JP3771765B2 - 可変ターボチャージャ - Google Patents
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Description
【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
Claims (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。
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