Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
TURBOCHARGER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/075057
Kind Code:
A1
Abstract:
A turbocharger in which, by the use of a simple structure, turbulence of fluid at the exit of a turbine impeller is reduced to increase efficiency of a turbine. The turbocharger has an exhaust nozzle (9) located outside the turbine impeller (4) rotatably supported by a bearing housing (3), and also has a turbine housing (1) having a scroll path (8) located outside the exhaust nozzle (9). The exhaust nozzle (9) has nozzle vanes (15) arranged between a front exhaust introduction wall (10) on the bearing housing (3) side and a rear exhaust introduction wall (11) on the turbine housing (1) side. Vane shafts (16) of the nozzle vanes (15) penetrate at least the front exhaust introduction wall (10) and are ratotably supported by the front exhaust introduction wall (10). Pressing means (23) is provided between the bearing housing (3) and the vane shafts (16). The pressing means (23) presses the vane shafts (16) to the rear exhaust introduction wall (11) side to move the nozzle vanes (15) toward the rear exhaust introduction wall (11).

Inventors:
MATSUYAMA YOSHIMITSU (JP)
TANGE HIROSHI (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/003282
Publication Date:
June 18, 2009
Filing Date:
November 12, 2008
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
IHI CORP (JP)
MATSUYAMA YOSHIMITSU (JP)
TANGE HIROSHI (JP)
International Classes:
F01D17/16; F02B37/24
Foreign References:
JP2004278532A2004-10-07
JPS6361545U1988-04-23
JP2007205311A2007-08-16
JP2006527323A2006-11-30
JPH08177509A1996-07-09
JP2006125588A2006-05-18
Other References:
See also references of EP 2233718A4
Attorney, Agent or Firm:
patent firm YAMADA PATENT OFFICE (5-3 Uchikanda 3-chome, Chiyoda-k, Tokyo 47, JP)
Download PDF:
Claims:
 軸受ハウジングに回転可能に支持されたタービンインペラの外部に排気ノズルを有し、排気ノズルの外部にスクロール通路が形成されたタービンハウジングを有し、前記排気ノズルは、軸受ハウジング側の前部排気導入壁とタービンハウジング側の後部排気導入壁との相互間に複数のノズルベーンを備え、該ノズルベーンの各ベーン軸が少なくとも前部排気導入壁を貫通して回転可能に支持されているターボチャージャであって、各ベーン軸と軸受ハウジングとの間に、各ベーン軸を後部排気導入壁側へ押圧してノズルベーンを後部排気導入壁側に変位させる押圧手段を備えたことを特徴とするターボチャージャ。
 前記押圧手段はベーン軸と軸受ハウジングとの間に備えた皿ばねである、請求項1に記載のターボチャージャ。
 前記押圧手段はベーン軸と軸受ハウジングとの間に備えたコイルばねである、請求項1に記載のターボチャージャ。
 前記ノズルベーンは一側に備えたベーン軸が前部排気導入壁を貫通して片持ちに支持されている、請求項1~3のいずれか1つに記載のターボチャージャ。
 前記ノズルベーンは両側に備えたベーン軸が前部排気導入壁と後部排気導入壁の両方を貫通して両持ちに支持されている、請求項1~3のいずれか1つに記載のターボチャージャ。
 前記ノズルベーンは両側に備えた一方のベーン軸は前部排気導入壁を貫通し、他方のベーン軸は後部排気導入壁に没入して両持ちに支持されている、請求項1~3のいずれか1つに記載のターボチャージャ。
Description:
ターボチャージャ

 本発明は、簡単な構成によりタービンイ ペラ出口の流体の乱れを低減させてタービ の効率向上が図れるようにしたターボチャ ジャに関する。

 図1は本発明を適用する従来の可変容量型 のターボチャージャの一例を示している。こ のターボチャージャは、タービンハウジング 1とコンプレッサハウジング2とが軸受ハウジ グ3を介して締結ボルト3a,3bにより一体的に み立てられており、タービンハウジング1内 に配置されるタービンインペラ4とコンプレ サハウジング2内に配置されるコンプレッサ ンペラ5が、軸受ハウジング3に軸受6を介し 回転自在に支承されたタービン軸7によって 連結されている。

 又、上記軸受ハウジング3のタービンハウ ジング1側には、図2に拡大して示す如く、タ ビンハウジング1のスクロール通路8に導入 れる流体(排ガス)を前記タービンインペラ4 導くための排気ノズル9が設けられる。

 排気ノズル9は、軸受ハウジング3側の前 排気導入壁10とタービンハウジング1側の後 排気導入壁11とが所要の間隔を保持した状態 で例えば周方向3箇所に設けた固定部材12によ り一体に組み立てられている。更に、前部排 気導入壁10の前面(軸受ハウジング3側面)には 付部材13が固定されており、前記タービン ウジング1と軸受ハウジング3との組立時に、 前記取付部材13をタービンハウジング1と軸受 ハウジング3とで挟持することにより前記排 ノズル9を固定している。更に、上記組立時 前記排気ノズル9は、位置決めピン14によっ 軸受ハウジング3に対して位置決めされるよ うになっている。

 前部排気導入壁10と後部排気導入壁11との 相互間には複数のノズルベーン15が配置され おり、各ノズルベーン15は少なくとも前部 気導入壁10を貫通するベーン軸16によって前 排気導入壁10に回転可能に支持されている 図2の形態では各ノズルベーン15の軸受ハウ ング3側に設けたベーン軸16が前部排気導入 10を貫通しておりノズルベーン15は片持ちに 持されている。一方、図1に示すように、ノ ズルベーン15の両側にベーン軸16,28を備えて ーン軸16を前部排気導入壁10に貫通させ、ベ ン軸28を後部排気導入壁11に貫通させること によりノズルベーン15を両持ちに支持するよ にしたものもある。

 図1中、17a,17b,17c,17dは前記ノズルベーン15 角度を変えて容量を調節するためのリンク の伝達機構、18はコンプレッサハウジング2 形成されたスクロール通路である。

 前記排気ノズル9における後部排気導入壁 11とタービンハウジング1との間には隙間19が けられている。この隙間19は本来不要なも であるが、タービンハウジング1が冷間時と 間時とで熱変形を起こすこと、及び組み立 部品に精度上のばらつきがあること等のた に設けられている。

 上記隙間19があると、スクロール通路8の ガスが隙間19を通してタービンインペラ出 20へ無駄に漏出されてしまうことから、ター ビン効率が低下することが考えられ、この隙 間19を閉塞するために、後部排気導入壁11が 流側へ延設された延設部11'の外面と、この 設部11'に対向するタービンハウジング1の内 1'との間にシール用ピストンリング21を配置 して、ガスリークを防止すると共に熱変形を 吸収するようにしたものが提案されている( 許文献1参照)。

 特許文献1では図2に示すように、後部排気 入部11の延設部11'の外周面に環状の凹溝22を けてこの凹溝22に、通常2枚のシール用ピス ンリング21を切欠部の位置が重ならないよ にずらして配置することによりシール装置 構成しており、前記シール用ピストンリン 21はその外周面が弾撥力によってタービンハ ウジング1の内面1'に圧着されることによりガ スリークを防止している。

特開2006-125588号公報

 図2に示したように従来のターボチャージ ャにおいては、隙間19からのガスリークを防 するためにシール装置を種々工夫すること 行われて来たが、このようなシール装置の 造に工夫を凝らしてもタービンの効率を大 に向上させることは困難であり限界があっ 。

 このため、本発明者らは、上記ガスリー による問題以外でタービンの効率に影響を ぼす要因について種々検討した結果、ター ンインペラ出口20の排ガスの乱れが大きい タービンの効率が低下し、タービンインペ 出口20の排ガスの乱れが小さいとタービンの 効率が向上することを突き止めた。

 本発明は、上記実情に鑑みてなしたもの 、簡単な構成によりタービンインペラ出口 流体の乱れを低減させてタービンの効率向 を図るようにしたターボチャージャを提供 ようとするものである。

 本発明は、軸受ハウジングに回転可能に 持されたタービンインペラの外部に排気ノ ルを有し、排気ノズルの外部にスクロール 路が形成されたタービンハウジングを有し 前記排気ノズルは、軸受ハウジング側の前 排気導入壁とタービンハウジング側の後部 気導入壁との相互間に複数のノズルベーン 備え、該ノズルベーンの各ベーン軸が少な とも前部排気導入壁を貫通して回転可能に 持されているターボチャージャであって、 ベーン軸と軸受ハウジングとの間に、各ベ ン軸を後部排気導入壁側へ押圧してノズル ーンを後部排気導入壁側に変位させる押圧 段を備えたことを特徴とするターボチャー ャである。

 上記ターボチャージャにおいて、前記押 手段はベーン軸と軸受ハウジングとの間に えた皿ばねであってもよい。

 又、上記ターボチャージャにおいて、前 押圧手段はベーン軸と軸受ハウジングとの に備えたコイルばねであってもよい。

 又、上記ターボチャージャにおいて、前 ノズルベーンは一側に備えたベーン軸が前 排気導入壁を貫通して片持ちに支持されて てもよい。

 又、上記ターボチャージャにおいて、前 ノズルベーンは両側に備えたベーン軸が前 排気導入壁と後部排気導入壁の両方を貫通 て両持ちに支持されていてもよい。

 又、上記ターボチャージャにおいて、前 ノズルベーンは両側に備えた一方のベーン は前部排気導入壁を貫通し、他方のベーン は後部排気導入壁に没入して両持ちに支持 れていてもよい。

 本発明のターボチャージャによれば、ノ ルベーンの各ベーン軸と軸受ハウジングと 間に、各ベーン軸を後部排気導入壁側へ押 してノズルベーンを後部排気導入壁側に変 させる押圧手段を備えたので、簡単な構成 てノズルベーンと後部排気導入壁との間の リアランスを小さく抑えることができ、こ によってタービンインペラ出口における流 の乱れを低減してタービンの効率を大幅に 上できるという優れた効果を奏し得る。

従来のターボチャージャの一例を示す 断側面図である。 図1のノズル部近傍を拡大して示した切 断側面図である。 本発明の一実施例を示すノズル部近傍 切断側面図である。 図3における皿ばねの側面図である。 本発明の他の実施例を示すノズル部近 の切断側面図である。 ノズルベーンを支持するベーン軸の他 実施例を示す切断側面図である。 ノズルベーンを支持するベーン軸の更 他の実施例を示す切断側面図である。 従来のターボチャージャと本発明のタ ボチャージャにおけるタービンインペラの 流側と下流側との圧力比を略同一とした状 を示す線図である。 従来のターボチャージャと本発明のタ ボチャージャにおけるタービンインペラ出 での径方向位置における排ガスの速度分布 比較して示した線図である。 従来のターボチャージャと本発明のタ ーボチャージャにおけるタービンの効率を比 較して示した線図である。

符号の説明

  1  タービンハウジング
  3  軸受ハウジング
  4  タービンインペラ
  5  コンプレッサインペラ
  8  スクロール通路
  9  排気ノズル
 10  前部排気導入壁
 11  後部排気導入壁
 15  ノズルベーン
 16  ベーン軸
 20  タービンインペラ出口
 23  押圧手段
 24  皿ばね
 27  コイルばね
 28  ベーン軸
 28'  ベーン軸

 以下、本発明の実施例を添付図面を参照し 説明する。
 図3は、図2のターボチャージャに適用した 発明の一実施例を示すもので、排気ノズル9 前部排気導入壁10と後部排気導入壁11との間 に配置されるノズルベーン15の一側に備えた ーン軸16が前部排気導入壁10を貫通しており 、ノズルベーン15が片持ちに支持されている 成において、前記ノズルベーン15のベーン 16の前端16'(図3の右端)と軸受ハウジング3の 面3'との間(後述するノズルリンク板16aと後 3'との間)に、各ベーン軸16を後部排気導入壁 11側へ押圧して各ノズルベーン15を常に後部 気導入壁11側へ変位させた状態に保持するよ うにした押圧手段23を備えている。

 図3に示す押圧手段23は、各ベーン軸16を 部排気導入壁11側へ押圧する皿ばね24を備え 場合を示している。この皿ばね24は、図4に すように、ドーナツ形状を有する内周端25 外周端26の位置が軸中心線の方向にずれた截 頭円錐形状を有しており、且つ皿ばね24の截 円錐形状による軸中心線方向の高さHは、前 記各ベーン軸16の前端16'と軸受ハウジング3の 後面3'との間隔よりも大きく形成されている

 なお、各ベーン軸16の前端16'側は、前部 気導入壁10と軸受ハウジング3の後面3'との間 に配置されたノズルリンク板16a(軸保持部材) 内端に貫通保持されている。各ノズルリン 板16aは、図示しない駆動リングが回転させ れることによって、各ベーン軸16を支点と てそれぞれ回動されるようになっており、 に、各ベーン軸16(ノズルベーン15)は、ノズ リンク板16aが回動されることによって、各 ズルリンク板16aと一体的に回転するように っている。そして、各ベーン軸16の前端16'と 軸受ハウジング3の後面3'との間に圧縮した状 態で皿ばね24が配置されていることにより、 ーン軸16は皿ばね24の弾性力によって後部排 気導入壁側11へ押されるように付勢され、ノ ルベーン15は後部排気導入壁11側へ移動した 状態に変位されている。

 図5は前記押圧手段23の他の実施例を示し もので、この押圧手段23は、前記各ベーン 16の前端16'と軸受ハウジング3の後面3'との間 に、各ベーン軸16を後部排気導入壁11側へ押 するコイルばね27を備えている。

 一方、図6は、前記ノズルベーン15の両側 備えたベーン軸16,28が前部排気導入壁10と後 部排気導入壁11を貫通しており、ノズルベー 15がベーン軸16,28によって前部排気導入壁10 後部排気導入壁11に両持ちに支持された場 を示しており、この場合にも、ベーン軸16の 前端16'と軸受ハウジング3の後面3'との間に、 各ベーン軸16を後部排気導入壁11側へ押圧す ようにした皿ばね24或いは図5に示したコイ ばね27からなる押圧手段23を備えることがで る。

 又、図7は、前記ノズルベーン15の両側に えたベーン軸16,28'の一方のベーン軸16が前 排気導入壁10を貫通し、他方のベーン軸28'は 後部排気導入壁11に貫通することなく没入さ た状態で両持ちに支持された場合を示して り、この場合にも、ベーン軸16の前端16'と 受ハウジング3の後面3'との間に、各ベーン 16を後部排気導入壁11側へ押圧するようにし 皿ばね24或いは図5に示したコイルばね27か なる押圧手段23を備えることができる。

 図3~図7に示した実施例では次のように作 する。

 ノズルベーン15のベーン軸16の前端16'と軸 受ハウジング3の後面3'との間に、図3、図4に した皿ばね24或いは図5に示したコイルばね2 7からなる押圧手段23を設置すると、各ベーン 軸16は押圧手段23によって常時後部排気導入 11側へ押圧されることになり、よって各ノズ ルベーン15は常に後部排気導入壁11側へ変位 た位置に保持されるようになる。

 即ち、ノズルベーン15と前部排気導入壁10 及び後部排気導入壁11との間には、ノズルベ ン15を回動可能とするためのクリアランス 予め存在しており、更にこのクリアランス はターボチャージャによる個体差も含まれ 。ここで、前記したように各ベーン軸16を押 圧手段23によって後部排気導入壁11方向へ押 すると、各ノズルベーン15は前記クリアラン ス分だけ後部排気導入壁11側に変位し、各ノ ルベーン15は後部排気導入壁11に接するよう になって各ノズルベーン15と後部排気導入壁1 1との間のクリアランスは極小となる。

 なお、図3、図6、図7の例では、軸受ハウ ング3の後面3'の周縁部に、円錐台状の面3a'( 外側に向かうに従い前方に向かうように傾斜 した面)が形成されている。また、皿ばね24の 外周側の部分は、円錐台状の面3a'とノズルリ ンク板16aとの間において、円錐台状の面3a'に 沿うようにして配置されている。このように すると、後面3'とノズルリンク板16aとの間の 離を広げなくても、皿ばね24を設置するス ースを確保しやすくなる。

 本発明者らは、従来のターボチャージャ( 従来品)と、上記押圧手段23を備えた本発明の ターボチャージャ(本発明品)において、図8に 示すようにタービンインペラ4の上流側と下 側との圧力比は略同一になるようにした条 において、タービンインペラ出口20における 径方向位置での排ガスの速度分布を数値解析 により求め、その結果を図9に示した。

 図9から明らかなように、本発明品では、 従来品に比して半径方向における流速分布の 偏差が少なく流速分布は半径方向に平坦化し ている。このことは、本発明品は従来品に比 して、タービンインペラ出口20における排ガ の乱れが小さいことを表わしている。

 更に、上記本発明品と従来品において、 ービンの効率を数値解析して比較したとこ 、図10に示すように、本発明品によれば従 品に対してタービンの効率が約10%向上する とが判明した。

 スクロール通路8の排ガスは、排気ノズル 9のノズルベーン15間にを通ってタービンイン ペラ4に導かれるが、この時の排ガスの流れ 3次元的で複雑な流れであるため、タービン ンペラ出口20での排ガスの乱れの要因を探 ことは非常に困難である。

 しかし、前記したように、各ベーン軸16 後部排気導入壁11側へ押圧して各ノズルベー ン15と後部排気導入壁11との間のクリアラン を小さくすると、タービンインペラ出口20に おける径方向位置での排ガスの速度分布が平 坦化されてタービンインペラ出口20での排ガ の乱れが減少し、これによってタービンの 率を向上することができたことから、前記 ノズルベーン15と後部排気導入壁11との間の クリアランスがタービンインペラ出口20での ガスの乱れに影響を及ぼす要因の1つである ことが判明した。

 従って、本発明では、前記したように、 ズルベーン15の各ベーン軸16と軸受ハウジン グ3との間に押圧手段23を備えるという簡単な 構成によって、ノズルベーン15を後部排気導 壁11側に変位させて各ノズルベーン15と後部 排気導入壁11との間のクリアランスを極小に 持し、これによってタービンインペラ出口2 0における流体の乱れを低減してタービンの 率を大幅に向上することができた。

 なお、上記実施例においては、隙間19に ピストンリング21によるシール装置を備えた 場合について例示したが、シール装置の構成 には限定されないこと、その他、本発明の要 旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加 え得ることは勿論である。

 本発明のターボチャージャは、ノズルベ ンを後部排気導入壁側に変位させて各ノズ ベーンと後部排気導入壁との間のクリアラ スを極小とし、タービンインペラ出口の流 の乱れを低減してタービンの効率を向上さ る際に適用することができる。