JP3323062B2 - 可変ノズル型ターボチャージャのノズル制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の過給の
ために用いられるターボチャージャのうちでも、特に可
変ノズルを備えているものにおいて、そのノズルベーン
の傾斜角度を制御する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の過給に用いられるターボチャ
ージャの中でも、可変ノズル型のターボチャージャにお
いては、そのタービン部分におけるタービンロータの周
囲から排気ガスに所定の流動方向を与えて流入させるた
めの複数個のノズルベーンを、ノズル制御装置によって
一斉に同じ量だけ傾動させることによってタービンの出
力を調整して、内燃機関の吸気を供給するブロワ部分の
空気吐出量を変更することができる。従って、タービン
ロータの周囲に固定のノズルベーンを備えているターボ
チャージャに比べて、内燃機関の広い運転範囲にわたっ
てターボチャージャを常に望ましい状態で運転すること
が可能になるので、ターボチャージャはもとより内燃機
関の熱効率をも向上させることができる（一例として、
特開昭６１−２８７２０号公報参照）。

【０００３】ノズル制御装置の一部であるリンク機構に
おいて摺動接触する複数個の部材の間には多少の遊隙
（ガタ）が必ず存在するが、ノズルベーンの傾斜角度を
増加させたり減少させたりする制御のために、逆方向の
駆動力がリンク機構に繰り返して作用すると、遊隙のあ
る接触部分では部材間に衝突接触と離反が繰り返して起
こるため、摩耗が他の部分よりも激しくなるという問題
がある。その結果、ノズル制御装置によるノズルベーン
の位置制御の精度が低下することになる。しかしなが
ら、リンク機構の中でも相対的に傾動をするような２つ
の部材の間で摺動接触をさせるような場合には、遊隙が
全くないとリンク機構が円滑かつ軽快に作動しないとい
う別の問題もあるので、遊隙が全くなくなるように製作
すれば問題が解決するという訳ではない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術に
おける前述のような諸問題に対処して、簡単な手段によ
ってノズル制御装置のリンク機構における摺動接触する
部分間の遊隙を除去し、それらの部分の摩耗を軽減する
と共に、併せてリンク機構の円滑な作動を可能にするよ
うな、可変ノズル型ターボチャージャ用の改良されたノ
ズル制御装置を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項
に記載された可変ノズル型ターボチャージャのノズル制
御装置を提供する。

【０００６】

【０００７】請求項１に記載されたノズル制御装置にお
いては、リンク機構内で摺動接触する部分として、ター
ビンロータの周囲に配置された複数個のノズルベーンに
連結されて傾斜角度を変更するために回動し得るリンク
プレートのフォーク状端部と、アクチュエータにより制
御駆動されてタービンロータの周りに回動し得る第１の
ロータリーリンクプレートから半径方向内方へ突出する
駆動片との間の摩耗の問題を解決する。そのために用い
られる第２のロータリーリンクプレートには駆動片と協
働する係止片を備えていると共に、それを一定の回転方
向に回動させる付勢手段を備えているので、駆動片とフ
ォーク状端部との間に遊隙が生じるような状態になる
と、付勢手段の力が係止片を介してフォーク状端部を駆
動片に向かって押しつけるため、駆動片とフォーク状端
部との間に遊隙が生じることが未然に防止され、摺動面
の摩耗も低減される。

【０００８】そのようなものにおいて、具体的に、請求
項２に記載されたノズル制御装置においては、付勢手段
の一端が固定部材であるケーシングに取り付けられると
共に、他端が第２のロータリーリンクプレートの一部に
取り付けられるので、第２のロータリーリンクプレー
ト、従って係止片は、ケーシングに支持された付勢手段
によって常に一定の方向に付勢されて、第１のロータリ
ーリンクプレートの駆動片と、ノズルベーンに連結され
たリンクプレートのフォーク状端部との間に遊隙が生じ
ることを未然に防止する。

【０００９】別の具体的手段として、請求項３に記載さ
れたノズル制御装置においては、付勢手段の一端がケー
シングではなく、第１のロータリーリンクプレートに取
り付けられる。他端が第２のロータリーリンクプレート
に取り付けられることは同じである。この場合は、第１
のロータリーリンクプレートと第２のロータリーリンク
プレートの間に付勢手段による力が作用するので、その
付勢力は駆動片と係止片との間隔を開かせるように作用
する。従って、リンクプレートのフォーク状端部におけ
るスリットは、間隔を開いた駆動片と係止片によって埋
められるため、常に遊隙がない状態に保たれる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明のノズル制御装置の第１の
実施形態を図１に示す。また、同じノズル制御装置を備
えているターボチャージャのタービン部分Ｔの全体が一
部切断されて図２に示されている。タービン部分Ｔの中
心には高速回転可能にタービンロータ（翼車）１０が軸
支されており、図示しない内燃機関から供給される排気
ガスをタービンロータ１０の外周から流入させてそれを
駆動するために、タービンロータ１０の周囲に均等に多
数のノズルベーン（案内翼）１が配置されている。それ
ぞれのノズルベーン１に対応して、同数のフォーク状の
ノズル駆動リンクプレート２が設けられ、各ノズルベー
ン１は対応するリンクプレート２の半径方向内側の端部
２ａに対して、ケーシング１１に回動可能に支持された
結合ピン３を介して一体となるように連結されている。
それによってノズルベーン１はリンクプレート２と共に
結合ピン３を中心として回動（傾動）することができる
ので、ノズルベーン１の間を通ってタービンロータ１０
の外周から流入する排気ガスの流動方向を自由に変更、
調整することができる。

【００１１】図示しない支持手段によって、概ね円環状
の第１のロータリーリンクプレート４が、タービンロー
タ１０の中心軸線を中心として所定の角度範囲内で回動
することができるようにケーシング１１によって支持さ
れている。このロータリーリンクプレート４は、軸線方
向に所定の幅だけ立ち上がっている外周縁４ａと、ケー
シング１１側の環状の円板部分４ｃ（図２参照）を備え
ており、それらによって環状の案内溝４ｄを形成してい
る。内周縁４ｂには半径方向内側に向かって突出する多
数の駆動片４ｅが一体的に形成されており、前述のリン
クプレート２の半径方向外側に形成されたフォーク状端
部２ｂとそれぞれ係合している。

【００１２】第１のロータリーリンクプレート４が回動
すると、その駆動片４ｅに係合しているフォーク状端部
２ｂによってリンクプレート２が回動し、それによって
ノズルベーン１の傾斜角度が変化するが、その際に駆動
片４ｅとフォーク状端部２ｂとの相対角度も変化するの
で、ノズル制御装置を円滑に作動させるための必要性か
ら、フォーク状端部２ｂが駆動片４ｅを受け入れている
スリット２ｃの間隔は駆動片４ｅの幅よりも予め大きく
とってある。その結果、フォーク状端部２ｂのスリット
２ｃと駆動片４ｅの間には、かなりの大きさの遊隙（ガ
タ）が初めから存在することになる。従来のノズル制御
装置においては、環状の案内溝４ｄのようなものは設け
られないが、第１のロータリーリンクプレート４に相当
するものに駆動片４ｅのようなものを設けて、それをリ
ンクプレート２のフォーク状端部２ｂのスリット２ｃに
係合させていたので、それらの間の遊隙によって前述の
ような問題を生じていたものと言うことができる。

【００１３】そこで、本発明の第１の実施形態では、第
１のロータリーリンクプレート４の環状の案内溝４ｄの
中に収容されて、それと無関係に円周方向に自由に摺動
することができる環状の第２のロータリーリンクプレー
ト５を設けている。リンクプレート５には半径方向内側
に向かって突出する係止片５ａが形成されており、この
係止片５ａもまた、第１のロータリーリンクプレート４
の駆動片４ｅと重なるようにして、リンクプレート２の
フォーク状端部２ｂのスリット２ｃと係合している。言
うまでもなく、そのために、フォーク状端部２ｂは駆動
片４ｅと係止片５ａの双方に係合し得るだけの厚さを備
えていると共に、リンクプレート２の傾動を許すよう
に、係止片５ａの幅はスリット２ｃの幅よりも小さくし
てある。

【００１４】第１のロータリーリンクプレート４には外
方に突出する１個の腕部４ｆが形成されており、腕部４
ｆにはアクチュエータ８の出力端であるロッド６の一端
がピン６ａによって回動可能に連結されている。これと
同様に、第２のロータリーリンクプレート５にも、第１
のロータリーリンクプレート４の外周縁４ａに設けられ
た切欠きを通って外方に突出する１個の腕部５ｂが形成
されており、この腕部５ｂはロッド７とピン７ａを介し
て、ケーシング１１によって一端を支持されたコイルス
プリング（この場合は圧縮スプリング）９の他端に連結
されている。

【００１５】第１の実施形態におけるノズル制御装置は
以上のような構成を有するので、第２のロータリーリン
クプレート５は、圧縮スプリングであるコイルスプリン
グ９の矢印の方向に向かう付勢力ｆによって、常に図１
において左回りの方向に回転モーメントを与えられてい
る。従って、係止片５ａは常にリンクプレート２のフォ
ーク状端部２ｂの一方に接触して、リンクプレート２を
結合ピン３の周りに左周りに回動させようとする。その
ときに第１のロータリーリンクプレート４の駆動片４ｅ
と、リンクプレート２のフォーク状端部２ｂの他方との
間に仮に遊隙が生じているとすれば、その遊隙がなくな
るまでリンクプレート２は係止片５ａに押されて結合ピ
ン３を中心として微小な角度だけ回動し、フォーク状端
部２ｂの前記他方と接触した状態で停止するので、フォ
ーク状端部２ｂは常に第１のロータリーリンクプレート
４の駆動片４ｅに接触していることになる。

【００１６】このように、ノズルベーン１に連結されて
いるリンクプレート２のフォーク状端部２ｂが、常に第
１のロータリーリンクプレート４の駆動片４ｅと接触し
ているので、それらの間に遊隙（ガタ）が発生する恐れ
がなく、アクチュエータ８のロッド６の移動が遅れを伴
うことなしにリンクプレート２に伝達され、ノズルベー
ン１の傾動をもたらす。このように、第１のロータリー
リンクプレート４に対して第２のロータリーリンクプレ
ート５が微小な角度だけ相対的に回動することによっ
て、駆動片４ｅ或いは係止片５ａとリンクプレート２の
スリット２ｃとの間の摺動接触部分における遊隙が零と
なるので、ノズルベーン１の位置制御の精度が向上す
る。また、摺動接触部分において衝突接触と離脱が繰り
返されることがないので、その部分における摩耗を低減
させることができる。

【００１７】なお、アクチュエータ８の制御作動によ
り、駆動片４ｅ或いは係止片５ａに対してリンクプレー
ト２が傾動するときは、リンクプレート２のスリット２
ｃ内に遊隙がなくても、第１のロータリーリンクプレー
ト４と第２のロータリーリンクプレート５がきわめて微
小な角度だけ相対的に回動することによって、リンクプ
レート２のフォーク状端部２ｂの２本の脚の内面（スリ
ット２ｃ）に接触する駆動片４ｅ及び係止片５ａの接触
面の相互の円周方向の間隔が僅かに変化し、大きな抵抗
を与えることもなくリンクプレート２の傾動を許すの
で、従来のように、第１のロータリーリンクプレート４
に形成された駆動片４ｅのみを、リンクプレート２のス
リット２ｃに係合させる場合には必ず設ける必要があっ
た遊隙が、スプリング９によって付勢される第２のロー
タリーリンクプレート５の係止片５ａを同じスリット２
ｃ内に係合させることによって埋められても、作動上は
何ら問題が生じない。

【００１８】以上説明した第１の実施形態においては、
コイルスプリング９が圧縮スプリングであるものとして
いるが、第１実施形態の変形例においては、コイルスプ
リング９を引っ張りスプリングとすることができる。こ
の場合は付勢力ｆの作用する方向が図１に示した矢印と
は反対の方向になるので、リンクプレート２のフォーク
状端部２ｂにおいて、第２のロータリーリンクプレート
５の係止片５ａが接触するスリット２ｃの脚が図示の第
１の実施形態とは反対側となるが、同様な理由によって
第１のロータリーリンクプレート４の駆動片４ｅとフォ
ーク状端部２ｂとの遊隙を埋めることができ、同様な効
果が得られる。

【００１９】更に、第１の実施形態や、その変形例にお
いて用いられる圧縮或いは引っ張りスプリング９はいず
れもコイルスプリングとしているが、他の変形例として
は、コイルスプリング９に代えて付勢力ｆ、或いはそれ
と反対の方向の付勢力を発生する他の手段として、例え
ば、板ばねやゴム、空気ばね、永久磁石、ソレノイドコ
イル、油圧或いは空圧装置等を用いることもできる。

【００２０】次に、図３によって本発明の第２の実施形
態を説明する。ターボチャージャのタービン部分Ｔとし
ての外観は、第１の実施形態と同様に図２のようなもの
であって、第１のロータリーリンクプレート４及び第２
のロータリーリンクプレート５が共に設けられる点も同
じであるが、第１の実施形態では、コイルスプリング９
が、ロータリーリンクプレート５の腕部５ｂとケーシン
グ１１との間に設けられているのに対して、第２の実施
形態では、圧縮スプリングであるコイルスプリング１２
が、第２のロータリーリンクプレート５の腕部５ｂと、
第１のロータリーリンクプレート４の腕部４ｆとの間に
設けられている点が異なる。

【００２１】第２の実施形態においては、圧縮スプリン
グ１２を２つのロータリーリンクプレート４，５の腕部
４ｆ，５ｂの間に架け渡すことによって、２つのロータ
リーリンクプレート４，５に互いに反対方向の回転モー
メントを与えるので、その回転モーメントは、それぞれ
のリンクプレート２におけるフォーク状端部２ｂのスリ
ット２ｃの中で、係止片５ａを駆動片４ｅからできるだ
け遠ざけて、駆動片４ｅと係止片５ａとの間隔を拡げる
ように作用する。従って、第１の実施形態の場合と同様
の理由で、スリット２ｃと駆動片４ｅとの遊隙が零とな
り、同じような効果が得られる。もっとも、第２の実施
形態では、スプリング１２が２つの腕部４ｆ及び５ｂの
間に担持されており、それらと共に移動するように構成
されているので、第２のロータリーリンクプレート５の
位置に関係なく、常に一定の大きさの付勢力ｆが作用す
るという利点がある。

【００２２】第２の実施形態についても、第１の実施形
態の場合と同様に様々な変形例を実施することが可能で
ある。即ち、コイルスプリング１２を引っ張りスプリン
グとして付勢力ｆの方向を反対向きとしてもよいし、ス
プリング１２を他の色々な付勢手段によって置き換えて
も、概ね同様な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のノズル制御装置の第１の実施形態を示
す横断面図である。

【図２】可変ノズル型ターボチャージャのタービン部分
の構成を示す斜視図である。

【図３】本発明のノズル制御装置の第２の実施形態を示
す横断面図である。

【符号の説明】

１…ノズルベーン ２…ノズル駆動リンクプレート ２ｂ…フォーク状端部 ２ｃ…スリット ３…結合ピン ４…第１のロータリーリンクプレート ４ａ…外周縁 ４ｂ…内周縁 ４ｄ…環状の案内溝 ４ｅ…駆動片 ４ｆ…腕部 ５…第２のロータリーリンクプレート ５ａ…係止片 ５ｂ…腕部 ６，７…ロッド ８…アクチュエータ ９…スプリング １０…タービンロータ １１…ケーシング １２…スプリング Ｔ…ターボチャージャのタービン部分 ｆ…付勢力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥山 晃英 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 実開 昭63−92036（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02B 37/24 F01D 17/16 F02C 9/22 F01D 25/24

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可変ノズル型ターボチャージャのノズル
   制御装置を構成するリンク機構において、摺動接触する
   部分の一方の部材が、タービンロータの周囲に配置され
   た複数個のノズルベーンに連結されて所定の位置で回動
   し得るリンクプレートのフォーク状端部であり、前記摺
   動接触する部分の他方の部材が、アクチュエータにより
   制御駆動されることによってタービンロータの中心軸線
   の周りに回動し得る第１のロータリーリンクプレートか
   ら半径方向内方へ突出する駆動片であって、しかも、前
   記フォーク状端部に係合するために半径方向内方へ突出
   する係止片を備えていると共に前記第１のロータリーリ
   ンクプレートと同軸上で回動し得る第２のロータリーリ
   ンクプレートと、それを一定の回転方向に付勢する付勢
   手段が設けられていて、前記フォーク状端部が前記第２
   のロータリーリンクプレートと前記係止片とを介して前
   記付勢手段によって常に前記駆動片に押しつけられるこ
   とにより、前記駆動片と前記フォーク状端部との間に遊
   隙が生じないようにしたことを特徴とする、可変ノズル
   型ターボチャージャのノズル制御装置。
2. 【請求項２】 前記付勢手段が、固定部材であるケーシ
   ングと、前記第２のロータリーリンクプレートとの間に
   設けられていることを特徴とする、請求項１記載の可変
   ノズル型ターボチャージャのノズル制御装置。
3. 【請求項３】 前記付勢手段が、前記第１のロータリー
   リンクプレートと前記第２のロータリーリンクプレート
   との間に設けられていることを特徴とする、請求項１記
   載の可変ノズル型ターボチャージャのノズル制御装置。