JPS6065206A - 可変容量ラジアルタ−ビン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 にターボチャージャ等のタービンにおける流量特性を、
スクロールに設けた揺動自在な舌状部材を動作させるこ
とによって可変とした可変容量ラジアルタービンに関す
る。

一般のターボチャージャ付内燃機関にあってはその出力
特性が、タービンロータの径とターボチャージャにおけ
るの比率、すなわち後述するスクロール入口部の流路断
面積Ａをロータ中心軸からこの入口部断面積重心位置ま
での垂直距離Ｒで除した値とによってはぼ決定されてし
まい、例えば、０比率が大きいほど高速向きと０、高速
転領域罠おけるトルクを増大させる。

そこで、エンジンの運転条件に応じて上述したように舌
状部材（可変ノズル）を動作させてスクロール入口部の
流路断面積Ａを変化させ、以てスクロールに流入する排
気ガスの流量等を変化させて、低速運転領域から高速運
転領域にいたるまで適切な過給を維持することによって
適切＆）ルクの増大が図れるようにした可変容量ラジア
ルタービンが提案されてきた。

第１［Ｊ（４）および（Ｂ）は従来のとの種可変容妬ラ
ジアルタービンの一例を示し、本例は特開昭１＋−ざ１
７１２３号公報等に開示されたものである。ここで、／
は図示しない圧縮機インペラに直結されているタービン
ロータであり、２はタービンロータｌの外周部に設けら
れているタービンノ・ウジンク°である。タービンハウ
ジング２には一般に＠造品→：使用される。

更１／Ｃ３Ｂ、、？ニーのタービンハウジング２に設ケ
ラれ、渦巻型の流路を形成しているタービンスクロール
であり、スクロール３への流入口３Ａは図示しない排気
マニホールドに接続され、マニホールドからの排気ガス
はこの流入口３Ａからスクロール３の流路３Ｂに沿って
ロータ／へと導かノ１．る。

しかして、本例では、このスクロール３の巻き初め部分
、すなわち流路３Ｂの外周側壁面がロータ／に最も近接
する舌部ｔを軸ｊの回りに揺動自在なようになして（以
下でこのように揺動自在とした舌部ｌｌを舌状部材とい
う）、ノズル開口部（スクロール入口部）乙における半
径方向の幅を変化させ、以て、この部における流路断面
積Ａをｉ丁亥としている。

また、第１図（４）に示す７はハウジングλの外部に配
置された電磁アクチュエータであり、このアクチュエー
タ７は、エンジンの運転条件、例えば機関回転数に応じ
て動作させられるもので、このアクチュエータフの動作
によりリンク部材ｒを介して舌状部材グをロータ／の半
径方向に揺動させることができる。

更にまた、第１図（Ｂ）において、９はロータ軸／Ａを
ベアリング／θを介して軸支させているセンタハウジン
グであり、／／はセンタハウジングタとロータ軸／Ａと
の間に設けられているリングシール、１２はタービンロ
ータ／の円板状背面を形成しているシュラウド板である
。シュラウド板／２はその周囲のフランジ部がタービン
ハウジング２の環状溝に嵌め込まれた状態に保たれてお
り、センタハウジング９を固定するボルト／３によって
この状態に固定されている。

このように構成された可変容量ラジアルタービンにあっ
ては、流入口３Ａから入口部ｔを経てスクロール流路３
Ｂに排気ガスが導かれる際に、運転条件に対応してアク
チュエータ７が動作され舌状部材ｑを揺動させて入口部
ｔの流路断面積Ａを変化させる。

よって舌状部材ｑの位置に応じた流量の排気ガスが流路
３Ｂからタービンローり／へと導かれてロータｌを回転
させ、仕事をしたあとの排気ガスは第１Ｉｆｆｌ（Ｂ）
に示す出口部３Ｇから外部へと排出される。

しかしながら、このような従来の可変容量ラジアルター
ビンにおいては、揺動動作をなす舌状部材グとタービン
ハウジング２との間に存在する熱膨張率の差のだめに、
舌状部材≠の側面ｌＩＡおよびｌＩＢがスクロール入口
部乙における両側のハウジング内壁面、２Ａおよび２Ｂ
と接触し揺動不能の状態となる虞があるので、側面ｌＩ
ＡおよびｌｌＢと内壁面２人および２Ｂとの間に隙間Ｃ
が保たれるように構成されていた。

このだめに、特に入口部流路断面積Ａが絞られる小流量
時には、この隙間Ｃを通って第１図（４）で矢印により
示したように直接ロータ／側へ漏洩す７４ブ冶Ｍシ２久
／も１とムず壬什琥炒ｔＬＶｒス坊り効果が低下させら
れるのみならず、スクロール流路３Ｂに沿って旋回され
ながらロータｌに流入する主流にこの洩れたガス流が混
入することで流れの乱れによる流体損失が大きく、ター
ビン効率を低下させる。

本発明の目的は、上述したような欠点を除去し、最小流
量時における舌状部材側面からの洩れを防止することに
よってタービンの小流量化を図ることができ、タービン
効率を向上させると共に、特にエンジンの低回転時にお
けるトルクの大幅上昇が得られる可変容ｈ（ラジアルタ
ービンを提供するととＫある。

かかる目的を達成するために、本発明では、舌状部制の
揺動方向に形成される両側の側面、またはこれらの側面
と対向する位置のスクロール側壁面にラビリンス効果が
得られる部材を付設し、これらの部材により漏洩するガ
ス流れに圧力損失を生じさせて、漏洩流れを封止させる
。

以下に、図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第２図は本発明の一実施例を示し、本例ではスクロール
３の流路３Ｂにおける断面形状をはぼ方形型に近い形状
とする。ここで、タービンハウジングＩはハウジングカ
バ２／を有し、ノ蔦つジング〃およびハウジングカバ〃
には、共にロータ軸／Ａに直角な流路壁面２ＤＡおよび
２／Ａが形成されていて、これらの壁面〃Ａおよび２／
Ａと、タービンハウジング〃側に形成したスクロール外
周壁〃Ｂおよびハウジングカバ〃側に形成したスクロー
ル内周壁２／Ｂとによってスクロール流路３Ｂが形成さ
れている。

なおここで、ハウジングカバＩはその周囲に環状に形成
した嵌合溝２／　Ｏを有し、との嵌合溝２／　０にバッ
キング２２ヲ介してハウジング〃の嵌合部〃Ｃを嵌め合
わせた上ポル）２３によって固定する。

更にハウジングカバガにはロータ／の翼端に沿ったシュ
ラウド部２／　Ｄおよび出口部３Ｃが形成されている。

２グは翼型形状の断面を有する舌状部材であシ、Δは舌
状部材２グと一体にした回動輪である。回動軸Ｂはハウ
ジングカバＪに圧入して設けたプッシュスに回動自在に
軸支されておシ、軸Ｂの外側には第３図に示すような短
冊型のアーム板ｌが固定される。なお、アーム板ｌには
接続孔２７Ａを設けておき、一方、軸Ｂのねじ部所面を
この形状に合わせて形成することにより孔２７Ａにねじ
部を嵌め合わせ、ナツト１によりアーム板ｌを軸Ｂに固
着する。

〃はアーム板１に取付けた連結ピンであシ、この連結ピ
ン〃を図示しないアクチュエータと連結させること例よ
り、アクチュエータによって舌状部材２グに揺動動作を
行わせることができる。

ここで、舌状部材２グの側面２Ｆ　Ａおよび２Ｆ　Ｂと
対向位置の壁面２ＤＡおよび２／Ａ側処は、舌状部材２
４ｔの揺動範囲にわたシハニカム状に形成されたバッキ
ング板１０およびｊ／が埋設してあり、舌状部材２グの
揺動時にはその側面２’ｌ　Ａおよび２Ｆ　Ｂがこれら
のバッキング板６０およびｔｌの表面６０Ａおよび４／
Ａを摺動してゆくようＫする。

このように構成した可変容量ラジアルタービンにおって
は、例えば舌状部材２グが第ｑ図および第５図に示すよ
う女手流量を保つ位置にあると、ノぐッキング板６０お
よび６／のノ・ニカム構造によシ、部材２グの側面２１
１　Ａおよび２１１１３に沿って入口部を側からロータ
ｌ側へと漏洩しようとするガスの流れがラビリンス効果
で減圧され、洩れが抑制される。

よってロータｌに流入するガス流れが洩れによって混流
となり、流れの乱れＫよる流体エネルギの損失を招くよ
うなことがなくなり、小流量時のタービン効率を向上さ
せることができる。よってインタセプトエンジン回転数
（一定過給圧を得るためのエンジン回転数）が下り、エ
ンジントルクの増大が望める。

また、ガスの漏洩が少なくなる分に対応しただけ小流量
化を図ることができることによっても、インタセプト回
転数を更に低く設定することができて、トルク増大に貢
献できる。

なお、以上の説明では、ラビリンス効果の得られるハニ
カム形状のバッキング板をスクロールの流路壁面側に設
けて、これらのバッキング面に舌状部材の両側の側面を
摺接させるようにしたが、これに代えて、舌状部材の側
面の方にバッキング板を付設し、これらのバッキング板
の面で舌状部材がスクロール流路壁面と摺接するように
してもよい。

以上説明してきたように、本発明によれば、舌状部材の
両側に形成される揺動方向の側面、若しくはこれらの側
面と対向する位置のスクロール側流路壁面にラビリンス
効果が得られるようなバッキング部材を付設し、舌状部
材の側面が揺動範囲では常にこのバッキング部材を介し
て流路壁面に摺接するようにしたので、バッキング部材
によるラビリンス効果で漏洩するガスが減圧されて洩れ
す＜ナシ、タービンの小流量化と共にタービン効率の向
上を図ることができ、以て、エンジンの低回転領域での
トルク増大を達成することができる。

更にまた、大流量時においても同様にガスの漏洩が抑制
できるので、この状態におけるタービン効率が高められ
ると共にタービンの大流量化が図られ、また、ハニカム
状のバッキング部材は舌状部材の揺動動作によって削ら
れることによシ隙間の自己調整が可能であり、初期隙間
を十分小さく保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（４）は従来の可変容量ラジアルタービンの構成
の一例を示す模型図、 第１図（Ｂ）は第１図（４）のＡ−Ａａ断面で示す構成
図、 第２図は本発明可変容量ラジアルタービンの構成の一例
を示す断面図、 第３図はその舌状部材作動用アーム板の平面図、第を図
はそのタービンハウジングの正面図、第Ｓ図はそのハウ
ジングカバの正面図である。 ／・・・タービンロータ、 ／Ａ・・ロータ軸、 ２・タービンハウジング、 ＪＡ　、　、２Ｂ・・・内壁面、 ３・・・タービンスクロール、 ３Ａ・・・流入口、 ３Ｂ・・・流路、 グ・・・古都（舌状部材）、 ｌＩＡ　、　４（Ｂ・・・側面、 ｊ・・・軸、 ｔ・・・入口部、 ７・・・アクチュエータ、 ざ・・・リンク部材、 り・・・センタハウジング、 ／θ・・ベアリング、 ／ｌ・・・リングシール、 ／２・・・シュラウド板、 ／３・・ボルト、 〃・・・タービンハウジング、 ＪＡ・・・壁面、 〃Ｂ・・・外周壁、 〃Ｃ・・嵌合部、 Ｊ・・・ハウジングカバ、 ２７Ａ・・・壁面、 ２／Ｂ・・・内周壁、 ２ＩＣ・・・嵌合溝、 ２／Ｄ・・・シュラウド部、 〃・・バッキング、 Ｂ・・・ボルト、 ２グ・・・舌状部材、 ２りＡ、２グＢ・・・側面、 Δ・・・回動軸、 に・・・ブツシュ、 ｌ・・・アーム板、 ２７Ａ・・・接続孔、 １・・・ナツト、 ？・・連結ビン、 乙０　、４／・・・バッキング板、 ｔｏｅ　、乙／Ａ・・・表面。 特許出願人　日産自動車株式会社 第１図（Ｂ） ４ 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 流路に沿って設けた舌状部材を揺動自在となして、ガス
   流量を変化させるようＫした可変容量ラジアルタービン
   において、前記舌状部材の前記揺動方向に形成された側
   面、若しくは該側面と対向する位置に設けた前記流路の
   壁面に、ラビリンス効果が得られるバッキング部材を設
   け、前記舌状部材の揺動範囲で、該舌状部材の側面と前
   記流路の壁面とを前記バッキング部材を介して摺接させ
   、前記バッキング部材によってラビリンス効果が得られ
   るようにしたことを特徴とする可変容量ラジアルタービ
   ン。