(57)【要約】【課題】開度調整動作中に内部部品が損傷することがないように、開度調整機構の駆動力を抑制できる可変ターボ過給機を提供すること。【解決手段】調整自在なノズル開度のスライド機構を駆動する油圧サーボ駆動装置４０を備えた可変ターボ過給機において、油圧サーボ駆動装置４０には、スライド機構に駆動力を伝達するサーボピストン４１と、サーボピストン４１をノズル開度が開く側に付勢するスプリング３０，８０とを備え、スプリング３０，８０は、ノズル開度が全開状態から全閉近傍状態に至るまでの間でサーボピストン４１を付勢する予め設定された第１付勢力よりも小さな付勢力、および全閉近傍状態から全閉状態に至るまでの間でサーボピストン４１を付勢する予め設定された第２付勢力よりも大きな付勢力を有し、第２付勢力は、第１付勢力よりも大きく設定されている構成とした。【選択図】図７
2010059844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル開度が調整自在に設けられているとともに、前記ノズル開度の開度調整機構を駆動する油圧サーボ駆動装置を備えた可変ターボ過給機であって、
前記油圧サーボ駆動装置は、
前記開度調整機構に駆動力を伝達するサーボピストンと、
前記サーボピストンを前記ノズル開度が開く側に付勢する付勢手段とを備え、
前記付勢手段は、前記ノズル開度が全開状態から全閉近傍状態に至るまでの間で前記サーボピストンを付勢する予め設定された第１付勢力よりも小さな付勢力、および前記全閉近傍状態から全閉状態に至るまでの間で前記サーボピストンを付勢する予め設定された第２付勢力よりも大きな付勢力を有し、
前記第２付勢力は、前記第１付勢力よりも大きく設定されている
ことを特徴とする可変ターボ過給機。
【請求項２】
請求項１に記載の可変ターボ過給機において、
前記付勢手段は、複数のばね部材で構成されている
ことを特徴とする可変ターボ過給機。
【請求項３】
請求項２に記載の可変ターボ過給機において、
前記複数のばね部材は、前記サーボピストンの付勢開始タイミングが同じで、かつばねの取付荷重の異なる第１ばね部材および第２ばね部材で構成されている
ことを特徴とする可変ターボ過給機。  
【請求項４】
請求項２に記載の可変ターボ過給機において、
前記複数のばね部材は、前記サーボピストンの付勢開始タイミングが異なる第１ばね部材および第２ばね部材で構成されている
ことを特徴とする可変ターボ過給機。    
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の可変ターボ過給機において、
前記油圧サーボ駆動装置は、
ポンプからの油が供給されるポンプポートと、
前記サーボピストンを移動させるための油が流入するポンプ油圧室と、
前記ポンプポートと前記ポンプ油圧室とを連通させるピストン油路と、
前記ポンプ油圧室とドレーンポートとを連通させる排出循環油路とを備えている
ことを特徴とする可変ターボ過給機。  
【請求項６】
ノズル開度が調整自在に設けられているとともに、前記ノズル開度の開度調整機構を駆動する油圧サーボ駆動装置を備えた可変ターボ過給機であって、
前記ノズル開度は、前記開度調整機構に連結されて進退するノズルリングと、前記ノズルリングに対向して配置されたシュラウドプレートとの間の隙間により設定され、
前記油圧サーボ駆動装置には、前記開度調整機構に駆動力を伝達するサーボピストンと、前記サーボピストンを前記ノズル開度が開く側に付勢する第１ばね部材および第２ばね部材とが設けられ、
前記第１ばね部材および第２ばね部材は、前記サーボピストンの付勢開始タイミングが同じで、かつばねの取付荷重が異なるように設定されている
ことを特徴とする可変ターボ過給機。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変ターボ過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気ガスを排気タービンに噴出させるノズル部の構造を、互いに対向する一対の排気導入壁で形成するとともに、一方の排気導入壁を他方の排気導入壁に対して進退させることにより、排気導入壁の隙間（ノズル部の開口面積）を調整できるようにした可変ターボ過給機が知られている。この可変ターボ過給機によれば、排気ガス量が少ないエンジンの低速回転域では、ノズル部を形成している排気導入壁間の隙間を狭めて開口面積を小さくすればよく、こうすることで排気タービンに流入する排気ガスの流速が増加するため、タービンの回転エネルギーが大きくなり、給気コンプレッサの過給能力を上げることができる。
【０００３】
そこで、排気導入壁間の隙間を調整する構造としては、排気導入壁の一方であるノズルリングを他方であるシュラウドプレートに対して近接離間させるスライド機構が採用されており、このスライド機構を空気圧アクチュエータで駆動するようになっている（特許文献１）。
また、空気圧アクチュエータの代わりに油圧サーボ駆動装置を用いることも提案されている（特許文献２）。この油圧サーボ駆動装置では、油圧室に対する圧油供給の切り換えを行うことにより、サーボピストンを往復動させ、この往復動をスライド機構に伝達することで、より緻密な開度制御を行うことが可能である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３２０９７０号公報
【特許文献２】特表２００３−５２７５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１，２によれば、空気圧アクチュエータまたは油圧サーボ駆動装置がノズルリングをスライドさせるのであるが、この際の駆動力が大きいため、ノズルリングがシュラウドプレートと勢いよく衝突してしまう可能性があり、可変ターボ過給機の内部部品が損傷するおそれがある。
【０００６】
本発明の目的は、開度調整動作中に内部部品が損傷することがないように、開度調整機構の駆動力を抑制できる可変ターボ過給機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る可変ターボ過給機は、ノズル開度が調整自在に設けられているとともに、前記ノズル開度の開度調整機構を駆動する油圧サーボ駆動装置を備えた可変ターボ過給機であって、前記油圧サーボ駆動装置は、前記開度調整機構に駆動力を伝達するサーボピストンと、前記サーボピストンを前記ノズル開度が開く側に付勢する付勢手段とを備え、前記付勢手段は、前記ノズル開度が全開状態から全閉近傍状態に至るまでの間で前記サーボピストンを付勢する予め設定された第１付勢力よりも小さな付勢力、および前記全閉近傍状態から全閉状態に至るまでの間で前記サーボピストンを付勢する予め設定された第２付勢力よりも大きな付勢力を有し、前記第２付勢力は、前記第１付勢力よりも大きく設定されていることを特徴とする。
ここでの第１付勢力は、ノズル開度が全開状態から全閉近傍状態に至るまでのサーボピストンの動きに対抗する力をいう。
第２付勢力は、ノズル開度が全閉近傍状態から全閉状態に至るまでのサーボピストンの動きに対向する力をいう
【０００８】
本発明の請求項２に係る可変ターボ過給機は、請求項１に記載の可変ターボ過給機において、前記付勢手段は、複数のばね部材で構成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３に係る可変ターボ過給機は、請求項２に記載の可変ターボ過給機において、前記複数のばね部材は、前記サーボピストンの付勢開始タイミングが同じで、かつばねの取付荷重の異なる第１ばね部材および第２ばね部材で構成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４に係る可変ターボ過給機は、請求項２に記載の可変ターボ過給機において、前記複数のばね部材は、前記サーボピストンの付勢開始タイミングが異なる第１ばね部材および第２ばね部材で構成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項５に係る可変ターボ過給機は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の可変ターボ過給機において、前記油圧サーボ駆動装置は、ポンプからの油が供給されるポンプポートと、前記サーボピストンを移動させるための油が流入するポンプ油圧室と、前記ポンプポートと前記ポンプ油圧室とを連通させるピストン油路と、前記ポンプ油圧室とドレーンポートとを連通させる排出循環油路とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項６に係る可変ターボ過給機は、ノズル開度が調整自在に設けられているとともに、前記ノズル開度の開度調整機構を駆動する油圧サーボ駆動装置を備えた可変ターボ過給機であって、前記ノズル開度は、前記開度調整機構に連結されて進退するノズルリングと、前記ノズルリングに対向して配置されたシュラウドプレートとの間の隙間により設定され、前記油圧サーボ駆動装置には、前記開度調整機構に駆動力を伝達するサーボピストンと、前記サーボピストンを前記ノズル開度が開く側に付勢する第１ばね部材および第２ばね部材とが設けられ、前記第１ばね部材および第２ばね部材は、前記サーボピストンの付勢開始タイミングが同じで、かつばねの取付荷重が異なるように設定されている  ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上において、請求項１の発明によれば、サーボピストンを付勢する付勢手段は、ノズル開度を全開状態から全閉近傍状態に至るまでの間では、予め設定された第１付勢力よりも小さな付勢力でサーボピストンを付勢するので、サーボピストンによる開度調整機構の駆動力は第１付勢力分減じることになっても、依然として油圧を利用した大きなものに維持でき、開度調整機構を排気ガスの流体エネルギーや外乱等に影響されない強い駆動力で駆動でき、ノズル開度を精度よく調整できる。一方、ノズル開度を全閉近傍状態から全閉状態に至るまでの間では、予め設定された第２付勢力よりも大きな付勢力でサーボピストンを付勢するので、サーボピストンによる駆動力は、第２付勢力によってキャンセルされて大きく低減し、開度調整機構をわずかな駆動力で駆動することになる。従って、全閉状態に至る際には、開度調整機構の駆動力が抑制されるから、可変ターボ過給機の内部部品が互いに当接しても、損傷することがない。
【００１４】
請求項２の発明によれば、サーボピストンを付勢する複数の付勢手段を備えているので、ノズル開度が全開状態から全閉近傍状態に至るまでの間、および全閉近傍状態から全閉状態に至るまでの間の場合において、それぞれ別々の付勢手段でサーボピストンを付勢でき、サーボピストンから開度調整機構に伝達される駆動力に大きな差を設けることができる。
【００１５】
請求項３および請求項４の発明によれば、複数のばね部材は、ばねの取付荷重の異なる２つの付勢手段を直列的、または並列的に構成しているので、まず、サーボピストンによる駆動力をばねの取付荷重の小さい第１ばね部材が受け、その後、ばねの取付荷重の大きい第２ばね部材が受けることができ、ノズル開度が全閉状態に至る際には、ばねの取付荷重の大きい第２ばね部材がサーボピストンによる開度調整機構の駆動力を吸収キャンセルし、抑制できる。
【００１６】
請求項５の発明によれば、油をポンプ油圧室へ流入させるピストン油路およびポンプ油圧室内の油を排出する排出循環油路が設けられているため、ポンプ油圧室の油圧が維持されるように、ポンプポートからの油をピストン油路を介してポンプ油圧室へ供給しつつ、排出循環油路から排出することで、油をポンプ油圧室内で流動させることができる。
【００１７】
請求項６の発明によれば、サーボピストンをノズル開度が開く側に付勢する第１ばね部材および第２ばね部材は、サーボピストンの付勢開始タイミングが同じであるので、サーボピストンによる駆動力をまず、第１ばね部材が受け、その後、第２ばね部材がサーボピストンによる駆動力を吸収できる。従って、請求項１と同様に、開度調整機構に対する駆動力を低減でき、可変ターボ過給機の具体的な構造として例えば、ノズルリングがシュラウドプレートに勢いよく接触するのを抑制して、ノズルリングやシュラウドプレートの損傷を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、後述する第２実施形態以降で、以下に説明する第１実施形態での構成と同じか、または同様な機能を有する構成には同一符号を付し、その説明を簡単にあるいは省略する。
【００１９】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る油圧サーボ駆動装置４０が用いられた可変ターボ過給機１の斜視図であり、図２は可変ターボ過給機１の断面図である。
図１、図２において、可変ターボ過給機１は、図中右側のタービン２と、左側のコンプレッサ３と、タービン２およびコンプレッサ３間の油圧サーボ駆動装置４０とを備えた構成であり、図示しないエンジン本体に取り付けられる。
【００２０】
タービン２側のタービンハウジング４内にはタービンホイール５が収容され、コンプレッサ３側のコンプレッサハウジング６内にはコンプレッサインペラ７が収容されている。タービンホイール５にはシャフト８が一体に設けられ、シャフト８の先端にコンプレッサインペラ７が取り付けられている。シャフト８はセンターハウジング９に回転自在に支持されている。このため、排気ガスによって回転するタービンホイール５の回転が、シャフト８を介してコンプレッサインペラ７に伝達され、コンプレッサインペラ７の回転によって吸気が圧縮過給される。
【００２１】
タービンハウジング４には、エンジン本体からの排気ガスを導入するボリュート状の排気導入路１１が設けられている。排気導入路１１には、排気ガスをタービンホイール５側に噴出するためのノズル部１２が周方向に連続して設けられており、ノズル部１２から噴出した排気ガスがタービンホイール５を回転させた後に排気出口１３から排気される。ノズル部１２は、互いに対向する一対の排気導入壁１４，１５によって形成されている。
【００２２】
一方の排気導入壁１４は、断面コ字形で環状とされた可動部材としてのノズルリング１６の側面１７によって形成されている。ノズルリング１６は、センターハウジング９に設けられた環状の収容空間１８内に収容されている。ノズルリング１６の側面１７には、他方の排気導入壁１５側に向けて突出した複数のノズルベーン１９が等周間隔で取り付けられている。
【００２３】
他方の排気導入壁１５は、環状の対向部材としてのシュラウドプレート２２によって形成されている。シュラウドプレート２２には、ノズルリング１６のノズルベーン１９を挿通させる複数の切欠孔２３が周方向に沿って形成され、各ノズルベーン１９が切欠孔２３に挿通されることで、各ノズルベーン１９の先端がシュラウドプレート２２裏側の凹部２１内に収容される。このような構造においては、ノズルリング１６を後述する開度調整機構としてのスライド機構２０によって進退させることにより、排気導入壁１４を排気導入壁１５に対して近接離間させ、ノズル部１２のノズル開度としての開口面積を変更する。
【００２４】
なお、コンプレッサ３側の構成は、通常のターボ過給機と同じであり、公知であるため、ここでの詳細な説明を省略する。以下には、スライド機構２０について詳説する。
【００２５】
スライド機構２０は、センターハウジング９の下部側に挿通された駆動シャフト２４を回動駆動することで、ノズルリング１６を進退させる構造である。図３、図４には、このようなスライド機構２０の要部が示され、図５には、駆動シャフト２４によって進退するノズルリング１６の側面図が示されている。図３、図４において、駆動シャフト２４の軸方向の途中位置には、上方に向かって円弧状に延設された一対のアーム２５，２５が固定されている。各アーム２５の先端側には、水平方向外側に突出したピン２６が取り付けられ、このピン２６にはスライダ２７が嵌め込まれている。スライダ２７は、前述のシャフト８と平行な支持ロッド２８の基端側の摺動溝２９に摺動自在に嵌合している。支持ロッド２８の先端はノズルリング１６の裏面側に接合されている。
【００２６】
駆動シャフト２４が回動すると、アーム２５がシャフト８の軸方向に沿って揺動し、支持ロッド２８が移動してノズルリング１６を動かし、一方の排気導入壁１４が他方の排気導入壁１５に対して進退することになる。すなわち、図５を参照すると、ノズルリング１６は、シュラウドプレート２２に対して近接離間する。
【００２７】
スライド機構２０の駆動シャフト２４は、その端部に設けられたアーム３１を介して油圧サーボ駆動装置４０によって回動駆動される。図６は、スライド機構２０と油圧サーボ駆動装置４０との連結部３２を示す斜視図である。油圧サーボ駆動装置４０は、サーボピストン４１を上下に進退運動させることで駆動シャフト２４を回動させる構造である。このためにサーボピストン４１の外周には、軸方向に対して直交した摺動溝３３が設けられ、駆動シャフト２４側のアーム３１には、摺動溝３３側に突出したピン３４が設けられ、このピン３４にスライダ３５が嵌め込まれ、スライダ３５が摺動溝３３に対して摺動自在に嵌合している。
【００２８】
つまり、サーボピストン４１を上下動させると、それに伴ってスライダ３５が上下動するとともに摺動溝３３に沿って摺動し、このスライダ３５の動きとピン３４の回動とによりアーム３１の円弧動を許容し、アーム３１を回動させることが可能である。この駆動シャフト２４の回動によって、前述したようにスライド機構２０が駆動され、支持ロッド２８が移動し、ノズルリング１６がシュラウドプレート２２に対して進退することで、可変ターボ過給機１のノズル部１２のノズル開度が調整されるようになっている。
【００２９】
以下には、油圧サーボ駆動装置４０について詳説する。
図７は図１のＡ−Ａ矢視図であり、図８は図１のＢ−Ｂ矢視図である。後述するサーボピストン４１の着座時の最大ストロークを１００％とすると、図７，８はそれぞれ、ストロークが０％の状態を示している。図９，１０はそれぞれ、ストロークが７５％、１００％の状態を示している。本実施形態での油圧サーボ駆動装置４０には、６ポート３位置型サーボバルブ構造が用いられている。
図７に示すように、油圧サーボ駆動装置４０は、略円筒状のハウジング４２を備え、ハウジング４２に設けられた開口部４２Ａ周りをシールするＯリング１００を介して可変ターボ過給機１のセンターハウジング９に取り付けられる。
【００３０】
ハウジング４２の内部には、上下に貫通した円筒状のシリンダ室４３が設けられ、このシリンダ室４３には、貫通方向に沿って摺動するサーボピストン４１が収容されている。シリンダ室４３の図中の上端部分には、Ｏリング１０１を介して円筒状の閉塞部材４４が取り付けられ、この閉塞部材４４の内周部分には、Ｏリング１０２，１０３を介してストロークセンサ４５が取り付けられ、このストロークセンサ４５によってシリンダ室４３の上端部分が密閉されているとともに、サーボピストン４１のストローク量が計測される。また、シリンダ室４３の図中の下端部分は、Ｏリング１０４を介して閉塞部材４６によって密閉されている。
【００３１】
ハウジング４２の側部には、内外を連通させる開口部４２Ａが設けられ、この開口部４２Ａに対応する位置には、駆動シャフト２４とサーボピストン４１との連結部３２が設けられている。
【００３２】
一方、ハウジング４２の開口部４２Ａとは反対側の側面には、パイロット圧を供給するパイロットポート７１、図示しないポンプからの油を供給するポンプポート７２、および油を戻すドレーンポート７３が設けられている。
【００３３】
次に、サーボピストン４１について説明する。
シリンダ室４３に収容されたサーボピストン４１の上端部には、開口部４１Ａが設けられ、下端部には開口部４１Ｂが設けられて、サーボピストン４１内部には、摺動方向に沿って貫通するセンターホール４１１が設けられている。
【００３４】
サーボピストン４１の開口部４１Ａには、ストロークセンサ４５の可動子４５Ａが取り付けられた取付部材４７が螺合されている。この取付部材４７とホールＩＣ等の固定子４５Ｂ側のキャップ部材４５１との間には、ポンプ油圧室としての第１油圧室５１が形成されている。固定子４５Ｂは、サーボピストン４１と共に移動する可動子４５Ａの磁界を検知するものである。これらの可動子４５Ａ、固定子４５Ｂを備えたストロークセンサ４５によれば、前述したように、サーボピストン４１のストローク量を計測することにより、サーボピストン４１の動きに伴って可変する可変ターボ過給機１でのノズル開度状態をセンシング可能である。
【００３５】
また、図中下方の開口部４１Ｂには、閉塞部材４６と第２台座部材５０に挟持された支持部材４８が挿入されており、サーボピストン４１は、支持部材４８の外周およびシリンダ室４３内を摺動する。サーボピストン４１の下端面４１２の下方には、閉塞部材４６に囲われた第２油圧室５２が形成されている。サーボピストン４１の下端内面には、支持部材４８が良好なシール状態で密着挿入しており、第２油圧室５２内の油が下端面４１２からセンターホール４１１内に入り込む心配がない。
【００３６】
第２油圧室５２内には、支持部材４８を囲むように、第１台座部材４９が配置され、第１台座部材４９の受座４９２の上面とサーボピストン４１の下端面４１２との間には、第１ばね部材としてのスプリング８０が挟持されている。このスプリング８０は、ノズル開度が全開状態から全閉近傍状態に至るまでの間で、サーボピストン４１を予め設定された第１付勢力Ｆ１よりも小さな付勢力で付勢する。これにより、サーボピストン４１は、第１台座部材４９から離間する方向へ、すなわち、ノズル部１２のノズル開度が開く側に付勢されている。
【００３７】
第１台座部材４９の下方には、第１台座部材４９と同一形状の第２台座部材５０がやはり支持部材４８を囲うように配置されている。第１台座部材４９の受座４９２の下面と第２台座部材５０の受座５０１の上面との間には、第２ばね部材としてのスプリング３０が挟持され、第１台座部材４９および第２台座部材５０は、互いに離間する方向へ付勢されている。スプリング３０は、ノズル開度が全閉近傍状態から全閉状態に至るまでの間で、サーボピストン４１を予め設定された第２付勢力Ｆ２よりも大きな付勢力で付勢する。以上のスプリング３０，８０は直列的に配置されることで、サーボピストン４１を同時に付勢しているのであり、このようなスプリング３０，８０によって本発明の付勢手段を構成している。
【００３８】
そして、図７に示す状態（サーボピストン４１のストロークが０％であり、ポンプポート７２へ油が供給されていない状態）では、第１台座部材４９は、シリンダ室４３の下端部に当接され、第２台座部材５０は、閉塞部材４６の底面に当接されている。第１台座部材４９と第２台座部材５０とは、互いに当接しておらず、第１台座部材４９と第２台座部材５０との間には、隙間２００が形成されている。
【００３９】
スプリング３０としては、スプリング８０よりも取付荷重（Ｎ）の大きいものが使用されている。すなわち、スプリング３０の第２付勢力の方が、スプリング８０の第１付勢力よりも格段に大きい。従って、スプリング８０が、サーボピストン４１の下方への移動により縮み切った後には、サーボピストン４１のさらなる移動により第１台座部材４９を付勢するスプリング３０が縮み始めて、サーボピストン４１によるスライド機構２０の駆動力を吸収キャンセルする。このため、スプリング３０が縮んだ状態では、サーボピストン４１によるスライド機構２０の駆動力が大きく低減し、ノズルリング１６がシュラウドプレート２２に近接した際のノズルリング１６の推力が大幅に低減され、互いに接触した際の衝撃が確実に緩和される。
【００４０】
センターホール４１１には、パイロットスプール６０が摺動自在に配置されている。センターホール４１１において、取付部材４７の下端面とパイロットスプール６０の上端面との間には、パイロット油圧室５３が形成されている。このパイロット油圧室５３とハウジング４２に設けられたパイロットポート７１とは、サーボピストン４１のサーボ油路４１３を介して常時連通している。このようにパイロットスプール６０は、パイロットポート７１からパイロット油圧室５３に供給、排出されるパイロット圧用の油により、センターホール４１１内を摺動する。
【００４１】
サーボピストン４１において、その摺動方向の略中央には、センターホール４１１とハウジング４２のポンプポート７２とを連通させるプレッシャ油路４１４が径方向に穿設されている。このプレッシャ油路４１４を介して、ポンプからの油がセンターホール４１１内に流入する。このプレッシャ油路４１４の外側は、サーボピストン４１の外周に長穴状に形成された幅広の浅溝４１５に開口しており、浅溝４１５が所定の上下寸法を有していることで、サーボピストン４１のストローク内でプレッシャ油路４１４とポンプポート７２とが常時連通する。さらに、プレッシャ油路４１４の内側は、パイロットスプール６０の外周に形成された溝部６０１に開口している。
【００４２】
また、サーボピストン４１には、センターホール４１１とハウジング４２のドレーンポート７３とを連通させて、センターホール４１１内の油を図示しないオイルパンに戻すリターン油路４１６が設けられている。このリターン油路４１６の外側において、ハウジング４２内には、円環状の浅溝４２１が設けられている。リターン油路４１６は、浅溝４２１を介してサーボピストン４１のストローク内でドレーンポート７３と常時連通する。
【００４３】
図８に示すように、サーボピストン４１には加えて、センターホール４１１と上方の第１油圧室５１とを連通させるピストン油路としての第１ピストン油路４１７、および排出循環油路４１８が設けられている。また、サーボピストン４１には、センターホール４１１と第２油圧室５２とを連通させる第２ピストン油路４１９が設けられている。
【００４４】
第１ピストン油路４１７の下端側は、センターホール４１１内に開口した連通部４１７Ａとなっており、排出循環油路４１８の下端側は、センターホール４１１内に開口した連通部４１８Ａとなっている。
【００４５】
第１ピストン油路４１７の下端側の連通部４１７Ａは、プレッシャ油路４１４（図７）よりも図中の下方に位置し、排出循環油路４１８の下端側の連通部４１８Ａは、プレッシャ油路４１４よりも図中の上方に位置している。第２ピストン油路４１９の上端側に設けられたセンターホール４１１との連通部４１９Ａは、連通部４１７Ａ，４１８Ａの間に位置している。
【００４６】
パイロットスプール６０の外周には、図中下方から順に第１〜第３スプールランド６１，６２，６３が設けられている。パイロットスプール６０の内部には、図中の下方に開口したリターン油路６４が設けられており、第２，第３スプールランド６２，６３間に設けられた溝部６０２とリターン油路６４とが連通している。さらに、リターン油路６４の下側が開口していることで、このリターン油路６４とリターン油路４１６とドレーンポート７３とが連通している。
【００４７】
パイロットスプール６０の下端面６０３と支持部材４８の受座４８１との間には、スプリング９０が介装されており、このスプリング９０によりパイロットスプール６０は支持部材４８から離間する方向へ付勢されている。パイロットスプール６０は、パイロット油圧室５３内のパイロット圧によって、スプリング９０の付勢力に抗して下方に移動する。または、パイロット圧を低下させた場合には、スプリング９０の付勢力によってパイロットスプール６０が上方に移動する。
【００４８】
次に、図９，１０を参照し、油圧サーボ駆動装置４０の動作について説明する。ポンプが駆動されて、ポンプポート７２へ油が供給される状態において、サーボピストン４１をそのストロークが０％の状態（図８）から下降させるには、パイロット圧を上昇させればよい。パイロット油圧室５３内へのパイロット圧用の油の供給は、図示しない比例制御弁によって行われる。図１１のストロークとパイロット圧との関係を示すグラフを参照すると、例えばサーボピストン４１をストロークが７５％の位置まで下降させるには、パイロット油圧室５３内のパイロット圧をＰ１まで上昇させ、スプリング９０の付勢力に抗してパイロットスプール６０をストロークが７５％に対応した位置まで下降させることになる。
【００４９】
パイロットスプール６０が下降し始めると、第１ピストン油路４１７の連通部４１７Ａとパイロットスプール６０の溝部６０１とが連通し始めるとともに、排出循環油路４１８の連通部４１８Ａとパイロットスプール６０の溝部６０２とが遮断されるため、ポンプから第１油圧室５１内へ油が供給されて、第１油圧室５１内の圧力が上昇し、反対に、第２ピストン油路４１９の連通部４１９Ａと溝部６０２とが連通して、第２油圧室５２内の油がドレーンされる。そして、第１油圧室５１内の圧力によるサーボピストン４１を下げる力が、第２油圧室５２内の圧力およびスプリング８０の力の合力によるサーボピストン４１を上げる力より大きくなると、サーボピストン４１が下降する。
【００５０】
これにより、サーボピストン４１はパイロットスプール６０に追従して下降する。そして、パイロットスプール６０は、パイロット圧とスプリング９０とがつり合う位置まで下降して停止する。ところで、サーボピストン４１が下降している過程では、排出循環油路４１８の連通部４１８Ａは、パイロットスプール６０の溝部６０２との連通が遮断されているため、第１ピストン油路４１７からの油の供給により、第１油圧室５１の容積が拡張され、この拡張に伴って第１油圧室５１内では油の流れが生じ、第１油圧室５１内に臨むストロークセンサ４５周りが冷却される。
【００５１】
また、本実施形態では、パイロットスプール６０がストローク途中の任意の位置で停止し、これに応じてサーボピストン４１も停止しているようなつり合い状態では、図９にストロークが７５％の位置でつり合っている状態を示すように、第１ピストン油路４１７の連通部４１７Ａがパイロットスプール６０の溝部６０１と微小に連通し、かつ排出循環油路４１８の連通部４１８Ａがパイロットスプール６０の溝部６０２と微小に連通するように設定されている。これによれば、第１ピストン油路４１７からの油は、第１油圧室５１へ供給される一方で、排出循環油路４１８を通って、パイロットスプール６０のリターン油路６４へドレーンされるため、ストロークセンサ４５周りを通って循環することとなり、やはりストロークセンサ４５を冷却できる。
【００５２】
図９に示すように、サーボピストン４１のストロークが７５％の状態とは、サーボピストン４１の下向きの力により、スプリング８０が縮み切った状態であるか、またはサーボピストン４１の下端縁が第１台座部材４９に当接した状態である。通常、可変ターボ過給機１のノズル部１２の開度調整は、サーボピストン４１のストロークで言うと、このストロークが７５％以内で緻密に行われる。そして、本実施形態では、開度調整を精度良く行うために、排気ガスの流体エネルギー等の外乱による大きな荷重を受けてもノズルリング１６が押し戻されないよう、サーボピストン４１を油圧によって強力に駆動しているのであり、ノズルリング１６に大きな推力を生じさせているのである。
【００５３】
以下には、サーボピストン４１をストロークが７５％の位置からさらに１００％の位置まで下降させる場合について説明する。ただし、実際には、ストロークが７５％〜１００％の間でノズルリング１６がシュラウドプレート２２に当接し、当接時点でサーボピストン４１が停止するため、１００％のストローク位置に達することはない。
【００５４】
図１０に示すストロークが１００％の状態に向けて動作させるには、比例制御弁によって、図１１に示すように、ストロークが１００％となるパイロット圧Ｐ２までパイロット油圧室５３内の圧力を上昇させる。すると、スプリング９０の付勢力に抗してパイロットスプール６０がさらに下降し、第１ピストン油路４１７を介して、ポンプから第１油圧室５１内へ油がさらに供給される。そして、第１油圧室５１内の圧力によりサーボピストン４１を下げる力が、第２油圧室５２内の圧力およびスプリング３０での力の合力によるサーボピストン４１を上向きに上げる力よりも大きくなると、サーボピストン４１が下降する。
【００５５】
これにより、サーボピストン４１はパイロットスプール６０に追従して下降する。そして、パイロットスプール６０は、パイロット圧とスプリング９０とがつり合う位置まで下降して停止する。サーボピストン４１が下降している過程ではやはり、排出循環油路４１８の連通部４１８Ａと、パイロットスプール６０の溝部６０２との連通が遮断されているため、第１油圧室５１内では入り込む油の流れによりストロークセンサ４５が冷却される。
【００５６】
なお、参考までに説明するが、ストロークが１００％に達した状態では、第１台座部材４９が、第２台座部材５０に当接し、サーボピストン４１の移動が規制される。また、サーボピストン４１を上昇させる場合には、パイロット油圧室５３内のパイロット圧を低下させればよく、パイロット圧による力がスプリング９０の付勢力より小さくなるため、パイロットスプール６０が上昇し、これに伴って、第２油圧室５２に油が供給されるとともに、第１油圧室５１内の油がドレーンされるため、サーボピストン４１はパイロットスプール６０に追従して上昇する。また、第１油圧室５１内からの油のドレーンにより、油の流れが入るため、このことでもストロークセンサ４５を冷却できる。
【００５７】
図１２は、サーボピストン４１によるスライド機構２０の駆動力（Ｎ）とサーボピストン４１のストローク（％）との関係を示すグラフが示されている。この図によると、サーボピストン４１が下方に駆動する場合では、まず、サーボピストン４１の推力によりスプリング８０が縮み始め、サーボピストン４１のストロークが７５％に達すると、前述したように、サーボピストン４１の下端縁が第１台座部材４９に当接した状態となるか、またはスプリング８０は縮み切ることとなる。
【００５８】
この後、ストロークが７５％の状態から１００％の状態では、サーボピストン４１の推力は、第１台座部材４９を付勢するスプリング３０によって大きく吸収されるため、スライド機構２０を駆動するための駆動力が低減して、ノズルリング１６の推力が小さくなり、ノズルリング１６がシュラウドプレート２２に対して衝撃を与えることなく接触する。なお、ノズルリング１６がシュラウドプレート２２に最も近接するような全閉状態、またはこれに近い開度状態では、さほど緻密な開度制御が要求されないため、ノズルリング１６の推力がわずかであっても実用に支障をきたすことはない。
【００５９】
本実施形態によれば、ストロークが０％から７５％の状態においては、サーボピストン４１によるスライド機構２０の駆動力は、そのほとんどがノズルリング１６へ伝達されるが、その後、ストロークが７５％〜１００％の間では、サーボピストン４１による駆動力は、取付荷重（Ｎ）の大きいスプリング３０で吸収されることとなるので、スライド機構２０の駆動力を低減でき、ノズルリング１６がシュラウドプレート２２に勢いよく接触するのを抑制できる。
【００６０】
[第２実施形態]
図１３は、第２実施形態の油圧サーボ駆動装置４０の要部を示す図である。
本実施形態では、閉塞部材４６の底面には、ボルト８１が螺合されており、ボルト８１のネジ部８１１には、受座８２が摺動自在に取り付けられている。受座８２と閉塞部材４６との間には、第２ばね部材としての複数の皿ばね８３が介装されている。また、サーボピストン４１の下端面４１２と閉塞部材４６との間には、第１ばね部材としてのスプリング３０が挟持されている。この際、皿ばね８３およびスプリング３０は、サーボピストン４１の付勢開始タイミングが異なるように並列的に配置されている。
【００６１】
複数の皿ばね８３全体の取付荷重（Ｎ）としては、スプリング３０の取付荷重（Ｎ）よりも大きく設定されている。サーボピストン４１が下降すると、まず、サーボピストン４１がスプリング３０を圧縮し始め、サーボピストン４１のストロークが７５％となると、サーボピストン４１の下端面４１２が受座８２を圧縮し始める。すなわち、サーボピストン４１のストロークが７５％〜１００％の間では、サーボピストン４１による駆動力は、スプリング３０および皿ばね８３の両方で吸収されることとなる。
【００６２】
本実施形態によっても、サーボピストン４１による駆動力は、サーボピストン４１のストロークが７５％〜１００％の間では、スプリング３０および皿ばね８３で大きく吸収されるので、スライド機構２０の駆動力を低減できる。
【００６３】
[第３実施形態]
図１４は、第３実施形態の油圧サーボ駆動装置４０を示す図である。
本実施形態での油圧サーボ駆動装置には、３ポート式のサーボバルブ構造が用いられている。ここでは、前記各実施形態と異なる動作についてのみ説明する。
３ポート式のサーボバルブ構造では、サーボピストン４１が下降するときには、パイロット油圧室５１内へパイロット圧を増加させると、サーボピストン４１は、第２油圧室５２に作用する圧力による力およびスプリング８０の付勢力に抗して下降する。そして、第２油圧室５２内に供給される油が、第２ピストン油路４１９を介して、リターン油路４１６からドレーンされる。
【００６４】
一方、サーボピストン４１が上昇するときには、パイロット油圧室５１内のパイロット圧を低下させることにより、サーボピストン４１は、第２油圧室５２に作用する圧力による力およびスプリング３０の付勢力によって上昇する。この際、浅溝４２１周辺の油が、第２ピストン油路４１９によって第２油圧室５２内へ供給される。
【００６５】
本実施形態においても、前記第１実施形態と同様にサーボピストン４１の下方には、スプリング３０，８０が設けられているので、サーボピストン４１による駆動力をスプリング３０，８０にて吸収できる。
【００６６】
なお、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【００６７】
例えば、前記第２実施形態では、スプリング３０と皿ばね８３とが用いられていたが、共にスプリング（コイルばね）によって構成してもよい。
前記第３実施形態では、スプリング３０，８０を用いたが、スプリング８０の代わりに第２実施形態のような皿ばねを用いる構成にしてもよい。
【００６８】
前記各実施形態の可変ターボ過給機１は、ノズルリング１６をスライド機構２０によりスライドさせて、ノズル部１２の開口面積を変更する構造であったが、これに限定されず、複数設けられたノズルベーンをスイング機構を用いてスイングさせることにより開口面積を変更する構造であってもよい。このような場合には、各ノズルベーンが重なるように当接する時にスイング機構の駆動力を低減させるように構成すればよく、こうすることで、ノズルベーン同士の損傷を防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の可変ターボ過給機は、建設機械、乗用車等に搭載されるエンジンに好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明に係る可変ターボ過給機を示す斜視図。
【図２】前記可変ターボ過給機を示す断面図。
【図３】前記可変ターボ過給機のスライド機構を示す図であり、図２のＣ−Ｃ矢視図。
【図４】前記スライド機構の要部を示す断面図であり、図３のＤ−Ｄ矢視図。
【図５】前記スライド機構によって進退するノズルリングを示す側面図。
【図６】前記スライド機構と油圧サーボ駆動装置との連結部を示す斜視図。
【図７】前記第１実施形態に係る油圧サーボ駆動装置を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ矢視図。
【図８】前記油圧サーボ駆動装置を示す断面図であり、図１のＢ−Ｂ矢視図。
【図９】ストロークが７５％の状態の前記油圧サーボ駆動装置を示す断面図。
【図１０】ストロークが１００％の状態の前記油圧サーボ駆動装置を示す断面図。
【図１１】パイロット圧とストロークとの関係を示すグラフ。
【図１２】ストロークと荷重との関係を示すグラフ。
【図１３】第２実施形態に係る油圧サーボ駆動装置の要部を示す断面図。
【図１４】第３実施形態に係る３ポート式の油圧サーボ駆動装置を示す断面図。
【符号の説明】
【００７１】
１…可変ターボ過給機、１６…ノズルリング（可動部材）、１７…対向面、２０…スライド機構（開度調整機構）、２２…シュラウドプレート（対向部材）、３０…スプリング（第２ばね部材）、４０…油圧サーボ駆動装置、４１…サーボピストン、５１…第１油圧室（ポンプ油圧室）、６０…パイロットスプール、７２…ポンプポート、７３…ドレーンポート、８０…スプリング（第１ばね部材）、８３…皿ばね（第２ばね部材）、４１７…第１ピストン油路（ピストン油路）、４１８…排出循環油路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010059844.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010059844.tif 000011
【図１０】
2010059844.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2010059844.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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