JPS628341Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、排気タービンのノズル駆動機構に関
する。

従来、排気タービン付過給機関の中に回転速度
に応じてノズル面積を可変にするものがある。

第１図に従来の可変ノズル面積排気タービン付
過給機関の構成を示す。

シリンダ１１から出た排気は、排気管１２を通
り可変ノズル面積排気タービン１３を駆動する。

排気タービン１３で駆動されるブロワ１４は、
大気を圧縮して高圧の給気をえて、給気管１５へ
供給する。

そして、排気タービンのノズル面積は、空気ボ
ンベ１６から電磁三方弁１７を通して供給される
圧縮空気の力でノズル駆動機構１８により機関運
転中に変えられる。

この際、電磁三方弁１７は、機関回転速度検出
器１９からの機関回転速度入力信号２０を得たコ
ントローラ２１の出力により切換えられる。

第２図に可変ノズル面積排気タービンの断面と
ノズル駆動機構の詳細を示す。排気管から流入す
る排気は、タービンケーシング３０内に設けられ
たスクロール３１に入りノズル３２を通つてロー
タ３３を駆動し出口３４より排出する。ノズル３
２はシヤフト３５に取付けられ、レバー４０によ
つて回動する。

そして、アーム４４をもつ回転リング４３はレ
バー４０に取付けられたレバーピン４１をレバー
ピン溝４２に保持し、アーム４４により回転して
レバー４０を駆動する。アーム４４はエアーピス
トン５０により駆動される。レバー４０の駆動部
の詳細を第３図に示す。

アーム４４は、その先端にフオーク部４５を有
し、ピン溝４６内に、エアーピストン５０のピス
トン５１に取付けられたピストンロツド５２の先
端に設けたピストン５３を保持する。この結果、
電磁三方弁１７を通して供給される圧縮空気の力
でピストン５１が駆動されると、ピストンロツド
５２を通してピストンピン５３の動きにより、ア
ーム４４が駆動され、回転リング４３が回転し、
その角度θが変わる。

これに従い第２図のレバー４０が回転し、シヤ
フト３５が回動する。

このときのノズル３２の動きを第４図に示す。

ノズル３２がシヤフト３５を中心に回転するた
め、その角度αが変わり、隣接のノズルとの間で
形成するノズル面積Ｆ_Nが変わることになる。

第５図に従来の可変ノズル面積排気タービン付
過給機関の性能を示す。横軸は機関の回転速度Ｎ
である。機関が最高Ｎ＝N5のとき、排気タービ
ンのノズル面積Ｆ_Nは最大のＦ_N4になつている。

機関の回転速度が低下すると、単位時間当たり
の排気流量が減るため、排気管内圧力が下がり、
排気タービン出力が減つて図示している給気圧Ｐ
_Sが下がる。

この結果、シリンダ内の空気量が少なくなつて
煙り濃度Ｒが増大する。

さらに機関回転速度ＮがＮ＝N3まで低下する
と、煙り濃度Ｒが許容限界Ｒ_Mに近ずく。このと
き第１図の機関回転速度検出器１９からの信号に
より、コントローラ２１の指令で電磁三方弁１７
が開き、第３図のエアピストン５０に圧縮空気が
供給される。

これに従いアーム４４、回転リング４３を通し
て第４図のノズル３２がαが増大する方向に回転
し、ノズル面積Ｆ_Nが第５図に示すようにＦ_N＝Ｆ
_N2と小さくなる。

この結果、排気管内圧力が高くなり、排気ター
ビン出力が増大して給気圧力Ｐ_Sが高くなり、こ
れにしたがい煙り濃度が低下する。

さらに機関回転速度Ｎを下げると、再び給気圧
Ｐ_Sが低下し、煙り濃度Ｒが増大する。

そして、Ｎ＝N6でＲは許容限界Ｒ_Mに達し、そ
のまま回転速度N1まで下がると煙り濃度はＲ_Mを
越してＲ_Xに達する。

このため、従来の可変ノズル面積排気タービン
付過給機関では、回転速度N6以下の低回転速度
ではシリンダへの燃料噴射量を減らして、煙り濃
度Ｒを限界値Ｒ_M以下に抑えている。

第５図に示すように、機関回転速度ＮがN6以
下では、シリンダへの燃料噴射量を減らすため、
機関のトルクＴが減少し、Ｎ＝N1ではT₁まで低
下する。このため低速トルクが不足し、使いにく
い機関となつている。

さらに、Ｎ＝N3に近い高い回転速度域（中速
域）でも、煙り濃度Ｒが許容限界Ｒ_Mに近い。こ
のため経年変化等で、少し機関の状態が変化する
と、すぐ煙り濃度が許容限界Ｒ_Mを越すことにな
り、煙り濃度の高い公害の多い機関となる欠点が
あつた。

さらに、機関に取付けられた排気タービンには
大きな圧力変動をともなう排気が流入する。すな
わち第１図においてシリンダ１１から出る排気は
パルス状のため排気管１２内の圧力は周期的に大
きく変動する。その結果第２，４図に示す可変ノ
ズル面積排気タービンのノズル３２には周期的に
変動する力が作用することになる。その力は第
２，３図に示すようにレバー４０、レバーピン４
１さらにアーム４４等駆動系に伝わる。このた
め、たとえば特公昭53−35209号公報に示される
ような従来の連続的な位置制御機構であると、周
期的な力により、わずかでも周期的に摺動するこ
とになり各部の摩耗の問題を生じる。

本考案は上記従来の欠点を解消するものであ
り、可変ノズル面積排気タービン付過給機関の低
速トルクを増大すると共に、中速域での煙り濃度
を改善することを目的とするものである。

上記目的は、機関回転速度信号が入力されるコ
ントローラと、該コントローラの出力信号が入力
される２個の電磁三方弁と、該各電磁三方弁によ
り供給される流体により駆動される第１と第２の
２位置式流体圧シリンダと、中間部を上記第１流
体圧シリンダのピストンロツドに枢支されると共
に一端を上記第２流体圧シリンダのピストンロツ
ドに係合させ他端を上記可変ノズルに連関するア
ームに係合させたレバーとを具備し、上記一端と
上記第２流体圧シリンダのピストンロツド及び上
記他端と上記アームとの上記各係合を変位吸収手
段により形成し、さらに上記第１、２両流体圧シ
リンダにより４位置に静定可能に作動する上記レ
バーを介して上記可変ノズルが、上記機関回転速
度の低速側ではノズル面積を絞る方向に、同回転
速度の高速側ではノズル面積を広げる方向に制御
されるように構成することによつて達成される。

本考案は可変ノズル面積排気タービン付過給機
関に応用できる。

以下、本考案の実施例を第６図及び第７図を参
照して説明する。なお、第１図ないし第５図にお
いて、既に説明された部分には同一の符号を付し
てその説明を省略する。

第６図に示される本考案の可変ノズル面積排気
タービンのノズル駆動機構において、第１流体圧
シリンダであるエアーピストン５０の他にもう１
個のエアーピストン５５を設ける。エアーピスト
ン５５はコントローラ２１の出力を受け作動する
電磁三方弁７０を通して、空気ボンベ１６からの
圧縮空気が供給される。

さらにエアーピストン５０におけるピストン５
１のピストンロツド５２の先端に支点５４を有
し、回転リング４３のアーム４４の先端にあるフ
オーク部４５の変位吸収手段であるピン溝４６に
片方の端のピン６１を挿入し、他端にフオーク部
６２を有し、その変位吸収手段であるピン溝６３
に第２流体圧シリンダであるエアーピストン５５
におけるピストン５６のピストンロツド５７の先
端にあるピン５８を保持するレバー６０を設け
る。このリンク部における変位吸収手段によりロ
ツドのこぢりを防止しシリンダの耐摩耗性を向上
せしめている。

次に本考案の実施例における作用を説明する。

第６図において、機関が最高回転速度Ｎ＝N5
のとき、２個のエアーピストン５０，５５が、図
示の位置にある。この時レバー６０の支点５４は
図示のＸ１の位置に、フオーク部６２はＹ１の位
置になる。

この結果、レバー６０のピン６１は図示のＺ４
の位置になり、回転リング４３の回転角はθとな
るので、第７図上段に示すように、ノズル面積は
最大のＦ_N＝Ｆ_N4となる。

なお第７図の横軸は機関回転速度Ｎである。

次に機関回転速度がＮ＝N4まで低下すると、
第６図のコントローラ２１は機関回転速度入力信
号２０により電磁三方弁が開く。その結果、エア
ーピストン５５のピストン５６が動き、レバー６
０のフオーク部６２はＹ２の位置になり、ピン６
１はＺ３の位置になる。これにしたがい回転リン
グ４３の回転角が変わり第７図に示すようにノズ
ル面積はＦ_N＝Ｆ_N3となる。さらに機関回転速度
がＮ＝N3まで低下すると、コントローラ２１の
指令により電磁三方弁７０は閉じてエアーピスト
ン５５のピストン５６は元の位置に戻り、レバー
６０のフオーク部６２はＹ１の位置になる。この
とき同時にコントローラ２１の指令により電磁三
方弁１７が開き、エアーピストン５０のピストン
５１の動きにより、レバー６０の支点５４はＸ２
の位置になる。

この結果、ピン６１はＺ２の位置になりノズル
面積はＦ_N＝Ｆ_N2となる。

最後に機関回転速度がＮ＝N2まで低下する
と、コントローラ２１の指令により電磁三方弁７
０が開き、エアーピストン５５のピストン５６が
動き、レバー６０のフオーク部６２はＹ２の位置
になる。この結果、レバー６０のピン６１はＺ１
の位置になり、ノズル面積はＦ_N＝Ｆ_N1となる。

以上のように、機関回転速度がN4＜ＮN5の
とき、第７図に示すように排気タービンのノズル
面積は第５図に示す従来のものと同じで、機関性
能も同じになるが、N3＜ＮN4まで低下する
と、ノズル面積をＦ_N＝Ｆ_N3まで小さくする。

その結果、排気管内圧力が上昇し、排気タービ
ン出力が増大するため、給気圧Ｐ_Sが第７図に示
すように高くなり、煙り濃度ＲもＮ≒N3附近の
中速で許容限界Ｒ_Mよりかなり低く改善される。

次にN2＜ＮN3では、従来のものと同じノズ
ル面積Ｆ_N＝Ｆ_N2となり、機関性能も同じになる
が、N1＜ＮN2まで低下するとノズル面積をＦ_N
＝Ｆ_N1まで小さくする。

この結果、給気圧力Ｐ_Sが高くなり煙り濃度Ｒ
が低下するので、回転速度Ｎ＝N1でもシリンダ
への燃料噴射量を減らす必要がなくなり、充分な
トルクＴ_Xを得ることができる。したがつて、低
速トルクのある使いやすい機関となる。

また本考案によればノズル駆動機構を２個の２
位置式の流体圧シリンダにより静定することによ
り、機関からの排気による周期的な変動力が作用
しても摺動が生ぜず、駆動系の摩耗を防ぐことが
できる。

さらに、従来のものにピストンを１つ加え、空
気ボンベをそのまま使えるという利点があり、他
のシステム（サーボメカニズム、３位置シリン
ダ）を使うよりも安価に構成できる。等の顕著な
効果を有する。

第６図に示した第１実施例は圧縮空気を使用す
る２個のエアーピストンを使用するものである
が、他の実施例としてこのエアーピストンの代わ
りに２個の油圧ピストンを使用しても本考案の装
置は実現可能である。

これらはいずれも指令信号にもとずき２つの位
置をとれるピストン機構で２位置式の流体圧シリ
ンダと総称できる。

本考案は、上述の実施例に限定されることな
く、本考案の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形
して実施できることは云うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は従来の可変ノズル面積排
気タービン付過給機関の全体、部分及び性能を示
し、第１図はその概略図、第２図はノズル駆動機
構の断面詳細図、第３図はレバーの駆動部の詳細
図、第４図はノズルの動きを示す概略図、第５図
は機関回転速度に対する性能図、第６図及び第７
図は本考案の可変ノズル面積排気タービンのノズ
ル移動機構とその性能を示し、第６図はその概略
図、第７図は機関回転速度に対する性能図を示
す。 １６…空気ボンベ、１７，７０…電磁三方弁、
２０…機関回転速度検出器、２１…コントロー
ラ、４３…回転リング、４４…アーム、４５…フ
オーク部、４６，６３…ピン溝、５０，５５…エ
アーピストン、５１，５６…ピストン、５２，５
７…ピストンロツド、５４…支点、５８，６１…
ピン、６０…レバー、４５，６２…フオーク部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 可変ノズル面積排気タービンのノズル駆動機構
   において、機関回転速度信号が入力されるコント
   ローラと、該コントローラの出力信号が入力され
   る２個の電磁三方弁と、該各電磁三方弁により供
   給される流体により駆動される第１と第２の２位
   置式流体圧シリンダと、中間部を上記第１流体圧
   シリンダのピストンロツドに枢支されると共に一
   端を上記第２流体圧シリンダのピストンロツドに
   係合させ他端を上記可変ノズルに連関するアーム
   に係合させたレバーとを具備し、上記一端と上記
   第２流体圧シリンダのピストンロツド及び上記他
   端と上記アームとの上記各係合を変位吸収手段に
   より形成し、さらに上記第１、２両流体圧シリン
   ダにより４位置に静定可能に作動する上記レバー
   を介して上記可変ノズルが、上記機関回転速度の
   低速側ではノズル面積を絞る方向に、同回転速度
   の高速側ではノズル面積を広げる方向に制御され
   るように構成したことを特徴とする排気タービン
   のノズル駆動機構。