JPS6032936A - 可変容量型ラジアルタ−ビン - 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】 （技術分野） この発明はターボチャージャに使用される可変容量型ラ
ジアルタービン、特に、タービンホイール収納空間およ
びスクロールをタービンハウジングとハウジングカバー
とからなる組立体により形成した可変容量型ラジアルタ
ービンに関する。

（従来技術） 一般に、ターボチャージャ付エンジンの性格は、ターボ
チャージャのＡ／Ｒ比率で大略決定され、その出力特性
はＡ／Ｒ比率が大きいほど高速向きとなり、高回転域の
トルクが増大する。ここで、Ａ／Ｒ比率とはスクロール
入口部（排気ノズル）の通路断面積Ａを、ホイールの軸
線から入口部断面の重心位置までの距離Ｒで徐したもの
である。そこで、エンジンの運転条件に応じて上記断面
積Ａを舌状部材（可変ノズル）により可変とし、低速運
転域から高速運転域までトルクを増大させることができ
る可変容量型ラジアルタービンが従来より提案されてい
る。

従来の可変容量型ラジアルタービンとじては、例えば第
１図および第２図に示すようなものが知られている（特
開昭５４−８４１２３号公報）。このものを第１．２図
により概略説明すると、１は鋳造等により成形されたタ
ービンハウジングであり、このハウジング１の内部（略
中央部）にはタービンホイール２が収納される断面略円
形の空間３が形成され、該空間３の放射方向（半径方向
）外側にはこの空間３を取囲む環状のスクロール４が形
成されている。このスクロール４はその放射方向内端側
が狭隘な開口となり空間３に連通しており、また、スク
ロール４の入口部４Ａは該スクロール４に対して接線方
向に延在し、排気マニホルドに接続され、一方、タービ
ンホイール２の軸方向一端側に開口する空間３の出口部
３Ａは排気管に接続されている。したがって、排気ガス
は入口部４Ａよりスクロール４に流入しタービンホイー
ル２を回転させた後出口部３Ａより流出することになる
。このとき、スクロール入口部４Ａのタービンハウジン
グ１にば翼形の舌状部材５が揺動自在に支持されており
、この舌状部材５の揺動位置に応じて該入口部４Ａの流
路断面積（上記Ａに相当する）は変更される。なお、こ
の舌状部材５は機関の運転条件（例えば機関回転数）に
応じアクチュエータ６によりリンク７を介して揺動され
る。また、タービンホイール２はホイールシャフト８に
よってコンプレッサホイール（図示していない）に連結
されており、このホイールシャフト８はセンクハンジン
グ９にヘアリング１０を介して回転自在に支持されてい
る。なお、１１は上記空間３の出口部３Ａと対向する側
のハウジング１の側壁を形成するシュラウドであり、こ
のシュラウド１１はボルト１２により締結されたタービ
ンハウジング１およヒセンタハンジング９間に挟装され
ている。１３はシュラウド１１とホイールシャフト８と
の間に介装されたリングシールである。また、上記舌状
部材５の両側面５Ａ、５Ｂとスクロール入口部４へのタ
ービンハウジング１内壁面ＩＡ、１Ｂとの間には該舌状
部材５の固着を防止するため所定のクリアランスＣが形
成されている。この舌状部材５は該ハウジング１のスク
ロール入口部４Ａに挿入され、リンク７ば外部より圧入
されている。

しかしながら、このような従来の可変容量型ラジアルタ
ービンにあっては、タービンハウジング１が鋳物一体成
形品であったため、スクロール４等、特に入口部４Ａの
内壁面ＩＡ、ＩＢが鋳肌そのものであり、舌状部材５の
両側面５Ａ、５Ｂとの間のクリアランスＣを精密に管理
することができなかった。その結果、このクリアランス
Ｃを、干渉を避けるべく大きくせざるを得す、そうする
とクリアランスＣを通ってスクロール４に流入する排気
ガス（第２図中矢印で示す）の量が多くなりターボチャ
ージャを小流量化できない（舌状部材５による絞り効果
が低減する）、また、スクロール４への流入排気ガスに
速度差が生じ、混流による損失が大きくなり、タービン
効率が低下するという問題点があった。

（発明の目的） そこで、この発明は、タービンハウジングを分割組立体
とすることにより、スクロール内壁面を精密加工可能と
し、その表面粗度、寸法精度を向上させて舌状部材との
間のクリアランスを正確に管理し、上記問題点を解決す
ると共に寸法加工の容易化を達成した組立体を得ること
を目的としている。

（発明の構成） この発明に係る可変容量型ラジアルタービンは、その内
部にタービンホイールが収納されており、また〜このタ
ービンを取り囲むようにスクロールが形成されていると
共に、該スクロール入口部に揺動自在に設けられた舌状
部材は該入口部の流路断面積を可変としているものであ
る。タービンハウジングは、前記スクロールの放射外周
壁とタービンホイールの支持側の側壁とを形成している
。該支持側の側壁と対向する側の側壁はハウジングカバ
ーで形成し、該ハウジングカバーはタービンホイールと
同心の略円板状に゛形成されていると共に、上記タービ
ンハウジングに固着されているものである。

（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３図および第４図はこの発明の第１実施例を示すもの
である。第３図および第４図において、２１はセンタハ
ンジングであり、このセンタハンジング２１はベアリン
グ２２を介してホイールシャフト器を回転自在に支持し
ている。２４はセンタハンジング２１の内部に形成され
た油通路である。ホイールシャフト器はタービンホイー
ル５と図外のコンプレッサホイールとを連結しており、
これらの両ホイールδはそれぞれ吸・排気通路に介装さ
れている。タービンホイール５はタービンケーシング内
に装着されており、このケーシングは、該ホイール５が
収納される空間２６と、該空間部を取り囲むスクロール
２７とを内部に有している。ケーシングは、タービンハ
ウジング部とハウジングカバー２９との組立体で形成さ
れており、タービンハウジング２８はシュラウド（ヒー
トインシュレータ）３０と共に上記センタハンジング２
１にリテーナプレート４０により固着されている。この
タービンハウジング２８は、スクロール２７の一端側（
第３図Ａ中左側タービンホイール２５のホイールシャフ
ト羽を軸支する側）を形成する側壁２８Ａと、該側壁２
８Ａの周縁から垂直に（ホイールシャフト２３の軸線と
平行に）立上がりスクロール２７の外周側の側壁を形成
する外周壁２８Ｂと、を有している。なお、スクロール
入ロ部２７Ａ側の外周壁２８Ｂはさらに放射内方側にわ
ずかに折曲され、スクロール側壁２８Ｃを形成している
。一方、ハウジングカバー２９は上記側壁２８Ａに対向
するようにして上記ハウジングＵにボルト３１により固
着されており、スクロール２７の他端側（第３図Ａ中右
側）の側壁を形成し、その中心がホイールシャフト器の
軸線上にある円板状部２９Ａと、該円板状部２９Ａの中
心付近から上記シュラウド３０に向って突出する円筒部
２９Ｂとを有している。円板状部２９Ａの外縁には段差
面２９ａが形成され、この段差面２９ａが外周壁２８Ｂ
と側壁２８Ｃとの周縁に係合しガスケット４１を介して
固着される。したがって、タービンハウジングｎの側壁
２８Ａ、外周壁２８８１側壁２８Ｇおよびハウジングカ
バー２９の円板状部２９Ａ各内壁面と、該カバー２９の
円筒部２９Ｂ外周面とによって上記スクロール２７が形
成され、一方、シュラウド３０と円筒部２９Ｂのスロー
ト状に形成された内周面とにより上記タービンホイール
２５が収納される空間部が形成されることになる。この
空間部とスクロール２７とは円筒部２９Ｂの一端部とシ
ュラウド３０とによる狭隘な開口部分により連通してい
る。なお、この円筒部２９Ｂの他端開口は排気管に接続
され、スクロール２７の入口部（ノズル部）２７Ａは排
気マニホルドに接続されている。このスクロール入口部
２７Ａには翼状に湾曲した舌状部材３２（例えばステン
レス製）が揺動自在に設けられており、この舌状部材３
２は該入口部２７Ａの流路断面積を変更可変としている
。すなわち、舌状部材３２はその基端部に軸３３を固着
しており（軸３３は舌状部材３２に一体に形成されてい
る。）、この軸３３がブツシュ３４に回転自在に支持さ
れている。ブツシュ３４は上記ケーシングカバ−２９０
円板状部２９Ａの挿入孔に圧入されてその先端がスクロ
ール２７内にわずかに突出しており、このブツシュ３４
に支持された軸３３の突出！（略矩形のねじ部が形成さ
れている。）にはナツト３５により矩形板であるアーム
３６が固着されている。第３図Ｂはアーム３６を示して
おり、軸３３のねじ部が挿入される矩形穴３６Ａとアク
チュエータ（図外）に連結される軸部３６Ｂとを有して
いる。よって、これらのアーム３６および軸３３を介し
て舌状部材３２はアクチュエータによって揺動可能とな
されていることになる。また、舌状部材３２の両側面（
ホイールシャフト器の軸線に対して垂直な面）３２ａ、
３２ｂは、この側面３２ａに対向するタービンハウジン
グ部の側壁２８Ａの内壁面２８ａと共に機械加工により
精密に仕上げられる。

更に、本発明にあっては、舌状部材３２の両側面のクリ
アランスの正確な管理とその寸法加工の容易化の為に、
タービンハウジング２８の外周壁部２８Ｂ及びスクロー
ル側壁２８Ｃの高さをＤ、舌状部材３２の巾をＢ、フラ
ンジ部の厚さを除いたブツシュ３４の長さをＥ、円板状
ブツシュ四の厚さをＦ、その段差面２９ａと直角な面か
らの厚さをＣとなるように形成設定する。かくして、タ
ービンハウジング２８及びケーシングカバー２９を別々
に鋳造等により製作した後、タービンハウジング２８に
ついては、側壁２８Ａの内壁面２８ａとスクロール側壁
２８Ｇの外側面とを高さがＤとなるように、またスクロ
ール側壁２８Ｇの内周面を含む段差面２９ａがタービン
軸線から同径となるように機械加工し、さらに、ケーシ
ングカバー２９については、その厚さがＦとなるように
両面を加工した後、段差面２９ａと直角な面を加工する
ことにより厚さＣとなるよう仕上げるのである。尚、本
実施例では、ステンレス製のシール材４１を介装した例
を示すが、このような場合はシール材４１の厚さを考慮
して厚さＣを仕上げるようにすることはいうまでもない
。

かくて、ハウジング内壁面２８ａと舌状部材側面３２ａ
とのクリアランスΔａ、は Δβ、＝Ｄ＋Ｃ−Ｂ−Ｅ で決定され、更にケーシングカバー側９２９ｂと舌状部
材側面３２ｂとのクリアランスΔ１２はΔｘ２＝Ｅ−Ｆ で決定されることから、まず、全体の厚さがＦに、及び
段部からの厚さがＣに加工されたケーシングカバー２９
に、軸部長さがＥであるブツシュ３４を挿着し、ついで
ＩｔｌＢに加工した舌状部材３２の軸部３３を該ブツシ
ュ３４に嵌装しアーム３６を固着する。続いて、該号ブ
アソセンブリしたケーシングカバー２９を円形の段差部
２９ａに一致させて内壁面２８ａが機械加工されたター
ビンハウジング２８へ装着し、ボルト３１でもって締結
するのである。

この結果、このクリアランスからの排気ガスのスクロー
ル２７内への流入を抑制でき、流速の異なる排気ガスが
混合しなくなり混流による損失を防止できる。したがっ
て、小流量時のタービン効率が良くなり、インタセプト
エンジン回転数（一定過給圧を得るエンジン回転数）は
低下し、トルクも上昇することになる。換言すると、タ
ービン効率が悪い場合は、インタセプトエンジン回転数
は低下しても、排圧の上昇によりトルクが上昇しないの
で、インタセプト点を早め（インタセプトエンジン回転
数を低下させ）、トルクを上昇させるには、タービン容
量を小流量化し、併せて、その時のタービン効率も上昇
させるのである。また、本発明では、ハウジングカバー
２９をタービンホイール２５と同心の円板状部材で形成
し、しかも、タービンハウジング２８をその側面（円板
部２８Ａと対向する側面）から閉止するようにハウジン
グカバー２９を接合したため、その組付が容易となり、
該カバー２９を環状部２８Ｂに接合する場合に比較して
接合部分の加工が不要となり（加工しなければスクロー
ル２７内での排気ガスのＦＭ擦による損失が増大する）
、かつ、タービンホイール器の翼の外周面と円筒部２９
Ｂの内壁面との間のクリアランスも精密に設定できる。

第５図はこの発明の第２実施例を示してしる。この実施
例はスクロール３７の断面形状をその入口部３７Ａを除
いて略扇形にしている。すなわち、タービンハウジング
３日の円板部３８Ａと、ハウジングカバー３９の円筒部
３９Ｂとのそれぞれのスクロール形成面３８ａ、３９ａ
を傾斜面で形成している。この結果、スクロール３７内
の排篤ガスの流速は半径位置の逆数に比例して速くなる
ことから、断面四角形のスクロール（例えば２７）に比
較して、流速の速い部分のぬれ面積が小さくなり摩擦損
失が減少しタービン効率が上昇する。その他の構成およ
び作用は前記実施例と同様であり省略する。

第６図は本発明の第３実施例である。この実施例は、ハ
ウジングカバー４９の円ｋ　部４９　Ａ　（７）スクロ
ール４７側壁面に略円板状で所定厚さの容量変更部材（
資）をボルト５１により固着している。

この結果、スクロール４７の流路断面積が変更でき、タ
ービンの最小容量を任意に変更できる。

特に、多種小３１産の場合に、ハウジング４８およびカ
バー４９をそれぞれ毎に（例えば異なる排気容量毎に）
製造する工程を省略できコスト面で極めて有効である。

その他の構成および作用は上記第１実施例と同様であり
省略する。

第７図および第８図は本発明の第４実施例である。この
実施例は真円の容量変更部材６０を用いている。この場
合、ハウジングカバー５９はその円板部５９Ａの周縁が
タービンハウジング５８の環状部５８Ｂ端面に当接して
該ハウジング５８に固着されている。すなわち、スクロ
ール入ロ部５７Ａ側の環状部５８Ｂは折曲されていない
。これは環状部５８Ｂのカバー５９側の肉厚を厚くして
該環状部５８Ｂを円形に切削する際の削り代（第８図中
×部分ば容Ｎ変更部材６０の受け面を示している。）を
多くとっているのである。この結果、容量変更部材６０
の製作は極めて容易となっている。その他の構成及び作
用は前記第３実施例のそれと同様であり省略する。

（効果） 以上説明してきたように、この発明によれば、スクロー
ル内壁面と舌状部材側面との間のクリアランスを精確に
管理でき、タービンを小流量化でき、かつ、タービン効
率も上昇させることができる。その結果、エンジン低回
転時のエンジントルクを大幅に向上さセることができた
。

また、上記各実施例では、上記効果に加えてより一層の
小流量化及び製作が容易となるという効果を有している
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の可変容量型ラジアルタービンの概略断面
図、第２図は第１図のｎ−ｕ矢視断面図、第３図Ａはこ
の発明に係る可変容量型ラジアルタービンの第１実施例
を示す概略断面図、第３図Ｂはそのアームの正面図、第
４図はそのタービンハウジングの断面図、第５図、第６
図、第７図は本発明の第２、第３、第４実施例をそれぞ
れ示す第３図Ａと同様の断面図、第８図は第４実施例の
タービンハウジングを示す図である。 ２５−−−−一タービンホイール、 ２６−−−−−−タービンホイール収納空間、２７．３
７．４７．５７・−・−・スクロール、２７Ａ、３７Ａ
、４７Ａ、５７Ａ−−−−−スクロール入口部、 ２８．３８．４８．５８−　・−・タービンハウジング
、２８Ａ、３８Ａ、４８Ａ、５８Ａ −−−−−・タービンハウジングの円板部（タービンホ
イール支持側の側壁）、 ２８Ｂ、３８Ｂ、４８Ｂ、５８Ｂ −−−−−−タービンハウジングの環状部（スクロール
放射外端側の側壁）、 ２９．３９．４９．５９−−−−−−バウシングカバー
、２９Ａ、３９Ａ、４９Ａ、５９Ａ −−−−−−ハウジングカバーの円板部（タービンハウ
ジングの円板部と対向す る側の側壁）、 ３２−−−−−一舌状部材。 第５図 車、６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内部にタービンホイールが収納されて、該タービンホイ
   ールを取り囲むように環状のスクロールが形成されると
   共に、該スクロール入口部に揺動して該入口部の流路断
   面積を可変とする舌状部材を配設した可変容量型ラジア
   ルタービンにおいて、前記スクロールの放射外端側の側
   壁とタービンホイールの支持側の側壁とをタービンハウ
   ジングで形成すると共に、該支持側の側壁と対向する側
   の側壁を、該ハウジングに固着され、タービンホイール
   と同心の略円板状のハウジングカバーで形成したことを
   特徴とする可変容量型ラジアルタービン。