JP2006207534A

JP2006207534A - 可変ノズルベーン付き過給機

Info

Publication number: JP2006207534A
Application number: JP2005023119A
Authority: JP
Inventors: Takuya Ono; 卓也小野
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】簡単な構造で可変ノズルベーンを排気脈動の圧力に抗して付勢してレバープレートやピンのフレッチング摩耗を低減することができる可変ノズルベーン付き過給機を提供する。
【解決手段】タービン９の外周に配設された複数の可変ノズルベーン１９と、複数の可変ノズルベーンと同心円上で且つ隣接された位置に装着されたリンクプレート２１と、リンクプレートに突設されたピン２２と、可変ノズルベーンの回転軸に固定され、ピンに係合しリンクプレートを回動させることにより複数の可変ノズルベーンの角度を変化させるレバープレート２０とをタービンハウジング４内に納めた可変ノズルベーン付き過給機１のタービンハウジング４とリンクプレート２１との間に、リンクプレート２１をレバープレート２０に付勢する弾性部材３１を設けた構成としたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、過給機のタービン外周に配置された複数の可変ノズルベーンの角度を変更してタービンに流入する排気ガスの流速を調節可能な可変ノズルベーン付き過給機に関する。

エンジンの排気エネルギを利用して過給を行う過給機として、排気タービンの周囲に配設された複数の可変ノズルベーンの角度を可変とした可変ノズルベーン付き過給機がある。この可変ノズルベーン付き過給機は、ノズルベーンの角度を調節することにより、排気タービンに流入する排気ガスの流速を調節して排気タービンの回転数を調節し、該排気タービンの回転軸に固定されて駆動されるコンプレッサの回転数を調節してエンジンの負荷状態に応じて最適な過給を行うようにしている。

ところで、可変ノズルベーン付き過給機と排気ブレーキとを備えた車両においては排気ブレーキを作動させると、排気管内に大きな排気脈動が発生し、この脈動の力（圧力変動）でノズルベーンが振動する。この振動がノズルベーンを制御しているレバープレートやリンクプレートに突設されて前記レバープレートと係合するピンに伝わり、各部をフレッチング摩耗させてしまう。この結果、ノズルベーンの精密な開度制御ができなくなり、黒鉛悪化や排気ガス温度の上昇等の不具合が発生してエンジントラブルとなる。

そこで、リンクプレートに突設されたピンとレバープレートとの間に弾性部材を介在させて前記ピンをレバープレートに付勢する構成とし、ピンとレバープレートとが摩耗してこれらの間の隙間が増大しても、この隙間の増分を弾性部材で吸収することで摩耗に対する耐久性能を向上させると共にノズルベーンの作動遅れを防止して安定して過給性能を発揮できるようにした可変ノズルベーン付き過給機が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−２７１２４号公報

しかしながら、リンクプレートに突設されたピンとレバープレートとの間に弾性部材を介在させて前記ピンをレバープレートに付勢する構成は、レバープレートの形状が大きくなり、これに伴いタービン自体も大型化してしまいエンジンへの搭載性が悪化する。また、弾性部材を保持するための構造が必要であり、レバープレートの構造が複雑となると共に組み立て工数が増大し、コストが高くなる等の問題がある。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、簡単な構造で可変ノズルベーンを排気脈動の圧力に抗して付勢してレバープレートやピンのフレッチング摩耗を低減することができる可変ノズルベーン付き過給機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の可変ノズルベーン付き過給機は、タービンの外周に配設された複数の可変ノズルベーンと、前記複数の可変ノズルベーンと同心円上で且つ隣接された位置に装着されたリンクプレートと、前記リンクプレートに前記可変ノズルベーンと対応して突設されたピンと、前記各可変ノズルベーンの回転軸に固定され、前記ピンに係合し前記リンクプレートを回動させることにより前記複数の可変ノズルベーンの角度を変化させるレバープレートとをタービンハウジング内に納めた可変ノズルベーン付き過給機において、前記タービンハウジングと前記リンクプレートとの間に、前記リンクプレートを前記レバープレートに付勢する弾性部材を設けたことを特徴としている。

可変ノズルベーン付き過給機の作動時に排気ブレーキを作動させると、排気管路内の圧力が上昇し、排気脈動の影響を受けて可変ノズルベーンに作用する圧力が変動する。可変ノズルベーンを駆動するリンクプレートは、弾性部材によりレバープレートに押し付けられており、前記排気脈動の圧力によるフレッチングが抑制される。これにより、可変ノズルベーン付き過給機の内部部品の摩耗が低減される。

請求項２の可変ノズルベーン付き過給機は、請求項１において、前記弾性部材がリング状の板ばねで構成されていることを特徴としている。
板ばねは、リンクプレートの全周に亘り均一に付勢力が作用して片当たりすることなく、リンクプレートをレバープレートに押し付け、フレッチング摩耗を低減する。
請求項３の可変ノズルベーン付き過給機は、請求項２において、前記板ばねは、皿バネであることを特徴としている。

皿バネは、リンクプレートの全周に亘り均一に付勢力が作用して片当たりすることなく、簡単な構造でリンクプレートをレバープレートに押し付けることができる。

請求項１の可変ノズルベーン付き過給機によれば、タービンハウジングとリンクプレートとの間に前記リンクプレートをレバープレートに付勢する弾性部材を設けたので、排気ブレーキの作動などによって起きる排気脈動によって可変ノズルベーンに固定されているレバープレートのフレッチングを抑制でき、リンクプレートのピンの摩耗を防止することができると共にノズルベーンの開度の変動も抑えることができる。また、構造が簡単であり、現行品に簡単に採用することが可能であり、コストも安価である。

請求項２の可変ノズルベーン付き過給機によれば、リンクプレートの全周に亘り均一に付勢力が作用して片当たりすることがないので、ピンの摩耗をより効果的に低減することができる。
請求項３の可変ノズルベーン付き過給機によれば、極めて簡単な構成でフレッチング摩耗を有効に低減することができる。

以下、本発明の実施形態を図面により詳細に説明する。
図１は、本発明に係る可変ノズルベーン付き過給機１の回転軸に沿う断面図を示し、可変ノズルベーン付き過給機１のハウジング２は、軸受ハウジング３、該軸受ハウジング３の左右両側に装着されたタービンハウジング４、コンプレッサハウジング５により構成されている。回転軸８は、軸受ハウジング３に回転自在に軸支され左右両端にタービン９、コンプレッサ１０が固定されている。

タービンハウジング４は、第１のタービンハウジング６と第２のタービンハウジング７から成り、第１のタービンハウジング６は、タービン９の外周部に渦巻き状をなし当該タービン９に高速の排気ガスを供給して回転させるためのスクロール１１が形成されている。第２のタービンハウジング７は、第１のタービンハウジング６の外側に装着されており、タービン９を回転させた後の排気ガスを排出するための排気ガス出口１２が形成されている。

コンプレッサハウジング５は、吸入空気入口１３と、タービン９により高速回転駆動されるコンプレッサ１０により吸入した空気を圧縮するディフューザ１４及び圧縮した空気を吐出する吸入空気出口（図示せず）が設けられている。
タービンハウジング４内にはタービン９の外周部に配置されてタービン９に供給する排気ガスの流速を調節するための可変ノズルベーン装置１５が装着されている。この可変ノズルベーン装置１５は、ノズルマウント１６、ノズルプレート１７、ノズルサポート１８、可変ノズルベーン１９、レバープレート２０、リンクプレート２１、ピン２２等により構成されている。

図１に示すようにノズルマウント１６は、第１のタービンハウジング６と第２のタービンハウジング７との間に介装されている。このノズルマウント１６は、厚肉及び幅広の円環状をなし、スクロール１１からタービン９に至る排気ガスの通路、及びタービン９から排気ガス出口１２までの排気ガス通路の一部を形成している。このノズルマウント１６は、第１及び第２のタービンハウジング６及び７にインロウ結合により装着固定されている。

ノズルマウント１６と第２のタービンハウジング７とのインロウ結合部は、図２に示すようにノズルマウント１６の開口端１６ａがタービンハウジング７の開口端７ａに嵌合され、且つ開口端７ａの外周のフランジ部７ｂの端面とリンクプレート２１の対向する端面との間に隙間δが設けられている。
図１、図３及び図４に示すようにノズルプレート１７は、環状をなし、複数のノズルサポート１８によりノズルマウント１６に所定の間隔を存して離隔対向して固定されている。可変ノズルベーン１９は、図５に示すように円弧状をなすノズルベーン１９ａと該ノズルベーン１９ａと一体に設けられたノズル軸１９ｂから成り、図２に示すようにノズルベーン１９ａがノズルマウント１６とノズルプレート１７との間に介装され、ノズル軸１９ｂの一端がノズルマウント１６の軸孔を貫通して回転可能に軸支され、他端がノズルプレート１７の軸孔に回転自在に軸支されている。この可変ノズルベーン１９は、図４に示すようにノズルベーン１９ａがタービン９の外周に周方向に沿って隙間なく複数配設されており、スクロール１１からタービン９に至る排気ガスの通路を開閉する。

ノズル軸１９ｂの一端は、ノズルマウント１６の軸孔から外側に突出して図５に示すように略Ｕ字状をなすレバープレート２０の基端の孔２０ａに嵌合固定されている。リンクプレート２１は、レバープレート２０の外側に配置され、且つノズルマウント１６の外周部に回動可能に装着され、図３に示すように各レバープレート２０の溝２０ｂに係合するピン２２が周方向に沿って設けられている。リンクプレート２１の外周には係合用の切欠２１ａが設けられており、図１に示すようにタービンハウジング４に軸支された駆動軸２５に係合され、不図示の駆動機構により回動可能とされている。

そして、リンクプレート２１を回動させることで、ピン２２、レバープレート２０を介してノズルベーン１９ａが回動して角度が変化し、隣り合うノズルベーン１９ａ間の隙間（開口面積）が調節される。このようにして可変ノズルベーン装置１５が構成されている。
図２に戻り、可変ノズルベーン装置１５のリンクプレート２１と第２タービンハウジング７の開口端７ａとの間の隙間δに弾性部材としての板ばね３１が介挿されている。板ばね３１は、例えば、図６に示すような皿バネ（以下「皿バネ３１」という）で、図２に示すように小径部３１ａがノズルマウント１６の開口端１６ａに僅かなクリアランスを存して外嵌されて第２タービンハウジング７の開口端７ａのフランジ部７ｂに係止され、大径部３１ｂの周縁部がリンクプレート２１の孔２１ｂの周縁部に圧接している。これにより、リンクプレート２１が皿バネ３１のばね力によりレバープレート２０に圧接されてレバープレート２０の溝２０ｂ、ピン２２、及びリンクプレート２１が密着係合される。

以下に動作を説明する。
図１に示すようにタービンハウジング４のスクロール１１内に導入された排気ガスは、可変ノズルベーン装置１５の隣り合うノズルベーン１９ａの間の隙間（排気ガス通路）を通してタービン９を回転駆動して排気ガス出口１２から排出される。可変ノズルベーン装置１５は、リンクプレート２１を回動させて隣り合うノズルベーン１９ａの角度を変化させてこれらノズルベーン１９ａ間の隙間の開口面積を調節することで、タービン９に供給する排気ガスの流速を調節してタービ９ンの回転数を調節し、コンプレッサ１０の回転数を調節してエンジンの負荷状態に応じて最適な過給を行う。

さて、可変ノズルベーン付き過給機１の作動時に排気ブレーキを作動させると、排気管路内の圧力が上昇し、排気脈動の影響を受けてタービンハウジング４のスクロール１１内を流れる排気ガスの圧力が変動し、これに伴いノズルベーン１９ａに作用する圧力が変動する。
可変ノズルベーン装置１５のリンクプレート２１は、皿バネ３１によりレバープレート２０に押し付けられており、排気脈動の圧力によるフレッチングが抑制され、ノズルベーン１９ａとノズルマウント１６、ノズルプレート１７との摺動面、レバープレート２０の溝２０ｂとピン２２との摺動面、レバープレート２０とリンクプレート２１との摺動面等の摩耗が低減される。また、皿バネ３１は、リンクプレート２１の全周に亘り均一に付勢力が作用して片当たりすることがないので、ピン２２の摩耗をより効果的に低減することができる。これにより、可変ノズルベーン装置１５の耐久性の向上が図られると共にノズルベーン１９ａの開度を正確に制御することが可能となる。

図７は、弾性部材の第２の実施形態を示し、弾性部材３２は、ばね部材によりリング状に形成され、且つ周方向に沿って波形をなして形成されたウエイブワッシャとしたものである。このウエイブワッシャ３２は、軸方向に対してばね性（弾性）を有し、且つ薄型が可能である。従って、このウエイブワッシャ３２を前記皿バネ３１に代えて使用しても良い。

図８は、弾性部材の第３の実施形態を示し、弾性部材３３は、図７に示すウエイブワッシャ３２の波形に代えて台形状に変位するウエイブワッシャ３３としたものである。このウエイブワッシャ３３は、ウエイブワッシャ３２と同様に軸方向に対してばね性（弾性）を有し、且つ薄型が可能である。このウエイブワッシャ３３を前記皿バネ３１に代えて使用しても良い。

図９は、弾性部材の第４の実施形態を示し、弾性部材としてコイルスプリング３４を使用し、コイルスプリング３４の一端を第２ターボハウジング７のフランジ部７ｂに外嵌して当該フランジ部７ｂの外側に設けた段差状の係止部７ｃに係止し、他端をリンクプレート２１に圧接させて当該リンクプレート２１をレバープレート２０に押し付けるようにしたものである。

本発明に係る可変ノズルベーン付き過給機の回転軸方向に沿う断面図である。図１に示す可変ノズルベーン付き過給機の一部拡大図である。図１に示す可変ノズルベーン装置の一部切欠正面図である。図３に示す可変ノズルベーン装置の一部切欠背面図である。図３に示す可変ノズルベーンとレバープレートとの組立斜視図である。図１に示す弾性部材の断面図である。図１に示す弾性部材の第２の実施形態を示す斜視図である。図１に示す弾性部材の第３の実施形態を示す一部斜視図である。図１に示す弾性部材の第４の実施形態を示す説明図である。

符号の説明

１可変ノズルベーン付き過給機
２ハウジング
３軸受ハウジング
４タービンハウジング
５コンプレッサハウジング
８回転軸
９タービン
１０コンプレッサ
１１スクロール
１２排気ガス出口
１５可変ノズルベーン装置
１６ノズルマウント
１７ノズルプレート
１９可変ノズル
２０レバープレート
２１リンクプレート
３１皿バネ（弾性部材）
３２ウエイブワッシャ（弾性部材）
３３ウエイブワッシャ（弾性部材）
３４コイルスプリング（弾性部材）

Claims

タービンの外周に配設された複数の可変ノズルベーンと、
前記複数の可変ノズルベーンと同心円上で且つ隣接された位置に装着されたリンクプレートと、
前記リンクプレートに前記可変ノズルベーンと対応して突設されたピンと、
前記各可変ノズルベーンの回転軸に固定され、前記ピンに係合し前記リンクプレートを回動させることにより前記複数の可変ノズルベーンの角度を変化させるレバープレートとをタービンハウジング内に納めた可変ノズルベーン付き過給機において、
前記タービンハウジングと前記リンクプレートとの間に、前記リンクプレートを前記レバープレートに付勢する弾性部材を設けた
ことを特徴とする可変ノズルベーン付き過給機。
前記弾性部材がリング状の板ばねで構成されていることを特徴とする請求項１記載の可変ノズルベーン付き過給機。
前記板ばねは、皿バネであることを特徴とする請求項２記載の可変ノズルベーン付き過給機。