JP2003278555A

JP2003278555A - 可変ターボ過給機

Info

Publication number: JP2003278555A
Application number: JP2002076679A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Nishiyama; 利彦西山; Hiroshi Sugito; 博杉戸; Ninkiyu Iino; 任久飯野
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2022-03-19
Also published as: JP3911431B2; CN1445440A; CN1306153C; KR20030076252A

Abstract

(57)【要約】【課題】構造簡単で、ノズルベーン開度の微小な調整
の容易な、可変ターボ過給機を提供する。【解決手段】図示しないノズルベーンを先端部に固設
した回動駆動軸(22)にベーン(31)を嵌入し、キー(32)で
回り止めする。ベーン(31)を扇形のケース(33)に、回動
駆動軸(22)を中心として回動自在に収容し、ケース(33)
内を圧力室(34)とドレーン室(35)とに分離する。圧力室
(34)には圧油を導入する導入口(36)を設け、ドレーン室
(35)にはドレーン口(37)を設ける。ドレーン室(35)内
の、ベーン(31)とケース(33)の壁面(35a)との間にバネ
(40)を介装し、ベーン(31)を圧力室(34)側に向けて付勢
する。排気ガス量が少ないとき、圧力室(34)に圧油を供
給し、ベーン(31)をドレーン室(35)側に回動し、ノズル
ベーンを閉じる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ターボ過給機に係
り、特には排気タービンに流入する排気ガスの流速を調
整するノズルベーンを備えた可変ターボ過給機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、空気を圧縮して気筒内に多量
の空気を吸入させる方法として、エンジンの排気エネル
ギーを利用して排気タービンを作動させ、遠心圧縮機を
駆動するターボ過給機が知られている。このようなター
ボ過給機では、エンジンの排気を利用するため、エンジ
ンの低速回転域では排気ガス流量が低下し、排気タービ
ンも低回転となり、遠心圧縮機において空気が十分に圧
縮されない場合がある。そこで、このような特性を改善
するため、ターボ過給機の、排気タービンロータの周囲
の排気ガス流路に開閉弁を設け、排気ガス流量が小さい
時には開閉弁を閉弁して排気ガス流路を絞り、排気ガス
の流速を高め、排気タービンロータの回転数を増大して
遠心圧縮機において空気が十分に圧縮されるようにする
可変ターボ過給機が用いられている。そして上記の開閉
弁の作動装置についての提案がなされている。

【０００３】その一例として、特開平１１−３４３８５
７号公報に開示されたものがある。ここに開示された可
変ターボ過給機は図９に示すように、図示しない開閉弁
を一端部に固設された軸７０の他端部に枢動アーム７１
を固設し、枢動リング７２に固設した突起７３に係合さ
せる。枢動リング７２に設けた駆動用突起７４に一端部
を係合した連結アーム７６は、そのほぼ中央部を枢動軸
７５により揺動自在に支持されている。連結アーム７６
の他端部にはロッド８１の先端部が係合し、ロッド８１
の下端部はハウジング８２で摺動自在に支持されてアク
チュエータ８０を構成している。ハウジング８２は、ロ
ッド８１に固設された作動板８３及びダイアフラム８４
により大気圧室８５及び負圧室８６に分けられている。
作動板８３はバネ８７により大気圧室８５側に付勢され
ている。負圧室８６に接続された負圧導入管９０は、吸
気通路９１に設けられたスロットル弁９２の下流側に接
続し、負圧導入管９０には電子制御装置９３に接続する
遮断弁９４が設けられている。

【０００４】上記構成において、図示しない排気側ター
ビンホイールに流入する排気ガスの流量が予め定められ
た流量より小さい時には電子制御装置９３により遮断弁
９４の開弁量を増大し、より大きな負圧を負圧室８６に
導入する。負圧室８６内に導入された負圧によりロッド
８１はアクチュエータ８０に引き込まれ、連結アーム７
６を揺動させ、枢動リング７２を介して軸７０を回動さ
せ、開閉弁を閉弁する。その結果、排気側タービンホイ
ールに流入する排気ガスの流速は上昇し、吸気が十分に
圧縮される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成においては、ロッド８１の直線運動を連結アーム７６
を介して回転運動に変換する必要があり、構造複雑であ
る。また、リンク接続部分が多く、そのためガタが多く
発生し、微小な調整が困難であるという問題がある。

【０００６】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
たものであり、構造簡単で、排気タービンロータに流入
するガス流速の、微小な調整が容易に行える可変ターボ
過給機を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、第１発明は、可変ターボ過給機に
おいて、排気タービンロータの外周部に、回動可能に設
けられたノズルベーンと、前記ノズルベーンに一端部を
固設された回動駆動軸と、前記回動駆動軸の他端部に設
けられ、前記回動駆動軸を流体圧により、所定の角度、
回動させる回動アクチュエータとを備えた構成としてい
る。

【０００８】第１発明によると、ノズルベーンに固設さ
れた回動駆動軸の端部に、流体圧により、所定の角度、
回動させる回動アクチュエータを設けた。そのため、回
動アクチュエータによりノズルベーンを直接回動可能と
なり、従来のもののように連結アームを用いて直線運動
を回転運動に変換させる必要は無い。したがって、構造
簡単であり、各部のガタが少なくてノズルベーンの回動
角度の微小な調整が可能な可変ターボ過給機が得られ
る。

【０００９】第２発明は、第１発明において、前記回動
アクチュエータは、前記回動駆動軸の他端部に固設され
たベーンと、前記ベーンを、前記回動駆動軸を中心とし
て、所定の角度、回動自在に収容するケースとを有する
構成としている。

【００１０】第２発明によると、回動アクチュエータ
を、回動駆動軸に固設されたベーンを、所定の角度、回
動自在に収容するケースとより構成した。そのため、流
体圧をベーンに加えることにより容易に回動駆動軸を回
動可能であり、構造簡単な回動アクチュエータが得られ
る。

【００１１】第３発明は、第２発明において、前記回動
アクチュエータは、前記ベーンの回動位置を、前記ベー
ンに加えられる流体圧と、前記ベーンを前記回動駆動軸
回りに付勢するバネとにより調整する構成としている。

【００１２】第３発明によると、ベーンを回動駆動軸回
りに付勢するバネと、ベーンに加えられる流体圧とによ
りノズルベーンの開度を調整するようにした。そのた
め、流体圧とバネ力とを釣り合わせることにより容易に
ノズルベーンの開度を調整可能であり、構造簡単な回動
アクチュエータが得られる。

【００１３】第４発明は、第２又は第３発明において、
前記回動アクチュエータは、前記ベーンとケースとの間
の一側に設けられ、他側に向けて前記ベーンを付勢する
バネと、前記バネの両端部を、前記ベーンとケースとに
それぞれ回動自在に支持する一対の球面部材とを有する
構成としている。

【００１４】第４発明によると、ベーンとケースとの間
に設けたバネの両端部を、ベーンとケースとにそれぞれ
回動自在に支持する一対の球面部材を設けた。そのた
め、バネは常に直線上で付勢することとなり、無理な力
が加わらず、バネの作動が安定すると共に、バネの寿命
が向上する。

【００１５】第５発明は、第３又は第４発明において、
前記可変ターボ過給機は、前記ケースに設けられ、流体
圧を導入する導入口近傍に絞り部を設けた構成としてい
る。

【００１６】第５発明によると、ケースに流体圧を導入
する導入口近傍に絞り部を設けたため、流体の出入時に
ダンパーの働きをしてハンチングの発生を防止し、ベー
ンの回動運動を安定させる。したがって、性能の良い可
変ターボ過給機が得られる。

【００１７】第６発明は、第３、第４、第５発明におい
て、前記可変ターボ過給機は、前記ケースに流体圧を導
入する導入回路にドレーン回路を分岐して設け、前記ド
レーン回路に圧力調整バルブを介装し、前記圧力調整バ
ルブで流体圧を調整することによりノズルベーンの開度
を調整する、ノズルベーン開度調整手段を有する構成と
している。

【００１８】第６発明によると、ケースに流体圧を導入
する導入回路に分岐して設けたドレーン回路に圧力調整
バルブを介装し、流体圧を調整してノズルベーンの開度
を調整するノズルベーン開度調整手段を設けた。そのた
め、ノズルベーン開度調整を容易に、精度良く行うこと
ができる可変ターボ過給機が得られる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に本発明に係る可変ターボ過
給機の実施形態について、図面を参照して詳述する。

【００２０】図１は可変ターボ過給機１の側面断面図で
ある。図１において、可変ターボ過給機１は、給気圧縮
機７と、排気タービン１０とから構成されている。

【００２１】排気タービン１０は、図示しないエンジン
の排気流路の途中に設けられ、排気ガスの流出入を案内
する排気側ハウジング１１と、排気側ハウジング１１に
収容された排気タービンロータ１６とを備えている。

【００２２】排気側ハウジング１１は、外周側に形成さ
れた排気流入部１２と、中央部に形成されたほぼ円筒状
の排気流出部１３とを一体的に備えている。排気側ハウ
ジング１１の内部には、排気流出部１３と反対側の開口
を塞ぐように排気側インナープレート１４が設けられ、
排気流入部１２と排気流出部１３との間にノズル部１５
を形成している。

【００２３】排気タービンロータ１６は、排気側インナ
ープレート１４を貫通したシャフト１７を一体的に備え
ており、シャフト１７はベアリングハウジング２に軸受
３を介して回転自在に支持されている。ベアリングハウ
ジング２の一端部は排気側ハウジング１１に嵌合された
状態で、排気側ハウジング１１に係止片４及びボルト５
で固定され、排気側インナープレート１４と、ベアリン
グハウジング２との間はスペーサ６により密閉されて連
結装置室１８を形成している。

【００２４】排気タービンロータ１６の外周部のノズル
部１５には、複数個のノズルベーン２１が配置されてい
る。その内の１個のノズルベーン２１には、排気側イン
ナープレート１４、連結装置室１８及びベアリングハウ
ジング２を貫通する回動駆動軸２２の一端部が固設され
ている。回動駆動軸２２の中間部には、ノズルベーン連
結装置２０が取付けられ、連結装置室１８に収容されて
いる。回転駆動軸２２の他端部には回動アクチュエータ
３０が取付けられている。

【００２５】シャフト１７の先端部には給気圧縮機７の
インペラ８が取付けられている。

【００２６】図２は回動駆動軸２２部分の詳細図であ
る。図２において、回動駆動軸２２は第１部材２２ａと
第２部材２２ｂとで構成され、第１部材２２ａと第２部
材２２ｂとの境界部には駆動用レバー２３の基端部が固
設されている。第２部材２２ｂの先端部にはノズルベー
ン２１が固設されており、第１部材２２ａの先端部には
回動アクチュエータ３０が取付けられている。

【００２７】図３はノズルベーン連結装置２０の平面一
部断面図である。図１、図２、図３において、複数個の
ノズルベーン２１が排気タービンロータ１６の周囲に等
間隔で配置されている。回動駆動軸２２に固設されたノ
ズルベーン２１以外の複数個のノズルベーン２１は、排
気側インナープレート１４を貫通する回動軸２４の一端
部に固設され、回動軸２４の他端部にはレバー２５の基
端部が固設されている。円周上に配置された回動駆動軸
２２及び回動軸２４の内側には環状の連結リング２６が
回動自在に配置されている。連結リング２６の外周部に
は複数個の半長孔状の係合孔２７が設けられ、それぞれ
の係合孔２７には駆動用レバー２３及びレバー２５の先
端部が、回動可能に、かつ摺動可能に係合されている。

【００２８】次にノズルベーン連結装置２０の作動につ
いて説明する。図３において、回動駆動軸２２が回動駆
動されると先端部に固設されたノズルベーン２１が回動
すると共に、駆動用レバー２３は連結リング２６を回動
させる。それに伴ってレバー２５は回動軸２４を中心と
して回動される。したがって、回動軸２４に固設された
ノズルベーン２１は、回動駆動軸２２に固設されたノズ
ルベーン２１と同一方向に同一角度回動し、ノズルベー
ン２１の開度は一斉に変化する。

【００２９】以下に回動アクチュエータ３０について説
明する。図４は回動アクチュエータ３０の側面断面図で
あり、図５は図４のＡ−Ａ矢視図である平面断面図であ
る。図４、図５において、回動駆動軸２２の先端部に設
けられた段付部２２ｃには、第１実施形態のベーン３１
の基端部が嵌入され、キー３２で回り止めされている。

【００３０】図５において、ベーン３１は、本体３３ａ
と蓋３３ｂとよりなる扇形のケース３３に、回動駆動軸
２２を中心として回動自在に収容され、ケース３３内を
圧力室３４とドレーン室３５とに分離している。ベーン
３１とケース３３との摺動面の隙間は、油漏れが制御に
支障を来たさないような大きさとなっている。ケース３
３はボルト４４でシャフトハウジング２に締着されてい
る。

【００３１】圧力室３４及びドレーン室３５にはそれぞ
れストッパ３４ａ，３５ａが設けられ、回動したベーン
３１が所定角度回動すると当接するようになっている。
所定角度は図においてα＋βであり、その角度は例えば
６０°である。

【００３２】圧力室３４には流体圧を導入する導入口３
６が設けられ、ドレーン室３５にはドレーン口３７が設
けられている。

【００３３】回動駆動軸２２と本体３３ａ及び蓋３３ｂ
との間にはオイルシール３８ａ，３８ｂが設けられ、油
漏れを防止している。回動駆動軸２２の先端部には角度
検出器５８が取付けられている。

【００３４】ドレーン室３５内の、ベーン３１と本体３
３ａのドレーン室３５端面の壁面３５ｂとの間には圧縮
コイル型のバネ４０が介装され、ベーン３１を圧力室３
４側に向けて付勢している。バネ４０の両端部には一対
の球面部材４１，４１が取付けられ、球面部材４１，４
１はそれぞれ、ベーン３１に設けられた球面凹部４２及
び本体３３ｂの壁面３５ｂに設けられた球面凹部４３に
回動自在に係合している。

【００３５】図５において、ベーン３１がバネ４０の力
により圧力室３４方向（矢印方向）に回動すると、回動
駆動軸２２に固設された図示しないノズルベーン２１は
排気流路を開き、圧油を導入口３６から圧力室３４に導
入し、バネ４０の力に抗してベーン３１をドレーン室３
５側に回動させると、ノズルベーン２１は排気流路を閉
じるようになっている。

【００３６】図６はノズルベーン開度調整手段５０の系
統図である。図６において、油圧ポンプ５１からの圧力
油を送給する導入回路５２は、回動アクチュエータ３０
の導入口３６に接続し、ドレーン口３７はタンク回路５
３によりオイルタンク５４に接続している。導入回路５
２とタンク回路５３とを接続するドレーン回路５５には
圧力調整バルブ５６が介装されている。導入回路５２の
導入口３６近傍には、絞り部５７が設けられている。コ
ントローラ５９は、回動アクチュエータ３０に設けられ
た角度検出器５８からの検出信号を入力し、圧力調整バ
ルブ５６に制御信号を出力するようになっている。

【００３７】次に作動について説明する。排気ガスの流
量が予め定められた量よりも小さい場合には、コントロ
ーラ５９は圧力調整バルブ５６に制御信号を出力し、導
入回路５２の圧力を上昇させる。圧力がバネ４０の力よ
り大きくなるとベーン３１はドレーン室３５側に回動
し、ノズルベーン２１を閉じる方向に回動させる。コン
トローラ５９は角度検出器５８からの検出信号を入力
し、ノズルベーン２１の回動角度が所定の角度に達する
と圧力調整バルブ５６に制御信号を出力し、圧力の上昇
を停止させる。ノズルベーン２１は圧力室３４の圧力
と、バネ４０の付勢力とがつりあった位置で回動を停止
する。導入回路５２から圧力室３４に圧油が流入する場
合、絞り部５７はダンパーとして作用し、例えばバネの
ハンチングを防止してノズルベーン２１の作動を安定さ
せる。

【００３８】本発明の可変ターボ過給機は上記のような
構成としたため、従来のもののように連結アームを用い
て直線運動を回転運動に変換させる必要は無く、構造簡
単である。そのため各部のガタが少なく、かつ回動アク
チュエータを油圧作動式にしたため微小な調整が可能で
あり、可変ターボ過給機の機能の向上が図れると共に、
装置全体を小型軽量化することができる。また、ノズル
ベーンの回動角度を直接検出すると共に、圧油導入回路
に絞り部を設けたため、精度の良いノズルベーン回動角
度制御が可能である。

【００３９】図７は第２実施形態のベーン３１ａの斜視
図である。図７において、ベーン３１ａの先端部にシー
ル溝６０を設け、シール６１を挿入してベーン３１ａの
先端部とケース３３との摺動面からの油漏れを防止する
ものである。シール６１の材質は、金属、ゴムあるいは
テフロン（登録商標）等の樹脂材であり、ゴム、テフロ
ン（登録商標）等の表面に潤滑性改善剤（例えばフレキ
シブルＤＬＣ等）をコーティングしても良い。

【００４０】図８は第３実施形態のベーン３１ｂの斜視
図である。ベーン３１ｂの先端部及び上下面にコ字形状
のシール溝６２を設け、コ字形状のシール６３を挿入し
て油漏れを一層少なくしようとするものである。シール
６３の材質は第２実施形態のものと同一である。

【００４１】なお、前述の実施形態の、回動アクチュエ
ータのベーンを付勢するバネは、ベーンを圧力室側に付
勢する圧縮コイルバネを用いているが、圧力室内に引っ
張りコイルバネを取付けても良い。あるいは、回動駆動
軸とケースとの間に渦巻バネを設けても良い。ノズルベ
ーン開度調整手段の実施形態においては、圧力調整バル
ブを用いているが、ＯＮ−ＯＦＦバルブを用いても良
い。また、ノズルベーンの回動角度の検出に角度検出器
を用いているが、導入回路の油圧を検出するようにして
も良い。さらに、ケースの導入口に設けた絞り部は無く
ても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の可変ターボ過給機の側面断面図であ
る。

【図２】本発明の可変ターボ過給機の、回動駆動軸部分
の詳細図である。

【図３】本発明の可変ターボ過給機の、ノズルベーン連
結装置の平面図である。

【図４】本発明の回動アクチュエータの側面断面図であ
る。

【図５】本発明の回動アクチュエータの平面断面図であ
る。

【図６】本発明のノズルベーン開度調整手段の系統図で
ある。

【図７】本発明の第２実施形態の、ベーンの斜視図であ
る。

【図８】本発明の第３実施形態の、ベーンの斜視図であ
る。

【図９】従来の可変ターボ過給機の、ノズルベーン調整
アクチュエータの構成図である。

【符号の説明】

１…可変ターボ過給機、２…ベアリングハウジング、１
０…排気タービン、１４…排気側インナープレート、１
８…連結装置室、２０…ノズルベーン連結装置、２１…
ノズルベーン、２２…回動駆動軸、３０…回動アクチュ
エータ、３１，３１ａ，３１ｂ…ベーン、３３…ケー
ス、３４…圧力室、３５…ドレーン室、３６…導入口、
３７…ドレーン口、４０…バネ、４１…球面部材、４
２，４３…球面凹部、６１，６３…シール。

フロントページの続きＦターム(参考） 3G005 EA04 EA15 EA16 FA42 GA04 GB24 GB36 GB62 GC01 GC03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可変ターボ過給機において、排気タービ
ンロータ(16)の外周部に、回動可能に設けられたノズル
ベーン(21)と、前記ノズルベーン(21)に一端部を固設さ
れた回動駆動軸(22)と、前記回動駆動軸(22)の他端部に
設けられ、前記回動駆動軸(22)を流体圧により、所定の
角度、回動させる回動アクチュエータ(30)とを備えたこ
とを特徴とする可変ターボ過給機。
【請求項２】請求項１記載の可変ターボ過給機におい
て、前記回動アクチュエータ(30)は、前記回動駆動軸(2
2)の他端部に固設されたベーン(31,31a,31b)と、前記ベ
ーン(31,31a,31b)を、前記回動駆動軸(22)を中心とし
て、所定の角度、回動自在に収容するケース(33)とを有
することを特徴とする可変ターボ過給機。
【請求項３】請求項２記載の可変ターボ過給機におい
て、前記回動アクチュエータ(30)は、前記ベーン(31,31
a,31b)の回動位置を、前記ベーン(31,31a,31b)に加えら
れる流体圧と、前記ベーン(31,31a,31b)を前記回動駆動
軸(22)回りに付勢するバネ(40)とにより調整する構成と
したことを特徴とする可変ターボ過給機。
【請求項４】請求項２又は３記載の可変ターボ過給機
において、前記回動アクチュエータ(30)は、前記ベーン
(31,31a,31b)とケース(33)との間の一側に設けられ、他
側に向けて前記ベーン(31,31a,31b)を付勢するバネ(40)
と、前記バネ(40)の両端部を、前記ベーン(31,31a,31b)
とケース(33)とにそれぞれ回動自在に支持する一対の球
面部材(41,41)とを有することを特徴とする可変ターボ
過給機。
【請求項５】請求項３又は４記載の可変ターボ過給機
において、前記可変ターボ過給機(1)は、前記ケース(3
3)に設けられ、流体圧を導入する導入口(36)近傍に絞り
部(57)を設けたことを特徴とする可変ターボ過給機。
【請求項６】請求項３又は４又は５記載の可変ターボ
過給機において、前記可変ターボ過給機(1)は、前記ケ
ース(33)に流体圧を導入する導入回路(52)にドレーン回
路(55)を分岐して設け、前記ドレーン回路(55)に圧力調
整バルブ(56)を介装し、前記圧力調整バルブ(56)で流体
圧を調整することによりノズルベーン(21)の開度を調整
する、ノズルベーン開度調整手段(50)を有することを特
徴とする可変ターボ過給機。