JP4033978B2 - 可変ベーン型ターボチャージャ用タービンフレーム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの過給機の一つであるターボチャージャに関するものであって、特にこれを構成するタービンフレームに係るものである。
【0002】
【発明の背景】
ターボチャージャは、排気ガスのエネルギーで排気タービンを回し、これに直結されたコンプレッサで空気をエンジンに押し込んでパワーアップを図る装置である。ところでこのものは、エンジンの低速回転時には、排気流量の低下により排気タービンがほとんど働かず、従って高回転域まで回るエンジンにあってはタービンが効率的に回るまでのもたつき感とその後の一挙に吹き上がるまでの所要時間いわゆるターボラグ等が生ずることを免れない。またもともとエンジン回転が低いディーゼルエンジンでは、ターボ効果を得にくいという問題があった。
このため低回転からでも効率的に作動するVGSタイプのターボチャージャが開発されてきている。このものは、少ない排気流量を可変ベーン(羽)で絞り込み排気の速度を増し、排気タービンの仕事量を大きくすることで低速回転時でも高出力を発揮できるようにしたものである。このためVGSタイプでは別途可変ベーンの可変機構を必要とし、周辺の構成部品も従来のものに比べて形状等をより複雑化させなければならなかった。
【0003】
一方この種のターボ装置は、高温雰囲気下で使用されるため、本発明の対象としたタービンフレームについても強い耐熱性を有するSUS310S等の材質が適用され、その加工においては上述したように形状が複雑なことに加えて、仕上げ寸法精度が厳しく要求されること等から切削加工が主流となっていた。しかしながらこのSUS310S等の材料は、強い耐熱性を有するとともに、難切削性の材質でもあるため現実には切削加工そのものに、相当の時間を要することとなり、従ってコストダウンにも一定の限界があった。
【0004】
【開発を試みた技術的課題】
本発明はこのような背景を認識してなされたものであって、単一機能を有するタービンフレームを単一部材で構成するという技術常識を根本から見直し、逆にタービンフレームを複数の部材に分断して構成することにより、切削加工をすべて排除し、これによって加工時間をトータルで短縮させ、大幅なコストダウンを図った新規なタービンフレームの開発を試みたものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
すなわち請求項1記載の可変ベーン型ターボチャージャ用タービンフレームは、ボス部(21)と、ボス部(21)より大径に拡がるベーン取付フランジ部(22)とを有し、前記ベーン取付フランジ部(22)は、少なくとも二種以上の直径の異なるフランジセグメントが組み合わされて形成され、
フランジセグメントの一つは、前記ボス部(21)と一体に形成された一体フランジセグメント(26)であり、
一方他のフランジセグメントは、ボス部(21)及び一体フランジセグメント(26)とは別体に形成された別体フランジセグメント(27)であって、この別体フランジセグメント (27) は、少なくとも径を異ならせた二種以上のフランジ部 (27a),(27b) を具えて成るものであり、
これら一体フランジセグメント(26)と別体フランジセグメント(27)とは、圧入ピンやカシメピンまたはネジ等の螺合あるいはブレージングによる接合によって強固に一体化されて成ることを特徴として成るものである。
この発明によれば、従来単一部材で構成することが技術常識とされていたタービンフレームを、少なくとも二種以上の異なる部材を組み合わせて形成するため、各部材を、切削加工を適用せずに精密に加工でき、タービンフレームの加工効率を飛躍的に向上させ、大幅なコストダウンが図れる。
また、別体フランジセグメントの径を異ならせたフランジ部において段差を形成し、この段差部分で可変機構をスムーズに回動させ得る。
【0006】
また請求項2記載の可変ベーン型ターボチャージャ用タービンフレームは、前記請求項1記載の要件に加え、前記一体フランジセグメント(26)と別体フランジセグメント(27)との一体化を、圧入ピンまたはカシメピンによって行う場合、これらピン(24)部材には、フランジセグメントよりも熱膨張率の高い素材が適用され、作動時に高温状態になっても、一体フランジセグメント(26)と別体フランジセグメント(27)との固定状態が確実に維持されるようにしたことを特徴として成るものである。
この発明によれば、一体フランジセグメントと、別体フランジセグメントとをより確実に一体化して、ベーン取付フランジ部を形成する具体的構造を可能とする。
【0007】
更にまた請求項3記載の可変ベーン型ターボチャージャ用タービンフレームは、前記請求項1または2記載の要件に加え、前記一体フランジセグメント(26)は、フランジ部(26a) がボス部(21)端部に形成されることを特徴として成るものである。
この発明によれば、一体フランジセグメントを絞り加工等によってより精密に加工し得る。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。説明にあたっては本発明を適用したターボチャージャの排気ガイドアッセンブリAについて説明しながら併せて本発明のタービンフレーム2について説明する。排気ガイドアッセンブリAは、エンジンの低速回転時に排気ガスを絞り込んで排気流量を設定するためのものであり、一例として図1に示すように排気タービンTの外周に設けられ実質的に排気流量を設定する可変ベーン1と、可変ベーン1を回動自在に支持するタービンフレーム2と、タービンフレーム2のボス部21側に設けられ可変ベーン1を一定角度回動させる可変機構3と、可変ベーン1をタービンフレーム2の反対側から挟み込むように保持する保持板4とを具えて成るものである。以下各構成部について説明する。
【0009】
まず可変ベーン1について説明する。このものは排気タービンTの外周に沿って複数設けられ、そのそれぞれが回動自在に設定されて排気流量を調節するものであり、ベーン翼部11と、ベーン軸部12とを具えて成るものである。ベーン翼部11は、排気タービンTの幅寸法に応じて一定幅を有するものであり、その幅方向における断面が概ね翼状に形成され、排気ガスが効果的に排気タービンTに向かうように構成されている。ベーン軸部12は、ベーン翼部11に固定的に設けられるものであり、ベーン翼部11の回動軸に相当するものである。なおベーン翼部11とベーン軸部12とは、一例として初期段階で各々別々に形成された後、ベーン軸部12の先端部分にベーン翼部11を嵌め込んで溶接等によって固定して形成されるものである。またベーン軸部12の回動基端側が、後述する可変機構3にカシメ等によって固定され、回動自在に支持されるものである。
【0010】
次に本発明のタービンフレーム2について説明する。このものは、文字どおり排気タービンTのフレーム部材として構成されるとともに複数の可変ベーン1をそれぞれ回動自在に支持するものであって、一例として図1、2に示すようにボス部21と、ベーン取付フランジ部22とを具えて成るものである。そしてこのボス部21の周面に沿って、後述する可変機構3が設けられる。一方ベーン取付フランジ部22は、可変ベーン1のベーン軸部12を回動自在に支持するものであり、このためフランジの周縁部分に可変ベーン1と同数の軸挿入孔23が等間隔で形成されている。また軸挿入孔23の外周部分には一例として四カ所、可変ベーン1の取り付け幅を保持するピン24を固定するためのピン孔25が設けられる。
【0011】
そしてベーン取付フランジ部22は、直径の異なる二種のフランジセグメントを具えて成るものであり、ボス部21と一体的に形成されるものを一体フランジセグメント26とし、これとは別に形成されるものを別体フランジセグメント27として区別している。そしてこれら一体フランジセグメント26と、別体フランジセグメント27とが、一例として絞り加工やファインブランキング加工等によって各々別々に形成された後、圧入ピンやカシメピン等によって一体的に組み合わされるものである。なお一体フランジセグメント26と、別体フランジセグメント27との一体化は、圧入ピンやカシメピン等のほかにも例えばネジ等の螺合による接合やブレージングによる接合等種々の接合形態が採り得る。更に圧入ピン等によって接合を行う場合、ピン部材は、ベーン取付フランジ22の部材よりも高い熱膨張率を有する材質を適用すれば、排気ガイドアッセンブリAが高温となる作動時においてもベーン取付フランジ22の固定状態がより確実に維持できるものである。因みにこの材質の例を挙げると、ピン部材にSUS420J2等、ベーン取付フランジ22にSUS440C等が適用される。
【0012】
また一体フランジセグメント26は、ボス部21の端部にフランジ部26aを形成して成り、このフランジ部26aに密着するように接合される別体フランジセグメント27は、軸挿入孔23が形成されたフランジ部27aと、これより大径に形成されたフランジ部27bとを具えて成るものである。そしてこれらフランジ部27a、27bとの段差部において後述する可変機構3を回動させる際の逃げ部分を形成している。なお一体フランジセグメント26と別体フランジセグメント27は、一例として絞り加工によってそれぞれのフランジ部26a、27a、27bが形成された後、ファインブランキング加工によって軸挿入孔23やピン孔25が形成されるものである。
【0013】
このようにベーン取付フランジ部22を、直径の異なる二種のフランジセグメントを組み合わせて形成することにより、従来単一部材で形成されることが技術常識とされていたタービンフレーム2を分断して構成することを可能としている。またこのような構成を採ることによって、それぞれの部材の加工において、切削加工を行わずに充分な寸法精度を出しきり、タービンフレーム2の加工効率を飛躍的に向上させるものである。更にまたこの実施の形態では、ベーン取付フランジ22は、直径の異なる二種のフランジセグメントを組み合わせて形成するが、三種以上のフランジセグメントを組み合わせて形成しても構わないし、別体フランジセグメント27においても径を異ならせた三種以上のフランジ部を形成しても構わない。
【0014】
次に可変機構3について説明する。このものはタービンフレーム2のボス部21側に取り付けられ、可変ベーン1を回動させることによって排気流量を調節するものであり、設定板31と、リンク部33とを具えて成るものである。設定板31は、一例として中央部分を開口した円板状に形成され、その周縁部分に可変ベーン1と同数の回動軸32が等間隔に設けられて成るものである。一方リンク部33は、設定板31の回動を可変ベーン1に伝達するものであり、一例として回動軸32及びベーン軸部12に各々接続される長円状の二つの連接部材34が、連結軸35によって回動自在に接続されて成るものである。そしてエンジンの低速回転時等には、可変機構3の設定板31を回動させ、リンク部33を介してベーン軸部12に伝達し、図3に示すように可変ベーン1を回動させ、排気ガスを排気タービンTに効率よく向かうように適宜設定するものである。
そして保持板4は、可変ベーン1をタービンフレーム2の反対側から挟み込むように取り付けられ、ピン24とともに可変ベーン1の取り付け幅を保持している。
【0015】
【発明の効果】
まず請求項1記載の可変ベーン型ターボチャージャ用タービンフレームによれば、従来単一部材で構成することが技術常識とされていたタービンフレーム2を、少なくとも二種以上の異なる部材を組み合わせて形成するため、各部材を、切削加工を適用せずに精密に加工でき、タービンフレームの加工効率を飛躍的に向上させ、大幅なコストダウンが図れる。
また、別体フランジセグメント27の径を異ならせた二つのフランジ部27a、27bにおいて段差を形成し、この段差部分で可変機構3をスムーズに回動させ得る。
【0016】
また請求項2記載の可変ベーン型ターボチャージャ用タービンフレームによれば、一体フランジセグメント26と別体フランジセグメント27とをより確実に一体化してベーン取付フランジ部22を形成する具体的構造を可能とする。
【0017】
更にまた請求項3記載の可変ベーン型ターボチャージャ用タービンフレームによれば、一体フランジセグメント26を絞り加工等によってより精密に加工し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のタービンフレームを適用したターボチャージャを示す斜視図(a)、並びに排気ガイドアッセンブリを示す分解斜視図(b)である。
【図2】 一体フランジセグメントを示す説明図(a)、並びに別体フランジセグメントを示す説明図(b)、並びにこれらを一体化させた状態を示す説明図(c)である。
【図3】 可変ベーンを回動させて排気流量を調節する状態を示す説明図である。
【符号の説明】
1 可変ベーン
2 タービンフレーム
3 可変機構
4 保持板
11 ベーン翼部
12 ベーン軸部
21 ボス部
22 ベーン取付フランジ部
23 軸挿入孔
24 ピン
25 ピン孔
26 一体フランジセグメント
26a フランジ部
27 別体フランジセグメント
27a フランジ部
27b フランジ部
31 設定板
32 回動軸
33 リンク部
34 連接部材
35 連結軸
A 排気ガイドアッセンブリ
T 排気タービン
Claims (3)
- ボス部(21)と、ボス部(21)より大径に拡がるベーン取付フランジ部(22)とを有し、前記ベーン取付フランジ部(22)は、少なくとも二種以上の直径の異なるフランジセグメントが組み合わされて形成され、
フランジセグメントの一つは、前記ボス部(21)と一体に形成された一体フランジセグメント(26)であり、
一方他のフランジセグメントは、ボス部(21)及び一体フランジセグメント(26)とは別体に形成された別体フランジセグメント(27)であって、この別体フランジセグメント (27) は、少なくとも径を異ならせた二種以上のフランジ部 (27a),(27b) を具えて成るものであり、
これら一体フランジセグメント(26)と別体フランジセグメント(27)とは、圧入ピンやカシメピンまたはネジ等の螺合あるいはブレージングによる接合によって強固に一体化されて成ることを特徴とする可変ベーン型ターボチャージャ用タービンフレーム。 - 前記一体フランジセグメント(26)と別体フランジセグメント(27)との一体化を、圧入ピンまたはカシメピンによって行う場合、これらピン(24)部材には、フランジセグメントよりも熱膨張率の高い素材が適用され、作動時に高温状態になっても、一体フランジセグメント(26)と別体フランジセグメント(27)との固定状態が確実に維持されるようにしたことを特徴とする請求項1記載の可変ベーン型ターボチャージャ用タービンフレーム。
- 前記一体フランジセグメント(26)は、フランジ部(26a) がボス部(21)端部に形成されることを特徴とする請求項1または2記載の可変ベーン型ターボチャージャ用タービンフレーム。
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