JPH0418130B2

JPH0418130B2 -

Info

Publication number: JPH0418130B2
Application number: JP61125000A
Authority: JP
Inventors: Shunji Yano; Fusao Tateishi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1986-05-30
Filing date: 1986-05-30
Publication date: 1992-03-26
Also published as: DE3777883D1; EP0247905A3; JPS62282126A; US4780054A; CA1279266C; EP0247905A2; EP0247905B1

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明はタービンの可変ノズル構造に関し、特
に比較的簡単な構造にて高精度に開閉駆動し得る
タービンの可変ノズル構造に関する。

〈従来の技術〉ターボチヤージヤの排気タービンとして用いら
れるラジアルタービンに於ては、エンジンの回転
速度が低い領域に於ても過給効果を確保すること
が望まれる場合があり、そのためには、タービン
ホイールの上流側の通路を狭窄することにより、
流体の流入速度を増大させると良い。しかしなが
ら、このように通路を狭窄した場合には、タービ
ンの入口圧、即ちエンジンの排気ガスに対する背
圧が高まり、エンジンの効率を低下させる不都合
が発生する。

そこで特公昭38−7653号公報に記載されている
ように、複数の可動ベーンをタービンホイール外
周部を臨むガス流ノズル部に環状に配設し、これ
ら可動ベーンを傾動させることにより、これらベ
ーン間に郭成されるノズルの開口面積を変化させ
るものとすれば、エンジンの低速域に於ても過給
効果を確保し、エンジンの中高速域にあつてはエ
ンジンの排気ガスに対する背圧を小さく保つこと
ができる。

ところで上記のような可動ベーンに傾動動作を
与える機構として、可動ベーンをなすノズル羽根
に固着されたてこ部片と、タービンホイールと同
心的に配設されたリング状をなす駆動環とを係合
させ、駆動環に円周方向変位を与えることによ
り、複数の可動ベーンを同時に傾動させるように
した構造が上記公報に開示されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉このような構成によると、リング状をなす駆動
環を、タービンホイールの主軸回りを外囲して設
けねばならないことから、潤滑部ケーシングなど
と干渉し、ターボチヤージヤのコンパクト化を阻
害する不都合がある。また各ベーンの連動精度を
高めるためには、極めて高い部品の製作精度が要
求され、製造コストが高騰する不都合もある。

このような従来技術の不都合に鑑み、本発明の
主な目的は、比較的簡単な構造で複数のベーンを
開閉駆動させることの可能なタービンの可変ター
ビンノズル構造を提供することにある。

また本発明の第二の目的は、各組のベーンの連
動誤差の影響が特に問題となるノズル最狭状態に
おける各組のベーン間の連動精度を高め得るター
ビンの可変ノズル構造を提供することにある。

〈問題点を解決するための手段〉このような目的は、本発明によれば、タービン
ホイールと、該タービンホイールの外周に郭成さ
れたタービンスクロールとを有すると共に、前記
タービンホイールの外周部の外側の或る円周上
に、駆動手段により外部から傾動駆動可能なよう
に枢着された少なくとも一対の弧状ベーンからな
る可変ノズルを環状に配設してなるタービンの可
変ノズル構造であつて、前記駆動手段が、直線運
動を行なうロツド部材と、該ロツド部材にその一
端が枢着され、かつ前記タービンスクロールを形
成するケーシングの背板における前記一対のベー
ンの枢着点間の部分にその他端が枢着されたアー
ム部材と、前記ベーンに一対的に設けられ、かつ
該ベーンを枢支するピン軸から該ピン軸の径方向
に延出されたレバー部材と、前記アーム部材の前
記他端に一体的に設けられ、かつ前記一対のベー
ンの前記バー部材の各遊端に係合するべく、前記
他端から互いに概ね反対方向に延出された一対の
腕からなるシーソー部材と、前記ロツド部材に往
復直線変位を与えるアクチユエータとを有するこ
とを特徴とするタービンの可変ノズル構造を提供
することにより達成される。特に、前記ベーンの
対が２組設けられると共に、前記２組のベーンを
駆動するべく前記アーム部材の一対が前記タービ
ンホイールの中心軸を間に狭む位置に配設されて
いる場合には、前記ロツド部材を前記一対のアー
ム部材の各一端との連結部同士の中間部で分割す
ると共にこれを軸線方向に相対変位可能に組合わ
せ、かつその中立状態を弾発的に保持するための
ばね手段を分割部に設けるものとすると良い。

〈作用〉このようにすれば、極めて単純なリンク機構に
より複数のベーンを連動させることが可能とな
り、しかもベーンを駆動するための連動連結機構
をタービンホイールの外側のベーンが配された円
周上を大きく外れない位置に配置することができ
るため、例えば潤滑油ケーシングなどとの干渉を
避けて駆動装置を設けることができる。また、一
対のベーンを２組設け、各組を駆動するアーム部
材を共通のロツド部材に連結する場合には、ロツ
ド部材の中間部を分割してこの分割部をばね手段
にて保持するものとすることにより、２組のベー
ンを連動連結するためのリンク関連部材の製造上
の誤差を吸収し、ノズル最狭状態時における各ベ
ーン間の連動誤差を排除することが可能となる。

〈実施例〉以下、本発明の好適実施例を添付の図面につい
て詳しく説明する。

第１図及び第２図は本発明に基づく可変容量タ
ービンが適用されたエンジン用ターボチヤージヤ
を示している。このターボチヤージヤは、コンプ
レツサ部分のスクロールを形成するコンプレツサ
ケーシング１と、該コンプレツサケーシングの背
面を閉塞する背板２とからなるケーシングと、タ
ーボチヤージヤの主軸を軸支すると共にその軸受
を潤滑する構造を内蔵する潤滑部ケーシング３
と、タービン部分のスクロールを形成するタービ
ンケーシング４とを有している。

コンプレツサケーシング１の内部には、スクロ
ール通路５及び軸線方向通路６が郭成されてお
り、このスクロール通路５の中心部であつてしか
も軸線方向通路６の内端側に隣接する領域にコン
プレツサホイール７が設けられている。このコン
プレツサホイール７は、潤滑部ケーシング３の中
心部に回転自在に枢支されたターボチヤージヤの
主軸８の一端部に後記する要領にて取着されてい
る。コンプレツサ側にあつては、スクロール通路
５は吸気出口通路をなし、軸線方向通路６は吸気
入口をなしている。

コンプレツサケーシング１と背板２とは、リン
グ部材９を介してボルト１０をコンプレツサケー
シング１の外周部に螺着することにより一体化さ
れており、背板２の中央部に潤滑部ケーシング３
が接続されている。

潤滑部ケーシング３の内部に形成された軸受孔
１１，１２には、ラジアル軸受メタル１３によ
り、前記したように主軸８が枢支されている。ま
た、背板２と潤滑部ケーシング３の端面との間に
は、スラスト軸受メタル１４が挾設されている
が、主軸８の段付部にカラー１５、スラスト軸受
メタル１４、ブツシング１６、コンプレツサホイ
ール７をこの順に嵌装し、主軸８のコンプレツサ
側端部に切設されたねじ部１７にナツト１８を螺
着することにより、主軸８のスラスト方向支持及
びコンプレツサホイール７の装着が行なわれる。
尚、カラー１５はスラスト軸受メタル１４の挾持
圧力を設定するためのスペーサとして機能する。

ナツト１８を締結する際に、ねじ部１７の遊端
部に設けられた六角断面部１９を別の工具により
把持することにより、主軸８の共回りを防止し得
ると共に、主軸８の中間部に過大な捩り力を加え
る不都合が回避される。

タービンケーシング４は、その内部に、スクロ
ール通路２１と、接線方向に向けて開口するその
入口開口２１ａと、軸線方向に延在する出口通路
２２と、その開口２２ａとを郭成している。

タービンケーシング４と潤滑部ケーシング３と
の間には、その外周部に外向突設されたフランジ
２３ａをもつて背板２３が挾設されている。ター
ビンケーシング４と潤滑部ケーシング３との間の
結合は、タービンケーシング４の側に螺合された
スタツドボルト２４に、リング部材２５を介して
ナツト２６を締結することにより、タービンケー
シング４の外周部とリング部材２５との間に、潤
滑部ケーシング３の外周部と背板２３の外向フラ
ンジ２３ａとを挾持することにより行なわれる。

スクロール通路２１の中央部には、スクロール
通路内を外周路２１ｂと流入路２１ｃとに区画す
る固定ベーン部材２７が配設されている。この固
定ベーン部材２７は、中心部に形成された円筒部
２８ａと、該円筒部２８ａの軸線方向中間部から
半径方向外向に形成された円板部２８ｂと、該円
板部の外周部から潤滑部ケーシング３に向けて軸
線方向に沿つて突設された固定ベーン２９とから
なつてており、円筒部２８ａの内側に主軸８の他
端側に形成されたタービンホイール３０を受容し
ている。そして円筒部２８ａが、金属製のシール
リング３１を介して出口通路２２の内端部に嵌入
しており、更に固定ベーン２９の軸線方向端部
が、ボルト３２により背板２３に結合されてい
る。

第２図に併せて示されるように、固定ベーン部
材２７の外周部には、タービンホイール３０を同
心的に外囲するように、４つの固定ベーン２９が
形成されている。これらの固定ベーン２９は、そ
れぞれが部分弧状をなすと共に、円周方向に沿つ
て等幅かつ等間隔に設けられている。これら固定
ベーン２９同士間の空隙は、背板２３に回動自在
に枢着されたピン３３の遊端に固着された可動ベ
ーン３４により開閉される。これら可動ベーン３
４は、固定ベーン２９と同等の曲率の弧状をな
し、かつ概ね同一の円周上に位置している。ま
た、これら可動ベーン３４は、対応する固定ベー
ン２９の円周方向端縁部に近接する位置にて枢支
されると共に、前記円周の内側に向けてのみ傾動
し得るようにされており、全閉状態にあつては、
両ベーン２９，３４が連続した翼形をなすように
形成されている。従つて、これら固定ベーン２９
及び、対応する可動ベーン３４は、スクロール通
路２１の外周路２１ｂを流れる流体に対する４つ
のベーンの前縁部分及び後縁部分をそれぞれ形成
している。尚、これら可動ベーン３４を支持する
ピン３３は、それぞれ適度なリンク機構３５を介
して、後記するアクチユエータに連結されててお
り、別途制御信号により、これら可動ベーン３４
の傾斜角度が調節される。

また、タービン側の背板２３と潤滑部ケーシン
グ３との間には、タービンホイール３０の背部に
延在するシールド板３６が挾設されており、排気
タービン部を流れる排気ガスの熱が、潤滑部ケー
シング３の内部に伝達されることを防止してい
る。また、タービン側の排気ガスが潤滑部ケーシ
ング３の内部に向けて漏洩することを回避するた
めに、主軸８の潤滑部ケーシング３の中心孔３７
を貫通する部分に、ラビリンス溝として機能する
環状溝３８が凹設されている。

第３図及び第４図は可動ベーン３４の駆動装置
を示している。これら４つの可動ベーン３４は、
２つのベーンがそれぞれ１本のリンクアーム５０
により同時に駆動され、２本のリンクアーム５０
は、共にリンクロツド５１に連結されて同時に駆
動される。

可動ベーン３４を駆動する駆動源として用いら
れるアクチユエータ５２は、リング部材２５と共
締めにて固着されたブラケツト５３を介してター
ビンケーシング４に取着されている。このアクチ
ユエータ５２は、流体圧により往復動を与えられ
る摺動軸５４を有しており、該摺動軸５４は連結
軸５５を介して前記したリンクロツド５１に連結
されている。

リンクロツド５１の両端部には、一対のリンク
アーム５０の一端が回動自在なようにピン結合さ
れている。そしてこのリンクアーム５０の他端
は、それぞれ対をなす二つの可動ベーン３４の枢
支点の略中間部にて、潤滑部ケーシング３を挾む
ようにしてタービンケーシング４側の背板２３に
枢着されており、これらリンクロツド５１と一対
のリンクアーム５０とにより平行リンクを構成し
ている。

リンクアーム５０の背板２３との枢着部には、
リンクアーム５０と一体的に傾動し得るようにシ
ーソー部材５６が固着されている。このシーソー
部材５６の両端部には、スリツト５６ａが切設さ
れており、可動ベーン３４を支持するピン３３
の、背板２３からの突出端に固着されたレバー部
材５７の遊端と係合している。

次に、このターボチヤージヤの潤滑系統につい
て説明する。

潤滑部ケーシング３の第１図に於ける上端部に
は、潤滑油導入孔４０が穿設されており、図示さ
れていない潤滑油ポンプから供給されたた潤滑油
を、潤滑部ケーシング３の内部に穿設された潤滑
油通路４１を経てラジアル軸受メタル１３、及び
スラスト軸受メタル１４に供給している。各潤滑
部から排出された潤滑油は、潤滑部ケーシング３
内に郭定された潤滑油排出口４２から排出され、
図示されていないオイルサンプに回収される。

特にスラスト軸受メタル１４に供給された潤滑
油が、ブツシング１６の外周面に付着してコンプ
レツサ側に流れ込むことを回避するために、ブツ
シング１６の外周面がシールリング４３を介して
背板２の中心孔４４を貫通しており、また、背板
２とスラスト軸受メタル１４との間には、その中
心部に設けられた孔にブツシング１６を挿通した
上でガイド板４５が挾設されている。また、この
ガイド板４５の下端部は、湾曲した形状に形成さ
れている。

従つて、スラスト軸受メタル１４から流れ出し
た潤滑油は、ブツシング１６の外周面から遠心力
により投げ飛ばされ、ガイド板４５により受止め
られ、オイルサンプに戻されることとなる。

次に本実施例の作動の要領について説明する。

エンジンの回転転速度が低く比較的排気ガスの
流量が小さい場合には、第３図に示すように、ア
クチユエータ５２の摺動軸５４を引込む方向に流
体圧を作用させる。これにより、リンクロツド５
１は第３図に於ける左側に変位し、同時にリンク
アーム５０が枢支点５０ａを中心として回動運動
を行なう。リンクアーム５０の回動運動に伴い、
リンクアーム５０と一体的に形成されたシーソー
部材５６が、枢支点５０ａを中心に時計回り方向
に回動する。前記したようにシーソー部材５６の
両端のスリツト５６ａには、可動ベーン３４と一
体的に形成されたレバー部材５７の遊端が係合し
ており、このシーソー部材５６の運動により、可
動ベーン３４がピン３３を中心に外向き、即ちノ
ズルを閉じる方向に作動する。

このようにして、第２図に於て実線により示さ
れているように、可動ベーン３を閉じることによ
り、固定ベーン２９の前縁部と、可動ベーン３４
の後縁部とのラツプ部分に郭成されるノズルの間
隙を最も小さいgminとなるようにする。そのた
め排気ガスは、このノズルにより最大限に絞られ
加速され、固定ベーン部材２７とタービンホイー
ル３１との間の流入路２１ｃ内にて旋回流となつ
た後にタービンホイール３０に至るため、排気流
が加速されてタービンホイール３１を駆動するこ
ととなり、エンジンの低速域に於ても過給効果を
確保することができる。

エンジンの回転速度が増大し、過給効果が十分
となつた場合には、第４図に示すように、アクチ
ユエータ５２の摺動軸５４を押出す方向に流体圧
を作用させる。すると上記とは逆方向にリンクア
ーム５０が傾動し、これに伴つてシーソー部材５
６及びレバー部材５７を介して可動ベーン３４が
内向きに傾動し、固定ベーン２９と可動ベーン３
４との間に郭定されるノズルの大きさを増大させ
る。その結果、排気流が増速されることなく、ま
た比較的流路抵抗無くタービンホイール３０に至
り、エンジンに対する排気背圧を小さくすること
がきる。

このようなリンク機構に於ては、摺動軸５４が
直線運を行なうのに対し、リンクアーム５０の遊
端は円弧運動を行なう。そこで本実施例の場合、
摺動軸５４と連結軸５５との間にボールジヨイン
ト５８を設け、また、連結軸５５とリンクロツド
５１との間にクレビスジヨイント５９を設けるこ
とにより、摺動軸５４の運動をリンクアーム５０
に対して円滑に伝達し得るようにされている。

また、可動ベーン３４は、その全開位置を規制
する必要がある。この位置規制手段としては、調
節可能であつて、しかも可動ベーン３４に対して
応力を作用させないことが好ましい。そこで本実
施例に於ては、摺動軸５４に直結された連結軸５
５の中間部にストツパプレート６０を固着し、該
ストツパプレート６０と当接し得るように調節ボ
ルト６１をブラケツト５３に螺着している。この
調節ボルト６１の捩込み量により摺動軸５４の押
出しストロークが規制され、従つて可動ベーン３
４の作動範囲も規制される。

上記したように、リンクアーム５０とシーソー
部材５６とからなる２組のリンク装置を、リンク
ロツド５１にて連結して同時に作動させる場合、
製作精度や組立誤差から２組の可動ベーンの間に
動作誤差を生ずることが考えられる。そこで本発
明に於ては、第５図に示すようにリンクロツド５
１の中間部を分割し、一方の端部にシリンダ７０
を他方の端部のシリンダ７０の内面に摺合し得る
プランジヤロツド７１を形成し、これらを相対摺
動自在なように結合させている。そして、シリン
ダ７０の開口部を、プランジヤロツド７１を挿通
する孔が開設されたキヤツプ７２により閉塞し、
キヤツプ７２の内面とプランジヤロツド７０の遊
端部との間と、キヤツプ７２の外面とプランジヤ
ロツドド７０の基端部との間に、それぞれコイル
ばね７３，７４をプランジヤロツド７０を外囲す
るようにして縮設している。

可動ベーン３４を閉じる方向、即ち第３図に示
す方向にアクチユエータ５２を作動させる場合、
リンクロツド５１のストロークの中間位置に於て
は、両コイルばね７３，７４の付勢力のバランス
により、両リンクアーム５０の間隔を一定に保持
した状態にてリンクロツド５１が右方向に移動す
る。ここで第３図に於ける左側の組の可動ベーン
３４が先行して閉じられるようにしておけけば、
左側の組の可動ベーン３４が全閉となつた後も、
第５図に於けるキヤツプ７０の外側のコイルばね
７４が撓むことにより、更に右側のリンクアーム
５０が変位し得る。

このようにして、左右両組の可動ベーンをすべ
て規定の全閉状態とすることができる。

低速性能は、特にノズル最狭状態時の各ベーン
開度のバランスが問題となることから、上記のよ
うなロストモーシヨン機構を設けることでより一
層の性能向上を企図し得る。

〈発明の効果〉このように、本発明によれば、極めて簡単な構
造にて複数のベーンの連動動作を実現することが
可能となり、また潤滑油通路に影響を及ぼすこと
なく駆動機構を配設し得ることから、可変ノズル
を有するタービンのコンパクト化に大きな効果を
奏する。

また、特に低速性能は、ノズル最狭全閉時の各
ベーン開度のバランスに影響されるが、上記のよ
うなロストモーシヨン機構を設けることによつて
左右両組の可動ベーンをすべて規定のノズル最狭
全閉状態とすることができるため、低速性能のよ
り一層の安定性向上を企図し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく可変容量タービンが適
用されたターボチヤージヤの縦断面図である。第
２図は第１図の−線からタービンケーシング
側を見た矢視図である。第３図及び第４図はベー
ンの駆動装置の説明図である。第５図はリンクロ
ツド部分を詳細に示す拡大図である。１…コンプレツサケーシング、２…背板、３…
潤滑部ケーシング、４…タービンケーシング、５
…スクロール通路、６…軸線方向通路、７…コン
プレツサホイール、８…主軸、９…リング部材、
１０…ボルト、１１，１２…軸受孔、１３…ラジ
アル軸受メタル、１４…スラスト軸受メタル、１
５…カラー、１６…ブツシング、１７…ねじ部、
１８…ナツト、１９…六角断面部、２１…スクロ
ール通路、２１ａ…入口開口、２１ｂ…外周路、
２１ｃ…流入路、２２…出口通路、２２ａ…出口
開口、２３…背板、２３ａ…フランジ、２４…ス
タツドボルト、２５…リング部材、２６…ナツ
ト、２７…固定ベーン部材、２８ａ…円筒部、２
８ｂ…円板部、２９…固定ベーン、３０…タービ
ンホイール、３１…シールリング、３２…ボル
ト、３２…ピン、３４…可動ベーン、３５…リン
ク機構、３６…シールド板、３７…中心孔、３８
…環状溝、４０…潤滑油導入孔、４１…潤滑油通
路、４２…潤滑油排出孔、４３…シールリング、
４４…中心孔、４５…ガイド板、５０…リンクア
ーム、５０ａ…枢支点、５１…リンクロツド、５
２…アクチユエータ、５３…ブラケツト、５４…
摺動軸、５５…連結軸、５６…シーソー部材、５
６ａ…スリツト、５７…レバー部材、５８…ボー
ルジヨイント、５９…クレビスジヨイント、６０
…ストツパプレート、６１…調節ボルト、７０…
シリンダ、７１…プランジヤロツド、７２…キヤ
ツプ、７３，７４…コイルばね。

Claims

【特許請求の範囲】１タービンホイールと、該タービンホイールの
外周に郭成されたタービンスクロールとを有する
と共に、前記タービンホイールの外周部の外側の
或る円周上に、駆動手段により外部から傾動駆動
可能なように枢着された少なくとも一対の弧状ベ
ーンからなる可変ノズルを環状に配設してなるタ
ービンの可変ノズル構造であつて、前記駆動手段が、直線運動を行なうロツド部材
と、該ロツド部材にその一端が枢着され、かつ前記
タービンスクロールを形成するケーシングの背板
における前記一対のベーンの枢着点間の部分にそ
の他端が枢着されたアーム部材と、前記ベーンに一体的に設けられ、かつ該ベーン
を枢支するピン軸から該ピン軸の径方向に延出さ
れたレバー部材と、前記アーム部材の前記他端に一体的に設けら
れ、かつ前記一対のベーンに設けられた前記バー
部材の各遊端に係合するべく、前記他端から互い
に概ね反対方向に延出された一対の腕からなるシ
ーソー部材と、前記ロツド部材に往復直線変位を与えるアクチ
ユエータとを有することを特徴とするタービンの
可変ノズル構造。２前記ベーンの対が２組設けられると共に、前
記２組のベーンを駆動するべく前記アーム部材の
一対が前記タービンホイールの中心軸を間に挟む
位置に配設されており、前記ロツド部材が、前記一対のアーム部材の各
一端との連結部同士の中間部で分割されると共に
軸線方向に相対変位可能に組合わされ、かつその
中立状態を弾発的に保持するためのばね手段が分
割部に設けられていることを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載のタービンの可変ノズル構
造。