内燃機関の可変容量型過給機
【課題】タービン及びコンプレッサのそれぞれに可動ベーン機構を設けてもそれらの駆動機構の大型化を抑えることが可能な内燃機関の可変容量型過給機を提供する。
【解決手段】タービン２及びコンプレッサ３の両者に可動ベーン機構が設けられた可変容量型過給機１において、排気側可動ベーン機構及び吸気側可動ベーン機構との間でアクチュエータ４１を共用し、そのアクチュエータ４１の動作を駆動機構４０により両可動ベーン機構に伝達して各可動ベーン機構の可動ベーンを開閉動作させる。駆動機構４０には、排気側可動ベーン機構の可動ベーンが駆動されている状態で、吸気側可動ベーン機構の可動ベーンを可動させずに休止させる休止機構７０を設ける。
【解決手段】タービン２及びコンプレッサ３の両者に可動ベーン機構が設けられた可変容量型過給機１において、排気側可動ベーン機構及び吸気側可動ベーン機構との間でアクチュエータ４１を共用し、そのアクチュエータ４１の動作を駆動機構４０により両可動ベーン機構に伝達して各可動ベーン機構の可動ベーンを開閉動作させる。駆動機構４０には、排気側可動ベーン機構の可動ベーンが駆動されている状態で、吸気側可動ベーン機構の可動ベーンを可動させずに休止させる休止機構７０を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動ベーンを操作して過給効率を変化させることが可能な内燃機関の可変容量型過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に使用される過給機として、コンプレッサのディフューザ部に複数の可動ベーンを環状の列をなすように配置し、それらの可動ベーンを操作することにより過給効率を変化させる可変ジオメトリ型の過給機が知られている（例えば特許文献１参照）。その他、本願発明に関連する先行技術文献として特許文献２及び３が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１６３６９１号公報
【特許文献２】特開平８−２５４１２７号公報
【特許文献３】特開２００６−１６９９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
タービンの可動ベーンをアクチュエータで駆動する可変ノズル型のターボチャージャに、上述した可変ジオメトリ型のコンプレッサを組み合わせた場合、タービン側の可動ベーンとコンプレッサ側の可動ベーンとをそれぞれ別のアクチュエータにて駆動する構成とすれば、二つのアクチュエータが存在して駆動機構が大型化し、過給機の搭載スペースが増加するといった不都合が生じる。
【０００５】
そこで、本発明は、タービン及びコンプレッサのそれぞれに可動ベーン機構を設けたときの駆動機構の大型化を抑えることが可能な内燃機関の可変容量型過給機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内燃機関の可変容量型過給機は、可動ベーンの開閉動作によりタービンホイールに導入される排気の流路の断面積を変化させる排気側可動ベーン機構を有するタービンと、可動ベーンの開閉動作によりコンプレッサホイールから送り出される吸気の流路の断面積を変化させる吸気側可動ベーン機構を有するコンプレッサと、前記排気側可動ベーン機構及び吸気側可動ベーン機構との間で共用されるアクチュエータを有し、該アクチュエータの動作を前記両可動ベーン機構に伝達して各可動ベーン機構の可動ベーンを開閉動作させる駆動機構と、を備え、前記駆動機構には、前記排気側可動ベーン機構の可動ベーンが駆動されている状態で、前記吸気側可動ベーン機構の可動ベーンを可動させずに休止させる休止機構が設けられているものである（請求項１）。
【０００７】
本発明の可変容量型過給機によれば、排気側可動ベーン機構及び吸気側可動ベーン機構のそれぞれの可動ベーンを共通のアクチュエータにて駆動するため、各可動ベーン機構に専用のアクチュエータを設けた場合と比較してアクチュエータの個数を削減することができる。そのため、可動ベーン機構に対する駆動機構の大型化を抑え、過給機の搭載に要するスペースを削減することが可能である。しかも、駆動機構に休止機構が設けられているため、タービン側の可動ベーンが駆動されているにも関わらず、コンプレッサ側の可動タービンが可動せずに休止している状態を生じさせることができる。そのため、タービン側における可動ベーンの開度の増加率と、コンプレッサ側における可動ベーンの回動の増加率との間に差を生じさせ、それにより、コンプレッサ側の可動ベーンの動作に関する設定の自由度を高めることができる。
【０００８】
本発明の一形態において、前記休止機構は、前記排気側可動ベーン機構の可動ベーンの開度が大きい開状態から該排気側可動ベーン機構の可動ベーンの開度が小さい閉状態までの可動区間において前記閉状態より相対的に閉状態に近い領域で、前記吸気側可動ベーン機構の可動ベーンが休止するように設けられてもよい（請求項２）。これによれば、排気側可動ベーン機構における可動ベーンの開度が相対的に小さい領域で吸気側可動ベーン機構の可動ベーンが休止する。例えば、内燃機関の始動時、あるいはアイドリング運転時にタービン側及びコンプレッサ側のそれぞれの可動ベーンが閉じ、回転数の上昇に伴ってタービン側の可動ベーンが開き始めるようにアクチュエータの動作を制御した場合には、そのタービン側の可動ベーンの開度の増加に対して、コンプレッサ側の可動ベーンの開度を相対的に小さい状態に維持することができる。そのため、吸気流量が比較的小さい運転領域でコンプレッサ側の可動ベーンの開度を小さく制限してコンプレッサの効率を高めることができる。
【０００９】
本発明の一形態においては、前記排気側可動ベーン機構の操作入力部及び前記吸気側ベーン駆動機構の操作入力部のそれぞれの操作方向が前記タービン及び前記コンプレッサの周方向に設定され、前記吸気側可動ベーン機構における前記操作入力部の操作方向と該吸気側可動ベーン機構の可動ベーンの開閉方向との関係が、前記排気側可動ベーン機構における前記操作入力部の操作方向と該排気側可動ベーン機構の可動ベーンの開閉方向との関係に対して逆に設定され、前記駆動機構は、前記アクチュエータによって回転駆動される出力軸と、前記出力軸の中心に対して一方の側と前記排気側可動ベーン機構の操作入力部との間に介在して前記出力軸の回転を当該排気側可動ベーン機構の操作入力部の回転に変換する排気側連係機構と、前記出力軸の前記中心に対して他方の側と前記吸気側可動ベーン機構の操作入力部との間に介在して前記出力軸の回転を当該吸気側可動ベーン機構の操作入力部の回転に変換する吸気側連係機構とを備えていてもよい（請求項３）。これによれば、アクチュエータにて出力軸を回転させることにより、その回転運動が連係機構を介して排気側可動ベーン機構の操作入力部及び吸気側可動ベーン機構の操作入力部に対して周方向に互いに逆向きに伝達される。そのため、例えば、一方の可動ベーン機構が開方向に動作すれば、他方の可動ベーン機構も開方向に動作する等、アクチュエータが発生させる一方向の回転運動により一対の可動ベーン機構のそれぞれの可動ベーンを同一方向に動作させることができる。
【００１０】
上記の形態において、前記排気側連係機構には、前記出力軸と一体に回転する排気側連動部材が設けられ、前記吸気側連係機構には、前記出力軸の回りに回転自在な吸気側連動部材が設けられ、前記排気側連動部材及び前記吸気側連動部材のいずれか一方の連動部材には凸部が、前記他方の連動部材には前記出力軸の周方向に一定の範囲で延びるスライド溝がそれぞれ設けられ、前記凸部が前記スライド溝に摺動自在に嵌め合わされて前記休止機構が実現されてもよい（請求項４）。これによれば、出力軸の回転に伴って排気側連動部材が回転して排気側可動ベーン機構の操作入力部が回転しても、凸部がスライド溝内を摺動する間は吸気側連動部材が回転せず、吸気側可動ベーン機構の操作入力部には回転が伝達されない。これにより、排気側可動ベーン機構の可動ベーンが駆動している状態で、吸気側可動ベーン機構の可動ベーンを可動させずに休止させる領域を生じさせることができる。
【００１１】
さらに、上記の形態においては、前記排気側可動ベーン機構の操作入力部と前記吸気側可動ベーン機構の操作入力部とがタービン軸からみて同一の側に配置され、前記出力軸は前記タービン軸と平行に配置され、前記排気側連係機構は、前記排気側連動部材及び前記排気側可動ベーン機構の操作入力部のそれぞれに対して回転自在に連結される排気側ロッドを含み、前記吸気側連係機構は、前記吸気側連動部材及び前記吸気側可動ベーン機構の操作入力部のそれぞれに対して回転自在に連結される吸気側ロッドを含んでいてもよい（請求項５）。これによれば、アクチュエータの出力軸を一方向に回転させると、まず排気側可動ベーン機構の操作入力部が排気側ロッドを介して押し出されるか又は引き寄せられ、吸気側可動ベーン機構の操作入力部は休止機構による休止期間を経た後に、吸気側ロッドを介して引き寄せられるか又は押し出される。その結果、周方向に関して両可動ベーン機構の操作入力部が互いに逆向きに操作されて可動ベーンが同一方向に動作する。
【００１２】
本発明の一形態においては、前記排気側可動ベーン機構の可動ベーンが開方向に動作するときは前記吸気側可動ベーン機構の可動ベーンも開方向に動作するように前記駆動機構と両可動ベーン機構の操作入力部とがそれぞれ接続され、前記排気側可動ベーン機構及び前記吸気側可動ベーン機構の少なくとも一方には、前記可動ベーンを開方向に動作させる際に前記操作入力部に加えるべき開方向駆動力を、前記可動ベーンを閉方向に動作させる際に前記操作入力部に加えるべき閉方向駆動力よりも低減させる手段が設けられてもよい（請求項６）。この形態によれば、排気側可動ベーン機構の可動ベーン及び吸気側可動ベーン機構の可動ベーンを共通のアクチュエータにて同一方向に動作させることができる。しかも、少なくとも一方の可動ベーン機構の開方向駆動力を閉方向駆動力よりも低減させる手段を設けているので、その手段を省略した場合と比較して、二つの可動ベーン機構のそれぞれの操作入力部に加えるべき開方向駆動力が小さくて足りる。従って、アクチュエータに要求される出力を減少させ、それによりアクチュエータの小型化、ひいては過給機のさらなる小型化を図ることができる。なお、可動ベーンを開く際の排気又は吸気の抵抗は、可動ベーンを閉じる際の抵抗よりも相対的に増加する傾向がある。そのため、開方向駆動力を閉方向駆動力よりも低減させることがアクチュエータの小型化を図る上で効果が大きい。
【００１３】
さらに、前記低減させる手段として、前記可動ベーンの回転中心から該可動ベーンの外周側の端縁までの距離が、前記中心位置から該可動ベーンの内周側の端縁までの距離よりも大きく設定されていてもよい（請求項７）。これによれば、排気又は吸気の流れが可動ベーンに与える力により、可動ベーンに開方向のモーメントを作用させることができる。これにより、排気又は吸気が可動ベーンに与える力を、開方向駆動力に対するアシスト力として利用して操作入力部にアクチュエータが加えるべき開方向駆動力を低減することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上に説明したように、本発明の可変容量型過給機においては、排気側可動ベーン機構及び吸気側可動ベーン機構のそれぞれの可動ベーンを共通のアクチュエータにて駆動できるため、各可動ベーン機構に専用のアクチュエータを設けた場合と比較してアクチュエータの個数を削減し、それにより可動ベーン機構に対する駆動機構の大型化を抑え、過給機の搭載に要するスペースを削減することが可能である。しかも、駆動機構に休止機構が設けられているため、コンプレッサ側の可動ベーンの動作に関する設定の自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一形態に係るターボチャージャのタービン側の部分破断側面図。
【図２】本発明の一形態に係るターボチャージャのコンプレッサ側の部分破断側面図。
【図３】本発明の一形態に係るターボチャージャの軸線方向に沿った部分断面図。
【図４】タービン側の可動ベーン機構における操作レバーからアームまでの構成を示す図。
【図５】タービン側の可動ベーン機構における可動ベーン周囲の構成を示す図。
【図６】コンプレッサ側の可動ベーン機構における操作レバーからアームまでの構成を示す図。
【図７】コンプレッサ側の可動ベーン機構における可動ベーン周囲の構成を示す図。
【図８】一部の可動ベーンを拡大して示す図。
【図９】可動ベーンが最大限に閉じた状態におけるモータの出力軸と排気側及び吸気側の連係機構との関係を示す図。
【図１０】図９の状態から排気側可動ベーンを開く方向に出力軸が回転した状態を示す図。
【図１１】図１０の状態から出力軸が同一方向にさらに回転して排気側及び吸気側のそれぞれの可動ベーンが開方向に動作するときの状態を示す図。
【図１２】モータの回転角度と可動ベーンの開度との関係を示す図。
【図１３】吸気流量、吸気側可動ベーンの開度及びコンプレッサ効率の関係の一例を示す図。
【図１４】可動ベーンを開方向に駆動する際のモーメントを説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１〜図３は本発明の一形態に係る可変容量型過給機としてのターボチャージャを示している。ターボチャージャ１は、タービン２と、コンプレッサ３とを備えている。タービン２は、タービンハウジング４と、そのタービンハウジング４の内部に配置されたタービンホイール５とを有している。タービンハウジング４は、不図示の内燃機関（以下、エンジンと称する。）の排気通路の途中に設けられており、その外周には排気通路の上流側（つまりエンジンの排気ポート側）と接続される排気入口４ａが、中心部には排気通路の下流側と瀬接続される排気出口４ｂがそれぞれ設けられている。なお、図３ではタービンハウジング４及びその周囲の構成に関して図示を省略している。タービンホイール５にはタービン軸６が同軸的に形成され、そのタービン軸６はベアリングハウジング７内の軸受部８により回転自在に支持されている。
【００１７】
一方、コンプレッサ３は、コンプレッサハウジング１０と、そのコンプレッサハウジング１０の内部に配置されたコンプレッサホイール１１とを備えている。コンプレッサハウジング１０はエンジンの吸気通路の途中に設けられており、その中心部にはエンジンの吸気通路の上流側と接続される吸気入口１０ａが、外周には吸気通路の下流側と接続される吸気出口１０ｂがそれぞれ設けられている。コンプレッサホイール１１は、タービン軸６の先端部に一体回転可能に取り付けられている。
【００１８】
図１及び図２では図示を省略したが、タービン２及びコンプレッサ３には、さらに可動ベーン機構が設けられている。また、また、ターボチャージャ１には、それらの可動ベーン機構を駆動するための駆動機構４０がさらに設けられている。
【００１９】
図４及び図５はタービン２側の可動ベーン機構（以下、これを排気側可動ベーン機構と呼ぶ。）２０の詳細を示している。なお、図４及び図５のいずれも、タービン２を図１と同一の方向（図３の矢印Ｉ方向に相当）から見たときの状態を示している。
【００２０】
排気側可動ベーン機構２０は、タービンホイール５の背後、つまりベアリングハウジング７側に配置されたベースプレート２１と、そのベースプレート２１の表面にピン２２を軸として回転自在に取り付けられた多数の可動ベーン２３と、ベースプレート２１の裏面側に配置されたベーン操作機構２４とを備えている。可動ベーン２３は、タービンハウジング４内に流入した排気がタービンホイール５の外周に導かれるように排気の流れを方向付ける翼型形状の部品である（図８参照）。つまり、可動ベーン２３間の隙間がタービンホイール５に向かう排気の流路となる。各可動ベーン２３はピン２２の一端部に一体回転可能に取り付けられている。ピン２２の周方向のピッチは一定である。それらのピン２２を軸として可動ベーン２３が回転することにより、可動ベーン２３がそれらの間の排気の流路を開閉するように回転してその排気流路の断面積が変化する。なお、図５においては、可動ベーン２３間の排気流路が開いた状態を実線で示している。一部の可動ベーン２３に関しては、それらの間の排気流路がほぼ閉じるまで回転した状態を想像線で示している。
【００２１】
ベーン操作機構２４は、駆動リング２５と、その駆動リング２５の内側に配置された多数のベーンアーム２６と、一対のベーンアーム２６間に配置された一本の駆動アーム２７と、その駆動アーム２７とピン２８を介して一体に回転可能に接続された操作レバー２９とを備えている。操作レバー２９がベーン操作機構２４における操作入力部である。駆動リング２５は、ベースプレート２１に取り付けられた適宜数のローラ２１ａにより、タービン軸６（図３）の軸線を中心として回転可能に支持されている。ベーンアーム２６の個数は可動ベーン２３と同数である。各ベーンアーム２６は、ベースプレート２１を貫いて裏面側に突出したピン２２の他端部と一体回転可能に接続されている。従って、可動ベーン２３とベーンアーム２６とはピン２２を軸として一体に回転する。
【００２２】
駆動リング２５の内周には、多数のベーンアーム用溝部２５ａと、一対の溝部２５ａ間に位置する駆動アーム用溝部２５ｂとが設けられている。ベーンアーム用溝部２５ａはベーンアーム２６と同数設けられており、それらの周方向のピッチは一定である。各ベーンアーム用溝部２５ａにはベーンアーム２６の先端部２６ａが嵌り合っている。一方、駆動アーム用溝部２５ｂには駆動アーム２７の先端部２７ａが嵌り合っている。従って、操作レバー２９を図４の矢印Ｃｔ方向（時計方向）に回転操作すると、その回転がピン２８から駆動リング２５を経由して駆動リング２５に伝わって駆動リング２５が同一方向に回転し、これに連動して各ベーンアーム２６がピン２２を中心として図４及び図５の時計方向に回転する。これにより、可動ベーン２３もピン２２を中心として時計方向に回転し、可動ベーン２３間の排気流路の断面積が減少する。一方、操作レバー２９を図４の矢印Ｏｔ方向（反時計方向）に回転操作すると、駆動リング２５が上記とは反対方向に回転し、それに伴って可動ベーン２３がピン２２を中心として反時計方向に回転する。それにより可動ベーン２３間の排気流路の断面積が増加する。つまり、駆動リング２５がタービン軸６の回転方向Ｒと同一方向に回転すれば可動ベーン２３が開き、駆動リング２５がタービン軸６の回転方向Ｒと逆方向に回転すれば可動ベーン２３が閉じる。
【００２３】
図６及び図７はコンプレッサ３側の可動ベーン機構（以下、これを吸気側可動ベーン機構と呼ぶ。）３０の詳細を示している。なお、図６及び図７のいずれも、コンプレッサ３を図２と同一の方向（図３の矢印II方向に相当）から見たときの状態を示している。
【００２４】
吸気側可動ベーン機構３０は、コンプレッサホイール１１の背後、つまりベアリングハウジング７側に配置されたベースプレート３１と、そのベースプレート３１の表面にピン３２を軸として回転自在に取り付けられた多数の可動ベーン３３と、ベースプレート３１の裏面側に配置されたベーン操作機構３４とを備えている。可動ベーン３３は、コンプレッサホイール１１の中心部に流入した吸気がコンプレッサホイール１１の外周に導かれるように吸気の流れを方向付ける翼型形状の部品である。つまり、可動ベーン３３間の隙間がコンプレッサホイール１１から送り出される吸気の流路となる。各可動ベーン３３はピン３２の一端部に一体回転可能に取り付けられている。ピン３２の周方向のピッチは一定である。それらのピン３２を軸として可動ベーン３３が回転することにより、可動ベーン３３がそれらの間の吸気の流路を開閉するように回転してその吸気流路の断面積が変化する。なお、図７においては、可動ベーン３３間の吸気流路が開いた状態を実線で示している。一部の可動ベーン３３に関しては、それらの間の吸気流路がほぼ閉じるまで回転した状態を想像線で示している。
【００２５】
ベーン操作機構３４は、駆動リング３５と、その駆動リング３５の内側に配置された多数のベーンアーム３６と、一対のベーンアーム３６間に配置された一本の駆動アーム３７と、その駆動アーム３７とピン３８を介して一体に回転可能に接続された操作レバー３９とを備えている。操作レバー３９がベーン操作機構３４における操作入力部である。その操作レバー３９は、タービン軸６からみて排気側可動ベーン機構２０の操作レバー２９と同一の側（例えば図１においてタービン軸の右側）に配置されている。駆動リング３５は、ベースプレート３１に取り付けられた適宜数のローラ３１ａにより、タービン軸６（図３）の軸線を中心として回転可能に支持されている。ベーンアーム３６の個数は可動ベーン３３と同数である。各ベーンアーム３６は、ベースプレート３１を貫いて裏面側に突出したピン３２の他端部と一体回転可能に接続されている。従って、可動ベーン３３とベーンアーム３６とはピン３２を軸として一体に回転する。
【００２６】
駆動リング３５の内周には、多数のベーンアーム用溝部３５ａと、一対の溝部３５ａ間に位置する駆動アーム用溝部３５ｂとが設けられている。ベーンアーム用溝部３５ａはベーンアーム３６と同数設けられており、それらの周方向のピッチは一定である。各ベーンアーム用溝部３５ａにはベーンアーム３６の先端部３６ａが嵌り合っている。一方、駆動アーム用溝部３５ｂには駆動アーム３７の先端部３７ａが嵌り合っている。従って、操作レバー３９を図６の矢印Ｃｃ方向（時計方向）に回転操作すると、その回転がピン３８から駆動リング３５を経由して駆動リング３５に伝わって駆動リング３５が同一方向に回転し、これに連動して各ベーンアーム３６がピン３２を中心として図６及び図７の時計方向に回転する。これにより、可動ベーン３３もピン３２を中心として時計方向に回転し、可動ベーン３３間の吸気流路の断面積が減少する。一方、操作レバー３９を図６の矢印Ｏｃ方向（反時計方向）に回転操作すると、駆動リング３５が上記とは反対方向に回転し、それに伴って可動ベーン３３がピン３２を中心として反時計方向に回転する。それにより可動ベーン３３間の吸気流路の断面積が増加する。つまり、駆動リング３５がタービン軸６の回転方向Ｒと同一方向に回転すれば可動ベーン３３が閉じ、駆動リング２５がタービン軸６の回転方向Ｒと逆方向に回転すれば可動ベーン３３が開く。操作レバー３９の操作方向と可動ベーン３３の開閉方向との関係は、排気側可動ベーン機構２０における操作レバー２９の操作方向と可動ベーン２３の開閉方向との関係に対して逆である。
【００２７】
図８に示すように、排気側可動ベーン機構２０の可動ベーン２３に対するピン２２の取付位置は、可動ベーン２３の長手方向の中心位置よりも可動ベーン２３の後縁（内周側の端縁）２３ｂ側に偏っている。すなわち、可動ベーン２３の全長をＬａ、ピン２２から可動ベーン２３の前縁（外周側の端縁）２３ａまでの距離をＬｂとしたとき、ピボット比Ｌｂ／Ｌａが下式（１）で示すように０．５より大きくなるようにピン２２の取付位置が定められている。可動ベーン２３は、排気の流れ方向をタービンホイール５の周方向から半径方向中心側に偏向させるものであることから、その排気の流れが衝突する表面２３ｃ側が裏面２３ｄ側よりも排気からより大きな力を受ける。そして、可動ベーン２３の前縁２３ａからピン２２までの間では排気から受ける力で可動ベーン２３に開方向のモーメントが作用し、ピン２２から後縁２３ｂまでの間では可動ベーン２３に閉方向のモーメントが作用する。それらのモーメントの大小関係はピン２２から前縁２３ａ、後縁２３ｂまでのそれぞれの距離の大小関係に依存する。そのため、ピボット比を上記の通りに設定すれば、可動ベーン２３にはこれを開く方向のモーメントＭｏが作用する。すなわち、排気側可動ベーン機構２０では、可動ベーン２３を開方向に動作させる際に操作レバー２９に入力すべき開方向駆動力が、可動ベーン２３を閉方向に動作させる際に操作レバー２９に入力すべき閉方向駆動力よりも低減される。
【００２８】
【数１】
【００２９】
また、吸気側可動ベーン機構３０の可動ベーン３３に対するピン３２の取付位置も図８と同様に設定されている。すなわち、図８の可動ベーン２３を可動ベーン３３に置き換えたとき、そのピボット比は上式（１）の通りである。従って、可動ベーン３３に関しても、これをピン３２の回りに開く方向のモーメントが作用する。よって、吸気側可動ベーン機構３０においても、可動ベーン３３を開方向に動作させる際に操作レバー３９に入力すべき開方向駆動力が、可動ベーン３３を閉方向に動作させる際に操作レバー３９に入力すべき閉方向駆動力よりも小さくなる。
【００３０】
図１及び図２に示すように、駆動機構４０は、単一の電動モータ４１を有している。電動モータ４１は可動ベーン機構２０、３０の間で共用されて、可動ベーン２３、３３のそれぞれの駆動源として機能するアクチュエータである。電動モータ４１の回転は減速機構４２で減速されて出力軸４３から取り出される。出力軸４３はタービン軸６と平行に設けられており、電動モータ４１によりその中心線の回りに一定の角度範囲内で回転駆動される。駆動機構４０の出力軸４３は、リンク機構４５を介して可動ベーン機構２０、３０のそれぞれの操作レバー２９、３９と接続されている。
【００３１】
リンク機構４５は、出力軸４３の中心に対して一方の側と排気側可動ベーン機構２０の操作レバー２９との間に介在して出力軸４３の回転を操作レバー２９の回転に変換する排気側連係機構５０と、出力軸４３の中心に対して他方の側と吸気側可動ベーン機構３０の操作レバー３９との間に介在して出力軸４３の回転を操作レバー３９の回転に変換する吸気側連係機構６０とを備えている。図９〜図１１にも示したように、排気側連係機構５０は、出力軸４３に対して半径方向外側に延びるように連結された排気側連動部材としての排気側レバー５１と、その排気側レバー５１の先端にピン５２を介して回転自在に連結された排気側ロッド５３と、その排気側ロッド５３と排気側可動ベーン機構２０の操作レバー２９とを回転自在に連結するピン５４とを備えている。一方、吸気側連係機構６０は、出力軸４３に対して排気側レバー５１とは半径方向反対側に延ばされた吸気側連動部材としての吸気側レバー６１と、その吸気側レバー６１の先端にピン６２を介して回転自在に連結された吸気側ロッド６３と、その吸気側ロッド６３と吸気側可動ベーン機構３０の操作レバー３９とを回転自在に連結するピン６４とを備えている。
【００３２】
図９〜図１１から明らかなように、吸気側レバー６１は、円盤状のベース６１ａと、そのベース６１ａから半径方向外側に突出するアーム６１ｂとを備えている。ベース６１ａは出力軸４３に対して回転自在に嵌め合わされている。吸気側ロッド６３はアーム６１ｂの先端部にピン６２を介して連結されている。ベース６１ａには、周方向に円弧を描くように延びるスライド溝６１ｃが設けられている。一方、排気側レバー５１は出力軸４３の半径方向に延びるロッド形状であり、出力軸４３とは一体回転可能に連結されている。排気側レバー５１上には凸部５１ａが一体的に設けられており、その凸部５１ａはスライド溝６１ｃに摺動自在に嵌め合わされている。従って、出力軸４３に連動して排気側レバー５１が回転する場合、凸部５１ａがスライド溝６１ｃ内を滑っている間は吸気側レバー６１に回転が伝達されず、出力軸４３が回転して排気側可動ベーン機構２０の可動ベーン２３が動作しても吸気側可動ベーン機構３０の可動ベーン３３は休止する。一方、凸部５１ａがスライド溝６１ｃの端部と噛合った後は吸気側レバー６１が排気側レバー５１と連動して回転する。よって、排気側レバー５１も吸気側連係機構６０の構成要素として機能する。また、凸部５１ａとスライド溝６１ｃとの組み合わせによって休止機構７０が実現される。さらに、吸気側レバー６１のベース６１ａには、図９の半径方向下方に突出するストッパアーム６１ｄが一体に設けられている。そのストッパアーム６１ｄは、出力軸４３の近傍の定位置に固定されたストッパブロック７１と当接可能である。
【００３３】
図９は、両可動ベーン機構２０、３０の可動ベーン２３、３３が最大限に閉じた位置にあるときのレバー５１、６１の位置を示している。この状態から、駆動機構４０のモータ４１によって出力軸４３が矢印Ｏ方向（図２も参照）に回転駆動された場合、排気側レバー５１も同一方向に回転し、それに伴って排気側ロッド５３は引き上げられる。これにより、操作レバー２９は、図２に矢印Ｏｔで示したように、タービン軸６の回転方向Ｒと同一方向に回転駆動される。図４及び図５から明らかなように、操作レバー２９が回転方向Ｒと同一方向に駆動される場合には、可動ベーン２３がそれらの間の流路を開く方向（矢印Ｏｔ方向）に回転する。つまり、排気側可動ベーン機構２０の可動ベーン２３が最大限に閉じた位置にある状態から、出力軸４３が矢印Ｏ方向に回転すれば、その可動ベーン２３は直ちに開方向に動作する。
【００３４】
一方、図９の状態から出力軸４３が矢印Ｏ方向に回転しても、排気側レバー５１の凸部５１ａがスライド溝６１ｃの上端側（出力軸４３の回転方向側に相当）の端部に接するまでの間は凸部５１ａがスライド溝６１ｃ内を摺動するだけであり、吸気側レバー６１には回転が伝達されない。この間、吸気側レバー６１はそのストッパアーム６１ｄがストッパブロック７１に接した状態で停止する。従って、出力軸４３が回転しても吸気側可動ベーン機構３０の可動ベーン３３は最大限に閉じた位置にて休止する。この間が休止機構７０による休止区間である。
【００３５】
図１０に示すように、凸部５１ａがスライド溝６１ｃの上端側の端部と噛み合うと、凸部５１ａからベース６１ａへの回転伝達が開始され、その後は図１１に矢印Ｏで示すように吸気側レバー６１が排気側レバー５１と同一方向に回転する。吸気側レバー６１が図１及び図１１の矢印Ｏ方向に回転すれば、吸気側ロッド６３は押し下げられ、操作レバー３９は図１に示したタービン軸６の回転方向Ｒと逆方向（矢印Ｏｃ方向）に回転する。図６及び図７から明らかなように、操作レバー３９がタービン軸６の回転方向Ｒと逆方向に回転すれば、可動ベーン３３がそれらの間の流路を開く方向（矢印Ｏｃ方向）に回転する。従って、休止機構７０の休止期間を過ぎれば、両可動ベーン機構２０、３０の可動ベーン２３、３３はいずれも開方向に動作する。
【００３６】
図１２は、可動ベーン２３、３３が最大限に閉じている状態（図９の状態）からのモータ４１の開方向への回転角度θと可動ベーン２３、３３の開度Ｏとの関係を示している。回転角度θが回転開始位置θ０から所定量θａに達するまで、言い換えると、可動ベーン２３の開度Ｏが所定量Ｏａに達するまでの休止区間では、吸気側、すなわちコンプレッサ側の可動ベーン３３が最小開度（最大限に閉じた状態）Ｏｍｉｎに保持される。回転角度θが所定量θａを超えると可動ベーン３３の開度Ｏが回転角度θの上昇に比例して増加する。一方、排気側、すなわちタービン側の可動ベーン２３の開度は回転開始位置θ０から回転角度θの上昇に比例して増加する。なお、図１２の例では、両可動ベーン２３、３３の最大開度（最大限に開いた状態）Ｏｍａｘが一致しているが、そのためには休止期間外におけるモータ４１の単位回転量に対する可動ベーン３３の回転量を可動ベーン２３のそれよりも大きく設定する必要がある。そのためには、例えば操作レバー２９、３９の腕の長さといった連係機構５０、６０の構成要素の寸法、取付位置等を適宜に調整すればよい。
【００３７】
可動ベーン２３、３３が開いている状態（例えば図１１の状態）から出力軸４３が反対方向（矢印Ｃ方向）に回転駆動された場合には、排気側レバー５１も同一方向に回転し、それに伴って排気側ロッド５３は押し下げられる。これにより、操作レバー２９は図２に矢印Ｃｔで示すように、タービン軸６の回転方向Ｒと逆方向に回転駆動される。図４及び図５から明らかなように、操作レバー２９が回転方向Ｒと逆方向に駆動される場合には、可動ベーン２３がそれらの間の流路を閉じる方向（矢印Ｃｔ方向）に回転する。つまり、排気側可動ベーン機構２０の可動ベーン２３が開いた状態から、出力軸４３が矢印Ｃ方向に回転すれば、可動ベーン２３は直ちに閉方向に動作する。
【００３８】
一方、可動ベーン２３、３３が開いた状態から出力軸４３が矢印Ｃ方向に回転しても、排気側レバー５１の凸部５１ａがスライド溝６１ｃの下端側（出力軸４３の回転方向側に相当）の端部に接するまでの間は、凸部５１ａがスライド溝６１ｃ内を摺動するだけであり、吸気側レバー６１には回転が伝達されない。この間、吸気側レバー６１は停止する。従って、出力軸４３が回転しても吸気側可動ベーン機構３０の可動ベーン３３は休止する。そして、凸部５１ａがスライド溝６１ｃの端部に噛み合うと、凸部５１ａからベース６１ａへの回転伝達が開始され、その後は吸気側レバー６１が排気側レバー５１と同一方向に回転する。吸気側レバー６１が図１の矢印Ｃ方向に回転すれば、吸気側ロッド６３は引き上げられ、操作レバー３９は図１に矢印Ｃｃで示すように、タービン軸６の回転方向Ｒと同一方向に回転する。図６及び図７から明らかなように、操作レバー３９がタービン軸６の回転方向Ｒに回転すれば、可動ベーン３３がそれらの間の流路を閉じる方向（矢印Ｃｃ方向）に回転する。従って、休止機構７０の休止期間を過ぎれば、両可動ベーン機構２０、３０の可動ベーン２３、３３はいずれも閉方向に動作する。
【００３９】
以上に説明したように、本形態のターボチャージャ１によれば、単一の電動モータ４１により、タービン２側の可動ベーン２３とコンプレッサ３側の可動ベーン３３とを開方向又は閉方向に駆動することができる。従って、タービン側及びコンプレッサ側のそれぞれに専用のアクチュエータを設ける場合と比較して小型軽量化を図ることができる。そのため、車両のエンジンルームにターボチャージャ１を収容する際のスペース上の制約を緩和することができる。これにより、車両の軽量化、コストダウンも図ることが可能である。
【００４０】
本形態において、可動ベーン２３、３３の開度制御に関しては、公知の可変容量型のターボチャージャのそれと同様とすればよい。すなわち、エンジンの始動時、あるいはエンジンがアイドリング運転をしている時には可動ベーン２３、３３をいずれも最大限に閉じておき、エンジンの回転数の上昇に伴って可動ベーン２３がまず開き、遅れて可動ベーン３３が開くように電動モータ４１の動作を制御すればよい。また、エンジンの回転数が低下する際には可動ベーン２３、３３をいずれも閉じ側に駆動すればよい。エンジンの回転数及び負荷に対して目標過給圧を設定し、その目標過給圧が得られるように可動ベーン２３、３３の開度をフィードバック制御してもよい。
【００４１】
上記のようにエンジンの運転状態に応じて可動ベーン２３、３３の開度を制御する場合には、エンジン回転数が低くて吸気流量が小さい運転領域（モード域と呼ばれることがある。）において、コンプレッサ側の可動ベーン３３が最大限に閉じた状態に保持されるので、コンプレッサ効率を向上させることが可能である。すなわち、図１３に示したように、コンプレッサの効率はその可動ベーン３３の開度によって変化し、開度が小さいときはコンプレッサ効率のピークが小流量側に、開度が大きいときはコンプレッサ効率のピークが大流量に、開度が中程度のときはコンプレッサ効率のピークが中間域にそれぞれ変化する。従って、エンジンの始動時、あるいはアイドリング運転時にコンプレッサ側の可動ベーン３３を最大限に閉じた状態に保持しておけば、モード域とコンプレッサ効率のピーク域とを合わせるようにしてターボチャージャ１を運転させることができ、モード域における燃費向上、あるいは排気エミッションの改善等を図ることができる。
【００４２】
本形態のターボチャージャ１では、共通の電動モータ４１にて可動ベーン２３、３３の両者を駆動しているので、タービン２側の可動ベーン２３の開度が決まれば、コンプレッサ３側の可動ベーン３３の開度も一義的に定まる。そのため、タービン側又はコンプレッサ側のいずれか一方の可動ベーンに関する制御プログラムが存在していれば、それを利用して可動タービン２３、３３の両者の開度を最適に制御できる利点がある。例えば、同一仕様のタービンに関して、エンジンの回転数及び負荷に応じて可動ベーン２３の開度を最適に制御するプログラムが存在していれば、そのプログラムに従って可動ベーン２３を動作させつつ、可動ベーン２３の開度（位置）に応じてコンプレッサ効率が最大となる可動ベーン３３の開度のデータを予め取得し、得られたデータに従って可動ベーン３３が動作するように出力軸４３と吸気側ロッド６３、操作レバー３９の長さ寸法、取付位置等を調整しておくことにより、タービン２側の可動ベーン２３の制御プログラムを利用するだけでコンプレッサ３側の可動ベーン３３の開度も最適に制御することができる。ちなみに、可動ベーン２３、３３をそれぞれ別々のアクチュエータで駆動する場合には、例えばタービン２側の可動ベーン２３の開度をフィードバック制御しつつ、その制御効果として現れる過給圧や空気流量等の状態量を検出した上でコンプレッサ効率が最大となるように可動ベーン３３の開度を制御する必要があり、制御パラメータが増えて制御が複雑化し、両者の制御の応答性に差が生じれば、過給性能が損なわれる。これに対して本形態では、タービン側又はコンプレッサ側のみに可動ベーンが存在するターボチャージャと同様の制御で足り、制御が容易でかつ応答遅れによる過給性能の低下が生じるおそれもない。
【００４３】
本形態のターボチャージャ１では、可動ベーン２３、３３のピボット比を上記の通りに設定することにより、可動ベーン２３、３３を開方向に動作させる際に排気又は吸気の流れを利用して可動ベーン２３、３３に開方向のアシスト力を作用させ、それにより操作レバー２９、３９に入力べき駆動力を軽減している。従って、可動ベーン２３、３３を開方向に駆動する際に必要な電動モータ４１の出力トルクを低減することができる。すなわち、図１４に示したように、出力軸４３とロッド５３、６３との連結点に位置するピン５２、６２には、可動ベーン２３、３３が排気から受ける力に対応するアシスト力ＦＡｖｎ、ＦＡｖｇｃが可動ベーン２３、３３を開く方向（矢印Ａ方向）に作用し、その一方で、可動ベーン２３、３３を閉じる方向（矢印Ｂ方向）に駆動抵抗ＦＢｖｎ、ＦＢｖｇｃが作用する。出力軸４３の中心からロッド５３、６３の連結点であるピン５２、６２までの距離をＬｖｎ、Ｌｖｇｃとすれば、可動ベーン２３、３３を開くために出力軸４３の中心の回りに発生させるべき駆動トルク（モーメント）Ｔｍは下式（２）で与えられる。
【００４４】
【数２】
【００４５】
式（２）の括弧内は、可動ベーン２３、３３のピボット比を上記の通りに設定したことによって発生するモーメントであり、その方向は可動ベーン２３、３３を開く方向に駆動する際の出力軸４３の回転方向（駆動トルクＴｍの方向）と一致する。従って、同一方向のモーメントが得られない場合、あるいは逆方向のモーメントが生じる場合と比較して、電動モータ４１の出力トルクが小さくて足りる。よって、単一の電動モータ４１にてタービン２側の可動ベーン２３及びコンプレッサ３側の可動ベーン３３の両者を駆動する構成であっても、電動モータ４１に要求される定格トルクを減少させ、それによりモータ４１の小型化、軽量化を図ることができる。なお、式（２）は、モータ４１にて両可動ベーン２３、３３を駆動する際に成立するものであり、休止期間においては吸気側可動ベーン３３の駆動抵抗及びアシスト力が除かれてモータ４１のトルクはより小さくて足りる。
【００４６】
本発明は上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、上記の形態では、吸気側レバー６１のスライド溝６１ｃと排気側レバー５１の凸部５１ａとを組み合わせて休止機構７０を実現しているが、例えば排気側レバー５１にスライド溝を、吸気側レバー６１に凸部を設けて休止機構を実現してもよい。その他、休止機構は、出力軸の回転を排気側可動ベーン機構の操作入力部に伝達する一方で、所定の回転角度範囲では出力軸から吸気側可動ベーン機構の操作入力部への伝達を阻止する構成であれば足り、リンク機構、カム機構といった適宜の伝達機構を単独であるいは組み合わせて休止機構を構成することができる。
【００４７】
上記の形態では、タービン２側の可動ベーン２３が最大限に閉じた状態から開方向に一定量駆動されるまでの間、コンプレッサ３側の可動ベーン３３が可動せずに休止するように休止機構７０を構成しているが、コンプレッサ側の可動ベーンの休止区間はそのような例に限らず、適宜に設定することが可能である。例えば、開き始めから暫くの間は両可動ベーン２３、３３が開方向に駆動され、途中からタービン２側の可動ベーン２３が引き続き駆動されてもコンプレッサ３側の可動ベーン３３が休止するように休止機構７０を構成してもよい。また、休止機構は排気側可動ベーン機構２０の可動ベーン２３の開度が大きい開状態から排気側可動ベーン機構２０の可動ベーン２３の開度が小さい閉状態までの区間を可動区間とした場合において、その可動区間内で上記閉状態より相対的に閉状態に近い領域で吸気側可動ベーン機構３０の可動ベーン３３が休止するように設けられてもよい。そのように休止機構を構成すれば、吸気流量が比較的小さい領域で休止区間を生じさせることが可能であり、コンプレッサ効率を高める上で有利である。
【００４８】
上記の形態では、操作レバー２９、３９の開方向駆動力を閉方向駆動力よりも低減させる手段として、可動ベーン２３、３３のピボット比を（１）式の通りに設定したが、いずれか一方の可動ベーン機構のみ、ピボット比を（１）式のように設定した場合でも、両可動ベーン機構のピボット比が（１）式を満たさない場合と比較して電動モータ４１の出力トルクを低減することが可能である。また、ピボット比に限らず、ばね等の手段により可動ベーンに開方向の力を付与することにより、電動モータ等のアクチュエータに要求される駆動力を低減することが可能である。さらに、排気側及び吸気側のそれぞれの可動ベーン機構において開方向駆動力が閉方向駆動力以上に設定した場合でも十分な能力を有するアクチュエータを設置可能な場合には、開方向駆動力を閉方向駆動力よりも低減させる手段を省略可能である。
【００４９】
上述した排気側可動ベーン機構２０及び吸気側可動ベーン機構３０の構成は一例であり、それらの可動ベーン機構は、可動ベーンの開閉動作によって排気又は吸気の流路の断面積を変化させるように構成されている限り、適宜に変更されてよい。アクチュエータは電動モータに限らず、流体圧あるいは電力を利用して駆動力を発生する装置であれば適宜に変更可能である。アクチュエータ及びその出力軸の配置、排気側連係機構及び吸気側連係機構の構成も図示例に限らず、例えば直線運動型のアクチュエータの動作をギア、レバー、リンク等の各種の機械要素を利用して可動ベーン機構の操作入力部に伝達するといった変更が可能である。その場合も休止機構は上記のような変形が適宜可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１ ターボチャージャ（可変容量型過給機）
２ タービン
３ コンプレッサ
２０ 排気側可動ベーン機構
２３ 可動ベーン
２９ 操作レバー（操作入力部）
３０ 吸気側可動ベーン機構
３３ 可動ベーン
４０ 駆動機構
４１ 電動モータ（アクチュエータ）
４３ 出力軸
４５ リンク機構
５０ 排気側連係機構
５１ 排気側レバー（排気側連動部材）
５１ａ 凸部
５３ 排気側ロッド
６０ 吸気側連係機構
６１ 吸気側レバー（吸気側連動部材）
６１ｃ スライド溝
６３ 吸気側ロッド
７０ 休止機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動ベーンを操作して過給効率を変化させることが可能な内燃機関の可変容量型過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に使用される過給機として、コンプレッサのディフューザ部に複数の可動ベーンを環状の列をなすように配置し、それらの可動ベーンを操作することにより過給効率を変化させる可変ジオメトリ型の過給機が知られている（例えば特許文献１参照）。その他、本願発明に関連する先行技術文献として特許文献２及び３が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１６３６９１号公報
【特許文献２】特開平８−２５４１２７号公報
【特許文献３】特開２００６−１６９９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
タービンの可動ベーンをアクチュエータで駆動する可変ノズル型のターボチャージャに、上述した可変ジオメトリ型のコンプレッサを組み合わせた場合、タービン側の可動ベーンとコンプレッサ側の可動ベーンとをそれぞれ別のアクチュエータにて駆動する構成とすれば、二つのアクチュエータが存在して駆動機構が大型化し、過給機の搭載スペースが増加するといった不都合が生じる。
【０００５】
そこで、本発明は、タービン及びコンプレッサのそれぞれに可動ベーン機構を設けたときの駆動機構の大型化を抑えることが可能な内燃機関の可変容量型過給機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内燃機関の可変容量型過給機は、可動ベーンの開閉動作によりタービンホイールに導入される排気の流路の断面積を変化させる排気側可動ベーン機構を有するタービンと、可動ベーンの開閉動作によりコンプレッサホイールから送り出される吸気の流路の断面積を変化させる吸気側可動ベーン機構を有するコンプレッサと、前記排気側可動ベーン機構及び吸気側可動ベーン機構との間で共用されるアクチュエータを有し、該アクチュエータの動作を前記両可動ベーン機構に伝達して各可動ベーン機構の可動ベーンを開閉動作させる駆動機構と、を備え、前記駆動機構には、前記排気側可動ベーン機構の可動ベーンが駆動されている状態で、前記吸気側可動ベーン機構の可動ベーンを可動させずに休止させる休止機構が設けられているものである（請求項１）。
【０００７】
本発明の可変容量型過給機によれば、排気側可動ベーン機構及び吸気側可動ベーン機構のそれぞれの可動ベーンを共通のアクチュエータにて駆動するため、各可動ベーン機構に専用のアクチュエータを設けた場合と比較してアクチュエータの個数を削減することができる。そのため、可動ベーン機構に対する駆動機構の大型化を抑え、過給機の搭載に要するスペースを削減することが可能である。しかも、駆動機構に休止機構が設けられているため、タービン側の可動ベーンが駆動されているにも関わらず、コンプレッサ側の可動タービンが可動せずに休止している状態を生じさせることができる。そのため、タービン側における可動ベーンの開度の増加率と、コンプレッサ側における可動ベーンの回動の増加率との間に差を生じさせ、それにより、コンプレッサ側の可動ベーンの動作に関する設定の自由度を高めることができる。
【０００８】
本発明の一形態において、前記休止機構は、前記排気側可動ベーン機構の可動ベーンの開度が大きい開状態から該排気側可動ベーン機構の可動ベーンの開度が小さい閉状態までの可動区間において前記閉状態より相対的に閉状態に近い領域で、前記吸気側可動ベーン機構の可動ベーンが休止するように設けられてもよい（請求項２）。これによれば、排気側可動ベーン機構における可動ベーンの開度が相対的に小さい領域で吸気側可動ベーン機構の可動ベーンが休止する。例えば、内燃機関の始動時、あるいはアイドリング運転時にタービン側及びコンプレッサ側のそれぞれの可動ベーンが閉じ、回転数の上昇に伴ってタービン側の可動ベーンが開き始めるようにアクチュエータの動作を制御した場合には、そのタービン側の可動ベーンの開度の増加に対して、コンプレッサ側の可動ベーンの開度を相対的に小さい状態に維持することができる。そのため、吸気流量が比較的小さい運転領域でコンプレッサ側の可動ベーンの開度を小さく制限してコンプレッサの効率を高めることができる。
【０００９】
本発明の一形態においては、前記排気側可動ベーン機構の操作入力部及び前記吸気側ベーン駆動機構の操作入力部のそれぞれの操作方向が前記タービン及び前記コンプレッサの周方向に設定され、前記吸気側可動ベーン機構における前記操作入力部の操作方向と該吸気側可動ベーン機構の可動ベーンの開閉方向との関係が、前記排気側可動ベーン機構における前記操作入力部の操作方向と該排気側可動ベーン機構の可動ベーンの開閉方向との関係に対して逆に設定され、前記駆動機構は、前記アクチュエータによって回転駆動される出力軸と、前記出力軸の中心に対して一方の側と前記排気側可動ベーン機構の操作入力部との間に介在して前記出力軸の回転を当該排気側可動ベーン機構の操作入力部の回転に変換する排気側連係機構と、前記出力軸の前記中心に対して他方の側と前記吸気側可動ベーン機構の操作入力部との間に介在して前記出力軸の回転を当該吸気側可動ベーン機構の操作入力部の回転に変換する吸気側連係機構とを備えていてもよい（請求項３）。これによれば、アクチュエータにて出力軸を回転させることにより、その回転運動が連係機構を介して排気側可動ベーン機構の操作入力部及び吸気側可動ベーン機構の操作入力部に対して周方向に互いに逆向きに伝達される。そのため、例えば、一方の可動ベーン機構が開方向に動作すれば、他方の可動ベーン機構も開方向に動作する等、アクチュエータが発生させる一方向の回転運動により一対の可動ベーン機構のそれぞれの可動ベーンを同一方向に動作させることができる。
【００１０】
上記の形態において、前記排気側連係機構には、前記出力軸と一体に回転する排気側連動部材が設けられ、前記吸気側連係機構には、前記出力軸の回りに回転自在な吸気側連動部材が設けられ、前記排気側連動部材及び前記吸気側連動部材のいずれか一方の連動部材には凸部が、前記他方の連動部材には前記出力軸の周方向に一定の範囲で延びるスライド溝がそれぞれ設けられ、前記凸部が前記スライド溝に摺動自在に嵌め合わされて前記休止機構が実現されてもよい（請求項４）。これによれば、出力軸の回転に伴って排気側連動部材が回転して排気側可動ベーン機構の操作入力部が回転しても、凸部がスライド溝内を摺動する間は吸気側連動部材が回転せず、吸気側可動ベーン機構の操作入力部には回転が伝達されない。これにより、排気側可動ベーン機構の可動ベーンが駆動している状態で、吸気側可動ベーン機構の可動ベーンを可動させずに休止させる領域を生じさせることができる。
【００１１】
さらに、上記の形態においては、前記排気側可動ベーン機構の操作入力部と前記吸気側可動ベーン機構の操作入力部とがタービン軸からみて同一の側に配置され、前記出力軸は前記タービン軸と平行に配置され、前記排気側連係機構は、前記排気側連動部材及び前記排気側可動ベーン機構の操作入力部のそれぞれに対して回転自在に連結される排気側ロッドを含み、前記吸気側連係機構は、前記吸気側連動部材及び前記吸気側可動ベーン機構の操作入力部のそれぞれに対して回転自在に連結される吸気側ロッドを含んでいてもよい（請求項５）。これによれば、アクチュエータの出力軸を一方向に回転させると、まず排気側可動ベーン機構の操作入力部が排気側ロッドを介して押し出されるか又は引き寄せられ、吸気側可動ベーン機構の操作入力部は休止機構による休止期間を経た後に、吸気側ロッドを介して引き寄せられるか又は押し出される。その結果、周方向に関して両可動ベーン機構の操作入力部が互いに逆向きに操作されて可動ベーンが同一方向に動作する。
【００１２】
本発明の一形態においては、前記排気側可動ベーン機構の可動ベーンが開方向に動作するときは前記吸気側可動ベーン機構の可動ベーンも開方向に動作するように前記駆動機構と両可動ベーン機構の操作入力部とがそれぞれ接続され、前記排気側可動ベーン機構及び前記吸気側可動ベーン機構の少なくとも一方には、前記可動ベーンを開方向に動作させる際に前記操作入力部に加えるべき開方向駆動力を、前記可動ベーンを閉方向に動作させる際に前記操作入力部に加えるべき閉方向駆動力よりも低減させる手段が設けられてもよい（請求項６）。この形態によれば、排気側可動ベーン機構の可動ベーン及び吸気側可動ベーン機構の可動ベーンを共通のアクチュエータにて同一方向に動作させることができる。しかも、少なくとも一方の可動ベーン機構の開方向駆動力を閉方向駆動力よりも低減させる手段を設けているので、その手段を省略した場合と比較して、二つの可動ベーン機構のそれぞれの操作入力部に加えるべき開方向駆動力が小さくて足りる。従って、アクチュエータに要求される出力を減少させ、それによりアクチュエータの小型化、ひいては過給機のさらなる小型化を図ることができる。なお、可動ベーンを開く際の排気又は吸気の抵抗は、可動ベーンを閉じる際の抵抗よりも相対的に増加する傾向がある。そのため、開方向駆動力を閉方向駆動力よりも低減させることがアクチュエータの小型化を図る上で効果が大きい。
【００１３】
さらに、前記低減させる手段として、前記可動ベーンの回転中心から該可動ベーンの外周側の端縁までの距離が、前記中心位置から該可動ベーンの内周側の端縁までの距離よりも大きく設定されていてもよい（請求項７）。これによれば、排気又は吸気の流れが可動ベーンに与える力により、可動ベーンに開方向のモーメントを作用させることができる。これにより、排気又は吸気が可動ベーンに与える力を、開方向駆動力に対するアシスト力として利用して操作入力部にアクチュエータが加えるべき開方向駆動力を低減することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上に説明したように、本発明の可変容量型過給機においては、排気側可動ベーン機構及び吸気側可動ベーン機構のそれぞれの可動ベーンを共通のアクチュエータにて駆動できるため、各可動ベーン機構に専用のアクチュエータを設けた場合と比較してアクチュエータの個数を削減し、それにより可動ベーン機構に対する駆動機構の大型化を抑え、過給機の搭載に要するスペースを削減することが可能である。しかも、駆動機構に休止機構が設けられているため、コンプレッサ側の可動ベーンの動作に関する設定の自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一形態に係るターボチャージャのタービン側の部分破断側面図。
【図２】本発明の一形態に係るターボチャージャのコンプレッサ側の部分破断側面図。
【図３】本発明の一形態に係るターボチャージャの軸線方向に沿った部分断面図。
【図４】タービン側の可動ベーン機構における操作レバーからアームまでの構成を示す図。
【図５】タービン側の可動ベーン機構における可動ベーン周囲の構成を示す図。
【図６】コンプレッサ側の可動ベーン機構における操作レバーからアームまでの構成を示す図。
【図７】コンプレッサ側の可動ベーン機構における可動ベーン周囲の構成を示す図。
【図８】一部の可動ベーンを拡大して示す図。
【図９】可動ベーンが最大限に閉じた状態におけるモータの出力軸と排気側及び吸気側の連係機構との関係を示す図。
【図１０】図９の状態から排気側可動ベーンを開く方向に出力軸が回転した状態を示す図。
【図１１】図１０の状態から出力軸が同一方向にさらに回転して排気側及び吸気側のそれぞれの可動ベーンが開方向に動作するときの状態を示す図。
【図１２】モータの回転角度と可動ベーンの開度との関係を示す図。
【図１３】吸気流量、吸気側可動ベーンの開度及びコンプレッサ効率の関係の一例を示す図。
【図１４】可動ベーンを開方向に駆動する際のモーメントを説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１〜図３は本発明の一形態に係る可変容量型過給機としてのターボチャージャを示している。ターボチャージャ１は、タービン２と、コンプレッサ３とを備えている。タービン２は、タービンハウジング４と、そのタービンハウジング４の内部に配置されたタービンホイール５とを有している。タービンハウジング４は、不図示の内燃機関（以下、エンジンと称する。）の排気通路の途中に設けられており、その外周には排気通路の上流側（つまりエンジンの排気ポート側）と接続される排気入口４ａが、中心部には排気通路の下流側と瀬接続される排気出口４ｂがそれぞれ設けられている。なお、図３ではタービンハウジング４及びその周囲の構成に関して図示を省略している。タービンホイール５にはタービン軸６が同軸的に形成され、そのタービン軸６はベアリングハウジング７内の軸受部８により回転自在に支持されている。
【００１７】
一方、コンプレッサ３は、コンプレッサハウジング１０と、そのコンプレッサハウジング１０の内部に配置されたコンプレッサホイール１１とを備えている。コンプレッサハウジング１０はエンジンの吸気通路の途中に設けられており、その中心部にはエンジンの吸気通路の上流側と接続される吸気入口１０ａが、外周には吸気通路の下流側と接続される吸気出口１０ｂがそれぞれ設けられている。コンプレッサホイール１１は、タービン軸６の先端部に一体回転可能に取り付けられている。
【００１８】
図１及び図２では図示を省略したが、タービン２及びコンプレッサ３には、さらに可動ベーン機構が設けられている。また、また、ターボチャージャ１には、それらの可動ベーン機構を駆動するための駆動機構４０がさらに設けられている。
【００１９】
図４及び図５はタービン２側の可動ベーン機構（以下、これを排気側可動ベーン機構と呼ぶ。）２０の詳細を示している。なお、図４及び図５のいずれも、タービン２を図１と同一の方向（図３の矢印Ｉ方向に相当）から見たときの状態を示している。
【００２０】
排気側可動ベーン機構２０は、タービンホイール５の背後、つまりベアリングハウジング７側に配置されたベースプレート２１と、そのベースプレート２１の表面にピン２２を軸として回転自在に取り付けられた多数の可動ベーン２３と、ベースプレート２１の裏面側に配置されたベーン操作機構２４とを備えている。可動ベーン２３は、タービンハウジング４内に流入した排気がタービンホイール５の外周に導かれるように排気の流れを方向付ける翼型形状の部品である（図８参照）。つまり、可動ベーン２３間の隙間がタービンホイール５に向かう排気の流路となる。各可動ベーン２３はピン２２の一端部に一体回転可能に取り付けられている。ピン２２の周方向のピッチは一定である。それらのピン２２を軸として可動ベーン２３が回転することにより、可動ベーン２３がそれらの間の排気の流路を開閉するように回転してその排気流路の断面積が変化する。なお、図５においては、可動ベーン２３間の排気流路が開いた状態を実線で示している。一部の可動ベーン２３に関しては、それらの間の排気流路がほぼ閉じるまで回転した状態を想像線で示している。
【００２１】
ベーン操作機構２４は、駆動リング２５と、その駆動リング２５の内側に配置された多数のベーンアーム２６と、一対のベーンアーム２６間に配置された一本の駆動アーム２７と、その駆動アーム２７とピン２８を介して一体に回転可能に接続された操作レバー２９とを備えている。操作レバー２９がベーン操作機構２４における操作入力部である。駆動リング２５は、ベースプレート２１に取り付けられた適宜数のローラ２１ａにより、タービン軸６（図３）の軸線を中心として回転可能に支持されている。ベーンアーム２６の個数は可動ベーン２３と同数である。各ベーンアーム２６は、ベースプレート２１を貫いて裏面側に突出したピン２２の他端部と一体回転可能に接続されている。従って、可動ベーン２３とベーンアーム２６とはピン２２を軸として一体に回転する。
【００２２】
駆動リング２５の内周には、多数のベーンアーム用溝部２５ａと、一対の溝部２５ａ間に位置する駆動アーム用溝部２５ｂとが設けられている。ベーンアーム用溝部２５ａはベーンアーム２６と同数設けられており、それらの周方向のピッチは一定である。各ベーンアーム用溝部２５ａにはベーンアーム２６の先端部２６ａが嵌り合っている。一方、駆動アーム用溝部２５ｂには駆動アーム２７の先端部２７ａが嵌り合っている。従って、操作レバー２９を図４の矢印Ｃｔ方向（時計方向）に回転操作すると、その回転がピン２８から駆動リング２５を経由して駆動リング２５に伝わって駆動リング２５が同一方向に回転し、これに連動して各ベーンアーム２６がピン２２を中心として図４及び図５の時計方向に回転する。これにより、可動ベーン２３もピン２２を中心として時計方向に回転し、可動ベーン２３間の排気流路の断面積が減少する。一方、操作レバー２９を図４の矢印Ｏｔ方向（反時計方向）に回転操作すると、駆動リング２５が上記とは反対方向に回転し、それに伴って可動ベーン２３がピン２２を中心として反時計方向に回転する。それにより可動ベーン２３間の排気流路の断面積が増加する。つまり、駆動リング２５がタービン軸６の回転方向Ｒと同一方向に回転すれば可動ベーン２３が開き、駆動リング２５がタービン軸６の回転方向Ｒと逆方向に回転すれば可動ベーン２３が閉じる。
【００２３】
図６及び図７はコンプレッサ３側の可動ベーン機構（以下、これを吸気側可動ベーン機構と呼ぶ。）３０の詳細を示している。なお、図６及び図７のいずれも、コンプレッサ３を図２と同一の方向（図３の矢印II方向に相当）から見たときの状態を示している。
【００２４】
吸気側可動ベーン機構３０は、コンプレッサホイール１１の背後、つまりベアリングハウジング７側に配置されたベースプレート３１と、そのベースプレート３１の表面にピン３２を軸として回転自在に取り付けられた多数の可動ベーン３３と、ベースプレート３１の裏面側に配置されたベーン操作機構３４とを備えている。可動ベーン３３は、コンプレッサホイール１１の中心部に流入した吸気がコンプレッサホイール１１の外周に導かれるように吸気の流れを方向付ける翼型形状の部品である。つまり、可動ベーン３３間の隙間がコンプレッサホイール１１から送り出される吸気の流路となる。各可動ベーン３３はピン３２の一端部に一体回転可能に取り付けられている。ピン３２の周方向のピッチは一定である。それらのピン３２を軸として可動ベーン３３が回転することにより、可動ベーン３３がそれらの間の吸気の流路を開閉するように回転してその吸気流路の断面積が変化する。なお、図７においては、可動ベーン３３間の吸気流路が開いた状態を実線で示している。一部の可動ベーン３３に関しては、それらの間の吸気流路がほぼ閉じるまで回転した状態を想像線で示している。
【００２５】
ベーン操作機構３４は、駆動リング３５と、その駆動リング３５の内側に配置された多数のベーンアーム３６と、一対のベーンアーム３６間に配置された一本の駆動アーム３７と、その駆動アーム３７とピン３８を介して一体に回転可能に接続された操作レバー３９とを備えている。操作レバー３９がベーン操作機構３４における操作入力部である。その操作レバー３９は、タービン軸６からみて排気側可動ベーン機構２０の操作レバー２９と同一の側（例えば図１においてタービン軸の右側）に配置されている。駆動リング３５は、ベースプレート３１に取り付けられた適宜数のローラ３１ａにより、タービン軸６（図３）の軸線を中心として回転可能に支持されている。ベーンアーム３６の個数は可動ベーン３３と同数である。各ベーンアーム３６は、ベースプレート３１を貫いて裏面側に突出したピン３２の他端部と一体回転可能に接続されている。従って、可動ベーン３３とベーンアーム３６とはピン３２を軸として一体に回転する。
【００２６】
駆動リング３５の内周には、多数のベーンアーム用溝部３５ａと、一対の溝部３５ａ間に位置する駆動アーム用溝部３５ｂとが設けられている。ベーンアーム用溝部３５ａはベーンアーム３６と同数設けられており、それらの周方向のピッチは一定である。各ベーンアーム用溝部３５ａにはベーンアーム３６の先端部３６ａが嵌り合っている。一方、駆動アーム用溝部３５ｂには駆動アーム３７の先端部３７ａが嵌り合っている。従って、操作レバー３９を図６の矢印Ｃｃ方向（時計方向）に回転操作すると、その回転がピン３８から駆動リング３５を経由して駆動リング３５に伝わって駆動リング３５が同一方向に回転し、これに連動して各ベーンアーム３６がピン３２を中心として図６及び図７の時計方向に回転する。これにより、可動ベーン３３もピン３２を中心として時計方向に回転し、可動ベーン３３間の吸気流路の断面積が減少する。一方、操作レバー３９を図６の矢印Ｏｃ方向（反時計方向）に回転操作すると、駆動リング３５が上記とは反対方向に回転し、それに伴って可動ベーン３３がピン３２を中心として反時計方向に回転する。それにより可動ベーン３３間の吸気流路の断面積が増加する。つまり、駆動リング３５がタービン軸６の回転方向Ｒと同一方向に回転すれば可動ベーン３３が閉じ、駆動リング２５がタービン軸６の回転方向Ｒと逆方向に回転すれば可動ベーン３３が開く。操作レバー３９の操作方向と可動ベーン３３の開閉方向との関係は、排気側可動ベーン機構２０における操作レバー２９の操作方向と可動ベーン２３の開閉方向との関係に対して逆である。
【００２７】
図８に示すように、排気側可動ベーン機構２０の可動ベーン２３に対するピン２２の取付位置は、可動ベーン２３の長手方向の中心位置よりも可動ベーン２３の後縁（内周側の端縁）２３ｂ側に偏っている。すなわち、可動ベーン２３の全長をＬａ、ピン２２から可動ベーン２３の前縁（外周側の端縁）２３ａまでの距離をＬｂとしたとき、ピボット比Ｌｂ／Ｌａが下式（１）で示すように０．５より大きくなるようにピン２２の取付位置が定められている。可動ベーン２３は、排気の流れ方向をタービンホイール５の周方向から半径方向中心側に偏向させるものであることから、その排気の流れが衝突する表面２３ｃ側が裏面２３ｄ側よりも排気からより大きな力を受ける。そして、可動ベーン２３の前縁２３ａからピン２２までの間では排気から受ける力で可動ベーン２３に開方向のモーメントが作用し、ピン２２から後縁２３ｂまでの間では可動ベーン２３に閉方向のモーメントが作用する。それらのモーメントの大小関係はピン２２から前縁２３ａ、後縁２３ｂまでのそれぞれの距離の大小関係に依存する。そのため、ピボット比を上記の通りに設定すれば、可動ベーン２３にはこれを開く方向のモーメントＭｏが作用する。すなわち、排気側可動ベーン機構２０では、可動ベーン２３を開方向に動作させる際に操作レバー２９に入力すべき開方向駆動力が、可動ベーン２３を閉方向に動作させる際に操作レバー２９に入力すべき閉方向駆動力よりも低減される。
【００２８】
【数１】
【００２９】
また、吸気側可動ベーン機構３０の可動ベーン３３に対するピン３２の取付位置も図８と同様に設定されている。すなわち、図８の可動ベーン２３を可動ベーン３３に置き換えたとき、そのピボット比は上式（１）の通りである。従って、可動ベーン３３に関しても、これをピン３２の回りに開く方向のモーメントが作用する。よって、吸気側可動ベーン機構３０においても、可動ベーン３３を開方向に動作させる際に操作レバー３９に入力すべき開方向駆動力が、可動ベーン３３を閉方向に動作させる際に操作レバー３９に入力すべき閉方向駆動力よりも小さくなる。
【００３０】
図１及び図２に示すように、駆動機構４０は、単一の電動モータ４１を有している。電動モータ４１は可動ベーン機構２０、３０の間で共用されて、可動ベーン２３、３３のそれぞれの駆動源として機能するアクチュエータである。電動モータ４１の回転は減速機構４２で減速されて出力軸４３から取り出される。出力軸４３はタービン軸６と平行に設けられており、電動モータ４１によりその中心線の回りに一定の角度範囲内で回転駆動される。駆動機構４０の出力軸４３は、リンク機構４５を介して可動ベーン機構２０、３０のそれぞれの操作レバー２９、３９と接続されている。
【００３１】
リンク機構４５は、出力軸４３の中心に対して一方の側と排気側可動ベーン機構２０の操作レバー２９との間に介在して出力軸４３の回転を操作レバー２９の回転に変換する排気側連係機構５０と、出力軸４３の中心に対して他方の側と吸気側可動ベーン機構３０の操作レバー３９との間に介在して出力軸４３の回転を操作レバー３９の回転に変換する吸気側連係機構６０とを備えている。図９〜図１１にも示したように、排気側連係機構５０は、出力軸４３に対して半径方向外側に延びるように連結された排気側連動部材としての排気側レバー５１と、その排気側レバー５１の先端にピン５２を介して回転自在に連結された排気側ロッド５３と、その排気側ロッド５３と排気側可動ベーン機構２０の操作レバー２９とを回転自在に連結するピン５４とを備えている。一方、吸気側連係機構６０は、出力軸４３に対して排気側レバー５１とは半径方向反対側に延ばされた吸気側連動部材としての吸気側レバー６１と、その吸気側レバー６１の先端にピン６２を介して回転自在に連結された吸気側ロッド６３と、その吸気側ロッド６３と吸気側可動ベーン機構３０の操作レバー３９とを回転自在に連結するピン６４とを備えている。
【００３２】
図９〜図１１から明らかなように、吸気側レバー６１は、円盤状のベース６１ａと、そのベース６１ａから半径方向外側に突出するアーム６１ｂとを備えている。ベース６１ａは出力軸４３に対して回転自在に嵌め合わされている。吸気側ロッド６３はアーム６１ｂの先端部にピン６２を介して連結されている。ベース６１ａには、周方向に円弧を描くように延びるスライド溝６１ｃが設けられている。一方、排気側レバー５１は出力軸４３の半径方向に延びるロッド形状であり、出力軸４３とは一体回転可能に連結されている。排気側レバー５１上には凸部５１ａが一体的に設けられており、その凸部５１ａはスライド溝６１ｃに摺動自在に嵌め合わされている。従って、出力軸４３に連動して排気側レバー５１が回転する場合、凸部５１ａがスライド溝６１ｃ内を滑っている間は吸気側レバー６１に回転が伝達されず、出力軸４３が回転して排気側可動ベーン機構２０の可動ベーン２３が動作しても吸気側可動ベーン機構３０の可動ベーン３３は休止する。一方、凸部５１ａがスライド溝６１ｃの端部と噛合った後は吸気側レバー６１が排気側レバー５１と連動して回転する。よって、排気側レバー５１も吸気側連係機構６０の構成要素として機能する。また、凸部５１ａとスライド溝６１ｃとの組み合わせによって休止機構７０が実現される。さらに、吸気側レバー６１のベース６１ａには、図９の半径方向下方に突出するストッパアーム６１ｄが一体に設けられている。そのストッパアーム６１ｄは、出力軸４３の近傍の定位置に固定されたストッパブロック７１と当接可能である。
【００３３】
図９は、両可動ベーン機構２０、３０の可動ベーン２３、３３が最大限に閉じた位置にあるときのレバー５１、６１の位置を示している。この状態から、駆動機構４０のモータ４１によって出力軸４３が矢印Ｏ方向（図２も参照）に回転駆動された場合、排気側レバー５１も同一方向に回転し、それに伴って排気側ロッド５３は引き上げられる。これにより、操作レバー２９は、図２に矢印Ｏｔで示したように、タービン軸６の回転方向Ｒと同一方向に回転駆動される。図４及び図５から明らかなように、操作レバー２９が回転方向Ｒと同一方向に駆動される場合には、可動ベーン２３がそれらの間の流路を開く方向（矢印Ｏｔ方向）に回転する。つまり、排気側可動ベーン機構２０の可動ベーン２３が最大限に閉じた位置にある状態から、出力軸４３が矢印Ｏ方向に回転すれば、その可動ベーン２３は直ちに開方向に動作する。
【００３４】
一方、図９の状態から出力軸４３が矢印Ｏ方向に回転しても、排気側レバー５１の凸部５１ａがスライド溝６１ｃの上端側（出力軸４３の回転方向側に相当）の端部に接するまでの間は凸部５１ａがスライド溝６１ｃ内を摺動するだけであり、吸気側レバー６１には回転が伝達されない。この間、吸気側レバー６１はそのストッパアーム６１ｄがストッパブロック７１に接した状態で停止する。従って、出力軸４３が回転しても吸気側可動ベーン機構３０の可動ベーン３３は最大限に閉じた位置にて休止する。この間が休止機構７０による休止区間である。
【００３５】
図１０に示すように、凸部５１ａがスライド溝６１ｃの上端側の端部と噛み合うと、凸部５１ａからベース６１ａへの回転伝達が開始され、その後は図１１に矢印Ｏで示すように吸気側レバー６１が排気側レバー５１と同一方向に回転する。吸気側レバー６１が図１及び図１１の矢印Ｏ方向に回転すれば、吸気側ロッド６３は押し下げられ、操作レバー３９は図１に示したタービン軸６の回転方向Ｒと逆方向（矢印Ｏｃ方向）に回転する。図６及び図７から明らかなように、操作レバー３９がタービン軸６の回転方向Ｒと逆方向に回転すれば、可動ベーン３３がそれらの間の流路を開く方向（矢印Ｏｃ方向）に回転する。従って、休止機構７０の休止期間を過ぎれば、両可動ベーン機構２０、３０の可動ベーン２３、３３はいずれも開方向に動作する。
【００３６】
図１２は、可動ベーン２３、３３が最大限に閉じている状態（図９の状態）からのモータ４１の開方向への回転角度θと可動ベーン２３、３３の開度Ｏとの関係を示している。回転角度θが回転開始位置θ０から所定量θａに達するまで、言い換えると、可動ベーン２３の開度Ｏが所定量Ｏａに達するまでの休止区間では、吸気側、すなわちコンプレッサ側の可動ベーン３３が最小開度（最大限に閉じた状態）Ｏｍｉｎに保持される。回転角度θが所定量θａを超えると可動ベーン３３の開度Ｏが回転角度θの上昇に比例して増加する。一方、排気側、すなわちタービン側の可動ベーン２３の開度は回転開始位置θ０から回転角度θの上昇に比例して増加する。なお、図１２の例では、両可動ベーン２３、３３の最大開度（最大限に開いた状態）Ｏｍａｘが一致しているが、そのためには休止期間外におけるモータ４１の単位回転量に対する可動ベーン３３の回転量を可動ベーン２３のそれよりも大きく設定する必要がある。そのためには、例えば操作レバー２９、３９の腕の長さといった連係機構５０、６０の構成要素の寸法、取付位置等を適宜に調整すればよい。
【００３７】
可動ベーン２３、３３が開いている状態（例えば図１１の状態）から出力軸４３が反対方向（矢印Ｃ方向）に回転駆動された場合には、排気側レバー５１も同一方向に回転し、それに伴って排気側ロッド５３は押し下げられる。これにより、操作レバー２９は図２に矢印Ｃｔで示すように、タービン軸６の回転方向Ｒと逆方向に回転駆動される。図４及び図５から明らかなように、操作レバー２９が回転方向Ｒと逆方向に駆動される場合には、可動ベーン２３がそれらの間の流路を閉じる方向（矢印Ｃｔ方向）に回転する。つまり、排気側可動ベーン機構２０の可動ベーン２３が開いた状態から、出力軸４３が矢印Ｃ方向に回転すれば、可動ベーン２３は直ちに閉方向に動作する。
【００３８】
一方、可動ベーン２３、３３が開いた状態から出力軸４３が矢印Ｃ方向に回転しても、排気側レバー５１の凸部５１ａがスライド溝６１ｃの下端側（出力軸４３の回転方向側に相当）の端部に接するまでの間は、凸部５１ａがスライド溝６１ｃ内を摺動するだけであり、吸気側レバー６１には回転が伝達されない。この間、吸気側レバー６１は停止する。従って、出力軸４３が回転しても吸気側可動ベーン機構３０の可動ベーン３３は休止する。そして、凸部５１ａがスライド溝６１ｃの端部に噛み合うと、凸部５１ａからベース６１ａへの回転伝達が開始され、その後は吸気側レバー６１が排気側レバー５１と同一方向に回転する。吸気側レバー６１が図１の矢印Ｃ方向に回転すれば、吸気側ロッド６３は引き上げられ、操作レバー３９は図１に矢印Ｃｃで示すように、タービン軸６の回転方向Ｒと同一方向に回転する。図６及び図７から明らかなように、操作レバー３９がタービン軸６の回転方向Ｒに回転すれば、可動ベーン３３がそれらの間の流路を閉じる方向（矢印Ｃｃ方向）に回転する。従って、休止機構７０の休止期間を過ぎれば、両可動ベーン機構２０、３０の可動ベーン２３、３３はいずれも閉方向に動作する。
【００３９】
以上に説明したように、本形態のターボチャージャ１によれば、単一の電動モータ４１により、タービン２側の可動ベーン２３とコンプレッサ３側の可動ベーン３３とを開方向又は閉方向に駆動することができる。従って、タービン側及びコンプレッサ側のそれぞれに専用のアクチュエータを設ける場合と比較して小型軽量化を図ることができる。そのため、車両のエンジンルームにターボチャージャ１を収容する際のスペース上の制約を緩和することができる。これにより、車両の軽量化、コストダウンも図ることが可能である。
【００４０】
本形態において、可動ベーン２３、３３の開度制御に関しては、公知の可変容量型のターボチャージャのそれと同様とすればよい。すなわち、エンジンの始動時、あるいはエンジンがアイドリング運転をしている時には可動ベーン２３、３３をいずれも最大限に閉じておき、エンジンの回転数の上昇に伴って可動ベーン２３がまず開き、遅れて可動ベーン３３が開くように電動モータ４１の動作を制御すればよい。また、エンジンの回転数が低下する際には可動ベーン２３、３３をいずれも閉じ側に駆動すればよい。エンジンの回転数及び負荷に対して目標過給圧を設定し、その目標過給圧が得られるように可動ベーン２３、３３の開度をフィードバック制御してもよい。
【００４１】
上記のようにエンジンの運転状態に応じて可動ベーン２３、３３の開度を制御する場合には、エンジン回転数が低くて吸気流量が小さい運転領域（モード域と呼ばれることがある。）において、コンプレッサ側の可動ベーン３３が最大限に閉じた状態に保持されるので、コンプレッサ効率を向上させることが可能である。すなわち、図１３に示したように、コンプレッサの効率はその可動ベーン３３の開度によって変化し、開度が小さいときはコンプレッサ効率のピークが小流量側に、開度が大きいときはコンプレッサ効率のピークが大流量に、開度が中程度のときはコンプレッサ効率のピークが中間域にそれぞれ変化する。従って、エンジンの始動時、あるいはアイドリング運転時にコンプレッサ側の可動ベーン３３を最大限に閉じた状態に保持しておけば、モード域とコンプレッサ効率のピーク域とを合わせるようにしてターボチャージャ１を運転させることができ、モード域における燃費向上、あるいは排気エミッションの改善等を図ることができる。
【００４２】
本形態のターボチャージャ１では、共通の電動モータ４１にて可動ベーン２３、３３の両者を駆動しているので、タービン２側の可動ベーン２３の開度が決まれば、コンプレッサ３側の可動ベーン３３の開度も一義的に定まる。そのため、タービン側又はコンプレッサ側のいずれか一方の可動ベーンに関する制御プログラムが存在していれば、それを利用して可動タービン２３、３３の両者の開度を最適に制御できる利点がある。例えば、同一仕様のタービンに関して、エンジンの回転数及び負荷に応じて可動ベーン２３の開度を最適に制御するプログラムが存在していれば、そのプログラムに従って可動ベーン２３を動作させつつ、可動ベーン２３の開度（位置）に応じてコンプレッサ効率が最大となる可動ベーン３３の開度のデータを予め取得し、得られたデータに従って可動ベーン３３が動作するように出力軸４３と吸気側ロッド６３、操作レバー３９の長さ寸法、取付位置等を調整しておくことにより、タービン２側の可動ベーン２３の制御プログラムを利用するだけでコンプレッサ３側の可動ベーン３３の開度も最適に制御することができる。ちなみに、可動ベーン２３、３３をそれぞれ別々のアクチュエータで駆動する場合には、例えばタービン２側の可動ベーン２３の開度をフィードバック制御しつつ、その制御効果として現れる過給圧や空気流量等の状態量を検出した上でコンプレッサ効率が最大となるように可動ベーン３３の開度を制御する必要があり、制御パラメータが増えて制御が複雑化し、両者の制御の応答性に差が生じれば、過給性能が損なわれる。これに対して本形態では、タービン側又はコンプレッサ側のみに可動ベーンが存在するターボチャージャと同様の制御で足り、制御が容易でかつ応答遅れによる過給性能の低下が生じるおそれもない。
【００４３】
本形態のターボチャージャ１では、可動ベーン２３、３３のピボット比を上記の通りに設定することにより、可動ベーン２３、３３を開方向に動作させる際に排気又は吸気の流れを利用して可動ベーン２３、３３に開方向のアシスト力を作用させ、それにより操作レバー２９、３９に入力べき駆動力を軽減している。従って、可動ベーン２３、３３を開方向に駆動する際に必要な電動モータ４１の出力トルクを低減することができる。すなわち、図１４に示したように、出力軸４３とロッド５３、６３との連結点に位置するピン５２、６２には、可動ベーン２３、３３が排気から受ける力に対応するアシスト力ＦＡｖｎ、ＦＡｖｇｃが可動ベーン２３、３３を開く方向（矢印Ａ方向）に作用し、その一方で、可動ベーン２３、３３を閉じる方向（矢印Ｂ方向）に駆動抵抗ＦＢｖｎ、ＦＢｖｇｃが作用する。出力軸４３の中心からロッド５３、６３の連結点であるピン５２、６２までの距離をＬｖｎ、Ｌｖｇｃとすれば、可動ベーン２３、３３を開くために出力軸４３の中心の回りに発生させるべき駆動トルク（モーメント）Ｔｍは下式（２）で与えられる。
【００４４】
【数２】
【００４５】
式（２）の括弧内は、可動ベーン２３、３３のピボット比を上記の通りに設定したことによって発生するモーメントであり、その方向は可動ベーン２３、３３を開く方向に駆動する際の出力軸４３の回転方向（駆動トルクＴｍの方向）と一致する。従って、同一方向のモーメントが得られない場合、あるいは逆方向のモーメントが生じる場合と比較して、電動モータ４１の出力トルクが小さくて足りる。よって、単一の電動モータ４１にてタービン２側の可動ベーン２３及びコンプレッサ３側の可動ベーン３３の両者を駆動する構成であっても、電動モータ４１に要求される定格トルクを減少させ、それによりモータ４１の小型化、軽量化を図ることができる。なお、式（２）は、モータ４１にて両可動ベーン２３、３３を駆動する際に成立するものであり、休止期間においては吸気側可動ベーン３３の駆動抵抗及びアシスト力が除かれてモータ４１のトルクはより小さくて足りる。
【００４６】
本発明は上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、上記の形態では、吸気側レバー６１のスライド溝６１ｃと排気側レバー５１の凸部５１ａとを組み合わせて休止機構７０を実現しているが、例えば排気側レバー５１にスライド溝を、吸気側レバー６１に凸部を設けて休止機構を実現してもよい。その他、休止機構は、出力軸の回転を排気側可動ベーン機構の操作入力部に伝達する一方で、所定の回転角度範囲では出力軸から吸気側可動ベーン機構の操作入力部への伝達を阻止する構成であれば足り、リンク機構、カム機構といった適宜の伝達機構を単独であるいは組み合わせて休止機構を構成することができる。
【００４７】
上記の形態では、タービン２側の可動ベーン２３が最大限に閉じた状態から開方向に一定量駆動されるまでの間、コンプレッサ３側の可動ベーン３３が可動せずに休止するように休止機構７０を構成しているが、コンプレッサ側の可動ベーンの休止区間はそのような例に限らず、適宜に設定することが可能である。例えば、開き始めから暫くの間は両可動ベーン２３、３３が開方向に駆動され、途中からタービン２側の可動ベーン２３が引き続き駆動されてもコンプレッサ３側の可動ベーン３３が休止するように休止機構７０を構成してもよい。また、休止機構は排気側可動ベーン機構２０の可動ベーン２３の開度が大きい開状態から排気側可動ベーン機構２０の可動ベーン２３の開度が小さい閉状態までの区間を可動区間とした場合において、その可動区間内で上記閉状態より相対的に閉状態に近い領域で吸気側可動ベーン機構３０の可動ベーン３３が休止するように設けられてもよい。そのように休止機構を構成すれば、吸気流量が比較的小さい領域で休止区間を生じさせることが可能であり、コンプレッサ効率を高める上で有利である。
【００４８】
上記の形態では、操作レバー２９、３９の開方向駆動力を閉方向駆動力よりも低減させる手段として、可動ベーン２３、３３のピボット比を（１）式の通りに設定したが、いずれか一方の可動ベーン機構のみ、ピボット比を（１）式のように設定した場合でも、両可動ベーン機構のピボット比が（１）式を満たさない場合と比較して電動モータ４１の出力トルクを低減することが可能である。また、ピボット比に限らず、ばね等の手段により可動ベーンに開方向の力を付与することにより、電動モータ等のアクチュエータに要求される駆動力を低減することが可能である。さらに、排気側及び吸気側のそれぞれの可動ベーン機構において開方向駆動力が閉方向駆動力以上に設定した場合でも十分な能力を有するアクチュエータを設置可能な場合には、開方向駆動力を閉方向駆動力よりも低減させる手段を省略可能である。
【００４９】
上述した排気側可動ベーン機構２０及び吸気側可動ベーン機構３０の構成は一例であり、それらの可動ベーン機構は、可動ベーンの開閉動作によって排気又は吸気の流路の断面積を変化させるように構成されている限り、適宜に変更されてよい。アクチュエータは電動モータに限らず、流体圧あるいは電力を利用して駆動力を発生する装置であれば適宜に変更可能である。アクチュエータ及びその出力軸の配置、排気側連係機構及び吸気側連係機構の構成も図示例に限らず、例えば直線運動型のアクチュエータの動作をギア、レバー、リンク等の各種の機械要素を利用して可動ベーン機構の操作入力部に伝達するといった変更が可能である。その場合も休止機構は上記のような変形が適宜可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１ ターボチャージャ（可変容量型過給機）
２ タービン
３ コンプレッサ
２０ 排気側可動ベーン機構
２３ 可動ベーン
２９ 操作レバー（操作入力部）
３０ 吸気側可動ベーン機構
３３ 可動ベーン
４０ 駆動機構
４１ 電動モータ（アクチュエータ）
４３ 出力軸
４５ リンク機構
５０ 排気側連係機構
５１ 排気側レバー（排気側連動部材）
５１ａ 凸部
５３ 排気側ロッド
６０ 吸気側連係機構
６１ 吸気側レバー（吸気側連動部材）
６１ｃ スライド溝
６３ 吸気側ロッド
７０ 休止機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動ベーンの開閉動作によりタービンホイールに導入される排気の流路の断面積を変化させる排気側可動ベーン機構を有するタービンと、
可動ベーンの開閉動作によりコンプレッサホイールから送り出される吸気の流路の断面積を変化させる吸気側可動ベーン機構を有するコンプレッサと、
前記排気側可動ベーン機構及び吸気側可動ベーン機構との間で共用されるアクチュエータを有し、該アクチュエータの動作を前記両可動ベーン機構に伝達して各可動ベーン機構の可動ベーンを開閉動作させる駆動機構と、
を備え、
前記駆動機構には、前記排気側可動ベーン機構の可動ベーンが駆動されている状態で、前記吸気側可動ベーン機構の可動ベーンを可動させずに休止させる休止機構が設けられている、内燃機関の可変容量型過給機。
【請求項２】
前記休止機構は、前記排気側可動ベーン機構の可動ベーンの開度が大きい開状態から該排気側可動ベーン機構の可動ベーンの開度が小さい閉状態までの可動区間において前記閉状態より相対的に閉状態に近い領域で、前記吸気側可動ベーン機構の可動ベーンが休止するように設けられている請求項１に記載の内燃機関の可変容量型過給機。
【請求項３】
前記排気側可動ベーン機構の操作入力部及び前記吸気側ベーン駆動機構の操作入力部のそれぞれの操作方向が前記タービン及び前記コンプレッサの周方向に設定され、
前記吸気側可動ベーン機構における前記操作入力部の操作方向と該吸気側可動ベーン機構の可動ベーンの開閉方向との関係が、前記排気側可動ベーン機構における前記操作入力部の操作方向と該排気側可動ベーン機構の可動ベーンの開閉方向との関係に対して逆に設定され、
前記駆動機構は、前記アクチュエータによって回転駆動される出力軸と、前記出力軸の中心に対して一方の側と前記排気側可動ベーン機構の操作入力部との間に介在して前記出力軸の回転を当該排気側可動ベーン機構の操作入力部の回転に変換する排気側連係機構と、前記出力軸の前記中心に対して他方の側と前記吸気側可動ベーン機構の操作入力部との間に介在して前記出力軸の回転を当該吸気側可動ベーン機構の操作入力部の回転に変換する吸気側連係機構とを備えている、請求項１又は２に記載の内燃機関の可変容量型過給機。
【請求項４】
前記排気側連係機構には、前記出力軸と一体に回転する排気側連動部材が設けられ、前記吸気側連係機構には、前記出力軸の回りに回転自在な吸気側連動部材が設けられ、前記排気側連動部材及び前記吸気側連動部材のいずれか一方の連動部材には凸部が、前記他方の連動部材には前記出力軸の周方向に一定の範囲で延びるスライド溝がそれぞれ設けられ、前記凸部が前記スライド溝に摺動自在に嵌め合わされて前記休止機構が実現されている、請求項３に記載の内燃機関の可変容量型過給機。
【請求項５】
前記排気側可動ベーン機構の操作入力部と前記吸気側可動ベーン機構の操作入力部とがタービン軸からみて同一の側に配置され、
前記出力軸は前記タービン軸と平行に配置され、
前記排気側連係機構は、前記排気側連動部材及び前記排気側可動ベーン機構の操作入力部のそれぞれに対して回転自在に連結される排気側ロッドを含み、
前記吸気側連係機構は、前記吸気側連動部材及び前記吸気側可動ベーン機構の操作入力部のそれぞれに対して回転自在に連結される吸気側ロッドを含んでいる、請求項４に記載の内燃機関の可変容量型過給機。
【請求項６】
前記排気側可動ベーン機構の可動ベーンが開方向に動作するときは前記吸気側可動ベーン機構の可動ベーンも開方向に動作するように前記駆動機構と両可動ベーン機構の操作入力部とがそれぞれ接続され、
前記排気側可動ベーン機構及び前記吸気側可動ベーン機構の少なくとも一方には、前記可動ベーンを開方向に動作させる際に前記操作入力部に加えるべき開方向駆動力を、前記可動ベーンを閉方向に動作させる際に前記操作入力部に加えるべき閉方向駆動力よりも低減させる手段が設けられている請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の可変容量型過給機。
【請求項７】
前記低減させる手段として、前記可動ベーンの回転中心から該可動ベーンの外周側の端縁までの距離が、前記中心位置から該可動ベーンの内周側の端縁までの距離よりも大きく設定されている請求項６に記載の内燃機関の可変容量型過給機。
【請求項１】
可動ベーンの開閉動作によりタービンホイールに導入される排気の流路の断面積を変化させる排気側可動ベーン機構を有するタービンと、
可動ベーンの開閉動作によりコンプレッサホイールから送り出される吸気の流路の断面積を変化させる吸気側可動ベーン機構を有するコンプレッサと、
前記排気側可動ベーン機構及び吸気側可動ベーン機構との間で共用されるアクチュエータを有し、該アクチュエータの動作を前記両可動ベーン機構に伝達して各可動ベーン機構の可動ベーンを開閉動作させる駆動機構と、
を備え、
前記駆動機構には、前記排気側可動ベーン機構の可動ベーンが駆動されている状態で、前記吸気側可動ベーン機構の可動ベーンを可動させずに休止させる休止機構が設けられている、内燃機関の可変容量型過給機。
【請求項２】
前記休止機構は、前記排気側可動ベーン機構の可動ベーンの開度が大きい開状態から該排気側可動ベーン機構の可動ベーンの開度が小さい閉状態までの可動区間において前記閉状態より相対的に閉状態に近い領域で、前記吸気側可動ベーン機構の可動ベーンが休止するように設けられている請求項１に記載の内燃機関の可変容量型過給機。
【請求項３】
前記排気側可動ベーン機構の操作入力部及び前記吸気側ベーン駆動機構の操作入力部のそれぞれの操作方向が前記タービン及び前記コンプレッサの周方向に設定され、
前記吸気側可動ベーン機構における前記操作入力部の操作方向と該吸気側可動ベーン機構の可動ベーンの開閉方向との関係が、前記排気側可動ベーン機構における前記操作入力部の操作方向と該排気側可動ベーン機構の可動ベーンの開閉方向との関係に対して逆に設定され、
前記駆動機構は、前記アクチュエータによって回転駆動される出力軸と、前記出力軸の中心に対して一方の側と前記排気側可動ベーン機構の操作入力部との間に介在して前記出力軸の回転を当該排気側可動ベーン機構の操作入力部の回転に変換する排気側連係機構と、前記出力軸の前記中心に対して他方の側と前記吸気側可動ベーン機構の操作入力部との間に介在して前記出力軸の回転を当該吸気側可動ベーン機構の操作入力部の回転に変換する吸気側連係機構とを備えている、請求項１又は２に記載の内燃機関の可変容量型過給機。
【請求項４】
前記排気側連係機構には、前記出力軸と一体に回転する排気側連動部材が設けられ、前記吸気側連係機構には、前記出力軸の回りに回転自在な吸気側連動部材が設けられ、前記排気側連動部材及び前記吸気側連動部材のいずれか一方の連動部材には凸部が、前記他方の連動部材には前記出力軸の周方向に一定の範囲で延びるスライド溝がそれぞれ設けられ、前記凸部が前記スライド溝に摺動自在に嵌め合わされて前記休止機構が実現されている、請求項３に記載の内燃機関の可変容量型過給機。
【請求項５】
前記排気側可動ベーン機構の操作入力部と前記吸気側可動ベーン機構の操作入力部とがタービン軸からみて同一の側に配置され、
前記出力軸は前記タービン軸と平行に配置され、
前記排気側連係機構は、前記排気側連動部材及び前記排気側可動ベーン機構の操作入力部のそれぞれに対して回転自在に連結される排気側ロッドを含み、
前記吸気側連係機構は、前記吸気側連動部材及び前記吸気側可動ベーン機構の操作入力部のそれぞれに対して回転自在に連結される吸気側ロッドを含んでいる、請求項４に記載の内燃機関の可変容量型過給機。
【請求項６】
前記排気側可動ベーン機構の可動ベーンが開方向に動作するときは前記吸気側可動ベーン機構の可動ベーンも開方向に動作するように前記駆動機構と両可動ベーン機構の操作入力部とがそれぞれ接続され、
前記排気側可動ベーン機構及び前記吸気側可動ベーン機構の少なくとも一方には、前記可動ベーンを開方向に動作させる際に前記操作入力部に加えるべき開方向駆動力を、前記可動ベーンを閉方向に動作させる際に前記操作入力部に加えるべき閉方向駆動力よりも低減させる手段が設けられている請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の可変容量型過給機。
【請求項７】
前記低減させる手段として、前記可動ベーンの回転中心から該可動ベーンの外周側の端縁までの距離が、前記中心位置から該可動ベーンの内周側の端縁までの距離よりも大きく設定されている請求項６に記載の内燃機関の可変容量型過給機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−２０９８６７（Ｐ２０１０−２０９８６７Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５９１７４（Ｐ２００９−５９１７４）
【出願日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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