JP6029739B2 - 可変容量型排気タービン - Google Patents

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Description

本開示は可変容量型排気タービンに関する。
排気ターボ過給機においては、タービンハウジングに形成されるスクロール状の排気ガス通路と、タービンハウジングの中心に回転可能に配置されるタービンホイールとの間に配置され、タービンホイールに作用する排気ガスの流れを制御する可変ノズル機構が多く用いられている。
かかる可変ノズル機構は、ノズルマウントとノズルプレートとがノズルサポートによって互いに離間した状態で支持され、該ノズルマウントとノズルプレートとの間に複数のノズルベーンが回転可能に支持されることで構成されている。そして、ノズルベーンの翼角を変化させることで、ノズルマウントとノズルプレートとの間を流れる排気ガスの流れを制御し、タービンホイールに作用する排気ガスの流れを制御する。
このような可変ノズル機構を備えた可変容量型排気タービンの一例としては、例えば、特許文献1,2などに開示されている。
特許第4491766号公報 特開2010−53773号公報
ところで、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスは約850℃の高温となるため、ノズルマウントおよびノズルプレートに熱変形が生じる。この際、軸受ハウジングなどに固定され、ノズルサポートと対向する面だけが高温の排気ガスに接するノズルマウントと、両面が高温の排気ガスに曝されるノズルプレートとでは半径方向における熱伸び量が異なり、図15に示したようにノズルマウント2に反りが生じ、ノズルプレート4とノズルマウント2とを連結するノズルサポート6にせん断力や曲げモーメントが作用してノズルサポート6が変形する恐れがあった。
また特に、可変ノズル機構を備えた可変容量型排気タービンをガソリンエンジンに適用する場合にあっては、ガソリンエンジンから排出される排気ガスは850℃よりも高温になることが予想されるため、上述したノズルマウントとノズルプレートとの間の熱伸び量の差が更に大きくなり、ノズルサポートにより大きなせん断力、曲げモーメントが作用する恐れがあった。
本発明の少なくとも一つの実施形態は、上述したような従来技術の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、高温下におけるノズルサポートの変形、損傷を防止することができる可変容量型排気タービンを提供することにある。
本発明の少なくとも一実施形態は、
ノズルマウントと、
前記ノズルマウントの一面に一端部が連結されるノズルサポートと、
前記ノズルサポートの他端部と連結され、前記ノズルマウントから離間して対向支持されるとともに、前記ノズルマウントに対向する一面とは反対側の他面が、排気ガスが流れる排気ガス通路に面して配置されるノズルプレートと、
前記ノズルマウントと前記ノズルプレートとの間に回転可能に支持される少なくとも一つのノズルベーンと、を備えた可変容量型排気タービンにおいて、
前記ノズルサポートは、熱伸びによる前記ノズルマウントと前記ノズルプレートとの間の半径方向の相対変位を吸収するために前記半径方向に沿って傾倒可能に構成されていることを特徴とする。
上記可変容量型排気タービンによれば、ノズルサポートが、熱伸びによるノズルマウントとノズルプレートとの間の半径方向の相対変位を吸収するために半径方向に沿って傾倒可能に構成されている。よって、高温の排気ガスによってノズルマウントおよびノズルプレートに熱伸びが生じたとしても、ノズルサポートが傾くことでその熱伸び量の差による両者の相対変位は吸収される。このため、ノズルサポートに大きなせん断力や曲げモーメントが作用することがなく、ノズルサポートの変形、損傷を防止することができるようになっている。
幾つかの実施形態では、上記ノズルサポートの一端部及び他端部の少なくともいずれか一方の端部が球面状に形成されているとともに、上記ノズルマウント及びノズルプレートの少なくともいずれか一方には、球面状に形成されている端部を摺動可能に収容する収容保持部が形成されている。
このような実施形態によれば、球面状に形成されているノズルサポートの端部が収容保持部に摺動可能に収容されるため、ノズルサポートとノズルマウント及びノズルプレートとを安定的に連結した状態でノズルサポートを半径方向に沿って傾倒させることができる。
一実施形態では、上記ノズルサポートの球面状に形成されている端部は、該球面状の端部が遊挿可能に開口された前記収容保持部の挿入口から挿入され、前記収容保持部に配置された状態で前記挿入口を加締めることで前記収容保持部に収容されている。
このような実施形態によれば、ノズルサポートの端部を収容保持部に挿入してからその挿入口を加締めるだけの簡単な組み立て方法によって、ノズルサポートの端部を収容保持部に収容することができる。
他の実施形態では、上記ノズルサポートの球面状に形成されている端部は、該球面状の端部が遊挿可能に開口された前記収容保持部の挿入口から挿入され、前記収容保持部に配置された状態で前記挿入口に前記ノズルマウント及び前記ノズルプレートとは別部材に構成された押え部材を固定することで前記収容保持部に収容されている。
このような実施形態によれば、ノズルサポートの端部を収容保持部に挿入してからその挿入口に別部材に構成された押え部材を固定するだけの簡単な組み立て方法によって、ノズルサポートの端部を収容保持部に収容することができる。
またその他の実施形態では、上記ノズルサポートの球面状に形成されている端部は、この球面状の端部が遊挿不能に開口された上記収容保持部の圧入口から圧入されることで収容保持部に収容されている。
このような実施形態によれば、ノズルサポートの端部を収容保持部の圧入口から圧入するだけの簡単な組み立て方法によって、ノズルサポートの端部を収容保持部に収容することができる。
幾つかの実施形態では、上記ノズルサポートは、球面状に形成されている一端部を有する一端側分割体と、球面状に形成されている他端部を有する他端側分割体の2つの分割体からなり、一端側分割体の一端部をノズルマウントに形成されているマウント側収容保持部に収容し、且つ他端側分割体の他端部をノズルプレートに形成されているプレート側収容保持部に収容した状態で、一端側分割体と他端側分割体とが結合されることで構成されている。
このような実施形態によれば、ノズルサポートが一端側分割体と他端側分割体の2つの分割体から構成されているため、一端側分割体の一端部をマウント側収容保持部に収容し、他端側分割体の他端部をプレート側収容保持部に収容した状態で両者を結合するだけの簡単な組み立て方法によって、ノズルサポートの両端部をマウント側収容保持部及びプレート側収容保持部のそれぞれに収容することができる。
幾つかの実施形態では、上記収容保持部は、ノズルマウントに形成されているマウント側収容保持部とノズルプレートに形成されているプレート側収容保持部とを含むとともに、上記ノズルサポートはその一端部及び他端部の両方の端部が球面状に形成されており、マウント側収容保持部の挿入口はノズルプレートに対向するノズルマウントの一面に形成され、プレート側収容保持部の挿入口はノズルマウントに対向するノズルプレートの一面に形成されている。
このような実施形態によれば、マウント側収容保持部及びプレート側収容保持部が、ノズルマウント及びノズルプレートの互いに対向する一面にそれぞれ形成されているため、ノズルサポートが分割されていなくても、上述した簡単な組み立て方法によって、ノズルサポートの両端部をマウント側収容保持部及びプレート側収容保持部に収容することができる。
幾つかの実施形態では、上記ノズルマウント及びノズルプレートの少なくともいずれか一方には、ノズルマウント及びノズルプレートとは別体に構成され、且つ収容保持部が内部に形成されている収容保持部形成体が固定されている。
このような実施形態によれば、収容保持部が内部に形成されている収容保持部形成体がノズルマウント及びノズルプレートとは別体に構成されている。したがって、ノズルサポートの端部を収容保持部に収容する際に、加締め、圧入、押え部材の固定などで不良が生じたとしてもノズルマウントやノズルプレートに影響を及ぼすことがなく、材料歩留まりの悪化を防止することができる。
幾つかの実施形態では、上記ノズルサポートは、ノズルサポート本体と、ノズルサポート本体の一端面及び他端面の少なくともいずれか一方の端面から突出する棒状の胴部、及びこの胴部の先端側に設けられた胴部よりも大きな断面を有する頭部からなる連結部と、を含み、上記ノズルマウント及びノズルプレートの少なくともいずれか一方には、連結部の胴部が遊挿される貫通孔が形成されるとともに、連結部の頭部が摺動可能に配置される連結収容部がその他面に凹状に形成されている。
このような実施形態によれば、連結部の胴部がノズルマウント及びノズルプレートの貫通孔に遊挿、すなわち貫通孔に遊びを持った状態で挿通されるとともに、連結部の頭部がノズルマウント及びノズルプレートの他面に凹状に形成された連結収容部に摺動可能に配置されているため、ノズルサポートとノズルマウント及びノズルプレートとを安定的に連結した状態でノズルサポートを半径方向に沿って傾倒させることができる。
一実施形態では、上記連結部はノズルサポート本体の端面に連結された締結部材からなる。
このような実施形態によれば、ノズルサポート本体の端面に締結部材を連結するだけの簡単な構成によって、上記連結部を形成することができる。
他の実施形態では、上記連結部の頭部は、胴部を貫通孔に遊挿し、この胴部の先端側を連結収容部から突出させた状態で胴部の先端を加締めることで形成されたものである。
このような実施形態によれば、胴部の先端部を加締めることで上記連結部を形成することができるため、例えば締結部材によって連結部を形成する場合などと比べて、部品点数を削減することができる。
幾つかの実施形態では、上記連結収容部には球面座金が配置されるとともに、上記締結部材には、球面座金の球面状の凹座面と摺動可能に形成された球面状凸部がその頭部と胴部との間に形成されている。
このような実施形態によれば、締結部材によって上記連結部を形成する場合において、連結収容部に球面座金を配置する簡単な構成によって連結部の頭部を連結収容部に摺動可能に配置することができる。
幾つかの実施形態では、上記連結収容部は球面状に凹設され、上記連結部の頭部は、球面状に凹設された連結収容部と摺動可能に嵌合するように、その胴部側が球面状に凸設されている。
このような実施形態によれば、簡単な構成によって連結部の頭部を連結収容部に摺動可能に配置することができる。
幾つかの実施形態では、上記連結収容部は円錐状に凹設され、上記連結部の頭部と円錐状に凹設された連結収容部との間には弾性部材が配置されている。
このような実施形態によれば、連結部の頭部と連結収容部との間に弾性部材を配置するだけの簡単な構成によって連結部の頭部を連結収容部に摺動可能に配置することができるとともに、連結収容部及び連結部の頭部をシンプルな形状に構成することができる。
一実施形態では、上記ノズルマウント及びノズルプレートの少なくともいずれか一方には、球面状に形成された球面部がその一面に形成されるとともに、上記ノズルサポート本体の一端面及び他端面の少なくともいずれか一方の端面は、前記球面部と摺動可能に形成されている。
このような実施形態によれば、ノズルマウント及びノズルプレートの一面に形成される球面部とノズルサポート本体の端面とが摺動することでノズルサポートが傾倒する際の動きを滑らかすることができ、ノズルマウントとノズルプレートとの間の半径方向の相対変位を速やかに吸収することができる。
他の実施形態では、上記ノズルサポート本体の一端面及び他端面の少なくともいずれか一方の端面と、上記ノズルマウント及びノズルプレートの少なくともいずれか一方の一面との間には、第2の弾性部材が配置されている。
このような実施形態によれば、ノズルマウント及びノズルプレートの一面とノズルサポート本体の端面との間に第2の弾性部材を配置するだけの簡単な構成によってノズルサポートが傾倒する際の動きを滑らかすることができ、ノズルマウントとノズルプレートとの間の半径方向の相対変位を速やかに吸収することができる。
その他の実施形態では、上記ノズルサポート本体の一端部及び他端部の少なくともいずれか一方の端部には、ノズルサポート本体の半径方向に沿った傾倒を許容するためのスリットが形成されている。
このような実施形態によれば、ノズルサポート本体の端部にスリットを形成するだけの部品点数の少ない簡単な構成によってノズルサポートが傾倒する際の動きを滑らかすることができ、ノズルマウントとノズルプレートとの間の半径方向の相対変位を速やかに吸収することができる。
幾つかの実施形態では、上記ノズルサポートは、上記ノズルマウントと連結される一端側サポート部材と、上記ノズルプレートと連結される他端側サポート部材と、一端側サポート部材及び他端側サポート部材を、半径方向に沿って回転可能に連結するピン部材と、を含む。
このような実施形態によれば、一端側サポート部材と他端側サポート部材とが半径方向に沿って回転可能に連結されることでノズルサポートが少なくとも半径方向に沿って傾倒可能に構成され、ノズルサポートの変形、損傷が防止される。
幾つかの実施形態では、上記ノズルマウントは、上記ノズルプレートを形成する材料よりも線膨張係数の小さな材料から形成される。
このような実施形態によれば、ノズルマウントに対してノズルプレートの方が熱伸びし易い材料によって形成されるため、ノズルプレートが熱伸びすることで、ノズルマウントが他面側に反るように変形した際におけるノズルサポートとノズルマウント及びノズルプレートとの連結部における回転角度を小さく抑えることができ、連結部の摩耗を低減することができる。
幾つかの実施形態では、上記可変容量型排気タービンはガソリンエンジンに用いられることを特徴とする。
ガソリンエンジンの排気ガスはディーゼルエンジンンよりもさらに高温であり、ガソリンエンジンに用いられる可変容量型排気タービンでは、ノズルマウントとノズルプレートとの間の熱伸び量の差は更に大きくなる。このため、上述した実施形態の可変容量型排気タービンは、ガソリンエンジンにおいて特に好適に用いることができる。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、ノズルサポートが半径方向に沿って傾倒可能に構成されているため、高温下におけるノズルサポートの変形、損傷を防止することができる可変容量型排気タービンを提供することができる。
本発明の一実施形態にかかる可変容量型排気タービンの断面図である。 図1のA−A断面図である。 図2のB−B断面図である。 一実施形態にかかるノズルサポートとノズルマウント及びノズルプレートとの連結構造を示した図である。 一実施形態にかかるノズルサポートとノズルマウント及びノズルプレートとの連結構造を示した図である。 他の実施形態にかかるノズルサポートとノズルマウント及びノズルプレートとの連結構造を示した図である。 その他の実施形態にかかるノズルサポートとノズルマウント及びノズルプレートとの連結構造を示した図である。 一実施形態にかかるノズルサポートとノズルマウント及びノズルプレートとの連結構造を示した図である。 一実施形態にかかるノズルサポートとノズルマウント及びノズルプレートとの連結構造を示した図である。 一実施形態にかかるノズルサポートとノズルマウント及びノズルプレートとの連結構造を示した図である。 一実施形態にかかるノズルサポートとノズルマウント及びノズルプレートとの連結構造を示した図である。 一実施形態にかかるノズルサポートとノズルマウント及びノズルプレートとの連結構造を示した図である。 一実施形態にかかるノズルサポートとノズルマウント及びノズルプレートとの連結構造を示した図であり、図13(a)は図11に示す実施形態に、図13(b)は図12に示す実施形態に、それぞれ対応している。 一実施形態にかかるノズルサポートとノズルマウント及びノズルプレートとの連結構造を示した図であり、図14(a)は平面図、図14(b)は側面図である。 ノズルマウント及びノズルプレートが熱伸びし、両者を連結するノズルサポートにせん断力や曲げモーメントが作用した状態を示した図である。
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図1は、本発明の一実施形態にかかる可変容量型排気タービン1の断面図である。図2は、図1のA−A断面図である。図3は、図2のB−B断面図である。先ず、図1〜図3に基づいて、本発明の一実施形態にかかる可変容量型排気タービン1の基本的な構成について説明する。
図1に示したように、本発明の一実施形態にかかる可変容量型排気タービン1は、タービンロータ12を収容するタービンハウジング16と、タービンロータ12の回転軸12aを回転可能に支持する軸受22を収容する軸受ハウジング18とが、例えばボルトなどによって締結されている。また図示しないが、軸受ハウジング18を挟んだタービンハウジング16の反対側には、回転軸12aと連結されたコンプレッサロータを収容するコンプレッサハウジングが軸受ハウジング18と連結されている。
タービンハウジング16の外周側には、不図示の排気マニホールドと連通し、エンジンから排出された排気ガスが流れるスクロール状の排気ガス通路20が形成されている。また、スクロール状の排気ガス通路20と、タービンロータ12との間には、タービンロータ12に作用する排気ガスの流れを制御する可変ノズル機構10が配置されている。
可変ノズル機構10は、図1に示したように、タービンハウジング16および軸受ハウジング18との間に挟まれた状態で、ボルトなどによってノズルマウント2が軸受ハウジング18に締結されることで、軸受ハウジング18に固定されている。また可変ノズル機構10は、図3に示したように、ノズルマウント2の一面2aに柱状部材のノズルサポート6の一端部が連結されている。また、ノズルサポート6の他端部にはノズルプレート4の一面4aが連結されている。このノズルサポート6は、ノズルマウント2の一面2aおよびノズルプレート4の一面4aに、平面視で周状に複数連結されている。これにより、ノズルプレート4がノズルマウント2の一面2aから離間して支持されている。
また、図2および図3に示したように、ノズルマウント2の他面2bには、円盤状に形成されたドライブリング5が回転可能に配置されている。そして、ドライブリング5には、複数のレバープレート3の一端側が連結されている。そして、レバープレート3の他端側は、ノズル軸8aを介してノズルベーン8と連結されており、ドライブリング5が回転することで、各レバープレート3が回転し、ノズルベーン8の翼角が変化するように構成されている。
このように構成される可変容量型排気タービン1では、スクロール状の排気ガス通路20を流れた排気ガスは、図1の矢印fで示したように、ノズルマウント2とノズルプレート4との間に流れ込み、ノズルベーン8によって流れ方向が制御されて、タービンハウジング16の中心部へと流れる。そして、タービンロータ12に作用した後に、排気出口24から外部に排出される。
この際、図1に示したように、ノズルプレート4は、ノズルサポート6が連結される一面4aとは反対側の他面4bが、排気ガスが流れる排気ガス通路20に面して配置されている。よってノズルプレート4は、一面4aおよび他面4bの両面が排気ガスに曝される形となる。これに対してノズルマウント2は、その一面2aだけが排気ガスと接する形となり、他面2bは軸受ハウジング18側に配向されているため、排気ガスに曝されていない。
このように、ノズルプレート4はその両面4a、4bが排気ガスに曝されるのに対し、ノズルマウント2はその一面2aだけが排気ガスに接するため、ノズルプレート4は、エンジン運転時においてノズルマウント2よりも高い温度になり、熱伸び量も大きくなる。またノズルマウント2は、一面2aと他面2bとで温度が大きく異なるため、熱伸びによって反るように変形する。よって、上述した図12に示すように、ノズルプレート4とノズルマウント2とを連結するノズルサポート6にせん断力や曲げモーメントが作用してノズルサポート6が変形する恐れがあった。
このため、本発明の少なくとも一つの実施形態では、以下の実施形態において説明するように、ノズルサポート6が、熱伸びによるノズルマウント2とノズルプレート4との間の半径方向の相対変位を吸収するために半径方向に沿って傾倒可能に構成されている。
このような可変容量型排気タービン1によれば、高温の排気ガスによってノズルマウント2およびノズルプレート4に熱伸びが生じたとしても、ノズルサポート6が傾くことでその熱伸び量の差による両者の相対変位は吸収されるため、ノズルサポート6に大きなせん断力や曲げモーメントが作用することがなく、ノズルサポート6の変形、損傷を防止することができるようになっている。
図4は、一実施形態にかかるノズルサポート6とノズルマウント2及びノズルプレート4との連結構造を示した図である。
幾つかの実施形態では、図4に示すように、ノズルサポート6の一端部6a及び他端部6bの少なくともいずれか一方の端部が球面状に形成されているとともに、ノズルマウント2及びノズルプレート4の少なくともいずれか一方には、球面状に形成されている端部を摺動可能に収容する収容保持部42,44が形成されている。
例えば、図4に示す実施形態では、ノズルサポート6の一端部6a及び他端部6bの両方の端部が球面状に形成されている。また、ノズルマウント2には、ノズルサポート6の一端部6aを摺動可能に収容するマウント側収容保持部42が形成されるとともに、ノズルプレート4には、ノズルサポート6の他端部6bを摺動可能に収容するプレート側収容保持部44が形成されている。これらマウント側収容保持部42及びプレート側収容保持部44の内面42s,44sはそれぞれ断面円弧状に形成されており、ノズルサポート6の一端部6a及び他端部6bのそれぞれが摺動可能に当接する受け座面42s,44sとして構成されている。
このような実施形態によれば、球面状に形成されているノズルサポート6の一端部6a及び他端部6bの少なくともいずれか一方が、マウント側収容保持部42又はプレート側収容保持部44に摺動可能に収容される。このため、ノズルサポート6とノズルマウント2及びノズルプレート4とを安定的に連結した状態でノズルサポート6を半径方向に沿って傾倒させることができるようになっている。
図5は、一実施形態にかかるノズルサポートとノズルマウント及びノズルプレートとの連結構造を示した図である。
一実施形態では、図5に示すように、ノズルサポート6の球面状に形成されている一端部6a及び他端部6bは、この球面状の端部6a,6bが遊挿可能に開口された収容保持部42,44の挿入口42A,44Aから挿入される。そして、収容保持部42,44に配置された状態で挿入口42A,44を加締めることで収容保持部42,44に収容されている。なお、図中の点線は挿入口42A,44Aを加締める前の状態を示している。
このような実施形態によれば、ノズルサポート6の端部6a,6bを収容保持部42,44に挿入してからその挿入口42A,44Aを加締めるだけの簡単な組み立て方法によって、ノズルサポート6の端部6a,6bを収容保持部42,44に収容することができる。なお、収容保持部42,44の内面の断面形状は、球面状に形成されているノズルサポート6の端部を摺動可能に収容することができる形状であればよく、図4に示す断面円弧状には限定されず、図5に示す断面ひし形状であっても良いものである。
図6は、他の実施形態にかかるノズルサポート6とノズルマウント2及びノズルプレート4との連結構造を示した図である。
他の実施形態では、図6に示すように、ノズルサポート6の球面状に形成されている一端部6a及び他端部6bは、この球面状の端部6a,6bが遊挿可能、すなわち遊びを持った状態で挿入可能に開口された収容保持部42,44の挿入口42A,44からそれぞれ挿入される。そして、収容保持部42,44に配置された状態で挿入口42A,44Aにノズルマウント2及びノズルプレート4とは別部材に構成された押え部材46をそれぞれ固定することで収容保持部42,44に収容されている。本実施形態では、押え部材46の一面が収容保持部42,44の受け座面42s,44sの一部を構成している。この押え部材46のノズルマウント2及びノズルプレート4への固定方法は、溶接や加締めなどの各種公知の固定方法を採用することができる。
このような実施形態によれば、ノズルサポート6の端部6a,6bを収容保持部42,44に挿入してからその挿入口42A,44Aに別部材に構成された押え部材46を固定するだけの簡単な組み立て方法によって、ノズルサポート6の端部6a,6bを収容保持部42,44に収容することができる。
図7は、その他の実施形態にかかるノズルサポート6とノズルマウント2及びノズルプレート4との連結構造を示した図である。
その他の実施形態では、図7に示すように、ノズルサポート6の球面状に形成されている一端部6a及び他端部6bは、この球面状の端部6a,6bが遊挿不能、すなわち遊びを持った状態では挿入することができない程度に開口された収容保持部42,44の圧入口42B,44Bから圧入されることで収容保持部42,44に収容されている。なお、本実施形態では、ノズルサポート6の一端部6a及び他端部6bは、それぞれノズルマウント2及びノズルプレート4の一面2a,4a側より圧入される。
このような実施形態によれば、ノズルサポート6の端部を収容保持部42,44の圧入口42B,44Bから圧入するだけの簡単な組み立て方法によって、ノズルサポート6の端部6a,6bを収容保持部42,44に収容することができる。
図8は、一実施形態にかかるノズルサポート6とノズルマウント2及びノズルプレート4との連結構造を示した図である。
幾つかの実施形態では、図8に示すように、ノズルサポート6は、球面状に形成されている一端部6aを有する一端側分割体6Aと、球面状に形成されている他端部6bを有する他端側分割体6Bの2つの分割体から構成されている。そして、一端側分割体6Aの一端部6aをノズルマウント2に形成されているマウント側収容保持部42に収容し、且つ他端側分割体6Bの他端部6bをノズルプレート4に形成されているプレート側収容保持部44に収容した状態で、一端側分割体6Aと他端側分割体6Bとが結合されることで構成されている。これら一端側分割体6Aと他端側分割体6Bとは、溶接やボルトなどの締結部材によって結合される。また本実施形態では、挿入口42A,44Aは、ノズルマウント2の他面2b及びノズルプレート4の他面4bにそれぞれ開口されている。そして、一端側分割体6Aと他端側分割体6Bとが結合された後、挿入口42A,44Aが加締められることによって、ノズルサポート6の端部6a,6bが収容保持部42,44に保持される。
このような実施形態によれば、ノズルサポート6が一端側分割体6Aと他端側分割体6Bの2つの分割体から構成されているため、一端側分割体6Aの一端部6aをマウント側収容保持部42に収容し、他端側分割体6Bの他端部6bをプレート側収容保持部44に収容した状態で両者を結合するだけの簡単な組み立て方法によって、ノズルサポート6の両端部6a,6bをマウント側収容保持部42及びプレート側収容保持部44のそれぞれに収容することができる。
また幾つかの実施形態では、図5及び図6に示したように、収容保持部はノズルマウント2に形成されているマウント側収容保持部42とノズルプレート4に形成されているプレート側収容保持部44とを含む。そして、ノズルサポート6はその一端部6a及び他端部6bの両方の端部が球面状に形成されており、マウント側収容保持部42の挿入口42Aはノズルプレート4に対向するノズルマウント2の一面2aに形成され、プレート側収容保持部44の挿入口44Aはノズルマウント2に対向するノズルプレート4の一面4aに形成されている。
このような実施形態によれば、マウント側収容保持部42及びプレート側収容保持部44が、ノズルマウント2及びノズルプレート4の互いに対向する一面2a,4aにそれぞれ形成されているため、図8に示した実施形態のようにノズルサポート6が分割されていなくても、簡単な組み立て方法によって、ノズルサポート6の両端部6a,6bをマウント側収容保持部42及びプレート側収容保持部44に収容して保持させることができる。
図9は、一実施形態にかかるノズルサポート6とノズルマウント2及びノズルプレート4との連結構造を示した図である。
幾つかの実施形態では、図9に示すように、ノズルマウント2及びノズルプレート4の少なくともいずれか一方に、ノズルマウント2及びノズルプレート4とは別体に構成され、且つ収容保持部42,44が内部に形成されている収容保持部形成体52,54がそれぞれ固定されている。これら収容保持部形成体52,54は、それぞれノズルマウント2及びノズルプレート4に対して、例えば溶接などによって固定される。また、図9に示す実施形態では、ノズルサポート6の端部6a,6bは、収容保持部42,44に配置された状態で挿入口42A,44Aを加締めることで収容されているが、その他にも圧入や押え部材46の固定などによる方法によって、ノズルサポート6の端部6a,6bを収容保持部42,44に保持させるようにしてもよい。
このような実施形態によれば、収容保持部42,44が内部に形成されている収容保持部形成体52,54がノズルマウント2及びノズルプレート4とは別体に構成されている。したがって、ノズルサポート6の端部6a,6bを収容保持部42,44にそれぞれ収容する際に、加締め、圧入、押え部材の固定などで不良が生じたとしてもノズルマウント2やノズルプレート4に影響を及ぼすことがなく、材料歩留まりの悪化を防止することができる。
図10〜図13は、それぞれ一実施形態にかかるノズルサポート6とノズルマウント2及びノズルプレート4との連結構造を示した図である。
なお、図10〜図13では、ノズルマウント2とノズルサポート6との連結構造を示しているが、ノズルプレート4とノズルサポート6との連結構造についても同様に構成することができる。
幾つかの実施形態では、図10〜図13に示すように、ノズルサポート6は、ノズルサポート本体6Mと、ノズルサポート本体6Mの一端面6as(他端面6bs)から突出する棒状の胴部36b、及びこの胴部36bの先端側に設けられた胴部36bよりも大きな断面を有する頭部36aからなる連結部36と、を含み、ノズルマウント2(ノズルプレート4)には、連結部36の胴部36bが遊挿される貫通孔58が形成されるとともに、連結部36の頭部36aが摺動可能に配置される連結収容部48がその他面2b(4b)に凹状に形成されている。
連結部36の頭部36aは連結収容部48に摺動可能に配置されているため、ノズルサポート6が傾倒した際に、これに伴って頭部36aがスムーズに傾倒するようになっている。また、連結部36の胴部36bはノズルマウント2に形成されている貫通孔58に対して遊挿されており、ノズルサポート6が傾倒した際に、これに伴って所定角度まで傾倒することができるように構成されている。
したがって、このような実施形態によれば、連結部36の胴部36bがノズルマウント2及びノズルプレート4の貫通孔58に遊挿、すなわち貫通孔58に遊びを持った状態で挿通されるとともに、連結部36の頭部36aがノズルマウント2(ノズルプレート4)の他面2b(4b)に凹状に形成された連結収容部48に摺動可能に配置されているため、ノズルサポート6とノズルマウント2(ノズルプレート4)とを安定的に連結した状態でノズルサポート6を半径方向に沿って傾倒させることが可能である。
一実施形態では、図10に示したように、連結部36はノズルサポート本体6Mの端面6as(6bs)に連結された例えばボルトなどの締結部材からなる。例えば図10に示す実施形態では、ボルト36の胴部36bがノズルサポート本体6Mと螺合されることで、その端面6asに連結されている。
このような実施形態によれば、ノズルサポート本体6Mの端面6as(6bs)にボルトなどの締結部材を連結するだけの簡単な構成によって、上述した連結部36を形成することができる。
なお、図10に示した実施形態では、1本のボルト36によってノズルサポート本体6Mとノズルマウント2とが連結されていたが、例えば、1本の長尺のボルト36によってノズルサポート本体6Mとノズルマウント2及びノズルプレート4の両方を連結するように構成してもよい。この場合は、ノズルサポート本体6Mを全長に亘ってネジ溝が切られた円筒状に形成し、この円筒状のノズルサポート本体6Mに長尺のボルト36を例えば一端側から螺入する。そして、他端側から突出したボルト36にナットを螺合することで先端側の頭部36aを形成する。
他の実施形態では、図11〜図13に示したように、連結部36の頭部36aは、胴部36bを貫通孔58に遊挿し、この胴部36bの先端側を連結収容部48から突出させた状態で胴部36bの先端を加締めることで形成されたものである。
このような実施形態によれば、胴部36bの先端部を加締めることで上述した連結部36を形成することができるため、例えば締結部材によって連結部36を形成する場合などと比べて、部品点数を削減することができる。
また幾つかの実施形態では、図10に示したように、矩形状に凹設された連結収容部48Aには球面座金38が配置されるとともに、締結部材36には、球面座金38の球面状の凹座面38aと摺動可能に形成された球面状凸部36cがその頭部36aと胴部36bとの間に形成されている。そして、図10(b)に示すように、締結部材36の球面状凸部36cと球面座金38の球面状の凹座面38aとが摺動することで、ノズルサポート6が速やかに半径方向に沿って傾倒するようになっている。
このような実施形態によれば、締結部材36によって上述した連結部を形成する場合において、連結収容部48Aに球面座金38を配置する簡単な構成によって、連結部36の頭部36aを連結収容部48Aに摺動可能に配置することができる。
また幾つかの実施形態では、図11に示したように、上述した連結収容部48は球面状に凹設された連結収容部48Bとして形成されている。そして、連結部36の頭部36aは、球面状に凹設された連結収容部48Bと摺動可能に嵌合するように、その胴部側面36asが球面状に凸設されている。そして、この胴部側面36asと連結収容部48Bとが摺動することで、ノズルサポート6が速やかに半径方向に沿って傾倒するようになっている。
このような実施形態によれば、簡単な構成によって、連結部36の頭部36aを連結収容部48Bに摺動可能に配置することができる。
また幾つかの実施形態では、図12に示したように、上述した連結収容部48は円錐状(裁頭円錐状)に凹設された連結収容部48Cとして形成されている。そして、連結部36の頭部36aと円錐状に凹設された連結収容部48Cとの間には弾性部材60が配置されている。このような円錐状の連結収容部48Cは、上述した球面状の連結収容部48Bよりも加工が容易である。また、この弾性部材60は例えば中空円板状に形成されたメタルガスケットなどからなり、ノズルサポート6が傾倒する際にこの弾性部材60が弾性変形することで、ノズルサポート6が速やかに半径方向に沿って傾倒するようになっている。
このような実施形態によれば、連結部36の頭部36aと連結収容部48Cとの間に弾性部材60を配置するだけの簡単な構成によって、連結部36の頭部36aを連結収容部48Cに摺動可能に配置することができる。また、連結収容部48C及び連結部36の頭部36aを円錐状(裁頭円錐状)からなるシンプルな形状に構成することができる。
また一実施形態では、図10に示したように、ノズルマウント2の一面2aには、球面状に形成された球面部32が凸状に形成されるとともに、ノズルサポート本体6Mの一端面6asは、球面部32と摺動可能なように例えば凹状に形成されている。
なお、一端面6asの形状は、球面部32と摺動可能な形状であればよく、特に限定されない。また、球面部32を凹状に形成することも可能である。
このような実施形態によれば、ノズルマウント2の一面2aに形成される球面部32とノズルサポート本体6Mの一端面6asとが摺動することでノズルサポート6が傾倒する際の動きを滑らかすることができ、ノズルマウント2とノズルプレート4との間の半径方向の相対変位を速やかに吸収することができる。
また他の実施形態では、図11及び図12に示したように、ノズルサポート本体6Mの一端面6asと、ノズルマウント2の一面2aとの間には、第2の弾性部材56が配置されている。この第2の弾性部材56は、弾性変形可能な例えば環状のメタルシール材などからなり、ノズルサポート6が傾倒する際にこの第2の弾性部材56が弾性変形することで、ノズルサポート6が速やかに半径方向に沿って傾倒するようになっている。
このような実施形態によれば、ノズルマウント2の一面2aとノズルサポート本体6Mの一端面6asとの間に第2の弾性部材56を配置するだけの簡単な構成によって、ノズルサポート6が傾倒する際の動きを滑らかすることができ、ノズルマウント2とノズルプレート4との間の半径方向の相対変位を速やかに吸収することができる。
またその他の実施形態では、図13に示したように、ノズルサポート本体6Mの一端部6aに、ノズルサポート本体6Mの半径方向に沿った傾倒を許容するためのスリット62が形成されている。このスリット62は図13に示すように円周状に連続して形成されていてもよいが、ノズルサポート本体6Mが半径方向に傾倒可能なように形成されていればよい。さらに、ノズルマウント2の反るような変形に追随するためには、ノズルサポート6の一端部6aにあっては径方向外側にスリット62を形成し、ノズルサポート6の他端側6bにあっては径方向内側にスリット62を形成するとよい。なお、図13(a)は図11に示す実施形態に、図13(b)は図12に示す実施形態に、それぞれ対応している。
このような実施形態によれば、ノズルサポート本体6Mの一端部6aにスリット62を形成するだけの部品点数の少ない簡単な構成によってノズルサポート6が傾倒する際の動きを滑らかすることができ、ノズルマウント2とノズルプレート4との間の半径方向の相対変位を速やかに吸収することができる。
図14は、一実施形態にかかるノズルサポートとノズルマウント及びノズルプレートとの連結構造を示した図であり、図14(a)は平面図、図14(b)は側面図である。
幾つかの実施形態では、図14に示したように、ノズルサポート6は、ノズルマウント2と連結される一端側サポート部材6Cと、ノズルプレート4と連結される他端側サポート部材6Dと、一端側サポート部材6C及び他端側サポート部材6Dを、半径方向に沿って回転可能に連結するピン部材6Eと、を含む。ノズルサポート6とノズルマウント2及びノズルプレート4とは、ボルトなどの締結部材36によって回動不能に締結されている。
このような実施形態によれば、一端側サポート部材6Cと他端側サポート部材6Dとが半径方向に沿って回転可能に連結されることでノズルサポート6が少なくとも半径方向に沿って傾倒可能に構成されるため、ノズルサポート6の変形、損傷が防止される。
幾つかの実施形態では、ノズルマウント2は、ノズルプレート4を形成する材料よりも線膨張係数の小さな材料から形成される。例えば、ノズルマウント2を線膨張係数の小さいインコネル(登録商標)(インコネル600、インコネル625、インコネル718、インコネル750Xなど)およびハステロイ(登録商標)(ハステロイC22,ハステロイC276、ハステロイBなど)等の耐熱Ni基合金から形成し、ノズルプレート4をこれらよりも線膨張係数の大きい例えばステンレスなどから形成することができる。
このような実施形態によれば、ノズルマウント2に対してノズルプレート4の方が熱伸びし易い材料によって形成されるため、ノズルプレート4が熱伸びすることで、ノズルマウント2がその他面側2bに反るように変形した際におけるノズルサポート6とノズルマウント2及びノズルプレート4との連結部分、図14に示す実施形態にあっては一端側サポート部材6Cと他端側サポート部材6Dとの連結部分における回転角度を小さく抑えることができ、連結部分における摩耗を低減することができる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。上述した実施形態同士を組み合わせても良いことは勿論である。
本発明の少なくとも一つの実施形態の可変容量型排気タービンは、自動車エンジン用の過給器、特に排気ガスの温度がディーゼルエンジンよりも高いガソリンエンジン用の過給器として好適に用いられる。
1 可変容量型排気タービン
2 ノズルマウント
3 レバープレート
4 ノズルプレート
5 ドライブリング
6 ノズルサポート
6A 一端側分割体
6B 他端側分割体
6C 一端側サポート部材
6D 他端側サポート部材
6E ピン部材
6a 一端部
6as 一端面
6b 他端部
6bs 他端面
8 ノズルベーン
10 可変ノズル機構
12 タービンロータ
12a 回転軸
16 タービンハウジング
18 軸受ハウジング
20 排気ガス通路
22 軸受
24 排気出口
32 球面部
36 連結部
36a 頭部
36b 胴部
38 球面座金
42 マウント側収容保持部(収容保持部)
42A 挿入口
42B 圧入口
42s 受け座面
44 プレート側収容保持部(収容保持部)
44A 挿入口
44B 圧入口
46 押え部材
48 連結収容部
52 収容保持部形成体
56 第2の弾性部材
58 貫通孔
60 弾性部材
62 スリット

Claims (18)

  1. ノズルマウントと、
    前記ノズルマウントの一面に一端部が連結されるノズルサポートと、
    前記ノズルサポートの他端部と連結され、前記ノズルマウントから離間して対向支持されるとともに、前記ノズルマウントに対向する一面とは反対側の他面が、排気ガスが流れる排気ガス通路に面して配置されるノズルプレートと、
    前記ノズルマウントと前記ノズルプレートとの間に回転可能に支持される少なくとも一つのノズルベーンと、を備えた可変容量型排気タービンにおいて、
    前記ノズルサポートは、熱伸びによる前記ノズルマウントと前記ノズルプレートとの間の半径方向の相対変位を吸収するために前記半径方向に沿って傾倒可能に構成されるとともに、
    前記ノズルサポートの一端部及び他端部の少なくともいずれか一方の端部が球面状に形成されているとともに、
    前記ノズルマウント及び前記ノズルプレートの少なくともいずれか一方には、前記球面状に形成されている端部を摺動可能に収容する収容保持部が形成されていることを特徴とする可変容量型排気タービン。
  2. 前記ノズルサポートの球面状に形成されている端部は、該球面状の端部が遊挿可能に開口された前記収容保持部の挿入口から挿入され、前記収容保持部に配置された状態で前記挿入口を加締めることで前記収容保持部に収容されていることを特徴とする請求項1に記載の可変容量型排気タービン。
  3. 前記ノズルサポートの球面状に形成されている端部は、該球面状の端部が遊挿可能に開口された前記収容保持部の挿入口から挿入され、前記収容保持部に配置された状態で前記挿入口に前記ノズルマウント及び前記ノズルプレートとは別部材に構成された押え部材を固定することで前記収容保持部に収容されていることを特徴とする請求項1に記載の可変容量型排気タービン。
  4. 前記ノズルサポートの球面状に形成されている端部は、該球面状の端部が遊挿不能に開口された前記収容保持部の圧入口から圧入されることで前記収容保持部に収容されていることを特徴とする請求項1に記載の可変容量型排気タービン。
  5. 前記ノズルサポートは、
    球面状に形成されている前記一端部を有する一端側分割体と、球面状に形成されている前記他端部を有する他端側分割体の2つの分割体からなり、
    前記一端側分割体の前記一端部を前記ノズルマウントに形成されているマウント側収容保持部に収容し、且つ前記他端側分割体の前記他端部を前記ノズルプレートに形成されているプレート側収容保持部に収容した状態で、前記一端側分割体と前記他端側分割体とが結合されることで構成されている特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の可変容量型排気タービン。
  6. 前記収容保持部は、前記ノズルマウントに形成されているマウント側収容保持部と前記ノズルプレートに形成されているプレート側収容保持部とを含むとともに、前記ノズルサポートはその一端部及び他端部の両方の端部が球面状に形成されており、
    前記マウント側収容保持部の挿入口は前記ノズルプレートに対向する前記ノズルマウントの一面に形成され、前記プレート側収容保持部の挿入口は前記ノズルマウントに対向する前記ノズルプレートの一面に形成されていることを特徴とする請求項2又は3に記載の可変容量型排気タービン。
  7. 前記ノズルマウント及び前記ノズルプレートの少なくともいずれか一方には、前記ノズルマウント及び前記ノズルプレートとは別体に構成され、且つ前記収容保持部が内部に形成されている収容保持部形成体が固定されていることを特徴とする請求項2乃至4の何れか一項に記載の可変容量型排気タービン。
  8. ノズルマウントと、
    前記ノズルマウントの一面に一端部が連結されるノズルサポートと、
    前記ノズルサポートの他端部と連結され、前記ノズルマウントから離間して対向支持されるとともに、前記ノズルマウントに対向する一面とは反対側の他面が、排気ガスが流れる排気ガス通路に面して配置されるノズルプレートと、
    前記ノズルマウントと前記ノズルプレートとの間に回転可能に支持される少なくとも一つのノズルベーンと、を備えた可変容量型排気タービンにおいて、
    前記ノズルサポートは、熱伸びによる前記ノズルマウントと前記ノズルプレートとの間の半径方向の相対変位を吸収するために前記半径方向に沿って傾倒可能に構成されるとともに、
    前記ノズルサポートは、ノズルサポート本体と、前記ノズルサポート本体の一端面及び他端面の少なくともいずれか一方の端面から突出する棒状の胴部、及び前記胴部の先端側に設けられた前記胴部よりも大きな断面を有する頭部からなる連結部と、を含み、
    前記ノズルマウント及び前記ノズルプレートの少なくともいずれか一方には、前記連結部の胴部が遊挿される貫通孔が形成されるとともに、前記連結部の頭部が摺動可能に配置される連結収容部がその他面に凹状に形成され、
    前記連結部は、前記ノズルサポート本体の端面に連結された締結部材からなり、
    前記連結収容部には球面座金が配置されるとともに、
    前記締結部材には、前記球面座金の球面状の凹座面と摺動可能に形成された球面状凸部が前記頭部と前記胴部との間に形成されていることを特徴とする可変容量型排気タービン。
  9. ノズルマウントと、
    前記ノズルマウントの一面に一端部が連結されるノズルサポートと、
    前記ノズルサポートの他端部と連結され、前記ノズルマウントから離間して対向支持されるとともに、前記ノズルマウントに対向する一面とは反対側の他面が、排気ガスが流れる排気ガス通路に面して配置されるノズルプレートと、
    前記ノズルマウントと前記ノズルプレートとの間に回転可能に支持される少なくとも一つのノズルベーンと、を備えた可変容量型排気タービンにおいて、
    前記ノズルサポートは、熱伸びによる前記ノズルマウントと前記ノズルプレートとの間の半径方向の相対変位を吸収するために前記半径方向に沿って傾倒可能に構成されるとともに、
    前記ノズルサポートは、ノズルサポート本体と、前記ノズルサポート本体の一端面及び他端面の少なくともいずれか一方の端面から突出する棒状の胴部、及び前記胴部の先端側に設けられた前記胴部よりも大きな断面を有する頭部からなる連結部と、を含み、
    前記ノズルマウント及び前記ノズルプレートの少なくともいずれか一方には、前記連結部の胴部が遊挿される貫通孔が形成されるとともに、前記連結部の頭部が摺動可能に配置される連結収容部がその他面に凹状に形成され、
    前記連結収容部は球面状に凹設され、
    前記連結部の頭部は、球面状に凹設された前記連結収容部と摺動可能に嵌合するように、その胴部側面が球面状に凸設されていることを特徴とする可変容量型排気タービン。
  10. ノズルマウントと、
    前記ノズルマウントの一面に一端部が連結されるノズルサポートと、
    前記ノズルサポートの他端部と連結され、前記ノズルマウントから離間して対向支持されるとともに、前記ノズルマウントに対向する一面とは反対側の他面が、排気ガスが流れる排気ガス通路に面して配置されるノズルプレートと、
    前記ノズルマウントと前記ノズルプレートとの間に回転可能に支持される少なくとも一つのノズルベーンと、を備えた可変容量型排気タービンにおいて、
    前記ノズルサポートは、熱伸びによる前記ノズルマウントと前記ノズルプレートとの間の半径方向の相対変位を吸収するために前記半径方向に沿って傾倒可能に構成されるとともに、
    前記ノズルサポートは、ノズルサポート本体と、前記ノズルサポート本体の一端面及び他端面の少なくともいずれか一方の端面から突出する棒状の胴部、及び前記胴部の先端側に設けられた前記胴部よりも大きな断面を有する頭部からなる連結部と、を含み、
    前記ノズルマウント及び前記ノズルプレートの少なくともいずれか一方には、前記連結部の胴部が遊挿される貫通孔が形成されるとともに、前記連結部の頭部が摺動可能に配置される連結収容部がその他面に凹状に形成され、
    前記連結収容部は円錐状に凹設され、
    前記連結部の頭部と円錐状に凹設された前記連結収容部との間には弾性部材が配置されていることを特徴とする可変容量型排気タービン。
  11. 前記連結部は、前記ノズルサポート本体の端面に連結された締結部材からなることを特徴とする請求項9又は10の何れか一項に記載の可変容量型排気タービン。
  12. 前記連結部の頭部は、前記胴部を前記貫通孔に遊挿し、前記胴部の先端側を前記連結収容部から突出させた状態で前記胴部の先端を加締めることで形成されたものであることを特徴とする請求項9又は10に記載の可変容量型排気タービン。
  13. 前記ノズルマウント及び前記ノズルプレートの少なくともいずれか一方には、球面状に形成された球面部がその一面に形成されるとともに、
    前記ノズルサポート本体の一端面及び他端面の少なくともいずれか一方の端面は、前記球面部と摺動可能に形成されていることを特徴とする請求項8乃至10の何れか一項に記載の可変容量型排気タービン。
  14. 前記ノズルサポート本体の一端面及び他端面の少なくともいずれか一方の端面と、前記ノズルマウント及び前記ノズルプレートの少なくともいずれか一方の一面との間には、第2の弾性部材が配置されていることを特徴とする請求項9又は10に記載の可変容量型排気タービン。
  15. 前記ノズルサポート本体の一端部及び他端部の少なくともいずれか一方の端部には、前記ノズルサポート本体の前記半径方向に沿った傾倒を許容するためのスリットが形成されていることを特徴とする請求項9又は10に記載の可変容量型排気タービン。
  16. ノズルマウントと、
    前記ノズルマウントの一面に一端部が連結されるノズルサポートと、
    前記ノズルサポートの他端部と連結され、前記ノズルマウントから離間して対向支持されるとともに、前記ノズルマウントに対向する一面とは反対側の他面が、排気ガスが流れる排気ガス通路に面して配置されるノズルプレートと、
    前記ノズルマウントと前記ノズルプレートとの間に回転可能に支持される少なくとも一つのノズルベーンと、を備えた可変容量型排気タービンにおいて、
    前記ノズルサポートは、熱伸びによる前記ノズルマウントと前記ノズルプレートとの間の半径方向の相対変位を吸収するために前記半径方向に沿って傾倒可能に構成されるとともに、
    前記ノズルサポートは、
    前記ノズルマウントと連結される一端側サポート部材と、
    前記ノズルプレートと連結される他端側サポート部材と、
    前記一端側サポート部材及び前記他端側サポート部材を、前記半径方向に沿って回転可能に連結するピン部材と、を含むことを特徴とする可変容量型排気タービン。
  17. 前記ノズルマウントは、前記ノズルプレートを形成する材料よりも線膨張係数の小さな材料から形成されることを特徴とする請求項1乃至16の何れか一項に記載の可変容量型排気タービン。
  18. 前記可変容量型排気タービンが、ガソリンエンジンに用いられることを特徴とする請求項1から17の何れか一項に記載の可変容量型排気タービン。
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