JPH0227121Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、自動車用エンジン等に使用される排
気過給機、特にタービンノズルに角度調節機能を
持たせた可変ベーン付排気過給機に関する。

従来の技術 排気過給機は内燃機関の排気マニホルドから供
給される高温高圧の排気でタービンを回転させ、
タービンに直結されるコンプレツサを駆動するこ
とにより、吸気マニホルドを介し各シリンダに供
給される吸気を過給するよう作動する。通常、内
燃機関に取付けられる排気過給機は、内燃機関の
設定運転域の下限側に近づくと、排気過給機の過
給効果は低下することが多い。このような低速運
転域における過給効果を増大させ、内燃機関の低
速トルクの増大を計るため、角度可変のタービン
ノズルベーンを備えた排気過給機が既に知られて
いる（例えば、実開昭58−82439号）。

この種の公知の可変ベーン付排気過給機は、例
えば第４図および第５図に示すような構造のもの
である。すなわち、第４図および第５図におい
て、排気過給機１０は中央のベアリングハウジン
グ１１と、このベアリングハウジングの左側に取
付けられる吸気側のコンプレツサハウジング１２
と、右側に取付けられる排気側のタービンハウジ
ング１３とで構成される。ベアリングハウジング
１１はそのほぼ中心部でセンタシヤフト１５を回
転可能に支持している。このセンタシヤフト１５
はその左右端にコンプレツサロータ１６とタービ
ンロータ１７とを取付けている。ベアリングハウ
ジング１１とタービンハウジング１３との間には
タービンロータ１７が収容され、このタービンロ
ータ１７の外周囲に環状流路２２が形成される。
この環状流路２２には排気マニホルド（図示せ
ず）からタービンハウジング１３へ流入する高温
高圧の排気ガスが供給され、この排気の速度エネ
ルギを受けてタービンロータ１７が回転する。こ
のように、タービンロータ１７が回転することに
より、センタシヤフト１５を介してコンプレツサ
ロータ１６が回転し、吸気管（図示せず）より供
給された吸入空気を過給して吸気マニホルドおよ
びシリンダ（図示せず）へ供給するのである。環
状流路２２には、複数個のノズルベーン２４が環
状に配列され、それぞれ壁部２３を貫通する支軸
２５の一端に固着される。各ノズルベーン２４は
支軸２５中心に回動することにより、互いに隣り
合うノズルベーン２４との間の間隔ｔ（第５図）
を可変することになり、これにより、環状流路２
２の開口量を可変することができる。このように
角度可変のノズルベーンは、第４図に示すよう
に、環状流路２２の２平行面間に設置されてお
り、その面に直角な支軸２５まわりに角度が変化
する。ノズルベーン２４の軸方向の幅は、２平行
面間の幅より若干小さくなつているが、そのクリ
アランスが小さいほど流体力学的性能が優れてい
る。すなわち、そのクリアランスからの排気ガス
の漏れは少なく、環状流路２２の開口量を精度良
く制御できると共に排気ガスの圧力を有効に使用
することができる。一方、そのクリアランスが大
きいほどノズルベーン２４と環状流路２２の壁と
の接触が防止でき、熱変形やノズルベーン支軸２
５のガタの影響を受けにくく、ノズル可変機構の
信頼性が高くなる。小形ターボチヤージヤではそ
のクリアランスの影響が大きい為に、クリアラン
スを小さくする必要があるが、同時に、ノズル可
変機構の信頼性確保が必須である。

考案が解決しようとする問題点 本考案はタービンロータの外周囲に環状流路が
形成され、該環状流路にはタービンロータの軸に
平行な軸まわりに回動可能な多数の可変ノズルベ
ーンが設けられ、これらの可変ノズルベーンを具
えた前記環状流路よりタービンロータに向けて排
気ガスを流入せしめ、排気ガスの圧力により該タ
ービンロータを回転せしめるようにした可変ベー
ン付排気過給機において、機関回転数が低く排気
ガスの流量が少ない域での流体力学的特性の向上
を図り、もつて過給効率を上昇させ、一方機関回
転数が高く排気ガスの流量が多い域での可変ベー
ンの信頼性の向上を図ることである。

問題点を解決するための手段 本考案によれば、上述のような可変ベーン付排
気過給機において、環状流路を形成する相対向す
る壁を、タービンロータの軸を中心とし可変ノズ
ルベーンの軸までの所定半径の近傍の環状領域で
は、ノズルベーン軸に直角な所定の平行幅とし、
該平行幅の環状領域の内径側および外径側の環状
領域を前記所定の平行幅より大きな幅を有する領
域とし、ノズルベーンの最も閉じた位置では該ノ
ズルベーンは前記所定の平行幅の領域にのみ位置
し、ノズルベーンの最も開いた位置では該ノズル
ベーンは前記内径側および外径側の領域にわたつ
て位置することを特徴とする可変ベーン付排気過
給機が提供される。この場合において、前記内径
側および外径側の環状領域は、それぞれ内径およ
び外径に向うに従つて幅が漸増するテーパ状とす
るのが望ましい。

実施例 第１図および第２図は本考案の第１実施例を示
すものである。前述のように、内燃機関から排出
された排気ガスはタービンハウジング１３に導か
れ、環状流路２２を通る。その際、この環状流路
２２内にある多数のノズルベーン２４で方向を変
えられて加速され、隣接するこれらのノズルベー
ン２４間の間隔ｔを通り、タービンロータ１７を
回転せしめて排出される。

ノズルベーン２４は各支軸２５のまわりで回動
して角度が変化できるようになつており、これに
より隣接するノズルベーン２４間の間隔ｔが変化
する。支軸２５は、タービンロータ１７の軸１７
ａ、すなわち第４図のセンターシヤフト１５の軸
と平行であり、このタービンロータ軸１７ａを中
心とする所定半径Ｒの円周上に多数配列されてい
る。環状流路２２は、相対向するベアリングハウ
ジング１１側の壁２２ａとタービンハウジング１
３側の壁２２ｂとの間に規定されている。これら
の相対向する２つの壁２２ａ，２２ｂは、複数の
面で形成されている。すなわち、タービンロータ
１７の軸１７ａから前述の所定半径Ｒの近傍の環
状領域、例えばタービンロータ１７の軸１７ａを
中心として半径がR₁−R₂の領域Ａでは、ノズル
ベーン支軸２５に直角な所定の平行幅Ｗの領域と
し、またその環状領域Ａから内径側および外径側
の環状領域Ｂ，Ｃでは、それぞれ内径側および外
径側に向うに従つて幅が漸増するような円錐面、
すなわちテーパ状断面となるように構成した。

一方、ノズルベーン２４の軸方向の幅は一定で
ある。従つて、ノズルベーン２４の端面２４ａ，
２４ｂから相対向する壁２２ａ，２２ｂまでのク
リアランスｘは領域Ａでは一定で小さく、また領
域Ｂでは内径側へ向うに従つて、領域ｃでは外径
側へ向うに従つてそれそれれ漸次大きくなる。
今、第２図の実線で示すように、ノズルベーン２
４が最も閉じた状態にあり、隣接するノズルベー
ン２４間の間隔ｔが最小である時、ノズルベーン
２４は完全に平行な領域Ａに含まれており、従つ
てクリアランスｘを小さくすることができる。ま
た、第２図の破線で示すように、ノズルベーン２
４が最も開いた状態にあり、隣接するノズルベー
ン２４間の間隔ｔが最大である時、ノズルベーン
２４は支軸２５から離れた部分がテーパ状の領域
Ｂ，Ｃにあるので、クリアランスｘが大きくな
る。

ノズルベーン２４の支軸２５は、機関回転数又
は負荷により図示しない機構によつて駆動され、
機関回転数又は負荷が大きく排気ガスの流量が多
い時は、第２図の破線のようにノズルベーン２４
は反時計方向に回転して隣接するノズルベーン２
４間の間隔ｔを大きくする。一方、機関回転数又
は負荷が小さく排気ガスの流量が少ない時は、第
２図の実線で示すようにノズルベーン２４は時計
方向に回転して隣接するノズルベーン２４の間隔
ｔを小さくする。このように排気ガス流量の少な
い時は、クリアランスｘが流体力学的特性に与え
る影響は大であるが、本考案ではノズルベーン２
４が環状流路２２の平行領域Ａにあるのでクリア
ランスｘを小さくすることができ、従つて排気ガ
ス流の流体力学的特性を損なわずにタービンロー
タ１７を回転させるために排気ガス流を有効に使
用し、過給効率を高めることができる。

一方、排気ガスの流量の多い時は、クリアラン
スｘが流体力学的特性に与える影響は小さいの
で、、ノズルベーン２４が環状流路２２の平行領
域Ａからテーパ領域Ｂ，Ｃへ延びていてクリアラ
ンスｘを大きくしても過給効率に影響を与えるこ
とはなく、ノズルベーン２４と環状流路２２の壁
２２ａ，２２ｂとの干渉を避けることができ、可
変ベーンの信頼性を高めることができる。

第３図は本考案の第２実施例であり、この実施
例では、環状流路３２の相対向する壁３２ａ，３
２ｂは、前述と同様の平行壁の環状領域Ａを有
し、その内径側および外径側の環状領域Ｄ，Ｅで
は領域Ａの軸方向の幅Ｗよりも大きな軸方向の幅
を有し、ノズルベーン２４は前述と同様最も閉じ
た位置では領域Ａ内にあり、最も開いた位置では
領域Ａから領域Ｄ，Ｅへ延びている。作用は第１
実施例の場合とほぼ同様である。

なお、第１および第２実施例において、環状流
路２２，３２の相対向する壁２２ａ，２２ｂ，３
２ａ，３２ｂの両側でなくて、片側のみに前述の
ようなテーパ壁や軸方向に幅の大きくなつた部分
を設けてもよい。

考案の効果 800℃以上のエンジン排気ガスの中で、可動機
能を発揮する為には、熱変形を吸収する為に、各
部のクリアランスは大きくならざるをえないが、
本考案によれば、排気ガス流量の少ない域では排
気ガスの流体力学的特性が改善され、排気過給効
率を高めることができ、排気ガス流量の多い域で
は熱変形を吸収してノズルベーンと環状流路壁と
の干渉が防止され可変ベーンの耐久性、信頼性の
向上に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１実施例を示す断面図、第
２図は第１図−より見た可変ノズルベーンの
図、第３図は本考案の第２実施例を示す断面図、
第４図は可変ベーンを備えた従来の排気過給機の
断面図、第５図は第４図の線Ｖ−Ｖ断面図であ
る。 １３……タービンハウジング、１７……タービ
ンロータ、１７ａ……タービンロータ軸、２２…
…環状流路、２２ａ，２２ｂ……対向壁、２４…
…ノズルベーン、２５……支軸、Ａ……平行幅の
環状領域、Ｂ，Ｃ……テーパ状の環状領域、Ｒ…
…所定半径、Ｗ……平行幅。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ タービンロータ１７の外周囲に環状流路２２
   が形成され、該環状流路にはタービンロータの
   軸に平行な軸２５まわりに回動可能な多数の可
   変ノズルベーン２４が設けられ、これらの可変
   ノズルベーンを具えた前記環状流路よりタービ
   ンロータに向けて排気ガスを流入せしめ、排気
   ガスの圧力により該タービンロータを回転せし
   めるようにした可変ベーン付排気過給機におい
   て、前記環状流路２２を形成する相対向する壁
   ２２ａ，２２ｂを、タービンロータ１７の軸１
   ７ａを中心とし可変ノズルベーン２４の軸２５
   までの所定半径Ｒの近傍の環状領域Ａでは、ノ
   ズルベーン軸に直角な所定の平行幅Ｗとし、該
   平行幅の環状領域の内径側および外径側の環状
   領域Ｂ，Ｃを前記所定の平行幅より大きな幅を
   有する領域とし、ノズルベーンの最も閉じた位
   置では該ノズルベーンは前記所定の平行幅の領
   域Ａにのみ位置し、ノズルベーンの最も開いた
   位置では該ノズルベーンは前記内径側および外
   径側の領域Ｂ，Ｃにわたつて位置することを特
   徴とする可変ベーン付排気過給機。 ２ 前記内径側および外径側の環状領域は、それ
   ぞれ内径および外径に向うに従つて幅が漸増す
   るテーパ状となした実用新案登録請求の範囲第
   １項記載の過給機。