JP2010048195A - 可変容量過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】シュラウドプレートの加工が容易となり、製造コストの低減を図ることができる。
【解決手段】可変容量過給機１におけるシュラウド機構１０は、リング状をなす一対のシュラウドプレート１１、１２どうしが所定の離間間隔をもって対向配置されるとともに、それらシュラウドプレート１１、１２によって揺動可能に支持された複数の可変ノズルベーン８、８、…が設けられており、一方の第１シュラウドプレート１１は、一対のシュラウドプレート１１、１２どうしが対向する面と反対の側面に対して略直交する方向に突出するボルトの機能を有するピン部材１５を一体化させている。一対のシュラウドプレート１１、１２は、それぞれ周方向に均一な厚さ寸法で形成された薄平板部材とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、可変ノズル機構を備えた可変容量過給機に関する。

従来、エンジン（内燃機関）の給気通路上にコンプレッサホイールを配するとともに、このコンプレッサホイールと回転軸を共有するタービンホイールを排気通路上に配設し、排気エネルギーを利用して吸入空気の過給を行う過給機が知られている。このような過給機においては、タービンホイールへの排気流入部に複数の可変ノズルベーンを設け、タービンへの排気流入流速を制御してタービン効率を向上させる機構を備えたものがある（例えば、特許文献１、２参照）。
このような過給機では、給気通路上のコンプレッサホイールと排気通路上のタービンホイールとが回転軸によって連結されており、排気エネルギーを用いてタービンホイールを回転させることで、回転軸を介してコンプレッサホイールを回転させて過給を行う構成となっている。

図６は、上述した特許文献１に記載されている従来の過給機の一例であり、可変ノズルベーンを備えた可変容量過給機の断面図である。すなわち、図６に示す可変容量過給機１００では、タービンホイール１０１への排気流入部に設けられる複数の可変ノズルベーン１０２が一対のシュラウドプレート１０３、１０４によって揺動可能で開度可変に取り付けられている。これらシュラウドプレート１０３、１０４は、互いに隙間調整ピン１０８によって一定の間隔をもって固定されており、一方の固定側シュラウドプレート１０３がタービンハウジング１０５に取り付けられるカバー１０６に固定ボルト１０７によって固定されている。そして、固定用シュラウドプレート１０３は、タービン中心軸線と同軸に配置されるリング状に形成されるとともに、断面視Ｌ字状をなしている。そして、タービン軸方向に沿うＬ字の一辺に相当する板厚部１０３ａには、固定用シュラウドプレート１０１の厚さ方向（タービンの軸線方向に平行となる方向）に向けて前記固定ボルト１０７を螺合させるための雌ねじを形成したボルト孔１０３ｂが設けられている。

また、図７は、上述した特許文献２に記載されている従来の過給機の一例であり、（ａ）は可変ノズルベーンを備えた可変容量過給機の断面図、（ｂ）はシュラウドプレートの一部拡大図である。すなわち、図７（ａ）に示す可変容量過給機２００では、タービンホイール２０１への排気流入部に設けられる複数の可変ノズルベーン２０２が一対のシュラウドプレート２０３、２０４の間に配置されている。これらシュラウドプレート２０３、２０４は、互いに隙間調整ピン２０８によって一定の間隔をもって配置されており、タービンハウジング２０５とカバー２０６によって挟持された状態で固定されている。図７（ｂ）に示すように、一方の固定側シュラウドプレート２０３には、可変ノズルベーン２０２を駆動するためのリンク機構２０７に連結された支持軸部２０９が回転可能に支持されており、この支持軸部２０９に可変ノズルベーン２０２が固定され、リンク機構２０７の駆動により複数の可変ノズルベーン２０２が揺動可能で開度可変に取り付けられている。固定用シュラウドプレート２０３は、図６と同様にタービン中心軸線と同軸に配置されるリング状に形成されるとともに、断面視Ｌ字状をなし、タービン軸方向に沿うＬ字の一辺に相当する板厚部２０３ａに支持軸部２０９が挿通支持された構造となっている。
特開２００６−３４８８９２号公報 特開平１１−６２６０３号公報

しかしながら、上述した従来の可変容量過給機では、以下のような問題があった。
すなわち、特許文献１（図６参照））では、可変ノズルベーン１０２を揺動可能に支持する固定用シュラウドプレート１０３がタービンハウジング１０５にボルト締結により固定され、その固定用シュラウドプレート１０３にはボルト締結用の雌ねじが形成された構造となっている。そして、ボルト締結による場合には、上述したような十分なねじ深さを確保するために、そのねじ部（ボルト孔１０３ｂ）において固定用シュラウドプレート１０３の厚さ寸法を大きくする必要があった。
一方、特許文献２（図７参照）では、可変ノズルベーン２０２が支持軸部２０９によって片持で支持されており、これにより固定シュラウドプレート２０３には支持軸部２０９を挿通支持させるための十分な挿通長さ寸法を確保する必要があり、そのため固定用シュラウドプレート２０３の厚さ寸法を大きくする必要があった。
このように、特許文献１、２の可変容量過給機では、シュラウドプレートが複雑な加工を施した形状となり、このシュラウドプレートにおいては精度が要求されることから、シュラウドプレートの削り出す加工に手間がかかり、製造コストが増大するといった問題があり、その点で改良の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、シュラウドプレートの加工が容易となり、製造コストの低減を図ることができる可変容量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、本発明に係る可変容量過給機では、排気ガスで回転駆動するタービンホイールを内部に収納するタービンハウジングと、タービンホイールの近傍に配置された複数の可変ノズルベーンの開度を可変可能に保持するシュラウド機構とを備えた可変容量過給機であって、シュラウド機構は、リング状をなす一対のシュラウドプレートどうしが所定の離間間隔をもって対向配置されるとともに、それらシュラウドプレートによって揺動可能に支持された複数の可変ノズルベーンが設けられてなり、一方の固定用シュラウドプレートは、一対のシュラウドプレートどうしが対向する面と反対の側面に対して略直交する方向に突出するボルトの機能を有するピン部材が一体化され、一対のシュラウドプレートは、それぞれ周方向に均一な厚さ寸法で形成された薄平板部材であることを特徴としている。

本発明では、従来のように固定用シュラウドプレートをボルト締めによりタービンハウジング等に固定させるために固定用シュラウドプレートの雌ねじ（ボルト孔）のねじ深さを十分に確保するといった構造にする必要がなく、薄平板部材からなる固定用シュラウドプレートにボルト機能を有するピン部材を例えばかしめや圧入により一体化させ、そのピン部材をタービンハウジングやタービンハウジングに取り付けられるカバーに係止させることで、シュラウド機構を所定の位置に固定することができる。また、各可変ノズルベーンを一対のシュラウドプレートによって両持支持する構造とすることで、一方のシュラウドプレートで受けもつ可変ノズルベーンの支持力が抑えられることから、薄く且つ平板状のシュラウドプレートであっても確実に可変ノズルベーンを支持することが可能な構造を実現することができる。そして、一対のシュラウドプレートがそれぞれ周方向に均一な厚さ寸法で、薄平板状であることから、シュラウドプレートの加工が容易になるという利点がある。

また、本発明に係る可変容量過給機では、一対のシュラウドプレートどうしは、それぞれ同じ厚さ寸法であることが好ましい。

本発明では、一対のシュラウドプレートを同じ形状および寸法で製作することができるので、シュラウドプレートの加工にかかる手間を少なくすることができ、加工の効率化を図ることができる。

本発明の可変容量過給機によれば、可変ノズルベーンを支持する一対のシュラウドプレートがそれぞれ薄平板状であり、複雑な加工を施す必要がなくなるので、これらシュラウドプレートの加工が容易になり、また部材の縮小化により製造コストの低減を図ることができる。さらに、装置の小型化および軽量化が図れるので、組み付け作業を簡略化させることが可能となるといった効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態による可変容量過給機について、図１乃至図５に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態による可変容量過給機の概略構成を示す側断面図、図２は図１に示すシュラウド機構の拡大図、図３はシュラウド機構のピン部材を示す要部拡大図、図４は図２に示すＡ−Ａ線断面図、図５は図２に示すＢ−Ｂ線断面図である。

図１の符号１は、例えば車両のエンジン（内燃機関）に備えられた本実施の形態による可変容量過給機１を示している。
図１に示すように、可変容量過給機１は、エンジンの給気通路上にコンプレッサホイール２を配するとともに、このコンプレッサホイール２と回転軸３を共有するタービンホイール４を排気通路上に配設し、排気エネルギーを利用して吸入空気の過給を行う周知の機能を有する構造となっている。なお、本実施の形態では、図１乃至図３において、紙面右側を給気側、その反対側の紙面左側を排気側として以下統一して説明する。

具体的に、可変容量過給機１は、センターハウジング５と、このセンターハウジング５の給気側（図１で右側）の一端に取り付けられたコンプレッサハウジング６と、センターハウジング５の排気側（図１で左側）の他端に取り付けられたタービンハウジング７とから外殻が形成されており、さらに両端にコンプレッサホイール２と、タービンホイール４とを有する回転軸３がセンターハウジング５内を貫通して配されている。つまり、回転軸３は、この中心軸線を中心にしてセンターハウジング５に対してベアリング５１、５１を介して回転可能に支持されている。コンプレッサホイール２は、コンプレッサハウジング６内に収納され、一方、タービンホイール４がタービンハウジング７内に収納されている。

図２に示すように、タービンハウジング７には、スクロール流路Ｆが形成されており、このスクロール流路Ｆの内周側には環状の排気ガス流路ｆが形成されている。そして、タービンハウジング７は、センターハウジング５にボルト５２によって固定され、タービンホイール４を半径方向に離間して囲むようにして配置され、タービンハウジング７の給気側寄り（センターハウジング５寄り）の位置には、複数の可変ノズルベーン８、８、…を備えたシュラウド機構１０が配設されている。

シュラウド機構１０は、一対のリング状の薄平板部材からなる第１シュラウドプレート１１、及び第２シュラウドプレート１２が互いに離間間隔をもって対向しつつ、回転軸３の中心軸線に同軸に配置されるとともに、これらシュラウドプレート１１、１２の対向する面において、複数（ここでは、１５個）の可変ノズルベーン８、８、…が揺動可能に保持された構成となっている。なお、これらシュラウドプレート１１、１２どうしの間は、タービンホイール４からタービンハウジング７のスクロール流路Ｆへの流入口（排気ガス流路ｆ）の位置に一致している。このシュラウド機構１０は、一対のシュラウドプレート１１、１２、複数の可変ノズルベーン８、８、…、および可変ノズルベーン８、８、…を揺動させるためのリンク機構１４が組み合わされた複合体となっている。

そして、排気側に位置する第１シュラウドプレート１１と給気側に位置する第２シュラウドプレート１２とは、それぞれ複数（図４では、５箇所）の隙間調整ピン１３、１３、…によって固定されている。この隙間調整ピン１３は、一対のシュラウドプレート１１、１２どうしの間隔を一定に保持するためのものである。各隙間調整ピン１３は、その両端部１３ａ、１３ａがそれぞれ各シュラウドプレート１１、１２の厚さ方向に挿通された状態で支持されている。

図３に示すように、一対のシュラウドプレート１１、１２は、それぞれ周方向に均一な厚さ寸法により形成されており、各厚さ寸法Ｄ１、Ｄ２は同じ寸法となっている。また、図４および図５に示すように、両シュラウドプレート１１、１２は、それぞれに形成されている隙間調整ピン１３、１３、…の挿通孔、およびノズル駆動軸１４１、１４１、…の挿通孔が同じ位置となっている。つまり、第１シュラウドプレート１１は、ピン部材１５を挿通させる貫通孔１１ｂが設けられている点で、第２シュラウドプレート１２の構造と異なった構成となっている。

そして、第１および第２シュラウドプレート１１、１２には複数のノズル駆動軸１４１が回転可能な状態で挿通支持されており、そのノズル駆動軸１４１にはシュラウドプレート１１、１２どうしの間の位置において可変ノズルベーン８が固定されている。つまり、各可変ノズルベーン８は、ノズル駆動軸１４１を介して両シュラウドプレート１１、１２に両持支持された状態となっている。リンク機構１４は、複数のリンクを組み付けた構成であり、図示しないアクチュエータによってこれらリンクを介して複数のノズル駆動軸１４１、１４１、…（図４参照）を軸回転させる構造となっている。

つまり、アクチュエータの駆動によって各リンクが駆動し、各ノズル駆動軸１４１を中心軸線を中心にして回転させることで、ノズル駆動軸１４１に連結されている各可変ノズルベーン８がノズル駆動軸１４１を中心にして揺動し、これにより可変ノズルベーン８の開度が変わり、排気ガスの吸入量を変化させてタービンの回転数をコントロールすることが可能となっている。

図２および図３に示すように、第１シュラウドプレート１１には、排気側の側面１１ａ（一対のシュラウドプレート１１、１２どうしが対向する面と反対の排気側の側面）に対して略直交する方向に突出する先端部に雄ねじ１５ｂを形成させたボルト機能を有するピン部材１５、１５、…がプレート周方向に所定間隔をあけて複数本（図４では、５本）設けられている。つまり、各ピン部材１５は、基端部１５ａが第１シュラウドプレート１１に一体化された状態で、タービンハウジング７に形成されているボルト孔７ａに挿通され、その先端部の雄ねじ１５ｂにタービンハウジング７の外方（排気側）からナット１６を螺合させて締結できるように構成されている。ナット１６は、タービンハウジング７に形成されたボルト孔７ａに連通する凹部７ｂ内でピン部材１５の先端部１５ｂに螺合されている。

図３に示すように、さらに具体的にピン部材１５は、第１シュラウドプレート１１に対してかしめにより一体に固定されている。つまり、第１シュラウドプレート１１にはピン部材１５の基端部１５ａを嵌合させるための貫通孔１１ｂが厚さ方向に貫通して形成されており、この貫通孔１１ｂに挿通させた状態で、第１シュラウドプレート１１の外周部を押圧することにより、ピン部材１５の基端部１５ａを周囲からかしめて圧接した状態のかしめ部Ｋを形成させている。このように、ピン部材１５の基端部１５ａは、第１シュラウドプレート１１とのかしめ部Ｋにおいてシュラウド機構１０の荷重を受ける受け面が形成された状態となっている。
ここで、ピン部材１５の材質としては、熱膨張による軸力変化を考慮して、タービンハウジング７の熱膨張と同等になるものを採用する。

また、第１シュラウドプレート１１の貫通孔１１ｂは、給気側（対向する第２シュラウドプレート１２側）の端部位置において、給気側に向けて漸次内径寸法が大きくなるテーパ面１１ｃが形成されている。このように貫通孔１１ｂにテーパ面１１ｃ形成することによって、かしめ易くなるとともに、第１シュラウドプレート１１とピン部材１５とを確実に固定して一体化させることが可能となっている。

次に、上述した可変容量過給機１の作用について、図面に基づいて詳細に説明する。
図１乃至図３に示すように、本可変容量過給機１では、従来のようにシュラウドプレートをボルト締めによりタービンハウジング等に固定させるために固定用シュラウドプレートの雌ねじ（ボルト孔）のねじ深さを十分に確保するといった構造にする必要がなく、薄平板部材からなる第１シュラウドプレート１１にボルト機能を有するピン部材１５を一体化させ、第１シュラウドプレート１１に対するピン部材１５の支持力がねじ構造によらずに確実に得られ、そのピン部材１５をタービンハウジング７に係止させることができる。つまり、ピン部材１５の基端部１５ａを第１シュラウドプレート１１に挿通させた状態で、第１シュラウドプレート１１を厚さ方向に対して略直交する方向に押圧し、ピン部材１５の基端部周囲をかしめることで、その基端部１５ａと第１シュラウドプレート１１とが圧接した状態で固定され、ピン部材１５と第１シュラウドプレート１１とを互いに一体化させることができる。そして、タービンハウジング７のボルト孔７ａにピン部材１５を挿通し、そのピン先端部の雄ねじ１５ｂにナット１６を締結することにより、シュラウド機構１０を所定の位置に固定することができる。

また、各可変ノズルベーン８を一対のシュラウドプレート１１、１２によって両持支持する構造とすることで、一方のシュラウドプレート１１（１２）で受けもつ可変ノズルベーン８の支持力が抑えられることから、薄く且つ平板状のシュラウドプレート１１、１２であっても確実に可変ノズルベーン８、８、…を支持することが可能な構造を実現することができる。そして、一対のシュラウドプレート１１、１２がそれぞれ周方向に均一な厚さ寸法で、薄平板状であることから、シュラウドプレート１１、１２の加工が容易になるという利点がある。
しかも、本可変容量過給機１では、一対のシュラウドプレート１１、１２を同じ形状および寸法で製作することができるので、シュラウドプレート１１、１２の加工にかかる手間を少なくすることができ、加工の効率化を図ることができる。

上述した本実施の形態による可変容量過給機では、可変ノズルベーン８を支持する一対のシュラウドプレート１１、１２がそれぞれ薄平板状であり、複雑な加工を施す必要がなくなるので、これらシュラウドプレート１１、１２の加工が容易になり、また部材の縮小化により製造コストの低減を図ることができる。さらに、装置の小型化および軽量化が図れるので、組み付け作業を簡略化させることが可能となるといった効果を奏する。

以上、本発明による可変容量過給機の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態ではかしめによってピン部材１５と第１シュラウドプレート１１とを一体化させた構造としているが、このような固定構造に限定されることはなく、例えば第１シュラウドプレート１１に対してピン部材１５を圧入することによって一体化させる固定構造であってもかまわない。要は、第１シュラウドプレート１１が薄平板部材から形成されているので、ねじ部を確保する必要があって厚さが大きくなるねじ構造によらない固定方法であって、第１シュラウドプレート１１に対するピン部材１５の支持力が得られれる固定構造であればよいのである。

また、本実施の形態では、一対のシュラウドプレート１１、１２の厚さ寸法Ｄ１、Ｄ２（図３参照）を同じ寸法としているが、双方が異なる厚さ寸法であってもよい。つまり、シュラウドプレート１１、１２は、それぞれが少なくとも周方向に均一の厚さ寸法であって薄平板状であれば、本願発明の加工を容易にすることができるといった利点を得ることができる。なお、一対のシュラウドプレート１１、１２の厚さ寸法Ｄ１、Ｄ２（図３参照）は、過給機の大きさ、可変ノズルベーン８の数量などによって任意に設定することができる。

さらに、本実施の形態ではシュラウド機構１０をタービンハウジング７に固定させた構造としているが、これに限定されることはなく、例えばタービンハウジングに取り付けられるカバーにシュラウド機構１０（ピン部材１５）を固定する形態であってもかまわない。
さらにまた、リンク機構１４の構造、および可変ノズルベーン８、隙間調整ピン１３の数量、寸法などの構成は本実施の形態に限定されることはなく、タービンの性能に応じて適宜設定することができる。

本発明の実施の形態による可変容量過給機の概略構成を示す側断面図である。 図１に示すシュラウド機構の拡大図である。 シュラウド機構のピン部材を示す要部拡大図である。 図２に示すＡ−Ａ線断面図である。 図２に示すＢ−Ｂ線断面図である。 従来の過給機の一例であり、可変ノズル機構を備えた可変容量過給機の断面図である。 従来の過給機の他の一例であり、（ａ）は可変ノズルベーンを備えた可変容量過給機の断面図、（ｂ）はシュラウドプレートの一部拡大図である。

符号の説明

１ 可変容量過給機
２ コンプレッサホイール
３ 回転軸
４ タービンホイール
５ センターハウジング
６ コンプレッサハウジング
７ タービンハウジング
７ａ ボルト孔
８ 可変ノズルベーン
１０ シュラウド機構
１１ 第１シュラウドプレート（固定用シュラウドプレート）
１１ｂ 貫通孔
１２ 第２シュラウドプレート
１３ 隙間調整ピン
１４ リンク機構
１５ ピン部材
１５ａ 基端部
１５ｂ 雄ねじ
１６ ナット
Ｄ１、Ｄ２ シュラウドプレートの厚さ寸法
Ｋ かしめ部

Claims (2)

1. 排気ガスで回転駆動するタービンホイールを内部に収納するタービンハウジングと、前記タービンホイールの近傍に配置された複数の可変ノズルベーンの開度を可変可能に保持するシュラウド機構とを備えた可変容量過給機であって、
   前記シュラウド機構は、リング状をなす一対のシュラウドプレートどうしが所定の離間間隔をもって対向配置されるとともに、それらシュラウドプレートによって揺動可能に支持された複数の前記可変ノズルベーンが設けられてなり、
   一方の固定用シュラウドプレートは、一対の前記シュラウドプレートどうしが対向する面と反対の側面に対して略直交する方向に突出するボルトの機能を有するピン部材が一体化され、
   一対の前記シュラウドプレートは、それぞれ周方向に均一な厚さ寸法で形成された薄平板部材であることを特徴とする可変容量過給機。
2. 一対の前記シュラウドプレートどうしは、それぞれ同じ厚さ寸法であることを特徴とする請求項１に記載の可変容量過給機。

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