JPS62282126A

JPS62282126A - タ−ビンの可変ノズル構造

Info

Publication number: JPS62282126A
Application number: JP61125000A
Authority: JP
Inventors: Shunji Yano; 俊二矢野; Fusao Tateishi; 房雄立石
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1986-05-30
Filing date: 1986-05-30
Publication date: 1987-12-08
Also published as: CA1279266C; EP0247905A2; US4780054A; DE3777883D1; EP0247905B1; JPH0418130B2; EP0247905A3

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】３、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ｉワるタービンの可
変ノズル崩潰に関する。

〈従来の技術〉ターボチャージャ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
む喉部に環状に配設し、これら可動ベーンを傾動ざぜる
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っては
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ざぜ、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、ターボチャ
ージャのコンパクト化を阻害する不都合かめる。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
影響を回避し得るタービンの可変ノズル構造を提供する
ことにおる。

く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
動駆動される複数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って、
前記駆動手段が、直線運動を行なうロッド部材と、　Ｄ
Ｈを前記ロンド部材に、他端を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それぞれ枢着されたアー
ム部材と、前記可動ベーンを枢支するピン軸と一体的に
設けられたレバー部材と、前記ロッド部材に変位を与え
るアクチュエータとを有することを￥を徴とするタービ
ンの可変ノズル構造を提供することにより達成される。

〈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、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
かできる。

〈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ャージャを示している。

このターボチャージャは、コンプレッサ部分のスクロー
ルを形成するコンプレッサケーシング１と、該コンプレ
ン４ノ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、ターボチャージャ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。

コンプレッサケーシング１の内部には、スクロール通路
５及び軸線方向通路６が郭成されてあり、このスクロー
ル通路５の中心部であっ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ッサホイール７が設けられ
ている。このコンプレッサホイール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ャージ
ャの主軸８の一端部に後記する要領にて取着されている
。

コンプレッサ側にあっては、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
。

コンプレッサケーシング１と背板２とは、リング部材９
を介してボルト１０をコンプレッサケーシング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。

ｎ１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
が挟設されているが、主軸８の段付部にカラー１５、ス
ラスト軸受メタル１４、ブッシング１６、コンプレッサ
ホイール７をこの順に嵌装し、主軸８のコンプレッサ側
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ｉ！ｉ［ＩＩ８のスラスト方向支持及びコ
ンプレッサホイール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殿構する。

ナツト］８を締結する際に、ねじ部］７の遊端部に設け
られた六角断面部１９Ｓ：別の工具により把持すること
により、主ｌＮｌ８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７ＪＯえる不都合か回避さ
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モの入口開口２１ａ
と、軸線方向に延在する出口通路２２と、その開口２２
ａ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δすされたフランジ２３ａをもっ
て背板２３が挟設されている。タービンケーシング４と
ＩＩ　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ッドボルト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、潤滑部ゲージング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の中心部には、スクロール通路内を
外周路２１ｂと流入路２１Ｇ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２
８ｂと、該円板部の外周部から「１清部ケーシング３に
向けて軸線方向に沿って突設された固定ベーン２９とか
らなっており、円筒部２８ａの内側に主＠ｌＩ８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、ポルト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２っは、それぞれが部分弧状をなすと共
に、円周方向に沿っ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同土間の空隙は、背板２３に回
動自在に枢着されたピン３３の遊端に同省された可動ベ
ーン３４により開閉される。これら可動ベーン３４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３
４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あり、仝閉状態に必って
は、両へ一ン２９．３４が連、読した翼形をなすように
形成されている。従って、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
ク前溝３５を介して、後記するアクチュエータに連結さ
れており、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どの
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が挟設されてあり、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ジング３の内
部に向けて漏洩することを回避するために、主ｌＮ１３
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搬面する環状溝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、共にリンクロッド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
チュエータ５２は、リング部材２５と共締めにて固着さ
れたブラケット５３を介してタービンケーシング４に取
着されている。このアクチュエータ５２は、流体圧によ
り往復動を与えられる１習動軸５４を有しており、該ｌ
駆動軸５４は連結＠１１５５を介して前記したリンクロ
ッド５１に連結されている。

リンクロッド５１の両端部には、一対のリンクアーム５
０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に枢着されてあり、これらリンクロッド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５Ｑと一体的に傾動し得るようにシーソ一部材５６
が固着されている。このシーソ一部材５６の両端部には
、スリット５６ａが切設されてあり、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、このターボチャージャ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潤滑油を、潤滑部ケーシング３
の内部に穿設されたＥ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］４に供給してい
る。各潤滑油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
ッシング１６の外周面に付着してコンプレッサ側に流れ
込むことを回避するために、ブッシング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ッシング１６を挿
通した上でガイド板４５が挟設されている。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。

従って、スラスト軸受メタル１４から流れ出した潤滑油
は、ブッシング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、アクチュエータ５２
の）駆動＠５４を引込む方向に流体圧を作用させる。こ
れにより、リンクロッド５１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一
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一部材５６の両端のスリッ
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、このシーソ一部材
５６の運動ｔこより、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３４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の後縁部とのラップ
部分に郭成されるノズルの間隙を最も小ざい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
なっ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った
場合には、第４図に示すように、アクチュエータ５２の
１１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
伴ってシーソ一部材５６及びレバー部材５７を介して可
動ベーン３４か内向きに傾動し、固定ベーン２９と可動
ベーン３４との間に郭定されるノズルの大ぎざを増大さ
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３Ｑに至り、エンジ
ンに対する排気背圧を小さくすることができる。

このようなリンク機構に於ては、開動＠５４が直線運動
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とリンクロッド５１との間にクレビスジヨイント
５つを設けることにより、１習動！ｌ１ｔｌ１５４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Ｓ：規制する必
要が必る。この位置規制手段としては、調節可能で必っ
て、しかも可動ベーン３４に対して応力を作用させない
口とか好ましい。そこで本実施例に於ては、１習動軸５
４に直結された連結軸５５の中間部にストッパプレート
６０を固着し、該ストッパプレート６０と当接し・（ユ
るように調節ボルト６］をブラケット５３に螺着してい
る。この調節ボルト６１の捩込み量により開動！１１１
５４の押出しストロークが規制され、従って可動ベーン
３４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とシーソ一部材５６
とからなる２組の１ノンク装置を、リンクロッド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
リンクロッド５１の中間部を分割し、一方のウサ部にシ
リンダ７０を他方の端部にシ１ノンダ７Ｑの内面に摺合
し得るプランジャロッド７１を形成し、これらを相対囲
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、プランジャロッド７１を挿通する孔が開設
されたキャップ７２により閉塞し、キャップ７２の内面
とプランジャロンドア０の遊端部との間と、キャップ７
２の外面とプランジャロンドア０の基端部との間に、そ
れぞれコイルばね７３．７４をプランジャロフト７０を
外囲するようにして縮設している。

可動ベーン３４３閉じる方向、即ち第３図に示す方向に
アクチュエータ５２を作動させる場合、リンクロッド５
１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ッド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ば、左
側の組の可動ベーン３４が仝閉となった後も、第５図に
於けるキャップ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
全開状態とすることができる。

低速性能は、特に全開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ョン数構
を設けることでより一層の性能向上を企図し得る。尚、
上記したロストモーション数構は、上記実施例に限定さ
れるものではなく、例えば枢支点５０８部分にトーショ
ンばねを設けたり、或いはリンクアーム自体を弾性変形
させて吸収するようにしても良い。

〈発明の効果〉このように、本発明によれば、極めて簡単な溝造にて複
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Ｅ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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく可変容Ｈタービンが適用された
ターボヂャージャの縦断面図でおる。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図はリンクロッド部分を詳細に示す拡大図である。１・・・コンプレッサケーシング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
・・・コンプレッサホイール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１５・・・カラー　　　　１６・・・ブッシング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　　　２
２・・・出口通路２２ａ・・・出口開口　　２３・・・
背板２３ａ・・・フランジ　　２４・・・スタッドボル
ト２５・・・リング部材　　２６・・・ナツト２７・・
・固定ベーン部材２８ａ・・・円筒部２８ｂ・・・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３３・・・
ピン　　　　　３４・・・可動ベーン３５・・・リンク
機＠３６・・・シールド板３７・・・中心孔　　　　３
８・・・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
ンクロッド　５２・・・アクチュエータ５３・・・ブラ
ケット　　５４・・・１習動軸５５・・・連結軸　　　
　５６・・・シーソ一部材５６ａ・・・スリット　　５
７・・・レバー部材５８・・・ポールジヨイント５つ・・・クレビスジヨイント６０・・・ストッパプレート６１・・・調部ボルト　　７０・・・シリンダ７１・・
・プランジャロッド７２・・・キャップ　　　７３．７４・・・コイルばね
特　許　出　願　人　本田技研工業株式会社代　　　理
　　　人　　弁理士　大　島　陽　−第２図第３図第４図

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される複数の弧状ベーン
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
変ノズル構造であって、前記駆動手段が、直線運動を行なうロッド部材と、一端を前記ロッド部材に、他端を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それぞれ枢着されたア
ーム部材と、前記可動ベーンを枢支するピン軸と一体的に設けられた
レバー部材と、前記ロッド部材に変位を与えるアクチュエータとを有す
ることを特徴とするタービンの可変ノズル構造。
（２）前記アーム部材が２組からなり、前記タービンホ
イールの軸を挾んで対向するように前記ロッド部材に設
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。
（３）前記アクチュエータから前記ピン軸に至る動力の
伝達経路の少なくとも１ヵ所にばね手段が設けられてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項若しくは第２
項のいずれかに記載のタービンの可変ノズル構造。