JPH11148364A - 可変容量型ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エンジンの回転数や排気ガスの流量を限定され
ることなく広い範囲で性能，信頼性の高い可変容量型タ
ーボチャージャと提供することを目的とする。 【解決手段】タービン側可動ノズルベーン８の回動中心
を後縁部に、スクロール側可動ノズルベーン９の回動中
心を前縁部に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タービン翼の周部
に設けられたノズルベーンを可動構造としタービン容量
を変化させる可変容量型ターボチャージャに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の出力アップを図る手段とし
て、排気ガスでタービン翼を回転し、同翼と同軸上に設
けられたコンプレッサで加給するターボチャージャは有
効であり、既に様々の内燃機関に装着されている。例え
ば、特開昭62−282122号公報に記載の可変容量型ターボ
チャージャでは、スクロール部とタービン翼の間に複数
のノズルベーンをタービン翼の外周側に設けてあり、上
記ノズルベーンはノズルベーンの中央付近で２つに分割
し、片方を固定ノズルベーンに、もう片方を可動ノズル
ベーンとしている。よって、可動ノズルベーンを持って
いるため、エンジンの回転数や排気ガスの流量を限定す
ることなく広い範囲でタービン効果が得られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術（特開昭62−
282122号公報）の様な可変容量型ターボチャージャにお
いて、上記可変容量型ターボチャージャを広い範囲でよ
り効果的なタービン効率を得るためには、エンジン高回
転時には、ノズルベーン出口流路を広くする。しかし、
この場合にはノズルベーンの設定角が大きくなるためノ
ズルベーンの出口径，入口径の変化が大きくなり、ノズ
ルベーンがスクロール，タービンと干渉しないようにす
るにはタービンケーシング自体の寸法を大きくしなけれ
ばならない。

【０００４】また、高回転時のスクロールに流入する排
気ガスの流入角が小さいのに対して、ノズルベーンは設
定角を大きくとるので、流入角に対するノズルベーンの
設定角が適合しないためタービン効率が低下し、かつ、
ノズルベーン前縁の流体力が大きくなる。

【０００５】一方、エンジン低回転時にはノズルベーン
出口流路を狭く設定するため、ノズルベーン出口がター
ビン翼から離れ、ノズルベーンからの流れを有効にター
ビン翼に流入できないという問題点がある。

【０００６】本発明の目的は、エンジンの回転数や排気
ガスの流量を限定されることなく広い範囲で性能，信頼
性の高い可変容量型ターボチャージャと提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明ではノズルベーンを以下の構造にしている。即
ち、可動ノズルベーンの設定角の範囲を広くとる場合の
問題点、即ち、可動ノズルベーンの前，後縁部の半径方
向の変化量が大きくなることに対しては、ノズルベーン
を中央付近で２つに分割し、スクロール側の可動ノズル
ベーンの回動中心を前縁部，タービン側の可動ベーンの
回動中心を後縁部とする。

【０００８】この構成とすることにより、エンジン低回
転時にノズルベーン流路出口を狭くするために可動ノズ
ルベーンの設定角を小さくしても可動ノズルベーンの後
縁部とタービン翼との距離が変化しない。また、ノズル
ベーンを２つに分割し回動中心をそれぞれ前，後縁部と
するため、ノズルスロートを有効に作られ、エンジンの
回転域を限られず、スクロールからの流れにノズルベー
ンが適合する。

【０００９】さらに、それぞれの可動ノズルベーンを同
一部品で連動して作動させるため、以下のような構成と
した。即ち、スクロール側可動ノズルベーンと、タービ
ン側可動ノズルベーンを回動可能にするためにそれぞれ
に回動ピンと、その回動ピンに回転力を与える回動アー
ムと、その回動ピンに回転力を与える回動アームに回転
力を与える回動リングと、その回動リングを回転させる
回動レバーで構成し、上記回動リングはスクロール側可
動ノズルベーンの回動中心と、タービン側可動ノズルベ
ーンの回動中心の間に設ける。

【００１０】

【発明の実施の形態】（実施例１）本発明の一実施例を
図１，図２，図３を用いて説明する。図１は本発明に基
づく可変容量型タービンを適用したターボチャージャの
断面図である。以下、図１に示すターボチャージャの構
成を説明する。本ターボチャージャはタービンケーシン
グ１と、シャフト６と中央ケーシング２と、コンプレッ
サケーシング３と、タービン翼４と、コンプレッサイン
ペラ５と、シャフト６と、タービンケーシング１内の排
気ガスが流入されるスクロール７と、タービン側可動ノ
ズルベーン８と、スクロール側可動ノズルベーン９と、
タービン側可動ノズルベーン８とスクロール側可動ノズ
ルベーンを支持するベーン支持体１０と、可動ベーンを
回動させる回動ピン１１と、回動ピン１１に回転力を与
える回動アーム１２と、回動アーム１２に回転力を与え
る回動リング１３と、ブッシュ１４と、回動リング１３
を回転させる回動レバー１５により構成されている。

【００１１】本発明は以上の構成のため、エンジン（図
示せず）からの排気ガスがタービンケーシング１のスク
ロール７の全周に流入し、タービン側可動ノズルベーン
８とスクロール側可動ノズルベーン９によって構成され
る流路に流入し、流路通過中に排気ガスの圧力エネルギ
を有効に速度エネルギに変換して流路から流出した排気
ガスはタービン翼４に当たりタービン翼４が回転する。
その回転力はシャフト６によりコンプレッサインペラ５
に伝達され、回転するコンプレッサインペラ５によって
空気が圧縮され、その圧縮空気がコンプレッサケーシン
グ３を通り、エンジン（図示せず）を加給する。

【００１２】本発明はタービン側の可動ノズルベーンに
関するものである。以下にその詳細な説明する。図２は
可変容量型ターボチャージャのタービンケーシングのタ
ービン軸直角方向の断面図である。図３は図２に示した
可動ベーンの部分拡大図である。図２に示すタービンケ
ーシングは、タービンケーシング１内にエンジンからの
排気ガスを導入するスクロール部７と、回動自在に支持
されているタービン翼３と、タービン側可動ノズルベー
ン８と、スクロール側可動ノズルベーン９と、タービン
側可動ノズルベーン８とスクロール側可動ノズルベーン
９を回動可能にする回動ピン１１と、タービン側可動ノ
ズルベーン８とスクロール側可動ノズルベーン９を支持
するベーン支持体１０により構成される。

【００１３】本可動ノズルベーンにおいて、ベーン支持
体１０はタービン翼３の同心円状に配置され、スクロー
ル側可動ノズルベーン９とタービン側可動ノズルベーン
８は連続流路を形成され、かつ２重円環状に配置されて
いる。さらにタービン側可動ノズルベーン８は後縁部に
回動中心となる回動ピン１１を設け、スクロール側可動
ノズルベーン８は前縁部に回動中心となる回動ピン１１
を設ける。

【００１４】本発明による可動ノズルベーンは以上の構
成のため、図３で可動ノズルベーンの回動の模式図に示
すようにエンジン低回転（低流量）時においても、可動
ノズルベーンの出口断面積を絞ることによって、速度エ
ネルギを増し、効率よくタービン翼を回転させることが
できる。即ち、図３において、１０はベーン支持体、８
はタービン側可動ノズルベーン、９はスクロール側可動
ノズルベーン、８ａは回動後のタービン側可動ノズルベ
ーン、９ａは回動後のスクロール側可動ノズルベーン、
１１は回動ピン、Ｘは可動ノズルベーンが回動前の流路
出口内接円、Ｙは可動ノズルベーン回動後の流路出口内
接円を示す。以下に作用効果を示す。

【００１５】ノズルベーンを中央付近で２つに分割し、
スクロール側可動ノズルベーンの回動中心を前縁部，タ
ービン側可動ベーンの回動中心を後縁部とする。そうす
ることによって、エンジン低回転時にノズルベーン流路
出口を狭くするために可動ノズルベーンの設定角を小さ
くしても可動ノズルベーンの後縁部とタービン翼との距
離が変化しない。また、可動ノズルベーンが回動前の流
路出口内接円Ｘと可動ノズルベーン回動後の流路出口内
接円Ｙとの関係がＸ＜Ｙとなるため、エンジン低回転
（低流量）時においても、可動ノズルベーンの出口断面
積を絞ることによって、速度エネルギを増し、効率よく
タービン翼を回転させることができる。

【００１６】また、ノズルベーンを２つに分割し回動中
心をそれぞれ前，後縁部とするため、ノズルスロートを
有効に作られ、エンジンの回転域を限られず、スクロー
ル７からの流れにノズルベーンが適合する。また、スク
ロール側可動ノズルベーン９の回動ピン１１を前縁部に
したことによってノズルベーン外周端に、回動ピン１１
に働く流体力が小さい。以上のことにより、エンジンの
回転数や排気ガスの流量を限定されることなく広い範囲
で効率のよいタービン効率を得ることができる。

【００１７】（実施例２）本実施例は本発明の実施例１
の従属実施例である。図４に構造を示す。本実施例では
タービン側可動ノズルベーン８とスクロール側可動ノズ
ルベーン９の形状を棒状にする。上記の構成とすること
によって実施例１の可動ノズルベーンに示すように、肉
厚反り分布をつけることなく、図４に示すようにタービ
ン側可動ノズルベーン８とスクロール側可動ノズルベー
ン９の設定角度を変えることによって反りをつけること
ができる。即ち、ノズル効果をそのままに、タービン側
可動ノズルベーン８とスクロール側可動ノズルベーン９
を共用化できる。また、ノズルベーンの形状が単純なの
でコスト低減が可能である。

【００１８】（実施例３）本実施例は実施例１，実施例
２で示した可動ノズルベーンの駆動機構について図５を
用いて説明する。図５は本発明による可動ベーン駆動機
構の要部の平面図である。図５に示す本可動ノズルベー
ン駆動装置によると、タービン側可動ノズルベーン８，
スクロール側可動ノズルベーン９，回動ピン１１，回動
アーム１２，回動リング１３，ブッシュ１４，回動レバ
ー１５により構成される。

【００１９】また、矢印Ｌは回動リング１３の回動方
向、矢印Ｌａは回動リング１３を矢印Ｌに回動させたと
きのタービン側可動ノズルベーン８の回動ピン１１の回
動方向、Ｌｂは矢印Ｌに回動させたときのスクロール側
可動ノズルベーン９の回動ピン１１の回動方向、Ｌｃは
矢印Ｌに回動させたときのタービン側可動ノズルベーン
８及びスクロール側可動ノズルベーン９の回動方向を示
す。以下に作用効果を示す。

【００２０】即ち、回動レバー１５により回動リング１
３を矢印Ｌに回動することによって、回動リング１３か
ら回動アーム１１を介して回動ピン１１に回転力を与
え、図３または、図４に示すようにタービン側可動ノズ
ルベーン８及びスクロール側可動ノズルベーン９が８ａ
及び９ａのように回動させることが可能である。上記の
構成としたことにより、１つの回動リング１３でタービ
ン側可動ノズルベーン８とスクロール側可動ノズルベー
ン９を両方同時に回動可能にし、可動ベーン駆動装置を
単純にした。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、エンジンの回転数や排
気ガスの流量を限定されることなく広い範囲で性能，信
頼性の高い可変容量型ターボチャージャと提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく可変容量型タービンが適用され
たターボチャージャの断面図である。

【図２】可変容量型ターボチャージャのタービンケーシ
ングのタービン軸直角方向の断面図である。

【図３】図２の部分拡大図である。

【図４】図２の部分拡大図である。

【図５】本発明の一実施例に係わる可動ベーン駆動機構
の要部平面図である。

【符号の説明】

１…タービンケーシング、２…中央ケーシング、３…コ
ンプレッサケーシング、４…タービン翼、５…コンプレ
ッサインペラ、６…シャフト、７…スクロール、８…タ
ービン側可動ノズルベーン、８ａ…回動後のタービン側
可動ノズルベーン、９，９ａ…スクロール側可動ノズル
ベーン、１０…ベーン支持体、１１…回動ピン、１２…
回動アーム、１３…回動リング、１４…ブッシュ、１５
…回動レバー、Ｘ…可動ノズルベーン回動前の流路出口
内接円、Ｙ…可動ノズルベーン回動後の流路出口内接
円、Ｌ…回動リングの回転方向、Ｌａ…回動リングをＬ
方向に回転させたときのタービン側回動アームの回転方
向、Ｌｂ…回動リングをＬ方向に回転させたときのスク
ロール側回動アームの回転方向、Ｌｃ…回動リングをＬ
方向に回転させたときの可動ベーンの回動方向。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スクロールとタービン翼との間に複数の可
   動ベーンを持つ可変容量型ターボチャージャにおいて、
   該可動ノズルベーンを２重円環状に構成し、かつタービ
   ン側の可動ノズルベーンの回動中心を後縁側とし、スク
   ロール側の可動ノズルベーンの回動中心を前縁側にした
   ことを特徴とする可変容量型ターボチャージャ。