JP7435764B2

JP7435764B2 - 過給機

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Publication number: JP7435764B2
Application number: JP2022528785A
Authority: JP
Inventors: 克憲林; 健悟池田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2020-06-02
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2024-02-21
Anticipated expiration: 2041-05-27
Also published as: CN115398086A; DE112021001344T5; WO2021246294A1; US20230077677A1; US11939887B2; JPWO2021246294A1

Description

本開示は、過給機に関する。

特許文献１は、可変容量型の過給機を開示する。可変容量型の過給機は、複数のノズルベーンによってガスの流路面積を変化させる。その結果、タービン翼車に供給されるガスの流速を制御することができる。ガスの流速を制御する機能を奏する機構は、例えば、可変容量機構と呼ばれる。可変容量機構は、複数のノズルベーンと、複数の円盤状の部品と、を構成部品として備える。特許文献１が開示する可変容量機構は、位置決めピンを有する。位置決めピンは、タービンインペラの回転中心軸まわりにおける円盤状の部品の位置を規制する。

国際公開第２０１７／１５０４５０号

過給機が稼働状態であるとき、過給機には高温のガスが供給されている。高温のガスが供給された結果、過給機を構成する可変容量機構などの部品の温度が上昇する。部品の温度が上昇すると、部品の熱変形が生じる。過給機を構成する部品は、温度に対する熱変形の程度が様々である。熱変形の程度に差があると、部品同士の位置関係が変わる。部品同士の位置関係の変化は、過給機の特性に影響を与える。

そこで、本開示は、稼働時における特性を維持できる過給機を説明する。

本開示の過給機は、タービン翼車を収容する第１ハウジングと、タービン翼車が固定された回転軸を回転可能に支持する第２ハウジングと、タービン翼車を囲み、タービン翼車に流体を導く可変容量機構と、を備える。可変容量機構は、第２ハウジングに対面するノズルリングを有する。第２ハウジング及びノズルリングの一方には、第２ハウジングとノズルリングとの間に延びる第１ピン及び第２ピンが取り付けられる。第２ハウジング及びノズルリングの他方には、第１ピンの端部が配置される第１ガイド及び第２ピンの端部が配置される第２ガイドが設けられている。

本開示の過給機によれば、稼働時における特性を維持できる。

図１は、実施形態の過給機を示す断面図である。図２は、図１に示す可変容量機構を示す斜視図である。図３は、ノズルリングに設けられたガイド穴を示す平面図である。図４は、変形例１の過給機を構成するノズルリングに設けられたガイド穴を示す平面図である。図５は、変形例２の過給機を構成するノズルリングに設けられたガイド穴を示す平面図である。図６は、変形例３の過給機を構成するノズルリングに設けられたガイド穴を示す平面図である。図７は、変形例４の過給機を構成するノズルリングに設けられたガイド穴を示す平面図である。図８は、変形例５の過給機を構成するノズルリングに設けられたガイド穴を示す平面図である。図９は、変形例６の過給機を構成するノズルリングに設けられたガイド穴を示す平面図である。図１０は、比較例の過給機が有する可変容量機構の平面図である。図１１は、比較例の過給機において生じる第１の態様を説明する可変容量機構の平面図である。図１２は、比較例の過給機において生じる第２の態様を説明する可変容量機構の平面図である。

本開示の過給機は、タービン翼車を収容する第１ハウジングと、タービン翼車が固定された回転軸を回転可能に支持する第２ハウジングと、タービン翼車を囲み、タービン翼車に流体を導く可変容量機構と、を備える。可変容量機構は、第２ハウジングに対面するノズルリングを有する。第２ハウジング及びノズルリングの一方には、第２ハウジングとノズルリングとの間に延びる第１ピン及び第２ピンが取り付けられる。第２ハウジング及びノズルリングの他方には、第１ピンの端部が配置される第１ガイド及び第２ピンの端部が配置される第２ガイドが設けられる。

熱変形が生じたとき、第２ハウジングに対する可変容量機構の相対的な位置関係は、第１ピン及び第１ガイドによる規制と、第２ピン及び第２ガイドによる規制と、により維持される。従って、稼働している過給機は、所望の性能を発揮できる。

一形態において、第１ガイドは、第１ガイド軸線の方向に延びる長穴または溝であってもよい。この構成によっても、第２ハウジングに対する可変容量機構の相対的な位置関係が維持される。従って、稼働している過給機は、所望の性能を発揮できる。

一形態において、第１ガイド軸線は、タービン翼車の回転軸線と交差してもよい。この構成によっても、第２ハウジングに対する可変容量機構の相対的な位置関係が維持される。従って、稼働している過給機は、所望の性能を発揮できる。

一形態において、第２ガイドは、丸穴であってもよい。第２ガイドは、第１ガイド軸線の垂線上に設けられてもよい。第１ガイド軸線と垂線との交点は、ノズルリングの中心と重複してもよい。この構成によっても、第２ハウジングに対する可変容量機構の相対的な位置関係が維持される。従って、稼働している過給機は、所望の性能を発揮できる。

一形態において、第２ガイドは、丸穴であってもよい。第２ガイドは、第１ガイド軸線の垂線上に設けられてもよい。第１ガイド軸線と垂線との交点は、ノズルリングの中心と重複しなくてよい。この構成によっても、第２ハウジングに対する可変容量機構の相対的な位置関係が維持される。従って、稼働している過給機は、所望の性能を発揮できる。

一形態において、第１ガイドは、第１ガイド軸線の方向に延びる長穴または溝であってもよい。第２ガイドは、第１ガイド軸線とは異なる第２ガイド軸線の方向に延びる長穴または溝であってもよい。この構成によっても、ベアリングハウジングに対する可変容量機構の相対的な位置関係が維持される。従って、稼働している過給機は、所望の性能を発揮できる。

一形態において、第１ガイド軸線は、第２ガイド軸線に交差してよい。この構成によっても、第２ハウジングに対する可変容量機構の相対的な位置関係が維持される。従って、稼働している過給機は、所望の性能を発揮できる。

一形態において、第１ガイド軸線と第２ガイド軸線とが互いに交差する点は、ノズルリングの中心と重複してよい。この構成によっても、第２ハウジングに対する可変容量機構の相対的な位置関係が維持される。従って、稼働している過給機は、所望の性能を発揮できる。

一形態において、第１ガイド軸線と第２ガイド軸線とが互いに交差する点は、ノズルリングの中心と重複しなくてよい。この構成によっても、第２ハウジングに対する可変容量機構の相対的な位置関係が維持される。従って、稼働している過給機は、所望の性能を発揮できる。

一形態において、第１ガイド軸線は、第２ガイド軸線に対して平行であってよい。この構成によっても、第２ハウジングに対する可変容量機構の相対的な位置関係が維持される。従って、稼働している過給機は、所望の性能を発揮できる。

一形態において、第１ガイド軸線は、第２ガイド軸線に対して第１ガイド軸線と直交する方向に離間してよい。この構成によっても、第２ハウジングに対する可変容量機構の相対的な位置関係が維持される。従って、稼働している過給機は、所望の性能を発揮できる。

一形態において、第１ガイド軸線及び第２ガイド軸線は、ノズルリングの中心をとおる共通の軸線であってよい。この構成によっても、第２ハウジングに対する可変容量機構の相対的な位置関係が維持される。従って、稼働している過給機は、所望の性能を発揮できる。

一形態において、第２ハウジング及びノズルリングの一方には、第２ハウジングとノズルリングとの間に延びる第３ピンがさらに設けられてもよい。第２ハウジング及びノズルリングの他方には、第３ピンの端部が配置される第３ガイドが設けられていてもよい。この構成によっても、第２ハウジングに対する可変容量機構の相対的な位置関係が維持される。従って、稼働している過給機は、所望の性能を発揮できる。

一形態において、第３ガイドは、タービン翼車の回転軸線と交差する第３ガイド軸線の方向に延びる長穴または溝であってもよい。第３ピンは、第１ピンの中心と第２ピンの中心とを結ぶ線の垂直二等分線上に配置されていてもよい。この構成によっても、第２ハウジングに対する可変容量機構の相対的な位置関係が維持される。従って、稼働している過給機は、所望の性能を発揮できる。

一形態において、ノズルリングには、貫通穴が設けられてもよい。第２ハウジングには、貫通穴にはめ込まれるはめ込み部が設けられてもよい。この構成によれば、ノズルリングと第２ハウジングとは、いわゆるインロー構造（centering location structure, spigot type structure）を構成できる。従って、第２ハウジングに対する可変容量機構の相対的な位置関係を維持することができる。

以下、添付図面を参照しながら本開示の過給機を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示す過給機１は、可変容量型の過給機である。過給機１は、例えば、船舶又は車両の内燃機関に適用される。過給機１は、タービン１０とコンプレッサ２０とを有する。タービン１０は、タービンハウジング１１（第１ハウジング）と、タービン翼車１２と、可変容量機構３０と、を有する。タービンハウジング１１は、スクロール流路１３を有する。スクロール流路１３は、タービン翼車１２の周囲において周方向に延びる。コンプレッサ２０は、コンプレッサハウジング２１と、コンプレッサ翼車２２と、を有する。コンプレッサ翼車２２は、コンプレッサハウジング２１に収納される。コンプレッサハウジング２１は、スクロール流路２３を有する。スクロール流路２３は、コンプレッサ翼車２２の周囲において周方向に延びる。

タービン翼車１２は回転軸２の第１端に設けられている。コンプレッサ翼車２２は回転軸２の第２端に設けられている。タービンハウジング１１とコンプレッサハウジング２１との間には、ベアリングハウジング３（第２ハウジング）が設けられている。回転軸２は、ベアリング４を介してベアリングハウジング３に回転可能に支持される。回転軸２、タービン翼車１２及びコンプレッサ翼車２２は、一体の回転体５を構成する。回転体５は回転軸線ＡＸの周りに回転する。

タービンハウジング１１は、図示しない流入口と、流出口１４と、を有する。図示しない内燃機関から排出された排気ガスは、流入口を通過した後にタービンハウジング１１に流入する。流入した排気ガスは、スクロール流路１３を通過した後にタービン翼車１２に流入する。そして、排気ガスは、タービン翼車１２を回転させる。その後、排気ガスは、流出口１４を通過した後にタービンハウジング１１の外部に流出する。

コンプレッサハウジング２１は、吸入口２４と、図示しない吐出口と、を有する。タービン翼車１２が回転すると、回転軸２を介してコンプレッサ翼車２２が回転する。回転するコンプレッサ翼車２２は、吸入口２４を介して外部の空気を吸入する。吸入された空気は、コンプレッサ翼車２２及びスクロール流路２３を通過することにより圧縮される。空気は、圧縮空気として吐出口から吐出される。圧縮空気は、内燃機関に供給される。

タービン１０は、接続流路Ｓを有する。接続流路Ｓは、スクロール流路１３からタービン翼車１２へ排気ガスを導く。接続流路Ｓには、複数のノズルベーン３４が配置される。複数のノズルベーン３４は、回転軸線ＡＸを中心とする基準円上に等間隔に配置される。互いに隣接するノズルベーン３４は、ノズルを構成する。複数のノズルベーン３４は回転軸線ＡＸに平行な軸線の周りに回転する。複数のノズルベーン３４の回転は、同期している。複数のノズルベーン３４が回転することで、接続流路Ｓの断面積が調整される。接続流路Ｓの断面積を調整する機構として、タービン１０は、可変容量機構３０を有する。可変容量機構３０は、タービンハウジング１１に取り付けられる。

＜可変容量機構＞
図１及び図２に示すように、可変容量機構３０は、ＣＣプレート３１（Clearance Control Plate）と、ノズルリング３２と、複数のＣＣピン３３（Clearance Control Pin）と、を有する。ノズルリング３２は、ＣＣプレート３１と対面する。ＣＣピン３３は、ＣＣプレート３１をノズルリング３２に連結する。ＣＣプレート３１とノズルリング３２との間には、接続流路Ｓが形成される。可変容量機構３０は、さらに、複数のノズルベーン３４と、駆動リング３５と、複数のノズルリンク板３６と、駆動リンク板３７と、を有する。ノズルリンク板３６及び駆動リンク板３７は、ノズルリング３２に対してＣＣプレート３１とは反対側に配置される。駆動リング３５及び駆動リンク板３７は、協働してノズルリンク板３６を回転させる。ノズルリンク板３６が回転すると、ノズルベーン３４が回転する。

ＣＣプレート３１の形状は、回転軸線ＡＸを中心とするリング状である。ＣＣプレート３１は、軸穴３１ｈ（図１参照）を有する。ＣＣプレート３１は、軸穴３１ｈに配置されたタービン翼車１２を周方向に囲む。タービン翼車１２の周方向とは、回転軸線ＡＸを中心とする方向である。ＣＣプレート３１は、スクロール流路１３と流出口１４との間に配置される。ＣＣプレート３１は、回転軸線ＡＸに沿ってノズルリング３２から離間する。接続流路Ｓは、ＣＣプレート３１とノズルリング３２との間に形成される。接続流路Ｓは、スクロール流路１３を流出口１４に接続する。ＣＣプレート３１は、ノズルリング３２に対してベアリングハウジング３とは反対側に配置される。ＣＣプレート３１は、複数のピン穴３１ｐを有する。複数のピン穴３１ｐの周方向における間隔は、互いに等しい。

ノズルリング３２の形状も、回転軸線ＡＸを中心とするリング状である。ノズルリング３２は、軸穴３２ｈ（貫通穴）を有する。ノズルリング３２も、軸穴３２ｈに配置されたタービン翼車１２を周方向に囲む。ノズルリング３２も、スクロール流路１３と流出口１４との間に配置される。ＣＣプレート３１は、ノズルリング３２に対して平行である。ノズルリング３２は、複数のピン穴３２ｐを有する。複数のピン穴３２ｐの周方向における間隔は、互いに等しい。ピン穴３２ｐの中心軸線は、ピン穴３１ｐの中心軸線と重複する。ピン穴３２ｐは、ピン穴３１ｐと同軸である。

ノズルリング３２は、ノズルリング本体３２ａと、ノズルリングフランジ３２ｂと、を有する。ノズルリング本体３２ａの形状は、円筒状である。ノズルリング本体３２ａは、軸穴３２ｈを有する。ノズルリング本体３２ａは、複数のベーン軸穴３２ｃを有する。複数のベーン軸穴３２ｃの周方向における間隔は、互いに等しい。ノズルリングフランジ３２ｂは、ノズルリング本体３２ａの外周面から径方向に突出する。ノズルリング３２の外径は、ノズルリングフランジ３２ｂの外径によって規定される。ノズルリングフランジ３２ｂは、複数のピン穴３２ｐを有する。ピン穴３２ｐの位置は、ベーン軸穴３２ｃの位置よりもノズルリング３２の径方向の外側である。

ノズルリング３２は、ＣＣプレート３１に対して離間している。つまり、ノズルリング３２とＣＣプレート３１との間には、隙間が形成されている。この隙間は、排気ガスが通過する接続流路Ｓである。ノズルリング３２とＣＣプレート３１との間の隙間は、ＣＣピン３３によって維持される。ＣＣピン３３の第１端は、ＣＣプレート３１のピン穴３１ｐに差し込まれる。ＣＣピン３３の第２端は、ノズルリング３２のピン穴３２ｐに差し込まれる。

複数のノズルベーン３４は、回転軸線ＡＸを中心とする基準円上に配置される。ノズルベーン３４は、ベーン本体３４ａと、ベーン軸３４ｂと、を有する。ベーン本体３４ａは、ＣＣプレート３１とノズルリング３２との間に配置される。ベーン本体３４ａは、接続流路Ｓに配置される。ベーン軸３４ｂの第１端は、ベーン本体３４ａに固定される。ベーン軸３４ｂの第２端は、ノズルリング３２のベーン軸穴３２ｃに挿入される。ベーン軸３４ｂの第２端の先端部は、ノズルリング本体３２ａから突出する。ベーン軸３４ｂは、ノズルリング３２に対して回転可能である。ベーン本体３４ａは、ベーン軸３４ｂの回転に伴って回転する。可変容量機構３０では、ベーン本体３４ａを回転させることによって、接続流路Ｓの断面積を調整する。断面積が調整された結果、スクロール流路１３からタービン翼車１２に供給される排気ガスの流速が制御される。従って、タービン翼車１２の回転数を所望の値に制御できる。

駆動リング３５は、ノズルリングフランジ３２ｂ上に配置される。駆動リング３５の形状は、回転軸線ＡＸを中心とするリング状である。駆動リング３５は、軸穴３５ｈを有する。軸穴３５ｈには、ノズルリング本体３２ａが差し込まれる。駆動リング３５は、ノズルリング３２に対して同軸である。駆動リング３５は、回転軸線ＡＸを中心にノズルリング３２に対して回転可能である。駆動リング３５は、駆動リング本体３５ａと、複数のリンク板配置部３５ｂと、を有する。リンク板配置部３５ｂの周方向における間隔は、互いに等しい。リンク板配置部３５ｂは、周方向において互いに離間する２つの起立部材を有する。

ノズルリンク板３６の形状は、バー状である。ノズルリンク板３６の第１端は、ベーン軸３４ｂの端部に固定されている。ノズルリンク板３６の第２端は、駆動リング３５のリンク板配置部３５ｂに配置されている。より詳細には、ノズルリンク板３６の第２端は、リンク板配置部３５ｂの２つの起立部材の間に配置される。駆動リング３５が駆動リンク板３７から駆動力を受けたとき、駆動リング３５は、回転軸線ＡＸを中心に回転する。ノズルリンク板３６の第２端は、駆動リング３５の回転に伴って周方向に沿って移動する。ノズルリンク板３６の第２端の移動により、ノズルリンク板３６は、ベーン軸３４ｂを中心に回転する。ノズルリンク板３６の回転に伴って、ノズルリンク板３６の第１端に取り付けられたベーン軸３４ｂが回転する。ベーン軸３４ｂの回転に伴って、ベーン軸３４ｂの第１端に取り付けられたベーン本体３４ａが回転する。その結果、ベーン本体３４ａ同士の間隔が変化する。つまり、接続流路Ｓの断面積が変化する。

ところで、過給機１が稼働状態（熱間時）であるとき、タービン１０には排気ガスが流れる。排気ガスは高温である。従って、排気ガスが流れるスクロール流路１３、可変容量機構３０及びタービン翼車１２などの温度が上昇する。温度の上昇は、部品に熱変形を生じさせる。可変容量機構３０とベアリングハウジング３との位置関係に注目する。

可変容量機構３０は、ベアリングハウジング３に対して位置決めされている。可変容量機構３０のノズルリング３２の軸穴３２ｈにベアリングハウジング３の突出部３ａがはめ込まれている。軸穴３２ｈの内周面に対して、突出部３ａ（はめ込み部）の外周面が接触している。従って、可変容量機構３０及びベアリングハウジング３は、協働して、インロー構造３９を構成する。より詳細には、ノズルリング本体３２ａのリブ３２ｒ及びベアリングハウジング３の突出部３ａは、インロー構造３９を構成する。インロー構造３９によって、ベアリングハウジング３に対する可変容量機構３０の位置が決まっている。

稼働時において部品の温度が上昇するとき、排気ガスは、可変容量機構３０の内部を流れる。従って、可変容量機構３０の温度は上昇しやすい。例えば、稼働前（温度が上昇する前）の可変容量機構３０の温度と稼働中（温度が上昇した後）の可変容量機構３０の温度との温度差は、稼働前のベアリングハウジング３の温度と稼働中のベアリングハウジング３の温度との温度差よりも大きい。その結果、可変容量機構３０の熱変形量は、ベアリングハウジング３の熱変形量よりも大きい。そうすると、上述したインロー構造３９に変化が生じる。より詳細には、ノズルリング３２が熱変形した結果、軸穴３２ｈの内径は大きくなる。ベアリングハウジング３も熱変形した結果、突出部３ａの外径は大きくなる。しかし、軸穴３２ｈの内径の増加量は、突出部３ａの外径の増加量に一致しない。軸穴３２ｈの内径の増加量は、突出部３ａの外径の増加量より大きい。熱変形が生じる前は、軸穴３２ｈの内周面に対して、突出部３ａの外周面が接触している。熱変形が生じた後は、軸穴３２ｈの内周面と突出部３ａの外周面との間に隙間が生じる。

図１０は、比較例の過給機１０１が有する可変容量機構１３０を示す。軸穴１３２ｈの内周面と突出部１０３ａの外周面との間に隙間が生じたとき、可変容量機構１３０は、ベアリングハウジング１０３に対して相対的に移動できる状態である。例えば、可変容量機構１３０は、ベアリングハウジング１０３に対して鉛直下向きに移動する。ベアリングハウジング１０３は、可変容量機構１３０に対して鉛直上向きに移動する。

可変容量機構１３０に対してベアリングハウジング１０３が相対的に鉛直上向きに移動すると、ノズルベーン１３４が構成する接続流路の断面積は変化する。稼働時におけるノズルベーン１３４が構成する接続流路の実際の断面積は、設計上の接続流路の断面積と異なる。その結果、タービン翼車１１２に提供される排気ガスの流速は、所望の値と異なる。従って、過給機１０１は、意図した性能を発揮できない可能性がある。

可変容量機構１３０に対するベアリングハウジング１０３の相対的な位置ずれと、ノズルベーン１３４の動きとの関係を詳細に説明する。位置ずれとノズルベーン１３４の動きとの関係には、３つの態様が挙げられる。

第１の態様として、ベアリングハウジング１０３の移動に起因する規制ピン１４３の動きが挙げられる。図１１に示すように、ベアリングハウジング１０３は、規制ピン１４３を有する。規制ピン１４３は、ベアリングハウジング１０３に対して固定されている。規制ピン１４３は、回転方向における可変容量機構１３０の移動を規制する。規制ピン１４３の先端は、ノズルリング１３２のガイド溝１４２に差し込まれている。可変容量機構１３０に対してベアリングハウジング１０３が鉛直上向きに相対的に移動したと仮定する。ベアリングハウジング１０３の移動に伴って、規制ピン１４３も可変容量機構１３０に対して鉛直上向きに移動しようとする。規制ピン１４３の移動は、ノズルリング１３２を時計回りに回転させる駆動力Ｆ１を発生する。駆動力Ｆ１によって、ノズルリング１３２が駆動リング１３５に対して回転する。その結果、ノズルリンク板１３６の回転が生じる。ノズルリンク板１３６の回転に伴って、ノズルベーン１３４の開度も変化する。例えば、ノズルベーン１３４は、ベーン本体１３４ａの先端がタービン翼車１１２に近づくように回転する。

第２の態様として、ベアリングハウジング１０３の移動に起因する駆動リンク板１３７の動きが挙げられる。図１２に示すように、ベアリングハウジング１０３の移動に伴って、駆動リンク板１３７も上方向に移動する。駆動リンク板１３７の移動は、ノズルリング１３２に対して駆動リング１３５を反時計回りに回転させる駆動力Ｆ２を発生する。駆動力Ｆ２によって、駆動リング１３５がノズルリング１３２に対して回転する。その結果、ノズルリンク板１３６の回転を生じさせる。ノズルリンク板１３６の回転に伴って、ノズルベーン１３４の開度も変化する。例えば、ノズルベーン１３４は、ベーン本体１３４ａの先端がタービン翼車１１２に近づくように回転する。

第１の態様によるノズルリング１３２の回転方向は、第２の態様による駆動リング１３５の回転方向に対して逆である。つまり、第１の態様及び第２の態様によって、ノズルリング１３２に対する駆動リング１３５の回転方向の位置のずれが大きくなる。その結果、ノズルベーン１３４の不要な回転量が大きくなる。

第３の態様として、タービン翼車１１２に対する可変容量機構１３０の動きが挙げられる。ベアリングハウジング１０３は、回転軸１０２を回転可能に保持している。従って、ベアリングハウジング１０３の相対的な移動に伴って、回転軸１０２も可変容量機構１３０に対して移動する。回転軸１０２の端部にはタービン翼車１１２が固定されている。つまり、ベアリングハウジング１０３の相対的な移動に伴って、タービン翼車１１２も可変容量機構１３０に対して移動する。具体的には、タービン翼車１１２とノズルベーン１３４との隙間に偏りが生じる。理想的には、タービン翼車１１２とノズルベーン１３４との隙間Ｇ１（図１０参照）は、回転軸線の周りに一定である。しかし、タービン翼車１１２が可変容量機構１３０に対して移動すると、タービン翼車１１２とノズルベーン１３４との隙間において、隙間が狭くなる部分Ｇ２（図１２参照）と、隙間が拡大する部分Ｇ３と、が生じる。タービン翼車１１２とノズルベーン１３４との位置変化によっても、タービン翼車１１２に提供される排気ガスの流速が変わる。

可変容量機構１３０に対するベアリングハウジング１０３の相対的な位置ずれによって、上述した第１の態様、第２の態様及び第３の態様が生じる。第１の態様、第２の態様及び第３の態様の発生によって、ノズルベーン１３４の開度が変化する。さらに、ノズルベーン１３４に対するタービン翼車１１２の相対的な位置が変化する。その結果、過給機１０１は、意図した性能を発揮できない。

実施形態の過給機１は、この問題を解決する。過給機１は、稼働時において可変容量機構３０に対するベアリングハウジング３の相対的な位置ずれの発生を抑制する。位置ずれの発生を抑制することによって、過給機１は、意図した性能を発揮する。以下、相対的な位置ずれの発生を抑制する機構（以下、「位置ずれ規制機構４０」と称する）について詳細に説明する。

図３に示すように、位置ずれ規制機構４０は、案内部４１と、案内部４２と、を有する。案内部４１は、案内軸線Ａ４１（第１ガイド軸線）の方向への平行移動を許可する。一方、案内部４１は、そのほかの方向への平行移動を禁止する。案内部４２は、案内軸線Ａ４２（第２ガイド軸線）の方向への平行移動を許可する。一方、案内部４２は、そのほかの方向への平行移動を禁止する。案内軸線Ａ４１の向きは、案内軸線Ａ４２の向きとは異なる。例えば、案内軸線Ａ４１と案内軸線Ａ４２との間の角度は、１２０度としてよい。案内軸線Ａ４１は、案内軸線Ａ４２と交差する。案内軸線Ａ４１及び案内軸線Ａ４２は、交点Ｐを有する。交点Ｐは、ノズルリング３２の中心Ｃ３２と一致する。ノズルリング３２の中心Ｃ３２は、回転軸線ＡＸと読み替えてもよい。

案内部４１は、ガイド穴４１Ｇ（第１ガイド）と規制ピン４１Ｐ（第１ピン）とを有する。ガイド穴４１Ｇは、ノズルリング本体３２ａのリング主面３２Ｓに設けられる。ガイド穴４１Ｇは、長穴である。ガイド穴４１Ｇは、案内軸線Ａ４１の方向に延びる。規制ピン４１Ｐの形状は、円柱である。規制ピン４１Ｐの基端は、ベアリングハウジング３に固定されている。規制ピン４１Ｐの先端は、ガイド穴４１Ｇに配置される。

案内部４２は、ガイド穴４２Ｇ（第２ガイド）と規制ピン４２Ｐ（第２ピン）とを有する。ガイド穴４２Ｇは、ガイド穴４１Ｇに対して、設けられる場所などが異なるだけである。同様に、規制ピン４２Ｐは、規制ピン４１Ｐに対して、設けられる場所などが異なるだけである。従って、ガイド穴４２Ｇ及び規制ピン４２Ｐの詳細な説明は、省略する。

＜作用効果＞
過給機１は、熱変形が生じた場合であっても、ベアリングハウジング３に対する可変容量機構３０の相対的な位置関係が、規制ピン４１Ｐ及びガイド穴４１Ｇによる規制と、規制ピン４２Ｐ及びガイド穴４２Ｇによる規制と、により、維持される。従って、稼働している過給機１は、所望の性能を発揮できる。

過給機１の作用効果についてより詳細に説明する。ノズルリング３２は、熱変形によって全体的に膨張する。熱変形は、周方向に等方的であり向きによって相違がないものと仮定する。そうすると、案内部４１及び案内部４２は、径方向への変形のみを許容する。熱変形によってノズルリング３２の軸穴３２ｈの内周面とベアリングハウジング３の外周面との間に隙間が生じる。この隙間によってベアリングハウジング３に対するノズルリング３２の位置は、相対的に変化しようとする。しかし、可変容量機構３０の平行移動は、案内部４１及び案内部４２によって規制されている。そして、案内部４１が許可する移動の方向は、案内部４２が許可する移動の方向と異なっている。従って、ノズルリング３２は、あらゆる方向への平行移動が実質的に規制されている。つまり、ノズルリング３２は、ノズルリング３２の中心を起点とする等方的な膨張または収縮のみが許される。その結果、熱変形が生じた場合であっても、ベアリングハウジング３に対する可変容量機構３０の相対的な位置関係は維持される。従って、上述した第１の態様、第２の態様及び第３の態様は生じない。その結果、稼働している過給機１は、所望の性能を発揮できる。

以上、本開示の過給機について説明した。本開示の過給機は、上述した実施形態に限定されない。つまり、稼働時においてベアリングハウジング３に対する可変容量機構３０の相対的な位置関係を維持できる構成を採用してよい。また、ベアリングハウジング３に対する可変容量機構３０の相対的な位置関係は、停止時と稼働時とにおいて厳密に不変である必要もない。つまり、許容することができる性能の変動の範囲に基づいて、許容することができるベアリングハウジング３に対する可変容量機構３０の相対的な位置関係を定めてよい。

＜変形例１＞
図４は、変形例１の過給機１Ａの可変容量機構３０Ａが有するノズルリング３２Ａを示す。位置ずれ規制機構４０Ａは、案内部４３、４４を有する。案内部４３は、規制ピン４３Ｐとガイド穴４３Ｇと、を有する。案内部４３は、規制ピン４３Ｐ及びガイド穴４３Ｇによって、ノズルリング３２Ａの平面移動が可能な方向を案内軸線Ａ４３の方向に規制する。案内部４４は、規制ピン４４Ｐとガイド穴４４Ｇと、を有する。案内部４４は、規制ピン４４Ｐ及びガイド穴４４Ｇによって、ノズルリング３２Ａの平面移動が可能な方向を案内軸線Ａ４４の方向に規制する。案内部４３の案内軸線Ａ４３及び案内部４４の案内軸線Ａ４４は、交点ＰＡを構成する。ノズルリング３２Ａの中心Ｃ３２は、交点ＰＡと一致しない。換言すると、案内軸線Ａ４３と案内軸線Ａ４４との交点ＰＡの位置は、ノズルリング３２Ａの中心Ｃ３２の位置と異なる。交点ＰＡが中心Ｃ３２と一致しないという構成において、変形例１のノズルリング３２Ａは、実施形態のノズルリング３２と相違する。交点ＰＡが中心Ｃ３２と一致しないという構成によっても、稼働時におけるベアリングハウジング３に対する可変容量機構３０Ａの相対的な位置ずれの発生を抑制できる。一方の案内部４３に対する他方の案内部４４の相対的な位置関係を維持したまま、案内部４３、４４の位置を変更することができる。例えば、ベーン軸穴３２ｃに干渉しない位置に、案内部４３、４４を設けることができる。つまり、案内部４３、４４の設計の自由度を高めることができる。

＜変形例２＞
図５は、変形例２の過給機１Ｂの可変容量機構３０Ｂが有するノズルリング３２Ｂを示す。位置ずれ規制機構４０Ｂは、案内部４１、４２に加えて、さらに案内部４５を有する。変形例２の過給機１Ｂは、３組の案内部４１、４２、４５を有する。案内部４５は、規制ピン４５Ｐ（第３ピン）とガイド穴４５Ｇ（第３ガイド）と、を有する。案内部４５は、規制ピン４５Ｐ及びガイド穴４５Ｇによって、ノズルリング３２Ｂの平面移動が可能な方向を案内軸線ＰＬ（第３ガイド軸線）の方向に規制する。案内部４１、４２によれば、ノズルリング３２Ｂの変形が許容される方向は、案内軸線ＰＬの方向である。規制ピン４１Ｐの中心軸線と規制ピン４２Ｐの中心軸線とを結ぶ基準線ＢＬを設定する。案内軸線ＰＬは、基準線ＢＬの垂直二等分線である。案内部４５によれば、熱膨張を妨げることがない。つまり、案内部４１、４２によって位置が決まった状態で熱変形した場合に、熱変形の方向は案内軸線ＰＬの方向と一致する。この構成によれば、摩耗などの影響を低減するために、接触面積を増加させながら、熱変形を許容することができる。

＜変形例３＞
図６は、変形例３の過給機１Ｃの可変容量機構３０Ｃが有するノズルリング３２Ｃを示す。位置ずれ規制機構４０Ｃは、案内部４１及び案内部４６を有する。案内部４６は、規制ピン４６Ｐとガイド穴４６Ｇと、を有する。案内部４６は、規制ピン４６Ｐ及びガイド穴４６Ｇによって、ノズルリング３２Ｃの平面移動が可能な方向をガイド穴４６Ｇの軸線まわりに規制する。ガイド穴４６Ｇは、案内軸線Ａ４１の垂線Ａ４６上に設けられる。案内軸線Ａ４１と垂線Ａ４６との交点ＰＢは、ノズルリング３２Ｃの中心Ｃ３２と重複する。規制ピン４６Ｐは、実施形態の規制ピン４２Ｐと同様の円柱状の部品である。一方、ガイド穴４６Ｇは、丸穴である。つまり、ガイド穴４６Ｇは、実施形態のガイド穴４１Ｇのように長穴ではない。ガイド穴４６Ｇが丸穴であるという点において、変形例３の過給機１Ｃは、実施形態の過給機１と相違する。従って、案内部４６は、ガイド穴４６Ｇの軸線まわりにおけるノズルリング３２Ｃの回転移動のみを許容する。つまり、案内部４６は、ノズルリング３２Ｃの平行移動を規制する。この構成によっても、稼働時におけるベアリングハウジング３に対する可変容量機構３０Ｃの相対的な位置ずれの発生を抑制できる。なお、変形例３では、案内軸線Ａ４１と垂線Ａ４６との交点ＰＢは、ノズルリング３２Ｃの中心Ｃ３２と重複していた。しかし、交点ＰＢは、必ずしも中心Ｃ３２と重複する必要はない。つまり、変形例１のように、交点ＰＢは、中心Ｃ３２からずれていてもよい。

＜変形例４＞
図７は、変形例４の過給機１Ｄの可変容量機構３０Ｄが有するノズルリング３２Ｄを示す。位置ずれ規制機構４０Ｄは、案内部４７、４８を有する。案内部４７は、規制ピン４７Ｐとガイド穴４７Ｇと、を有する。案内部４７は、規制ピン４７Ｐ及びガイド穴４７Ｇによって、ノズルリング３２Ｄの平面移動が可能な方向を案内軸線Ａ４７の方向に規制する。案内部４８は、規制ピン４８Ｐとガイド穴４８Ｇと、を有する。案内部４８は、規制ピン４８Ｐ及びガイド穴４８Ｇによって、ノズルリング３２Ｄの平面移動が可能な方向を案内軸線Ａ４８の方向に規制する。変形例４の案内部４７、４８の互いの相対位置は、実施形態の案内部４１、４２の互いの相対位置と相違する。具体的には、実施形態では、案内軸線Ａ４１は、案内軸線Ａ４２と交差していた。案内軸線Ａ４１の向きは、案内軸線Ａ４２の向きと異なっていた。変形例４の案内軸線Ａ４７の向きは、案内軸線Ａ４８の向きと同じである。案内部４７の案内軸線Ａ４７は、案内部４８の案内軸線Ａ４８と交わらない。案内軸線Ａ４７は、案内軸線Ａ４８との交点を持たない。変形例４では、案内軸線Ａ４７は、案内軸線Ａ４８と重複する。このような案内軸線同士の関係によれば、案内部４７、４８は、ノズルリング３２の中心Ｃ３２を挟んで互いに点対称に配置されているともいえる。また、案内部４７、４８は、ノズルリング３２の中心Ｃ３２をとおる軸線Ｌ３２に対して線対称に配置されているともいえる。この構成によっても、稼働時におけるベアリングハウジング３に対する可変容量機構３０Ｄの相対的な位置ずれの発生を抑制できる。

＜変形例５＞
図８は、変形例５の過給機１Ｅの可変容量機構３０Ｅが有するノズルリング３２Ｅを示す。変形例５において位置ずれ規制機構４０Ｅは、案内部４９、５１を有する。案内部４９は、規制ピン４９Ｐとガイド穴４９Ｇと、を有する。案内部４９は、規制ピン４９Ｐ及びガイド穴４９Ｇによって、ノズルリング３２Ｅの平面移動が可能な方向を案内軸線Ａ４９の方向に規制する。案内部５１は、規制ピン５１Ｐとガイド穴５１Ｇと、を有する。案内部５１は、規制ピン５１Ｐ及びガイド穴５１Ｇによって、ノズルリング３２Ｅの平面移動が可能な方向を案内軸線Ａ５１の方向に規制する。案内部４９、５１は、変形例４のように案内軸線Ａ４９の向きが案内軸線Ａ５１の向きと同じである。案内軸線Ａ４９は、案内軸線Ａ５１とは重複しない。案内軸線Ａ４９と案内軸線Ａ５１とは互いに平行であるように離間している。このような案内軸線同士の関係によれば、案内部４９、５１は、ノズルリング３２Ｅの中心Ｃ３２を挟んで点対称に配置されているともいえる。案内部４９、５１は、ノズルリング３２Ｅの中心Ｃ３２をとおる軸線に対して線対称に配置されているとはいえない。この構成によっても、稼働時におけるベアリングハウジング３と可変容量機構３０Ｅとの相対的な位置ずれの発生を抑制できる。

＜変形例６＞
図９は、変形例６の過給機１Ｆの可変容量機構３０Ｆが有するノズルリング３２Ｆを示す。変形例６において位置ずれ規制機構４０Ｆは、案内部５２、５３を有する。案内部５２、５３が設けられる位置は、実施形態の案内部４１、４２と同じである。案内部５２は、規制ピン５２Ｐとガイド溝５２Ｇと、を有する。案内部５２は、規制ピン５２Ｐ及びガイド溝５２Ｇによって、ノズルリング３２Ｆの平面移動が可能な方向を案内軸線Ａ５２の方向に規制する。案内部５３は、規制ピン５３Ｐとガイド溝５３Ｇと、を有する。案内部５３は、規制ピン５３Ｐ及びガイド溝５３Ｇによって、ノズルリング３２Ｆの平面移動が可能な方向を案内軸線Ａ５３の方向に規制する。変形例６の過給機１Ｆは、ガイド穴４１Ｇに代えてガイド溝５２Ｇを有する点で、実施形態の過給機１と相違する。変形例６の過給機１Ｆは、実施形態のガイド穴４２Ｇに代えてガイド溝５３Ｇを有する点で、実施形態の過給機１と相違する。規制ピンを案内する部分は、両端が閉鎖された長穴に限定されない。ガイド溝５２Ｇ、５３Ｇのように、一方の端部が開放された溝であってもよい。ガイド溝５２Ｇ、５３Ｇは、外周側の端部がノズルリング本体３２ａの外周面に開口を有する。この構成によっても、実施形態と同様の効果を奏することができる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１０１過給機
２，１０２回転軸
３，１０３ベアリングハウジング（第２ハウジング）
３ａ突出部（はめ込み部）
４ベアリング
５回転体
１０タービン
１１タービンハウジング（第１ハウジング）
１２，１１２タービン翼車
２０コンプレッサ
２１コンプレッサハウジング
２２コンプレッサ翼車
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆ，１３０可変容量機構
３１ＣＣプレート
３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆ，１３２ノズルリング
３２ｈ軸穴（貫通穴）
３３ＣＣピン
３４，１３４ノズルベーン
３６，１３６ノズルリンク板
３５，１３５駆動リング
３７，１３７駆動リンク板
３９インロー構造（centering location structure, spigot type structure）
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ，４０Ｅ，４０Ｆ規制機構
４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７，４８，４９，５１，５２，５３案内部
４１Ｇガイド穴（第１ガイド）
４２Ｇガイド穴（第２ガイド）
４５Ｇガイド穴（第３ガイド）
４３Ｇ，４４Ｇ，４６Ｇ，４７Ｇ，４８Ｇ，４９Ｇ，５１Ｇガイド穴
５２Ｇ，５３Ｇガイド溝
４１Ｐ規制ピン（第１ピン）
４２Ｐ規制ピン（第２ピン）
４５Ｐ規制ピン（第３ピン）
４３Ｐ，４４Ｐ，４６Ｐ，４７Ｐ，４８Ｐ，４９Ｐ，５１Ｐ，５２Ｐ，５３Ｐ規制ピン
Ａ４１案内軸線（第１ガイド軸線）
Ａ４２案内軸線（第２ガイド軸線）
Ａ４３，Ａ４４，Ａ４７，Ａ４８，Ａ４９，Ａ５１，Ａ５２，Ａ５３案内軸線
Ａ４６垂線
ＡＸ回転軸線
ＰＬ案内軸線（第３ガイド軸線）
Ｓ接続流路

Claims

タービン翼車を収容する第１ハウジングと、
前記タービン翼車が固定された回転軸を回転可能に支持する第２ハウジングと、
前記タービン翼車を囲み、前記タービン翼車に流体を導く可変容量機構と、を備え、
前記可変容量機構は、前記第２ハウジングに対面するノズルリングを有し、
前記第２ハウジング及び前記ノズルリングの一方には、前記第２ハウジングと前記ノズルリングとの間に延びる第１ピン及び第２ピンが取り付けられ、
前記第２ハウジング及び前記ノズルリングの他方には、前記第１ピンの端部が配置される第１ガイド及び前記第２ピンの端部が配置される第２ガイドが設けられ、
前記第１ガイドは、前記タービン翼車の回転軸線と交差する第１ガイド軸線の方向に延びる長穴または溝であり、
前記第２ガイドは、前記第１ガイド軸線の垂線上に設けられると共に、前記垂線方向への前記ノズルリングの平行移動を規制し、
前記第１ガイド軸線と前記垂線との交点は、前記ノズルリングの中心と重複する、過給機。
タービン翼車を収容する第１ハウジングと、
前記タービン翼車が固定された回転軸を回転可能に支持する第２ハウジングと、
前記タービン翼車を囲み、前記タービン翼車に流体を導く可変容量機構と、を備え、
前記可変容量機構は、前記第２ハウジングに対面するノズルリングを有し、
前記第２ハウジング及び前記ノズルリングの一方には、前記第２ハウジングと前記ノズルリングとの間に延びる第１ピン及び第２ピンが取り付けられ、
前記第２ハウジング及び前記ノズルリングの他方には、前記第１ピンの端部が配置される第１ガイド及び前記第２ピンの端部が配置される第２ガイドが設けられ、
前記第１ガイドは、前記タービン翼車の回転軸線と交差する第１ガイド軸線の方向に延びる長穴または溝であり、
前記第２ガイドは、丸穴である、過給機。
タービン翼車を収容する第１ハウジングと、
前記タービン翼車が固定された回転軸を回転可能に支持する第２ハウジングと、
前記タービン翼車を囲み、前記タービン翼車に流体を導く可変容量機構と、を備え、
前記可変容量機構は、前記第２ハウジングに対面するノズルリングを有し、
前記第２ハウジング及び前記ノズルリングの一方には、前記第２ハウジングと前記ノズルリングとの間に延びる第１ピン及び第２ピンが取り付けられ、
前記第２ハウジング及び前記ノズルリングの他方には、前記第１ピンの端部が配置される第１ガイド及び前記第２ピンの端部が配置される第２ガイドが設けられ、
前記第１ガイドは、前記タービン翼車の回転軸線と交差する第１ガイド軸線の方向に延びる長穴または溝であり、
前記第２ガイドは、丸穴であり、
前記第２ガイドは、前記第１ガイド軸線の垂線上に設けられ、
前記第１ガイド軸線と前記垂線との交点は、前記ノズルリングの中心と重複する、過給機。
タービン翼車を収容する第１ハウジングと、
前記タービン翼車が固定された回転軸を回転可能に支持する第２ハウジングと、
前記タービン翼車を囲み、前記タービン翼車に流体を導く可変容量機構と、を備え、
前記可変容量機構は、前記第２ハウジングに対面するノズルリングを有し、
前記第２ハウジング及び前記ノズルリングの一方には、前記第２ハウジングと前記ノズルリングとの間に延びる第１ピン及び第２ピンが取り付けられ、
前記第２ハウジング及び前記ノズルリングの他方には、前記第１ピンの端部が配置される第１ガイド及び前記第２ピンの端部が配置される第２ガイドが設けられ、
前記第１ガイドは、前記タービン翼車の回転軸線と交差する第１ガイド軸線の方向に延びる長穴または溝であり、
前記第２ガイドは、丸穴であり、
前記第２ガイドは、前記第１ガイド軸線の垂線上に設けられ、
前記第１ガイド軸線と前記垂線との交点は、前記ノズルリングの中心と重複しない、過給機。
タービン翼車を収容する第１ハウジングと、
前記タービン翼車が固定された回転軸を回転可能に支持する第２ハウジングと、
前記タービン翼車を囲み、前記タービン翼車に流体を導く可変容量機構と、を備え、
前記可変容量機構は、前記第２ハウジングに対面するノズルリングを有し、
前記第２ハウジング及び前記ノズルリングの一方には、前記第２ハウジングと前記ノズルリングとの間に延びる第１ピン及び第２ピンが取り付けられ、
前記第２ハウジング及び前記ノズルリングの他方には、前記第１ピンの端部が配置される第１ガイド及び前記第２ピンの端部が配置される第２ガイドが設けられ、
前記第１ガイドは、第１ガイド軸線の方向に延びる長穴または溝であり、
前記第２ガイドは、前記第１ガイド軸線とは異なる第２ガイド軸線の方向に延びる長穴または溝であり、
前記第１ガイド軸線は、前記第２ガイド軸線に交差し、
前記第１ガイド軸線と前記第２ガイド軸線とが互いに交差する点は、前記ノズルリングの中心と重複しない、過給機。
タービン翼車を収容する第１ハウジングと、
前記タービン翼車が固定された回転軸を回転可能に支持する第２ハウジングと、
前記タービン翼車を囲み、前記タービン翼車に流体を導く可変容量機構と、を備え、
前記可変容量機構は、前記第２ハウジングに対面するノズルリングを有し、
前記第２ハウジング及び前記ノズルリングの一方には、前記第２ハウジングと前記ノズルリングとの間に延びる第１ピン及び第２ピンが取り付けられ、
前記第２ハウジング及び前記ノズルリングの他方には、前記第１ピンの端部が配置される第１ガイド及び前記第２ピンの端部が配置される第２ガイドが設けられ、
前記第１ガイドは、第１ガイド軸線の方向に延びる長穴または溝であり、
前記第２ガイドは、前記第１ガイド軸線とは異なる第２ガイド軸線の方向に延びる長穴または溝であり、
前記第１ガイド軸線は、前記第２ガイド軸線に対して平行である、過給機。
前記第１ガイド軸線は、前記第２ガイド軸線に対して前記第１ガイド軸線と直交する方向に離間する、請求項６に記載の過給機。
前記第１ガイド軸線及び前記第２ガイド軸線は、前記ノズルリングの中心をとおる共通の軸線である、請求項６に記載の過給機。
前記第２ハウジング及び前記ノズルリングの一方には、前記第２ハウジングと前記ノズルリングとの間に延びる第３ピンがさらに設けられ、
前記第２ハウジング及び前記ノズルリングの他方には、前記第３ピンの端部が配置される第３ガイドが設けられている、請求項１～６のいずれか一項に記載の過給機。
前記第３ガイドは、前記タービン翼車の回転軸線と交差する第３ガイド軸線の方向に延びる長穴または溝であり、
前記第３ピンは、前記第１ピンの中心と前記第２ピンの中心とを結ぶ線の垂直二等分線上に配置されている、請求項９に記載の過給機。
前記ノズルリングには、貫通穴が設けられ、
前記第２ハウジングには、前記貫通穴にはめ込まれるはめ込み部が設けられる、請求項１～１０のいずれか一項に記載の過給機。