JP4044392B2 - 可変ターボ過給機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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。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。
【０００３】
図９は特開平１１−３４３８５７号公報に開示されたターボチャージャの側面断面図である。図９において、ターボチャージャ５０の排気側タービンホイール５１は吸気側タービンホイール５２とシャフト５３により互いに連結されている。ターボチャージャ本体５４内には排気側タービンホイール５１に供給すべき排気ガスを流すための概ね環状の排気供給路５５が形成される。排気側タービンホイール５１回りであって、排気供給路５５内で周方向に一定間隔を開けて複数個の開閉弁６０が、図示しない枢動軸６１により支持盤６２に枢動可能に取付けられている。支持盤６２は環状であり、ターボチャージャ本体５４の背面に形成された開口に挿入され、ターボチャージャ本体５４の一部をなしている。ターボチャージャ本体５４の背面には蓋５６が取付けられ、支持盤６２との間に空間６３を形成している。空間６３には複数個の開閉弁６０を連動して開閉する連動装置７０が収納されている。
【０００４】
図１０は図９のＥ−Ｅ矢視図であり、連動装置７０の平面図である。図１０において、支持盤６２内には環状の枢動リング７１が回動自在に設けられている。支持盤６２に貫通して取付けられた枢動軸６１の基端部には開閉弁６０が固設され、先端部には枢動アーム７４が固設されている。枢動リング７１には枢動アーム７４の二股部が係合する複数個の突起７２、及び１個の駆動用突起７３が設けられている。
【０００５】
図１１は枢動リング７１を駆動するアクチュエータ８０の断面図である。図１１において、枢動リング７１に設けた駆動用突起７３に一端部を係合した連結アーム７５は、そのほぼ中央部を枢動軸７６により揺動自在に支持されている。連結アーム７５の他端部にはアクチュエータ８０のロッド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及びダイヤフラム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９４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９２が設けられている。
【０００６】
上記構成において、排気側タービンホイール５１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９２の開弁量を増大し、より大きい負圧を負圧室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７５を揺動させ、枢動リング７１を回動させる。枢動軸６１は突起７２の移動により回動し、開閉弁６０を所定量閉じる。その結果、排気側タービンホイール５１に流入する排気ガスの流速は上昇し、吸気側タービンホイール５２の回転数が上昇して吸気が十分に圧縮される。
【０００７】
【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、１個の、負圧で作動するシリンダよりなるアクチュエータにより、１個の枢動リングを回転駆動して全数の開閉弁を回動させている。そのため、アクチュエータは大きな作動力が必要となると共に、負圧で作動させるためにシリンダの直径が大きくなり、大きな場積が必要となって装置の構成が困難になるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、小型、低トルクのアクチュエータでノズルベーン（開閉弁）の作動が可能であり、場積が小さくて装置の構成が容易な可変ターボ過給機を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記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排気ガス入口部に、回動可能に設けられた複数個のノズルベーンと、前記ノズルベーンに基端部を固設されたベーン軸と、前記ベーン軸の先端部に固設された回動リンクと、前記複数個のノズルベーンを複数のグループに分割し、各グループの前記回動リンクの先端部にそれぞれ係合して回動することにより、前記複数個のベーン軸をほぼ同時に回動させる複数個の連結リングと、前記各連結リングをそれぞれ駆動する複数個のアクチュエータとを有し、前記複数個の連結リングは、それぞれの所定の円周長部に他の部分より厚い厚肉部を設け、この厚肉部に前記回動リンクと係合する溝部を設け、前記厚肉部と他の部分とを互いに対向して組み合わせ、かつ所定の角度、相互に回動自在とした構成としている。
【００１０】
第１発明によると、複数個のノズルベーンを複数のグループに分割し、グループ毎に、複数個の連結リングもそれぞれ係合させ、連結リング毎にアクチュエータを設けた。そのため、連結リングの作動力は小さくなり、１個のアクチュエータの出力は小さくて良く、例えば小型の電動式アクチュエータでも対応できる。そのため、小型で構造簡単であり、装置構成も容易で、関白とな可変ターボ過給機が得られる。
また、連結リングの溝部に係合する回動リンクとノズルベーンとを連結するベーン軸の長さを全て同一にすることができ、部品アイテムの数を少なくできて管理上有利であり、コストを安くできる。また所定の角度、相互に回動自在にしたため、複数個のアクチュエータで駆動する場合に発生する相互間の微小なずれは吸収され、１個のアクチュエータに過負荷が加わって作動に支障を来すことはない。
【００１１】
第２発明は、第１発明において、前記アクチュエータは、前記グループ毎に１個のベーン軸に設けられた連動軸を回動駆動する回転駆動型アクチュエータである構成としている。
【００１２】
第２発明によると、アクチュエータを回転駆動型にしたため、例えば電気モータで直接連動軸を駆動可能であり、構造簡単で、可変ターボ過給機全体をコンパクトにすることができる。
【００１３】
第３発明は、第１発明において、前記アクチュエータは、前記連結リングを回動させる直線駆動型アクチュエータである構成としている。
【００１４】
第３発明によると、アクチュエータを直線駆動型にしたため、例えばソレノイドを使用してリンク装置を介して連結リングを回動させる構造にすることにより、ソレノイドを排気タービンの熱影響の少ない位置に配置でき、信頼性を向上させることができる。
【００１５】
第４発明は、第１、又は第２、又は第３発明において、前記複数個の連結リングは、それぞれの所定の円周長部に他の部分より厚い厚肉部を設け、この厚肉部に前記回動リンクと係合する溝部を設け、前記厚肉部と他の部分とを互い対向して組み合わせ、かつ所定の角度、相互に回動自在とした構成としている。
【００１７】
【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。
【００１８】
図１は第１実施形態の、ノズルベーン連結装置と、駆動用アクチュエータとを備えた可変ターボ過給機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５と、排気タービン１０と、両者を接続するベアリングハウジング２とから構成されている。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に収納された排気タービンロータ１６とを備えている。
【００１９】
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の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。
【００２０】
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。シャフト１７の他端部には給気圧縮機５のインペラ６が取付けられている。ベアリングハウジング２の一端部のフランジ部４は排気側ハウジング１１に嵌入された状態で図示しないボルトで固定され、排気側インナープレート１４との間で連結装置室１８を形成している。
【００２１】
排気タービンロータ１６の外周部に形成されたノズル部１５には、複数個のノズルベーン２１が配置され、連結装置室１８には複数個のノズルベーン２１を同時に回動させるノズルベーン連結装置２０が収納されている。
【００２２】
図２は図１のＡ−Ａ矢視図で、第１実施形態のノズルベーン連結装置２０の平面図であり、図３は図２のＢ−Ｂ矢視図である。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。ノズルベーン２１に基端部を固設されたベーン軸２２の先端部には第１回動リンク２３が固設されている。複数個のノズルベーン２１は半数ずつ２つのグループに分けられ、第１連結リング３０ａと第２連結リング３０ｂとにそれぞれ係合している。
【００２３】
図４は第１、第２連結リング３０ａ，３０ｂの斜視図である。図４において、第１、第２連結リング３０ａ，３０ｂは、ほぼ半円周の厚肉部３１と、他のほぼ半円周の薄肉部３２とよりなっており、互いの厚肉部３１と薄肉部３２とを対向して摺動自在に組み合わされている。このとき、厚肉部３１と薄肉部３２との境界の段付部３３，３３の間には隙間Ｓが設けられている。隙間Ｓは例えば回転角で２〜３°である。図２、図３、図４において、第１、第２連結リング３０ａ，３０ｂの厚肉部３１には、それぞれノズルベーン２１の半数の溝部３４が設けられ、それぞれ半数の第１回動リンク２３の先端部に係合している。
【００２４】
第１、第２連結リング３０ａ，３０ｂは排気側インナープレート１４に取付けられたガイドローラ３５により回動自在に支持されている。図５は図２のＣ−Ｃ矢視図である。図２、図５において、ガイドローラ３５は、ピン３６と、ピン３６に回動自在に嵌入されたローラ３７とより構成され、ピン３６は排気側インナープレート１４に圧入されている。ガイドローラ３５は円周上に３個設けられ、ローラ３７は第１、第２連結リング３０ａ，３０ｂの外周部に当接し、第１、第２連結リング３０ａ，３０ｂを回動自在に支持している。
【００２５】
次に第１実施形態の、連結リング駆動部の構成について説明する。図１、図２、図３において、それぞれグループ分けされたノズルベーン２１のうちの、１個のノズルベーン２１のベーン軸２２には、溝部３４に係合する第２回動リンク２４が固設され、第２回動リンク２４には連動軸２５が固設されている。一対の連動軸２５の先端部は、アクチュエータ４０の一例である回転駆動型アクチュエータ４１に直結している。すなわち、連結リング３０ａ，３０ｂは、それぞれ回転駆動型アクチュエータ４１に直結している。回転駆動型アクチュエータ４１はステッピングモータあるいは直流モータ等の電気モータである。
【００２６】
次に作動について説明する。図１、図２において、排気タービン１０のノズル部１５を通過する排気ガスの流速が所定の速度より遅くなると、図示しない制御装置からの指示により回転駆動型アクチュエータ４１を同時に所定角度回転させる。回動された連動軸２５は、ベーン軸２２を介してノズルベーン２１を所定角度回動させるとともに、第２回動リンク２４を所定角度回動させる。一方の第２回動リンク２４は第１連結リング３０ａを所定角度回動させ、他方の第２回動リンク２４は第２連結リング３０ｂを回動させる。これに伴って第１回動リンク２３はベーン軸２２を中心として回動される。したがってベーン軸２２に固設されたノズルベーン２１は一斉に同一方向に、同一角度回動され、ノズル部１５の排気ガス通路面積は小さくなり、流速が上昇して排気タービンロータ１６を高速回転させ、インペラ６による圧縮空気量を増大する。
【００２７】
回転駆動型アクチュエータ４１を同時に起動させた場合、僅かな時間的ズレを生じる。この誤差は第１連結リング３０ａの段付部３３と、第２連結リング３０ｂの段付部３３との間に設けられた隙間Ｓにより吸収される。したがって、一方の回転駆動型アクチュエータ４１で全数のノズルベーン２１を回動させることはなく、過負荷になることはない。
【００２８】
本発明に係る可変ターボ過給機は上記のような構成としたため、１個のアクチュエータで半数のノズルベーンを回動させればよい。そのため、アクチュエータの発生トルクは小さくなり、小型の電気モータでも駆動可能である。したがって装置が小型化するとともに、装置全体の構成が容易になり、可変ターボ過給機をコンパクトにすることができる。
【００２９】
本発明は上記の実施形態以外に下記のような構成でも良い。
アクチュエータを電気式の回転駆動型アクチュエータとしているが、油圧、空気等の流体駆動式のものであっても良い。
連結リング及びアクチュエータを２個ずつ用いているが、３個以上であっても良い。
ガイドローラは、例えばセラミックや焼結金属等の摩擦抵抗の小さい、耐磨耗性の高い材料で連結リングを支持しても良い。また、上記実施形態では連結リングの外周側に配置しているが、内周側に設けても良い。
【００３０】
図６は第２実施形態の、連結リング駆動部の構成図である。図６において、第１連結リング３０ａに連結ピン４２を設ける。両端部に長穴４４，４４を有するレバー４３が支持ピン４５により揺動自在に設けられ、一方の長穴４４と連結ピン４２とは係合している。アクチュエータ４０の他の一例である直線駆動型アクチュエータ４６の駆動軸４７に設けられた連結ピン４８は、レバー４３の他方の長穴４４に係合している。アクチュエータ４０の他の一例である直線駆動型アクチュエータ４６は例えばソレノイドである。第２連結リング３０ｂの駆動構造も上記と同様である。
【００３１】
次に作動について説明する。直線駆動型アクチュエータ４６を軸方向に駆動させるとレバー４３は支持ピン４５を中心として揺動し、第１連結リング３０ａを回動させ、第１回動リンク２３をベーン軸２２を中心として回動させ、複数個のノズルベーン２１を同時に回動させる。第２連結リング３０ｂも同様にして回動され、その結果、全数のノズルベーン２１は同時に回動される。
【００３２】
本実施形態では、直線駆動型アクチュエータ４６はソレノイドであるが、油圧、空気等の流体駆動式であっても良い。
【００３３】
図７は第２実施形態のノズルベーン連結装置２０ａの平面図であり、図８は図７のＤ−Ｄ矢視図である。第１実施形態のものと同一部材には同一符号を付して説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。図７、図８において、ノズルベーン２１の半数の溝部３４をそれぞれ有する第３、第４連結リング３０ｃ，３０ｄが、互いに１８０°位相をずらして重ねられている。第３連結リング３０ｃには、ノズルベーン２１のベーン軸２２に固設された第１回動リンク２３が係合し、第４連結リング３０ｄには、ノズルベーン２１のベーン軸２２ａに固設された第３回動リンク２６が係合している。第３、第４連結リング３０ｃ，３０ｄの支持方式、及び駆動方式は第１実施形態のものと同一なので説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の、第１実施形態のノズルベーン連結装置と、駆動用アクチュエータとを備えた可変ターボ過給機の側面断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の、ノズルベーン連結装置の平面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ矢視図である。
【図４】本発明の第１実施形態の、連結リングの斜視図である。
【図５】図２のＣ−Ｃ矢視図である。
【図６】本発明の第２実施形態の、連結リング駆動部の構成図である。
【図７】本発明の第２実施形態の、ノズルベーン連結装置の平面図である。
【図８】図７のＤ−Ｄ矢視図である。
【図９】従来の可変ターボ過給機の側面断面図である。
【図１０】従来の開閉弁連動装置の平面図である。
【図１１】従来の枢動リングを駆動するアクチュエータの断面図である。
【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、１１…排気側ハウジング、１４…排気側インナープレート、１６…排気タービンロータ、１８…連結装置室、２０，２０ａ…ノズルベーン連結装置、２１…ノズルベーン、２２，２２ａ…ベーン軸、２３…第１回動リンク、２４…第２回動リンク、２５…連動軸、２６…第３回動リンク、３０ａ…第１連結リング、３０ｂ…第２連結リング、３０ｃ…第３連結リング、３０ｄ…第４連結リング、３１…厚肉部、３２…薄肉部、３３…段付部、３４…溝部、３５…ガイドローラ、４０…アクチュエータ、４１…回転駆動型アクチュエータ、４６…直線駆動型アクチュエータ。

Claims (3)

1. 可変ターボ過給機において、
   排気タービンロータ（１６）の排気ガス入口部に、回動可能に設けられた複数個のノズルベーン（２１）と、
   前記ノズルベーン（２１）に基端部を固設されたベーン軸（２２，２２ａ）と、
   前記ベーン軸（２２，２２ａ）の先端部に固設された回動リンク（２３，２４，２６）と、
   前記複数個のノズルベーン（２１）を複数のグループに分割し、各グループの前記回動リンク（２３，２４，２６）の先端部にそれぞれ係合して回動することにより、前記複数個のベーン軸（２２，２３ａ）をほぼ同時に回動させる複数個の連結リング（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ）と、
   前記各連結リング（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ）をそれぞれ駆動する複数個のアクチュエータ（４０）とを有し、
   前記複数個の連結リング（３０ａ，３０ｂ）は、それぞれの所定の円周長部に他の部分より厚い厚肉部（３１）を設け、この厚肉部（３１）に前記回動リンク（２３，２４）と係合する溝部（３４）を設け、前記厚肉部（３１）と他の部分とを互いに対向して組み合わせ、かつ所定の角度、相互に回動自在とした
   ことを特徴とする可変ターボ過給機。
2. 請求項１に記載の可変ターボ過給機において、
   前記アクチュエータ（４０）は、前記グループ毎に１個のベーン軸（２２）に設けられた連同軸（２５）を回動駆動する回転駆動型アクチュエータ（４１）である
   ことを特徴とする可変ターボ過給機。
3. 請求項１に記載の可変ターボ過給機において、
   前記アクチュエータ（４０）は、前記連結リング（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ）を回動させる直線駆動型アクチュエータ（４６）である
   ことを特徴とする可変ターボ過給機。

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