JP5029546B2 - ターボチャージャ - Google Patents

Description

この発明は、ターボチャージャに関するものである。

従来から、スクロール流路内からタービンインペラ側に供給される排気ガスの圧力を調整する排気ノズルを備えた可変容量型のターボチャージャが知られている。このようなターボチャージャには、周方向に回動するリング状の駆動リングと、駆動リングの周方向に配置されたノズルリンク板とを備えたリンク機構が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１では、開閉レバー（ノズルリンク板）の一端部がリングプレート（駆動リング）に回動可能に連結され、他端部がノズルベーンの軸に連結されている。そして、駆動リングを周方向に回動させることでノズルリンク板が搖動し、このノズルリンク板の搖動によってノズルベーンの軸が回転してノズルベーンが開閉される。
特許第３４７３４６９号公報

しかしながら、上記従来のターボチャージャでは、駆動リングを回動可能に支持するローラピン部材が、搖動するノズルリンク板の間に配置されているため、ノズルベーンの開閉時にノズルリンク板とローラピン部材が干渉するという課題がある。ノズルリンク板とローラピン部材が干渉すると、ノズルベーンの開閉角度が制限されてしまう。
また、ローラピン部材は、先端部がネジ穴に螺合されたりキリ穴に圧入されたりすることで固定されている。そのため、リンク機構が高温に達するとローラピンが脱落する虞がある。

そこで、この発明は、ローラピンとノズルリンク板との干渉を防止することができるターボチャージャを提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明のターボチャージャは、タービンインペラを回転可能に支持する軸受けハウジングと、前記タービンインペラに排気ガスを供給するスクロール流路が形成されたタービンハウジングと、前記スクロール流路内から前記タービンインペラ側に供給される前記排気ガスの圧力を調整する排気ノズルと、を備えた可変容量型のターボチャージャにおいて、前記排気ノズルは、前記タービンインペラの周囲に支持軸によって回動可能に支持された複数のノズルベーンと、前記支持軸を回動させるリンク機構と、を備え、前記リンク機構は、複数のローラピンによって周方向に回動可能に支持された駆動リングと、該駆動リングの周方向に配置された複数のリンク板と、を備え、前記リンク板の各々は、一端部が前記駆動リングに回動可能に連結され、他端部が前記ノズルベーンの各々の前記支持軸にそれぞれ連結され、前記駆動リングの内縁または外縁の少なくとも一方には、前記周方向に凹部が形成され、前記ローラピンは、前記駆動リングの前記凹部を支持し、前記駆動リングの前記リンク板側に突出しないように設けられていることを特徴とする。

また、本発明のターボチャージャは、前記凹部は、前記駆動リングの内縁に設けられていることを特徴とする。

また、本発明のターボチャージャは、前記凹部は、前記ローラピンの位置と前記駆動リングの回動範囲とに対応して、複数設けられていることを特徴とする。

また、本発明のターボチャージャは、前記排気ノズルは、前記排気ガスの流路を形成する排気導入壁を備え、前記ローラピンは、前記排気導入壁に形成された貫通孔に挿通され、前記ローラピンの前記流路側の端部には、前記貫通孔の内径よりも外径が大きく形成された係止部が設けられていることを特徴とする。

また、本発明のターボチャージャは、前記貫通孔の前記流路側には、前記貫通孔の内径よりも内径が大きく形成され、前記係止部を収容する拡径部が設けられ、前記係止部の前記流路側の面は、前記排気導入壁の前記流路側の面と面一に形成されていることを特徴とする。

また、本発明のターボチャージャは、前記ローラピンは、前記排気導入壁に固定されたピン部材と、前記ピン部材に挿通され前記ピン部材に回転自在に装着されたローラ部材とを備え、前記ローラ部材の側面には溝部が形成され、該溝部に前記駆動リングの前記凹部が挟持されていることを特徴とする。

本発明によれば、リンク機構を構成する駆動リングの内縁または外縁の少なくとも一方には、駆動リングの周方向に凹部が形成されている。そして、駆動リングを回動可能に支持するローラピンは、駆動リングの凹部を支持して駆動リングのリンク板側に突出しないように設けられている。したがって、リンク機構を駆動させてリンク板が回動した場合であっても、ローラピンとリンク板とが干渉することを防止できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本実施形態のターボチャージャは、例えば自動車のエンジンの回転数の増減に基づいてタービンインペラに供給する排気ガスの圧力を調整可能な可変容量型のターボチャージャである。

図１はこの実施の形態におけるターボチャージャの断面図であり、図２は図１の部分拡大図である。なお、図１及び図２では、ローラピンの構造を分かりやすくするために、同一の断面に含まれないローラピンを断面視で表している。
図３は、図１に示すターボチャージャが備える駆動リングの平面図である。
図４は、図１に示すターボチャージャのタービンハウジングをベアリングハウジング側から見た平面図である。

図１に示すように、本実施形態のターボチャージャ１は、タービンインペラ２を回転可能に支持するベアリングハウジング（軸受けハウジング）３を備えている。ベアリングハウジング３の片側には、複数のボルト４によりタービンハウジング５が一体的に取り付けられている。また、ベアリングハウジング３のタービンハウジング５と反対側には、複数のボルト６によりコンプレッサハウジング７が一体的に取り付けられている。

図１及び図２に示すように、タービンハウジング５は、タービンインペラ２に排気ガスを供給するスクロール流路５ａと、スクロール流路５ａ内からタービンインペラ２側に供給される排気ガスの圧力を調整する排気ノズル８と、を備えている。スクロール流路５ａには、例えばエンジンのシリンダ等に接続された排気ガス取入口（図示略）が設けられている。

排気ノズル８は、図４に示すように、タービンインペラ２の周囲を取り囲むように配置された複数のノズルベーン１０を備えている。また、排気ノズル８は、排気ガスの流路を形成する一対の排気導入壁１２ａ,１２ｂを備えている。

ノズルベーン１０は、図４に示す平面視で流線型の翼状の板材により形成され、図１及び図２に示すように、タービンインペラ２の周囲にタービンインペラ２の軸２ａと略平行に設けられた支持軸９によって回動可能に支持されている。
支持軸９はノズルベーン１０に固定され、ノズルベーン１０と一体的に設けられている。また、支持軸９は、アクチュエータの動力を支持軸９に伝達して回動させるリンク機構２０に連結されている。

対向する一対の排気導入壁１２ａ，１２ｂは、連結ピン１３により一体的に連結されている。また、排気導入壁１２ａ，１２ｂには、ノズルベーン１０の支持軸９を回動可能に支持する支持穴１１ａ，１１ｂが形成されている。また、タービンハウジング５側に配置された排気導入壁１２ｂは、取付ボルト１４ａ及びナット１４ｂにより、タービンハウジング５に固定されている。

リンク機構２０は、ノズルベーン１０のベアリングハウジング３側に配置され、周方向に回動可能に設けられた駆動リング２１を備えている。駆動リング２１の周方向には、複数のリンク板２２が配置されている。駆動リング２１及びリンク板２２を含むリンク機構２０は、例えばステンレス鋼等により形成されている。

駆動リング２１は、図３に示すようにリング状の形状に形成され、外周部には複数の貫通孔２１ａが形成されている。貫通孔２１ａの各々には、図１及び図２に示すようにリンクピン２４が挿通されている。

リンク板２２は、図４に示すように平面視で一方の端部が二股に分かれたフォーク状の形状を有し、二股の爪の間には略Ｕ字型のスライド溝２２ａが中央部から先端部へ向けて形成されている。リンク板２２のスライド溝２２ａが形成された側と反対側の端部には、ノズルベーン１０の支持軸９が貫通している。図１及び図２に示すように、リンク板２２を貫通した支持軸９の端部はかしめられて、リンク板２２と支持軸９とは一体的に連結されて固定されている。

リンクピン２４は、図４に示すようにリンク板２２に対応して駆動リング２１の周方向に複数配置されている。そして、図１及び図２に示すように、駆動リング２１を貫通した先端部を塑性変形させてかしめることで、駆動リング２１に固定されている。
また、リンクピン２４は筒状に形成されたスライド部材２５に挿通され、スライド部材２５はリンクピン２４に回転自在に装着されている。また、リンクピン２４は、鍔状に形成された頭部２４ａと駆動リング２１との間に、スライド部材２５を回転自在に保持している。

スライド部材２５は、平面視で矩形の筒状に形成され、各々がリンク板２２の各々のスライド溝２２ａにスライド可能に嵌合している。
リンク板２２の各々は、スライド溝２２ａがスライド部材２５とスライド可能に嵌合することで、駆動リング２１に回動可能に連結されている。

図３に示すように、駆動リング２１の内縁には、駆動リング２１の周方向に複数の凹部２１ｂが形成されている。駆動リング２１は、図２に示すように、凹部２１ｂがローラピン３０によって支持されることで、周方向に回動可能に設けられている。
駆動リング２１の凹部２１ｂの各々は、図４に示すように、駆動リング２１の周方向に複数設けられたローラピン３０の位置と、駆動リング２１の回動範囲、すなわち駆動リング２１の許容回転角度θに対応して設けられている。

ローラピン３０は、ピン状のピン部材３１と、ピン部材３１に回転自在に装着されたローラ部材３２とにより構成されている。
ピン部材３１には、図２に示すように軸部３１ａよりも径が拡大された頭部３１ｂと、軸部３１ａよりも径が縮小された縮径部３１ｃが形成されている。ピン部材３１の縮径部３１ｃは、ベアリングハウジング３側に配置された排気導入壁１２ａに形成された貫通孔１５に挿通されている。また、ピン部材３１の縮径部３１ｃの先端部には、貫通孔１５の内径よりも外径が大きく形成された係止部３１ｄが設けられている。

排気導入壁１２ａの貫通孔１５には、対向する排気導入壁１２ｂ側の開口の近傍に、貫通孔１５よりも内径が拡大された拡径部１５ａが設けられている。
拡径部１５ａは、ピン部材３１の縮径部３１ｃをかしめて（塑性変形させて）係止部３１ｄを形成する際に、係止部３１ｄを拡径部１５ａ内に収容することができるように設けられている。また、拡径部１５ａと係止部３１ｄは、係止部３１ｄの排気ガスの流路側（排気導入壁１２ｂ側）の面と、排気導入壁１２ａの排気ガスの流路側の面とが、段差なく面一になるように設けられている。

ローラ部材３２は、筒状に形成されてピン部材３１の軸部３１ａに挿通され、ピン部材３１の頭部３１ｂと排気導入壁１２ａとにより挟持されて、ピン部材３１に回転自在に装着されている。ローラ部材３２は、図１及び図２に示すように、駆動リング２１よりもリンク板２２側に突出しないように設けられている。すなわち、ローラ部材３２のリンク板２２側の面は、駆動リング２１のリンク板２２側の面と段差なく面一になるように形成されている。

また、ローラ部材３２のリンク板２２側には、ピン部材３１が駆動リング２１よりもリンク板２２側に突出しないように、ピン部材３１の頭部３１ｂを収容する収容部３２ａが形成されている。収容部３２ａは、ローラ部材３２のリンク板２２側の面と、ピン部材３１の頭部３１ｂのリンク板２２側の面とが、段差なく面一になるように形成されている。
このように、ピン部材３１とローラ部材３２の双方を、駆動リング２１よりもリンク板２２側に突出しないように設けることで、ローラピン３０が駆動リング２１のリンク板２２側に突出しないようになっている。

また、ローラ部材３２の側面には、ローラ部材３２の全周に亘って駆動リング２１の凹部２１ｂを挟持して支持するための溝部３２ｂが形成されている。
駆動リング２１は、この溝部３２ｂに嵌合して挟持されることで、周方向に回動可能に支持されている。

図４に示すように、一対のリンク板２２，２２の間で、ベアリングハウジング３側には、駆動リンク板２８が配置されている。駆動リンク板２８は、リンク板２２のスライド溝２２ａと同様の駆動スライド溝２８ａを備えている。駆動リンク板２８の駆動スライド溝２８ａと反対側の端部には、駆動軸２９が連結されて固定されている。駆動リンク板２８の駆動スライド溝２８ａには、スライド部材２５と同様の矩形筒状に形成された駆動スライド部材２７が、駆動スライド溝２８ａの延在方向にスライド可能に嵌合している。
駆動スライド部材２７には、リンクピン２４と同様の駆動リンクピン２６が挿通されている。

駆動リンクピン２６は、図１に示すように、駆動リンク板２８のタービンハウジング５側に配置された一対のリンクピン２４，２４を連結する連結板２６ｂ（図４では図示略）を貫通するように設けられている。そして、駆動リンクピン２６は、連結板２６ｂを貫通した端部をかしめることで連結板２６ｂに一体的に固定されている。また、駆動リンクピン２６は、リンクピン２４の頭部２４ａと同様の頭部２６ａを有し、頭部２６ａと連結板２６ｂとの間に駆動スライド部材２７を回転自在に保持している。

駆動リンク板２８の駆動スライド溝２８ａと反対側の端部には、例えばアクチュエータ等の動力源により軸回りに回転する駆動軸２９が固定されている。これにより、駆動リンク板２８は、駆動軸２９を中心として回動するようになっている。

図１に示すように、タービンインペラ２の軸２ａのコンプレッサハウジング７側には、コンプレッサインペラ１６が軸２ａに一体的に連結されている。
コンプレッサハウジング７は、コンプレッサインペラ１６へ供給する空気を取り入れる空気取入口７ａを備えている。コンプレッサハウジング７とベアリングハウジング３との間で、コンプレッサインペラ１６の周囲には、コンプレッサインペラ１６側から供給された空気を昇圧する環状のディフューザ流路７ｂが形成されている。

ディフューザ流路７ｂの周囲には、ディフューザ流路７ｂの外周部に連通するコンプレッサスクロール流路７ｃが形成されている。コンプレッサスクロール流路７ｃには、コンプレッサスクロール流路７ｃ内の空気を、例えばエンジンのシリンダに供給するための空気排出口（図示略）が設けられている。

以上の構成により、本実施形態のターボチャージャ１は、例えばエンジンのシリンダから排出された排気ガスをタービンハウジング５のスクロール流路５ａに取り込んで、排気ノズル８を介してタービンインペラ２に供給する。これにより、タービンインペラ２が回転して、軸２ａを回転させ、コンプレッサインペラ１６が回転する。

空気取入口７ａから取り入れられ、コンプレッサインペラ１６の回転により圧縮された空気は、ディフューザ流路７ｂを通過する過程で昇圧され、コンプレッサスクロール流路７ｃに供給される。そして、コンプレッサスクロール流路７ｃ内の昇圧された空気は、空気排出口から、例えばエンジンのシリンダに供給される。

ここで、本実施形態のターボチャージャ１は、例えばエンジンの回転数等に基づいて、タービンインペラ２に供給する排気ガスの圧力を調整する排気ノズル８を備えている。排気ノズル８により排気ガスの圧力を調整する際には、まず、アクチュエータ等の動力源により、駆動軸２９を所定の角度、軸回りに回転させる。これにより、駆動リンク板２８が駆動軸２９を中心として回動する。

駆動リンク板２８が回動すると、駆動リンク板２８の駆動スライド溝２８ａに、駆動スライド部材２７を介して嵌合した駆動リンクピン２６が、駆動スライド溝２８ａの延在方向にスライドしつつ駆動リング２１の周方向に回動する。これにより、連結板２６ｂに連結された一対のリンクピン２４，２４が駆動リング２１の周方向に回動し、駆動リング２１を周方向に回動させる。

駆動リング２１が周方向に回動すると、リンクピン２４の各々にスライド部材２５を介して連結されたリンク板２２の各々が、ノズルベーン１０の支持軸９を中心として同期して回動する。これにより、支持軸９が各々回転してノズルベーン１０の各々が開閉するようになっている。
そして、ノズルベーン１０の開度を調整することで、タービンインペラ２に供給する排気ガスの圧力を調整することができる。

次に、この実施の形態の作用について説明する。
本実施形態のターボチャージャ１は、リンク機構２０を構成する駆動リング２１の内縁の周方向に凹部２１ｂが形成され、ローラピン３０は凹部２１ｂを挟持することで駆動リング２１を回動可能に支持している。そして、ローラピン３０を構成するピン部材３１とローラ部材３２のリンク板２２側の面が、駆動リング２１のリンク板２２側の面と段差なく面一に形成されている。これにより、ローラピン３０は、駆動リング２１のリンク板２２側に突出しないように設けられている。したがって、リンク機構２０が駆動して、リンク板２２がノズルベーン１０の支持軸９を中心として駆動リング２１の周方向に回動した場合であっても、ローラピン３０とリンク板２２とが干渉することを防止できる。

また、凹部２１ｂは駆動リング２１の内縁に設けられているので、ローラピン３０は駆動リング２１の内縁の内側に配置されている。したがって、凹部２１ｂを駆動リング２１の外縁に設け、ローラピン３０を駆動リング２１の外縁の外側に配置する場合と比較して、リンク機構２０を径方向に小型化させることができる。

また、凹部２１ｂは、例えば周方向に均等に配置された３つのローラピン３０の位置と、駆動リング２１の回動範囲、すなわち駆動リング２１の回転許容角度θに対応して駆動リング２１の周方向の３箇所に形成されている。したがって、凹部２１ｂの幅を調整することで、駆動リング２１の回転許容角度θを調整することができる。回転許容角度θを調整することで、ノズルベーン１０同士が開閉時に衝突したり、ノズルベーン１０が必要以上に回転したりすることを防止できる。

また、ローラピン３０のピン部材３１は、図２に示すように、排気導入壁１２ａの貫通孔１５に縮径部３１ｃが挿通され、縮径部３１ｃの先端部がかしめられて係止部３１ｄが設けられている。そのため、例えば排気ガスの熱によりリンク機構２０が高温に達した場合であっても、従来ようにローラピンをネジ穴に螺合させたりキリ穴に圧入したりする場合と比較して、ローラピン３０が脱落することをより確実に防止することができる。

また、貫通孔１５の排気ガスの流路側には、貫通孔１５の内径よりも内径が大きく形成され、ピン部材３１の係止部３１ｄを収容する拡径部が設けられている。そして、係止部３１ｄの流路側の面と、排気導入壁１２ａの流路側の面とが、段差なく面一に形成されている。したがって、一対の排気導入壁１２ａ，１２ｂの間に形成される排気ガスの流路の流路抵抗を減少させ、排気ガスの圧力損失を低減することができる。これにより、タービンインペラ２を排気ガスによって、より効率よく回転させることができる。

また、ローラピン３０は、排気導入壁１２ａに固定されたピン部材３１と、ピン部材３１に挿通されピン部材３１に回転自在に装着されたローラ部材３２とにより構成されている。また、ローラ部材３２の側面には溝部３２ｂが形成され、溝部３２ｂに駆動リング２１の凹部２１ｂが挟持されている。これにより、駆動リング２１が周方向に回動する際の抵抗を低減し、より円滑にリンク機構２０を駆動させることができる。

以上説明したように、本実施形態のターボチャージャ１によれば、リンク機構２０を駆動させてリンク板２２が駆動リング２１の周方向に回動した場合であっても、ローラピン３０とリンク板２２とが干渉することを防止できる。したがって、リンク板２２の回動がローラピン３０によって制限されることを防止することができ、リンク板２２をより大きな角度で回動させることができる。そのため、ノズルベーン１０の開閉角度が制限されることを防止できる。これにより、スクロール流路５ａからタービンインペラ２側に供給される排気ガスの圧力の調整範囲を拡大させることができる。

尚、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、駆動リングの凹部を駆動リングの外縁に設け、ローラピンを駆動リングの外縁に配置してもよい。また、駆動リングの凹部は、内縁と外縁の少なくとも一方の全周に亘って連続的に形成してもよい。また、各部材の連結方法はかしめに限られず、例えば溶接等であってもよい。

本発明の実施の形態におけるターボチャージャの断面図である。 図１の部分拡大図である。 図１に示すターボチャージャが備える駆動リングの平面図である。 図１に示すターボチャージャが備えるタービンハウジングの平面図である。

符号の説明

１ ターボチャージャ、２ タービンインペラ、２ａ 軸、３ ベアリングハウジング（軸受けハウジング）、５ タービンハウジング、５ａ スクロール流路、８ 排気ノズル、９ 支持軸、１０ ノズルベーン、１２ａ 排気導入壁、１２ｂ 排気導入壁、１５ 貫通孔、１５ａ 拡径部、２０ リンク機構、２１ 駆動リング、２１ｂ 凹部、２２ リンク板、２２ａ スライド溝、３０ ローラピン、３１ ピン部材、３２ ローラ部材、３２ｂ 溝部

Claims (6)

1. タービンインペラを回転可能に支持する軸受けハウジングと、前記タービンインペラに排気ガスを供給するスクロール流路が形成されたタービンハウジングと、前記スクロール流路内から前記タービンインペラ側に供給される前記排気ガスの圧力を調整する排気ノズルと、を備えた可変容量型のターボチャージャにおいて、
   前記排気ノズルは、前記タービンインペラの周囲に支持軸によって回動可能に支持された複数のノズルベーンと、前記支持軸を回動させるリンク機構と、を備え、
   前記リンク機構は、複数のローラピンによって周方向に回動可能に支持された駆動リングと、該駆動リングの周方向に配置された複数のリンク板と、を備え、
   前記リンク板の各々は、一端部が前記駆動リングに回動可能に連結され、他端部が前記ノズルベーンの各々の前記支持軸にそれぞれ連結され、
   前記駆動リングの内縁または外縁の少なくとも一方には、前記周方向に凹部が形成され、
   前記ローラピンは、前記駆動リングの前記凹部を支持し、前記駆動リングの前記リンク板側に突出しないように設けられていることを特徴とするターボチャージャ。
2. 前記凹部は、前記駆動リングの内縁に設けられていることを特徴とする請求項１記載のターボチャージャ。
3. 前記凹部は、前記ローラピンの位置と前記駆動リングの回動範囲とに対応して、複数設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のターボチャージャ。
4. 前記排気ノズルは、前記排気ガスの流路を形成する排気導入壁を備え、
   前記ローラピンは、前記排気導入壁に形成された貫通孔に挿通され、
   前記ローラピンの前記流路側の端部には、前記貫通孔の内径よりも外径が大きく形成された係止部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のターボチャージャ。
5. 前記貫通孔の前記流路側には、前記貫通孔の内径よりも内径が大きく形成され、前記係止部を収容する拡径部が設けられ、
   前記係止部の前記流路側の面は、前記排気導入壁の前記流路側の面と面一に形成されていることを特徴とする請求項４記載のターボチャージャ。
6. 前記ローラピンは、前記排気導入壁に固定されたピン部材と、前記ピン部材に挿通され前記ピン部材に回転自在に装着されたローラ部材とを備え、
   前記ローラ部材の側面には溝部が形成され、該溝部に前記駆動リングの前記凹部が挟持されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のターボチャージャ。

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