JPH0534481B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ 〈産業上の利用分野〉 本発明はタービンの可変ノズル構造に関し、特
にエンジン用ターボーチヤージヤの排気タービン
として使用するのに適したラジアルインフロー式
のタービンの可変ノズル構造に関する。

〈従来の技術〉 ターボチヤージヤの排気タービンとして用いら
れるラジアルタービンに於ては、タービン室入口
を狭窄して排気の流入速度を増大させることによ
り、エンジンの低回転領域に於ても充分な過給効
果を得ることができる。一方、エンジンの高回転
領域では、タービン室への入口圧力が高まり排気
抵抗が増加することによつてエンジン効率が低下
する。そこで特公昭38−7653号公報に開示されて
いるように、タービンホイールの外周部を臨むノ
ズル部に環状に配設した複数の可動ベーンを傾動
させることにより、各ベーン間に郭成されるノズ
ルの開口面積を変化させてエンジン低回転域で過
給効果を確保し、かつ中高速回転域でエンジンの
排気ガスに対する背圧を小さく保つことができ
る。

しかしながら、このような構成では可動ベーン
が流体速度の比較的高い領域に配設されるので流
体の抵抗損失が比較的大きくなり、タービン効率
が低下するだけでなく、互いに隣接する可動ベー
ン間のノズル開口面積が、特に小さい領域では可
動ベーンの僅かな傾斜角度の変化により大きく変
化しがちであり、その制御精度に難点がある。

また、特開昭53−136113号公報等に開示される
ように、タービンケーシングのスクロール通路の
壁体の一部を傾動し得るフラツプで形成し、所謂
Ａ／Ｒ値を可変にする構造も知られているが、必
ずしも可変領域が十分ではなく、特にフラツプ開
度が大きいとタービンホイールに向かう流体の流
れが乱され、流速分布が不均一となつてタービン
効率が低下するという問題がある。

これらの問題点を解消するべく、本願出願人
は、特開昭62−282122号公報に開示されるよう
に、タービンホイールの外周部を臨むノズル部の
ある円周上に部分弧状を成す固定ベーンを配設
し、かつ各固定ベーン間を可動ベーンにより開閉
することによつて隣接する固定ベーンと可動ベー
ンとの間に形成されるノズル面積を可変とする可
変容量タービンを提案した。しかしながら、各可
動ベーンがその開度に拘らず一様な制御精度で駆
動されるため、流量の増大と共に流体損失が増大
してタービン効率が低下し、またタービンの大流
量化を図れば流体の流入量が少ない場合に高精度
な制御を行なうことができず、タービンの流量制
御範囲をさら拡大する上で障害となつていた。

〈発明が解決しようとする課題〉 そこで、本発明の目的は、流体の流入量が少な
い場合でもより高精度な制御を行うことができ、
かつ流量が増大しても流体損失を少なくしてター
ビンの流量制御範囲を拡大し、大流量化を図り得
るタービンの可変ノズル構造を提供することにあ
る。

［発明の構成］ 〈課題を解決するための手段〉 上述の目的は、本発明によれば、タービンホイ
ールと、該タービンホイールの外周を臨む位置に
郭成された流入ノズルと、下流へ行くに従つてそ
の通路断面積を漸減するようにして前記流入ノズ
ルの外周側に郭成されたスクロール通路と、前記
流入ノズルの外側の或る円周に沿つて前記スクロ
ール通路内を内周路と外周路とに径方向に分割す
る位置にそれぞれ一端が支点として前記円周から
内向きに傾動可能なように設けられた部分円弧状
をなす複数の可動ベーンとを有するラジアルイン
フロー式のタービンの可変ノズル構造であつて、
前記可動ベーンが、交互に環状に連設されかつ
別々に傾動駆動される第１ベーンと第２ベーンと
からなり、互いに隣接する前記第１ベーンと前記
第２ベーンとで形成される可変ノズルが最小絞り
状態である時に、前記第１ベーンの基端と前記第
２ベーンの遊端との間が略全閉状態となり、前記
第１ベーンの遊端と前記第２ベーンの基端との間
のノズル面積がこれよりも大きくなるようにした
ことを特徴とするラジアルインフロー式のタービ
ンの可変ノズル構造を提供することにより達成さ
れる。

〈作 用〉 このようにすれば、流量の少ない場合には第１
ベーンのみを駆動することによりノズル開度を制
御して過給効果を得ると共に、流量が増大してく
れば第２ベーンをも駆動制御することにより流体
の抵抗損失を少なくすることができる。しかも第
１・第２両ベーンを一端で支持し、かつ両ベーン
の開度特性を異なるものとしているので、一方の
みを傾動してもこれの基端と傾動しないベーンの
遊端との間〓の変化が小さくて済む。従つて、低
開度域の微小な制御が可能である。

〈実施例〉 以下に添付の図面を参照して本発明を特定の実
施例について詳細に説明する。

第１図には、本発明に基づく可変容量タービン
を適用したエンジン用ターボチヤージヤが示され
ている。このターボチヤージヤは、コンプレツサ
部分のスクロールを形成するコンプレツサケーシ
ング１と、該コンプレツサケーシングの背面を閉
塞する背板２と、ターボチヤージヤの主軸を軸支
しかつその軸受を潤滑する潤滑部ケーシング３
と、タービン部分のスクロールを形成するタービ
ンケーシング４とを有する。

コンプレツサケーシング１は、軸線方向に開口
する吸気入口通路５と、吸気出口としてのスクロ
ール通路６とが内部に郭定され、リング部材７を
介してボルト８により背板２と一体化されてい
る。スクロール通路６の中心位置には、吸気入口
通路５の内端側に隣接する領域にコンプレツサホ
イール９が配置されている。コンプレツサホイー
ル９は、潤滑部ケーシング３の中心に回転自在に
枢支された主軸１０の一方の端部にナツト１１に
より一体的に取付けられている。

背板２の中央には潤滑部ケーシング３が接続さ
れている。潤滑部ケーシング３の上部には、潤滑
油導入孔１２が穿設され、図示されない潤滑油ポ
ンプから送られる潤滑油が潤滑油通路１３を介し
て主軸１０の各軸受部分に供給され、潤滑油ケー
シング３下部の排出口１４から図示されないオイ
ルサンプに排出される。この潤滑油がコンプレツ
サ側に侵入することを防止するために、主軸１０
が貫通する背板２と潤滑部ケーシング３との間に
は、ガイド板５０等からなる公知のシール手段が
設けられている。

タービンケーシング４は、その背面に螺合され
たスタツドボルト１５にリング部材１６を介して
ナツト１７を締結することにより、背板２０と共
に潤滑部ケーシング３に一体的に結合されてい
る。タービンケーシング４の内部には、その外周
に沿つて断面積が下流方向に減少する環状のスク
ロール通路２１と、軸線方向に延びる排気出口通
路２２とがそれぞれ郭成されている。

スクロール通路２１の中心部には、円筒部２３
と該円筒部から半径方向外向きに延出する円板部
２４とを備える可変ノズル部材２５が配置されて
いる。円筒部２３の内側には、主軸１０の他端に
一体的に取付けられた例えばセラミツク製のター
ビンホイール２６が配置されている。そして円筒
部２３の軸線方向内端と背板２０の内周部側面と
の間に、タービンホイール２６の外周部を臨む流
入ノズルＮが郭成されている。

第２図に良く示されるように、可変ノズル部材
２５は４個の第１可動ベーン３１と４個の第２可
動ベーン３２とを備える。第１可動ベーン３１と
第２可動ベーン３２とはそれぞれ部分弧状をな
し、流入ノズルＮの外側に於けるタービンホイー
ル２６と同心の同一円周上にそれぞれ等間隔で交
互に配置されている。これら第１可動ベーン３１
と第２可動ベーン３２とにより、スクロール通路
２１内に於けるタービンホイール２６の外周側部
分が、内周路２７と外周路２８とに径方向に分割
されている。第１可動ベーン３１は、その前縁部
に於てピン３３によつて円板部２４と背板２０と
の間に前記円周の内側のみに傾動するように枢支
されている。同様に第２ベーン３２は、その前縁
部に於てピン３４によつて円板部２４と背板２０
のと間に前記円周の内側のみに傾動するように枢
支されている。ピン３３，３４はそれぞれ背板２
０を貫通して後方へ突出し、それらの端部に適当
なリンク機構３５が係合している。可動ベーン３
１，３２はリンク機構３５を介して連結された外
部の駆動手段により駆動制御される。

第１可動ベーン３１の後縁部と第２可動ベーン
３２の前縁部とのラツプ部分には第１ノズル３６
が郭定され、また第１ベーン３１の前縁部と第２
ベーン３２の後縁部とのラツプ部分には第２ノズ
ル３７が郭定される。第１可動ベーン３１と第２
可動ベーン３２とが第２図で実線で示される最小
絞り位置にある状態では、第１ノズル３６に最小
間隙gminが設けられている。他方、第２ノズル
３７は実質的に閉じている。

第１可動ベーン３１は排気ガス流量の少ないエ
ンジン低回転域で駆動され、第２図の実線で示さ
れる全閉位置から想像線で示される全開位置まで
の範囲のエンジン回転数に応じて微小角度をもつ
て傾動される。この第１可動ベーン３１の作動範
囲では、第２可動ベーン３２は前記全閉位置に固
定された状態にある。このように第１ノズル３６
の開度が前記駆動手段によつて高精度で制御され
ることにより、流入する排気ガスがその流量に応
じて絞られて加速され、内周路２７にて旋回流と
なつてタービンホイール２６を駆動し、エンジン
低速域に於ても最適の過給効果を確保することが
できる。また、第１可動ベーン３１の傾動動作に
より第２ノズル３７に僅少な間隙が生じるが、第
１ノズル３６の開度制御や過給効果に実質的に影
響を及ぼすことはない。

エンジン回転数が上昇してある設定値Neにな
ると、第１可動ベーン３１が全開となる。この設
定値Neは、排気ガス流量の増大に対してターボ
チヤージヤの過給効果が頭打ちとなるインターセ
プト値である。更にエンジン回転数が上昇して排
気ガスの流量が増大すると、第１可動ベーン３１
を前記全開位置に固定した状態で第２可動ベーン
３２が作動を開始する。第２可動ベーン３２は、
前記全閉位置からその後縁部がタービンホイール
２６の外周部直近まで延びる全開位置までの範囲
で傾動する。このように第１ノズル３６を全開位
置に固定しつつ第２ノズル３７の開度を拡大させ
ることにより、排気ガスの流量が増大してもその
流速が増速されることなく、流路抵抗を少なくで
きるので、エンジンに対する排気背圧を小さくし
てタービン効率の低下を防止できる。

本発明は上述の実施例に限定されるものではな
く、様々な変形例や異なる制御方法が考えられ
る。例えば第１可動ベーン及び第２可動ベーンの
枚数、形状、寸法及び配置を所望のタービンの特
性に応じて様々に変化させることができる。更に
第３可動ベーンを追加して設けることにより一層
微細な制御を行なうこともできる。また、第１可
動ベーンと第２可動ベーンをそれぞれ別個の駆動
手段を用いて同時にまたは別個に駆動させるよう
にすることもできる。

［発明の効果］ 上述したように本発明によれば、制御精度の異
なる第１可動ベーンと第２可動ベーンとを組み合
わせ、流体の流量が少ない場合には制御精度の高
い第１可動ベーンを用いて高精度な制御を行な
い、かつ流量が増大すると第２可動ベーンを駆動
制御して流路抵抗を少なくすることによりタービ
ン効率を低下させずに大流量化を図ることがで
き、特にターボチヤージヤの排気タービンとして
使用する場合に、エンジン低速域に於ける十分か
つ最適な過給効果の確保と中高速域での流量制御
範囲の拡大とを同時に達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されたターボチヤージヤ
の縦断面図である。第２図は、本発明による可変
ノズル構造を示す概略図である。 １…コンプレツサケーシング、２…背板、３…
潤滑部ケーシング、４…タービンケーシング、５
…吸気入口通路、６…スクロール通路、７…リン
グ部材、８…ボルト、９…コンプレツサーホイー
ル、１０…主軸、１１…ナツト、１２…潤滑油導
入孔、１３…潤滑油通路、１４…排出口、１５…
スタツドボルト、１６…リング部材、１７…ナツ
ト、２０…背板、２１…スクロール通路、２２…
排気出口通路、２３…円筒部、２４…円板部、２
５…可変ノズル部材、２６…タービンホイール、
２７…内周路、２８…外周路、３１…第１可動ベ
ーン、３２…第２可動ベーン、３３，３４…ピ
ン、３５…リンク機構、３６…第１ノズル、３７
…第２ノズル、５０…ガイド板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ タービンホイールと、該タービンホイールの
   外周を臨む位置に郭成された流入ノズルと、下流
   へ行くに従つてその通路断面積を漸減するように
   して前記流入ノズルの外周側に郭成されたスクロ
   ール通路と、前記流入ノズルの外側の或る円周に
   沿つて前記スクロール通路内を内周路と外周路と
   に径方向に分割する位置にそれぞれ一端を支点と
   して前記円周から内向きに傾動可能なように設け
   られた部分円弧状をなす複数の可動ベーンとを有
   するラジアルインフロー式のタービンの可変ノズ
   ル構造であつて、 前記可動ベーンが、交互に環状に連設されかつ
   別々に傾動駆動される第１ベーンと第２ベーンと
   からなり、 互いに隣接する前記第１ベーンと前記第２ベー
   ンとで形成される可変ノズルが最小絞り状態であ
   る時に、前記第１ベーンの基端と前記第２ベーン
   の遊端との間が略全閉状態となり、前記第１ベー
   ンの遊端と前記第２ベーンの基端との間のノズル
   面積がこれよりも大きくなるようにしたことを特
   徴とするラジアルインフロー式のタービンの可変
   ノズル構造。