(57)【要約】【課題】ノズルベーンを備えたタービンとディフューザベーンを備えたコンプレッサとを兼備し、搭載性が良好で部品点数の増加を抑制できるターボチャージャを提供する。【解決手段】ターボチャージャー１は、複数のノズルベーン９及び複数のディフューザベーン３０のそれぞれを駆動する共通の駆動装置４０を備えており、その駆動装置４０は、単一のアクチュエータ４１にて回転駆動される駆動リング４２と、駆動リング４２の回転運動を複数のノズルベーン９のそれぞれに伝達する第１伝達機構４３と、駆動リング４２の回転運動を複数のディフューザベーン３０のそれぞれに伝達する第２伝達機構４４と、を備えている。各伝達機構４３、４４は駆動リング４２の内周及び外周に結合された第１及び第２駆動アーム５２、５６を有しており、各駆動アーム５２、５６の結合位置が駆動リングの回転軸線方向に関してオーバーラップしている。【選択図】図２
2010196543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に並べられて傾き角度を変更可能な複数のノズルベーンを有するタービンと、周方向に並べられて傾き角度を変更可能な複数のディフューザベーンを有するコンプレッサと、前記複数のノズルベーン及び前記複数のディフューザベーンのそれぞれを駆動する共通の駆動装置と、を備え、
前記駆動装置は、前記タービンと前記コンプレッサとの間に配置され、単一のアクチュエータにて回転駆動される駆動リングと、前記駆動リングの回転運動を前記複数のノズルベーンのそれぞれに伝達する第１伝達機構と、前記駆動リングの回転運動を前記複数のディフューザベーンのそれぞれに伝達する第２伝達機構と、を備え、
前記第１伝達機構は、一端部が前記駆動リングの内周側にリンク結合され、他端部が前記ノズルベーンと一体回転可能に結合された複数の第１駆動アームを有し、
前記第２伝達機構は、一端部が前記駆動リングの外周側にリンク結合され、他端部が前記ディフューザベーンと一体回転可能に結合された複数の第２駆動アームを有し、
前記第１駆動アーム及び前記第２駆動アームは、前記駆動リングに対する結合位置が前記駆動リングの回転軸線方向に関してオーバーラップした状態で前記駆動リングにリンク結合されていることを特徴とするターボチャージャ。
【請求項２】
前記ディフューザベーンを支持する支持プレートと、前記駆動リングの内周に接触しつつ前記駆動リングを回転自在に支持するローラピンと、を更に備え、
前記ローラピンは、一端が前記支持プレートに結合され他端が自由端となるように前記支持プレートに片持ち支持されている、請求項１に記載のターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気等を利用してタービンを回転させ、そのタービンの回転によりコンプレッサを駆動するターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンの入口であるタービンホイールの外周に複数のノズルベーンを設け、各ノズルベーンの傾き角度を変更してタービンの入口面積を変化させることにより容量を変更可能にしたタービンを備えたターボチャージャが広く知られている。また、コンプレッサの出口であるコンプレッサホイールの外周に複数のディフューザベーンを設け、各ディフューザベーンの傾き角度を変更してサージングを防止できるように過給特性を変更可能にしたコンプレッサを備えたターボチャージャも広く知られている（例えば、特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２及び３が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１６３６９１号公報
【特許文献２】特開平８−２５４１２７号公報
【特許文献３】特開２００６−１６９９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ノズルベーンを備えたタービンと、ディフューザベーンを備えたコンプレッサとを兼備するターボチャージャを構成する場合、ノズルベーンの駆動と、ディフューザベーンの駆動とを行わなければならない。これらベーンの駆動を担当する駆動装置を別々に設けた場合には、ターボチャージャの体格が大きくなって搭載性を損ねたり、部品点数が増加する等の問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、ノズルベーンを備えたタービンとディフューザベーンを備えたコンプレッサとを兼備し、搭載性が良好で部品点数の増加を抑制できるターボチャージャを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のターボチャージャは、周方向に並べられて傾き角度を変更可能な複数のノズルベーンを有するタービンと、周方向に並べられて傾き角度を変更可能な複数のディフューザベーンを有するコンプレッサと、前記複数のノズルベーン及び前記複数のディフューザベーンのそれぞれを駆動する共通の駆動装置と、を備え、前記駆動装置は、前記タービンと前記コンプレッサとの間に配置され、単一のアクチュエータにて回転駆動される駆動リングと、前記駆動リングの回転運動を前記複数のノズルベーンのそれぞれに伝達する第１伝達機構と、前記駆動リングの回転運動を前記複数のディフューザベーンのそれぞれに伝達する第２伝達機構と、を備え、前記第１伝達機構は、一端部が前記駆動リングの内周側にリンク結合され、他端部が前記ノズルベーンと一体回転可能に結合された複数の第１駆動アームを有し、前記第２伝達機構は、一端部が前記駆動リングの外周側にリンク結合され、他端部が前記ディフューザベーンと一体回転可能に結合された複数の第２駆動アームを有し、前記第１駆動アーム及び前記第２駆動アームは、前記駆動リングに対する結合位置が前記駆動リングの回転軸線方向に関してオーバーラップした状態で前記駆動リングにリンク結合されているものである（請求項１）。
【０００７】
このターボチャージャによれば、ノズルベーン及びディフューザベーンのそれぞれに対する駆動が共通の駆動装置にて行われ、しかもその駆動装置は単一のアクチュエータにて回転駆動される駆動リングの回転運動を、第１伝達機構を介してノズルベーンに、第２伝達機構を介してディフューザベーンにそれぞれ伝達するものである。従って、ノズルベーンの駆動装置と、ディフューザベーンの駆動装置とを別々に設ける場合と比べて大型化を防止できるため搭載性が良好になる。また、単一のアクチュエータにて駆動される駆動リングを共通化しているため部品点数の増加を抑制できる。更に、駆動リングの内周側に第１駆動アームがリンク結合されるとともに、駆動リングの外周側に第２駆動アームがリンク結合され、なおかつ駆動リングに対する第１駆動アームの結合位置と第２駆動アームの結合位置とが駆動リングの軸線方向に関してオーバーラップしているので、軸線方向に関する寸法増大が抑えられ搭載性がより向上する。
【０００８】
本発明のターボチャージャの一態様においては、前記ディフューザベーンを支持する支持プレートと、前記駆動リングの内周に接触しつつ前記駆動リングを回転自在に支持するローラピンと、を更に備え、前記ローラピンは、一端が前記支持プレートに結合され他端が自由端となるように前記支持プレートに片持ち支持されてもよい（請求項２）。この態様によれば、駆動リングを回転自在に支持するローラピンが、タービン側よりも低温の部材である支持プレートに片持ち支持されているため熱膨張の影響を受け難くなる。これにより、ローラピンの熱膨張で駆動リングの内周面との間の隙間が無くなって駆動リングの動作不良が発生することを防止できる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明のターボチャージャによれば、共通の駆動装置が、単一のアクチュエータにて回転駆動される駆動リングの回転運動を、第１伝達機構を介してノズルベーンに、第２伝達機構を介してディフューザベーンにそれぞれ伝達するものであるから、ノズルベーンの駆動装置と、ディフューザベーンの駆動装置とを別々に設ける場合と比べて、大型化を防止できるとともに部品点数の増加を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一形態に係るターボチャージャの要部を示した正面図。
【図２】図１のII−II線に関する断面模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は本発明の一形態に係るターボチャージャの要部を示した正面図、図２は図１のII−II線に関する断面模式図である。これらの図に示すように、ターボチャージャ１は不図示の内燃機関からの排気によって駆動されるタービン２と、そのタービン２にて駆動されるコンプレッサ３とを備えている。
【００１２】
タービン２は、複数のタービンブレード４ａが周方向に設けられたタービンホイール４と、タービンホイール４が固定されたタービン軸５と、タービンホイール４を収納するとともに渦巻き状の入口通路６とタービン軸５の回転軸線Ａｘの方向に開口する出口通路７とを形成するタービンハウジング８とを備えている。
【００１３】
タービンハウジング８には、入口通路６に配置されてタービンホイール４の外周に沿って並べられた複数のノズルベーン９と、各ノズルベーン９を覆うノズルシュラウド１０と、各ノズルベーン９を挟んでノズルシュラウド１０の反対側に設けられて各ノズルベーン９を回転可能に支持する支持プレート１１とがそれぞれ設けられている。ノズルシュラウド１０とタービンハウジング８との間にはシールリング１２が設けられていて、ノズルシュラウド１０とタービンハウジング８との間のシール性が確保されている。
【００１４】
各ノズルベーン９はその傾き角度を変更することにより、タービンホイール４に対する入口通路６の開口面積を最も狭い最小開度から最も広い最大開度までの間で連続的に変化させることができる。つまり、各ノズルベーン９によって流路面積を流れ方向に絞るノズルが形成され、各ノズルベーン９の傾き角度を変更することにより、そのノズルの開口面積を変化させることができる。これにより、タービン２は可変容量式のタービンとして機能する。
【００１５】
コンプレッサ３は、複数のコンプレッサ翼１５ａが周方向に設けられ、タービン軸５に固定されたコンプレッサホイール（インペラ）１５と、コンプレッサホイール１５を収納するとともに回転軸線Ａｘの方向に開口する入口通路１６と渦巻き状の出口通路１７とを形成するコンプレッサハウジング１８とを備えている。コンプレッサハウジング１８は、タービン軸５を回転自在に支持する軸受２０、２１が装着された軸受ハウジング２２に結合された共通ハウジング２５に対してリブ状の連結部材２６を介して連結されている。軸受ハウジング２２とタービン軸５との間には油漏れを防止するオイルシール２８が設けられている。コンプレッサハウジング１８には、コンプレッサホイール１５の外周に沿って並べられた複数のディフューザベーン３０と、各ディフューザベーン３０を回転可能に支持する支持プレート３１とがそれぞれ設けられている。
【００１６】
各ディフューザベーン３０はその傾き角度を変更することにより、コンプレッサホイール１５から出口通路１７に至る通路面積を最も狭い最小開度から最も広い最大開度までの間で変化させることができる。つまり、各ディフューザベーン３０によって流路面積を流れ方向に拡大するディフューザが形成され、各ディフューザベーン３０の傾き角度を変更することによりそのディフューザの開口面積を変化させることができる。これにより、コンプレッサ３はサージングを防止できるように過給特性を変更できる可変ジオメトリコンプレッサ（ＶＧＣ）として機能する。
【００１７】
各ノズルベーン９を支持する支持プレート１１と各ディフューザベーン３０を支持する支持プレート３１とは、タービン２とコンプレッサ３との間に配置された結合プレート３５に結合されており、その結合プレート３５はシールリング３６を介してタービン軸５の外周に装着されている。コンプレッサハウジング１８は支持プレート３１を介してタービンハウジング８に結合される。
【００１８】
各ノズルベーン９及び各ディフューザベーン３０駆動は共通の駆動装置４０にて行われる。駆動装置４０は単一のアクチュエータ４１と、そのアクチュエータ４１にて回転駆動される駆動リング４２と、駆動リング４２の回転運動を各ノズルベーン９に伝達する第１伝達機構４３と、駆動リング４２の回転運動を各ディフューザベーン３０に伝達する第２伝達機構４４とを備えている。アクチュエータ４１は負圧を利用して直線運動を発生させるバキュームアクチュエータとして構成されている。駆動リング４２はその内周面４２ａに接する複数のローラピン４６（図１）を介してコンプレッサハウジング１８に回転自在に支持されている。なお、各ローラピン４６はコンプレッサハウジング１８に装着された支持プレート３１に片持ち支持されており、その反対側の自由端はタービン２側の支持プレート１１との間に微小隙間を保持している。ローラピン４６がタービン２側よりも低温の部材である支持プレート３１に片持ち支持されているため熱膨張の影響を受け難くなる。これにより、ローラピン４６の熱膨張で駆動リング４２の内周面４２ａとの間の隙間が無くなって駆動リング４２の動作不良が発生することを防止できる。
【００１９】
アクチュエータ４１と駆動リング４２とは、一端が駆動リング４２にリンク結合され他端がアクチュエータ４２に結合されたロッド４５にて連結されている。これにより、アクチュエータ４１による図１の矢印Ｆで示した直線運動が回転運動に変換され、駆動リング４２はアクチュエータ４１にて回転軸線Ａｘの回りに回転駆動される。
【００２０】
第１伝達機構４３は、各ノズルベーン９と一体回転する回転軸５１と、その回転軸５１から一方向（図２の上方）に延びる第１駆動アーム５２とを備えている。第１駆動アーム５２は、その端部５２ａが駆動リング４２の内周面４２ａに形成された凹部５３に回転可能に嵌り込んでいる。これにより、第１駆動アーム５２は、端部５２ａが駆動リング４２の内周側にリンク結合される。第１駆動アーム５２は回転軸５１から一方向に一体的に延びているため、端部５２ａの反対側の他端部５２ｂが各ノズルベーン９に対して一体回転可能に結合されることになる。一方、第２伝達機構４４は、各ディフューザベーン３０と一体回転する回転軸５５と、その回転軸５５から一方向（図２の下方）に延びる第２駆動アーム５６とを備えている。第２駆動アーム５６は、その端部５６ａが駆動リング４２の外周面４２ｂに形成された凹部５７に回転可能に嵌り込んでいる。これにより、第２駆動アーム５６は、端部５６ａが駆動リング４２の外周側にリンク結合される。第２駆動アーム５６は回転軸５５から一方向に一体的に延びているため、端部５６ａの反対側の他端部５６ｂが各ディフューザベーン３０に対して一体回転可能に結合されることになる。
【００２１】
以上のターボチャージャ１によれば、駆動装置４０により駆動リング４２が図１の矢印Ｆ１方向に回転駆動されると、各ノズルベーン９及び各ディフューザベーン３０のそれぞれの傾き角度を閉じ側に一斉に変化させることができる。反対に駆動リング４２が図１の矢印Ｆ２方向に回転駆動されると、各ノズルベーン９及び各ディフューザベーン３０のそれぞれの傾き角度を開き側に一斉に変化させることができる。各ノズルベーン９及び各ディフューザベーン３０の傾き角度を閉じ側に一斉に変化させることにより、コンプレッサ３のサージングを回避することができる。各ノズルベーン９及び各ディフューザベーン３０の傾き角度を開き側に一斉に変化させることにより、コンプレッサ３の流量が増加するので出力低下を招くことがない。
【００２２】
また、ターボチャージャ１によれば、各ノズルベーン９及び各ディフューザベーン３０のそれぞれに対する駆動が共通の駆動装置４０にて行われ、しかもその駆動装置４０は単一のアクチュエータ４１にて回転駆動される駆動リング４２の回転運動を、第１伝達機構４３を介して各ノズルベーン９に、第２伝達機構４４を介して各ディフューザベーン３０にそれぞれ伝達するものである。従って、各ノズルベーン９の駆動装置と、各ディフューザベーン３０の駆動装置とを別々に設ける場合と比べて大型化を防止できるため搭載性が良好になる。また、単一のアクチュエータ４１にて駆動される駆動リング４２を共通化しているため部品点数の増加を抑制できる。更に、駆動リング４２に対する第１駆動アーム５２及び第２駆動アーム５６のそれぞれの結合位置は回転軸線Ａｘの方向に関してオーバーラップしている。従って、これらをオフセットした場合に比べて回転軸線Ａｘの方向に関する寸法を短縮できるから搭載性がより向上する。
【００２３】
本発明は、上記形態に限定されず、種々の形態にて実施してよい。上記形態に係るアクチュエータ４１は負圧を利用して直線運動を発生させるバキュームアクチュエータとして構成されているが、本発明に係るアクチュエータは、アクチュエータ４１と同様の機能を持つ電動モータやソレノイドを利用したアクチュエータとして実施することも可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１  ターボチャージャ
２  タービン
３  コンプレッサ
９  ノズルベーン
３０  ディフューザベーン
３１  支持プレート
４０  駆動装置
４１  アクチュエータ
４２  駆動リング
４３  第１伝達機構
４４  第２伝達機構
４６  ローラピン
５２  第１駆動アーム
５２ａ  端部
５２ｂ  端部
５６  第２駆動アーム
５６ａ  端部
５６ｂ  端部
Ａｘ  回転軸線
【図１】
2010196543.tif 000003
【図２】
2010196543.tif 000004