JP5157769B2 - ターボチャージャ - Google Patents

Description

この発明は、ターボチャージャに関するものである。

従来から、スクロール流路内からタービンインペラ側に供給される排気ガスの圧力を調整する排気ノズルを備えたターボチャージャが知られている。このようなターボチャージャとして、可変ノズル翼がノズル取付面を貫通するノズル駆動軸と隙間調整プレートを貫通するノズル軸とで両端支持されるものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、ノズル駆動部材及び複数の連結部材を備えたものが開示されている（例えば、特許文献２参照）。また、排気タービンホイールの周方向に沿って配置されたノズルベーンと、ノズルベーンの回動軸に取り付けられたレバーと、レバーに連結されてレバー同士を連動させる連結リングと、外部から駆動される回動駆動軸と、を備えたものが開示されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００７−４０２５１号公報 特許第３６５９８６９号公報 特開２００６−２６６１８６号公報

しかしながら、特許文献１のターボチャージャでは、可変ノズル翼を駆動するリンク機構の薄型化が困難であるという課題がある。
図６に示すように、特許文献１のターボチャージャ９０１のリンク機構９２０は、周方向に回動可能に設けられた連動板９２１と、連動板９２１の周方向に配置され連動板９２１に固定されたピン９２４と、ピン９２４により連動板９２１に搖動可能に連結されるとともに可変ノズル翼９１０の駆動軸９０９を回動させる連結板９２２と、を備えている。
また、図７に示すように、隣接する一対の連結板９２２を跨ぐように駆動リンクプレートＰが設けられている。駆動リンクプレートＰは、両端部に隣接する一対のピン９２４がそれぞれ貫通して回動可能に連結されると共に、中央部に搖動ピン９２６が回動可能に設けられている。

このような構成により、搖動ピン９２６をアクチュエータ等の動力源により連動板９２１の周方向に移動させることで、連動板９２１が周方向に回動し、それに伴って連結板９２２が搖動し、可変ノズル翼９１０の駆動軸９０９が回動するようになっている。
特許文献１のターボチャージャ９０１では、連結板９２２の厚さ方向に駆動リンクプレートＰを設ける必要があるため、リンク機構９２０の厚みＴが厚くなってしまう。また、搖動ピン９２６及びピン９２４は端部をかしめて駆動リンクプレートＰに連結する必要がある。そのため、リンク機構９２０の厚みＴがさらに厚くなってしまう。

また、特許文献２では、リンクプレートを搖動させるクランクコントロール等の駆動系の軸がノズルベーンを支持する軸と垂直に配置されている。そのため、駆動系の軸とノズルベーンの支持軸とが平行に配置される場合には、適用が困難であるという課題がある。
また、特許文献３では、ノズルベーンの回動軸と、その回動軸を駆動させる回動駆動軸とが同一軸上に配置されているため、回動駆動軸の回転角度とノズルベーンの回転角度が等しくなり、ノズルの微調整が困難であるという課題がある。

そこで、この発明は、リンク機構を従来よりも薄型化することができるターボチャージャを提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明のターボチャージャは、タービンインペラを回転可能に支持する軸受けハウジングと、前記タービンインペラに排気ガスを供給するスクロール流路が形成されたタービンハウジングと、前記スクロール流路内から前記タービンインペラ側に供給される前記排気ガスの圧力を調整する排気ノズルと、を備えた可変容量型のターボチャージャにおいて、前記排気ノズルは、前記タービンインペラの周囲に支持軸によって回動可能に支持された複数のノズルベーンと、前記支持軸を回動させるリンク機構と、を備え、前記リンク機構は、周方向に回動可能に設けられた駆動リングと、前記駆動リングの前記周方向に配置された複数のノズルリンク板と、前記ノズルリンク板に対応して配置され前記駆動リングに固定された複数のリンクピンと、前記リンク機構を駆動する駆動側リンク板と、を備え、各々の前記ノズルリンク板の一端部は、各々の前記リンクピンに回動可能に連結され、各々の前記ノズルリンク板の他端部は、各々の前記ノズルベーンの前記支持軸に固定され、前記リンクピンの一つは、前記ノズルリンク板と前記駆動側リンク板の双方がそれぞれ回動可能に連結された駆動リンクピンであることを特徴とする。

また、本発明のターボチャージャは、前記駆動リンクピンの前記駆動リング側の端部には、前記駆動リンクピンの軸部よりも縮径された縮径部が設けられ、前記駆動リングには、前記縮径部が挿入される穴部が設けられ、該穴部の周囲に前記駆動リンクピンの前記軸部が嵌入される凹部が設けられている。

また、本発明のターボチャージャは、前記ノズルリンク板の各々には、中央部から先端部へ向けてノズル側スライド溝が設けられ、前記駆動側リンク板には、中央部から先端部へ向けて駆動側スライド溝が設けられ、前記駆動リンクピンは、前記ノズル側スライド溝及び前記駆動側スライド溝の双方にスライド可能に嵌合していることを特徴とする。

また、本発明のターボチャージャは、前記リンクピンは筒状のノズル側スライド部材に挿通されて、該リンクピンに該ノズル側スライド部材が回転自在に装着され、前記駆動リンクピンは筒状の駆動側スライド部材及び前記ノズル側スライド部材の双方に挿通されて、該駆動リンクピンに該駆動側スライド部材及び該ノズル側スライド部材の双方が回転自在に装着され、前記ノズル側スライド部材の各々は、前記ノズルリンク板の各々の前記ノズル側スライド溝にスライド可能に嵌合し、前記駆動側スライド部材は、前記駆動側リンク板の前記駆動側スライド溝にスライド可能に嵌合していることを特徴とする。

また、本発明のターボチャージャは、前記ノズル側スライド部材及び前記駆動側スライド部材は、前記ノズル側スライド溝及び前記駆動側スライド溝の内壁と摺動する外側面が曲面であることを特徴とする。

また、本発明のターボチャージャは、前記ノズル側スライド部材と前記駆動側スライド部材との間に緩衝板が配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、ノズルリンク板を駆動リングに回動可能に連結するリンクピンの一つが、ノズルリンク板と駆動側リンク板の双方に連結された駆動リンクピンとなっている。
したがって、本発明のターボチャージャによれば、従来のターボチャージャと比較して部品点数を削減し、リンク機構を従来よりも薄型化することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施形態のターボチャージャは、例えば自動車のエンジンの回転数の増減に基づいてタービンインペラに供給する排気ガスの圧力を調整可能な可変容量型のターボチャージャである。
図１は、本実施形態のターボチャージャの断面図である。図２は、図１の部分拡大図である。図３は、ベアリングハウジング側から見たタービンハウジングの平面図である。

図１に示すように、本実施形態のターボチャージャ１は、タービンインペラ２を回転可能に支持するベアリングハウジング（軸受けハウジング）３を備えている。ベアリングハウジング３の片側には、複数のボルト４によりタービンハウジング５が一体的に取り付けられている。また、ベアリングハウジング３のタービンハウジング５と反対側には、複数のボルト６によりコンプレッサハウジング７が一体的に取り付けられている。

タービンハウジング５は、タービンインペラ２に排気ガスを供給するスクロール流路５ａと、スクロール流路５ａ内からタービンインペラ２側に供給される排気ガスの圧力を調整する排気ノズル８と、を備えている。スクロール流路５ａには、例えばエンジンのシリンダ等に接続された排気ガス取入口（図示略）が設けられている。
排気ノズル８は、タービンインペラ２の周囲にタービンインペラ２の軸２ａと略平行に設けられた支持軸９ａ，９ｂによって回動可能に支持された複数のノズルベーン１０を備えている。また、排気ノズル８は、排気ガスの流路を形成すると共にノズルベーン１０の支持軸９ａ，９ｂを回動可能に支持する支持穴１１ａ，１１ｂが形成された排気導入壁１２ａ，１２ｂを備えている。

ノズルベーン１０は、図３に示すように、流線型の翼状の板材により形成され、図１及び図２に示すように、支持軸９ａ，９ｂが固定されて支持軸９ａ，９ｂと一体的に設けられている。
支持軸９ａ，９ｂは、図１に示すように、アクチュエータの動力を支持軸９ａに伝達して回動させるリンク機構２０に連結されている。

リンク機構２０は、図１〜図３に示すように、周方向に回動可能に設けられた駆動リング２１と、駆動リング２１の周方向に配置された複数のリンク板（ノズルリンク板）２２と、を備えている。
駆動リング２１は、図３に示すように平面視でリング状の形状に形成され、駆動リング２１の周方向にはリンク板２２に対応して複数のリンクピン２４が配置されている。

リンクピン２４は、図１に示すように、駆動リング２１を貫通して突出した端部を塑性変形させてかしめることで、駆動リング２１に固定されている。また、リンクピン２４は、筒状に形成されたスライド部材２５に挿通され、リンクピン２４にスライド部材２５が回転自在に装着されている。また、リンクピン２４は、鍔状に形成された頭部２４ａと駆動リング２１との間にスライド部材２５を回動可能な状態で保持している。

リンク板２２は、図３に示すように、一方の端部が二股に分かれたフォーク状の形状を有し、二股の爪の間には略Ｕ字型のスライド溝（ノズル側スライド溝）２２ａが中央部から先端部へ向けて形成されている。リンク板２２のスライド溝２２ａが形成された側と反対側の端部には、ノズルベーン１０の支持軸９ａが貫通している。図１及び図２に示すように、リンク板２２を貫通した支持軸９ａの端部はかしめられて、リンク板２２と支持軸９ａとは一体的に連結されて固定されている。

スライド部材２５は、図３に示すように平面視で矩形の筒状に形成され、各々がリンク板２２の各々のスライド溝２２ａにスライド可能に嵌合している。
リンク板２２の各々は、スライド溝２２ａがスライド部材２５とスライド可能に嵌合することで、駆動リング２１に回動可能に連結されている。

図１〜図３に示すように、複数のリンクピン２４のうちの一つは、タービンインペラ２の軸２ａと平行な方向へ延長された駆動リンクピン２６となっている。
駆動リンクピン２６は、スライド部材２５と同様の矩形筒状の設けられた駆動側スライド部材２７に挿通され、駆動リンクピン２６に駆動側スライド部材２７が回転自在に装着されている。
駆動側スライド部材２７は、図２及び図３に示すように、リンク板２２の一つと重なるように配置された駆動側リンク板２８の駆動側スライド溝２８ａにスライド可能に嵌合している。

駆動側リンク板２８は、アクチュエータ等の動力源に連結されて軸回りに回転する駆動軸２９に連結され、駆動軸２９を中心として回動するように設けられている。また、駆動側スライド溝２８ａは、リンク板２２のスライド溝２２ａと同様に、駆動側リンク板２８の中央部から先端部へ向けて設けられている。
駆動側リンク板２８は、駆動リンクピン２６に挿通された駆動側スライド部材２７とスライド可能に嵌合することで、駆動リンクピン２６に回動可能に連結されている。

すなわち、駆動リンクピン２６は、スライド部材２５及び駆動側スライド部材２７を介してリンク板２２のスライド溝２２ａ及び駆動側リンク板２８の駆動側スライド溝２８ａの双方にスライド可能に嵌合して、リンク板２２及び駆動側リンク板２８の双方に回動可能に連結された状態となっている。また、駆動リンクピン２６は、リンクピン２４と同様に頭部２６ａを有し、頭部２６ａと駆動リング２１との間に、スライド部材２５及び駆動側スライド部材２７を回転自在に保持している。

駆動リンクピン２６の駆動リング２１側の端部には、図２に示すように、駆動リンクピン２６の軸部２６ｂよりも縮径された縮径部２６ｃが設けられている。
駆動リング２１には、駆動リンクピン２６の縮径部２６ｃが挿入される穴部２１ａが設けられ、穴部２１ａの周囲に駆動リンクピン２６の軸部２６ｂが嵌入される凹部２１ｂが設けられている。

図１に示すように、タービンインペラ２の軸２ａのコンプレッサハウジング７側には、コンプレッサインペラ１３が軸２ａに一体的に連結されている。
コンプレッサハウジング７は、コンプレッサインペラ１３へ供給する空気を取り入れる空気取入口７ａを備えている。コンプレッサハウジング７とベアリングハウジング３との間で、コンプレッサインペラ１３の周囲には、コンプレッサインペラ１３側から供給された空気を昇圧する環状のディフューザ流路７ｂが形成されている。

ディフューザ流路７ｂの周囲には、ディフューザ流路７ｂの外周部に連通する渦巻き状のコンプレッサスクロール流路７ｃが形成されている。コンプレッサスクロール流路７ｃには、コンプレッサスクロール流路７ｃ内の空気を、例えばエンジンのシリンダに供給するための空気排出口（図示略）が設けられている。

以上の構成により、本実施形態のターボチャージャ１は、例えばエンジンのシリンダから排出された排気ガスをタービンハウジング５のスクロール流路５ａに取り込んで、排気ノズル８を介してタービンインペラ２に供給する。これにより、タービンインペラ２が回転して、軸２ａを回転させ、コンプレッサインペラ１３が回転する。

空気取入口７ａから取り入れられ、コンプレッサインペラ１３の回転により圧縮された空気は、ディフューザ流路７ｂを通過する過程で昇圧され、コンプレッサスクロール流路７ｃに供給される。そして、コンプレッサスクロール流路７ｃ内の昇圧された空気は、空気排出口から、例えばエンジンのシリンダに供給される。

ここで、本実施形態のターボチャージャ１は、例えばエンジンの回転数等に基づいて、タービンインペラ２に供給する排気ガスの圧力を調整する排気ノズル８を備えている。排気ノズル８により排気ガスの圧力を調整する際には、まず、アクチュエータ等の動力源により、駆動軸２９を所定の角度、軸回りに回転させる。これにより、駆動側リンク板２８が駆動軸２９を中心として回動する。

駆動側リンク板２８が回動すると、駆動側リンク板２８の駆動側スライド溝２８ａに、駆動側スライド部材２７を介して嵌合した駆動リンクピン２６が、駆動側スライド溝２８ａの延在方向にスライドしつつ駆動リング２１の周方向に回動する。これにより、駆動リング２１は周方向に回動する。すると、駆動リング２１に固定されたリンクピン２４が駆動リング２１の周方向に回動する。

リンクピン２４が駆動リング２１の周方向に回動すると、リンクピン２４の各々及び駆動リンクピン２６にスライド部材２５を介して連結されたリンク板２２の各々が、ノズルベーン１０の支持軸９ａを中心として同期して回動する。これにより、支持軸９ａが各々回転してノズルベーン１０の各々が開閉するようになっている。
このように、リンク機構２０によりノズルベーン１０を開閉する際の開度を調整することで、タービンインペラ２に供給する排気ガスの圧力を調整することができる。

次に、この実施の形態の作用について説明する。
図２及び図３に示すように、本実施形態のターボチャージャ１では、リンク板２２を駆動リング２１に回動可能に連結するリンクピン２４の一つが、リンク板２２と駆動側リンク板２８の双方に連結された駆動リンクピン２６となっている。
そのため、図６及び図７に示す従来のターボチャージャ９０１のように、駆動リンクプレートＰを設ける必要が無くなり、ピン９２４と搖動ピン９２６を駆動リンクプレートＰにかしめる必要もなくなる。したがって、本実施形態のターボチャージャ１によれば、リンク機構２０を従来よりも薄型化することができる。

また、ノズルベーン１０の支持軸９ａ，９ｂと駆動軸２９とが平行に配置されている。したがって、本実施形態のターボチャージャ１は、駆動系の軸とノズルベーン１０の支持軸９ａ，９ｂとが平行に配置される場合に好適に用いることができる。
また、ノズルベーン１０の支持軸９ａを回動させる際には、駆動軸２９により駆動側リンク板２８を回動させ、駆動側リンク板２８により駆動リンクピン２６を介して駆動リング２１を周方向に回動させ、駆動リング２１に連結されたリンクピン２４によりリンク板２２を回動させる。したがって、駆動側リンク板２８、駆動リング２１及びリンク板２２等の寸法を調整することで、ノズルベーン１０の回転角度を調整し、排気ノズル８の開度を調整することが可能になる。

また、駆動リング２１には、駆動リンクピン２６の縮径部２６ｃが挿通される穴部２１ａ周囲に、駆動リンクピン２６の軸部２６ｂが嵌入される凹部２１ｂが設けられている。これにより、駆動側リンク板２８が回転させて、駆動リンクピン２６と駆動リング２１との結合部に応力が作用した場合であっても、軸部２６ｂによって応力を受けて、縮径部２６ｃに応力が集中することを防止できる。したがって、駆動リンクピン２６の耐久性を向上させ、駆動リンクピン２６の破断等を防止することができる。

以上説明したように、本実施形態のターボチャージャ１によれば、駆動軸２９とノズルベーン１０の支持軸９ａ，９ｂとが平行に配置される場合であっても適用が容易になる。さらに、リンク機構２０により排気ノズル８のノズルベーン１０の開度を微調整することができる。加えて、リンク機構２０を従来よりも小型化することができる。

次に、図４を用いて本実施形態のターボチャージャ１の第１の変形例について説明する。図４は、第１の変形例における駆動リンクピン１２６の拡大図である。
本変形例では、駆動リンクピン１２６の縮径部１２６ｃが駆動リング２１に溶接され、スライド部材２５と駆動側スライド部材２７との間にワッシャー（緩衝板）３０が挿入されている点で、上述の実施の形態と異なっている。その他は上述の実施の形態のターボチャージャ１と同様であるので、同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。

図４に示すように、駆動リンクピン１２６の縮径部１２６ｃは、先端部が駆動リング２１の穴部２１ａを貫通して、駆動リング２１に溶接されている。また、駆動リング２１と頭部１２６ａとの間に回動自在に保持されたスライド部材２５と駆動側スライド部材２７との間には、ワッシャー３０が挿入されている。ワッシャー３０は、スライド部材２５及び駆動側スライド部材２７の双方よりも硬度が低い材質により形成されていることが好ましい。

このように、駆動リンクピン１２６を駆動リング２１に溶接することで、結合強度を向上させ、駆動リンクピン１２６が破断することをより効果的に防止することができる。また、駆動リンクピン１２６を駆動リング２１の穴部２１ａから突出させてかしめる必要が無いので、リンク機構２０の厚さが厚くなることを防止できる。
また、スライド部材２５と駆動側スライド部材２７との間にワッシャー３０を挿入することで、スライド部材２５と駆動側スライド部材２７とが直接摺動することを防止して、スライド部材２５と駆動側スライド部材２７の寿命を延長させることができる。

次に、図５（ａ）及び図５（ｂ）を用いて本実施形態のターボチャージャ１の第２及び第３の変形例について説明する。図５（ａ）は、第２の変形例におけるリンク板２２近傍の拡大平面図であり、図５（ｂ）は、第３の変形例におけるリンク板２２近傍の拡大平面図である。

図５（ａ）に示すように、スライド部材１２５は、平面視で円形の筒状の形状に形成されていてもよい。また、同様に、図２及び図３に示す駆動側スライド部材２７も、平面視で円形の筒状の形状に形成されていてもよい。このように、スライド部材１２５を円筒形に形成し、リンク板２２のスライド溝２２ａの内壁と摺動する外側面を円筒面とすることで、スライド溝２２ａの内壁とスライド部材１２５の外側面との摩擦抵抗を軽減することができる。これにより、ノズルベーン１０を開閉する際の動力を低減させることができる。

また、図５（ｂ）に示すように、駆動リンクピン２２６をリンク板２２及び駆動側リンク板２８に直接嵌合させるようにしてもよい。これにより、部品点数を削減し、ターボチャージャの組立を容易にすることができる。

尚、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、図５（ａ）に示す第２の変形例において、スライド部材の外側面は、円筒面でなく、球面や楕円球面の一部等の曲面であってもよい。

本発明の実施の形態におけるターボチャージャの断面図である。 図１の部分拡大図である。 図１のタービンハウジング及びリンク機構の平面図である。 図１のターボチャージャの第１の変形例を示す部分拡大図である。 （ａ）は図１のターボチャージャの第２の変形例を示す部分拡大図であり、（ｂ）は第３の変形例を示す部分拡大図である。 従来のターボチャージャの部分拡大断面図である。 従来のターボチャージャの部分拡大平面図である。

符号の説明

１ ターボチャージャ、２ タービンインペラ、３ ベアリングハウジング（軸受けハウジング）、５ タービンハウジング、５ａ スクロール流路、８ 排気ノズル、９ａ，９ｂ 支持軸、１０ ノズルベーン、２０ リンク機構、２１ 駆動リング、２１ａ 穴部、２１ｂ 凹部、２２ リンク板（ノズルリンク板）、２２ａ スライド溝（ノズル側スライド溝）、２４ リンクピン、２５ スライド部材（ノズル側スライド部材）、２６ 駆動リンクピン、２６ｂ 軸部、２６ｃ 縮径部、２７ 駆動側スライド部材、２８ 駆動側リンク板、２８ａ 駆動側スライド溝、３０ ワッシャー（緩衝板）、１２５ スライド部材（ノズル側スライド部材）、１２６ 駆動リンクピン、１２６ｂ 軸部、１２６ｃ 縮径部、２２６ 駆動リンクピン

Claims (5)

1. タービンインペラを回転可能に支持する軸受けハウジングと、前記タービンインペラに排気ガスを供給するスクロール流路が形成されたタービンハウジングと、前記スクロール流路内から前記タービンインペラ側に供給される前記排気ガスの圧力を調整する排気ノズルと、を備えた可変容量型のターボチャージャにおいて、
   前記排気ノズルは、前記タービンインペラの周囲に支持軸によって回動可能に支持された複数のノズルベーンと、前記支持軸を回動させるリンク機構と、を備え、
   前記リンク機構は、周方向に回動可能に設けられた駆動リングと、前記駆動リングの前記周方向に配置された複数のノズルリンク板と、前記ノズルリンク板に対応して配置され前記駆動リングに固定された複数のリンクピンと、前記リンク機構を駆動する駆動側リンク板と、を備え、
   各々の前記ノズルリンク板の一端部は、各々の前記リンクピンに回動可能に連結され、
   各々の前記ノズルリンク板の他端部は、各々の前記ノズルベーンの前記支持軸に固定され、
   前記リンクピンの一つは、前記ノズルリンク板と前記駆動側リンク板の双方がそれぞれ回動可能に連結された駆動リンクピンであり、
   前記ノズルリンク板の各々には、中央部から先端部へ向けてノズル側スライド溝が設けられ、
   前記駆動側リンク板には、中央部から先端部へ向けて駆動側スライド溝が設けられ、
   前記駆動リンクピンは、前記ノズル側スライド溝及び前記駆動側スライド溝の双方にスライド可能に嵌合している
   ことを特徴とするターボチャージャ。
2. 前記駆動リンクピンの前記駆動リング側の端部には、前記駆動リンクピンの軸部よりも縮径された縮径部が設けられ、
   前記駆動リングには、前記縮径部が挿入される穴部が設けられ、該穴部の周囲に前記駆動リンクピンの前記軸部が嵌入される凹部が設けられていることを特徴とする請求項１記載のターボチャージャ。
3. 前記リンクピンは筒状のノズル側スライド部材に挿通されて、該リンクピンに該ノズル側スライド部材が回転自在に装着され、
   前記駆動リンクピンは筒状の駆動側スライド部材及び前記ノズル側スライド部材の双方に挿通されて、該駆動リンクピンに該駆動側スライド部材及び該ノズル側スライド部材の双方が回転自在に装着され、
   前記ノズル側スライド部材の各々は、前記ノズルリンク板の各々の前記ノズル側スライド溝にスライド可能に嵌合し、
   前記駆動側スライド部材は、前記駆動側リンク板の前記駆動側スライド溝にスライド可能に嵌合していることを特徴とする請求項１または２記載のターボチャージャ。
4. 前記ノズル側スライド部材及び前記駆動側スライド部材は、前記ノズル側スライド溝及び前記駆動側スライド溝の内壁と摺動する外側面が曲面であることを特徴とする請求項３記載のターボチャージャ。
5. 前記ノズル側スライド部材と前記駆動側スライド部材との間に緩衝板が配置されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のターボチャージャ。

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