JP4547718B2 - 可変容量型過給機の可変ノズル装置 - Google Patents
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Description
そこで、これらの問題点を解決するため、特許文献1〜3が既に出願されている。
(1)可変ノズル翼の開閉を図示しない制御用アクチュエータで制御する場合に、アクチュエータの位置が同一であっても、可変ノズル翼を開から閉にする場合と、閉から開にする場合とで、ヒステリシスがありタービン回転速度に大きな差が発生する。このヒステリシスのため、タービン回転速度の自動制御が困難であった。
(2)可変ノズル翼の摺動抵抗が大きく、ノズル取付面や隙間調整プレート6に傷や摩耗が短時間で発生する傾向がある。また、この傷や摩耗により、作動不良や隙間の拡大による性能低下が生じやすい。
タービンインペラを半径方向に間隔を隔てて囲み内部に外部から排ガスが導入されるスクロール室と、
該スクロール室からタービンインペラまで排ガスを案内する一定間隔の円筒形流路と、
該円筒形流路の一方を構成しノズルを取り付けるノズル取付面を有し、内部にノズル駆動リンクが内蔵されたリンク室と、
円筒形流路の他方を構成しノズル取付面から軸方向に一定の間隔を隔てて位置し、反流路側に中空室を構成する隙間調整プレートと、
ノズル取付面と隙間調整プレートの間に周方向に間隔を隔てて配置された複数の可変ノズル翼と、を備え、
前記各可変ノズル翼は、ノズル取付面を貫通するノズル駆動軸と隙間調整プレートを貫通するノズル支持軸とで両端支持され、
リンク室と隙間調整プレートの中空室の圧力は、ノズル駆動軸とノズル支持軸に作用するガス圧による軸力がほぼバランスするように、それぞれ調整されている、ことを特徴とする可変容量型過給機の可変ノズル装置が提供される。
前記隙間調整プレートの中空室は、外周部がスクロール室と連通する密閉室である。
[比較例1]
円筒形流路22は、スクロール室20からタービンインペラ8まで排ガスを案内する一定間隔のガス流路である。
このリンク室24を構成するハウジングは、タービンインペラ8及びスクロール室20を囲むタービンハウジング1にわずかな隙間を介して嵌合している。この隙間は、可変容量型過給機の使用状態における熱膨張差を吸収し、各ハウジングに過大な応力が発生しないように設定されている。
従ってこの隙間を介してリンク室24はスクロール室20と連通している。
ノズル駆動リンクの一部(この例では、連動板18b)は、リンク室24の外部に設けられたアクチュエータ26(例えばパルスモータ)で駆動されるようになっている。
アクチュエータ26の駆動力は、回転軸27を介してリンク室24内に伝達される。また、この回転軸27は、図示しないシールによりガスが漏れないようになっている。
従って、リンク室24は、スクロール室20と連通する隙間を有する密閉室であり、リンク室24の圧力は、スクロール室20のガス圧と常にほぼ一致して変動する。
この例において、隙間調整プレート6の外周部とタービンハウジング1との間にはシール7aが設けられ、スクロール室20からのガスの流入を防止している。また、隙間調整プレート6の内周部とタービンインペラ8の周囲との間には隙間が設けられている。
従って、隙間調整プレート6の中空室6aは、この例では内周部がタービンインペラ8の周囲と連通する密閉室であり、隙間調整プレート6の中空室6aの圧力は、タービンインペラ8の周囲のガス圧と常にほぼ一致して変動する。
その他の構成は、図9の従来例と同様である。
図2(A)において、横軸はノズル開度であり、縦軸はタービン回転速度である。
図2(A)は、可変ノズル翼を全開から全閉にし、次いで、全閉から全開にした場合を図中の矢印で示している。この図から、この可変容量過給機は、ヒステリシスがありタービン回転速度に大きな差が発生することがわかる。
この図から、この可変容量過給機は、全開から全閉の場合と全閉から全開の場合とで最大約5000rpmの速度差があり、このヒステリシスのため、タービン回転速度の自動制御が困難であることがわかる。
[比較例2]
従って、隙間調整プレート6の中空室6aは、この例では内周部がタービンインペラ8の周囲と連通する密閉室であり、隙間調整プレート6の中空室6aの圧力は、タービンインペラ8の周囲のガス圧と常にほぼ一致して変動する。
その他の構成は、図1の従来例と同様である。
図4(B)から、この可変容量過給機は、全開から全閉の場合と全閉から全開の場合とで最大約3000rpmの速度差があり、このヒステリシスのため、タービン回転速度の自動制御が困難となることがわかる。
図5(A)から、タービン入口とリンク室の圧力は、常にほぼ一致して変動することがわかる。また、隙間調整プレートの中空室(プレート背面)の圧力は、タービン入口とリンク室の圧力に比較して常に低いことが明かとなった。
また、図5(B)から、リンク室とプレート背面(隙間調整プレートの中空室)の圧力差は、最大約600mmHgに達し、この差圧による軸力で、可変ノズル翼の摺動抵抗が大きくなり、ノズル取付面や隙間調整プレートに傷や摩耗が短時間で発生していることが明かとなった。
また、隙間調整プレート6の外周部とタービンハウジング1との間にはシールがなく、スクロール室20からガスが流入できるようになっている。
従って、隙間調整プレート6の中空室6aは、この例では外周部がスクロール室20と連通する密閉室であり、隙間調整プレート6の中空室6aの圧力は、スクロール室20のガス圧と常にほぼ一致して変動する。
従って、この例において、リンク室と隙間調整プレートの中空室の圧力は、ノズル駆動軸とノズル支持軸に作用するガス圧による軸力がほぼバランスするように、それぞれ調整されている。
その他の構成は、図1の従来例と同様である。
図7(B)から、この可変容量過給機は、全開から全閉の場合と全閉から全開の場合とで最大約500rpmしか速度差がなく、この小さいヒステリシスのため、タービン回転速度の自動制御が従来に比べて容易であることがわかる。
図8(A)から、タービン入口、リンク室及ぶ隙間調整プレートの中空室(プレート背面)の圧力が、常にほぼ一致して変動することがわかる。
また、図8(B)から、リンク室とプレート背面(隙間調整プレートの中空室)の圧力差は、常にほとんど皆無(0)であり、差圧による軸力は発生せず、可変ノズル翼の摺動抵抗を大幅に低減し、ノズル取付面や隙間調整プレートに傷や摩耗が発生しないことがわかる。
従って、可変ノズル翼を開から閉にする場合と、閉から開にする場合とで、発生するヒステリシスを大幅に低減することができ、可変ノズル翼の摺動抵抗を低減して、傷や摩耗を防ぎ、傷や摩耗による作動不良や隙間の拡大による性能低下を防止することができる。
4 可変ノズル翼、6 隙間調整プレート、6a 中空室、6b L字部、
7a シール、7b シールリング、8 タービンインペラ、9 隙間調整ピン、
10 可変容量過給機、12 軸受ユニット、13 連結軸、14 圧縮機、
15 コンプレッサインペラ、16 タービン、
18 可変ノズル装置、18a 揺動ピン、18b 連動板、18c 連結板、
20 スクロール室、22 円筒形流路、24 リンク室、
25 ノズル支持軸、26 アクチュエータ、27 回転軸
Claims (3)
- 排ガスでタービンインペラを回転駆動する可変容量型過給機の可変ノズル装置であって、
タービンインペラを半径方向に間隔を隔てて囲み内部に外部から排ガスが導入されるスクロール室と、
該スクロール室からタービンインペラまで排ガスを案内する一定間隔の円筒形流路と、
該円筒形流路の一方を構成しノズルを取り付けるノズル取付面を有し、内部にノズル駆動リンクが内蔵されたリンク室と、
円筒形流路の他方を構成しノズル取付面から軸方向に一定の間隔を隔てて位置し、反流路側に中空室を構成する隙間調整プレートと、
ノズル取付面と隙間調整プレートの間に周方向に間隔を隔てて配置された複数の可変ノズル翼と、を備え、
前記各可変ノズル翼は、ノズル取付面を貫通するノズル駆動軸と隙間調整プレートを貫通するノズル支持軸とで両端支持され、
リンク室と隙間調整プレートの中空室の圧力は、ノズル駆動軸とノズル支持軸に作用するガス圧による軸力がほぼバランスするように、それぞれ調整されている、ことを特徴とする可変容量型過給機の可変ノズル装置。 - 前記リンク室は、スクロール室と連通する隙間を有する密閉室であり、
前記隙間調整プレートの中空室は、外周部がスクロール室と連通する密閉室である、ことを特徴とする請求項1に記載の可変容量型過給機の可変ノズル装置。 - 前記隙間調整プレートは、半径方向内端部に反流路側に突出するL字部を有し、該L字部の外周面とタービンインペラを囲むタービンハウジングとの間に、ガスの流れを封止するシールリングを有する、ことを特徴とする請求項1に記載の可変容量型過給機の可変ノズル装置。
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