング1と軸受ハウジング4とで内包される空間に存在するため、締結ボルトBが高温となり、熱伸びやエンジン振動によるボルト緩みが発生する危険があった。
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、可変ノズル機構の内部部品の変形に起因した作動不良が発生しない、及び可変ノズル機構を締結するボルトに緩みが発生しない、可変容量型排気ターボ過給機を提供することを目的とする。
本発明はかかる課題を解決する手段としてなされたものである。
本発明は、内燃機関の排気ガスが内部に導入されるタービンハウジングと、該タービンハウジング内に設けられて排気ガスによって回転駆動されるタービンロータと、一端が前記タービンハウジング内に挿入され、該一端に前記タービンロータが取り付けられるタービンシャフトと、該タービンシャフトを支持する軸受と、前記タービンハウジングに連結されて内部に前記軸受が収納される軸受ハウジングと、該軸受ハウジングに固定され、前記タービンロータへの排気ガスの流れを調整する可変ノズル機構と、を備え、前記可変ノズル機構は、ノズルと、該ノズルを保持するノズルマウントと、該ノズルと係合するレバープレートと、該レバープレートと係合するドライブリングと、を備える可変容量型排気ターボ過給機であって、前記タービンハウジングは内筒部と外筒部とを有する2重筒構造にされ、前記内筒部には、前記ノズルの先端が当接する輪環状のノズルプレートが設けられ、前記ノズルマウントと前記ノズルプレートとにはそれぞれ同軸上に貫通穴及び貫通螺子穴が形成され、前記ノズルマウントと前記ノズルプレートとの間には、前記貫通穴及び前記貫通螺子穴と同軸上にスリーブ部材が設けられ、前記ノズルマウントと前記ノズルプレートとは前記貫通穴、前記スリーブ部材及び前記貫通螺子穴の順に挿通された締結ボルトにより連結され、前記スリーブ部材は、前記ノズルマウント及び前記ノズルプレートと接する部分の肉厚が中央部の肉厚より厚くされ、前記スリーブ部材の両端部はフランジ状にされ、かつフランジ外周端側に近づくに連れてフランジの厚さが薄くなる形状にされ、 さらに、前記スリーブ部材には、前記締結ボルトより低線膨脹係数の材料が用いられ、前記スリーブ部材の端部と、ノズルマウント及びノズルプレートとの接触部分での塑性変形を抑制するように構成されたことを特徴とする。
かかる発明では、スリーブ部材の端部と、ノズルマウント及びノズルプレートとの接触面積が拡大するため、単位面積当たりの接触面圧が低減され、接触面の陥没などの塑性変形の発生を抑制することができる。なお、接触面の陥没はノズル端面の隙間低減に繋がる可能性があり、ノズル固着の原因となり得る。また、ガス流路に晒されるスリーブ中央部が比較的細径であるため、排気ガスの流れの乱れが抑制され、タービン性能の低下を抑えることができる。
また、かかる発明では、前記スリーブ部材の端部はフランジ状にされ、かつフランジ外周端側に近づくに連れてフランジの厚さが薄くなる形状にされているので、フランジ外周端側に近づくに連れて弾性変形が容易となり、スリーブ部材と、ノズルマウント及びノズルプレートとの接触面圧の分布が均一に近づく。その結果、フランジ外周端近傍での強い当たりとそれに伴う塑性変形を抑止することができる。
また、かかる発明では、前記スリーブ部材は、前記締結ボルトより低線膨脹係数の材料が用いられているので、ターボ過給機の運転中は、排気ガスに直接晒されるスリーブ部材の方が締結ボルトより高温になるため、スリーブ部材の熱伸びが大きくなって、スリーブ部材とノズルマウント及びノズルプレートとの接触面圧が高くなり易い。スリーブ部材に線膨脹係数の低い材料を用いることで、接触面圧が高くなる現象が抑制され、接触面の塑性変形によるノズル端面の隙間低減を抑制することができる。
本発明は、さらに、前記スリーブ部材は、前記ノズルマウント、前記ノズルプレート及び前記締結ボルトより低剛性の部材であることを特徴とする。
かかる発明では、スリーブ部材がノズルマウント及びノズルプレートより先に変形するため、スリーブ部材と、ノズルマウント及びノズルプレートとの接触面の面圧低減効果が大きく、結果としてノズル端面とノズルプレート表面との隙間の変化をより抑制することができる。
本発明は、さらに、前記ノズルプレート表面から突出した前記締結ボルトの先端は、かしめられていることを特徴とする。
かかる発明では、ノズルプレートの貫通螺子穴に締結ボルトが螺合されるので、ボルト緩みによるノズルプレートの振動過大を抑止することができる。また、ノズルマウントとノズルプレートとの締結部品の破損のリスクを低減することができる。締結ボルトの先端がかしめられているため、可変ノズル機構を締結するボルトの緩みを確実に防止することができる。
本発明は、さらに、前記ノズルプレートの過給機下流側の面にはリブが設けられていることを特徴とする。
かかる発明では、ノズルプレートにリブを設けることにより、運転中のノズルプレートの熱変形が抑制され、ノズル端面の隙間の低減を抑制することができる。また、リブを設けずに板厚を増加させる場合と比べて、ノズルプレートが軽量化され、エンジンなどの高周波数の振動外力を受けた場合にノズルマウントとノズルプレートとを締結するボルトに発生する動荷重を低減することができ、締結ボルトの破損に対する信頼性が高まる。
本発明は、さらに、前記リブは、円周方向、半径方向又はこれらの両方向に沿って形成されていることを特徴とする。
かかる発明では、円周方向のリブによりノズルプレートの周方向の変形の均一化及び変形の抑止が図られると共に、半径方向のリブによりノズルプレートの半径方向での湾曲を抑止することができる。
本発明の可変容量型排気ターボ過給機では、可変ノズル機構の内部部品の変形に起因した作動不良が発生しない。また、可変ノズル機構を締結するボルトに緩みが発生しない。
図1は、本発明の可変容量型排気ターボ過給機の第1実施形態を示す説明図である。図1(A)は、可変容量型排気ターボ過給機の要部の断面を示しており、図1(B)は、スリーブ部材を拡大して示している。 図2は、本発明の可変容量型排気ターボ過給機の第2実施形態を示す説明図である。 図3は、本発明の可変容量型排気ターボ過給機の第3実施形態を示す説明図である。 図4は、ノズルプレートに形成されたリブを示す説明図である。図4(a)は、円周方向のリブが形成されたノズルプレートを示している。図4(b)は、円周方向のリブと半径方向のリブとが形成されたノズルプレートを示している。図4(c)は、図4(b)に対し、円周方向のリブを1つ増やしたノズルプレートを示している。 図5は、従来の可変容量型排気ターボ過給機を示す説明図である。 図6は、図5のノズルマウント付近を示す拡大図である。 図7は、図6の矢視Aから見た形態を示す説明図である。
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置などは特に記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
[第1実施形態]
図1は、本発明の可変容量型排気ターボ過給機の第1実施形態を示している。この図は回転軸心Kに沿う部分断面図である。図に示すように、ターボ過給機には、内燃機関の排気ガスが内部に導入される厚肉多筒状のタービンハウジング1が設けられており、このタービンハウジング1の上流側の外周部には渦巻き状にスクロール2が形成されている。一方、タービンハウジング1の上流側の内周部には、排気ガスによって回転駆動される輻流型のタービンロータ3が設けられている。このタービンロータ3は、タービンシャフト3Aの一端に設けられている。タービンシャフト3Aの一端は、タービンハウジング1内に挿入されている。タービンシャフト3Aは、回転中心が図中、回転軸心Kであり、コンプレッサ(図示省略)と同軸である。また、タービンシャフト3Aは、軸受5を介して軸受ハウジング4に回転自在に支持されている。
軸受ハウジング4の背面には輪環状の凹部が形成され、この凹部に、ノズル6、ノズル6を保持するノズルマウント7、ノズルプレート9、ドライブリング10、及びノズル6やドライブリング10と係合するレバープレート11などを備えるノズルアッセンブリとして可変ノズル機構8が設けられている。この可変ノズル機構8は、軸受ハウジング4に固定され、排気ガスの流れを調整する機能を有する。
ノズル6は、回転軸心K回りに等間隔で複数設けられている。また、ノズル6は、ターボ過給機のラジアル方向の位置ではスクロール2の内周側に位置している。ノズル6はノズルべーン6aとノズル軸6bを有している。ノズル軸6bは、軸受ハウジング4に固定されたノズルマウント7に回動可能に支持されている。そして、この可変ノズル機構8では、ノズルベーン6aの翼角を変化させることが可能となっている。
ノズルベーン6aは、ノズルマウント7と、このノズルマウント7に結合された環状のノズルプレート9との間に配置され、該ノズルプレート9はタービンハウジング1の内筒部1aの先端側に外嵌されている。
ノズルマウント7の先端側の隆起部には、円盤状のドライブリング10が回転可能に設けられている。このドライブリング10には、レバープレート11が係合している。
また、レバープレート11の内周側には回転軸心Kに沿った貫通穴が形成され、この貫通穴に、ノズル軸6bの先端側に形成された固定部6cが挿入されている。
上記構成からなる可変ノズル機構付き可変容量型排気ターボ過給機の作動時において、エンジン(図示省略)からの排気ガスはスクロール2に入り、該スクロール2の渦巻きに沿って周回しながらノズルベーン6aに流入する。そして、この排気ガスは、ノズルベーン6aの翼間を通過してタービンロータ3にその外周側から流入し、中心側に向かい半径方向に流れてタービンロータ3に膨張仕事をなした後、軸方向に沿って流れ、ガス出口に案内されて機外に送出される。
かかる可変容量型排気ターボ過給機の容量を制御するにあたっては、ノズルベーン6aを流れる排気ガスが所要の流速になるような該ノズルベーン6aの翼角を設定し、翼角制御手段(図示省略)により翼角を変更する。かかる翼角に対応するアクチュエータの往復変位はドライブリング10に伝達され、該ドライブリング10が回動駆動される。
該ドライブリング10の回動により、該ドライブリング10に係合されているレバープレート11をノズル軸6b回りに回動させ、該ノズル軸6bの回動によりノズルベーン6aが回動して、翼角が変化する。
そして、本実施形態では、タービンハウジング1は内筒部1aと外筒部1bとを有する2重筒構造にされている。この内筒部1aには、ノズル6の先端が当接する輪環状のノズルプレート9が設けられている。また、ノズルマウント7とノズルプレート9とには、それぞれ同軸上に貫通穴7a及び貫通螺子穴9aが形成されている。また、ノズルマウント7とノズルプレート9との間には、貫通穴7a及び貫通螺子穴9aと同軸上にスリーブ部材12が設けられている。そして、ノズルマウント7とノズルプレート9とは貫通穴7a、スリーブ部材12及び貫通螺子穴9aの順に挿通された締結ボルトBにより連結され、スリーブ部材12は、ノズルマウント7及びノズルプレート9と接する部分の径方向の肉厚が中央部の肉厚より厚くされている。そのため、スリーブ部材12の端部と、ノズルマウント7及びノズルプレート9との接触面積が拡大するため、単位面積当たりの接触面圧が低減され、接触面の陥没などの塑性変形の発生を抑制することができる。なお、接触面の陥没はノズル端面の隙間低減に繋がる可能性があり、ノズル固着の原因となり得る。また、ガス流路に晒されるスリーブ中央部が比較的細径であるため、排気ガスの流れの乱れが抑制され、タービン性能の低下を抑えることができる。
また、本実施形態では、スリーブ部材12の端部は軸方向を中心にフランジ状にされ、かつフランジ外周端側に近づくに連れてフランジの厚さが薄くなる形状にされている。そのため、フランジ外周端側に近づくに連れて弾性変形が容易となり、スリーブ部材12と、ノズルマウント7及びノズルプレート9との接触面圧の分布が均一に近づく。その結果、フランジ外周端近傍での強い当たりとそれに伴う塑性変形を抑止することができる。
なお、スリーブ部材12は、ノズルマウント7、ノズルプレート9及び締結ボルトBより低剛性の部材であることが好ましい。スリーブ部材12がノズルマウント7及びノズルプレート9より先に変形すれば、スリーブ部材12とノズルマウント7及びノズルプレート9との接触面の面圧低減効果が大きく、結果としてノズル端面とノズルプレート表面との隙間の変化をより抑制することができるからである。
具体的には、締結ボルトBとスリーブ部材12の材料の組み合わせとしては、例えば、締結ボルトBにNi基耐熱合金又は析出硬化型耐熱鋼を用い、スリーブ部材12にオーステナイト系ステンレス鋼を用いる組み合わせが挙げられる。
また、スリーブ部材12には、締結ボルトBより低線膨脹係数の材料を用いることが好ましい。ターボ過給機の運転中は、排気ガスに直接晒されるスリーブ部材12の方が締結ボルトBより高温になるため、スリーブ部材12の熱伸びが大きくなって、スリーブ部材12とノズルマウント7及びノズルプレート9との接触面圧が高くなり易いからである。スリーブ部材12に線膨脹係数の低い材料を用いることで、接触面圧が高くなる現象が抑制され、接触面の塑性変形によるノズル端面の隙間低減を抑制することができる。
締結ボルトBとスリーブ部材12の材料の組み合わせとしては、例えば、締結ボルトBにオーステナイト系ステンレス鋼を用い、スリーブ部材12にフェライト系ステンレス鋼を用いる組み合わせが挙げられる。又は、線膨張係数の差を考慮してステンレス鋼同士の組み合わせにすることも可能である。
[第2実施形態]
図2は、本発明の可変容量型排気ターボ過給機の第2実施形態を示している。なお、この第2実施形態では、第1実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態では、ノズルプレート9の表面から突出した該締結ボルトBの先端は、かしめられている。
この構成では、ノズルプレート9の貫通螺子穴9aに締結ボルトBが螺合されるので、ボルト緩みによるノズルプレート9の振動過大を抑止することができる。また、ノズルマウント7とノズルプレート9との締結部品の破損のリスクを低減することができる。また、締結ボルトBの先端がかしめられているため、可変ノズル機構8を締結する締結ボルトBの緩みを確実に防止することができる。また、この方法を第1実施形態と併用すると、締結ボルトB先端のかしめ時に加わる加工荷重に起因したスリーブ部材12と、ノズルプレート9又はノズルマウント7との接触面の変形も抑制でき、効果的である。
[第3実施形態]
図3は、本発明の可変容量型排気ターボ過給機の第3実施形態を示している。なお、この第3実施形態では、第1実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態では、ノズルプレート9の過給機下流側の面にはリブ9bが形成されている。より具体的には、図4(a)に示すように、円盤状のノズルプレート9の内周端部に円環状のリブ9bが形成されている。ここでリブ9bは、ノズルプレート9の一部として形成されているが、別部材として取り付けるようにしてもよい。
本実施形態のように、ノズルプレート9にリブ9bを設けることにより、運転中のノズルプレート9の熱変形が抑制され、ノズル端面の隙間の低減を抑制することができる。また、リブ9bを設けずに板厚を増加させる場合と比べて、ノズルプレート9が軽量化され、エンジンなどの高周波数の振動外力を受けた場合にノズルマウント7とノズルプレート9とを締結する締結ボルトBに発生する動荷重を低減することができ、締結ボルトBの破損に対する信頼性が高まる。
なお、本実施形態では、リブ9bが円周方向に沿って形成されている例について説明したが、リブ9bの形成方法は特に限定されない。例えば、図4(b)に示すように、円周方向と半径方向との両方向に沿ったリブ9b,9cを形成してもよい。このようにすると、円周方向のリブ9bによりノズルプレート9の周方向の変形の均一化及び変形の抑止が図られると共に、半径方向のリブ9bによりノズルプレート9の半径方向での湾曲を抑止することができる。
さらに、図4(c)に示すように円周方向のリブ9bを同心円状に増やすと、さらにノズルプレート9の強度が向上する。
以上、本発明を説明してきたが、本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、その本質を逸脱しない範囲で、他の種々の変形が可能であることはいうまでもない。
本発明の可変容量型排気ターボ過給機では、可変ノズル機構内部部品の変形に起因した作動不良が発生しない。また、可変ノズル機構を締結するボルトに緩みや破損が発生しない。本発明の特徴部分の構成は、タービンハウジング、軸受ハウジング及びノズルマウントを備える過給機全体に適用することが可能である。
1 タービンハウジング
1a 内筒部
1b 外筒部
2 スクロール
3 タービンロータ
3A タービンシャフト
4 軸受ハウジング
5 軸受
6 ノズル
6a ノズルべーン
6b ノズル軸
6c 固定部
7 ノズルマウント
7a 貫通穴
8 可変ノズル機構
9 ノズルプレート
9a 貫通螺子穴
9b,9c リブ
10 ドライブリング
10a 溝部
11 レバープレート
11a 湾曲部
11b 係合用突起
12 スリーブ部材
B 締結ボルト
K 回転軸心

Claims (5)

  1. 内燃機関の排気ガスが内部に導入されるタービンハウジングと、
    該タービンハウジング内に設けられて排気ガスによって回転駆動されるタービンロータと、
    一端が前記タービンハウジング内に挿入され、該一端に前記タービンロータが取り付けられるタービンシャフトと、
    該タービンシャフトを支持する軸受と、
    前記タービンハウジングに連結されて内部に前記軸受が収納される軸受ハウジングと、
    該軸受ハウジングに固定され、前記タービンロータへの排気ガスの流れを調整する可変ノズル機構と、
    を備え、
    前記可変ノズル機構は、ノズルと、該ノズルを保持するノズルマウントと、該ノズルと係合するレバープレートと、
    該レバープレートと係合するドライブリングと、
    を備える可変容量型排気ターボ過給機であって、
    前記タービンハウジングは内筒部と外筒部とを有する2重筒構造にされ、
    前記内筒部には、前記ノズルの先端が当接する輪環状のノズルプレートが設けられ、
    前記ノズルマウントと前記ノズルプレートとにはそれぞれ同軸上に貫通穴及び貫通螺子穴が形成され、
    前記ノズルマウントと前記ノズルプレートとの間には、前記貫通穴及び前記貫通螺子穴と同軸上にスリーブ部材が設けられ、
    前記ノズルマウントと前記ノズルプレートとは前記貫通穴、前記スリーブ部材及び前記貫通螺子穴の順に挿通された締結ボルトにより連結され、
    前記スリーブ部材は、前記ノズルマウント及び前記ノズルプレートと接する部分の肉厚が中央部の肉厚より厚くされ
    前記スリーブ部材の両端部はフランジ状にされ、かつフランジ外周端側に近づくに連れてフランジの厚さが薄くなる形状にされ、
    さらに、前記スリーブ部材には、前記締結ボルトより低線膨脹係数の材料が用いられ、
    前記スリーブ部材の端部と、ノズルマウント及びノズルプレートとの接触部分での塑性変形を抑制するように構成されたことを特徴とする可変容量型排気ターボ過給機。
  2. 前記スリーブ部材は、前記ノズルマウント、前記ノズルプレート及び前記締結ボルトより低剛性の部材であることを特徴とする請求項1に記載の可変容量型排気ターボ過給機。
  3. 前記ノズルプレート表面から突出した前記締結ボルトの先端は、かしめられていることを特徴とする請求項1に記載の可変容量型排気ターボ過給機。
  4. 前記ノズルプレートの過給機下流側の面にはリブが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の可変容量型排気ターボ過給機。
  5. 前記リブは、円周方向、半径方向又はこれらの両方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項4に記載の可変容量型排気ターボ過給機。
JP2009044722A 2009-02-26 2009-02-26 可変容量型排気ターボ過給機 Active JP5101546B2 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009044722A JP5101546B2 (ja) 2009-02-26 2009-02-26 可変容量型排気ターボ過給機
PCT/JP2009/066101 WO2010097980A1 (ja) 2009-02-26 2009-09-15 可変容量型排気ターボ過給機
CN2009801571515A CN102325974B (zh) 2009-02-26 2009-09-15 可变容量型排气涡轮增压机
KR1020117019601A KR101304115B1 (ko) 2009-02-26 2009-09-15 가변 용량형 배기 터보 과급기
EP09840827.1A EP2402579B1 (en) 2009-02-26 2009-09-15 Variable capacity type exhaust turbo-supercharger
US13/146,030 US8806867B2 (en) 2009-02-26 2009-09-15 Variable geometry exhaust turbocharger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009044722A JP5101546B2 (ja) 2009-02-26 2009-02-26 可変容量型排気ターボ過給機

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010196657A JP2010196657A (ja) 2010-09-09
JP5101546B2 true JP5101546B2 (ja) 2012-12-19

Family

ID=42665200

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009044722A Active JP5101546B2 (ja) 2009-02-26 2009-02-26 可変容量型排気ターボ過給機

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8806867B2 (ja)
EP (1) EP2402579B1 (ja)
JP (1) JP5101546B2 (ja)
KR (1) KR101304115B1 (ja)
CN (1) CN102325974B (ja)
WO (1) WO2010097980A1 (ja)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4809086A (en) * 1987-08-13 1989-02-28 Tokyo Electric Co., Ltd. Input scanning device
US7559199B2 (en) * 2006-09-22 2009-07-14 Honeywell International Inc. Variable-nozzle cartridge for a turbocharger
GB201015679D0 (en) * 2010-09-20 2010-10-27 Cummins Ltd Variable geometry turbine
KR101265578B1 (ko) 2011-04-20 2013-05-22 (주)계양정밀 터보차져의 가변노즐장치
CN102242645B (zh) * 2011-07-21 2015-03-11 湖南天雁机械有限责任公司 涡轮增压器整体式可变喷嘴环
JP5854819B2 (ja) * 2011-12-22 2016-02-09 三菱重工業株式会社 ターボチャージャーの締結部構造
DE112013001366T5 (de) * 2012-04-03 2014-11-27 Borgwarner Inc. Haltesystem und Verfahren für Leitschaufelkranzeinheit
JP6037712B2 (ja) 2012-08-08 2016-12-07 三菱重工業株式会社 可変容量型排気ターボ過給機
US8979508B2 (en) * 2012-11-12 2015-03-17 Honeywell International Inc. Turbocharger and variable-nozzle cartridge therefor
JP6149426B2 (ja) * 2013-03-01 2017-06-21 株式会社Ihi 可変容量型過給機
US9664060B2 (en) 2013-03-01 2017-05-30 Ihi Corporation Variable nozzle unit and variable geometry system turbocharger
JP6152049B2 (ja) 2013-12-19 2017-06-21 株式会社Ihi 可変ノズルユニット及び可変容量型過給機
JP6486648B2 (ja) * 2014-10-28 2019-03-20 三菱重工業株式会社 遠心圧縮機およびそれを備えた過給機
CN104454034B (zh) * 2014-12-12 2016-07-06 常州环能涡轮动力股份有限公司 快插式双密封可变喷嘴涡轮增压器
US10393009B2 (en) * 2016-04-19 2019-08-27 Garrett Transportation I Inc. Adjustable-trim centrifugal compressor for a turbocharger
JP6655755B2 (ja) * 2017-03-16 2020-02-26 三菱重工業株式会社 可変ノズル装置及び可変容量型排気ターボ過給機
US10494956B2 (en) * 2017-10-16 2019-12-03 General Electric Company Fastener assembly for securing a turbomachine casing and method for securing the casing
US11486304B2 (en) 2017-11-03 2022-11-01 Borgwarner Inc. Lever with pre-attached self locking nut for a variable turbine geometry turbocharger
US11236669B2 (en) 2017-12-20 2022-02-01 Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. Turbine and turbocharger
US10731488B2 (en) * 2018-02-04 2020-08-04 Garrett Transportation I Inc. Turbocharger turbine assembly
US10648360B1 (en) * 2018-09-25 2020-05-12 Garrett Transportation I Inc. Turbocharger turbine assembly
JP6797167B2 (ja) * 2018-11-05 2020-12-09 株式会社豊田自動織機 ターボチャージャ
US11713709B2 (en) * 2019-03-28 2023-08-01 Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. Nozzle device and exhaust turbocharger

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2860827A (en) 1953-06-08 1958-11-18 Garrett Corp Turbosupercharger
JPS62154240U (ja) * 1986-03-24 1987-09-30
JP3664761B2 (ja) * 1994-12-22 2005-06-29 三菱重工業株式会社 排気ターボ過給機の可変容量タービン
JPH11336554A (ja) * 1998-05-21 1999-12-07 Toyota Motor Corp ターボチャージャ
JP2001289050A (ja) 1999-05-20 2001-10-19 Hitachi Ltd 可変容量ターボ過給機
JP3959207B2 (ja) * 1999-08-31 2007-08-15 株式会社ニチダイ 排気量調整機構及びターボチャージャ
US6471470B2 (en) 2001-02-26 2002-10-29 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Vane adjustment mechanism for variable capacity turbine, and assembling method for the same
EP1394363B1 (de) * 2002-08-26 2006-03-01 BorgWarner Inc. Verstellbares Leitgitter für eine Turbineneinheit
EP1398463B1 (de) 2002-09-10 2006-07-12 BorgWarner Inc. Leitgitter variabler Geometrie und Turbolader mit einem solchen Leitgitter
JP4008404B2 (ja) 2002-10-18 2007-11-14 三菱重工業株式会社 可変容量型排気ターボ過給機
DE10325985A1 (de) 2003-06-07 2004-12-23 Ihi Charging Systems International Gmbh Leitapparat für eine Abgasturbine
JP4370253B2 (ja) * 2003-10-17 2009-11-25 三菱重工業株式会社 排気ターボ過給機の可変ノズル機構、それを備えた排気ターボ過給機及びその製造方法
EP1528225B1 (de) * 2003-10-27 2006-08-16 BorgWarner Inc. Strömungsmaschine und Verfahren zum Herstellen eines Leitgitters
KR20060015996A (ko) * 2004-08-16 2006-02-21 현대자동차주식회사 가변 용량 터보차저의 소음 저감구조
JP4275081B2 (ja) * 2005-02-10 2009-06-10 三菱重工業株式会社 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
EP1945928B2 (en) * 2005-10-18 2015-11-25 Honeywell International Inc. Turbocharger and variable-nozzle cartridge therefor
JP4755071B2 (ja) 2006-11-20 2011-08-24 三菱重工業株式会社 排気ターボ過給機
JP4858176B2 (ja) * 2007-01-15 2012-01-18 トヨタ自動車株式会社 可変ノズルターボチャージャ及びこれを備えたエンジン
US7918023B2 (en) 2007-02-08 2011-04-05 Honeywell International Inc. Method for manufacturing a variable-vane mechanism for a turbocharger
JP2008215083A (ja) 2007-02-28 2008-09-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 可変容量型排気ターボ過給機における可変ノズル機構部取付構造

Also Published As

Publication number Publication date
EP2402579A4 (en) 2012-08-15
JP2010196657A (ja) 2010-09-09
US8806867B2 (en) 2014-08-19
WO2010097980A1 (ja) 2010-09-02
EP2402579B1 (en) 2016-12-07
CN102325974A (zh) 2012-01-18
EP2402579A1 (en) 2012-01-04
KR20110111501A (ko) 2011-10-11
KR101304115B1 (ko) 2013-09-05
US20110296829A1 (en) 2011-12-08
CN102325974B (zh) 2013-09-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5101546B2 (ja) 可変容量型排気ターボ過給機
US8376696B2 (en) Variable-capacity exhaust turbocharger equipped with variable-nozzle mechanism
KR100910439B1 (ko) 사류 터빈 또는 래디얼 터빈
EP3187710B1 (en) Turbine housing and method for manufacturing turbine housing
JP5047364B2 (ja) ラジアルタービンのスクロール構造
US10302012B2 (en) Variable nozzle unit and variable geometry system turbocharger
JP5039730B2 (ja) 可変容量型排気ターボ過給機
JP5010631B2 (ja) 可変容量型排気ターボ過給機
EP2617961A1 (en) Turbine scroll structure
JP5681384B2 (ja) タービンエンジン用のロータブレード
US20140017060A1 (en) Radial compressor blade clearance control system
EP2354462B1 (en) Compressor
JP4625158B2 (ja) 遠心式コンプレッサ
JP4812597B2 (ja) ターボチャージャ
JP2017078406A (ja) ガスタービンギアボックス入力シャフト
US11814987B2 (en) Turbine engine comprising a straightening assembly
JP2011510207A (ja) ガイド・デバイス
JP5854819B2 (ja) ターボチャージャーの締結部構造
EP3287619B1 (en) Variable nozzle mechanism and variable geometry turbocharger
EP3222811A1 (en) Damping vibrations in a gas turbine
JP7315109B2 (ja) 過給機
JP2010242520A (ja) 可変容量型タービン及び可変容量型ターボチャージャ
JP7097505B2 (ja) ノズル装置及び排気ターボ過給機
EP3631171B1 (en) Gas turbine engine rotor disc retention assembly
WO2024070040A1 (ja) 回転装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110414

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120601

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120727

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120904

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120926

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151005

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5101546

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151005

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350