JP6299874B2 - 可変ノズルユニット及び可変容量型過給機 - Google Patents

Description

本発明は、可変容量型過給機におけるタービンインペラ側へ供給される排気ガスの流路面積（流量）を調整する可変ノズルユニット及び可変容量型過給機に関する。

可変容量型過給機は、タービンハウジング内に配設される可変ノズルユニットを有する過給機である。この可変ノズルユニットについて、近年、種々の開発がなされている（特許文献１及び特許文献２参照）。

従来の可変ノズルユニットは、タービンハウジング内に配設された、環状の第１壁部材としての第１ノズルリングと、環状の第２壁部材としての第２ノズルリングとを備える。第１ノズルリングはタービンインペラと同心状に配設されている。また、第２ノズルリングは、第１ノズルリングに対して軸方向（タービンインペラの軸方向）に離隔した位置に配設されている。第２ノズルリングは円周方向（所定の円周方向）に間隔を置いて並んだ複数の連結ピンによって第１ノズルリングと一体的に設けられている。

第１ノズルリングは、第２ノズルリングに対向する面（対向面）を有する。第２ノズルリングは、第１ノズルリングに対向する面（対向面）を有する。これら対向面の間には、複数の可変ノズルが配設されている。可変ノズルは円周方向（所定の円周方向）に等間隔に配設されている。各可変ノズルは、タービンインペラの軸心に平行な軸心周りに正方向及び逆方向（開方向及び閉方向）へ回動可能である。また、第１ノズルリングの対向面の反対面側には、リンク室が区画形成されている。リンク室にはリンク機構が配設されている。リンク機構は、複数の可変ノズルを正方向或いは逆方向へ同期して回動させる。複数の可変ノズルが正方向（開方向）へ同期して回動すると、タービンインペラ側へ供給される排気ガスの流路面積（スロート面積）が大きくなる。複数の可変ノズルが逆方向（閉方向）へ同期して回動すると、排気ガスの流路面積が小さくなる。

第１ノズルリングの対向面の反対面側にはサポートリングが設けられている。サポートリングの外径は、第１ノズルリングの外径よりも大きい。サポートリングの内縁部は、第１ノズルリングと第２ノズルリングを連結する複数の連結ピンの一端部に結合している。これにより、サポートリングは、第１ノズルリングや第２ノズルリングと一体的に連結している。サポートリングの外縁部は、ベアリングハウジングとタービンハウジングとによって挟持された状態で、ベアリングハウジングに取付けられている。

特開２００９−２４３４３１号公報 特開２００９−２４３３００号公報

ところで、可変容量型過給機の通常運転中、第１ノズルリングにおけるベアリングハウジングに遠い側の部位の温度は高く、第１ノズルリングにおけるベアリングハウジングに近い側の部位の温度は低い。つまり、可変容量型過給機の通常運転中、第１ノズルリングは、軸方向に沿って不均一な温度分布を持っている。そして、第１ノズルリングにおけるベアリングハウジングに遠い側の部位と近い側の部位の温度差が大きくなると、第１ノズルリングの半径方向の自由な熱膨張が妨げられ、第１ノズルリングの対向面が軸方向に垂直な方向に対して傾くように、第１ノズルリングが熱変形することになる。すると、可変容量型過給機の運転状況によっては、第１ノズルリングの対向面と第２ノズルリングの対向面の平行度が低下して、第１ノズルリングの対向面と第２ノズルリングの対向面の間隔が局所的に狭くなるおそれがある。

そのため、従来の可変ノズルユニットは、複数の可変ノズルの動作の安定性を維持して、可変ノズルユニットの信頼性、換言すれば、可変容量型過給機の信頼性を確保できるように、ノズルサイドクリアランスの大きさを設定している。一方、ノズルサイドクリアランスを大きめに設定すると、ノズルサイドクリアランスからの排気ガスの漏れ流れが増大するので、可変容量型過給機のタービン効率が低下しやすくなる。なお、ノズルサイドクリアランスとは、第１ノズルリングの対向面と、当該対向面に対向する可変ノズルの側面（軸方向における一方側の側面）との隙間、又は第２ノズルリングの対向面と、当該対向面に対向する可変ノズルの側面（軸方向における他方側の側面）との隙間のことをいう。

つまり、可変容量型過給機の信頼性を確保しつつ、可変容量型過給機のタービン効率の維持又は向上を図ることが困難であるという問題がある。

本発明の第１の態様は、可変容量型過給機におけるタービンインペラ側へ供給される排気ガスの流路面積を調整する可変ノズルユニットにおいて、前記可変容量型過給機におけるタービンハウジング内に前記タービンインペラと同心状に配設された環状の第１壁部材と、前記第１壁部材に対して軸方向に離隔対向した位置に、円周方向に間隔を置いて並んだ複数の連結ピンによって前記第１壁部材と一体的に設けられた環状の第２壁部材と、前記第１壁部材の対向面と前記第２壁部材の対向面との間に円周方向に間隔を置いて配設され、前記タービンインペラの軸心に平行な軸心周りに正逆方向へ回動可能な複数の可変ノズルと、複数の前記可変ノズルを同期して回動させるためのリンク機構と、前記第１壁部材に複数の前記連結ピンの一端部の結合によって一体的に連結されたサポートリングと、を具備し、前記第１壁部材は、軸方向に沿って積層された複数の壁部材セグメントにより構成され、前記可変ノズルに近い側の壁部材セグメントから前記可変ノズルに遠い側の壁部材セグメントに向かう配列の順に、壁部材セグメントの厚みが増していることを要旨とする。

なお、本願において、「配設され」とは、直接的に配設されたことの他に、別部材を介して間接的に配設されたことを含む意である。「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、別部材を介して間接的に設けられたことを含む意である。また、「環状の第１壁部材」及び「環状の第２壁部材」は、前記タービンハウジング等の一部を構成してもよい。そして、「軸方向」とは、特に断らない限り、タービンインペラの軸方向（換言すれば、第１壁部材、第２壁部材、及びサポートリングの軸方向）のことをいう。「軸方向に沿って積層され」とは、第１壁部材の積層方向が軸方向に平行である場合の他に、軸方向に対して傾斜している場合を含む意である。更に、「結合」とは、カシメ、溶接、ねじ等による結合を含む意である。「半径方向」とは、特に断らない限り、タービンインペラの半径方向（換言すれば、第１壁部材、第２壁部材、及びサポートリングの半径方向）のことをいう。

本発明の第２の態様は、エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジン側に供給される空気を過給する可変容量型過給機であって、第１の態様に係る可変ノズルユニットを具備したことを要旨とする。

本発明によれば、可変容量型過給機の通常運転中に、第１壁部材が熱変形することを抑えることができる。これにより、ノズルサイドクリアランスを極力小さくすることができる。よって、本発明によれば、複数の可変ノズルの動作の安定性を維持して、可変ノズルユニットの信頼性、換言すれば、可変容量型過給機の信頼性を確保しつつ、ノズルサイドクリアランスからの漏れ流れを低減して、可変容量型過給機のタービン効率の維持又は向上を図ることができる。

図１は、図２における矢視部Iの拡大断面図である。 図２は、図６における矢視部IIの拡大断面図である。 図３（ａ）は、本発明の実施形態に係る可変ノズルユニットにおける第１ノズルリングを示す図、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるIIIB-IIIB線に沿った断面図である。 図４は、本発明の実施形態に係る可変ノズルユニットをリンク機構側から見た図である。 図５（ａ）は、本発明の実施形態に係る可変ノズルユニットにおけるサポートリングを示す図、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるVB-VB線に沿った断面図である。 図６は、本発明の実施形態に係る可変容量型過給機の正断面図である。 図７は、可変容量型過給機の通常運転中における第１ノズルリングの一部分の温度分布状態を示す斜視図である。

本発明の実施形態及び実施例について図１から図７を参照して説明する。なお、図面に示すとおり、「Ｌ」は左方向、「Ｒ」は右方向、「ＡＤ」は軸方向、「ＢＤ」は半径方向、「ＢＤｉ」は半径方向内側、「ＢＤｏ」は半径方向外側、「ＣＤ」は円周方向をそれぞれ示す。

図６に示すように、本実施形態に係る過給機１は、エンジン（図示省略）からの排気ガスの圧力エネルギーを利用して、エンジンに供給される空気を過給（圧縮）する。下記の通り、過給機１は、可変ノズルユニット４３を備えた、所謂可変容量型過給機である。

過給機１は、ベアリングハウジング３を具備する。ベアリングハウジング３内には、一対のラジアルベアリング５及び一対のスラストベアリング７が設けられている。また、複数のベアリング５，７には、左右方向へ延びたロータ軸（タービン軸）９が回転可能に設けられている。換言すれば、ベアリングハウジング３には、ロータ軸９が複数のベアリング５，７を介して回転可能に設けられている。

ベアリングハウジング３の右側には、コンプレッサハウジング１１が設けられている。コンプレッサハウジング１１内には、コンプレッサインペラ１３が設けられている。コンプレッサインペラ１３は、当該コンプレッサインペラ１３の軸心Ｃ周りに回転可能であり、回転時には遠心力を利用して空気を圧縮する。コンプレッサインペラ１３は、ロータ軸９の右端部に一体的に連結されている。また、コンプレッサインペラ１３は、コンプレッサディスク１５を備えている。コンプレッサディスク１５のハブ面１５ｈは、コンプレッサインペラ１３の右側からコンプレッサインペラ１３の半径方向の外側へ延びている。更に、コンプレッサディスク１５のハブ面１５ｈには、複数のコンプレッサブレード１７が一体形成されている。コンプレッサブレード１７は、コンプレッサインペラ１３の周方向（コンプレッサディスク１５のハブ面１５ｈの周方向）に間隔を置いて設けられている。

コンプレッサハウジング１１におけるコンプレッサインペラ１３の入口側（空気の主流方向から見て上流側）には、空気をコンプレッサハウジング１１内に取入れるための空気取入口１９が形成されている。空気取入口１９は、空気を浄化するエアクリーナ（図示省略）に接続される。また、ベアリングハウジング３とコンプレッサハウジング１１との間におけるコンプレッサインペラ１３の出口側（空気の主流方向から見て下流側）には、ディフューザ流路２１が形成されている。ディフューザ流路２１は環状に形成され、圧縮された空気を昇圧する。更に、コンプレッサハウジング１１の内部には、コンプレッサスクロール流路２３が形成されている。コンプレッサスクロール流路２３は渦巻き状に形成され、ディフューザ流路２１に連通している。そして、コンプレッサハウジング１１の適宜位置には、空気排出口２５が形成されている。空気排出口２５は、圧縮された空気をコンプレッサハウジング１１の外側へ排出する。空気排出口２５は、エンジンの吸気マニホールド（図示省略）に接続される。

なお、ベアリングハウジング３の右側部には、シールプレート２７が設けられている。シールプレート２７は環状に形成され、スラストベアリング７側への圧縮空気の漏れを抑える。

図２及び図６に示すように、ベアリングハウジング３の左側には、タービンハウジング２９が設けられている。そして、タービンハウジング２９内には、タービンインペラ３１が設けられている。タービンインペラ３１は、当該タービンインペラ３１の軸心Ｃ周りに回転可能であり、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力を発生させる。タービンインペラ３１は、ロータ軸９の左端部に一体的に連結されている。また、タービンインペラ３１は、タービンディスク３３を備えている。タービンディスク３３のハブ面３３ｈは、タービンインペラ３１の左側（軸方向の一方側）からタービンインペラ３１の半径方向の外側へ延びている。更に、タービンディスク３３のハブ面３３ｈには、複数のタービンブレード３５が一体形成されている。タービンブレード３５は、タービンインペラ３１の周方向（タービンディスク３３のハブ面３３ｈの周方向）に間隔を置いて設けられている。

タービンハウジング２９の適宜位置には、排気ガスをタービンハウジング２９内に取入れるためのガス取入口３７が形成されている。ガス取入口３７は、エンジンの排気マニホールド（図示省略）に接続される。また、タービンハウジング２９の内部におけるタービンインペラ３１の入口側（排気ガスの主流方向から見て上流側）には、タービンスクロール流路３９が形成されている。タービンスクロール流路３９は渦巻き状に形成され、ガス取入口３７に連通している。そして、タービンハウジング２９におけるタービンインペラ３１の出口側（排気ガスの流れ方向から見て下流側）には、排気ガスを排出するためのガス排出口４１が形成されている。ガス排出口４１は、接続管（図示省略）を介して触媒（図示省略）に接続される。

過給機１は、タービンインペラ３１側へ供給される排気ガスの流路面積（流量）を調整する（可変とする）可変ノズルユニット４３を装備している。

図１、図２、図３（ａ）、及び図３（ｂ）に示すように、タービンハウジング２９内には、第１壁部材としての第１ノズルリング４５が配設されている。第１ノズルリング４５は環状に形成され、タービンインペラ３１と同心状に配設されている。そして、第１ノズルリング４５の右側面には、嵌合突部４７が形成されている。嵌合突部４７は環状に形成され、右方向へ（ベアリングハウジング３に向けて）突出している。嵌合突部４７は、ベアリングハウジング３の左側面（タービンハウジング２９に面した側面）に形成された環状の支持部４９に嵌合することで、支持部４９に支持されている。例えば図２に示すように、支持部４９は左方向へ（タービンハウジング２９に向けて）突出し、嵌合突部４７の内周面が形成する穴に挿入され、嵌合突部４７に嵌合する。また、第１ノズルリング４５には、複数の支持穴５１が形成されている。支持穴５１は、円周方向に等間隔に形成され、第１ノズルリング４５を貫通している。更に、第１ノズルリング４５の嵌合突部４７には、複数のガイド爪５３が形成されている。ガイド爪５３は、円周方向（所定の円周方向）に間隔を置いて形成されている。また、各ガイド爪５３は、先端側（半径方向外側）に、断面Ｕ字状のガイド溝５５を有している。

図１、図２、及び図４に示すように、左右方向（タービンインペラ３１の軸方向）において第１ノズルリング４５に離隔対向した位置には、環状の第２壁部材としての第２ノズルリング５７が設けられている。第２ノズルリング５７は、所定の円周方向に並んだ複数（３つ或いはそれ以上）の連結ピン５９を介して第１ノズルリング４５と一体的かつ同心状に設けられている。ここで、複数の連結ピン５９は、第１ノズルリング４５の対向面（左側面）と第２ノズルリング５７の対向面（右側面）との間隔を設定する構造を有している。なお、前述の特許文献１及び特許文献２に示すように、第２ノズルリング５７が複数のタービンブレード３５のチップ３５ｔを覆う円筒状のシュラウド部（図示省略）を有してもよい。

図１及び図２に示すように、第１ノズルリング４５は、第２ノズルリング５７に対向する面（対向面）を有する。第２ノズルリング５７は、第１ノズルリング４５に対向する面（対向面）を有する。これらの対向面の間には、複数の可変ノズル６１が配設されている。可変ノズル６１は、タービンインペラ３１を囲むように所定の円周方向に等間隔に配設されている。各可変ノズル６１は、タービンインペラ３１の軸心Ｃに平行な軸心周りに正方向及び逆方向（開方向及び閉方向）へ回動可能である。更に、各可変ノズル６１の右側面（軸方向の一方側の側面、第１ノズルリング４５に面する側面）には、ノズル軸６３が一体形成されている。各ノズル軸６３は、第１ノズルリング４５の対応する支持穴５１に回動可能に支持されている。なお、円周方向における複数の可変ノズル６１の間隔は等しくてもよく、等しくなくてもよい。各可変ノズル６１は、その左側面（軸方向の他方側の側面、第２ノズルリング５７に面する側面）に一体形成される第２ノズル軸（図示省略）を有してもよい。この場合、第２ノズルリング５７には、第２ノズル軸を回動可能に支持する支持穴（図示省略）を有する。

第１ノズルリング４５の対向面の反対面側（右側面側）には、環状のリンク室６５が区画形成されている。リンク室６５内には、リンク機構６７が配設されている。リンク機構６７は、複数の可変ノズル６１を正方向または逆方向（開方向または閉方向）へ同期して回動させる。

図１、図２、及び図４に示すように、各ガイド爪５３のガイド溝５５には、駆動リング６９が、タービンインペラ３１の軸心（第１ノズルリング４５の軸心）Ｃ周りに正方向及び逆方向へ回動可能に設けられている。駆動リング６９は、電動モータ又はダイヤフラムアクチュエータ等の回動アクチュエータ７１の駆動によって正方向または逆方向へ回動する。そして、駆動リング６９には、複数（可変ノズル６１と同数）の係合凹部（係合部）７３が形成されている。係合凹部７３は周方向（駆動リング６９の周方向）に等間隔に設けられ、それぞれが半径方向外側へ窪んでいる。駆動リング６９の適宜位置には、別の係合凹部（係合部）７５が形成されている。係合凹部７３と同様に、係合凹部７５も半径方向外側へ窪んでいる。更に、各可変ノズル６１のノズル軸６３には、ノズルリンク部材７７の基部が一体的に連結されている。各ノズルリンク部材７７の先端部は、駆動リング６９の対応する係合凹部７３に係合している。なお、本実施形態では、駆動リング６９が複数のガイド爪５３のガイド溝５５に正方向及び逆方向へ回動可能に設けられている。しかしながら、その代わりに、特許文献１及び特許文献２に示すように、駆動リング６９は、第１ノズルリング４５の対向面の反対面に配設したガイドリング（図示省略）に正方向及び逆方向へ回動可能に設けられてもよい。また、本実施形態では、リンク機構６７が、第１ノズルリング４５の対向面の反対面側（リンク室６５内）に配設されている。その代わりに、リンク機構６７が、第２ノズルリング５７の対向面の反対面側（左側面側）に配設されてもよい。

ベアリングハウジング３の左側部には、ブッシュ８１を介して駆動軸７９が設けられている。駆動軸７９は、タービンインペラ３１の軸心に平行な軸心（駆動軸７９の軸心）周りに回動可能である。駆動軸７９の一端部（右端部）は、動力伝達機構８３を介して回動アクチュエータ７１に接続されている。また、駆動軸７９の他端部（左端部）には、駆動リンク部材８５の基端部が一体的に連結されている。駆動リンク部材８５の先端部は、駆動リング６９の係合凹部７５に係合している。

図１、図２、図４、図５（ａ）、及び図５（ｂ）に示すように、第１ノズルリング４５の対向面の反対面（右側面）には、環状のサポート部材としてのサポートリング８７が設けられている。サポートリング８７の外径は、第１ノズルリング４５の外径よりも大きい。そして、サポートリング８７の内縁部は、複数の連結ピン５９の一端部（右端部）のかしめ結合によって、第１ノズルリング４５に連結されている。また、サポートリング８７の内縁部には、複数の連結片８９が周方向（サポートリング８７の周方向）に間隔を置いて形成されている。各連結片８９は、半径向内側へ突出している。各連結片８９には、ピン穴９１が貫通形成されている。ピン穴９１には、連結ピン５９の右端部が挿通され、嵌合する。これにより、サポートリング８７は、第１ノズルリング４５と連結する。更に、サポートリング８７の外縁部は、ベアリングハウジング３とタービンハウジング２９とによって挟持された状態で、ベアリングハウジング３に取付けられている。サポートリング８７の外縁部は、ベアリングハウジング３に対して半径方向の変位（微動）が許容されている。なお、本実施形態では、サポートリング８７の外縁部が、ベアリングハウジング３にタービンハウジング２９とよって挟持された状態で、ベアリングハウジング３に取付けられている。その代わりに、サポートリング８７の外縁部は、ベアリングハウジング３に取付ボルト（図示省略）によって取付けられてもよい。

図１、図２、図３（ａ）、及び図３（ｂ）に示すように、第１ノズルリング４５は、軸方向（第１ノズルリング４５の厚み方向）に沿って積層された壁部材セグメントとしての３つのノズルリングセグメントＳＧにより構成されている。第１ノズルリング４５は、ベアリングハウジング３に遠い側（可変ノズル６１に近い側）の２つのノズルリングセグメントＳＧ１、ＳＧ２と、ベアリングハウジング３に最も近い側のノズルリングセグメントＳＧ３とによって構成されている。なお、ノズルリングセグメントＳＧ１は、ノズルリングセグメントＳＧ２よりも、ベアリングハウジング３からさらに遠い。即ち、ノズルリングセグメントＳＧ２は、ノズルリングセグメントＳＧ１とノズルリングセグメントＳＧ３の間に位置する。ノズルリングセグメントＳＧ３は、前述の嵌合突部４７を備えている。また、各ノズルリングセグメントの厚み（軸方向の長さ）は、ノズルリングセグメントＳＧ１、ノズルリングセグメントＳＧ２、ノズルリングセグメントＳＧ３の順に厚い。逆に言えば、ノズルリングセグメントＳＧ１はノズルリングセグメントＳＧ２よりも薄く、ノズルリングセグメントＳＧ２はノズルリングセグメントＳＧ３よりも薄い。３つのノズルリングセグメントＳＧ（ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３）のこのような厚みの設定は、過給機１の通常運転中に、第１ノズルリング４５における温度の高い部位の厚みが部材温度の低い部位の厚みよりも薄い、という新規な知見に基づいている（後述の実施例参照）。ここで、ノズルリングセグメントＳＧの厚みとは、ノズルリングセグメントＳＧの厚みが一定でない場合には、ノズルリングセグメントＳＧの平均の厚みのことをいう。

ノズルリングセグメントＳＧ１の構成材料の線膨張係数は、ノズルリングセグメントＳＧ２の構成材料の線膨張係数よりも小さい。また、ノズルリングセグメントＳＧ２の構成材料の線膨張係数は、ノズルリングセグメントＳＧ３の構成材料の線膨張係数よりも小さい。即ち、ノズルリングセグメントＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ３の構成材料の線膨張係数は、タービンハウジング２９からベアリングハウジング３に向かった配置の順に、大きくなっている。具体的には、例えば、ノズルリングセグメントＳＧ１の構成材料としてマルテンサイト系ステンレス鋼が用いられている。ノズルリングセグメントＳＧ２の構成材料としてフェライト系ステンレス鋼が用いられている。ノズルリングセグメントＳＧ３の構成材料としてオーステナイト系ステンレス鋼が用いられている。本実施形態では、複数のノズルリングセグメントＳＧの構成材料として線膨張係数の異なるステンレス鋼が用いられている。しかしながら、ノズルリングセグメントＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ３の各構成材料が、上記の線膨張係数の大小関係を満たす限り、ノズルリングセグメントＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ３に他の構成材料を用いてもよい。例えば、異なる種類の耐熱合金を組み合わせて用いてもよい。

ノズルリングセグメントＳＧの数は本実施形態が示す３に限定されない。つまり、ノズルリングセグメントＳＧの数は２でもよく、４以上でもよい。

第１ノズルリング４５には、連結ピン５９の一端部（右端部）を挿通させるための複数のピン穴９３が形成されている。ピン穴９３は、円周方向（所定の円周方向）に間隔を置いて設けられ、第１ノズルリング４５を貫通している。各ピン穴９３は、第１ノズルリング４５の内縁部側（内周縁部側）から外縁部側（外周縁部側）に向かって延びる長穴状（slotted hole）に形成されている。各ピン穴９３は、半径方向に延びてもよく、半径方向に対して傾斜した方向に延びてもよい。各ピン穴９３は、丸穴状に形成されていてもよい。

図２、図３、及び図５（ａ）に示すように、サポートリング８７の内側（内周面側）には、タービンスクロール流路３９とリンク室６５を連通させるための連絡通路９５が形成されている。連絡通路９５は、サポートリング８７の周方向に延伸する不連続な環状に形成され、当該周方向において隣接する連結片８９の間に位置する。換言すれば、第１ノズルリング４５の対向面の反対面側（右側面側）は、連絡通路９５及びリンク室６５を介してタービンスクロール流路３９に連通している。

図１及び図２に示すように、ベアリングハウジング３の支持部４９は、その内縁部に突起部９７を有する。突起部９７は環状に形成され、左方向へ突出している。突起部９７には、遮熱板９９が嵌合している。遮熱板９９は環状に形成され、タービンインペラ３１側からの熱を遮蔽する。また、遮熱板９９の外縁部（外周縁部）には、嵌合段部１０１が形成されている。嵌合段部１０１は、外縁部から半径方向内側へ窪む環状に形成されている。嵌合段部１０１は、第１ノズルリング４５の内縁部に嵌合している。更に、遮熱板９９とベアリングハウジング３の支持部４９との間には、付勢（押圧）部材の一例としての皿バネ１０３が設けられている。皿バネ１０３は、径方向におけるベアリングハウジング３の外側に設けられ、遮熱板９９の嵌合段部１０１を第１ノズルリング４５の内縁部に付勢（押圧）する。そして、第２ノズルリング５７の内周面とタービンハウジング２９の適宜箇所との間には、シール部材の一例としての複数のシールリング１０５が設けられている。シールリング１０５は、第２ノズルリング５７の対向面の反対面側（左側面側）からの排気ガスの漏れを抑える。

続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。

ガス取入口３７から取入れた排気ガスがタービンスクロール流路３９を経由してタービンインペラ３１入口側から出口側へ流通することにより、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力を発生させて、ロータ軸９及びコンプレッサインペラ１３をタービンインペラ３１と一体的に回転させることができる。これにより、空気取入口１９から取入れた空気を圧縮して、ディフューザ流路２１及びコンプレッサスクロール流路２３を経由して空気排出口２５から排出することができ、エンジンに供給される空気を過給（圧縮）することができる。

過給機１の運転中、エンジン回転数が高く、排気ガスの流量が多い場合には、回動アクチュエータ７１によってリンク機構６７を作動させつつ、複数の可変ノズル６１を正方向（開方向）へ同期して回動させることにより、タービンインペラ３１側へ供給される排気ガスの流路面積（スロート面積）を大きくして、多くの排気ガスを供給する。一方、エンジン回転数が低く、排気ガスの流量が少ない場合には、回動アクチュエータ７１によってリンク機構６７を作動させつつ、複数の可変ノズル６１を逆方向（閉方向）へ同期して回動させることにより、タービンインペラ３１側へ供給される排気ガスの流路面積を小さくして、排気ガスの流速を高めて、タービンインペラ３１の仕事量を十分に確保する。これにより、排気ガスの流量の多少に関係なく、タービンインペラ３１によって回転力を十分かつ安定的に発生させることができる。

第１ノズルリング４５が軸方向に沿って積層された複数のノズルリングセグメントＳＧにより構成されている。そのため、過給機１の運転中に、第１ノズルリング４５におけるベアリングハウジング３に遠い側の部位と近い側の部位との温度差が大きくなっても、各ノズルリングセグメントＳＧにおけるベアリングハウジング３に遠い側の部位と近い側の部位との温度差を小さくすることができる。これにより、過給機１の運転中に、各ノズルリングセグメントＳＧの半径方向の自由な熱膨張、換言すれば、第１ノズルリング４５の半径方向の自由な熱膨張が妨げられることを抑制できる。

例えば、第１ノズルリング４５の各ピン穴９３が第１ノズルリング４５の内縁部側から外縁部側に向かって延びる長穴状に構成されている場合には、第１ノズルリング４５の半径方向の自由な熱膨張が妨げられることを十分に抑制できる。また、ノズルリングセグメントＳＧ１の厚みがノズルリングセグメントＳＧ２の厚みよりも薄く、且つ、ノズルリングセグメントＳＧ２の厚みがノズルリングセグメントＳＧ３の厚みよりも薄い場合には、前述の新規な知見を考慮すると、各ノズルリングセグメントＳＧのセグメント数の増大を抑えつつ、各ノズルリングセグメントＳＧにおけるベアリングハウジング３に遠い側の部位と近い側の部位との温度差を極力小さくすることができる。換言すれば、ノズルリングセグメントＳＧのセグメント数の増大を抑えつつ、第１ノズルリング４５の半径方向の自由な熱膨張が妨げられることを十分に抑制できる。更に、例えば、３つのノズルリングセグメントＳＧの構成材料の線膨張係数を前述のように設定した場合には、３つのノズルリングセグメントＳＧの半径方向の熱膨張差を極力小さくして、第１ノズルリング４５の半径方向の自由な熱膨張が妨げられることをより十分に抑制できる。

第１ノズルリング４５の対向面の反対面側がタービンスクロール流路３９に連通しているため、過給機１の運転中、各可変ノズル６１のノズル軸６３の端面に働く圧力を高くして、各可変ノズル６１を第２ノズルリング５７の対向面側へ寄せることができる。

従って、本実施形態によれば、過給機１の運転中に、第１ノズルリング４５におけるベアリングハウジング３に遠い側の部位と近い側の部位との温度差が大きくなっても、第１ノズルリング４５の半径方向の自由な熱膨張が妨げられることを十分に抑制できる。そのため、第１ノズルリング４５の対向面が、軸方向に垂直な方向に対して傾くように、第１ノズルリング４５が熱変形することを十分に抑えることができる。これにより、第１ノズルリング４５の対向面と第２ノズルリング５７の対向面の平行度を十分に確保しつつ、ノズルサイドクリアランスを極力小さくすることができる。よって、本実施形態によれば、複数の可変ノズル６１の動作の安定性を維持して、可変ノズルユニット４３の信頼性、換言すれば、過給機１の信頼性を確保しつつ、ノズルサイドクリアランスからの漏れ流れを低減して、過給機１のタービン効率の向上を図ることができる。

また、ノズルサイドクリアランスを極力小さくすることができる。換言すれば、過給機１の運転中、各可変ノズル６１を第２ノズルリング５７の対向面側へ寄せることができる。そのため、各可変ノズル６１の左側面と第２ノズルリング５７の対向面との隙間からの漏れ流れを抑えて、タービンブレード３５のチップ３５ｔ側部分（ミッドスパン側からチップ３５ｔ側にかけての部分）に沿う排気ガスの流れを安定させて、過給機１のタービン効率の向上をより図ることができる。

また、ノズルリングセグメントＳＧのセグメント数の増大を抑えつつ、第１ノズルリング４５の半径方向の自由な熱膨張が妨げられることを十分に抑えることができるため、可変ノズルユニット４３の部品点数の増大を抑えて、可変ノズルユニット４３の構成の簡略化及び組立性の向上を図ることができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られず、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されない。

（実施例）
過給機１（図６参照）の運転中における第１ノズルリング４５の温度分布状態について熱伝達解析（伝熱解析）を行い、その解析結果を図７に示す。即ち、過給機１の運転中に、第１ノズルリング４５における部材温度の高い部位の厚みが部材温度の低い部位の厚みよりも薄くなる傾向があることが判明した。

なお、図７中における０．８は、第１ノズルリング４５におけるベアリングハウジング３（図６参照）に遠い側の端面（ノズル側端面）の温度を１．０とした場合に、第１ノズルリング４５におけるベアリングハウジング３に近い側の端面（サポートリング側端面）の温度を示している。また、図７中において異なるハッチングで区画した各領域は、同じ温度差の領域を示しており、隣接する領域間の温度差は、上記の場合において約０．０２５になっている。更に、図７中における数値は、第１ノズルリング４５の温度分布状態の傾向を示すための参考値である。

Claims (6)

1. 可変容量型過給機におけるタービンインペラ側へ供給される排気ガスの流路面積を調整する可変ノズルユニットであって、
   前記可変容量型過給機におけるタービンハウジング内に、前記タービンインペラと同心状に配設された環状の第１壁部材と、
   前記第１壁部材に対して軸方向に離隔対向した位置に、円周方向に間隔を置いて並んだ複数の連結ピンによって前記第１壁部材と一体的に設けられた環状の第２壁部材と、
   前記第１壁部材の対向面と前記第２壁部材の対向面との間に円周方向に間隔を置いて配設され、前記タービンインペラの軸心に平行な軸心周りに正逆方向へ回動可能な複数の可変ノズルと、
   複数の前記可変ノズルを同期して回動させるためのリンク機構と、
   前記第１壁部材に複数の前記連結ピンの一端部の結合によって一体的に連結されたサポートリングと、を具備し、
   前記第１壁部材は、軸方向に沿って積層された複数の壁部材セグメントにより構成され、
   前記可変ノズルに近い側の壁部材セグメントから前記可変ノズルに遠い側の壁部材セグメントに向かう配列の順に、壁部材セグメントの厚みが増していることを特徴とする可変ノズルユニット。
2. 複数の前記壁部材セグメントのうち、前記可変ノズルに近い側の前記壁部材セグメントの構成材料の線膨張係数が、前記可変ノズルに遠い側の前記壁部材セグメントの構成材料の線膨張係数よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の可変ノズルユニット。
3. 前記第１壁部材に、前記連結ピンの一端部を挿通させるための複数のピン穴が円周方向に間隔を置いて貫通形成され、
   前記第１壁部材の各ピン穴が前記第１壁部材の内縁部側から外縁部側に向かって延びる長穴状に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の可変ノズルユニット。
4. 前記第１壁部材に複数の支持穴が円周方向に間隔を置いて貫通形成され、
   各可変ノズルのノズル軸が、前記第１壁部材に対応する前記支持穴に回動可能に支持され、
   前記第１壁部材の対向面の反対面側が前記タービンハウジングのタービンスクロール流路に連通していることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載の可変ノズルユニット。
5. 可変容量型過給機におけるタービンインペラ側へ供給される排気ガスの流路面積を可変とする可変ノズルユニットにおいて、
   前記可変容量型過給機におけるタービンハウジング内に前記タービンインペラと同心状に配設された環状の壁部材と、
   前記壁部材に円周方向に間隔を置いて配設され、正逆方向へ回動可能な複数の可変ノズルと、
   複数の前記可変ノズルを同期して回動させるためのリンク機構と、
   前記壁部材に連結されたサポートリングと、を具備し、
   前記壁部材は、軸方向に沿って積層された複数の壁部材セグメントにより構成され、
   前記可変ノズルに近い側の壁部材セグメントから前記可変ノズルに遠い側の壁部材セグメントに向かう配列の順に、壁部材セグメントの厚みが増していることを特徴とする可変ノズルユニット。
6. エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジン側に供給される空気を過給する可変容量型過給機であって、
   請求項１から請求項５のうちのいずれか一項に記載の可変ノズルユニットを具備したことを特徴とする可変容量型過給機。

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