(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン流量を調整可能な可変ノズル機構と、ハウジングに挟持されつつ前記可変ノズル機構の一部を支持するサポートリングと、を有する可変容量型過給機において、
前記サポートリングは、前記可変容量型過給機を設置したときに、鉛直方向下側となる位置に形成された水抜き孔と、鉛直方向上側となる位置に形成されたガス抜き孔と、を有し、
前記水抜き孔及び前記ガス抜き孔の開口面積の総和は、前記可変ノズル機構を構成する回動軸と支持リングとの間に生ずる隙間の開口面積の総和よりも大きく設定されている、
ことを特徴とする可変容量型過給機。
【請求項２】
前記ガス抜き孔の開口面積の総和は、前記可変ノズル機構を構成する回動軸と支持リングとの間に生ずる隙間の開口面積の総和よりも大きく設定されている、ことを特徴とする請求項１に記載の可変容量型過給機。
【請求項３】
前記水抜き孔から前記サポートリング外に排出された水を外部に排出する排水孔を前記ハウジングに形成した、ことを特徴とする請求項１に記載の可変容量型過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン流量を調整することができる可変容量型過給機に関し、特に可変ノズル機構を備えた可変容量型過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
運転状況に応じてタービン流量を変えることができる可変容量型過給機には、例えば、図５に示すような可変ノズル機構を用いたものが知られている。ここで、図５は、従来の可変ノズル機構を備えた可変容量型過給機を示す断面図である。なお、図５に示した可変容量型過給機と同等の過給機は、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示されている。
【０００３】
従来の可変容量型過給機は、排気ガスの供給によりタービン動翼５１ａを回転させるガスタービン５１と、タービン動翼５１ａと同軸に連結された羽根車５２ａにより空気を吸入するコンプレッサ５２と、ガスタービン５１の流体供給路５１ｂに断面翼形状のベーン５３ａを回動可能に配置することにより前記流体の供給量を調節可能に構成した可変ノズル機構５３と、を備えている。
【０００４】
かかる可変容量型過給機の外形は、タービン５１の筐体を構成するタービンハウジング５１ｃと、コンプレッサ５２の筐体を構成するコンプレッサハウジング５２ｂと、タービン動翼５１ａを有するタービンディスク５１ｄと羽根車５２ａを連結する回転軸５４ａを支持するセンターハウジング５４と、により構成されている。また、流体供給路５１ｂには、タービンハウジング５１ｃの外周に形成されたスクロール部５１ｅから排気ガスが供給されるように構成されている。
【０００５】
前記可変ノズル機構５３は、タービンハウジング５１ｃに固定された環状のシュラウド５３ｂと、タービンハウジング５１ｃ及びセンターハウジング５４の間に支持された環状の支持リング５３ｃと、シュラウド５３ｂと支持リング５３ｃとの間隔を保持するピン５３ｄと、シュラウド５３ｂ及び支持リング５３ｃの間で回動可能に支持された複数のベーン５３ａと、ベーン５３ａを回動させるベーン駆動機構と、から構成されている。ベーン駆動機構は、ベーン５３ａに接続された回動軸５３ｅと、回動軸５３ｅに連結されたノズルリンク板５３ｆと、センターハウジング５４に回動可能に支持されるとともにノズルリンク板５３ｆに連結された駆動軸５３ｇと、外部のダイヤフラムシリンダ等のピストンロッドと駆動軸５３ｇとを連結する連結部材５３ｈと、から構成されている。また、支持リング５３ｃ及びノズルリンク板５３ｆは、タービンハウジング５１ｃとセンターハウジング５４との間で挟持される環状のサポートリング５５により、その位置や姿勢が保持されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３３２８５４号公報
【特許文献２】特開２００６−１２５５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図５に示したように、可変ノズル機構５３とセンターハウジング５４とサポートリング５５との間には一定の空間（以下、リンク室５６という。）が形成される。また、サポートリング５５は、タービンハウジング５１ｃとセンターハウジング５４との間で挟持されているため、リンク室５６の外端部側はシールされた状態になっている。一方、リンク室５６の内端部側は、ベーン５３ａの回動軸５３ｅとノズルリンク板５３ｆとの隙間等からリンク室５６に排気ガスが流入する。そして、排気ガス中の水蒸気が冷却されるとリンク室５６に水が溜まり、場合によっては凍結することもある。このリンク室５６にはベーン駆動機構の一部であるノズルリンク板５３ｆが配置されているため、リンク室５６内に溜まった水が凍結すると、ノズルリンク板５３ｆが動かない、ベーン駆動機構の一部が変形・故障してしまう等の問題を生ずる。
【０００８】
本発明は上述した問題点に鑑み創案されたものであり、リンク室に水が溜まらないようにして凍結を抑制することができる可変容量型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】
【０００９】
本発明によれば、タービン流量を調整可能な可変ノズル機構と、ハウジングに挟持されつつ前記可変ノズル機構の一部を支持するサポートリングと、を有する可変容量型過給機において、前記サポートリングは、前記可変容量型過給機を設置したときに、鉛直方向下側となる位置に形成された水抜き孔と、鉛直方向上側となる位置に形成されたガス抜き孔と、を有し、前記水抜き孔及び前記ガス抜き孔の開口面積の総和は、前記可変ノズル機構を構成する回動軸と支持リングとの間に生ずる隙間の開口面積の総和よりも大きく設定されている、ことを特徴とする可変容量型過給機が提供される。
【００１０】
また、前記ガス抜き孔の開口面積の総和は、前記可変ノズル機構を構成する回動軸と支持リングとの間に生ずる隙間の開口面積の総和よりも大きく設定されていることが好ましい。さらに、前記水抜き孔から前記サポートリング外に排出された水を外部に排出する排水孔を前記ハウジングに形成してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
上述した本発明の可変容量型過給機によれば、水が溜まり易いリンク室（サポートリングとハウジングと可変ノズル機構により形成される空間）の一部を形成するサポートリングに水抜き孔を形成したことにより、リンク室内に溜まった水をリンク室外に排出することができ、リンク室内に水を溜めないようにすることができる。したがって、リンク室内の水の凍結に起因する可変ノズル機構の作動不良や故障を抑制することができる。特に、水抜き孔を鉛直方向下側に配置することにより、重力によってリンク室に溜まった水をリンク室外に容易に排出することができる。
【００１２】
また、サポートリングにガス抜き孔を形成することにより、可変ノズル機構に排気ガス中の煤を付着し難くすることができ、故障や摩耗の原因を低減することができる。さらに、ガス抜き孔や水抜き孔の開口面積を、可変ノズル機構を構成する回動軸と支持リングとの間に生ずる隙間の開口面積よりも大きく設定することにより、ガス抜き孔又は水抜き孔から積極的に排気ガスを排出させることができる。
【００１３】
また、リンク室外に排出した水を排気ガス流路内又は外部に排出する排水孔を形成することにより、より効果的にリンク室に溜まった水をリンク室外に排出させることができる。特に、排気ガス流路内に排水する場合には、過給機の外部と連通する孔を形成する必要がないため、過給機の効率を低下させることなく排水することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図１〜図４を用いて説明する。ここで、図１は、本発明に係る可変容量型過給機を示す断面図である。なお、図５に示した従来の可変容量型過給機と同じ構成部品については同じ符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１５】
図１に示した本発明の可変容量型過給機は、タービン流量を調整可能な可変ノズル機構５３と、タービンハウジング５１ｃ及びセンターハウジング５４に挟持されつつ可変ノズル機構５３の一部を支持するサポートリング１と、を有し、サポートリング１には水抜き孔２とガス抜き孔３が形成され、タービンハウジング５１ｃには排水孔４が形成されている。なお、図示した可変容量型過給機は図の上下方向が、可変容量型過給機を車両等に設置したときの鉛直方向と一致するようになっている。
【００１６】
図２は、サポートリング１の斜視図である。前記サポートリング１は、タービンハウジング５１ｃ及びセンターハウジング５４に挟持されるフランジ部１ａと、回転軸５４ａの軸方向にタービン５１側に延出された筒部１ｂと、内側に縮径されたサポート部１ｃと、を有する。サポート部１ｃは、段差部１ｄを有し、段差部１ｄの前後のサポート部１ｃにより、支持リング５３ｃ及びノズルリンク板５３ｆを支持している。
【００１７】
サポートリング１の筒部１ｂの内側は、リンク室５６の内周面を形成しており、リンク室５６に流入した排気ガスが冷却されたときに生じる水は、この筒部１ｂの内側の鉛直方向下側に溜まり易い。したがって、図１及び図２に示すように、水抜き孔２は、サポートリング１の筒部１ｂの鉛直方向下側となる位置に形成されている。水抜き孔２の半径は、リンク室５６に溜まった水を排出できる大きさであればよい。ただし、水抜き孔２の水の排出速度が遅い場合には、水を排出し切れずに凍結してしまう場合も想定されるため、例えば、１ｍｍ以上に形成される。また、筒部１ｂの鉛直方向下側に水抜き孔２を複数形成するようにしてもよい。
【００１８】
また、ベーン５３ａの回動軸５３ｅとノズルリンク板５３ｆとの隙間等からリンク室５６に排気ガスが流入した場合に、リンク室５６に排気ガスが滞留すると回動軸５３ｅに排気ガスの煤が付着し、ベーン５３ａの回動に支障を生じたり、回動軸５３ｅの磨耗が早まったりしてしまう。そこで、サポートリング１の筒部１ｂにガス抜き孔３を形成し、リンク室５６に流入した排気ガスを排出できるようにしている。ここでは、ガス抜き孔３を水抜き孔２の反対側（位相差１８０°）となる鉛直方向上側に形成しているが、これに限定されるものではない。ガス抜き孔３から積極的に排気ガスを排出できるように、ガス抜き孔３の開口面積は、理想的には、リンク室５６に生ずる隙間の開口面積の総和よりも大きくなるように設定される。ここで、リンク室５６に生ずる隙間の開口面積の総和をＳとし、ガス抜き孔３の半径をｒとすれば、πｒ２＞Ｓを満たすように、ガス抜き孔３の半径ｒが設定される。例えば、リンク室５６に生ずる隙間の開口面積の総和Ｓが１０ｍｍ２の場合には、半径ｒは２ｍｍ程度に設定される。また、「リンク室５６に生ずる隙間」は、実際には、「回動軸５３ｅと支持リング５３ｃとの間に生ずる隙間」に置き換えることができる。この場合、開口面積の総和Ｓ＝各回動軸５３ｅと支持リング５３ｃとの間に生ずる隙間の開口面積×回動軸５３ｅの本数、と表現することができる。回動軸５３ｅの本数は、例えば、１１本程度であるが、過給機の型式や容量によって異なるものである。
【００１９】
ところで、可変容量型過給機の通常運転状態では、排気ガスの温度が高いため、リンク室５６に流入した排気ガスは液化し難い。すなわち、リンク室５６に流入した排気ガスの水分が蒸発した状態である場合には、水抜き孔２は水抜き用の孔として機能せず、寧ろガス抜き用の孔として機能させることができる。そこで、水抜き孔２及びガス抜き孔３の開口面積の総和が、リンク室５６に生ずる隙間の開口面積の総和よりも大きくなるように設定することもできる。ここで、リンク室５６に生ずる隙間の開口面積の総和をＳ、水抜き孔２の半径をＲ、ガス抜き孔３の半径をｒとすれば、（πＲ２＋πｒ２）＞Ｓを満たすように、水抜き孔２の半径Ｒ及びガス抜き孔３の半径ｒが設定される。例えば、リンク室５６に生ずる隙間の開口面積の総和Ｓが１０ｍｍ２の場合には、（半径Ｒ，半径ｒ）は、（１．５ｍｍ，１．５ｍｍ）に設定してもよいし、（１ｍｍ，２ｍｍ）に設定してもよいし、（２ｍｍ，１ｍｍ）に設定してもよい。
【００２０】
ここで、図３は、サポートリング１の筒部１ｂにおける断面図であり、（Ａ）は図２に示した実施形態、（Ｂ）は第一変形例、（Ｃ）は第二変形例を示している。
【００２１】
図３（Ａ）に示すように、図２に示したサポートリング１の筒部１ｂには、鉛直方向下側に１つの水抜き孔２が形成され、鉛直方向上側に１つのガス抜き孔３が形成されている。ここでは、鉛直方向最下部に水抜き孔２を、鉛直方向最上部にガス抜き孔３を形成しているが、本発明において、鉛直方向下側とはサポートリング１の下半分の範囲を意味し、鉛直方向上側とはサポートリング１の上半分の範囲を意味する。したがって、一対の水抜き孔２とガス抜き孔３を形成する場合であっても、必ずしも図３（Ａ）に示した配置に限定されるものではない。
【００２２】
図３（Ｂ）に示す第一変形例では、サポートリング１の筒部１ｂの鉛直方向下側に２つの水抜き孔２を形成し、鉛直方向上側に１つのガス抜き孔３を形成している。かかる第一変形例においても、図示した配置に限定されるものではなく、１つの水抜き孔２を鉛直方向最下部に配置されるようにサポートリング１を回転してセンターハウジング５４又はタービンハウジング５１ｃに嵌めるようにしてもよい。また、２つの水抜き孔２の中心角αは、０°＜α＜１８０°の範囲で設定することができるが、図３（Ｂ）では中心角αを１２０°に設定している。なお、排水速度を速めたい場合には、中心角αを０°に近づけるように設定すればよい。
【００２３】
図３（Ｃ）に示す第二変形例では、サポートリング１の筒部１ｂの４ヶ所に均等に水抜き孔２及びガス抜き孔３を形成している。この場合、最下部の孔は水抜き孔２、最上部の孔はガス抜き孔３、中間部の２つの孔は基本的にはガス抜き孔３であるが、場合によっては水抜き孔２として機能させることもできる。かかる第二変形例においても、図示した配置に限定されるものではなく、図３（Ｃ）に示した状態からサポートリング１を４５°回転してセンターハウジング５４又はタービンハウジング５１ｃに嵌めるようにしてもよい。この場合には、鉛直方向下側の２つの孔は水抜き孔２として機能し、鉛直方向上側の２つの孔はガス抜き孔３として機能することになる。
【００２４】
上述した第二変形例及び第三変形例のいずれの場合においても、ガス抜き孔３の開口面積の総和がリンク室５６に生ずる隙間の開口面積の総和よりも大きくなるように設定してもよいし、水抜き孔２及びガス抜き孔３の開口面積の総和がリンク室５６に生ずる隙間の開口面積の総和よりも大きくなるように設定してもよい。また、「リンク室５６に生ずる隙間」は、「回動軸５３ｅと支持リング５３ｃとの間に生ずる隙間」に置き換えるようにしてもよい。
【００２５】
続いて、排水孔４について説明する。図１に示した排水孔４は、水抜き孔２から排出された水を排気ガス流路内に排出するための孔である。図１では、タービンハウジング５１ｃのスクロール部５１ｅを構成する壁面部に形成された横孔を排水孔４としている。かかる排水孔４を形成することにより、水抜き孔２から排出された水をスクロール部５１ｅ内に排出することができ、スクロール部５１ｅを流れる高温の排気ガスにより気化させることができる。また、水抜き孔２から排出された水を円滑に排水孔４から排出させるためには、排水孔４を水抜き孔２の水平位置と同等又はそれ以下となる位置に形成することが好ましい。排水孔４は複数形成するようにしてもよい。このように水抜き孔２から排出された水を排気ガス流路内に排水する場合には、過給機の外部と連通する孔を形成する必要がないため、過給機の効率を低下させることなく排水することができる。
【００２６】
次に、本発明に係る可変容量型過給機の他の実施形態について説明する。ここで、図４は、本発明に係る可変容量型過給機の他の実施形態を示す部分断面図であり、（Ａ）は第二実施形態、（Ｂ）は第三実施形態、（Ｃ）は第四実施形態を示している。なお、図１に示した可変容量型過給機と同じ構成部品については同じ符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２７】
図４（Ａ）に示した第二実施形態は、サポートリング１に水抜き孔２を形成し、図１に示した排水孔４を省略したものである。かかる実施形態では、リンク室５６に溜まった水は、水抜き孔２からサポートリング１の外周面とタービンハウジング５１ｃとにより囲まれる空間４１に排出される。特に、リンク室５６に溜まる水の量が少ない場合に有効な実施形態である。なお、空間４１は高温の排気ガスが流れるスクロール部５１ｅに近いため、空間４１に排出された水は、スクロール部５１ｅに高温の排気ガスが流れることによって気化することとなる。
【００２８】
図４（Ｂ）に示した第三実施形態は、図４（Ａ）に示した第二実施形態に空間４１に排出された水を外部に排水するドレン孔（排水孔４２）を形成したものである。かかる実施形態では、排水孔４２は空間４１を形成するタービンハウジング５１ｃに形成されている。排水孔４２は、例えば、図示したように、ドレン溜まり４２ａと細孔４２ｂにより形成される。かかる排水孔４２は、例えば、タービンハウジング５１ｃにドレンボルトを螺合可能な孔を開け、ドレンボルト又はタービンハウジング５１ｃにドレンボルトを螺合したときに排水可能な溝を形成することによって形成される。
【００２９】
図４（Ｃ）に示した第四実施形態は、ドレン孔となる排水孔４２をスクロール部５１ｅを構成するタービンハウジング５１ｃに形成したものである。この位置に排水孔４２を形成することによっても、水抜き孔２から排出された水を外部に排水することができる。なお、図４（Ｃ）に示すように、スクロール部５１ｅが水抜き孔２の水平位置よりも下方に張り出している場合には、排水孔４を下方に向けて斜めに形成してもよい。
【００３０】
本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る可変容量型過給機を示す断面図である。
【図２】サポートリングの斜視図である
【図３】サポートリングの筒部における断面図であり、（Ａ）は図２に示した実施形態、（Ｂ）は第一変形例、（Ｃ）は第二変形例を示している。
【図４】本発明に係る可変容量型過給機の他の実施形態を示す部分断面図であり、（Ａ）は第二実施形態、（Ｂ）は第三実施形態、（Ｃ）は第四実施形態を示している。
【図５】従来の可変ノズル機構を備えた可変容量型過給機を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  サポートリング
１ａ  フランジ部
１ｂ  筒部
１ｃ  サポート部
１ｄ  段差部
２  水抜き孔
３  ガス抜き孔
４，４２  排水孔
４１  空間
４２ａ  ドレン溜まり
４２ｂ  細孔
５１  タービン
５１ａ  タービン動翼
５１ｂ  流体供給路
５１ｃ  タービンハウジング
５１ｄ  タービンディスク
５１ｅ  スクロール部
５２  コンプレッサ
５２ａ  羽根車
５２ｂ  コンプレッサハウジング
５３  可変ノズル機構
５３ａ  ベーン
５３ｂ  シュラウド
５３ｃ  支持リング
５３ｄ  ピン
５３ｅ  回動軸
５３ｆ  ノズルリンク板
５３ｇ  駆動軸
５３ｈ  連結部材
５４  センターハウジング
５４ａ  回転軸
【図１】
0005093758.tif 000002
【図２】
0005093758.tif 000003
【図３】
0005093758.tif 000004
【図４】
0005093758.tif 000005
【図５】
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