(57)【要約】 【課題】    ノズルベーンを外部操作で確実に回動できる可変ターボ過給機の提供。  【解決手段】可変ターボ過給機１を、排気タービンホイール１２外側のノズル部１３に互いに対向して設けられた一対の排気導入壁１６と、排気導入壁１６間に回動可能に軸支され、かつ排気タービンホイール１２の周方向に沿って所定間隔をあけて配置された複数のノズルベーン３１と、各ノズルベーン３１の回動軸３２の排気導入壁１６から突出した部分に取り付けられたレバー２０と、レバー２０に連結されて、レバー２０同士を連動させる連結リング１８と、ベアリングハウジング６４に軸支されて外部から駆動される回動駆動軸３３と、複数のノズルベーン３１の回動軸３２のうちの少なくとも一つの回動軸３２と回動駆動軸３３とを連結するとともに、回動軸３２および前記回動駆動軸３３の偏心を許容する継手２３とを備えて構成した。【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変ターボ過給機において、
排気タービンホイール（１２）外側のノズル部（１３）に互いに対向して設けられた一対の排気導入壁（１６）と、
前記排気導入壁（１６）間に回動可能に軸支され、かつ排気タービンホイール（１２）の周方向に沿って所定間隔をあけて配置された複数のノズルベーン（３１）と、
前記各ノズルベーン（３１）の回動軸（３２）の前記排気導入壁（１６）から突出した部分に取り付けられたレバー（２０）と、
前記レバー（２０）に連結されて、当該レバー（２０）同士を連動させる連結リング（１８）と、
ハウジング（６４）に軸支されて外部から駆動される回動駆動軸（３３）と、
前記複数のノズルベーン（３１）の回動軸（３２）のうちの少なくとも一つの回動軸（３２）と前記回動駆動軸（３３）とを連結するとともに、前記回動軸（３２）および前記回動駆動軸（３３）の偏心を許容する継手（２３，２９）とを備えている
ことを特徴とする可変ターボ過給機（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の可変ターボ過給機（１）において、
前記継手（２３，２９）は、前記回動軸（３２）および前記回動駆動軸（３３）のそれぞれに設けられた二面幅部（３４，３５）と係合する一対の係合部（２４，２５）を有し、
これらの係合部（２４，２５）の前記二面幅部（３４，３５）と係合する係合面（２６Ａ，２７Ａ）は、当該二面幅部（３４，３５）の平行面（３４Ａ，３５Ａ）に対して径方向に摺動可能とされ、
前記各係合部（２４，２５）の係合面（２６Ａ，２７Ａ）の摺動方向が略直交している  ことを特徴とする可変ターボ過給機（１）。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の可変ターボ過給機（１）において、
前記継手（２３）は前記レバー（２０）に一体に設けられている
ことを特徴とする可変ターボ過給機（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気タービンの排気流速を調整するノズルベーンを備えた可変ターボ過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気を圧縮してエンジンに吸入させる方法として、エンジンの排気エネルギを利用して排気タービンを作動させ、給気コンプレッサを駆動するターボ過給機が知られている。このようなターボ過給機では、エンジンの排気を利用するため、エンジンの低速回転域では排気流量が低下し、排気タービンも低回転となり、事実上給気コンプレッサをほとんど作動させることができない。そこで、このような特性を改善したものとして、ターボ過給機のノズル開度を可変にする可変ターボ過給機がある（例えば特許文献１）。
【０００３】
可変ターボ過給機では、排気タービンのノズル部に可動式のノズルベーンが設置されており、このノズルベーンを回動させることによりノズル開度（ノズル部の開口面積）を調整する。エンジンの低速回転域では、排気量が少ないので、ノズルベーンを回動させてノズル開度を小さくすれば、排気タービンに流入する排気ガスの流速が増加し、排気タービンホイールの回転エネルギが大きくなり、よって給気コンプレッサの過給能力を上げることができる。
【０００４】
ノズルベーンを回動させる具体的な構造としては、複数のノズルベーンの１つに外部から回動駆動可能な回動駆動軸が連結されており、この回動駆動軸の途中には駆動レバーが取り付けられている。駆動レバーは連結リングを介して他のノズルベーンに設けられた従動レバーを回動させる。従って、１つのノズルベーンを回動駆動軸で回動させることにより、結果として全てのノズルベーンを回動させることが可能である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１７２１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来の可変ターボ過給機では、前記回動駆動軸、駆動レバー、およびこの駆動レバーに設けられたノズルベーンが、軸線方向に沿って互いに溶接等により一体に接合されているが、この一体ものはハウジング等に複数箇所で支持されているため、回動駆動軸を外部操作によって回動させた際の曲げモーメントによって撓んでしまうと、支持部分でこじりが生じて容易に回動しない可能性がある。
【０００７】
本発明の目的は、ノズルベーンを外部操作によって確実に回動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】
【０００８】
本発明の請求項１に係る可変ターボ過給機は、排気タービンホイール外側のノズル部に互いに対向して設けられた一対の排気導入壁と、前記排気導入壁間に回動可能に軸支され、かつ排気タービンホイールの周方向に沿って所定間隔をあけて配置された複数のノズルベーンと、前記各ノズルベーンの回動軸の前記排気導入壁から突出した部分に取り付けられたレバーと、前記レバーに連結されて、当該レバー同士を連動させる連結リングと、ハウジングに軸支されて外部から駆動される回動駆動軸と、前記複数のノズルベーンの回動軸のうちの少なくとも一つの回動軸と前記回動駆動軸とを連結するとともに、前記回動軸および前記回動駆動軸の偏心を許容する継手とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
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、前記継手は、前記回動軸および前記回動駆動軸のそれぞれに設けられた二面幅部と係合する一対の係合部を有し、これらの係合部の前記二面幅部と係合する係合面は当該二面幅部の平行面に対して径方向に摺動可能とされ、前記各係合部の係合面の摺動方向が略直交していることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項３に係る可変ターボ過給機は、請求項１または請求項２に記載の可変ターボ過給機において、前記継手は前記レバーに一体に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上において、請求項１の発明によれば、回動駆動軸を駆動した際には、この回動駆動軸に曲げモーメントが生じ、回動駆動軸が撓んで駆動軸に対して偏心するのであるが、ノズルベーンの回動軸と外部操作される回動駆動軸とが継手によって連結されているため、前記偏心を継手によって吸収でき、ノズルベーンを外部操作によって確実に駆動できる。
【００１２】
本発明の請求項２の発明によれば、二面幅部を係合させた状態でこの係合部分がスライドするようになるから、回動軸および回動駆動軸の偏心をそのスライド動作によって確実に、かつ簡易な構造で吸収できる。
【００１３】
本発明の請求項３の発明によれば、継手がレバーと一体であるから、レバーが取り付けられる回動軸と回動駆動軸との連結部分の構造をコンパクトにできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本実施形態に係る可変ターボ過給機１の全体を示す断面図が示されている。  この図において、可変ターボ過給機１は、排気タービン１１と、給気コンプレッサ４１とを備えて構成される。
【００１５】
排気タービン１１は、図示しないエンジンの排気流路の途中に設けられ、排気ガスの流出入を案内する排気側ハウジング６２と、排気側ハウジング６２に収容された排気タービンホイール１２とを備えている。
【００１６】
排気側ハウジング６２は、外周側に形成され、かつ流入先端側に向かって流路断面が小さくなる排気流入部１４と、中央に形成された略円筒状の排気流出部１５とを一体的に備えている。排気側ハウジング６２の内部には、排気流出部１５とは反対側の開口を塞ぐように排気側インナープレート６５が設けられている。この排気側インナープレート６５および排気側ハウジング６２の間の隙間であって、排気タービンホイール１２の外周に沿って設けられた隙間は、流入した排気を排気流入部１４から排気タービンホイール１２に送るノズル部１３となっている。このノズル部１３の詳細については後述する。
【００１７】
排気タービンホイール１２は、排気側インナープレート６５を貫通したシャフト５１を一体的に備えており、排気側ハウジング６２の内部に回転可能に配置されている。排気タービンホイール１２のシャフト５１は、ベアリング５２を介してベアリングハウジング（ハウジング）６４で支持されている。このベアリングハウジング６４は、排気側ハウジング６２に嵌合された状態で、排気側ハウジング６２に係止片６８およびボルト６９で排気側インナープレート６５を挟んで固定されている。
【００１８】
給気コンプレッサ４１は、図示しないエンジンの給気流路側に設けられ、外気（吸気）の流出入を案内する給気側ハウジング６３と、給気側ハウジング６３に収容されたインペラ４２とを備えている。
【００１９】
給気側ハウジング６３は、中央に形成された略円筒状の吸気流入部４３と、その外周側に形成され、かつ流出先端側に向かって流路断面が大きくなる給気流出部４４とを一体的に備えている。給気側ハウジング６３は、吸気流入部４３とは反対側の開口が給気側ハウジング蓋６６で塞がれている。この給気側ハウジング蓋６６は、外周を覆うＶ字クランプなどによって給気側ハウジング６３に固定され、また、ベアリングハウジング６４に図示しないボルトで固定されている。
【００２０】
インペラ４２は、吸気流入部４３に向かって突出した排気タービンホイール１２のシャフト５１に、ナット４２Ａを用いて固定され、排気タービンホイール１２とともに回転する。
【００２１】
このような構成の可変ターボ過給機１においては、エンジンから排出された排気ガスは、排気流路に接続された排気流入部１４を通って排気タービン１１に流入する。その後、排気ガスは、排気流入部１４で整流され、ノズル部１３を通って排気タービンホイール１２に流入し、翼面の圧力差により排気タービンホイール１２を回転させ、排気流出部１５を通ってエンジンの排気流路に排出される。
【００２２】
排気タービンホイール１２の回転とともに、シャフト５１を介してインペラ４２が回転すると、インペラ４２は、吸気流入部４３から吸入される吸気を回転によって圧縮し、圧縮給気を給気流出部４４から排出する。排出された圧縮給気は給気流路を通ってエンジンに供給される。
【００２３】
以下には、ノズル部１３について詳説する。
図１、図２において、ノズル部１３は、排気側ハウジング６２および排気側インナープレート６５の互いに対向した部分に設けられた一対の排気導入壁１６（１６Ａ，１６Ｂ）間の前述した隙間で形成される。一対の排気導入壁１６間の隙間には、図３に示すように複数のノズルベーン３１が排気タービンホイール１２の外周に沿って等間隔で設置されている。ノズルベーン３１は、排気導入壁１６Ａ，１６Ｂに支持された回動軸３２を備え、この回動軸３２を中心に回動可能に設けられている。
【００２４】
円周上に配置された各ノズルベーン３１の回動軸３２で囲まれた領域の内側には、シャフト５１と同心円上で回動可能な連結リング１８が設けられている。この連結リング１８の外周には半長孔状の係合孔１９が形成されており、この係合孔１９には、棒状のレバー２０の一端が回動可能に、かつ摺動可能に係合されている。各レバー２０の他端は各回動軸３２に固定されており、これらのレバー２０を介して連結リング１８が回動軸３２に支持されている。
【００２５】
ここで、連結リング１８は、排気側インナープレート６５やベアリングハウジング６４の内部などにシャフト５１を中心とするリング状の支持部分を設け、この支持部分にローラベアリング等を介して設置される。こうすることで、連結リング１８の自重や、排気タービン１１の振動などによる影響も少なく、連結リング１８がより安定的に支持される。
【００２６】
図１ないし図３に示すように、各ノズルベーン３１の回動軸３２のうちの一本は、ベアリングハウジング６４を貫通した回動駆動軸３３と前記レバー２０を介して連結されている。つまり、このレバー２０は駆動用のレバー２１であり、他のレバー２０は従動用である。従って、駆動用のレバー２１は、回動駆動軸３３からの回動駆動力を連結リング１８に伝達するのに十分な剛性を有するように、他のレバー２０よりも太く、高剛性になっている（図３）。
【００２７】
具体的に、駆動用のレバー２１は、連結リング１８の係合孔１９に挿入される挿入部２２と、図４に示すように、回動軸３２および回動駆動軸３３の互いの対向端部同士を連結する継手部（継手）２３とを有しており、継手部２３がレバー２１に一体に設けられていることにより、回動軸３２および回動駆動軸３３の連結部分のコンパクト化が図られている。このうちの継手部２３には、回動軸３２の一端が係合する第１係合部２４、および回動駆動軸３３の一端が係合する第２係合部２５が設けられている。
【００２８】
第１係合部２４は、図５に拡大して示すように、矩形状の貫通孔２６からなり、貫通孔２６に回動軸３２に設けられた二面幅部３４が係合している。すなわち、二面幅部３４の一対の平行面３４Ａが、貫通孔２６を形成する長辺側の一対の係合面２６Ａに接触して係合しているのであり、係合面２６Ａと平行面３４Ａとの間で生じる径方向の摺動によって貫通孔２６内では、二面幅部３４の位置が矢印方向に相対的に僅かにスライド可能である。
【００２９】
一方、第２係合部２５は、図６に拡大して示すように、継手部２３を横切る溝２７からなり、溝２７に回動駆動軸３３に設けられた二面幅部３５が係合している。すなわち、二面幅部３５の一対の平行面３５Ａが、溝２７を形成する一対の係合面２７Ａに接触して係合しているのであり、係合面２７Ａと平行面３５Ａとの間で生じる径方向の摺動によって溝２７内では、二面幅部３５の位置が相対的に僅かにスライド可能である。
【００３０】
そして、第１、第２係合部２４，２５において、各係合面２６Ａ，２７Ａの摺動方向（スライド方向に同じ）は直交している。従って、回動駆動軸３３を連結杆３６（図１）を介して図示しない油圧アクチュエータ等で回動駆動させると、回動駆動軸３３に生じる曲げモーメントにより当該回動駆動軸３３の軸中心と、排気導入壁１６Ｂで支持された回動軸３２の軸中心とが偏心するが、この偏心はレバー２１の継手部２３内で生じる第１、第２係合部２４，２５の相対的な位置スライドによって確実に吸収される。このため、互いの軸中心がずれていても、レバー２１をスムーズに回動させることができ、全てのノズルベーン３１を確実に回動させて可変ターボ過給機１での正確な開度調整を実現できる。
【００３１】
また、回動軸３２および回動駆動軸３３の偏心を継手部２３で許容できるので、それら回動軸３２および回動駆動軸３３が挿通される各軸孔の位置精度を高精度にする必要がなく、加工を容易に行える。
【００３２】
以上のような可変ターボ過給機１では一般的に、図示しない角度制御コントローラによって開度制御される。
角度制御コントローラは、エンジンコントローラからの回転速度信号と、燃料供給量信号とから排気流量を計算し、最適のノズル開度を確保するためにアクチュエータに駆動信号を出力する。アクチュエータは、角度制御コントローラからの信号を受け、回動駆動軸３３を所定角度回動させる。この回動力がさらに駆動用のレバー２１に伝達され、このレバー２１に係合した連結リング１８を回動させる。連結リング１８の回動とともに、これに係合した従動側の全てのレバー２０が駆動用のレバー２１と同様に回動することとなり、この結果、全てのノズルベーン３１が同時に同角度回動する。
【００３３】
エンジン低回転域において、エンジンコントローラからの回転速度信号と燃料供給量信号とから計算される排気流量が少なくなった場合は、角度制御コントローラはアクチュエータに、ノズルベーン３１を閉じる方向に回動するような信号を出力する。これを受けて、アクチュエータが駆動され、ノズルベーン３１を閉じる方向に回動させる。これにより、ノズル開度が小さくなり、排気タービン１１に導入される排気ガスの流速が増加し、排気タービン１１の回転エネルギが増加する。増加した排気タービン１１の回転とともに給気コンプレッサ４１のインペラ４２の回転速度が増加するので、過給能力が向上する。
【００３４】
エンジンが高回転域にあり、排気流量が十分にあるときには、過給能力を向上させる必要がないので、ノズルベーン３１を開く方向に回動させる。これにより、ノズルベーン３１は略全開となり、エンジンから排出された排気ガスは、あまり増速されずに排気タービン１１に導入される。
【００３５】
〔第２実施形態〕
図７、図８には、本発明の第２実施形態に係る可変ターボ過給機１の要部が示されている。なお、本実施形態において、第１実施形態で説明した構成部材と同一または同機能を有する構成部材には同じ符号を付し、それらの説明を省略する。
【００３６】
図７において、本実施形態では、排気導入壁１６Ｂの外側に連結リング１８が配置されており、この連結リング１８から突設された係合ピン１８Ａに対して、レバー２０，２１に設けられた音叉形状の把持部２８が係合している。従って、このような本実施形態でも、回動駆動軸３３を外部操作によって回動させると、この回動力は駆動用のレバー２１から連結リング１８を介して他の従動側のレバー２０に伝達され、結果として全てのノズルベーン３１を回動させることが可能である。
【００３７】
従って、本実施形態での駆動側のノズルベーン３１は、図８に示すように、第１実施形態と同様な継手部２３と前記把持部２８とを一体に設けた構造になっており、継手部２３には第１、第２係合部２４，２５が設けられている。第１、第２係合部２４，２５と係合する回動軸３２の二面幅部３４や回動駆動軸３３の二面幅部３５の形状も第１実施形態と同様である。
このような本実施形態でも、回動軸３２および回動駆動軸３３の偏心を継手部２３で吸収でき、ノズルベーン３１を確実に回動させることができる。
【００３８】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態では、本発明の継手が継手部２３としてレバー２１に一体に設けられていたが、図９に示すように、レバー２１を回動軸３２に溶接等して一体に設ける場合には、本発明の継手をレバー２１とは別体の継手２９として設けてもよい。そして、このような場合には、継手２９の第１係合部２４に対し、レバー２１から突設された二面幅部３４が係合することになる。
【００３９】
本発明を実施するための最良の構成などは、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。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、建設機械、輸送用トラック、ダンプトラック、乗用車等に搭載されるエンジンの可変ターボ過給機などに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る可変ターボ過給機の全体を示す断面図。
【図２】前記第１実施形態の要部を示す断面図。
【図３】図１のIII−III断面図。
【図４】前記第１実施形態の構成部品を示す分解斜視図。
【図５】前記第１実施形態の要部を拡大して示す断面図。
【図６】前記第１実施形態の別の要部を拡大して示す断面図。
【図７】本発明の第２実施形態を示す図。
【図８】前記第２実施形態の構成部品を示す分解斜視図。
【図９】本発明の変形例を示す分解斜視図。
【符号の説明】
【００４２】
１…可変ターボ過給機、１２…排気タービンホイール、１３…ノズル部、１６，１６Ａ，１６Ｂ…排気導入壁、１８…連結リング、２０，２１…レバー、２３…継手である継手部、２４…係合部である第１係合部、２５…係合部である第２係合部、２６Ａ，２７Ａ…係合面、２９…継手、３１…ノズルベーン、３２…回動軸、３３…回動駆動軸、３４，３５…二面幅部、３４Ａ，３５Ａ…平行面、６４…ハウジングであるベアリングハウジング。
【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】
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【図８】
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【図９】
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