WO2020261417A1 - 可変ノズル装置および可変容量型排気ターボ過給機 - Google Patents

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WO2020261417A1
WO2020261417A1 PCT/JP2019/025333 JP2019025333W WO2020261417A1 WO 2020261417 A1 WO2020261417 A1 WO 2020261417A1 JP 2019025333 W JP2019025333 W JP 2019025333W WO 2020261417 A1 WO2020261417 A1 WO 2020261417A1
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WO
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drive ring
lever plate
contact
guide surface
convex curved
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PCT/JP2019/025333
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ジェイン サンブハブ
洋輔 段本
洋二 秋山
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三菱重工エンジン&ターボチャージャ株式会社
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Priority to JP2021528731A priority patent/JP7155429B2/ja
Priority to US17/608,893 priority patent/US11739655B2/en
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    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/12Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/165Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for radial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially parallel to the rotor centre line
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present disclosure relates to a variable nozzle device configured so that the blade angle of the nozzle vane can be changed, and a variable displacement exhaust turbocharger including the above variable nozzle device.
  • variable capacity exhaust turbocharger is known as an exhaust turbocharger that supercharges the intake air of an engine by using the energy of the exhaust gas of the engine (see, for example, Patent Document 1).
  • the variable capacity exhaust turbocharger adjusts the cross-sectional area of the nozzle flow path that sends exhaust gas from the scroll flow path of the turbine housing to the turbine wheel with a variable nozzle device, so that the flow velocity and pressure of the exhaust gas sent to the turbine wheel To enhance the supercharging effect.
  • Patent Document 1 includes a lever plate (arm) having a shaft support end integrally connected to a nozzle vane by a support shaft and a free end fitted in a groove formed in a drive ring (unison ring).
  • a variable nozzle device is disclosed.
  • the lever plate has a closed-side convex curved surface that contacts a linearly formed closed-side gutter wall surface when the drive ring rotates in the closing direction that reduces the cross-sectional area of the nozzle flow path, and the drive ring has a nozzle flow path. It has an open-side convex curved surface that comes into contact with the open-side groove wall surface provided parallel to the closed-side groove wall surface when rotated in the open direction to increase the cross-sectional area.
  • the lever plate of the variable nozzle device since the lever plate of the variable nozzle device has a closed convex curved surface and an open convex curved surface, the stress at the fitting portion between the lever plate and the drive ring is reduced, and the wear at the fitting portion is reduced. It is disclosed to reduce.
  • the variable nozzle device is required to further reduce the wear at the fitting portion in order to stabilize the position accuracy of the nozzle vane for a long period of time.
  • an object of at least one embodiment of the present invention is to provide a variable nozzle device capable of suppressing wear at a fitting portion where the lever plate and the drive ring are fitted.
  • the variable nozzle device is Nozzle mount and Multiple nozzle vanes rotatably supported by the nozzle mount, A drive ring that is rotatably provided around the axis of the nozzle mount and has fitting portions at a plurality of locations along the circumferential direction.
  • a plurality of levers each including a fixing portion fixed to one of the plurality of nozzle vanes and a fitting portion to be fitted to one of the plurality of fitted portions of the drive ring.
  • the fitted portion includes a one-sided guide surface and the other-side guide surface.
  • the fitting portion includes a one-sided cartwheel that can contact the one-sided guide surface and the other-sided cartwheel that can contact the other-sided guide surface.
  • the one-sided cartwheel includes a lever plate-side straight portion that extends linearly in at least a portion of the range of contact with the one-sided guide surface.
  • the one-sided guide surface includes a drive ring-side convex curved surface portion extending in a convex curve shape in at least a part of a range in contact with the one-sided cartwheel.
  • the lever plate is provided with a linear portion on the lever plate side extending linearly
  • the drive ring is provided with a convex curved surface portion on the drive ring side extending in a convex curve shape.
  • the convex curved surface portion on the drive ring side is provided with a straight portion extending linearly on the drive ring, and the lever plate has a convex curved surface portion.
  • the shape of the convex curved surface portion can be made gentler than that in the case of providing the convex curved surface portion extending in a shape.
  • the convex curved surface portion on the drive ring side By making the convex curved surface portion on the drive ring side a gentle shape, it is possible to reduce the stress applied to the contact portion between the lever plate and the drive ring. By reducing the stress applied to the contact portion, wear of the fitting portion between the lever plate and the drive ring can be suppressed.
  • variable nozzle device configured such that the straight portion on the lever plate side extends along the longitudinal axis of the lever plate. ..
  • the convex curved surface portion on the drive ring side is in the radial outer limit contact within the range of contact with the one side rolling surface. It was configured so that the distance gradually increased toward the inside in the radial direction with respect to the tangent line at the position.
  • the distance of the convex curved surface portion on the drive ring side gradually increases toward the inner side in the radial direction with respect to the tangent line at the limit contact position on the outer side in the radial direction in the range of contact with the cartwheel on one side. It is configured to be long.
  • the contact portion with respect to the one-side rolling surface (including the lever plate-side straight portion) of the drive ring-side convex curved surface portion becomes the drive of the one-side rolling surface. It moves inward in the same radial direction as the contact portion with respect to the convex curved surface portion on the ring side.
  • variable nozzle device according to any one of (1) to (3) above, wherein the other side guide surface is a straight line within a range of contact with the other side rolling surface.
  • the drive ring side straight line portion extending in a shape is included, and the other side rolling surface includes a lever plate side convex curved surface portion extending in a convex curve shape in a range in contact with the other side guide surface.
  • a straight portion on the lever plate side is provided on one side of the lever plate, and a convex curved surface portion on the lever plate side is provided on the other side.
  • a convex curved surface portion on the drive ring side is provided on one side of the drive ring, and a straight portion on the drive ring side is provided on the other side.
  • the rotation range of the drive ring is as compared with the case where a straight portion is provided on one side and the other side of the lever plate and a convex curved surface portion is provided on each of the one side and the other side of the drive ring.
  • the maximum value of the clearance between the lever plate and the drive ring in the entire range of the above can be reduced. According to the above configuration, the maximum value of the clearance of the fitting portion can be reduced, so that wear due to vibration of the fitting portion can be suppressed.
  • the drive ring side straight portion is a distance from the radial outer side to the longitudinal axis of the lever plate rather than the radial inner side.
  • the convex curved surface on the lever plate side is inclined so that It was configured to be gradually longer.
  • the straight portion on the drive ring side is inclined so that the radial outer side has a shorter distance to the longitudinal axis than the radial inner side.
  • the convex curved surface portion on the lever plate side is configured so that the distance gradually increases toward the inner side in the radial direction with respect to the tangent line at the limit contact position on the outer side in the radial direction in the range of contact with the guide surface on the other side. ..
  • the contact portion of the convex curved surface portion on the lever plate side with respect to the other side guide surface becomes the lever plate side of the other side guide surface.
  • variable nozzle device according to any one of (1) to (5) above, wherein the rolling surface on one side is radially inside the straight portion on the lever plate side. Further includes an inner convex curved surface portion extending in a convex curve shape in a range in contact with the one-side guide surface, and the inner convex curved surface portion is on the longitudinal axis of the lever plate. On the other hand, the distance was gradually shortened toward the inside in the radial direction.
  • the one-side rolling surface is a linear portion on the lever plate side described above and an inward convex curved surface portion connected radially inward from the straight portion on the lever plate side, and is a one-sided guide surface.
  • the inner convex curved surface portion is configured so that the distance gradually becomes shorter toward the inner side in the radial direction with respect to the longitudinal axis of the lever plate. Therefore, the drive ring side convex curved surface portion comes into contact with the lever plate side straight portion and the inner convex curved surface portion when the drive ring rotates.
  • the drive ring side convex curved surface portion can have a gentler shape as compared with the case where the one-side rolling surface includes only the lever plate side straight portion.
  • variable nozzle device according to any one of (1) to (6) above, wherein the one-sided guide surface and the one-sided rolling surface are each a drive ring. Are configured to come into contact with each other as they rotate in the closed direction.
  • the nozzle vane When the drive ring is rotated in the closing direction, the nozzle vane reduces the cross-sectional area of the nozzle flow path, so that the pressure applied to the nozzle vane from the exhaust gas flowing through the nozzle flow path increases. Therefore, the stress applied to the contact portion between the lever plate and the drive ring is larger than that when the drive ring is rotated in the opening direction.
  • the one-sided guide surface and the one-sided cartwheel are configured to come into contact with each other when the drive ring rotates in the closing direction. In this case, the stress applied to the contact portion when the drive ring is rotated can be reduced in the closing direction, which is the rotation direction in which a large stress is applied to the contact portion, so that the wear of the fitting portion is effective. Can be suppressed.
  • variable capacity side exhaust turbocharger according to at least one embodiment of the present invention is The variable nozzle device according to any one of (1) to (7) above is provided.
  • the lever plate is provided with a linear portion on the lever plate side extending linearly
  • the drive ring is provided with a convex curved portion on the drive ring side extending in a convex curve shape.
  • variable nozzle device capable of suppressing wear at a fitting portion where the lever plate and the drive ring are fitted.
  • expressions such as “same”, “equal”, and “homogeneous” that indicate that things are in the same state not only represent the state of being exactly equal, but also have tolerances or differences that give the same function. It shall also represent the state of existence.
  • the expression representing a shape such as a quadrangular shape or a cylindrical shape not only represents a shape such as a quadrangular shape or a cylindrical shape in a geometrically strict sense, but also an uneven portion or chamfering within a range where the same effect can be obtained.
  • the shape including the part and the like shall also be represented.
  • the expression “includes”, “includes”, or “has” one component is not an exclusive expression that excludes the existence of another component.
  • the same reference numerals may be given to the same configurations, and the description thereof may be omitted.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a variable displacement exhaust turbocharger including a variable nozzle device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view schematically showing the configuration of an engine including a variable capacity exhaust turbocharger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the variable nozzle device.
  • the variable nozzle device 1 according to some embodiments is mounted inside the housing 21 of the exhaust turbocharger 2 as shown in FIG. In the illustrated embodiment, the variable nozzle device 1 is mounted inside a combination of the turbine housing 21A and the bearing housing 21C.
  • the exhaust turbocharger 2 (variable capacity type exhaust turbocharger) according to some embodiments is mechanically connected to the rotary shaft 22 and one end of the rotary shaft 22 as shown in FIG. A turbine wheel 23, a compressor rotor 24 mechanically connected to the other end of the rotary shaft 22, a bearing 25 that rotatably supports the rotary shaft 22, and a housing 21 described above for accommodating the bearing 25. ..
  • the housing 21 includes a turbine housing 21A that houses the turbine wheel 23, a compressor housing 21B that houses the compressor rotor 24, and a bearing housing 21C that houses the bearing 25.
  • the bearing housing 21C is provided between the turbine housing 21A and the compressor housing 21B, and is fastened to each of the turbine housing 21A and the compressor housing 21B by a fastening member such as a bolt.
  • the compressor rotor 24 is provided in a supply line 27 that supplies air (combustion gas) to the engine body 26 (combustion device).
  • the turbine wheel 23 is provided on a discharge line 28 that discharges exhaust gas from the engine body 26.
  • the exhaust turbocharger 2 is configured to rotate the turbine wheel 23 by the exhaust gas introduced into the turbine housing 21A from the engine body 26 through the discharge line 28. There is. Since the compressor rotor 24 is mechanically connected to the turbine wheel 23 via the rotating shaft 22, it rotates in conjunction with the rotation of the turbine wheel 23. The exhaust turbocharger 2 is configured to compress the air (combustion gas) introduced into the inside of the compressor housing 21B through the supply line 27 by the rotation of the compressor rotor 24 and send it to the engine body 26. There is.
  • a scroll flow which is a scroll-shaped exhaust gas flow path 32 for sending the exhaust gas introduced into the inside of the turbine housing 21A from the exhaust gas introduction port 31 to the turbine wheel 23.
  • the direction in which the axis LA of the variable nozzle device 1 extends is defined as the axial direction X
  • the direction orthogonal to the axis LA is defined as the radial direction Y.
  • the side where the turbine housing 21A is located with respect to the bearing housing 21C (right side in FIG. 1) is one side X1
  • the side where the bearing housing 21C is located with respect to the turbine housing 21A (left side in FIG. 1).
  • the axis LA of the variable nozzle device 1 extends on the same straight line as the axis of the turbine wheel 23.
  • variable nozzle device 1 is arranged on the radial outer side of the turbine wheel 23 so as to surround the circumference of the turbine wheel 23.
  • the variable nozzle device 1 is configured to define a nozzle flow path 32C, which is an exhaust gas flow path 32, between the scroll flow path 32A and the turbine wheel 23.
  • the variable nozzle device 1 is configured so that the cross-sectional area of the nozzle flow path 32C can be adjusted by changing the blade angle of the vane blade 52 of the nozzle vane 5. By increasing or decreasing the cross-sectional area of the nozzle flow path 32C, the flow velocity and pressure of the exhaust gas flowing from the scroll flow path 32A to the turbine wheel 23 can be changed.
  • the exhaust gas introduced into the turbine housing 21A from the exhaust gas introduction port 31 passes through the scroll flow path 32A, then through the nozzle flow path 32C, and then is sent to the turbine wheel 23 to rotate the turbine wheel 23. ..
  • the exhaust gas obtained by rotating the turbine wheel 23 is discharged to the outside of the turbine housing 21A from the exhaust gas discharge port 33 after passing through the exhaust gas discharge flow path 32B.
  • the variable nozzle device 1 includes a nozzle mount 4 as shown in FIG.
  • the nozzle mount 4 includes an annular plate portion 41 extending along a direction intersecting (orthogonal) with the axis LA.
  • the nozzle mount 4 is configured to be supported inside the housing 21.
  • the nozzle mount 4 has an outer peripheral edge portion 42 of the annular plate portion 41 sandwiched between the turbine housing 21A and the bearing housing 21C so that the nozzle mount 4 is inside the housing 21. It is supported.
  • the variable nozzle device 1 is supported inside the housing 21 by supporting the nozzle mount 4 inside the housing 21.
  • An internal space 43 is defined inside the annular plate portion 41 of the nozzle mount 4 by the back surface 413 on the other side in the axial direction and the annular groove portion 211 formed in the bearing housing 21C.
  • variable nozzle device 1 includes the nozzle mount 4, at least one nozzle vane 5, drive ring 6, at least one lever plate 7, and nozzle, as shown in FIG. 1, for example. It includes a plate 8 and at least one nozzle support 9. The drive ring 6 and the lever plate 7 are arranged inside the internal space 43 as shown in FIG.
  • the nozzle plate 8 has a plate-side annular plate portion 81 extending along a direction intersecting (orthogonal) with the axis LA and an axial direction from the inner peripheral edge portion 82 of the plate-side annular plate portion 81. Includes a protrusion 83 that projects to one side.
  • At least one nozzle support 9 is configured to support the nozzle plate 8 apart from the nozzle mount 4 as shown in FIG.
  • the nozzle support 9 has a longitudinal direction, one end portion 91 in the longitudinal direction is mechanically connected to the annular plate portion 41 (nozzle mount 4), and the other end portion 92 in the longitudinal direction is formed. It is mechanically connected to the plate-side annular plate portion 81 (nozzle plate 8).
  • the at least one nozzle support 9 comprises a plurality of nozzle supports 9 arranged around the axis LA at intervals along the circumferential direction.
  • each of the plurality of nozzle supports 9 is mechanically connected to each of the nozzle mount 4 and the nozzle plate 8.
  • the nozzle flow path 32C described above is defined by the nozzle mount 4 and the nozzle plate 8 as shown in FIG.
  • the nozzle flow path 32C described above is located on the mount side flow path wall surface 411 located on one side of the annular plate portion 41 in the axial direction and on the other side of the plate side annular plate portion 81 in the axial direction. It is defined by a plate-side flow path wall surface 811.
  • the plate-side flow path wall surface 811 faces the mount-side flow path wall surface 411.
  • At least one nozzle vane 5 is rotatably supported by the nozzle mount 4 as shown in FIG.
  • At least one nozzle vane 5 includes a vane shaft 51 having a longitudinal direction and a vane blade 52 provided at one end in the longitudinal direction of the vane shaft 51.
  • the vane blade 52 is arranged between the nozzle flow path 32C, that is, the nozzle mount 4 and the nozzle plate 8.
  • the nozzle vane 5 rotatably supports the vane shaft 51 in the insertion hole 412 formed in the annular plate portion 41, whereby the vane shaft 51 is rotatably supported on the axis LB of the vane shaft 51. It is rotatable as the center of rotation.
  • At least one nozzle vane 5 comprises a plurality of nozzle vanes 5 as shown in FIG.
  • the above-mentioned insertion holes 412 are formed in the same number as the nozzle vanes 5.
  • Each of the plurality of insertion holes 412 is formed at a position spaced apart from each other along the circumferential direction around the axis LA.
  • the vane shaft 51 is adapted to be inserted into one of the plurality of insertion holes 412.
  • the drive ring 6 is rotatably provided around the axis LC of the nozzle mount 4.
  • the drive ring 6 has at least one fitted portion 61 configured so that the fitting portion 71 of the lever plate 7 is loosely fitted so as to be rollable.
  • the axis LC of the nozzle mount 4 extends along the axis LA of the variable nozzle device 1. In the illustrated embodiment, the axis LC extends on the same line as the axis LA.
  • the annular plate portion 41 of the nozzle mount 4 has a radial direction from the inner peripheral side portion 44 in which the above-mentioned insertion hole 412 is formed and the inner peripheral side portion 44. Includes an outer peripheral side portion 45 located on the outside.
  • the inner peripheral side portion 44 is formed to be thicker than the outer peripheral side portion 45.
  • the drive ring 6 includes a ring-side annular plate portion 62 extending along a direction intersecting (orthogonal) with the axis LA.
  • the inner peripheral surface 621 of the ring-side annular plate portion 62 is arranged so as to face the stepped surface 431 formed at the boundary between the inner peripheral side portion 44 and the outer peripheral side portion 45 of the nozzle mount 4.
  • the inner peripheral end portion 63 of the ring-side annular plate portion 62 is rotatably supported with respect to the outer peripheral end portion 46 of the inner peripheral side portion 44 of the nozzle mount 4.
  • FIG. 5 is a schematic view of the lever plate according to the first embodiment of the present invention.
  • At least one lever plate 7 includes the above-mentioned fitting portion 71 that fits into the fitted portion 61 of the drive ring 6 and a fixing portion 72 that is fixed to the nozzle vane 5, as shown in FIG. ..
  • at least one lever plate 7 has a longitudinal direction along the longitudinal axis LL of the lever plate 7, as shown in FIG.
  • the lever plate 7 is provided with the above-mentioned fitting portion 71 at one end 73 in the longitudinal direction and the above-mentioned fixing portion 72 at the other end 74 in the longitudinal direction.
  • the lever plate 7 is provided with a narrow portion 75 narrower than the one end portion 73 and the other end portion 74 between one end portion 73 and the other end portion 74.
  • the longitudinal axis LL is an axis along the longitudinal direction of the lever plate 7.
  • the longitudinal axis LL may be a design line that symmetrically divides the other end 74 in the longitudinal direction into two, or an area bisector that bisects the area of the lever plate 7. May be good.
  • the fixing portion 72 of the lever plate 7 is mechanically connected to the vane shaft 51 of the nozzle vane 5. Therefore, the vane blade 52 and the lever plate 7 of the nozzle vane 5 can rotate integrally with the axis LB of the vane shaft 51 as the center of rotation.
  • the vane shaft 51 of the nozzle vane 5 includes an end portion 53 through which the insertion hole 412 of the nozzle mount 4 is inserted and protrudes to the other side in the axial direction from the inner peripheral side portion 44.
  • the fixing portion 72 of the lever plate 7 includes a through hole 721 that is mechanically connected to the one end portion 53 by fitting the one end portion 53 of the vane shaft 51.
  • the fitted portion 61 of the drive ring 6 includes a groove portion 65 formed on the outer peripheral edge portion 64 of the ring-side annular plate portion 62.
  • the fitting portion 71 of the lever plate 7 is housed inside the groove portion 65 and is configured to be loosely fitted to the groove portion 65.
  • At least one lever plate 7 is provided in the same number as the nozzle vanes 5 as shown in FIG. Further, at least one fitted portion 61 of the drive ring 6 is formed in the same number as the lever plate 7.
  • Each of the plurality of fitted portions 61 is formed at positions separated from each other along the circumferential direction around the axis LA.
  • the fixing portion 72 is fixed to one of the plurality of nozzle vanes 5, and the fitting portion 71 is fitted to one of the plurality of fitted portions 61. It is designed to do.
  • Each of the plurality of lever plates 7 is arranged so that the fitting portion 71 is located radially outside the fixing portion 72.
  • the exhaust turbocharger 2 has an actuator 29 configured to rotate the drive ring 6 around the axis LC, and a drive shaft 291 of the actuator 29. It includes a controller 30 (control device) configured to control the drive (movement amount along the circumferential direction around the axis LC).
  • the actuator 29 includes an electric motor, an air cylinder, and the like.
  • the drive shaft 291 of the actuator 29 is mechanically connected to the drive ring 6.
  • the drive ring 6 is rotated around the axis LC as the drive shaft 291 of the actuator 29 moves, and the plurality of lever plates 7 are rotated as the drive ring 6 is rotated. Is rotated synchronously.
  • the cross-sectional area of the nozzle flow path 32C becomes small, and when the drive ring 6 rotates to the other side in the circumferential direction, the nozzle flow occurs.
  • the road 32C may be configured to have a large cross-sectional area.
  • FIG. 6 is a schematic view for explaining the relationship between the drive ring and the lever plate in the first embodiment of the present invention, and is a contact between the drive ring and the lever plate when the drive ring rotates in the closing direction. It is a schematic diagram for demonstrating a part.
  • FIG. 7 is a schematic view for explaining the relationship between the drive ring and the lever plate in the first embodiment of the present invention, and is a contact between the drive ring and the lever plate when the drive ring rotates in the opening direction. It is a schematic diagram for demonstrating a part.
  • the fitted portion 61 of the drive ring 6 includes a one-side guide surface 66 and the other-side guide surface 67 facing the one-side guide surface 66.
  • the one-sided guide surface 66 includes the wall surface 651 on the other side in the circumferential direction of the groove portion 65 described above
  • the other side guide surface 67 includes the wall surface 652 on the one side in the circumferential direction of the groove portion 65 described above. ..
  • the fitting portion 71 of the lever plate 7 rolls with respect to the fitted portion 61 of the drive ring 6 when the drive ring 6 rotates. That is, as the drive ring 6 rotates, the contact portion CA between the drive ring 6 and the lever plate 7 gradually moves.
  • the fitting portion 71 of the lever plate 7 has a one-side cartwheel 76 that can contact the one-side guide surface 66 and the other-side cartwheel that can contact the other side guide surface 67. Includes surface 77 and.
  • the one-side rolling surface 76 comes into contact with the one-sided guide surface 66 when the drive ring 6 is rotating in the closing direction (one side in the circumferential direction).
  • the other side rolling surface 77 comes into contact with the other side guide surface 67 when the drive ring 6 is rotating in the opening direction (the other side in the circumferential direction) as shown in FIG.
  • the one-side rolling surface 76 includes one surface 711 (the other surface in the circumferential direction) of the fitting portion 71 described above, and the other-side rolling surface 77 is the fitting portion 71 described above.
  • the one surface 711 includes the other surface 712 (one surface in the circumferential direction) provided on the opposite side of the longitudinal axis LL.
  • the one-side guide surface 66 of the drive ring 6 is a one-side rolling surface of the lever plate 7 in the range from the radial outer limit contact position PR1 to the radial inner limit contact position PR2.
  • the range of contact with the one-side cartwheel 76 of the one-side guide surface 66 is defined as AR1.
  • the one-sided rolling surface 76 of the lever plate 7 comes into contact with the one-sided guide surface 66 of the drive ring 6 in the range from the radial outer limit contact position PL1 to the radial inner limit contact position PL2.
  • the range of contact with the one-side guide surface 66 of the one-side cartwheel 76 is defined as AL1.
  • the other side guide surface 67 of the drive ring 6 is a rolling surface on the other side of the lever plate 7 in the range from the radial outer limit contact position PR3 to the radial inner limit contact position PR4.
  • the range of contact of the other side guide surface 67 with the other side rolling surface 77 is defined as AR2.
  • the other side rolling surface 77 of the lever plate 7 comes into contact with the other side guide surface 67 of the drive ring 6 in the range from the radial outer limit contact position PL3 to the radial inner limit contact position PL4.
  • the range of contact with the other side guide surface 67 of the other side rolling surface 77 is defined as AL2.
  • variable nozzle device 1 includes a drive ring 6 including the above-mentioned fitted portion 61 and a lever plate 7 including the above-mentioned fitting portion 71. ..
  • the fitted portion 61 includes the above-mentioned one-side guide surface 66 and the above-mentioned other-side guide surface 67
  • the fitting portion 71 includes the above-mentioned one-side cartwheel 76 and the above-mentioned other-side cartwheel. Includes surface 77 and.
  • the one-sided cartwheel 76 includes a lever plate-side straight portion 78 extending linearly in at least a part of the range AL1 in contact with the one-sided guide surface 66, and the one-sided cartwheel 66 is a one-sided cartwheel.
  • the drive ring side convex curved surface portion 68 extending in a convex curve shape is included in at least a part of the range AR1 in contact with 76.
  • the lever plate side straight portion 78 extends linearly over the entire range of the above range AL1, and the drive ring side convex curved surface portion 68 extends over the above range. It extends in a convex curve over the entire range of AR1.
  • the radius (radius of curvature) of the approximate circle that approximates the above range AR1 of the convex curved surface portion 68 on the drive ring side is R1.
  • FIG. 8 is a schematic view for explaining the relationship between the drive ring and the lever plate in the comparative example.
  • the one-sided guide surface 66A and the other-side guide surface 67A of the drive ring 6A in the comparative example extend linearly.
  • Each of the one-sided cartwheel 76A and the other-side cartwheel 77A of the lever plate 7A in the comparative example extends in a convex curve shape.
  • R2 be the radius (radius of curvature) of the approximate circle that approximates the cartwheel 76A.
  • the radius R2 of the one-side cartwheel 76A is smaller than the radius R1 of the drive ring-side convex curved surface portion 68. As shown in FIG.
  • the turning radius TR1 of the drive ring 6 is larger than the turning radius TR2 of the lever plate 7. Therefore, when the drive ring 6 is rotated by a predetermined angle about the axis LA, the lever plate 7 is moved. It rotates about the axis LB by an angle larger than the above-mentioned predetermined angle. Therefore, if the one-side cartwheel 76A has a gentle shape, the range of contact with the one-side guide surface 66A of the one-side cartwheel 76A becomes larger than the above-mentioned range AR1, which may lead to a decrease in operating efficiency. There is. Therefore, it is difficult in design to make the one-sided cartwheel 76A a gentle shape.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the radius of the approximate circle that approximates the convex curved surface portion and the amount of change in stress.
  • the radius of the approximate circle that approximates the convex curved surface portion (the convex curved surface portion 68 on the drive ring side and the rolling surface 76A on one side) is set as the horizontal axis, and the contact portion CA between the lever plate 7 and the drive ring 6 is applied.
  • the vertical axis is the amount of change in stress with respect to stress in the radius R2.
  • the drive ring side convex curved surface portion 68 is formed on the contact portion CA between the lever plate 7 and the drive ring 6. Such stress can be reduced by about 20% as compared with the stress applied to the contact portion CA at the radius R2.
  • the lever plate 7 is provided with the lever plate side straight portion 78 extending linearly
  • the drive ring 6 is provided with the drive ring side convex curved surface portion 68 extending linearly. ..
  • the convex curved surface portion 68 on the drive ring side is linearly aligned with the drive ring 6 as in the above comparative example.
  • the convex curved surface portion Compared with the case where the extending straight portion (one side guide surface 66A) is provided and the lever plate 7 is provided with the convex curved surface portion (one side rolling surface 76A) extending in a convex curved surface shape, the convex curved surface portion The shape can be made gentle. By forming the drive ring side convex curved surface portion 68 into a gentle shape, it is possible to reduce the stress applied to the contact portion CA between the lever plate 7 and the drive ring 6. By reducing the stress applied to the contact portion CA, wear of the fitting portion 60 (including the fitting portion 71 and the fitted portion 61) between the lever plate 7 and the drive ring 6 can be suppressed.
  • the lever plate side linear portion 78 of the variable nozzle device 1 described above is configured to extend along the longitudinal axis LL of the lever plate 7, for example, as shown in FIG. There is.
  • the lever plate side straight portion 78 extends along the longitudinal axis LL of the lever plate 7, the stress applied to the contact portion CA of the lever plate 7 with the drive ring 6 is reduced. Can be done. Therefore, wear of the lever plate 7 can be suppressed.
  • the drive ring-side convex curved surface portion 68 of the variable nozzle device 1 described above has a radial outer limit contact position in the range AR1 in contact with the one-side cartwheel 76, as shown in FIG.
  • the distance from the tangent line T1 in the PR1 gradually increases toward the inside in the radial direction.
  • the contact portion CAR with respect to the one-side rolling surface 76 (including the lever plate-side straight portion 78) of the drive ring-side convex curved surface portion 68 becomes one side.
  • the rolling surface 76 moves inward in the same radial direction as the contact portion CAL with respect to the drive ring side convex curved surface portion 68.
  • the contact portion CAR is configured to move inward in the radial direction
  • the contact portion CAL is configured to move inward in the radial direction. If so, the frictional resistance at the contact portion CA between the drive ring side convex curved surface portion 68 and the one side rolling surface 76 increases. Therefore, it is possible to reduce the frictional resistance at the contact portion CA between the drive ring side convex curved surface portion 68 and the one side rolling surface 76. Therefore, by reducing the frictional resistance in the contact portion CA, it is possible to suppress the wear of the fitting portion 60 between the lever plate and the drive ring.
  • the above-described drive ring-side convex curved surface portion 68 is configured such that the drive ring-side convex curved surface portion 68 gradually decreases in curvature toward the inward in the radial direction, as shown in FIG. Has been done.
  • the curvature is maximized at the radial outer limit contact position PR1 and is minimized at the radial inner limit contact position PR2.
  • the frictional resistance at the contact portion CA between the drive ring side convex curved surface portion 68 and the one side rolling surface 76 can be effectively reduced.
  • the other side guide surface 67 of the variable nozzle device 1 described above is a drive extending linearly in the range AR2 in contact with the above-mentioned other side rolling surface 77, as shown in FIG.
  • the ring-side straight portion 69 is included.
  • the above-mentioned other side rolling surface 77 includes a lever plate side convex curved surface portion 79 extending in a convex curve shape in the range AL2 in contact with the above-mentioned other side guide surface 67.
  • FIG. 10 is a schematic view for explaining the relationship between the drive ring and the lever plate in the second comparative example.
  • Each of the one-sided cartwheel 76B and the other-side cartwheel 77B of the lever plate 7B in the second comparative example extends linearly.
  • Each of the one-sided guide surface 66B and the other-side guide surface 67B of the drive ring 6B in the second comparative example extends in a convex curved surface shape.
  • the clearance C of the fitting portion 60B between the lever plate 7B and the drive ring 6B as shown in FIG. 10 is the clearance C between the lever plate 7 and the drive ring 6 as shown in FIG. It is larger than the clearance C3 of the fitting portion 60.
  • the clearance C is the sum of the clearance C1 between the one-side guide surface 66B and the one-side rolling surface 76B, and the clearance C2 between the other-side rolling surface 77B and the other-side guide surface 67B. Further, the clearance C3 is the total of the clearance between the one-side guide surface 66 and the one-side rolling surface 76 and the clearance between the other-side rolling surface 77 and the other-side guide surface 67.
  • the fitting portion 71 of the lever plate 7 swings greatly due to vibration and repeatedly collides with the fitted portion 61 of the drive ring 6, so that the fitting portion 71 is described above.
  • the clearance C3 of the joint portion 60 is preferably small.
  • the lever plate side straight portion 78 is provided on one side of the lever plate 7, and the lever plate side convex curved surface portion 79 is provided on the other side.
  • a drive ring side convex curved surface portion 68 is provided on one side of the drive ring 6, and a drive ring side straight portion 69 is provided on the other side. In this case, as shown in FIG.
  • FIG. 11 is a schematic view for explaining the shape of the convex curved surface portion on the lever plate side.
  • the lever plate side convex curved surface portion 79 has a shape specified by the following method.
  • the shape of the drive ring side straight line portion 69 is drawn by an arbitrary straight line SL.
  • a straight line OL deviated from an arbitrary straight line SL toward the longitudinal axis LL by the clearance C4 is drawn.
  • the clearance C4 is a clearance required when the drive ring 6 rotates.
  • a straight line group OD is provided by superimposing the straight line OLs in each operating state from fully open to fully closed.
  • the inscribed circle IC inscribed in the superposed straight line OL from the side where the longitudinal axis LL is located is drawn with respect to the superposed straight line OL in the straight line group OD.
  • the arc shape of the inscribed circle IC becomes the shape of the convex curved surface portion 79 on the lever plate side.
  • the shape of the convex curved surface portion 79 on the lever plate side is the arc shape of the inscribed circle IC, so that the clearance of the fitting portion 60 between the lever plate 7 and the drive ring 6 is set to the clearance C4 (drive).
  • the clearance required when the ring 6 rotates) can be set.
  • the maximum value of the clearance C3 (see FIG. 6) of the fitting portion 60 can be set to the clearance C4, so that wear due to vibration of the fitting portion 60 can be suppressed.
  • the drive ring side straight section 69 described above is tilted so that the radial outside is shorter than the radial inside with respect to the longitudinal axis LL of the lever plate 7. doing.
  • the above-mentioned lever plate side convex curved surface portion 79 gradually increases in distance toward the inside in the radial direction with respect to the tangent line T2 at the limit contact position PL3 on the outer side in the radial direction in the range AL2 in contact with the guide surface 67 on the other side described above. It was configured to be.
  • the drive ring side straight portion 69 is inclined so that the radial outer side has a shorter distance to the longitudinal axis LL than the radial inner side.
  • the lever plate side convex curved surface portion 79 is gradually increased in distance toward the radial inward side with respect to the tangent line T2 at the radial outer limit contact position PL3 in the range AL2 in which the lever plate side convex curved surface portion 79 is in contact with the other side guide surface 67. It is configured in.
  • the contact portion CAL with respect to the other side guide surface 67 (including the drive ring side straight portion 69) of the lever plate side convex curved surface portion 79 guides the other side.
  • the surface 67 moves inward in the same radial direction as the contact portion CAR with respect to the lever plate side convex curved surface portion 79. Therefore, it is possible to reduce the frictional resistance at the contact portion CA between the lever plate side convex curved surface portion 79 and the other side guide surface 67. By reducing the frictional resistance in the contact portion CA, it is possible to suppress the wear of the fitting portion 60 between the lever plate 7 and the drive ring 6.
  • FIG. 12 is a schematic view for explaining the relationship between the drive ring and the lever plate in the second embodiment of the present invention.
  • the above-mentioned one-side rolling surface 76 is an inward convex curved surface portion 70 that is radially inwardly connected to the above-mentioned lever plate-side straight portion 78 and is in contact with the one-side guide surface 66.
  • the inner convex curved surface portion 70 extending in a convex curve shape in AR1 is further included. That is, the one-side rolling surface 76 includes the lever plate-side straight portion 78 and the inner convex curved surface portion 70.
  • the inward convex curved surface portion 70 described above is configured so that the distance gradually decreases toward the inside in the radial direction with respect to the longitudinal axis LL of the lever plate 7.
  • the one-sided guide surface 66 can be made into a gentler shape.
  • the one-sided guide surface 66 described above includes a drive ring-side convex curved surface portion 68A extending in a convex curve shape over the entire range of the range AR1.
  • the radius (radius of curvature) of the approximate circle that approximates the above range AR1 of the convex curved surface portion 68A on the drive ring side is R3. Since the radius R3 of the drive ring side convex curved surface portion 68A is larger than the radius R1 of the drive ring side convex curved surface portion 68, the drive ring side convex curved surface portion 68A is the contact portion CA between the lever plate 7 and the drive ring 6. The stress applied to the contact portion CA can be reduced as compared with the stress applied to the contact portion CA at the radius R1.
  • the one-side rolling surface 76 is a lever plate-side straight portion 78 and an inward convex curved surface portion 70 connected radially inward with respect to the lever plate-side straight portion 78, and is a one-sided guide.
  • the inside convex curved surface portion 70 extending in a convex curve shape in the range AR1 in contact with the surface 66 is included.
  • the inner convex curved surface portion 70 is configured so that the distance gradually becomes shorter toward the inner side in the radial direction with respect to the longitudinal axis LL of the lever plate 7.
  • the drive ring side convex curved surface portion 68A comes into contact with the lever plate side straight portion 78 and the inner convex curved surface portion 70 when the drive ring 6 rotates.
  • the drive ring side convex curved surface portion 68A can have a gentler shape as compared with the case where the one side rolling surface 76 includes only the lever plate side straight portion 78.
  • the one-sided guide surface 66 and the one-sided cartwheel 76 of the variable nozzle device 1 described above each other as the drive ring 6 rotates in the closed direction. It was configured to make contact.
  • the nozzle vane 5 reduces the cross-sectional area of the nozzle flow path 32C, so that the pressure applied to the nozzle vane 5 from the exhaust gas flowing through the nozzle flow path 32C increases. Therefore, the stress applied to the contact portion CA between the lever plate 7 and the drive ring 6 is larger than that when the drive ring 6 is rotated in the opening direction.
  • each of the one-sided guide surface 66 and the one-sided rolling surface 76 is configured to come into contact with each other when the drive ring 6 rotates in the closing direction.
  • the stress applied to the contact portion CA when the drive ring 6 is rotated can be reduced in the closing direction, which is the rotation direction in which a large stress is applied to the contact portion CA. Therefore, the fitting portion 60 Wear can be effectively suppressed.
  • the exhaust turbocharger 2 (variable capacity side exhaust turbocharger) according to some embodiments includes the above-mentioned variable nozzle device 1 as shown in FIG.
  • the lever plate 7 is provided with a linear portion 78 on the lever plate side extending linearly
  • the drive ring 6 is provided with a convex curved surface portion 68 on the drive ring side extending linearly. Therefore, wear of the fitting portion 60 between the lever plate 7 and the drive ring 6 can be suppressed.
  • the nozzle vane 5 can be operated accurately for a long period of time. Therefore, the variable capacity side exhaust turbocharger 2 is used for combustion supplied to the engine (engine body 26).
  • the boost pressure of the exhaust gas can be adjusted accurately over a long period of time.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes a modification of the above-described embodiment and a combination of these embodiments as appropriate.

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Abstract

ノズルマウントと、複数のノズルベーンと、周方向に沿った複数箇所に被嵌合部を有するドライブリングと、各々が、複数のノズルベーンのうちの一つに固定される固定部と、ドライブリングの複数の被嵌合部のうちの一つに嵌合する嵌合部と、を含む複数のレバープレートと、を備え、被嵌合部は、一方側案内面と、他方側案内面と、を含み、嵌合部は、一方側案内面に接触可能な一方側転動面と、他方側案内面に接触可能な他方側転動面と、を含み、一方側転動面は、一方側案内面と接触する範囲の少なくとも一部において直線状に延在するレバープレート側直線部を含み、一方側案内面は、一方側転動面と接触する範囲の少なくとも一部において凸曲線状に延在するドライブリング側凸曲面部を含む。

Description

可変ノズル装置および可変容量型排気ターボ過給機
 本開示は、ノズルベーンの翼角を可変可能に可能に構成された可変ノズル装置、および上記可変ノズル装置を備える可変容量型排気ターボ過給機に関する。
 従来、エンジンの排ガスのエネルギを利用してエンジンの吸気を過給する排気ターボ過給機として、可変容量型排気ターボ過給機が知られている(例えば特許文献1参照)。可変容量型排気ターボ過給機は、タービンハウジングのスクロール流路からタービンホイールに排ガスを送るノズル流路の断面積を、可変ノズル装置により調整することで、タービンホイールへ送られる排ガスの流速や圧力を変化させて過給効果を高めるものである。
 特許文献1には、ノズルベーンに支軸により一体に連結される軸支端と、ドライブリング(ユニゾンリング)に形成された溝に嵌合する自由端と、を有するレバープレート(アーム)、を備える可変ノズル装置が開示されている。上記レバープレートは、ドライブリングがノズル流路の断面積を減少させる閉方向に回転した際に、直線状に形成された閉側溝壁面に接触する閉側凸曲面と、ドライブリングがノズル流路の断面積を増大させる開方向に回転した際に、上記閉側溝壁面に対して平行に設けられた開側溝壁面に接触する開側凸曲面と、を有している。
特開2017-180462号公報
 特許文献1には、可変ノズル装置のレバープレートが閉側凸曲面と開側凸曲面を有することにより、レバープレートとドライブリングとの嵌合部分における応力を低減し、上記嵌合部分における摩耗を低減することが開示されている。しかし、可変ノズル装置には、ノズルベーンの位置精度を長期間にわたり安定させるために、上記嵌合部分における摩耗のさらなる低減が求められている。
 上述した事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、レバープレートとドライブリングとが嵌合する嵌合部分における摩耗を抑制することができる可変ノズル装置を提供することにある。
(1)本発明の少なくとも一実施形態にかかる可変ノズル装置は、
 ノズルマウントと、
 上記ノズルマウントに回動可能に支持される複数のノズルベーンと、
 上記ノズルマウントの軸線回りに回動可能に設けられるドライブリングであって、周方向に沿った複数箇所に被嵌合部を有するドライブリングと、
 各々が、上記複数のノズルベーンのうちの一つに固定される固定部と、上記ドライブリングの複数の上記被嵌合部のうちの一つに嵌合する嵌合部と、を含む複数のレバープレートと、を備え、
 上記被嵌合部は、一方側案内面と、他方側案内面と、を含み、
 上記嵌合部は、上記一方側案内面に接触可能な一方側転動面と、上記他方側案内面に接触可能な他方側転動面と、を含み、
 上記一方側転動面は、上記一方側案内面と接触する範囲の少なくとも一部において直線状に延在するレバープレート側直線部を含み、
 上記一方側案内面は、上記一方側転動面と接触する範囲の少なくとも一部において凸曲線状に延在するドライブリング側凸曲面部を含む。
 上記(1)の構成によれば、レバープレートに直線状に延在するレバープレート側直線部が設けられ、ドライブリングに凸曲線状に延在するドライブリング側凸曲面部が設けられている。ここで、ドライブリングの回転半径は、レバープレートの回転半径よりも大きいため、ドライブリング側凸曲面部は、仮にドライブリングに直線状に延在する直線部を設け、且つ、レバープレートに凸曲面状に延在する凸曲面部を設ける場合に比べて、凸曲面部の形状を緩やかな形状にすることができる。ドライブリング側凸曲面部を緩やかな形状にすることで、レバープレートとドライブリングとの接触部分にかかる応力を低減させることができる。上記接触部分にかかる応力を低減させることで、レバープレートとドライブリングとの嵌合部分の摩耗を抑制することができる。
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)に記載の可変ノズル装置であって、上記レバープレート側直線部は、上記レバープレートの長手方向軸線に沿って延在するように構成された。
 上記(2)の構成によれば、レバープレート側直線部は、レバープレートの長手方向軸線に沿って延在しているので、レバープレートのドライブリングとの接触部分にかかる応力を低減させることができる。このため、レバープレートの摩耗を抑制することができる。
(3)幾つかの実施形態では、上記(2)に記載の可変ノズル装置であって、上記ドライブリング側凸曲面部は、上記一方側転動面と接触する範囲における径方向外側の限界接触位置における接線に対して、径方向内側に向かうにつれて距離が徐々に長くなるように構成された。
 上記(3)の構成によれば、ドライブリング側凸曲面部は、一方側転動面と接触する範囲における径方向外側の限界接触位置における接線に対して、径方向内側に向かうにつれて距離が徐々に長くなるように構成されている。この場合には、ドライブリングが周方向における一方側に回転すると、ドライブリング側凸曲面部の一方側転動面(レバープレート側直線部を含む)に対する接触部分が、一方側転動面のドライブリング側凸曲面部に対する接触部分と同じ径方向内側に向かって移動する。このため、ドライブリング側凸曲面部と一方側転動面との接触部分における摩擦抵抗を低減することができる。上記接触部分における摩擦抵抗を低減することで、レバープレートとドライブリングとの嵌合部分の摩耗を抑制することができる。
(4)幾つかの実施形態では、上記(1)~(3)の何れかに記載の可変ノズル装置であって、上記他方側案内面は、上記他方側転動面と接触する範囲において直線状に延在するドライブリング側直線部を含み、上記他方側転動面は、上記他方側案内面と接触する範囲において凸曲線状に延在するレバープレート側凸曲面部を含む。
 レバープレートとドライブリングとの嵌合部分におけるクリアランスが大きいと、振動によりレバープレートの嵌合部が大きく揺れ動き、ドライブリングの被嵌合部に繰り返し衝突するため、上記嵌合部分のクリアランスは小さい方が好ましい。上記(4)の構成によれば、レバープレートの一方側にレバープレート側直線部が、他方側にレバープレート側凸曲面部が設けられている。ドライブリングの一方側にドライブリング側凸曲面部が、他方側にドライブリング側直線部が設けられている。この場合には、レバープレートの一方側および他方側の夫々に直線部を設け、且つ、ドライブリングの一方側および他方側の夫々に凸曲面部を設ける場合に比べて、ドライブリングの回動範囲の全範囲のレバープレートとドライブリングとの嵌合部分のクリアランスの最大値を小さくすることができる。上記の構成によれば、上記嵌合部分のクリアランスの最大値を小さくすることができるので、上記嵌合部分の振動による摩耗を抑制することができる。
(5)幾つかの実施形態では、上記(4)に記載の可変ノズル装置であって、上記ドライブリング側直線部は、径方向外側が径方向内側よりも前記レバープレートの長手方向軸線に対する距離が短くなるように傾斜しており、上記レバープレート側凸曲面部は、上記他方側案内面と接触する範囲における径方向外側の限界接触位置における接線に対して、径方向内側に向かうにつれて距離が徐々に長くなるように構成された。
 上記(5)の構成によれば、ドライブリング側直線部は、径方向外側が径方向内側よりも長手方向軸線に対する距離が短くなるように傾斜している。そして、レバープレート側凸曲面部は、他方側案内面と接触する範囲における径方向外側の限界接触位置における接線に対して、径方向内側に向かうにつれて距離が徐々に長くなるように構成されている。この場合には、ドライブリングが周方向における他方側に回転すると、レバープレート側凸曲面部の他方側案内面(ドライブリング側直線部を含む)に対する接触部分が、他方側案内面のレバープレート側凸曲面部に対する接触部分と同じ径方向内側に移動する。このため、レバープレート側凸曲面部と一方側転動面との接触部分における摩擦抵抗を低減することができる。上記接触部分における摩擦抵抗を低減することで、レバープレートとドライブリングとの嵌合部分の摩耗を抑制することができる。
(6)幾つかの実施形態では、上記(1)~(5)の何れかに記載の可変ノズル装置であって、上記一方側転動面は、上記レバープレート側直線部よりも径方向内側に連なる内側凸曲面部であって、上記一方側案内面と接触する範囲において凸曲線状に延在する内側凸曲面部をさらに含み、上記内側凸曲面部は、上記レバープレートの長手方向軸線に対して、径方向内側に向かうにつれて距離が徐々に短くなるように構成された。
 上記(6)の構成によれば、一方側転動面は、上述したレバープレート側直線部と、レバープレート側直線部よりも径方向内側に連なる内側凸曲面部であって、一方側案内面と接触する範囲において凸曲線状に延在する内側凸曲面部と、を含んでいる。上記内側凸曲面部は、レバープレートの長手方向軸線に対して、径方向内側に向かうにつれて距離が徐々に短くなるように構成されている。このため、ドライブリング側凸曲面部は、ドライブリングが回転した際に、レバープレート側直線部および内側凸曲面部に接触するようになっている。この場合には、ドライブリング側凸曲面部は、一方側転動面がレバープレート側直線部のみを含む場合に比べて、緩やかな形状にすることができる。ドライブリング側凸曲面部を緩やかな形状にすることで、レバープレートとドライブリングとの接触部分にかかる応力を低減させることができ、ひいてはレバープレートとドライブリングとの嵌合部分の摩耗を抑制することができる。
(7)幾つかの実施形態では、上記(1)~(6)の何れかに記載の可変ノズル装置であって、上記一方側案内面および上記一方側転動面の夫々は、上記ドライブリングが閉方向に回転する際に互いに接触するように構成された。
 ドライブリングを閉方向に回転させる際には、ノズルベーンによりノズル流路の流路断面積を小さくするため、ノズル流路を流れる排ガスからノズルベーンに加えられる圧力が大きくなる。このため、ドライブリングを開方向に回転させる際に比べて、レバープレートとドライブリングとの接触部分にかかる応力が大きい。上記(7)の構成によれば、一方側案内面および一方側転動面の夫々は、ドライブリングが閉方向に回転する際に互いに接触するように構成されている。この場合には、上記接触部分に大きな応力がかかる回転方向である閉方向に、ドライブリングを回転させる際の上記接触部分にかかる応力を低減させることができるため、上記嵌合部分の摩耗を効果的に抑制することができる。
(8)本発明の少なくとも一実施形態にかかる可変容量側排気ターボ過給機は、
 上記(1)~(7)の何れかに記載の可変ノズル装置を備える。
 上記(8)の構成によれば、レバープレートに直線状に延在するレバープレート側直線部が設けられ、ドライブリングに凸曲線状に延在するドライブリング側凸曲面部が設けられているため、レバープレートとドライブリングとの嵌合部分の摩耗を抑制することができる。レバープレートとドライブリングとの嵌合部分の摩耗を抑制することで、ノズルベーンを長期間にわたり精度良く動作させることができるため、可変容量側排気ターボ過給機は、エンジンに供給される燃焼用気体の過給圧を長期間にわたり精度良く調整することができる。
 本発明の少なくとも一実施形態によれば、レバープレートとドライブリングとが嵌合する嵌合部分における摩耗を抑制することができる可変ノズル装置が提供される。
本発明の一実施形態にかかる可変ノズル装置、を備える可変容量型排気ターボ過給機を概略的に示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかる可変容量型排気ターボ過給機を備えるエンジンの構成を概略的に示す概略図である。 図1に示すA-A線矢視の概略断面図である。 可変ノズル装置の概略断面図である。 本発明の第1の実施形態におけるレバープレートの概略図である。 本発明の第1の実施形態におけるドライブリングとレバープレートとの関係を説明するための模式図であって、ドライブリングが閉方向に回動するときのドライブリングとレバープレートの接触部分を説明するための模式図である。 本発明の第1の実施形態におけるドライブリングとレバープレートとの関係を説明するための模式図であって、ドライブリングが開方向に回動するときのドライブリングとレバープレートの接触部分を説明するための模式図である。 比較例におけるドライブリングとレバープレートとの関係を説明するための模式図である。 凸曲面部に近似する近似円の半径と応力の変化量との関係を示すグラフである。 第2の比較例におけるドライブリングとレバープレートとの関係を説明するための模式図である。 レバープレート側凸曲面部の形状を説明するための模式図である。 本発明の第2の実施形態におけるドライブリングとレバープレートとの関係を説明するための模式図である。
 以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
 例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
 例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
 例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
 一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
 なお、同様の構成については同じ符号を付し説明を省略することがある。
 図1は、本発明の一実施形態にかかる可変ノズル装置、を備える可変容量型排気ターボ過給機を概略的に示す断面図である。図2は、本発明の一実施形態にかかる可変容量型排気ターボ過給機を備えるエンジンの構成を概略的に示す概略図である。図3は、図1に示すA-A線矢視の概略断面図である。図4は、可変ノズル装置の概略断面図である。
 幾つかの実施形態にかかる可変ノズル装置1は、図1に示されるように、排気ターボ過給機2のハウジング21の内部に搭載される。図示される実施形態では、可変ノズル装置1は、タービンハウジング21Aと軸受ハウジング21Cを組み合わせたものの内部に取付けられている。
 幾つかの実施形態にかかる排気ターボ過給機2(可変容量型排気ターボ過給機)は、図2に示されるように、回転シャフト22と、回転シャフト22の一端部に機械的に連結されるタービンホイール23と、回転シャフト22の他端部に機械的に連結されるコンプレッサロータ24と、回転シャフト22を回転可能に支持する軸受25と、これらを収容する上述したハウジング21と、を備える。
 図示される実施形態では、ハウジング21は、タービンホイール23を収容するタービンハウジング21Aと、コンプレッサロータ24を収容するコンプレッサハウジング21Bと、軸受25を収容する軸受ハウジング21Cと、を含む。軸受ハウジング21Cは、タービンハウジング21Aとコンプレッサハウジング21Bとの間に設けられ、タービンハウジング21A及びコンプレッサハウジング21Bの夫々に、例えばボルトなどの締結部材により締結されている。
 コンプレッサロータ24は、図2に示されるように、エンジン本体26(燃焼装置)に空気(燃焼用気体)を供給する供給ライン27に設けられている。タービンホイール23は、エンジン本体26から排ガスを排出する排出ライン28に設けられている。
 排気ターボ過給機2は、図2に示されるように、エンジン本体26から排出ライン28を通って、タービンハウジング21Aの内部に導入された排ガスにより、タービンホイール23を回転させるように構成されている。コンプレッサロータ24は、回転シャフト22を介してタービンホイール23に機械的に連結されているので、タービンホイール23の回転に連動して回転する。排気ターボ過給機2は、コンプレッサロータ24の回転により、供給ライン27を通ってコンプレッサハウジング21Bの内部に導入された空気(燃焼用気体)を圧縮してエンジン本体26に送るように構成されている。
 タービンハウジング21Aには、例えば図1に示されるように、排ガス導入口31からタービンハウジング21Aの内部に導入された排ガスを、タービンホイール23に送るためのスクロール状の排ガス流路32であるスクロール流路32Aと、タービンホイール23から排ガス排出口33に排ガスを送るための排ガス流路32である排ガス排出流路32Bと、が形成されている。
 以下、例えば図1に示されるように、可変ノズル装置1の軸線LAが延在する方向を軸方向Xとし、軸線LAに直交する方向を径方向Yとする。軸方向Xのうち、軸受ハウジング21Cに対してタービンハウジング21Aが位置する側(図1中右側)を一方側X1とし、タービンハウジング21Aに対して軸受ハウジング21Cが位置する側(図1中左側)を他方側X2とする。図示される実施形態では、可変ノズル装置1の軸線LAは、タービンホイール23の軸線と同一直線上に延在している。
 可変ノズル装置1は、図1に示されるように、タービンホイール23の周囲を囲むように、タービンホイール23の径方向外側に配置される。可変ノズル装置1は、スクロール流路32Aとタービンホイール23との間に、排ガス流路32であるノズル流路32Cを画定するように構成されている。また、可変ノズル装置1は、ノズルベーン5のベーン翼52の翼角を変化させることで、ノズル流路32Cの断面積を調整可能に構成されている。ノズル流路32Cの断面積を増減させることにより、スクロール流路32Aからタービンホイール23に流れる排ガスの流速や圧力を変化させることができる。
 排ガス導入口31からタービンハウジング21Aの内部に導入された排ガスは、スクロール流路32Aを通り、その次にノズル流路32Cを通った後に、タービンホイール23に送られて、タービンホイール23を回転させる。タービンホイール23を回転させた排ガスは、排ガス排出流路32Bを通った後に、排ガス排出口33からタービンハウジング21Aの外部に排出される。
 可変ノズル装置1は、図1に示されるように、ノズルマウント4を備える。ノズルマウント4は、軸線LAに交差(直交)する方向に沿って延在する環状板部41を含む。ノズルマウント4は、ハウジング21の内部に支持されるように構成されている。
 図示される実施形態では、図1に示されるように、ノズルマウント4は、環状板部41の外周縁部42が、タービンハウジング21Aおよび軸受ハウジング21Cに挟持されることで、ハウジング21の内部に支持されている。可変ノズル装置1は、ノズルマウント4がハウジング21の内部に支持されることで、ハウジング21の内部に支持されている。ノズルマウント4の環状板部41の軸方向他方側の背面413と、軸受ハウジング21Cに形成された環状の溝部211と、により、それらの内部に内部空間43が画定されている。
 図示される実施形態では、可変ノズル装置1は、例えば図1に示されるように、上述したノズルマウント4と、少なくとも一つのノズルベーン5と、ドライブリング6と、少なくとも一つのレバープレート7と、ノズルプレート8と、少なくとも一つのノズルサポート9と、を備える。ドライブリング6およびレバープレート7は、図1に示されるように、内部空間43の内部に配置される。
 ノズルプレート8は、図4に示されるように、軸線LAに交差(直交)する方向に沿って延在するプレート側環状板部81と、プレート側環状板部81の内周縁部82から軸方向の一方側に突出する突出部83と、を含む。
 少なくとも一つのノズルサポート9は、図4に示されるように、ノズルプレート8をノズルマウント4から離間して支持するように構成されている。図示される実施形態では、ノズルサポート9は、長手方向を有し、長手方向の一端部91が環状板部41(ノズルマウント4)に機械的に連結され、長手方向の他端部92が、プレート側環状板部81(ノズルプレート8)に機械的に連結されている。
 或る実施形態では、少なくとも一つのノズルサポート9は、軸線LAの回りに周方向に沿って互いに間隔をおいて配置される複数のノズルサポート9からなる。この場合には、複数のノズルサポート9の夫々が、ノズルマウント4及びノズルプレート8の夫々に機械的に連結される。
 上述したノズル流路32Cは、図4に示されるように、ノズルマウント4とノズルプレート8とにより画定される。図示される実施形態では、上述したノズル流路32Cは、環状板部41の軸方向の一方側に位置するマウント側流路壁面411と、プレート側環状板部81の軸方向の他方側に位置するプレート側流路壁面811と、により画定される。プレート側流路壁面811は、マウント側流路壁面411に対向している。
 少なくとも一つのノズルベーン5は、図4に示されるように、ノズルマウント4に回動可能に支持されている。少なくとも一つのノズルベーン5は、長手方向を有するベーンシャフト51と、ベーンシャフト51の長手方向の一端部に設けられるベーン翼52と、を含む。ベーン翼52は、ノズル流路32C、すなわちノズルマウント4とノズルプレート8の間に配置されている。図示される実施形態では、ノズルベーン5は、ベーンシャフト51が環状板部41に形成された挿通孔412に、ベーンシャフト51が回転可能に支持されることにより、ベーンシャフト51の軸線LBをノズルベーン5の回転中心として回転可能となっている。
 図示される実施形態では、少なくとも一つのノズルベーン5は、図3に示されるように、複数のノズルベーン5からなる。上述した挿通孔412は、ノズルベーン5と同数形成されている。複数の挿通孔412の夫々は、軸線LA周りの周方向に沿って互いに間隔をおいた離れた位置に形成されている。複数のノズルベーン5の夫々は、ベーンシャフト51が複数の挿通孔412のうちの一つに挿通するようになっている。
 ドライブリング6は、図4に示されるように、ノズルマウント4の軸線LC回りに回動可能に設けられている。ドライブリング6は、レバープレート7の嵌合部71が転動可能に緩く嵌合するように構成された少なくとも一つの被嵌合部61を有している。ノズルマウント4の軸線LCは、可変ノズル装置1の軸線LAに沿って延在している。図示される実施形態では、軸線LCは、軸線LAと同一直線上に延在している。
 図示される実施形態では、ノズルマウント4の環状板部41は、図4に示されるように、上述した挿通孔412が形成された内周側部分44と、内周側部分44よりも径方向外側に位置する外周側部分45と、を含む。内周側部分44は、外周側部分45よりも肉厚に形成されている。ドライブリング6は、軸線LAに交差(直交)する方向に沿って延在するリング側環状板部62を含む。リング側環状板部62の内周面621が、ノズルマウント4の内周側部分44と外周側部分45との境界に形成された段差面431に対向するように配置されている。ドライブリング6は、リング側環状板部62の内周端部63が、ノズルマウント4の内周側部分44の外周端部46に対して回転可能に支持されるようになっている。
 図5は、本発明の第1の実施形態におけるレバープレートの概略図である。
 少なくとも一つのレバープレート7は、図4に示されるように、ドライブリング6の被嵌合部61に嵌合する上述した嵌合部71と、ノズルベーン5に固定される固定部72と、を含む。図示される実施形態では、少なくとも一つのレバープレート7は、図5に示されるように、レバープレート7の長手方向軸線LLに沿って長手方向を有している。レバープレート7は、長手方向の一端部73に上述した嵌合部71が設けられ、長手方向の他端部74に上述した固定部72が設けられている。レバープレート7は、一端部73と他端部74との間に、一端部73および他端部74よりも幅が狭い幅狭部75が設けられている。
 長手方向軸線LLは、レバープレート7の長手方向に沿って軸線である。長手方向軸線LLは、長手方向の他端部74を左右対称に二分割するような設計線であってもよいし、レバープレート7の面積を二等分する面積二等分線などであってもよい。
 レバープレート7の固定部72は、図4に示されるように、ノズルベーン5のベーンシャフト51に機械的に連結されている。このため、ノズルベーン5のベーン翼52およびレバープレート7は、ベーンシャフト51の軸線LBを回転中心として一体的に回転可能となっている。
 図示される実施形態では、ノズルベーン5のベーンシャフト51は、ノズルマウント4の挿通孔412を挿通し、内周側部分44よりも軸方向の他方側に突出した一端部53を含む。レバープレート7の固定部72は、ベーンシャフト51の一端部53が嵌入することで、一端部53に機械的に連結される貫通孔721を含む。
 図示される実施形態では、ドライブリング6の被嵌合部61は、リング側環状板部62の外周縁部64に形成される溝部65を含む。レバープレート7の嵌合部71は、溝部65の内部に収容され、溝部65に緩く嵌合するように構成されている。
 図示される実施形態では、少なくとも一つのレバープレート7は、図3に示されるように、ノズルベーン5と同数設けられている。また、ドライブリング6の少なくとも一つの被嵌合部61は、レバープレート7と同数形成されている。複数の被嵌合部61の夫々は、軸線LA周りの周方向に沿って互いに間隔をおいた離れた位置に形成されている。複数のレバープレート7の夫々は、固定部72が、複数のノズルベーン5のうちの一つに固定されるとともに、嵌合部71が、複数の被嵌合部61のうちの一つに嵌合するようになっている。複数のレバープレート7の夫々は、嵌合部71が、固定部72よりも径方向外側に位置するように配置される。
 図示される実施形態では、図1に示されるように、排気ターボ過給機2は、ドライブリング6を軸線LC回りに回動させるように構成されたアクチュエータ29と、アクチュエータ29の駆動シャフト291の駆動(軸線LC回りの周方向に沿った移動量)を制御するように構成されたコントローラ30(制御装置)と、を備える。アクチュエータ29は、電動モータやエアシリンダなどを含む。アクチュエータ29の駆動シャフト291は、ドライブリング6に機械的に連結されている。
 アクチュエータ29からノズルベーン5までの動力伝達経路では、アクチュエータ29の駆動シャフト291とドライブリング6、ドライブリング6の被嵌合部61とレバープレート7の嵌合部71、レバープレート7の固定部72とノズルベーン5のベーンシャフト51の夫々が、互いに連結し合うように構成されている。
 コントローラ30によりアクチュエータ29が駆動されると、アクチュエータ29の駆動シャフト291の移動に伴い、ドライブリング6が軸線LCを回転中心として回動され、ドライブリング6の回動に伴い、複数のレバープレート7が同期的に回動される。
 図3に示されるような、ドライブリング6が周方向における一方側(図3中時計回り方向、閉方向)に回転すると、全てのレバープレート7は、ベーンシャフト51の軸線LBを中心に上記周方向における一方側に回転される。この際に、周方向において隣接するベーン翼52同士が互いに離れる方向に移動する。上記ベーン翼52の移動に伴い、周方向において隣接するベーン翼52間の排ガスの流路、すなわち、ノズル流路32Cの断面積が大きくなる。ノズル流路32Cの断面積を大きくする回転方向を、閉方向とする。
 図3に示されるような、ドライブリング6が周方向における他方側(図3中時計回り方向、開方向)に回転すると、全てのレバープレート7は、ベーンシャフト51の軸線LBを中心に上記周方向における他方側に回転される。この際に、周方向において隣接するベーン翼52同士が互いに近づく方向に移動する。上記ベーン翼52の移動に伴い、周方向において隣接するベーン翼52間の排ガスの流路、すなわち、ノズル流路32Cの断面積が小さくなる。ノズル流路32Cの断面積を小さくする回転方向を、閉方向とする。
 なお、他の幾つかの実施形態では、ドライブリング6が周方向における一方側に回転すると、ノズル流路32Cの断面積が小さくなり、ドライブリング6が周方向における他方側に回転すると、ノズル流路32Cの断面積が大きくなるように構成されていてもよい。
 図6は、本発明の第1の実施形態におけるドライブリングとレバープレートとの関係を説明するための模式図であって、ドライブリングが閉方向に回動するときのドライブリングとレバープレートの接触部分を説明するための模式図である。図7は、本発明の第1の実施形態におけるドライブリングとレバープレートとの関係を説明するための模式図であって、ドライブリングが開方向に回動するときのドライブリングとレバープレートの接触部分を説明するための模式図である。
 ドライブリング6の被嵌合部61は、図6、7に示されるように、一方側案内面66と、一方側案内面66に対向する他方側案内面67と、を含む。図示される実施形態では、一方側案内面66は、上述した溝部65の周方向他方側の壁面651を含み、他方側案内面67は、上述した溝部65の周方向一方側の壁面652を含む。
 レバープレート7の嵌合部71は、図6、7に示されるように、ドライブリング6が回動すると、ドライブリング6の被嵌合部61に対して転動する。つまり、ドライブリング6が回転するにつれて、ドライブリング6とレバープレート7の接触部分CAが徐々に移動する。
 レバープレート7の嵌合部71は、図6、7に示されるように、一方側案内面66に接触可能な一方側転動面76と、他方側案内面67に接触可能な他方側転動面77と、を含む。一方側転動面76は、図6に示されるように、ドライブリング6が閉方向(周方向における一方側)に回転しているときに、一方側案内面66に接触する。他方側転動面77は、図7に示されるように、ドライブリング6が開方向(周方向における他方側)に回転しているときに、他方側案内面67に接触する。図示される実施形態では、一方側転動面76は、上述した嵌合部71の一面711(周方向他方側の面)を含み、他方側転動面77は、上述した嵌合部71の、一面711とは長手方向軸線LLを挟んで反対側に設けられる他面712(周方向一方側の面)を含む。
 図6に示されるように、ドライブリング6の一方側案内面66は、径方向外側の限界接触位置PR1から径方向内側の限界接触位置PR2までの範囲において、レバープレート7の一方側転動面76に接触する。一方側案内面66の一方側転動面76と接触する範囲をAR1とする。レバープレート7の一方側転動面76は、径方向外側の限界接触位置PL1から径方向内側の限界接触位置PL2までの範囲において、ドライブリング6の一方側案内面66に接触する。一方側転動面76の一方側案内面66と接触する範囲をAL1とする。
 図6に示されるように、ドライブリング6が閉方向(周方向における一方側)に回転しているときに、ドライブリング6とレバープレート7の接触部分CAは、径方向外側から径方向内側に向かって移動する。この際、ドライブリング6のレバープレート7に対する接触部分は、限界接触位置PR1から径方向内側に向かって限界接触位置PR2まで移動する。また、レバープレート7のドライブリング6に対する接触部分は、限界接触位置PL1から径方向内側に向かって限界接触位置PL2まで移動する。つまり、ドライブリング6およびレバープレート7の夫々の接触部分CAR,CALは、同じ径方向内側に向かって移動する。
 図7に示されるように、ドライブリング6の他方側案内面67は、径方向外側の限界接触位置PR3から径方向内側の限界接触位置PR4までの範囲において、レバープレート7の他方側転動面77に接触する。他方側案内面67の他方側転動面77と接触する範囲をAR2とする。レバープレート7の他方側転動面77は、径方向外側の限界接触位置PL3から径方向内側の限界接触位置PL4までの範囲において、ドライブリング6の他方側案内面67に接触する。他方側転動面77の他方側案内面67と接触する範囲をAL2とする。
 図7に示されるように、ドライブリング6が開方向(周方向における他方側)に回転しているときに、ドライブリング6とレバープレート7の接触部分CAは、径方向内側から径方向外側に向かって移動する。この際、ドライブリング6のレバープレート7に対する接触部分は、限界接触位置PR4から径方向外側に向かって限界接触位置PR3まで移動する。また、レバープレート7のドライブリング6に対する接触部分は、限界接触位置PL4から径方向外側に向かって限界接触位置PL3まで移動する。つまり、ドライブリング6およびレバープレート7の夫々の接触部分CAR,CALは、同じ径方向外側に向かって移動する。
 幾つかの実施形態にかかる可変ノズル装置1は、図6に示されるように、上述した被嵌合部61を含むドライブリング6と、上述した嵌合部71を含むレバープレート7と、を備える。被嵌合部61は、上述した一方側案内面66と、上述した他方側案内面67と、を含み、嵌合部71は、上述した一方側転動面76と、上述した他方側転動面77と、を含む。一方側転動面76は、一方側案内面66と接触する範囲AL1の少なくとも一部において直線状に延在するレバープレート側直線部78を含み、一方側案内面66は、一方側転動面76と接触する範囲AR1の少なくとも一部において凸曲線状に延在するドライブリング側凸曲面部68を含む。
 図示される実施形態では、図6に示されるように、レバープレート側直線部78は、上記範囲AL1の全範囲にわたり直線状に延在しており、ドライブリング側凸曲面部68は、上記範囲AR1の全範囲にわたり凸曲線状に延在している。図6に示されるように、ドライブリング側凸曲面部68の上記範囲AR1に近似する近似円の半径(曲率半径)をR1とする。
 図8は、比較例におけるドライブリングとレバープレートとの関係を説明するための模式図である。
 比較例におけるドライブリング6Aの一方側案内面66Aおよび他方側案内面67Aの夫々は、直線状に延在している。比較例におけるレバープレート7Aの一方側転動面76Aおよび他方側転動面77Aの夫々は、凸曲線状に延在している。一方側転動面76Aに近似する近似円の半径(曲率半径)をR2とする。一方側転動面76Aの上記半径R2は、上述したドライブリング側凸曲面部68の上記半径R1よりも小さくなっている。図3に示されるように、ドライブリング6の回転半径TR1は、レバープレート7の回転半径TR2よりも大きいので、ドライブリング6が軸線LAを中心として所定角度回転した際に、レバープレート7は、軸線LBを中心として上記所定角度よりも大きな角度だけ回転する。このため、一方側転動面76Aを緩やかな形状にすると、一方側転動面76Aの一方側案内面66Aと接触する範囲が、上述した範囲AR1よりも大きくなり、動作効率の低下を招く虞がある。よって、一方側転動面76Aを緩やかな形状にすることは設計上困難である。
 図9は、凸曲面部に近似する近似円の半径と応力の変化量との関係を示すグラフである。図9においては、凸曲面部(ドライブリング側凸曲面部68や一方側転動面76A)に近似する近似円の半径を横軸にし、レバープレート7とドライブリング6との接触部分CAにかかる応力の、上記半径R2における応力に対する変化量を縦軸にしている。ドライブリング側凸曲面部68の上記半径R1は、一方側転動面76Aの上記半径R2よりも大きいため、ドライブリング側凸曲面部68は、レバープレート7とドライブリング6との接触部分CAにかかる応力を、上記半径R2において接触部分CAにかかる応力に比べて、20%程度、低減させることができる。
 上記の構成によれば、レバープレート7に直線状に延在するレバープレート側直線部78が設けられ、ドライブリング6に凸曲線状に延在するドライブリング側凸曲面部68が設けられている。上述したように、ドライブリング6の回転半径TR1は、レバープレート7の回転半径TR2よりも大きいため、ドライブリング側凸曲面部68は、仮に上記比較例のように、ドライブリング6に直線状に延在する直線部(一方側案内面66A)を設け、且つ、レバープレート7に凸曲面状に延在する凸曲面部(一方側転動面76A)を設ける場合に比べて、凸曲面部の形状を緩やかな形状にすることができる。ドライブリング側凸曲面部68を緩やかな形状にすることで、レバープレート7とドライブリング6との接触部分CAにかかる応力を低減させることができる。上記接触部分CAにかかる応力を低減させることで、レバープレート7とドライブリング6との嵌合部分60(嵌合部71および被嵌合部61を含む)の摩耗を抑制することができる。
 幾つかの実施形態では、上述した可変ノズル装置1のレバープレート側直線部78は、例えば図5に示されるように、レバープレート7の長手方向軸線LLに沿って延在するように構成されている。この場合には、レバープレート側直線部78は、レバープレート7の長手方向軸線LLに沿って延在しているので、レバープレート7のドライブリング6との接触部分CAにかかる応力を低減させることができる。このため、レバープレート7の摩耗を抑制することができる。
 幾つかの実施形態では、上述した可変ノズル装置1のドライブリング側凸曲面部68は、図6に示されるように、一方側転動面76と接触する範囲AR1における径方向外側の限界接触位置PR1における接線T1に対して、径方向内側に向かうにつれて距離が徐々に長くなるように構成されている。この場合には、ドライブリング6が周方向における一方側に回転すると、ドライブリング側凸曲面部68の一方側転動面76(レバープレート側直線部78を含む)に対する接触部分CARが、一方側転動面76のドライブリング側凸曲面部68に対する接触部分CALと同じ径方向内側に向かって移動する。仮に、特許文献1の図6に示されるような、上記接触部分CARが径方向内側に向かって移動するのに対して、上記接触部分CALが径方向外側に向かって移動するように構成されていると、ドライブリング側凸曲面部68と一方側転動面76との接触部分CAにおける摩擦抵抗が増大する。このため、ドライブリング側凸曲面部68と一方側転動面76との接触部分CAにおける摩擦抵抗を低減することができる。よって、上記接触部分CAにおける摩擦抵抗を低減することで、レバープレートとドライブリングとの嵌合部分60の摩耗を抑制することができる。
 幾つかの実施形態では、上述したドライブリング側凸曲面部68は、ドライブリング側凸曲面部68は、図6に示されるように、径方向内側に向かうにつれて徐々に曲率が小さくなるように構成されている。図6に示される実施形態では、径方向外側の限界接触位置PR1において曲率が最大となり、径方向内側の限界接触位置PR2において曲率が最小となるように構成されている。この場合には、ドライブリング側凸曲面部68と一方側転動面76との接触部分CAにおける摩擦抵抗を効果的に低減することができる。上記接触部分CAにおける摩擦抵抗を効果的に低減することで、レバープレート7とドライブリング6との嵌合部分60の摩耗を抑制することができる。
 幾つかの実施形態では、上述した可変ノズル装置1の他方側案内面67は、図7に示されるように、上述した他方側転動面77と接触する範囲AR2において直線状に延在するドライブリング側直線部69を含む。上述した他方側転動面77は、上述した他方側案内面67と接触する範囲AL2において凸曲線状に延在するレバープレート側凸曲面部79を含む。
 図10は、第2の比較例におけるドライブリングとレバープレートとの関係を説明するための模式図である。
 第2の比較例におけるレバープレート7Bの一方側転動面76Bおよび他方側転動面77Bの夫々は、直線状に延在している。第2の比較例におけるドライブリング6Bの一方側案内面66Bおよび他方側案内面67Bの夫々は、凸曲面状に延在している。この場合には、図10に示されるような、レバープレート7Bとドライブリング6Bとの嵌合部分60BのクリアランスCは、図6に示されるような、上述したレバープレート7とドライブリング6との嵌合部分60のクリアランスC3よりも大きくなる。ここで、上記クリアランスCは、一方側案内面66Bと一方側転動面76BとのクリアランスC1と、他方側転動面77Bと他方側案内面67BとのクリアランスC2と、の合計である。また、上記クリアランスC3は、一方側案内面66と一方側転動面76とのクリアランスと、他方側転動面77と他方側案内面67とのクリアランスと、の合計である。
 レバープレート7とドライブリング6との嵌合部分60におけるクリアランスが大きいと、振動によりレバープレート7の嵌合部71が大きく揺れ動き、ドライブリング6の被嵌合部61に繰り返し衝突するため、上記嵌合部分60のクリアランスC3は小さい方が好ましい。上記の構成によれば、レバープレート7の一方側にレバープレート側直線部78が、他方側にレバープレート側凸曲面部79が設けられている。ドライブリング6の一方側にドライブリング側凸曲面部68が、他方側にドライブリング側直線部69が設けられている。この場合には、図10に示されるような、レバープレート7Bの一方側および他方側の夫々に直線部(一方側転動面76B,他方側転動面77B)を設け、且つ、ドライブリング6Bの一方側および他方側の夫々に凸曲面部(一方側案内面66B,他方側案内面67B)を設ける場合に比べて、レバープレート7とドライブリング6との嵌合部分60のクリアランスC3の最大値を小さくすることができる。上記の構成によれば、上記嵌合部分60のクリアランスC3の最大値を小さくすることができるので、上記嵌合部分60の振動による摩耗を抑制することができる。
 図11は、レバープレート側凸曲面部の形状を説明するための模式図である。
 幾つかの実施形態では、上述したレバープレート側凸曲面部79は、以下の方法により特定される形状を有している。まず、ドライブリング側直線部69の形状を任意の直線SLにより描く。任意の直線SLからクリアランスC4だけ長手方向軸線LLに向かってずれた直線OLを描く。ここで、クリアランスC4は、ドライブリング6が回動する際に必要とするクリアランスである。全開から全閉までの各動作状態における直線OLをまとめて重ね合わせた直線群ODを設ける。直線群ODにおいて重ね合わされた直線OLに対して、長手方向軸線LLが位置する側から上記重ね合わされた直線OLに内接する内接円ICを描写する。上記内接円ICの円弧形状が、レバープレート側凸曲面部79の形状となる。この場合には、レバープレート側凸曲面部79の形状を上記内接円ICの円弧形状とすることで、レバープレート7とドライブリング6との嵌合部分60のクリアランスを、上記クリアランスC4(ドライブリング6が回動する際に必要とするクリアランス)にすることができる。上記の構成によれば、上記嵌合部分60のクリアランスC3(図6参照)の最大値をクリアランスC4とすることができるので、上記嵌合部分60の振動による摩耗を抑制することができる。
 幾つかの実施形態では、図7に示されるように、上述したドライブリング側直線部69は、径方向外側が径方向内側よりもレバープレート7の長手方向軸線LLに対する距離が短くなるように傾斜している。上述したレバープレート側凸曲面部79は、上述した他方側案内面67と接触する範囲AL2における径方向外側の限界接触位置PL3における接線T2に対して、径方向内側に向かうにつれて距離が徐々に長くなるように構成された。
 上記の構成によれば、ドライブリング側直線部69は、径方向外側が径方向内側よりも長手方向軸線LLに対する距離が短くなるように傾斜している。そして、レバープレート側凸曲面部79は、他方側案内面67と接触する範囲AL2における径方向外側の限界接触位置PL3における接線T2に対して、径方向内側に向かうにつれて距離が徐々に長くなるように構成されている。この場合には、ドライブリング6が周方向における他方側に回転すると、レバープレート側凸曲面部79の他方側案内面67(ドライブリング側直線部69を含む)に対する接触部分CALが、他方側案内面67のレバープレート側凸曲面部79に対する接触部分CARと同じ径方向内側に移動する。このため、レバープレート側凸曲面部79と他方側案内面67との接触部分CAにおける摩擦抵抗を低減することができる。上記接触部分CAにおける摩擦抵抗を低減することで、レバープレート7とドライブリング6との嵌合部分60の摩耗を抑制することができる。
 図12は、本発明の第2の実施形態におけるドライブリングとレバープレートとの関係を説明するための模式図である。
 幾つかの実施形態では、上述した一方側転動面76は、上述したレバープレート側直線部78よりも径方向内側に連なる内側凸曲面部70であって、一方側案内面66と接触する範囲AR1において凸曲線状に延在する内側凸曲面部70をさらに含んでいる。つまり、一方側転動面76は、レバープレート側直線部78と、内側凸曲面部70と、を含む。上述した内側凸曲面部70は、レバープレート7の長手方向軸線LLに対して、径方向内側に向かうにつれて距離が徐々に短くなるように構成された。この場合には、一方側案内面66をより緩やかな形状にすることができる。
 図示される実施形態では、上述した一方側案内面66は、上記範囲AR1の全範囲にわたり凸曲線状に延在しているドライブリング側凸曲面部68Aを含む。図12に示されるように、ドライブリング側凸曲面部68Aの上記範囲AR1に近似する近似円の半径(曲率半径)をR3とする。ドライブリング側凸曲面部68Aの上記半径R3は、ドライブリング側凸曲面部68の上記半径R1よりも大きいため、ドライブリング側凸曲面部68Aは、レバープレート7とドライブリング6との接触部分CAにかかる応力を、上記半径R1において接触部分CAにかかる応力に比べて、低減させることができる。
 上記の構成によれば、一方側転動面76は、上述したレバープレート側直線部78と、レバープレート側直線部78よりも径方向内側に連なる内側凸曲面部70であって、一方側案内面66と接触する範囲AR1において凸曲線状に延在する内側凸曲面部70と、を含んでいる。上記内側凸曲面部70は、レバープレート7の長手方向軸線LLに対して、径方向内側に向かうにつれて距離が徐々に短くなるように構成されている。このため、ドライブリング側凸曲面部68Aは、ドライブリング6が回転した際に、レバープレート側直線部78および内側凸曲面部70に接触するようになっている。この場合には、ドライブリング側凸曲面部68Aは、一方側転動面76がレバープレート側直線部78のみを含む場合に比べて、緩やかな形状にすることができる。ドライブリング側凸曲面部68Aを緩やかな形状にすることで、レバープレート7とドライブリング6との接触部分CAにかかる応力を低減させることができ、ひいてはレバープレート7とドライブリング6との嵌合部分60の摩耗を抑制することができる。
 幾つかの実施形態では、図6に示されるように、上述した可変ノズル装置1の一方側案内面66および一方側転動面76の夫々は、ドライブリング6が閉方向に回転する際に互いに接触するように構成された。ドライブリング6を閉方向に回転させる際には、ノズルベーン5によりノズル流路32Cの流路断面積を小さくするため、ノズル流路32Cを流れる排ガスからノズルベーン5に加えられる圧力が大きくなる。このため、ドライブリング6を開方向に回転させる際に比べて、レバープレート7とドライブリング6との接触部分CAにかかる応力が大きい。上記の構成によれば、一方側案内面66および一方側転動面76の夫々は、ドライブリング6が閉方向に回転する際に互いに接触するように構成されている。この場合には、上記接触部分CAに大きな応力がかかる回転方向である閉方向に、ドライブリング6を回転させる際の上記接触部分CAにかかる応力を低減させることができるため、上記嵌合部分60の摩耗を効果的に抑制することができる。
 幾つかの実施形態にかかる排気ターボ過給機2(可変容量側排気ターボ過給機)は、図1に示されるように、上述した可変ノズル装置1を備える。この場合には、レバープレート7に直線状に延在するレバープレート側直線部78が設けられ、ドライブリング6に凸曲線状に延在するドライブリング側凸曲面部68が設けられている。このため、レバープレート7とドライブリング6との嵌合部分60の摩耗を抑制することができる。上記嵌合部分60の摩耗を抑制することで、ノズルベーン5を長期間にわたり精度良く動作させることができるため、可変容量側排気ターボ過給機2は、エンジン(エンジン本体26)に供給される燃焼用気体の過給圧を長期間にわたり精度良く調整することができる。
 本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
1     可変ノズル装置
2     排気ターボ過給機
4     ノズルマウント
5     ノズルベーン
6     ドライブリング
6A,6B 比較例のドライブリング
7     レバープレート
7A,7B 比較例のレバープレート
8     ノズルプレート
9     ノズルサポート
21    ハウジング
21A   タービンハウジング
21B   コンプレッサハウジング
21C   軸受ハウジング
22    回転シャフト
23    タービンホイール
24    コンプレッサロータ
25    軸受
26    エンジン本体
27    供給ライン
28    排出ライン
29    アクチュエータ
30    コントローラ
31    排ガス導入口
32    排ガス流路
32A   スクロール流路
32B   排ガス排出流路
32C   ノズル流路
33    排ガス排出口
41    環状板部
42    外周縁部
43    内部空間
44    内周側部分
45    外周側部分
46    外周端部
51    ベーンシャフト
52    ベーン翼
53    一端部
60    嵌合部分
61    被嵌合部
62    リング側環状板部
63    内周端部
64    外周縁部
65    溝部
66    一方側案内面
67    他方側案内面
68    ドライブリング側凸曲面部
69    ドライブリング側直線部
70    内側凸曲面図
71    嵌合部
72    固定部
73    一端部
74    他端部
75    幅狭部
76    一方側転動面
77    他方側転動面
78    レバープレート側直線部
79    レバープレート側凸曲面部
81    プレート側環状板部
82    内周縁部
83    突出部
AL1,AL2,AR1,AR2 範囲
C,C1,C2,C3,C4 クリアランス
CA,CAL,CAR 接触部分
IC    内接円
OD    直線群
OL,SL 直線
PL1,PL2,PL3,PL4,PR1,PR2,PR3,PR4 限界接触位置
R1,R2,R3 半径
T1,T2 接線
TR1,TR2 回転半径
X     軸方向
X1    一方側
X2    他方側
Y     径方向

Claims (8)

  1.  ノズルマウントと、
     前記ノズルマウントに回動可能に支持される複数のノズルベーンと、
     前記ノズルマウントの軸線回りに回動可能に設けられるドライブリングであって、周方向に沿った複数箇所に被嵌合部を有するドライブリングと、
     各々が、前記複数のノズルベーンのうちの一つに固定される固定部と、前記ドライブリングの複数の前記被嵌合部のうちの一つに嵌合する嵌合部と、を含む複数のレバープレートと、を備え、
     前記被嵌合部は、一方側案内面と、他方側案内面と、を含み、
     前記嵌合部は、前記一方側案内面に接触可能な一方側転動面と、前記他方側案内面に接触可能な他方側転動面と、を含み、
     前記一方側転動面は、前記一方側案内面と接触する範囲の少なくとも一部において直線状に延在するレバープレート側直線部を含み、
     前記一方側案内面は、前記一方側転動面と接触する範囲の少なくとも一部において凸曲線状に延在するドライブリング側凸曲面部を含む
    可変ノズル装置。
  2.  前記レバープレート側直線部は、前記レバープレートの長手方向軸線に沿って延在するように構成された
    請求項1に記載の可変ノズル装置。
  3.  前記ドライブリング側凸曲面部は、前記一方側転動面と接触する範囲における径方向外側の限界接触位置における接線に対して、径方向内側に向かうにつれて距離が徐々に長くなるように構成された
    請求項2に記載の可変ノズル装置。
  4.  前記他方側案内面は、前記他方側転動面と接触する範囲において直線状に延在するドライブリング側直線部を含み、
     前記他方側転動面は、前記他方側案内面と接触する範囲において凸曲線状に延在するレバープレート側凸曲面部を含む
    請求項1乃至3の何れか1項に記載の可変ノズル装置。
  5.  前記ドライブリング側直線部は、径方向外側が径方向内側よりも前記レバープレートの長手方向軸線に対する距離が短くなるように傾斜しており、
     前記レバープレート側凸曲面部は、前記他方側案内面と接触する範囲における径方向外側の限界接触位置における接線に対して、径方向内側に向かうにつれて距離が徐々に長くなるように構成された
    請求項4に記載の可変ノズル装置。
  6.  前記一方側転動面は、前記レバープレート側直線部よりも径方向内側に連なる内側凸曲面部であって、前記一方側案内面と接触する範囲において凸曲線状に延在する内側凸曲面部をさらに含み、
     前記内側凸曲面部は、前記レバープレートの長手方向軸線に対して、径方向内側に向かうにつれて距離が徐々に短くなるように構成された
    請求項1乃至5の何れか1項に記載の可変ノズル装置。
  7.  前記一方側案内面および前記一方側転動面の夫々は、前記ドライブリングが閉方向に回転する際に互いに接触するように構成された
    請求項1乃至6の何れか1項に記載の可変ノズル装置。
  8.  請求項1乃至7の何れか1項に記載の可変ノズル装置を備える可変容量型排気ターボ過給機。
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