JP5875165B2 - 排気ガスターボチャージャーのタービンの作動機構 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前段に記載した種類の排気ガスターボチャージャーのタービンの作動機構に関する。

この種の作動機構としては、特許文献１により公知となっているものがある。この作動機構は、排気ガスターボチャージャーの過給圧の調節を行うための機構であり、回転軸を中心として回転可能な第１ロッド部材を備えている。この第１ロッド部材は、タービンのウェイストゲートと呼ばれる弁体部材を、閉ポジションと少なくとも１つの開ポジションとの間で移動させるものである。

弁体部材は、開ポジションにあるときには、ウェイストゲート流路と呼ばれるバイパス流路を開放している。排気ガスをこのバイパス流路へ迂回させて、タービンのタービン羽根車には流さないようにすることで、タービン羽根車が排気ガスによって駆動されないようにすることができる。従って、バイパス流路の開閉を行うことでタービンの出力を調節することができ、もって排気ガスターボチャージャーの過給圧を調節することができる。

前記第１ロッド部材には、連結部材が、該第１ロッド部材と一体回転するように連結されており、該連結部材は、特許文献１の作動機構では連結プレートとして形成されている。また、該連結部材は、第２ロッド部材を介して、作動部材に枢動連結されている。従って、前記作動部材と前記連結部材とは、更なる回転軸を中心として互いに相対回転可能に連結されており、上で言及した回転軸とこの更なる回転軸とは少なくとも実質的に互いに平行に延在している。前記作動部材は、前記第１ロッド部材の回転軸に対して少なくとも実質的に垂直な方向に並進移動可能とされている。

前記作動部材が並進移動すると、前記作動部材と前記連結部材とが以上のように連結されており、且つ、前記連結部材と前記第１ロッド部材とが以上のように連結されているため、前記第１ロッド部材がその回転軸を中心として回転させられる。そして、それによってタービンの弁体部材が移動させられる。

米国特許出願公開第2003/0196435 A1号明細書

しかしながら、特に摩耗や製造誤差のために、連結部材とロッド部材との間に、遊びが生じ得ることが知られており、それによって騒音が発生する。

従って本発明の目的は、冒頭に記載した種類の排気ガスターボチャージャーのタービンの作動機構に改良を加えて、タービンの騒音特性を改善することにある。

上記目的は、請求項１に記載した特徴を備えた作動機構により達成される。本発明の好適且つ非自明な発展形態は従属請求項に示されている。

本発明によれば、前記第１及び第２ロッド部材が、前記連結部材の少なくとも第１側面において、一体型の介装部材を介して前記連結部材に押圧支持されていることにより、上述の騒音の発生が特に小さく抑えられ、ないしは完全に防止される。前記第１及び第２ロッド部材の両方に対応する前記介装部材によって、前記第１ロッド部材と前記連結部材との間、及び、前記第２ロッド部材と前記連結部材との間の、特に製造誤差や摩耗などに起因する間隙や遊びを埋めることができる。そのため本発明に係る作動機構によれば、特に長期の供用期間に亘って、高い信頼性をもってガタツキ音の発生を防止することができる。

更に、前記介装部材を前記第１及び第２ロッド部材と前記連結部材との間に組付けて装着する作業は、それら装着箇所に個別の介装部材を夫々に組付けて装着する場合と比べて容易であり、それゆえ迅速に且つ低コストで組付作業を行うことができる。

特に有利な更なる構成例によれば、前記第１及び第２ロッド部材のうちの少なくとも一方は、また特に前記第２ロッド部材は、前記連結部材の前記第１側面とは反対側の第２側面においても、前記介装部材を介して前記連結部材に押圧支持されている。こうすることで、押圧支持が堅固で確実なものとなるため、前記第１及び第２ロッド部材と前記連結部材との間のガタツキと、そのガタツキに起因する騒音とを、長期の供用期間に亘って防止することができる。

前記一体型の介装部材が、前記第１及び第２ロッド部材のうちの一方に、また特に前記第２ロッド部材に、止着されているようにするとよく、それによって本発明に係る作動機構の部品点数を削減でき、ひいてはコストを低減することができる。この場合に、それら部材とは別体の止着手段を付加することはなく、その必要もない。特に、この構成を、前記第１及び第２ロッド部材のうちの少なくとも一方を前記連結部材の両側面において押圧支持する構成と組合せることによって、前記介装部材を、堅固に、高い信頼性をもって止着することができる。

本発明の別の１つの実施の形態によれば、前記第１及び第２ロッド部材のうちの少なくとも一方が、前記介装部材を介して前記連結部材上に保持されている。この構成では、前記介装部材が、押圧保持の機能を提供して製造誤差ないし余分な遊びに対する補償を行うのみならず、当該ロッド部材を前記連結部材上に保持する機能も提供することになる。このように機能統合を行うことで、本発明に係る作動機構の部品点数、コスト、及び重量を特に小さな、ないしは低い範囲内に抑えることができる。

前記介装部材を前記第１及び第２ロッド部材のうちの一方のロッド部材に止着、及び／または、前記第１及び第２ロッド部材のうちの少なくとも一方を前記連結部材上に保持するためには、前記介装部材が当該ロッド部材を係合保持しているようにするとよい。そうすることで、組付作業が簡明となり、組付作業を迅速且つ低コストで行えるようになる。

間隙や遊びが比較的大きなものである場合でも、その間隙や遊びを好適に埋めることができるようにするには、特に以下の構成とするとよい。その構成とは、前記介装部材が、少なくとも１つの突起部を有しており、該突起部は、前記介装部材の該突起部に隣接する少なくとも１つの部分よりも突出しており、該突起部を介して前記介装部材は前記第１及び第２ロッド部材のうちの少なくとも一方に、または、前記連結部材に、例えば弾性力などによって、押圧支持されているようにするというものである。この構成によれば特に、前記介装部材が、前記突起部により、該少なくとも一方のロッド部材を挟圧して保持することができる。そのため、長期の供用期間に亘って、また、動作中に大きな温度変動に曝される場合であっても、ガタツキ及びそれに起因する騒音を確実に防止することができる。

前記突起部は、前記介装部材の被着層によって、また特に保護被着層によって、形成されているようにするとよい。これにより、前記介装部材を低コストで製造することができる。更に、前記突起部は、少なくとも１つの繊維材料、及び／または、それと同様の材料で形成されているようにしてもよい。

大きな温度変動に曝される状況下でも、遊びや間隙を確実に埋めることができるようにするためには、前記介装部材が、弾性力によって前記第１及び第２ロッド部材に押圧支持されている構成とするとよい。

本発明の特に有利な１つの実施の形態によれば、前記介装部材は、前記第１及び第２ロッド部材の夫々に割り当てられた複数の挿通開口を有しており、それら挿通開口の中を、前記第１及び第２ロッド部材のうちの対応したロッド部材が夫々の挿通方向で貫通している。このように、例えば、前記第１及び第２ロッド部材を夫々の挿通開口の挿通方向に挿入することにより、前記介装部材の組付作業を容易に行うことができる。

また別の構成例によれば、前記複数の挿通開口のうちの少なくとも１つの挿通開口は、該挿通開口の開口周縁部に開放部を有しており、該開放部を通して、前記第１及び第２ロッド部材のうちの対応するロッド部材が、挿通方向に対して角度を成す方向から、また特に挿通方向に対して垂直な方向から、前記挿通開口の中に嵌合されるようにしてある。この構成は、組付作業を、特に容易に、迅速に、且つ低コストで行えるようにするのに有利であり、それによって作動機構のコストを、またひいてはタービン全体のコストを、特に低く抑えることができる。

前記介装部材は金属材料で製作するのもよい。そうすることで、前記介装部材は、特に弾発力などに関して優れた特性を有するものとなると共に、大きな温度変動に曝されても損傷することなくそれに耐え得るものとなる。また、その場合に、前記介装部材を例えば金属薄板などで製作するとよい。

或いは、前記介装部材は合成樹脂材料で製作するのもよい。そうすることで、前記介装部材を、ひいては前記作動機構を、特に軽量のものとすることができる。

本発明の更なる利点、特徴、及び細部構成については、以下に示す好適な実施の形態についての説明を参照し、また添付図面を参照することにより明らかとなる。以上の説明中で言及した様々な特徴及びそれら特徴の組合せ、並びに、添付図面に関連した以下の説明中で言及し、及び／または、図面中に示す様々な特徴及びそれら特徴の組合せは、それら説明ないし図面に示した通りの組合せで利用し得るばかりでなく、それとは異なる組合せで利用することもでき、また、個々の特徴を単独で利用することも可能なものであって、そのような場合でも本発明の範囲から逸脱するものではない

排気ガスターボチャージャーのタービンの作動機構の模式的斜視図であり、この作動機構はタービンのバイパス流路のバイパス弁体部材の調節移動を行うものであり、また、特に騒音特性に優れた作動機構である。 図１の作動機構の模式的平面図である。 図１及び図２の作動機構の模式的側面図である。 図１〜図３の作動機構の介装部材の模式的斜視図である。 図４の介装部材とは異なる実施の形態に係る介装部材の模式的斜視図である。 図４及び図５の介装部材とは異なる実施の形態に係る介装部材の模式的斜視図である。

図１〜図３に示したのは、排気ガスターボチャージャーのタービンの作動機構１０である。この排気ガスターボチャージャーは例えば自動車用エンジンの過給などに用いられるものである。この排気ガスターボチャージャーは、コンプレッサ羽根車を有するコンプレッサを備えており、エンジンへ供給される空気がそのコンプレッサで圧縮される。また、コンプレッサはこの排気ガスターボチャージャーのタービンにより駆動される。

タービンは収容空間を有するタービンハウジングを備えており、その収容空間の中に、このタービンのタービン羽根車が少なくとも部分的に収容されており、タービン羽根車はタービン羽根車回転軸を中心として、タービンハウジングに対して相対的に回転可能である。

タービンハウジングは更に、エンジンの排気ガスをタービン羽根車へ供給する少なくとも１つの供給流路を有する。排気ガスはタービン羽根車に流入することによって、タービン羽根車を駆動する。タービン羽根車はこの排気ガスターボチャージャーの回転軸に、該回転軸と一体回転するように連結されており、該回転軸には更に、コンプレッサ羽根車も、該回転軸と一体回転するように連結されている。これによって、コンプレッサ羽根車をタービン羽根車で駆動できるようにしている。

コンプレッサが発生するこの排気ガスターボチャージャーの過給圧を制御するために、タービンは少なくとも１つのバイパス流路を備えている。タービン羽根車の上流側で排気ガスを分岐し、このバイパス流路の方へ流すことによって、排気ガスがタービン羽根車を避けて流れるようにすることができる。即ち、このバイパス流路は、排気ガスをタービン羽根車に流さずに迂回させることによって、排気ガスがタービン羽根車に作用を及ぼさないように、即ちタービン羽根車を駆動しないようにすることを可能にするものである。

バイパス流路を流れる排気ガスの体積流量ないし質量流量を調節するために、閉ポジションと少なくとも１つの開ポジションとの間を移動可能なウェイストゲートバルブと呼ばれる弁体部材が備えられている。弁体部材が閉ポジションにあるときにはバイパス流路が閉塞されており、そのため排気ガスはその全量が、バイパス流路へ流入することなくタービン羽根車を流れている。

一方、弁体部材が少なくとも１つの開ポジションにあるときには、バイパス流路は少なくとも部分的に流通可能な開放状態にあり、そのため排気ガスはバイパス流路へ流入することができ、従ってタービン羽根車を流れずに迂回することが可能となっている。

弁体部材は作動機構１０によって調節移動される。作動機構１０は操作ロッド１２を備えている。操作ロッド１２は、タービンハウジングを貫通しており、弁体部材と一体回転するように弁体部材に連結されている。操作ロッド１２は、操作ロッド回転軸１４を中心としてタービンハウジングに対して相対回転可能とされている。また、高い機能信頼性を確保するために、ベアリングスリーブ１６を備えており、操作ロッド１２はこのベアリングスリーブ１６を介してタービンハウジングに回転可能に支持されている。更に、ハウジング１８が設けられている。操作ロッド１２はこのハウジング１８の内部で支持されており、このハウジング１８は、例えば排気ガスやオイル、又はその他の様々な媒体がタービンハウジングから漏出するのを防止している。

作動機構１０は更に連結プレート２０を備えている。連結プレート２０は第１貫通孔を有しており、操作ロッド１２はこの第１貫通孔の中を貫通している。換言するならば、操作ロッド１２は連結プレート２０の第１貫通孔の中に嵌装されている。また、連結プレート２０は、操作ロッド１２と一体回転するように操作ロッド１２に連結されている。

作動機構１０は更に連結ロッド２２を備えている。連結ロッド２２は連結プレート２０の第２貫通孔の中を貫通している。換言するならば、連結ロッド２２は連結プレート２０の第２貫通孔の中に嵌装されている。また、連結ロッド２２は連結プレート２０に枢動連結されている。即ち、連結ロッド２２は、連結ロッド回転軸２４を中心として連結プレート２０に対して相対回転可能な状態で連結プレート２０に連結されている。

特に図３から明らかなように、操作ロッド回転軸１４と連結ロッド回転軸２４とは少なくとも実質的に互いに平行に延在している。

連結ロッド２２は作動プレート２６に連結されており、その連結は両者が相対回転することのない固定連結とされている。その連結のために、作動プレート２６は連結ロッド２２が嵌合する第３貫通孔を有している。

代替の構成例として、連結ロッド２２と連結プレート２０との間の連結を、両者が相対回転しない固定連結とし、連結ロッド２２と作動プレート２６との間の連結を、連結ロッド２２が連結ロッド回転軸２４を中心として作動プレート２６に対して相対回転可能な連結とするようにしてもよい。

作動プレート２６は、操作ロッド回転軸１４及び連結ロッド回転軸２４に対して少なくとも実質的に垂直な方向に並進移動可能であり、また、連結ロッド２２を介して連結プレート２０に枢動連結されている。作動プレート２６に並進移動を行わせるために、即ち押し引きする移動を行わせるために、作動プレート２６は、この排気ガスターボチャージャーの圧力センサに少なくとも間接的に連結されるようにしてある。

例えば、弁体部材が閉ポジションにあって、少なくとも実質的に排気ガスの全量がタービン羽根車に流入してタービン羽根車を駆動しているときに、その排気ガスターボチャージャーの過給圧が閾値を超えたならば、それによって圧力センサのダイヤフラムの移動が発生する。このダイヤフラムの移動が少なくとも間接的に作動プレート２６へ伝達されることにより、作動プレート２６が並進移動する。そして、作動プレート２６から操作ロッド１２までが上で説明したようにして連結されており、更に、操作ロッド１２と弁体部材とが連結されていることから、その作動プレート２６の並進移動が、操作ロッド回転軸１４を中心とした操作ロッド１２の回転運動に変換され、それが更に、弁体部材の閉ポジションから開ポジションへの揺動運動に変換される。

以上において、連結プレート２０と操作ロッド１２との間、及び、連結プレート２０と連結ロッド２２との間の望ましくない相対的な動きを防止するために、図４に示した介装部材２８が設けられている。この介装部材は、一体部品として形成されており、操作ロッド回転軸１４の延在方向において連結プレート２０と操作ロッド１２との間に介装されていると共に、連結ロッド回転軸２４の延在方向において連結プレート２０と連結ロッド２２との間にも介装されている。換言するならば、操作ロッド１２と連結ロッド２２との両方が、介装部材２８を介して連結プレート２０に押圧支持されている。これによって連結プレート２０と操作ロッド１２との間、及び、連結プレート２０と連結ロッド２２との間の、製造誤差及び／または摩耗に起因する間隙や遊びが埋められ、ひいては連結プレート２０と操作ロッド１２との間、及び、連結プレート２０と連結ロッド２２との間の相対的な動きとそれに起因する騒音とが防止され、ないしは小さく抑えられるようになっている。

特に図３から明らかなように、介装部材２８は、連結プレート２０の一方の側面である第１側面３０において、操作ロッド１２と連結プレート２０との間と、連結ロッド２２と連結プレート２０との間との両方に亘って介装されている。更に、介装部材２８は、第１側面３０とは反対側の側面である連結プレート２０の第２側面３２において、連結プレート２０と連結ロッド２２との間に介装されている。これによって、連結ロッド２２と連結プレート２０とが、特に強固で好ましい連結状態で連結されている。換言するならば、介装部材２８が介在することによって、連結プレート２０が連結ロッド２２に対して、逆に言うならば、連結ロッド２２が連結プレート２０に対して、安定した状態で連結されている。

介装部材２８が一体部品であることによって、介装部材２８の組付作業が迅速且つ低コストで行えるものとなっている。更に、作動機構１０の、ガタツキを生じるおそれのある全ての連結箇所における遊びや間隙が、ただ１個の一体型介装部材２８によって埋められている。これによって、作動機構１０の摩耗発生量が小さく抑えられている。更に加えて、この介装部材２８によって、作動機構１０が振動を生じた場合にも、その振動に起因する騒音の発生が好適に防止され、ないしは小さく抑えられるようになっている。

特に図４から明らかなように、介装部材２８は第１挿通開口３４を有しており、連結プレート２０の第２側面３２においてこの第１挿通開口３４の中に連結ロッド２２が嵌合している。図示例の介装部材２８は金属薄板から形成された部材であり、第１挿通開口３４の形成部分から始まって連結プレート２０の第１側面３０上に延在している。介装部材２８は、連結プレート２０の第１側面３０において、連結ロッド２２を嵌合するための第２挿通開口３６を備えている。

介装部材２８は更に、連結プレート２０の第１側面３０において、操作ロッド１２を嵌合するための第３挿通開口３８を有している。

第１〜第３挿通開口３４、３６，３８は、それらの各々が、連結ロッド２２または操作ロッド１２を挿通する際の挿通方向を有している。ただし、第２挿通開口３６はその開口周縁部が全周に亘って閉じているのに対して、第１及び第３挿通開口３４、３８はそれらの開口周縁部に開放部を有している。第３挿通開口３８の中に操作ロッド１２を嵌合する際には、その開放部を通して、第３挿通開口３８の挿通方向に対して垂直な方向から、第３挿通開口３８の中に操作ロッド１２を嵌合することが可能である。これを逆に言うならば、介装部材２８を操作ロッド１２の外周に嵌装する際には、第３挿通開口３８の挿通方向に対して垂直な方向から嵌装することが可能である。

同様に、第１挿通開口３４の中に連結ロッド２２を嵌合する際には、第１挿通開口３４の挿通方向に対して垂直な方向から、第１挿通開口３４の中に連結ロッド２２を嵌合することが可能である。逆に言えば、これは、介装部材２８を連結ロッド２２の外周に嵌装する際に、第１挿通開口３４の挿通方向に対して垂直な方向から嵌装することができることを意味する。

開口周縁部に開放部を有している第１挿通開口３４及び第３挿通開口３８は、各々が、介装部材２８の一対のアーム部４０により画成されており、この一対のアーム部４０は、その弾性力によって、連結ロッド２２または操作ロッド１２を挟圧して包持することができる。これによって介装部材２８が、連結ロッド２２と操作ロッド１２との両方に確実に組付けられるようになっている。

図５及び図６に示した介装部材２８では、第１挿通開口３４も、その開口周縁部が全周に亘って閉じているため、連結ロッド２２を第１挿通開口３４及び第２挿通開口３６の中に嵌合する際には、それら挿通開口の挿通方向に嵌合するようにする。

介装部材２８は更に、第１突起部４２及び第２突起部４４を備えている。それら突起部４２、４４は、図示例では薄板から成る介装部材２８におけるそれら突起部４２、４４に隣接する部分よりも突出するように形成されている。第１突起部４２は連結ロッド２２に対応しており、第２突起部４４は操作ロッド１２に対応している。介装部材２８は、第１突起部４２によって連結プレート２０の第１側面３０に対して押圧支持されている。また同様に、介装部材２８は、第２突起部４４によっても連結プレート２０の第１側面３０に対して押圧支持されている。更に、介装部材２８は、連結ロッド２２及び操作ロッド１２に対しても押圧支持されており、そのため、この介装部材２８は、それら第１及び第２突起部４２、４４によって、連結プレート２０と操作ロッド１２との間に、また、連結プレート２０と連結ロッド２２との間に、より強固に保持されている。そして、その結果として、連結プレート２０が、堅固に且つ好適に、操作ロッド１２及び連結ロッド２２に押付けられた状態となっている。これによって、遊び及び／または間隙を、効率的且つ効果的に補償することが可能になっている。

代替の構成として、或いは、付加構成として、介装部材２８が、連結ロッド２２に形成した少なくとも１つの対応する突起部、及び／または、操作ロッド１２に形成した少なくとも１つの対応する突起部によって、押圧支持される構成とすることもできる。

突起部４２、４４は、例えば金属薄板に、スタンピング加工、またはそれと同様の加工を施すことなどにより形成される。ただし、その他の形成方法として、適宜の材料を付着させる方法を用いて突起部４２、４４を形成することも可能であり、そのような形成方法としては、例えば介装部材２８の被着層によって形成する方法や、少なくとも一種類の繊維材料またはそれと同様の材料を介装部材２８に付着させる方法などを用いることができる。

尚、図５及び図６は、予め決定可能な組付条件に適合するように構成した介装部材２８の他の実施形態を示している。

Claims (6)

1. 排気ガスターボチャージャーの過給圧の調整に用いられる、排気ガスターボチャージャーのタービンの作動機構（１０）であって、前記タービンの弁体部材を閉ポジションと少なくとも１つの開ポジションとの間で移動させるための、回転軸（１４）を中心として回転可能な第１ロッド部材（１２）を備えており、該第１ロッド部材（１２）に、第１連結部材（２０）が、該第１ロッド部材（１２）と一体回転するように連結されており、該第１連結部材（２０）は、第２ロッド部材（２２）を介して、前記回転軸（１４）に対して少なくとも垂直な方向に移動可能な作動部材（２６）に枢動連結されており、前記作動部材（２６）の移動によって前記第１ロッド部材（１２）が前記回転軸（１４）を中心として回転するようにした作動機構（１０）において、
   前記第１及び第２ロッド部材（１２、２２）は、前記連結部材（２０）の少なくとも第１側面（３０）において、一体型の介装部材（２８）を介して前記連結部材（２０）に押圧支持されており、更に、前記第１及び第２ロッド部材（１２、２２）のうちの少なくとも一方は、前記連結部材（２０）の前記第１側面（３０）と反対側の第２側面（３２）においても、前記一体型の介装部材（２８）を介して前記連結部材（２０）に押圧支持され、
   前記介装部材（２８）は、前記第１及び第２ロッド部材（１２、２２）の夫々に割り当てられた複数の挿通開口（３４、３６、３８）を有しており、前記挿通開口の中を、前記第１及び第２ロッド部材（１２、２２）のうちの対応したロッド部材が夫々の挿通方向で貫通し、前記挿通開口（３４、３６、３８)は、一対のアーム部（４０）により形成されているものを含み、前記一対のアーム部（４０）は弾性力を有している
   ことを特徴とする作動機構（１０）。
2. 前記一体型の介装部材（２８）は、前記第１及び第２ロッド部材（１２、２２）のうちの一方に止着されていることを特徴とする請求項１記載の作動機構（１０）。
3. 前記第１及び第２ロッド部材（１２、２２）のうちの少なくとも一方は、前記介装部材（２８）を介して前記連結部材（２０）上に保持されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の作動機構（１０）。
4. 前記介装部材（２８）は少なくとも１つの突起部（４２、４４）を有しており、該突起部（４２、４４）は、前記介装部材（２８）の該突起部（４２、４４）に隣接する少なくとも１つの部分よりも突出しており、該突起部（４２、４４）を介して前記介装部材（２８）は前記第１及び第２ロッド部材（１２、２２）のうちの少なくとも一方に、または、前記連結部材（２０）に、弾性力によって、押圧支持されていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項記載の作動機構（１０）。
5. 前記突起部（４２、４４）は、前記介装部材（２８）の被着層によって形成されていることを特徴とする請求項４記載の作動機構（１０）。
6. 前記複数の挿通開口（３４、３６、３８）のうちの少なくとも１つの挿通開口は、該挿通開口の開口周縁部に開放部を有しており、該開放部を通して、前記第１及び第２ロッド部材（１２、２２）のうちの対応するロッド部材が、挿通方向に対して垂直な方向から、前記挿通開口（３４、３６、３８）の中に嵌合できるようにしてあることを特徴とする請求項１記載の作動機構（１０）。

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