JPH11229815A - 可変容量型タービン - Google Patents

可変容量型タービン

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JPH11229815A
JPH11229815A JP10033139A JP3313998A JPH11229815A JP H11229815 A JPH11229815 A JP H11229815A JP 10033139 A JP10033139 A JP 10033139A JP 3313998 A JP3313998 A JP 3313998A JP H11229815 A JPH11229815 A JP H11229815A
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JP
Japan
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nozzle
parallel
nozzle blade
impeller
end portions
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JP10033139A
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English (en)
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Masaru Sakakida
勝 榊田
Yukio Takahashi
幸雄 高橋
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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  • Supercharger (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノズル羽根と平行壁との間の隙間流れを防止
し、タービン効率の低下を抑制する。 【解決手段】 本発明は、渦巻室と羽根車との間に一対
の平行壁6で区画されるノズル室3を設け、このノズル
室3に可動のノズル羽根5を設けた可変容量型タービン
であって、上記平行壁6に対面する上記ノズル羽根5の
両端部10を中央部11より厚肉に形成し、その両端部
10の端面9を上記平行壁6に平行に形成したものであ
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、自動車用可変容量
型ターボ過給機等に用いられる可変容量型タービンに関
する。
【0002】
【従来の技術】自動車用可変容量型ターボ過給機におい
て、そのタービンの構造は図6に示すようになってい
る。即ち、羽根車1の径方向外方にタービンケーシング
2で区画されるノズル室3及び渦巻室4が設けられ、渦
巻室4にある作動流体としての排ガスGをノズル室3通
過後羽根車1に与えるようになっている。ノズル室3に
は可動のノズル羽根5が複数設けられ、このノズル羽根
5を外部からアクチュエータ(図示せず)で操作するこ
とにより、羽根車1に与えるガス流量を制御できるよう
になっている。
【0003】ここで、ノズル室3は、タービンケーシン
グ2による一対の平行壁6から区画され、全周に亘る環
状に形成されている。そしてノズル羽根5は平行壁6を
横断するように配置され、タービンケーシング2を貫通
する回動軸7に連結されて回動操作されるようになって
いる。こうして隣り合うノズル羽根5と一対の平行壁6
とで複数の可変ノズル15が形成される。
【0004】この場合、エンジンが高速側で排ガス流量
及び圧力が大のときは、ノズル面積が大となるように、
またノズル出口が羽根車1の径方向内側に向かうよう
に、ノズル羽根5を操作し、通常同様の羽根車1の駆動
を行う。一方、エンジンが低速で排ガス流量及び圧力が
小のときは、ノズル面積が小となるように、またノズル
出口が羽根車1の径方向外側に向かうように、ノズル羽
根5を操作する。こうすることで、羽根車1に与えるガ
ス流を高速とし、羽根車1を十分駆動できると共に、低
速側での十分な過給が可能となり、エンジンレスポン
ス、出力改善のほか排ガス特性向上、燃費改善等を図れ
るようになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図7に示す
ように、従来のノズル羽根5の断面形状は単なる平板の
それと同様で、一定厚さtの直線状となっている。
【0006】一方、ノズル羽根5は平行壁6の間で動く
必要があるため、ノズル羽根5と平行壁6との間には必
然的に所定の大きさs1 ,s2 の隙間8が設けられる。
【0007】ところが、例えば小型タービンでノズル羽
根5が小型、薄肉となると、ノズル羽根5の両端面9の
厚さ方向の寸法(t)も極めて小さくなり、ノズル羽根
5による隙間8のシール効果が得られない。このため、
図8に示すような隙間8を通過する流れ(隙間流れ)G
1 ,G2 が生じてしまい、ガスの有するエネルギーを消
費し、タービン効率を低下させるという問題がある。な
おこの問題は、ノズル羽根5が薄肉となるガス流れ方向
下流側或いは羽根車側の位置でも顕著である。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、渦巻室と羽根
車との間に一対の平行壁で区画されるノズル室を設け、
このノズル室に可動のノズル羽根を設けた可変容量型タ
ービンであって、上記平行壁に対面する上記ノズル羽根
の両端部を中央部より厚肉に形成し、その両端部の端面
を上記平行壁に平行に形成したものである。
【0009】これによれば、ノズル羽根の両端面の厚さ
方向の寸法を大きくでき、十分なシール長が得られると
共に、隙間流れも抑制できる。
【0010】なお、上記ノズル羽根が、その厚さ方向の
いずれか一方に上記中央部が突出するアール状に湾曲さ
れるのが好ましい。また上記端面の厚さ方向の中央部に
凹部が形成されるのが好ましい。また上記ノズル羽根の
羽根車側端部に、上記両端部間の中間位置付近が最大切
欠長となる切欠部が設けられるのが好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。
【0012】本実施形態は図6に示したタービンのうち
ノズル羽根5の構成のみが異なる。即ち、図1に示すよ
うに、ノズル羽根5は、平行壁6に対面する両端部10
が中央部11より厚肉に形成され、その両端部10の端
面9が平行壁6に平行に形成される。
【0013】中央部11は従来同様一定厚さt1 の直線
状に形成される。一方、両端部10は、平行壁6への接
近方向に向かって順次増厚される断面ラッパ状に形成さ
れる。よって端面9の位置で最大厚さt2 となる。端面
9は同図に示すようにフラットな平面とされる。
【0014】この構成により、ノズル羽根5が比較的小
型、薄肉になっても、ノズル羽根5の両端面9の厚さ方
向の寸法を大きくでき、ノズル羽根5のラビリンスシー
ル効果を大きくすることができる。そして上述のような
隙間流れG1 ,G2 を抑制し、ガスエネルギの有効利用
を図れ、タービン効率の低下を抑制できるようになる。
【0015】詳しく述べると、ノズル羽根が比較的大
型、厚肉の場合は、両端面の厚さ方向の寸法が大きく、
全流量面積に対する隙間面積の相対的比率が小さいこと
から、シール性はある程度確保でき、隙間流れが生じて
もタービン性能へ関与する影響は少ない。しかし、逆に
ノズル羽根が比較的小型、薄肉の場合は、両端面の厚さ
方向の寸法が当然小さくなりシール性が悪化する。ま
た、ノズル羽根の動作のため、同一程度の大きさの隙間
は確保しなければならず、こうなると全流量面積に対す
る隙間面積の比率が増大し、隙間流れの影響が顕著に出
てしまう。なお、従来隙間自体を小さくするための様々
な試み(例えばアブレダブルコーティング等)が行われ
ているが、いずれも小型タービンについては良好な結果
が得られていない。
【0016】そこで、上述のように隙間に対面する部分
のみ厚肉化することで、小型、薄肉でありながらシール
性の良好なノズル羽根とすることができる。
【0017】ところで、ノズル羽根5の両端部10は図
2に示すように形成してもよい。即ち、これにおいては
両端部10が中央部11より厚肉に形成された上で、両
端面9の厚さ方向の中央部に凹部12が形成されてい
る。凹部12は端面9を平行壁6横断方向(図の上下方
向)に窪ませて断面浅皿状に形成されている。ただし形
状はこれに限定するものではなく、円形等も可能であ
る。これによれば、隙間8に入ってきたガスの圧力を凹
部12で一気に減少させられ、これによりラビリンスシ
ール効果を一層強め、さらなるシール性の向上を果たせ
る。
【0018】次に、図3、図4に他の実施の形態を示
す。ここではノズル羽根5がアール状に湾曲され、中央
部11が厚さ方向のいずれか一方に突出されるのが特徴
である。詳述すると、ノズル羽根5は、平行壁6横断方
向(図の上下方向)の中間位置付近が最も薄肉とされ、
両端部10に至るにつれ徐々に増圧され、両端面9の位
置で最大厚さとされる。両端面9は平行壁6に平行なフ
ラットな平面である。このようにしても両端面9の厚さ
方向の寸法を増し、シール性を高められる。
【0019】特に、図1(b) のガス流れ方向を考慮する
と、ノズル15内には速度分布、圧力分布が存在し、図
3、図4の右側の側面13付近は高速・低圧側、左側の
側面14付近は低速・高圧側となる。一方、図8を参照
して、隙間流れには、単純に隙間8を通過していってし
まう流れG1 と、上記圧力差に基づく流れG2 との二種
類がある。この後者の流れG2 を阻止する上では図3の
形態の方が有利である。なぜなら、平行壁6横断方向の
中央部11が低圧側に凸となっており、高圧側側面14
付近において、平行壁6横断方向の中間位置付近が高
圧、両端部10付近が低圧となるような圧力分布を形成
できるからである。つまり、高圧側の側面14の平行壁
6横断方向の中間位置付近に圧力溜まりを形成でき、こ
れによって隙間8付近の高圧側圧力を減少し、ひいては
両側面13,14間の圧力差を減少し、これに基づく流
れG2 を減じることが可能となる。このように、これら
ノズル羽根5は、平行壁6横断方向の圧力分布、ひいて
はノズル羽根5にかかる流体力(負荷分布)を最適に制
御し得る。
【0020】なお、この実施の形態に図2に示す構成を
組み合わせられるのは勿論である。
【0021】次に、図5に示す他の実施の形態について
説明する。ノズル羽根5は図6に示したように、渦巻室
4側から羽根車1側に延出する薄板翼状に形成され、羽
根車側端部17が尖頭状に形成され、渦巻室側端部16
が丸められている。しかしながらここでは、羽根車側端
部17に、両端部10間の中間位置付近が最大切欠長と
なる切欠部18が設けられる。ここでは切欠部18が略
半円状に形成されるが、形状はこれに限定するものでは
ない。こうすると平行壁6横断方向中間位置付近のガス
を早期に排出し、前記同様の平行壁6横断方向の圧力分
布が得られ、隙間流れを防止することが可能となる。な
お、この構成は図1乃至図4いずれかの実施の形態に組
み合わせて用いる。
【0022】他にも本発明の実施の形態は種々考えら
れ、様々な形状変更、増厚方法等が可能である。
【0023】
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
【0024】(1) ノズル羽根によるシール効果を高
め、ノズル羽根と平行壁との間の隙間流れを抑制でき
る。
【0025】(2) タービン効率の低下を抑制でき
る。
【0026】(3) 小型タービンに最適となる。
【0027】(4) 平行壁横断方向の圧力分布を最適
化し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示し、(a)は図6のX
−X線断面図、(b)は正面図である。
【図2】本発明の他の実施の形態を示す要部拡大図であ
る。
【図3】本発明の他の実施の形態を示し、図6のX−X
線断面図である。
【図4】本発明の他の実施の形態を示し、図6のX−X
線断面図である。
【図5】本発明の他の実施の形態を示す斜視図である。
【図6】タービンの構造を示し、(a) は正面図、(b) は
左側面図である。
【図7】従来例を示し、図6のX−X線断面図である。
【図8】隙間流れを示す斜視図である。
【符号の説明】
1 羽根車 3 ノズル室 4 渦巻室 5 ノズル羽根 6 平行壁 7 回動軸 8 隙間 9 端面 10 端部 11 中央部 12 凹部 13 ノズル羽根側面 14 ノズル羽根側面 15 ノズル 16 渦巻室側端部 17 羽根車側端部 18 切欠部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 渦巻室と羽根車との間に一対の平行壁で
    区画されるノズル室を設け、該ノズル室に可動のノズル
    羽根を設けた可変容量型タービンであって、上記平行壁
    に対面する上記ノズル羽根の両端部を中央部より厚肉に
    形成し、その両端部の端面を上記平行壁に平行に形成し
    たことを特徴とする可変容量型タービン。
  2. 【請求項2】 上記ノズル羽根が、その厚さ方向のいず
    れか一方に上記中央部が突出するアール状に湾曲された
    請求項1記載の可変容量型タービン。
  3. 【請求項3】 上記端面の厚さ方向の中央部に凹部が形
    成された請求項1又は2記載の可変容量型タービン。
  4. 【請求項4】 上記ノズル羽根の羽根車側端部に、上記
    両端部間の中間位置付近が最大切欠長となる切欠部が設
    けられた請求項1乃至3いずれかに記載の可変容量型タ
    ービン。
JP10033139A 1998-02-16 1998-02-16 可変容量型タービン Pending JPH11229815A (ja)

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