(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内において所定の軸線を中心として回転自在に支持されたタービンと、前記ハウジング内において前記タービンのノズル部に配設された複数のノズルベーンと、複数のレバープレートを介して前記複数のノズルベーンに連結され該ノズルベーンを開位置と閉位置との間で連続的に同期させて動作させるために前記ハウジング内において前記タービンの回転軸線を中心として回動自在に設けられたリンクプレートと、前記ハウジングの外部に設けられ伝達機構を介して前記リンクプレートに連結されたアクチュエータとを具備し前記ノズルベーンの開度を調節可能にした可変ターボチャージャにおいて、前記ノズルベーンの各々は、その基端部に設けた軸部を中心として開位置と閉位置との間で回動自在に支持されると共に、その軸部が対応するレバープレートに連結されて該レバープレートと共に回動するようになっており、前記レバープレートの各々は、前記ノズルベーンの軸部に平行に設けられた軸部を有し、該ノズルベーンの軸部を前記リンクプレートに形成された長孔内で摺動自在に嵌合させることにより、前記ノズルベーンが前記リンクプレートに連結されており、前記リンクプレートの長孔がリンクプレートの回動中心周りの半径方向に対して所定の角度を以て延びる軸線に対して接し、前記ノズルベーンの軸部を中心とする前記レバープレートの回動動作による同レバープレートの軸部の軌跡に対応させて湾曲するように形成されていることを特徴とする可変ターボチャージャ。  
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可変ターボチャージャに関し、特に、可変ターボチャージャのノズルベーンを動作させるアクチュエータの変位をノズルベーンに伝達する伝達機構の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の出力増強を図る手段として、内燃機関からの排気ガスでタービンを回転し、タービンと同軸上に設けられたコンプレッサで内燃機関に供給する空気を加圧するターボチャージャは有効であり、既に様々の内燃機関に装着されている。ところが、内燃機関の機関回転数により排気ガスの流量が異なるので、実際に内燃機関から供給される排ガス流量と、ターボチャージャの最適な作動条件に合致した排ガス流量との間で不一致を生ずる。この不一致を補償し、ターボチャージャの性能を充分に発揮するために、内燃機関の作動状態に応じて、ターボチャージャのタービン車室内の排ガスの流れを調整できるようにした可変ターボチャージャが開発されている。
【０００３】
こうした可変ターボチャージャでは、ハウジング内のタービンのノズル部に複数のノズルベーンが配設される。前記ノズルベーンは、その基端部に設けた軸部を中心として開位置と閉位置との間で回動自在に支持されており、前記ノズルベーンの軸部はレバープレートを介して環状のリンクプレートに連結される。前記リンクプレートは前記タービンの回転軸線を中心として回転自在に設けられており、前記ハウジングの外部に設けられているアクチュエータにより伝達機構を介して前記リンクプレートを回動させる。前記リンクプレートが回動することにより、前記複数のノズルベーンが、開位置と閉位置との間で連続的に同期して動作しノズル開度が調節される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、従来技術によるノズルベーンの駆動機構では、リンクプレートの回動動作が、ノズルベーンの回動動作に円滑に変換されないために、リンクプレートの所望の動作を得るためには、可変ターボチャージャのハウジング外に設けられたアクチュエータは大きな力を発揮できる比較的大型のアクチュエータとしなければならない。
【０００５】
本発明は、こうした従来技術の問題点を解決することを技術課題としており、ノズルベーンを一体的に同期して動作させるリンクプレートの動作を円滑にすることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、ハウジング内において所定の軸線を中心として回転自在に支持されたタービンと、前記ハウジング内において前記タービンのノズル部に配設された複数のノズルベーンと、複数のレバープレートを介して前記複数のノズルベーンに連結され該ノズルベーンを開位置と閉位置との間で連続的に同期させて動作させるために前記ハウジング内において前記タービンの回転軸線を中心として回動自在に設けられたリンクプレートと、前記ハウジングの外部に設けられ伝達機構を介して前記リンクプレートに連結されたアクチュエータとを具備し前記ノズルベーンの開度を調節可能にした可変ターボチャージャにおいて、前記ノズルベーンの各々は、その基端部に設けた軸部を中心として開位置と閉位置との間で回動自在に支持されると共に、その軸部が対応するレバープレートに連結されて該レバープレートと共に回動するようになっており、前記レバープレートの各々は、前記ノズルベーンの軸部に平行に設けられた軸部を有し、該ノズルベーンの軸部を前記リンクプレートに形成された長孔内で摺動自在に嵌合させることにより、前記ノズルベーンが前記リンクプレートに連結されており、前記リンクプレートの長孔がリンクプレートの回動中心周りの半径方向に対して所定の角度を以て延びる軸線に対して接し、前記ノズルベーンの軸部を中心とする前記レバープレートの回動動作による同レバープレートの軸部の軌跡に対応させて湾曲するように形成されていることを特徴とする可変ターボチャージャを要旨とする。
【０００７】
請求項１に記載の本発明によれば、前記レバープレートの軸部を受承するリンクプレートの長孔が、リンクプレートの回動中心周りの半径方向に対して所定の角度を以て延びる軸線に対して接し、前記ノズルベーンの軸部を中心とする前記レバープレートの回動動作による同レバープレートの軸部の軌跡に対応させて湾曲するように形成されているために、リンクプレートが回動したときに、前記軸部と長孔の接点において、リンクプレートからレバープレートに作用する力に軸部を半径方向に押圧する成分が大きく生じ、レバープレートの軸部がリンクプレートの長孔内において半径方向に円滑に動作可能となり、リンクプレートが円滑に動作可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明のより好ましい実施形態を、併せて検討された実施形態とともに説明する。先ず、図１を参照すると、本発明を適用する可変ターボチャージャ１０の外観が図示されている。可変ターボチャージャ１０は、タービンハウジング２０と、コンプレッサハウジング４０と、タービンハウジング２０およびコンプレッサハウジング４０の間の主ハウジング３０とから成るハウジングを含んでいる。タービンハウジング２０はタービン入口ポート２２とタービン出口ポート２４とを含み、コンプレッサハウジング４０は吸込ポート４４と吐出ポート４２とを含む。
【００１１】
前記ハウジング２０、３０、４０の外部には、後述するノズルベーンを駆動するためのアクチュエータ５０が配設されている。アクチュエータ５０は、空圧、特に、該可変ターボチャージャ１０が取り付けられる内燃機関（図示せず）の吸気負圧を利用してロッド５２を前後に往復動作させるアクチュエータである。但し、このアクチュエータは、正圧式、電動式にて同様の作用をなす他の如何なるアクチュエータにて置換可能である。
【００１２】
次に、図２を参照すると、回転軸３２が主ハウジング３０に回転自在に支持されており、タービンハウジング２０内には、回転軸３２の一端に取り付けられたタービン２８が配設されている。前記内燃機関からの排気ガスは、タービン入口ポート２２からタービンハウジング２０内に導入され、タービンハウジング２０内に画成されているスクロール通路２６、および、タービン２８への入口を形成するノズル部１００を経てタービン２８に供給される。タービン２８に供給された排気ガスは、該タービン２８を駆動した後にタービン出口ポート２４から排出される。
【００１３】
ノズル部１００は、タービンハウジング２０に固定されたマウントプレート１０２と、支持ボルト１０８によりマウントプレート１０２に取り付けられたサイドプレート１０６とにより画成され、両者間に複数のノズルベーン１０４が周方向に等間隔に配設されている。ノズルベーン１０４は、その基端部に軸部１０４ａを有しており、該軸部１０４ａにより開位置と閉位置との間で回動自在にマウントプレート１０２に取り付けられている。ノズルベーン１０４の各々の軸部１０４ａの先端１０４ｂは、マウントプレート１０２を軸方向に貫通して、複数のレバープレート１１４（図３、４参照）の各々に連結されている。レバープレート１１４の各々は、前記軸部１０４ａの先端部１０４ｂを受承する通孔１１４ｂと、該通孔１１４ｂの反対側に形成されたボスまたは軸部１１４ａとを有している。
【００１４】
マウントプレート１０２においてノズル部１００の反対側には円筒形状のボス部１０２ａが形成されており、該ボス部１０２ａに環状のリンクプレート１１２（図５参照）が、タービン２８の回転軸線を中心として回動自在に取り付けられる。リンクプレート１１２は、レバープレート１１４の軸部１１４ａを受承するために、リンクプレート１１２の周縁部には周方向に等間隔で配置された長穴１１２ｄを有している。更に、リンクプレート１１２は、同一平面内で一方の側部に台形状に突き出した延長部１１２ａを有しており、該延長部１１２ａは、その先端に二股に分岐した一対の係合腕部１１２ｃを有しており、一対の係合腕部１１２ｃの間に矩形の受承凹部１１２ｂが形成される。
【００１５】
図５、６を参照すると、二点差線で示すように、従来技術によるリンクプレート１１２の長孔１１２ｄ′はリンクプレート１１２の回動中心、すなわち、該可変ターボチャージャ１０のタービン２８の回転中心Ｏを中心とする半径方向形成されている。既述したように、こうした従来技術の構成では、リンクプレート１１２が円滑に動作しないために、アクチュエータ５０は大きな力を発生する必要がある。そこで、本実施形態では、リンクプレート１１２の長孔１１２ｄは、その長手の中心軸線ｒが、該長孔１１２ｄの中心とタービン２８の中心Ｏとを結ぶ直線Ｒに対して所定角度αを以て傾斜している。これにより、リンクプレート１１２が円滑に回動可能となり、アクチュエータ５０に掛かる負荷が小さくなる。
【００１６】
本実施形態による可変ターボチャージャ１０は、更に、前記アクチュエータ５０の動作をリンクプレート１１２に伝達するための伝達機構を具備している。該伝達機構は、アクチュエータ５０のロッド５２、ピン５０ａを介してロッド５２の先端部に連結されたリンク部材５４（図１参照）、該リンク部材５４に連結された揺動部材１２０（図２、８参照）、揺動部材１２０とリンクプレート１１２の間に配設され、該伝達機構とリンクプレート１１２との間の係合部を形成するローラ部材１４０および駒１３０を含んでいる。
【００１７】
図８を参照すると、揺動部材１２０は、揺動腕１２２と、揺動腕１２２の一方の端面から所定の軸線Ｏに沿って延設されタービンハウジング２０にスリーブ１１８を介して回転自在に支持される軸部１２４と、軸部１２４の先端に同軸に設けられリンク部材５４に対して相対動作しないように連結される連結部１２８と、揺動腕１２２において軸部１２４の反対側の端面から軸部１２４と平行に延設されたピン部１２６とを含んで成る。揺動部材１２０は、金属材料、例えばステンレス鋼、好ましくはオーステナイト系ステンレス鋼から一体的に形成することができる。また、揺動部材１２０は、揺動腕１２２、軸部１２４と、連結部１２８と、ピン部１２６を個別に形成して互いに溶接しても良い。
【００１８】
図７を参照すると、駒１３０は、互いに平行に離間配置された一対の平板部１３２と、一対の平板１３２の間に設けられ平板部１３２を連結する中央部１３４とを有している。一対の平板部１３２の間にはリンクプレート１１２の係合腕部１１２ｃを受承する周溝１３６が形成される。また、駒１３０は、その一側から半径方向内側に中央部１３４を含んで切り欠かれた欠切部１３８を有しており、その対向する両側面が互いに平行な摺動面を形成している。欠切部１３８は、図８に示すように、伝達機構を組み立てたときに、揺動部材１２０のピン部１２６に取り付けられるローラ部材１４０を受承し、前記係合部を形成する。駒１３０は、金属材料、例えばオーステナイト系ステンレス鋼から形成することができる。
【００１９】
図８に示すように、ローラ部材１４０は、ピン部１２６の外径よりも僅かに大きな内径の中心孔１４２を有する概ね円筒形状に形成されており、駒１３０の摺動面１３８ａの間隔よりも僅かに小さな外径を有している。ローラ部材１４０は、金属材料、例えばマルテンサイト系ステンレス鋼から形成することができる。
【００２０】
以下、本実施形態の作用を説明する。
内燃機関が作動すると、その回転数やアクセル開度に応じて吸気負圧が生じアクチュエータ５０が作動する。ロッド５２は、前記吸気負圧の大きさに対応して、その軸方向に前進後退（図１において右左に移動）する。ロッド５２が動作すると、リンク部材５４は、それに応じて揺動部材１２０の軸部１２４を中心として回動する。図１を参照すると、実線で示すリンク部材５４は、停止部材５６の上側のボルト５６ａに当接しており、このときノズルベーン１０４は最も大きなノズル開度を与える開位置にある。内燃機関の回転数が低く、また、アクセル開度も小さいときには、アクチュエータ５０はロッド５２を後退させる。ロッド５２が最も後退すると、リンク部材５４は一点鎖線で示すように停止部材５６の下側のボルト５６ｂに当接する位置に移動し、このとき、ノズルベーン１０４は最も小さなノズル開度を与える閉位置にある。
【００２１】
こうして、ロッド５２の直線動作はリンク部材５４を介して、揺動部材１２０の揺動動作に変換され、揺動部材１２０のピン部１２６が軸部１２２の軸線Ｏを中心とする円弧上を移動する。このとき、ピン部１２６およびローラ部材１４０は、駒１３０の欠切部１３８内において、ローラ部材１４０と摺動面１３８ａとの間で駒１３０に対して相対的に図９の位置関係で上下方向、つまり、タービン２８の回転軸線方向に摺動しながら、リンクプレート１１２をタービン２８の回転軸線を中心としてマウントプレート１０２のボス部１０２ａの外周面に沿って回動させる。リンクプレート１１２が回動すると、リンクプレート１１２に連結されているレバープレート１１４が、ノズルベーン１０４の軸部１０４ａを中心としてノズルベーン１０４と共に回動し、ノズルベーン１０４が、その開位置と閉位置との間で動作する。
【００２２】
リンクプレート１１２の長孔１１２ｄ内におけるレバープレート１１４の軸部１１４ａの動作は、レバープレート１１４の回動中心Ｏ（図６）周りの周方向の動作と半径方向の動作に分解できるが、本実施形態によれば、レバープレート１１４の軸部１１４ａを受承する長孔１１２ｄが、リンクプレート１１２の回動中心Ｏ周りの半径方向の軸線Ｒに対して所定の角度αを以て延びる軸線ｒの方向に形成されているために、リンクプレート１１２が回動したときに、軸部１１４ａと長孔１１２ｄの接点において、リンクプレート１１２からレバープレート１１４に作用する力Ｆに軸部１１４ａを長孔１１２ｄの軸線ｒ方向に押圧する成分Ｆr が生じる。この力の成分Ｆr によりレバープレート１１４の軸部１１４ａがリンクプレート１１２の長孔１１２ｄ内において半径方向に円滑に動作可能となり、従って、リンクプレート１１２が円滑に動作可能となる。従って、アクチュエータ５０に掛かる負荷が小さくなる。この点、従来技術のように、長孔１１２ｄ′が半径方向に形成されていると、軸部１１４ａを長孔１１２ｄ′内で半径方向に移動させる力が生じないか、非常に小さなものとなり、リンクプレート１１２の円滑な動作が阻害されるのである。
【００２３】
本発明の併せて検討された実施形態を説明したが、本発明のより好ましい実施形態としては、リンクプレート１１２の長孔は、図７に参照符号１１２ｄ″にて示すように、ノズルベーン１０４の軸部１０４ａを中心とするレバープレート１１４の回動動作による、レバープレート１１４の軸部１１４ａの軌跡に対応させて湾曲している。
【００２４】
このより好ましい実施形態によれば、リンクプレート１１２の長孔１１２ｄ″が、リンクプレート１１２の回動中心Ｏ周りの半径Ｒ方向に対して所定の角度αを以て延びる軸線ｒに対して接する曲線に沿って湾曲するように形成されているために、リンクプレートが回動したときに、既述の実施形態の場合よりも、軸部１１４ａを半径Ｒ方向に押圧する力の成分が大きくなり、特に、リンクプレート１１２の長孔１１２ｄ″を、レバープレート１１４の軸部１１４ａの軌跡に対応させることによって、レバープレート１１４の軸部１１４ａがリンクプレート１１２の長孔１１２ｄ″内において半径Ｒ方向により円滑に動作可能となる。
【００２５】
なお、前記リンクプレート外周部に、前記ノズルベーンの軸部に平行に設けられた軸部を有し前記レバープレートに形成された長孔内で摺動自在にかん合させることにより前記ノズルベーンが前記リンクプレートに連結されており前記レバープレートの長孔がリンクプレートの回転中心周りの半径方向に対して所定の角度を以って伸びる軸線方向に対して接する曲線に沿って湾曲するように形成されていることを特徴とする可変ターボチャージャにも、上記のより好ましい実施形態は同様に適用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を適用する可変ターボチャージャの外観側面図である。
【図２】  図１の可変ターボチャージャのタービン車室部分の断面図である。
【図３】  図１の可変ターボチャージャの一部を破断して示す正面図である。
【図４】  図３の部分拡大図であり、アクチュエータの動作をリンクプレートに伝達する伝達機構と、リンクプレートとの間の係合部を示す図である。
【図５】  リンクプレートの平面図である。
【図６】  リンクプレートの併せて検討された実施形態による長孔を説明するための略図である。
【図７】  リンクプレートのより好ましい実施形態を示すためのリンクプレートの部分平面図である。
【図８】  リンクプレートに伝達する伝達機構の分解図である。
【符号の説明】
１０…可変ターボチャージャ
５０…アクチュエータ
５２…ロッド
５４…リンク部材
１０４…ノズルベーン
１１２…リンクプレート
１１２ｄ…リンクプレートの長孔
１１２ｄ″…より好ましい実施形態によるリンクプレートの長孔
１１４…レバープレート
１２０…揺動部材
１３０…駒
１４０…ローラ部材
【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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