JPH0372804B2 - - 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
に包囲する画壁と摺接する凸部を形成し、摺動抵
抗の低減を図る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ボチヤージ
ヤの排気タービンと用いられ、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号明細書（特開昭62−282122
号公報）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
れて駆動軸により駆動され、駆動軸と結合した基
端を中心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摺接して傾動し、その可変
絞りの開度を変更する。このため、可動ベーンの
ベースプレートとトツププレートとの摺動抵抗
（摩擦抵抗）が大きく、可動ベーンを駆動するア
クチユエータ等が大型化するという問題点があつ
た。

また、このような可変容量式タービンは、駆動
軸受、トツププレートあるいはベースプレートに
温度差が生じて熱歪を生じ、この熱歪に原因して
可動ベーンがトツププレートの壁面等にかじりつ
き、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、上述した問題点を鑑みてなされた
もので、可動ベーンの摺動抵抗の低減とともに可
動ベーンのトツププレートの壁面等へのかじりつ
きを防止した可変容量式タービンを提供し、小型
化とともに作動の円滑化を図ることを目的とす
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動容量式
タービンにおいて、 可変絞りの最小開度時に可動ベーンが当接する
段差部を駆動軸側の画壁に形成するとともに、可
動ベーンの駆動軸との結合部に高さが段差部の高
さより低い凸部を画壁に向けて画壁と摺接可能に
突設し、該凸部によつて前記可動ベーン側端と前
記画壁との間に隙間を設定したことを特徴とす
る。

（作用） この発明にかかる可変容量式タービンによれ
ば、可動ベーンは凸部の端面で画壁と摺接し、そ
の摺接面積が小さくなり、摺動抵抗が小さくなる
ため、アクチユエータの小型化を図ることができ
る。また、この凸部は可動ベーンと画壁との間に
〓間を形成し、この〓間が熱影響による画壁の歪
あるいは駆動軸の歪による可動ベーンを傾き等を
吸収するため可動ベーンのかじりつきを防止して
円滑な作動が確保される。さらに、画壁には可変
絞りの最小開度時に可動ベーンが当接する段差部
が形成され、凸部はこの段差部の段差高さよりも
小さな高さに形成されて可動ベーンは可変絞りの
最小開度時に段差部に当接するため、可変絞りの
最小開度時において可動ベーンの位置を確実に規
定でき、また、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、各画壁をタービン
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の容
易化と組み付け性の向上とを図ることができる。

（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設されている。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（凸部）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。ボス部４５
ａは、可動ベーン４５の先端が熱間時および冷間
時に段差壁３６ｇに当接するように段差壁３６ｇ
より小さな高さ寸法に設定され、先端がベーン保
持部材３６と摺接可能に当接している。テーパ部
４５ｂは、トツププレート３８との間に可動ベー
ン４５の先端に向かうにしたがい大きくなる隙間
を形成し、トツププレート３８の熱歪等を吸収し
て熱歪の発生時等に可動ベーン４５がトツププレ
ート３８にかじりつくことを防止する。このテー
パ部４５ｂも、可動ベーン４５の先端が熱時間お
よび冷間時の双方に段差壁３８ｈと当接するよう
な傾きに形成されるが、さらに、最大熱変形時に
おいても可動ベーン４５ｂが全長にわたつて段差
壁３８ｈと当接できるように形成することが望ま
しい。この可動ベーン４５は、ピン４７の回動に
ともない凸部４５ａ先端をベーン保持部材３６に
摺接させつつ傾動して可変絞り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と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。なお、この時、可動ベーン４５の
ボス部４５ａおよびテーパ部４５ｂはベーン先端
がそれぞれ段差壁３６ｇ，３８ｈに当接するよう
に形成されているため、各段差壁３６ｇ，３８ｈ
との間からの排気の漏出が防止され、高い効率が
得られる。

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、このターボチヤージヤにあつては、可動
ベーン４５は基端のベーン保持部材３６側に該ベ
ーン保持部材３６と当接する凸部４５ａが形成さ
れ、可動ベーン４５は凸部４５ａの先端をベーン
保持部材３６と摺動させつつ傾動する。このた
め、可動ベーン４５のベーン保持部材３６に対す
る摺動抵抗すなわち摩擦抵抗は小さく、可動ベー
ン４５の駆動に要する力も小さく、アクチユエー
タ等の小型化が図れる。

そして、このターボチヤージヤは、可動ベーン
４５の先端部に凸部４５ａによつてベーン保持部
材３６との間に隙間が形成される。このため、ピ
ン４７あるいはベーン保持部材３６に部分的な温
度差に起因して熱歪が発生したような場合あるい
は、ベーン保持部材３６と遮熱板４４とのピン４
７の軸受部分の温度偏差に起因したピン４７の歪
で可動ベーン４５が外方へ変位したような場合等
でも、可動ベーン４５が傾動時にベーン保持部材
３６にかじりつくことは無く、円滑な作業が確保
される。

また、このターボチヤージヤは、テーパ部４５
ｂによつてトツププレート３８との間にも隙間が
形成され、この隙間によつてトツププレート３８
の歪および上述のピン４７の軸受部分の温度偏差
に起因する可動ベーン４５の外方への拡開変位等
も吸収する。したがつて、可動ベーン４５はトツ
ププレート３８にかじりつくことも無く、円滑な
作動をより確実に維持できる。

（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、画壁に可動ベーンの可変
絞りの最小開度時のストツパとして段差部を形成
するとともに、可動ベーンに高さが段差部の段差
高さより低い凸部を画壁に向けて突設し、この凸
部を画壁に摺動可能に当接させて可動ベーンと画
壁との間に〓間を形成したため、可動ベーンの傾
動時の摩擦抵抗を低減させてアクチユエータの小
型化が図れ、また、画壁の歪あるいは駆動軸の歪
に起因する可動ベーンのかじりつきが防止されて
円滑な作動が確保され、さらに、可変絞りの最小
開度時の可動ベーンの位置を正確に規定でき、こ
の最小開度時に可動ベーンの側方から排気ガスが
漏れることも抑制できる。

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、 前記可変絞りが最小開度時に前記可動ベーンが
   突き当る段差部を前記駆動軸側画壁の端面に形成
   し、 前記可動ベーンの駆動軸との結合部に高さが前
   記段差部の段差高さより低く前記画壁側に突出し
   てその端面が画壁と摺接する凸部を形成し、該凸
   部によつて前記可動ベーン側壁と前記画壁との間
   に〓間を設定した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。