JPS62162729A - Turbocharger with variable type blade - Google Patents

Turbocharger with variable type blade

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Publication number
JPS62162729A
JPS62162729A JP61252111A JP25211186A JPS62162729A JP S62162729 A JPS62162729 A JP S62162729A JP 61252111 A JP61252111 A JP 61252111A JP 25211186 A JP25211186 A JP 25211186A JP S62162729 A JPS62162729 A JP S62162729A
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JP
Japan
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turbine
turbocharger
shaft
housing
impeller
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Application number
JP61252111A
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Japanese (ja)
Inventor
スチーブン ディ.アルバート
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Household Manufacturing Inc
Original Assignee
Household Manufacturing Inc
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/12Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/165Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for radial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially parallel to the rotor centre line

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、ターボチャージャー(過給機)。[Detailed description of the invention] "Industrial application field" The present invention is a turbocharger (supercharger).

より詳しくは、ターボチャージャーのタービン部分への
排気ガスの流れを変化させてタービン部分の出力を変化
させることのできる調節可能な羽根を有するターボチャ
ージャーに関するものである。
More particularly, it relates to a turbocharger having adjustable vanes that can vary the flow of exhaust gas to the turbine section of the turbocharger to vary the output of the turbine section.

「従来技術及びその問題点」 ターボチャージャーは、内燃機関からの排気ガスのエネ
ルギーを利用してエンジンの燃焼室へ流れる燃焼用空気
を圧縮するよく知られた装置である。簡単に述べれば、
ターボチャージャーは、共用のシャフトの反対側の端部
に取りつけられた2つの羽根車を有し、各羽根車は、タ
ーボチャージャーのハウジングの中の自分用の空回の中
で回転できるようになっている。一方の羽根車は、流体
モーターとして機能し、エンジンからの排気ガスによっ
て回転する。共用シャフトの他端にあるもう一方の羽根
車は、通常ポンプまたはコンプレッサー羽根車と呼ばれ
、外気を引き込んでその空気を圧縮してより高い圧力に
し、例えばエンジンの中へ送る燃焼用空気の流れを増大
させ、それによってエンジンの力を高めるために利用で
きるようにする。
BACKGROUND OF THE INVENTION Turbochargers are well-known devices that use the energy of exhaust gas from an internal combustion engine to compress combustion air flowing into the engine's combustion chamber. Simply put,
A turbocharger has two impellers mounted on opposite ends of a common shaft, each impeller being allowed to rotate in its own free turn within the turbocharger housing. ing. One impeller functions as a fluid motor and is rotated by exhaust gas from the engine. The other impeller at the other end of the common shaft, usually called a pump or compressor impeller, draws in outside air and compresses it to a higher pressure to direct the flow of combustion air into the engine, for example. , thereby making it available for increasing the power of the engine.

つまり、この用途では、ターボチャージャーは、エンジ
ンのための空気流量制御機構として機能するこ上になる
。その結果、ターボチャージャーの設計は、エンジンの
全速度域にわたっての諸要件に最も適合するように、羽
根車の渦形室および羽根車の刃の向きを考慮して行わな
ければならないこ上になる。固定形状設計の在来のター
ボチャージャーでは、この適合性は、不可避的に、さま
ざまなエンジン速度およびトルクで可能な最高性能の妥
協の産物となる0例えば、ターボチャージャーが、最大
エンジン速度で最適の空気流量が得られるように設計さ
れていれば、それにより低いエンジン作動速度では、流
量は最適にはならなくなる。また、その逆も成り立つ。
Thus, in this application, the turbocharger functions as an air flow control mechanism for the engine. As a result, turbocharger design must take into account the impeller volute and impeller blade orientation to best meet engine speed requirements. . With conventional turbochargers of fixed geometry design, this adaptation is inevitably a compromise between the best possible performance at various engine speeds and torques. If the airflow is designed to be available, then at low engine operating speeds the flow will not be optimal. Also, the opposite is true.

さらに、ある期間エンジンとターボチャージャーが使用
されると、摩耗とちりの堆積によって、エンジンおよび
ターボチャージャーのいずれか一方または両方の作動特
性に変化が生じ、そのたの2つの構成部分の妥協の産物
としての適合性にも変化が生じて、ときにはエンジンの
性能が劣化するおそれもある。このターボチャージャー
とエンジンの適合性の問題は、大量生産では、製造公差
によってエンジンご上にまたターボチャージャーご上に
差が生じる場合があるという事実から、さらに複雑にな
る。
Additionally, after a period of use, wear and dust accumulation can cause changes in the operating characteristics of the engine and/or turbocharger, resulting in a compromise between the two components. This may also change the suitability of the engine, potentially degrading the performance of the engine. This turbocharger-to-engine compatibility problem is further complicated by the fact that in high-volume production, manufacturing tolerances can result in variations from engine to engine and from turbocharger to turbocharger.

今後、自動車の燃料の経済性や排気ガス等に関する要求
水準が高まることが予想されるが、そのためにも、広い
範囲の作動条件のもとでエンジンに適合することのでき
るターボチャージャーを供給することが強くのぞまれる
In the future, it is expected that the requirements for automobile fuel economy, exhaust gas, etc. will increase, and for this reason, it is necessary to supply turbochargers that can be adapted to engines under a wide range of operating conditions. is strongly desired.

ターボチャージャー技術においては、従来から、タービ
ン部分の力を適当な制御機構によって変化させることが
できれば、いかなるエンジン速度およびトルクにおいて
も、エンジンへの空気の流量を正確に制御できるという
考え方が認められてきた。さらに、このような制御機構
があれば、過渡的に力が変化している間のエンジンへの
空気の流量を変えて、いわゆる「ターボ拳ラグ」を減ら
し、粒子状の排出物を減らすこともできる。またさらに
、タービン部分の力を変えることのできるターボチャー
ジャーは、摩耗やチリまたは他の異物の堆積によって生
じるエンジンまたはターボチャージャー自身の変化も補
償することができる。
It has long been accepted in turbocharger technology that if the forces in the turbine section can be varied by suitable control mechanisms, then the flow of air to the engine can be precisely controlled at any engine speed and torque. Ta. Additionally, such a control mechanism could also vary the flow of air to the engine during transient power changes, reducing so-called "turbo fist lag" and reducing particulate emissions. can. Still further, a turbocharger that is capable of varying the forces on its turbine parts can also compensate for changes in the engine or turbocharger itself caused by wear, dirt, or other foreign matter build-up.

タービンの力を変えることのできるこのようなターボチ
ャージャーは、例えば、バーマンに対する米国特許No
、 2.428,830やレイヒトに対する米国特許N
o、 3,945,762に示されている。
Such turbochargers, which can vary the power of the turbine, are described, for example, in US patent no.
, 2.428,830 and U.S. Patent N to Leicht.
o, 3,945,762.

これらのターボチャージャーは、ターボチャージャーの
空気の出力をある程度制御できるという潜在的な利点を
もっているが、これまでのところ一般のターボチャージ
ャー市場では、大きなシェアを獲得するまでには至って
いない、これは、少なくとも一部は、ターボチャージャ
ーの出力を正確に制御できないこと、および、長期の使
用に耐える力を変えることのできるターボチャージャー
の生産にあたって当面する機械的な困難さによるもので
ある。
These turbochargers have the potential advantage of providing some control over the turbocharger's air output, but so far they have not been able to capture a significant share of the general turbocharger market; This is due, at least in part, to the inability to precisely control turbocharger output and the mechanical difficulties encountered in producing turbochargers with variable power over long-term use.

したがって、本発明の1つの目的は、正確に制御するこ
とのできる可変力タービン部分を有するターボチャージ
ャーを提供することである。
Accordingly, one object of the present invention is to provide a turbocharger with a variable power turbine section that can be precisely controlled.

本発明のもう1つの目的は、一体式に形成されたガス流
案内羽根を利用するターボチャージャー用可変カタービ
ンを提供することである。
Another object of the present invention is to provide a variable turbine for a turbocharger that utilizes integrally formed gas flow guide vanes.

本発明のさらにもう1つの目的は、回転可能な羽根シャ
フトによって支えられたアクチュエーター・リングを利
用した可変力タービン部分を有するターボチャージャー
を提供することである。
Yet another object of the present invention is to provide a turbocharger having a variable force turbine section that utilizes an actuator ring supported by a rotatable vane shaft.

r問題点を解決するための手段」 要するに、一つの実施形態においては、本発明は、共用
シャフト上に回転するように取りつけられたタービン羽
根車およびコンプレッサー羽根車、タービン羽根車への
ガス流入用でタービン羽根車の周囲の環状面を限定して
いるタービン入口ハウジング、翼状部分を有する少なく
とも2つの羽根、軸を有し翼状部分から伸びているシャ
フト部分、およびシャフト部分の軸に対して横にシャフ
トから突き出ている作動アーム部分を有し、各羽根の翼
状部分はタービン羽根車の周囲に間隔を置いて配備され
、翼状部分は羽根車と渦形環状面の間に置かれ、アクチ
ュエーター・リングは、各羽根用スロットを含み、各ス
ロットは羽根の作動アーム部分と噛み合っていて、リン
グが回転すると、前記アクチュエーター・リングが少な
くともいくつかの羽根シャフト部分に支えられているた
め羽根シャフト部分が回転し、また前記アクチュエータ
ー・リングを回転させるための手段が配備されているタ
ーボチャージャーを含むものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In summary, in one embodiment, the present invention provides a turbine impeller and a compressor impeller rotatably mounted on a common shaft, for gas inflow to the turbine impeller. a turbine inlet housing defining an annular surface around the turbine impeller at the turbine inlet housing, at least two vanes having an airfoil portion, a shaft portion having an axis extending from the airfoil portion, and transverse to the axis of the shaft portion; an actuating arm portion projecting from the shaft, the airfoils of each vane being spaced around the turbine impeller, the airfoils being positioned between the impeller and the volute annular surface, and an actuator ring; includes a slot for each vane, each slot meshing with an actuating arm portion of the vane, such that rotation of the ring causes rotation of the vane shaft portion because the actuator ring is supported by at least some of the vane shaft portions. and a turbocharger provided with means for rotating said actuator ring.

他の実施形態においては1本発明は、共用シャフト上に
回転するように取りつけられたタービン羽根車およびコ
ンプレッサー羽根車、ガス流入用でタービン羽根車の周
囲に渦形環状面を限定して交接面を形成するはイ円形の
口を有するタービン入口ハウジング、タービン入口ハウ
ジングに確保されて交換面の部分に接触して少なくとも
1つの中ぐりを限定するように口の中に突出しているタ
ービン出口ハウジング、翼状部分を有する少なくとも1
つの羽根、および翼状部分から突出している一体式シャ
フト部分を有し、前記翼状部分は渦形環状面とタービン
羽根車の周囲の間に置かれ、前記シャフト部分は前記中
ぐりの中に取りつけられ、また前記羽根シャフト部分を
回転させて羽根の翼状部分の向きを変えるための手段が
配備されているターボチャージャーを含むものである。
In another embodiment, the present invention provides a turbine impeller and a compressor impeller rotatably mounted on a common shaft, for gas inflow, defining a spiral annular surface around the turbine impeller and intersecting surfaces. a turbine inlet housing having a circular mouth forming a circular mouth; a turbine outlet housing secured to the turbine inlet housing and projecting into the mouth so as to contact a portion of the exchange surface and define at least one bore; at least one having a wing-like portion
one vane, and an integral shaft portion projecting from the airfoil, the airfoil being disposed between the volute annular surface and the periphery of the turbine impeller, and the shaft portion being mounted within the bore; It also includes a turbocharger provided with means for rotating the blade shaft portion to change the orientation of the wing-like portion of the blade.

要するに本発明は、ターボチャージャーのタービン羽根
車に向うガスの流量を変化させることでタービンの出力
を変化させるための複数の調節可能な羽根を有するター
ボチャージャー。のぞましい実施形態においては、ター
ボチャージャーは、共同シャフト上で回転するように取
りつけられたタービン羽根車およびコンプレッサー羽根
車を有する。ターボチャージャーは、またタービン羽根
車の周囲に渦形環状面を限定し、また交接面を形成する
ほり円形の口を有する。出口タービン・ハウジングは、
タービン入口ハウジングに確保されてタービン入口ハウ
ジングの口の中に突出し、少なくとも1つの中ぐりを限
定している。ターボチャージャーは、翼状部分を有する
少なくとも1つの羽根、翼状部分から突出している一体
式のシャフト部分、およびシャフト部分から伸び一体式
のビン部分を有する作動アーム部分を備えている。翼状
部分は、渦形環状面とタービン羽根車の周囲の間にnか
れ、またシャフト部分は中ぐりの中に回転式に取りつけ
られている。ビン部分と噛み合うスロットを有する作動
リングが羽根シャフト部分を回転させるために配備され
ており、それによって翼状部分の向きを変えることがで
き「実施例J 次に本発明の実施例を図面に従って説明する。
In summary, the present invention is a turbocharger having a plurality of adjustable vanes for varying the output of a turbine by varying the flow rate of gas toward the turbine impeller of the turbocharger. In a preferred embodiment, the turbocharger has a turbine impeller and a compressor impeller mounted for rotation on a common shaft. The turbocharger also defines a vortex-shaped annular surface around the turbine impeller and has a semi-circular mouth that also forms a mating surface. The outlet turbine housing is
A turbine inlet housing is secured to the turbine inlet housing and projects into the mouth of the turbine inlet housing, defining at least one bore. The turbocharger includes at least one vane having an airfoil portion, an integral shaft portion projecting from the airfoil portion, and an actuation arm portion extending from the shaft portion and having an integral bin portion. The airfoil portion is interposed between the volute annular surface and the periphery of the turbine impeller, and the shaft portion is rotatably mounted within the bore. An actuating ring having a slot that engages with the bin part is provided for rotating the vane shaft part, thereby changing the orientation of the wing part.Example J An embodiment of the invention will now be described according to the drawings. .

第1図は1本発明にもとづく可変力ターボチャージャー
の立面図において、ターボチャージャー争ハウジングの
一部分を取りこわして一定の構成部分を断面および透視
で示し、さまざまな羽Miおよび羽根制御機構の構造を
明らかにする図である。
FIG. 1 is an elevational view of a variable force turbocharger according to the present invention, with a part of the turbocharger housing removed to show certain components in cross-section and perspective view, and the structure of various vanes Mi and vane control mechanisms. FIG.

第2図は、第1図のターボチャージャーを2−2線で切
った横断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the turbocharger of FIG. 1 taken along line 2--2.

第3図は、第1図および第2図のターボチャージャーの
タービン入口ハウジングの詳細を示した立面図である。
FIG. 3 is a detailed elevational view of the turbine inlet housing of the turbocharger of FIGS. 1 and 2;

第4図は、本発明に用いれらている調節可能な羽根の見
取り図である。
FIG. 4 is a diagram of an adjustable vane used in the present invention.

第5図は、本発明のターボチャージャーに用いれられて
いる調節リングの平面図である。
FIG. 5 is a plan view of the adjustment ring used in the turbocharger of the present invention.

さて、第1図および第2図を参照して5図には、本発明
にもとづく排気ガス駆動式ターボチャージャー10が示
されている。ターボチャージャー10は、刃のついたタ
ービン羽根車14を含むタービン部分12および刃のつ
いたコンプレッサー羽根車18を含むコンプレッサ一部
分16を有し、これら2つの羽根車は、ベアリング・ア
センブリ一部分22を通って伸びる共用シャフト120
の反対側の端部に取り付けられていて、2つの羽根車が
同調して回転するようになっている。ターボチャージャ
ー10のコンプレッサ一部分16およびベアリング・ア
センブリ一部分22は在来式の設計および構造になって
いるので、これらの構成安素については、以後これ以E
詳しく説明しない。
Referring now to FIGS. 1 and 2, FIG. 5 shows an exhaust gas-driven turbocharger 10 in accordance with the present invention. Turbocharger 10 has a turbine section 12 that includes a bladed turbine impeller 14 and a compressor section 16 that includes a bladed compressor impeller 18 that pass through a bearing assembly section 22 . Common shaft 120 that extends
The two impellers rotate in synchrony. Because the compressor portion 16 and bearing assembly portion 22 of the turbocharger 10 are of conventional design and construction, their constituent components will hereinafter be referred to as E.
Don't explain in detail.

タービン部分12は、入口ハウジング24を有し、この
ハウジングは、排気ガス入口26をもつ渦形環状面を備
えたその周囲に羽根車14を囲い込む形になっている。
The turbine section 12 has an inlet housing 24 which is configured to enclose the impeller 14 around its circumference with a volute annular surface having an exhaust gas inlet 26 .

ガス出口30を形成する出口タービン28は、入口ター
ビン・ハウジング24の中に伸びている。出口ハウジン
グ28は、例えば溶接32などの任意の適当な1段で入
口ハウジング24に確保されるている。
An outlet turbine 28 forming a gas outlet 30 extends into the inlet turbine housing 24 . Outlet housing 28 is secured to inlet housing 24 with any suitable step, such as by welding 32, for example.

本発明に従えば、タービン部分12は81数の2g!節
可能な案内羽根34を含んでいる。第4図で最もよくわ
かるように、各羽根34は翼状部分36、翼状部分から
横に伸びるシャフト部分38、シャフト部分の軸に対し
て横向きに伸びるアーム部分40.およびその軸がシャ
フト部分の軸に平行に伸びるビン部分42を有している
0羽根34のアーム部分40は、シャフトの端部から間
隔を置いてシャフト部分38から伸び、シャフト部分の
端部が切り株状の突起44を形成するようにすることが
のぞましい、翼状部分36は曲面形状をもつように示さ
れているが、この部分は平面形状など他の形状をもつよ
うにすることもできる。
According to the invention, the turbine section 12 weighs 81 2 g! It includes an articulated guide vane 34. As best seen in FIG. 4, each vane 34 includes a wing portion 36, a shaft portion 38 extending laterally from the wing portion, an arm portion 40 extending transversely to the axis of the shaft portion. and a bin portion 42 whose axis extends parallel to the axis of the shaft portion. Although the wing portion 36, which preferably forms a stump-like projection 44, is shown as having a curved shape, it may have other shapes, such as a planar shape.

羽根34の重要な特徴は、ターボチャージャー10のタ
ービン部分12の中に生じるガスの流れの中での翼状部
分の向きを正確に制御できるように児全な一体構造にす
ることができる点にある、これは、少くとも一部は、ア
ーム部分40に対する翼状部分36の向きが正確な公差
をもつようにつくることができるという事実にもとづい
ている。さらに、このような一体式の羽根34は、ター
ビン部分12の中で生じる高温運用条件により適してい
る0羽根34は、焼流し精密鋳造のような在来の鋳造法
によってつくることがのぞましいが、微粉冶金法などの
他の在来の方法によってつくることもできる。
An important feature of the vanes 34 is that they can be of integral, unitary construction to allow precise control of the orientation of the airfoils within the gas flow generated within the turbine section 12 of the turbocharger 10. , this is based, at least in part, on the fact that the orientation of the wing portion 36 relative to the arm portion 40 can be made with precise tolerances. Additionally, such integral vanes 34 are preferably made by conventional casting methods, such as investment casting, while zero vanes 34 are more suitable for the high temperature operating conditions encountered within the turbine section 12. They can also be made by other conventional methods such as micropowder metallurgy.

羽根34は、金属、セラミ−7り等の高温材料で構成さ
れる。
The blade 34 is made of a high temperature material such as metal or ceramic.

羽根34は、羽根がタービン羽根車14の周囲に間隔を
置いて配置されるように取りつけられる。ターボチャー
ジャー10の中に収められる羽$134の数は、かなり
の範囲で変化し得るが、通常は、7ないし15の羽根を
取りつければ満足な性能が得られる。第2図を見れば最
もよくわかるように、各羽根34は、翼状部分36が渦
形環状面とタービン羽根車14の間にくるようにタービ
ン部分12の中に取りつけられる。各羽根34のシャフ
ト部分38は、入口ハウジング24と出口ハウジング2
8の交接面の間に形成される中ぐり46を通って伸びて
いる。アーム部分40とピン部分42は、それぞれ、入
口ハウジング24と出口ハウジング28のフランジ部分
48および49によって限定される閉じた環状空間47
の中に収められている。答中ぐり4は、羽根34のシャ
フト部分38がその中で自由に回転でき、翼状部分36
の向きが調節できるように充分大きい寸法につくられて
いる。
Vanes 34 are mounted such that the vanes are spaced around the circumference of turbine impeller 14 . The number of blades 134 contained within the turbocharger 10 can vary over a wide range, but typically seven to fifteen blades will provide satisfactory performance. As best seen in FIG. 2, each vane 34 is mounted within the turbine section 12 such that the airfoil section 36 is between the volute annular surface and the turbine impeller 14. The shaft portion 38 of each vane 34 is connected to the inlet housing 24 and the outlet housing 2.
It extends through a bore 46 formed between the interfacing surfaces of 8. Arm portion 40 and pin portion 42 define a closed annular space 47 defined by flange portions 48 and 49 of inlet housing 24 and outlet housing 28, respectively.
It is contained within. The answer boring 4 is such that the shaft portion 38 of the vane 34 can freely rotate therein and the wing-like portion 36
It is made large enough so that its orientation can be adjusted.

羽根シャフト部分38用の中ぐり46は、第3図に示さ
れているように、タービン入口ハウジング24用の円形
の口の内部接合面の中に形成されたU字形のチャンネル
とすることがのぞましい、このようにすれば、タービン
出口ハウジング28の交接面ははイ円筒状となり、シャ
フト部分38全体がU字形チャンネルの中に収められる
こ上になる0代りにハウジングと出口の両方の交接面に
対応する半円形のチャンネルを配備して、2つのハウジ
ングを組み立てたとき、これらのチャンネルの間に円形
の中ぐり46が形成されるようにすることもできるが、
必ずしものぞましいことではない0円形の中ぐり46が
形成されることからいえば、この構造は有利であるがタ
ービン出口ハウジング28の製造がある程度複雑になる
おそれがある。入口ハウジング24とは反対に、出口ハ
ウジング28の中にU字形チャンネルを形成することも
可能である。閉じた環状空間47が中ぐりを通る排気ガ
スの損失を防ぐので1通常は、羽根シャフト部分38の
まわりにぴったり合った中ぐり46をつくる必要はない
The bore 46 for the vane shaft portion 38 is preferably a U-shaped channel formed in the internal interface of the circular mouth for the turbine inlet housing 24, as shown in FIG. In this way, the mating surfaces of the turbine outlet housing 28 are cylindrical and the entire shaft portion 38 is contained within the U-shaped channel. Corresponding semicircular channels may also be provided so that a circular bore 46 is formed between these channels when the two housings are assembled;
While advantageous, this construction may add some complexity to the manufacture of the turbine outlet housing 28, as it results in a zero circular bore 46, which is not necessarily desirable. It is also possible to form a U-shaped channel in the outlet housing 28, as opposed to the inlet housing 24. Since the closed annular space 47 prevents the loss of exhaust gases through the bore 1, it is usually not necessary to create a snug bore 46 around the vane shaft portion 38.

次に、とくに第5図を参照して、のぞましい実施形態に
おいては、羽根34の制御は、各羽根34のピン部分4
2ご上にlスロットずつ、複数の放射状でないスロット
52を有する平面アクチュエーター・リング50によっ
て行われる。
Now, with particular reference to FIG. 5, in a preferred embodiment, the control of the vanes 34 includes the pin portion
This is done by a planar actuator ring 50 having a plurality of non-radial slots 52, 2 and 1 slots each.

第1図に最もよく示されているように、アクチュエータ
ー−リング50は、羽根34のシャフト部分38上の7
クチユエーター拳リングの内部と噛み合った突起44に
よって支えられる0通常、すべてのシャフト部分38が
アクチュエーター・リング50を支える必要はない、多
くのターボチャージャーでは、3ないし4の羽根シャフ
ト部分で支えられていれば充分である。したがって、支
えにならない羽根シャフト部分38は、切り株状の突起
44を備えている必要はないこ上になる。
As best shown in FIG. 1, the actuator ring 50 is located at a
Typically, not all shaft sections 38 need to support the actuator ring 50; in many turbochargers, three or four vane shaft sections are supported. It is sufficient. The unsupported vane shaft portion 38 therefore no longer needs to be provided with a stump-like projection 44.

アクチュエーター・リング50によって羽根シャフト部
分38が回転すると、羽根シャフト部分はリングのため
に回転する支えを提供するこ上になり、これによってリ
ングの回転に必要なエネルギーがかなり低減する。さら
に1羽根シャフト部分38によって提供されるこの支え
は、タービン羽根車14の軸に対するアクチュエータm
−リング50の同心性を維持するのに役立つ。
As the vane shaft portion 38 is rotated by the actuator ring 50, the vane shaft portion provides rotational support for the ring, thereby significantly reducing the energy required to rotate the ring. This support, which is further provided by the one-blade shaft section 38, is the actuator m relative to the axis of the turbine impeller 14.
- Helps maintain the concentricity of the ring 50.

すでに述べたように、アクチュエーター・リング50の
スロット52は、羽根34のアーム部分40上のピン部
分42に噛み合っている。したがって、アクチュエータ
ー・リング50が回転すると、羽根シャフト部分38も
回転し、それによって、翼状部分36の向きがタービン
羽根車14に対して変化するこ上になる。翼状部分36
の向きが変わるとそれによってターボチャージャーのの
どの部分ならびにタービン羽根車14の中へ向かう流れ
の角度も変化する。その結果、タービン部分12の力が
変化するので、コンプレッサー羽根車の出力を制御する
ことができる。
As previously mentioned, the slots 52 in the actuator ring 50 engage the pin portions 42 on the arm portions 40 of the vanes 34. Thus, as actuator ring 50 rotates, vane shaft portion 38 also rotates, thereby causing the orientation of airfoil portion 36 to change relative to turbine impeller 14 . wing-shaped portion 36
As the orientation changes, the angle of flow into the throat of the turbocharger and into the turbine impeller 14 also changes. As a result, the power of the turbine section 12 changes so that the output of the compressor impeller can be controlled.

アクチュエーター・リング50を回転させるための適当
な手段は、アーム60上にカム部品58を有するシャフ
ト56を備えており、このカム部分は、アクチュエータ
ー〇リングの中の直径方向のスロット54と噛み合って
いる。
A suitable means for rotating the actuator ring 50 comprises a shaft 56 having a cam part 58 on an arm 60 which engages a diametrical slot 54 in the actuator ring. .

シャフト56の回転は、エンジンの回転速度やトルク需
要、排気ガスおよび変化する空気の温度、ターボチャー
ジ圧力の1つ以上を含むエンジノおよびターボチャージ
ャーの作動条件に応じて制御される空圧アクチュエータ
ー、電動モーター等の(図には示されていない)制御機
構を任意の数だけ用いるこ上によって実現される。
Rotation of the shaft 56 is controlled by a pneumatic actuator, an electrically powered actuator, etc. in response to engine and turbocharger operating conditions, including one or more of engine rotational speed and torque demand, exhaust gas and changing air temperatures, and turbocharge pressure. This is realized by using any number of control mechanisms (not shown) such as motors.

偏心カム部品58を備えたシャフト56の使用は、アク
チュエーター・リング50の回転を制御するためののぞ
ましい手段である。これは、この部面が90”回転する
と1羽根の角度の変化がゼロになるため、偏心度を制御
することで変化し得るタービンの力の範囲を制御できる
ためである。さらに、制御機構が羽根の角度の効果が最
も大きい移動の後端部分で減感されるため、安定性と制
御性が高められる。また。
The use of a shaft 56 with an eccentric cam component 58 is the preferred means for controlling the rotation of actuator ring 50. This is because when this part rotates 90'', the change in the angle of one blade becomes zero, so by controlling the eccentricity, the range of the turbine force that can change can be controlled.Furthermore, the control mechanism Stability and control are increased because the vane angle is desensitized at the rear end of travel, where its effect is greatest.Also.

羽根34の位置に対するスロー7ト54の角位置を変え
ることで、適用するエンジンご上に。
By changing the angular position of the throat 54 with respect to the position of the blade 34, it can be adapted to the engine to which it is applied.

タービン部分の力が変化し得る活動域を上下にずらすこ
とが可能になる。
It becomes possible to shift the active range up and down in which the force of the turbine section can change.

アクチュエーター〇リング50を回転させるための他の
適当な手段として、図には示されていないが、リンク・
ビンを枢動式ジヨイントを通ってリングに接続させ、リ
ンク参ピンが入口ハウジング24を通ってはC正接状態
でアクチュエーター・リングまで伸びるようにする方法
もある。
Other suitable means for rotating the actuator ring 50, not shown, include a link
Another option is to connect the pin to the ring through a pivot joint so that the link pin extends C-tangent through the inlet housing 24 to the actuator ring.

以上、本発明ののぞましい実施形態と思われるものを図
に示して説明したが、当該技術分野に熟達した人には、
添付の特許請求の範囲に定義された本発明から逸脱する
ことなくさまざまな変更および修正を行い得ることが明
らかであろう。
What is considered to be a desirable embodiment of the present invention has been described above with illustrations, but those skilled in the art will appreciate the following:
It will be apparent that various changes and modifications may be made without departing from the invention as defined in the appended claims.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明にもとづく可変カターポチャージャー
の立面図において、ターボチャージャ一番ハウジングの
一部分を取りこわして一定の構成部分を断面および透視
で示し、さまざまな羽根および羽根制御機構の構造を明
らかにする図である。 第2図は、第1図のターボチャージャーを2−2の線で
切った横断面図である。 第3図は、第1図および第2図のターボチャージャーの
タービン人ロバウジ〉・グの詳細を示した立面図である
。 第4図は、本発明に用いられている調節可能な羽根の見
取り図である。 第5図は、本発明のターボチャージャーに用いられてい
る調節リングの平面図である。 図中 10・・・ターボチャージャー、12・・・タービン部
分、羽根車、16・・・コンプレッサ一部分、18・・
・コンプレッサー羽根車、20・・・共用シャフト、2
4・・・入口ハウジング、28・・・出口ハウジング、
50・・・アクチュエータ拳リング
FIG. 1 is an elevational view of a variable catarpocharger according to the present invention, with a portion of the turbocharger housing removed to show certain components in cross-section and perspective, and the structure of various vanes and vane control mechanisms. FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of the turbocharger of FIG. 1 taken along line 2--2. FIG. 3 is an elevational view showing details of the turbine engine of the turbocharger of FIGS. 1 and 2. FIG. FIG. 4 is a diagram of an adjustable vane used in the present invention. FIG. 5 is a plan view of the adjustment ring used in the turbocharger of the present invention. In the figure, 10...turbocharger, 12...turbine part, impeller, 16...compressor part, 18...
・Compressor impeller, 20...Common shaft, 2
4... Inlet housing, 28... Outlet housing,
50...actuator fist ring

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、可変力タービン部分を有するターボチャージャーに
おいて、共用シャフト上に回転するように取りつけられ
たタービン羽根車およびコンプレッサー羽根車、タービ
ン羽根車へのガス流入用でタービン羽根車の周囲の環状
面を限定しているタービン入口ハウジング、翼状部分を
有する少なくとも2つの羽根、軸を有し翼状部分から伸
びているシャフト部分、およびシャフト部分の軸に対し
て横向きに シャフトから突き出ている作動アーム部分を有し、各羽
根の翼状部分はタービン羽根車の周囲に間隔を置いて配
備され、翼状部分は羽根車と渦形環状面の間に置かれ、
アクチュ エーター・リングは、各羽根用スロットを含み、各スロ
ットは羽根の作動アーム部分と 噛み合って、リングが回転すると、前記アクチュエータ
ー・リングが少くともいくつかの羽根シャフト部分に支
えられているため羽根シャフト部分が回転し、また前記
アクチュ エーター・リングを回転させるための手段が配備されて
いるターボチャージャー。 2、特許請求の範囲1にもとづくターボチャージャーに
おいて、アクチュエーター・リングを回転しながら支え
る少なくとも3つの羽根を含むターボチャージャー。 3、特許請求の範囲1にもとづくターボチャージャーに
おいて、アクチュエーター・リングの中の前記スロット
が非放射線状であるアクチュエーター。 4、特許請求の範囲1にもとづくターボチャージャーに
おいて、アクチュエーター・リングが、さらに1つの直
径方向のスロットを含 み、またアクチュエーター・リングを回転させるための
手段が、前記直径方向のスロットと噛み合うアーム上の
カム部品を備えた回転シャフトを有するターボチャージ
ャー。 5、特許請求の範囲1にもとづくターボチャージャーに
おいて、少くとも2つの羽根を有 し、その各々が、渦形環状面と羽根車の間のタービン羽
根車のまわりに間隔を置いて配置された翼状部分および
アクチュエーター・リングの中のスロットと噛み合うシ
ャフト部分を備え、羽根の若干数のみがリングを回転式
に支えているターボチャージャー。 6、特許請求の範囲1にもとづくターボチャージャーに
おいて、入口タービン・ハウジングと噛み合って、羽根
のシャフト部分を回転式に支えるための中ぐりを形成す
るタービン 出口ハウジングをさらに含むターボチャー ジャー。 7、特許請求の範囲6にもとづくターボチャージャーに
おいて、中ぐりが、タービン出口 ハウジングの噛合い部分と共働するタービン入口ハウジ
ングの中のU字形チャンネルに よって形成されるターボチャージャー。 8、特許請求の範囲6にもとづくターボチャージャーに
おいて、中ぐりが入口タービン・ ハウジングおよび出口タービン・ハウジング双方の中の
隣接する半円形チャンネルによって形成されるターボチ
ャージャー。 9、特許請求の範囲6にもとづくターボチャージャーに
おいて、羽根のすべての部分が一体であるターボチャー
ジャー。 10、可変力タービン部分を有するターボチャージャー
において、共用シャフト上に回転するように取りつけら
れたタービン羽根車およびコンプレッサー羽根車、ガス
流入用でタービン羽根車の周囲に渦形環状面を限定して
交接面を形成するほゞ円形の口を有するタービン入口ハ
ウジング、タービン入口ハウジングに確保されて交換面
の部分に接触して少なくとも1つの中ぐりを限定するよ
うに口の中に突出しているタービン出口ハウジング、翼
状部分を有する少なくとも1つの羽根、および翼状部分
から突出している一体式シャフト部分を有し、前記翼状
部分は渦形環状面とタービン羽根車の周囲の間に置かれ
、前記シャフト部分は前記中ぐりの中に取りつけられ、
また前記羽根シャフト部分を回転させて羽根の翼状部分
の向きを変えるための手段が配備されているターボチャ
ージャー。 11、特許請求の範囲10にもとづくターボチャージャ
ーにおいて、羽根がシャフト部分の軸に横向きの一体式
作動アーム部分を有するターボチャージャー。 12、特許請求の範囲11にもとづくターボチャージャ
ーにおいて、アーム部分がシャフト部分の軸に平行な軸
上に伸びる一体式のピン部分を有し、また前記羽根シャ
フト部分を回転させるための手段が羽根のピン部分と噛
み合うスロットを有するアクチュエーター・リングを備
えているターボチャージャー。 13、特許請求の範囲12にもとづくターボチャージャ
ーにおいて、スロットが直径方向を向いていないターボ
チャージャー。 14、特許請求の範囲12にもとづくターボチャージャ
ーにおいて、羽根シャフト部分を回転させるための手段
が、アーム上にアクチュエータ・リングの中の直径方向
のスロットと噛み合うカム部分をもつ回転式シャフトを
有するターボチャージャー。 15、特許請求の範囲12にもとづくターボチャージャ
ーにおいて、タービン入口ハウジングの交接面の形成さ
れた中ぐりの中で回転式に支えられる複数の羽根を有し
、羽根の少なくとも若干数が、リングと羽根のシャフト
部分の噛合いによってアクチュエーター・リングを回転
式に支えているターボチャージャー。 16、特許請求の範囲10にもとづくターボチャージャ
ーにおいて、中ぐりが、タービン入口ハウジングの交接
面の中のU字形チャンネルによって形成されるターボチ
ャージャー。 17、特許請求の範囲10にもとづくターボチャージャ
ーにおいて、中ぐりが、入口タービン・ハウジングおよ
び出口タービン・ハウジングの中の対応する半円形チャ
ンネルによって形成されるターボチャージャー。 18、特許請求の範囲16にもとづくターボチャージャ
ーにおいて、タービン出口ハウジングの交接面に形成さ
れた中ぐりの中に回転式に支えられた複数の羽根を有し
、羽根の少くとも若干数は、羽根のシャフト部分との噛
合いによってアクチュエーター・リングを回転式に支え
られているターボチャージャー。 19、特許請求の範囲18にもとづくターボチャージャ
ーにおいて、羽根シャフトを回転させるための手段が、
アーム上にアクチュエータ・リングの直径方向のスロッ
トと噛み合うカム部品を有する回転式シャフトを含んで
いる ターボチャージャー。
[Scope of Claims] 1. A turbocharger having a variable force turbine section, including a turbine impeller and a compressor impeller rotatably mounted on a common shaft, a turbine impeller for gas inflow to the turbine impeller; a turbine inlet housing defining a circumferential annular surface, at least two vanes having an airfoil, a shaft portion having an axis extending from the airfoil, and projecting from the shaft transversely to the axis of the shaft portion; an actuating arm portion, the airfoil portion of each blade being spaced around the turbine impeller, the airfoil portion being located between the impeller and the vortex annular surface;
The actuator ring includes a slot for each vane, each slot meshing with an actuating arm portion of the vane so that when the ring rotates, the actuator ring is supported by at least some of the vane shaft portions so that the vane shaft A turbocharger in which a portion rotates and means are provided for rotating said actuator ring. 2. A turbocharger according to claim 1, comprising at least three vanes that rotatably support an actuator ring. 3. A turbocharger according to claim 1, wherein said slot in the actuator ring is non-radial. 4. A turbocharger according to claim 1, wherein the actuator ring further comprises one diametrical slot, and the means for rotating the actuator ring are provided on the arm engaging with said diametrical slot. Turbocharger with rotating shaft with cam parts. 5. A turbocharger according to claim 1, having at least two blades, each of which is spaced apart around the turbine impeller between the volute annular surface and the impeller. A turbocharger with a shaft portion that meshes with a slot in an actuator ring, with only some of the vanes rotatably supporting the ring. 6. A turbocharger according to claim 1, further comprising a turbine outlet housing that mates with the inlet turbine housing to form a bore for rotatably supporting a shaft portion of the blade. 7. A turbocharger according to claim 6, in which the bore is formed by a U-shaped channel in the turbine inlet housing cooperating with a mating part of the turbine outlet housing. 8. A turbocharger according to claim 6, wherein the bores are formed by adjacent semicircular channels in both the inlet turbine housing and the outlet turbine housing. 9. A turbocharger according to claim 6, in which all parts of the blades are integral. 10. In a turbocharger with a variable force turbine section, a turbine impeller and a compressor impeller mounted for rotation on a common shaft, intersecting with a defined spiral annular surface around the turbine impeller for gas inlet; a turbine inlet housing having a generally circular mouth forming a surface; a turbine outlet housing secured to the turbine inlet housing and projecting into the mouth so as to contact a portion of the exchange surface and define at least one bore; , at least one vane having an airfoil portion, and an integral shaft portion projecting from the airfoil portion, the airfoil portion being disposed between the vortex annular surface and the periphery of the turbine impeller; installed in a boring,
The turbocharger is further provided with means for rotating the blade shaft portion to change the direction of the wing-like portion of the blade. 11. A turbocharger according to claim 10, having an integral actuating arm portion in which the vanes are transverse to the axis of the shaft portion. 12. A turbocharger according to claim 11, wherein the arm portion has an integral pin portion extending on an axis parallel to the axis of the shaft portion, and the means for rotating the vane shaft portion are arranged on the blades. A turbocharger with an actuator ring that has a slot that engages a pin section. 13. A turbocharger according to claim 12, in which the slots do not face in the diametrical direction. 14. A turbocharger according to claim 12, wherein the means for rotating the vane shaft portion comprises a rotatable shaft having a cam portion on the arm that engages with a diametrical slot in the actuator ring. . 15. A turbocharger according to claim 12, having a plurality of vanes rotatably supported in a bore formed in the mating surface of the turbine inlet housing, at least some of the vanes being in contact with the ring and vanes. A turbocharger rotatably supports the actuator ring by meshing the shaft parts. 16. A turbocharger according to claim 10, wherein the bore is formed by a U-shaped channel in the mating face of the turbine inlet housing. 17. A turbocharger according to claim 10, wherein the bore is formed by corresponding semicircular channels in the inlet turbine housing and the outlet turbine housing. 18. A turbocharger according to claim 16, comprising a plurality of vanes rotatably supported in a bore formed in a mating surface of a turbine outlet housing, at least some of the vanes being A turbocharger has an actuator ring that is rotatably supported by engagement with the shaft. 19. In the turbocharger according to claim 18, the means for rotating the blade shaft comprises:
A turbocharger that includes a rotary shaft having a cam component on the arm that engages a diametrical slot in an actuator ring.
JP61252111A 1985-10-24 1986-10-24 Turbocharger with variable type blade Pending JPS62162729A (en)

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US79107185A 1985-10-24 1985-10-24
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GB (2) GB2183302B (en)

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