CN107237654B - 可变喷嘴机构用臂、可变喷嘴机构以及涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够抑制磨损的可变喷嘴机构用臂、可变喷嘴机构以及涡轮增压器。可变喷嘴机构具备：臂(49)、与臂(49)连结的喷嘴叶片、以及与臂卡合的协调环。向涡轮叶轮喷射气体。可变喷嘴机构构成为基于喷嘴叶片的移动使该气体的流路截面积可变。臂(49)被设置为能够以支轴(47)为中心转动。臂(49)具有与协调环接触的关闭侧接触面(510)和打开侧接触面(520)。关闭侧接触面(510)的曲率伴随远离支轴(47)而变小。

Description

可变喷嘴机构用臂、可变喷嘴机构以及涡轮增压器

技术领域

本发明涉及可变喷嘴机构所使用的臂、该可变喷嘴机构、以及具备该可变喷嘴机构的涡轮增压器。

背景技术

涡轮增压器向涡轮叶轮喷射涡形通路内的废气，从而驱动涡轮叶轮旋转。以往，在涡轮增压器中，为了使涡轮增压器的特性可变，而采用可变喷嘴机构。可变喷嘴机构通过多个喷嘴叶片的移动使废气的流路截面积增减，从而对向涡轮叶轮喷射的废气的流速进行控制。

在日本特开2014－224498号公报(专利文献1)中提出了一种可变喷嘴机构，其将可变喷嘴的臂所卡合的臂嵌合槽形成为协调环(unison ring)，将臂嵌合槽的关闭侧槽壁面形成为凹形圆弧状，将打开侧槽壁面形成为凸形圆弧状。

专利文献1：日本特开2014－224498号公报

在专利文献1中公开了，将臂嵌合槽的壁面中的、因排气反作用力的作用而通常与臂相互接触的关闭侧槽壁面形成为凹形圆弧状，由此降低了关闭侧槽壁面与臂之间的接触应力，从而降低了关闭侧槽壁面的磨损。然而，为了抑制喷嘴叶片的位置精度变差所引起的过量供给延迟(增压延迟)或者排气不良，对于可变喷嘴机构要求臂和协调环的磨损的进一步降低，现有的可变喷嘴机构谈不上是充分的，存在进一步改进的余地。

发明内容

本发明的目的在于提供能够抑制磨损的可变喷嘴机构用臂、能够抑制臂和协调环的磨损的可变喷嘴机构、以及具备该可变喷嘴机构的涡轮增压器。

本发明所涉及的臂被使用于可变喷嘴机构。可变喷嘴机构具备：臂、与臂连结的喷嘴叶片、以及与臂卡合的协调环。可变喷嘴机构构成为，基于喷嘴叶片的移动，使向具有板片(Blade)的旋转体喷射的气体的流路截面积可变。臂被设置为，能够以支轴为中心转动。臂具有与协调环接触的一对接触面。一对接触面中的一个面的曲率伴随远离支轴而变小。

在上述臂中，优选一对接触面中的一个面构成臂的使流路截面积减少时的转动方向前侧的关闭侧接触面。一对接触面中的另一个面构成臂的使流路截面积增大时的转动方向前侧的打开侧接触面。关闭侧接触面的曲率伴随远离支轴而变小。打开侧接触面的曲率伴随远离支轴而变大。

在上述臂中，优选一对接触面中的一个面的曲率伴随远离支轴而连续变小。

本发明所涉及的可变喷嘴机构具备：臂、与臂连结的喷嘴叶片、以及与臂卡合的协调环。可变喷嘴机构基于喷嘴叶片的移动，使向具有板片(Blade)的旋转体喷射的气体的流路截面积可变。臂被设置为能够以支轴为中心转动。臂具有与协调环接触的一对接触面。一对接触面中的一个面的曲率伴随远离支轴而变小。

本发明所涉及的涡轮增压器具备涡轮和可变喷嘴机构，该涡轮具有涡轮叶片。可变喷嘴机构具有：臂、与臂连结的喷嘴叶片、以及与臂卡合的协调环。可变喷嘴机构伴随喷嘴叶片的移动，使向涡轮喷射的气体的流路截面积可变。臂被设置为能够以支轴为中心转动。臂具有与协调环接触的一对接触面。一对接触面中的一个面的曲率伴随远离支轴而变小。

根据本发明，能够抑制可变喷嘴机构所使用的臂以及协调环的磨损。

附图说明

图1是可变喷嘴涡轮增压器沿旋转轴的剖视图。

图2是从图1的左方观察时的可变喷嘴机构的示意侧视图。

图3是表示可变喷嘴的臂的结果的示意图。

图4是表示臂的转动与喷嘴叶片的转动间的关系的示意图。

图5是表示臂向关闭方向转动时关闭侧接触面与臂嵌合槽相接触的接触部的示意图。

图6是表示比较例的臂向关闭方向转动时关闭侧接触面与臂嵌合槽相接触的接触部的示意图。

图7是表示臂旋转角度、与关闭侧接触面的接触部的曲率半径间的关系的图表。

图8是表示臂旋转角度、与从协调环的旋转中心至接触部的距离间的关系的图表。

图9是表示臂旋转角度、与接触部相对于臂嵌合槽的壁面滑动的滑动距离间的关系的图表。

附图标记说明：

10…可变喷嘴涡轮增压器；12…转子壳体；14…涡轮壳体；15…排气出口；19…侧壁部；20…转子；22…涡轮叶轮；23涡轮叶片；24…转子轴；26…压缩机叶轮；27…叶片；30…涡形通路；31…旋绕通路；36…可变喷嘴机构；38…喷嘴环；41…环状空间部；46…可变喷嘴；47、57…支轴；48…喷嘴叶片；49…臂；50、61…嵌合部；52…协调环；54、54A、54B、54C、63…臂嵌合槽；56…驱动部件；58…驱动杆；60…驱动臂；65…致动器；67…控制器；68…工作量检测单元；510、510Z…关闭侧接触面；511、521…近位缘；512、522…远位缘；520…打开侧接触面；530…内侧表面；540…外侧表面；C、CZ…接触部；Y1、Y2…箭头。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。应予说明，在图中对于相同或者相当部分标注相同附图标记，而且不重复其说明。

首先，对可变喷嘴涡轮增压器10的整体构造进行说明。应予说明，在本实施方式中，举搭载于车辆的内燃机所安装的可变喷嘴涡轮增压器10为例进行说明。图1是可变喷嘴涡轮增压器10沿旋转轴的剖视图。

如图1所示，可变喷嘴涡轮增压器10具备转子20。转子20可旋转地收容于转子壳体12内。转子壳体12具有：涡轮壳体14、压缩机壳体16以及中央壳体18这3个壳体。中央壳体18连结涡轮壳体14与压缩机壳体16。

转子20具备：涡轮叶轮22、转子轴24以及压缩机叶轮26。涡轮叶轮22、转子轴24以及压缩机叶轮26形成为一体而且可旋转。

涡轮叶轮22配置于涡轮壳体14内。涡轮叶轮22在外周部具有多个涡轮叶片(Turbine blade)23。

转子轴24与涡轮叶轮22形成为一体。转子轴24配置于中央壳体18内。转子轴24被多个轴承支承为能够相对于中央壳体18旋转。

压缩机叶轮26配置于压缩机壳体16内。压缩机叶轮26安装于转子轴24的前端部。压缩机叶轮26在外周部具有多个叶片(Impeller)27。

在涡轮壳体14形成有漩涡状涡形通路30。在涡形通路30开有环状旋绕通路31。旋绕通路31与涡轮叶轮22的涡轮叶片23相对。涡形通路30与从未图示的内燃机的燃烧室排出的废气的排气通路连通。因此，流入涡形通路30内的废气被从旋绕通路31喷射至涡轮叶轮22的涡轮叶片23，由此使涡轮叶轮22旋转。之后，废气从涡轮壳体14的排气出口15排出。

在压缩机壳体16形成有漩涡状压缩机通路33。在压缩机通路33开有环状送出通路34。送出通路34与压缩机叶轮26的叶片27相对。压缩机通路33经由未图示的进气通路与内燃机的燃烧室连通。压缩机叶轮26伴随涡轮叶轮22的旋转而与之一体旋转。压缩机叶轮26利用叶片27对从压缩机壳体16的进气入口17导入的进气进行压缩，并通过离心作用将进气向送出通路34送出。向送出通路34内放出的空气经由压缩机通路33向内燃机的燃烧室被过量供给(增压)。

可变喷嘴涡轮增压器10具备可变喷嘴机构36。可变喷嘴机构36对在旋绕通路31内朝向涡轮叶轮22流动的废气的流速进行控制。可变喷嘴机构36具有圆环状喷嘴环38。喷嘴环38构成旋绕通路31的靠中央壳体18侧的侧壁。喷嘴环38由多个(例如4个)连结螺栓固定于涡轮壳体14。

在涡轮壳体14与中央壳体18间的接合部分的外周部形成有环状空间部41。环状空间部41与旋绕通路31由喷嘴环38做出划分。在中央壳体18的外周部形成有凸缘状侧壁部19。侧壁部19构成环状空间部41的侧壁。侧壁部19由螺栓42固定于涡轮壳体14。

接下来，对可变喷嘴机构36的概略结构进行说明。图2是从图1的左方观察时的可变喷嘴机构36的示意侧视图。在图2中图示了从臂侧(图1的左侧)观察可变喷嘴机构36的局部(喷嘴环38等)的状态。

如图2所示，可变喷嘴机构36具备多个(例如9个)可变喷嘴46。相对于喷嘴环38，多个可变喷嘴46在周向上以等间隔配置。可变喷嘴46具有：支轴47、喷嘴叶片(Nozzle vane)48以及臂49。喷嘴叶片48固定于支轴47的一端。臂49固定于支轴47的另一端。喷嘴叶片48借助支轴47牢固地连结于臂49。

支轴47被配置为贯通喷嘴环38。支轴47被支承为能够相对于喷嘴环38自转。可变喷嘴46被支轴47支承为能够相对于喷嘴环38转动。在臂49的前端部形成有嵌合部50。喷嘴叶片48以能够以支轴47为中心转动的方式配置于图1所示的旋绕通路31内。喷嘴叶片48被配置为能够开闭旋绕通路31。臂49以能够以支轴47为中心转动的方式配置于图1所示的环状空间部41内。

可变喷嘴机构36具备圆环状协调环(Unison ring)52。协调环52配置于图1所示的环状空间部41内。协调环52被配置为与喷嘴环38同心。相对于喷嘴环38，协调环52而言配置于图1所示的中央壳体18的侧壁部19侧。如图1所示，协调环52配置于喷嘴环38与可变喷嘴46的臂49之间。

在喷嘴环38的环状空间部41侧配置有保持辊44。保持辊44被保持为能够相对于喷嘴环38旋转。保持辊44将协调环52保持为可旋转。协调环52被保持辊44保持为能够相对于涡轮壳体14转动。

如图2所示，在协调环52的一个侧面(设置有可变喷嘴46的臂49的一侧)，在周向上以等间隔形成有与可变喷嘴46的个数数目相同的臂嵌合槽54。臂嵌合槽54沿协调环52的径向形成为一直线状。各可变喷嘴46的臂49的嵌合部50嵌入各臂嵌合槽54。可变喷嘴46的臂49与协调环52的臂嵌合槽54卡合。

在图1所示的中央壳体18的侧壁部19，设置有用于驱动协调环旋转的驱动部件56。驱动部件56具有：支轴57、驱动杆58以及驱动臂60。驱动杆58固定于支轴57的一端。驱动臂60固定于支轴57的另一端。

支轴57被配置为贯通中央壳体18的侧壁部19。支轴57被支承为能够相对于侧壁部19旋转。驱动部件56被支轴57支承为能够相对于中央壳体18的侧壁部19转动。驱动杆58配置于环状空间部41外。驱动臂60收容于环状空间部41内。在驱动臂60的前端部形成有圆形嵌合部61。

如图2所示，在协调环52的一个侧面(设置有可变喷嘴46的臂49的一侧)形成有1个驱动臂嵌合槽63。驱动臂嵌合槽63形成于协调环52的在周向上相邻的1组臂嵌合槽54之间。驱动臂嵌合槽63沿协调环52的径向形成为一直线状。驱动臂60的嵌合部61嵌入驱动臂嵌合槽63。驱动臂60与协调环52的驱动臂嵌合槽63卡合。

如图1所示，驱动杆58与致动器65的输出部(省略图示)连接。致动器65例如为电动马达、电磁螺线管以及气缸等。应予说明，有时在致动器65的输出部与驱动部件56的驱动臂60之间，夹设有连杆机构、齿轮机构等动力传递机构。

致动器65由控制器67驱动控制。在致动器65上，设置有对其输出部的动作量进行检测的角度传感器等动作量检测单元68。控制器67基于动作量检测单元68的输出对可变喷嘴46的旋转角(可变喷嘴46的开度)进行计算。

若利用控制器67使致动器65工作，则驱动杆58转动。驱动臂60与驱动杆58一起以支轴57为中心转动。伴随驱动臂60的转动，协调环52转动。伴随协调环52的转动，多个可变喷嘴46被同步转动。

若协调环52沿图2中的逆时针方向(参照箭头Y1)转动，则全部可变喷嘴46以支轴47的轴线为中心沿图2中的逆时针方向转动。此时，相邻的喷嘴叶片48彼此向相互分离的方向移动。伴随喷嘴叶片48的移动，相邻的喷嘴叶片48间的废气的流路截面积变大。在本说明书中，将此时的臂49绕支轴47的转动方向称为打开方向。

若协调环52沿图2中的顺时针方向(参照箭头Y2)转动，则全部可变喷嘴46以支轴47的轴线为中心沿图2中的顺时针方向被转动。此时，相邻的喷嘴叶片48彼此向相互靠近的方向移动。伴随喷嘴叶片48的移动，相邻的喷嘴叶片48间的废气的流路截面积变小。在本说明书中，将此时的臂49绕支轴47的转动方向称为关闭方向。

这样，基于协调环52的转动，全部可变喷嘴46被同步转动，由此对可变喷嘴46(详细是指喷嘴叶片48)的开度进行调整。通过喷嘴叶片48被开闭，相邻的喷嘴叶片48的相互间的流路截面积增减，由此对向涡轮叶轮22喷射的废气的流速进行控制。

可变喷嘴机构36构成为包括：可变喷嘴46、协调环52、驱动部件56以及致动器65。可变喷嘴46的臂49与协调环52、协调环52与驱动部件56的驱动臂60、驱动部件56的驱动杆58与致动器65的输出部是从致动器65至臂49之间的动力传递路径中的彼此相互连结的部件。

接下来，对可变喷嘴46的臂49的结构进行说明。图3是表示可变喷嘴46的臂49的结构的示意图。如上所述，臂49固定于支轴47的端部。臂49被设置为能够以支轴47为中心转动。臂49的基端部与支轴47连结。在臂49的前端部设置有嵌合部50，该嵌合部50配置于协调环52的臂嵌合槽54内。

嵌合部50的外表面具有：一对接触面、内侧表面530以及外侧表面540。一对接触面包括关闭侧接触面510和打开侧接触面520。关闭侧接触面510与打开侧接触面520在嵌合部50嵌合于协调环52的臂嵌合槽54的状态下与臂嵌合槽54的壁面接触。关闭侧接触面510与臂嵌合槽54的关闭侧槽壁面接触。打开侧接触面520与臂嵌合槽54的打开侧槽壁面接触。如图2所示，关闭侧槽壁面与打开侧槽壁面形成为相互平行，并隔开间隔配置。

关闭侧接触面510为，嵌合部50的位于在使协调环52沿图2所示的箭头Y2方向转动时以支轴47为中心转动的臂49的转动方向(上述关闭方向)的前侧的外表面。打开侧接触面520为，嵌合部50的位于在使协调环52沿图2所示的箭头Y1方向转动时以支轴47为中心转动的臂49的转动方向(上述打开方向)的前侧的外表面。

关闭侧接触面510位于臂49的以使相邻的喷嘴叶片48间的废气的流路截面积减少的方式运动时的转动方向的前侧。关闭侧接触面510位于臂49的以使相邻的喷嘴叶片48间的废气的流路截面积增大的方式运动时的转动方向的后侧。

关闭侧接触面510具有关闭侧接触面510的靠近支轴47侧的周缘(近位缘511)、和关闭侧接触面510的远离支轴47侧的周缘(远位缘512)。近位缘511形成关闭侧接触面510与内侧表面530的边界。远位缘512形成关闭侧接触面510与外侧表面540的边界。

打开侧接触面520位于臂49的以使相邻的喷嘴叶片48间的废气的流路截面积增大的方式运动时的转动方向的前侧。打开侧接触面520位于臂49的以使相邻的喷嘴叶片48间的废气的流路截面积减少的方式运动时的转动方向的后侧。

打开侧接触面520具有打开侧接触面520的靠近支轴47侧的周缘(近位缘521)、和打开侧接触面520的远离支轴47侧的周缘(远位缘522)。近位缘521形成打开侧接触面520与内侧表面530的边界。远位缘522形成打开侧接触面520与外侧表面540的边界。

内侧表面530为嵌合部50的在图2所示的可变喷嘴机构36组装完成的状态下处于喷嘴环38或者协调环52的径向内侧的外表面。外侧表面540为嵌合部50的在图2所示的可变喷嘴机构36组装完成的状态下处于喷嘴环38或者协调环52的径向外侧的外表面。内侧表面530与外侧表面540具有平面形状。内侧表面530与外侧表面540被设置为相互平行。

嵌合部50的关闭侧接触面510与打开侧接触面520具有曲面形状。关闭侧接触面510与打开侧接触面520均为非圆弧形状，曲率不恒定。关闭侧接触面510的曲率在近位缘511处最大，伴随从近位缘511的曲率随着趋向远位缘512而逐渐变小，曲率在远位缘512处最小。打开侧接触面520的曲率在远位缘522最大，伴随从远位缘522趋向近位缘521而曲率逐渐变小，曲率在近位缘521处最小。

关闭侧接触面510伴随从近位缘511趋向远位缘512，曲率半径缓缓变大。打开侧接触面520伴随从远位缘522趋向近位缘521，曲率半径缓缓变大。关闭侧接触面510伴随离开支轴47，曲率连续变小。关闭侧接触面510伴随离开支轴47，曲率逐渐渐减少。打开侧接触面520伴随离开支轴47，曲率连续变大。打开侧接触面520伴随离开支轴47，曲率渐渐增大。

关闭侧接触面510具有平滑相连的连续曲面形状。打开侧接触面520具有平滑相连的连续曲面形状。关闭侧接触面510与打开侧接触面520例如也可以具有从由摆线、双曲螺旋、对数螺旋、渐开线以及回旋线构成的组合中选取的一个曲面形状。关闭侧接触面510与打开侧接触面520可以具有相同形状，也可以具有不同形状。

图4是表示臂49的转动与喷嘴叶片48的转动间的关系的示意图。臂49基于协调环52的转动，以支轴47为中心向两个方向转动。图4所示的臂嵌合槽54A表示的是，臂嵌合槽54的对以中心线沿喷嘴环38或者协调环52的径向延伸的方式配置的臂49的嵌合部50进行收容情况下的配置。应予说明，在本说明书中，将中心线沿径向延伸且嵌合部50嵌入臂嵌合槽54A时的臂49的配置，称为基准配置。

图4所示的臂嵌合槽54B表示的是，臂嵌合槽54的对与基准配置相比较以支轴47为中心沿图4中的逆时针方向发生了转动的臂49的嵌合部50进行收容情况下的配置。臂嵌合槽54C表示的是，臂嵌合槽54的对与基准配置相比较以支轴47为中心沿图4中的顺时针方向发生了转动的臂49的嵌合部50进行收容情况下的配置。

喷嘴叶片48夹设支轴47，并与臂49连结。喷嘴叶片48被设置为能够以支轴47为中心与臂49一体转动。

图4中实线所示的臂49和喷嘴叶片48表示的是，臂49处于基准配置时的臂49和喷嘴叶片48的配置。图4中单点划线所示的臂49和喷嘴叶片48表示的是，臂49与基准配置相比较沿逆时针方向发生了转动时的臂49和喷嘴叶片48的配置。图4中双点划线所示的臂49和喷嘴叶片48表示的是，臂49与基准配置相比较沿顺时针方向发生了转动时的臂49和喷嘴叶片48的配置。

与基准配置的喷嘴叶片48相比较，图4中单点划线所示的喷嘴叶片48与相邻的喷嘴叶片48之间的间隔变大。因此，相邻的喷嘴叶片48间的废气的流路截面积增大。与基准配置的喷嘴叶片48相比较，图4中双点划线所示的喷嘴叶片48与相邻的喷嘴叶片48之间的间隔变小。因此，相邻的喷嘴叶片48间的废气的流路截面积减少。

臂49和喷嘴叶片48能够从图4中单点划线所示的配置向关闭废气的流路的方向转动至双点划线所示的配置。臂49和喷嘴叶片48能够从图4中双点划线所示的配置向打开废气的流路的方向转动至单点划线所示的配置。

图5是表示臂49向关闭方向转动时的关闭侧接触面510与臂嵌合槽54的接触部C的示意图。在图5中，为了进行简化，图示了臂49的嵌合部50中的关闭侧接触面510、和臂嵌合槽54的轮廓。图5中所示的黑点表示向关闭方向转动的臂49的关闭侧接触面510与臂嵌合槽54的壁面(关闭侧槽壁面)接触的接触部C。在图5中图示了臂49从图4中单点划线所示的配置经由基准配置转动至双点划线所示的配置时的接触部C的运动。

如图5所示，在臂49的嵌合部50处于臂嵌合槽54B内时，接触部C存在于近位缘511的附近。伴随臂49向关闭方向转动，接触部C的位置远离近位缘511，向远位缘512靠近。而且，在臂49的嵌合部50处于臂嵌合槽54C内时，接触部C存在于远位缘512的附近。

在臂49向关闭方向转动时，关闭侧接触面510与臂嵌合槽54的壁面接触的接触部C，在关闭侧接触面510上从关闭侧接触面510的近位缘511侧朝向远位缘512侧单方向移动。在将相邻的喷嘴叶片48间的废气的流路截面积形成为最小时，接触部C存在于关闭侧接触面510中的曲率较小的远位缘512的附近。

在臂49向关闭方向转动时，接触部C在臂嵌合槽54的壁面上从协调环52的径向内侧朝向外侧移动。

伴随臂49向关闭方向转动，即，伴随废气的流路截面积减少，作用于喷嘴叶片48的废气的压力(所谓的排气反作用力)增大，因此对臂49转动的阻力增大。与对臂49转动的阻力的增大相对应，关闭侧接触面510的曲率变小。伴随对臂49转动的阻力增大，关闭侧接触面510与臂嵌合槽54的壁面接触的接触面积增大。由此，抑制了作用于关闭侧接触面510与臂嵌合槽54的壁面之间的压力的增大。

图6是表示比较例的臂向关闭方向转动时的关闭侧接触面510Z与臂嵌合槽54相接触的接触部CZ的示意图。图6所示的比较例的臂与上述实施例的臂49不同，具有圆弧面状关闭侧接触面510Z。图6中所示的黑点表示关闭侧接触面510Z与臂嵌合槽54的壁面接触的接触部CZ。在图6中图示了臂49从图4中单点划线所示的配置位置经由基准配置转动至双点划线所示的配置位置时的接触部CZ的运动。

在图6所示的比较例的臂向关闭方向转动时，与实施例的接触部C移动的距离相比较，接触部CZ在关闭侧接触面510Z上移动的距离相对变小。

在比较例的臂向关闭方向转动时，接触部CZ在臂嵌合槽54的壁面上沿协调环52的径向往复移动。更具体而言，在比较例的臂的嵌合部从处于臂嵌合槽54B内的状态向关闭方向转动至基准配置时，接触部CZ在臂嵌合槽54的壁面上从协调环52的径向内侧朝向外侧移动。之后，在比较例的臂的嵌合部从基准配置向关闭方向转动至处于臂嵌合槽54C内的状态时，接触部CZ在臂嵌合槽54的壁面从协调环52的径向外侧朝向内侧移动。

比较例的臂的关闭侧接触面510Z具有圆弧形状，因此具有相同曲率。即便比较例的臂绕支轴转动，关闭侧接触面510与臂嵌合槽54的壁面接触的接触面积也是恒定的。因此，伴随比较例的对臂转动的阻力增大，作用于关闭侧接触面510Z与臂嵌合槽54的壁面之间的压力增大。

图7是表示臂的旋转角度与关闭侧接触面的接触部的曲率半径间的关系的图表。图7中的横轴表示实施例和比较例的臂绕支轴的旋转角度。将臂处于基准配置时的旋转角度设为0。将臂相对于基准配置向关闭方向旋转时的旋转角度设为正旋转角度。将臂相对于基准配置向打开方向旋转时的旋转角度设为负旋转角度。图7中的纵轴表示臂的嵌合部的关闭侧接触面与臂嵌合槽的壁面接触的接触部处的关闭侧接触面的曲率半径。

在图7以及后述图8、图9中，用实线表示与实施例的臂49相关的图表，用虚线表示与图6所示的比较例的臂相关的图表。

如上所述，伴随实施例的臂49向关闭方向转动，关闭侧接触面510的曲率变小。曲率半径为曲率的倒数，因此，如图7所示，伴随实施例的臂49的旋转角度增大，关闭侧接触面510的曲率半径变大。与此相对，比较例的臂的关闭侧接触面510Z为圆弧形状，因此即便臂转动，曲率半径也不发生变化，形成为恒定的值。

其结果是，在图7所示的臂的旋转角度变得最大时，实施例的关闭侧接触面510的曲率半径变为比较例的关闭侧接触面510Z的曲率半径的2倍以上。如上所述，伴随臂向关闭方向的旋转角度增大，对臂转动的阻力增大。在实施例的臂49中，伴随对臂49转动的阻力增大，关闭侧接触面510变为更接近平面的形状。在实施例的臂49中，臂49向关闭方向的旋转角度越大，与臂嵌合槽54的壁面接触的关闭侧接触面510的面积越大。因此，在实施例的臂49中，抑制作用于关闭侧接触面510与臂嵌合槽54的壁面之间的压力的增大。

图8是表示臂旋转角度、与从协调环52的旋转中心至接触部的距离的关系的图表。图8中的横轴表示与图7相同的臂绕支轴的旋转角度。图8中的纵轴表示圆环状协调环52的中心、与臂的嵌合部的关闭侧接触面与臂嵌合槽的壁面相接触的接触部之间的距离。

伴随实施例的臂49向关闭方向转动，接触部C在臂嵌合槽54的壁面上从协调环52的径向内侧朝向外侧单方向移动。另一方面，在比较例的臂向关闭方向转动时，接触部CZ在臂嵌合槽54的壁面上沿协调环52的径向往复移动。

臂的嵌合部的关闭侧接触面与臂嵌合槽的壁面伴随臂的转动而滑动。在实施例的臂49中，臂嵌合槽54的壁面中的伴随臂49向关闭方向的转动而相对于关闭侧接触面510滑动的范围更大。如比较例那样，若接触部CZ在臂嵌合槽54的壁面上往复移动，则在臂嵌合槽54的壁面的更小的范围内，臂嵌合槽54的壁面相对于关闭侧接触面滑动。因此，在实施例中，相对于比较例而言，避免了在臂嵌合槽54的壁面上的局部滑动的产生。

图9是表示臂旋转角度、与接触部相对于臂嵌合槽的壁面的滑动距离的关系的图表。图9中的横轴表示与图7相同的臂绕支轴的旋转角度。图9中的纵轴表示在臂绕支轴旋转5°的期间关闭侧接触面相对于臂嵌合槽的壁面滑动的距离。

如上所述，在实施例中，在臂49向关闭方向转动时，接触部C向一个方向移动。在比较例中，在臂向关闭方向转动时，接触部CZ往复移动。在实施例中，在臂旋转角度为正的范围内，接触部C在关闭侧接触面510上从近位缘511侧朝向远位缘512侧移动，在臂嵌合槽54的壁面上从径向内侧朝向外侧移动。在比较例中，在臂旋转角度为正的范围内，接触部CZ在关闭侧接触面510Z上从近位缘侧朝向远位缘侧移动，在臂嵌合槽54的壁面上从径向外侧朝向内侧移动。

在实施例中，在臂旋转角度为正的范围内，接触部C在关闭侧接触面510上移动的方向、与接触部C在臂嵌合槽54的壁面上移动的方向一致。因此，在实施例中，关闭侧接触面510相对于臂嵌合槽54的壁面形成的相对移动成为接近纯滚动的运动。另一方面，在比较例中，在臂旋转角度为正的范围内，接触部CZ在关闭侧接触面510Z上移动的方向、与接触部CZ在臂嵌合槽54的壁面上移动的方向不同。其结果是，在实施例中，相对于比较例而言，关闭侧接触面510相对于臂嵌合槽54的壁面形成的滑动大幅度减少。

虽还存在与上述说明局部重复的部分，但以下列举本实施方式的特征结构。如图2所示，本实施方式的臂49被设置为能够以支轴47为中心转动。在协调环52形成有臂嵌合槽54。如图3所示，臂49具有关闭侧接触面510和打开侧接触面520。关闭侧接触面510和打开侧接触面520与臂嵌合槽54的壁面接触。关闭侧接触面510伴随远离支轴47，而曲率变小。

在本实施方式中，在臂49向关闭方向转动时，伴随对臂49转动的阻力增大，关闭侧接触面510与臂嵌合槽54的壁面接触的面积增大。由此，抑制作用于关闭侧接触面510与臂嵌合槽54的壁面之间的压力的增大。另外，在臂49向关闭方向转动时臂嵌合槽54的壁面相对于关闭侧接触面510形成的滑动、和关闭侧接触面510相对于臂嵌合槽54的壁面形成的滑动减少。因此，在本实施方式中，能够同时降低臂49的关闭侧接触面510、与该关闭侧接触面510接触的臂嵌合槽54的壁面之间的磨损。

通过优化臂49的关闭侧接触面510的形状，能够降低臂49和协调环52的磨损，因此无需在臂49和协调环52进行滑动的表面形成硬质皮膜等的表面处理。由此，能够避免伴随表面处理而产生的成本的增加，另外，能够避免在产生了超过皮膜的厚度的磨损时磨损急剧进展的情况。

另外，如图3所示，打开侧接触面520伴随离开支轴47，而曲率变大。臂嵌合槽54的供关闭侧接触面510接触的关闭侧槽壁面、与臂嵌合槽54的供打开侧接触面520接触的打开侧槽壁面形成为平行，能够迎合与平行的臂嵌合槽54的壁面的方式，选择适当的打开侧接触面520的形状。

另外，如图3所示，关闭侧接触面510伴随离开支轴47而曲率连续变小。通过将关闭侧接触面510形成为光滑的曲面形状，能够避免关闭侧接触面510与臂嵌合槽54的壁面间的接触面积局部骤增，因此能够可靠地降低臂49和臂嵌合槽54的磨损。

应予说明，在参照图3说明的臂49中，关闭侧接触面510与打开侧接触面520经由平面状内侧表面530和外侧表面540连结。在臂的嵌合部，可以不形成平面状内侧表面和外侧表面，也可以连续形成关闭侧接触面和打开侧接触面。

在实施方式中，虽优化了关闭侧接触面510的形状，但也可以将打开侧接触面520形成为相同的形状。在该情况下，与上述关闭侧接触面510相同，发挥能够降低与臂嵌合槽54的壁面的磨损的作用效果。

虽如以上那样对本发明的实施方式进行了说明，此次公开的实施方式在全部方面均为例示，其应被考虑为并非是限制性的描述。本发明的保护范围并非是上述说明而是如权利要求书所示，意图包括与权利要求书等同的技术思想和范围内的全部变更。

Claims (5)

1.一种可变喷嘴机构用臂，其是可变喷嘴机构所使用的臂，

所述可变喷嘴机构用臂的特征在于，

所述可变喷嘴机构具备：所述臂、与所述臂连结的喷嘴叶片、以及与所述臂卡合的协调环，并构成为基于所述喷嘴叶片的移动使向具有板片的旋转体喷射的气体的流路截面积可变，

所述臂被设置为能够以支轴为中心转动，并具有与所述协调环接触的一对接触面，

所述臂具有基端部和前端部，所述一对接触面设置于所述前端部，用于与所述协调环的臂嵌合槽接触，

所述一对接触面中的一个面在靠近所述支轴侧的曲率最大，并且曲率伴随远离所述支轴而变小，所述一对接触面中的另一个面在远离所述支轴侧的曲率最大，并且曲率伴随远离所述支轴而变大。

2.根据权利要求1所述的可变喷嘴机构用臂，其特征在于，

所述一对接触面中的一个面构成所述臂的使所述流路截面积减少时的转动方向前侧的关闭侧接触面，所述一对接触面中的另一个面构成所述臂的使所述流路截面积增大时的转动方向前侧的打开侧接触面。

3.根据权利要求1或2所述的可变喷嘴机构用臂，其特征在于，

所述一对接触面中的一个面的曲率伴随远离所述支轴而连续变小。

4.一种可变喷嘴机构，其具备：

臂、

与所述臂连结的喷嘴叶片、以及

与所述臂卡合的协调环，

基于所述喷嘴叶片的移动使向具有叶片的旋转体喷射的气体的流路截面积可变，

所述可变喷嘴机构的特征在于，

所述臂被设置为能够以支轴为中心转动，并具有与所述协调环接触的一对接触面，

所述臂具有基端部和前端部，所述一对接触面设置于所述前端部，用于与所述协调环的臂嵌合槽接触，

所述一对接触面中的一个面在靠近所述支轴侧的曲率最大，并且曲率伴随远离所述支轴而变小，所述一对接触面中的另一个面在远离所述支轴侧的曲率最大，并且曲率伴随远离所述支轴而变大。

5.一种涡轮增压器，其特征在于，具备：

涡轮，其具有涡轮叶片；和

可变喷嘴机构，其具有臂、与所述臂连结的喷嘴叶片、以及与所述臂卡合的协调环，并基于所述喷嘴叶片的移动使向所述涡轮喷射的气体的流路截面积可变，

所述臂被设置为能够以支轴为中心转动，并具有与所述协调环接触的一对接触面，

所述臂具有基端部和前端部，所述一对接触面设置于所述前端部，用于与所述协调环的臂嵌合槽接触，

所述一对接触面中的一个面在靠近所述支轴侧的曲率最大，并且曲率伴随远离所述支轴而变小，所述一对接触面中的另一个面在远离所述支轴侧的曲率最大，并且曲率伴随远离所述支轴而变大。