JPH0372803B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はターボチヤージヤ等に施用される可
変容量式タービンに係り、詳しくは、可動ベーン
の一方の側の縁部を傾斜させて熱歪発生時等に可
動ベーンが排気通路の画壁面にかじりつくことを
防止した可変容量式タービンに関する。

（従来の技術） 可変容量型タービンは可変容量型ターボチヤー
ジヤの排気タービンとして用いられ、特公昭38−
7653号公報に記載されているようなものが知られ
ている。この可変容量型ターボチヤージヤは、複
数の可動ベーンをタービンホイール外周部を臨む
喉部に配設して排気の可変絞りを構成し、これら
可動ベーンをアクチユエータにより駆動してエン
ジンの低速運転時に可変絞りを絞り、エンジンの
低速運転時の過給効果を増大させるものである。
しかしながら、このような可変容量式タービン
は、可動ベーン間の間隙で可変絞りが構成される
ため、可変絞りの開度が可動ベーンの傾動角度の
僅かな狂いによつても大きく影響され、可変絞り
の低開度域において開度の正確な管理が困難であ
つた。

そこで、本出願人は、昭和61年５月30日付提出
の特願昭61−124996号（特開昭62−282122号公
報）明細書等において、可変絞りの低開度域をも
正確に管理できる可変容量式タービンを提案して
いる。この可変容量式タービンは、タービンハウ
ジングにベースプレートとトツププレートとを設
けてタービンホイールを包囲し、このタービンホ
イールの外周にベースプレートとトツププレート
との平行に対向する壁面にそれぞれ可動ベーンと
固定ベーンとを隣接して、設置して排気の可変絞
りを構成する。

（この発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述した本出願人の出願にかか
る可変容量式タービンにあつては、可動ベーンは
基端がベースプレートを貫通する駆動軸と結合さ
れてベースプレートとトツププレートとの平行に
対向する壁面の間に傾動可能に配置されるため、
熱歪等に起因して可動ベーンの駆動軸が傾く場
合、ベースプレートとトツププレートとの壁面の
平行度が低下した場合あるいは壁面が歪を生じた
場合等に、可動ベーンが壁面にかじりつきを生じ
て円滑な作動を阻げられるという問題点があつ
た。

この発明は、上記問題点を鑑みてなされたもの
で、熱歪の発生時等に可動ベーンがかじりつくこ
とを防止した可変容量式タービンを提供し、その
円滑な作動を確保することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） この発明は、タービンハウジングにタービンホ
イールへ排気を導く排気通路を形成するととも
に、該排気通路の略平行に対向する画壁間に可動
ベーンを傾動可能に配置して排気の可変絞りを構
成し、前記隔壁を貫通する駆動軸を前記可動ベー
ンに結合して該可動ベーンを駆動する可動容量式
タービンにおいて、 前記可変絞りの最小開度時に前記可動ベーンの
ストツパとして突き当てられる段差部を対向する
両画壁端面に設けるとともに、 前記可動ベーンの駆動軸との結合側端と反対側
の側端の縁部を駆動軸の結合部から可動ベーンの
幅方向に縮小するごとく先細テーパ状に形成し、
且つその最先端先細部が前記段差内に位置するよ
うにしたことが要旨である。

（作用） この発明にかかる可変容量式タービンによれ
ば、可動ベーンは駆動軸との結合側端と反対側の
側端の縁部を駆動軸との結合部から先端に向けて
幅方向に縮小する如くテーパ状に成形され、可動
ベーンの結合側端と画壁との間に隙間が形成され
ている。このため、熱影響等によつて、可動ベー
ンの駆動軸が傾いた場合、画壁の平行度が低下し
た場合あるいは歪を生じた場合にあつても、可動
ベーンが画壁にかじりつくことは無く、円滑な作
動が確保される。また、画壁には可変絞りの最小
開度時に可動ベーンと突き当たるストツパとして
の段差部が形成され、可動ベーンをその最先端先
細部が段差部に位置するようにしたため、可変絞
りの最小開度における可変ベーンの位置を正確に
規定でき、また、可動ベーンの側方からの排気ガ
スの漏れを抑制できる。

そして、この発明は、排気通路をスクロール通
路として構成し、このスクロール通路に、中央位
置でタービンホイールを、このタービンホイール
の廻りに固定ベーンと可動ベーンとで構成した可
変絞りを配置する態様に構成し、排気の流れに対
する抵抗を小さくすることができる。

また、この態様においては、両画壁をタービン
ハウジングと別体に形成し、一方の画壁の他方の
画壁と対向する壁面に固定ベーンを一体に形成
し、この固定ベーンを他方の画壁の壁面に当接さ
せて一対の画壁を組み付け、これら画壁を組み付
けた状態で状態でスクロール通路に組み込むよう
に構成し、可変絞り廻りのクリアランス管理を容
易化でき、また、組み付け性を向上できる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

第１図から第３図はこの発明の一実施例にかか
る可変容量式タービンをターボチヤージヤに適用
して示し、第１図がターボチヤージヤの縦断面
図、第２図が第１図の−矢視断面図、第３図
が要部拡大断面図である。

図中、１１は後述するコンプレツサインペラを
回転自在に収容したコンプレツサハウジング、１
２は後述するタービンホイールを回転自在に収容
したタービンハウジング、１３はコンプレツサイ
ンペラとタービンホイールとを連結するシヤフト
を支持したセンタハウジングであり、コンプレツ
サケーシング１１とタービンハウジング１２とは
センタハウジング１３を間に一体的に接合されて
いる。コンプレツサハウジング１１には、図中左
方の開口端に背板１４がボルト１５と取付板１６
とによつて固定され、内部に軸方向通路１および
スクロール通路１８が画成されている。背板１４
はボルト１９によつてセンタハウジング１３と結
合されている。軸方向通路１７は図中左端部がス
クロール通路１８の中心部と連通し、これら通路
１７，１８の連通する部分にシヤフト２０の図中
右端に取り付けられたコンプレツサインペラ２１
が回転自在に収容されている。軸方向通路１７は
図中右端に吸気を導入する吸気導入口１７ａが開
口し、また、スクロール通路１８は上方に図外の
エンジンの燃焼室に連絡された吸気導出口（図示
せず）が開口している。

センタハウジング１３には内部に２つの軸受部
２２，２３が形成され、これら軸受部２２，２３
に形成された軸受孔２２ａ，２３ａにそれぞれフ
ロートベアリング２４，２５を介してシヤフト２
０が回転自在に支持されている。シヤフト２０
は、図中右端が背板１４をブツシユ２６を介して
回転自在に貫通してコンプレツサインペラ２１と
結合され、図中左端がタービンホイールに結合さ
れている。なお、２７はワツシヤ、２８はカラ
ー、２９はスラストベアリングであり、これらが
シヤフト２０の段部とブツシユ２６との間に介装
されている。

センタハウジング１３には、また、前記軸受部
２２，２３の上方にフロートベアリング２４，２
５へ潤滑油を供給する給油通路３０が、軸受部２
２，２３の下方に潤滑油を排出する排油通路３１
として機能する空孔３１（排油通路３１と同一符
号を付す）が形成されている。給油通路３０は、
上端が開口した導入孔３０ａと、該導入孔３０ａ
の下端に連通し図中右端がスラストベアリング２
９との摺接面に開口した横孔３０ｂと、該横孔３
０ｂに連通してそれぞれが前記軸受孔２２ａ，２
３ａの周面に開口した２つの分配孔３０ｃ，３０
ｄと、から構成されている。導入孔３０ａは上端
開口が図外のオイルポンプ等の潤滑油供給源に連
絡され、また、空孔３１は下端の開口がオイルパ
ン等に連絡されている。これら給油通路３０およ
び排油通路３１は、潤滑油供給源から供給される
潤滑油をベアリング２４，２５，２９に導いて潤
滑とともに冷却を行い、この後、この潤滑油をオ
イルパンへ還流させて回収する。なお、３２は給
油通路３０および排油通路３１のタービンハウジ
ング１２側に形成された冷却水のウオータジヤケ
ツトであり、このウオータジヤケツト３２は下部
に注水口が上部に排水口が開口している。このウ
オータジヤケツト３２は、タービンハウジング１
２からの伝熱を阻止し、また、ヒートソークバツ
ク時に冷却水を蒸発させてその気化熱で軸受部２
２，２３を冷却する。

タービンハウジング１２は、スタツドボルト３
３が螺着され、このスタツドボルト３３にナツト
３４により締結された取付板３５によつてセンタ
ハウジング１３に固定されている。このタービン
ハウジング１２は、図中右方の開口端がタービン
ハウジング１２とセンタハウジング１３との間に
外周縁を挟着されたベーン保持部材（ベースプレ
ート）３６により閉止され、また、ベーン保持部
材３６にボルト３７によつて固定されたトツププ
レート３８が内周部に嵌合している。タービンハ
ウジング１２には、内部にスクロール通路３９と
出口通路４０とが画成され、また、スクロール通
路３９に接線方向を指向して開口する排気導入口
３９ａおよび出口通路４０の左端に開口する排気
排出口４０ａが形成されている。スクロール通路
３９の中央部と出口通路４０の右端部とは連通
し、これら通路３９，４０が連通する部分にシヤ
フト２０の左端部に固設されたタービンホイール
４１が回転自在に配置されている。

トツププレート３８は、タービンハウジング１
２の出口通路４０の内端部にシールリング４２を
介して嵌入した円筒部３８ａと、該円筒部３８ａ
の外周の軸方向中央部から径方向に一体に延出し
た円板部３８ｂとから構成されている。円筒部３
８ａ内には前述したタービンホイール４１が所定
のクリアランスをもつて回転自在に配置され、ま
た、円板部３８ｂはスクロール通路３９を外周路
３９ｂと内周路３９ｃとに区画している。このト
ツププレート３８には、第３図に示すように、後
述する可動ベーンの全閉位置ストツパとなる段差
壁３８ｈが円板部３８ｂの端面に形成されてい
る。この段差壁３８ｈは、一部が可動ベーンの外
周縁の翼形状に沿つて延在している。このトツプ
プレート３８は、タービンハウジング１２側から
円板部３８ｂおよびベーン保持部材３６を貫通し
て該ベーン保持部材３６に螺合した前述のボルト
３７によつてベーン保持部材３６に固定されてい
る。

ベーン保持部材３６は、シヤフト２０が回転自
在に貫通した円板部３６ａと、該円板部３６ａの
外周部から軸線方向にトツププレート３８側に向
かつて一体に延出した４つの固定ベーン４３とか
ら構成されている。円板部３６ａは、前述のトツ
ププレート３８の円板部３８ｂと平行に位置して
いる。このベーン保持部材３６には、センタハウ
ジング１３側の端面に遮熱板４４が嵌着されて円
板部３６ａとの間に断熱層４４ａが形成され、ま
た固定ベーン４３が形成されたトツププレート３
８側の面に後述する可動ベーンのストツパとして
機能する段差壁３６ｇ（第２図参照）が可動ベー
ンの翼形状に沿つて形成されている。なお、遮熱
板４４のセンタハウジング１３側の面には前述し
たボルト３７が突出し、このボルト３７の突出端
と遮熱板４４のセンタハウジング１３側の面とが
溶接されてボルト３７の緩みが防止される。

固定ベーン４３は、第２図に示すように、部分
円弧状を成し、タービンホイール４１と同心状に
回転方向等間隔に配置されている。これら固定ベ
ーン４３の間には、それぞれ、部分円弧状の４つ
の可動ベーン４５が配置され、これら固定ベーン
４３と可動ベーン４５とによつてスクロール通路
３９の外周路３９ｂと内周路３９ｃとの間に可変
絞り４６が構成されている。可動ベーン４５は、
ベーン保持部材３６の円板部３６ａを回転自在に
貫通したピン４７（駆動軸）が基端に固着してい
る。この可動ベーン４５は、第３図に詳示するよ
うに、基端のベーン保持部材３６側にピン４７と
同軸状にボス部４５ａが突設され、また、トツプ
プレート３８側の縁部に基端から先端に向けてベ
ーン保持部材３６側へ傾斜する先細りのテーパ部
４５ｂが形成されている。この可動ベーン４５
は、ベーン保持部材３６側の縁部が熱時間および
冷間時に段差壁３６ｇと当接できるようにボス部
４５ａの高さが前述した段差壁３６ｇより小さく
形成され、また同様に、トツププレート３８側の
先端縁部が段差壁３８ｈに冷間時にも当接できる
ようにテーパ部４５ｂの傾きが設定され、これら
ボス部４５ａとテーパ部４５ｂを上述のように成
形することで可変絞り４６の最小開度時の各段差
壁３６ｇ，３８ｈとの間からの排気ガスの漏出を
抑制しつつかじりつき（後述）を防止する。この
可動ベーン４５は、ピン４７の回動にともない傾
動して可変絞り４６の流路面積（開度）を変更
し、ベーン保持部材３６の段差壁３６ｇに当接す
る位置で可変絞り４６を最小開度とし、また、こ
の位置から内向きに傾動して可変絞り４６の開度
を増大する。ピン４７は、図示しないが、センタ
ハウジング１３側に突出した端部がセンタハウジ
ング１３とベーン保持部材３６との間に配置され
たリンク機構を介してアクチユエータに接続され
ている。

なお、４８は外周縁が遮熱板４４の内周端とセ
ンタハウジング１３の外周壁との間に挟着された
円板状のシールド板、４９はタービンハウジング
１２に螺着した取付用のスタツドボルトであり、
シールド板４８は前述した遮熱板４４とともに排
気ガスの熱のセンタハウジング１３への伝熱を阻
止する。

次に、本実施例の作用を説明する。

このターボチヤージヤは、エンジンの回転速度
が比較的小さく排気の流量も少ない場合、可動ベ
ーン４５が第２図に示すように段差壁３６ｇ，３
８ｉに当接して位置し、可変絞り４６を最小開度
とする。このため、排気導入口３９ａから導入さ
れた排気は、スクロール通路３９の外周路３９ｂ
から可変絞り４６を経て加速されて内周路３９ｃ
内に流入し、内周路３９ｃ内で旋回流を生じてタ
ービンホイール４１を駆動する。したがつて、コ
ンプレツサインペラ２１が高速で回転されて吸入
空気を加圧し、エンジンの低速運転時の過給効果
が確保される。

また、エンジンの回転速度が増大して排気の流
量も多くなつた場合には、エンジンの回転速度に
応じ可動ベーン４５が中心方向へ駆動され可変絞
り４６の開度が増大する。このため、運転状態に
応じた適切な過給効果を確保できると共に排気の
流動抵抗も小さくなり、開口面積を大きくとれる
為に特別なウエストゲート及び制御弁を設けなく
ともエンジンの排気背圧を小さくすることができ
る。そして、前述のように、タービンホイール４
１が排気により駆動され、コンプレツサインペラ
２１が吸気を加圧して過給を行う。

一方、この可変容量型ターボチヤージヤは、ピ
ン４７の両端を支持するベーン保持部材３６と遮
熱板４４との軸受部の温度が異なり、また、トツ
ププレート３８も外周部と内周部とで温度が異な
り、これら軸受部およびトツププレート３８が熱
歪を発生しやすい。特に、ベーン保持部材３６は
遮熱板４４に比較して高温であるため、ピン４７
は可動ベーン４５側の端部を外方に拡開するよう
に変形し、可動ベーン４５の先端がトツププレー
ト３８側へ変位する。しかしながら、可動ベーン
４５のトツププレート３８側の縁部に先細りとな
るようなテーパ部４５ｂが形成されてトツププレ
ート３８との間に隙間を有するため、トツププレ
ート３８あるいはピン４７が歪を生じても、可動
ベーン４５がトツププレート３８あるいはベーン
取付部材３６にかじりつくことは無く円滑な作動
が確保される。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明にかかる可変容
量式タービンによれば、排気通路の画壁に段差部
を可変絞りの最小開度時における可動ベーンのス
トツパとして形成するとともに、可動ベーンを駆
動軸と結合する縁部と反対側の縁部が先細りに傾
斜し、かつ、その最先端の幅方向両縁部が段差部
内に位置して可変絞りの最小開度時に段差部と当
接するようにしたため、可動ベーンを包囲する画
壁等が熱歪を生じても可動ベーンが周囲の壁面に
かじりつくことは無く円滑な作動が確保され、ま
た、可動ベーンの側部からの排気ガスの漏れを抑
制できる。

そして、この発明は、排気通路をスクロール通
路として中央部にタービンホイールを配置すると
ともに、このタービンホイールの廻りに周方向に
離隔して複数の固定ベーンを配置し、これら固定
ベーン間に可動ベーンを配置して可変絞りを構成
するため、排気の流れに対する抵抗を小さくでき
る。

また、この態様では、画壁を固定ベーンおよび
可動ベーンと予め組み付けるように構成し、この
サブアツシイとされたものを排気通路内に組み込
むことで、クリアランス管理を正確かつ容易に行
え、さらに、組み付け性をより向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図はこの発明の一実施例にかか
る可変容量式タービンを示し、第１図がターボチ
ヤージヤの縦断面図、第２図が第１図の−矢
視断面図、第３図が要部拡大断面図である。 １２……タービンハウジング、３６……ベーン
保持部材、３８……トツププレート、３８ｈ……
段差壁、３９……スクロール通路（排気導入通
路）、４１……タービンホイール、４３……固定
ベーン、４５……可動ベーン、４５ａ……ボス
部、４５ｂ……テーパ部、４６……可変絞り、４
７……ピン（駆動軸）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ タービンハウジングにタービンホイールへ排
   気を導く排気通路を形成するとともに、該排気通
   路の略平行に対向する画壁管に可動ベーンを傾動
   可能に配置して排気の可変絞りを構成し、前記画
   壁を貫通する駆動軸を前記可動ベーンに結合して
   該可動ベーンを駆動する可変容量式タービンにお
   いて、 前記可変絞りの最小開度時に前記可動ベーンが
   ストツパとして当接する段差部を対向する両画壁
   端面に設けるとともに、 前記可動ベーンの駆動軸との結合側端と反対側
   の側端の縁部を駆動軸との接合部から可動ベーン
   の先端に向けて可動ベーンの幅方向に縮小する如
   く先細テーパ状に形成し、且つその最先端先細部
   が前記段差内に位置することを特徴とする可変容
   量式タービン。 ２ 前記排気通路をスクロール通路から構成して
   スクロール通路の中央部に前記タービンホイール
   を配置し、このタービンホイールの廻りに複数の
   固定ベーンを周方向に離隔して配置するととも
   に、これら固定ベーンの間に前記可動ベーンを配
   置して隣り合う可動ベーンと固定ベーンとで前記
   可変絞りを構成したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の可変容量式タービン。 ３ 前記タービンハウジングと別体に前記一対の
   画壁を構成し、一方の画壁の対向する壁面に前記
   固定ベーンを一体に形成し、この固定ベーンを他
   方の画壁の壁面に当接させて一対の画壁を組み付
   け、これら画壁を組み付けた状態で前記スクロー
   ル通路内に組み込むことを特徴とする特許請求の
   範囲第２項に記載の可変容量式タービン。