(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変ターボ過給機において、
排気タービンロータ(16)の外周部に、回動可能に設けられたノズルベーン(21)と、
前記ノズルベーン(21)に一端部を固設された回動駆動軸(22)と、
前記回動駆動軸(22)の他端部に設けられ、前記回動駆動軸(22)を油圧により、所定の角度、回動させる回動アクチュエータ(30)とを備え、
前記回動アクチュエータ(30)は、前記回動駆動軸(22)の他端部に固設されたベーン(31,31a,31b)と、
前記ベーン(31,31a,31b)を、前記回動駆動軸(22)を中心として、所定の角度、回動自在に収容するケース(33)とを有するとともに、
前記排気タービンロータ(16)のシャフト(17)を支持するベアリングハウジング(2)に取り付けられ、このベアリングハウジング(2)側から前記ノズルベーン(21)を駆動する
ことを特徴とする可変ターボ過給機。
【請求項２】
請求項１に記載の可変ターボ過給機において、排気ガスの流出入を案内する排気側ハウジング(11)では、前記ベアリングハウジング(2)側の開口が排気側インナープレート(14)で塞がれており、前記排気側インナープレート(14)と前記ベアリングハウジング(2)との間には、密閉された連結装置室(18)が形成され、前記連結装置室(18)内には、前記回動駆動軸(22)の回動を、複数の回動軸(24)に固定された他のノズルベーン(21)に伝達する連結リング(26)が収容されていることを特徴とする可変ターボ過給機。
【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において、前記回動アクチュエータ(30)は、前記ベーン(31,31a,31b)の回動位置を、前記ベーン(31,31a,31b)に加えられる油圧と、前記ベーン(31,31a,31b)を前記回動駆動軸(22)回りに付勢するバネ(40)とにより調整する構成としたことを特徴とする可変ターボ過給機。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の可変ターボ過給機において、前記回動アクチュエータ(30)は、前記ベーン(31,31a,31b)とケース(33)との間の一側に設けられ、他側に向けて前記ベーン(31,31a,31b)を付勢するバネ(40)と、前記バネ(40)の両端部を、前記ベーン(31,31a,31b)とケース(33)とにそれぞれ回動自在に支持する一対の球面部材(41,41)とを有することを特徴とする可変ターボ過給機。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の可変ターボ過給機において、前記可変ターボ過給機(1)は、前記ケース(33)に設けられ、油圧を導入する導入口(36)近傍に絞り部(57)を設けたことを特徴とする可変ターボ過給機。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の可変ターボ過給機において、前記可変ターボ過給機(1)は、前記ケース(33)に油圧を導入する導入回路(52)にドレーン回路(55)を分岐して設け、前記ドレーン回路(55)に圧力調整バルブ(56)を介装し、前記圧力調整バルブ(56)で流体圧を調整することによりノズルベーン(21)の開度を調整する、ノズルベーン開度調整手段(50)を有することを特徴とする可変ターボ過給機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボ過給機に係り、特には排気タービンに流入する排気ガスの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。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、空気を圧縮して気筒内に多量の空気を吸入させる方法として、エンジンの排気エネルギーを利用して排気タービンを作動させ、遠心圧縮機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ガス流量が低下し、排気タービンも低回転となり、遠心圧縮機において空気が十分に圧縮されない場合がある。そこで、このような特性を改善するため、ターボ過給機の、排気タービンロータの周囲の排気ガス流路に開閉弁を設け、排気ガス流量が小さい時には開閉弁を閉弁して排気ガス流路を絞り、排気ガスの流速を高め、排気タービンロータの回転数を増大して遠心圧縮機において空気が十分に圧縮されるようにする可変ターボ過給機が用いられている。そして上記の開閉弁の作動装置についての提案がなされている。
【０００３】
その一例として、特開平１１−３４３８５７号公報に開示されたものがある。ここに開示された可変ターボ過給機は図９に示すように、図示しない開閉弁を一端部に固設された軸７０の他端部に枢動アーム７１を固設し、枢動リング７２に固設した突起７３に係合させる。枢動リング７２に設けた駆動用突起７４に一端部を係合した連結アーム７６は、そのほぼ中央部を枢動軸７５により揺動自在に支持されている。連結アーム７６の他端部にはロッド８１の先端部が係合し、ロッド８１の下端部はハウジング８２で摺動自在に支持されてアクチュエータ８０を構成している。ハウジング８２は、ロッド８１に固設された作動板８３及びダイアフラム８４により大気圧室８５及び負圧室８６に分けられている。作動板８３はバネ８７により大気圧室８５側に付勢されている。負圧室８６に接続された負圧導入管９０は、吸気通路９１に設けられたスロットル弁９２の下流側に接続し、負圧導入管９０には電子制御装置９３に接続する遮断弁９４が設けられている。
【０００４】
上記構成において、図示しない排気側タービンホイールに流入する排気ガスの流量が予め定められた流量より小さい時には電子制御装置９３により遮断弁９４の開弁量を増大し、より大きな負圧を負圧室８６に導入する。負圧室８６内に導入された負圧によりロッド８１はアクチュエータ８０に引き込まれ、連結アーム７６を揺動させ、枢動リング７２を介して軸７０を回動させ、開閉弁を閉弁する。その結果、排気側タービンホイールに流入する排気ガスの流速は上昇し、吸気が十分に圧縮される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成においては、ロッド８１の直線運動を連結アーム７６を介して回転運動に変換する必要があり、構造複雑である。また、リンク接続部分が多く、そのためガタが多く発生し、微小な調整が困難であるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、構造簡単で、排気タービンロータに流入するガス流速の、微小な調整が容易に行える可変ターボ過給機を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、第１発明は、可変ターボ過給機において、排気タービンロータの外周部に、回動可能に設けられたノズルベーンと、前記ノズルベーンに一端部を固設された回動駆動軸と、前記回動駆動軸の他端部に設けられ、前記回動駆動軸を油圧により、所定の角度、回動させる回動アクチュエータとを備え、前記回動アクチュエータは、前記回動駆動軸の他端部に固設されたベーンと、前記ベーンを、前記回動駆動軸を中心として、所定の角度、回動自在に収容するケースとを有するとともに、前記排気タービンロータのシャフトを支持するベアリングハウジングに取り付けられ、このベアリングハウジング側から前記ノズルベーンを駆動する構成としている。
【０００８】
第１発明によると、ノズルベーンに固設された回動駆動軸の端部に、油圧により、所定の角度、回動させる回動アクチュエータを設けた。そのため、回動アクチュエータによりノズルベーンを直接回動可能となり、従来のもののように連結アームを用いて直線運動を回転運動に変換させる必要は無い。したがって、構造簡単であり、各部のガタが少なくてノズルベーンの回動角度の微小な調整が可能な可変ターボ過給機が得られる。
また、回動アクチュエータを、回動駆動軸に固設されたベーンを、所定の角度、回動自在に収容するケースとより構成した。そのため、油圧をベーンに加えることにより容易に回動駆動軸を回動可能である。
【０００９】
第２発明は、第１発明において、排気ガスの流出入を案内する排気側ハウジングでは、前記ベアリングハウジング側の開口が排気側インナープレートで塞がれており、前記排気側インナープレートと前記ベアリングハウジングとの間には、密閉された連結装置室が形成され、前記連結装置室内には、前記回動駆動軸の回動を、複数の回動軸に固定された他のノズルベーンに伝達する連結リングが収容されている構成とした。
【００１１】
第３発明は、第１又は第２発明において、前記回動アクチュエータは、前記ベーンの回動位置を、前記ベーンに加えられる油圧と、前記ベーンを前記回動駆動軸回りに付勢するバネとにより調整する構成としている。
【００１２】
第３発明によると、ベーンを回動駆動軸回りに付勢するバネと、ベーンに加えられる油圧とによりノズルベーンの開度を調整するようにした。そのため、油圧とバネ力とを釣り合わせることにより容易にノズルベーンの開度を調整可能であり、構造簡単な回動アクチュエータが得られる。
【００１３】
第４発明は、第１ないし第３のいずれかの発明において、前記回動アクチュエータは、前記ベーンとケースとの間の一側に設けられ、他側に向けて前記ベーンを付勢するバネと、前記バネの両端部を、前記ベーンとケースとにそれぞれ回動自在に支持する一対の球面部材とを有する構成としている。
【００１４】
第４発明によると、ベーンとケースとの間に設けたバネの両端部を、ベーンとケースとにそれぞれ回動自在に支持する一対の球面部材を設けた。そのため、バネは常に直線上で付勢することとなり、無理な力が加わらず、バネの作動が安定すると共に、バネの寿命が向上する。
【００１５】
第５発明は、第１ないし第４のいずれかの発明において、前記可変ターボ過給機は、前記ケースに設けられ、油圧を導入する導入口近傍に絞り部を設けた構成としている。
【００１６】
第５発明によると、ケースに油圧を導入する導入口近傍に絞り部を設けたため、圧油の出入時にダンパーの働きをしてハンチングの発生を防止し、ベーンの回動運動を安定させる。したがって、性能の良い可変ターボ過給機が得られる。
【００１７】
第６発明は、第１ないし第５発のいずれかの発明において、前記可変ターボ過給機は、前記ケースに油圧を導入する導入回路にドレーン回路を分岐して設け、前記ドレーン回路に圧力調整バルブを介装し、前記圧力調整バルブで油圧を調整することによりノズルベーンの開度を調整する、ノズルベーン開度調整手段を有する構成としている。
【００１８】
第６発明によると、ケースに油圧を導入する導入回路に分岐して設けたドレーン回路に圧力調整バルブを介装し、油圧を調整してノズルベーンの開度を調整するノズルベーン開度調整手段を設けた。そのため、ノズルベーン開度調整を容易に、精度良く行うことができる可変ターボ過給機が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る可変ターボ過給機の実施形態について、図面を参照して詳述する。
【００２０】
図１は可変ターボ過給機１の側面断面図である。図１において、可変ターボ過給機１は、給気圧縮機７と、排気タービン１０とから構成されている。
【００２１】
排気タービン１０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１１と、排気側ハウジング１１に収容された排気タービンロータ１６とを備えている。
【００２２】
排気側ハウジング１１は、外周側に形成された排気流入部１２と、中央部に形成されたほぼ円筒状の排気流出部１３とを一体的に備えている。排気側ハウジング１１の内部には、排気流出部１３と反対側の開口を塞ぐように排気側インナープレート１４が設けられ、排気流入部１２と排気流出部１３との間にノズル部１５を形成している。
【００２３】
排気タービンロータ１６は、排気側インナープレート１４を貫通したシャフト１７を一体的に備えており、シャフト１７はベアリングハウジング２に軸受３を介して回転自在に支持されている。ベアリングハウジング２の一端部は排気側ハウジング１１に嵌合された状態で、排気側ハウジング１１に係止片４及びボルト５で固定され、排気側インナープレート１４と、ベアリングハウジング２との間はスペーサ６により密閉されて連結装置室１８を形成している。
【００２４】
排気タービンロータ１６の外周部のノズル部１５には、複数個のノズルベーン２１が配置されている。その内の１個のノズルベーン２１には、排気側インナープレート１４、連結装置室１８及びベアリングハウジング２を貫通する回動駆動軸２２の一端部が固設されている。回動駆動軸２２の中間部には、ノズルベーン連結装置２０が取付けられ、連結装置室１８に収容されている。回転駆動軸２２の他端部には回動アクチュエータ３０が取付けられている。
【００２５】
シャフト１７の先端部には給気圧縮機７のインペラ８が取付けられている。
【００２６】
図２は回動駆動軸２２部分の詳細図である。図２において、回動駆動軸２２は第１部材２２ａと第２部材２２ｂとで構成され、第１部材２２ａと第２部材２２ｂとの境界部には駆動用レバー２３の基端部が固設されている。第２部材２２ｂの先端部にはノズルベーン２１が固設されており、第１部材２２ａの先端部には回動アクチュエータ３０が取付けられている。
【００２７】
図３はノズルベーン連結装置２０の平面一部断面図である。図１、図２、図３において、複数個のノズルベーン２１が排気タービンロータ１６の周囲に等間隔で配置されている。回動駆動軸２２に固設されたノズルベーン２１以外の複数個のノズルベーン２１は、排気側インナープレート１４を貫通する回動軸２４の一端部に固設され、回動軸２４の他端部にはレバー２５の基端部が固設されている。円周上に配置された回動駆動軸２２及び回動軸２４の内側には環状の連結リング２６が回動自在に配置されている。連結リング２６の外周部には複数個の半長孔状の係合孔２７が設けられ、それぞれの係合孔２７には駆動用レバー２３及びレバー２５の先端部が、回動可能に、かつ摺動可能に係合されている。
【００２８】
次にノズルベーン連結装置２０の作動について説明する。図３において、回動駆動軸２２が回動駆動されると先端部に固設されたノズルベーン２１が回動すると共に、駆動用レバー２３は連結リング２６を回動させる。それに伴ってレバー２５は回動軸２４を中心として回動される。したがって、回動軸２４に固設されたノズルベーン２１は、回動駆動軸２２に固設されたノズルベーン２１と同一方向に同一角度回動し、ノズルベーン２１の開度は一斉に変化する。
【００２９】
以下に回動アクチュエータ３０について説明する。図４は回動アクチュエータ３０の側面断面図であり、図５は図４のＡ−Ａ矢視図である平面断面図である。図４、図５において、回動駆動軸２２の先端部に設けられた段付部２２ｃには、第１実施形態のベーン３１の基端部が嵌入され、キー３２で回り止めされている。
【００３０】
図５において、ベーン３１は、本体３３ａと蓋３３ｂとよりなる扇形のケース３３に、回動駆動軸２２を中心として回動自在に収容され、ケース３３内を圧力室３４とドレーン室３５とに分離している。ベーン３１とケース３３との摺動面の隙間は、油漏れが制御に支障を来たさないような大きさとなっている。ケース３３はボルト４４でシャフトハウジング２に締着されている。
【００３１】
圧力室３４及びドレーン室３５にはそれぞれストッパ３４ａ，３５ａが設けられ、回動したベーン３１が所定角度回動すると当接するようになっている。所定角度は図においてα＋βであり、その角度は例えば６０°である。
【００３２】
圧力室３４には流体圧を導入する導入口３６が設けられ、ドレーン室３５にはドレーン口３７が設けられている。
【００３３】
回動駆動軸２２と本体３３ａ及び蓋３３ｂとの間にはオイルシール３８ａ，３８ｂが設けられ、油漏れを防止している。回動駆動軸２２の先端部には角度検出器５８が取付けられている。
【００３４】
ドレーン室３５内の、ベーン３１と本体３３ａのドレーン室３５端面の壁面３５ｂとの間には圧縮コイル型のバネ４０が介装され、ベーン３１を圧力室３４側に向けて付勢している。バネ４０の両端部には一対の球面部材４１，４１が取付けられ、球面部材４１，４１はそれぞれ、ベーン３１に設けられた球面凹部４２及び本体３３ｂの壁面３５ｂに設けられた球面凹部４３に回動自在に係合している。
【００３５】
図５において、ベーン３１がバネ４０の力により圧力室３４方向（矢印方向）に回動すると、回動駆動軸２２に固設された図示しないノズルベーン２１は排気流路を開き、圧油を導入口３６から圧力室３４に導入し、バネ４０の力に抗してベーン３１をドレーン室３５側に回動させると、ノズルベーン２１は排気流路を閉じるようになっている。
【００３６】
図６はノズルベーン開度調整手段５０の系統図である。図６において、油圧ポンプ５１からの圧力油を送給する導入回路５２は、回動アクチュエータ３０の導入口３６に接続し、ドレーン口３７はタンク回路５３によりオイルタンク５４に接続している。導入回路５２とタンク回路５３とを接続するドレーン回路５５には圧力調整バルブ５６が介装されている。導入回路５２の導入口３６近傍には、絞り部５７が設けられている。コントローラ５９は、回動アクチュエータ３０に設けられた角度検出器５８からの検出信号を入力し、圧力調整バルブ５６に制御信号を出力するようになっている。
【００３７】
次に作動について説明する。排気ガスの流量が予め定められた量よりも小さい場合には、コントローラ５９は圧力調整バルブ５６に制御信号を出力し、導入回路５２の圧力を上昇させる。圧力がバネ４０の力より大きくなるとベーン３１はドレーン室３５側に回動し、ノズルベーン２１を閉じる方向に回動させる。コントローラ５９は角度検出器５８からの検出信号を入力し、ノズルベーン２１の回動角度が所定の角度に達すると圧力調整バルブ５６に制御信号を出力し、圧力の上昇を停止させる。ノズルベーン２１は圧力室３４の圧力と、バネ４０の付勢力とがつりあった位置で回動を停止する。導入回路５２から圧力室３４に圧油が流入する場合、絞り部５７はダンパーとして作用し、例えばバネのハンチングを防止してノズルベーン２１の作動を安定させる。
【００３８】
本発明の可変ターボ過給機は上記のような構成としたため、従来のもののように連結アームを用いて直線運動を回転運動に変換させる必要は無く、構造簡単である。そのため各部のガタが少なく、かつ回動アクチュエータを油圧作動式にしたため微小な調整が可能であり、可変ターボ過給機の機能の向上が図れると共に、装置全体を小型軽量化することができる。また、ノズルベーンの回動角度を直接検出すると共に、圧油導入回路に絞り部を設けたため、精度の良いノズルベーン回動角度制御が可能である。
【００３９】
図７は第２実施形態のベーン３１ａの斜視図である。図７において、ベーン３１ａの先端部にシール溝６０を設け、シール６１を挿入してベーン３１ａの先端部とケース３３との摺動面からの油漏れを防止するものである。シール６１の材質は、金属、ゴムあるいはテフロン（登録商標）等の樹脂材であり、ゴム、テフロン（登録商標）等の表面に潤滑性改善剤（例えばフレキシブルＤＬＣ等）をコーティングしても良い。
【００４０】
図８は第３実施形態のベーン３１ｂの斜視図である。ベーン３１ｂの先端部及び上下面にコ字形状のシール溝６２を設け、コ字形状のシール６３を挿入して油漏れを一層少なくしようとするものである。シール６３の材質は第２実施形態のものと同一である。
【００４１】
なお、前述の実施形態の、回動アクチュエータのベーンを付勢するバネは、ベーンを圧力室側に付勢する圧縮コイルバネを用いているが、圧力室内に引っ張りコイルバネを取付けても良い。あるいは、回動駆動軸とケースとの間に渦巻バネを設けても良い。
ノズルベーン開度調整手段の実施形態においては、圧力調整バルブを用いているが、ＯＮ−ＯＦＦバルブを用いても良い。また、ノズルベーンの回動角度の検出に角度検出器を用いているが、導入回路の油圧を検出するようにしても良い。さらに、ケースの導入口に設けた絞り部は無くても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の可変ターボ過給機の側面断面図である。
【図２】本発明の可変ターボ過給機の、回動駆動軸部分の詳細図である。
【図３】本発明の可変ターボ過給機の、ノズルベーン連結装置の平面図である。
【図４】本発明の回動アクチュエータの側面断面図である。
【図５】本発明の回動アクチュエータの平面断面図である。
【図６】本発明のノズルベーン開度調整手段の系統図である。
【図７】本発明の第２実施形態の、ベーンの斜視図である。
【図８】本発明の第３実施形態の、ベーンの斜視図である。
【図９】従来の可変ターボ過給機の、ノズルベーン調整アクチュエータの構成図である。
【符号の説明】
１…可変ターボ過給機、２…ベアリングハウジング、１０…排気タービン、１４…排気側インナープレート、１８…連結装置室、２０…ノズルベーン連結装置、２１…ノズルベーン、２２…回動駆動軸、３０…回動アクチュエータ、３１，３１ａ，３１ｂ…ベーン、３３…ケース、３４…圧力室、３５…ドレーン室、３６…導入口、３７…ドレーン口、４０…バネ、４１…球面部材、４２，４３…球面凹部、６１，６３…シール。
【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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