JP2010216283A

JP2010216283A - Ｖｇｓタイプターボチャージャの可変翼

Info

Publication number: JP2010216283A
Application number: JP2009061406A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Akita; 隆弘秋田
Original assignee: AKITA FINE BLANKING KK
Current assignee: AKITA FINE BLANKING KK
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2010-09-30

Abstract

【課題】更なる将来への改良を目指すべく、前記可変翼の案内方向をより積極的に好適化できる可変翼の形状を提案することを技術課題としたものある。
【解決手段】本発明のＶＧＳタイプターボチャージャＣの可変翼１は、低速回転時であってもエンジンが高出力を発揮できるようにしたＶＧＳタイプターボチャージャＣの排気ガイドアッセンブリＡＳに組み込まれる可変翼１であって、この可変翼１は、翼部１１と軸部１２とを具え、軸部１２の実質中心線である軸基準線に対し、翼部の実質中心面である翼基準面とが非平行状態に構成されていることを特徴として成るものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用エンジン等に用いられるＶＧＳタイプターボチャージャ〔ＶＧＳはVariable Geometry Systemの略〕において、タービンに送り込む排気ガスの流量を調整する可変翼に関するものであって、特に排気ガスの流れ方向を更に多様に案内することができる、新規な可変翼に係るものである。

自動車用エンジンの高出力化、高性能化の一手段として用いられる過給機として、ターボチャージャが知られている。このものはエンジンの排気エネルギによってタービンを駆動し、このタービンの出力によってコンプレッサを回転させ、エンジンに自然吸気以上の過給状態をもたらす装置である。このターボチャージャは、エンジンが低速回転しているときには、排気流量の低下によりタービンロータがほとんど働かず、従って高回転域まで回るエンジンにあってはタービンが効率的に回るまでのもたつき感と、その後の一挙に吹き上がるまでの所要時間いわゆるターボラグ等が生ずることを免れないものであった。また、もともとエンジンの回転数が低いディーゼルエンジンでは、ターボ効果を得にくいという欠点があった。

このため低回転域からでも効率的に作動するＶＧＳタイプのターボチャージャ（ＶＧＳユニット）が開発されてきている。このものは、少ない排気流量を可変翼（羽）で適宜絞り込み、排気の速度を増し、タービンロータの仕事量を大きくすることで、低速回転時でも高出力を発揮できるようにしたものである。このためＶＧＳユニットにあっては、別途可変翼の可変機構等に関し、性能向上や、コスト低減のための改良が、常に求められている。本出願人も、ＶＧＳタイプのターボチャージャに関し、鋭意研究や開発を重ね、多くの特許出願に至っている（例えば特許文献１〜８参照）。

ところで、このようなＶＧＳタイプユニットの可変翼は、製造コスト、機能、性能を考慮すると、例えばファインブランキングの手法により製造することが一つの有力な手法であって、本出願人もこの手法による製品を好評裏に市場に提供している。
このような製造手法に因み、可変翼の形状自体もその手法に適合した形態をとるものであり、例えば可変翼の面方向の実質中心面である翼基準面を見ると、幾分か湾曲面ではあるもののほぼ二次元平面に近い形状が採られいる。このような形状は目下必要充分な性能を発揮しているが、排気ガスの案内作用に関し、タービンロータのブレードへの案内効果や、排気ガスのリーク防止効果等をも絡ませて考慮すると、更なる改良点を見出され、これが技術課題として認識されるに至った。

特開２００３−４９６５５号公報特開２００３−４９６６３号公報特開２００３−４９６５６号公報特開２００３−４９６５７号公報特開２００３−４９６５８号公報特開２００３−４９６５９号公報特開２００３−４８０３３号公報特開２００３−４９６６０号公報

本発明は、このような背景を考慮してなされたものであって、更なる将来への改良を目指すべく、前記可変翼の案内方向をより積極的に好適化できる可変翼の形状を提案することを技術課題としたものある。

すなわち請求項１記載のＶＧＳタイプターボチャージャの可変翼は、タービンロータの外周位置に配置された複数の可変翼をレバープレートを介してドライブリングのシフトにより回動させ、エンジンから排出された比較的少ない排気ガスを、この可変翼によって適宜絞り込み、排気ガスの速度を増幅させ、排気ガスのエネルギでタービンロータを回し、タービンロータに直結されたコンプレッサで自然吸気以上の空気をエンジンに送り込み、低速回転時であってもエンジンが高出力を発揮できるようにしたＶＧＳタイプターボチャージャの排気ガイドアッセンブリに組み込まれる可変翼であって、この可変翼は、翼部と軸部とを具え、軸部の実質中心線である軸基準線に対し、翼部の実質中心面である翼基準面が非平行状態に構成されていることを特徴として成るものである。

また請求項２記載のＶＧＳタイプターボチャージャの可変翼は、前記請求項１記載の要件に加え、前記翼基準面は、ほぼ二次元平面であって、軸部幅方向間の中間部位において軸基準線と交差して両者が非平行状態に構成されていることを特徴として成るものである。

また請求項３記載のＶＧＳタイプターボチャージャの可変翼は、前記請求項１記載の要件に加え、前記翼基準面は、三次元の湾曲面であって、その全ての範囲、または一部の範囲で軸基準線と非平行状態であることを特徴として成るものである。

これら各請求項記載の発明の構成を手段として前記課題の解決が図られる。
すなわち請求項１記載の発明によれば、排気ガスの案内方向をより多様化でき、排気ガスを有効にタービンロータのブレードに導いたり、あるいは排気ガスを、その漏洩を回避する方向に案内することができる。

また請求項２記載の発明によれば、翼部そのものの形状は、ほぼ二次元平面で構成することから比較的シンプルな形態となり、製造適性が良い。

また請求項３記載の発明によれば、翼部そのものの形状は、三次元曲面で構成することから、更に多様な排気ガスの案内方向を選択しうる。

本発明の可変翼を組み込んだ排気ガイドアッセンブリの一例を示す分解斜視図、並びにＶＧＳタイプのターボチャージャの一例を示す斜視図（ａ）、並びに本発明の可変翼が排気ガイドアッセンブリ適用されている状態を示す拡大斜視図（ｂ）である。本発明の可変翼を拡大して示す斜視図、並びに一部破断側面図である。同上背面図である。同上平面図である。同上側面図である。本発明の可変翼におけるスケルトン要素線を併せ示す斜視図である。本発明の可変翼の他の実施例を示す斜視図（ａ）、及びそのスケルトン（ｂ）である。本発明の可変翼における排気ガスの流れを示す背面図である。従来の可変翼における排気ガスの流れを示す背面図である。

本発明を実施するための形態は、以下の実施例に述べるものをその一つとするとともに、更にその技術思想内において改良し得る種々の形態を含むものである。

以下、本発明を図示の実施例に基づいて具体的に説明する。
なお、説明にあたっては、本発明に係る可変翼が適用されている可変機構を組み込んだＶＧＳタイプのターボチャージャＣにおける排気ガイドアッセンブリＡＳについて概略的に説明しながら、可変翼１の具体的な態様について説明する。

排気ガイドアッセンブリＡＳは、特にエンジンの低速回転時において排気ガスＧを適宜絞り込んで排気流量を調節するものであり、一例として図１に示すように、タービンロータＴの外周に設けられ実質的に排気流量を設定する複数の可変翼１と、可変翼１を回動自在に保持するフレーム基材２と、排気ガスＧの流量を適宜設定すべく可変翼１を一定角度回動させる可変機構３とを具えて成るものである。以下、各構成部について説明する。

まず本発明に係る可変翼１について説明する。このものは一例として図１に示すように、タービンロータＴの外周に沿って円環状に複数（一基の排気ガイドアッセンブリＡＳに対して概ね１０〜１５個程度）配設され、そのそれぞれが、ほぼ均等に且つ一斉に回動して排気流量を調節する。また可変翼１は、図２〜６に示すように翼部１１と、軸部１２とを具えて成り、以下、これらについて説明する。

本発明に係る可変翼１における翼部１１は、主にタービンロータＴの幅寸法に応じた幅を有するように形成されるものであり、その幅方向における断面が翼形に形成され、排気ガスＧが効果的にタービンロータＴに向かうように構成されている。
更にまた、翼部１１には、軸部１２との境界部（接続部）に、軸部１２より幾分大径の鍔部１３が形成される。なお鍔部１３の側面（座面）は、翼部１１の端面と、ほぼ同一平面上に形成され、この平面が可変翼１をフレーム基材２に挿入した際の座面となり、タービンロータＴにおける幅方向の位置規制を図る作用を担っている。

一方、軸部１２は、翼部１１と一体的に連続形成されるものであり、翼部１１を動かす際の回動軸となる。そして、この軸部１２の先端には、可変翼１の取付状態の基準となる基準面１５が形成される。なお、この基準面１５は、後述する可変機構３に対しカシメ等によって固定される部位であり、一例として図１に示すように、軸部１２を対向的に切り欠いた二平面として形成される。
図示した可変翼１は、翼部１１の両側に軸部１２が形成された、いわゆる両軸タイプないしは両持ちタイプと称されるものである。しかしながら、可変翼１としては、翼部１１の一方のみに軸部１２が形成された、いわゆる片持ちタイプの可変翼１のものも適用できる。

そして、本発明の可変翼１は、軸部１２に対し、翼部１１が傾いた状態または捻じれたような状態で形成されていることを特徴とする。
このように軸部１２と、翼部１１とが三次元的に配設されることから、この形態を説明するためにスケルトン要素線を以下のように定義する。まず軸部１２の実質的な中心線を軸基準線Ｃ２とするものであって、回動軸芯となる一本の線である。また、翼部１１は、面状に形成され、且つ湾曲状等、三次元曲面を具えることから、翼部１１の厚み方向中心を通るスケルトン要素を次のように表す。すなわち図６に示すように翼部長手方向に添うスケルトン要素線を翼長スケルトン線Ｌ１と表し、また翼部幅方向に添うスケルトン要素線を翼幅スケルトン線Ｌ２と表す。そして、翼部幅方向中心における翼長スケルトン線Ｌ１を特に翼中心線Ｃ１とする。またこれら翼長スケルトン線Ｌ１と翼幅スケルトン線Ｌ２との集合により形成される面、すなわち実質的に翼部１１の中心面を翼基準面Ｆとする。

本発明に係る翼部１１は、軸部１２に対しその軸基準線Ｃ２に対して、翼基準面Ｆが非平行状態になるように形成されている。図１〜６に示す実施例は、翼基準面Ｆの幅方向のほぼ中心、すなわち翼中心線Ｃ１付近で翼基準面Ｆが軸基準線Ｃ２とほぼ交差しながら、翼部１１がその幅方向に傾いたような形状を採っている。そしてこの実施例においては、翼基準面Ｆはほぼ二次元平面を構成している。

このような翼基準面Ｆが軸基準線Ｃ２に対し、非平行状態である態様は、種々採り得るものであり、例えば図７に示す実施例にあっては、翼基準面Ｆ自体が三次元曲面として構成されている。この実施例では、翼基準面Ｆを構成するために集合している翼幅スケルトン線Ｌ２のうち、軸基準線Ｃ２に合致する部位では一例として両者は平行ないしは同一線上にあるが、翼部１１の前後において翼幅スケルトン線Ｌ２は、軸基準線Ｃ２とは非平行状態となり、いわば捻じれたような翼基準面Ｆを構成しているものである。
なお翼中心線Ｃ１に関しては、図６に示す実施例、図７に示す実施例のいずれの場合も、軸基準線Ｃ２に対し、上方からの投影形状において直交するような状態のほか、斜めに交差する斜交するような状態が採り得る。

本発明に係る可変翼１は、以上述べたような形態を採るものであり、更にこのものが組み込まれるフレーム基材２等について説明する。
このものは、複数の可変翼１を回動自在に保持するフレーム部材として構成されるものであって、一例として図１に示すように、取付側フレーム基材２１と対向側フレーム基材２２とによって可変翼１（翼部１１）を挟み込むように構成される。
取付側フレーム基材２１は、中央部分が開口状態に形成され、その周縁部分に可変翼１の軸部１２を受け入れる軸受部２３が等配されて成るものである。また、この取付側フレーム基材２１の外周部には、後述する可変機構３が設けられる。
また対向側フレーム基材２２は、一例として図１に示すように中央部分を開口した円板状に形成される。

そして、これら取付側フレーム基材２１と対向側フレーム基材２２とによって挟み込まれた可変翼１を、常に円滑に回動させ得るように、両部材間の寸法が、ほぼ一定（概ね可変翼１の翼幅ｈ程度）に維持されるものであり、一例として軸受部２３の外周部分に、四カ所設けられたカシメピン２４によって両部材間の寸法が維持される。ここで、このカシメピン２４を受け入れるために取付側フレーム基材２１及び対向側フレーム基材２２に開口形成される孔をピン孔２４Ｐとする。

次に、レバープレート５を含む可変機構３について説明する。可変機構３は、排気流量を調節するために可変翼１を適宜回動させるものであり、一例として図１に示すように、排気ガイドアッセンブリＡＳ内において可変翼１の回動を生起するドライブリング３１と、この回動を可変翼１に伝達するレバープレート５とを主な構成部材とする。

ドライブリング３１は、例えば図示したような切り欠き状の駆動係合部３３を周面に多数具えるものであり、ここに前記レバープレート５が係合してドライブリング３１の回転が、レバープレート５の回動動作になるようにシフトするものである。なおドライブリング３１は、その一部においてアクチュエータＡＣからの駆動を受け入れるＵ字状の切り込みとした入力部３６を有する。そしてこのことから、理解されるようにこのレバープレート５は、ドライブリング３１と可変翼１１の軸部１２との間に介在して、可変翼１１の回動を行うものである。

本発明に係る可変翼１１は、以上述べたような形状を有するものであり、このものが排気ガイドアッセンブリＡＳに組み付けられた際には、次のような作用を行う。

基本的な動作は、前記可変機構３により可変翼１の先端が開閉し、排気ガイドアッセンブリＡＳのフレーム基材２への排ガスＧの流路開口面積を設定するものである。このとき可変翼１の翼部１１が、軸部１２の回動方向に対して、いわば捻じれた状態ないしは傾いた状態に設定されていることから、図８に示すようにこれにより可変翼１に流入してくる排気ガスＧの案内方向が積極的に設定されてくる。このことは、例えば図９に示す従来型では可変翼１０１における可変機構側への軸部１１２に側での排ガスＧ漏洩が従来不可避であったが、本発明では図８に示すように漏洩方向に排気ガスＧの流れが向わないように積極的に案内することができる。これにより、ここからの排気ガスＧの漏洩が防止される。
また更に、このような排気ガスＧの案内作用は、タービンロータＴのブレートに対する排気ガスＧの導入方向についてもより自然な方向に設定でき、タービンロータＴの駆動効率も更に向上させることができる。

１可変翼
２フレーム基材
３可変機構
５レバープレート
１１翼部
１２軸部
１３鍔部
１５基準面
２フレーム基材
２１取付側フレーム基材
２２対向側フレーム基材
２３軸受部
２４カシメピン
２４Ｐピン孔
３可変機構
３１ドライブリング
３３駆動部
３６入力部
１０１可変翼
１１２軸部
ＡＣアクチュエータ
ＡＳ排気ガイドアッセンブリ
Ｃターボチャージャ
Ｃ１翼中心線
Ｃ２軸基準線
Ｆ翼基準面
Ｇ排気ガス
Ｌ１翼長スケルトン線
Ｌ２翼幅スケルトン線
Ｔタービンロータ

Claims

タービンロータの外周位置に配置された複数の可変翼をレバープレートを介してドライブリングのシフトにより回動させ、
エンジンから排出された比較的少ない排気ガスを、この可変翼によって適宜絞り込み、排気ガスの速度を増幅させ、排気ガスのエネルギでタービンロータを回し、タービンロータに直結されたコンプレッサで自然吸気以上の空気をエンジンに送り込み、低速回転時であってもエンジンが高出力を発揮できるようにしたＶＧＳタイプターボチャージャの排気ガイドアッセンブリに組み込まれる可変翼であって、
この可変翼は、翼部と軸部とを具え、軸部の実質中心線である軸基準線に対し、翼部の実質中心面である翼基準面とが非平行状態に構成されていることを特徴とするＶＧＳタイプターボチャージャの可変翼。
前記翼基準面は、ほぼ二次元平面であって、軸部幅方向間の中間部位において軸基準線と交差して両者が非平行状態に構成されていることを特徴とする請求項１記載のＶＧＳタイプターボチャージャの可変翼。
前記翼基準面は、三次元の湾曲面であって、その全ての範囲、または一部の範囲で軸基準線と非平行状態であることを特徴とする請求項１記載のＶＧＳタイプターボチャージャの可変翼。