JP2015094266A - 可変ノズルターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】ユニゾンリングとメインプレートとの間に溜まった異物により、可変ノズルの適正な動作が妨げられることを抑制できる可変ノズルターボチャージャを提供する。【解決手段】可変ノズル型のターボチャージャでは、メインプレート１０に対しその厚さ方向に並ぶユニゾンリング１２の周方向についての変位を通じて可変ノズルが動作する。ユニゾンリング１２とメインプレート１０との対向面Ｆ１，Ｆ２間に隙間が形成されており、その隙間には対向面Ｆ１，Ｆ２のうちの一方の面Ｆ１からもう一方の面Ｆ２に向けて突出する突部４１が設けられる。そして、ユニゾンリング１２が周方向に変位するとき、上記突部４１により対向面Ｆ１，Ｆ２間の隙間に付着した異物が同隙間の外に掻き出されるため、その隙間に溜まった異物により可変ノズルの適正な動作が妨げられることは抑制される。【選択図】図４

Description

本発明は、可変ノズルターボチャージャに関する。

特許文献１に示されるように、可変ノズルターボチャージャは、タービンホイールに排気を吹き付けるための排気経路に設けられて同排気の流速を調整すべく開度変更される可変ノズルを備えている。この可変ノズルの開度変更動作は、上記排気経路に設けられたメインブレートに対し、その厚さ方向に並ぶユニゾンリングの回転（周方向への変位）によって実現される。

特開２０１０−１８０８６４公報

可変ノズルターボチャージャでは、ユニゾンリング及びメインプレートが排気に曝されるため、その排気に含まれる煤等の異物がユニゾンリングとメインプレートとの間に溜まるおそれがある。そして、その溜まった異物がユニゾンリングの周方向への変位の妨げになる等、上記異物によって可変ノズルの適正な動作が妨げられるおそれがある。

本発明の目的は、ユニゾンリングとメインプレートとの間に溜まった異物により、可変ノズルの適正な動作が妨げられることを抑制できる可変ノズルターボチャージャを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する可変ノズルターボチャージャでは、ユニゾンリングとメインプレートとの対向面Ｆ１，Ｆ２間の隙間に付着した煤等の異物は、可変ノズルを動作すべくユニゾンリングを回転（周方向に変位）させたとき上記隙間から排出される。詳しくは、ユニゾンリングが周方向に変位すると、上記対向面Ｆ１，Ｆ２のうちの一方の面Ｆ１からもう一方の面Ｆ２に向けて突出する複数の突部により、上記対向面Ｆ１，Ｆ２間の隙間に付着した異物が同隙間の外に掻き出される。従って、ユニゾンリングとメインプレートとの間に溜まった異物により、可変ノズルの適正な動作が妨げられることは抑制される。

上記突部は、ユニゾンリングとメインプレートとの対向面Ｆ１，Ｆ２のうちの一方の面Ｆ１にユニゾンリングの周方向について間隔おいて形成された複数の凹部の間に、それぞれ設けるようにしてもよい。この場合、上記対向面Ｆ１，Ｆ２間に複数設けられた上記突部により、上記対向面Ｆ１，Ｆ２間の隙間に付着した異物を効果的に同隙間の外に掻き出すことができる。

上記凹部は、ユニゾンリングとメインプレートとの対向面Ｆ１，Ｆ２のうちの一方の面Ｆ１だけでなく、もう一方の面Ｆ２にもユニゾンリングの周方向について間隔おいて形成してもよい。そして、上記もう一方の面Ｆ２の凹部を上記一方の面Ｆ１の凹部と向かい合わせる。その結果、ユニゾンリングとメインプレートとの対向面Ｆ１，Ｆ２の間の距離が上述したように向かい合う凹部によって大きくなり、上記対向面Ｆ１，Ｆ２の間の隙間を広くとることができるため、その隙間に異物が溜まりにくくなる。

なお、上記もう一方の面Ｆ２に形成された複数の凹部の間にもそれぞれ突部を設け、その凹部内に上記一方の面Ｆ１に形成された突部を挿入するとともに、上記もう一方の面Ｆに形成された突部を前記一方の面Ｆ１に形成された凹部内に挿入することも考えられる。この場合、ユニゾンリングとメインプレートとの対向面Ｆ１，Ｆ２間の隙間に付着した異物を、ユニゾンリングの周方向への変位に伴い上記一方の面Ｆ１に形成された突部と上記もう一方の面Ｆ２に形成された突部とにより、上記隙間から掻き出すことができる。

また、上記突部の数及び位置については、可変ノズルを動作させるためのユニゾンリングの周方向についての変位範囲全体に亘る変位を通じて、上記突部がユニゾンリングとメインプレートとの対向面Ｆ１，Ｆ２間の隙間を上記周方向全体に亘って変位するように設定することが考えられる。この場合、可変ノズルを動作させるためのユニゾンリングの周方向についての変位範囲全体に亘る変位により、上記対向面Ｆ１，Ｆ２間の隙間に付着した異物を上記各突部により隙間の外に確実に掻き出すことができる。

可変ノズル型のターボチャージャ及びエンジンを示す略図。 ターボチャージャの可変ノズルユニットを示す正面図。 可変ノズルユニットの取付態様を示す拡大断面図。 （ａ）はユニゾンリング及びメインプレートを示す側面図であり、（ｂ）はユニゾンリング及びメインプレートを示す斜視図。 ユニゾンリング及びメインプレートの他の例を示す側面図。 ユニゾンリング及びメインプレートの他の例を示す側面図。

以下、可変ノズルターボチャージャの一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に示されるように、エンジン１における吸気通路２の上流部分、及び排気通路３の下流部分は、それぞれ可変ノズル型のターボチャージャ４に繋がっている。このターボチャージャ４は、吸気通路２の下流側へ空気を送り出すためのコンプレッサホイール５と、排気通路３を通過する排気の吹き付けに基づいて回転するタービンホイール６とを備えている。そして、タービンホイール６が回転すると、それと一体にコンプレッサホイール５が回転し、これによりエンジン１の吸入空気量が増加して同エンジン１の出力を向上させることが可能となる。

ターボチャージャ４において、タービンホイール６に排気を吹き付けるための排気経路８上には可変ノズルユニット７が取り付けられている。この可変ノズルユニット７は、アクチュエータ９により駆動されて上記排気経路８の排気流通面積を増減させ、それによって上記タービンホイール６に吹き付けられる排気の流速を可変とするものである。このようにタービンホイール６に吹き付けられる排気の流速を可変とすることで、ターボチャージャ４の回転速度が変更され、エンジン１の過給圧（吸気圧）が調整されるようになる。詳しくは、上記排気経路８の排気流通面積を小さくすると、タービンホイール６に吹き付けられる排気の流速が速くなってターボチャージャ４の回転速度が高くなり、エンジン１の過給圧は上昇する。また、上記排気経路８の排気流通面積を大きくすると、タービンホイール６に吹き付けられる排気の流速が遅くなってターボチャージャ４の回転速度が低くなり、エンジン１の過給圧は低下する。

図２は、可変ノズルユニット７の詳細な構造を示している。同図に示されるように、可変ノズルユニット７には、リング状のメインプレート１０に対しその周方向に等間隔をおいた状態で複数の可変ノズル１１が組み付けられている。これら可変ノズル１１は、メインプレート１０をその厚さ方向（紙面と直交する方向）に貫通するノズルピン２３と、ノズルピン２３の一端に固定されたノズルベーン２４（破線）と、ノズルピン２３のもう一端に固定されたアーム２５とを備えている。また、可変ノズルユニット７には、メインプレート１０の中心線と同一軸線上に位置し、メインプレート１０に対し厚さ方向に並ぶ板状のユニゾンリング１２が組み付けられている。このユニゾンリング１２は、メインプレート１０に対し、上記軸線周りに（周方向に）相対変位可能となっている。ユニゾンリング１２の内周面には、可変ノズル１１のアーム２５の端部が挿入される収容部２６が周方向に沿って等間隔をおいて複数形成されている。更に、ユニゾンリング１２の内周面には、アクチュエータ９（図１）をユニゾンリング１２と係合させるための係合ピン１８が挿入される切欠部１６も形成されている。

そして、アクチュエータ９の駆動力が係合ピン１８を介してユニゾンリング１２に作用することにより、ユニゾンリング１２が回転（周方向に変位）する。その結果、可変ノズル１１のアーム２５がユニゾンリング１２に押されてノズルピン２３をその軸線周りに回動させ、同ノズルピン２３の回動に伴って各ノズルベーン２４が同ノズルピン２３を中心にして各々同時に且つ同方向に回動する。こうした隣り合うノズルベーン２４の回動に基づき同ノズルベーン２４（可変ノズル１１）が開閉動作し、その開閉動作（開度変更動作）に基づき各ノズルベーン２４間の隙間の大きさ、すなわちタービンホイール６に排気を吹き付けるための排気経路８（図１）の排気流通面積が変化する。この排気経路８の排気流通面積の変化により、タービンホイール６に吹き付けられる排気の流速が可変とされる。なお、図２に示されるユニゾンリング１２の内周面には、メインプレート１０に固定されたストッパ１９が挿入される切欠部１７も形成されている。これら切欠部１７及びストッパ１９により、ユニゾンリング１２の周方向についての変位が所定範囲内に規制される。

図３は、ターボチャージャ４の排気経路８上での可変ノズルユニット７の取り付け状態を示している。同図から分かるように、可変ノズルユニット７のメインプレート１０は、その厚さ方向（図中左右方向）に並んだサイドプレート２７との間に、可変ノズル１１のノズルベーン２４を挟んでいる。なお、メインプレート１０とサイドプレート２７との間の距離は、両者の間に固定される複数のスペーサピン３０（図３には一つのみ図示）により、メインプレート１０とサイドプレート２７との間に上記ノズルベーン２４を設けることが可能な値に保たれている。また、可変ノズルユニット７のユニゾンリング１２は、メインプレート１０におけるサイドプレート２７側とは逆側に位置している。

ところで、可変ノズルユニット７はターボチャージャ４の排気経路８上に設けられる関係から、ユニゾンリング１２及びメインプレート１０は排気に曝されることになる。このため、ユニゾンリング１２とメインプレート１０との間に排気に含まれる煤等の異物が溜まり、その異物が可変ノズル１１を適正に動作させる際の妨げになるおそれがある。以下、こうした問題に対処するための構造について詳しく説明する。

図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、ユニゾンリング１２とメインプレート１０との対向面Ｆ１，Ｆ２間に隙間が形成されており、その隙間により対向面Ｆ１，Ｆ２間に異物が溜まりにくくされる。更に、上記隙間には対向面Ｆ１，Ｆ２のうちの一方の面Ｆ１からもう一方の面Ｆ２に向けて突出する突部４１が設けられている。詳しくは、対向面Ｆ１，Ｆ２のうちユニゾンリング１２側の面Ｆ１には、ユニゾンリング１２の周方向について一定の間隔をおいて複数の凹部４２が形成されている。そして、面Ｆ１における複数の凹部４２の間にそれぞれ上記突部４１が設けられている。

また、上記突部４１の数及び位置は、可変ノズル１１（図２）を動作させるためのユニゾンリング１２の周方向についての変位範囲全体に亘る変位を通じて、上記突部４１がユニゾンリング１２とメインプレート１０との対向面Ｆ１，Ｆ２間の隙間を上記周方向全体に亘って変位するように設定されている。なお、ユニゾンリング１２において、上述したように設定された突部４１に対応する位置には、可変ノズル１１のアーム２５の端部を挿入するための上記収容部２６が形成されている。

次に、可変ノズル型のターボチャージャ４の作用について説明する。
ターボチャージャ４において、ユニゾンリング１２とメインプレート１０との対向面Ｆ１，Ｆ２間の隙間に付着した煤等の異物は、可変ノズル１１を動作すべくユニゾンリング１２を周方向に変位させたとき、上記対向面Ｆ１，Ｆ２のうちの一方の面Ｆ１からもう一方の面Ｆ２に向けて突出する突部４１により上記隙間の外に掻き出される。すなわち、ユニゾンリング１２と一体的に上記突部４１が周方向に変位したとき、その突部４１で上記対向面Ｆ１，Ｆ２の間の隙間に付着した異物が押され、それによって上記隙間の外への異物の排出（掻き出し）が行われる。従って、ユニゾンリング１２とメインプレート１０との間に異物が溜まることは抑制される。そして、その異物がユニゾンリング１２の周方向への変位やノズルピン２３におけるその軸線周りの回動の妨げになる等、上記異物によって可変ノズル１１の適正な開閉動作が妨げられることは抑制される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）ターボチャージャ４において、ユニゾンリング１２とメインプレート１０との対向面Ｆ１，Ｆ２間の隙間に付着した煤等の異物は、可変ノズル１１を動作すべくユニゾンリング１２を周方向に変位させたとき、上記対向面Ｆ１，Ｆ２のうちの一方の面Ｆ１からもう一方の面Ｆ２に向けて突出する突部４１により上記隙間の外に掻き出される。従って、ユニゾンリング１２とメインプレート１０との間に異物が溜まることを抑制でき、その異物により可変ノズル１１の適正な動作が妨げられることを抑制できる。

（２）上記突部４１は、ユニゾンリング１２とメインプレート１０との対向面Ｆ１，Ｆ２のうちの一方の面Ｆ１にユニゾンリング１２の周方向について一定の間隔おいて形成された複数の凹部４２の間にそれぞれ設けられている。このため、ユニゾンリング１２が周方向に変位したとき、上記対向面Ｆ１，Ｆ２間に複数設けられた上記突部４１により、上記対向面Ｆ１，Ｆ２間の隙間に付着した異物を効果的に同隙間の外に掻き出すことができる。

（３）上記突部４１の数及び位置は、可変ノズル１１を動作させるためのユニゾンリング１２の周方向についての変位範囲全体に亘る変位を通じて、上記突部４１がユニゾンリング１２とメインプレート１０との対向面Ｆ１，Ｆ２間の隙間を上記周方向全体に亘って変位するように設定されている。従って、ユニゾンリング１２が周方向についての変位範囲全体に亘って変位した場合、上記対向面Ｆ１，Ｆ２間の隙間に付着した異物を上記各突部４１により確実に隙間の外に掻き出すことができる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・上記突部４１の数及び位置については、ユニゾンリング１２の周方向についての変位範囲全体に亘る変位を通じて、上記突部４１がユニゾンリング１２とメインプレート１０との対向面Ｆ１，Ｆ２間の隙間を上記周方向全体に亘って変位するように設定されているが、必ずしもこのように設定する必要はない。

・必ずしも上記突部４１を複数設ける必要はない。
・対向面Ｆ１，Ｆ２のうち、一方の面Ｆ２をメインプレート１０側に設定し、もう一方の面Ｆ２をユニゾンリング１２側に設定してもよい。この場合、突部４１がメインプレート１０側の面Ｆ１からユニゾンリング１２側の面Ｆ２に向けて突出する。

・図５に示すように、ユニゾンリング１２とメインプレート１０との対向面Ｆ１，Ｆ２のうち、一方の面Ｆ１の各凹部４２だけでなく、もう一方の面Ｆ２にもユニゾンリング１２の周方向について一定の間隔をおいて複数の凹部４３を形成し、それら凹部４３が上記各凹部４２と向かい合うようにしてもよい。この場合、ユニゾンリング１２とメインプレート１０との対向面Ｆ１，Ｆ２の間の距離が上述したように向かい合う凹部４２，４３によって大きくなり、上記対向面Ｆ１，Ｆ２の間の隙間を広くとることができるため、その隙間に異物が溜まりにくくなる。

・図６に示すように、ユニゾンリング１２とメインプレート１０との対向面Ｆ１，Ｆ２のうち、もう一方の面Ｆ２に上記複数の凹部４３を形成するとともに、それら凹部４３の間にそれぞれ突部４４を設ける。そして、上記もう一方の面Ｆ２に形成された凹部４３内に上記一方の面Ｆ１に形成された突部４１を挿入するとともに、上記もう一方の面Ｆ２に形成された突部４４を上記一方の面Ｆ１に形成された凹部４２に挿入するようにしてもよい。この場合、ユニゾンリング１２とメインプレート１０との対向面Ｆ１，Ｆ２間の隙間に付着した異物を、ユニゾンリング１２の周方向への変位に伴い上記一方の面Ｆ１に形成された突部４１と上記もう一方の面Ｆ２に形成された突部４４とにより、上記隙間から掻き出すことができる。

１…エンジン、２…吸気通路、３…排気通路、４…ターボチャージャ、５…コンプレッサホイール、６…タービンホイール、７…可変ノズルユニット、８…排気経路、９…アクチュエータ、１０…メインプレート、１１…可変ノズル、１２…ユニゾンリング、１６…切欠部、１７…切欠部、１８…係合ピン、１９…ストッパ、２３…ノズルピン、２４…ノズルベーン、２５…アーム、２６…収容部、２７…サイドプレート、３０…スペーサピン、４１…突部、４２…凹部、４３…凹部、４４…突部。

Claims (5)

1. メインプレートに対しその厚さ方向に並ぶユニゾンリングの回転により可変ノズルの開度を変更することによって、タービンホイールに吹き付けられる排気の流速を変化させる可変ノズルターボチャージャにおいて、
   前記ユニゾンリングと前記メインプレートとの対向面Ｆ１，Ｆ２間に隙間が形成されており、それら対向面Ｆ１，Ｆ２のうちの一方の面Ｆ１からもう一方の面Ｆ２に向けて突出し、前記ユニゾンリングの周方向に沿って間隔をおいて配置される複数の突部が設けられている
   ことを特徴とする可変ノズルターボチャージャ。
2. 前記対向面Ｆ１，Ｆ２のうちの前記一方の面Ｆ１には前記ユニゾンリングの周方向について間隔おいて複数の凹部が形成されており、前記突部は前記複数の凹部の間にそれぞれ設けられている
   請求項１記載の可変ノズルターボチャージャ。
3. 前記対向面Ｆ１，Ｆ２のうちの前記もう一方の面Ｆ２にも、前記ユニゾンリングの周方向について間隔おいて複数の凹部が形成されており、それら複数の凹部が前記一方の面Ｆ１に形成された複数の凹部と向かい合う
   請求項２記載の可変ノズルターボチャージャ。
4. 前記対向面Ｆ１，Ｆ２のうちの前記もう一方の面Ｆ２にも、前記ユニゾンリングの周方向について間隔おいて複数の凹部が形成され、それら複数の凹部の間にはそれぞれ突部が設けられており、
   前記もう一方の面Ｆ２の凹部内に前記一方の面Ｆ１の突部が挿入されるとともに、前記もう一方の面Ｆ２の突部が前記一方の面Ｆ１の凹部に挿入される
   請求項２記載の可変ノズルターボチャージャ。
5. 前記可変ノズルを動作させるための前記ユニゾンリングの周方向についての変位範囲全体に亘る変位を通じて、前記突部が前記対向面Ｆ１，Ｆ２間の隙間を前記周方向全体に亘って変位するよう、その突部の数及び位置が設定されている
   請求項２〜４のいずれか一項に記載の可変ノズルターボチャージャ。