WO2020158406A1 - 可変ノズルユニット - Google Patents

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WO2020158406A1
WO2020158406A1 PCT/JP2020/001212 JP2020001212W WO2020158406A1 WO 2020158406 A1 WO2020158406 A1 WO 2020158406A1 JP 2020001212 W JP2020001212 W JP 2020001212W WO 2020158406 A1 WO2020158406 A1 WO 2020158406A1
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WO
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plate
vane
unison ring
arm
flow passage
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/001212
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English (en)
French (fr)
Inventor
樹杉剛
Original Assignee
株式会社豊田自動織機
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Publication date
Application filed by 株式会社豊田自動織機 filed Critical 株式会社豊田自動織機
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Priority to DE112020000651.4T priority patent/DE112020000651T5/de
Priority to US17/426,383 priority patent/US11434818B2/en
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/12Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/165Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for radial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially parallel to the rotor centre line
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/24Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/40Application in turbochargers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/50Building or constructing in particular ways
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • This disclosure relates to variable nozzle units.
  • Patent Document 1 discloses a side plate, a main plate, a plurality of nozzle pins, a plurality of nozzle vanes, a plurality of arms, and a unison ring.
  • a variable nozzle unit including a stopper is disclosed.
  • the side plate and the main plate are each formed in an annular shape.
  • An exhaust flow path for exhaust gas is formed between the side plate and the main plate.
  • Each nozzle pin is held by each plate so as to be rotatable relative to the side plate and the main plate.
  • Each nozzle vane is a member that changes the size of the flow passage area of the exhaust flow passage, and is fixed to the nozzle pin so as to rotate with the nozzle pin around the central axis of each nozzle pin.
  • Each arm is connected to the nozzle pin outside the exhaust flow path, and rotates each nozzle pin around its central axis.
  • the inner peripheral surface of the unison ring is formed with a recess that engages with the end of each arm. Therefore, when the unison ring rotates, all the arms simultaneously rotate around the nozzle pin. As a result, the posture of each nozzle vane is changed, so that the size of the flow passage area of the exhaust flow passage is changed.
  • a cutout portion is formed on the inner peripheral surface of the unison ring, and a stopper is provided in the cutout portion.
  • the stopper is a member that is fixed to the main plate and that regulates the rotation angle of the unison ring. Specifically, the stopper abuts the inner surface of the cutout portion at the position where each nozzle vane maximizes and minimizes the flow passage area of the exhaust flow passage.
  • variable nozzle unit a dedicated component (stopper) for regulating the rotation angle of the unison ring is required, and a process of assembling the dedicated component also occurs.
  • An object of the present disclosure is to provide a variable nozzle unit capable of omitting a dedicated component for regulating the rotation angle range of the unison ring.
  • the variable nozzle unit is a variable nozzle unit that adjusts the size of the exhaust passage of the turbocharger.
  • the variable nozzle unit is a circular plate-shaped first plate and a circular plate-shaped second plate that is arranged at a position facing the first plate.
  • a second plate that forms the exhaust flow path between the second plate and a plurality of nozzle vanes, each of which has a rotating shaft portion and a vane, wherein the rotating shaft portion includes the first plate and the second plate.
  • a protrusion that is held by the first plate and the second plate so as to be rotatable relative to the plate, and that projects from the second plate along a direction from the first plate to the second plate.
  • the vane is disposed between the first plate and the second plate and is connected to the rotary shaft portion so as to rotate together with the rotary shaft portion around a central axis of the rotary shaft portion.
  • a plurality of nozzle vanes capable of changing the size of the flow passage area of the exhaust flow passage, and connected to the protrusions of each of the rotary shaft portions, and each of the rotary shaft portions around the central axis thereof.
  • the plurality of vane arms to be rotated and the second plate are supported by the second plate so as to be relatively rotatable with respect to the second plate around the central axis of the second plate, and in accordance with the relative rotation with respect to the second plate.
  • the unison ring that rotates each vane arm of the plurality of vane arms around each of the rotation shaft portions.
  • the unison ring has a plurality of arm holding portions arranged along the circumferential direction of the unison ring and holding each of the vane arms.
  • Each of the vane arms has an engaging portion that engages with the arm holding portion.
  • the plurality of vane arms include at least one extension arm.
  • the extension arm has an extension portion having a shape extending from the engagement portion toward the second plate.
  • the second plate has a receiving portion that receives the extension portion.
  • the receiving portion has a contact wall that abuts the extension portion at a position where each nozzle vane of the plurality of nozzle vanes maximizes and minimizes the flow passage area of the exhaust passage.
  • the plurality of vane arms include an extension arm having an extension portion
  • the second plate has a receiving portion
  • the extension portion comes into contact with the contact wall of the receiving portion, whereby each nozzle vane is exhausted.
  • the rotation angle range of the unison ring is regulated so as to rotate between the position where the flow passage area is the maximum and the position where the flow passage area is the minimum. Therefore, the rotation angle range of the unison ring can be regulated by the vane arm and the second plate without using a dedicated part for regulating the rotation angle range of the unison ring as in the conventional case.
  • each arm holding portion of the plurality of arm holding portions has a shape that is recessed from the outer edge portion of the unison ring toward the inner side in the radial direction of the unison ring, each vane arm, A connecting portion connected to the protrusion, the second plate, and the unison ring are arranged outside the unison ring in a direction in which the second plate and the unison ring overlap with each other, and connect the connecting portion and the engaging portion. And may further be included. In this case, it is preferable that a gap be formed between the connecting portion and the unison ring.
  • the engaging portion is separated from the second plate.
  • variable nozzle unit capable of omitting a dedicated component for regulating the rotation angle range of the unison ring.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a turbocharger including a variable nozzle unit according to an embodiment of the present disclosure. It is a perspective view of the variable nozzle unit shown in FIG. It is a perspective view of the variable nozzle unit shown in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view of the variable nozzle unit shown in FIG. 1.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line VV in FIG. 4.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG. 4.
  • FIG. 1 is a sectional view schematically showing a configuration of a turbocharger including a variable nozzle unit according to an embodiment of the present disclosure.
  • the turbocharger 1 includes a compressor wheel 10, a compressor housing 12, a turbine wheel 20, a turbine housing 22, a shaft 30, a bearing 31, a bearing housing 32, and a variable nozzle unit 100. And a biasing member 200.
  • the turbocharger 1 is mounted on a vehicle such as an automobile.
  • the compressor wheel 10 compresses gas such as the atmosphere.
  • the compressor housing 12 houses the compressor wheel 10.
  • the turbine wheel 20 is rotationally driven by the exhaust gas discharged from the engine (not shown).
  • the turbine housing 22 houses the turbine wheel 20.
  • the shaft 30 connects the compressor wheel 10 and the turbine wheel 20. Therefore, the rotational driving force of the turbine wheel 20 is transmitted to the compressor wheel 10.
  • the bearing 31 receives the shaft 30.
  • the bearing housing 32 houses the shaft 30 and the bearing 31.
  • the bearing housing 32 is arranged between the compressor housing 12 and the turbine housing 22.
  • the variable nozzle unit 100 is arranged inside the turbine housing 22.
  • the variable nozzle unit 100 can adjust the size of the flow passage area of the exhaust flow passage of the exhaust gas.
  • 2 and 3 are perspective views of the variable nozzle unit shown in FIG.
  • FIG. 4 is a plan view of the variable nozzle unit shown in FIG.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line VV in FIG.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG.
  • the variable nozzle unit 100 includes a first plate 110, a second plate 120, a plurality of spacers 130, a plurality of nozzle vanes 140, a plurality of vane arms 160, and a unison ring 170. And a plurality of (in this embodiment, five) sliders 180.
  • the first plate 110 is formed in an annular shape.
  • the first plate 110 is arranged in the turbine housing 22 in a posture in which the center thereof coincides with the central axis of the shaft 30.
  • the shroud 112 is integrally provided on the first plate 110.
  • the shroud 112 may be composed of a member different from the first plate 110.
  • the second plate 120 is formed in an annular shape.
  • the second plate 120 is arranged at a position closer to the bearing housing 32 than the first plate 110 and at a position facing the first plate 110.
  • the second plate 120 is arranged in the turbine housing 22 in such a manner that its center coincides with the central axis of the shaft 30.
  • the second plate 120 forms an exhaust flow path between the first plate 110 and the second plate 120.
  • Each spacer 130 is a member that defines the distance between the first plate 110 and the second plate 120. Each spacer 130 is arranged between the first plate 110 and the second plate 120. As shown in FIG. 1, one end of each spacer 130 in the direction in which the first plate 110 and the second plate 120 face each other is connected to the first plate 110, and the other end of each spacer 130 in the same direction. The part is connected to the second plate 120.
  • Each nozzle vane 140 has a rotating shaft portion 142 and a vane 144.
  • Each rotation shaft portion 142 is held by the first plate 110 and the second plate 120 so as to be rotatable relative to the first plate 110 and the second plate 120.
  • the plurality of rotation shaft portions 142 are arranged at intervals along the circumferential direction of the first plate 110.
  • each rotary shaft portion 142 is a protrusion that protrudes from the second plate 120 along the direction from the first plate 110 to the second plate 120 (upward in FIGS. 5 and 6 ). It has a section 143.
  • Each vane 144 is arranged between the first plate 110 and the second plate 120. Each vane 144 can change its posture so as to change the size of the flow passage area of the exhaust flow passage. Specifically, each vane 144 is connected to the rotary shaft portion 142 so as to rotate with the rotary shaft portion 142 around the central axis of each rotary shaft portion 142.
  • Each vane arm 160 is connected (for example, welded) to each protrusion 143. Each vane arm 160 rotates each rotating shaft portion 142 around its central axis. As shown in FIGS. 2 to 5, each vane arm 160 has a connecting portion 163, an engaging portion 164, and a connecting portion 165.
  • connection part 163 is a part connected to the protrusion 143.
  • the connection portion 163 is formed in an annular shape surrounding the protrusion 143.
  • the boundary between the connecting portion 163 and the protrusion 143 is welded, for example.
  • the engagement portion 164 is a portion that engages with the unison ring 170.
  • the connecting portion 165 is a portion that connects the connecting portion 163 and the engaging portion 164.
  • the connecting portion 165 has a shape extending outward from the connecting portion 163 in the radial direction of the rotating shaft portion 142.
  • the engaging portion 164 is connected to the connecting portion 165 so as to extend from the outer end portion of the connecting portion 165 toward the second plate 120. As shown in FIG. 5, a gap G1 is formed between the engaging portion 164 and the second plate 120.
  • the unison ring 170 is a member that rotates all the vane arms 160 around the respective rotary shaft portions 142 at the same time.
  • the unison ring 170 is supported by the second plate 120 so as to be rotatable relative to the second plate 120 about the central axis of the second plate 120.
  • the unison ring 170 is arranged between the second plate 120 and the connecting portion 165 in the direction in which the first plate 110 and the second plate 120 are lined up.
  • the connecting portion 165 is arranged outside the unison ring 170 (the upper side in FIGS. 5 and 6) in the direction in which the second plate 120 and the unison ring 170 overlap each other. As shown in FIG.
  • a gap G2 is formed between the connecting portion 165 and the unison ring 170.
  • each vane arm 160 is engaged with the unison ring 170. Therefore, as the unison ring 170 rotates relative to the second plate 120, the vane arms 160 and the rotary shaft portion 142 integrally rotate around the rotation center axis of the rotary shaft portion 142. As a result, the attitude of each vane 144 is changed, so that the size of the flow passage area of the exhaust flow passage is changed.
  • the unison ring 170 has a plurality of arm holding portions 172 and a crank lever holding portion 174.
  • Each arm holding portion 172 holds the engaging portion 164 of each vane arm 160.
  • the arm holding portions 172 are arranged side by side along the circumferential direction of the unison ring 170.
  • Each arm holding portion 172 has a shape that is recessed from the outer edge portion of the unison ring 170 toward the inner side in the radial direction of the unison ring 170.
  • each arm holding portion 172 may be formed in a shape that is recessed from the inner peripheral portion of the unison ring 170 toward the outer side in the radial direction of the unison ring 170.
  • the crank lever holding portion 174 holds a crank lever (not shown) that rotates the unison ring 170 around its central axis.
  • the crank lever holding portion 174 is provided between the arm holding portions 172 that are adjacent to each other on the outer edge portion of the unison ring 170.
  • the crank lever holding portion 174 has a shape that is recessed from the outer edge portion of the unison ring 170 toward the inner side in the radial direction of the unison ring 170.
  • Each slider 180 is connected to a portion of the second plate 120 spaced from each other along the circumferential direction of the second plate 120, and has a shape protruding from the second plate 120 toward the bearing housing 32. doing.
  • Each slider 180 is connected to the second plate 120 so as to be rotatable relative to the second plate 120 at a position where the slider 180 contacts the inner peripheral portion of the unison ring 170.
  • Each slider 180 guides the rotation of the unison ring 170 while rotating relative to the second plate 120 when the unison ring 170 rotates.
  • the biasing member 200 is a member that biases the variable nozzle unit 100.
  • the urging member 200 has a first urging portion 210 and a second urging portion 220.
  • the first urging unit 210 is arranged between the variable nozzle unit 100 and the turbine housing 22.
  • the first urging portion 210 urges the variable nozzle unit 100 toward the bearing housing 32 so that each slider 180 is pressed against the bearing housing 32.
  • the first urging portion 210 is composed of a disc spring.
  • the second urging unit 220 is arranged between the bearing housing 32 and each slider 180.
  • the second biasing portion 220 is composed of a leaf spring.
  • the second urging portion 220 urges the slider 180 in a direction opposite to the urging direction of the first urging portion 210.
  • the urging force of the second urging portion 220 is smaller than the urging force of the first urging portion 210.
  • the plurality of vane arms 160 include at least one extension arm 161.
  • the extension arm 161 has an extension portion 166 in addition to the connection portion 163, the engagement portion 164, and the connection portion 165. As shown in FIGS. 2, 3 and 6, the extension portion 166 has a shape extending from the engagement portion 164 toward the second plate 120.
  • the second plate 120 has a receiving portion 122 that receives the extension portion 166.
  • the receiving portion 122 has a shape that is recessed from the surface of the second plate 120 on the side facing the unison ring 170 toward the first plate 110.
  • the receiving portion 122 has a shape that opens outward in the radial direction of the second plate 120.
  • the receiving portion 122 has a bottom wall 123 and a pair of contact walls 124.
  • the bottom wall 123 faces the extension portion 166 in a direction parallel to the axial direction of the rotating shaft portion 142. As shown in FIG. 6, a gap G3 is formed between the bottom wall 123 and the extension portion 166.
  • the pair of contact walls 124 contact the extension 166 in the circumferential direction of the second plate 120 at the positions where the vanes 144 maximize and minimize the flow passage area of the exhaust flow passage.
  • Each contact wall 124 has a shape that stands up from the end of the bottom wall 123 in the circumferential direction of the second plate 120.
  • Each contact wall 124 may be formed in a curved shape so as to be convex in a direction opposite to the contact wall 124 facing the contact wall 124 in the circumferential direction of the second plate 120.
  • the second plate 120 also has a crank lever receiving portion 126 that receives the tip end portion of the crank lever.
  • the crank lever receiving portion 126 has the same shape as the receiving portion 122.
  • the plurality of vane arms 160 include the extension arm 161 having the extension portion 166, the second plate 120 has the receiving portion 122, and the extension portion 166.
  • the rotation angle of the unison ring 170 so that each nozzle vane 140 rotates between the position where the flow passage area of the exhaust flow passage is maximized and the position where it is minimized. Range is regulated. Therefore, it becomes possible to regulate the rotation angle range of the unison ring 170 by the vane arm 160 and the second plate 120 without using a dedicated part for regulating the rotation angle range of the unison ring 170 as in the related art. ..
  • the gap G2 is formed between the connecting portion 165 and the unison ring 170, friction between the connecting portion 165 and the unison ring 170 is avoided. Therefore, the nozzle vane 140 is prevented from inclining with respect to the plates 110 and 120.
  • the gap G1 is formed between the engaging portion 164 and the second plate 120, the occurrence of friction between the engaging portion 164 and the second plate 120 is avoided. Therefore, the nozzle vane 140 is more reliably suppressed from inclining with respect to the plates 110 and 120.
  • the gap G3 is formed between the extension portion 166 and the bottom wall 123 of the receiving portion 122, generation of friction between the extension portion 166 and the second plate 120 is avoided. Therefore, the nozzle vane 140 is more reliably suppressed from inclining with respect to the plates 110 and 120.
  • crank lever and the crank lever receiving portion 126 can be formed by the crank lever and the crank lever receiving portion 126 similarly to the extension arm 161 and the receiving portion 122. It is also possible to regulate the rotation angle range of the unison ring 170.

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Abstract

可変ノズルユニット(100)は、第1プレート(110)と、第2プレート(120)と、それぞれが回転軸部(142)およびベーン(144)を有する複数のノズルベーン(140)と、複数のベーンアーム(160)と、ユニゾンリング(170)と、を備える。各ベーンアーム(160)は、係合部(164)を有する。複数のベーンアーム(160)は、少なくとも一つの延長アーム(161)を含む。延長アーム(161)は、係合部(164)から第2プレート(120)に向かって延びる形状を有する延長部(166)を有する。第2プレート(120)は、延長部(166)を受け入れる受け入れ部(122)を有する。受け入れ部(122)は、各ノズルベーン(140)が排気流路の流路面積を最大とする位置および最小とする位置において延長部(166)と当接する当接壁(124)を有する。

Description

可変ノズルユニット
  この開示は、可変ノズルユニットに関する。
  従来、ターボチャージャのタービンホイールに向かう排ガスの流路面積の大きさを変化させる可変ノズルユニットが知られている。たとえば、特開2010-180864号公報(以下、「特許文献1」という。)には、サイドプレートと、メインプレートと、複数のノズルピンと、複数のノズルベーンと、複数のアームと、ユニゾンリングと、ストッパと、を備える可変ノズルユニットが開示されている。サイドプレートおよびメインプレートは、それぞれ円環状に形成されている。サイドプレートおよびメインプレート間には、排ガスの排気流路が形成されている。各ノズルピンは、サイドプレートおよびメインプレートに対して相対回転可能となるように各プレートに保持されている。各ノズルベーンは、排気流路の流路面積の大きさを変更する部材であり、各ノズルピンの中心軸周りに当該ノズルピンとともに回転するようにノズルピンに固定されている。各アームは、排気流路の外側においてノズルピンに接続されており、各ノズルピンをその中心軸周りに回転させる。ユニゾンリングの内周面には、各アームの端部に係合する凹部が形成されている。このため、ユニゾンリングが回転することにより、全てのアームが同時にノズルピン周りに回転する。これにより、各ノズルベーンの姿勢が変更されるため、排気流路の流路面積の大きさが変更される。また、ユニゾンリングの内周面には、切欠部が形成されており、この切欠部内にストッパが設けられている。ストッパは、メインプレートに固定されており、ユニゾンリングの回転角度を規制する部材である。具体的に、ストッパは、各ノズルベーンが排気流路の流路面積を最大とする位置および最小とする位置において、切欠部の内面に当接する。
特開2010-180864号公報
  特許文献1に記載されるような可変ノズルユニットでは、ユニゾンリングの回転角度を規制するための専用の部品(ストッパ)が必要となり、また、その専用の部品を組み付ける工程も発生する。
  本開示の目的は、ユニゾンリングの回転角度範囲を規制するための専用部品を省略することが可能な可変ノズルユニットを提供することである。
  この開示に従った可変ノズルユニットは、ターボチャージャの排気流路の流路面積の大きさを調整する可変ノズルユニットである。この可変ノズルユニットは、円環状に形成された第1プレートと、前記第1プレートと対向する位置に配置されており、円環状に形成された第2プレートであって、前記第1プレートと前記第2プレートとの間に前記排気流路を形成する前記第2プレートと、それぞれが回転軸部およびベーンを有する複数のノズルベーンであって、前記回転軸部は、前記第1プレートおよび前記第2プレートに対して相対回転可能となるように前記第1プレートおよび前記第2プレートに保持されており、前記第1プレートから前記第2プレートに向かう向きに沿って前記第2プレートから突出する突部を有し、前記ベーンは、前記第1プレートおよび前記第2プレート間に配置されており、前記回転軸部の中心軸周りに前記回転軸部とともに回転するように前記回転軸部に接続されており、前記排気流路の流路面積の大きさを変更可能である前記複数のノズルベーンと、各前記回転軸部の前記突部に接続されており、各前記回転軸部をその中心軸周りに回転させる複数のベーンアームと、前記第2プレートに対して前記第2プレートの中心軸周りに相対回転可能となるように前記第2プレートに支持されており、前記第2プレートに対する相対回転に合わせて前記複数のベーンアームの各ベーンアームを各前記回転軸部周りに回転させるユニゾンリングと、を備える。前記ユニゾンリングは、前記ユニゾンリングの周方向に沿って並ぶとともに各前記ベーンアームを保持する複数のアーム保持部を有する。各前記ベーンアームは、前記アーム保持部に係合する係合部を有する。前記複数のベーンアームは、少なくとも一つの延長アームを含む。前記延長アームは、前記係合部から前記第2プレートに向かって延びる形状を有する延長部を有する。前記第2プレートは、前記延長部を受け入れる受け入れ部を有する。前記受け入れ部は、前記複数のノズルベーンの各ノズルベーンが前記排気流路の流路面積を最大とする位置および最小とする位置において前記延長部と当接する当接壁を有する。
  本可変ノズルユニットでは、複数のベーンアームが延長部を有する延長アームを含み、第2プレートが受け入れ部を有しており、延長部が受け入れ部の当接壁と当接することにより、各ノズルベーンが排気流路の流路面積を最大とする位置と最小とする位置との間で回転するようにユニゾンリングの回転角度範囲が規制される。よって、従来のようにユニゾンリングの回転角度範囲を規制するための専用の部品を用いることなく、ベーンアームと第2プレートとによってユニゾンリングの回転角度範囲を規制することが可能となる。
  前記可変ノズルユニットにおいて、前記複数のアーム保持部の各アーム保持部は、前記ユニゾンリングの外縁部から前記ユニゾンリングの径方向の内側に向かうように窪む形状を有し、各前記ベーンアームは、前記突部に接続される接続部と、前記第2プレートと前記ユニゾンリングとが互いに重なる方向における前記ユニゾンリングの外側に配置されており、前記接続部と前記係合部とを連結する連結部と、をさらに有してもよい。この場合において、前記連結部と前記ユニゾンリングとの間には、隙間が形成されていることが好ましい。
  このようにすれば、ユニゾンリングの径を小さくすることが可能となり、かつ、連結部およびユニゾンリング間での摩擦の発生が回避されるため、ノズルベーンが各プレートに対して傾斜することが抑制される。
  また、前記係合部は、前記第2プレートから離間していることが好ましい。
  このようにすれば、係合部および第2プレート間での摩擦の発生が回避されるため、ノズルベーンが各プレートに対して傾斜することがより確実に抑制される。
  以上に説明したように、この開示によれば、ユニゾンリングの回転角度範囲を規制するための専用部品を省略することが可能な可変ノズルユニットを提供することができる。
本開示の一実施形態の可変ノズルユニットを含むターボチャージャの構成を概略的に示す断面図である。 図1に示される可変ノズルユニットの斜視図である。 図1に示される可変ノズルユニットの斜視図である。 図1に示される可変ノズルユニットの平面図である。 図4におけるV-V線での断面図である。 図4におけるVI-VI線での断面図である。
  この開示の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
  図1は、本開示の一実施形態の可変ノズルユニットを含むターボチャージャの構成を概略的に示す断面図である。図1に示されるように、ターボチャージャ1は、コンプレッサホイール10と、コンプレッサハウジング12と、タービンホイール20と、タービンハウジング22と、シャフト30と、ベアリング31と、ベアリングハウジング32と、可変ノズルユニット100と、付勢部材200と、を有している。このターボチャージャ1は、自動車等の車両に搭載される。
  コンプレッサホイール10は、大気等のガスを圧縮する。コンプレッサハウジング12は、コンプレッサホイール10を収容している。
  タービンホイール20は、エンジン(図示略)から排出された排ガスによって回転駆動される。タービンハウジング22は、タービンホイール20を収容している。
  シャフト30は、コンプレッサホイール10とタービンホイール20とを接続している。このため、タービンホイール20の回転駆動力がコンプレッサホイール10に伝達される。ベアリング31は、シャフト30を受ける。ベアリングハウジング32は、シャフト30およびベアリング31を収容している。ベアリングハウジング32は、コンプレッサハウジング12とタービンハウジング22との間に配置されている。
  可変ノズルユニット100は、タービンハウジング22内に配置されている。可変ノズルユニット100は、排ガスの排気流路の流路面積の大きさを調整可能である。図2および図3は、図1に示される可変ノズルユニットの斜視図である。図4は、図1に示される可変ノズルユニットの平面図である。図5は、図4におけるV-V線での断面図である。図6は、図4におけるVI-VI線での断面図である。図1~図6に示されるように、可変ノズルユニット100は、第1プレート110と、第2プレート120と、複数のスペーサ130と、複数のノズルベーン140と、複数のベーンアーム160と、ユニゾンリング170と、複数の(本実施形態では5つの)スライダー180と、を有している。
  第1プレート110は、円環状に形成されている。第1プレート110は、その中心がシャフト30の中心軸と一致する姿勢でタービンハウジング22内に配置されている。本実施形態では、図1に示されるように、第1プレート110にシュラウド112が一体的に設けられている。ただし、シュラウド112は、第1プレート110とは別の部材で構成されてもよい。
  第2プレート120は、円環状に形成されている。第2プレート120は、第1プレート110よりもベアリングハウジング32に近い位置で、かつ、第1プレート110と対向する位置に配置されている。第2プレート120は、その中心がシャフト30の中心軸と一致する姿勢でタービンハウジング22内に配置されている。第2プレート120は、第1プレート110と当該第2プレート120との間に排気流路を形成している。
  各スペーサ130は、第1プレート110と第2プレート120との間隔を規定する部材である。各スペーサ130は、第1プレート110と第2プレート120との間に配置されている。図1に示されるように、第1プレート110および第2プレート120が互いに対向する方向における各スペーサ130の一端部は、第1プレート110に接続されており、同方向における各スペーサ130の他端部は、第2プレート120に接続されている。
  各ノズルベーン140は、回転軸部142と、ベーン144と、を有している。
  各回転軸部142は、第1プレート110および第2プレート120に対して相対回転可能となるように第1プレート110および第2プレート120に保持されている。複数の回転軸部142は、第1プレート110の周方向に沿って互いに間隔を置いて配置されている。図5および図6に示されるように、各回転軸部142は、第1プレート110から第2プレート120に向かう向き(図5および図6の上向き)に沿って第2プレート120から突出する突部143を有している。
  各ベーン144は、第1プレート110および第2プレート120間に配置されている。各ベーン144は、排気流路の流路面積の大きさを変更するように姿勢を変更することが可能である。具体的に、各ベーン144は、各回転軸部142の中心軸周りに当該回転軸部142とともに回転するように回転軸部142に接続されている。
  各ベーンアーム160は、各突部143に接続(たとえば溶接)されている。各ベーンアーム160は、各回転軸部142をその中心軸周りに回転させる。図2~図5に示されるように、各ベーンアーム160は、接続部163と、係合部164と、連結部165と、を有している。
  接続部163は、突部143に接続される部位である。接続部163は、突部143を取り囲む円環状に形成されている。接続部163と突部143との境界部は、たとえば溶接される。
  係合部164は、ユニゾンリング170に係合する部位である。
  連結部165は、接続部163と係合部164とを連結する部位である。連結部165は、接続部163から回転軸部142の径方向の外向きに延びる形状を有している。係合部164は、連結部165の外端部から第2プレート120に向かって延びるように連結部165に接続されている。図5に示されるように、係合部164と第2プレート120との間には、隙間G1が形成されている。
  ユニゾンリング170は、全てのベーンアーム160を同時に各回転軸部142周りに回転させる部材である。ユニゾンリング170は、第2プレート120に対して第2プレート120の中心軸周りに相対回転可能となるように第2プレート120に支持されている。ユニゾンリング170は、第1プレート110と第2プレート120とが並ぶ方向において第2プレート120と連結部165との間に配置されている。換言すれば、連結部165は、第2プレート120とユニゾンリング170とが互いに重なる方向におけるユニゾンリング170の外側(図5および図6の上側)に配置されている。図5に示されるように、連結部165とユニゾンリング170との間には、隙間G2が形成されている。図2~図4に示されるように、ユニゾンリング170には、各ベーンアーム160が係合している。このため、第2プレート120に対してユニゾンリング170が相対回転することにより、各回転軸部142の回転中心軸周りに各ベーンアーム160と回転軸部142とが一体的に回転する。これにより、各ベーン144の姿勢が変更されるため、排気流路の流路面積の大きさが変更される。具体的に、ユニゾンリング170は、複数のアーム保持部172と、クランクレバー保持部174と、を有している。
  各アーム保持部172は、各ベーンアーム160の係合部164を保持する。各アーム保持部172は、ユニゾンリング170の周方向に沿って並ぶように設けられている。各アーム保持部172は、ユニゾンリング170の外縁部からユニゾンリング170の径方向の内側に向かうように窪む形状を有している。ただし、各アーム保持部172は、ユニゾンリング170の内周部からユニゾンリング170の径方向の外側に向かうように窪む形状に形成されてもよい。
  クランクレバー保持部174は、ユニゾンリング170をその中心軸周りに回転させるクランクレバー(図示略)を保持する。クランクレバー保持部174は、ユニゾンリング170の外縁部のうち互いに隣り合うアーム保持部172間に設けられている。クランクレバー保持部174は、ユニゾンリング170の外縁部からユニゾンリング170の径方向の内側に向かうように窪む形状を有している。
  各スライダー180は、第2プレート120のうち当該第2プレート120の周方向に沿って互いに間隔を置いた部位に接続されており、第2プレート120からベアリングハウジング32に向かって突出する形状を有している。各スライダー180は、ユニゾンリング170の内周部に接触する位置において、第2プレート120に対して相対回転可能となるように第2プレート120に接続されている。各スライダー180は、ユニゾンリング170の回転時に、第2プレート120に対して相対回転しながらユニゾンリング170の回転を案内する。
  付勢部材200は、可変ノズルユニット100を付勢する部材である。付勢部材200は、第1付勢部210と、第2付勢部220と、を有している。
  第1付勢部210は、可変ノズルユニット100とタービンハウジング22との間に配置されている。第1付勢部210は、各スライダー180がベアリングハウジング32に押し付けられるように可変ノズルユニット100をベアリングハウジング32に向けて付勢している。第1付勢部210は、皿バネで構成されている。
  第2付勢部220は、ベアリングハウジング32と各スライダー180との間に配置されている。第2付勢部220は、板バネで構成されている。第2付勢部220は、第1付勢部210の付勢方向と反対方向にスライダー180を付勢している。第2付勢部220の付勢力は、第1付勢部210の付勢力よりも小さい。
  本実施形態では、複数のベーンアーム160は、少なくとも一つの延長アーム161を含んでいる。延長アーム161は、接続部163、係合部164および連結部165に加え、延長部166を有している。図2、図3および図6に示されるように、延長部166は、係合部164から第2プレート120に向かって延びる形状を有している。
  第2プレート120は、延長部166を受け入れる受け入れ部122を有している。受け入れ部122は、第2プレート120のうちユニゾンリング170と対向する側の表面から第1プレート110に向かって窪む形状を有している。本実施形態では、受け入れ部122は、第2プレート120の径方向の外側に向かって開口する形状を有している。受け入れ部122は、底壁123と、一対の当接壁124と、を有している。
  底壁123は、回転軸部142の軸方向と平行な方向に延長部166と対向している。図6に示されるように、底壁123と延長部166との間には、隙間G3が形成されている。
  一対の当接壁124は、各ベーン144が排気流路の流路面積を最大とする位置および最小とする位置において、第2プレート120の周方向に延長部166と当接する。各当接壁124は、第2プレート120の周方向における底壁123の端部から起立する形状を有している。各当接壁124は、第2プレート120の周方向に当該当接壁124と対向する当接壁124と反対向きに凸となるように湾曲する形状に形成されてもよい。
  本実施形態では、第2プレート120は、クランクレバーの先端部を受け入れるクランクレバー受け入れ部126をも有している。クランクレバー受け入れ部126は、受け入れ部122と同様の形状を有している。
  以上に説明したように、本実施形態の可変ノズルユニット100では、複数のベーンアーム160が延長部166を有する延長アーム161を含み、第2プレート120が受け入れ部122を有しており、延長部166が受け入れ部122の当接壁124と当接することにより、各ノズルベーン140が排気流路の流路面積を最大とする位置と最小とする位置との間で回転するようにユニゾンリング170の回転角度範囲が規制される。よって、従来のようにユニゾンリング170の回転角度範囲を規制するための専用の部品を用いることなく、ベーンアーム160と第2プレート120とによってユニゾンリング170の回転角度範囲を規制することが可能となる。
  また、連結部165とユニゾンリング170との間に隙間G2が形成されているため、連結部165およびユニゾンリング170間での摩擦の発生が回避される。このため、ノズルベーン140が各プレート110,120に対して傾斜することが抑制される。
  さらに、係合部164と第2プレート120との間に隙間G1が形成されているため、係合部164および第2プレート120間での摩擦の発生が回避される。このため、ノズルベーン140が各プレート110,120に対して傾斜することがより確実に抑制される。
  加えて、延長部166と受け入れ部122の底壁123との間に隙間G3が形成されているため、延長部166および第2プレート120間での摩擦の発生が回避される。このため、ノズルベーン140が各プレート110,120に対して傾斜することが一層確実に抑制される。
  また、上記実施形態では、受け入れ部122と同様の形状を有するクランクレバー受け入れ部126を有しているため、延長アーム161および受け入れ部122と同様に、クランクレバーとクランクレバー受け入れ部126とによって、ユニゾンリング170の回転角度範囲を規制することも可能である。
  なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
  1    ターボチャージャ
  10    コンプレッサホイール
  12    コンプレッサハウジング
  20    タービンホイール
  22    タービンハウジング
  30    シャフト
  31    ベアリング
  32    ベアリングハウジング
  100    可変ノズルユニット
  110    第1プレート
  120    第2プレート
  122    受け入れ部
  123    底壁
  124    当接壁
  130    スペーサ
  140    ノズルベーン
  142    回転軸部
  143    突部
  144    ベーン
  160    ベーンアーム
  161    延長アーム
  163    接続部
  164    係合部
  165    連結部
  166    延長部
  170    ユニゾンリング
  172    アーム保持部
  174    クランクレバー保持部
  180    スライダー
  200    付勢部材

Claims (3)

  1.   ターボチャージャの排気流路の流路面積の大きさを調整する可変ノズルユニットであって、
      円環状に形成された第1プレートと、
      前記第1プレートと対向する位置に配置されており、円環状に形成された第2プレートであって、前記第1プレートと前記第2プレートとの間に前記排気流路を形成する前記第2プレートと、
      それぞれが回転軸部およびベーンを有する複数のノズルベーンであって、前記回転軸部は、前記第1プレートおよび前記第2プレートに対して相対回転可能となるように前記第1プレートおよび前記第2プレートに保持されており、前記第1プレートから前記第2プレートに向かう向きに沿って前記第2プレートから突出する突部を有し、前記ベーンは、前記第1プレートおよび前記第2プレート間に配置されており、前記回転軸部の中心軸周りに前記回転軸部とともに回転するように前記回転軸部に接続されており、前記排気流路の流路面積の大きさを変更可能である前記複数のノズルベーンと、
      各前記回転軸部の前記突部に接続されており、各前記回転軸部をその中心軸周りに回転させる複数のベーンアームと、
      前記第2プレートに対して前記第2プレートの中心軸周りに相対回転可能となるように前記第2プレートに支持されており、前記第2プレートに対する相対回転に合わせて前記複数のベーンアームの各ベーンアームを各前記回転軸部周りに回転させるユニゾンリングと、を備え、
      前記ユニゾンリングは、前記ユニゾンリングの周方向に沿って並ぶとともに各前記ベーンアームを保持する複数のアーム保持部を有し、
      各前記ベーンアームは、前記アーム保持部に係合する係合部を有し、
      前記複数のベーンアームは、少なくとも一つの延長アームを含み、
      前記延長アームは、前記係合部から前記第2プレートに向かって延びる形状を有する延長部を有し、
      前記第2プレートは、前記延長部を受け入れる受け入れ部を有し、
      前記受け入れ部は、前記複数のノズルベーンの各ノズルベーンが前記排気流路の流路面積を最大とする位置および最小とする位置において前記延長部と当接する当接壁を有する、可変ノズルユニット。
  2.   前記複数のアーム保持部の各アーム保持部は、前記ユニゾンリングの外縁部から前記ユニゾンリングの径方向の内側に向かうように窪む形状を有し、
      各前記ベーンアームは、
      前記突部に接続される接続部と、
      前記第2プレートと前記ユニゾンリングとが互いに重なる方向における前記ユニゾンリングの外側に配置されており、前記接続部と前記係合部とを連結する連結部と、をさらに有し、
      前記連結部と前記ユニゾンリングとの間には、隙間が形成されている、請求項1に記載の可変ノズルユニット。
  3.   前記係合部は、前記第2プレートから離間している、請求項1または2に記載の可変ノズルユニット。
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