(57)【要約】【課題】ノズルベーンの取り付け位置をタービンインペラの近傍まで近づけることができ、さらなる燃費改善やドライバビリティ向上が可能となる。【解決手段】本発明のノズルベーン１は、ターボチャージャ２のタービンインペラ４の外周側に設けられてタービンインペラ４に導入される排気ガスの流量を調整する翼部８と、翼部８の端面から突出するように伸びると共にタービンインペラ４に対する翼部８の傾きを変更すべく当該翼部８を揺動する揺動軸９と、を備えたノズルベーン１であって、翼部８の断面は涙滴形状に形成されており、揺動軸９は、涙滴形状の尖った側の端面に設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャのタービンインペラの外周側に設けられて前記タービンインペラに導入される排気ガスの流量を調整する翼部と、前記翼部の端面から突出するように伸びると共に前記タービンインペラに対する翼部の傾きを変更すべく当該翼部を揺動する揺動軸と、を備えたノズルベーンであって、
前記翼部の断面は涙滴形状に形成されており、
前記揺動軸は、前記涙滴形状の尖った側の端面に設けられている
ことを特徴とするノズルベーン。
【請求項２】
前記揺動軸は、涙滴形状に形成された前記翼部の断面において、当該断面を長手方向に沿って横切る中心線を基準とした場合に、前記揺動軸の軸心が中心線よりもずれた位置に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載のノズルベーン。
【請求項３】
前記揺動軸は、涙滴形状に形成された前記翼部の断面において、当該断面を長手方向に沿って横切る中心線を基準とした場合に、前記揺動軸の軸心が中心線の線上に位置するように設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載のノズルベーン。
【請求項４】
前記翼部及び揺動軸が、粉末射出成形法で一体物として成形されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のノズルベーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のエンジンに設けられるＶＧ（Variable Geometry）ターボチャージャにおいて、タービンインペラに導入される排気ガスの流量を調整するノズルベーンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今、欧州、日本、米国などでの排気ガス規制の動きに伴い、従来から用いられてきたウェイストゲートバルブを有するターボチャージャに代わり、ＶＧ（Variable Geometry）ターボチャージャが用いられるようになってきた。このＶＧターボチャージャは、例えば、クリーンディーゼルエンジンの高出力化にはなくてはならない機構であり、燃費改善を目指した高効率化の要求が寄せられている。
【０００３】
このＶＧターボチャージャは、タービンインペラ（タービン翼）の周囲にノズルベーンという小型の翼部を備えており、このノズルベーンを、タービンインペラの回転軸と平行な軸芯回りに揺動させることで、タービンインペラに対する翼部の傾斜角を変更し、タービンインペラに導入される排気ガスの流量を調整可能となっている。具体的には、ノズルベーンは翼部と揺動軸とが設けられており、揺動軸を揺動させることで翼部を揺動させることでタービンインペラに導入される排気ガスの流量を調整可能となっている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、翼端面が涙滴形状とされた翼部を備え、この翼端面のほぼ中央から突出するように揺動軸が伸びるノズルベーンを有するターボチャージャの技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−４３１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１のノズルベーンは、図６（ｂ）に示すように涙滴形状とされた翼端面の中央に揺動軸が設けられたものとなっている。このようなノズルベーンを揺動軸を中心に揺動させると、揺動軸が設けられた位置から見て一方側（先が尖った側）の翼部はタービンインペラ側に近づくように揺動し、他方側（先が丸まった側）の翼部はタービンインペラから離れるように揺動する。
【０００７】
つまり、特許文献１のノズルベーンをターボチャージャに用いると、揺動軸の取り付け位置がタービンインペラ側に近づき過ぎると、揺動させた際にノズルベーンがタービンインペラに接触してしまう虞がある。そのため、特許文献１のターボチャージャでは、揺動軸をタービンインペラからある程度離して配備する必要がある。
ところが、上述したノズルベーンは、タービンインペラに近い位置に取り付ければ取り付けるほどターボチャージャ自体のタービン効率が良くなり、エンジンの燃費改善に有効になる。つまり、上述したような取り付け位置しか許容できない特許文献１のノズルベーンでは、燃費改善が十分に満足できるものとはなっていなかった。
【０００８】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、ノズルベーンの取り付け位置をタービンインペラのより近傍まで近づけることができ、さらなる燃費改善が可能とな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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明のノズルベーンは以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明のノズルベーンは、ターボチャージャのタービンインペラの外周側に設けられて前記タービンインペラに導入される排気ガスの流量を調整する翼部と、前記翼部の端面から突出するように伸びると共に前記タービンインペラに対する翼部の傾きを変更すべく当該翼部を揺動する揺動軸と、を備えたノズルベーンであって、前記翼部の断面は涙滴形状に形成されており、前記揺動軸は、前記涙滴形状の尖った側の端面に設けられていることを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、前記揺動軸は、涙滴形状に形成された前記翼部の断面において、当該断面を長手方向に沿って横切る中心線を基準とした場合に、前記揺動軸の軸心が中心線よりもずれた位置に設けられているとよい。
好ましくは、前記揺動軸は、涙滴形状に形成された前記翼部の断面において、当該断面を長手方向に沿って横切る中心線を基準とした場合に、前記揺動軸の軸心が中心線の線上に位置するように設けられているとよい。
【００１１】
好ましくは、前記翼部及び揺動軸が、粉末射出成形法で一体物として成形されているとよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のノズルベーンによれば、ノズルベーンの取り付け位置をタービンインペラのより近傍まで近づけることができ、さらなる燃費改善が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態のノズルベーンが設けられたターボチャージャの内部構造を示した模式図である。
【図２】本実施形態のノズルベーンを拡大して示した斜視図である。
【図３】図２の正面図である。
【図４】図２の平面図である。
【図５】他の実施形態のノズルベーンを拡大して示した斜視図である。
【図６】（ａ）は本実施形態のノズルベーンとタービンインペラとの位置関係を示した図であり、（ｂ）は従来のノズルベーンとタービンインペラとの位置関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明のノズルベーン１の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
図１は、本実施形態のノズルベーン１が設けられたターボチャージャ２の内部構造を模式的に示したものである。
図１に示すように、本実施形態のターボチャージャ２は、厚みのある略円盤状のターボケーシング３を備えている。このターボケーシング３の内部は空洞とされており、空洞とされた部分の略中央にはタービンインペラ４が収容されている。また、ターボケーシング３の下部にはエンジンからタービンインペラ４側に排気ガスを導入する排気導入部５が設けられている。
【００１５】
上述したターボケーシング３内に収容されているタービンインペラ４は、排気導入部５から導入された排気ガスを受けるタービンブレード６を有している。このタービンブレード６は、タービン軸７の軸心回りに複数設けられており、複数のタービンブレード６に排気ガスを吹き付けることで中央のタービン軸７を回転できるようになっている。
そして、このタービンインペラ４の外側（外周側）に、本実施形態のノズルベーン１が取り付けられている。
【００１６】
図２に示すように、本実施形態のノズルベーン１は、タービンインペラ４に導入される排気ガスの流量を調整する翼部８と、翼部８の端面から突出するように伸びると共にタービンインペラ４に対する翼部８の傾きを変更すべく翼部８を揺動させる揺動軸９と、を有している。具体的には、このノズルベーン１は、１基のタービンインペラ４につき複数個設けられており、タービンインペラ４の外周側に複数（図１の例では１５個）、タービン軸７の回りに円環状に並ぶように設けられている。
【００１７】
図３及び図４に示すように、それぞれのノズルベーン１に設けられる翼部８は、上述したタービン軸７に対して軸垂直方向を向く断面（以降、翼断面という）の形状が涙滴形状とされた部材である。具体的には、翼部８の翼断面は、飛行機の翼のように翼下面に比べて翼上面の方が大きく外側に向かって湾曲したような形状となっている。
また、翼部８の翼断面は、いわゆる涙滴形状とされており、翼前縁８ａ（排気ガスに対向する側であり、断面視で厚みが厚い側、以下同じ）に比べて、翼後縁８ｂ（翼前縁８ａの反対側の部位であり、断面視で厚みが薄く先細りしている側、以下同じ）は尖った形状とされている。そして、それぞれのノズルベーン１の翼部８が、尖った翼後縁８ｂをタービンインペラ４側に向けるようにして（丸まった翼前縁８ａをタービンインペラ４から離れた側に向けるようにして）、取り付けられている。この翼部８の翼後縁８ｂ（尖った側の端縁）には、上述した揺動軸９が設けられている。
【００１８】
揺動軸９は、タービン軸７の軸心と平行となる向きに軸心を備えた略円柱状の部材である。揺動軸９の一方側の端部は上述した翼部８に連結されており、また揺動軸９の他方側の端部には揺動軸９を圧入して固定するための圧入部１０が形成されている。具体的には、揺動軸９の他方側の端部は、図示を省略するノズルベーン駆動機構に嵌め込み状態で取り付けられており、ノズルベーン駆動機構を用いて揺動軸９を軸心回りに回動させることで、上述したノズルベーン１が揺動軸９の軸心回りに揺動するようになっている。
【００１９】
また、揺動軸９の軸径（外径）は、上述した翼部８の最大厚み（翼前縁８ａから翼後縁８ｂまでの翼部８の厚みの中で最大の厚み）とほぼ同じかやや大きな寸法とされており、翼後縁８ｂ側（先細り側）において揺動軸９は断面（軸垂直方向に沿った断面）の一部を介して翼部８に連結される構造となっている。
言い換えれば、揺動軸９は、涙滴形状に形成された翼部８の断面において、当該断面を長手方向に沿って横切る中心線Ｃ（図３のＡとＡ’とを結ぶ曲線）を基準とした場合に、揺動軸９の軸心が中心線Ｃよりもタービンインペラ４側にδだけずれた位置に設けられている。
【００２０】
すなわち、図５などに示すように、本実施形態のノズルベーン１の場合であれば、翼部８の前後方向に沿った長さ（図３におけるＡからＡ’までの長さ）であるＬを基準とすると、翼部８の厚み（最大厚み）は、Ｌの２割程度であり、この翼部８に設けられる揺動軸９の最大外径は翼部８の厚みより若干厚い、Ｌの３割程度となっている。このような寸法の翼部８に対して、揺動軸９の取り付け位置は翼部８の中心線Ｃを基準として、タービンインペラ４側にδ（Ｌの１割程度）だけずれた位置に設けられている。
【００２１】
上述したような構成を採用するのは、以下のような理由に基づくものである。
すなわち、図６（ｂ）に示すように、翼前縁８ａから翼後縁８ｂまでの翼部８の中途側に、揺動軸９が設けられた従来のノズルベーン１の場合、揺動軸９を中心として、翼部８をタービンインペラ４の回転軸と平行な軸芯回りに揺動させると、翼前縁８ａがタービンインペラ４から離れると同時に、翼後縁８ｂはタービンインペラ４に近づく。そのため、タービン軸７の軸心から揺動軸９の軸心までの距離Ｌ２が短すぎると、ノズルベーン１の翼部８の翼後縁８ｂが回転するタービンインペラ４に接触してしまう虞があり、距離Ｌ２として小さい値を採用することはできなかった。
【００２２】
ところが、ノズルベーン１の翼部８の翼後縁８ｂに揺動軸９が設けられた本実施形態のノズルベーン１の場合、翼部８をタービンインペラ４の回転軸と平行な軸芯回りに揺動させたとしても、翼部８は揺動軸９が設けられた翼後縁８ｂを中心に翼前縁８ａが揺動する構成となっているため、翼部８を揺動させても翼部８の翼後縁８ｂがタービンインペラ４に接触する虞はない。そのため、図６（ａ）に示すように、タービン軸７の軸心から揺動軸９の軸心までの距離Ｌ２として、上述した距離Ｌ２よりも小さい値を採用することができ、ノズルベーン１の取り付け位置をタービンインペラ４に接触させることが可能となる。その結果、タービン効率が良くなり、燃費改善やドライバビリティ向上が可能となる。
【００２３】
なお、図３に示す如く、上述した実施形態では揺動軸９が翼部８の中心線Ｃからタービンインペラ４側に＋δだけずれたものを挙げたが、揺動軸９の取り付け位置はタービンインペラ４とは反対側に、すなわち-δだけずれていても良い。
ところで、上述した翼部８と揺動軸９とは断面の一部を介して接しているだけであるため、使用環境によっては翼部８と揺動軸９とが破断、分離してしまう可能性がある。このような場合は、翼部８と揺動軸９とを、粉末射出成形法で一体物として成形し、翼部８と揺動軸９との接合強度を高めるとよい。また、上述した翼部８と揺動軸９との接合面に沿って肉盛部を設けるなどして、接合強度を高めても良い。
【００２４】
次に、ノズルベーン１の他の実施形態について説明する。
図５に示すように、他の実施形態のノズルベーン１は、上述した揺動軸９が、涙滴形状に形成された翼部８の断面において、当該断面を長手方向に沿って横切る中心線Ｃ（図３のＡとＡ’とを結ぶ曲線）を基準とした場合に、揺動軸９の軸心が中心線Ｃの線上に位置するように設けられていることを特徴とするものである。
【００２５】
このような構成であっても、揺動軸９の位置が翼後縁８ｂとされているため、翼部８がタービンインペラ４と接触しにくくなり、揺動軸９をタービンインペラ４側に近づけることができるため、タービン効率が良くなり、燃費改善やドライバビリティ向上が可能となる。
以上述べたノズルベーン１を好適に製造するに際しては、鉄、チタン、ニッケル、コバルト、ニオブ、タングステンなどを組み合わせた合金、窒化ホウ素、炭化ホウ素などのセラミックス、それらを組み合わせたサーメットを被焼結材料として、この被焼結材料にアクリル樹脂、ポリスチレン、またはポリプロピレンなどの母材樹脂にワックスなどを混合したバインダを混合し、混合物をノズルベーン１の型枠に供給して焼結を行う粉末射出成形法（ＰＩＭ）を採用するとよい。このような粉末射出成形法であれば、翼部８と揺動軸９とを一体物として成形することができ、揺動軸９が翼部８の中心線Ｃからずれた形状を採用しても、強度に優れたノズルベーン１を得ることができる。
【００２６】
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【符号の説明】
【００２７】
１  ノズルベーン
２  ターボチャージャ
３  ターボケーシング
４  タービンインペラ
５  排気導入部
６  タービンブレード
７  タービン軸
８  翼部
８ａ  翼前縁
８ｂ  翼後縁
９  揺動軸
１０  圧入部
Ｃ  中心線
【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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