JP5245922B2

JP5245922B2 - 可変ディフューザの駆動機構

Info

Publication number: JP5245922B2
Application number: JP2009052209A
Authority: JP
Inventors: 正和田畑
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2029-03-05
Also published as: JP2010203402A

Description

本発明は、過給機のコンプレッサに設けられる可変ディフューザの駆動機構に関する。

過給機の過給圧を制御する装置として、例えば、ターボチャージャに設けられた可変ノズルの開度を制御するものが知られている（特許文献１、２参照。）。これらの装置では、ノズルベーンの向きを変更して開度を調整している。開度の調整には、圧力式アクチュエータが用いられている。

実開昭６２−１３８８３１号公報特開平１０−８９７８号公報

圧力式アクチュエータで出没式のベーンを駆動する場合、過給圧が影響することがある。可動部分の隙間から空気が流れ込んでアクチュエータの可動部分の片側の面にのみ過給圧が加わるためで、アクチュエータに加える圧力が一定であっても可動部分の変位量が異なるおそれがある。

そこで、本発明は過給圧の変動に影響されない可変ディフューザの駆動機構を提供することを目的とする。

本発明の可変ディフューザの駆動機構は、過給機のコンプレッサハウジング内に設けられ、ディフューザのベーンをディフューザ通路に対して突出させる突出位置と、前記ディフューザ通路に対して退避させる退避位置との間で駆動する可変ディフューザの駆動機構であって、同一空間内に設けられ、その空間内を、空気圧がそれぞれ調整される第１室及び第２室と、過給圧が導入される過給圧室と、に区切る可動手段と、前記第１室と前記第２室とをシールする第１シール部材と、前記第１室と前記過給圧室とをシールする第２シール部材と、前記第２室と前記過給圧室とをシールする第３シール部材と、を備え、前記ベーンは、前記可動手段と接続され、前記第１室及び第２室の少なくとも一方の空気圧が調整されて前記可動手段を移動させることにより前記突出位置及び退避位置の間で往復駆動され、前記可動手段は、前記ベーンの移動方向に対して垂直な面を２つ有し、その各面に対して前記過給圧が互いに打ち消しあうように加圧可能に構成されている（請求項１）。

本発明の可変ディフューザの駆動機構によれば、ベーンと接続される可動部材が互いに隔離された第１室及び第２室の空気圧を調整されることで移動して、ベーンが突出位置と退避位置との間で駆動する。可動手段には過給圧室に流れ込む吸気による過給圧がかかるが、ベーンの移動方向に対して垂直な面を２つ有することによりベーンの移動方向においては過給圧が打ち消しあう。このように、可動部材の両側から過給圧が加わる構成としたので、ベーンの駆動の際の過給圧の影響を低減することができる。従って、過給圧が変動しても同一の駆動力でベーンを同一の位置に駆動させることができる。

以上、説明したように、本発明の可変ディフューザの駆動機構においては、ベーンと接続される可動部材が第１室及び第２室の空気圧を調整されることで移動して、ベーンが突出位置と退避位置との間で駆動する。可動手段には過給圧室に流れ込む吸気による過給圧がかかるが、ベーンの移動方向に対して垂直な面を２つ有することによりベーンの移動方向においては過給圧が打ち消しあう。このように、可動部材の両側から過給圧が加わる構成としたので、ベーンの駆動の際の過給圧の影響を低減することができる。従って、過給圧が変動しても同一の駆動力でベーンを同一の位置に駆動させることができる。

本発明の可変ディフューザの駆動機構が適用されたターボチャージャの要部を示す概略図。ベーンをディフューザ通路に対して退避させた様子を示す図。駆動機構の変形例を示す図。

図１は、本発明の可変ディフューザの駆動機構が適用されたターボチャージャの要部を示す概略図である。ターボチャージャ１は、内燃機関（不図示）に過給するためのもので、タービン（不図示）を有し、そのタービンによってコンプレッサ２を駆動するように構成されている。コンプレッサ２は、コンプレッサハウジング３と、周方向に複数の翼４ａが設けられ、回転軸４ｂを介してタービンホイール（不図示）と一体回転するコンプレッサホイール４と、後述するディフューザ５とを備えている。コンプレッサハウジング３には、コンプレッサホイール４が配置されるホイール室６と、コンプレッサホイール４の外周に配置される渦巻状のスクロール室７と、ホイール室６とスクロール室７とを連通し、ディフューザ５が配置されるディフューザ通路８とが形成されている。なお、ディフューザ５以外の構成については、周知技術を利用してもよい。

ディフューザ５は、ディフューザ通路８に対して出没駆動される複数のベーン１１と、複数のベーン１１を駆動する駆動機構１２とを備えている。ベーン１１は、ディフューザ通路８に配置され、コンプレッサホイール４の外周に沿って並べられている。ベーン１１は、コンプレッサハウジング３に設けられる格納室１３に格納可能で、ディフューザ通路８に対して突出する突出位置Ｐ１と、格納室１３に格納されてディフューザ通路８に対して退避する退避位置Ｐ２（図２参照）との間で、往復移動が可能である。これにより、ベーン１１は、コンプレッサホイール４から吐出される吸気の流量を調節するので、コンプレッサ２の効率を向上させている。ディフューザ５が可変ディフューザとして機能している。

駆動機構１２は、コンプレッサハウジング３内に形成される第１室２１及び第２室２２と、過給圧室２３とを区切る可動手段としての可動部材２４と、第１室２１と第２室２２とをシールする第１シール部材２５と、第１室２１と過給圧室２３とをシールする第２シール部材２６と、第２室２２と過給圧室２３とをシールする第３シール部材２７と、ベーン１１を格納室１３側へ付勢するためのばね２８と、可動部材２４とベーン１１とを接続する接続部材２９とを備えている。第１室２１、第２室２２及び過給圧室２３は、コンプレッサハウジング３内にコンプレッサホイール４の外周に沿ってリング状に形成された同一空間内に設けられ、その空間３０内に設けられる可動部材２４により第１室２１及び第２室２２と過給圧室２３とが区切られている。各室２１〜２３が設けられる空間３０は、その半径方向の断面形状がコの字型に構成され、可動部材２４もまた、コンプレッサホイール４の外周に沿ってリング状に形成され、かつその半径方向の断面形状がコの字型に構成されて空間３０内に同じ向きに収容されている。可動部材２４には、ベーン１１の移動方向に対してそれぞれ垂直な第１面２４ａ及び第２面２４ｂが設けられている。第１面２４ａ及び第２面２４ｂは、ほぼ同一の面積を有する。可動部材２４の外周側と空間３０の内面との間には、隙間が設けられ、第１面２４ａ及び第２面２４ｂは過給圧室２３の内面を構成する。

各室２１〜２３の間はそれぞれ各シール部材２５〜２７によりシールされている。可動部材２４の内周側には、第１室２１及び第２室２２が配置されている。第１室２１及び第２室２２の間には、コンプレッサハウジング３による凸部３１が形成され、その先端部に第１シール部材２５が固定されて可動部材２４と接触する。これにより、第１室２１と第２室２２とが隔離される。可動部材２４の外周側には、過給圧室２３が配置されている。第２シール部材２６及び第３シール部材２７は、可動部材２４の両端部にそれぞれ固定され、コンプレッサハウジング３と接触する。これにより、第１室２１及び第２室２２に対して過給圧室２３が隔離される。各シール部材２５〜２７も同様にリング形状で、コンプレッサホイール４の外周に沿って設けられている。

第１室２１は、コンプレッサハウジング３に形成された第１空気通路３２を介して第１室２１内を加圧するポンプ（不図示）と接続される。第２室２２は、コンプレッサハウジング３に形成された第２空気通路３３を介して大気圧に開放されている。第２空気通路３３は、例えば、コンプレッサ２の入口と連通している。各空気通路３２、３３は、空間３０内での可動部材２４の移動領域を避けて設けられる。ばね２８は、第２室２２に設けられ、その両端部は、それぞれ凸部３１及び可動部材２４に固定されている。ばね２８は、ベーン１１を格納室１３に格納する向きに付勢している。接続部材２９は、棒状の部材で、一方の端部は可動部材２４と、他方の端部はコンプレッサハウジング３に形成された接続通路３４を介してベーン１１と、それぞれ固定されている。可動部材２４の移動に伴い、接続部材２９を介してベーン１１が移動する。過給圧室２３には、接続部材２８と接続通路３４との隙間からディフューザ通路８を通る吸気が流れ込み、過給圧がかかる。

駆動機構１２が適用されたディフューザ５の動作を説明する。ベーン１１をディフューザ通路８に対して突出させる場合には、第１空気通路３２を介してポンプから空気を第１室２１に送り込んで加圧する。これにより、第１室２１の体積が増加して可動部材２４が空間３０内で移動するので、ベーン１１を突出位置Ｐ１へと移動させる。このとき、ディフューザ５に設けられている複数のベーン１１は、可動部材２４の移動とともに一斉に突出位置Ｐ１へと移動する。一方、第１室２１の体積の増加に伴い、第２室２２内の空気は、第２空気通路３３を介して排出される。過給圧室２３には、接続通路３４を介して吸気が流れ込み過給圧が導入される。特に、可動部材２４に対してベーン１１が移動する方向に作用する過給圧（図１の矢印参照。）は第１面２４ａ及び第２面２４ｂに対して互いに打ち消しあうように加わるので、ベーン１１の駆動の際の過給圧の影響を低減することができる。従来の構成では、ベーンを駆動するアクチュエータに対して片側の面にのみ過給圧が加わり、アクチュエータの変位量が異なるおそれがあるが、本発明では、可動部材２４の両側の面、つまり、第１面２４ａ及び第２面２４ｂから過給圧が加わるので過給圧の影響が低減され、過給圧が変動しても同一の駆動力でベーン１１を同一の位置に駆動させることができる。

図２は、ベーン１１をディフューザ通路８に対して退避させた様子を示す図である。ベーン１１をディフューザ通路８に対して退避させる場合、第１室２１の空気を大気圧に開放する等して第１室２１の加圧状態を解除すると、ばね２８の復元力により可動部材２４が移動し、第２室２２の体積が増加する。可動部材２４の移動に伴って各ベーン１１が格納室１３に格納される。この場合においても、過給圧は可動部材２４の第１面２４ａ及び第２面２４ｂに対してそれぞれ加えられている。このように、ベーン１１を突出位置Ｐ１と退避位置Ｐ２との間で往復駆動させる場合に、可動部材２４の第１面２４ａ及び第２面２４ｂに加わる過給圧が互いに打ち消しあうように作用するので、ベーン１１の駆動の際に接続通路３４の隙間を介して導入される過給圧の影響を低減することができる。

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本形態では、可動部材２４の内周側に第１室２１及び第２室２２が、外周側に過給圧室２３が設けられている例で説明したがこれに限られない。例えば、図３に示す変形例におけるディフューザ５ａのように、第１室４１及び第２室４２を外周側に、過給圧室４３を内周側にそれぞれ配置するように空間４０及び可動部材４４の向きを逆にしてもよい。この場合においても、上述した形態と同様の効果が得られる。

また、本形態では、第１室２１を加圧することによりベーン１１を突出位置Ｐ１に移動させたが、これに限られない。例えば、第２室２２を負圧とすることで可動部材２４を移動させてもよい。この場合、第１室２１は、大気圧に開放されるように第１空気通路３２を適宜の箇所と連絡し、第２室は負圧を発生させるポンプを接続すればよい。あるいは、第１室２１及び第２室２２をそれぞれポンプと接続して各室２１、２２を加圧あるいは減圧するようにしてもよい。この場合には、ばね２９は設けなくともよい。第１室２１及び第２室２２を互いに連絡し、各室２１、２２内の空気を交換させてもよい。このように、空気圧駆動について適宜構成を変更してもよい。

５ディフューザ
８ディフューザ通路
１１ベーン
１２駆動機構
２１第１室
２２第２室
２３過給圧室
２４可動部材（可動手段）
２４ａ第１面
２４ｂ第２面
２５第１シール部材
２６第２シール部材
２７第３シール部材
Ｐ１突出位置
Ｐ２退避位置

Claims

過給機のコンプレッサハウジング内に設けられ、ディフューザのベーンをディフューザ通路に対して突出させる突出位置と、前記ディフューザ通路に対して退避させる退避位置との間で駆動する可変ディフューザの駆動機構であって、
同一空間内に設けられ、その空間内を、空気圧がそれぞれ調整される第１室及び第２室と、過給圧が導入される過給圧室と、に区切る可動手段と、
前記第１室と前記第２室とをシールする第１シール部材と、
前記第１室と前記過給圧室とをシールする第２シール部材と、
前記第２室と前記過給圧室とをシールする第３シール部材と、を備え、
前記ベーンは、前記可動手段と接続され、前記第１室及び第２室の少なくとも一方の空気圧が調整されて前記可動手段を移動させることにより前記突出位置及び退避位置の間で往復駆動され、
前記可動手段は、前記ベーンの移動方向に対して垂直な面を２つ有し、その各面に対して前記過給圧が互いに打ち消しあうように加圧可能に構成されている可変ディフューザの駆動機構。