JPS62282127A - 可変容量タービン - 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】 ３、発明の詳細な説明 〈産業上の利用分野〉 本発明は可変客足式のラジアルタービンに関し、特にタ
ーボチャージャに於ける排気タービンとして好適な可変
客間タービンに関する。

〈従来の技術〉 ターボチャージャ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、エンジンの回転速度が低い領域
に於ても過給効果を確保することが望まれる場合があり
、そのためには、タービンホイールの上流側の通路を狭
窄することにより、流体の流入速度を増大させると良い
。しかしながら、このように通路を狭窄した場合には、
タービンの入口圧、即ちエンジンの排気カスに対する背
圧が高まり、エンジンの効率を低下させる不都合が発生
する。

そこで特公昭３８−７６５３号公報に記載されているよ
うに、複数の可動ベーンをタービンホイール外周部を臨
む喉部に環状に配設し、これら可動ベーンを傾動ざぜる
ことにより、これらベーン間に郭成されるノズルの開口
面積を変化させるものとすれば、エンジンの低速域に於
ても過給効果を確保し、エンジンの中高速域に必っては
エンジンの排気ガスに対する背圧を小ざく保つことがで
きる。しかしながら、上記した構成によると、これらベ
ーンが、流体速度の比較的高い領域に配設されることか
ら、流体の抵抗損失が比較的大きくなりがちであり、そ
のためにタービンの効率が低下するという問題がある。

また、互いに隣接する可動ベーン間にノズルが郭成され
るものであることから、特にノズルの開口面積が小ざい
領域にあっては、ベーンの傾動角度の僅かな狂いにより
ノズルの開口面積が大きく変化しがちであり、その制御
精度に難点がある。特に、このようなタービンをターボ
チャージャに於ける排気タービンとして利用する場合に
は、これらのベーンが高温の排気ガス流に曝露されるた
め、これら可動ベーンを信頼性高く調節することが困難
でおる。

特開昭５３−１３６１１３号公報等に開示されているよ
うに、タービンケーシングのスクロール通路の壁体の一
部をなすフラップを傾動し得るようにして、スクロール
通路の断面積を可変にする構造も公知となっている。こ
の形式の可変ノズル構造によれば、構造が簡単であって
比較的抵抗損失を発生することなく流体のタービンホイ
ールへの流入速度を調節することができるが、必ずしも
可変領域が十分に広いとは言えず、また、特にフラップ
開度が大きい場合にタービンホイールに向かう流体の流
れが乱され、その流速分布が不均一となり、そのために
タービンの効率が低下するという問題がめる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記したような可変容拒タービンにあっては、高速域の
過給容量を確保した上で低速域の過給効率を向上させる
ためには、ベーンを閉じた時のタービン効率をいかにし
て高めるかが重要なポイントとなる。

このような従来技術の問題点及び発明者の知見に鑑み、
本発明の主な目的は、流体の流入量が小ざい場合でも流
体に対する抵抗損失を増大させずに作動可能であって、
しかも高精度な制御を行ない１ｑるような可変容量ター
ビンを提供することにおる。

〈問題点を解決するための手段〉 このような目的は、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に郭成されたタービンス
クロールとを有すると共に、前記タービンホイールの外
周部の外側の或る円周上に、弧状ベーンからなる可変ノ
ズルを環状に配設してなる可変容量タービンであって、
前記弧状ベーンが、分割形成された固定ベーンと可動ベ
ーンとからなり、該可動ベーンが前記円周よりも内向き
に傾動することにより、互いに対向する前記固定ベーン
と前記可動ベーンとの間に郭成されるノズルの開口面積
を調節するものであると共に、前記ノズルが最狭状態に
あるときの前記固定ベーンと前記可動ベーンとが重合づ
る部分のベーン幅寸法に対する流線方向寸法の割合が、
２０％〜６０％の範囲内にあることを特徴とする可変容
量タービンを提供することにより達成される。

〈作用〉 このように、可変ノズルを形成するベーンの一方を固定
とし、他方を可動させることにより、容易にノズルの剛
性を高めることができ、低速域に於ける制御の安定性を
向上し１ｑる。

しかも、固定ベーンと可動ベーンとを互いに重ね合せる
ことにより形成されたノズル部分の寸法を適正化するこ
とにより、一層の効率改善を企図し１ｑる。

〈実施例〉 以下、本発明の好適実施例を添付の図面について詳しく
説明する。

第１図及び第２図は本発明に基づく可変容量タービンが
適用されたエンジン用ターボチャージャを示している。

このターボチャージャは、コンプレッサ部分のスクロー
ルを形成するコンプレッサケーシング］と、該コンプレ
ッサケーシングの背面を閉塞する背板２とからなるケー
シングと、ターボチャージャの主軸を軸支すると共にそ
の１１！！受を潤滑する構造を内蔵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とを有している。

コンプレッサケーシング１の内部には、スクロール通路
５及び軸線方向通路６が郭成されており、このスクロー
ル通路５の中心部でおってしかも軸線方向通路６の内端
側に隣接する領域にコンプレッサホイール７がδ堪ブら
れている。このコンプレッサホイール７は、濶滑部ケー
シング３の中心部に回転自在に枢支されたターボチャー
ジャの主軸８の一端部に後記する要領にて取着されてい
る。

コンプレッサ側におっては、スクロール通路５は吸気出
口通路をなし、軸線方向通路６は吸気入口をなしている
。

コンプレッサケーシング１と背板２とは、リング部材９
を介してポル１〜１０をコンプレッサケーシング１の外
周部に螺着することにより一体化されており、背板２の
中央部に潤滑部ケーシング３か接続されている。

潤滑部ケーシング３の内部に形成された軸受孔１１．１
２には、ラジアル軸受メタル１３により、前記したよう
に主軸８が枢支されている。また、背板２と潤滑部ケー
シング３の端面との間には、スラスト軸受メタル１４が
挟設されているが、主軸８の段付部にカラー″１５、ス
ラスト軸受メタル１４、ブッシング１６、コンプレッサ
ホイール７をこの順に嵌装し、主軸８のコンプレッサ側
端部に切設されたねじ部１７にナツト１８を螺着するこ
とにより、主軸８のスラスト方向支持及びコンプレッサ
ホイール７の装着が行なわれる。尚、カラー１５はスラ
スト軸受メタル１４の挟持圧力を設定するためのスペー
サとして前溝する。

ナツト１８を締結する際に、ねじ部１７の遊喘部に設け
られた六角断面部１つを別の工具により把持することに
より、主１Ｎ１８の共回りを防止し１ｑると共に、主’
ｌ’［ｌＩ８の中間部に過大な捩り力を加える不都合が
回避される。

タービンケーシング４は、その内部に、スクロール通路
２１と、接線方向に向けて開口するその入口開口２１ａ
と、軸線方向に延在する出口通路２２と、その開口２２
ａとを郭成している。

タービンケーシング４と潤潰部ケーシング３との間には
、その外周部に外向突設されたフランジ２３ａをもって
背板２３が挟設されている。タービンケーシング４と潤
滑部ケーシング３との間の結合は、タービンケーシング
４の側に螺合されたスタンドボルト２４に、リング部材
２５を介してナツト２６を、締結することにより、ター
ビンケーシング４の外周部とリング部材２５との間に、
潤滑部ケーシング３の外周部と背板２３の外向フランジ
２３ａとを挟持することにより行なわれる。

スクロール通路２１の中心部には、スクロール通路内を
外周路２１ｂと流入路２１Ｇとに区画する固定ベーン部
材２７が配設されている。この固定ベーン部材２７は、
中心部に形成された円筒部２８ａと、該円筒部２８ａの
軸線方向中間部から半径方向外向に形成された円板部２
８ｂと、該円板部の外周部から賜滑部ケーシング３に向
けて軸線方向に治って突設された固定ベーン２９とから
なっており、円筒部２８ａの内側に主軸８の他端側に形
成されたタービンホイール３０を受容している。そして
円筒部２８ａが、金属製のシールリング３１を介して出
口通路２２の内端部に１矢人しており、更に固定へ一ン
２９の軸線方向端部が、ボルト３２により背板２３に結
合されている。

第２図に併せて示されるように、固定ベーン部材２７の
外周部には、タービンホイール３０を同心的に外囲する
ように、４つの固定ベーン２９が形成されている。これ
らの固定ベーン２９は、それぞれが部分弧状をなすと共
に、円周方向に沿って等幅かつ等間隔に設けられている
。これら固定ベーン２９同土間の空隙は、背板２３に回
動自在に枢着されたピン３３の遊端に固着された可動ベ
ーン３４により開閉される。これら可動ベーン３４は、
固定ベーン２９と同等の曲率の弧状をなし、かつ獄ね同
一の円周上に位置している。また、これら可動ベーン３
４は、対応する固定ベーン２９の円周方向端縁部に近接
する）立置にて枢支されると共に、前記円周の内側に向
けてのみ傾動しくユるようにされてあり、全開状態にあ
っては、両ベーン２９．３４が連続した翼形をなすよう
に形成ざれでいる。従って、これら固定ベーン２９及び
、対応する可動ベーン３４は、スクロール通路２１の外
周路２１ｂを流れる流体に対する４つのベーンの前縁部
分及び後縁部分をそれぞれ形成している。尚、これら可
動ベーン３４を支持するピン３３は、それぞれ適度なリ
ンク機構３５を介して、図示されない適宜な構造を有す
るアクチュエータに連結されており、別途制御信号によ
り、これら可動ベーン３４の傾斜角度が調節される。

また、タービン側の背板２３と潤滑部ケーシング３との
間には、タービンホイール３０の背部に延在するシール
ド板３６が挟設されてあり、排気タービン部を流れる排
気ガスの熱が、潤滑部ケーシング３の内部に伝達される
ことを防止している。

また、タービン側の排気ガスが潤滑部ケーシング３の内
部に向けて漏洩することを回避するために、主軸８の潤
滑部ケーシング３の中心孔３７を貫通する部分に、ラビ
リンス溝として芸能する環状溝３８が凹設されている。

次に、このターボチャージャの潤滑系銃について説明す
る。

潤滑部ケーシング３の第１図に於ける上端部には、潤滑
油導入孔４０が穿設されてあり、図示されていない潤滑
油ポンプから供給された潤滑油を、潤滑部ケーシング３
の内部に穿設された潤滑油通路４１を経てラジアル軸受
メタル１３、及びスラスト軸受メタル１４に供給してい
る。各潤滑油から排出された潤滑油は、潤滑部ケーシン
グ３内に郭定された潤滑油排出口４２から排出され、図
示されていないオイルサンプに回収される。

特にスラスト軸受メタル１４に供給された潤滑油が、ブ
ッシング１６の外周面に付着してコンプレッサ側に流れ
込むことを回避するために、ブッシング１６の外周面が
シールリング４３を介して背板２の中心孔４４を貫通し
ており、また、背板２とスラスト軸受メタル１４との間
には、その中心部に設けられた孔にブッシング１６を挿
通した上でガイド板４５が挟設されている。また、この
ガイド板４５の下端部は、湾曲した形状に形成されてい
る。

従って、スラスト軸受メタル１４から流れ出した潤滑油
は、ブッシング１６の外周面から遠心力により投げ飛ば
され、ガイド板４５により受止められ、オイルサンプに
戻されることとなる。

次に本実施例の作動の要領について説明する。

エンジンの回転速度が低く比較的排気ガスの流量か小さ
い場合には、第２図及び第３図に於て実線により示され
ているように、可動ベーン３４を閉じることにより、固
定ベーン２９の前縁部と、可動ベーン３４の復縁部との
ラップ部分に郭成されるノズルの間隙を最も小さいｇＴ
ｉｎとなるようにする。そのため排気ガスは、このノズ
ルにより最大限に絞られ加速され、固定ベーン部材２７
とタービンホイール３１との間の流入路２１Ｃ内にて旋
回流となった竣にタービンホイール３０に至るため、排
気流が加速されてタービンホイール３］を駆動すること
となり、エンジンの低速域に於ても過給効果を確保する
ことができる。

エンジンの回転速度が増大し、過給効果が十分となった
場合には、想像線により示されるように可動ベーン３４
を内向きに傾剣ざぜ、固定ベーン２９と可動ベーン３４
との間に郭定されるノズルの大きざを増大させる。その
結果、排気流が増速されることなく、また比較的流路抵
抗無くタービンホイール３０に至り、エンジンに対する
排気背圧を小さくすることができる。

上記したように、固定ベーン２９の前縁部と可動ベーン
３４の後縁部との互いに重なり合う部分にてノズルを形
成した場合、ラップ部分の寸法が問題となる。即ちラッ
プ部分寸法が流体の′ａ線方向について過大である場合
には、流路抵抗か増大して流入効率が低下すると同時に
、可動ベーンに作用する揚力が増大して制御精度が悪化
する。

この反対に、短寸である場合には、整流効果か失われ、
これによっても流入損失が増大する。

このような視点から鋭意実験を行なった結果、ノズル部
分の幅方向寸法に対するラップ寸法（第３図の１寸法）
の割合が、２０％〜６０％の範囲内に於て比較的高い効
率が得られることが見出された。特に２０％〜３０％の
範囲にてノズル寸法を設定することが、効率と揚力影響
との両面から児て最も好ましい結果が得られることが判
明した。

〈発明の効果〉 このように本発明によれば、特に小流量時に於けるター
ビンに流入する流体の抵抗損失を小ざく抑えることがで
き、しかも乱流などにより可動ベーンに有害な応力が作
用することを回避することができることから、ターボチ
ャージャなどの制御性の向上が可能となり、タービン効
率の改善、特にターボチャージャへの応用に於いて、エ
ンジンの性能向上に多大の効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく可変容量タービンか適用された
ターボチャージャの縦断面図でおる。 第２図は第１図の■−■線からタービンケーシング側を
見た矢視図で必る。 第３図はベーン部分の拡大図でおる。 １・・・コンプレッサケーシング ２・・・背板　　　　　　３・・・潤滑部ケーシング４
・・・タービンケーシング ５・・・・・・スクロール通路６・・・＠線方向通路７
・・・コンプレッサホイール ８・・・主Ｎ　　　　　　　９・・・リング部材１０・
・・ボルト　　　　１１．１２・・・軸受孔１３・・・
ラジアル蝿受メタル １４・・−スラスト軸受メタル １５・・・カラー　　　　１６・・・ブッシング］７・
・・ねじ部　　　　１８・・・ナツト１９・・・六角断
面部　　２１・・・スクロール通路２１ａ・・・入口開
口　　２１ｂ・・・外周路２１Ｇ・・・流入路　　　２
２・・・出口通路２２ａ・・・出口開口　　２３・・・
背板２３ａ・・・フランジ　　２４・・・スタンドボル
ト２５・・・リング部材　　２６・・・ナツト２７・・
・固定ベーン部材２８ａ・・・円筒部２８ｂ・・・円板
部　　　２９・・・固定ベーン３０・・・夕・−ビンホ
イール ３１・・・シーツいリング　３２・・・ボルト３３・・
・ピン　　　　　３４・・・可動ベーン３５・・・リン
ク前溝　　３６・・・シールド板３７・・・中心孔　　
　　３８・・・環状溝４０・・・潤滑油導入孔　４１・
・・１潤滑油通路４２・・・潤滑油排出孔　４３・・・
シールリング４４・・・中心孔　　　　４５・・・カイ
ト板特　許　出　願　人　本田技研工業株式会社代　　
　理　　　人　　弁理士　大　島　陽　−第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 タービンホイールと、該タービンホイールの外周に郭成
   されたタービンスクロールとを有すると共に、前記ター
   ビンホイールの外周部の外側の或る円周上に、弧状ベー
   ンからなる可変ノズルを環状に配設してなる可変容量タ
   ービンであって、前記弧状ベーンが、分割形成された固
   定ベーンと可動ベーンとからなり、 該可動ベーンが前記円周よりも内向きに傾動することに
   より、互いに対向する前記固定ベーンと前記可動ベーン
   との間に郭成されるノズルの開口面積を調節するもので
   あると共に、 前記ノズルが最狭状態にあるときの前記固定ベーンと前
   記可動ベーンとが重合する部分のベーン幅寸法に対する
   流線方向寸法の割合が、２０％〜６０％の範囲内にある
   ことを特徴とする可変容量タービン。