JP5233514B2 - 可変容量過給機 - Google Patents

Description

本発明は、可変ノズルベーンを備えた可変容量過給機に関する。

従来、エンジン（内燃機関）の給気通路上にコンプレッサホイールを配するとともに、このコンプレッサホイールと回転軸を共有するタービンホイールを排気通路上に配設し、排気エネルギーを利用して吸入空気の過給を行う過給機が知られている。このような過給機においては、タービンホイールへの排気流入部に複数の可変可変ノズルベーンを設け、タービンへの排気流入流速を制御してタービン効率を向上させる機構を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
このような過給機では、給気通路上のコンプレッサホイールと排気通路上のタービンホイールとが回転軸によって連結されており、排気エネルギーを用いてタービンホイールを回転させることで、回転軸を介してコンプレッサホイールを回転させて過給を行う構成となっている。

図５は、上述した従来の過給機の一例であり、可変ノズルベーンを備えた可変容量過給機の断面図である。すなわち、図５に示す可変容量過給機１００は、タービンホイール１０１の排気流入部に設けられる複数の可変ノズルベーン１０２が開度可変に取り付けられたリング状のシュラウドプレート１０３、１０４の排気ガス流路側の側面１０３ａ、１０４ａに挟まれた位置に配置されている。そして、タービンハウジング１０５の過給機の排出口側には、カバー１０６が取り付けられ、そのカバー１０６とタービンハウジング１０５との間に可変ノズルベーン１０２及びシュラウドプレート１０３、１０４からなるシュラウド機構１０７が挟持された状態で固定された構造となっている。

また、図６は、上述した従来の過給機の他の一例であり、特許文献１に記載されている可変ノズルベーンを備えた可変容量過給機の断面図である。すなわち、図６に示す可変容量過給機２００では、タービンホイール２０１への排気流入部に設けられる複数の可変ノズルベーン２０２が開度可変に取り付けられたリング状のノズルプレートシュラウドプレート２０３）の排気ガス流路側の側面２０３ａに取り付けられており、このシュラウドプレート２０３と排気側のタービンハウジング２０４とによって挟まれた位置に配置されている。タービンハウジング２０４は、ボルト２０７によってセンターハウジング２０８に取り付けられている。そして、シュラウドプレート２０３は、可変ノズルベーン２０２と干渉しない排気ガス流路側の側面２０３ａの複数箇所にナット部材２０５、２０５、…が一体に固定されており、これら各ナット部材２０５にタービンハウジング２０４の外方から固定ボルト２０６を締め付けることによって、ノズルプレート２０３がタービンハウジング２０４に固定されている。そして、このナット部材２０５は、ノズルプレート２０３とタービンハウジング２０４との間に排気ガス通路ｆを確保するとともに、可変ノズルベーン２０２を配置されるための間隔を保持するための隙間調整機能も兼ねた構造となっている。
特開２００６−３４８８９２号公報

しかしながら、従来の可変容量過給機では以下のような問題があった。
すなわち、上述した図５の可変容量過給機では、シュラウド機構１０７がカバー１０６を介してタービンハウジング１０５の所定位置に取り付けられた構造であるが、カバー１０６を省略することで、装置の部品数を減らし、装置の組み立て工数の低減を図ることが求められており、その点で改良の余地があった。

また、上述した特許文献１（図６）に示す可変容量過給機では、シュラウドプレート２０３の排気ガス流路ｆ側の側面にナット部材２０５を固定させており、その排気ガス流路ｆの間隔を保持する機能も兼ねているが、その排気ガス流路ｆ内にナット部材２０５が配置されることから、タービンの性能が低下するという問題があった。さらに、上述した図６のようなシュラウドプレート２０３の固定構造においては、可変ノズルベーン２０２がシュラウドプレート２０３の一側面のみに揺動可能に支持されており、片持支持となって曲げに弱い構造となっている。そのため、可変ノズルベーン２０２が所定の領域から外れた位置に配置されると、タービンハウジング２０４内の排気ガス流路ｆを流れる排ガスの流れが乱れ、タービンの性能が低下するおそれがあった、

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、組み立て部品数を減らすことで、組み立て工数を低減することができる可変容量過給機を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、タービン性能の低下を防ぐようにした可変容量過給機を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る可変容量過給機では、排気ガスで回転駆動するタービンホイールを内部に収納するタービンハウジングと、タービンホイールの近傍に配置された複数の可変ノズルベーンの開度を可変可能に保持するシュラウド機構とを備えた可変容量過給機であって、シュラウド機構は、リング状の一対のシュラウドプレートどうしが所定の離間間隔をもって対向配置されるとともに、それらシュラウドプレートの間に複数の可変ノズルベーンが設けられてなり、一方の固定用シュラウドプレートには、一対のシュラウドプレートどうしが対向する面と反対の側面に対して略直交する方向に突出するボルトの機能を有するピン部材が一体化され、ピン部材をタービンハウジングに対してその排気ガス流路側から係止することで、シュラウド機構を固定する構成としたことを特徴としている。

本発明では、一対のシュラウドプレートのうち一方の固定用シュラウドプレートとボルト機能を有するピン部材とを一体化させることで、固定用シュラウドプレートに対するピン部材の支持力が得られ、そのピン部材をタービンハウジングにその排気ガス流路側から係止する構造とすることで、可変ノズルベーンを装備したシュラウド機構を所定位置に確実に固定することができる。例えば、タービンハウジングにピン部材を挿通し、そのピン先端部にナットを締結する構造によりシュラウド機構をタービンハウジングの排気ガス流路側に固定することができる。これにより、従来のようなシュラウド機構をタービンハウジングに取り付けるためのカバー等の部品を無くすことができる。
しかも、一対のシュラウドプレートどうしが対向する面と反対の側面に突出する固定用シュラウドプレートのピン部材をタービンハウジングに係止することで、一対のシュラウドプレートどうしの間、すなわち排気ガス流路内には、その排気ガスの流れを妨げる干渉物が介在しないことから、タービンの性能を低下させることを防ぐことができる。また、本シュラウド機構では、可変ノズルベーンが一対のシュラウドプレートによって両持支持で揺動可能に構成されているので、片持支持の場合に比べて支持力が増大し、可変ノズルベーンの曲げによって排気ガス流路が乱されるといった不具合がなくなり、高いタービン性能を確保することができる。

また、本発明に係る可変容量過給機では、ピン部材の基端部が固定用シュラウドプレートに対してかしめ又は圧入によって圧接されていることが好ましい。

本発明では、ピン部材の基端部を固定用シュラウドプレートに挿通させた状態で、固定用シュラウドプレートを厚さ方向に対して略直交する方向に押圧し、ピン部材の基端部周囲をかしめることで、その基端部と固定用シュラウドプレートとが圧接した状態で固定され、ピン部材と固定用シュラウドプレートとを互いに一体化させることができる。または、ピン部材の基端部を固定用シュラウドプレートに圧入させることで、その基端部と固定用シュラウドプレートとが圧接した状態で固定され、ピン部材と固定用シュラウドプレートとを互いに一体化させることができる。このように、ピン部材の固定用シュラウドプレートに対する支持力が確保され、シュラウド機構をタービンハウジングの排気ガス流路側に確実に固定させることができる。

本発明の可変容量過給機によれば、シュラウド機構をタービンハウジングの排気ガス流路側に確実に固定することができるので、シュラウド機構をタービンハウジングに取り付けるためのカバーが不要となり、組み立て部品数を減らすことが可能となるので、組み立て工数を低減することができる。
また、一対のシュラウドプレートどうしの間に排気ガスの流れを妨げる干渉物が介在しないので、排気ガス流路が確実に確保されるうえ、可変ノズルベーンが一対のシュラウドプレートによって揺動可能に両持支持されていて曲げ応力に強い構造となっていることから、過給機としてのタービン性能の低下を防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態による可変容量過給機について、図１乃至図４に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態による可変容量過給機の概略構成を示す側断面図、図２は図１に示すシュラウド機構の拡大図、図３はシュラウド機構のピン部材を示す要部拡大図、図４は図２に示すＡ−Ａ線断面図である。

図１の符号１は、例えば車両のエンジン（内燃機関）に備えられた本実施の形態による可変容量過給機１を示している。
図１に示すように、可変容量過給機１は、エンジンの給気通路上にコンプレッサホイール２を配するとともに、このコンプレッサホイール２と回転軸３を共有するタービンホイール４を排気通路上に配設し、排気エネルギーを利用して吸入空気の過給を行う周知の機能を有する構造となっている。なお、本第１の実施の形態では、図１乃至図３において、紙面右側を給気側、その反対側の紙面左側を排気側として以下統一して説明する。

具体的に、可変容量過給機１は、センターハウジング５と、このセンターハウジング５の給気側（図１で右側）の一端に取り付けられたコンプレッサハウジング６と、センターハウジング５の排気側（図１で左側）の他端に取り付けられたタービンハウジング７とから外殻が形成されており、さらに両端にコンプレッサホイール２と、タービンホイール４とを有する回転軸３がセンターハウジング５内を貫通して配されている。つまり、回転軸３は、この中心軸線を中心にしてセンターハウジング５に対してベアリング５１、５１を介して回転可能に支持されている。コンプレッサホイール２は、コンプレッサハウジング６内に収納され、一方、タービンホイール４がタービンハウジング７内に収納されている。

図２に示すように、タービンハウジング７には、スクロール流路Ｆが形成されており、このスクロール流路Ｆの内周側には環状の排気ガス流路ｆが形成されている。そして、タービンハウジング７は、センターハウジング５にボルト５２によって固定され、タービンホイール４を半径方向に離間して囲むようにして配置され、タービンハウジング７の給気側寄り（センターハウジング５寄り）の位置には、複数の可変ノズルベーン８、８、…を備えたシュラウド機構１０が配設されている。

シュラウド機構１０は、一対のリング状の薄平板からなる第１シュラウドプレート１１、及び第２シュラウドプレート１２が互いに離間間隔をもって対向しつつ、回転軸３の中心軸線に同軸に配置されるとともに、これらシュラウドプレート１１、１２の対向する面において、複数（ここでは、１５個）の可変ノズルベーン８、８、…が揺動可能に保持された構成となっている。なお、これらシュラウドプレート１１、１２どうしの間は、タービンホイール４からタービンハウジング７のスクロール流路Ｆへの流入口（排気ガス流路ｆ）の位置に一致している。
シュラウド機構１０は、一対のシュラウドプレート１１、１２、複数の可変ノズルベーン８、８、…、および可変ノズルベーン８、８、…を揺動させるためのリンク機構１４が組み合わされた複合体となっている。

そして、排気側に位置する第１シュラウドプレート１１と給気側に位置する第２シュラウドプレート１２とは、それぞれ複数（図４では、５箇所）の隙間調整ピン１３、１３、…によって固定されている。この隙間調整ピン１３は、一対のシュラウドプレート１１、１２どうしの間隔を一定に保持するためのものである。各隙間調整ピン１３とシュラウドプレート１１、１２との固定方法は、隙間調整ピン１３の両端部１３ａ、１３ａをそれぞれ各シュラウドプレート１１、１２の厚さ方向に挿通支持されている。

そして、第１および第２シュラウドプレート１１、１２には、複数のノズル駆動軸１４１が回転可能な状態で挿通支持されており、そのノズル駆動軸１４１のシュラウドプレート１１、１２どうしの間の位置に可変ノズルベーン８が固定されている。つまり、各可変ノズルベーン８は、ノズル駆動軸１４１を介して両シュラウドプレート１１、１２に両持支持された状態となっている。リンク機構１４は、複数のリンクを組み付けた構成であり、図示しないアクチュエータによってこれらリンクを介して複数のノズル駆動軸１４１、１４１、…（図４参照）を軸回転させる構造となっている。

つまり、アクチュエータの駆動によって各リンクが駆動し、各ノズル駆動軸１４１を中心軸線を中心にして回転させることで、ノズル駆動軸１４１に連結されている各可変ノズルベーン８がノズル駆動軸１４１を中心にして揺動し、これにより可変ノズルベーン８の開度が変わり、排気ガスの吸入量を変化させてタービンの回転数をコントロールすることが可能となっている。

図２および図３に示すように、第１シュラウドプレート１１には、排気側の側面１１ａ（一対のシュラウドプレート１１、１２どうしが対向する面と反対の排気側の側面）に対して略直交する方向に突出する先端部に雄ねじ１５ｂを形成させたボルト機能を有するピン部材１５、１５、…がプレート周方向に所定間隔をあけて複数本（図４では、５本）設けられている。つまり、各ピン部材１５は、基端部１５ａが第１シュラウドプレート１１に一体化された状態で、タービンハウジング７に形成されているボルト孔７ａに挿通され、その先端部の雄ねじ１５ｂにタービンハウジング７の外方（排気側）からナット１６を螺合させて締結できるように構成されている。ナット１６は、タービンハウジング７に形成されたボルト孔７ａに連通する凹部７ｂ内でピン部材１５の先端部１５ｂに螺合されている。

図３に示すように、さらに具体的にピン部材１５は、第１シュラウドプレート１１に対してかしめにより一体に固定されている。つまり、第１シュラウドプレート１１にはピン部材１５の基端部１５ａを嵌合させるための貫通孔１１ｂが厚さ方向に貫通して形成されており、この貫通孔１１ｂに挿通させた状態で、第１シュラウドプレート１１の外周部を押圧することにより、ピン部材１５の基端部１５ａを周囲からかしめて圧接した状態のかしめ部Ｋを形成させている。このように、ピン部材１５の基端部１５ａは、第１シュラウドプレート１１とのかしめ部Ｋにおいてシュラウド機構１０の荷重を受ける受け面が形成された状態となっている。
ここで、ピン部材１５の材質としては、熱膨張による軸力変化を考慮して、タービンハウジング７の熱膨張と同等になるものを採用する。

また、第１シュラウドプレート１１の貫通孔１１ｂは、給気側（対向する第２シュラウドプレート１２側）の端部位置において、給気側に向けて漸次内径寸法が大きくなるテーパ面１１ｃが形成されている。このように貫通孔１１ｂにテーパ面１１ｃ形成することによって、かしめ易くなるとともに、第１シュラウドプレート１１とピン部材１５とを確実に固定して一体化させることが可能となっている。

次に、上述した可変容量過給機１の作用について、図面に基づいて詳細に説明する。
図１乃至図３に示すように、一対のシュラウドプレート１１、１２のうち一方の第１シュラウドプレート１１とボルト機能を有するピン部材１５とを一体化させることで、第１シュラウドプレート１１に対するピン部材１５の支持力が得られ、そのピン部材１５をタービンハウジング７にその排気ガス流路側から係止する構造とすることで、可変ノズルベーン８を装備したシュラウド機構１０をタービンハウジング７の排気ガス流路側に確実に固定することができる。とくに、本可変容量過給機１では、ピン部材１５の基端部１５ａを第１シュラウドプレート１１の貫通孔１１ｂに挿通させた状態で、第１シュラウドプレート１１を厚さ方向に対して略直交する方向に押圧し、ピン部材１５の基端部周囲をかしめることで、その基端部１５ａと第１シュラウドプレート１１とが圧接した状態で固定され、ピン部材１５と第１シュラウドプレート１１とを互いに一体化させることができる。
つまり、タービンハウジング７にピン部材１５を挿通し、そのピン先端部にナット１６を締結する構造によりシュラウド機構１０を所定の位置に固定することができる。これにより、従来のようなシュラウド機構をタービンハウジングに取り付けるためのカバー等の部品を無くすことができる。

しかも、一対のシュラウドプレートどうしが対向する面と反対の側面に突出する第１シュラウドプレート１１のピン部材１５をタービンハウジング１５に係止することで、一対のシュラウドプレート１１、１２どうしの間、すなわち排気ガス流路ｆ内には、その排気ガスの流れを妨げる干渉物が介在しないことから、タービンの性能を低下させることを防ぐことができる。
また、本シュラウド機構１０では、可変ノズルベーン８が一対のシュラウドプレート１１、１２によって両持支持で揺動可能に構成されているので、片持支持の場合に比べて支持力が増大し、可変ノズルベーン８の曲げによって排気ガス流路ｆが乱されるといった不具合がなくなり、高いタービン性能を確保することができる。

上述した本実施の形態による可変容量過給機では、シュラウド機構１０をタービンハウジング７の排気ガス流路側に確実に固定することができるので、シュラウド機構１０をタービンハウジング７に取り付けるためのカバーが不要となり、組み立て部品数を減らすことが可能となるので、組み立て工数を低減することができる。
また、一対のシュラウドプレート１１、１２どうしの間に排気ガスの流れを妨げる干渉物が介在しないので、排気ガス流路ｆが確実に確保されるうえ、可変ノズルベーン８が一対のシュラウドプレート１１、１２によって揺動可能に両持支持されていて曲げ応力に強い構造となっていることから、過給機としてのタービン性能の低下を防ぐことができる。

以上、本発明による可変容量過給機の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本第１の実施の形態ではかしめによってピン部材１５と第１シュラウドプレート１１とを一体化させた構造としているが、かしめによる方法に代えて圧入よる方法であってもかまわない。つまり、本実施の形態ではシュラウド機構１０のピン部材１５をかしめて第１シュラウドプレート１１に一体化させる構造としているが、これに限定されることはない。例えば、ピン部材１５の基端部１５ａを第１シュラウドプレート１１の厚さ方向に貫通する貫通孔１１ｂの内径寸法より大きい外径寸法とし、そのピン部材１５の基端部１５ａを貫通孔１１ｂに圧入させた状態で圧接し、ピン部材１５と第１シュラウドプレート１１とを互いに一体化させる固定構造であってもよく、これによりピン部材１５の支持力が得られ、従来のように固定用シュラウドプレートに形成するねじ加工が不要となり、第１シュラウドプレート１１の厚さ寸法を薄くすることができることから、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる（図２参照）。

さらにまた、リンク機構１４の構造、および可変ノズルベーン８、隙間調整ピン１３の数量、寸法などの構成は本実施の形態に限定されることはなく、タービンの性能に応じて適宜設定することができる。

本発明の実施の形態による可変容量過給機の概略構成を示す側断面図である。 図１に示すシュラウド機構の拡大図である。 シュラウド機構のピン部材を示す要部拡大図である。 図２に示すＡ−Ａ線断面図である。 従来の過給機の一例であり、可変ノズル機構を備えた可変容量過給機の断面図である。 従来の過給機の他の一例であり、可変ノズル機構を備えた可変容量過給機の断面図である。

符号の説明

１ 可変容量過給機
２ コンプレッサホイール
３ 回転軸
４ タービンホイール
５ センターハウジング
６ コンプレッサハウジング
７ タービンハウジング
７ａ ボルト孔
８ 可変ノズルベーン
１０ シュラウド機構
１１ 第１シュラウドプレート（固定用シュラウドプレート）
１１ｂ、１１ｄ 貫通孔
１２ 第２シュラウドプレート
１３ 隙間調整ピン
１４ リンク機構
１５、１７ ピン部材
１５ａ、１７ａ 基端部
１５ｂ 雄ねじ
１６ ナット
Ｋ かしめ部
Ｐ 圧入部

Claims (2)

1. 排気ガスで回転駆動するタービンホイールを内部に収納するタービンハウジングと、前記タービンホイールの近傍に配置された複数の可変ノズルベーンの開度を可変可能に保持するシュラウド機構とを備えた可変容量過給機であって、
   前記シュラウド機構は、リング状の一対のシュラウドプレートどうしが所定の離間間隔をもって対向配置されるとともに、それらシュラウドプレートの間に複数の前記可変ノズルベーンが設けられてなり、
   一方の固定用シュラウドプレートには、一対の前記シュラウドプレートどうしが対向する面と反対の側面に対して略直交する方向に突出するボルトの機能を有するピン部材が一体化され、前記ピン部材を前記タービンハウジングに排気ガス流路側から係止することで、前記シュラウド機構を前記タービンハウジングに固定する構成とし、
   前記ピン部材は、前記タービンハウジングと同等な熱膨張の材質からなることを特徴とする可変容量過給機。
2. 前記ピン部材の基端部が前記固定用シュラウドプレートに対してかしめ又は圧入によって圧接されていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量過給機。
   

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