JPH01227823A - タービンの可変ノズル構造 - 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】 ［発明の目的］ 〈産業上の利用分野〉 本発明はタービンの可変ノズル構造に関し、特にエンジ
ン用ターボ−チャージャの排気タービンとして使用する
のに適したラジアルタービンの可変ノズル構造に関する
。

〈従来の技術〉 ターボチＶ−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、タービン全入口を狭窄して排気
の流入速度を増大させることにより、エンジンの低回転
領域に於ても充分な過給効果を１ワることができる。一
方、エンジンの高回転領域では、タービン至への入口圧
力が高まり排気抵抗が増加することによってエンジン効
率が低下する。そこで特公昭３Ｂ−７６５３号公報に開
示されているように、タービンホイールの外周部を臨む
ノズル部に環状に配設した複数の可動ベーンを傾動させ
ることにより、各ベーン間に郭成されるノズルの開口面
積を変化させてエンジン低回転域で過給効果を確保し、
かつ中高速回転域でエンジンの排気ガスに対する排圧を
小さく保つことができる。

しかしながら、このような構成では可動ベーンが流体速
度の比較的高い領域に配設されるので流体の抵抗損失が
比較的大きくなり、タービン効率が低下するだけでなく
、互いに隣接する可動ベーン間のノズル開口面積が、特
に小さい領域では可動ベーンの僅かな傾斜角度の変化に
より大きく変化しがちであり、その制御精度に難点があ
る。

また、特開昭５３−１３６１１３号公報等に開示される
ように、タービンケーシングのスクロール通路の壁体の
一部を傾動し得るフラップで形成し、所謂Ａ／Ｒ値を可
変にする構造も知られているが、必ずしも可変領域が十
分ではなく、特にフラップ開度が大きいとタービンホイ
ールに向かう流体の流れが乱され、流速分布が不均一と
なってタービン効率が低下するという問題がある。

これらの問題点を解消するべく、本願出願人は、特開昭
６２−２８２１２２号公報に開示されるように、タービ
ンホイールの外周部を臨むノズル部のある円周上に部分
弧状を成す固定ベーンを配設し、かつ各固定ベーン間を
可動ベーンにより開閉することによって隣接する固定ベ
ーンと可動ベーンとの間に形成されるノズル面積を可変
とする可変容量タービンを提案した。しかしながら、各
可動ベーンがその開度に拘らず−様な制ａ精度で駆動さ
れるため、流量の増大と共に流体損失が増大してタービ
ン効率が低下し、またタービンの大流量化を図れば流体
の流入量が少ない場合に高精度な制御を行なうことがで
きず、タービンの流量制御範囲をさらに拡大する上で障
害となっていた。

〈発明が解決しようとする課題〉 そこで、本発明の目的は、流体の流入量が少ない場合で
もより高精度な制御を行うことができ、かつ流量が増大
しても流体損失を少なくしてタービンの流量制御範囲を
拡大し、大流用化を図り得るタービンの可変ノズル構造
を提供することにある。

［発明の構成］ く課題を解決するための手段〉 上述の目的は、本発明によれば、タービンホイールの外
周に沿って郭成される環状のスクロール通路から前記タ
ービンホイールの外周を臨むノズル部と、該ノズル部に
環状に配設した複数の可動ベーンとを備えるタービンの
可変ノズル構造であって、前記可動ベーンが別個に駆動
制御される第１ベーンと第２ベーンとを備えることを特
徴とするタービンの可変ノズル構造を提供することによ
り達成される。

く作用〉 このようにすれば、流量の少ない場合には第１ベーンの
みを駆動することによりノズル開度を制御して過給効果
を得ると共に、流量が増大してくれば第２ベーンをも駆
動制御することにより流体の抵抗損失を少なくすること
ができる。

〈実施例〉 以下に添付の図面を参照して本発明を特定の実施例につ
いて詳細に説明する。

第１図には、本発明に基づく可変容量タービンを適用し
たエンジン用ターボヂャージャが示されている。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１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、ターボチャージャ
の主軸を軸支しかつその軸受を潤滑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とを有する。

コンプレッサケーシング１は、軸線方向に開口する吸気
入口通路５と、吸気出口としてのスクロール通路６とが
内部に郭定され、リング部材７を介してボルト８により
背板２と一体化されている。

スクロール通路６の中心位置には、吸気入口通路５の内
端側に隣接する領域にコンプレッサホイール９が配置さ
れている。コンプレッサホイール９は、ｆｉ１滑部ケー
シング３の中心に回転自在に枢支された主軸１０の一方
の端部にナツト１１により一体的に取付けられている。

背板２の中央には潤滑部ケーシング３が接続されている
。潤滑部ケーシング３の上部には、潤滑油導入孔１２が
穿設され、図示されない潤滑油ポンプから送られる潤滑
油が潤滑油通路１３を介して主軸１０の各軸受部分に供
給され、潤滑油ケーシング３下部の排出口１４から図示
されないオイルサンプに排出される。この潤滑油がコン
プレッサ側に侵入することを防止するために、主軸１０
が貫通する背板２とｆｆ１滑部ケーシング３との間には
、ガイド板５０等からなる公知のシール手段が設けられ
ている。

タービンケーシング４は、その背面に螺合されたスタッ
ドポルト１５にリンク部材１６を介してナツト１７を締
結することにより、背板２０と共に潤滑部ケーシング３
に一体的に結合されている。

タービンケーシング４の内部には、その外周に沿って断
面積が下流方向に減少する環状のスクロール通路２１と
、軸線方向に延びる排気出口通路２２とがそれぞれ郭成
されている。

スクロール通路２１の中心部には、円筒部２３と該円筒
部から半径方向外向きに延出する円板部２４とを備える
可変ノズル部材２５が配置されている。円筒部２３の内
側には、主軸１０の他端に一体的に取付けられた例えば
セラミック製のタービンホイール２６が配置されている
。この可変ノズル部材２５と背板２０とによって、ター
ビンホイール２６の入口を臨むノズル部２７が郭成され
る。

第２図に良く示されるように、可変ノズル部材２５は４
個の第１可動ベーン３１と４個の第２可動ベーン３２と
を僅える。第１可動ベーン３１と第２可動ベーン３２と
はそれぞれ部分弧状をなし、タービンホイール２６と同
心の同一円周上にそれぞれ等間隔で交互に配置されてい
る。第１可動ベーン３１は、その前縁部に於てピン３３
によって円板部２３と背板２０との間に前記円周の内側
のみに傾動するように枢支されている。同様に第２ベー
ン３２は、その前縁部に於てピン３４によって円板部２
３と背板２０のと間に前記円周の内側のみに傾動するよ
うに枢支されている。ピン３３．３４はそれぞれ背板２
０を貫通して後方へ突出し、それらの端部に適当なリン
ク機構３５が係合している。可動ベーン３１．３２はリ
ンク機構３５を介して連結された外部の駆動手段により
駆動制御される。

第１可動ベーン３１の後縁部と第２可動ベーン３２の前
縁部とのラップ部分には第１ノズル３６が郭定され、ま
た第１ベーン３１の前縁部と第２ベーン３２の後縁部と
のラップ部分には第２ノズル３７が郭定される。第１可
動ベーン３１と第２可動ベーン３２とが第２図で実線で
示される全開位置にある状態では、第１ノズル３６に最
小間隙ｇ　ｍｉｎが設けられている。他方、第２ノズル
３７は実質的に閉じている。

第１可動ベーン３１は排気ガス流量の少ないエンジン低
回転域で駆動され、第２図の実線で示される全開位置か
ら想像線で示される全開位置までの範囲をエンジン回転
数に応じて微小角度をもって傾動される。この第１可動
ベーン３１の作動範囲では、第２可動ベーン３２は前記
全開位置に固定された状態にある。このように第１ノズ
ル３５の開度が前記駆動手段によって高精度で制御され
ることにより、流入する排気ガスがその流量に応じて絞
られて加速され、ノズル部２７にて旋回流となってター
ビンホイール２６を駆動し、エンジン低速域に於ても最
適の過給効果を確保することができる。また、第１可動
ベーン３１の傾動動作により第２ノズル３７に僅少な間
隙が生じるが、第１ノズル３５の開度制御や過給効果に
実質的に影響を及ぼすことはない。

エンジン回転数が上昇しである設定値Ｎｅになると、第
１可動ベーン３１が全開となる。この設定１ｃ　Ｎ　ｅ
は、排気ガス流量の増大に対してターボチャージャの過
給効果が頭打ちとなるインターセプト値である。更にエ
ンジン回転数が１貸して排気ガスの流量が増大すると、
第１可動ベーン３１を前記全開位置に固定した状態で第
２可動ベーン３２が作動を開始する。第２可動ベーン３
２は、前記全開位置からその後縁部がタービンホイール
２６の外周部直近まで延びる全開位置までの範囲で傾動
する。このように第１ノズル３５を全開位置に固定しつ
つ＊２ノズル３６の開度を拡大させることにより、排気
ガスの流量が増大してもその流速が増速されることなく
、流路抵抗を少なくできるので、エンジンに対する排気
排圧を小さくしてタービン効率の低下を防止できる。

本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、様々
な変形例や異なる制御方法が考えられる。

例えば第１可動ベーン及び第２可動ベーンの枚数、形状
、寸法及び配置を所望のタービンの特性に応じて様々に
変化させることができる。更に第３可動ベーンを追加し
て設けることにより一層微細な制御を行なうこともでき
る。また、第１可動ベーンと第２可動ベーンをそれぞれ
別個の駆動手段を用いて同時にまたは別個に駆動させる
ようにすることもできる。

［発明の効果］ 上述したように本発明によれば、制御精度の異なる第１
可動ベーンと第２可動ベーンとを組み合わせ、流体の流
量が少ない場合には制御精度の高い第１可動ベーンを用
いて高精度な制御を行ない、かつ流量が増大すると第２
可動ベーンを駆動制御して流路抵抗を少なくすることに
よりタービン効率を低下させずに大流量化を図ることが
でき、待１こターボチＶ−ジャの排気タービンとして使
用する場合に、エンジン低速域に於ける十分かつ最適な
過給効果の確保と中高速域での流量制御範囲の拡大とを
同時に達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されたターボヂャージャの縦断面
図である。 第２図は、本発明による可変ノズル構造を示す概略図で
ある。 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・・・吸気入口通路　　６・・・スクロール通路７・
・・リング部材　　　８・・・ボルト９・・・コンプレ
ッサーホイール

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）タービンホィールの外周に沿つて郭成される環状
   のスクロール通路から前記タービンホィールの外周を臨
   むノズル部と、前記タービンホィール外周を臨む部位に
   環状に配設した複数の可動ベーンとを備えるタービンの
   可変ノズル構造であつて、 前記可動ベーンが別個に駆動制御される第１ベーンと第
   ２ベーンとを備えることを特徴とするタービンの可変ノ
   ズル構造。
2. （２）前記第１ベーンと前記第２ベーンとがそれぞれ複
   数の弧状ベーンからなり、かつ互いに前記タービンホィ
   ールより外側の或る円周上に交互に配設されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のタービンの
   可変ノズル構造。