JP7107433B2 - 可変容量型過給機 - Google Patents
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Description
本開示は、可変容量型過給機に関するものである。
従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載の可変容量型過給機が知られている。この種の過給機では、タービンのノズル流路の壁面に摺動しながらノズルベーンが回動する。特許文献１では、ノズルベーンの外周部及び内周部にそれぞれ対応する位置において、ノズル流路の壁面をノズルベーンから離れるようなテーパー形状とすることが開示されている。また、テーパー形状に代えて、ノズル流路の壁面をノズルベーンから離れるような段差形状とすることが提案されている。このように、ノズル流路壁面の形状によって、ノズルベーンの摺動の信頼性を確保し、ノズルベーンの円滑な回動を確保することが提案されている。
しかしながら、上記のようにノズル流路の壁面を段差形状とした場合には、ノズル流路を流動するガスの流れが段差部において剥離し易く、タービンの性能低下の原因になり得る。一方、ノズル流路壁面をテーパー形状とした場合には、段差形状の場合と比べてガスの流れの剥離は発生し難いが、流路壁面同士を連結する連結ピンを流路壁面に直交させて設置することが困難になる。すなわち、過給機の製造時においては、テーパー形状の流路壁面の一部を加工して連結ピンの設置座面を形成する必要がある。従って、製造時における作業性が良いとは言えず、製造コストダウンの妨げにもなり得る。
そこで、本開示では、ノズルベーンの円滑な回動を確保する構造において、タービンの性能低下の抑制と製造時の作業の増加の抑制とを両立する可変容量型過給機を説明する。
本開示の一態様の可変容量型過給機は、
スクロール流路からタービン翼車へ向かうガスを通過させるノズル流路と、
前記ノズル流路を形成する流路壁面同士を連結する連結ピンと、
前記タービン翼車の回転周方向に配列され、前記ノズル流路内で回動して前記ノズル流路の開度を調整する複数のノズルベーンと、を備え、
前記流路壁面のうちの少なくとも一方は、
前記回転周方向に延びる第１基準線を開始位置として径方向内側に延び、径方向内側に向かうほど前記ノズルベーンから前記タービン翼車の回転軸方向に離れるように傾斜する内周側壁面と、
前記第１基準線よりも径方向外側で前記回転周方向に延びる第２基準線を開始位置として径方向外側に延び、前記ノズルベーンの回動軸線に直交する平面に平行な平面であり、前記内周側壁面の前記第１基準線上の縁部と比較して前記ノズルベーンから前記回転軸方向に離れて位置する外周側壁面と、
前記第１基準線から前記第２基準線まで延び前記ノズルベーンの回動軸線に直交する平面に平行な平面であり、前記第１基準線上で前記内周側壁面と交差する中間壁面と、を有しており、
前記第１基準線は、
前記ノズル流路の最大開度時における前記ノズルベーンの内周接触円よりも径方向外側に位置し、
前記第２基準線は、
前記ノズル流路の最大開度時における前記ノズルベーンの外周接触円よりも径方向内側に位置し、且つ、前記ノズル流路の最小開度時における前記ノズルベーンの内周接触円よりも径方向外側に位置し、且つ、前記連結ピンの設置座面の内周接触円よりも径方向内側に位置する、可変容量型過給機である。
スクロール流路からタービン翼車へ向かうガスを通過させるノズル流路と、
前記ノズル流路を形成する流路壁面同士を連結する連結ピンと、
前記タービン翼車の回転周方向に配列され、前記ノズル流路内で回動して前記ノズル流路の開度を調整する複数のノズルベーンと、を備え、
前記流路壁面のうちの少なくとも一方は、
前記回転周方向に延びる第１基準線を開始位置として径方向内側に延び、径方向内側に向かうほど前記ノズルベーンから前記タービン翼車の回転軸方向に離れるように傾斜する内周側壁面と、
前記第１基準線よりも径方向外側で前記回転周方向に延びる第２基準線を開始位置として径方向外側に延び、前記ノズルベーンの回動軸線に直交する平面に平行な平面であり、前記内周側壁面の前記第１基準線上の縁部と比較して前記ノズルベーンから前記回転軸方向に離れて位置する外周側壁面と、
前記第１基準線から前記第２基準線まで延び前記ノズルベーンの回動軸線に直交する平面に平行な平面であり、前記第１基準線上で前記内周側壁面と交差する中間壁面と、を有しており、
前記第１基準線は、
前記ノズル流路の最大開度時における前記ノズルベーンの内周接触円よりも径方向外側に位置し、
前記第２基準線は、
前記ノズル流路の最大開度時における前記ノズルベーンの外周接触円よりも径方向内側に位置し、且つ、前記ノズル流路の最小開度時における前記ノズルベーンの内周接触円よりも径方向外側に位置し、且つ、前記連結ピンの設置座面の内周接触円よりも径方向内側に位置する、可変容量型過給機である。
本開示の可変容量型過給機によれば、ノズルベーンの円滑な回動を確保する構造において、タービンの性能低下の抑制と製造時の作業の増加の抑制とを両立することができる。
本開示の一態様の可変容量型過給機は、
スクロール流路からタービン翼車へ向かうガスを通過させるノズル流路と、
前記ノズル流路を形成する流路壁面同士を連結する連結ピンと、
前記タービン翼車の回転周方向に配列され、前記ノズル流路内で回動して前記ノズル流路の開度を調整する複数のノズルベーンと、を備え、
前記流路壁面のうちの少なくとも一方は、
前記回転周方向に延びる第１基準線を開始位置として径方向内側に延び、径方向内側に向かうほど前記ノズルベーンから前記タービン翼車の回転軸方向に離れるように傾斜する内周側壁面と、
前記第１基準線よりも径方向外側で前記回転周方向に延びる第２基準線を開始位置として径方向外側に延び、前記ノズルベーンの回動軸線に直交する平面に平行な平面であり、前記内周側壁面の前記第１基準線上の縁部と比較して前記ノズルベーンから前記回転軸方向に離れて位置する外周側壁面と、
前記第１基準線から前記第２基準線まで延び前記ノズルベーンの回動軸線に直交する平面に平行な平面であり、前記第１基準線上で前記内周側壁面と交差する中間壁面と、を有しており、
前記第１基準線は、
前記ノズル流路の最大開度時における前記ノズルベーンの内周接触円よりも径方向外側に位置し、
前記第２基準線は、
前記ノズル流路の最大開度時における前記ノズルベーンの外周接触円よりも径方向内側に位置し、且つ、前記ノズル流路の最小開度時における前記ノズルベーンの内周接触円よりも径方向外側に位置し、且つ、前記連結ピンの設置座面の内周接触円よりも径方向内側に位置する、可変容量型過給機である。
スクロール流路からタービン翼車へ向かうガスを通過させるノズル流路と、
前記ノズル流路を形成する流路壁面同士を連結する連結ピンと、
前記タービン翼車の回転周方向に配列され、前記ノズル流路内で回動して前記ノズル流路の開度を調整する複数のノズルベーンと、を備え、
前記流路壁面のうちの少なくとも一方は、
前記回転周方向に延びる第１基準線を開始位置として径方向内側に延び、径方向内側に向かうほど前記ノズルベーンから前記タービン翼車の回転軸方向に離れるように傾斜する内周側壁面と、
前記第１基準線よりも径方向外側で前記回転周方向に延びる第２基準線を開始位置として径方向外側に延び、前記ノズルベーンの回動軸線に直交する平面に平行な平面であり、前記内周側壁面の前記第１基準線上の縁部と比較して前記ノズルベーンから前記回転軸方向に離れて位置する外周側壁面と、
前記第１基準線から前記第２基準線まで延び前記ノズルベーンの回動軸線に直交する平面に平行な平面であり、前記第１基準線上で前記内周側壁面と交差する中間壁面と、を有しており、
前記第１基準線は、
前記ノズル流路の最大開度時における前記ノズルベーンの内周接触円よりも径方向外側に位置し、
前記第２基準線は、
前記ノズル流路の最大開度時における前記ノズルベーンの外周接触円よりも径方向内側に位置し、且つ、前記ノズル流路の最小開度時における前記ノズルベーンの内周接触円よりも径方向外側に位置し、且つ、前記連結ピンの設置座面の内周接触円よりも径方向内側に位置する、可変容量型過給機である。
前記第１基準線は、
前記ノズルベーンの前記回動軸線を通る円よりも径方向内側に位置し、
前記第２基準線は、
前記ノズルベーンの回動軸の外周接触円よりも径方向外側に位置する、こととしてもよい。
前記ノズルベーンの前記回動軸線を通る円よりも径方向内側に位置し、
前記第２基準線は、
前記ノズルベーンの回動軸の外周接触円よりも径方向外側に位置する、こととしてもよい。
前記第１基準線は、
前記ノズル流路の最小開度時における前記ノズルベーンの内周接触円よりも径方向内側に位置し、
前記第２基準線は、
前記ノズル流路の最小開度時における前記ノズルベーンの外周接触円よりも径方向外側に位置する、こととしてもよい。
前記ノズル流路の最小開度時における前記ノズルベーンの内周接触円よりも径方向内側に位置し、
前記第２基準線は、
前記ノズル流路の最小開度時における前記ノズルベーンの外周接触円よりも径方向外側に位置する、こととしてもよい。
本開示の一態様の可変容量型過給機は、
スクロール流路からタービン翼車へ向かうガスを通過させるノズル流路と、
前記ノズル流路を形成する流路壁面同士を連結する連結ピンと、
前記タービン翼車の回転周方向に配列され、前記ノズル流路内で回動して前記ノズル流路の開度を調整する複数のノズルベーンと、を備え、
前記流路壁面のうちの少なくとも一方は、
前記回転周方向に延びる第１基準線を開始位置として径方向内側に延び、径方向内側に向かうほど前記ノズルベーンから前記タービン翼車の回転軸方向に離れるように傾斜する内周側壁面と、
前記第１基準線を開始位置として径方向外側に延び、前記ノズルベーンの回動軸線に直交する平面に平行な平面であり、前記内周側壁面の前記第１基準線上の縁部と比較して前記ノズルベーンから前記回転軸方向に離れて位置する外周側壁面と、を有しており、
前記第１基準線は、
前記ノズル流路の最大開度時における前記ノズルベーンの外周接触円よりも径方向内側に位置し、且つ、前記ノズル流路の最小開度時における前記ノズルベーンの内周接触円よりも径方向外側に位置し、且つ、前記連結ピンの設置座面の内周接触円よりも径方向内側に位置する、可変容量型過給機である。
スクロール流路からタービン翼車へ向かうガスを通過させるノズル流路と、
前記ノズル流路を形成する流路壁面同士を連結する連結ピンと、
前記タービン翼車の回転周方向に配列され、前記ノズル流路内で回動して前記ノズル流路の開度を調整する複数のノズルベーンと、を備え、
前記流路壁面のうちの少なくとも一方は、
前記回転周方向に延びる第１基準線を開始位置として径方向内側に延び、径方向内側に向かうほど前記ノズルベーンから前記タービン翼車の回転軸方向に離れるように傾斜する内周側壁面と、
前記第１基準線を開始位置として径方向外側に延び、前記ノズルベーンの回動軸線に直交する平面に平行な平面であり、前記内周側壁面の前記第１基準線上の縁部と比較して前記ノズルベーンから前記回転軸方向に離れて位置する外周側壁面と、を有しており、
前記第１基準線は、
前記ノズル流路の最大開度時における前記ノズルベーンの外周接触円よりも径方向内側に位置し、且つ、前記ノズル流路の最小開度時における前記ノズルベーンの内周接触円よりも径方向外側に位置し、且つ、前記連結ピンの設置座面の内周接触円よりも径方向内側に位置する、可変容量型過給機である。
以下、図面を参照しつつ本開示の実施形態について詳細に説明する。図１は、可変容量型過給機１の回転軸線Ｈを含む断面を取った断面図である。過給機１は、例えば、船舶や車両の内燃機関に適用されるものである。
図１に示されるように、過給機１は、タービン２とコンプレッサ３とを備えている。タービン２は、タービンハウジング４と、タービンハウジング４に収納されたタービン翼車６と、を備えている。タービンハウジング４は、タービン翼車６の周囲において周方向に延びるスクロール流路１６を有している。コンプレッサ３は、コンプレッサハウジング５と、コンプレッサハウジング５に収納されたコンプレッサ翼車７と、を備えている。コンプレッサハウジング５は、コンプレッサ翼車７の周囲において周方向に延びるスクロール流路１７を有している。
タービン翼車６は回転軸１４の一端に設けられており、コンプレッサ翼車７は回転軸１４の他端に設けられている。タービンハウジング４とコンプレッサハウジング５との間には、軸受ハウジング１３が設けられている。タービンハウジング４とコンプレッサハウジング５は、軸受ハウジング１３に対して、例えばねじ等で締結されている。回転軸１４は、軸受１５を介して軸受ハウジング１３に回転可能に支持されており、回転軸１４、タービン翼車６及びコンプレッサ翼車７が一体の回転体１２として回転軸線Ｈ周りに回転する。
タービンハウジング４には、排気ガス流入口（図示せず）及び排気ガス流出口１０が設けられている。内燃機関（図示せず）から排出された排気ガスが、排気ガス流入口を通じてタービンハウジング４内に流入し、スクロール流路１６を通じてタービン翼車６に流入し、タービン翼車６を回転させる。その後、排気ガスは、排気ガス流出口１０を通じてタービンハウジング４外に流出する。
コンプレッサハウジング５には、吸入口９及び吐出口（図示せず）が設けられている。上記のようにタービン翼車６が回転すると、回転軸１４を介してコンプレッサ翼車７が回転する。回転するコンプレッサ翼車７は、吸入口９を通じて外部の空気を吸入する。この空気が、コンプレッサ翼車７及びスクロール流路１７を通過して圧縮され吐出口から吐出される。吐出口から吐出された圧縮空気は、前述の内燃機関に供給される。
過給機１のタービン２について、更に説明する。以下の説明において、単に「軸方向」、「径方向」、「周方向」というときには、タービン翼車６の回転軸方向（回転軸線Ｈ方向）、回転径方向、及び回転周方向をそれぞれ意味するものとする。
過給機１のタービン２において、スクロール流路１６とタービン翼車６とを接続するノズル流路１９には、可動のノズルベーン２１が設けられている。図２にも示されるように、複数のノズルベーン２１が回転軸線Ｈを中心とする円周上に等間隔に配置されている。各々のノズルベーン２１は同期して回転軸線Ｈに平行な回動軸線Ｊ周りに回動する。複数のノズルベーン２１が上記のように回動することで、隣接するノズルベーン２１同士の隙間が拡縮しノズル流路１９の開度が調整される。
ノズルベーン２１を上記のように駆動するために、タービン２は可変ノズル機構部２０を備えている。可変ノズル機構部２０は、タービンハウジング４の内側に嵌め込まれており、タービンハウジング４と軸受ハウジング１３とで挟み込まれて固定されている。
可変ノズル機構部２０は、上記の複数のノズルベーン２１と、ノズルリング２３と、クリアランスコントロールプレート２７（以下「ＣＣプレート２７」と言う）と、を有している。ノズルベーン２１は、ノズルリング２３とＣＣプレート２７とによって、軸線方向に挟まれている。ノズルリング２３とＣＣプレート２７とは、それぞれ回転軸線Ｈを中心とするリング状を成しており、タービン翼車６を周方向に囲むように配置されている。ノズルリング２３はノズルベーン２１から見てコンプレッサ３側に位置する。ＣＣプレート２７はノズルベーン２１から見てコンプレッサ３とは反対側に位置する。
ノズルリング２３とＣＣプレート２７とで軸方向に挟まれた領域が前述のノズル流路１９を構成する。すなわち、ノズルリング２３の一表面によってノズル流路１９の一つの流路壁面２４が形成されている。そして、流路壁面２４に対面するＣＣプレート２７の一表面によってノズル流路１９の他の流路壁面２８が形成されている。
図２及び図３に示されるように、ノズルベーン２１は、ノズルリング２３側に延びるベーン回動軸２１ａと、ＣＣプレート２７の流路壁面２８に対面するベーン端面２２とを有している。ベーン端面２２は、ベーン回動軸２１ａの延在方向に直交する平面をなす。図３に示されるように、ノズルリング２３には、ノズルベーン２１と同数の軸受孔２３ａが設けられている。軸受孔２３ａには、各ノズルベーン２１のベーン回動軸２１ａが回転可能に挿通され、ノズルリング２３は各ノズルベーン２１を片持ちで軸支している。各ベーン回動軸２１ａはノズルリング２３に貫通されている。そして、各ベーン回動軸２１ａの端部がノズルリング２３の裏面側で駆動機構に接続されている。この駆動機構を介して、アクチュエータ（図示せず）からの駆動力が各ベーン回動軸２１ａに伝達される。上記駆動力によって、各ノズルベーン２１がベーン回動軸２１ａを中心として回動軸線Ｊ周りに回動する。
ノズルリング２３とＣＣプレート２７とは軸方向に延びる複数の連結ピン２９で連結されている。連結ピン２９には、当該連結ピン２９の軸に直交する２つの鍔部３１，３３が設けられている。鍔部３１が流路壁面２４に当接し、鍔部３３が流路壁面２８に当接することで、ノズルリング２３とＣＣプレート２７とがそれぞれ位置決めされる。鍔部３１，３３の間の寸法が高精度に作製されることで、ノズル流路１９の軸線方向の寸法精度が確保されている。連結ピン２９は、ノズルベーン２１の回動に干渉しない位置に設置される。
ＣＣプレート２７の流路壁面２８は、第１基準線４１と第２基準線４２とを境界線として径方向に分割される３つの領域に分けられる。第１基準線４１と第２基準線４２とは、共に、回転軸線Ｈを中心とする円をなす。そして、第２基準線４２は第１基準線４１よりも径方向外側に位置する。
上記の３つの領域を内周側から順に、内周領域３７、中間領域３８、外周領域３９と呼ぶ。内周領域３７は、第１基準線４１からＣＣプレート２７の内周縁２７ａまでの円環状の領域である。中間領域３８は、第１基準線４１から第２基準線４２までの円環状の領域である。外周領域３９は、第２基準線４２からＣＣプレート２７の外周縁２７ｂまでの円環状の領域である。流路壁面２８のうち、内周領域３７の部分を内周側壁面４７、中間領域３８の部分を中間壁面４８、外周領域３９の部分を外周側壁面４９、と呼ぶ。
内周側壁面４７は、第１基準線４１を開始位置として径方向内側に延びている。そして、内周側壁面４７は、径方向内側に向かうほどノズルベーン２１のベーン端面２２から軸方向に離れるように傾斜する傾斜面をなしている。図３に示される断面上において内周側壁面４７は直線をなしている。
外周側壁面４９は、第２基準線４２を開始位置として径方向外側に延びている。そして、外周側壁面４９は、ノズルベーン２１の回動軸線Ｊに直交する平面に平行な平面である。外周側壁面４９は、内周側壁面４７の第１基準線４１上の縁部４７ｂに比較して、ベーン端面２２から軸方向に離れて位置している。
中間壁面４８は、回動軸線Ｊに直交する平面に平行な平面であり、第１基準線４１上で内周側壁面４７と交差している。中間壁面４８は、内周側壁面４７の第１基準線４１上の縁部４７ｂと比較して、同じ距離だけベーン端面２２から軸方向に離れて位置している。中間壁面４８に比較して、外周側壁面４９は、ベーン端面２２から軸方向に離れている。従って、第２基準線４２上には、外周側壁面４９と中間壁面４８との間の段差部５１が存在している。
図４を参照しながら、第１基準線４１及び第２基準線４２の径方向位置について説明する。図４は、ノズルベーン２１、連結ピン２９及びＣＣプレート２７の位置関係を模式的に示す図である。図４に示された第１基準線４１及び第２基準線４２は一例であり、第１基準線４１及び第２基準線４２の径方向位置は、図４のものには限定されない。
図４中のノズルベーン２１Ｓは、ノズル流路１９が最小開度であるときのノズルベーン２１を示す。図４中のノズルベーン２１Ｔは、ノズル流路１９が最大開度であるときのノズルベーン２１を示す。ノズル流路１９が最小開度であるとき、周方向に対してノズルベーン２１の長手方向がなす角度は最も小さくなり、隣接するノズルベーン２１同士の最小隙間（ノズルスロート）が最も狭くなる。ノズル流路１９が最大開度であるとき、周方向に対してノズルベーン２１の長手方向がなす角度は最も大きくなり、隣接するノズルベーン２１同士の最小隙間（ノズルスロート）が最も広くなる。図４中の２９’は、複数存在する連結ピン２９のうち最も径方向内側に設置される連結ピン２９の設置座面を示す。この設置座面２９’には、連結ピン２９の鍔部３３が当接する。
図４中のラインＱ１は、設置座面２９’の内周接触円を示す。すなわちラインＱ１は、回転軸線Ｈを中心とし設置座面２９’に内接する内接円を示す。
図４中のラインＱ２は、ノズルベーン２１Ｔの外周接触円を示す。すなわちラインＱ２は、すべてのノズルベーン２１Ｔに外接する外接円を示す。
図４中のラインＱ３は、ノズルベーン２１Ｔの内周接触円を示す。すなわちラインＱ３は、すべてのノズルベーン２１Ｔに内接する内接円を示す。
図４中のラインＱ４は、ノズルベーン２１Ｓの外周接触円を示す。すなわちラインＱ４は、すべてのノズルベーン２１Ｓに外接する外接円を示す。
図４中のラインＱ５は、ノズルベーン２１Ｓの内周接触円を示す。すなわちラインＱ５は、すべてのノズルベーン２１Ｓに内接する内接円を示す。
図４中のラインＱ６は、ベーン回動軸２１ａの外周接触円を示す。すなわちラインＱ６は、すべてのベーン回動軸２１ａに外接する外接円を示す。
図４中のラインＱ７は、すべてのノズルベーン２１の回動軸線Ｊを通る円を示す。
なお、図４の例ではラインＱ１がラインＱ２よりも径方向外側に位置するが、ラインＱ１がラインＱ２よりも径方向内側に位置する場合もあり得る。ラインＱ１～ラインＱ７は、回転軸線Ｈを中心とする同心円である。また、ラインＱ１～ラインＱ７は、すべて当該回転軸線Ｈに直交する平面内で延在する。
図４中のラインＱ２は、ノズルベーン２１Ｔの外周接触円を示す。すなわちラインＱ２は、すべてのノズルベーン２１Ｔに外接する外接円を示す。
図４中のラインＱ３は、ノズルベーン２１Ｔの内周接触円を示す。すなわちラインＱ３は、すべてのノズルベーン２１Ｔに内接する内接円を示す。
図４中のラインＱ４は、ノズルベーン２１Ｓの外周接触円を示す。すなわちラインＱ４は、すべてのノズルベーン２１Ｓに外接する外接円を示す。
図４中のラインＱ５は、ノズルベーン２１Ｓの内周接触円を示す。すなわちラインＱ５は、すべてのノズルベーン２１Ｓに内接する内接円を示す。
図４中のラインＱ６は、ベーン回動軸２１ａの外周接触円を示す。すなわちラインＱ６は、すべてのベーン回動軸２１ａに外接する外接円を示す。
図４中のラインＱ７は、すべてのノズルベーン２１の回動軸線Ｊを通る円を示す。
なお、図４の例ではラインＱ１がラインＱ２よりも径方向外側に位置するが、ラインＱ１がラインＱ２よりも径方向内側に位置する場合もあり得る。ラインＱ１～ラインＱ７は、回転軸線Ｈを中心とする同心円である。また、ラインＱ１～ラインＱ７は、すべて当該回転軸線Ｈに直交する平面内で延在する。
本実施形態の過給機１においては、次の条件Ｃ１～Ｃ４がすべて満足されるように、第１基準線４１及び第２基準線４２の径方向位置が設定される。
条件Ｃ１：第１基準線４１はラインＱ３よりも径方向外側に位置する。
条件Ｃ２：第２基準線４２はラインＱ２よりも径方向内側に位置する。
条件Ｃ３：第２基準線４２はラインＱ５よりも径方向外側に位置する。
条件Ｃ４：第２基準線４２はラインＱ１よりも径方向内側に位置する。
条件Ｃ１：第１基準線４１はラインＱ３よりも径方向外側に位置する。
条件Ｃ２：第２基準線４２はラインＱ２よりも径方向内側に位置する。
条件Ｃ３：第２基準線４２はラインＱ５よりも径方向外側に位置する。
条件Ｃ４：第２基準線４２はラインＱ１よりも径方向内側に位置する。
以上説明した過給機１による作用効果について説明する。
条件Ｃ１が満足されることにより、ノズル流路１９が最大開度であるとき、図３に例示されるように、ベーン端面２２の径方向内側の端部２２ａは内周側壁面４７に対面する位置にある。そして、ベーン端面２２が中間壁面４８に当接する場合にも、内周側壁面４７は傾斜面であるので、端部２２ａと内周側壁面４７との間には軸方向の隙間ができる。
同様に、条件Ｃ２が満足されることにより、ノズル流路１９が最大開度であるとき、図３に例示されるように、ベーン端面２２の径方向外側の端部２２ｂは外周側壁面４９に対面する位置にある。そして、外周側壁面４９は縁部４７ｂに比較してベーン端面２２から軸方向に離れて位置するので、ベーン端面２２が中間壁面４８に当接する場合にも、端部２２ｂと外周側壁面４９との間には軸方向の隙間ができる。
以上のように、条件Ｃ１，Ｃ２が満足されることによって、ノズル流路１９が最大開度であるときに、ベーン端面２２の端部２２ａ，２２ｂと流路壁面２８との間に僅かに軸方向の隙間ができる。従って、ベーン端面２２の端部２２ａ，２２ｂと流路壁面２８との摩擦によってノズルベーン２１の回動が阻害される、といった不具合の可能性が低減され、ノズルベーン２１の円滑な動作が確保される。
また、仮に条件Ｃ３が満足されない場合には、ノズル流路１９が最小開度であるときに、ベーン端面２２の端部２２ａが、段差部５１よりも径方向外側に移動してしまう。そうすると、ベーン端面２２の端部２２ａが段差部５１に引っ掛かり、ノズルベーン２１の円滑な回動機能が失われてしまう。従って、条件Ｃ３が満足されることにより、上記のような問題が回避される。
また、条件Ｃ４が満足されることにより、連結ピン２９の鍔部３３は外周側壁面４９上に設置されることになる。仮に、外周側壁面４９が内周側壁面４７と同様の傾斜面であれば、連結ピン２９の軸に直交する鍔部３３を設置するために、外周側壁面４９の座繰り加工等によって連結ピン２９の設置座面を形成する必要がある。これに対し、外周側壁面４９は回動軸線Ｊに直交する平面に平行であるので、上記のような加工を行わずに、外周側壁面４９上に鍔部３３を設置することができる。よって、過給機１の製造時における作業の増加が抑えられ、ひいては、製造コストの増加が抑えられる。
また、内周側壁面４７と中間壁面４８とは、第１基準線４１上で段差無しで繋がっている。従って、内周側壁面４７と中間壁面４８との間に段差が存在する場合に比較すれば、中間壁面４８から内周側壁面４７に向かうガスの流れの剥離の可能性が低減される。一方、外周側壁面４９と中間壁面４８との間には段差部５１が存在するので、ガスの流れの剥離が発生する可能性は比較的高くなる。しかしながら、外周側壁面４９は内周側壁面４７に比べてガスの上流側でありガスの流速が遅いため、剥離が発生したとしてもタービン２の性能低下は比較的小さい。
以上のように、過給機１によれば、ノズルベーン２１の円滑な回動を確保する構造において、タービン２の性能低下の抑制と、製造時の作業の増加の抑制と、を両立することができる。
なお、上記と同様の作用効果が得られる形態としては、例えば図５（ａ）～図５（ｃ）に示されるように、第１基準線４１と第２基準線４２とが一致し、中間領域３８及び中間壁面４８が存在しないものであってもよい。図５（ａ）～図５（ｃ）の形態においては、条件Ｃ１～Ｃ４がすべて満足されている。第１基準線４１と第２基準線４２とが一致するとの条件下で条件Ｃ１～Ｃ４を整理すれば、一致した第１基準線４１及び第２基準線４２は、ラインＱ２よりも径方向内側に位置し、ラインＱ５よりも径方向外側に位置し、且つラインＱ１よりも径方向内側に位置することになる。
図５（ａ）は、第１基準線４１と第２基準線４２とが、ベーン回動軸２１ａよりも径方向内側の位置で一致した形態である。この場合、中間領域３８及び中間壁面４８が存在せず、内周側壁面４７と外周側壁面４９との間に段差部５２が存在している。図５（ｂ）に示されるように、第１基準線４１と第２基準線４２とが、ベーン回動軸２１ａよりも径方向外側の位置で一致してもよい。また、図５（ｃ）に示されるように、第１基準線４１と第２基準線４２とが、ベーン回動軸２１ａ上の位置で一致してもよい。図５（ａ）～図５（ｃ）のような形態においても、前述と同様の作用効果が得られる。
本実施形態の過給機１においては、更に次の条件Ｃ５及び条件Ｃ６が満足されてもよい。
条件Ｃ５：第１基準線４１はラインＱ７よりも径方向内側に位置する。
条件Ｃ６：第２基準線４２はラインＱ６よりも径方向外側に位置する。
条件Ｃ５：第１基準線４１はラインＱ７よりも径方向内側に位置する。
条件Ｃ６：第２基準線４２はラインＱ６よりも径方向外側に位置する。
条件Ｃ５及び条件Ｃ６が更に満足される場合の作用効果について説明する。条件Ｃ５及び条件Ｃ６が満足される場合には、ベーン端面２２のうち少なくともベーン回動軸２１ａに対応する箇所の一部が中間壁面４８に対面する。中間壁面４８に対面する部分においては、ベーン端面２２と流路壁面２８との隙間は小さく、当該隙間から漏れるガスが低減されるので、タービン２の性能低下が抑えられる。
また、可変ノズル機構部２０の組立て手順の一例として、次のような手順が採用され得る。ノズルリング２３の各軸受孔２３ａに各ノズルベーン２１のベーン回動軸２１ａを挿入し、ノズルリング２３とＣＣプレート２７とを連結ピン２９で連結する。その後、ノズルリング２３の裏面側において各ベーン回動軸２１ａの端部に駆動機構の一部品をカシメで接合させる。このとき、条件Ｃ５及び条件Ｃ６が満足されれば、ベーン端面２２のうち少なくともベーン回動軸２１ａに対応する箇所の一部が中間壁面４８に対面する。そうすると、当該箇所を中間壁面４８に当接させることで、ノズルベーン２１を安定させた状態で上記カシメ処理を実行することができ、作業性がよい。このように、可変ノズル機構部２０の上記のような組立て手順が採用される場合には、条件Ｃ５及び条件Ｃ６が満足されることにより、作業性が良くなる。
本実施形態の過給機１においては、更に次の条件Ｃ７及び条件Ｃ８が満足されてもよい。
条件Ｃ７：第１基準線４１はラインＱ５よりも径方向内側に位置する。
条件Ｃ８：第２基準線４２はラインＱ４よりも径方向外側に位置する。
条件Ｃ７：第１基準線４１はラインＱ５よりも径方向内側に位置する。
条件Ｃ８：第２基準線４２はラインＱ４よりも径方向外側に位置する。
条件Ｃ７及び条件Ｃ８が満足される場合には、ノズル流路１９が最小開度であるとき、ベーン端面２２の全体が中間壁面４８に対面する。そうすると、ノズルベーン２１と流路壁面２８との隙間は小さく、当該隙間から漏れるガスが低減される。その結果、ノズル流路１９の最小開度時におけるタービン２の性能低下が抑えられる。ノズル流路１９が最小開度である場合にはガスの流速が速いため、ノズルベーン２１と流路壁面２８との隙間から漏れるガスがタービン２の性能に及ぼす影響が大きい。このため、ノズル流路１９が最小開度である場合において、ノズルベーン２１と流路壁面２８との隙間を小さくすることが特に有効である。
なお、上記の条件Ｃ１～Ｃ８がすべて満たされる場合には、図４に例示されるように、第１基準線４１はラインＱ３とラインＱ５との間に位置し、且つ、第２基準線４２は、ラインＱ１，ラインＱ２のうちより径方向内側に位置する方と、ラインＱ４と、の間に位置することになる。
本開示は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、変形例を構成することも可能である。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。
実施形態では、ノズルリング２３で片持ち支持されたノズルベーン２１が採用されているが、ノズルリング２３及びＣＣプレート２７で両持ち支持されるノズルベーンが採用される場合にも、本開示が適用され得る。
実施形態では、前述のような内周側壁面４７、中間壁面４８及び外周側壁面４９が流路壁面２８に形成されているが、内周側壁面４７、中間壁面４８及び外周側壁面４９が流路壁面２４に形成されてもよい。また、内周側壁面４７、中間壁面４８及び外周側壁面４９が、流路壁面２４及び流路壁面２８の両方に形成されてもよい。
なお、この種の過給機１においては、ノズル流路１９とノズルリング２３の裏面側との圧力バランスによって、ノズルベーン２１が流路壁面２８側に向けて押される場合がある。このような圧力バランスの場合には、ベーン端面２２が流路壁面２８に押し付けられるので、ベーン端面２２と流路壁面２８との摩擦が問題になり易い。このため、上記のような圧力バランスの場合には、内周側壁面４７、中間壁面４８及び外周側壁面４９が、流路壁面２８に存在することが好ましい。これに対し、ノズルベーン２１が流路壁面２４に向けて押し付けられるような圧力バランスの場合には、同様の理由により、上記の内周側壁面４７、中間壁面４８及び外周側壁面４９が、流路壁面２４に存在することが好ましい。
また、実施形態ではノズルベーン２１が周方向に等間隔（等ピッチ）で配置されているが、ノズルベーン２１は不等ピッチで配置されるものであってもよい。また、実施形態の連結ピン２９は鍔部３１，３３を有するものであったが鍔部は省略されてもよい。この場合、連結ピン２９は、流路壁面２４，２８同士の間で軸方向に延びる大径の円柱部分と、当該大径の円柱部分の両端面からそれぞれ軸方向に延びる小径の円柱部分と、を有する。そして、上記の小径の円柱部分が、それぞれノズルリング２３とＣＣプレート２７とに挿通される。そして、流路壁面２８の設置座面２９’には、連結ピン２９の大径の円柱部分の端面の周縁部が当接する。
１ 可変容量型過給機
２ タービン
６ タービン翼車
１６ スクロール流路
１９ ノズル流路
２１ ノズルベーン
２１Ｓ ノズルベーン（ノズル流路の最小開度時におけるノズルベーン）
２１Ｔ ノズルベーン（ノズル流路の最大開度時におけるノズルベーン）
２４ 流路壁面
２８ 流路壁面
２９ 連結ピン
２９’ 設置座面
４１ 第１基準線
４２ 第２基準線
４７ 内周側壁面
４７ｂ 縁部
４８ 中間壁面
４９ 外周側壁面
Ｊ 回動軸線
Ｑ１ ライン（連結ピンの設置座面の内周接触円）
Ｑ２ ライン（ノズル流路の最大開度時におけるノズルベーンの外周接触円）
Ｑ３ ライン（ノズル流路の最大開度時におけるノズルベーンの内周接触円）
Ｑ４ ライン（ノズル流路の最小開度時におけるノズルベーンの外周接触円）
Ｑ５ ライン（ノズル流路の最小開度時におけるノズルベーンの内周接触円）
Ｑ６ ライン（ベーン回動軸の外周接触円）
Ｑ７ ライン（ノズルベーンの回動軸線を通る円）
２ タービン
６ タービン翼車
１６ スクロール流路
１９ ノズル流路
２１ ノズルベーン
２１Ｓ ノズルベーン（ノズル流路の最小開度時におけるノズルベーン）
２１Ｔ ノズルベーン（ノズル流路の最大開度時におけるノズルベーン）
２４ 流路壁面
２８ 流路壁面
２９ 連結ピン
２９’ 設置座面
４１ 第１基準線
４２ 第２基準線
４７ 内周側壁面
４７ｂ 縁部
４８ 中間壁面
４９ 外周側壁面
Ｊ 回動軸線
Ｑ１ ライン（連結ピンの設置座面の内周接触円）
Ｑ２ ライン（ノズル流路の最大開度時におけるノズルベーンの外周接触円）
Ｑ３ ライン（ノズル流路の最大開度時におけるノズルベーンの内周接触円）
Ｑ４ ライン（ノズル流路の最小開度時におけるノズルベーンの外周接触円）
Ｑ５ ライン（ノズル流路の最小開度時におけるノズルベーンの内周接触円）
Ｑ６ ライン（ベーン回動軸の外周接触円）
Ｑ７ ライン（ノズルベーンの回動軸線を通る円）
Claims (12)
- スクロール流路からタービン翼車へ向かうガスを通過させるノズル流路と、
前記ノズル流路を形成する流路壁面同士を連結する連結ピンと、
前記タービン翼車の回転周方向に配列され、前記ノズル流路内で回動して前記ノズル流路の開度を調整する複数のノズルベーンと、を備え、
前記流路壁面のうちの少なくとも一方は、
前記回転周方向に延びる第１基準線を開始位置として径方向内側に延び、径方向内側に向かうほど前記ノズルベーンから前記タービン翼車の回転軸方向に離れるように傾斜する内周側壁面と、
前記第１基準線よりも径方向外側で前記回転周方向に延びる第２基準線を開始位置として径方向外側に延び、前記ノズルベーンの回動軸線に直交する平面に平行な平面であり、前記内周側壁面の前記第１基準線上の縁部と比較して前記ノズルベーンから前記回転軸方向に離れて位置する外周側壁面と、
前記第１基準線から前記第２基準線まで延び前記ノズルベーンの回動軸線に直交する平面に平行な平面であり、前記第１基準線上で前記内周側壁面と交差する中間壁面と、を有しており、
前記第１基準線は、
前記ノズル流路の最大開度時における前記ノズルベーンの内周接触円よりも径方向外側に位置し、
前記第２基準線は、
前記ノズル流路の最大開度時における前記ノズルベーンの外周接触円よりも径方向内側に位置し、且つ、前記ノズル流路の最小開度時における前記ノズルベーンの内周接触円よりも径方向外側に位置し、且つ、前記連結ピンの設置座面の内周接触円よりも径方向内側に位置する、可変容量型過給機。 - 前記第１基準線は、
前記ノズルベーンの前記回動軸線を通る円よりも径方向内側に位置し、
前記第２基準線は、
前記ノズルベーンの回動軸の外周接触円よりも径方向外側に位置する、請求項１に記載の可変容量型過給機。 - 前記第１基準線は、
前記ノズル流路の最小開度時における前記ノズルベーンの内周接触円よりも径方向内側に位置し、
前記第２基準線は、
前記ノズル流路の最小開度時における前記ノズルベーンの外周接触円よりも径方向外側に位置する、請求項２に記載の可変容量型過給機。 - 前記連結ピンは、前記設置座面を含むとともに、前記外周側壁面に対して平行になるように延在する鍔部を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の可変容量型過給機。
- 前記設置座面は、前記外周側壁面に接触する、請求項４に記載の可変容量型過給機。
- 前記外周側壁面と前記中間壁面との間に位置する段差部は、前記第２基準線上に位置する、請求項１～５のいずれか一項に記載の可変容量型過給機。
- 前記中間壁面は、前記回転軸方向において、前記外周側壁面よりも前記ノズルベーンの近くに位置する、請求項１～６のいずれか一項に記載の可変容量型過給機。
- スクロール流路からタービン翼車へ向かうガスを通過させるノズル流路と、
前記ノズル流路を形成する流路壁面同士を連結する連結ピンと、
前記タービン翼車の回転周方向に配列され、前記ノズル流路内で回動して前記ノズル流路の開度を調整する複数のノズルベーンと、を備え、
前記流路壁面のうちの少なくとも一方は、
前記回転周方向に延びる第１基準線を開始位置として径方向内側に延び、径方向内側に向かうほど前記ノズルベーンから前記タービン翼車の回転軸方向に離れるように傾斜する内周側壁面と、
前記第１基準線を開始位置として径方向外側に延び、前記ノズルベーンの回動軸線に直交する平面に平行な平面であり、前記内周側壁面の前記第１基準線上の縁部と比較して前記ノズルベーンから前記回転軸方向に離れて位置する外周側壁面と、を有しており、
前記第１基準線は、
前記ノズル流路の最大開度時における前記ノズルベーンの外周接触円よりも径方向内側に位置し、且つ、前記ノズル流路の最小開度時における前記ノズルベーンの内周接触円よりも径方向外側に位置し、且つ、前記連結ピンの設置座面の内周接触円よりも径方向内側に位置する、可変容量型過給機。 - 前記第１基準線は、前記ノズルベーンの前記回転軸よりも径方向内側に位置する、請求項８に記載の可変容量型過給機。
- 前記第１基準線は、前記ノズルベーンの前記回転軸よりも径方向外側に位置する、請求項８に記載の可変容量型過給機。
- 前記連結ピンは、前記設置座面を含むとともに、前記外周側壁面に対して平行になるように延在する鍔部を有する、請求項８～１０のいずれか一項に記載の可変容量型過給機。
- 前記設置座面は、前記外周側壁面に接触する、請求項１１に記載の可変容量型過給機。
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