JP3674682B2

JP3674682B2 - ターボ過給機の開閉弁装置

Info

Publication number: JP3674682B2
Application number: JP2000223920A
Authority: JP
Inventors: 誠一原田; 宏鬼頭; 晃一神永
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2000-07-25
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2020-07-25
Also published as: JP2002038963A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関で使用される排気タービン駆動方式のターボ過給機に関し、特に低回転域で、排気流量が少ない場合の排気流速を増すために、排気流路に設けた開閉弁を開閉制御するターボ過給機の開閉弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のターボ過給機は、内燃機関の排気エネルギーでタービンを駆動し、その回転力で同軸のブロワを回転して吸気を圧縮し、機関の気筒に供給するものであるが、機関の低回転域では、排気量が少ないためにタービンを高速回転させることができない。このため、従来では、排気流路に開閉弁（可変ノズル）を設け、この開閉弁を排気流量に応じて開閉制御する開閉弁制御機構を設けたターボ過給機が知られている。
【０００３】
このような開閉弁装置として、従来、本体に取り付けた円環状の支持盤に、各開閉弁に結合した複数の弁軸を支持させると共に、３個の支持ローラを約１２０°の間隔で回転自在に軸支させ、これらの３個の支持ローラの外側に摺動リングを円周方向に摺動可能に配設し、摺動リングに複数のピンを突設すると共に、各ピンにはアームを係合させ、これらのアームの元部を支持盤の弁軸に軸着した構造のものが、特開平１１−３３６５５３号公報で知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このターボ過給機の開閉弁装置は、摺動リング上に固定された１本のピンをアクチュエータに連係させ、アクチュエータによりこの摺動リングを円周方向に移動させることにより、アームを介して支持盤上の弁軸を回動させて、開閉弁の角度を変え、排気流路の開度を制御する。
【０００５】
この開閉弁装置は、このような構造により、ターボ過給機の各部の熱膨張にも拘らず、排気量に応じて摺動リングを摺動させて、開閉弁を開閉動作することができるが、摺動リングを摺動可能に支持する３個の支持ローラが、特殊な形状の軸付き内側ローラと外側ローラを組み合わせて形成されるため、支持ローラや摺動リングの組み付け作業が非常に複雑化する問題があった。
【０００６】
また、この開閉弁装置は、約１２０°の間隔で配置された３個の支持ローラの内側ローラと外側ローラのフランジ部で、円環状の摺動リングを挟むように支持する構造のため、内側ローラのフランジ部の内側と摺動リングの内側に大きな摩擦が発生し、その部分が摩耗し易いという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、部材の組み付けが容易で、摺動リングの摩耗を低減することができるターボ過給機の開閉弁装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の開閉弁装置は、円盤状の支持プレートと、支持プレートの一面に弁軸を貫通して開閉可能に支持された複数の開閉弁と、支持プレートの他面に沿って円周方向に移動可能に配設された摺動リングと、摺動リングをその内側で摺動可能に支持する複数の支持ローラと、弁軸の端部に軸着され摺動リングに先端を係合させてなる複数のリンクアームと、を備え、摺動リングを円周方向に摺動させて、リンクアームと弁軸を介して該開閉弁を開閉動作させるターボ過給機の開閉弁装置において、支持ローラが、反支持プレート側にフランジ部を設けた複数の第一支持ローラと支持プレート側にフランジ部を設けた複数の第二支持ローラとからなり、第一支持ローラと第二支持ローラが、円周方向に所定の角度間隔をおいて交互に配置され、第二支持ローラが頭なしの支持ピンにより支持されていることを特徴とする。
【０００９】
ここで、上記第二支持ローラのフランジ部の外径を、第一支持ローラのフランジ部の外径より大きく形成すると、効果的である。また、３個の第一支持ローラを約１２０°の間隔で支持プレート上に軸支し、３個の第二支持ローラを第一支持ローラの中間位置に約１２０°の間隔で支持プレート上に軸支することにより、第一支持ローラと第二支持ローラを円周方向に交互に配置するとよい。
【００１０】
【作用】
このような構成のターボ過給機の開閉弁装置では、摺動リングを組み付ける際、先ず、支持プレート上の円周方向に沿って複数の第二支持ローラを軸支し、それらの第二支持ローラに支持させるように、摺動リングをその支持ローラにガイドさせてはめ込み、その後、手前側にフランジ部を持った複数の第一支持ローラを、摺動リングの内側を支持するように取り付けることができるから、摺動リングを従来に比べ簡単に組み付けることができる。
【００１１】
また、装着された摺動リングは、その内側が、別個に軸支され手前側（反支持プレート側）にフランジ部を持つ第一支持ローラと、支持プレート側にフランジ部を持つ第二支持ローラとにより、円周方向に摺動可能に支持される。従って、従来のように、内側ローラと外側ローラの両フランジ部を有する支持ローラで、摺動リングを挟むように支持する場合に比べ、摺動リングのローラ接触部との摩擦が少なく、摺動リングの摩耗を低減することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はターボ過給機の部分断面斜視図を示し、図２はその開閉弁装置１０の反タービンホイール側から見た正面図を示している。図１において、１はタービンハウジング、２はコンプレッサハウジングであり、両ハウジング１、２は内部にタービンホイール４とブロワホイールを同軸上に収容し一体に組み付けられる。
【００１３】
タービンハウジング１は渦巻き状の排気供給路１ａと排気入口１ｂと排気出口１ｃを有し、内部にタービンホイール４が回転自在に配設される。コンプレッサハウジング２は、図示しない吸気供給路と吸気入口を有すると共に吸気出口２ｂを有し、その内部に、図示しないブロワホイールが回転自在に配設される。タービンホイール４とブロワホイールはボールベアリングで回転自在に支持された連結軸により連結される。
【００１４】
タービンハウジング１内のタービンホイール４の背面位置に、開閉弁５（可変ノズル）を開閉可能（角度変化可能）に設けた開閉弁装置１０が配設される。開閉弁装置１０は、図２〜図５に示すように、中央部を抜いた円盤状の支持プレート１１上のタービンホイール４側に、複数の開閉弁（可動ベーン）５を所定の間隔で配置して弁軸６で開閉可能に軸支し、その反タービンホイール４側に、後述の摺動リング１２、第一支持ローラ１３、第二支持ローラ１４、第一支持ピン１５、第二支持ピン１６、リンクアーム１７等を取り付けて構成される。
【００１５】
開閉弁装置１０の開閉弁５は、可動ベーン形に形成され、図１のようにタービンホイール４の外周位置に配置される。また、各開閉弁５は、支持プレート１１を貫通して回転可能に嵌挿された弁軸６の先端に固定され、弁軸６の回転によりその角度（開度）を変化させ、排気流路の開口度を制御する。
【００１６】
図３に示すように、各弁軸６の末端は支持プレート１１の反タービンホイール側に突出し、そこにリンクアーム１７が軸着される。図２に示すように、開閉弁５（弁軸６）は、支持プレート１１上に、例えば３０°の間隔をおいて円周上に１２個配置され、各弁軸６の末端にリンクアーム１７が外周部に向けて取り付けられる。
【００１７】
各開閉弁５はリンクアーム１７を介して開閉動作する構造であるが、このリンクアーム１７を回動させるために、円環状の摺動リング１２が支持プレート１１の表面に沿って円周方向に移動可能に配設される。すなわち、摺動リング１２は円環状本体の表面に、例えば１２本の係合ピン１９を３０°の間隔で円周上に突設し、１本の駆動用連結ピン１８を突設して構成され、後述の第一支持ローラ１３と第二支持ローラ１４により円周方向に移動可能に支持される。また、この摺動リング１２はそれらの係合ピン１９及び駆動用連結ピン１８を取り付けた部分の幅が他の部分より広く形成される。
【００１８】
この摺動リング１２を周方向に移動可能に支持する第一支持ローラ１３と第二支持ローラ１４は、支持プレート１１の表面上に、例えば６０°の間隔で、交互に配置される。つまり、３個の第一支持ローラ１３が摺動リング１２の内側に沿って約１２０°の間隔で配設され、３個の第二支持ローラ１４が第一支持ローラ１４の中間位置に、摺動リング１２の内側に沿って約１２０°の間隔で配設される。これにより、３個の第一支持ローラ１３と３個の第二支持ローラ１４が、図２に示すように、円周方向に約６０°の間隔で交互に配置されることになる。
【００１９】
第一支持ローラ１３は第一支持ピン１５によって回転自在に支持され、また第二支持ローラ１４は第二支持ピン１６によって回転自在に支持される。図６（ａ）（ｂ）示すように、第一支持ピン１５は、大径頭部１５ａを有して形成され、第二支持ピン１６は頭部のないストレートな棒状に形成され、図４、図５に示すように、第一支持ピン１５、第二支持ピン１６共に、支持プレート１１の所定位置に穿設した孔にその先端部を嵌着して固定される。
【００２０】
第一支持ピン１５に嵌挿・支持される第一支持ローラ１３は、図６（ｃ）のように、中心軸位置に穿設した軸孔１３ｂと、フランジ部１３ａを設けて形成される。また、第二支持ピン１６に嵌挿・支持される第二支持ローラ１４は、図６（ｄ）のように、中心軸位置に穿設した軸孔１４ｂと、フランジ部１４ａを設けて形成される。
【００２１】
ここで、第二支持ローラ１４のフランジ部１４ａの外径Ｄ２は第一支持ローラ１３のフランジ部１３ａの外径Ｄ１より大きく形成される。このように、フランジ部１４ａの外径Ｄ２をフランジ部１３ａの外径Ｄ１より大きくすることにより、支持プレート１１側に向けて力を受け易い摺動リング１２にとって、支持プレート１１側のフランジ部１４ａでその力を受けるフランジ部１４ａの接触面積が増大し、そこにかかる単位面積当りの面圧を低減して、摺動リング１２との摩擦を少なくし、その摩耗量を最小にすることができる。
【００２２】
第一支持ローラ１３はその軸孔１３ｂを第一支持ピン１５に挿通させてそこに回転自在に外嵌・支持され、第二支持ローラ１４はその軸孔１４ｂを第二支持ピン１６に挿通させてそこに回転自在に外嵌・支持される。
【００２３】
摺動リング１２の表面には１２個の係合ピン１９が約３０°の間隔をおいて突設され、各係合ピン１９にはリンクアーム１７の先端の係合凹部１７ａが係合する。リンクアーム１７の元部には固定孔が穿設され、この固定孔を開閉弁５の弁軸６の先端に嵌着して、各リンクアーム１７は弁軸６に取り付けられている。
【００２４】
開閉弁装置を組み付ける場合、先ず、支持プレート１１に１２個の開閉弁５をその弁軸６を貫通孔に挿通させて取り付け、３本の第二支持ピン１６を支持プレート１１の所定位置に約１２０°の間隔で設けた孔に嵌着して固定し、各第二支持ピン１６に第二支持ローラ１４を、図４のように、そのフランジ部１４ａを支持プレート１１側に位置させて、その中心軸孔を挿通させて回転自在に嵌挿させる。
【００２５】
次に、円環状の摺動リング１２の内側を、３個の第二支持ローラ１４の外周部でガイド支持させるようにして、摺動リング１２をはめる。このとき、１２０°の間隔で配置された３個の第二支持ローラ１４は、そのフランジ部１４ａが支持プレート１１側に位置し、頭部のない棒状の第二支持ピン１６に外嵌・支持されるから、摺動リング１２を３個の第二支持ローラ１４の外側でガイドさせながら容易にはめることができる。
【００２６】
その状態で、第一支持ローラ１３を挿通させた３個の第二支持ピン１５を、３個の第二支持ピン１６の中間位置に配置された１２０°間隔の各孔に、その先端部を差し込んで嵌着させ、このとき、３個の第一支持ローラ１３の外周部とフランジ部１３ａが摺動リング１２の内側に接触して支持させるようにする。この状態で、摺動リング１２は、６０°の間隔で交互に配置された３個の第一支持ローラ１３と３個の第二支持ローラ１４により、円周方向に摺動可能に支持される。そして、１２本のリンクアーム１７を、その元部の孔を支持プレート１１の表面に突出した１２本の弁軸６の末端に嵌着し、その先端の係合凹部１７ａを、摺動リング１２の表面に３０°の間隔で突設された係合ピン１９に係合させるように、各リンクアーム１７を取り付ける。
【００２７】
このように組み付けられた開閉弁装置１０は、図１のように、その開閉弁５側をタービンハウジング１の排気供給路１ａ内に向けて、タービンハウジング１の背面側の開口部に取り付けられ、更にその背面側に蓋体がハウジング内を閉鎖するように固定される。この際、アクチュエータ３の作動軸３ａが蓋体の孔を通して外側に突き出した駆動用連結ピン１８に連結される。
【００２８】
上記構成の開閉弁装置１０を設けたターボ過給機は、運転時、内燃機関から排出される排気を排気供給路１ａに導入してタービンホイール４を回転駆動し、これによって同軸上のブロワホイールを回転駆動して吸気を圧縮し、機関の気筒に圧縮空気を供給する。機関の回転速度域に応じて、アクチュエータ３が作動し、その作動軸３ａを介して駆動用連結ピン１８で連係された摺動リング１２が円周方向に移動し、このとき、摺動リング１２の移動に伴い、１２本のリンクアーム１７が弁軸６を軸に回動する。これによって、開閉弁５がそのベーン先端の向きを変えて流路の開度を変えるように作動し、タービンホイール４に流れる排気の流速を変化させ、排気量が少ない領域でもタービンを高速で回転させるように制御が行なわれる。
【００２９】
図７のグラフは、開閉弁装置の試作実験を行なった際の、支持ローラ（第二支持ローラ１４）の接触部の面積比に対する摺動リング１２の摩耗量変化を示している。この実験では、第一支持ローラ１３のフランジ部１３ａに対する第二支持ローラ１４のフランジ部１４ａの大きさを変え、その際の摺動リング１２の接触部（フランジ部１４ａとの接触部分）の摩耗量を測定した。なお、支持ローラ接触部面積比Ｓは、
Ｓ＝（フランジ部１４ａと摺動リング１２とが接触する部分の面積）／（フランジ部１３ａと摺動リング１２とが接触する部分の面積）
の式から求めた値である。
【００３０】
この実験結果から、図７のグラフに示すように、支持ローラ接触部面積比Ｓが高い程、つまり、第二支持ローラ１４のフランジ部１４ａが第一支持ローラ１３のフランジ部１３ａより大きい程、摺動リング１２の摩耗量が少なくなることがわかる。開閉弁装置１０の摺動リング１２は、定常時、駆動用連結ピン１８を介して支持プレート１１側に力が作用し、この力を第二支持ローラ１４のフランジ部１４ａで受けるが、このフランジ部の大きさつまり接触面積を増すことにより、その面にかかる単位面積当りの面圧を下げ、摺動リング１２の摩耗量を低減することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のターボ過給機の開閉弁装置によれば、摺動リングを組み付ける際、フランジ部を支持プレート側に持つ複数の第二支持ローラを支持プレートに取り付けた状態で、摺動リングをそれらの第二支持ローラにガイド支持させるように、はめ込み、その後、反支持プレート側つまり手前側にフランジ部を有する第一支持ローラを、摺動リングの内側を支持するように、支持プレートに取り付ければよいから、従来に比べ、摺動リングを容易に組み付けることができる。さらに、装着された摺動リングは、その内側が、別個に軸支され手前側にフランジ部を持つ第一支持ローラと、支持プレート側にフランジ部を持つ第二支持ローラとにより、円周方向に摺動可能に支持されるから、従来のように、内側ローラと外側ローラの両フランジ部を有する支持ローラで、摺動リングを挟むように支持する場合に比べ、摺動リングのローラ接触部との摩擦が少なく、摺動リングの摩耗を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すターボ過給機の部分断面斜視図である。
【図２】開閉弁装置１０の正面図である。
【図３】図２のIII-III 断面図である。
【図４】図３の断面図における部分拡大断面図である。
【図５】図２のV-V 拡大断面図である。
【図６】（ａ）は第一支持ピン１５の斜視図、（ｂ）は第二支持ピン１６の斜視図、（ｃ）は第一支持ローラ１３の斜視図、（ｄ）第二支持ローラ１４の斜視図である。
【図７】支持ローラの接触部の面積比に対する摺動リングの摩耗量を示すグラフ図である。
【符号の説明】
５−開閉弁
６−弁軸
１０−開閉弁装置
１１−支持プレート
１２−摺動リング
１３−第一支持ローラ
１４−第二支持ローラ
１５−第一支持ピン
１６−第二支持ピン
１７−リンクアーム

Claims

円盤状の支持プレートと、該支持プレートの一面に弁軸を貫通して開閉可能に支持された複数の開閉弁と、該支持プレートの他面に沿って円周方向に移動可能に配設された摺動リングと、該摺動リングをその内側で摺動可能に支持する複数の支持ローラと、該弁軸の端部に軸着され該摺動リングに先端を係合させてなる複数のリンクアームと、を備え、
該摺動リングを円周方向に摺動させて、該リンクアームと該弁軸を介して該開閉弁を開閉動作させるターボ過給機の開閉弁装置において、
前記支持ローラが、反支持プレート側にフランジ部を設けた複数の第一支持ローラと支持プレート側にフランジ部を設けた複数の第二支持ローラとからなり、該第一支持ローラと該第二支持ローラが、円周方向に所定の角度間隔をおいて交互に配置され、該第二支持ローラが頭なしの支持ピンにより支持されていることを特徴とするターボ過給機の開閉弁装置。
前記第二支持ローラのフランジ部の外径が前記第一支持ローラのフランジ部の外径より大きく形成されていることを特徴とする請求項１記載のターボ過給機の開閉弁装置。
３個の前記第一支持ローラが約１２０°の間隔で支持プレート上に軸支され、３個の前記第二支持ローラが該第一支持ローラの中間位置に約１２０°の間隔で該支持プレート上に軸支されることにより、該第一支持ローラと第二支持ローラが円周方向に交互に配置されていることを特徴とする請求項１記載のターボ過給機の開閉弁装置。