(57)【要約】【課題】  きわめて簡単な構造で以って、かつタービンケーシングを大形化することなしに、スクロール断面積Ａとスクロール半径Ｒとの比（Ａ／Ｒ）を大きくして排気タービン容量を増大し、過給機効率を向上させエンジン出力の上昇を可能とした可変容量型排気ターボ過給機を提供する。【解決手段】  複数のノズルベーンの翼角を変化可能に構成された可変ノズル機構を備えた排気ターボ過給機において、前記可変ノズル機構は、複数のノズルベーンを環状のノズルマウントに回動可能に支持して、ノズルマウントと該ノズルマウントに複数のノズルサポートを介して結合された環状のノズルプレートとの間に配置し一体化されたノズル組立品を、前記ケース部材に着脱自在に取り付け、可変ノズル機構のノズルプレートをスクロールに臨ませて該スクロールの内周側壁面の一部を形成することにより、該スクロールの壁面をタービンケーシングと前記ノズルプレートとにより形成したことを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンからの排気ガスを、タービンケーシングに形成されたスクロール内及び該スクロールの内周側に設けられた複数のノズルベーンを通して、該ノズルベーンの内周側に設けられたタービンロータに作用させるとともに、前記複数のノズルベーンの翼角を変化可能に構成された可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機において、前記可変ノズル機構は、前記複数のノズルベーンを環状のノズルマウントに回動可能に支持するとともに、前記ノズルマウントと該ノズルマウントに複数のノズルサポートを介して結合された環状のノズルプレートとの間に配置して一体化されたノズル組立品を、前記タービンケーシング含むケース部材に着脱自在に取り付けてなり、前記可変ノズル機構のノズルプレートを前記スクロールに臨ませて該スクロールの内周側壁面の一部を形成することにより、該スクロールの壁面を前記タービンケーシングと前記ノズルプレートとにより形成したことを特徴とする可変容量型排気ターボ過給機のスクロール構造。
【請求項２】
前記ノズルプレートとタービンケーシングとの間に、前記スクロール内と前記ノズルベーンの下流側通路との間のガスシールを行なうシール部材を介装したことを特徴とする請求項１記載の可変容量型排気ターボ過給機のスクロール構造。
【請求項３】
前記ノズルサポートとノズルプレートとの結合部を、該ノズルプレートの円周方向に沿って複数個穿孔された嵌合穴に前記ノズルサポートの端部外周を一定間隙を存して嵌合したルーズフィット嵌合にて構成したことを特徴とする請求項１記載の可変容量型排気ターボ過給機のスクロール構造。
【請求項４】
前記ノズルプレートのノズルベーンの入口側通路に臨む外周部をテーパ状あるいは曲面状のいずれか一方の形状に切欠くことにより、前記スクロール側から前記入口側通路に向けて通路面積が滑らかに縮小せしめられるガス導入ガイド部を形成したことを特徴とする請求項１記載の可変容量型排気ターボ過給機のスクロール構造。
【請求項５】
前記ノズルプレートのスクロールに臨む面を、前記タービンケーシングに形成されたスクロールに臨む内周面に滑らかに接続されるスクロール側曲面部に形成したことを特徴とする請求項１記載の可変容量型排気ターボ過給機のスクロール構造。
【請求項６】
前記ノズルプレートを板状に形成するとともに、前記ノズルベーンの入口側通路に臨む面が前記スクロール側から前記入口側通路に向けて通路面積が滑らかに縮小せしめられる曲面状になるようにノズルプレートを湾曲してガス導入ガイド部を形成したことを特徴とする請求項１記載の可変容量型排気ターボ過給機のスクロール構造。
【請求項７】
前記ノズルプレートは、外周部を前記ノズルベーンの入口側通路に臨ませて該通路の入口部を構成するとともに、内周部を前記タービンロータの軸心方向に延設して該タービンロータ出口のシュラウド部を構成するように、前記外周部と内周部との間で屈曲して形成されたことを特徴とする請求項１記載の可変容量型排気ターボ過給機のスクロール構造。
【請求項８】
前記ノズルプレートの前記タービンロータ軸心方向の端部をタービンケーシングにインロー嵌合するとともに、ノズルサポートとノズルプレートとの結合部を、該ノズルプレートの円周方向に沿って複数個穿孔された嵌合穴に該ノズルサポートの端部外周を一定間隙を存して嵌合したルーズフィット嵌合にて構成したことを特徴とする請求項７記載の可変容量型排気ターボ過給機のスクロール構造。
【請求項９】
エンジンからの排気ガスを、タービンケーシングに形成されたスクロール内及び該スクロールの内周側に設けられた複数のノズルベーンを通して、該ノズルベーンの内周側に設けられたタービンロータに作用させるとともに、前記複数のノズルベーンの翼角を変化可能に構成された可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機の製造方法において、前記複数のノズルベーンを環状のノズルマウントに回動可能に支持するとともに、前記ノズルマウントと該ノズルマウントに複数のノズルサポートを介して結合された環状のノズルプレートとの間に配置して一体化されたカートリッジ状のノズル組立品を製作し、該カートリッジ状のノズル組立品を、前記ノズルプレートが前記スクロールに臨みかつ該スクロールの内周側壁面の一部を構成するように前記タービンケーシングを含むケース部材に組み込み、前記ノズルプレートとタービンケーシングとの間に前記スクロール内とノズルベーンの下流側通路との間のガスシールを行なうシール部材を組み付けることを特徴とする可変容量型排気ターボ過給機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ターボ過給機に用いられ、エンジン（内燃機関）からの排気ガスを、タービンケーシングに形成されたスクロール内及び複数のノズルベーンを通してタービンロータに作用させるとともに、前記複数のノズルベーンの翼角を変化可能に構成された可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機のスクロール構造及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用内燃機関等に用いられる比較的小型の排気ターボ過給機においては、たとえば特許文献１（特開２００１−２０７８５８号公報）に提供されているように、エンジンからの排気ガスを、タービンケーシングに形成されたスクロール内に充填し、該スクロールの内周側に設けられた複数のノズルベーンを通して、該ノズルベーンの内周側に設けられたタービンロータに作用させるように構成されるとともに、前記複数のノズルベーンの翼角を変化可能に構成された可変ノズル機構を備えた輻流型可変容量排気ターボ過給機が多く用いられるようになった。
【０００３】
特許文献１の過給機においては、エンジンからの排ガスはタービンケーシングに形成されたスクロールに入り、該スクロールの渦巻きに沿って周回しながらノズルベーンに流入してノズルベーンの翼間を流過してタービンロータにその外周側から流入し、中心側に向かい半径方向に流れて該タービンロータに膨張仕事をなした後、軸方向に流出してガス出口に案内されて機外に送出されるようになっている。
また、かかる過給機の容量を制御するにあたっては、アクチュエータにノズルベーンを流れる排ガスの流量が所要の流量になるようなノズルベーンの翼角を設定し、かかる翼角に対応するアクチュエータの往復変位をドライブリング、ドライブピン、レバープレートを介してノズル軸の回動角に変換し、該ノズル軸の回動によりノズルベーンが回動して前記アクチュエータにて設定された翼角に変化せしめている。
また、かかる可変ノズル機構を備えた輻流型可変容量排気ターボ過給機の他の例として、特許文献２（特開２００４−１３２３６７号公報）の技術が提供されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２０７８５８号公報
【特許文献２】特開２００４−１３２３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記可変ノズル機構を備えた輻流型可変容量排気ターボ過給機においては、タービンケーシング内に形成されたスクロールの設計要素として、該スクロールの断面積Ａ、タービンロータの軸心から該スクロール断面中心までの距離であるスクロール半径Ｒが挙げられ、スクロールの断面積Ａとスクロール半径Ｒとの比Ａ／Ｒは、タービンの空力性能、流量特性を決定する重要要素である。前記Ａ／Ｒを大きく取りたい場合、断面積Ａを大きくするかスクロール半径Ｒを小さくする。
【０００６】
前記特許文献１（特開２００１−２０７８５８号公報）にて提供されているような従来技術では、前記スクロールの断面積Ａを大きくする場合、排気タービンの径方向及び軸方向に拡大する必要があり、タービンケーシングが大型化する。特にスクロールを径方向に拡大した場合はスクロール半径Ｒも大きくなる方向に移動するのでＡ／Ｒはそれ程大きくならない。
また、前記スクロール半径Ｒを小さくする場合、スクロールを内径方向に移動する必要があるが、内径方向にはタービン出口ディフュ−ザー等が設置されているという制約があり、かかる移動は困難である。
【０００７】
一方、前記スクロールを排気タービンの径方向につぶして偏平形状とすることで、前記スクロール半径Ｒは小さくできるが、スクロール自体はタービン軸方向に延びて大形になってしまう。また、前記スクロールにおけるＡ／Ｒを大きくとるためにタービン出口側を軸方向内側に大きく膨らませる手段も提案されているが、この場合は、タービンケーシングのスクロール中子を製作する際に難易度の高いものとなっており生産性も悪い。
【０００８】
また前記特許文献２（特開２００４−１３２３６７号公報）の図１には、円板/締結リングがスクロールの一部を構成しているものが示されている。かかる構成によりスクロールの設計の自由度は増すが、この円板/締結リングはピン等を介してハウジングフランジ/壁にリジットに締結されるとともに、スペーサスリーブを介してベーン支持体にも止め部/フランジにもリジットに締結されている。
また、前記止め部/フランジは回転するタービンロータのシュラウド面も形成するため、タービンケーシングと同軸度を確保するためにリジットに締結されなければならない。この円板/締結リングは周囲部品と比較して小ぶりであり、熱容量も小さい。該円板/締結リングは案内ベーンの摺動面を構成しているので、熱変形は許容できない反面このような熱容量の小さいものを周囲にリジットに締結した場合、エンジンの過渡運転時に温度分布が生じて変形する可能性があり、このレイアウトを成立させ機能させることは困難となる。
【０００９】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、きわめて簡単な構造で以って、かつタービンケーシングを大形化することなしに、スクロール断面積Ａとスクロール半径Ｒとの比（Ａ／Ｒ）を大きくして排気タービン容量を増大し、過給機効率を向上せしめてエンジン出力の上昇を可能とした可変容量型排気ターボ過給機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】
【００１０】
本発明はかかる目的を達成するもので、エンジンからの排気ガスを、タービンケーシングに形成されたスクロール内及び該スクロールの内周側に設けられた複数のノズルベーンを通して、該ノズルベーンの内周側に設けられたタービンロータに作用させるとともに、前記複数のノズルベーンの翼角を変化可能に構成された可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機において、前記可変ノズル機構は、前記複数のノズルベーンを環状のノズルマウントに回動可能に支持するとともに、前記ノズルマウントと該ノズルマウントに複数のノズルサポートを介して結合された環状のノズルプレートとの間に配置して一体化されたノズル組立品を、前記タービンケーシング含むケース部材に着脱自在に取り付けてなり、前記可変ノズル機構のノズルプレートを前記スクロールに臨ませて該スクロールの内周側壁面の一部を形成することにより、該スクロールの壁面を前記タービンケーシングと前記ノズルプレートとにより形成したことを特徴とする。
かかる可変容量型排気ターボ過給機において、前記ノズルプレートとタービンケーシングとの間に、前記スクロール内とノズルベーンの下流側通路との間のガスシールを行なうシール部材を介装するのが好ましい。
【００１１】
また、前記のように構成された可変容量型排気ターボ過給機を製造する方法の発明は、エンジンからの排気ガスを、タービンケーシングに形成されたスクロール内及び該スクロールの内側に設けられた複数のノズルベーンを通して、該ノズルベーンの内周側に設けられたタービンロータに作用させるとともに、前記複数のノズルベーンの翼角を変化可能に構成された可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機の製造方法であって、前記複数のノズルベーンを環状のノズルマウントに回動可能に支持するとともに、前記ノズルマウントと該ノズルマウントに複数のノズルサポートを介して結合された環状のノズルプレートとの間に配置して一体化されたカートリッジ状のノズル組立品を製作し、該カートリッジ状のノズル組立品を、前記ノズルプレートが前記スクロールに臨みかつ該スクロールの内周側壁面の一部を構成するように前記タービンケーシングを含むケース部材に組み込み、前記ノズルプレートとタービンケーシングとの間に前記スクロール内とノズルベーンの下流側通路との間のガスシールを行なうシール部材を組み付けることを特徴とする。
【００１２】
かかる発明によれば、可変ノズル機構のノズルプレートをスクロールに臨ませて該スクロールの内周側壁面の一部を形成することにより、該スクロールの壁面をタービンケーシングとノズルプレートとにより形成したので、前記スクロールに関してノズルプレート周りのタービンケーシングの部位が不要になるため、該タービンケーシングを大きくすること無しに、スクロール断面積Ａとスクロール半径Ｒとの比（Ａ／Ｒ）を大きく取ることができる。
これにより、過給機を大型化することなく、排気タービン容量を大きくできるとともに、スクロール断面積Ａを大きくできることから、スクロールの容積増大に伴い静圧過給に近い過給状態となって過給機効率が向上し、エンジン出力の上昇が可能となる。
【００１３】
また、タービンケーシング自体の軽量化が可能となるとともに、タービンケーシング粗材で複雑なスクロール形状を構成することが不要となるので、タービンケーシング鋳造時におけるスクロール中子の形状の単純化が可能であり、過給機の生産性を向上できる。
また、ノズルプレートがスクロールの一部を構成することで、該ノズルプレートとタービンケーシングとの合せ面からのガス漏れが懸念されるが、ノズルプレートとタービンケーシングとの間に、前記スクロール内とノズルベーンの下流側通路との間のガスシールを行なうシール部材を介装したので、該シール部材によりかかるガス漏れを防止できる。
【００１４】
またかかる発明において、好ましくは、前記ノズルサポートとノズルプレートとの結合部を、該ノズルプレートの円周方向に沿って複数個穿孔された嵌合穴に前記ノズルサポートの端部外周を一定間隙を存して嵌合したルーズフィット嵌合にて構成する。
このように構成すれば、ノズルプレートの嵌合穴とノズルサポートの端部外周との嵌合を、該嵌合穴と端部外周との間に一定間隙を存して嵌合したルーズフィット嵌合としているので、ノズルマウントとノズルプレートに温度差が生じて両部品のノズルサポートを締結する穴中心位置がずれても、前記一定間隙部で前記ずれを吸収することにより、前記ノズルサポートとノズルマウント及びノズルプレートとの間の応力を回避できる。
【００１５】
またかかる発明において、好ましくは、前記ノズルプレートの前記ノズルベーンの入口側通路に臨む外周部をテーパ状あるいは曲面状のいずれか一方の形状に切欠くことにより、前記スクロール側から前記入口側通路に向けて通路面積が滑らかに縮小せしめられるガス導入ガイド部を形成する。
このように構成すれば、ノズルプレートのノズルベーンの入口側通路に臨む外周部をテーパ状あるいは曲面状に切欠くことにより、スクロール側から入口側通路に向けて通路面積が滑らかに縮小せしめられるガス導入ガイド部を形成することにより、スクロールからノズルベーンの入口側通路への流入部の通路抵抗が小さくなって空力性能が向上し、タービン効率が上昇する。
【００１６】
またかかる発明において、好ましくは、ノズルプレートのスクロールに臨む面を、タービンケーシングに形成されたスクロールに臨む内周面に滑らかに接続されるスクロール側曲面部に形成する。
このように構成すれば、ノズルプレートのスクロール側を単なる板形状ではなく、スクロールの理想的な形状に合わせた形状にできるので、スクロール設計の自由度が上がって、空力性能を改善しタービン効率を向上させる設計が可能になる。また、ノズルプレートの温度分布が大きく熱応力が高い場合に、必要な強度を確保するためにノズルプレートを厚くする必要があっても、スクロールが確保できるスペースを小さくすることなく、ノズルプレートを厚くして、該ノズルプレートの一部をスクロール形状とすることで、ノズルプレートの強度とコンパクトなタービンケーシング構造を両立できる。
【００１７】
またかかる発明において、好ましくは、前記ノズルプレートを板状に形成するとともに、前記ノズルベーンの入口側通路に臨む面が前記スクロール側から前記入口側通路に向けて通路面積が滑らかに縮小せしめられる曲面状になるようにノズルプレートを湾曲してガス導入ガイド部を形成する。
このように構成すれば、前記ガス導入ガイド部に、一般的に知られているベルマウスの形状の一部を使用したので、この曲面状部のＲ形状は機械加工、プレス、鍛造などで比較的簡単に加工することができるとともに、該ガス導入ガイド部の曲率半径を大きくすることができて、空力性能が改善されタービン性能を向上できる。
【００１８】
また本発明は、前記ノズルプレートは、外周部を前記ノズルベーンの入口側通路に臨ませて該通路の入口部を構成するとともに、内周部を前記タービンロータの軸心方向に延設して該タービンロータ出口のシュラウド部を構成するように、前記外周部と内周部との間で屈曲して形成されたことを特徴とする。
かかる発明において、好ましくは、前記ノズルプレートの前記タービンロータ軸心方向の端部をタービンケーシングにインロー嵌合するとともに、ノズルサポートとノズルプレートとの結合部を、該ノズルプレートの円周方向に沿って複数個穿孔された嵌合穴に該ノズルサポートの端部外周を一定間隙を存して嵌合したルーズフィット嵌合にて構成する。
【００１９】
かかる発明によれば、ノズルプレートの外周部をノズルベーンの入口側通路に臨ませて該通路の入口部を構成するとともに、内周部をタービンロータの軸心方向に延設して該タービンロータ出口のシュラウド部を構成しているので、従来はスクロール内径とタービンロータ出口のシュラウド面との間の肉部が鋳造品で構成されていることから、該肉部の肉厚を厚くする必要があったのに対し、スクロール内径とタービンロータ出口のシュラウド面との間の肉部をＬ字型に曲げられたノズルプレートで構成していることから、該ノズルプレートに例えばオーステナイト系ステンレス等の高温強度が高く、伸びのある材料を使用することで前記肉部の肉厚を薄くすることができる。
【００２０】
これにより、タービンケーシングの小型化が可能となり、また前記肉部の肉厚を薄くすることができるので、タービンロータの出口径を大きくする必要があるときには、前記スクロールの容量（断面積）小さくすることなしに前記シュラウド部の径を大きくすることが可能となる。従って、ノズルプレートに多くの機能を持たせることができて、タービンケーシングのスクロールを簡素化でき、タービンケーシング鋳造時におけるスクロール中子の製作簡素化及び軽量化が可能となる。
また、ノズルプレートの前記タービンロータ軸心方向の端部をタービンケーシングにインロー嵌合するとともに、ノズルサポートとノズルプレートとの結合部を、該ノズルプレートの嵌合穴に該ノズルサポートの端部外周を一定間隙を存して嵌合したルーズフィット嵌合にて構成しているので、このルーズフィット嵌合での締結部位とインロー部分を十分距離を採ることができるため、お互いの影響を受けることはない。一方ノズルプレートのスラスト方向の伸びは、ノズルプレート端部とタービンケーシングとの間のスラスト方向隙間にて吸収できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、可変ノズル機構のノズルプレートをスクロールに臨ませて該スクロールの内周側壁面の一部を形成することにより、該スクロールの壁面をタービンケーシングとノズルプレートとにより構成したので、スクロールに関してノズルプレート周りのタービンケーシングの部位が不要になるため、該タービンケーシングを大きくすること無しに、スクロール断面積Ａとスクロール半径Ｒとの比（Ａ／Ｒ）を大きく取ることができ、これにより、過給機を大型化することなく、排気タービン容量を大きくできるとともに、スクロール断面積Ａを大きくできることから、スクロールの容積増大に伴い静圧過給に近い過給状態となって過給機効率が向上し、エンジン出力の上昇が可能となる。
また、タービンケーシング自体の軽量化が可能となるとともに、該タービンケーシング粗材で複雑なスクロール形状を構成することが不要となるので、タービンケーシング鋳造時におけるスクロール中子の形状の単純化が可能であり、過給機の生産性を向上できる。
【００２２】
また本発明によれば、ノズルプレートの外周部をノズルベーンの入口側通路に臨ませて該通路の入口部を構成するとともに、内周部をタービンロータの軸心方向に延設して該タービンロータ出口のシュラウド部を構成しているので、スクロール内径とタービンロータ出口のシュラウド面との間の肉部をＬ字型に曲げられたノズルプレートで構成していることから、該ノズルプレートに高温強度が高く、伸びのある材料を使用することで前記肉部の肉厚を薄くすることができる。
これにより、タービンケーシングの小型化が可能となり、また前記肉部の肉厚を薄くすることができるので、スクロールの容量（断面積）小さくすることなしにシュラウド部の径を大きくすることが可能となり、従って、該ノズルプレートに多くの機能を持たせることができて、タービンハウジングのスクロールを簡素化でき、タービンケーシング鋳造時におけるスクロール中子の製作簡素化及び軽量化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２４】
図８は本発明が適用される可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機の縦断面である
図８において、１０はタービンケーシング、１１は該タービンケーシング１０の外周部に渦巻状に形成されたスクロールである。１２は輻流型のタービンロータで、コンプレッサ８と同軸に設けられこれのタービンシャフト１２ａが軸受ハウジング１３に軸受１６を介して回転自在に支持されている。７は前記コンプレッサ８が収納されるコンプレッサハウジング、９は該コンプレッサハウジング７の空気入口、７ａは渦巻状の空気通路である。また１００ａは該排気ターボ過給機の回転軸心である。
【００２５】
２はノズルベーンで、前記スクロール１１の内周側にタービンの円周方向等間隔に複数枚配置されるとともに、これの翼端部に連結されたノズル軸０２が前記タービンケーシング１０に固定されたノズルマウント４に回動可能に支持され、可変ノズル機構１００によりその翼角を変化せしめられるようになっている。
前記可変ノズル機構１００において、前記ノズルベーンを、前記ノズルマウント４と該ノズルマウント４に複数のノズルサポート５を介して結合された環状のノズルプレート６との間に配置し、該ノズルプレート６を前記タービンケーシング１０の取付部に嵌合している。
【００２６】
３は円盤状に形成されたドライブリングで、前記タービンケーシング１０に回転可能に支持されるとともに、円周方向等間隔にドライブピン３２が固着されている。１はレバープレートで、入力側の溝が該ドライブピン３２に係合され、出力側が前記ノズル軸０２に固定されている。
１５は前記ノズルベーン２の駆動源であるアクチュエータ（図示省略）に連結されるリンク、１４は該リンク１５に連結されるピンで、該ピン１４が前記ドライブリング３に係合されて該ドライブリング３を回動駆動している。
【００２７】
かかる構成からなる可変ノズル機構付き可変容量型排気ターボ過給機において、エンジン（図示省略）からの排ガスは前記スクロール１１に入り、該スクロール１１の渦巻きに沿って周回しながらノズルベーン２に流入する。そして、該排ガスは、前記ノズルベーン２の翼間を流過して前記タービンロータ１２にその外周側から流入し、中心側に向かい半径方向に流れて該タービンロータ１２に膨張仕事をなした後、軸方向に流出してガス出口１０ｂに案内されて機外に送出される。
【００２８】
かかる可変容量タービンの容量を制御するにあたっては、前記アクチュエータに対し，前記ノズルベーン２を流れる排ガスの流量が所要の流量になるような該ノズルベーン２の翼角を、翼角制御手段（図示省略）により設定する。かかる翼角に対応するアクチュエータの往復変位はリンク１５、ピン１４を介してドライブリング３に伝達され、該ドライブリング３が回動駆動される。
該ドライブリング３の回動により、該ドライブリング３に円周方向等間隔に固着されているドライブピン３２がレバープレート１を前記ノズル軸０２廻りに回動させ、該ノズル軸０２の回動によりノズルベーン２が回動して、前記アクチュエータにて設定された翼角に変化せしめられる。
本発明は、以上のように構成された可変ノズル機構１００を備えた可変容量型排気ターボ過給機におけるスクロール構造に係るものである。
【実施例１】
【００２９】
図１は本発明の本発明の第１実施例に係る可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機の要部縦断面図、図２は前記第１実施例におけるノズルプレートとノズルサポートとの結合部を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＥ―Ｅ線断面図である。
図１において、１０はタービンケーシング、１１は該タービンケーシング１０の外周部に渦巻状に形成されたスクロールである。１００ａは該排気ターボ過給機の回転軸心であり、この図においてはタービンロータ１２（図８参照）の図示を省略している。
２はノズルベーンで、前記スクロール１１の内周側にタービンの円周方向等間隔に複数枚配置されるとともに、これの翼端部に連結されたノズル軸０２が前記タービンケーシング１０に取り付けられた環状のノズルマウント４に回動可能に支持され、可変ノズル機構１００によりその翼角を変化せしめられるようになっている。
【００３０】
前記可変ノズル機構１００においては、前記ノズルマウント４にノズルシャフト０２を介して回動可能に支持された前記ノズルベーン２を、前記ノズルマウント４と該ノズルマウント４に複数のノズルサポート５を介して結合された環状のノズルプレート６との間に配置して、一体化されたカートリッジ状のノズル組立品に構成し、該ノズル組立品の前記ノズルマウント４をタービンケーシング１０に図示しないボルトによって固定するとともに、該ノズルプレート６を前記タービンケーシング１０の端部に形成された取付外周面１０ｃに嵌合することにより、該カートリッジ状のノズル組立品単位で前記タービンケーシング１０に着脱自在に取り付けている。
【００３１】
そして、前記可変ノズル機構１００のノズルプレート６を前記スクロール１１に臨ませて該スクロール１１の内周側壁面の一部を形成せしめることにより、該スクロール１１の内周側壁面を前記タービンケーシング１０のスクロール内径面１０ａ（内径Ｄ１）と前記ノズルプレート６とにより形成している。
図１において、Ｙは前記スクロール１１の断面中心（面心）、Ｒは前記回転軸心１００ａから前記断面中心（面心）までの距離つまりスクロール半径である。
図１（Ｂ）に示されるように、前記ノズルプレート６の内周側側面とタービンケーシング１０の前記取付外周面１０ｃに連なる側面との間にはシールリング２０が介装され、該シールリング２０により、前記スクロール１１内とノズルベーン２の下流側通路１０ｄとの間のガスシールを行なっている。
【００３２】
また図２（Ａ）、（Ｂ）において、前記ノズルサポート５とノズルプレート６との結合部を、該ノズルプレート６の円周方向に沿って複数個（この例では円周方向等間隔に４個）穿孔された嵌合穴６１に前記ノズルサポート５の端部外周５ａを一定間隙を存して嵌合したルーズフィット嵌合にて構成し、該ノズルサポート５の端部をワッシャ５ｃを介してかしめる（５ｂはかしめ部）。
このように構成すれば、ノズルプレート６の嵌合穴６１とノズルサポート５の端部外周５ａとの嵌合を、前記のように一定間隙を存して嵌合したルーズフィット嵌合としているので、ノズルマウント４とノズルプレート６との間に温度差が生じて両部品のノズルサポート５を締結する穴中心位置がずれても、前記一定間隙部で前記ずれを吸収することにより、前記ノズルサポート５とノズルマウント４及びノズルプレートとの間の応力を回避できる。
【００３３】
前記のように構成された可変容量型排気ターボ過給機を製造する際には、前記複数のノズルベーン２を環状のノズルマウント４にノズルシャフトを介して回動可能に支持するとともに、前記ノズルマウント４と該ノズルマウント４に複数のノズルサポート５（図８参照）を介して結合された環状のノズルプレート６との間に配置して、一体化されたカートリッジ状のノズル組立品を製作する。
次いで、該カートリッジ状のノズル組立品を、前記ノズルプレート６が前記スクロール１１に臨みかつ該スクロール１１の内周側壁面の一部を構成するように前記タービンケーシング１０に組み込む。
その際に、前記ノズルプレート６の内周側側面とタービンケーシング１０の前記取付外周面１０ｃに連なる側面との間に前記シールリング２０を組み付け、該シールリング２０により前記スクロール１１内とノズルベーン２の下流側通路１０ｄとの間のガスシールを行なう。
【００３４】
かかる第１実施例によれば、可変ノズル機構１００のノズルプレート６をスクロール１１に臨ませて該スクロール１１の内周側壁面の一部を形成することにより、該スクロール１１の壁面をタービンケーシング１１の内径Ｄ１なるスクロール内径面１０ａとノズルプレート６とにより形成したので、前記スクロール１１に関してノズルプレート６周りのタービンケーシング１０の部位が不要になるため、該タービンケーシング１０を大きくすること無しに、前記スクロール１１の断面積Ａと前記スクロール半径Ｒとの比（Ａ／Ｒ）を大きく取ることができる。
これにより、過給機を大型化することなく、排気タービン容量を大きくできるとともに、前記スクロール断面積Ａを大きくできることから、スクロール１１の容積増大に伴い静圧過給に近い過給状態となって、過給機効率が向上する。
【００３５】
また、前記のように、ノズルプレート６周りのタービンケーシング１０の部位が不要になることから、前記タービンケーシング１０自体の軽量化が可能となるとともに、タービンケーシング１０の粗材で複雑なスクロール形状を構成することが不要となるので、タービンケーシング鋳造時におけるスクロール中子の形状の単純化が可能であり、過給機の生産性を向上できる。
また、ノズルプレート６がスクロール１１の一部を構成することにより発生懸念のある該ノズルプレート６とタービンケーシング１０との合せ面からのガス漏れについては、ノズルプレート６とタービンケーシング１０との間にシール部材２０を介装したので、該シール部材２０によってスクロール１１内とノズルベーン２の下流側通路１０ｄとの間のガスシールを行なうことにより、かかるガス漏れを防止できる。
【００３６】
図３は本発明の第２実施例を示す図１対応図である。
かかる第２実施例においては、前記ノズルプレート６の前記ノズルベーン２の入口側通路１０ｅに臨む外周部をテーパ状に切欠くことにより、前記スクロール１１側から前記入口側通路１０ｅに向けて通路面積が滑らかに縮小せしめられるガス導入ガイド部６ａを形成している。
その他の構成は図１に示す第１実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
【００３７】
図４は本発明の第３実施例を示す図１対応図である。
かかる第３実施例においては、前記ノズルプレート６の前記ノズルベーン２の入口側通路１０ｅに臨む外周部を曲面状に切欠くことにより、前記スクロール１１側から前記入口側通路１０ｅに向けて通路面積が滑らかに縮小せしめられるガス導入ガイド部６ｂを形成している。
その他の構成は図１に示す第１実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
【００３８】
かかる第２実施例及び第３実施例によれば、ノズルプレート６のノズルベーン２の入口側通路１０ｅに臨む外周部をテーパ状（第２実施例）あるいは曲面状（第３実施例）に切欠いて、前記スクロール１１側から前記入口側通路１０ｅに向けて通路面積が滑らかに縮小せしめられるガス導入ガイド部６ａ（第２実施例）あるいはガス導入ガイド部６ｂ（第３実施例）を形成することにより、スクロール１１からノズルベーン２の入口側通路１０ｅへの流入部の通路抵抗が小さくなって空力性能が向上し、タービン効率が上昇する。
【００３９】
図５は本発明の第４実施例を示す図１対応図である。
かかる第４実施例においては、前記ノズルプレート６の前記スクロール１１に臨む面を、タービンケーシング１０に形成されたスクロール内径面１０ａに滑らかに接続される曲面からなるスクロール側曲面部６ｃに形成している。
かかる第４実施例によれば、前記ノズルプレート６のスクロール１１側を単なる板形状ではなく、該スクロール１１の理想的な形状に合わせた形状に形成できるので、スクロール１１の設計の自由度が上がって、空力性能を改善しタービン効率を向上させる設計が可能になる。
【００４０】
また、前記ノズルプレート６の温度分布が大きく熱応力が高い場合に、必要な強度を確保するために該ノズルプレート６を厚くする必要があっても、スクロール１１が確保できるスペースを小さくすることなくノズルプレート６を厚くして、該ノズルプレート６の一部をスクロール形状とすることで、ノズルプレート６の強度とコンパクトなタービンケーシング構造を両立できる。
その他の構成は図１に示す第１実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
【００４１】
図６は本発明の第５実施例を示す図１対応図である。
かかる第５実施例においては、前記ノズルプレート６を板状に形成するとともに、前記ノズルベーン２の入口側通路１０ｅに臨む面が前記スクロール１１側から該入口側通路１０ｅに向けて通路面積が滑らかに縮小せしめられる曲面状になるようにノズルプレート６を湾曲してガス導入ガイド部６ｄを形成している。  
かかる第５実施例によれば、前記ノズルプレート６に一般的に知られているベルマウスの形状の一部を使用したので、曲面状のガス導入ガイド部６ｄのＲ形状は機械加工、プレス、鍛造などで比較的簡単に加工することができる。また、前記ガス導入ガイド部６ｄのの曲率半径を大きくすることができるため、空力性能が改善されタービン性能を向上できる。
その他の構成は図１に示す第１実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
【００４２】
図７は本発明の第６実施例を示す図１対応図である。
かかる第６実施例においては、前記ノズルプレート６は、外周部を前記ノズルベーン２の入口側通路１０ｅに臨ませて該通路１０ｅの入口部を構成するとともに、内周部を前記タービンロータ１２（図８参照）の回転軸心１００ａ方向に延設して該タービンロータ１２出口のシュラウド面６ｅを構成するように、前記外周部と内周部との間で屈曲して形成されている。
またかかる第６実施例においては、前記ノズルプレート６の前記タービンロータの回転軸心１００ａ方向の端部をタービンケーシング１０にインロー嵌合する（１０ｆはインロー部）とともに、ノズルサポート５（図８参照）とノズルプレート６との結合部を、図２のように該ノズルプレート６の円周方向に沿って複数個穿孔された嵌合穴６１に該ノズルサポート５の端部外周５ａを一定間隙を存して嵌合したルーズフィット嵌合にて構成している。
【００４３】
かかる第６実施例によれば、ノズルプレート６の外周部をノズルベーン２の入口側通路１０ｅに臨ませて該通路１０ｅの入口部を構成するとともに、内周部をタービンロータ１２の回転軸心１００ａ方向に延設して該タービンロータ出口のシュラウド面６ｅを構成しているので、従来はスクロール内径とタービンロータ出口のシュラウド面との間の肉部が鋳造品で構成されていることから該肉部の肉厚を厚くする必要があったのに対し、スクロール１１内径とタービンロータ１２出口のシュラウド面６ｅとの間の肉部を、Ｌ字型に曲げられたノズルプレート６で構成していることから、該ノズルプレート６に例えばオーステナイト系ステンレス等のような、高温強度が高く、伸びのある材料を使用することで前記肉部の肉厚を薄くすることができる。
【００４４】
これにより、タービンケーシング１０の小型化が可能となり、また前記肉部の肉厚を薄くすることができるので、タービンロータ１２の出口径を大きくする必要があるときには、前記スクロール１１の容量（断面積）小さくすることなしに前記シュラウド面６ｅの径を大きくすることが可能となる。従って、ノズルプレート６に多くの機能を持たせることができて、タービンケーシング１０のスクロール１１を簡素化でき、該タービンケーシング鋳造時におけるスクロール中子の製作簡素化及び軽量化が可能となる。
【００４５】
また、ノズルプレート６の前記タービンロータ軸心１００ａ方向の端部をタービンケーシング１０にインロー嵌合するとともに、ノズルサポート５（図８参照）とノズルプレート６との結合部を、該ノズルプレート６の嵌合穴６１に該ノズルサポート５の端部外周５ａを一定間隙を存して嵌合したルーズフィット嵌合（１０ｆはインロー部）にて構成しているので、このルーズフィット嵌合での締結部位とインロー部分を十分距離を採ることができてため、お互いの影響を受けることはない。一方ノズルプレート６のスラスト方向の伸びは、ノズルプレート６端部とタービンケーシング１２との間のスラスト方向隙間Ｓにて吸収できる。
その他の構成は図１に示す第１実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明によれば、きわめて簡単な構造で以って、かつタービンケーシングを大形化することなしに、スクロール断面積Ａとスクロール半径Ｒとの比（Ａ／Ｒ）を大きくできて、排気タービン容量を増大でき、過給機効率が向上し、エンジン出力が上昇した可変容量型排気ターボ過給機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１実施例に係る可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機の要部縦断面図である。
【図２】前記第１実施例におけるノズルプレートとノズルサポートとの結合部を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＥ―Ｅ線断面図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す図１対応図である。
【図４】本発明の第３実施例を示す図１対応図である。
【図５】本発明の第４実施例を示す図１対応図である。
【図６】本発明の第５実施例を示す図１対応図である。
【図７】本発明の第６実施例を示す図１対応図である。
【図８】本発明が適用される可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機の縦断面である。
【符号の説明】
【００４８】
１    レバープレート
２    ノズルベーン
０２    ノズル軸
３    ドライブリング
４    ノズルマウント
５    ノズルサポート
６    ノズルプレート
６ａ、６ｂ、６ｄ    ガス導入ガイド部
６ｃ    スクロール側曲面部
６ｅ    シュラウド面
１０    タービンケーシング
１０ｅ    入口側通路
１１    スクロール
１１ａ    スクロール内径面
１２    タービンロータ
３２    ドライブピン
１００    可変ノズル機構
【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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