JP6370984B2 - 可変ノズル機構及び可変容量型排気ターボ過給機 - Google Patents

Description

本開示は、振動の発生を抑制可能にした可変ノズル機構及び可変容量型排気ターボ過給機に関する。

複数のノズルベーンの翼角を変化させる可変ノズル機構を備え、過給圧を制御可能な可変容量型排気ターボ過給機が知られている。
この可変容量型排気ターボ過給機は、タービンケーシングに固定されたノズルマウントに回動可能に設けられた複数のノズルベーンと、該ノズルマウントに回動可能に設けられたドライブリングとを備えている。そして、複数のノズルベーンをドライブリングで回動させてノズルベーンの翼角を変化させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

前記ドライブリングは、回動するためノズルマウントに固定されておらず、ノズルマウントとの間にクリアランスが形成されている。ドライブリングは前記クリアランスの範囲で自由に動くことができ、そのため、内燃機関の振動が可変ノズル機構に伝達されると、ドライブリングに衝突振動が発生する場合がある。この衝突振動でドライブリングに過大な応力が発生した場合、ドライブリングが破損するおそれがある。

特許文献２には、ドライブリングに過大な応力が発生するのを抑制する手段が開示されている。この手段は、ノズルマウントに固定され、ノズルマウントと共にドライブリングを両側から挟んでドライブリングの動きを規制する支持ピンを、ドライブリングの周方向で後述する１次振動モードによる固有振動の節に配置することで、ドライブリングに生じる固有振動の励起を抑制するようにしている。

特開２００７−０５６７９１号公報 特開２０１０−１５６２７９号公報

特許文献１には、前記衝突振動に起因した応力の発生を抑制する手段は開示されていない。
特許文献２に開示された振動抑制手段は、前記ドライブリングの周方向での前記支持ピンを一次振動モードによる固有振動の節に配置する必要があることから、前記支持ピンと前記節との位置がずれると、振動抑制効果が低減するおそれがある。そのため、前記節が形成される位置の正確な把握が必要となる。

かかる従来技術の課題に鑑み、本発明の少なくとも一実施形態は、前記支持ピンと一次振動モードにより形成される節の位置関係を考慮することなく、ドライブリングの振動を抑制可能にすることを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る可変ノズル機構は、
円環状のノズルマウントと、
前記ノズルマウントの周方向に沿って複数箇所において夫々回動可能に支持された複数のノズルベーンと、
前記ノズルマウントに対して回動可能に設けられ、かつ前記ノズルベーンの翼角が可変となるように前記ノズルベーンに駆動力を伝えて前記ノズルベーンを回動させるように構成されたドライブリングと、を備え、
前記ドライブリングは、
低剛性領域と、
前記ドライブリングの厚さ方向に凹凸を有し、前記ドライブリングの半径方向に沿っ
た断面における断面二次モーメントが前記低剛性領域よりも大きい高剛性領域と、
を含み、
前記低剛性領域と前記高剛性領域とが前記周方向に交互に配列され、
前記低剛性領域及び前記高剛性領域が奇数であるか、又は前記低剛性領域及び前記高剛性領域が前記周方向において不等ピッチで設けられている。

ドライブリングは、円環状で概ね対称な構造を有し、内燃機関から伝達する振動によって一次振動モードによる固有振動が励起しやすい。一次振動モードとは、最小の固有振動数によって発生する振動モードである。即ち、図１４に示すように、円板又は円環状の構造部材において、半径方向Ｘ−Ｘ及びＸ−Ｘに直交する方向Ｙ−Ｙに節をもつモードであって、これらＸ−Ｘ及びＹ−Ｙに挟まれている部分が振幅の大きい腹になり、網掛け部分と白地部分とでは振動の位相が逆になるモードである。
図１５は、ドライブリング１００に一次振動モードによる固有振動を模式的に示している。図中、節１００ａとなる４か所の領域の間に、振幅が大きい腹１００ｂが４か所形成され、隣り合う腹１００ｂは振動の位相が逆になっている。

前記構成（１）では、前記凹凸を有する前記高剛性領域及び前記低剛性領域がドライブリングの周方向に奇数であるか、又は不等ピッチで設けられるため、等間隔で偶数の節及び腹を形成する一次振動モードによる固有振動の励起を抑制できる。これによって、応力の発生を抑制でき、ドライブリングの損傷を防止できる。また、断面二次モーメントが大きい高剛性領域を形成し、全体としてドライブリングの剛性を高めたことで、固有振動の発生をさらに抑制できる。
また、前記支持ピンと一次振動モードにより形成される節の位置関係を考慮することなく、応力の発生を抑制できる。さらに、応力の発生を抑制できるため、ドライブリングの板厚を低減でき低コスト化できる。

（２）幾つかの実施形態では、前記構成（１）において、
前記ドライブリングの少なくとも前記高剛性領域には、前記ドライブリングの内周側又は外周側において前記周方向に沿って延在するリブが設けられ、該リブによって前記凹凸が形成されている。
前記構成（２）によれば、前記高剛性領域を前記リブによって構成するので、簡易かつ低コストな加工で前記高剛性領域を形成できる。

（３）幾つかの実施形態では、前記構成（１）又は（２）において、
前記ノズルマウントに固定され、前記ドライブリングを回動自在に前記ノズルマウントに支持する支持ピンをさらに備え、
前記支持ピンは、
前記ノズルマウントから前記ドライブリングに向かって前記ドライブリングの中心軸
に沿って延びる支柱部と、
前記支柱部の先端側に設けられたフランジ部と、
を含み、
前記ドライブリングは、前記フランジ部と前記ノズルマウントとの間に前記凹凸が挟まれるように配置されている。

前記構成（３）によれば、前記凹凸を前記支持ピンのフランジ部と前記ノズルマウントとの間に配置するので、前記凹凸と前記フランジ部又は前記ノズルマウントとの間のクリアランスを低減できる。これによって、前記凹凸に生じる衝突振動を低減でき、前記凹凸における応力の発生を抑制できる。

（４）幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（３）の何れかにおいて、
前記ドライブリングに、前記高剛性領域に対して選択的に前記凹凸が設けられている。
前記構成（４）によれば、前記高剛性領域に前記凹凸を設けることで、高剛性領域の断面二次モーメントを効果的に増加できる。

（５）幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（３）の何れかにおいて、
前記ドライブリングの全周に亘って前記凹凸が設けられ、
前記ドライブリングの前記低剛性領域は、前記高剛性領域に比べて前記半径方向における幅が狭い。
前記構成（５）によれば、前記低剛性領域を簡易かつ低コストな加工で容易に形成できる。

（６）幾つかの実施形態では、前記構成（５）において、
前記ドライブリングの前記低剛性領域にはヌスミが形成されている。
前記構成（６）によれば、前記低剛性領域を簡易かつ低コストな加工で容易に形成できる。また、前記ヌスミを形成することで、前記凹凸（例えば、前記リブ）の形成が容易になる。

（７）本発明の少なくとも一実施形態に係る可変ノズル機構は、
円環状のノズルマウントと、
前記ノズルマウントの周方向に沿って複数箇所において夫々回動可能に支持された複数のノズルベーンと、
前記ノズルマウントに対して回動可能に設けられ、かつ前記ノズルベーンの翼角が可変となるように前記ノズルベーンに駆動力を伝えて前記ノズルベーンを回動させるように構成されたドライブリングと、を備え、
前記ドライブリングは、
前記周方向において互いに離れて設けられた底部と、
前記周方向において隣接する前記底部の間に設けられ、前記ドライブリングの中心軸
に沿った方向における前記ノズルマウントからの距離が前記底部よりも大きい複数の頂部と、
を含み、
前記底部と前記頂部とが前記周方向に交互に配列されている。

前記構成（７）によれば、前記底部と前記頂部とが前記周方向に交互に配置されているので、ドライブリングを周方向で全体として高剛性とすることができる。これによって、一次振動モードによる固有振動の励起を抑制でき、応力の発生を抑制できるので、ドライブリングの損傷を防止できる。
また、前記支持ピンと一次振動モードにより形成される節の位置関係を考慮することなく、応力の発生を抑制できる。さらに、応力の発生を抑制できるため、ドライブリングの板厚を低減でき低コスト化できる。

（８）幾つかの実施形態では、前記構成（７）において、
前記底部と前記頂部との間に段差部が形成され、
前記段差部が前記周方向において奇数形成されるか、又は前記段差部が前記周方向において不等ピッチで設けられている。
前記構成（８）によれば、前記段差部がドライブリングの周方向に奇数形成されるか、又は前記段差部が前記周方向において不等ピッチで設けられるので、等間隔で偶数の節及び腹を形成する一次振動モードによる固有振動の励起を抑制でき、これによって、応力の発生を抑制できる。

（９）幾つかの実施形態では、前記構成（７）又は（８）において、
前記ノズルマウントに固定され、前記ドライブリングを回動自在に前記ノズルマウントに支持する支持ピンをさらに備え、
前記支持ピンは、
前記ノズルマウントから前記ドライブリングに向かって前記ドライブリングの中心軸
に沿って延びる支柱部と、
前記支柱部の先端側に設けられたフランジ部と、
を含み、
前記ドライブリングは、前記フランジ部と前記ノズルマウントとの間に前記頂部が前記フランジ部に近接するように配置されている。

前記構成（９）によれば、前記フランジ部と前記ノズルマウントとの間に前記頂部が前記フランジ部に近接して配置されるので、前記頂部と前記支持ピンとの間のクリアランスを小さくでき、これによって、前記頂部と前記支持ピンとの間の衝突振動によって前記頂部に発生する応力を抑制できる。

（１０）幾つかの実施形態では、前記構成（７）において、
前記底部及び前記頂部が前記周方向に波形を形成するように交互に配列されている。
前記構成（１０）によれば、簡易かつ低コストな加工で高剛性領域を形成できる。

（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係る可変容量型排気ターボ過給機は、
内燃機関から導入された排気ガスによって駆動されるタービン部と、
前記タービン部と連動して前記内燃機関に外気を圧送するコンプレッサ部と、
前記タービン部において排気ガスが導入されるタービンハウジングに設けられた前記構成（１）〜（１０）の何れかの可変ノズル機構と、を備えている。
前記構成（１１）によれば、可変ノズル機構を構成するドライブリングの振動を抑制でき、これによって、応力の発生を抑制できるので、ドライブリングの損傷を防止できる。
また、前記支持ピンと一次振動モードにより形成される節の位置関係を考慮することなく、応力の発生を抑制できる。さらに、応力の発生を抑制できるため、ドライブリングの板厚を低減でき低コスト化できる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、可変ノズル機構を構成するドライブリングの振動を抑制でき、これによって、応力の発生を抑制できるので、ドライブリングの損傷を防止できる。また、前記支持ピンと一次振動モードにより形成される節の位置関係を考慮することなく、応力の発生を抑制できる。さらに、応力の発生を抑制できるため、ドライブリングの板厚を低減でき低コスト化できる。

一実施形態に係る可変容量型排気ターボ過給機の正面視断面図である。 一実施形態に係る可変ノズル機構の正面図である。 一実施形態に係るドライブリングの斜視図である。 一実施形態に係るドライブリングの斜視図である。 一実施形態に係るドライブリングの斜視図である。 断面二次モーメントを求める角材の模式図である。 （Ａ）〜（Ｇ）は幾つかの実施形態に係るドライブリングの半径方向の断面図である。 一実施形態に係る可変ノズル機構の断面図である。 図５に示すドライブリングの発生応力を示す線図である。 一実施形態に係るドライブリングの斜視図である。 図１０に示すドライブリングの側面図である。 一実施形態に係るドライブリングの斜視図である。 （Ａ）は一実施形態に係るドライブリングの正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）中のＢ方向から視た矢視図である。 一次振動モードの説明図である。 ドライブリングの一次振動モードの解析図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載され又は図面に示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。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１に示すように、本発明の少なくとも一実施形態に係る可変容量型排気ターボ過給機１０は、内燃機関（不図示）から導入された排気ガスによって駆動されるタービン部１２と、タービン部１２と連動して前記内燃機関に外気を圧送するコンプレッサ部１４と、タービン部１２において排気ガスが導入されるタービンハウジング１６に設けられた可変ノズル機構２０とを備えている。

タービンハウジング１６は、外周部に渦巻き状に形成されたスクロール２２が形成されている。スクロール２２は前記内燃機関の排気口（不図示）に連通されている。スクロール２２の中心部にはタービンロータ２４が配置されている。タービンロータ２４は、タービンシャフト２６の一端に固定され、タービンシャフト２６と共にタービンシャフト２６の軸心Ｃを中心として回転可能になっている。タービンハウジング１６の中央には、軸心Ｃに沿う方向に開口し、排気管（不図示）が接続される排気ガス出口２８が設けられている。

コンプレッサ部１４はコンプレッサハウジング１８を備え、コンプレッサハウジング１８は、外周部に渦巻き状の給気通路３０が形成されている。この給気通路３０は前記内燃機関の給気口（不図示）に連通している。給気通路３０の中心部にコンプレッサ３２が設けられ、コンプレッサ３２はタービンシャフト２６の他端に固定され、タービンシャフト２６と共に軸心Ｃ回りに回転可能になっている。コンプレッサハウジング１８の中央に、軸心Ｃに沿う方向に開口し、給気管（不図示）に接続される給気入口３４が設けられている。
タービン部１２とコンプレッサ部１４との間に軸受ハウジング３６が設けられ、タービンシャフト２６は軸受ハウジング３６の内部に設けられた軸受３８によって回動自在に支持されている。

幾つかの実施形態に係る可変ノズル機構２０は、図１及び図２に示すように、円環状のノズルマウント４２と、ノズルマウント４２の周方向に沿って複数箇所において夫々回動可能に支持された複数のノズルベーン４４と、複数のノズルベーン４４を回動させるように構成されたドライブリング４６とを備えている。ドライブリング４６は、ノズルマウント４２に対して回動可能に設けられ、ノズルベーン４４に駆動力を与えて回動させ、その翼角を可変とすることができる。

ノズルマウント４２は、タービンハウジング１６の内部で、軸受ハウジング３６によって円環状の中心を軸心Ｃと一致するように、タービンハウジング１６に固定されている。
ノズルベーン４４は、ノズルマウント４２のタービン部１２側であって、スクロール２２内に配置されている。ノズルベーン４４は、ノズル軸４４ａが一体に形成されており、ノズル軸４４ａがノズルマウント４２に形成された貫通孔に挿通され、ノズル軸４４ａを中心に回動可能に支持されている。
ドライブリング４６は、円環状に形成され、ノズルマウント４２の軸受ハウジング３６側であって、円環状の中心を軸心Ｃと一致するようにノズルマウント４２に支持されている。

図１に示す例示的な実施形態において、ドライブリング４６は、コンプレッサハウジング１８に固定されたアクチュエータ４８の作動部に対し、リンク５０を介して接続されている。
また、レバープレート５２がドライブリング４６の軸受ハウジング３６側に設けられている。ドライブリング４６の外周縁に周方向に複数の凹部４６ａが形成され、レバープレート５２の一端側に設けられた連結ピン５２ａが凹部４６ａに係合され、レバープレート５２の他端側はノズルベーン４４のノズル軸４４ａに連結されている。レバープレート５２は、ドライブリング４６の円周方向に沿ってノズルベーン４４と同数配置されている。

かかる構成において、内燃機関から排出される排気ガスは、タービン部１２のスクロール２２に導入され、スクロール２２の渦巻きに沿って周回しながら可変ノズル機構２０のノズルベーン４４の位置に至る。さらに、排気ガスは各ノズルベーン４４の翼間を通過しながらタービンロータ２４を回転させ、排気ガス出口２８から機外へ送出される。
他方、コンプレッサ部１４では、タービンロータ２４の回転と共に、タービンシャフト２６を介してコンプレッサ３２が回転する。コンプレッサ３２の回転と共に、給気入口３４からコンプレッサハウジング１８に給気が導入される。導入された給気は、給気通路３０で圧縮されながら内燃機関の給気口（不図示）に過給される。

可変ノズル機構２０では、アクチュエータ４８を駆動してドライブリング４６を回転させ、各レバープレート５２を搖動させ、各ノズルベーン４４の翼角を調整する。これによって、各ノズルベーン４４間の排気ガス流路の面積を調整し、タービンロータ２４に至る排気ガスの容量を制御する。
例示的な実施形態では、ドライブリング４６の外周縁には、アクチュエータ４８の作動部に接続されたリンク５０に係合する凹部４６ｂが形成されている。また、ドライブリング４６の外周縁には、後述する支持ピン５４のフランジ部５４ｂを通すための切欠き４６ｃが形成されている。

例示的な実施形態では、図２に示すように、ノズルマウント４２のドライブリング４６側に支持ピン５４が固定されている。支持ピン５４は、ノズルマウント４２からドライブリング４６に向かってドライブリング４６の中心軸に沿って延びる支柱部５４ａと、支柱部５４ａの先端側に設けられたフランジ部５４ｂとを有している。
ドライブリング４６は切欠き４６ｃで支持ピン５４を通ることができる。ドライブリング４６が支持ピン５４を通った後、ドライブリング４６を周方向に回動することで、ドライブリング４６の内周端が支持ピン５４に係合し、ドライブリング４６の軸心Ｃ方向の一が規制される。

ドライブリング４６は、例えば図３〜図５等に示すように、低剛性領域Ｌｒと、ドライブリング４６の厚さ方向に凹凸を有し、ドライブリング４６の半径方向に沿った断面における断面二次モーメントが低剛性領域Ｌｒよりも大きい高剛性領域Ｈｒとを含んでいる。低剛性領域Ｌｒと高剛性領域Ｈｒとは、ドライブリング４６の周方向に交互に配列され、低剛性領域Ｌｒ及び高剛性領域Ｈｒは奇数であるか、又は低剛性領域Ｌｒ及び高剛性領域Ｈｒが周方向において不等ピッチで設けられている。

例示的な実施形態では、例えば図３〜図５等に示すドライブリング４６Ａ及び４６Ｃのように、高剛性領域Ｈｒには、ドライブリング４６の内周側領域（例えば、内周縁）に周方向に沿って延在するリブ４６ｄが設けられ、リブ４６ｄによってドライブリング４６の厚さ方向に凹凸が形成される。リブ４６ｄはドライブリング４６の外周側領域（例えば、外周縁）に周方向に沿って延在させるようにしてもよい。
図６に模式的に示す角材Ａのｘ軸に関する断面二次モーメントは、次の算式（ａ）から求めることができる。

算式（ａ）から、角材Ａの断面二次モーメントの増加率は、厚さ方向寸法ｈの増加による増加率のほうが幅方向寸法ｂの増加による増加率よりかなり高くなることがわかる。
従って、ドライブリング４６の厚さ方向へリブ４６ｄを形成することで、断面二次モーメントの増加率を高くすることができる。

図７の（Ａ）〜（Ｇ）は、ドライブリング４６の半径方向の断面形状を示し、ドライブリングを折曲げ加工して形成した幾つかの実施形態に係る凹凸の形状を示している。
図７（Ａ）は、ドライブリング４６の内周縁に半径方向に沿って凸部を形成したものである。
図７（Ｂ）は、ドライブリングの外周縁に半径方向に沿って凸部を形成している。
図７（Ｃ）は、ドライブリングの半径方向内周側領域を傾斜面としたものである。
図７（Ｄ）は、ドライブリングの半径方向中央領域に逆台形断面の凹部を形成したものである。
図７（Ｅ）は、ドライブリングの半径方向断面を円弧状に形成し、中央部を窪ませたものである。
図７（Ｆ）は、ドライブリングの内周縁及び外周縁に半径方向に沿って凸部を形成したものである。
図７（Ｇ）は、ドライブリングの半径方向断面を波状に形成したものである。
これらの凹凸形状はドライブリングの厚さ方向寸法を増加可能なものであり、ドライブリング４６にこれらの凹凸を形成することで、高剛性領域Ｈｒを構成できる。

図８に示すように、幾つかの実施形態では、ドライブリング４６は、フランジ部５４ｂとノズルマウント４２との間に凹凸（例えばリブ４６ｄ）が挟まれるように配置される。これによって、前記凹凸とフランジ部５４ｂ又はノズルマウント４２との間のクリアランスを低減し、該凹凸がフランジ部５４ｂ又はノズルマウント４２に当たる際に発生する衝突振動を抑制できる。

例示的な構成では、ドライブリングの高剛性領域Ｈｒに選択的に前記凹凸が設けられている。図８は、かかる構成の一実施形態を示している。ドライブリング４６Ｂの内周側領域（例えば内周縁）に、ドライブリング４６の周方向に沿って厚さ方向にリブ４６ｄが形成されている。高剛性領域Ｈｒに選択的に厚さ方向の凹凸を形成することで、高剛性領域Ｈｒの形成が容易になる。

さらに、例示的な実施形態では、図３に示すように、ドライブリング４６Ａの全周に亘って凹凸（例えば、リブ４６ｄ）が設けられている。他方、低剛性領域Ｌｒは、高剛性領域Ｈｒに比べて半径方向における幅を狭くした幅狭領域４６ｅが奇数（図では３個）形成されている。
これによって、高剛性領域Ｈｒ及び低剛性領域Ｌｒがドライブリング４６Ａの周方向に夫々奇数形成される。

なお、図４に示すように、幅狭領域４６ｅをドライブリング４６Ｂの周方向に不等ピッチで形成するようにしてもよい。これによって、高剛性領域Ｈｒ及び低剛性領域Ｌｒが周方向に不等ピッチで形成される。このように、幅狭領域４６ｅが不等ピッチで形成される場合、幅狭領域４６ｅは偶数個でもよい。
また、リブ４６ｄを曲げ加工して形成する際に、ヌスミとして幅狭領域４６ｅを形成するようにしてもよい。幅狭領域４６ｅをヌスミとして形成することで、リブ４６ｄの曲げ加工が容易になる。

図５に示す一実施形態に係るドライブリング４６Ｃは、ドライブリング４６の内周側領域で周方向にリブ４６ｄが形成されているが、半径方向における幅を狭くした幅狭領域４６ｅにはリブ４６ｄが形成されていない。即ち、幅狭領域４６ｅはヌスミとして形成されている。該ヌスミの形成によってリブ４６ｄの曲げ加工を容易にする。

幾つかの実施形態によれば、高剛性領域Ｈｒ及び低剛性領域Ｌｒがドライブリング４６の周方向に奇数設けられるか、又は不等ピッチで設けられるため、等間隔にかつ偶数の節及び腹を形成する一次振動モードによる固有振動の励起を抑制できる。これによって、これによって、応力の発生を抑制でき、ドライブリングの損傷を防止できる。また、断面二次モーメントが大きい高剛性領域Ｈｒを形成し、全体としてドライブリングの剛性を高めたことで、固有振動の発生をさらに抑制できる。
また、特許文献２のように、前記支持ピンと一次振動モードにより形成される節の位置関係を考慮することなく、応力の発生を抑制できる。さらに、応力の発生を抑制できるため、ドライブリングの板厚を低減でき低コスト化できる。

また、幾つかの実施形態では、例えば、図３〜図５に示すように、高剛性領域Ｈｒは、ドライブリング４６Ａ又は４６Ｃに周方向に沿って延在するリブ４６ｄで構成され、リブ４６ｄによってドライブリングの厚さ方向に凹凸が形成されるので、簡易かつ低コストな加工で高剛性領域Ｈｒを形成できる。また、該凹凸によって厚さ方向寸法を増加でき、半径方向寸法の増加と比べて断面二次モーメントを大幅に増加できるため、高剛性領域Ｈｒの剛性を効果的に上昇できる。

また、幾つかの実施形態では、図８に示すドライブリング４６のように、フランジ部５４ｂとノズルマウント４２との間に凹凸（例えばリブ４６ｂ）が挟まれるように配置されているので、該凹凸とフランジ部５４ｂとの間のクリアランスｃを低減できる。これによって、該凹凸に生じる衝突振動を低減でき、該凹凸における応力の発生を抑制できる。
また、高剛性領域Ｈｒに選択的に凹凸が設けられるため、高剛性領域Ｈｒの断面二次モーメントを効果的に増加できる。

また、幾つかの実施形態によれば、図３及び図４に示すように、高剛性領域Ｈｒとしてドライブリング４６Ａの全周に亘ってリブ４６ｂが形成され、かつ低剛性領域Ｌｒとして幅狭領域４６ｅが周方向に奇数形成されるか、又は不等ピッチで形成されるので、高剛性領域Ｈｒ及び低剛性領域Ｌｒを簡易かつ低コストな加工で容易に形成できる。

また、少なくとも一実施形態によれば、図５に示すドライブリング４６Ｃのように、低剛性領域Ｌｒとしてヌスミを形成するので、リブ４６ｄを曲げ加工で形成する際に、リブ４６ｄの加工が容易になる。
図９は、ドライブリング４６の周方向３か所の内周縁にヌスミを形成したドライブリング４６Ｃ、及び従来のドライブリングに発生する応力の算出結果を示したものである。図９から、ドライブリング４６Ｃのほうが従来のドライブリングより板厚を小さくしても、発生応力の増加をほぼ同等に抑えることができることがわかる。

また、幾つかの実施形態によれば、図１に示すように、可変容量型排気ターボ過給機１０は、可変ノズル機構２０を備えているので、ドライブリング４６の振動を抑制でき、これによって、応力の発生を抑制できるので、ドライブリング４６の損傷を防止できる。
また、支持ピン５４と一次振動モードにより形成される節の位置関係を考慮することなく、応力の発生を抑制できる。さらに、応力の発生を抑制できるため、ドライブリング４６の板厚を低減でき低コスト化できる。

なお、前記実施形態において、図３に示すドライブリング４６Ａでは、幅狭領域４６ｅを形成せず、リブ４６ｄを無くすだけの構成で低剛性領域Ｌｒを形成することもできる。

図１０及び図１１に示すように、少なくとも一実施形態に係るドライブリング５６Ａは、周方向において互いに離れて設けられた底部５６ａと、周方向において隣接する底部５６ａの間に設けられ、前記ドライブリングの中心軸に沿った方向におけるノズルマウント４２からの距離が底部５６ａよりも大きい複数の頂部５６ｂとを含み、底部５６ａと頂部５６ｂ底部とが周方向に交互に配列されている。

例示的な構成では、底部５６ａと頂部５６ｂとの間に段差部５６ｃが形成され、この段差部５６ｃがドライブリング５６Ａの周方向において奇数（例えば、図１０に示すように、５個）形成されている。
なお、図１２に示すドライブリング５６Ｂのように、段差部５６ｃはドライブリング５６Ａの周方向において不等ピッチで設けられていてもよい。このように、段差部５６ｃが不等ピッチで設けられる場合、段差部５６ｃは偶数（ドライブリング５６Ｂでは４個）でもよい。

また、図１１に示すように、ノズルマウント４２に固定され、ドライブリング５６を回動自在にノズルマウント４２に支持する支持ピン５４をさらに備えている。支持ピン５４は、支柱部５４ａとフランジ部５４ｂとを有している。
ドライブリング５６は、フランジ部５４ｂとノズルマウント４２との間に頂部５６ｂがフランジ部５４ｂに近接するように配置され、頂部５６ｂとフランジ部５４ｂとの間に微小なクリアランスｃが形成されている。

少なくとも一実施形態に係るドライブリング６０は、図１３に示すように、底部６０ａ及び頂部６０ｂが波形を形成するように交互に配列されている。底部６０ａ及び頂部６０ｂで構成された波形は、ドライブリング６０の実質的に全周に亘り設けられている。

図１０及び図１１に示す実施形態によれば、底部５６ａと頂部５６ｂとがドライブリング５６の周方向に交互に配置されているので、ドライブリング５６を周方向で全体として高剛性とすることができる。そのため、ドライブリング５６の一次振動モードによる固有振動の励起を抑制でき、応力の発生を抑制できるので、ドライブリング５６の損傷を防止できる。
また、支柱部５４ａと一次振動モードにより形成される節の位置関係を考慮することなく、応力の発生を抑制できる。さらに、応力の発生を抑制できることで、ドライブリングの板厚を低減でき低コスト化できる。

また、段差部５６ｃがドライブリング５６Ａの周方向に奇数形成されるか、又は段差部５６ｃがドライブリング５６Ｂの周方向において不等ピッチで設けられるので、一次振動モードで等間隔にかつ４個形成される腹とは異なる位置に腹を形成できる。これによって、一次振動モードによる固有振動の励起を抑制でき、応力の発生を抑制できる。
また、頂部５６ｂがフランジ部５４ｂとノズルマウント４２との間にフランジ部５４ｂに近接して配置されるので、頂部５６ｂと支持ピン５４との間のクリアランスｃを小さくできる。そのため、頂部５６ｂと支持ピン５４との間の衝突振動によって頂部５６ｂに発生する応力を抑制できる。

また、図１３に示す実施形態によれば、底部６０ａ及び頂部６０ｂがドライブリング６０の周方向に波形を形成するように交互に配列され、かつ該波形はドライブリング６０の実質的に全周に亘り設けられているので、簡易かつ低コストな加工で高剛性領域Ｈｒを形成できる。
こうして、ドライブリング６０を周方向で全体として高剛性とすることができるので、ドライブリング６０の一次振動モードによる固有振動の励起を抑制できる。そのため、応力の発生を抑制できるので、ドライブリング６０の損傷を防止できる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、前記支持ピンと一次振動モードにより形成される節の位置関係を考慮することなく、ドライブリングの振動を抑制できる。これによって、応力の発生を抑制できるので、ドライブリングの損傷を防止できる。

１０ 可変容量型排気ターボ過給機
１２ タービン部
１４ コンプレッサ部
１６ タービンハウジング
１８ コンプレッサハウジング
２０ 可変ノズル機構
２２ スクロール
２４ タービンロータ
２６ タービンシャフト
２８ 排気ガス出口
３０ 給気通路
３２ コンプレッサ
３４ 給気入口
３６ 軸受ハウジング
３８ 軸受
４２ ノズルマウント
４４ ノズルベーン
４４ａ ノズル軸
４６、４６Ａ、４６Ｂ，４６Ｃ，５６Ａ、５６Ｂ、６０，１００ ドライブリング
４６ａ、４６ｂ 凹部
４６ｃ 切欠き
４６ｄ リブ
４６ｅ 幅狭領域（ヌスミ）
５６ａ、６０ａ 底部
５６ｂ、６０ｂ 頂部
５６ｃ 段差部
１００ａ 節
１００ｂ 腹
４８ アクチュエータ
５０ リンク
５２ レバープレート
５２ａ 連結ピン
５４ 支持ピン
５４ａ 支柱部
５４ｂ フランジ部
Ａ 角材
Ｃ 軸心
Ｈｒ 高剛性領域
Ｌｒ 低剛性領域
ｃ クリアランス

Claims (9)

1. 円環状のノズルマウントと、
   前記ノズルマウントの周方向に沿って複数箇所において夫々回動可能に支持された複数のノズルベーンと、
   前記ノズルマウントに対して回動可能に設けられ、かつ前記ノズルベーンの翼角が可変となるように前記ノズルベーンに駆動力を伝えて前記ノズルベーンを回動させるように構成されたドライブリングと、を備え、
   前記ドライブリングは、
   複数の低剛性領域と、
   前記ドライブリングの厚さ方向に凹凸を有し、前記ドライブリングの半径方向に沿った断面における断面二次モーメントが前記低剛性領域よりも大きい複数の高剛性領域と、
   を含み、
   各々の前記低剛性領域は、前記ドライブリングによる前記駆動力を前記ノズルベーンに伝えるためのレバープレートが係合する複数の凹部とは別に設けられたヌスミを含み、
   複数の前記低剛性領域と複数の前記高剛性領域とが前記周方向に交互に配列され、
   前記低剛性領域及び前記高剛性領域が奇数であるか、又は、前記低剛性領域及び前記高剛性領域が前記周方向において不等ピッチで設けられていることを特徴とする可変ノズル機構。
2. 前記ドライブリングの少なくとも前記高剛性領域には、前記ドライブリングの内周側又は外周側において前記周方向に沿って延在するリブが設けられ、該リブによって前記凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の可変ノズル機構。
3. 円環状のノズルマウントと、
   前記ノズルマウントの周方向に沿って複数箇所において夫々回動可能に支持された複数のノズルベーンと、
   前記ノズルマウントに対して回動可能に設けられ、かつ前記ノズルベーンの翼角が可変となるように前記ノズルベーンに駆動力を伝えて前記ノズルベーンを回動させるように構成されたドライブリングと、を備え、
   前記ドライブリングは、
   低剛性領域と、
   前記ドライブリングの厚さ方向に凹凸を有し、前記ドライブリングの半径方向に沿った断面における断面二次モーメントが前記低剛性領域よりも大きい高剛性領域と、
   を含み、
   前記低剛性領域と前記高剛性領域とが前記周方向に交互に配列され、
   前記低剛性領域及び前記高剛性領域が奇数であるか、又は低剛性領域及び前記高剛性領域が前記周方向において不等ピッチで設けられ、
   前記ノズルマウントに固定され、前記ドライブリングを回動自在に前記ノズルマウントに支持する支持ピンをさらに備え、
   前記支持ピンは、
   前記ノズルマウントから前記ドライブリングに向かって前記ドライブリングの中心軸
   に沿って延びる支柱部と、
   前記支柱部の先端側に設けられたフランジ部と、
   を含み、
   前記ドライブリングは、前記フランジ部と前記ノズルマウントとの間に前記凹凸が挟まれるように配置されたことを特徴とする可変ノズル機構。
4. 前記ドライブリングには、前記高剛性領域に対して選択的に前記凹凸が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の可変ノズル機構。
5. 前記ドライブリングの全周に亘って前記凹凸が設けられ、
   前記ドライブリングの前記低剛性領域は、前記高剛性領域に比べて前記半径方向における幅が狭いことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の可変ノズル機構。
6. 前記ドライブリングの前記低剛性領域にはヌスミが形成されていることを特徴とする請求項５に記載の可変ノズル機構。
7. 円環状のノズルマウントと、
   前記ノズルマウントの周方向に沿って複数箇所において夫々回動可能に支持された複数のノズルベーンと、
   前記ノズルマウントに対して回動可能に設けられ、かつ前記ノズルベーンの翼角が可変となるように前記ノズルベーンに駆動力を伝えて前記ノズルベーンを回動させるように構成されたドライブリングと、を備え、
   前記ドライブリングは、
   前記周方向において互いに離れて設けられた底部と、
   前記周方向において隣接する前記底部の間に設けられ、前記ドライブリングの中心軸に沿った方向における前記ノズルマウントからの距離が前記底部よりも大きい複数の頂部と、
   を含み、
   前記底部と前記頂部とが前記周方向に交互に配列されており、
   前記ノズルマウントに固定され、前記ドライブリングを回動自在に前記ノズルマウントに支持する支持ピンをさらに備え、
   前記支持ピンは、
   前記ノズルマウントから前記ドライブリングに向かって前記ドライブリングの中心軸に沿って延びる支柱部と、
   前記支柱部の先端側に設けられたフランジ部と、
   を含み、
   前記ドライブリングは、前記フランジ部と前記ノズルマウントとの間に前記頂部が前記フランジ部に近接するように配置され、
   前記底部と前記頂部との間に段差部が形成され、
   前記周方向において各々の前記頂部の両側に位置する前記段差部のペアが前記周方向において奇数形成されるか、又は前記段差部が前記周方向において不等ピッチで設けられた
   ことを特徴とする可変ノズル機構。
8. 前記底部及び前記頂部が前記周方向に波形を形成するように交互に配列されていることを特徴とする請求項７に記載の可変ノズル機構。
9. 内燃機関から導入された排気ガスによって駆動されるタービン部と、
   前記タービン部と連動して前記内燃機関に外気を圧送するコンプレッサ部と、
   前記タービン部において排気ガスが導入されるタービンハウジングに設けられた請求項１乃至８の何れか１項に記載の可変ノズル機構と、を備えていることを特徴とする可変容量型排気ターボ過給機。

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