JP2008121470A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】作動性能を維持しつつ、排気ガスの温度低下の抑制と、耐久性の確保とを満たすことのできるターボチャージャを提供すること。
【解決手段】シェル室２０を区画するシェル体２１をプレス成型板により形成する。これにより、熱容量を小さくすることができるので、排気ガスの温度が低下し過ぎることを抑制できる。また、シェル体２１の両端部側に、ベース部接続部３０により一体に形成された第１ベース部２５と第２ベース部２６とを接続する。これにより、シェル体２１の変形を抑制でき、シェル体２１の耐久性を確保することができる。また、ベース部接続部３０は、バックプレート取付部５６の上流側に位置させる。これにより、ベース部接続部３０が新たに排気ガスの流れを阻害することを抑制でき、過給の性能が低下することを抑制できる。これらの結果、作動性能を維持しつつ、排気ガスの温度低下の抑制と、耐久性の確保とを満たすことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ターボチャージャに関するものである。特に、この発明は、ノズルベーンを有するターボチャージャに関するものである。

従来の内燃機関では、運転性能の向上を図るために、過給器であるターボチャージャを備えているものがある。このように内燃機関に備えられるターボチャージャには、内燃機関運転時の排気ガスの圧力を利用して作動するタービンと、タービンの作動に伴って作動すると共にこの作動により空気を圧縮することができるコンプレッサとが設けられている。このため、ターボチャージャが設けられた内燃機関の運転時には、内燃機関の排気ガスがターボチャージャのタービンを作動させ、このタービンの作動によりコンプレッサが作動し、空気を圧縮して内燃機関に供給する。これにより、内燃機関の吸入空気量は増大し、燃焼させることのできる燃料も増加するので、運転性能を向上させることができる。

ターボチャージャは、このように内燃機関の運転時における排気ガスによって作動するが、内燃機関の運転時に内燃機関から排出される排気ガスの圧力は、内燃機関の運転状態によって変化する。また、ターボチャージャの作動状態は、排気ガスの圧力の状態により変化するため、タービンを作動させる排気ガスの圧力が低い場合には、ターボチャージャは作動し難くなり、内燃機関に供給する空気量が低減する虞があった。

そこで、従来のターボチャージャでは、排気ガスの圧力が低下した場合でも、効率よくタービンを作動させることができる構成にしているものがある。例えば、特許文献１に記載の可変ターボチャージャでは、ノズルベーンが取り付けられたノズルプレートとサイドプレートとを支持ボルトで連結することにより、タービンの上流側の位置に、ガス通路であるノズル部を形成する。また、ノズルプレートに取り付けられたノズルベーンは、ノズル部内に回動可能に配設する。これにより、ノズルベーンを回動させて向きを調整することにより、タービンを作動させる排気ガスの流れを調整することができ、排気ガスの圧力の変化に伴う、ターボチャージャから内燃機関に供給する空気量の低下を抑制することができる。

即ち、ターボチャージャには、このようにノズルベーン等を設けることにより、排気ガスの圧力の変化に伴う過給圧の低下を抑制することができるが、タービンを作動させる排気ガスは、高温高圧のガスとなっている。このため、従来のターボチャージャでは、タービンのハウジングであるタービンハウジングには、強度の高い材料が用いられている場合が多く、タービンハウジングには、例えば、厚肉の鉄系の鋳造品が用いられている。しかし、タービンハウジングを、このような厚肉の鉄系の鋳造品で形成した場合、質量が増加し、さらに、大きな熱容量を有するため、排気ガスの熱は、タービンハウジングに吸収され易くなる。

排気ガスの熱がタービンハウジングに吸収された場合、排気ガスの温度は低下するが、排気ガスの流れ方向におけるターボチャージャの下流側には、排気ガスを浄化する触媒装置が設けられている場合が多い。このように、ターボチャージャの下流側に触媒装置が設けられている場合、内燃機関から排出された排気ガスは、触媒装置により浄化した後に大気中に放出するが、触媒装置は、温度が所定の温度範囲内、即ち、活性化する温度範囲内にある場合に、排気ガスを効率よく浄化することができる。このため、内燃機関の運転時は、触媒装置の温度をこの範囲に維持するのが好ましいが、タービンハウジングを厚肉の鉄系の鋳造品で形成し、さらに、タービンハウジングの温度が低い場合には、排気ガスの熱はタービンハウジングに吸収され易くなるため、排気ガスの温度は低下しやすくなる。

例えば、内燃機関の冷間始動時には触媒装置の温度も低いため、早急に温度を上昇させる必要があるが、内燃機関の冷間始動時には、タービンハウジングの温度も低くなっている。このため、タービンハウジングの熱容量が大きい場合における内燃機関の冷間始動時には、排気ガスの熱はタービンハウジングに吸収されて温度が低下し過ぎる虞があった。これにより、排気ガスの温度が伝達されることによって上昇する触媒装置の温度は上昇し難くなり、活性化温度に達するまでの時間が長くなる虞があった。このように触媒装置の温度が上昇し難くなり、触媒装置の温度が活性化温度に達していない状態の場合、排気ガスを触媒装置で効率よく浄化するのが困難なものとなっていた。

そこで、従来のターボチャージャでは、排気ガスの熱がタービンハウジングに吸収され難くしているものがある、例えば、特許文献２に記載の過給機用ハウジングでは、排気ガスが流れるシェル室を区画する部分を、金属製のプレス成形板からなる薄肉のシェル体により形成されている。これにより、排気ガスが流れる部分の熱容量を小さくすることができるので、排気ガスからタービンハウジングに伝達される熱を少なくすることができる。従って、排気ガスの温度が低下し過ぎることを抑制できるので、触媒装置を早期に活性化温度に上昇させることができ、排気ガスを効率よく浄化することができる。

特開２００１−１７３４５０号公報 特開２００４−１４３９３７号公報

しかしながら、タービンハウジングのシェル体を金属製のプレス成形板から形成して肉厚を薄くした場合、剛性が低くなるため、内燃機関の運転時に熱膨張と収縮とを繰り返すことにより、塑性変形する虞がある。つまり、特許文献２に記載の過給機用ハウジングのように、シェル体の肉厚を薄くした場合には、シェル体はタービンの回転軸の軸方向における剛性が低くなる。このため、内燃機関の運転時にシェル室に排気ガスが流れた際には、シェル体は熱膨張をして、軸方向におけるシェル室の幅が広がる方向に変形し易くなり、内燃機関の運転を停止してシェル体の温度が低下した際には、収縮して軸方向におけるシェル室の幅が狭くなる方向に変形し易くなる。このように、肉厚が薄いシェル体は、熱膨張と収縮とを繰り返して変形し易くなるので、熱疲労によって塑性変形する虞がある。これによりシェル室が変形し、ターボチャージャの性能が低下する虞があった。

また、このように剛性が低くなることによる悪影響を緩和する場合には、リブ等の補強部材を設けて剛性を確保することが考えられるが、シェル体が区画するシェル室は排気ガスが流れるため、シェル体にリブ等の補強部材を設けた場合、タービンに流れる排気ガスの流れを阻害する虞がある。これにより、タービンを作動させる排気ガスの圧力が低下するため、タービンの回転が低下し、これに伴いコンプレッサの回転も低下するので、排気ガスによってターボチャージャを作動させる際における過給の性能が低下する虞があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、作動性能を維持しつつ、排気ガスの温度低下の抑制と、耐久性の確保とを満たすことのできるターボチャージャを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明に係るターボチャージャは、回転可能に支持されたタービンホイールが設けられているタービン側に位置すると共に内燃機関から排出された排気ガスが流れるシェル室を区画し、且つ、プレス成型板からなるシェル体と、前記シェル体の端部のうち一端側に接続される第１ベース部と、前記シェル体の端部のうち他端側に接続される第２ベース部と、前記シェル室から前記タービンホイールに流れる前記排気ガスの流路である排気ガス流路内に配設されるノズルベーンと、前記ノズルベーンを前記排気ガス流路内で回動可能に保持すると共に、前記排気ガス流路内に位置する保持部接続部材により前記第１ベース部に接続されるノズルベーン保持部と、前記排気ガス流路内を流れる前記排気ガスの流れ方向における前記保持部接続部材の上流側または下流側に位置して前記第１ベース部と前記第２ベース部とを一体に接続するベース部接続部と、を備えることを特徴とする。

この発明では、シェル室を区画するシェル体をプレス成型板により形成しているので、質量を軽減することができ、熱容量を小さくすることができる。これにより、排気ガスがシェル室を通過する際に排気ガスからシェル体に伝達される熱が少なくなるので、排気ガスの温度が低下し過ぎることを抑制できる。また、シェル体の両端部側に第１ベース部と第２ベース部とを接続し、第１ベース部と第２ベース部とを、ベース部接続部により一体に接続している。このため、第１ベース部と第２ベース部との相対的な位置が変化することを抑制でき、これにより、第１ベース部と第２ベース部とに接続されたシェル部の変形を抑制できる。従って、シェル部の熱疲労に起因する塑性変形を抑制することができ、耐久性を確保することができる。

また、ノズルベーンを保持するノズルベーン保持部は、特許文献１に記載の可変ターボチャージャにおいて、ノズルプレートとサイドプレートとを支持ボルトで連結しているように、保持部接続部材によって第１ベース部に接続されている。さらに、ベース部接続部は、排気ガスの流れ方向において、保持部接続部材の上流側または下流側に位置している。これにより、シェル体の剛性を確保するために、ベース部接続部を設けた場合でも、ベース部接続部は排気ガスの流れ方向において保持部接続部材と重なっているため、ベース部接続部を設けることに起因して、ベース部接続部が新たに排気ガスの流れを阻害することを抑制できる。これにより、ベース部接続部を設けることに起因して、当該ターボチャージャの作動時における過給の性能が低下することを抑制できる。これらの結果、作動性能を維持しつつ、排気ガスの温度低下の抑制と、耐久性の確保とを満たすことができる。

また、この発明に係るターボチャージャは、前記第１ベース部と前記第２ベース部と前記ベース部接続部とは、鋳造により一体に形成されていることを特徴とする。

この発明では、第１ベース部と第２ベース部とベース部接続部とは、鋳造により一体に形成しているので、第１ベース部と第２ベース部との剛性を、より確実に高くすることができる。これにより、第１ベース部と第２ベース部とに接続されるシェル体の塑性変形を、より確実に抑制することができ、耐久性を確保することができる。また、シェル体の塑性変形を抑制できるので、シェル体の変形に起因する当該ターボチャージャの作動時における性能の低下を抑制することができる。これらの結果、より確実に作動性能を維持しつつ、耐久性を確保することができる。

また、この発明に係るターボチャージャは、前記ノズルベーンは、前記第１ベース部に対向する位置に配設されており、前記第１ベース部における前記ノズルベーンに対向する位置には、前記第１ベース部を形成する材料よりも耐熱性の高い材料からなる耐熱部が設けられていることを特徴とする。

この発明では、第１ベース部におけるノズルベーンに対向する位置に耐熱部を設けている。つまり、ノズルベーンは、第１ベース部に接触しながら回動する場合があるが、このため、第１ベース部におけるノズルベーンに対向する部分は、温度が高くなり易くなる。従って、この部分に、第１ベース部を形成する材料よりも耐熱性の高い材料からなる耐熱部を設けることにより、この部分の耐熱性を確保し、耐久性を確保することができる。また、第１ベース部におけるノズルベーンに対向する位置に耐熱部を設ける、即ち、強度が必要な部分に、その強度に適した材料からなる部材を設けることにより、第１ベース部や第２ベース部の他の部分を、耐熱部と異なる材料で形成することができる。例えば、第１ベース部における耐熱部以外の部分や第２ベース部に、耐熱部よりも安価な材料を用いることができる。これにより、製造コストの低減を図ることができる。これらの結果、より確実に耐久性を確保することができると共に、製造コストの低減を図ることができる。

本発明に係るターボチャージャは、作動性能を維持しつつ、排気ガスの温度低下の抑制と、耐久性の確保とを満たすことができる、という効果を奏する。

以下に、本発明に係るターボチャージャの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

以下の説明において、シャフト軸方向とは、シャフト１５の軸心の方向に沿った方向を示しており、シャフト径方向とは、シャフト１５の径方向に沿った方向を示している。また、シャフト周方向とは、シャフト１５の軸心を中心とする円周方向に沿った方向を示している。図１は、本発明の実施例に係るターボチャージャの要部断面図である。図２は、図１に示すターボチャージャが有するタービンハウジングの断面図である。図３は、図２のＡ−Ａ矢視図である。同図に示すターボチャージャ１は、排気ガスの流れ方向におけるタービンホイール１１の上流側に、回動可能なノズルベーン５１を設け、ノズルベーン５１を調整することによりタービンホイール１１の回転を調整可能な、いわゆるＶＮ（Variable Nozzle）ターボとなっている。このターボチャージャ１は、内燃機関（図示省略）から排出される排気ガスにより作動するタービン１０を有しており、さらに、タービン１０の作動に伴って作動することにより内燃機関が吸入する空気を過給して内燃機関に供給するコンプレッサ（図示省略）を有している。

また、このターボチャージャ１は、当該ターボチャージャ１が有する回転体の回転軸であるシャフト１５を有しており、コンプレッサは、当該ターボチャージャ１において、シャフト１５の軸方向における一方の端に形成され、タービン１０は他方の端に形成されている。また、このシャフト１５のコンプレッサ側の端部には、コンプレッサホイール（図示省略）が設けられており、タービン１０側の端部には、タービンホイール１１が設けられている。また、シャフト１５は、当該シャフト１５を回転可能に支持する軸受１６により支持されている。さらに、コンプレッサホイールとタービンホイール１１とは、それぞれシャフト１５の軸方向における両端に接続されているため、これらのシャフト１５、コンプレッサホイール、及びタービンホイール１１は、一体となって回転可能に支持されている。

また、シャフト１５を支持する軸受１６は、コンプレッサとタービン１０との間に位置するセンターハウジング６に内設されており、軸受１６によって回転可能に支持されるシャフト１５は、軸受１６がセンターハウジング６に内設されることにより、シャフト１５もセンターハウジング６に内設されている。

また、シャフト１５の一端に接続されているタービンホイール１１は、シャフト１５の軸方向においてセンターハウジング６のタービン１０側に位置するハウジングであるタービンハウジング５に内設されている。このタービンハウジング５は、タービンホイール１１の径方向における外方に位置し、内燃機関から排出された排気ガスがタービンホイール１１の回転方向に沿った方向に旋回して流れるシェル室２０を有している。このシェル室２０は、金属材料からなるプレス成型板からなるシェル体２１により区画されている。つまり、シェル体２１は、金属材料からなる薄板が、内側の空間を有してシェル室２０の形状になるようにプレス成型によって形成されており、シェル室２０は、このように形成されるシェル体２１の内側に設けられ、シェル体２１によって区画されている。

このように形成されるシェル室２０は、詳しくは、シャフト１５の軸を中心とした旋回方向における一方向に向かうに従って、徐々に断面積が小さくなっており、シェル体２１は、シェル室２０がこのような形状になるように形成されている。また、シェル体２１において、シェル室２０の断面積が大きくなっている側の端部は、シャフト１５の略径方向における外方に向けて開口しており、この開口している部分は、ターボチャージャ１における、内燃機関から排出された排気ガスの入口である排気ガス入口部４１となっている（図３）。このように形成される排気ガス入口部４１には、内燃機関から排出された排気ガスの通路である排気管（図示省略）が接続される部分である入口側接続フランジ４２が設けられている（図３）。

また、このように形成されるシェル室２０は、詳しくは、シャフト軸方向においてセンターハウジング６側の反対側に位置する第１シェル板２２と、シャフト軸方向におけるセンターハウジング６側に位置する第２シェル板２３との２枚のプレス成型板が組合されることにより形成されている。

このうち第１シェル板２２は、シェル室２０を区画する部分が、シャフト軸方向においてセンターハウジング６側の反対方向に凸となって湾曲している。また、第２シェル板２３は、シェル室２０を区画する部分が、シャフト軸方向におけるセンターハウジング６側、或いは、シャフト径方向における外方に凸となって湾曲している。シェル室２０は、このように形成される第１シェル板２２と第２シェル板２３とが接続されることにより区画されている。また、このように第１シェル板２２と第２シェル板２３とにより形成されるシェル体２１は、シャフト径方向における内方側が開口している。

さらに、第２シェル板２３と共にシェル室２０を区画する第１シェル板２２は、シャフト軸方向において湾曲してシェル室２０を形成している部分よりも内方に位置する部分がシャフト径方向における内方に向けて形成されており、シャフト軸方向にほぼ直交する面を有して形成されている。またさらに、第１シェル板２２は、この湾曲してシェル室２０を形成している部分よりも内方に位置する部分におけるシャフト径方向の内端部分から、シャフト軸方向におけるセンターハウジング６側の反対方向に向けて形成されている部分を有している。この部分は、略円筒径の形状で、シャフト軸方向におけるセンターハウジング６側の反対方向に向けて形成されており、円筒形の軸とシャフト１５の軸とがほぼ一致する向きで設けられている。

第１シェル板２２において、この円筒形の形状で形成されている部分の先端、即ち、センターハウジング６側の反対側の端部は、ターボチャージャ１を作動させる排気ガスの出口である排気ガス出口部４５となっている。この排気ガス出口部４５には、内側に第１シェル板２２の形状である円筒形の径とほぼ同じ径の孔が開けられた円板からなる出口側接続フランジ４６が設けられている。この出口側接続フランジ４６は、当該出口側接続フランジ４６の形状である円形の軸とシャフト１５の軸とがほぼ一致する向きで設けられている。

この出口側接続フランジ４６には、ターボチャージャ１を通過した排気ガスの通路である排気管（図示省略）が接続可能となっており、排気管には、排気ガスを浄化可能な触媒（図示省略）が設けられている。この触媒は、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）と一酸化炭素（ＣＯ）と窒素酸化物（ＮＯｘ）との３物質を酸化・還元反応により同時に除去する、三元触媒となっている。

また、シェル体２１には、シェル体２１の端部のうち一端側が第１ベース部２５に接続されており、シェル体２１の端部のうち他端側は第２ベース部２６が接続されている。つまり、シェル体２１の第１シェル板２２には第１ベース部２５が接続されており、第２シェル板２３には第２ベース部２６が接続されている。

このうち、第１ベース部２５は、第１シェル板２２においてシェル室２０を形成する部分の、シャフト径方向における内方に位置している部分の形状に沿って形成されている。詳しくは、第１ベース部２５は、第１シェル板２２における、シェル室２０を形成する部分からシャフト径方向における内方に向けて形成される部分の、センターハウジング６側の面に、第１シェル板２２に沿って設けられており、この部分は、シャフト軸方向に直交すると共にセンターハウジング６方向に向けて形成された面を有している。さらに、第１ベース部２５は、このように第１シェル板２２におけるセンターハウジング６側の面に設けられている部分から、第１シェル板２２に沿って、当該第１シェル板２２における、略円筒形の形状で形成されている部分の径方向における内側にも設けられている。即ち、第１ベース部２５は、第１シェル板２２において排気ガス出口部４５を形成する部分付近のシャフト径方向における内方側に、第１シェル板２２に沿って設けられている。

また、第２ベース部２６は、シャフト軸方向における第２シェル板２３の両端のうち、第１シェル板２２側に位置する端部の反対側の端部付近に接続されている。センターハウジング６は、この第２ベース部２６に接続される。このように、第１シェル板２２に接続される第１ベース部２５と、第２シェル板２３に接続される第２ベース部２６とは、シャフト軸方向において所定の間隔を開けて設けられている。さらに、これらの第１ベース部２５と第２ベース部２６とは、双方の間に位置し、両端が第１ベース部２５と第２ベース部２６とに接続されたベース部接続部３０により接続されている。このように設けられるベース部接続部３０により、第１ベース部２５と第２ベース部２６とは一体に形成されており、換言すると、ベース部接続部３０は、第１ベース部２５と第２ベース部２６とを一体に接続している。

また、ベース部接続部３０は、３つ形成されており、３つのベース部接続部３０は、シャフト周方向において概ね等間隔に配設されている（図３）。このように設けられるベース部接続部３０によって接続されることにより、一体に形成されている第１ベース部２５と第２ベース部２６とベース部接続部３０とは、鋳造により一体に形成されている。

また、第１ベース部２５と第１シェル板２２とには、シャフト径方向におけるベース部接続部３０の内方付近に、第１ベース部２５と第１シェル板２２とを貫通した貫通孔によって形成される取付孔３１が形成されている（図２、図３）。この取付孔３１は、ベース部接続部３０と同様に、シャフト周方向において概ね等間隔に３箇所に形成されており、それぞれ、シャフト径方向におけるベース部接続部３０の内方付近の位置に形成されている。

また、第１ベース部２５における第２ベース部２６側の面には、第１ベース部２５や第２ベース部２６を形成する材料よりも耐熱性の高い材料からなる耐熱部３５が設けられている。この耐熱部３５は、例えば、耐熱ステンレス鋼板材など、耐熱性の高い材料で形成されており、リング状の円板状の形状で第１ベース部２５の第２ベース部２６側の面に設けられている。つまり、耐熱部３５は、第１ベース部２５の第２ベース部２６側の面において、シャフト径方向における所定の範囲に形成され、且つ、シャフト周方向における全周に形成されている。さらに、この耐熱部３５は、第１ベース部２５における耐熱部３５以外の部分よりも高い寸法精度で形成されている。

また、第１シェル板２２と第２シェル板２３、即ち、シェル体２１によって形成されるシェル室２０は、シャフト径方向における内方側が開口している。つまり、第１ベース部２５と第２ベース部２６とは、ベース部接続部３０以外の部分が離れて形成されているため、シェル室２０は、この第１ベース部２５と第２ベース部２６との間の部分が開口している。

図４は、図１に示すターボチャージャが有するノズルベーン組立体の断面図である。図５は、図４のＢ−Ｂ矢視図である。また、第１ベース部２５には、ノズルベーン組立体５０が接続されている。詳しくは、このノズルベーン組立体５０は、複数のノズルベーン５１と、当該ノズルベーン５１を保持するノズルベーン保持部であるバックプレート５５を有している。このバックプレート５５は、中央に穴が開けられた略円板状、即ちリング状の形状で形成されており、ノズルベーン５１は、このリング状の一側面に位置している。詳しくは、複数のノズルベーン５１は、それぞれ略矩形状の板状の形状で形成されており、板厚方向が、概ねシャフト周方向、或いはバックプレート５５の周方向となる向きで、バックプレート５５から突出して設けられている。複数のノズルベーン５１は、この向きで、バックプレート５５の周方向に等間隔で配設されている。

このように設けられる複数のノズルベーン５１には、それぞれに回動軸６１が接続されており、回動軸６１はバックプレート５５を貫通してノズルベーン５１側の側面の反対側に位置する側面から突出している。回動軸６１は、このようにバックプレート５５を貫通することによりバックプレート５５に回動可能に保持されており、ノズルベーン５１は、この回動軸６１に接続されることにより、回動軸６１を介して回動可能にバックプレート５５に保持されている。

また、バックプレート５５における、回動軸６１が突出した側面側には、複数の回動軸６１に対応して複数設けられた開閉レバー６３と、シャフト１５の軸心の位置付近に軸心を有する略リング状の形状で形成され、これらの複数の開閉レバー６３を接続するリングプレート６２とが設けられている。複数の回動軸６１は、それぞれ開閉レバー６３に接続されており、さらに、複数の開閉レバー６３は、それぞれが複数の連結ピン６４によってリングプレート６２に接続されている。このうち、開閉レバー６３は、ノズルベーン５１と共に回動軸６１を軸として回動可能に設けられている。

また、リングプレート６２は、開閉レバー６３とバックプレート５５との間に位置しており、この位置で、複数の連結ピン６４によって複数の開閉レバー６３に接続されている。これにより、複数の開閉レバー６３は、複数の連結ピン６４によって全てリングプレート６２に接続されている。

また、リングプレート６２には、駆動レバーピン６６によって駆動レバー６５が接続されている。この駆動レバー６５は、リングプレート６２における開閉レバー６３が設けられている側の面に設けられている。さらに、駆動レバー６５には、当該駆動レバー６５におけるリングプレート６２側の反対側、つまり、バックプレート５５側の反対側に向けて突出した操作軸６７が接続されている。この操作軸６７は、一端側が駆動レバー６５に接続されており、他端側には、操作部６８が接続されている。また、操作部６８には、操作軸６７を軸として当該操作部６８を回動させることのできるアクチュエータ（図示省略）が接続されており、アクチュエータによって操作部６８を回動させることにより駆動レバーピン６６は回動可能に設けられている。

このように、ノズルベーン５１を回動可能に保持するバックプレート５５には、保持部接続部材であるバックプレート取付部５６が設けられている。このバックプレート取付部５６は、略円筒形の形状で形成されており、バックプレート５５における、ノズルベーン５１が設けられている側の面に３つ設けられている。さらに、この３つのバックプレート取付部５６の位置は、シャフト周方向において概ね等間隔に配設されており、詳しくは、第１ベース部２５と第１シェル板２２とに形成される前記取付孔３１に対応する位置に設けられている。さらに、このバックプレート取付部５６は、先端付近にネジ山が形成されており、このネジ山が形成されている部分とバックプレート取付部５６の付け根との間には、他の部分よりも径が大きくなった部分である固定部５７が形成されている。

第１ベース部２５にノズルベーン組立体５０を接続する際、或いは、第１ベース部２５にバックプレート５５を取り付ける際には、バックプレート５５のバックプレート取付部５６やノズルベーン５１が設けられている側の面を、第１ベース部２５の耐熱部３５が設けられている側の面に対向させる。この状態で、バックプレート取付部５６を第１ベース部２５の取付孔３１に挿通し、バックプレート取付部５６の固定部５７を第１ベース部２５の耐熱部３５に当接させる。これにより、バックプレート取付部５６におけるネジ山が形成されている部分は、取付孔３１における第１シェル板２２側から突出するので、ナット５８をネジ山に螺合する。これにより、バックプレート取付部５６は第１ベース部２５に取り付けられ、ノズルベーン組立体５０は、第１ベース部２５に接続される。

また、第１ベース部２５にバックプレート５５を取り付ける際には、このようにバックプレート５５のノズルベーン５１が設けられている側の面を、第１ベース部２５の耐熱部３５が設けられている側の面に対向させる。このため、ノズルベーン５１は、第１ベース部２５に対向する位置に配設され、また、第１ベース部２５におけるノズルベーン５１に対向する位置には、耐熱部３５が位置することになる。換言すると、耐熱部３５は、第１ベース部２５にバックプレート５５を取り付けた際に、第１ベース部２５においてノズルベーン５１が対向する位置に設けられている。また、耐熱部３５とノズルベーン５１とは、このように対向する位置に設けられているが、この耐熱部３５とノズルベーン５１との、シャフト軸方向における間隔は、微小な隙間となっている。つまり、第１ベース部２５とノズルベーン５１との、シャフト軸方向における間隔は、微小な隙間となっている。

また、第１ベース部２５に形成された取付孔３１は、シャフト径方向におけるベース部接続部３０の内方付近の位置に形成されているため、ノズルベーン組立体５０を第１ベース部２５に接続した状態では、取付孔３１に挿通されるバックプレート取付部５６も同様に、シャフト径方向におけるベース部接続部３０の内方付近に位置した状態になる。

このように、ノズルベーン組立体５０が第１ベース部２５に接続された状態では、第１ベース部２５とバックプレート５５とは互いに対向しており、シェル室２０からタービンホイール１１に流れる排気ガスの流路である排気ガス流路４８を形成している。また、第１ベース部２５と第２ベース部２６も互いに対向しているが、第１ベース部２５と第２ベース部２６とにおいて互いに対向している部分も、排気ガス流路４８として形成されている。バックプレート５５が回動可能に保持するノズルベーン５１は、このように形成される排気ガス流路４８内に配設されている。

また、シャフト径方向における排気ガス流路４８の外方には、シェル室２０が位置しているが、このシェル室２０は、シャフト径方向における内方側が開口している。このため、シェル室２０は、排気ガス流路４８に開口している。従って、内燃機関の運転時における排気ガスは、シェル室２０から排気ガス流路４８を通ってタービンホイール１１に流れる。排気ガス流路４８内には、このように排気ガスが流れるが、この排気ガス流路４８には、第１ベース部２５と第２ベース部２６とを接続するベース部接続部３０と、バックプレート５５を第１ベース部２５に接続するバックプレート取付部５６とが、排気ガス流路４８を横断して配設されている。

これらのベース部接続部３０とバックプレート取付部５６とは、シャフト径方向において、バックプレート取付部５６がベース部接続部３０の内方付近に位置している。即ち、ベース部接続部３０は、シャフト径方向においてバックプレート取付部５６の外方に位置しているため、排気ガス流路４８内を流れる排気ガスの流れ方向で見た場合、ベース部接続部３０は、排気ガスの流れ方向におけるバックプレート取付部５６の上流側に位置している。

この実施例に係るターボチャージャ１は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。内燃機関の運転時には、内燃機関から排出された排気ガスは、入口側接続フランジ４２が設けられた排気ガス入口部４１からシェル室２０に流入する。シェル室２０に流入した排気ガスは、シェル室２０の形状に沿ってタービンホイール１１の略回転方向に旋回しながら流れ、旋回した流れのまま排気ガス流路４８に流れる。その際に、排気ガスから、シェル室２０を区画するシェル体２１に向けて排気ガスの熱が伝達されるが、シェル体２１は、金属材料からなるプレス成型板によって形成されているため、熱容量が小さくなっている。このため、排気ガスの熱が伝達されたシェル体２１は、早期に温度が上昇し、排気ガスからシェル体２１には熱が伝達され難くなる。

シェル室２０を旋回しながら流れた排気ガスは、旋回した流れのまま排気ガス流路４８に流れるが、排気ガス流路４８には、ベース部接続部３０とバックプレート取付部５６とが、排気ガス流路４８を横断している。このため、排気ガスは、この部分を通過した後、タービンホイール１１の方向に流れる。排気ガス流路４８に流れ、ベース部接続部３０とバックプレート取付部５６とが設けられている部分を通過した排気ガスは、さらに旋回した流れのままタービンホイール１１に当たる。これにより、タービンホイール１１には回転方向の力が作用し、タービンホイール１１は、シャフト１５及びコンプレッサホイールと一体となって回転する。

また、排気ガス流路４８には、ノズルベーン５１が設けられているが、このノズルベーン５１は、回動軸６１を中心として回動可能に設けられている。具体的には、ノズルベーン５１を回動させる際には、操作軸６７を中心としてアクチュエータによって操作部６８を回動させる。これにより、駆動レバーは、操作軸６７を中心として回動するが、駆動レバーの回動時の力は、駆動レバーピン６６によってリングプレート６２に伝達される。これにより、リングプレート６２は、当該リングプレート６２の形状であるリング状の中心付近、或いは、シャフト１５の軸心付近を中心として回動する。この回動により、リングプレート６２と開閉レバー６３とを接続する連結ピン６４もほぼ同じ方向に回動するが、連結ピン６４の回動時の力は当該連結ピン６４が接続されている開閉レバー６３に伝達される。このように、連結ピン６４から力が伝えられた開閉レバー６３は、回動軸６１を中心として回動する。なお、開閉レバー６３は複数設けられているが、連結ピン６４を介してリングプレート６２から回動時の力が開閉レバー６３に伝達される場合には、全ての開閉レバー６３に伝達され、全ての開閉レバー６３が回動軸６１を中心として回動する。

この開閉レバー６３は、回動軸６１と一体に接続されており、回動軸６１は、さらにノズルベーン５１に一体に接続されている。これにより、開閉レバー６３が回動軸６１を中心として回動する場合には、回動軸６１は開閉レバー６３の回動と一体となって回動する。さらに、このように回動軸６１が回動をする場合には、回動軸６１と一体に形成されているノズルベーン５１も回動軸６１と一体となって回動する。ノズルベーン５１は、このように回動することにより、排気ガス流路４８を流れる排気ガスの流れ方向に対する傾斜角が調整可能になっている。つまり、ノズルベーン５１は、排気ガス流路４８を流れる排気ガスの流れ方向に比較的沿う状態である小傾斜状態５２と、この排気ガスの流れ方向から大きく傾斜した状態である大傾斜状態５３との間で、傾斜角度が調節可能になっている。

このように、ノズルベーン５１の傾斜角を調節することにより、排気ガス流路４８を流れる排気ガスは、向きが変化する。これにより、この排気ガス流路４８から排気ガスがタービンホイール１１に流れる際における向きが変化し、排気ガスがタービンホイール１１に当たる際における角度、及び当たる位置が変化する。このため、タービンホイール１１に対する排気ガスの当たり方によってタービンホイール１１に対する排気ガスからの入力、即ち、タービンホイール１１を回転させる力が変化するため、ノズルベーン５１の傾斜角を調節することにより、タービンホイール１１の回転を変化させることができる。これにより、コンプレッサホイールの回転を調節することができ、内燃機関への過給を調整することができる。

タービンホイール１１を回転させた排気ガスは、排気ガス出口部４５の方向に向かい、排気ガス出口部４５からターボチャージャ１の外に流出する。つまり、タービンホイール１１を回転させた排気ガスは、排気ガス出口部４５から、出口側接続フランジ４６に接続された排気管内に流れ、排気管に設けられた触媒によって浄化された後、大気中に放出される。

このように、内燃機関の運転時には、ターボチャージャ１のタービン１０側には内燃機関から排出された排気ガスが流れるため、排気ガスの熱はタービン１０側の各部に伝達され、少なくともターボチャージャ１におけるタービン１０側の温度は上昇する。このため、タービン１０側の各部には熱膨張が生じ、第１ベース部２５と第２ベース部２６とには、熱膨張により双方の間隔が開く方向の力が生じる。これに対し、内燃機関の運転を停止し、ターボチャージャ１の温度が低下した場合には、熱膨張をした各部は収縮する。従って、第１ベース部２５と第２ベース部２６とには、収縮により双方の間隔が狭くなる方向の力が生じる。

従って、第１ベース部２５と第２ベース部２６とには、内燃機関の運転や停止に起因して温度が上昇したり低下したりすることにより、双方の間隔が大きくなったり小さくなったりする方向の力が発生するが、第１ベース部２５と第２ベース部２６とは、ベース部接続部３０によって接続され、一体に形成されている。このため、第１ベース部２５と第２ベース部２６との温度が変化する場合でも、第１ベース部２５と第２ベース部２６との相対的な位置は変化し難くなっている。

また、この第１ベース部２５と第２ベース部２６とには、シェル体２１が接続されているが、第１ベース部２５と第２ベース部２６とは、このように温度の変化により相対的な位置が変化し難くなっている。このため、第１ベース部２５と第２ベース部２６とに接続されたシェル体２１も、第１ベース部２５と第２ベース部２６とが、温度の変化によって相対的な位置が変化し難くなっていることにより変形し難くなっている。

また、ノズルベーン５１は、回動可能に設けられているが、第１ベース部２５の耐熱部３５とノズルベーン５１との間隔は、微小な隙間となっている。このため、ターボチャージャ１の作動時における上記のような熱変形や、ターボチャージャ１の作動時における振動等により、耐熱部３５とノズルベーン５１とは近付き、ノズルベーン５１は耐熱部３５に接触する場合がある。この場合、ノズルベーン５１は、回動時に耐熱部３５に対して摺動しながら回動する。

以上のターボチャージャ１は、シェル室２０を区画するシェル体２１をプレス成型板により形成しているので、質量を軽減することができ、熱容量を小さくすることができる。これにより、排気ガスがシェル室２０を通過する際に排気ガスからシェル体２１に伝達される熱が少なくなるので、排気ガスの温度が低下し過ぎることを抑制できる。このため、特に内燃機関の冷間始動時に、排気ガスの熱がシェル体２１に伝達されて温度が低くなり過ぎるのを抑制できるため、排気ガスの熱によって触媒の温度を上昇させることができ、触媒を早期に活性化温度まで上昇させることができる。

また、シェル体２１の両端部側に第１ベース部２５と第２ベース部２６とを接続し、第１ベース部２５と第２ベース部２６とを、ベース部接続部３０により一体に接続している。このため、第１ベース部２５と第２ベース部２６との相対的な位置が変化することを抑制でき、これにより、第１ベース部２５と第２ベース部２６とに接続されたシェル体２１の変形を抑制できる。従って、シェル体２１の熱疲労に起因する塑性変形を抑制することができ、耐久性を確保することができる。

また、ノズルベーン５１を保持するバックプレート５５は、バックプレート取付部５６によって第１ベース部２５に接続されている。さらに、ベース部接続部３０は、排気ガスの流れ方向において、バックプレート取付部５６の上流側に位置している。これにより、シェル体２１の剛性を確保するために、ベース部接続部３０を設けた場合でも、ベース部接続部３０は排気ガスの流れ方向においてバックプレート取付部５６と重なっているため、ベース部接続部３０を設けることに起因して、ベース部接続部３０が新たに排気ガスの流れを阻害することを抑制できる。これにより、ベース部接続部３０を設けることに起因して、当該ターボチャージャ１の作動時における過給の性能が低下することを抑制できる。これらの結果、作動性能を維持しつつ、排気ガスの温度低下の抑制と、耐久性の確保とを満たすことができる。

また、第１ベース部２５と第２ベース部２６とベース部接続部３０とは、鋳造により一体に形成しているので、第１ベース部２５と第２ベース部２６との剛性を、より確実に高くすることができる。これにより、第１ベース部２５と第２ベース部２６とに接続されるシェル体２１の塑性変形を、より確実に抑制することができ、耐久性を確保することができる。また、シェル体２１の塑性変形を抑制できるので、シェル体２１の変形に起因する当該ターボチャージャ１の作動時における性能の低下を抑制することができる。

つまり、シェル体２１が変形した場合、シェル室２０を流れる排気ガスの流れが所望の流れで流れなくなってしまう虞があり、この場合、排気ガスを効率よくタービンホイール１１に当てることが困難になる虞がある。この場合、タービンホイール１１を排気ガスによって効率よく回転させることが困難になり、このタービンホイール１１と一体となって回転するコンプレッサホイールを所望の回転で回転させることも困難になるため、過給性能が低下する虞がある。これに対し、第１ベース部２５と第２ベース部２６とベース部接続部３０とを鋳造により一体に形成した場合には、第１ベース部２５と第２ベース部２６との剛性を確保でき、シェル体２１の剛性も確保できるので、ターボチャージャ１の作動時に過給性能が低下することを抑制できる。これらの結果、より確実に作動性能を維持しつつ、耐久性を確保することができる。

また、第１ベース部２５におけるノズルベーン５１に対向する位置に耐熱部３５を設けている。つまり、シャフト軸方向におけるノズルベーン５１と第１ベース部２５との間隔は微小な隙間になっているため、ノズルベーン５１の回動時には、ノズルベーン５１は第１ベース部２５に接触しながら回動する場合がある。このため、第１ベース部２５におけるノズルベーン５１に対向する部分は、温度が高くなり易くなっている。従って、この部分に、第１ベース部２５を形成する材料よりも耐熱性の高い材料からなる耐熱部３５を設けることにより、この部分の耐熱性を確保し、耐久性を確保することができる。

また、第１ベース部２５におけるノズルベーン５１に対向する位置に耐熱部３５を設ける、即ち、強度が必要な部分に、その強度に適した材料からなる部材を設けることにより、第１ベース部２５や第２ベース部２６の他の部分を、耐熱部３５と異なる材料で形成することができる。例えば、第１ベース部２５における耐熱部３５以外の部分や第２ベース部２６に、耐熱部３５よりも安価な材料を用いることができる。これにより、製造コストの低減を図ることができる。

さらに、シャフト軸方向におけるノズルベーン５１と第１ベース部２５との間隔は微小な隙間になっているため、この部分の形状には精度が要求されるが、この部分に、第１ベース部２５における他の部分よりも寸法精度が高い耐熱部３５を設けている。これにより、高い精度で製造する必要がある部分にのみ、精度の高い部材である耐熱部３５を設け、その他の部分の製造時における精度は、耐熱部３５が設けられている部分の精度よりも低くすることができる。このため、これによっても製造コストの低減を図ることができる。これらの結果、より確実に耐久性を確保することができると共に、製造コストの低減を図ることができる。

なお、上述したターボチャージャ１では、ベース部接続部３０とバックプレート取付部５６とは、それぞれ３つずつ設けられているが、これらは３つずつ以外でも構わない。ベース部接続部３０は、排気ガス流路４８を流れる排気ガスの流れ方向においてバックプレート取付部５６と重なる位置に設けられていればよい。このため、このように設けられていれば、ベース部接続部３０とバックプレート取付部５６とは、それぞれ３つずつ以外でもよく、また、ベース部接続部３０とバックプレート取付部５６との数は異なっていてもよい。さらに、上述したターボチャージャ１では、ベース部接続部３０は、排気ガス流路４８内を流れる排気ガスの流れ方向におけるバックプレート取付部５６の上流側に位置しているが、ベース部接続部３０は、バックプレート取付部５６の下流側に位置していてもよい。つまり、ベース部接続部３０は、バックプレート取付部５６の数以下の数で設けられ、排気ガス流路４８を流れる排気ガスの流れ方向においてバックプレート取付部５６と重なる位置に設けられていればよい。

また、上述したターボチャージャ１では、シェル体２１は第１シェル板２２と第２シェル板２３とにより形成されているが、シェル体２１は、一体で形成されていてもよい。シェル体２１は、プレス成型板、即ち、薄板により形成されていればよく、薄板により形成されていれば、一体で形成されていても、複数を組合わせることにより形成されていてもよい。このように、シェル体２１を薄板により形成することにより、熱容積が小さくなるので、排気ガスから伝達される熱の量が少なくなり、内燃機関の冷間始動時に排気ガスの温度が低くなり過ぎることを抑制できる。この結果、排気ガスの流れ方向におけるターボチャージャ１の下流側に位置する触媒の初期暖機性の向上を図ることができる。

以上のように、本発明に係るターボチャージャは、ノズルベーンを有するターボチャージャに有用であり、特に、ターボチャージャの下流側に触媒が設けられている場合に適している。

本発明の実施例に係るターボチャージャの要部断面図である。 図１に示すターボチャージャが有するタービンハウジングの断面図である。 図２のＡ−Ａ矢視図である。 図１に示すターボチャージャが有するノズルベーン組立体の断面図である。 図４のＢ−Ｂ矢視図である。

符号の説明

１ ターボチャージャ
５ タービンハウジング
６ センターハウジング
１０ タービン
１１ タービンホイール
１５ シャフト
１６ 軸受
２０ シェル室
２１ シェル体
２２ 第１シェル板
２３ 第２シェル板
２５ 第１ベース部
２６ 第２ベース部
３０ ベース部接続部
３１ 取付孔
３５ 耐熱部
４１ 排気ガス入口部
４２ 入口側接続フランジ
４５ 排気ガス出口部
４６ 出口側接続フランジ
４８ 排気ガス流路
５０ ノズルベーン組立体
５１ ノズルベーン
５２ 小傾斜状態
５３ 大傾斜状態
５５ バックプレート
５６ バックプレート取付部
５７ 固定部
５８ ナット
６１ 回動軸
６２ リングプレート
６３ 開閉レバー
６４ 連結ピン
６５ 駆動レバー
６６ 駆動レバーピン
６７ 操作軸
６８ 操作部

Claims (3)

1. 回転可能に支持されたタービンホイールが設けられているタービン側に位置すると共に内燃機関から排出された排気ガスが流れるシェル室を区画し、且つ、プレス成型板からなるシェル体と、
   前記シェル体の端部のうち一端側に接続される第１ベース部と、
   前記シェル体の端部のうち他端側に接続される第２ベース部と、
   前記シェル室から前記タービンホイールに流れる前記排気ガスの流路である排気ガス流路内に配設されるノズルベーンと、
   前記ノズルベーンを前記排気ガス流路内で回動可能に保持すると共に、前記排気ガス流路内に位置する保持部接続部材により前記第１ベース部に接続されるノズルベーン保持部と、
   前記排気ガス流路内を流れる前記排気ガスの流れ方向における前記保持部接続部材の上流側または下流側に位置して前記第１ベース部と前記第２ベース部とを一体に接続するベース部接続部と、
   を備えることを特徴とするターボチャージャ。
2. 前記第１ベース部と前記第２ベース部と前記ベース部接続部とは、鋳造により一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ。
3. 前記ノズルベーンは、前記第１ベース部に対向する位置に配設されており、
   前記第１ベース部における前記ノズルベーンに対向する位置には、前記第１ベース部を形成する材料よりも耐熱性の高い材料からなる耐熱部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のターボチャージャ。

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