JPH0264204A - バリアブルジオメトリタービン用アクチュエータ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はバリアブルジオメトリタービン用アクチュエー
タ（作動装置）に関し、詳細には過給機等に用いられる
内燃機関用のタービンのアクチュエータに関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕一般に
、タービンはタービン室内に取付けられたタービンと、
上記タービン室の周りに配置される環状の入口通路と、
該入口通路の周りに配置される人口室と、タービン室か
ら延びる出口通路とを備えており、上記両通路とタービ
ン室、入口通路とは、連通しており、上記人口室に流入
した圧力ガスが入口通路からタービン室を通って出口通
路に流出する際にタービンを駆動するようになっている
。バリアブルジオメトリタービンにおいては、上記入口
通路の一方の壁が可動の環状壁メンバによって形成され
、該可動の環状壁メンバと対向する入口通路の他の一方
の壁に対して該環状メンバの位置が移動して入口通路幅
を制御するように調節可能となっている。

公知のバリアブルジオメトリタービンの構造カヨーロッ
パ特許明細書第ｏｏｇｏｇｔ樹に記載されている。上記
に記載された構造においては、薄肉の環状壁メンバは１
枚のガイドピンによって保持され、該ガイドピンはター
ビン回転軸に平行に延設され、該回転軸に平行に滑動す
るようにされており、上記ガイドピンの各々はそれぞれ
のアクチュエータにより駆動されている。上記の構造に
おいては、製造上及び信頼性の点で様々な問題が生じて
いる。

例えば、製造上の問題として、上記アクチュエータをタ
ービン軸の周囲近傍に設けなければならない問題があり
、このことはタービンの設計上大きな制約となっている
。また、信頼性の点からいっても上記構造では機構全体
が大きな温度勾配に曝されているため、横方向に応力を
受ける場合前記ピンが固着して動かなくなる可能性があ
った。上記のように長期間の信頼性に関して疑問があっ
たことは、バリアブルジオメトリタービンの採用を妨げ
る大きな原因であった。本発明の目的は、上記の諸問題
を解決又は緩和することができるバリアブルジオメトリ
タービンを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に依れば、環状の入口通路を備え、該入口通路の
一方の壁は環状の可動壁メンバを形成し、該環状可動壁
メンバの位置は、該環状可動壁メンバと対向する前記入
口通路のもう一方の壁に対して調節可能であり前記入口
通路の幅を制御できるようにされていると共に、前記環
状可動壁メンバが、タービン軸に平行に設置され、ター
ビン軸に平行に滑動可能とされた１対のピンにより支持
されているバリアブルジオメトリタービン用アクチュエ
ータにおいて、前記１対のピンのそれぞれは、回転可能
に取付けられ、回転角度を１つのアクチュエータにより
制御された、あぶみメンバのそれぞれのアームと係合し
ており、ピンとあぶみメンバ間の上記係合は、上記あぶ
みメン、バの回転により上記ピンがタービン軸に平行に
動くようにされていることを特徴とするバリアブルジオ
メトリタービン用アクチュエータが提供される。

また、好ましくは、上記それぞれのピンの中央部にはス
ロットが形成され、前記それぞれのアームは上記スロッ
トに係合している。

また、好ましくは前記スロットに係合する前記あぶみメ
ンバのアーム端は円弧状の面を形成しており該円弧上の
端部が前記スロットの縁と係合している。

更に、好ましくは前記あぶみメンバは金属板から形成さ
れ、前記それぞれのアームは、前記アームを形成する金
属板が前記タービン軸と平行になるように配置される。

以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。

〔実施例〕

第１図から第４図を参照すると、図示のバリアブルジオ
メトリタービンはポリュート又は人口室２を形成したタ
ービンハウジング１を具備し、内燃機関（図示せず）か
らの排気ガスがこの人口室２に送られる。排気ガスは、
人口室２から、−側において可動の環状壁メンバ４によ
って形成され且つ他側にふいて可動の環状壁メンバ４と
対面する対面壁５によって形成される入口通路を介して
、出口通路３へ流れる。ノズルサポートリング７によっ
て支持された一連のノズルベーン６が入口通′路を横切
って延びる。入口室２からの出口通路３へ流れる排気ガ
スはタービンホイール８を通過し、その結果、ターボチ
ャージャシャフト９にトルクが与えられ、コンプレッサ
ホイール１０を駆動する。コンプレッサホイール１０の
回転は空気入口の周囲空気を加圧し、加圧された空気を
ポリニート又は空気出口１２へ送る。加圧空気は内燃機
関（図示せず）へ供給される。

可動の環状壁メンバ４はシールリング１３に接触される
。可動の環状壁メンバ４は、半径方向内方管状壁１４と
、半径方向に延びる環状部分１５と、シールリング１３
に当接する半径方向外方管状部分１６と、半径方向に延
びるフランジ１７とからなり、半径方向に延びる環状部
分１５にはノズルベーン６を通すスロットが形成されて
いる。

半径方向外方管状部分１６は直径方向に対向して配置さ
れた２個のメンバ（ブリッジリンクプレート〉　１８に
係合され、これらのメンバ１８はそれぞれのガイドビン
１９に支持されている。

ノズルサポートリング７はターボチャージャの回転軸線
と平行に動くことができるように４個のガイドビン２０
に取りつけられる。ガイドビン２０の各々は圧縮ばね２
１によって第２図から第４図で右方向に付勢されている
。よってノズルサポートリング７及びそれに支持された
ノズルベーン６が第２図から第４図で右方向に付勢され
、よって常時第２図に示される位置を占め、ノズルベー
ン６の自由端部が入口通路の対面壁５と当接する。

空気圧作動式のアクチュエータ２２がそのアウトプット
シャフト２３の位置を制御可能に設けられ、このアウト
プットシャフト２３がガイドビン１９の各々と係合する
あぶみメンバ２４と連結される。従って、アクチュエー
タ２２を制御することによって、ガイドビン１９及び可
動の環状壁メンバ４の軸線方向の位置を制御することが
できる。

第２図は可動の環状壁メンバ４が全開位置にある状態を
示し、この可動の環状壁メンバ４の半径方向に延びる環
状部分１５が入口通路の対面壁５と当接する。第３図は
可動の環状壁メンバ４が半閉位置にある状態を示し、第
４図は可動の環状壁メンバ４が全開位置にある状態を示
している。アクチュエータ２２はタービンの軸線からか
なりの距離のところに配置されるので、スペースの問題
はない。さらに、アウトプットシャフト２３の正確な半
径方向の位置は重要ではなく、公差の増加を許容するよ
うになっている。同様に、熱ひずみによる半径方向の膨
張は重要な問題ではない。

第４図を参照すると、−点鎖線２５は可動の環状壁メン
バ４の下流側に位置し且つタービンホイール８と隣接す
るタービンハウジング１の端面と同一面となる仮想表面
を示す。この表面は実際上タービン室への入口通路の一
側を形成する。可動の環状壁メンバ４によって形成され
る入口通路の壁が仮想表面２５と整列するときには、可
動の環状壁メンバ４と対面壁５との間の間隔はこの説明
の目的のためにノズルベーン６の下流の入口通路の人口
幅に対応するとみなされる。この状態は以下１００パー
セントの公称入口幅と呼ばれる。可動の環状壁メンバ４
が１００パーセントの公称人口幅の位置にあるときには
、ノズルベーン６はまだ対面壁５と接触している。可動
の環状壁メンバ４がさらに対面壁５から離れるように動
くと、可動の環状壁メンバ４の後面とノズルサポートリ
ング７との間のギャップが、この両者が接触するように
なるまで減少する。これは、可動の環状壁メンバ４と対
面壁５との間の間隔が１３５パーセントの公称人口幅に
相当するときに生じる。可動の環状壁メンバ４がさらに
対面壁５から離れるように動くと、ノズルベ−ン バ４とともに動くようになる。従って、ノズルベーン６
の自由端部は対面壁５から離れ、よって入口通路のノズ
ルベーン６の自由端部と対面壁５との間のギャップが広
がる。これは入口通路の有効面積を増加させる。可動の
環状壁メンバ４が完全に引き戻された（第４図）ときに
、その位置は１６５パーセントの公称人口幅に相当する
。

第５図を参照すると、これは可動の環状壁メンバ４とノ
ズルサポートリング７の運動のタービン効率の効果を示
すものである。１００パーセントの公称人口幅に相当す
る曲線上の点は、参照数字２６によって示されている。

１３５パーセント及び１６５パーセントの公称人口幅に
相当する曲線上の点は、参照数字２７．２８によって示
されている。このように、可動の環状壁メンバ４を１０
０パーセントの公称入口幅の位置を大分越えて開くこと
によって、且つ少なくともノズルベーン６の部分的な引
き戻しを行うことによって、作動特性曲線の高い効率の
部分を向上させるようにタービンの作動特性を改善する
ことができる。基本的には、与えられた流量領域（流れ
の軸線と平行に固定された距離に相当する）について、
特性曲線を点２８へ延ばす能力は第５図の特性曲線の左
端部に示される低効率領域でタービンを作動させること
を防止することによって平均的なタービン効率を向上さ
せる。

第６図を参照すると、これはあぶみメンバ２４と可動の
環状壁メンバ４が取りつけられたガイドピン１９の１つ
との関係を示すものである。あぶみメンバ２４の２端部
はガイドピン１９の側面に設けられたスロットと係合す
る。このスロットと当接するあぶみメンバ２４の２端部
のエツジは、各あぶみメンバ２４の端部とスロットの端
部との間のクリアランスが常に一定になるように丸くさ
れている。あぶみメンバ２４はピボットピン２９（第２
図）に枢着されてガイドピン１９を精密に配置させるよ
うに動かされることができるレバーを形成する。あぶみ
メンバ２４はシート状鋼によって形成され、ガイドピン
１９の軸線に平行な方向には比較的に剛性があるが、ガ
イドピン１９の直角方向には比較的にフレキシブルにな
るように配置される。よって、ガイドピン１９にかかる
横方向の力は最小になり、よってガイドピン１９がそれ
を収めたベアリング内でつまるようになるのを低減する
。さらに、あぶみメンバ２４はガイドピン１９の中央部
分に係合し、ガイドピン１９がそれを収めたベアリング
が比較的に広く間隔を開けて配置される。

第７図はガイドピン１９と可動の環状壁メンバ４の関係
を示す図である。可動の環状壁メンバ４は温度及び圧力
の大きな変化にさらされ、よって大きくゆがむことがで
きる。もしガイドピン１９と可動の環状壁メンバ４との
連結が剛性のものであればそのようなゆがみはガイドピ
ン１９にかなりの横方向の力を与えるであろう。従って
、ガイドピン１９と可動の環状壁メンバ４との連結は、
可動の環状壁メンバ４のゆがみがガイドピン１９に横方
向の力を与えることのないように収容されるようにした
ものである。

第７図に示されるように、これは、各ガイドピン１９の
端部にブリッジリンクプレート１８を固定することによ
って達成される。ブリッジリンクプレート１８０２個の
脚部３０は可動の環状壁メンバ４の半径方向に延びるフ
ランジ１７に隣接する半径方向外方管状部分１６に形成
されたスロット３１内に係合する。その結果得られた構
造は、ガイドピン１９の軸線方向に適切に剛性があって
可動の環状壁メンバ４の軸線方向の位置の密接な制御を
保証するが、半径方向及び周方向には可動の環状壁メン
バ４のゆがみを吸収できるほどに十分にゆるいものであ
る。可動の環状壁メンバ４は実際上ノズルベーン６上に
配置され、よってゆるい取りつけにもかかわらず所定の
位置に維持される。

ブリッジリンクプレートト８は軸線方向の硬い結合を維
持するためにフランジ１７よりも厚くされることができ
、ブリッジリンクプレート１８の厚さは可動の環状壁メ
ンバ４のタービン軸線に対するチルトに対して良好な抵
抗を維持する。

第８図を参照すると、これはばねによって付勢されたガ
イドピン２０とノズルベーン６を取りつけたノズルベ−
ン　＋Ｊング７との関係を示す図である。各ガイドピン
２０はその先端に固定したブラケット３２を有し、ブラ
ケット３２がノズルサポートリング７の後側と係合する
平坦な表面と、ノズルサポートリング７０半径方向内方
エツジと係合するフランジ状の内方エツジとを有する。

図示の構成は、可動の環状壁メンバ４の半径方向外側に
配置されたシールリング１３を有するものである。しか
し、その他のシール構成をとることができる。例えば、
可動の環状壁メンバ４のそれぞれ半径方向外側及び内側
の部分に一対のシールを設けることもできる。

また、前記あぶみメンバ２４の位置を制御するために１
つ以上のアクチュエータを設けることも可能であること
が理解されよう。例えば２つのアクチュエータを押動と
牽引方向に配置することもできる。上記の配置は、例え
ば比較的大型の１つのアクチュエータが半径方向にスペ
ースを取りすぎるような場合に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるバリアブルジオメトリタービンの
軸線方向の特徴を示す軸線方向に見た破断断面図、第２
図から第４図はそれぞれ全閉位置、半開位置、及び全開
位置にある第１図の線ｘ−ｘに沿って見た断面図、第５
図は一定の膨張比でのタービン効率と第１図のタービン
を通る流量との関係を示す図、第６図は第１図から第４
図の構成の可動の環状壁メンバを支持するガイドピンと
それらのガイドピンの位置を制御するあぶみメンバとの
関係を示す図、第７図は第６図に示されるタイプのガイ
ドピンと可動の環状壁メンバの関係を示す図、第８図は
第１図から第４図の構成に設けられるノズルベーンサポ
ートリングの取りつけを示す図である。 １・・・タービンハウジング、 ２・・・入口室、　　　　　３・・・出口室、４・・・
可動の環状壁メンバ、 ５・・・対面壁、　　　　　６・・・ノズルベーン、７
・・・ノズルサポートリング、 ８・・・タービンホイール、 １４・・・内方管状壁、　　１５・・・環状部分、１６
・・・外方管状部分、１７・・・フランジ、１８・・・
ブリッジリンクプレート、 １９．２０・・・ガイドピン、２２・・・アクチュエー
タ、２４・・・あぶみメンバ、２９・・・枢着ピン。 図面の浄ａ（内容に変更なし） ρＦＦＩＣＩＥＮＣＹ １％１ ＩＧ　７ 手 続 補 正 書（方式） ％式％ 事件の表示 平成１年特許願第１２１６３６号 発明の名称 パリアブｌｔ’；ｊメトリタービン用アクチュエータ補
正をする者 事件との関係　　　特許出願人 名称　ホルセット　エンジニアリング カンパニー　リミティド ６、補正の対象 （１）願書の「出願人の代表者」の欄 （２）委任状 （３）図　面 ７、補正の内容 （１）（２＋　　別紙の通り （３）　　　図面の浄書（内容に変更なし）８、添附書
類の目録 ＜１）訂正願書 （２）委任状及び訳文 （３）浄書図面 １通 各１通 １通 ４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、環状の入口通路を備え、該入口通路の一方の壁は環
   状の可動壁メンバを形成し、該環状可動壁メンバの位置
   は、該環状可動壁メンバと対向する前記入口通路のもう
   一方の壁に対して調節可能であり前記入口通路の幅を制
   御できるようにされていると共に、前記環状可動壁メン
   バが、タービン軸に平行に設置されてタービン軸に平行
   に滑動可能とされた１対のピンにより支持されているバ
   リアブルジオメトリタービン用アクチュエータにおいて
   、前記１対のピンのそれぞれは、回転可能に取付けられ
   、回転角度を１つのアクチュエータにより制御された、
   あぶみメンバのそれぞれのアームと係合しており、ピン
   とあぶみメンバ間の上記係合は、上記あぶみメンバの回
   転により上記ピンがタービン軸に平行に動くようにされ
   ていることを特徴とするバリアブルジオメトリタービン
   用アクチュエータ。 ２、前記各々のピンの中間部にはスロットが形成されて
   おり、前記あぶみメンバの各々のアーム端は上記スロッ
   トと係合している特許請求の範囲第１項に記載のバリア
   ブルジオメトリタービン用アクチュエータ。 ３、前記あぶみメンバの、前記スロットと係合している
   端部は、それぞれ円弧状に形成されており、上記端部が
   前記スロットの縁を押圧する特許請求の範囲第２項に記
   載のバリアブルジオメトリタービン用アクチュエータ。 ４、前記あぶみメンバは、金属板から作られており、前
   記それぞれのアームは、前記アームを形成する金属板を
   含む平面が前記タービン軸と平行になるように配置され
   ているバリアブルジオメトリタービン用アクチュエータ
   。