JPH0121145Y2

JPH0121145Y2 -

Info

Publication number: JPH0121145Y2
Application number: JP1983145083U
Authority: JP
Priority date: 1983-09-21
Filing date: 1983-09-21
Publication date: 1989-06-23
Also published as: JPS6054731U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は可変容量ラジアルタービンに関し、特
にターボチヤージヤ等のタービンにおける流量特
性を、スクロールに設けた揺動自在な舌状部材を
動作させることによつて可変とした可変容量ラジ
アルタービンに関する。

一般のターボチヤージヤ付内燃機関にあつては
その出力特性が、タービンロータの径とターボチ
ヤージヤにおけるＡ／Ｒ比率、すなわち後述する
スクロール入口部の流路断面積Ａをロータ中心軸
からこの入口部断面積重心位置までの垂直距離Ｒ
で除した値とによつてほぼ決定されてしまい、例
えば、Ａ／Ｒ比率が大きいほど高速向きとなり、
高回転領域におけるトルクを増大させる。

そこで、エンジンの運転条件に応じて上述した
ように舌状部材（可変ノズル）を動作させてスク
ロール入口部の流路断面積Ａを変化させ、以てス
クロールに流入する排気ガスの流量等を変化させ
て、低速運転領域から高速運転領域にいたるまで
適切な過給を維持することによつて適切なトルク
の増大が図れるようにした可変容量ラジアルター
ビンが提案されてきた。

第１図ＡおよびＢは従来のこの種可変容量ラジ
アルタービンの一例を示し、本例は特開昭54−
84123号公報等に開示されたものである。ここで、
１は図示しない圧縮機インペラに直結されている
タービンロータであり、２はタービンロータ１の
外周部に設けられているタービンハウジングであ
る。タービンハウジング２には一般に鋳造品が使
用される。

更に３は、このタービンハウジング２に設けら
れ、渦巻型の流路を形成しているタービンスクロ
ールであり、スクロール３への流入口３Ａは図示
しない排気マニホールドに接続され、マニホール
ドからの排気ガスはこの流入口３Ａからスクロー
ル３の流路３Ｂに沿つてロータ１へと導かれる。

しかして、本例では、このスクロール３の巻き
初め部分、すなわち流路３Ｂの外周側壁面がロー
タ１に最も近接する位置で舌部４を軸５の回りに
揺動自在なようになして（以下でこのように揺動
自在とした舌部４を舌状部材という）、ノズル開
口部（スクロール入口部）６における半径方向の
幅を変化させ、以て、この部における流路面積Ａ
を可変としている。

また、第１図Ａに示す７はハウジング２の外部
に配置された電磁アクチユエータであり、このア
クチユエータ７は、エンジンの運転条件、例えば
機関回転数に応じて動作させられるもので、この
アクチユエータ７の動作によりリンク部材８を介
して舌状部材４をロータ１の半径方向に揺動させ
ることができる。

更にまた、第１図Ｂにおいて、９はロータ軸１
Ａをベアリング１０を介して軸支させているセン
タハウジングであり、１１はセンタハウジング９
とロータ軸１Ａとの間に設けられているリングシ
ール、１２はタービンロータ１の円板状背面を形
成しているシユラウド板である。シユラウド板１
２はその周囲のフランジ部がタービンハウジング
２の環状溝に嵌め込まれた状態に保たれており、
センタハウジング９を固定するボルト１３によつ
てこの状態に固定されている。

このように構成された可変容量ラジアルタービ
ンにあつては、流入口３Ａから入口部６を経てス
クロール流路３Ｂに排気ガスが導かれる際に、運
転条件に対応してアクチユエータ７が動作され舌
状部材４を揺動させて入口部６の流路断面積Ａを
変化させる。

よつて舌状部材４の位置に応じた流量の排気ガ
スが流路３Ｂからタービンロータ１へと導かれて
ロータ１を回転させ、仕事をしたあとの排気ガス
は第１図Ｂに示す出口部３Ｃから外部へと排出さ
れる。

しかしながら、このような従来の可変容量ラジ
アルタービンにおいては、揺動動作をなす舌状部
材４とタービンハウジング２との間に存在する熱
膨張率の差のために、舌状部材４の側面４Ａおよ
び４Ｂがスクロール入口部６における両側のハウ
ジング内壁面２Ａおよび２Ｂと接触し揺動不能の
状態となる虞があるのと舌状部材４の軸５がその
ブツシユ１６に枢支された状態（第１図Ｃ参照）
での遊びからくる舌端部４Ｔの首振り等を考慮し
て、側面４Ａおよび４Ｂと内壁面２Ａおよび２Ｂ
との間に隙間Ｃが保たれるように構成されてい
た。

しかも従来はこのような隙間Ｃを設定するにあ
たつては、その隙間幅を第１図Ｃに示すように舌
状部材４の根元の枢軸部４Ｘからその舌端部４Ｔ
にいたるまでの間同寸法にしていた。

このために、特に入口部流路断面積Ａが絞られ
る小流量時にあつては、この隙間Ｃを通つて第１
図Ａで矢印により示したように入口部６の側から
ロータ１側にガスが漏洩する。すなわち、スクロ
ール３では流速がその半径位置に反比例して増速
され、入口部６から下流になるほど流速が速くな
るので、舌状部材４の入口部上流側と舌状部材４
のロータ１側とでは流速の差により、ロータ１側
の方が入口部上流側より速くなり、静圧が低くな
る。

これに加えて、小流量時においては、舌状部材
４が第１図Ｄに示すように入口部６における流路
断面積Ａを絞る位置にあるので、入口部上流側で
は枢軸部４Ｘ近傍の流路３０Ｘにおける流速に比
して舌端部４Ｔ近傍の流路３０Ｔにおける流速が
速いのに対して、ロータ１側ではほぼ半径位置が
等しいために、枢軸部４Ｘ近傍の流路３１Ｘと舌
端部４Ｔ近傍の流路３１Ｔとでは流速の差がな
い。

したがつて、流路３０Ｘと流路３１Ｘとの間で
は静圧の差が流路３０Ｔと流路３１Ｔとの間より
大きくなり、隙間Ｃの間隔幅は同じであつても枢
軸部４Ｘに近い位置ほど隙間Ｃからの洩れが大き
くなる。

しかして、このように小流量時における洩れの
多いことによつて、舌状部材４による絞り効果が
低減され、更にスクロール３を介してロータ１に
流入するガス流に速度差が生じて混流が発生し、
流体エネルギ損失によりタービン効率を低下させ
る。

本考案の目的は、上述した欠点を除去し、小流
量時における舌状部材側面からの洩れが最小限度
に抑制されるよう舌状部材の形状を配慮した可変
容量ラジアルタービンを提供することにある。

かかる目的を達成するために、本考案は、一端
に回動軸を設けた枢軸部から舌端部までが一体
に、かつ枢軸部の上流側が固定された案内壁に連
なるように形成されて回動軸の周りに揺動自在と
なした舌状部材を有し、舌状部材の両側面を流路
の壁面に沿つて揺動させ、流路を通過するガス流
量を変化させるようにした可変容量ラジアルター
ビンにおいて、両側面と両側面のそれぞれに対向
する流路の壁面との間に形成される各隙間を、舌
端部の位置から枢軸部の位置に向けてそれぞれほ
ぼ均等に漸減させるようにしたことを特徴とする
ものである。

以下に、図面に基づいて本考案を詳細に説明す
る。

第２図は本考案の第１一実施例を示す。本例で
はスクロール３の流路３Ｂ断面形状をほぼ方形型
の形状とする。ここで、タービンハウジング２０
はハウジングカバ２１を有し、ハウジング２０お
よびハウジングカバ２１には、共にロータ軸１Ａ
に直角な流路壁面２０Ａおよび２１Ａが形成され
ていて、これらの壁面２０Ａおよび２１Ａと、タ
ービンハウジング２０側に形成したスクロール外
周壁２０Ｂおよびハウジングカバ２１側に形成し
たスクロール内周壁２１Ｂとによつてスクロール
流路３Ｂが形成されている。

なおここで、ハウジングカバ２１はその周囲に
環状に形成した嵌合溝２１Ｃを有し、この嵌合溝
２１Ｃにパツキング２２を介してハウジング２０
の嵌合部２０Ｃを嵌め合わせた上ボルト２３によ
つて固定する。更にハウジングカバ２１にはロー
タ１の翼端に沿つたシユラウド部２１Ｄおよび出
口部３Ｃが形成されている。

２４は翼型形状の断面を有する舌状部材であ
り、２５は舌状部材２４と一体にした回動軸であ
る。この回動軸２５を設けた舌状部材２４の枢軸
部２４Ｘの上流側は、ハウジング２０の案内壁に
連なるように形成されている。また、回動軸２５
はハウジングカバ２１に圧入して設けたブツシユ
２６に回動自在に軸支されており、軸２５の外側
には第３図に示すような短冊型のアーム板２７が
固定される。なお、アーム板２７には接続孔２７
Ａを設けておき、一方、軸２５のねじ部断面をこ
の形状に合わせて形成することにより孔２７Ａに
ねじ部を嵌め合わせ、ナツト２８によりアーム板
２７を軸２５に固着する。

２９はアーム板２７に取付けた連結ピンであ
り、この連結ピン２９を図示しないアクチユエー
タと連結させることにより、アクチユエータによ
つて舌状部材２４に揺動動作を行わせることがで
きる。

ここで、２４Ａおよび２４Ｂは舌状部材２４の
それぞれ側面である。本例では、第４図に示すよ
うにハウジング２０側およびハウジングカバ２１
側の流路壁面２０Ａおよび２１Ａが互に平行であ
るのに対して、側面２４Ａおよび２４Ｂとを互い
に平行とはせず、その舌端部２４Ｔから枢軸部２
４Ｘにかけての隙間ＣをC₁からC₂へと漸減させ
るように形成する。

しかして、隙間C₁の設定にあたつては、第１
図Ｃの従来例で説明した場合と同様に、回動軸２
５とブツシユ２６との間の遊びによる舌端部２４
Ｔの首振り接触や、側面２４Ａおよび２４Ｂと壁
面２０Ａおよび２１Ａとの熱膨張による接触等を
考慮した最小許容限度の寸法となす。

更に隙間C₂の設定にあたつては、舌端部２４
Ｔにおける首振りをさほど配慮する必要がなくて
ハウジング２０およびカバ２１側と舌状部材２４
側との熱膨張率の差のみを主として配慮すればよ
いので、隙間C₁の寸法に対して十分小さく設定
することができる。

そこで、このように隙間Ｃの寸法を変化させる
ことによつて、舌状部材２４における上下の流路
面２４Ｃおよび２４Ｓを枢軸部２４Ｘから舌端部
２４Ｔにかけて先細りとした形状となし、以て、
小流量時において洩れの傾向が多い枢軸部２４Ｘ
近傍の隙間C₂からの洩れを抑制することができ
る。

以上説明してきたように、本考案によれば、ス
クロール入口部に設けた舌状部材の両側面と、こ
れら側面の対向位置にあるハウジングの流路壁面
との間に形成される各隙間の寸法を、舌状部材の
舌端部から舌状部材の回転軸が軸支される枢軸部
に向けてそれぞれほぼ均等に漸減させるようにし
たので、少流量時において、洩れの発生しやすい
枢軸部近傍の隙間からの洩れが抑制されて、漏洩
するガスの量が低減され、タービンを小流量化す
ることができると共にタービン効率を向上させる
ことができ、エンジンの低回転領域におけるトル
クを従来より大幅に増大させることができる。

更にまた、大流量時においても、隙間を狭くし
ただけ洩れが少なくなるので、タービンを大流量
化することができてタービン効率を向上させ、高
回転領域におけるトルクの増大を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは従来の可変容量ラジアルタービンの
構成の一例を示す模型図、第１図Ｂは第１図Ａの
Ａ−Ａ線断面で示す構成図、第１図Ｃはその舌状
部材をスクロール入口部側から見た断面図、第１
図Ｄはその舌状部材が小流量位置にある状態での
説明図、第２図は本考案可変容量ラジアルタービ
ンの構成の一例を示す断面図、第３図はその舌状
部材作動用アーム板の平面図、第４図はその舌状
部材をスクロール入口部側から見た断面図であ
る。１……タービンロータ、１Ａ……ロータ軸、２
……タービンハウジング、２Ａ，２Ｂ……内壁
面、３……タービンスクロール、３Ａ……流入
口、３Ｂ……流路、４……舌部（舌状部材）、４
Ａ，４Ｂ……側面、４Ｘ……枢軸部、４Ｔ……舌
端部、５……軸、６……入口部、７……アクチユ
エータ、８……リンク部材、９……センタハウジ
ング、１０……ベアリング、１１……リングシー
ル、１２……シユラウド板、１３……ボルト、１
６……ブツシユ、２０……タービンハウジング、
２０Ａ……壁面、２０Ｂ……外周壁、２０Ｃ……
嵌合部、２１……ハウジングカバ、２１Ａ……壁
面、２１Ｂ……内周壁、２１Ｃ……嵌合溝、２１
Ｄ……シユラウド部、２２……パツキング、２３
……ボルト、２４……舌状部材、２４Ａ，２４Ｂ
……側面、２４Ｘ……枢軸部、２４Ｔ……舌端
部、２４Ｃ，２４Ｓ……流路面、２５……回動
軸、２６……ブツシユ、２７……アーム板、２７
Ａ……接続孔、２８……ナツト、２９……連結ピ
ン、３０Ｘ，３０Ｔ，３１Ｘ，３１Ｔ……流路、
Ｃ，C₁，C₂……隙間。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

一端に回動軸を設けた枢軸部から舌端部までが
一体に、かつ前記枢軸部の上流側が固定された案
内壁に連なるように形成されて前記回動軸の周り
に揺動自在となした舌状部材を有し、前記舌状部
材の両側面を流路の壁面に沿つて揺動させ、前記
流路を通過するガス流量を変化させるようにした
可変容量ラジアルタービンにおいて、前記両側面
と該両側面のそれぞれに対向する前記流路の壁面
との間に形成される各隙間を、前記舌端部の位置
から前記枢軸部の位置に向けてそれぞれほぼ均等
に漸減させるようにしたことを特徴とする可変容
量ラジアルタービン。