JP5101546B2 - 可変容量型排気ターボ過給機 - Google Patents
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Description
ノズルマウント7の先端側の隆起部には、円盤状のドライブリング10が回動可能に設けられている。このドライブリング10には、レバープレート11が係合している。このレバープレート11は、図6に拡大して示すように、湾曲部11aと係合用突起11bを有し、この係合用突起11bはドライブリング10の溝部10aに係合している。
また、レバープレート11の内周側には回転軸心Kに沿った貫通穴が形成され、この貫通穴に、ノズル軸6bの先端側に形成された固定部6cが挿入されている。
該ドライブリング10の回動により、該ドライブリング10に形成された溝部10aに係合されている係合用突起11bを介してレバープレート11がノズル軸6b回りに回動し、該ノズル軸6bの回動によりノズルベーン6aが回動して、翼角が変化する。
本発明は、内燃機関の排気ガスが内部に導入されるタービンハウジングと、該タービンハウジング内に設けられて排気ガスによって回転駆動されるタービンロータと、一端が前記タービンハウジング内に挿入され、該一端に前記タービンロータが取り付けられるタービンシャフトと、該タービンシャフトを支持する軸受と、前記タービンハウジングに連結されて内部に前記軸受が収納される軸受ハウジングと、該軸受ハウジングに固定され、前記タービンロータへの排気ガスの流れを調整する可変ノズル機構と、を備え、前記可変ノズル機構は、ノズルと、該ノズルを保持するノズルマウントと、該ノズルと係合するレバープレートと、該レバープレートと係合するドライブリングと、を備える可変容量型排気ターボ過給機であって、前記タービンハウジングは内筒部と外筒部とを有する2重筒構造にされ、前記内筒部には、前記ノズルの先端が当接する輪環状のノズルプレートが設けられ、前記ノズルマウントと前記ノズルプレートとにはそれぞれ同軸上に貫通穴及び貫通螺子穴が形成され、前記ノズルマウントと前記ノズルプレートとの間には、前記貫通穴及び前記貫通螺子穴と同軸上にスリーブ部材が設けられ、前記ノズルマウントと前記ノズルプレートとは前記貫通穴、前記スリーブ部材及び前記貫通螺子穴の順に挿通された締結ボルトにより連結され、前記スリーブ部材は、前記ノズルマウント及び前記ノズルプレートと接する部分の肉厚が中央部の肉厚より厚くされ、前記スリーブ部材の両端部はフランジ状にされ、かつフランジ外周端側に近づくに連れてフランジの厚さが薄くなる形状にされ、 さらに、前記スリーブ部材には、前記締結ボルトより低線膨脹係数の材料が用いられ、前記スリーブ部材の端部と、ノズルマウント及びノズルプレートとの接触部分での塑性変形を抑制するように構成されたことを特徴とする。
かかる発明では、スリーブ部材の端部と、ノズルマウント及びノズルプレートとの接触面積が拡大するため、単位面積当たりの接触面圧が低減され、接触面の陥没などの塑性変形の発生を抑制することができる。なお、接触面の陥没はノズル端面の隙間低減に繋がる可能性があり、ノズル固着の原因となり得る。また、ガス流路に晒されるスリーブ中央部が比較的細径であるため、排気ガスの流れの乱れが抑制され、タービン性能の低下を抑えることができる。
また、かかる発明では、前記スリーブ部材は、前記締結ボルトより低線膨脹係数の材料が用いられているので、ターボ過給機の運転中は、排気ガスに直接晒されるスリーブ部材の方が締結ボルトより高温になるため、スリーブ部材の熱伸びが大きくなって、スリーブ部材とノズルマウント及びノズルプレートとの接触面圧が高くなり易い。スリーブ部材に線膨脹係数の低い材料を用いることで、接触面圧が高くなる現象が抑制され、接触面の塑性変形によるノズル端面の隙間低減を抑制することができる。
かかる発明では、スリーブ部材がノズルマウント及びノズルプレートより先に変形するため、スリーブ部材と、ノズルマウント及びノズルプレートとの接触面の面圧低減効果が大きく、結果としてノズル端面とノズルプレート表面との隙間の変化をより抑制することができる。
かかる発明では、ノズルプレートの貫通螺子穴に締結ボルトが螺合されるので、ボルト緩みによるノズルプレートの振動過大を抑止することができる。また、ノズルマウントとノズルプレートとの締結部品の破損のリスクを低減することができる。締結ボルトの先端がかしめられているため、可変ノズル機構を締結するボルトの緩みを確実に防止することができる。
かかる発明では、ノズルプレートにリブを設けることにより、運転中のノズルプレートの熱変形が抑制され、ノズル端面の隙間の低減を抑制することができる。また、リブを設けずに板厚を増加させる場合と比べて、ノズルプレートが軽量化され、エンジンなどの高周波数の振動外力を受けた場合にノズルマウントとノズルプレートとを締結するボルトに発生する動荷重を低減することができ、締結ボルトの破損に対する信頼性が高まる。
かかる発明では、円周方向のリブによりノズルプレートの周方向の変形の均一化及び変形の抑止が図られると共に、半径方向のリブによりノズルプレートの半径方向での湾曲を抑止することができる。
図1は、本発明の可変容量型排気ターボ過給機の第1実施形態を示している。この図は回転軸心Kに沿う部分断面図である。図に示すように、ターボ過給機には、内燃機関の排気ガスが内部に導入される厚肉多筒状のタービンハウジング1が設けられており、このタービンハウジング1の上流側の外周部には渦巻き状にスクロール2が形成されている。一方、タービンハウジング1の上流側の内周部には、排気ガスによって回転駆動される輻流型のタービンロータ3が設けられている。このタービンロータ3は、タービンシャフト3Aの一端に設けられている。タービンシャフト3Aの一端は、タービンハウジング1内に挿入されている。タービンシャフト3Aは、回転中心が図中、回転軸心Kであり、コンプレッサ(図示省略)と同軸である。また、タービンシャフト3Aは、軸受5を介して軸受ハウジング4に回転自在に支持されている。
ノズル6は、回転軸心K回りに等間隔で複数設けられている。また、ノズル6は、ターボ過給機のラジアル方向の位置ではスクロール2の内周側に位置している。ノズル6はノズルべーン6aとノズル軸6bを有している。ノズル軸6bは、軸受ハウジング4に固定されたノズルマウント7に回動可能に支持されている。そして、この可変ノズル機構8では、ノズルベーン6aの翼角を変化させることが可能となっている。
ノズルマウント7の先端側の隆起部には、円盤状のドライブリング10が回転可能に設けられている。このドライブリング10には、レバープレート11が係合している。
また、レバープレート11の内周側には回転軸心Kに沿った貫通穴が形成され、この貫通穴に、ノズル軸6bの先端側に形成された固定部6cが挿入されている。
該ドライブリング10の回動により、該ドライブリング10に係合されているレバープレート11をノズル軸6b回りに回動させ、該ノズル軸6bの回動によりノズルベーン6aが回動して、翼角が変化する。
なお、スリーブ部材12は、ノズルマウント7、ノズルプレート9及び締結ボルトBより低剛性の部材であることが好ましい。スリーブ部材12がノズルマウント7及びノズルプレート9より先に変形すれば、スリーブ部材12とノズルマウント7及びノズルプレート9との接触面の面圧低減効果が大きく、結果としてノズル端面とノズルプレート表面との隙間の変化をより抑制することができるからである。
具体的には、締結ボルトBとスリーブ部材12の材料の組み合わせとしては、例えば、締結ボルトBにNi基耐熱合金又は析出硬化型耐熱鋼を用い、スリーブ部材12にオーステナイト系ステンレス鋼を用いる組み合わせが挙げられる。
締結ボルトBとスリーブ部材12の材料の組み合わせとしては、例えば、締結ボルトBにオーステナイト系ステンレス鋼を用い、スリーブ部材12にフェライト系ステンレス鋼を用いる組み合わせが挙げられる。又は、線膨張係数の差を考慮してステンレス鋼同士の組み合わせにすることも可能である。
図2は、本発明の可変容量型排気ターボ過給機の第2実施形態を示している。なお、この第2実施形態では、第1実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態では、ノズルプレート9の表面から突出した該締結ボルトBの先端は、かしめられている。
この構成では、ノズルプレート9の貫通螺子穴9aに締結ボルトBが螺合されるので、ボルト緩みによるノズルプレート9の振動過大を抑止することができる。また、ノズルマウント7とノズルプレート9との締結部品の破損のリスクを低減することができる。また、締結ボルトBの先端がかしめられているため、可変ノズル機構8を締結する締結ボルトBの緩みを確実に防止することができる。また、この方法を第1実施形態と併用すると、締結ボルトB先端のかしめ時に加わる加工荷重に起因したスリーブ部材12と、ノズルプレート9又はノズルマウント7との接触面の変形も抑制でき、効果的である。
図3は、本発明の可変容量型排気ターボ過給機の第3実施形態を示している。なお、この第3実施形態では、第1実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態では、ノズルプレート9の過給機下流側の面にはリブ9bが形成されている。より具体的には、図4(a)に示すように、円盤状のノズルプレート9の内周端部に円環状のリブ9bが形成されている。ここでリブ9bは、ノズルプレート9の一部として形成されているが、別部材として取り付けるようにしてもよい。
さらに、図4(c)に示すように円周方向のリブ9bを同心円状に増やすと、さらにノズルプレート9の強度が向上する。
1a 内筒部
1b 外筒部
2 スクロール
3 タービンロータ
3A タービンシャフト
4 軸受ハウジング
5 軸受
6 ノズル
6a ノズルべーン
6b ノズル軸
6c 固定部
7 ノズルマウント
7a 貫通穴
8 可変ノズル機構
9 ノズルプレート
9a 貫通螺子穴
9b,9c リブ
10 ドライブリング
10a 溝部
11 レバープレート
11a 湾曲部
11b 係合用突起
12 スリーブ部材
B 締結ボルト
K 回転軸心
Claims (5)
- 内燃機関の排気ガスが内部に導入されるタービンハウジングと、
該タービンハウジング内に設けられて排気ガスによって回転駆動されるタービンロータと、
一端が前記タービンハウジング内に挿入され、該一端に前記タービンロータが取り付けられるタービンシャフトと、
該タービンシャフトを支持する軸受と、
前記タービンハウジングに連結されて内部に前記軸受が収納される軸受ハウジングと、
該軸受ハウジングに固定され、前記タービンロータへの排気ガスの流れを調整する可変ノズル機構と、
を備え、
前記可変ノズル機構は、ノズルと、該ノズルを保持するノズルマウントと、該ノズルと係合するレバープレートと、
該レバープレートと係合するドライブリングと、
を備える可変容量型排気ターボ過給機であって、
前記タービンハウジングは内筒部と外筒部とを有する2重筒構造にされ、
前記内筒部には、前記ノズルの先端が当接する輪環状のノズルプレートが設けられ、
前記ノズルマウントと前記ノズルプレートとにはそれぞれ同軸上に貫通穴及び貫通螺子穴が形成され、
前記ノズルマウントと前記ノズルプレートとの間には、前記貫通穴及び前記貫通螺子穴と同軸上にスリーブ部材が設けられ、
前記ノズルマウントと前記ノズルプレートとは前記貫通穴、前記スリーブ部材及び前記貫通螺子穴の順に挿通された締結ボルトにより連結され、
前記スリーブ部材は、前記ノズルマウント及び前記ノズルプレートと接する部分の肉厚が中央部の肉厚より厚くされ、
前記スリーブ部材の両端部はフランジ状にされ、かつフランジ外周端側に近づくに連れてフランジの厚さが薄くなる形状にされ、
さらに、前記スリーブ部材には、前記締結ボルトより低線膨脹係数の材料が用いられ、
前記スリーブ部材の端部と、ノズルマウント及びノズルプレートとの接触部分での塑性変形を抑制するように構成されたことを特徴とする可変容量型排気ターボ過給機。 - 前記スリーブ部材は、前記ノズルマウント、前記ノズルプレート及び前記締結ボルトより低剛性の部材であることを特徴とする請求項1に記載の可変容量型排気ターボ過給機。
- 前記ノズルプレート表面から突出した前記締結ボルトの先端は、かしめられていることを特徴とする請求項1に記載の可変容量型排気ターボ過給機。
- 前記ノズルプレートの過給機下流側の面にはリブが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の可変容量型排気ターボ過給機。
- 前記リブは、円周方向、半径方向又はこれらの両方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項4に記載の可変容量型排気ターボ過給機。
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