(57)【要約】【課題】リンク部材との連結のためにノズル軸における先端部をカシメる場合であっても、ノズル軸の変形を抑制できるノズルベーンを提供すること。【解決手段】本発明におけるノズルベーン８は、翼６４と、該翼６４の端面６４ｂから突出するノズル軸６６とを備えるノズルベーンであって、ノズル軸６６の先端側に設けられ略中心軸Ｔ方向で押圧されて径が調整されるカシメ部８５を有し、カシメ部８５の中心軸Ｔ方向での長さＰは、調整時におけるノズル軸６６の変形特性に応じて設定されているという構成を採用する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼と、該翼の端面から突出するノズル軸とを備えるノズルベーンであって、
前記ノズル軸の先端側に設けられ、略中心軸方向で押圧されて径が調整されるカシメ部を有し、
前記カシメ部の前記中心軸方向での長さは、調整時における前記ノズル軸の変形特性に応じて設定されていることを特徴とするノズルベーン。
【請求項２】
請求項１に記載のノズルベーンにおいて、
前記カシメ部の前記中心軸方向での長さは、調整時における前記ノズル軸の軸径の変形特性に応じて設定されていることを特徴とするノズルベーン。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のノズルベーンにおいて、
前記カシメ部の前記中心軸方向での長さをＰ、前記カシメ部の前記中心軸と直交する方向での断面積をＳとすると、前記長さＰは、
０．３４√Ｓ＜Ｐ＜０．５１√Ｓ
の範囲に設定されていることを特徴とするノズルベーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変容量型ターボチャージャに用いて好適なノズルベーンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関から導かれる排気ガスの流動によりタービンインペラを回転させ、タービンインペラの回転により圧縮機を作動させて外部から導入される空気を圧縮し、圧縮された空気を内燃機関に過給することで、内燃機関の性能を向上させるターボチャージャが用いられている。
また、タービンインペラに導入される排気ガスの流量や流速を調整する可変ノズルを備え、低回転域から高回転域までの広い範囲に亘って、内燃機関の性能を向上させる可変容量型のターボチャージャも使用されている。この可変ノズルには、翼状に形成された複数のノズルベーンが設けられている。ノズルベーンの向きが回転して変化することで、複数のノズルベーンの間を流れる排気ガスの流量や流速を調整することができる。
【０００３】
ノズルベーンは、翼部と、該翼部の端面から突出する略円柱状のノズル軸とを有しており、ノズル軸を中心として回転する。また、ノズルベーンは、ノズル軸の先端側でノズルベーンを回転させるためのリンク部材と連結されている。ノズル軸の先端部は、リンク部材に形成された貫通孔に貫通して逆側に突出しており、上記先端部が中心軸方向で押圧されてカシメられることで、ノズル軸とリンク部材とが一体的に連結されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１７２１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような課題が存在する。
上述したように、ノズル軸における先端部がカシメられることで、ノズル軸とリンク部材とが一体的に連結される。しかし、上記先端部においてカシメられる量の許容範囲が狭いことから、カシメ量が過大になった場合に、先端部を押圧する力によってノズル軸の上記先端部以外（以下、単にノズル軸と称する）への変形を引き起こすという課題があった。
そして、ノズル軸の変形、特にノズル軸の軸径が拡大した場合には、ノズル軸は所定の支持部材に回転自在に軸支されていることから、ノズルベーンが円滑に回転できなくなる虞があった。
【０００６】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、リンク部材との連結のためにノズル軸における先端部をカシメる場合であっても、ノズル軸の変形を抑制できるノズルベーン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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明におけるノズルベーンは、翼と、該翼の端面から突出するノズル軸とを備えるノズルベーンであって、ノズル軸の先端側に設けられ略中心軸方向で押圧されて径が調整されるカシメ部を有し、カシメ部の中心軸方向での長さは、調整時におけるノズル軸の変形特性に応じて設定されているという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、カシメ部の中心軸方向での長さが、調整時におけるノズル軸の変形特性に応じて設定されているため、カシメ部の押圧によるノズル軸の変形が抑制される。
【０００８】
また、本発明におけるノズルベーンは、カシメ部の中心軸方向での長さが、調整時におけるノズル軸の軸径の変形特性に応じて設定されているという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、カシメ部の中心軸方向での長さが、調整時におけるノズル軸の軸径の変形特性に応じて設定されているため、カシメ部の押圧によるノズル軸の軸径の変形が抑制される。
【０００９】
また、本発明におけるノズルベーンは、カシメ部の中心軸方向での長さをＰ、カシメ部の中心軸と直交する方向での断面積をＳとすると、長さＰは、
０．３４√Ｓ＜Ｐ＜０．５１√Ｓ
の範囲に設定されているという構成を採用する。
一般的に長さＰが短くなると、カシメ部を押圧してカシメるためのエネルギーが、ノズル軸を変形させるために使用されやすくなる。一方、長さＰが長すぎると、カシメ部を十分に変形させるために大きな押圧力を加える必要があり、この場合もノズル軸が変形しやすくなる。よって、上記構成を採用する本発明では、長さＰを上記式で示される範囲に設定することで、ノズル軸の変形を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明によれば、リンク部材との連結のためにノズル軸における先端部を押圧してカシメる場合であっても、ノズル軸の変形を抑制できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ターボチャージャ１００の全体構成図である。
【図２】可変ノズル構造５の概略図である。
【図３】ノズル駆動部７の背面図である。
【図４】図２におけるノズルベーン８周辺の拡大図である。
【図５】第１リンク部材７４との連結前におけるノズルベーン８の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のノズルベーンに係る実施の形態を、図１から図５を参照して説明する。なお、本発明のノズルベーンが用いられているターボチャージャについても説明する。
以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能は大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。また、各図面における矢印Ｆは前方向を示している。
【００１３】
図１は、本実施形態におけるターボチャージャ１００の全体構成図である。
ターボチャージャ１００は、不図示の内燃機関から導かれる排気ガスの運動エネルギー等を利用して、外部から導入される空気を圧縮し、圧縮された空気を内燃機関に過給して、内燃機関の性能を向上させる可変容量型のターボチャージャである。ターボチャージャ１００は、ロータ１と、タービンハウジング２と、軸受ハウジング３と、コンプレッサハウジング４とを有している。タービンハウジング２、軸受ハウジング３及びコンプレッサハウジング４は、前方より順次配置され一体的に設けられている。
【００１４】
ロータ１は、排気ガスの流動によって回転するものであって、ロータ軸１１と、タービンインペラ１２と、コンプレッサインペラ１３とを有している。
ロータ軸１１は、前後方向で延在する回転軸であって、軸受ハウジング３に回転自在に設けられている。タービンインペラ１２は、排気ガスの流動によって回転する回転翼であって、タービンハウジング２の内部に設置され、ロータ軸１１の前端部に一体的に接続されている。コンプレッサインペラ１３は、回転することで空気を吸引すると共に、吸引した空気を径方向外側に送り出す回転翼であって、コンプレッサハウジング４の内部に設置され、ロータ軸１１の後端部に一体的に接続されている。
【００１５】
タービンハウジング２は、ターボチャージャ１００の外殻を構成する部材であり、排気ガスの運動エネルギー等がタービンインペラ１２の回転運動に変換される箇所であって、タービンスクロール流路２１と、可変ノズル構造５と、タービン出口２２とを有している。なお、タービンハウジング２は、複数のボルト２ａを用いて軸受ハウジング３と一体的に接続されている。
タービンスクロール流路２１は、内燃機関から排出された排気ガスが不図示のガス導入口を介して導入される流路であって、タービンインペラ１２を囲んで略リング状に形成されている。
【００１６】
可変ノズル構造５は、タービンスクロール流路２１からタービンインペラ１２に導入される排気ガスの流量や流速を調整するものであって、可変ノズル６と、ノズル駆動部７とを有している。
可変ノズル６は、タービンインペラ１２に導入される排気ガスの流量や流速を調整するノズルであって、タービンスクロール流路２１の内側に設けられ、タービンインペラ１２を囲んで略環状に形成されている。なお、可変ノズル６は、ノズル駆動部７と一体的に接続され、ノズル駆動部７によって支持されている。ノズル駆動部７は、可変ノズル６の開度を調整する駆動部であり、可変ノズル６の後側且つタービンハウジング２と軸受ハウジング３との接続部近傍に設けられている。なお、可変ノズル６及びノズル駆動部７の詳細は後述する。
【００１７】
タービン出口２２は、タービンハウジング２における排気ガスの吐出口であって、不図示の排ガス浄化装置に接続されている。なお、タービン出口２２は、タービンインペラ１２の設置箇所を介して可変ノズル６と連通している。
【００１８】
軸受ハウジング３は、ターボチャージャ１００の外殻を構成する部材であり、複数のベアリング３１を介してロータ軸１１を回転自在に軸支するものである。
【００１９】
コンプレッサハウジング４は、ターボチャージャ１００の外殻を構成する部材であり、外部から導入された空気が圧縮される箇所であって、コンプレッサ入口４１と、ディフューザ流路４２と、コンプレッサスクロール流路４３とを有している。なお、コンプレッサハウジング４は、複数のボルト４ａを用いて軸受ハウジング３と一体的に接続されている。
コンプレッサ入口４１は、不図示のエアクリーナを介して外部から空気を導入するための導入口であって、コンプレッサハウジング４の後側に向かって開口している。
【００２０】
ディフューザ流路４２は、コンプレッサインペラ１３によって送り出された空気が導入される流路であって、コンプレッサインペラ１３を囲んで略リング状に形成されている。また、ディフューザ流路４２は、コンプレッサインペラ１３の設置箇所を介してコンプレッサ入口４１と連通している。
コンプレッサスクロール流路４３は、ディフューザ流路４２と連通し、コンプレッサインペラ１３を囲んで略環状に形成されている。コンプレッサスクロール流路４３には、不図示の空気吐出口が接続され、該空気吐出口は、内燃機関の吸気口に接続されている。
【００２１】
次に、可変ノズル構造５における、可変ノズル６及びノズル駆動部７の詳細を、図２及び図３を参照して説明する。
図２は、可変ノズル構造５の概略図である。
図３は、ノズル駆動部７の背面図である。
【００２２】
図２に示すように、可変ノズル６は、シュラウドリング６１と、ハブリング６２と、クリアランスピン６３（以下、「ピン６３」と表記する）と、ノズルベーン８とを有している。
シュラウドリング６１及びハブリング６２は、共に略円環状に形成された円板部材であって、所定の間隔を空けて前後方向で対向して設けられ、それらの間の隙間は排気ガスが流動する流路となっている。なお、シュラウドリング６１は前側に設けられ、ハブリング６２は後側に設けられている。
【００２３】
ピン６３は、シュラウドリング６１とハブリング６２とを、互いに対向させて所定の間隔で一体的に連結する略円柱状の部材である。ピン６３は、シュラウドリング６１及びハブリング６２のそれぞれに形成された孔部に圧入して接続されており、周方向で間隔を空けて複数（本実施形態では３本）設けられている。また、ピン６３は、可変ノズル６とノズル駆動部７とを接続するためにも用いられており、ピン６３を介してハブリング６２と、後述する外側ガイド７１及び内側ガイド７３とが互いに接続されている。
【００２４】
ノズルベーン８は、その回転により可変ノズル６の開度を変化させ、可変ノズル６からタービンインペラ１２に導入される排気ガスの流量及び流速を調整する翼部材である。ノズルベーン８は、後述する翼部６４の翼面が前後方向と略平行する向きで、シュラウドリング６１とハブリング６２との間に周方向で間隔を空けて複数設けられている。
【００２５】
ノズルベーン８は、翼状に形成された翼部（翼）６４と、翼部６４の前側端面６４ａ（図４参照）から前方に向けて突出する第１軸部６５と、翼部６４の後側端面（端面）６４ｂ（図４参照）から後方に向けて突出する第２軸部（ノズル軸）６６とを有している。シュラウドリング６１及びハブリング６２には、前後方向で貫通する孔部（図示せず）がそれぞれ形成されている。そして、第１軸部６５及び第２軸部６６は、シュラウドリング６１及びハブリング６２の各孔部にそれぞれ嵌合して回転自在に軸支されている。よって、ノズルベーン８は、シュラウドリング６１とハブリング６２との間に、前後方向で延びる所定の軸周りで回転自在に設けられている。なお、第２軸部６６は、ハブリング６２から後方に向けて突出しており、後述する第１リンク部材７４と一体的に接続されている。なお、ノズルベーン８における第２軸部６６の詳細は後述する。
【００２６】
ノズル駆動部７は、外側ガイド７１と、駆動リング７２と、内側ガイド７３と、第１リンク部材７４と、第２リンク部材７５と、駆動軸７６と、駆動レバー７７とを有している。
【００２７】
外側ガイド７１は、可変ノズル６を支持し且つ駆動リング７２を回転自在に保持するための略リング状のガイド部材である（図３参照）。外側ガイド７１の外縁側は、タービンハウジング２と軸受ハウジング３とにより挟持されて保持されている。一方、外側ガイド７１の内縁側は、ピン６３を介して可変ノズル６のハブリング６２と一体的に接続されている。すなわち、外側ガイド７１は、可変ノズル６をタービンハウジング２及び軸受ハウジング３に接続して支持している。また、外側ガイド７１は、駆動リング７２をその径方向外側及び前方側から支持している。
【００２８】
駆動リング７２は、複数のノズルベーン８を同期して回転させる略リング状の板部材であって（図３参照）、外側ガイド７１の径方向内側にその中心軸周りで回転自在に設けられている。また、駆動リング７２の外周面及び前方に臨む面は、外側ガイド７１の内周面及び後方に臨む面にそれぞれ摺動自在に当接している。駆動リング７２は、第１リンク部材７４の一端部及び第２リンク部材７５の一端部がそれぞれ嵌合する第１凹部７２ａ及び第２凹部７２ｂを有している。
【００２９】
内側ガイド７３は、駆動リング７２の径方向内側に設けられ、駆動リング７２を回転自在に保持するための略リング状のガイド部材である（図３参照）。内側ガイド７３は、ピン６３を介して可変ノズル６のハブリング６２及び外側ガイド７１と一体的に接続されている。内側ガイド７３は、複数の爪部７３ａを有しており、爪部７３ａは、駆動リング７２の後方に臨む面に摺動自在に当接している。よって、駆動リング７２は、外側ガイド７１及び内側ガイド７３から前後方向で挟持されて保持されている。
【００３０】
第１リンク部材７４は、複数のノズルベーン８と駆動リング７２とをそれぞれ連結する延在部材あって、外側ガイド７１の径方向に略沿って設けられている。第１リンク部材７４における径方向外側の端部は、駆動リング７２の第１凹部７２ａに摺動自在に嵌合している。一方、第１リンク部材７４における径方向内側の端部は、ノズルベーン８の第２軸部６６と一体的に接続されている。よって、駆動リング７２が回転することで、第１リンク部材７４を介して駆動リング７２に接続される複数のノズルベーン８は同期して回転する。なお、第１リンク部材７４の詳細は後述する。
【００３１】
第２リンク部材７５は、駆動リング７２と駆動軸７６とを連結する延在部材あって、外側ガイド７１の径方向に略沿って設けられている。第２リンク部材７５における径方向外側の端部は、駆動リング７２の第２凹部７２ｂに摺動自在に嵌合している。一方、第２リンク部材７５における径方向内側の端部は、駆動軸７６と一体的に接続されている。
【００３２】
駆動軸７６は、前後方向で延びる軸部材であって、軸受ハウジング３に回転自在に設けられている。駆動軸７６の後端部は、駆動レバー７７と一体的に接続されている。
駆動レバー７７は、不図示のアクチュエータと連結されるレバー状の部材であって、アクチュエータの作動により駆動軸７６を回転させるものである。よって、アクチュエータの作動により駆動軸７６が回転し、駆動軸７６と接続される第２リンク部材７５が回転することで、駆動リング７２が回転する。
【００３３】
図３に示すように、第１リンク部材７４は、周方向で間隔を空けて複数設けられている。なお、本実施形態ではノズルベーン８の数は１１枚であるため、第１リンク部材７４及び第１凹部７２ａの数もそれぞれ１１個ずつ設けられている。
第２リンク部材７５は、第１リンク部材７４の間に設けられている。
【００３４】
次に、ノズルベーン８における第２軸部６６の詳細を、図４及び図５を参照して説明する。
図４は、図２におけるノズルベーン８周辺の拡大図であって、（ａ）は図２におけるノズルベーン８周辺の拡大図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線視断面図である。
図５は、第１リンク部材７４との連結前におけるノズルベーン８の構成を示す概略図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ矢視図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線視断面図である。
【００３５】
図４に示すように、第２軸部６６の先端側（後側）には、第１リンク部材７４に形成された孔部７４ａに嵌入される嵌入部８１が設けられている。嵌入部８１には、第２軸部６６の外周面をその中心軸Ｔと略平行して切り欠いた切欠部８２が形成されている。また、切欠部８２は、中心軸Ｔを挟んで相対する位置にそれぞれ設けられており、嵌入部８１の中心軸Ｔと直交する方向での断面形状は略楕円形となっている（図５参照）。
【００３６】
一対の切欠部８２の翼部６４側には、後側に臨み中心軸Ｔと直交する面である当接面８３が各々設けられている。当接面８３は、第１リンク部材７４に当接している。
嵌入部８１の翼部６４と逆側には、拡径部８４が設けられている。拡径部８４は、後述するカシメ部８５（図５参照）を中心軸Ｔ方向で押圧してカシメることにより形成される部分である。拡径部８４は、嵌入部８１より大きな径を有しており、第１リンク部材７４に後側から当接している。すなわち、当接面８３と拡径部８４とが第１リンク部材７４を前後方向で挟持しており、この挟持によって第１リンク部材７４は第２軸部６６に一体的に連結されている。
なお、本実施形態における第２軸部６６の軸径Ｄ１は、３．８５ｍｍに設定され、拡径部８４の直径Ｄ２は、４．００ｍｍから４．４０ｍｍに設定されている。
【００３７】
次に、第１リンク部材７４との連結前におけるノズルベーン８の構成を、図５を参照して説明する。図５は、ノズルベーン８の、第１リンク部材７４と連結される前の構成を示している。
嵌入部８１における翼部６４と逆側の先端側には、カシメ部８５が設けられている。カシメ部８５は、第１リンク部材７４の孔部７４ａを貫通して翼部６４と逆側に突出した後に、中心軸Ｔ方向で押圧されてカシメられ拡径部８４となる部分である。カシメ部８５は、嵌入部８１と略同一の径及び断面形状で形成されている。
【００３８】
なお、本実施形態におけるカシメ部８５の幅Ｌ１は軸径Ｄ１と同一であるため、３．８５ｍｍに設定され、カシメ部８５の高さＬ２は、２．４０ｍｍに設定されている。
また、カシメ部８５の中心軸Ｔ方向での長さＰは、１．００ｍｍから１．５０ｍｍに設定されている。これは、カシメ部８５を中心軸Ｔ方向で押圧したときの、第２軸部６６の変形量、特に軸径の変形量に応じて設定されている。すなわち、カシメ部８５の中心軸Ｔ方向でのカシメ量が変動し、第２軸部６６の変形量が上下しても、ノズルベーン８の円滑な回転を確保できる範囲の値に設定されている。なお、ノズルベーン８の円滑な回転に限られず、確保する精度が、第２軸部６６の真直度や翼部６４の中心軸Ｔ方向での位置等であってもよい。また、ノズルベーン８に係わる精度であってもよい。
【００３９】
さらに、本実施形態における長さＰの範囲を、一般化する。この一般化をするにあたり、長さＰの、カシメ部８５の中心軸Ｔ方向での断面積Ｓとの関係に着目した。
まず、本実施形態におけるカシメ部８５の断面積を算出する。カシメ部８５の幅Ｌ１が３．８５ｍｍ、高さＬ２が２．４０ｍｍであるため、カシメ部８５の断面積は、凡そ８．６０ｍｍ２となる。
【００４０】
次に、カシメ部８５の断面積Ｓの単位を、長さＰに揃える。すなわち、断面積Ｓの平方根を算出する。８．６０ｍｍ２の平方根は、２．９３ｍｍとなる。
次に、算出した断面積Ｓの平方根の値と、カシメ部８５の長さＰとの関係を算出する。まず、Ｐ＝１．００ｍｍのときは、Ｐ／√Ｓ≒０．３４となる。また、Ｐ＝１．５０ｍｍのときは、Ｐ／√Ｓ≒０．５１となる。
【００４１】
以上より、カシメ部８５の長さＰと断面積Ｓとの関係は、
０．３４√Ｓ＜Ｐ＜０．５１√Ｓ
となる。よって、カシメ部８５の径や断面形状が変更されることでその断面積Ｓが変動したとしても、上記式に応じて長さＰを調整すれば、カシメ部８５を中心軸Ｔ方向で押圧してカシメるときに、第２軸部６６の変形量、特に軸径Ｄ１の変形量を抑制することができる。
【００４２】
したがって、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、第１リンク部材７４との連結のために第２軸部６６の先端側に設けられたカシメ部８５を押圧してカシメる場合であっても、第２軸部６６の変形量を抑制できるという効果がある。
【００４３】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４４】
例えば、上記実施形態では、嵌入部８１には一対の切欠部８２が形成されているが、これに限定されるものではなく、切欠部８２を形成せず、嵌入部８１の断面形状が略円形となっていてもよい。また、嵌入部８１に、１つの切欠部８２のみを形成してもよい。
【符号の説明】
【００４５】
８…ノズルベーン、６４…翼部（翼）、６４ｂ…後側端面（端面）、６６…第２軸部（ノズル軸）、Ｐ…長さ、Ｓ…断面積、Ｄ１…軸径
【図１】
2011043120.tif 000003
【図２】
2011043120.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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