JP2001207858A - 可変ターボチャージャ - Google Patents

可変ターボチャージャ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変ターボチャージャの各ノズルベーン間の
流路を迂回してサイドプレートとノズルベーンの隙間か
らタービンへ供給される排ガスを除去すること。 【解決手段】 可変ターボチャージャ１０のノズル部１
００が、タービン２８の回転軸方向に互いに離間配置さ
れたマウントプレート１０２と、ノズル部１００を横断
する複数の支持ボルト１０８によりマウントプレート１
０２に連結されたサイドプレート１０４とにより形成さ
れている。可変ターボチャージャ１０は、サイドプレー
ト１０６をマウントプレート１０２側に押圧する押圧手
段１１６、１５０と、サイドプレート１０６のマウント
プレート１０２へ向かう軸方向の動作を限定する限定手
段１０８とを具備している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は可変ターボチャージ
ャに関し、特に、可変ターボチャージャのノズルベーン
を動作させるアクチュエータの変位をノズルベーンに伝
達する伝達機構の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の出力増強を図る手段として、
内燃機関からの排気ガスでタービンを回転し、タービン
と同軸上に設けられたコンプレッサで内燃機関に供給す
る空気を加圧するターボチャージャは有効であり、既に
様々の内燃機関に装着されている。ところが、内燃機関
の機関回転数により排気ガスの流量が異なるので、実際
に内燃機関から供給される排ガス流量と、ターボチャー
ジャの最適な作動条件に合致した排ガス流量との間で不
一致を生ずる。この不一致を補償し、ターボチャージャ
の性能を充分に発揮するために、内燃機関の作動状態に
応じて、ターボチャージャのタービン車室内の排ガスの
流れを調整きるようにした可変ターボチャージャが開発
されている。
【０００３】こうした可変ターボチャージャでは、ハウ
ジング内のタービンのノズル部に複数のノズルベーンが
配設される。図８に従来技術による可変ターボチャージ
ャのタービンノズル部の部分拡大断面図を示す。
【０００４】図７において、タービン２２８は、その回
転軸２３２が該可変ターボチャージャの主ハウジング内
の軸受に回転自在に支持されている。内燃機関からの排
気ガスは、該可変ターボチャージャの吸気ポートからハ
ウジング２２０内に導入され、ハウジング２２０内に画
成されているスクロール通路２２６、および、タービン
２２８への入口を形成するノズル部２１０を経てタービ
ン２２８に供給される。タービン２２８に供給された排
気ガスは、該タービン２２８を駆動した後に排気ポート
から排出される。
【０００５】ノズル部２１０は、ハウジング２２０に固
定されたマウントプレート２０２と、マウントプレート
２０２に対設されたサイドプレート２０６とにより画成
され、両者間に複数のノズルベーン２０４が周方向に等
間隔に配設されている。サイドプレート２０６は、該サ
イドプレート２０６を貫通する支持ボルト２０８により
マウントプレート２０２に固定されている。一方、ノズ
ルベーン２０４は、その軸部２０４ａを有しており、該
軸部２０４ａにより開位置と閉位置との間で回動自在に
マウントプレート２０２に取り付けられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】然しながら、サイドプ
レート２０６は、支持ボルト２０８で固定された状況下
で供給される排ガスの熱により加熱され熱変形するの
で、図８においてノズルベーン２０４とサイドプレート
２０６との間に隙間を設けることで、ノズルベーン２０
４の回動時の固着、スティックを防止し、円滑に動作で
きるようにしている。このため、従来技術による可変タ
ーボチャージャでは、スクロール通路２２６へ供給され
た排ガスの一部が、ノズルベーン２０４とサイドプレー
ト２０６との間の隙間から、ノズルベーン２０４の間の
流路を迂回してタービン２２８へ供給されている。この
ように、従来技術ではノズルベーン２０４の間の流路を
通過しないでタービン２２８へ供給される排ガスのため
に、可変ターボチャージャの効率が低下する問題があ
る。
【０００７】本発明は、こうした従来技術の問題点を解
決することを技術課題としており、ノズルベーンの間の
流路を迂回してタービンへ供給される排ガスを可及的に
低減または除去することを目的としている。また本発明
は、ノズル部を迂回してサイドプレートの背面からター
ビンへ供給される排ガスを可及的に低減することにも有
効である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、を要旨とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好ましい実施形態を説明する。先ず、図１を参照する
と、本発明を適用する可変ターボチャージャ１０の外観
が図示されている。可変ターボチャージャ１０は、ター
ビンハウジング２０と、コンプレッサハウジング４０
と、タービンハウジング２０およびコンプレッサハウジ
ング４０の間の主ハウジング３０とから成るハウジング
を含んでいる。タービンハウジング２０は吸気ポート２
２と排気ポート２４とを含み、コンプレッサハウジング
４０は吸込ポート４４と吐出ポート４２とを含む。
【００１０】前記ハウジング２０、３０、４０の外部に
は、後述するノズルベーンを駆動するためのアクチュエ
ータ５０が配設されている。アクチュエータ５０は、空
圧、特に、該可変ターボチャージャ１０が取り付けられ
る内燃機関（図示せず）の吸気負圧を利用してロッド５
２を前後に往復動作させるアクチュエータである。
【００１１】次に、図２を参照すると、回転軸３２が主
ハウジング３０に回転自在に支持されており、タービン
ハウジング２０内には、回転軸３２の一端に取り付けら
れたタービン２８が配設されている。回転軸３２の他端
には、コンプレッサハウジング４０内に配設されたコン
プレッサインペラ（図示せず）が取り付けられているこ
とは言うまでもない。前記内燃機関からの排気ガスは、
吸気ポート２２からタービンハウジング２０内に導入さ
れ、タービンハウジング２０内に画成されているスクロ
ール通路２６、および、タービン２８への入口を形成す
るノズル部１００を経てタービン２８に供給される。タ
ービン２８に供給された排気ガスは、該タービン２８を
駆動した後に排気ポート２４から排出される。
【００１２】ノズル部１００は、タービンハウジング２
０に固定されたマウントプレート１０２と、マウントプ
レート１０２に対して軸方向に対設されたサイドプレー
ト１０６とにより画成され、両者間に複数のノズルベー
ン１０４が周方向に等間隔に配設されている。サイドプ
レート１０６は、タービン２８の中心軸線に垂直な平面
内で半径方向に拡がる環状の部材であり、タービンハウ
ジング２０内に形成されたサイドプレート受承凹部２０
ａ内において軸方向に移動可能に配設されている。ノズ
ル部１００には、マウントプレート１０２へ向かうサイ
ドプレート１０６の軸方向の動作を限定するための限定
手段として、複数の支持ボルト１０８が周方向に等間隔
で配設されている。
【００１３】既述したように従来技術では、サイドプレ
ート１０６の熱変形を考慮して、サイドプレート１０６
とノズルベーン１０４の間には隙間が設けられている。
本実施形態では、以下に詳細に後述するように、サイド
プレート１０６の外径とサイドプレート受承凹部２０ａ
の内径の寸法差は、サイドプレート１０６の軸方向への
移動を許容する限度で可及的に小さくなっており、か
つ、サイドプレート１０６をノズルベーン１０４の間の
隙間が実質的に０（零）となっている。
【００１４】また、サイドプレート１０６とタービンハ
ウジング２０の間には押圧手段としてのスプリングプレ
ート１１６が配設されている。スプリングプレート１１
６は、タービン２８の中心軸線に概ね垂直な平面内にあ
る環状部１１６ａと、該フランジ部１１６ａの内縁部か
ら軸方向にタービン２８側に延びる円筒状の取付部１１
６ｂとを有している。スプリングプレート１１６は、環
状部１１６ａをサイドプレート１０６の背面、つまり、
サイドプレート１０６においてノズル部１００の反対側
の側面に当接している。取付部１１６ｂは、サイドプレ
ート受承凹部２０ａの内周部においてサイドプレート１
０６へ向けて軸方向に突き出した環状の突起部２０ｂに
嵌合、取り付けられる。
【００１５】ノズルベーン１０４は、その基端部に軸部
１０４ａを有しており、該軸部１０４ａにより開位置と
閉位置との間で回動自在にマウントプレート１０２に取
り付けられている。ノズルベーン１０４の各々の軸部１
４ａの先端１０４ｂは、マウントプレート１０２を軸方
向に貫通して、複数のレバープレート１１４（図３、４
参照）の各々に連結されている。レバープレート１１４
の各々は、前記軸部１０４ａの先端部１０４ｂを受承す
る通孔１１４ｂと、該通孔１１４ｂの反対側に形成され
たボスまたは軸部１１４ａとを有している。
【００１６】マウントプレート１０２においてノズル部
１００の反対側には円筒形状のボス部１０２ａが形成さ
れており、該ボス部１０２ａに環状のリンクプレート１
１２（図５参照）が、タービン２８の回転軸線を中心と
して回動自在に取り付けられる。リンクプレート１１２
は、レバープレート１１４の軸部１１４ａを受承するた
めに、リンクプレート１１２の周縁部には周方向に等間
隔で配置された長穴１１２ｄを有している。更に、リン
クプレート１１２は、同一平面内で一方の側部に台形状
に突き出した延長部１１２ａを有しており、該延長部１
１２ａは、その先端に二股に分岐した一対の係合腕部１
１２ｃを有しており、一対の係合腕部１１２ｃの間に矩
形の受承凹部１１２ｂが形成される。
【００１７】本実施形態による可変ターボチャージャ１
０は、更に、前記アクチュエータ５０の動作をリンクプ
レート１１２に伝達するための伝達機構を具備してい
る。該伝達機構は、アクチュエータ５０のロッド５２、
ピン５０ａを介してロッド５２の先端部に連結されたリ
ンク部材５４（図１参照）、該リンク部材５４に連結さ
れた揺動部材１２０（図２、６参照）、揺動部材１２０
とリンクプレート１１２の間に配設され、該伝達機構と
リンクプレート１１２との間の係合部を形成するローラ
部材１４０および駒１３０を含んでいる。
【００１８】図６を参照すると、揺動部材１２０は、揺
動腕１２２と、揺動腕１２２の一方の端面から所定の軸
線Ｏに沿って延設されタービンハウジング２０にスリー
ブ１１８を介して回転自在に支持される軸部１２４と、
軸部１２４の先端に同軸に設けられリンク部材５４に対
して相対動作しないように連結される連結部１２８と、
揺動腕１２２において軸部１２４の反対側の端面から軸
部１２４と平行に延設されたピン部１２６とを含んで成
る。揺動部材１２０は、金属材料、例えばステンレス
鋼、好ましくはオーステナイト系ステンレス鋼から一体
的に形成することができる。また、揺動部材１２０は、
揺動腕１２２、軸部１２４と、連結部１２８と、ピン部
１２６を個別に形成して互いに溶接しても良い。
【００１９】駒１３０は、互いに平行に離間配置された
一対の平板部１３２と、一対の平板１３２の間に設けら
れ平板部１３２を連結する中央部１３４とを有してい
る。一対の平板部１３２の間にはリンクプレート１１２
の係合腕部１１２ｃを受承する周溝１３６が形成され
る。また、駒１３０は、その一側から半径方向内側に中
央部１３４を含んで切り欠かれた欠切部１３８を有して
おり、その対向する両側面が互いに平行な摺動面を形成
している。欠切部１３８は、図８に示すように、伝達機
構を組み立てたときに、揺動部材１２０のピン部１２６
に取り付けられるローラ部材１４０を受承し、前記係合
部を形成する。駒１３０は、金属材料、例えばオーステ
ナイト系ステンレス鋼から形成することができる。
【００２０】ローラ部材１４０は、ピン部１２６の外径
よりも僅かに大きな内径の中心孔１４２を有する概ね円
筒形状に形成されており、駒１３０の摺動面１３８ａの
間隔よりも僅かに小さな外径を有している。ローラ部材
１４０は、金属材料、例えばマルテンサイト系ステンレ
ス鋼から形成することができる。
【００２１】以下、本実施形態の作用を説明する。内燃
機関が作動すると、その回転数やアクセル開度に応じて
吸気負圧が生じアクチュエータ５０が作動する。ロッド
５２は、前記吸気負圧の大きさに対応して、その軸方向
に前進後退（図１において右左に移動）する。ロッド５
２が動作すると、リンク部材５４は、それに応じて揺動
部材１２０の軸部１２４を中心として回動する。図１を
参照すると、実線で示すリンク部材５４は、停止部材５
６の上側のボルト５６ａに当接しており、このときノズ
ルベーン１０４は最も大きなノズル開度を与える開位置
にある。内燃機関の回転数が低く、また、アクセル開度
も小さいときには、アクチュエータ５０はロッド５２を
後退させる。ロッド５２が最も後退すると、リンク部材
５４は一点鎖線で示すように停止部材５６の下側のボル
ト５６ｂに当接する位置に移動し、このとき、ノズルベ
ーン１０４は最も小さなノズル開度を与える位置にあ
る。
【００２２】こうして、ロッド５２の直線動作はリンク
部材５４を介して、揺動部材１２０の揺動動作に変換さ
れ、揺動部材１２０のピン部１２６が軸部１２２の軸線
Ｏを中心とする円弧上を移動する。このとき、ピン部１
２６およびローラ部材１４０は、駒１３０の欠切部１３
８内において、ローラ部材１４０と摺動面１３８ａとの
間で駒１３０に対して相対的に図６の位置関係で上下方
向、つまり、タービン２８の回転軸線方向に摺動しなが
ら、リンクプレート１１２をタービン２８の回転軸線を
中心としてマウントプレート１０２のボス部１０２ａの
外周面に沿って回動させる。リンクプレート１１２が回
動すると、リンクプレート１１２に連結されているレバ
ープレート１１４が、ノズルベーン１０４の軸部１０４
ａを中心としてノズルベーン１０４と共に回動し、ノズ
ルベーン１０４が、その開位置と閉位置との間で動作す
る。
【００２３】既述したように、従来技術ではサイドプレ
ート１０６の熱変形を考慮して、サイドプレート１０６
とノズルベーン１０４の間には隙間が設けられている。
そのために、従来技術では、本来スクロール通路２６か
らノズルベーン１０４の間の流路へ全量流れるべき排ガ
スの一部が、サイドプレート１０６とノズルベーン１０
４の間から、つまりノズルベーン１０４が形成する流路
を迂回してタービン２８へ供給されており、これが、可
変ターボチャージャ１０の効率を低下させる１つの原因
となっている。従来技術では、サイドプレート２０６が
マウントプレート２０２に対して支持ボルト２０８によ
り固定されているので、サイドプレート２０６の温度が
上昇したときの熱変形を逃がすために、サイドプレート
２０６とノズルベーン２０４との間に隙間を設けなけれ
ばならないのである。一方、排ガスの一部はサイドプレ
ートの外周面とサイドプレート受承凹部の内周面の間か
ら、サイドプレートの外側または背面、つまりサイドプ
レートの主ハウジング３０側の側面に沿って流通しノズ
ル部１００を迂回してタービン２８へ供給されており、
これも、可変ターボチャージャ１０の効率を低下させる
原因のひとつとなっている。従来技術では、この迂回す
る排ガスを少なくすることは困難な状況にあった。
【００２４】これに対して本実施形態では、サイドプレ
ート１０６は、タービンハウジング２０のサイドプレー
ト受承凹部２０ａ内において軸方向に移動可能に配設さ
れると共に、スプリングプレート１１６により支持ボル
ト１０８へ向けて押圧することにより、サイドプレート
１０６を位置決めしている。従って、サイドプレート１
０６は、サイドプレート受承凹部２０ａにより半径方向
に拘束されていても軸方向へは移動することができる。
そのために、サイドプレート１０６の熱変形はサイドプ
レート１０６の軸方向の移動として吸収されるので、サ
イドプレート１０６とノズルベーン１０４との間の隙間
を実質的に除去することが可能となる。
【００２５】本発明の好ましい実施形態を説明したが、
本発明はこの実施形態に限定されず、その精神と範囲か
ら逸脱することなく種々の変更、変形が可能であること
は当業者の当然とするとことろである。
【００２６】既述の実施形態では、従来技術のように、
サイドプレート２０６を支持ボルト２０８によりマウン
トプレート２０２に対して固定するのではなく（図８参
照）、サイドプレート１０６を軸方向に移動可能な状態
でマウントプレート１０２に対して位置決めすることに
より、サイドプレート１０６の熱変形を軸方向の移動に
より吸収するようになっている。そのために、サイドプ
レート１０６は、サイドプレート受承凹部２０ａに嵌合
させることにより半径方向に拘束すると共に、スプリン
グプレート１１６により支持ボルト１０８へ押圧するこ
とにより軸方向に拘束することにより、サイドプレート
１０６をマウントプレート１０２に対して位置決めして
いる。サイドプレート１０６は、軸方向へは単にスプリ
ングプレート１１６により支持ボルト１０８へ押圧して
いるだけであるので、サイドプレート１０６の熱変形は
サイドプレート１０６の軸方向の移動により吸収され
る。
【００２７】このサイドプレート１０６を支持ボルト１
０８へ押圧するための押圧手段としては、図２に示すス
プリングプレート１１６に限定されない。要は、サイド
プレート１０６の軸方向への移動を許容しながら支持ボ
ルト１０８へ押圧できる手段であればよい。
【００２８】図７を参照すると、本発明の第２の実施形
態が図示されている。図７の実施形態では、押圧手段以
外の構成は既述の実施形態と同様であるので、その構成
に関する説明は省略し相違点のみを説明する。また、図
７において、既述の実施形態と同様の構成要素には同じ
参照番号が付されている。
【００２９】図７において、タービンハウジング２０の
サイドプレート受承凹部２０ａは、サイドプレート１０
６と共に押圧手段としての圧力室１５０を形成してい
る。すなわち、図７の実施形態では、環状突起部１５０
ａが図２の実施形態による環状突起部２０ｂと比較して
軸方向に実質的に長く形成されており、サイドプレート
１０６の背面に接している。既述した図２の実施形態と
同様に、図７の実施形態においても、サイドプレート受
承凹部２０の内径と、サイドプレート１０６外径との寸
法差は、サイドプレート１０６の軸方向への移動を許容
する限度で可及的に小さくなっているが、この隙間から
の排ガスのリークは完全には防止されずに、圧力室内の
圧力がノズル部１００の圧力よりも高くなる。従って、
サイドプレート１０６は、図２の実施形態と同様に支持
ボルト１０８へ押圧される。圧力室１５０内の圧力を更
に高めるために環状突起部１５０ａとサイドプレート１
０６の背面との間に環状のシール部材１５２を配設して
もよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する可変ターボチャージャの外観
側面図である。
【図２】第１の実施形態のタービン車室部分の断面図で
ある。
【図３】図１の可変ターボチャージャの一部を破断して
示す正面図である。
【図４】図３の部分拡大図であり、アクチュエータの動
作をリンクプレートに伝達する伝達機構と、リンクプレ
ートとの間の係合部を示す図である。
【図５】リンクプレートの平面図である。
【図６】アクチュエータの動作をリンクプレートに伝達
する伝達機構の分解図である。
【図７】第２の実施形態におけるタービン車室部分の断
面図である。
【図８】従来技術によるノズル部の部分拡大断面図であ
る。
【符号の説明】
１０…可変ターボチャージャ ５０…アクチュエータ ５２…ロッド ５４…リンク部材 １０４…ノズルベーン １０６…サイドプレート １１２…リンクプレート １１６…スプリングプレート １１４…レバープレート １２０…揺動部材 １３０…駒 １４０…ローラ部材 １５０…圧力室

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ハウジング内において所定の軸線を中心
    として回転自在に支持されたタービンと、 前記ハウジング内において前記タービンのノズル部に配
    設された複数のノズルベーンと、 複数のレバープレートを介して前記複数のノズルベーン
    に連結され該ノズルベーンを開位置と閉位置との間で連
    続的に同期させて動作させるために前記ハウジング内に
    おいて前記タービンの回転軸線を中心として回動自在に
    設けられたリンクプレートと、 前記ハウジングの外部に設けられ伝達機構を介して前記
    リンクプレートに連結されたアクチュエータとを具備し
    前記ノズルベーンの開度を調節可能にした可変ターボチ
    ャージャにおいて、 前記ノズル部が前記タービンの回転軸方向に互いに離間
    配置されたマウントプレートと、サイドプレートとによ
    り形成されており、前記マウントプレートは前記ハウジ
    ングに対して固定され、前記サイドプレートは前記ハウ
    ジング内に形成されたサイドプレート受承凹部内で軸方
    向に移動可能に配設されており、 前記可変ターボチャージャは、前記サイドプレートを前
    記マウントプレート側に押圧する押圧手段と、 前記サイドプレートの前記マウントプレートへ向かう軸
    方向の動作を限定する限定手段とを具備していることを
    特徴とする可変ターボチャージャ。
  2. 【請求項２】 前記押圧手段が、前記サイドプレートと
    前記サイドプレート受承凹部との間に形成される圧力室
    である請求項１に記載の可変ターボチャージャ。
  3. 【請求項３】 前記押圧手段が、前記サイドプレートと
    前記サイドプレート受承凹部との間に配設されたスプリ
    ングプレートを具備している請求項１に記載の可変ター
    ボチャージャ。
  4. 【請求項４】 前記サイドプレートは概ね環状部材であ
    り、前記サイドプレート受承凹部は、前記サイドプレー
    トの外径よりも僅かに大きな内径を有し、断面が前記タ
    ービンの回転軸線を中心とする概ね円形を呈しており、
    前記受承凹部は、更に、その内周部に前記サイドプレー
    トへ向けて軸方向に突出する環状突起部を有して成り、 前記スプリングプレートが前記環状突起部に嵌合、固定
    されて成る請求項３に記載の可変ターボチャージャ。
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