JP2007064126A - 可変ターボ過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】 連結リングの回動用支持部が簡易でコンパクトな構造でも、ノズルベーンを外部操作によって確実に回動させることができる可変ターボ過給機を提供すること。
【解決手段】可変ターボ過給機を、排気タービンホイール外側のノズル部に互いに対向して設けられた導入壁と、排気ガス導入壁間に回動可能に軸支され、かつ排気タービンホイールの周方向に沿って所定間隔をあけて配置された複数のノズルベーン３１と、各ノズルベーン３１の回動軸３２に結合されたレバー２０と、レバー２０に連結されて当該レバー２０同士を連動させる連結リング１８とを備えて構成し、複数のノズルベーン３１の回動軸３２のうち、連結リング１８の回動中心に対して略点対称の位置に設けられた２本の回動軸３２に、外部から駆動される回動駆動軸３３を接続した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、排気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。

従来、排気タービンのノズル部に可動式のノズルベーンを設け、このノズルベーンを回動させることによりノズル開度（ノズル部の開口面積）を調整できるようにした可変ターボ過給機が知られている。この可変ターボ過給機によれば、排気量が少ないエンジンの低速回転域では、ノズルベーンを回動させてノズル開度を小さくすればよく、こうすることで排気タービンに流入する排気ガスの流速が増加するため、排気タービンホイールの回転エネルギが大きくなり、よって給気コンプレッサの過給能力を上げることができる。

ノズルベーンを回動させる具体的な構造としては、複数のノズルベーンの１つに外部から回動駆動可能な回動駆動軸が連結されており、この回動駆動軸の途中には駆動レバーが取り付けられている。駆動レバーは連結リングを介して他のノズルベーンに設けられた従動レバーを回動させる。従って、１つのノズルベーンを回動駆動軸で回動させることにより、結果として全てのノズルベーンを回動させることが可能である（例えば特許文献１）。

特開２００３−１７２１４５号公報

しかしながら、従来の構造では、回動駆動軸が１つのノズルベーンに連結されているだけであり、この回動駆動軸に設けられた駆動レバーにより連結リングを周方向の１箇所で回動させるため、連結リングがその回動中心からずれようとする方向に力を受けることになる。従って、連結リングの回動用支持部を十分な負荷能力を持たせた構造にしないと、連結リングの支持部分に無理な力がかかって連結リングがスムースに回動せず、ひいてはノズルベーンを確実に回動させることができない可能性がある。

本発明の目的は、連結リングの回動用支持部が簡易でコンパクトな構造でも、ノズルベーンを外部操作によって確実に回動させることができる可変ターボ過給機を提供することにある。

本発明の請求項１に係る可変ターボ過給機は、排気タービンホイール外側のノズル部に互いに対向して設けられた導入壁と、前記排気ガス導入壁間に回動可能に軸支され、かつ前記排気タービンホイールの周方向に沿って所定間隔をあけて配置された複数のノズルベーンと、前記各ノズルベーンの回動軸の前記排気ガス導入壁から突出した部分に結合されたレバーと、前記レバーに連結されて当該レバー同士を連動させる連結リングとを備え、前記ノズル部円周上の互いに径方向に略対向する位置には、前記ノズルベーンの回動軸が回動可能に設けられたアームを外部から駆動する被駆動部が設けられているか、または、前記連結リング円周上の互いに径方向に略対向する位置には、当該連結リングを外部から駆動する被駆動部が設けられていることを特徴とする。

本発明の請求項２に係る可変ターボ過給機は、請求項１に記載の可変ターボ過給機において、前記被駆動部は、前記連結リングの回動中心に対して略点対称の位置に設けられていることを特徴とする。

本発明の請求項３に係る可変ターボ過給機は、請求項１または請求項２に記載の可変ターボ過給機において、前記各被駆動部を駆動する一対の駆動手段を備え、これらの駆動手段には進退可能なロッドが設けられ、前記各ロッドは、互いに平行でかつ互いの進退方向が異なるように配置されていることを特徴とする。
ここで、ロッドの前進とは、ロッドを押し出すことをいい、ロッドの後退とは、ロッドを引き込むことをいう。次の請求項４の発明でも同様である。

本発明の請求項４に係る可変ターボ過給機は、請求項１または請求項２に記載の可変ターボ過給機において、前記各被駆動部を駆動する一対の駆動手段を備え、これらの駆動手段には進退可能なロッドが設けられ、前記各ロッドは、互いに平行でかつ互いの進退方向が同じになるように配置されていることを特徴とする。

本発明の請求項５に係る可変ターボ過給機は、請求項３または請求項４に記載の可変ターボ過給機において、前記駆動手段は油圧アクチュエータであることを特徴とする。

以上において、請求項１の発明によれば、連結リングは、径方向に略対向した位置に設けられた被駆動部を介して外部駆動されるため、連結リングに偶力を作用させることができ、連結リンクを支持する部分に無理な力をかけずにスムースに回動させることができ、他の従動側のレバー、ひいては全ノズルベーンを確実に回動させることができる。

請求項２の発明によれば、被駆動部を連結リングの回動中心に対して略点対称の位置に設けたので、連結リングには偶力をより有効に作用させることができる。

請求項３の発明によれば、各駆動手段のロッドを同時に前進（ロッド押出）させたり、後退（ロッド引込）させたりすることで、連結リングに偶力を確実に作用させることができる。また、各駆動手段でのロッドの進退方向は異なるが、共に同じ動作を行わせることで連結リングを回動可能であるから、動作制御や動作回路を簡易にできる。

請求項４の発明によれば、一方の駆動手段でのロッドの前進時（ロッド押出）に、他方の駆動手段ではロッドを後退（ロッド引込）させたり、また、一方の駆動手段でのロッドの後退時に、他方の駆動手段ではロッドを前進させたりすることで、連結リングに偶力を確実に作用させることができる。

請求項５の発明では、駆動手段として油圧アクチュエータを採用するので、駆動手段をコンパクトで、しかも、大きな駆動力を生じさせるものにできる。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本実施形態に係る可変ターボ過給機１の全体を示す断面図が示されている。 この図において、可変ターボ過給機１は、排気タービン１１と、給気コンプレッサ４１とを備えて構成される。

排気タービン１１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６２と、排気側ハウジング６２に収容された排気タービンホイール１２とを備えている。

排気側ハウジング６２は、流入先端側に向かって流路断面が小さくなる外周側の排気流入部１４と、中央に形成された略円筒状の排気流出部１５とを一体的に備えている。排気側ハウジング６２の内部には、排気流出部１５とは反対側の開口を塞ぐように排気側インナープレート６５が設けられている。この排気側インナープレート６５および排気側ハウジング６２の間の隙間であって、排気タービンホイール１２の外周に沿って設けられた隙間は、流入した排気を排気流入部１４から排気タービンホイール１２に送るノズル部１３となっている。

ノズル部１３は、排気側ハウジング６２および排気側インナープレート６５の互いに対向した部分に設けられた一対の排気ガス導入壁１６（１６Ａ，１６Ｂ）間の前述した隙間で形成される。一対の排気ガス導入壁１６間の隙間には、複数のノズルベーン３１が排気タービンホイール１２の外周に沿って等間隔で設置されている。ノズルベーン３１は、排気ガス導入壁１６Ａ，１６Ｂに支持された回動軸３２を備え、この回動軸３２を中心に回動可能に設けられている。ノズルベーン３１を回動させるための構造については後述する。

排気タービンホイール１２は、排気側インナープレート６５を貫通したシャフト５１を一体的に備えており、排気側ハウジング６２の内部に回転可能に配置されている。排気タービンホイール１２のシャフト５１は、ベアリング５２を介してベアリングハウジング６４で支持されている。

給気コンプレッサ４１は、図示しないエンジンの給気流路側に設けられ、外気（吸気）の流出入を案内する給気側ハウジング６３と、給気側ハウジング６３に収容されたインペラ４２とを備えている。

給気側ハウジング６３は、中央に形成された略円筒状の吸気流入部４３と、その外周側に形成され、かつ流出先端側に向かって流路断面が大きくなる給気流出部４４とを一体的に備えている。給気側ハウジング６３は、吸気流入部４３とは反対側の開口が給気側ハウジング蓋６６で塞がれている。この給気側ハウジング蓋６６は、外周を覆うＶ字クランプなどによって給気側ハウジング６３に固定され、また、ベアリングハウジング６４に図示しないボルトで固定されている。

インペラ４２は、吸気流入部４３に向かって突出した排気タービンホイール１２のシャフト５１に、ナット４２Ａを用いて固定され、排気タービンホイール１２と共に回転する。

このような構成の可変ターボ過給機１においては、エンジンから排出された排気ガスは、排気流路に接続された排気流入部１４を通って排気タービン１１に流入する。その後、排気ガスは、排気流入部１４で分配され、ノズル部１３を通って排気タービンホイール１２側に流入し、翼面の圧力差により排気タービンホイール１２を回転させ、排気流出部１５を通って排気流路に排出される。

そして、排気タービンホイール１２の回転により、シャフト５１を介してインペラ４２が回転すると、インペラ４２は、吸気流入部４３から吸入される吸気を回転によって圧縮し、圧縮給気を給気流出部４４から排出する。排出された圧縮給気は給気流路を通ってエンジンに供給される。

以下には、ノズルベーン３１を回動させるための構造について説明する。
図２には、排気側インナープレート６５が示されている。排気側インナープレート６５の周方向に沿ってノズルベーン３１が配置され、各ノズルベーン３１の回動軸３２で囲まれた領域の内側には、円環状の連結リング１８が設けられている。この連結リング１８の内周側または外周側（本実施形態では内周側）は、例えば排気側インナープレート６５に突設された複数の支持部６７で支持されており、連結リング１８がシャフト５１（図１）と同心円上で回動するようになっている。

連結リング１８の外周には半長孔状の係合孔１９が形成されており、この係合孔１９には、正面略瓢箪状のレバー２０の一端が回動可能に、かつ摺動可能に係合されている。各レバー２０の他端は各回動軸３２に固定されている。ここで、各回動軸３２のうちの２本は、ベアリングハウジング６４を貫通した回動駆動軸（被駆動部）３３に対してレバー２０を介して連結されている。つまり、これらの回動駆動軸３３が接合されたレバー２０は駆動用であり、他のレバー２０は従動用である。

従って、駆動用のレバー２０が回動駆動軸３３と共に回動すると、連結リング１８が回動して従動用のレバー２０および回動軸３２も回動し、各回動軸３２と一体に設けられた全ノズルベーン３１が同時に回動する。これにより、ノズル開度が調節される。

ところで、本実施形態での一対の回動駆動軸３３は、連結リング１８の回動中心に対して径方向に対向した位置にあるレバー２０、すなわち点対称の位置にあるレバー２０に連結されており、アーム３４を介して連結された油圧アクチュエータ（駆動手段）７０で駆動させるようになっている。

各油圧アクチュエータ７０は同一仕様のものであり、図２に模式的に示すように、シリンダ７１と、シリンダ７１内で往復動するピストン７２とを備え、ピストン７２に設けられた進退可能なロッド７３でアーム３４を動かし、回動駆動軸３３を駆動する。このため、シリンダ７１内には、ピストン７２の両側に区画される油圧室７４，７５が形成され、各油圧室７４，７５と連通した図示しない圧油ポート、油圧流路、圧油給排用の切換バルブ等を通して、油圧室７４，７５に対する圧油の供給および排出が行われるようになっている。

また、各油圧アクチュエータ７０は、各ロッド７３が平行で、かつ各ロッド７３の進退方向が異なるように、連結リング１８の回動中心に対して点対称の位置に配置されている。このような配置によれば、両方の油圧アクチュエータ７０のロッド７３の押出（前進）により、従動用の各レバー２０および各ノズルベーン３１は共に図２中で時計回りに回動し、連結リング１８は反時計回りに回動する。そして、この連結リング１８の回動に伴って、他の従動用のレバー２０およびノズルベーン３１が時計回りに回動する。反対に、両方の油圧アクチュエータ７０での引込（後退）により、連結リング１８は時計回りに回動し、レバー２０およびノズルベーン３１は反時計回りに回動する。

つまり、各油圧アクチュエータ７０では、各ロッド７３の進退方向は異なるが、各ロッド７３に同じ動作（押出または引込）をさせることにより、連結リング１８に偶力のみを作用させることができ、連結リング１８をスムースに回動させてノズルベーン３１の開度を確実に調節できるようになっている。

〔第２実施形態〕
図３、図４には、本発明の第２実施形態として、連結リング１８およびレバー２０の変形例が示されている。
本実施形態の連結リング１８は、例えばプレートとされ、レバー２０を外側から覆うように配置されている。連結リング１８において、図４に示すレバー２０の上面と対向する面には、平面四角形の駒部材６８が軸部材６９によって回動自在に軸支されている。一方、レバー２０は、前記駒部材６８が遊嵌されるコ字形状の遊嵌部２１を備えている。また、本実施形態では、連結リング１８の外周側が複数の支持部６７で支持されている。そして、連結リング１８の回動中心に対して点対称の位置にある一対のレバー２０が油圧アクチュエータ７０で駆動される等、他の構成は前述した第１実施形態と略同様である。

このような本実施形態でも、油圧アクチュエータ７０で一対のレバー２０を回動させると、駒部材６８の回動を伴いながら連結リング１８が回動し、全てのレバー２０が回動する。この際にはやはり、連結リング１８には偶力が作用するために、連結リング１８をスムースに回動させてノズルベーン３１の開度を調節することが可能である。

なお、連結リング１８の断面形状はプレート状に限定されず、例えば肉部分の断面形状がＬ字形状であってもよい。

〔第３実施形態〕
図５には、本発明の第３実施形態として、一油圧アクチュエータ７０の配置方向を第１実施形態とは異ならせた例が示されている。他の構成は第１実施形態と同じである。
本実施形態では、各油圧アクチュエータ７０でのロッド７３の進退方向が同じであるため、一方の油圧アクチュエータ７０Ａでの押出時には、他方の油圧アクチュエータ７０Ｂでは引込が行われる。反対に、一方の油圧アクチュエータ７０Ａでの引込時には、他方の油圧アクチュエータ７０Ｂでは押出が行われる。

つまり、各油圧アクチュエータ７０Ａ，７０Ｂにおいて、異なる動作を同時に行わせることにより、連結リング１８ひいてはレバー２０を所定の方向に回動させることが可能である。従って、このような実施形態でも、連結リング１８に偶力のみが作用することになり、本発明の目的を達成できる。

なお、本発明を実施するための最良の構成などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

例えば、前記各実施形態では、油圧アクチュエータ７０にて回動軸３２に延設された回動駆動軸３３を駆動する構造を採用したが、図６に示すように、ノズルベーン３１よりも外周側に配置された連結リング１８の周方向に沿った位置に、２つの軸状の被駆動部３５を径方向に対向させて設け、この被駆動部３５に一端が係合され、かつ図示しない駆動手段のロッド７３先端に他端が係合されたアーム３４を回動自在に設け、その駆動手段のロッド７３を進退させることでアーム３４を介して連結リング１８を回動させ、この連結リング１８の回動により全てのレバー２０を回動させ、ひいては全ノズルベーン３１を回動させる構造であってもよい。この際、アーム３４はその中央が排気側インナープレート６５に対して軸支部３６にて軸支されており、アームの両端にはそれぞれ、連結リング１８の前記被駆動部３５が回動自在に挿通される長孔３４Ａ、およびロッド７３の軸支部３７が回動自在に挿通される長孔３４Ｂが設けられている。

本発明は、建設機械、輸送用トラック、ダンプトラック、乗用車等に搭載されるエンジンの可変ターボ過給機として利用できる。

本発明の第１実施形態に係る可変ターボ過給機の全体を示す断面図。 第１実施形態の要部を示す正面図。 本発明の第２実施形態に係る可変ターボ過給機の要部を示す正面図。 図３のIV−IV線断面図。 本発明の第３実施形態に係る可変ターボ過給機の要部を示す正面図。 本発明の変形例を示す図。

符号の説明

１…可変ターボ過給機、１２…排気タービンホイール、１３…ノズル部、１６，１６Ａ，１６Ｂ…排気ガス導入壁、２０…レバー、３１…ノズルベーン、３２…回動軸、３３…被駆動部である回動駆動軸、３４…アーム、３５…被駆動軸、７０…駆動手段である油圧アクチュエータ、７４…ロッド。

Claims (5)

1. 可変ターボ過給機において、
   排気タービンホイール外側のノズル部に互いに対向して設けられた導入壁と、
   前記排気ガス導入壁間に回動可能に軸支され、かつ前記排気タービンホイールの周方向に沿って所定間隔をあけて配置された複数のノズルベーンと、
   前記各ノズルベーンの回動軸の前記排気ガス導入壁から突出した部分に結合されたレバーと、
   前記レバーに連結されて当該レバー同士を連動させる連結リングとを備え、
   前記ノズル部円周上の互いに径方向に略対向する位置には、前記ノズルベーンの回動軸が回動可能に設けられたアームを外部から駆動する被駆動部が設けられているか、
   または、前記連結リング円周上の互いに径方向に略対向する位置には、当該連結リングを外部から駆動する被駆動部が設けられている
   ことを特徴とする可変ターボ過給機。
2. 請求項１に記載の可変ターボ過給機において、
   前記被駆動部は、前記連結リングの回動中心に対して略点対称の位置に設けられている、
   ことを特徴とする可変ターボ過給機。
3. 請求項１または請求項２に記載の可変ターボ過給機において、
   前記各被駆動部を駆動する一対の駆動手段を備え、
   これらの駆動手段には進退可能なロッドが設けられ、
   前記各ロッドは、互いに平行でかつ互いの進退方向が異なるように配置されている
   ことを特徴とする可変ターボ過給機。
4. 請求項１または請求項２に記載の可変ターボ過給機において、
   前記各被駆動部を駆動する一対の駆動手段を備え、
   これらの駆動手段には進退可能なロッドが設けられ、
   前記各ロッドは、互いに平行でかつ互いの進退方向が同じになるように配置されている
   ことを特徴とする可変ターボ過給機。
5. 請求項３または請求項４に記載の可変ターボ過給機において、
   前記駆動手段は油圧アクチュエータである
   ことを特徴とする可変ターボ過給機。

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