JP3959207B2 - 排気量調整機構及びターボチャージャ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部品点数の削減を図ると共に、構造を簡素化し、安定して動作させることができ、耐久性に優れた排気量調整機構及びターボチャージャに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特にディーゼルエンジンでは、排気ガスの浄化、つまり有害物質である窒素酸化物（ＮＯｘ）や粒子状物質を低減させることが、環境上の課題とされている。一方、ディーゼルエンジンは、高トルク、高出力といった動的性能の向上を図るため、排気ガスでタービンを回し、そのタービンでエアコンプレッサを駆動して吸気をエンジンに多量に供給することで、エンジンでの燃焼量を増加させて出力の向上を図る機構、いわゆるターボチャージャを搭載することがある。
【０００３】
ターボチャージャの詳細については、公知技術につきここでの説明は省略するが、ディーゼルエンジンにおける上記の要請に応えつつ、動力性能の向上を図るための手段の一つとして、従来から、ターボチャージャには、エンジンからの排気量を調整するため、可変翼式ベーンを有した排気量調整機構を搭載している。
【０００４】
図７に示すように、上記した排気量調整機構５１は、エンジンＥへの吸気管Ｅ１と排気管Ｅ２に設けられたターボチャージャ６０のタービンハウジング６１内において、シャフト６２の一端に設けたタービンブレード６３の外側に設けられている。なお、図７において、６４は、シャフト６２の他端に設けたコンプレッサインペラである。
【０００５】
従来の排気量調整機構５１は、図８及び図９に示すように構成されていた。すなわち、５２は、短管状に形成されて、その端部に第１フランジ面５２ａが形成された基材である。この基材５２の内径部に上記したタービンブレード６３が同軸にて内嵌される。
【０００６】
そして、基材５２における第１フランジ面５２ａが形成された反対側には、第２フランジ面５２ｂが形成されている。この第１フランジ面５２ａから第２フランジ面５２ｂに亘っては、貫通孔５２ｃが後述する可変翼部材５３の数だけ形成されている。また、第１フランジ面５２ａには、後述する可変翼部材５３を保護するカバー５２ｄが設けられている。
【０００７】
５３は、貫通孔５２ｃに、その一部をなす挿入部５３ａが挿入され、第１フランジ面５２ａから突出し、かつ第１フランジ面５２ａに対して直交状とされると共に、その面の傾斜角度が基材５２の中心から放射状又は円弧に沿うように変更することができる可変翼部材である。挿入部５３ａは、可変翼部材５３における面が形成された側と反対端部を、ドリルで拡径して、後述する作動リンク５４の孔５４ａにかしめている。
【０００８】
５４は、第２フランジ面５２ｂ上に、可変翼部材５３の数だけ設けられた作動リンクであり、この作動リンク５４の表裏面に亘っては、基材５２を貫通した可変翼部材５３の挿入部５３ａが貫通する孔５４ａが形成され、また、作動リンク５４の他端部において可変翼部材５３が位置する方向と反対の面には、後述する作動プレート５５の係合孔５５ａに嵌入する突起５４ｂが形成されている。
【０００９】
作動リンク５４の孔５４ａを貫通した可変翼部材５３の挿入部５３ａは、貫通した端部をかしめて作動リンク５４と一体的にされ、これによって、可変翼部材５３、基材５２、及び作動リンク５４を一体とすると共に、挿入部５３ａの貫通した端部をドリルで拡径してかしめていることから、作動リンク５４の作動に伴って可変翼部材５３の面の角度が変更されるようになっている。
【００１０】
５５は、１枚の略円形の板の中心部が基材５２の端部に外嵌され、かつ、その円弧上に作動リンク５４の突起５４ｂが嵌入する、偏心長孔状の係合孔５５ａが形成されると共に、その外周部の一部に作動部５５ｂが形成された作動プレートである。
【００１１】
上記構成の排気量調整機構５１は、作動プレート５５の作動部５５ｂに接続した不図示の作動アクチュエータを駆動することで、作動プレート５５が所定角度回転し、この回転に伴って、作動リンク５４の突起５４ｂが形成された側が回転すると共に作動リンク５４の孔５４ａが形成された側も回転し、これによって、挿入部５３ａが軸回転して可動翼部材５３の角度が変更される。そして、このように駆動される排気量調整機構５１を設けることで、ターボチャージャ６０における排気量が調整され、好適なエンジン性能を得ることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の図８及び図９に示した排気量調整機構５１は、基材５２において可変翼部材５３の挿入部５３ａを挿入するために高精度な貫通孔５２ｃを形成していたため、排気量調整機構５１を製作するにあたって貫通孔５２ｃを形成する手間がかかり、また、貫通孔５２ｃと挿入部５３ａとのはめ合いが高精度であるがゆえに、排気ガス中に含まれる粉塵などの付着によって、焼き付きが発生し、耐久性に劣るといった問題があった。
【００１３】
また、従来の排気量調整機構５１は、可変翼部材５３において、挿入部５３ａに作動リンク５４を設けるといった構造としていたため、これら挿入部５３ａ（可変翼部材５３）と作動リンク５４とで複数の部品が必要となり、従って部品点数と組み立て工数の増加、さらには、上記と同様に高度な加工精度が要求される他、可変翼部材５３と作動リンク５４との取り付け位置（角度）の決定を高精度にて行う手間がかかっていた。
【００１４】
さらに、従来の排気量調整機構５１においては、作動プレート５５の係合孔５５ａと、作動リンク５４の突起５４ｂとの間にも上記と同様の問題があった。
【００１５】
このように、従来の排気量調整機構５１は、ターボチャージャにおいて過酷な状況での使用に耐え得るための高度な加工精度を要求されるため、その分手間がかかりコストが増大し、これに加えて、部品点数が多いこと、構造が複雑であることから完成までに時間を要し、従って生産効率が低くなりコストアップを招いていた。
【００１６】
本発明は、上記の問題を解決するものであり、部品点数の削減を図ると共に、構造を簡素化し、安定して動作させることができ、耐久性に優れた排気量調整機構及びターボチャージャを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、従来の排気量調整機構で穿孔加工を行っていた基材及び作動プレートについては、円弧状の凹部を形成して穿孔加工を省略するようにし、また、従来の排気量調整機構で複数の部品からなる可変翼部材と作動リンクについては、これらを一体化して部品点数を削減し、さらに、従来の排気量調整機構で直線状とされていた可変翼部材の挿入部については、その途中部分に小径部を形成して、軸加工精度を要する部分を少なくしたのである。これらを選択的に又は全て採用することで、部品点数の削減が図れると共に、構造を簡略化することができ、さらには動作の安定性及び耐久性を向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に係る排気量調整機構は、短管状の一端部に第１フランジが形成されると共に他端部に第２フランジが形成されたマウント基材及びマウント基材の内周面に圧入されたノズル基材を備えた基材の該マウント基材の内周側又は該ノズル基材の外周側に複数の円弧状の凹部をそれぞれ均等角度で形成し、第１フランジの面と直交する面を有した可変翼ベーンをなす翼部を該第１フランジ上に配置すると共にこの翼部から凹部を挿通して第２フランジ上に配した作動リンクの一部を、ノズル基材の外周部に回転自在にその内周部を外嵌した作動プレートの係合部に係合させたものである。
【００１９】
このようにすることで、マウント基材にノズル基材を圧入すると、凹部の解放部分が閉じられて、結果として凹部が孔として機能することとなる。つまり、マウント基材の内周側又はノズル基材の外周側に凹部を形成すれば、穿孔加工が不要となり、また、リーマ加工による仕上げを行う面積も少なくなるため、製作作業を簡略化することができる。
【００２０】
また、本発明の請求項２に係る排気量調整機構は、上記構成において、第１フランジ上に設けられ、第１フランジの面と直交する面を有した可変翼ベーンをなす翼部と、この翼部から第２フランジ方向に亘って凹部に嵌入するように形成された棒状部、この棒状部から連続して第２フランジの面と平行方向に形成された連結部、及びこの連結部から連続して第２フランジの面と垂直方向に形成された突起部を有した作動リンクとを一体的に成形したものである。
【００２１】
このように、翼部と作動リンクとを一体的に成形することで、部品点数の削減が図れ、またこれに伴う組み立て工数を省くことができ、さらには、翼部の面と作動リンクとの角度の決定を行う必要がなくなり、よって手間をさらに省くことができる。
【００２２】
また、本発明の請求項３に係る排気量調整機構は、上記のいずれかの構成において、作動プレートの表裏面に亘る外周部に作動リンクの一部が係入する円弧状の凹部を形成し、かつその外周部の一部に作動部を形成したものである。
【００２３】
このようにすることで、作動プレートに穿孔加工を施した場合と較べて、熱歪みに対する強度が向上すると共に、加工性もよくすることができる。
【００２４】
また、本発明の請求項４に係る排気量調整機構は、上記のいずれかの構成において、作動リンクにおける凹部に挿通する部分の中間部を、小径部となしたものである。
【００２５】
このようにすることで、小径部については、凹部の面と接触することがないので、精密仕上げ加工が不要となり、その分時間が短縮され、かつ焼き付きの発生を防止することができる。
【００２６】
また、本発明の請求項５に係るターボチャージャは、上記のいずれかの構成の排気量調整機構を具備するものである。
【００２７】
このようにすることで、可変式ベーンを有した排気量調整機構について、部品点数の削減が図られると共に、構造が簡素化され、安定して動作させることができ、耐久性に優れたターボチャージャを提供することができる。
【００２８】
【実施例】
以下に本発明の排気量調整機構の一実施例について図１〜図６を参照して説明する。
図１及び図２は、本発明の排気量調整機構の概略構成を示す。図３は、本発明の排気量調整機構における基材部分を示す。図４は、本発明の排気量調整機構における可変翼ベーン作動リンク部分を示す。図５及び図６は、本発明の排気量調整機構における作動プレート部分を示す。
【００２９】
図１〜図６において、１は、不図示のターボチャージャに搭載され、タービンブレードを回転させるための排気量を調整する可変翼式ベーンを有した本発明の排気量調整機構であり、以下のように構成されている。
【００３０】
２は、短管状とされた基材であり、この基材２は、図２に示すように、内周部を構成するノズル基材２Ａと、このノズル基材２Ａがその内周部に圧入されるマウント基材２Ｂとからなる。
【００３１】
マウント基材２Ｂは、その一端部に第１フランジ２ａが形成されると共に他端部に第２フランジ２ｂが形成されている。さらに、本実施例では、マウント基材２Ｂは、第１フランジ２ａから第２フランジ２ｂに亘る内周面に複数の円弧状の凹部２ｃがそれぞれ均等角度で形成されている。このマウント基材２Ｂは、第１フランジ２ａ、第２フランジ２ｂ、及び凹部２ｃが一体的に成形されている。
【００３２】
ノズル基材２Ａは、図３に示すように、マウント基材２Ｂの内周部に圧入されるとき、マウント基材２Ｂの凹部２ｃの解放側を該ノズル基材２Ａの外周によって閉じる。従ってノズル基材２Ａとマウント基材２Ｂとを組み立てることで、結果として凹部２ｃは孔として機能することとなる。このように構成しているので、穿孔工程を省略することができる。
【００３３】
３は、図４に示すように、一端側に可変翼ベーンを構成する翼部３Ａを、他端側に翼部３Ａの面の角度を変更させるための作動リンク３Ｂを一体的に形成した可変翼ベーン作動リンクである。この可変翼ベーン作動リンク３において、一端側をなす翼部３Ａは、その面が第１フランジ２ａの面と直交するように該第１フランジ２ａ上に配置されており、この面の角度が作動リンク３Ｂの駆動により変更される。
【００３４】
また、可変翼ベーン作動リンク３において、他端側をなす作動リンク３Ｂは、第１フランジ２ａ側から第２フランジ２ｂに亘って凹部２ｃに嵌入する棒状部３ａ、この棒状部３ａの終端から第２フランジ２ｂと平行に形成された連結部３ｂ、及びこの連結部３ｂの終端から第２フランジ２ｂと垂直に形成された突起部３ｃによって構成されている。
【００３５】
棒状部３ａの中途箇所には、径が小さくされた小径部３ｄが形成されており、この小径部３ｄによって、凹部２ｃとの接触面積を減らして焼き付きを防止するようにしている。この可変翼ベーン作動リンク３は、翼部３Ａ、作動リンク３Ｂにおける棒状部３ａ、連結部３ｂ、及び突起部３ｃが一体的に成形されている。
【００３６】
４は、その内周部がノズル基材２Ａの外周部に回転自在に外嵌された作動プレートである。例えば図５に示す作動プレート４は、その表裏面に亘る外周部を打ち抜いて、突起部３ｃが嵌入する円弧状の凹部４ａ（係合部）を形成している。
【００３７】
また、図６に示す作動プレート４は、その裏面から押圧力を加えて窪ませることで、突起部３ｃが嵌入する円弧状の凹部４ａを形成している。そして、作動プレート４は、その外周部の一部に、該作動プレート４を回転させるための不図示のアクチュエータが接続する作動部４ｂが形成されている。
【００３８】
なお、図５に示した作動プレート４において、作動部４ｂを形成した部分については、例外的に凹部４ａではなく孔を形成しているが、作動部４ｂの形成箇所を凹部４ａを避けた位置とすれば、全てを凹部４ａとすることができる。
【００３９】
５は、翼部３Ａの保護カバー（図２参照）であり、この保護カバー５は、環状とされ、上記第１フランジ２ａに、翼部３Ａの面幅より若干大きい間隔となされて結合部材５ａによって設けられている。
【００４０】
上記構成の排気量調整機構１は、ターボチャージャにおいて、アッセンブリに基づいて不図示のアクチュエータで作動部４ｂを所定角度回転駆動させると、作動プレート４が同角度回転する。
【００４１】
作動プレート４が回転すると、この作動プレート４の凹部４ａに嵌入された可変翼ベーン作動リンク３における作動リンク３Ｂの突起部３ｃも回転し、続いて連結部３ｂが旋回して棒状部３ａが軸回転する。そして棒状部３ａの軸回転によって可変翼ベーン作動リンク３における翼部３Ａの面の角度が変更され、これによってノズル基材２Ａ内周に流入する排気量が調整される。
【００４２】
次に、図９〜図１０で説明した従来の排気量調整機構５１と、本発明の排気量調整機構１との構造の相違による効果について説明する。
（１）従来の排気量調整機構５１は、基材５２において可変翼部材５３の挿入部５３ａを挿入するため、細径ドリルを用いて貫通孔５２ｃを形成していた。従って、従来の排気量調整機構５１は、可変翼部材５３の数だけ貫通孔５２ｃを穿孔する手間がかかり、また、挿入部５３ａと貫通孔５２ｃとのはめ合い部分が高精度であるため一層手間がかかっていた。
【００４３】
これに対し、本発明の排気量調整機構１は、基材２のマウント基材２Ｂの第１フランジ２ａから第２にフランジ２ｂに亘る内周に凹部２ｃを形成し、マウント基材２Ｂの内周にノズル基材２Ａを圧入して、凹部２ｃの解放部を該ノズル基材２Ａの外周によって閉じて、可変翼ベーン作動リンク３の棒状部３ａを３点接触によって支持する孔として機能させる構成としている。
【００４４】
従って、本発明の排気量調整機構１は、凹部２ｃをブローチや冷間鍛造によって形成でき、また、ノズル基材２Ａをマウント基材２Ｂに圧入して凹部２ｃを上記したように３点接触によって支持する孔として機能させているので、加工に要する手間が省け、かつ凹部２ｃとノズル基材２Ａとでなす孔と棒状部３ａとの焼き付きが発生しにくくなる。
【００４５】
（２）従来の排気量調整機構５１は、可変翼部材５３において、挿入部５３ａが直線状に形成されており、さらにこの挿入部５３ａをかしめて作動リンク５４に取り付けるといった構造としていた。従って、従来の排気量調整機構５１は、挿入部５３ａ（可変翼部材５３）と作動リンク５４とで複数の部品が必要となり、部品点数と組み立て工数の増加、さらには、上記と同様に高度な軸加工精度を要求されるために手間やコストがかかっていた。
【００４６】
これに対し、本発明の排気量調整機構１は、可変翼ベーン作動リンク３が、鍛造によって翼部３Ａ、作動リンク３Ｂにおける棒状部３ａ、連結部３ｂ、及び突起部３ｃを一体的に成形している。従って、本発明の排気量調整機構１は、部品点数が削減でき、これに伴って組み立て工数も減らすことができ、さらには、翼部３Ａと作動リンク３Ｂとの取り付けの角度を調整するといった作業が不要となり、手間が著しく軽減される。
【００４７】
（３）従来の排気量調整機構５１は、作動プレート５５の係合孔５５ａが孔とされており、この係合孔５５ａに作動リンク５４の突起５４ｂを挿入していた。従って、従来の排気量調整機構５１は、可変翼部材５３の数だけ係合孔５５ａを形成する手間がかかり、また、突起５４ｂと係合孔５５ａとの接触面について高精度な仕上げ加工を施す必要が生じるため一層手間がかかっていた。
【００４８】
これに対し、本発明の排気量調整機構１は、作動プレート４に凹部４ａを形成して、この凹部４ａに可変翼ベーン作動リンク３における作動リンク３Ｂの突起部３ｃを係入するようにしている。従って、本発明の排気量調整機構１は、作動プレート４の凹部４ａに突起３ｃを係入し、穿孔しないので、熱歪みに対する強度が向上すると共に、加工性もよくなる。
【００４９】
このように、本発明の排気量調整機構１及びターボチャージャは、部品点数を減らすことができ、また、構造を簡素化することができ、また、各種の高精度な加工を要しないため、短時間で製作することができるので、生産効率が高くなりコストの低減化に寄与することができるのである。
【００５０】
なお、本発明は上記実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施例では、マウント基材２Ｂの内周側に凹部２ｃを形成して、ノズル基材２Ａを圧入する例を示したが、ノズル基材２Ａの外周側に凹部２ｃを形成して、このノズル基材２Ａを、内周側に凹部２ｃを施していないマウント基材２Ｂに圧入するようにしても、上記と同等の作用効果を得ることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１に係る排気量調整機構は、マウント基材の内周側又はノズル基材の外周側に複数の円弧状の凹部をそれぞれ均等角度で形成したので、ノズル基材をマウント基材に圧入すれば、凹部が孔として機能するため、穿孔加工の手間を省くことができ、また、精密仕上げを行う面積も少なくなると共にこの仕上げ作業も行いやすく、さらに、凹部に係合される作動リンクの一部との焼き付きを大幅に軽減することができる。
【００５２】
また、本発明の請求項２に係る排気量調整機構は、上記構成において、第１フランジの面と直交する面を有した可変翼ベーンをなす翼部と、棒状部、連結部、及び突起部を有した作動リンクとを一体的に成形したので、部品点数を削減することができると共に、組み立て工数を減らすことができ、また、翼部と作動リンクとの角度の調整を行う手間を省くことができる。
【００５３】
また、本発明の請求項３に係る排気量調整機構は、上記のいずれかの構成において、作動プレートの表裏面に亘る外周部に作動リンクの一部が係入する円弧状の凹部を形成したので、穿孔加工の手間を省くことができ、熱歪みに対する強度が向上すると共に、加工性が向上する。
【００５４】
また、本発明の請求項４に係る排気量調整機構は、上記のいずれかの構成において、作動リンクにおける凹部に挿通する部分の中間部を、小径部となしたので、凹部との接触面積の減少に伴って精密仕上げ加工時間を短縮することができると共に、焼き付きを防止することができる。
【００５５】
また、本発明の請求項５に係るターボチャージャは、上記のいずれかの構成の排気量調整機構を具備しているので、該排気量調整機構について、部品点数の削減が図られると共に、構造が簡素化され、安定して動作させることができ、耐久性に優れたものとできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の排気量調整機構の概略構成を示し、（ａ）は作動プレート側から見た図、（ｂ）は可変翼ベーン作動リンクの部分拡大図である。
【図２】 本発明の排気量調整機構の概略構成を示し、図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】 本発明の排気量調整機構における基材を示し、（ａ）は第２フランジ側から見た図、（ｂ）はマウント基材にノズル基材を圧入する状況を示す（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図４】 本発明の排気量調整機構における可変翼ベーン作動リンクを示し、（ａ）は突起部側から見た図、（ｂ）は（ａ）の側面方向から見た図である。
【図５】 本発明の排気量調整機構における作動プレートを示し、（ａ）は上方から見た図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図６】 本発明の排気量調整機構における他の作動プレートを示し、（ａ）は上方から見た図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。
【図７】 ターボチャージャを搭載したエンジンにおいて排気量調整機構が配置された個所を説明するための図である。
【図８】 従来の排気量調整機構の概略構成を示し、（ａ）は作動プレート側から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図９】 従来の排気量調整機構の概略構成を示し、（ａ）は可変翼部材及び作動リンク周辺を示す部分拡大図、（ｂ）は可変翼部材側から見た保護カバーを省略した図である。
【符号の説明】
１ 排気量調整機構
２ 基材
２Ａ ノズル基材
２Ｂ マウント基材
２ａ 第１フランジ
２ｂ 第２フランジ
２ｃ 凹部
３ 可変翼ベーン作動リンク
３Ａ 翼部
３Ｂ 作動リンク
３ａ 棒状部
３ｂ 連結部
３ｃ 突起部
３ｄ 小径部
４ 作動プレート
４ａ 凹部
４ｂ 作動部

Claims (5)

1. ターボチャージャに搭載され、タービンブレードを回転させるための排気量を調整する可変翼式ベーンを有した排気量調整機構において、短管状の一端部に第１フランジが形成されると共に他端部に第２フランジが形成されたマウント基材及びマウント基材の内周面に圧入されたノズル基材を備えた基材の該マウント基材の内周側又は該ノズル基材の外周側に複数の円弧状の凹部をそれぞれ均等角度で形成し、前記第１フランジの面と直交する面を有した可変翼ベーンをなす翼部を該第１フランジ上に配置すると共にこの翼部から前記凹部を挿通して第２フランジ上に配した作動リンクの一部を、前記ノズル基材の外周部に回転自在にその内周部を外嵌した作動プレートの係合部に係合させたことを特徴とする排気量調整機構。
2. 第１フランジ上に設けられ、第１フランジの面と直交する面を有した可変翼ベーンをなす翼部と、この翼部から第２フランジ方向に亘って凹部に嵌入するように形成された棒状部、この棒状部から連続して前記第２フランジの面と平行方向に形成された連結部、及びこの連結部から連続して前記第２フランジの面と垂直方向に形成された突起部を有した作動リンクとを一体的に成形したことを特徴とする請求項１記載の排気量調整機構。
3. 作動プレートの表裏面に亘る外周部に作動リンクの一部が係入する円弧状の凹部を形成し、かつその外周部の一部に作動部を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の排気量調整機構。
4. 作動リンクにおける凹部に挿通する部分の中間部を、小径部となしたことを特徴とする請求項１乃至３記載の排気量調整機構。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の排気量調整機構を具備するターボチャージャ。

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