JP2009281295A - 可変容量型ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルベーンを備えた可変容量型ターボチャージャに対し、各部材に熱膨張が生じた場合にもノズルベーンの支持位置を安定的に維持することが可能な可変容量型ターボチャージャを提供する。
【解決手段】ノズルベーン９６を支持するノズルプレート９４の内周面９４ｄとセンタハウジング５１ｂのスリーブ５１ｆとの間にシュラウドプレート９８を嵌め込む。このシュラウドプレート９８を線膨張係数の高い材料とし、各部材が熱膨張した場合におけるノズルプレート９４とセンタハウジング５１ｂとの間のがたつきを防止する。シュラウドプレート９８とセンタハウジング５１ｂとの間でハーフビードガスケット９９を挟持し、このハーフビードガスケット９９からの付勢力をシュラウドプレート９８を介してノズルプレート９４に付与して、ノズルサイドクリアランスを適正に管理する。
【選択図】図８

Description

本発明は、例えば自動車用エンジン等に適用される可変容量型ターボチャージャに係る。特に、本発明は、ノズルベーンの動作によってタービン回転数を調整可能とした可変容量型ターボチャージャの構造の改良に関する。

従来より、自動車用エンジン等に適用されるターボチャージャ（過給機）は、タービンホイールと、コンプレッサホイール（コンプレッサインペラとも呼ばれる）とをタービンシャフト（ロータシャフトとも呼ばれる）により連結し、これらをハウジング内に収納した構成となっている。そして、タービンハウジングに形成された排気ガス流路を通過する排気ガスの圧力を受けてタービンホイールが回転し、タービンシャフトを介してコンプレッサホイールが回転する。これにより、コンプレッサハウジングの吸入空気流路に導入された吸入空気を過給、すなわち圧縮して吸気マニホールドに向けて吐出するようになっている。

また、ターボチャージャの一種として、例えば下記の特許文献１や特許文献２に開示されているように、タービン側を可変容量化した可変容量型ターボチャージャが知られている。この種のターボチャージャは、タービンハウジングの排気ガス流路に、この排気ガス流路の流路面積を可変とするノズルベーン（可動ベーンとも呼ばれる）が配設されている。そして、例えば、エンジンの低回転時にノズルベーンを回動させて流路面積（スロート面積）を減少させることで、排気ガスの流速を増加させ、これにより、エンジン低速域から高い過給圧を得ることができるようになっている。

上記ノズルベーンの支持構造としては、各特許文献にも開示されているように、上記タービンシャフトを回転自在に支持しているベアリングハウジング（センタハウジングとも呼ばれる）に組み付けられたプレート部材（特許文献１ではノズルバックプレートと称している）に回動軸を介してノズルベーンが回動可能に支持されている。例えば特許文献１に開示されているものでは、ベアリングハウジングにおけるタービンハウジング側の端部に段差部を形成しておく一方、プレート部材の内周端部に、上記段差部の形状に略合致する凹部を形成しておき、この凹部を段差部に重ね合わせることで、ベアリングハウジングに対するプレート部材の位置決めを行っている。これにより、ベアリングハウジングに対するノズルベーンの回動軸心位置（上記回動軸の位置）も位置決めされることになる。
特開平１１−１２５１２０号公報 特開２００５−１６３７８３号公報

ところで、従来のノズルベーンの支持構造にあっては、上述した如く、プレート部材に回動軸を介してノズルベーンを支持しており、このプレート部材はベアリングハウジング等のハウジング部材に支持されている。このため、仮に、ターボチャージャの製造時に、ハウジング部材の軸心（タービンホイールの回転軸心に一致）に対して、各ノズルベーンの支持位置（ノズルベーンの回動中心である上記回動軸の軸心）がそれぞれ等距離（ハウジング部材の軸心を中心とする円周上の点）に配設されていたとしても、ハウジング部材およびプレート部材の熱膨張によって、その位置が適正位置から半径方向にずれてしまう可能性があった。つまり、上記ノズルベーンは高温の排気ガスが直接的に接触するので、このノズルベーンを支持しているプレート部材の温度も上昇しやすく、その熱膨張量は大きくなる傾向にある。一方、上記ハウジング部材には、冷却水通路が形成されており、内部に冷却水が流れていることで強制的に冷却されているため熱膨張量は小さい。このようにプレート部材の温度上昇量とハウジング部材の温度上昇量とに差が生じやすい構成となっている。このため、これら部材の熱膨張量の差によって、プレート部材とハウジング部材との当接位置、例えばプレート部材の内周面とハウジング部材の外周面との間に僅かな隙間が生じてしまい、ハウジング部材に対するプレート部材の組付け位置が安定せず、その結果、各ノズルベーンの支持位置として半径方向にズレを生じさせることになってしまう。特に、プレート部材の構成材料とハウジング部材の構成材料とが異なっており、これらの線膨張係数が互いに異なっている場合には顕著である。

このように各ノズルベーンの支持位置が適正位置からずれてしまうと、ノズルベーンの回動角度を適正に制御しても、各ノズルベーンそれぞれにおけるタービンホイールに対する角度にバラツキが生じてしまい、目的とする過給性能を得ることができなくなってしまう可能性がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ノズルベーンを備えた可変容量型ターボチャージャに対し、各部材に熱膨張が生じた場合であってもノズルベーンの支持位置を安定的に維持することが可能な可変容量型ターボチャージャを提供することにある。

−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、ノズルベーンを支持しているプレート部材と、タービンを回転自在に支持しているハウジング部材との間に位置決め部材を介在させ、これら各部材が熱膨張した場合には、プレート部材とハウジング部材との間の空間の拡大量に対して、位置決め部材の膨張量が同等またはそれ以上となるように、この位置決め部材を線膨張係数の高い材料で形成し、これにより、プレート部材とハウジング部材との間でのがたつき発生を防止している。

−解決手段−
具体的に、本発明は、ノズルベーンを支持するプレート部材と、一端にタービンブレードを、他端にコンプレッサブレードを有し、タービンブレードに気体が当たることにより回転してコンプレッサブレードによる過給動作を行うタービンと、このタービンを回転自在に支持するハウジング部材とを備えた可変容量型ターボチャージャを前提とする。この可変容量型ターボチャージャに対し、上記プレート部材における内周側に向かう面とハウジング部材における外周側に向かう面との間に、プレート部材の半径方向に延びる位置決め部材を嵌め込む。そして、この位置決め部材を、上記プレート部材を構成する材料の線膨張係数よりも高い線膨張係数を有する材料により形成している。

この種のターボチャージャは、上記プレート部材に支持されているノズルベーンの姿勢（例えば回動位置）を変化させることでタービン側の流路面積（スロート面積）を変化させ、これによってタービンブレードに向かって流れる気体（排気ガス）の流速を変化させて、ターボチャージャの過給性能を可変とすることができるものとなっている。そして、上記解決手段によれば、このような状況で、上記プレート部材、ハウジング部材、位置決め部材が温度上昇すると、これら各部材は熱膨張（例えば半径方向へ熱膨張）することになるが、上記プレート部材とハウジング部材との間に嵌め込まれている位置決め部材の線膨張係数が高いため、この熱膨張に伴うプレート部材とハウジング部材との間の空間の拡大量に対して、位置決め部材の膨張量が同等またはそれ以上となる。つまり、プレート部材とハウジング部材との間の空間が拡大しても、それを埋めるように位置決め部材が膨張することになり、位置決め部材がプレート部材やハウジング部材の各面から離れてしまうといった状況は生じない。即ち、プレート部材とハウジング部材との間でのがたつき発生が防止され、ハウジング部材に対するプレート部材の組付け位置を安定的に得ることができる。言い換えると、熱膨張が生じても、ハウジング部材の軸心位置とプレート部材の軸心位置とにズレを生じさせることがない。その結果、各ノズルベーンの支持位置にズレを生じさせることがなく、ノズルベーンの制御姿勢に応じた適切な過給性能を得ることができる。

また、上述した解決手段の構成に加えて以下の構成を付加することが好ましい。つまり、上記タービンブレードとハウジング部材との間の空間に、上記プレート部材とハウジング部材とをタービンの軸心に沿う方向で互いに離間する方向への付勢力を与えることでプレート部材の上記軸心方向の位置を規制する弾性部材を配設した構成である。

これによれば、プレート部材には、ノズルベーンに向かう弾性力が付与された状態となる。このため、ノズルベーンがプレート部材側に向けて熱膨張した場合には、この弾性力に抗する方向へのプレート部材の移動が可能になり、これらノズルベーンとプレート部材との間のノズルサイドクリアランスが狭くなりすぎて摺動抵抗が著しく大きくなってしまうといった状況を回避することができる。また、プレート部材にはノズルベーンに向けての所定の弾性力が付与されているので、上記ノズルサイドクリアランスが広がりすぎるといったこともなく、このノズルサイドクリアランスを常に適正に維持することが可能になる。

上記位置決め部材の形状および弾性部材の配設形態として具体的には以下のものが挙げられる。つまり、位置決め部材に、プレート部材における内周側に向かう面に当接する当接部と、プレート部材においてノズルベーンの配設位置とは反対側に位置して軸心に略直交する方向に延びる面に当接する当接部とを備えさせる。また、上記弾性部材を、ハウジング部材と位置決め部材との間に配設して、位置決め部材を介してプレート部材に付勢力を付与する構成としている。

これによれば、位置決め部材は弾性部材からの付勢力を受けて、ノズルベーンに向かう方向の弾性力をプレート部材に付与することになる。このため、位置決め部材に、熱膨張によってプレート部材とハウジング部材との間でのがたつき発生を防止する機能と、ノズルベーンとプレート部材との間のノズルサイドクリアランスを適正に維持するための機能とを兼ね備えさせることができる。

また、上記位置決め部材自体に上記弾性部材としての機能を付加することで、上述したような弾性部材を不要とする構成も本発明の技術的思想の範疇である。つまり、位置決め部材に、上記プレート部材とハウジング部材とをタービンの軸心に沿う方向で互いに離間する方向への付勢力を与えることでプレート部材の上記軸心方向の位置を規制する弾性部材としての機能を備えさせた構成である。

本発明では、ノズルベーンを支持しているプレート部材と、タービンを回転自在に支持しているハウジング部材との間に嵌め込まれている位置決め部材の熱膨張によって、プレート部材とハウジング部材との間でのがたつき発生を防止できるようにしている。このため、プレート部材に支持されている各ノズルベーンの支持位置にズレを生じさせることがなく、ノズルベーンの制御姿勢に応じた適切な過給性能を得ることが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒（例えば直列４気筒）ディーゼルエンジン（圧縮自着火式内燃機関）に、本発明に係る可変容量型ターボチャージャを適用した場合について説明する。可変容量型ターボチャージャの構成について説明する前に、ディーゼルエンジン全体の概略構成について説明する。

−エンジンの構成−
図１は本実施形態に係るディーゼルエンジン１（以下、単にエンジンという）およびその制御系統の概略構成図である。

図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１は、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、排気系７等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。

燃料供給系２は、サプライポンプ２１、コモンレール２２、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、遮断弁２４、燃料添加弁２６、機関燃料通路２７、添加燃料通路２８等を備えて構成されている。

上記サプライポンプ２１は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２７を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、サプライポンプ２１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３に分配する。インジェクタ２３は、その内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備え、適宜開弁して燃焼室３内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。

また、上記サプライポンプ２１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路２８を介して燃料添加弁２６に供給する。添加燃料通路２８には、緊急時において添加燃料通路２８を遮断して燃料添加を停止するための上記遮断弁２４が備えられている。

また、上記燃料添加弁２６は、ＥＣＵ１００による添加制御動作によって排気系７への燃料添加量が目標添加量（排気Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆとなるような添加量）となるように、また、燃料添加タイミングが所定タイミングとなるように開弁時期が制御される電子制御式の開閉弁により構成されている。つまり、この燃料添加弁２６から所望の燃料が適宜のタイミングで排気系７（排気ポート７１から排気マニホールド７２）に噴射供給される構成となっている。

吸気系６は、図示しないシリンダヘッドに形成された吸気ポートに接続される吸気マニホールド６３を備え、この吸気マニホールド６３に、吸気通路を構成する吸気管６４が接続されている。また、この吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ４３、スロットルバルブ６２が配設されている。上記エアフローメータ４３は、エアクリーナ６５を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力するようになっている。

排気系７は、シリンダヘッドに形成された排気ポート７１に接続される排気マニホールド７２を備え、この排気マニホールド７２に対して、排気通路を構成する排気管７３，７４が接続されている。また、この排気通路には、ＮＯｘ吸蔵触媒（ＮＳＲ触媒：ＮＯｘ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ触媒）７５およびＤＰＮＲ触媒（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ触媒）７６を備えたマニバータ（排気浄化装置）７７が配設されている。

このエンジン１には、過給機（ターボチャージャ）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５２ａを介して連結されたタービンホイールアッセンブリ５２ｃおよびコンプレッサホイール５２ｂを備えている。コンプレッサホイール５２ｂは吸気管６４内部に臨んで配置され、タービンホイールアッセンブリ５２ｃは排気管７３内部に臨んで配置されている。このためターボチャージャ５は、タービンホイールアッセンブリ５２ｃに備えられたタービンホイールが受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサホイール５２ｂを回転させ、吸気圧を高めるといった所謂過給動作を行うようになっている。本実施形態におけるターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイールアッセンブリ５２ｃ側に可変ノズルベーン機構が設けられており、この可変ノズルベーン機構の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。この可変ノズルベーン機構の具体構成については後述する。

吸気系６の吸気管６４には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。このインタークーラ６１よりも更に下流側に設けられた上記スロットルバルブ６２は、その開度を無段階に調整することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有している。

また、エンジン１には、吸気系６と排気系７とを接続する排気還流通路（ＥＧＲ通路）８が設けられている。このＥＧＲ通路８は、排気の一部を適宜吸気系６に還流させて燃焼室３へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させるものである。また、このＥＧＲ通路８には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調整することができるＥＧＲバルブ８１と、ＥＧＲ通路８を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ８２とが設けられている。

−センサ類−
エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。

例えば、上記エアフローメータ４３は、吸気系６内のスロットルバルブ６２上流において吸入空気の流量（吸入空気量）に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ４９は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ４８は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。Ａ／Ｆ（空燃比）センサ４４は、排気系７のマニバータ７７の下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ４５は、同じく排気系７のマニバータ７７の下流において排気ガスの温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ４１はコモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ４２はスロットルバルブ６２の開度を検出する。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびバックアップＲＡＭなどを備えている。ＲＯＭは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭは、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力に基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。

−ターボチャージャ５−
次に、上記ターボチャージャ（可変容量型ターボチャージャ）５、および、このターボチャージャ５に備えられた可変ノズルベーン機構９について説明する。

図２は、タービンシャフト５２ａの軸心に沿ったターボチャージャ５の断面図であり、図３は、タービンホイールアッセンブリ５２ｃの一部分を拡大して示す断面図である。また、図４は、可変ノズルベーン機構９の正面図（可変ノズルベーン機構９をコンプレッサホイール５２ｂ側から見た図）であって、ノズルベーン開度が大きく設定された状態を示している。更に、図５は、可変ノズルベーン機構９の背面図（可変ノズルベーン機構９をコンプレッサホイール５２ｂ側とは反対側から見た図）であって、ノズルベーン開度が大きく設定された状態を示している。

上記ターボチャージャ５は、可変容量型（可変ノズル式）ターボチャージャーとして構成されており、図２に示す如く、ハウジング５１と、このハウジング５１に回転自在に収納されたタービンシャフト５２ａと、このタービンシャフト５２ａの一端側（図２における右側）に取付けられたコンプレッサホイール５２ｂと、タービンシャフト５２ａの他端側（図２における左側）に取付けられたタービンホイールアッセンブリ５２ｃとを備えている。これらタービンシャフト５２ａ、コンプレッサホイール５２ｂおよびタービンホイールアッセンブリ５２ｃによって回転体であるタービン５２が構成されている。

上記ハウジング５１は、コンプレッサハウジング５１ａ、センタハウジング（ベアリングハウジング：ハウジング部材）５１ｂ、タービンハウジング５１ｃが一体的に組み付けられて構成されている。つまり、中央のセンタハウジング５１ｂの両側にコンプレッサハウジング５１ａおよびタービンハウジング５１ｃがそれぞれ組み付けられている。

上記コンプレッサハウジング５１ａは、中央部（軸心部分）から空気を取り入れて外部へ放出することが可能な形状となっている。

また、上記コンプレッサハウジング５１ａ内に収納されているコンプレッサホイール５２ｂは、ロックナット５２ｄによってタービンシャフト５２ａに固定されており、このタービンシャフト５２ａとともに一体的に回転する。コンプレッサホイール５２ｂには複数のコンプレッサブレードが設けられており、コンプレッサホイール５２ｂが回転すると、このコンプレッサブレードにより、空気が遠心力により半径方向外側に加速されて圧縮されるようになっている。このため、コンプレッサハウジング５１ａの中央部に空気が導入されると、この空気が、回転するコンプレッサホイール５２ｂのコンプレッサブレードにより圧縮され、この圧縮された空気が吸気マニホールド６３に向けて吸気管６４に吐出されるようになっている。

上記コンプレッサホイール５２ｂに隣接してシールリングカラー５２ｅが配置されている。このシールリングカラー５２ｅは上記タービンシャフト５２ａを取囲む形状となっている。

上記センタハウジング５１ｂはターボチャージャ５の軸心方向の略中央部に配設されている。このセンタハウジング５１ｂにはスラストベアリング５２ｆが設けられている。このスラストベアリング５２ｆは上記タービンシャフト５２ａのスラスト方向の荷重を受け止めるためのベアリングであり、オイルなどにより潤滑される。

上記センタハウジング５１ｂには、タービンシャフト５２ａの回転を保持するためのフローティングベアリング５２ｇが設けられている。このフローティングベアリング５２ｇはタービンシャフト５２ａのラジアル方向の荷重を保持する。フローティングベアリング５２ｇとタービンシャフト５２ａとの間には油膜が介在しており、フローティングベアリング５２ｇがタービンシャフト５２ａに直接接触しないようになっている。さらに、フローティングベアリング５２ｇとセンタハウジング５１ｂとの間にも油膜が存在し、フローティングベアリング５２ｇがセンタハウジング５１ｂと直接接触しないようになっている。このフローティングベアリング５２ｇはリテーナリング５２ｈにより位置決めされている。

次に、可変ノズルベーン機構９について説明する。この可変ノズルベーン機構９は、上記センタハウジング５１ｂとタービンハウジング５１ｃとの間に形成されたリンク室９１に配設されている。

この可変ノズルベーン機構９は、上記リンク室９１に収納されたユニゾンリング９２と、このユニゾンリング９２の内周側に位置し、ユニゾンリング９２に一部が係合する複数のアーム９３，９３，…（図４参照）と、タービンハウジング５１ｃに対してターボチャージャ軸心方向で当接するように配設されたノズルプレート（ＮＶプレート：プレート部材）９４（図３参照）と、上記複数本のアーム９３，９３，…を駆動させるためのメインアーム９５と、上記アーム９３に接続されてノズルベーン９６を駆動するベーンシャフト９７とを備えている。このベーンシャフト９７は上記ノズルプレート９４に回転自在に支持されて、各アーム９３と各ノズルベーン９６とをそれぞれ回動一体に連結している。

また、本実施形態では、上記タービンハウジング５１ｃが、鋳物で成る本体部５１ｃ−ａと板金で成るプレート部５１ｃ−ｂとの２つの部材が一体的に組み付けられて構成され（図３参照）、軽量化が図られている。

また、このタービンハウジング５１ｃにはハウジングプレート５１ｅが取り付けられている。このハウジングプレート５１ｅは、上記ノズルプレート９４と対向する位置に配設されており、このノズルプレート９４との間に上記ノズルベーン９６の配設空間を形成している。つまり、これらノズルプレート９４とハウジングプレート５１ｅとの間で排気ガスの流路が形成され、この流路内にノズルベーン９６が配設された構成となっている。このため、ノズルプレート９４およびハウジングプレート５１ｅは、ノズルベーン９６の回動軸心方向の両側に位置してノズルベーン９６の端面に対向するように配設されている。そして、ノズルプレート９４とノズルベーン９６の端面との間の隙間、ハウジングプレート５１ｅとノズルベーン９６の端面との間の隙間（これら隙間をノズルサイドクリアランスと呼ぶ）は、摺動抵抗が大きくならない範囲でできる限り小さくして、ノズルベーン９６，９６同士の間で形成される排気ガスの流路に排気ガスを流すようにする（ノズルサイドクリアランスからの排気ガスの漏れを少なくする）ことが好ましい。このノズルサイドクリアランスを適切に調整するための構成については後述する。

この可変ノズルベーン機構９は、タービンブレードの外周側に等間隔に配設された複数（例えば１２枚）のノズルベーン９６，９６，…の回動角度（回動姿勢）を調整するための機構であり、上記メインアーム９５に接続されている駆動リンク９５ａを所定の角度だけ回動させることにより、その回動力がメインアーム９５、ユニゾンリング９２、アーム９３，９３，…を介してノズルベーン９６，９６，…に伝わり、各ノズルベーン９６，９６，…が連動して回動する構成とされている。

具体的には、上記駆動リンク９５ａは駆動シャフト９５ｂを中心に回動可能となっている。この駆動シャフト９５ｂは、駆動リンク９５ａおよびメインアーム９５と回動一体に連結されている。具体的に、駆動シャフト９５ｂは、ノズルプレート９４を貫通するように配設されており、この駆動シャフト９５ｂはメインアーム９５に接続されている。そして、駆動リンク９５ａの回動に伴って駆動シャフト９５ｂが回動すれば、この回動力がメインアーム９５に伝えられる。メインアーム９５の内周側端部は駆動シャフト９５ｂに固定され、外周側端部はユニゾンリング９２に係合している。このため、駆動シャフト９５ｂを中心としてメインアーム９５が回動すると、この回動力がユニゾンリング９２に伝えられる。ユニゾンリング９２の内周面には各アーム９３，９３，…の外周側端部が嵌まり合っており、ユニゾンリング９２が回動すると、この回動力はアーム９３，９３，…に伝えられる。具体的に、ユニゾンリング９２はノズルプレート９４に対して周方向に摺動可能に配設されており、その内周縁に設けられた複数の凹部９２ａ，９２ａ，…それぞれには、上記メインアーム９５およびアーム９３，９３，…の外周側端部が嵌め合わされている。各アーム９３，９３，…はベーンシャフト９７を中心として回動することが可能であり、アーム９３の回動はベーンシャフト９７に伝えられる。ベーンシャフト９７はノズルベーン９６と連結されているため、ノズルベーン９６はベーンシャフト９７およびアーム９３とともに回動することになる。

上記タービンハウジング５１ｃにはタービンハウジング渦室が設けられており、タービンハウジング渦室に排気が供給されて、この排気の流れがタービンホイールアッセンブリ５２ｃを回転させる。この際、上述したように各ノズルベーン９６，９６，…の回動位置が調整されて、その回動角度を設定することにより、タービンハウジング渦室から排気タービン室へ向かう排気の流量および流速を調整することが可能となっている。これにより、過給性能を調整することが可能になり、例えば、エンジンの低回転時にノズルベーン９６，９６，…同士の間の流路面積（スロート面積）を減少させるように各ノズルベーン９６，９６，…の回動位置を調整すれば、排気ガスの流速が増加して、エンジン低速域から高い過給圧を得ることができることになる。

また、上記可変ノズルベーン機構９の駆動リンク９５ａはモータロッド９５ｃに接続されている。このモータロッド９５ｃは棒状部材であり、図示しない可変ノズルコントローラに接続されている。この可変ノズルコントローラはアクチュエータとしての直流モータ（ＤＣモータ）に接続されており、この直流モータが回転することで、その回転力が歯車機構およびウォーム機構等を介してモータロッド９５ｃに伝わり、このモータロッド９５ｃの移動に伴って駆動リンク９５ａが回動することにより、上述した如く各ノズルベーン９６，９６，…が回動する構成となっている。

図４及び図５に示すように、モータロッド９５ｃを図中矢印Ｘ方向に引くことで、ユニゾンリング９２が図中矢印Ｘ１方向に回動し、図５に示すように、各ノズルベーン９６，９６，…が図中反時計回り方向に回動することでノズルベーン開度が大きく設定される。

また、図６および図７はノズルベーン開度が小さく設定された状態を示しており、図６は可変ノズルベーン機構９の正面図、図７は可変ノズルベーン機構９の背面図である。これら図に示すように、モータロッド９５ｃを図中矢印Ｙ方向に押すことで、ユニゾンリング９２が図中矢印Ｙ１方向に回動し、図７に示すように、各ノズルベーン９６，９６，…が図中時計回り方向に回動することでノズルベーン開度が小さく設定される。

尚、上記ノズルプレート９４にはピン９４ａ（図４参照）が差し込まれ、このピン９４ａにはローラ９４ｂが嵌め合わされている。このローラ９４ｂはユニゾンリング９２の内周面をガイドする。これにより、ユニゾンリング９２はローラ９４ｂに保持されて所定方向に回動することが可能となっている。また、上記タービンハウジング５１ｃにはスペーサボルト５１ｄが取り付けられている。更に、上記センタハウジング５１ｂの内部には、ターボチャージャ５を冷却するための冷却水が流通する冷却水通路Ｗが形成されている。

−ノズルプレート９４の位置決め構造−
次に、本実施形態の特徴部分である上記ノズルプレート９４の位置決め構造について複数の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
先ず、第１実施形態について説明する。図８は、本実施形態に係るターボチャージャ５のノズルプレート９４およびノズルベーン９６の周辺を拡大して示す断面図である。

この図８に示すように、上記センタハウジング５１ｂとノズルプレート９４との間には、位置決め部材としてのシュラウドプレート９８が嵌め込まれている。以下、具体的に説明する。

上記センタハウジング５１ｂにおけるタービン側（図８における左側）の端部には、上記シュラウドプレート９８の内周端面を当接させるためのスリーブ５１ｆが形成されている。このスリーブ５１ｆは、センタハウジング５１ｂの端面の内周側部分がタービン側に向けて僅かに突出した略円筒形状に形成されており、その外周面はセンタハウジング５１ｂの軸心方向に沿って延び且つ半径方向外側に向かう内側当接面５１ｇとして形成されている。また、この内側当接面５１ｇは、外周側に所定間隔を存して配設されている上記ノズルプレート９４と対向する位置に形成されている。

一方、ノズルプレート９４は、上述した如くリング形状の部材であって、その内周面には段部９４ｃが形成されている。この段部９４ｃは、ノズルプレート９４の内周面９４ｄ（上記センタハウジング５１ｂの内側当接面５１ｇに対向する面）と、この内周面９４ｄにおけるノズルベーン９６側とは反対側（図中右側）の端縁から外周側に向かって延びる径方向面９４ｅ、この径方向面９４ｅの外周側端縁からノズルベーン９６側とは反対側に向かって延びる軸方向面９４ｆとを備えている。

シュラウドプレート９８は金属製であって中央部に開口９８ａを有する円盤形状の部材として形成されている。そして、この中央部の開口９８ａの内径寸法は上記センタハウジング５１ｂに形成されているスリーブ５１ｆの外径寸法に略一致している。

また、このシュラウドプレート９８は、上記開口９８ａの縁部から外周側に向かって、センタハウジング５１ｂの軸心に対して直交する方向に延びる第１の平板部９８ｂと、この第１の平板部９８ｂの外周端からタービンブレード側（図中左側）に向かって僅かに傾斜しながら外周側に延びる傾斜板部９８ｃと、この傾斜板部９８ｃの外周端から外周側に向かって、センタハウジング５１ｂの軸心に対して直交する方向に延びる第２の平板部９８ｄと、この第２の平板部９８ｄの外周端からノズルベーン９６側とは反対側に向かって延びるプレート当接部９８ｅと、このプレート当接部９８ｅの端部から外周側に向かって、センタハウジング５１ｂの軸心に対して直交する方向に延びる第３の平板部９８ｆとを備えている。

そして、上記開口９８ａの縁部から上記プレート当接部９８ｅの外周面までの長さ寸法は、上記センタハウジング５１ｂに形成されているスリーブ５１ｆの外周面である上記内側当接面５１ｇから上記ノズルプレート９４の内周面９４ｄまでの長さ寸法に略一致、または、この長さ寸法よりも僅かに長く設定されており、このシュラウドプレート９８が、センタハウジング５１ｂとノズルプレート９４との間に嵌め込まれている。つまり、シュラウドプレート９８の開口９８ａの内周面がセンタハウジング５１ｂスリーブ５１ｆの内側当接面５１ｇに、シュラウドプレート９８のプレート当接部９８ｅの外周面がノズルプレート９４の内周面９４ｄにそれぞれ強圧された状態で、センタハウジング５１ｂとノズルプレート９４との間にシュラウドプレート９８が嵌め込まれている。これにより、シュラウドプレート９８はセンタハウジング５１ｂに対するノズルプレート９４の支持位置を位置決めし、センタハウジング５１ｂの軸心位置とノズルプレート９４の軸心位置とを一致させる機能を有していることになる。

そして、本実施形態の特徴の一つとして、上記シュラウドプレート９８は、上記センタハウジング５１ｂおよびノズルプレート９４を構成している金属材料よりも線膨張係数の高い金属材料により形成されている。具体的な一例を挙げると、センタハウジング５１ｂは鋳鉄、ノズルプレート９４は線膨張係数の低いステンレス（例えばＳＵＳ４１０）、シュラウドプレート９８は線膨張係数の高いステンレス（例えばＳＵＳ３０４）が適用される。これら部材の材料はこれに限定されるものではないが、上記ノズルプレート９４およびシュラウドプレート９８の構成材料としては耐熱性の高い材料であることが好ましい。

また、上記シュラウドプレート９８とセンタハウジング５１ｂとの間には弾性部材としてのハーフビードガスケット９９が配設されている。このハーフビードガスケット９９は、ばね鋼等の弾性を有する金属材料により形成されており、円盤形状の部材として形成されている。そして、このハーフビードガスケット９９は、上記シュラウドプレート９８の第２の平板部９８ｄに当接する第１当接部９９ａと、センタハウジング５１ｂの端面に当接する第２当接部９９ｂと、これら第１当接部９９ａと第２当接部９９ｂとの間に亘り、シュラウドプレート９８の第２の平板部９８ｄの延長方向に対して傾斜した傾斜部９９ｃとを備えている。

このハーフビードガスケット９９は、外力が作用していない状態では、上記第１当接部９９ａの外側面（図中左側の面）と第２当接部９９ｂの外側面（図中右側の面）との間の長さ寸法は、上記シュラウドプレート９８の第２の平板部９８ｄとセンタハウジング５１ｂの端面との間の隙間寸法よりも大きくなっている。このため、図８に示すように、ハーフビードガスケット９９がシュラウドプレート９８とセンタハウジング５１ｂとの間に配設された状態では、これらシュラウドプレート９８とセンタハウジング５１ｂとの間で挟み込まれてハーフビードガスケット９９が弾性変形している。このため、ハーフビードガスケット９９の第１当接部９９ａはシュラウドプレート９８の第２の平板部９８ｄに強圧され、ハーフビードガスケット９９の第２当接部９９ｂはセンタハウジング５１ｂの端面に強圧された状態で、このハーフビードガスケット９９は、シュラウドプレート９８とセンタハウジング５１ｂとの間に配設されている。

以下、上記シュラウドプレート９８およびハーフビードガスケット９９を備えさせたことによる作用効果について説明する。

ターボチャージャ５の作動に伴い、センタハウジング５１ｂ、ノズルプレート９４、シュラウドプレート９８が共に温度上昇し、これら各部材が熱膨張（例えば半径方向へ熱膨張）した場合、上記センタハウジング５１ｂとノズルプレート９４との間に嵌め込まれているシュラウドプレート９８は線膨張係数が高いため、この熱膨張に伴うセンタハウジング５１ｂとノズルプレート９４との間の空間の拡大量（半径方向への拡大量：具体的には、上記スリーブ５１ｆの外周面である内側当接面５１ｇとノズルプレート９４の内周面９４ｄとの間の拡大量）に対して、シュラウドプレート９８の膨張量（半径方向への膨張量）が同等またはそれ以上となる。つまり、センタハウジング５１ｂとノズルプレート９４との間の空間が半径方向に拡大しても、それを埋めるようにシュラウドプレート９８が半径方向に膨張することになり、シュラウドプレート９８がセンタハウジング５１ｂとノズルプレート９４の各面から離れてしまうといった状況は生じない。つまり、シュラウドプレート９８の開口９８ａの内周面がセンタハウジング５１ｂのスリーブ５１ｆの内側当接面５１ｇに強圧された状態、および、シュラウドプレート９８のプレート当接部９８ｅの外周面がノズルプレート９４の内周面９４ｄに強圧された状態が維持される。また、シュラウドプレート９８の半径方向への膨張量はその全周に亘って均一である。これにより、センタハウジング５１ｂとノズルプレート９４との間でのがたつき発生が防止され、センタハウジング５１ｂに対するノズルプレート９４の組付け位置を安定的に得ることができる。言い換えると、熱膨張が生じても、センタハウジング５１ｂの軸心位置とノズルプレート９４の軸心位置とにズレを生じさせることがない。その結果、各ノズルベーン９６，９６，…の支持位置にズレを生じさせることがなく、ノズルベーン９６，９６，…の制御姿勢に応じた適切な過給性能を得ることができる。

また、上記ハーフビードガスケット９９は、シュラウドプレート９８とセンタハウジング５１ｂとの間で挟み込まれて弾性変形しているため、シュラウドプレート９８を介してノズルプレート９４をノズルベーン９６側に弾性付与することができる。具体的には、ハーフビードガスケット９９の第１当接部９９ａがシュラウドプレート９８の第２の平板部９８ｄをノズルベーン９６側に向けて押圧し、その押圧力を受けたシュラウドプレート９８の第３の平板部９８ｆがノズルプレート９４の径方向面９４ｅに押圧力を与え、これにより、ノズルプレート９４がノズルベーン９６側に向かって押圧されている。

このような状態で、ノズルプレート９４やノズルベーン９６が熱膨張した場合、上記弾性力に抗してノズルプレート９４がノズルベーン９６から後退する方向へ移動することが可能であるので、上記ノズルサイドクリアランスが無くなって摺動抵抗が増大してしまうといった状況を回避できる。また、上記弾性力が作用しているため、ノズルサイドクリアランスが広くなり過ぎることもない。

更に、上記弾性力により、ハーフビードガスケット９９は、シュラウドプレート９８の第２の平板部９８ｄおよびセンタハウジング５１ｂの端面にそれぞれ強圧されているので、これら当接部分でのシール性が高く確保されている。このため、タービンハウジング５１ｃに流れ込んできた排気ガスの一部がタービンホイールアッセンブリ５２ｃの背面側に流れ込もうとしても、上記シール機能が発揮されていることで、シュラウドプレート９８とセンタハウジング５１ｂとの間の空間を経てタービンシャフト５２ａの外周囲にまで排気ガスが達してしまうことを防止できる。これにより、排気ガスのエネルギを効果的に利用して高い過給性能を確保することができる。

また、本実施形態では、上記ハーフビードガスケット９９を、センタハウジング５１ｂに形成された冷却水通路Ｗに対向する位置に配設している。このため、ハーフビードガスケット９９の熱膨張量を低減することができ、上記シール機能を安定的に発揮させることができる。また、ハーフビードガスケット９９を、高い耐熱性を有する材料で形成する必要がないので、コストの低廉化を図ることもできる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態は、上記ハーフビードガスケット９９に代えてウェーブワッシャ（弾性部材）９９’を備えさせた点が上記第１実施形態のものと異なっている。その他の構成は第１実施形態のものと同様であるので、ここでは、ウェーブワッシャ９９’の構成および機能について主に説明する。

図９は、本実施形態に係るターボチャージャ５のノズルプレート９４およびノズルベーン９６周辺を拡大して示す断面図である。

この図９に示すように、上記シュラウドプレート９８とセンタハウジング５１ｂとの間にはウェーブワッシャ９９’が配設されている。このウェーブワッシャ９９’は、センタハウジング５１ｂの周方向に亘って連続して往復するような波板形状とされたリング状の金属製部材であり、シュラウドプレート９８とセンタハウジング５１ｂとの間で挟み込まれることによりセンタハウジング５１ｂの軸心に沿う方向での弾性力を発生させるようになっている。この弾性力により、上述した実施形態におけるハーフビードガスケット９９と同様の機能を発揮する。

本実施形態においてシュラウドプレート９８を備えさせたことによる作用効果は上記実施形態の場合と同様である。また、ウェーブワッシャ９９’を備えさせたことによる作用効果は上記実施形態におけるハーフビードガスケット９９を備えさせたことによる作用効果と同様である。

従って、本実施形態においても、上記実施形態の場合と同様に、センタハウジング５１ｂとノズルプレート９４との間でのがたつき発生が防止され、センタハウジング５１ｂに対するノズルプレート９４の組付け位置を安定的に得ることができる。その結果、各ノズルベーン９６，９６，…の支持位置にズレを生じさせることがなく、ノズルベーン９６，９６，…の制御姿勢に応じた適切な過給性能を得ることができる。

また、ウェーブワッシャ９９’を備えさせたことにより、上記ノズルサイドクリアランスが無くなって摺動抵抗が増大してしまうといった状況を回避できる。また、上記弾性力が作用しているため、ノズルサイドクリアランスが広くなり過ぎることもない。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態は、上述したハーフビードガスケット９９やウェーブワッシャ９９’を備えさせず、ハーフビードガスケット９９と同様の機能をシュラウドプレート９８に備えさせた点が上記各実施形態のものと異なっている。その他の構成は上記各実施形態のものと同様であるので、ここでは、シュラウドプレート９８の機能について主に説明する。

図１０は、本実施形態に係るターボチャージャ５のノズルプレート９４およびノズルベーン９６周辺を拡大して示す断面図である。

本実施形態におけるシュラウドプレート９８は、外力が作用していない状態では、上記第３の平板部９８ｆの位置が第１の平板部９８ｂの位置よりも第２の平板部９８ｄ寄り（図１０における左側寄り）に形成されている。このため、図１０に示すように、シュラウドプレート９８がノズルプレート９４とセンタハウジング５１ｂとの間に配設された状態では、上記第３の平板部９８ｆと第１の平板部９８ｂとが同一平面上に位置するように弾性変形している。このため、シュラウドプレート９８には、図中に矢印で示すように弾性力（反力）が発生している。つまり、上記第３の平板部９８ｆがノズルプレート９４の径方向面９４ｅに、第１の平板部９８ｂがセンタハウジング５１ｂの端面にそれぞれ強圧されている。これら付勢力は、ノズルプレート９４をノズルベーン９６側に弾性付与すると共に、シュラウドプレート９８とセンタハウジング５１ｂとの当接部分でのシール性を高く確保することに寄与する。これにより、シュラウドプレート９８に、上述した各実施形態におけるハーフビードガスケット９９と同様の機能を兼用させることができ、排気ガスの一部がタービンホイールアッセンブリ５２ｃの背面側に流れ込むことを阻止できて、高い過給性能を確保することができる。

このように、本実施形態では、上述したハーフビードガスケット９９やウェーブワッシャ９９’を備えさせる必要が無いため、部品点数の削減及びコストの低廉化を図ることができる。

−他の実施形態−
以上説明した各実施形態は、自動車用直列４気筒ディーゼルエンジンに適用されるターボチャージャについて説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式（直列型エンジン、Ｖ型エンジン等の別）についても特に限定されるものではない。また、ガソリンエンジンに使用されるターボチャージャに対しても本発明は適用可能である。

また、上述した実施形態では、ノズルプレート９４およびシュラウドプレート９８を共にステンレス製としたが、これらの構成材料はこれに限定されるものではない。

また、上述した実施形態における可変容量型ターボチャージャ５では、タービンハウジング５１ｃを、鋳物で成る本体部５１ｃ−ａと板金で成るプレート部５１ｃ−ｂとの２つの部材で構成していたが、タービンハウジング５１ｃ全体が鋳物で構成された一般的なターボチャージャに対しても本発明は適用可能である。

実施形態に係るエンジンおよびその制御系統の概略構成図である。 ターボチャージャにおけるタービンシャフトの軸心に沿った断面図である。 ターボチャージャのタービンホイールアッセンブリの一部を拡大して示す断面図である。 ノズルベーン開度が大きく設定された状態における可変ノズルベーン機構の正面図である。 ノズルベーン開度が大きく設定された状態における可変ノズルベーン機構の背面図である。 ノズルベーン開度が小さく設定された状態における可変ノズルベーン機構の正面図である。 ノズルベーン開度が小さく設定された状態における可変ノズルベーン機構の背面図である。 第１実施形態におけるノズルベーンおよびその周辺部を示す断面図である。 第２実施形態におけるノズルベーンおよびその周辺部を示す断面図である。 第３実施形態におけるノズルベーンおよびその周辺部を示す断面図である。

符号の説明

５ 可変容量型ターボチャージャ
５１ｂ センタハウジング（ハウジング部材）
５１ｇ 内側当接面
５２ タービン
９ 可変ノズルベーン機構
９４ ノズルプレート（プレート部材）
９４ｄ 内周面
９４ｅ 径方向面
９６ ノズルベーン
９８ シュラウドプレート（位置決め部材）
９８ｅ プレート当接部
９８ｆ 第３の平板部
９９ ハーフビードガスケット（弾性部材）
９９’ ウェーブワッシャ（弾性部材）

Claims (4)

1. ノズルベーンを支持するプレート部材と、一端にタービンブレードを、他端にコンプレッサブレードを有し、タービンブレードに気体が当たることにより回転してコンプレッサブレードによる過給動作を行うタービンと、このタービンを回転自在に支持するハウジング部材とを備えた可変容量型ターボチャージャにおいて、
   上記プレート部材における内周側に向かう面とハウジング部材における外周側に向かう面との間には、プレート部材の半径方向に延びる位置決め部材が嵌め込まれており、この位置決め部材は、上記プレート部材を構成する材料の線膨張係数よりも高い線膨張係数を有する材料により形成されていることを特徴とする可変容量型ターボチャージャ。
2. 上記請求項１記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、
   上記タービンブレードとハウジング部材との間の空間には、上記プレート部材とハウジング部材とをタービンの軸心に沿う方向で互いに離間する方向への付勢力を与えることでプレート部材の上記軸心方向の位置を規制する弾性部材が配設されていることを特徴とする可変容量型ターボチャージャ。
3. 上記請求項２記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、
   位置決め部材は、プレート部材における内周側に向かう面に当接する当接部と、プレート部材においてノズルベーンの配設位置とは反対側に位置して軸心に略直交する方向に延びる面に当接する当接部とを備えており、
   上記弾性部材は、ハウジング部材と位置決め部材との間に配設されて、位置決め部材を介してプレート部材に付勢力を付与していることを特徴とする可変容量型ターボチャージャ。
4. 上記請求項１記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、
   上記位置決め部材は、上記プレート部材とハウジング部材とをタービンの軸心に沿う方向で互いに離間する方向への付勢力を与えることでプレート部材の上記軸心方向の位置を規制する弾性部材としての機能を備えていることを特徴とする可変容量型ターボチャージャ。

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