JP5764962B2 - ターボチャージャ - Google Patents

Description

本発明は、ターボチャージャに関するものである。

従来から、特許文献１に示すように、タービンインペラのチップ側を囲うシュラウドと対向壁との間に設けられたノズルに回動可能なノズルベーン（翼体）が配置され、このノズルベーンの回動角度によって容量が可変とされたタービンを備える可変容量型のターボチャージャが知られている。

また、特許文献１に示すように、ノズルに配置されたノズルベーンとシュラウドとの間の隙間を減少させることによってタービン効率が向上することが知られている。
そして、特許文献１では、皿バネやコイルバネによってノズルベーンをシュラウド側に付勢することによってノズルベーンとシュラウドとの間の隙間を減少させている。

特開２００９−１４４５４６号公報

上述のようにノズルベーンは、タービンの容量に応じて回動される。このため、コイルバネを用いてノズルベーンをシュラウド側に付勢する場合には、ノズルベーンの回動に伴ってコイルバネの一端側のみが変位してコイルバネが傾動する。
このようにコイルバネの傾動が繰り返されると、コイルバネの位置が徐々にずれてしまい、ノズルベーンを良好に付勢することができなくなる。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、可変容量型のターボチャージャにおいて、翼体をシュラウド側に付勢するコイルバネの位置ズレを抑止することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の発明は、タービンインペラのチップ側を囲うと共に対向壁との間で上記タービンインペラに排気ガスを供給するためのノズルを形成するシュラウドと、上記ノズルにて回動可能に配設される翼体とを備えるターボチャージャであって、上記翼体を上記シュラウドに対して押圧するコイルバネと、上記コイルバネの巻軸に対する傾動を抑制する傾動抑制手段とを備えるという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記タービンインペラに接続されるシャフトを囲うと共に上記コイルバネを支持する軸部ハウジングを備え、上記傾動抑制手段として、上記軸部ハウジングに設けられると共に上記コイルバネを収容する収容穴を有するという構成を採用する。

第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記翼体と一体化される軸部と、当該軸部に固定されると共に当該軸部を回動する動力を伝達するリンク部とを備え、上記傾動抑制手段として、上記リンク部に設けられると共に上記コイルバネの内部に挿入されて当該コイルバネと嵌合する嵌合突起を有するという構成を採用する。

第４の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、上記タービンインペラに接続されるシャフトを囲うと共に上記コイルバネを支持する軸部ハウジングを備え、上記傾動抑制手段として、上記軸部ハウジングに設けられると共に上記コイルバネの内部に挿入されて当該コイルバネと嵌合する嵌合突起を有するという構成を採用する。

第５の発明は、上記第１〜第４いずれかの発明において、上記翼体と一体化される軸部と、当該軸部に固定されると共に当該軸部を回動する動力を伝達するリンク部とを備え、上記傾動抑制手段として、上記リンク部に設けられると共に上記コイルバネを収容する収容穴を有するという構成を採用する。

第６の発明は、上記第１〜第５いずれかの発明において、上記コイルバネの一端と当接して上記コイルバネの圧縮率を調節する圧縮率調節手段を備えるという構成を採用する。

本発明によれば、傾動抑制手段によって、コイルバネの巻軸に対する傾動が抑制される。このため、コイルバネが傾動を繰り返して本来の位置からずれることを防止することができる。
したがって、本発明によれば、可変容量型のターボチャージャにおいて、翼体をシュラウド側に付勢するコイルバネの位置ズレを抑止することが可能となる。

本発明の一実施形態におけるターボチャージャの概略構成を示す断面図である。 図１のＡ−Ａ線を矢印Ｂあるいは矢印Ｃ方向から見た矢視図である。 本発明の一実施形態におけるターボチャージャの効果を説明するグラフである。 本発明の一実施形態におけるターボチャージャの変形例を示す要部断面図である。 本発明の一実施形態におけるターボチャージャの変形例を示す要部断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るターボチャージャの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

図１は、本実施形態のターボチャージャ１の概略構成を示す断面図である。
この図に示すように、本実施形態のターボチャージャ１は、タービン２と、コンプレッサ３と、軸部４と、コイルバネ５と、圧縮率調節部材６（圧縮率調節手段）とを備えている。

タービン２は、外部のエンジンから供給される排気ガスに含まれるエネルギを回転動翼として回収するものであり、タービンインペラ２１と、タービンハウジング２２と、シュラウド２３と、ノズルプレート２４（対向壁）と、ノズルベーン部２５と、位置決めピン２６と、リンク部２７と、駆動リング２８と、駆動部２９とを備えている。

タービンインペラ２１は、供給される排気ガスによって回転駆動され、これによって回転動力を生成するものである。
そして、このタービンインペラ２１は、排気ガスを受ける翼部と、当該翼部が設けられる基部とを備える。

タービンハウジング２２は、タービン２の外形形状を形作ると共に、内部にタービンインペラ２１、シュラウド２３、ノズルプレート２４及びノズルベーン部２５等を収容している。

シュラウド２３は、タービンインペラ２１の翼部と流路壁との間の隙間を調節するものであり、当該翼部のチップ側を囲って配置されている。
また、シュラウド２３は、ノズルプレート２４と対向配置されており、当該ノズルプレート２４との間に、タービンインペラ２１に対して排気ガスを供給するためのノズルＮを形成する。
さらに、シュラウド２３は、後述するノズルベーン部２５の軸部２５ｂを軸支している。

ノズルプレート２４は、上述のようにシュラウド２３と対向配置されることによってノズルＮを形成しており、後述するノズルベーン部２５の軸部２５ｂを軸支している。
このノズルプレート２４は、ノズルＮの形成方向（すなわちノズルベーン部２７の配列方向）に沿って環状に形状設定されている。

ノズルベーン部２５は、ノズルＮにおける流路断面を調節することによってタービン２の容量を可変とするものであり、タービンインペラ２１を囲って複数配置されている。
このノズルベーン部２５は、ノズルＮにおいて回動可能に配置される翼体２５ａと、当該翼体２５ａと一体化された軸部２５ｂとを備えている。
そして、ノズルベーン部２５の軸部２５ｂが、上述のシュラウド２３とノズルプレート２４とに軸支されることによって、ノズルベーン部２５の翼体２５ａがノズルＮにおいて回動可能とされている。

位置決めピン２６は、シュラウド２３とノズルプレート２４とに嵌合されており、シュラウド２３とノズルプレート２４との位置決めを行うものである。

リンク部２７は、ノズルベーン部２５の軸部２５ｂに固定されると共に当該軸部２５ｂを回動する動力を伝達するものである。
より詳細には、このリンク部２７は、ノズルベーン部２５の軸部２５ｂの一端側とかしめによって固定されている。なお、図１の拡大図に示すように、ノズルベーン部２５の軸部２５ｂの一端は、リンク部２７を貫通しており、突起部２５ｃ（嵌合突起）を形成している。

この突起部２５ｃは、コイルバネ５の内部に挿入されて当該コイルバネ５と嵌合することによって、コイルバネ５の巻軸に対する傾動を抑制するものであり、本発明における傾動抑制手段として機能するものである。

図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ線を矢印Ｂ方向から見ると共にノズルプレート２４やリンク部２７等のタービン２の一部のみを抜き出して示す矢視図である。
そして、この図に示すように、リンク部２７は、ノズルベーン部２５の各々に対して固定されて設けられており、ノズルベーン部２５と固定される側と反対側の端部が駆動リング２８に対してタービンインペラ２１の半径方向に摺動可能に嵌合されている。

駆動リング２８は、全てのリンク部２７に対して嵌合される環状部材であり、駆動部２９によってタービンインペラ２１の回転軸を中心として回動されることによって、リンク部２７を軸部２５ｂが回動中心となるように回動する。

駆動部２９は、駆動リング部２８と接続されており、当該駆動リング部２８を回動させることによってノズルベーン部２５の翼体２５ａを回動するものである。

図１に戻り、コンプレッサ３は、上述のタービン２によって生成された回転動力によって駆動され、外部のエンジンに対して供給する圧縮空気を生成するものである。

軸部４は、タービン２とコンプレッサ３とを接続するものであり、シャフトを介してタービン２によって生成された回転動力をコンプレッサ３に伝達する。
そして、軸部４は、タービンインペラ２１と接続されるシャフト４１と、当該シャフト４１及び当該シャフト４１を軸支する軸受を囲うベアリングハウジング４２（軸部ハウジング）とを備えている。

図２（ｂ）は、図１のＡ−Ａ線を矢印Ｃ方向から見たベアリングハウジング４２の矢視図である。
この図に示すように、ベアリングハウジング４２は、コイルバネ５を収容するための収容穴４２ａがコイルバネ５ごとに設けられている。
これらの収容穴４２ａの深さは、コイルバネ５の巻軸に沿った長さの半分以上を収容できるように設定されている。
この収容穴４２ａは、コイルバネ５を収容することによって、コイルバネ５の巻軸に対する傾動を抑制するものであり、本発明における傾動抑制手段として機能するものである。

コイルバネ５は、一端がノズルベーン部２５の軸部２５ｂが固定されたリンク部２７に当接し、他端が収容穴４２ａの底部に配設される圧縮率調節部材６と当接し、リンク部２７をノズルプレート２４側に向けて付勢することによって翼体２５ａを間接的にシュラウド２３に対して押圧するものである。

本実施形態においてコイルバネ５は、全てのノズルベーン部２５に対して設けられており、各々が１つずつ収容穴４２ａに収容されて配置されている。
また、コイルバネ５の一端は、図２（ａ）に示すように、ノズルベーン部２５の軸部２５ｂの一端によって形成された突起部２５ｃを囲ってリンク部２７と当接されている。また、コイルバネ５の他端は、全周が収容穴４２ａの内壁に囲われて圧縮率調節部材６に当接されている。

なお、コイルバネ５の一端及び他端のいずれかあるいは両方は、当接するリンク部２７あるいは圧縮率調節部材６に対して接合されていないことが好ましい。
これによって、リンク部２７が回動した場合であっても、コイルバネ５の一端及び他端の少なくともいずれかが当接面に対して摺動し、コイルバネ５に捩れが生じることを防止することができる。

さらに、リンク部２７が回動した場合にコイルバネ５の姿勢を保つためには、コイルバネ５の巻軸とリンク部２７の回動軸（すなわちノズルベーン部２５の翼体２５ａの回転軸）とを一致させることが好ましい。

圧縮率調節部材６は、コイルバネ５の圧縮率を調節するためのものであり、収容穴４２ａの底部に対してネジ止めにて固定されている。
この圧縮率調節部材６は、ベアリングハウジング４２に対して回転させることによって、螺合範囲が変化し、これによって収容穴４２ａの深さ方向に変位する。この結果、コイルバネ５が配置される空間の巻軸方向の高さが増減し、コイルバネ５の圧縮率つまりは翼体２５ａの押圧力を調節することができる。

このような構成を有する本実施形態のターボチャージャ１においては、タービン２に対して排気ガスが供給されると、当該排気ガスがノズルＮを介してタービンインペラ２１に供給され、これによってタービンインペラ２１が回転駆動されて回転動力が生成される。
そして、当該回転動力が軸部４を介してコンプレッサ３に伝達され、コンプレッサ３において圧縮空気が生成される。

ここで、本実施形態のターボチャージャ１によれば、コイルバネ５によって翼体２５ａをシュラウド２３に押し付け、図３に示すように、翼体２５ａをシュラウド２３に押し付けない場合と比較してタービン効率を向上させることができる。
また、本実施形態のターボチャージャ１によれば、翼体２５ａを回動させる際であっても、突起部２５ｃと収容穴４２ａとによってコイルバネ５の巻軸に対する傾動が抑止される。このため、コイルバネ５が傾動を繰り返して本来の位置からずれることを防止することができる。
したがって、本実施形態のターボチャージャ１によれば、翼体２５ａをシュラウド２３側に付勢するコイルバネ５の位置ズレを抑止することが可能となり、常に翼体２５ａをシュラウド２３に対して適度な押圧力で付勢することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、加工の容易性から、ベアリングハウジング４２の一部を掘削することによって収容穴４２ａを形成し、これを本発明の傾動抑制手段とする構成を採用した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、様々な形態の傾動抑制手段を採用することができる。

例えば、図４（ａ）に示すように、収容穴４２ａに換えて、ベアリングハウジング４２に対してコイルバネ５の内部に挿入されてコイルバネ５と嵌合する嵌合突起４２ｂを本発明の傾動抑制手段として設けても良い。
また、例えば、図４（ｂ）に示すように、ベアリングハウジング４２に対して円筒形状の囲壁４２ｃを形成し、当該囲壁４２ｃによってコイルバネ５の収容穴を形成するようにしても良い。

また、上記実施形態においては、本発明の傾動抑制手段として収容穴４２ａと突起部２５ｃとを備える構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図５（ａ）に示すように、突起部２５ｃのみを備え、ベアリングハウジング４２のコイルバネ５との当接領域を平面とすることも可能である。
この場合には、図５（ａ）に示すように、コイルバネ５の巻軸方向における突起部２５ｃの高さを上記第実施形態より高く設定し、コイルバネ５の傾動をより確実に抑止する構成を採用することが好ましい。

また、図５（ｂ）に示すように、リンク部２７を掘削することによって、リンク部２７に対して本発明の傾動抑制手段として機能する収容穴２７ａを形成するようにしても良い。
また、図５（ｃ）に示すように、リンク部２７に対して囲壁２７ｂを形成し、当該囲壁２７ｂによってコイルバネ５の収容穴を形成するようにしても良い。

また、上記実施形態においては、コイルバネ５をリンク部２７に当接させることによって、翼体２５ａをシュラウド２３に押圧する構成を採用した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、コイルバネ５を軸部２５ｂ（すなわち突起部２５ｃ）に当接させることによって、翼体２５ａをシュラウド２３に押圧する構成を採用することもできる。
ただし、この場合には、突起部２５ｃは、コイルバネ５の内部に挿入されないため、本発明の傾動抑制手段として機能しない。

また、上記実施形態においては、全ての翼体２５ａをシュラウド２３に押圧する構成を採用した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、１つ以上の一部の翼体２５ａのみをシュラウド２３に押圧する構成を採用しても良い。
この場合には、全ての翼体２５ａをシュラウド２３に押圧する場合と比較すればタービン効率が低下するものの、全ての翼体２５ａをシュラウド２３に押圧しない場合と比較すればタービン効率の向上が図れる。

１……ターボチャージャ、２……タービン、２１……タービンインペラ、２２……タービンハウジング、２３……シュラウド、２４……ノズルプレート（対向壁）、２５……ノズルベーン部、２５ａ……翼体、２５ｂ……軸部、２５ｃ……突起部（傾動抑制手段）、２７……リンク部、２７ａ……収容穴（傾動抑制手段）、２７ｂ……囲壁、４２……ベアリングハウジング、４２ａ……収容穴（傾動抑制手段）、４２ｂ……嵌合突起（傾動抑制手段）、４２ｃ……囲壁

Claims (2)

1. タービンインペラのチップ側を囲うと共に対向壁との間で前記タービンインペラに排気ガスを供給するためのノズルを形成するシュラウドと、前記ノズルにて回動可能に配設される翼体とを備えるターボチャージャであって、
   前記翼体を前記シュラウドに対して押圧するコイルバネと、
   前記コイルバネの巻軸に対する傾動を抑制する傾動抑制手段と、
   前記翼体と一体化される軸部と、
   当該軸部に固定されると共に当該軸部を回動する動力を伝達するリンク部とを備え、
   前記傾動抑制手段として、前記リンク部に設けられると共に前記コイルバネの一端側を収容する収容穴あるいは囲壁と、前記コイルバネの前記一端側の内部に挿入されて当該コイルバネと嵌合する嵌合突起との両方を備える
   ことを特徴とするターボチャージャ。
2. 前記コイルバネの一端と当接して前記コイルバネの圧縮率を調節する圧縮率調節手段を備えることを特徴とする請求項１記載のターボチャージャ。

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