(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボス部(21)と、ボス部(21)より大径に拡がるベーン取付フランジ部(22)とを有し、前記ベーン取付フランジ部(22)は、少なくとも二種以上の直径の異なるフランジセグメントが組み合わされて形成され、
フランジセグメントの一つは、前記ボス部(21)と一体に形成された一体フランジセグメント(26)であり、
一方他のフランジセグメントは、ボス部(21)及び一体フランジセグメント(26)とは別体に形成された別体フランジセグメント(27)であって、この別体フランジセグメント(27)は、少なくとも径を異ならせた二種以上のフランジ部(27a),(27b) を具えて成るものであり、
これら一体フランジセグメント(26)と別体フランジセグメント(27)とは、圧入ピンやカシメピンまたはネジ等の螺合あるいはブレージングによる接合によって強固に一体化されて成ることを特徴とする可変ベーン型ターボチャージャ用タービンフレーム。
【請求項２】
前記一体フランジセグメント(26)と別体フランジセグメント(27)との一体化を、圧入ピンまたはカシメピンによって行う場合、これらピン(24)部材には、フランジセグメントよりも熱膨張率の高い素材が適用され、作動時に高温状態になっても、一体フランジセグメント(26)と別体フランジセグメント(27)との固定状態が確実に維持されるようにしたことを特徴とする請求項１記載の可変ベーン型ターボチャージャ用タービンフレーム。
【請求項３】
前記一体フランジセグメント(26)は、フランジ部(26a) がボス部(21)端部に形成されることを特徴とする請求項１または２記載の可変ベーン型ターボチャージャ用タービンフレーム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの過給機の一つであるターボチャージャに関するものであって、特にこれを構成するタービンフレームに係るものである。
【０００２】
【発明の背景】
ターボチャージャは、排気ガスのエネルギーで排気タービンを回し、これに直結されたコンプレッサで空気をエンジンに押し込んでパワーアップを図る装置である。ところでこのものは、エンジンの低速回転時には、排気流量の低下により排気タービンがほとんど働かず、従って高回転域まで回るエンジンにあってはタービンが効率的に回るまでのもたつき感とその後の一挙に吹き上がるまでの所要時間いわゆるターボラグ等が生ずることを免れない。またもともとエンジン回転が低いディーゼルエンジンでは、ターボ効果を得にくいという問題があった。
このため低回転からでも効率的に作動するＶＧＳタイプのターボチャージャが開発されてきている。このものは、少ない排気流量を可変ベーン（羽）で絞り込み排気の速度を増し、排気タービンの仕事量を大きくすることで低速回転時でも高出力を発揮できるようにしたものである。このためＶＧＳタイプでは別途可変ベーンの可変機構を必要とし、周辺の構成部品も従来のものに比べて形状等をより複雑化させなければならなかった。
【０００３】
一方この種のターボ装置は、高温雰囲気下で使用されるため、本発明の対象としたタービンフレームについても強い耐熱性を有するＳＵＳ３１０Ｓ等の材質が適用され、その加工においては上述したように形状が複雑なことに加えて、仕上げ寸法精度が厳しく要求されること等から切削加工が主流となっていた。しかしながらこのＳＵＳ３１０Ｓ等の材料は、強い耐熱性を有するとともに、難切削性の材質でもあるため現実には切削加工そのものに、相当の時間を要することとなり、従ってコストダウンにも一定の限界があった。
【０００４】
【開発を試みた技術的課題】
本発明はこのような背景を認識してなされたものであって、単一機能を有するタービンフレームを単一部材で構成するという技術常識を根本から見直し、逆にタービンフレームを複数の部材に分断して構成することにより、切削加工をすべて排除し、これによって加工時間をトータルで短縮させ、大幅なコストダウンを図った新規なタービンフレームの開発を試みたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち請求項１記載の可変ベーン型ターボチャージャ用タービンフレームは、ボス部(21)と、ボス部(21)より大径に拡がるベーン取付フランジ部(22)とを有し、前記ベーン取付フランジ部(22)は、少なくとも二種以上の直径の異なるフランジセグメントが組み合わされて形成され、
フランジセグメントの一つは、前記ボス部(21)と一体に形成された一体フランジセグメント(26)であり、
一方他のフランジセグメントは、ボス部(21)及び一体フランジセグメント(26)とは別体に形成された別体フランジセグメント(27)であって、この別体フランジセグメント(27)は、少なくとも径を異ならせた二種以上のフランジ部(27a),(27b) を具えて成るものであり、
これら一体フランジセグメント(26)と別体フランジセグメント(27)とは、圧入ピンやカシメピンまたはネジ等の螺合あるいはブレージングによる接合によって強固に一体化されて成ることを特徴として成るものである。
この発明によれば、従来単一部材で構成することが技術常識とされていたタービンフレームを、少なくとも二種以上の異なる部材を組み合わせて形成するため、各部材を、切削加工を適用せずに精密に加工でき、タービンフレームの加工効率を飛躍的に向上させ、大幅なコストダウンが図れる。
また、別体フランジセグメントの径を異ならせたフランジ部において段差を形成し、この段差部分で可変機構をスムーズに回動させ得る。
【０００６】
また請求項２記載の可変ベーン型ターボチャージャ用タービンフレームは、前記請求項１記載の要件に加え、前記一体フランジセグメント(26)と別体フランジセグメント(27)との一体化を、圧入ピンまたはカシメピンによって行う場合、これらピン(24)部材には、フランジセグメントよりも熱膨張率の高い素材が適用され、作動時に高温状態になっても、一体フランジセグメント(26)と別体フランジセグメント(27)との固定状態が確実に維持されるようにしたことを特徴として成るものである。
この発明によれば、一体フランジセグメントと、別体フランジセグメントとをより確実に一体化して、ベーン取付フランジ部を形成する具体的構造を可能とする。
【０００７】
更にまた請求項３記載の可変ベーン型ターボチャージャ用タービンフレームは、前記請求項１または２記載の要件に加え、前記一体フランジセグメント(26)は、フランジ部(26a) がボス部(21)端部に形成されることを特徴として成るものである。
この発明によれば、一体フランジセグメントを絞り加工等によってより精密に加工し得る。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。説明にあたっては本発明を適用したターボチャージャの排気ガイドアッセンブリＡについて説明しながら併せて本発明のタービンフレーム２について説明する。排気ガイドアッセンブリＡは、エンジンの低速回転時に排気ガスを絞り込んで排気流量を設定するためのものであり、一例として図１に示すように排気タービンＴの外周に設けられ実質的に排気流量を設定する可変ベーン１と、可変ベーン１を回動自在に支持するタービンフレーム２と、タービンフレーム２のボス部２１側に設けられ可変ベーン１を一定角度回動させる可変機構３と、可変ベーン１をタービンフレーム２の反対側から挟み込むように保持する保持板４とを具えて成るものである。以下各構成部について説明する。
【０００９】
まず可変ベーン１について説明する。このものは排気タービンＴの外周に沿って複数設けられ、そのそれぞれが回動自在に設定されて排気流量を調節するものであり、ベーン翼部１１と、ベーン軸部１２とを具えて成るものである。ベーン翼部１１は、排気タービンＴの幅寸法に応じて一定幅を有するものであり、その幅方向における断面が概ね翼状に形成され、排気ガスが効果的に排気タービンＴに向かうように構成されている。ベーン軸部１２は、ベーン翼部１１に固定的に設けられるものであり、ベーン翼部１１の回動軸に相当するものである。なおベーン翼部１１とベーン軸部１２とは、一例として初期段階で各々別々に形成された後、ベーン軸部１２の先端部分にベーン翼部１１を嵌め込んで溶接等によって固定して形成されるものである。またベーン軸部１２の回動基端側が、後述する可変機構３にカシメ等によって固定され、回動自在に支持されるものである。
【００１０】
次に本発明のタービンフレーム２について説明する。このものは、文字どおり排気タービンＴのフレーム部材として構成されるとともに複数の可変ベーン１をそれぞれ回動自在に支持するものであって、一例として図１、２に示すようにボス部２１と、ベーン取付フランジ部２２とを具えて成るものである。そしてこのボス部２１の周面に沿って、後述する可変機構３が設けられる。一方ベーン取付フランジ部２２は、可変ベーン１のベーン軸部１２を回動自在に支持するものであり、このためフランジの周縁部分に可変ベーン１と同数の軸挿入孔２３が等間隔で形成されている。また軸挿入孔２３の外周部分には一例として四カ所、可変ベーン１の取り付け幅を保持するピン２４を固定するためのピン孔２５が設けられる。
【００１１】
そしてベーン取付フランジ部２２は、直径の異なる二種のフランジセグメントを具えて成るものであり、ボス部２１と一体的に形成されるものを一体フランジセグメント２６とし、これとは別に形成されるものを別体フランジセグメント２７として区別している。そしてこれら一体フランジセグメント２６と、別体フランジセグメント２７とが、一例として絞り加工やファインブランキング加工等によって各々別々に形成された後、圧入ピンやカシメピン等によって一体的に組み合わされるものである。なお一体フランジセグメント２６と、別体フランジセグメント２７との一体化は、圧入ピンやカシメピン等のほかにも例えばネジ等の螺合による接合やブレージングによる接合等種々の接合形態が採り得る。更に圧入ピン等によって接合を行う場合、ピン部材は、ベーン取付フランジ２２の部材よりも高い熱膨張率を有する材質を適用すれば、排気ガイドアッセンブリＡが高温となる作動時においてもベーン取付フランジ２２の固定状態がより確実に維持できるものである。因みにこの材質の例を挙げると、ピン部材にＳＵＳ４２０Ｊ２等、ベーン取付フランジ２２にＳＵＳ４４０Ｃ等が適用される。
【００１２】
また一体フランジセグメント２６は、ボス部２１の端部にフランジ部２６ａを形成して成り、このフランジ部２６ａに密着するように接合される別体フランジセグメント２７は、軸挿入孔２３が形成されたフランジ部２７ａと、これより大径に形成されたフランジ部２７ｂとを具えて成るものである。そしてこれらフランジ部２７ａ、２７ｂとの段差部において後述する可変機構３を回動させる際の逃げ部分を形成している。なお一体フランジセグメント２６と別体フランジセグメント２７は、一例として絞り加工によってそれぞれのフランジ部２６ａ、２７ａ、２７ｂが形成された後、ファインブランキング加工によって軸挿入孔２３やピン孔２５が形成されるものである。
【００１３】
このようにベーン取付フランジ部２２を、直径の異なる二種のフランジセグメントを組み合わせて形成することにより、従来単一部材で形成されることが技術常識とされていたタービンフレーム２を分断して構成することを可能としている。またこのような構成を採ることによって、それぞれの部材の加工において、切削加工を行わずに充分な寸法精度を出しきり、タービンフレーム２の加工効率を飛躍的に向上させるものである。更にまたこの実施の形態では、ベーン取付フランジ２２は、直径の異なる二種のフランジセグメントを組み合わせて形成するが、三種以上のフランジセグメントを組み合わせて形成しても構わないし、別体フランジセグメント２７においても径を異ならせた三種以上のフランジ部を形成しても構わない。
【００１４】
次に可変機構３について説明する。このものはタービンフレーム２のボス部２１側に取り付けられ、可変ベーン１を回動させることによって排気流量を調節するものであり、設定板３１と、リンク部３３とを具えて成るものである。設定板３１は、一例として中央部分を開口した円板状に形成され、その周縁部分に可変ベーン１と同数の回動軸３２が等間隔に設けられて成るものである。一方リンク部３３は、設定板３１の回動を可変ベーン１に伝達するものであり、一例として回動軸３２及びベーン軸部１２に各々接続される長円状の二つの連接部材３４が、連結軸３５によって回動自在に接続されて成るものである。そしてエンジンの低速回転時等には、可変機構３の設定板３１を回動させ、リンク部３３を介してベーン軸部１２に伝達し、図３に示すように可変ベーン１を回動させ、排気ガスを排気タービンＴに効率よく向かうように適宜設定するものである。
そして保持板４は、可変ベーン１をタービンフレーム２の反対側から挟み込むように取り付けられ、ピン２４とともに可変ベーン１の取り付け幅を保持している。
【００１５】
【発明の効果】
まず請求項１記載の可変ベーン型ターボチャージャ用タービンフレームによれば、従来単一部材で構成することが技術常識とされていたタービンフレーム２を、少なくとも二種以上の異なる部材を組み合わせて形成するため、各部材を、切削加工を適用せずに精密に加工でき、タービンフレームの加工効率を飛躍的に向上させ、大幅なコストダウンが図れる。
また、別体フランジセグメント２７の径を異ならせた二つのフランジ部２７ａ、２７ｂにおいて段差を形成し、この段差部分で可変機構３をスムーズに回動させ得る。
【００１６】
また請求項２記載の可変ベーン型ターボチャージャ用タービンフレームによれば、一体フランジセグメント２６と別体フランジセグメント２７とをより確実に一体化してベーン取付フランジ部２２を形成する具体的構造を可能とする。
【００１７】
更にまた請求項３記載の可変ベーン型ターボチャージャ用タービンフレームによれば、一体フランジセグメント２６を絞り加工等によってより精密に加工し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のタービンフレームを適用したターボチャージャを示す斜視図（ａ）、並びに排気ガイドアッセンブリを示す分解斜視図（ｂ）である。
【図２】  一体フランジセグメントを示す説明図（ａ）、並びに別体フランジセグメントを示す説明図（ｂ）、並びにこれらを一体化させた状態を示す説明図（ｃ）である。
【図３】  可変ベーンを回動させて排気流量を調節する状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１      可変ベーン
２      タービンフレーム
３      可変機構
４      保持板
１１    ベーン翼部
１２    ベーン軸部
２１    ボス部
２２    ベーン取付フランジ部
２３    軸挿入孔
２４    ピン
２５    ピン孔
２６    一体フランジセグメント
２６ａ  フランジ部
２７    別体フランジセグメント
２７ａ  フランジ部
２７ｂ  フランジ部
３１    設定板
３２    回動軸
３３    リンク部
３４    連接部材
３５    連結軸
Ａ      排気ガイドアッセンブリ
Ｔ      排気タービン
【図１】
0004033978.tif 000002
【図２】
0004033978.tif 000003
【図３】
0004033978.tif 000004