可変ターボ過給機およびこれを備えたエンジン
【課題】コンパクト化を確実に実現でき、かつノズルベーンを外部操作によって確実に回動させることができる可変ターボ過給機、およびこれを備えたエンジンを提供すること。
【解決手段】可変ターボ過給機では、連結リングを、径方向に略対向した位置に設けられた一対の回動駆動軸３８を介して外部駆動する。このため、連結リングに偶力を作用させることができ、連結リンクを支持する部分に無理な力をかけずにスムースに回動させることができ、他の従動側のレバー、ひいては全ノズルベーンを確実に回動させることができる。また、一対の回動駆動軸３８を一つの油圧アクチュエータ５０で駆動するので、回動駆動軸３８のそれぞれを個別のアクチュエータで駆動する必要がなく、油圧アクチュエータ５０配置用のスペースを最小限にできて小型化を促進できる。
【解決手段】可変ターボ過給機では、連結リングを、径方向に略対向した位置に設けられた一対の回動駆動軸３８を介して外部駆動する。このため、連結リングに偶力を作用させることができ、連結リンクを支持する部分に無理な力をかけずにスムースに回動させることができ、他の従動側のレバー、ひいては全ノズルベーンを確実に回動させることができる。また、一対の回動駆動軸３８を一つの油圧アクチュエータ５０で駆動するので、回動駆動軸３８のそれぞれを個別のアクチュエータで駆動する必要がなく、油圧アクチュエータ５０配置用のスペースを最小限にできて小型化を促進できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気流速を調整するノズルベーンを備えた可変ターボ過給機、およびこの可変ターボ過給機を備えたエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気タービンのノズル部に可動式のノズルベーンを設け、このノズルベーンを回動させることによりノズル開度（ノズル部の開口面積）を調整できるようにした可変ターボ過給機が知られている。この可変ターボ過給機によれば、排気ガス量が少ないエンジンの低速回転域では、ノズルベーンを回動させてノズル開度を小さくすればよく、こうすることで排気タービンに流入する排気ガスの流速が増加するため、排気タービンホイールの回転エネルギが大きくなり、よって給気コンプレッサの過給能力を上げることができる。
【０００３】
ノズルベーンを回動させる具体的な構造としては、複数のノズルベーンの１つに外部から回動駆動可能な回動駆動軸が連結されており、この回動駆動軸の途中には駆動用の回動レバーが取り付けられている。駆動用の回動レバーは連結リングを介して他のノズルベーンに設けられた従動用の回動レバーを回動させる。従って、一つのノズルベーンを回動駆動軸で回動させることにより、結果として全てのノズルベーンを回動させることが可能である（例えば特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１７２１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１の可変ターボ過給機では、回動駆動軸が一つのノズルベーンに連結されているだけであり、この回動駆動軸に設けられた駆動レバーにより連結リングを周方向の１箇所で回動させるため、連結リングがその回動中心からずれようとする方向に力を受けることになる。従って、連結リングの回動用支持部を十分な負荷能力を持たせた構造にしないと、連結リングの支持部分に無理な力がかかって連結リングがスムースに回動せず、ひいてはノズルベーンを確実に回動させることができない可能性がある。
【０００６】
そこで、連結リングの回動中心を挟んで径方向に略対向した位置に一対の回動駆動軸を設け、これらの回動駆動軸を外部駆動するようにすれば、連結リングには偶力が作用するため、連結リンクをスムースに回動させることができると考えられる。
【０００７】
しかし、回動駆動軸を一対設けると、これらを駆動するアクチュエータをも一対設ける必要があるため、その分の配置スペースが必要になり、可変ターボ過給機の小型化が妨げられるという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、コンパクト化を確実に実現でき、かつノズルベーンを外部操作によって確実に回動させることができる可変ターボ過給機、およびこれを備えたエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に係る可変ターボ過給機は、排気タービンホイール外側のノズル部に互いに対向して設けられた導入壁と、前記排気ガス導入壁間に回動可能に軸支され、かつ前記排気タービンホイールの周方向に沿って所定間隔をあけて配置された複数のノズルベーンと、前記各ノズルベーンの回動軸の前記排気ガス導入壁から突出した部分に結合されたレバーと、前記レバーに連結されて当該レバー同士を連動させる連結リングと、前記各ノズルベーンの回動軸のうちの前記ノズル部円周上の互いに径方向に略対向する位置に設けられた一対の回動軸に連結されるか、または、前記連結リング円周上の互いに径方向に略対向する位置に設けられる被駆動部と、これらの被駆動部を同時に駆動する一つのアクチュエータとを備えていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２に係る可変ターボ過給機は、請求項１に記載の可変ターボ過給機において、前記アクチュエータは、長手方向に沿って往復動するロッドを備え、このロッドの両端には、前記径方向に対向した被駆動部が連結アームを介して連結されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３に係る可変ターボ過給機は、請求項２に記載の可変ターボ過給機において、前記ロッドおよび前記連結アームは係合部材を介して互いに連結されているとともに、前記ロッドおよび前記連結アームのいずれか一方には、当該連結アームの回動に伴う前記係合部材の摺動を許容する係合溝が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項４に係る可変ターボ過給機は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の可変ターボ過給機において、前記アクチュエータは油圧によって駆動される油圧アクチュエータであることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項５に係る可変ターボ過給機は、請求項４に記載の可変ターボ過給機において、前記油圧アクチュエータへ供給される圧油は、エンジン潤滑用のオイルであることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項６に係る可変ターボ過給機は、請求項１ないし請求項５のいずかに記載の可変ターボ過給機において、前記排気タービンホイールに設けられたシャフト支持用のベアリングが配置されるベアリングハウジングを備え、このベアリングハウジング内には、前記アクチュエータが収容される収容部が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項７に係るエンジンは、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の可変ターボ過給機を備えていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項８に係るエンジンは、請求項７に記載のエンジンにおいて、前記油圧アクチュエータへ供給される圧油は、エンジン潤滑用のオイルであるとともに、前記オイルをエンジン内の各所に圧送するオイルポンプと、このオイルポンプから圧送されるオイルの一部を昇圧して前記可変ターボ過給機に供給する昇圧ポンプとを備えていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項９に係るエンジンは、請求項７に記載のエンジンにおいて、前記油圧アクチュエータへ供給される圧油は、エンジン潤滑用のオイルであるとともに、前記オイルをエンジン内の各所に圧送するオイルポンプと、前記オイルを前記可変ターボ過給機に直接供給する前記オイルポンプとは別の油圧ポンプとを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上において、請求項１，７の発明によれば、連結リングは、径方向に略対向した位置に設けられた一対の被駆動部を介して外部駆動されるため、連結リングに偶力を作用させることができ、連結リンクを支持する部分に無理な力をかけずにスムースに回動させることができ、他の従動側のレバー、ひいては全ノズルベーンを確実に回動させることができる。また、一対の被駆動部を一つのアクチュエータで駆動するので、被駆動部のそれぞれを個別のアクチュエータで駆動する必要がなく、アクチュエータ配置用のスペースを最小限にできて小型化を促進できる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、径方向に対向した一対の被駆動部をロッドの両端で駆動できるため、ロッドの動きを利用して被駆動部を確実に駆動できるうえ、駆動構造を適宜なリンク構造とすることで簡素化でき、コンパクトに収めることができる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、ロッドまたは連結アームの係合溝が係合部材の摺動を許容できる長さを有しているため、ロッドの直線運動を連結アームの回動運動に確実に変換できる。なお、この際には、係合溝に対して、係合部材を面接触させることにより、低い面圧で駆動力を伝達でき、耐久性を向上させることができる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、アクチュエータの駆動圧力源として油圧を利用するので、コンパクトでかつ十分に大きな駆動力を発揮できる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、ソレノイドバルブの油冷用にエンジン潤滑用のオイルを用いるので、オイルの供給をエンジンに対して行えばよく、メンテナンス性が良好である。
【００２３】
請求項６の発明によれば、アクチュエータをベアリングハウジング内の収容部に収容するので、それらをブラケット等を用いてベアリングハウジングの外部に取り付ける必要がなく、可変ターボ過給機をコンパクトにできる。
なお、アクチュエータだけではなく、このアクチュエータの駆動源である流体の制御行うソレノイドバルブをもベアリングハウジング内に設けることにより、ソレノイドバルブからアクチュエータへは、ベアリングハウジング内に穿設された流路等を用いて流体を供給でき、流体供給用の配管等を省略できて、より一層コンパクトにできる。
【００２４】
請求項８の発明によれば、昇圧ポンプを用いてエンジンオイルを可変ターボ過給機に供給するので、オイルポンプからのオイルを昇圧して可変ターボ過給機に確実に供給できるうえ、昇圧ポンプとしては容量が小さくてよいから、場積をとらず、エンジン全体の小型化が阻害される心配がない。
【００２５】
請求項９の発明によれば、オイルポンプとは別の油圧ポンプを用いることで、エンジン各所にオイルを供給する回路と、可変ターボ過給機にオイルを供給する回路とを独立させることができるため、各回路に見合った容量のポンプを採用できて油冷・潤滑を確実に行えるとともに、特に油圧アクチュエータへの圧油も良好に確保でき、油圧アクチュエータの駆動をより安定して行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
〔可変ターボ過給機の概略全体説明〕
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本実施形態に係る可変ターボ過給機１の全体を示す断面図が示されている。 この図において、可変ターボ過給機１は、排気タービン２と、給気コンプレッサ３とを備えて構成される。
【００２７】
排気タービン２は、図示しないエンジンの排気流路の途中に設けられ、排気ガスの流出入を案内する排気側ハウジング１０と、排気側ハウジング１０に収容された排気タービンホイール１１とを備えている。
【００２８】
排気側ハウジング１０は、流入先端側に向かって流路断面が小さくなる外周側の排気流入部１２と、中央に形成された略円筒状の排気流出部１３とを一体的に備えている。排気側ハウジング１０の内部には、排気流出部１３とは反対側の開口を塞ぐように排気側インナープレート１４が設けられている。この排気側インナープレート１４および排気側ハウジング１０の間の隙間であって、排気タービンホイール１１の外周に沿って設けられた隙間は、流入した排気を排気流入部１２から排気タービンホイール１１に送るノズル部１５となっている。
【００２９】
ノズル部１５は、排気側ハウジング１０および排気側インナープレート１４の互いに対向した部分に設けられた一対の排気ガス導入壁１６（１６Ａ，１６Ｂ）間の前述した隙間で形成される。一対の排気ガス導入壁１６間の隙間には、複数のノズルベーン３０が排気タービンホイール１１の外周に沿って等間隔で設置されている。ノズルベーン３０は、排気ガス導入壁１６Ａ，１６Ｂに支持された回動軸３１を備え、この回動軸３１を中心に回動可能に設けられている。
【００３０】
排気タービンホイール１１は、排気側インナープレート１４を貫通したシャフト１７を一体的に備えており、排気側ハウジング１０の内部に回転可能に配置されている。排気タービンホイール１１のシャフト１７は、ジャーナルベアリング１８を介してベアリングハウジング４０で支持されている。
【００３１】
一方、給気コンプレッサ３は、図示しないエンジンの給気流路側に設けられ、外気（吸気）の流出入を案内する給気側ハウジング２０と、給気側ハウジング２０に収容されたインペラ２１とを備えている。
【００３２】
給気側ハウジング２０は、中央に形成された略円筒状の吸気流入部２２と、その外周側に形成され、かつ流出先端側に向かって流路断面が大きくなる給気流出部２３とを一体的に備えている。給気側ハウジング２０は、吸気流入部２２とは反対側の開口が給気側ハウジング蓋２４で塞がれている。この給気側ハウジング蓋２４は、外周を覆うＶ字クランプなどによって給気側ハウジング２０に固定され、また、ベアリングハウジング４０に図示しないボルトで固定されている。
【００３３】
インペラ２１は、吸気流入部２２に向かって突出した排気タービンホイール１１のシャフト１７にナットを用いて固定され、排気タービンホイール１１と共に回転する。
【００３４】
このような構成の可変ターボ過給機１においては、エンジンから排出された排気ガスは、排気流路に接続された排気流入部１２を通って排気タービン２内に流入する。その後、排気ガスは、排気流入部１２で分配され、ノズル部１５を通って排気タービンホイール１１側に流入し、翼面の圧力差により排気タービンホイール１１を回転させ、排気流出部１３を通って排気流路に排出される。
【００３５】
そして、排気タービンホイール１１の回転により、シャフト１７を介してインペラ２１が回転すると、インペラ２１は、吸気流入部２２から吸入される吸気を回転によって圧縮し、圧縮給気を給気流出部２３から排出する。排出された圧縮給気は給気流路を通ってエンジンに供給される。
【００３６】
〔ノズルベーン周りの構造〕
以下には、ノズルベーン３０を回動させるための構造について説明する。
図２には、図１のII−II線断面図が示されており、図３には、排気側インナープレート１４が示されている。排気側インナープレート１４の周方向に沿って複数のノズルベーン３０が配置され、各ノズルベーン３０の回動軸３１で囲まれた領域の内側には、円環状の連結リング３２が設けられている。この連結リング３２の内周側または外周側（本実施形態では内周側）は、例えばベアリングハウジング４０に嵌合された支持リング３３で支持されており、連結リング３２がシャフト１７と同心円上で回動するようになっている。
【００３７】
各ノズルベーン３０の回動軸３１は、排気側インナープレート１４を貫通して設けられ、貫通して突出した部分には回動レバー３４が取り付けられている。また、連結リング３２には、回動レバー３４に対応した数の支持ピン３５が等周間隔で植設されている。この支持ピン３５は、直方体状の駒部材３６を貫通しており、駒部材３６が支持ピン３５を中心に回動する。駒部材３６は、回動レバー３４に設けられたコ字形状の遊嵌部３７に遊嵌されている。
【００３８】
各回動レバー３４のうち、連結リング３２の回動中心（シャフト１７の回転中心に同じ）を挟んで径方向に対向した位置にある一対の回動レバー３４には、ベアリングハウジング４０内の支持孔４０Ａに挿入支持された回動駆動軸（被駆動部）３８の一端が係合している。従って、回動駆動軸３８が回動すると、この回動が回動レバー３４を介して回動軸３１に伝達されることとなる。
【００３９】
この際、回動駆動軸３８の回動レバー３４への係合は、回動駆動軸３８に設けられた二面幅部分と回動レバー３４に設けられた溝との間で行われる。また、図示を省略するが、当該一対の回動レバー３４に限り、これらの回動レバー３４と回動軸３１との係合もやはり、回動軸３１の二面幅部分と回動レバー３４に設けられた溝との間で行われる。
【００４０】
このような構造では、各回動駆動軸３８がその端部に設けられた連結アーム３９を介して一つの油圧アクチュエータ５０で回動駆動されるようになっている。各回動駆動軸３８が油圧アクチュエータ５０で回動駆動されると、前述したように、これらと係合した一対の回動レバー３４が回動すると同時に、各回動レバー３４と係合した回動軸３１が回動し、ノズルベーン３０が回動する。加えて、各回動レバー３４に遊嵌した駒部材３６を介して連結リング３２が回動し、この連結リング３２に駒部材３６を介して遊嵌した他の全ての回動レバー３４も回動し、これらの回動レバー３４に取り付けられた回動軸３１と一体の他のノズルベーン３０も同時に回動し、全体のノズル開度が調節される。
【００４１】
なお、以上の構成によれば、回動駆動軸３８により直に駆動される回動レバー３４は駆動用であり、連結リング３２を介して回動する回動レバー３４が従動用といえる。また、従動用の回動レバー３４と回動軸３１とは、二面幅を用いた係合ではなく、回動軸３１に螺合されるナット３１Ａ、あるいはかしめ、溶接等によって互いに取り付けられている。
【００４２】
〔油圧アクチュエータの駆動構造〕
図４は、図１のIV−IV線断面図である。この図において、油圧アクチュエータ５０、および油圧アクチュエータ５０への圧油の供給を制御するソレノイドバルブ６０は、ベアリングハウジング４０に設けられた第１、第２収容部４１，４２に収容されており、ベアリングハウジング４０内において、シャフト１７に近い側に油圧アクチュエータ５０が収容され、シャフト１７から離れた位置、つまりベアリングハウジング４０の外周側にソレノイドバルブ６０が収容されている。このように、油圧アクチュエータ５０およびソレノイドバルブ６０がベアリングハウジングウジング４０の外部に取り付ける場合に比して、ベアリングハウジング４０周りの構造をコンパクトにできる。
【００４３】
油圧アクチュエータ５０は、ベアリングハウジング４０の第１収容部５１に形成されたシリンダ５１と、シリンダ５１内をシャフト１７に対して直交する方向に摺動するピストン５２と、ピストン５２に一体に設けられたロッド５３とを備えている。シリンダ５１およびピストン５２で仕切られた部屋のうち、一方の部屋はソレノイドバルブ６０側からの圧油が流入する圧油室５４とされ、他方の部屋にはピストン５２を圧油室５４側に付勢するばね５５が配置されている。
【００４４】
シリンダ５１の一端側には、内部にピストン５２を組み入れるための開口５２Ａが設けられており、この開口５２Ａには、複数の圧油排出口５６Ａを有する嵌合部材５６が嵌め込まれている。ロッド５３は、ピストン５２の摺動方向に沿って両側に延設されており、ロッド５３の両端には、回動駆動軸３８側の互いに平行な連結アーム３９との連結を図る連結部材５７が設けられている。この連結部材５７は、直線運動をするロッド５３と円弧運動をする連結アーム３９との軌道差を吸収できる構造になっている。
【００４５】
具体的には、図５に示すように、連結部材５７は、ロッド５３の係合溝５３Ａに摺動自在に係合されるブロック状の係合部材５７Ａと、連結アーム３９を貫通して係合部材５７Ａの挿入孔５７Ｂに挿設されるピン部材５７Ｃとで構成されている。係合溝５３Ａ内に係合部材５７Ａが係合された状態では、係合部材５７Ａの三方の平坦面５７Ｄが係合溝５３Ａの内面で形成される対向した平坦面５３Ｂに面接触する。係合部材５７Ａは、連結アーム３９の回動に伴い、平坦面５３Ｂ，５７Ｄ同士が接触した状態で係合溝５３Ａ内を図中の上下方向に沿って摺動する。
【００４６】
つまり、係合溝５３Ａは、連結アーム３９の回動に伴う係合部材５７Ａの摺動を許容するように設けられているのである。この構造により、ロッド５３の直線運動を連結アーム３９の回動運動に変換でき、回動駆動軸３８を確実に回動駆動できる。なお、このような構造の他、係合溝を連結アーム３９側に設け、この係合溝内に係合部材を摺動自在に設け、この係合部材をロッド５３にピン部材で取り付けてもよい。
【００４７】
ところで、このようなピストン５２およびロッド５３の一体部材をシリンダ５１内に配置するためや、ロッド５３の連結部材５７と連結アーム３９とを連結するために、ベアリングハウジング４０の２箇所には組込用開口４３が設けられている。各組込用開口４３は通常時、閉塞カバー４４で塞がれており、ピストン５２、ロッド５３、あるいは連結部材５７の交換等、メンテナンスが必要になった場合には、この閉塞カバー４４を外して必要な部品の着脱、交換作業を行うことになる。
【００４８】
以下には、油圧アクチュエータ５０への圧油の供給を制御するソレノイドバルブ６０にいついて説明する。ソレノイドバルブ６０は、印加される電流信号の大きさに比例した流量の圧油を油圧アクチュエータ５０に供給する比例制御弁であり、ベアリングハウジング４０の圧油流入口４６からオイルフィルタ４７を通して流入する圧油を制御する。具体的にソレノイドバルブ６０は、ベアリングハウジング４０に設けられた組込用開口４８から第２収容部４２に挿入され、この第２収容部４２を構成する小径部４２Ａ、中径部４２Ｂ、および大径部４２Ｃにわたって収容されている。ソレノイドバルブ６０のメンテナンスが必要な場合には、前記組込用開口４８を通してソレノイドバルブ６０を着脱することが可能である。
【００４９】
小径部４２Ａには、圧油を軸線方向からソレノイドバルブ６０内部に流入させる先端部分が密着嵌合している。ソレノイドバルブ６０内に流入した圧油は、図中に矢印で示すように、内部のバルブ動作によって流量がコントロールされた後、中径部４２Ｂ内に密着嵌合した部分で仕切られる吐出空間に吐出し、流入流路４５を通って油圧アクチュエータ５０の圧油室５４に供給される。大径部４２Ｃには、ソレノイドバルブ６０のソレノイド部分が収容されており、ソレノイドバルブ６０と大径部４２Ｃの内壁との間には所定の空間６１が確保されている。この空間６１は、組込用開口４８に近い位置に設けられたシール部材６２によって外部に対してシールされている。
【００５０】
以上の構成によれば、ソレノイドバルブ６０から圧油が供給された油圧アクチュエータ５０側では、その供給量に応じてピストン５２およびロッド５３が図中左右方向に摺動し、連結部材５７および連結アーム３９を介して回動駆動軸３８を回動し、最終的には前述した全てのノズルベーン３０を駆動してノズル開度を調整することが可能である。そして、油圧アクチュエータ５０の圧油室５４に流入した圧油は、ピストン５２の外周に形成されたラビリンスシール部分を通して徐々に反対側の空間に漏れ、嵌合部材５６の圧油排出口５６Ａからベアリングハウジング４０内にドレーンされる。なお、そのような圧油としては、エンジン各所の潤滑および冷却に用いられるエンジンオイルが使用される。
【００５１】
〔可変ターボ過給機の潤滑・油冷構造〕
本実施形態の可変ターボ過給機１では、エンジンオイルを用いた潤滑・油冷構造を採用している。潤滑構造は、シャフト１７を受けるジャーナルベアリング１８周りを主に潤滑するものであり、油冷構造は、ソレノイドバルブ６０周りを油冷するものである。
【００５２】
図１、図２、図４に基づき、ジャーナルベアリング１８周りの潤滑構造について説明する。
ベアリングハウジング４０内の中央には、ジャーナルベアリング１８用の挿入孔を有したベアリング支持部７１が設けられている。また、ベアリングハウジング４０内には、ベアリング支持部７１の外周面が露呈するようにドレーン空間７２が設けられている。ドレーン空間７２は、潤滑および冷却後のオイルを集約する空間であって、油圧アクチュエータ５０の第１収容部５１下方に設けられた主空間７３と、図１、図４に示すように、排気タービン２側から給気コンプレッサ３側に向かって下り勾配を有し、かつベアリング支持部７１の一部が軸方向に沿って露呈した案内空間７４とを備えている。主空間７３の底部分にはオイルをエンジン側に戻すためのドレーン孔７５が設けられ、このドレーン孔７５に向けて案内空間７４が傾斜している。
【００５３】
一方、図２、図４に示すように、ドレーン孔７５近傍には、ベアリング支持部７１まで達したオイル導入用の導入流路７６が鉛直に穿設されている。この導入流路７６の先端は、ベアリング支持部７１内に軸方向に沿って形成された分岐流路７７に連通している。分岐流路７７の一端は、ジャーナルベアリング１８の排気タービン２側のオイル供給分部に連通しており、他端側は分岐流路７７からさらに分岐してジャーナルベアリング１８の給気コンプレッサ３側のオイル供給分部に連通しているとともに、給気コンプレッサ３側に設けられたスラストベアリング１９用のオイル供給部分に連通している。
【００５４】
図２、図４において、エンジン側から廻ってきたオイルは、導入流路７６を通ってジャーナルベアリング１８周り、およびスラストベアリング１９周りを潤滑した後、ジャーナルベアリング１８の両端、およびスラストベアリング１９周りから吐出し、給気コンプレッサ３側ではそのまま主空間７３の底部分に滴下してドレーン孔７５に至り、排気タービン２側では案内空間７４に滴下して傾斜面を流れ落ち、ドレーン孔７５に案内される。
【００５５】
図４に基づき、ソレノイドバルブ６０周りの油冷構造について説明する。
ベアリングハウジング４０には、油圧アクチュエータ５０駆動用の圧油を供給するための前記圧油流入口４６が設けられている。この圧油流入口４６とソレノイドバルブ６０用に設けられた第２収容部４２の大径部４２Ｃとは、小径の連通流路７８で連通している。大径部４２Ｃには、ソレノイドバルブ６０外周との間に空間６１が形成されているため、圧油流入口４６に流入した圧油の一部は、連通流路７８を通し冷却オイルとして空間６１に流れ込み、ソレノイドバルブ６０を冷却する。冷却した後の冷却オイルは、大径部４２Ｃとドレーン空間７２とを連通させる排出流路７９を通して当該ドレーン空間７２に吐出し、前述した潤滑オイルと共にドレーン孔７５からエンジン側に戻される。そして、本実施形態では、連通流路７８、空間６１、および排出流路７９により、本発明に係るオイル流通部７０が形成されている。このオイル流通部７０からなる油冷構造により、ソレノイドバルブ６０を効率よく冷却でき、排気タービン２からの熱影響を抑制できる。
【００５６】
〔可変ターボ過給機の水冷構造〕
また、本実施形態では、油圧アクチュエータ５０およびソレノイドバルブ６０をエンジン冷却水で冷却する水冷構造が採用されている。
図１、図２に示すベアリングハウジング４０の内部において、油圧アクチュエータ５０およびソレノイドバルブ６０の第１、第２収容部４１，４２と、排気側インナープレート１４に対向した壁部分との間には、ベアリング支持部７１およびその周囲のオイルドレーン用の案内空間７４を囲むように環状の冷却水流通空間８０が設けられている。
【００５７】
図６、図７には、ベアリングハウジング４０の全体斜視図およびその断面図が示されている。これらの図において、冷却水流通空間８０内には、エンジン側から供給用の配管を通って廻ってきた冷却水が、ベアリングハウジング４０の外周に設けられた一方の冷却水流通口８１から流入する。流入した冷却水は、図７中に矢印で示すように、冷却水流通空間８０内を周回して油圧アクチュエータおよびソレノイドバルブ（図７では図示略）を冷却した後、他方の冷却水流通口８１から流出し、戻り用の配管を通してエンジン側に戻る。この水冷構造により、油圧アクチュエータ５０およびソレノイドバルブ６０をより有効に冷却でき、排気タービン２からの熱による構成部品の変形等を確実に防止できる。
【００５８】
〔冷却・潤滑オイルおよび冷却水の循環回路〕
図８には、前述した潤滑・油冷構造および水冷構造に係る循環回路の各例が模式的に示されている。
図８（Ａ）に示した例では、エンジンＥの図示しないフライホイール側にＰＴＯ（Power Take Off：動力取出装置）９０が設けられ、このＰＴＯ９０で取り出された動力で昇圧ポンプ９１が駆動される。昇圧ポンプ９１は、オイルパン９２中のオイルポンプ９３から圧送されるエンジンオイルを昇圧し、可変ターボ過給機１に供給する。従って、昇圧ポンプ９１への配管９４は、オイルポンプ９３からメインギャラリ９５への配管９６から分岐して設けられ、昇圧ポンプ９１から可変ターボ過給機１へは配管９７が設けられている。このような昇圧ポンプ９１は、オイルポンプ９３からのオイルを昇圧するだけでよいので、低圧仕様でよく、コンパクトである。可変ターボ過給機１に送られたエンジンオイルは前述したように、各ベアリング周りの潤滑、およびソレノイドバルブの冷却に用いられる。潤滑・冷却後のオイルはオイルパン９２に戻される。なお、図８において、オイルフィルタやオイルクーラ等の図示は省略されている。
【００５９】
また、エンジンＥの冷却ファン（不図示）側に設けられたベルト駆動のウォータポンプ１００により、エンジン冷却水がエンジンＥ内のウォータジャケットおよびラジエータ１０１間を循環する。ウォータポンプ１００からエンジンＥに戻る配管１０２からは可変ターボ過給機１側へ配管１０３が分岐しており、ラジエータ１０１通過後の冷却水が可変ターボ過給機１にも供給され、図示しないベアリングハウジングの前述した冷却水流通空間を廻って油圧アクチュエータおよびソレノイドバルブを冷却する。冷却後の冷却水は、戻り用の配管１０４を通ってエンジンＥ側からの配管１０５と合流し、ラジエータ１０１に流入する。ラジエータ１０１からの冷却水は、配管１０６を通ってウォータポンプ１００に戻される。
【００６０】
図８（Ｂ）に示した別の例では、ＰＴＯ９０からの動力で駆動される油圧ポンプ９８が設けられている。この油圧ポンプ９８は、オイルパン９２内のエンジンオイルを配管９４にて直接的に引き込み、可変ターボ過給機１に圧送する。水冷構造に係る循環回路は（Ａ）と同じである。
【００６１】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、図８（Ａ）、（Ｂ）では、オイルポンプ９３の他に昇圧ポンプ９１や油圧ポンプ９８を用いてエンジンオイルを可変ターボ過給機１に圧送していたが、オイルポンプ９３を高圧仕様とした場合には、このオイルポンプ９３のみでエンジンＥの軸受やピストンクーリングのようなエンジンＥ各所の潤滑・冷却部分、および可変ターボ過給機１の油冷部分にオイルを圧送してもよい。
【００６２】
前記実施形態では、油圧アクチュエータ５０にて回動軸３１に延設された回動駆動軸３８を駆動する構造を採用したが、ノズルベーンよりも外周側に配置された連結リングの周方向に沿った位置に、径方向に互いに対向した一対の被駆動部を設け、各被駆動部に一端が係合され、かつアクチュエータのロッド先端に他端が係合された連結アームを回動自在に設け、そのアクチュエータのロッドを進退させることにより、当該ロッドの両端で各連結アームを介して連結リングを回動させ、この連結リングの回動により全てのレバーを回動させ、ひいては全ノズルベーンを回動させる構造であってもよい。このような構造でも、各被駆動部を一つのアクチュエータで駆動するようにすれば本発明に含まれる。
【００６３】
前記実施形態では、本発明のアクチュエータとして油圧式のものを示したが、アクチュエータの駆動方式としては油圧の他、水圧や空圧等であってもよく、その実施にあたって任意の方式を採用できる。
【００６４】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、可変ターボ過給機付きのエンジンを搭載した建設機械、輸送用トラック、工事用ダンプトラック、自家用車等に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態に係る可変ターボ過給機の全体を示す断面図。
【図２】図１のII−II線断面。
【図３】図１のIII−III線断面であり、可変ターボ過給機の排気側インナープレートを示す正面図。
【図４】図１のIV−IV線断面図。
【図５】可変ターボ過給機の構成部材を示す斜視図。
【図６】可変ターボ過給機のベアリングハウジングを示す全体斜視図。
【図７】可変ターボ過給機のベアリングハウジングを示す断面図。
【図８】可変ターボ過給機へ送られる冷却・潤滑オイルおよび冷却水の循環回路を説明するための模式図。
【符号の説明】
【００６７】
１…可変ターボ過給機、１１…排気タービンホイール、１６，１６Ａ，１６Ｂ…導入壁、１７…シャフト、１８…ベアリングであるジャーナルベアリング、３０…ノズルベーン、３１…回動軸、３８…被駆動部である回動駆動軸、３９…連結アーム、４０…ベアリングハウジング、４１…収容部である第１収容部、４２…第２収容部、５０…油圧アクチュエータ、５３…ロッド、５３Ａ…係合溝、５７…連結部材、５７Ａ…係合部材、６０…ソレノイドバルブ、７０…オイル流通部、８０…冷却水流通空間、９１…昇圧ポンプ、９２…オイルパン、９３…オイルポンプ、９８…油圧ポンプ、Ｅ…エンジン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気流速を調整するノズルベーンを備えた可変ターボ過給機、およびこの可変ターボ過給機を備えたエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気タービンのノズル部に可動式のノズルベーンを設け、このノズルベーンを回動させることによりノズル開度（ノズル部の開口面積）を調整できるようにした可変ターボ過給機が知られている。この可変ターボ過給機によれば、排気ガス量が少ないエンジンの低速回転域では、ノズルベーンを回動させてノズル開度を小さくすればよく、こうすることで排気タービンに流入する排気ガスの流速が増加するため、排気タービンホイールの回転エネルギが大きくなり、よって給気コンプレッサの過給能力を上げることができる。
【０００３】
ノズルベーンを回動させる具体的な構造としては、複数のノズルベーンの１つに外部から回動駆動可能な回動駆動軸が連結されており、この回動駆動軸の途中には駆動用の回動レバーが取り付けられている。駆動用の回動レバーは連結リングを介して他のノズルベーンに設けられた従動用の回動レバーを回動させる。従って、一つのノズルベーンを回動駆動軸で回動させることにより、結果として全てのノズルベーンを回動させることが可能である（例えば特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１７２１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１の可変ターボ過給機では、回動駆動軸が一つのノズルベーンに連結されているだけであり、この回動駆動軸に設けられた駆動レバーにより連結リングを周方向の１箇所で回動させるため、連結リングがその回動中心からずれようとする方向に力を受けることになる。従って、連結リングの回動用支持部を十分な負荷能力を持たせた構造にしないと、連結リングの支持部分に無理な力がかかって連結リングがスムースに回動せず、ひいてはノズルベーンを確実に回動させることができない可能性がある。
【０００６】
そこで、連結リングの回動中心を挟んで径方向に略対向した位置に一対の回動駆動軸を設け、これらの回動駆動軸を外部駆動するようにすれば、連結リングには偶力が作用するため、連結リンクをスムースに回動させることができると考えられる。
【０００７】
しかし、回動駆動軸を一対設けると、これらを駆動するアクチュエータをも一対設ける必要があるため、その分の配置スペースが必要になり、可変ターボ過給機の小型化が妨げられるという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、コンパクト化を確実に実現でき、かつノズルベーンを外部操作によって確実に回動させることができる可変ターボ過給機、およびこれを備えたエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に係る可変ターボ過給機は、排気タービンホイール外側のノズル部に互いに対向して設けられた導入壁と、前記排気ガス導入壁間に回動可能に軸支され、かつ前記排気タービンホイールの周方向に沿って所定間隔をあけて配置された複数のノズルベーンと、前記各ノズルベーンの回動軸の前記排気ガス導入壁から突出した部分に結合されたレバーと、前記レバーに連結されて当該レバー同士を連動させる連結リングと、前記各ノズルベーンの回動軸のうちの前記ノズル部円周上の互いに径方向に略対向する位置に設けられた一対の回動軸に連結されるか、または、前記連結リング円周上の互いに径方向に略対向する位置に設けられる被駆動部と、これらの被駆動部を同時に駆動する一つのアクチュエータとを備えていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２に係る可変ターボ過給機は、請求項１に記載の可変ターボ過給機において、前記アクチュエータは、長手方向に沿って往復動するロッドを備え、このロッドの両端には、前記径方向に対向した被駆動部が連結アームを介して連結されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３に係る可変ターボ過給機は、請求項２に記載の可変ターボ過給機において、前記ロッドおよび前記連結アームは係合部材を介して互いに連結されているとともに、前記ロッドおよび前記連結アームのいずれか一方には、当該連結アームの回動に伴う前記係合部材の摺動を許容する係合溝が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項４に係る可変ターボ過給機は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の可変ターボ過給機において、前記アクチュエータは油圧によって駆動される油圧アクチュエータであることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項５に係る可変ターボ過給機は、請求項４に記載の可変ターボ過給機において、前記油圧アクチュエータへ供給される圧油は、エンジン潤滑用のオイルであることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項６に係る可変ターボ過給機は、請求項１ないし請求項５のいずかに記載の可変ターボ過給機において、前記排気タービンホイールに設けられたシャフト支持用のベアリングが配置されるベアリングハウジングを備え、このベアリングハウジング内には、前記アクチュエータが収容される収容部が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項７に係るエンジンは、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の可変ターボ過給機を備えていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項８に係るエンジンは、請求項７に記載のエンジンにおいて、前記油圧アクチュエータへ供給される圧油は、エンジン潤滑用のオイルであるとともに、前記オイルをエンジン内の各所に圧送するオイルポンプと、このオイルポンプから圧送されるオイルの一部を昇圧して前記可変ターボ過給機に供給する昇圧ポンプとを備えていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項９に係るエンジンは、請求項７に記載のエンジンにおいて、前記油圧アクチュエータへ供給される圧油は、エンジン潤滑用のオイルであるとともに、前記オイルをエンジン内の各所に圧送するオイルポンプと、前記オイルを前記可変ターボ過給機に直接供給する前記オイルポンプとは別の油圧ポンプとを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上において、請求項１，７の発明によれば、連結リングは、径方向に略対向した位置に設けられた一対の被駆動部を介して外部駆動されるため、連結リングに偶力を作用させることができ、連結リンクを支持する部分に無理な力をかけずにスムースに回動させることができ、他の従動側のレバー、ひいては全ノズルベーンを確実に回動させることができる。また、一対の被駆動部を一つのアクチュエータで駆動するので、被駆動部のそれぞれを個別のアクチュエータで駆動する必要がなく、アクチュエータ配置用のスペースを最小限にできて小型化を促進できる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、径方向に対向した一対の被駆動部をロッドの両端で駆動できるため、ロッドの動きを利用して被駆動部を確実に駆動できるうえ、駆動構造を適宜なリンク構造とすることで簡素化でき、コンパクトに収めることができる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、ロッドまたは連結アームの係合溝が係合部材の摺動を許容できる長さを有しているため、ロッドの直線運動を連結アームの回動運動に確実に変換できる。なお、この際には、係合溝に対して、係合部材を面接触させることにより、低い面圧で駆動力を伝達でき、耐久性を向上させることができる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、アクチュエータの駆動圧力源として油圧を利用するので、コンパクトでかつ十分に大きな駆動力を発揮できる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、ソレノイドバルブの油冷用にエンジン潤滑用のオイルを用いるので、オイルの供給をエンジンに対して行えばよく、メンテナンス性が良好である。
【００２３】
請求項６の発明によれば、アクチュエータをベアリングハウジング内の収容部に収容するので、それらをブラケット等を用いてベアリングハウジングの外部に取り付ける必要がなく、可変ターボ過給機をコンパクトにできる。
なお、アクチュエータだけではなく、このアクチュエータの駆動源である流体の制御行うソレノイドバルブをもベアリングハウジング内に設けることにより、ソレノイドバルブからアクチュエータへは、ベアリングハウジング内に穿設された流路等を用いて流体を供給でき、流体供給用の配管等を省略できて、より一層コンパクトにできる。
【００２４】
請求項８の発明によれば、昇圧ポンプを用いてエンジンオイルを可変ターボ過給機に供給するので、オイルポンプからのオイルを昇圧して可変ターボ過給機に確実に供給できるうえ、昇圧ポンプとしては容量が小さくてよいから、場積をとらず、エンジン全体の小型化が阻害される心配がない。
【００２５】
請求項９の発明によれば、オイルポンプとは別の油圧ポンプを用いることで、エンジン各所にオイルを供給する回路と、可変ターボ過給機にオイルを供給する回路とを独立させることができるため、各回路に見合った容量のポンプを採用できて油冷・潤滑を確実に行えるとともに、特に油圧アクチュエータへの圧油も良好に確保でき、油圧アクチュエータの駆動をより安定して行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
〔可変ターボ過給機の概略全体説明〕
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本実施形態に係る可変ターボ過給機１の全体を示す断面図が示されている。 この図において、可変ターボ過給機１は、排気タービン２と、給気コンプレッサ３とを備えて構成される。
【００２７】
排気タービン２は、図示しないエンジンの排気流路の途中に設けられ、排気ガスの流出入を案内する排気側ハウジング１０と、排気側ハウジング１０に収容された排気タービンホイール１１とを備えている。
【００２８】
排気側ハウジング１０は、流入先端側に向かって流路断面が小さくなる外周側の排気流入部１２と、中央に形成された略円筒状の排気流出部１３とを一体的に備えている。排気側ハウジング１０の内部には、排気流出部１３とは反対側の開口を塞ぐように排気側インナープレート１４が設けられている。この排気側インナープレート１４および排気側ハウジング１０の間の隙間であって、排気タービンホイール１１の外周に沿って設けられた隙間は、流入した排気を排気流入部１２から排気タービンホイール１１に送るノズル部１５となっている。
【００２９】
ノズル部１５は、排気側ハウジング１０および排気側インナープレート１４の互いに対向した部分に設けられた一対の排気ガス導入壁１６（１６Ａ，１６Ｂ）間の前述した隙間で形成される。一対の排気ガス導入壁１６間の隙間には、複数のノズルベーン３０が排気タービンホイール１１の外周に沿って等間隔で設置されている。ノズルベーン３０は、排気ガス導入壁１６Ａ，１６Ｂに支持された回動軸３１を備え、この回動軸３１を中心に回動可能に設けられている。
【００３０】
排気タービンホイール１１は、排気側インナープレート１４を貫通したシャフト１７を一体的に備えており、排気側ハウジング１０の内部に回転可能に配置されている。排気タービンホイール１１のシャフト１７は、ジャーナルベアリング１８を介してベアリングハウジング４０で支持されている。
【００３１】
一方、給気コンプレッサ３は、図示しないエンジンの給気流路側に設けられ、外気（吸気）の流出入を案内する給気側ハウジング２０と、給気側ハウジング２０に収容されたインペラ２１とを備えている。
【００３２】
給気側ハウジング２０は、中央に形成された略円筒状の吸気流入部２２と、その外周側に形成され、かつ流出先端側に向かって流路断面が大きくなる給気流出部２３とを一体的に備えている。給気側ハウジング２０は、吸気流入部２２とは反対側の開口が給気側ハウジング蓋２４で塞がれている。この給気側ハウジング蓋２４は、外周を覆うＶ字クランプなどによって給気側ハウジング２０に固定され、また、ベアリングハウジング４０に図示しないボルトで固定されている。
【００３３】
インペラ２１は、吸気流入部２２に向かって突出した排気タービンホイール１１のシャフト１７にナットを用いて固定され、排気タービンホイール１１と共に回転する。
【００３４】
このような構成の可変ターボ過給機１においては、エンジンから排出された排気ガスは、排気流路に接続された排気流入部１２を通って排気タービン２内に流入する。その後、排気ガスは、排気流入部１２で分配され、ノズル部１５を通って排気タービンホイール１１側に流入し、翼面の圧力差により排気タービンホイール１１を回転させ、排気流出部１３を通って排気流路に排出される。
【００３５】
そして、排気タービンホイール１１の回転により、シャフト１７を介してインペラ２１が回転すると、インペラ２１は、吸気流入部２２から吸入される吸気を回転によって圧縮し、圧縮給気を給気流出部２３から排出する。排出された圧縮給気は給気流路を通ってエンジンに供給される。
【００３６】
〔ノズルベーン周りの構造〕
以下には、ノズルベーン３０を回動させるための構造について説明する。
図２には、図１のII−II線断面図が示されており、図３には、排気側インナープレート１４が示されている。排気側インナープレート１４の周方向に沿って複数のノズルベーン３０が配置され、各ノズルベーン３０の回動軸３１で囲まれた領域の内側には、円環状の連結リング３２が設けられている。この連結リング３２の内周側または外周側（本実施形態では内周側）は、例えばベアリングハウジング４０に嵌合された支持リング３３で支持されており、連結リング３２がシャフト１７と同心円上で回動するようになっている。
【００３７】
各ノズルベーン３０の回動軸３１は、排気側インナープレート１４を貫通して設けられ、貫通して突出した部分には回動レバー３４が取り付けられている。また、連結リング３２には、回動レバー３４に対応した数の支持ピン３５が等周間隔で植設されている。この支持ピン３５は、直方体状の駒部材３６を貫通しており、駒部材３６が支持ピン３５を中心に回動する。駒部材３６は、回動レバー３４に設けられたコ字形状の遊嵌部３７に遊嵌されている。
【００３８】
各回動レバー３４のうち、連結リング３２の回動中心（シャフト１７の回転中心に同じ）を挟んで径方向に対向した位置にある一対の回動レバー３４には、ベアリングハウジング４０内の支持孔４０Ａに挿入支持された回動駆動軸（被駆動部）３８の一端が係合している。従って、回動駆動軸３８が回動すると、この回動が回動レバー３４を介して回動軸３１に伝達されることとなる。
【００３９】
この際、回動駆動軸３８の回動レバー３４への係合は、回動駆動軸３８に設けられた二面幅部分と回動レバー３４に設けられた溝との間で行われる。また、図示を省略するが、当該一対の回動レバー３４に限り、これらの回動レバー３４と回動軸３１との係合もやはり、回動軸３１の二面幅部分と回動レバー３４に設けられた溝との間で行われる。
【００４０】
このような構造では、各回動駆動軸３８がその端部に設けられた連結アーム３９を介して一つの油圧アクチュエータ５０で回動駆動されるようになっている。各回動駆動軸３８が油圧アクチュエータ５０で回動駆動されると、前述したように、これらと係合した一対の回動レバー３４が回動すると同時に、各回動レバー３４と係合した回動軸３１が回動し、ノズルベーン３０が回動する。加えて、各回動レバー３４に遊嵌した駒部材３６を介して連結リング３２が回動し、この連結リング３２に駒部材３６を介して遊嵌した他の全ての回動レバー３４も回動し、これらの回動レバー３４に取り付けられた回動軸３１と一体の他のノズルベーン３０も同時に回動し、全体のノズル開度が調節される。
【００４１】
なお、以上の構成によれば、回動駆動軸３８により直に駆動される回動レバー３４は駆動用であり、連結リング３２を介して回動する回動レバー３４が従動用といえる。また、従動用の回動レバー３４と回動軸３１とは、二面幅を用いた係合ではなく、回動軸３１に螺合されるナット３１Ａ、あるいはかしめ、溶接等によって互いに取り付けられている。
【００４２】
〔油圧アクチュエータの駆動構造〕
図４は、図１のIV−IV線断面図である。この図において、油圧アクチュエータ５０、および油圧アクチュエータ５０への圧油の供給を制御するソレノイドバルブ６０は、ベアリングハウジング４０に設けられた第１、第２収容部４１，４２に収容されており、ベアリングハウジング４０内において、シャフト１７に近い側に油圧アクチュエータ５０が収容され、シャフト１７から離れた位置、つまりベアリングハウジング４０の外周側にソレノイドバルブ６０が収容されている。このように、油圧アクチュエータ５０およびソレノイドバルブ６０がベアリングハウジングウジング４０の外部に取り付ける場合に比して、ベアリングハウジング４０周りの構造をコンパクトにできる。
【００４３】
油圧アクチュエータ５０は、ベアリングハウジング４０の第１収容部５１に形成されたシリンダ５１と、シリンダ５１内をシャフト１７に対して直交する方向に摺動するピストン５２と、ピストン５２に一体に設けられたロッド５３とを備えている。シリンダ５１およびピストン５２で仕切られた部屋のうち、一方の部屋はソレノイドバルブ６０側からの圧油が流入する圧油室５４とされ、他方の部屋にはピストン５２を圧油室５４側に付勢するばね５５が配置されている。
【００４４】
シリンダ５１の一端側には、内部にピストン５２を組み入れるための開口５２Ａが設けられており、この開口５２Ａには、複数の圧油排出口５６Ａを有する嵌合部材５６が嵌め込まれている。ロッド５３は、ピストン５２の摺動方向に沿って両側に延設されており、ロッド５３の両端には、回動駆動軸３８側の互いに平行な連結アーム３９との連結を図る連結部材５７が設けられている。この連結部材５７は、直線運動をするロッド５３と円弧運動をする連結アーム３９との軌道差を吸収できる構造になっている。
【００４５】
具体的には、図５に示すように、連結部材５７は、ロッド５３の係合溝５３Ａに摺動自在に係合されるブロック状の係合部材５７Ａと、連結アーム３９を貫通して係合部材５７Ａの挿入孔５７Ｂに挿設されるピン部材５７Ｃとで構成されている。係合溝５３Ａ内に係合部材５７Ａが係合された状態では、係合部材５７Ａの三方の平坦面５７Ｄが係合溝５３Ａの内面で形成される対向した平坦面５３Ｂに面接触する。係合部材５７Ａは、連結アーム３９の回動に伴い、平坦面５３Ｂ，５７Ｄ同士が接触した状態で係合溝５３Ａ内を図中の上下方向に沿って摺動する。
【００４６】
つまり、係合溝５３Ａは、連結アーム３９の回動に伴う係合部材５７Ａの摺動を許容するように設けられているのである。この構造により、ロッド５３の直線運動を連結アーム３９の回動運動に変換でき、回動駆動軸３８を確実に回動駆動できる。なお、このような構造の他、係合溝を連結アーム３９側に設け、この係合溝内に係合部材を摺動自在に設け、この係合部材をロッド５３にピン部材で取り付けてもよい。
【００４７】
ところで、このようなピストン５２およびロッド５３の一体部材をシリンダ５１内に配置するためや、ロッド５３の連結部材５７と連結アーム３９とを連結するために、ベアリングハウジング４０の２箇所には組込用開口４３が設けられている。各組込用開口４３は通常時、閉塞カバー４４で塞がれており、ピストン５２、ロッド５３、あるいは連結部材５７の交換等、メンテナンスが必要になった場合には、この閉塞カバー４４を外して必要な部品の着脱、交換作業を行うことになる。
【００４８】
以下には、油圧アクチュエータ５０への圧油の供給を制御するソレノイドバルブ６０にいついて説明する。ソレノイドバルブ６０は、印加される電流信号の大きさに比例した流量の圧油を油圧アクチュエータ５０に供給する比例制御弁であり、ベアリングハウジング４０の圧油流入口４６からオイルフィルタ４７を通して流入する圧油を制御する。具体的にソレノイドバルブ６０は、ベアリングハウジング４０に設けられた組込用開口４８から第２収容部４２に挿入され、この第２収容部４２を構成する小径部４２Ａ、中径部４２Ｂ、および大径部４２Ｃにわたって収容されている。ソレノイドバルブ６０のメンテナンスが必要な場合には、前記組込用開口４８を通してソレノイドバルブ６０を着脱することが可能である。
【００４９】
小径部４２Ａには、圧油を軸線方向からソレノイドバルブ６０内部に流入させる先端部分が密着嵌合している。ソレノイドバルブ６０内に流入した圧油は、図中に矢印で示すように、内部のバルブ動作によって流量がコントロールされた後、中径部４２Ｂ内に密着嵌合した部分で仕切られる吐出空間に吐出し、流入流路４５を通って油圧アクチュエータ５０の圧油室５４に供給される。大径部４２Ｃには、ソレノイドバルブ６０のソレノイド部分が収容されており、ソレノイドバルブ６０と大径部４２Ｃの内壁との間には所定の空間６１が確保されている。この空間６１は、組込用開口４８に近い位置に設けられたシール部材６２によって外部に対してシールされている。
【００５０】
以上の構成によれば、ソレノイドバルブ６０から圧油が供給された油圧アクチュエータ５０側では、その供給量に応じてピストン５２およびロッド５３が図中左右方向に摺動し、連結部材５７および連結アーム３９を介して回動駆動軸３８を回動し、最終的には前述した全てのノズルベーン３０を駆動してノズル開度を調整することが可能である。そして、油圧アクチュエータ５０の圧油室５４に流入した圧油は、ピストン５２の外周に形成されたラビリンスシール部分を通して徐々に反対側の空間に漏れ、嵌合部材５６の圧油排出口５６Ａからベアリングハウジング４０内にドレーンされる。なお、そのような圧油としては、エンジン各所の潤滑および冷却に用いられるエンジンオイルが使用される。
【００５１】
〔可変ターボ過給機の潤滑・油冷構造〕
本実施形態の可変ターボ過給機１では、エンジンオイルを用いた潤滑・油冷構造を採用している。潤滑構造は、シャフト１７を受けるジャーナルベアリング１８周りを主に潤滑するものであり、油冷構造は、ソレノイドバルブ６０周りを油冷するものである。
【００５２】
図１、図２、図４に基づき、ジャーナルベアリング１８周りの潤滑構造について説明する。
ベアリングハウジング４０内の中央には、ジャーナルベアリング１８用の挿入孔を有したベアリング支持部７１が設けられている。また、ベアリングハウジング４０内には、ベアリング支持部７１の外周面が露呈するようにドレーン空間７２が設けられている。ドレーン空間７２は、潤滑および冷却後のオイルを集約する空間であって、油圧アクチュエータ５０の第１収容部５１下方に設けられた主空間７３と、図１、図４に示すように、排気タービン２側から給気コンプレッサ３側に向かって下り勾配を有し、かつベアリング支持部７１の一部が軸方向に沿って露呈した案内空間７４とを備えている。主空間７３の底部分にはオイルをエンジン側に戻すためのドレーン孔７５が設けられ、このドレーン孔７５に向けて案内空間７４が傾斜している。
【００５３】
一方、図２、図４に示すように、ドレーン孔７５近傍には、ベアリング支持部７１まで達したオイル導入用の導入流路７６が鉛直に穿設されている。この導入流路７６の先端は、ベアリング支持部７１内に軸方向に沿って形成された分岐流路７７に連通している。分岐流路７７の一端は、ジャーナルベアリング１８の排気タービン２側のオイル供給分部に連通しており、他端側は分岐流路７７からさらに分岐してジャーナルベアリング１８の給気コンプレッサ３側のオイル供給分部に連通しているとともに、給気コンプレッサ３側に設けられたスラストベアリング１９用のオイル供給部分に連通している。
【００５４】
図２、図４において、エンジン側から廻ってきたオイルは、導入流路７６を通ってジャーナルベアリング１８周り、およびスラストベアリング１９周りを潤滑した後、ジャーナルベアリング１８の両端、およびスラストベアリング１９周りから吐出し、給気コンプレッサ３側ではそのまま主空間７３の底部分に滴下してドレーン孔７５に至り、排気タービン２側では案内空間７４に滴下して傾斜面を流れ落ち、ドレーン孔７５に案内される。
【００５５】
図４に基づき、ソレノイドバルブ６０周りの油冷構造について説明する。
ベアリングハウジング４０には、油圧アクチュエータ５０駆動用の圧油を供給するための前記圧油流入口４６が設けられている。この圧油流入口４６とソレノイドバルブ６０用に設けられた第２収容部４２の大径部４２Ｃとは、小径の連通流路７８で連通している。大径部４２Ｃには、ソレノイドバルブ６０外周との間に空間６１が形成されているため、圧油流入口４６に流入した圧油の一部は、連通流路７８を通し冷却オイルとして空間６１に流れ込み、ソレノイドバルブ６０を冷却する。冷却した後の冷却オイルは、大径部４２Ｃとドレーン空間７２とを連通させる排出流路７９を通して当該ドレーン空間７２に吐出し、前述した潤滑オイルと共にドレーン孔７５からエンジン側に戻される。そして、本実施形態では、連通流路７８、空間６１、および排出流路７９により、本発明に係るオイル流通部７０が形成されている。このオイル流通部７０からなる油冷構造により、ソレノイドバルブ６０を効率よく冷却でき、排気タービン２からの熱影響を抑制できる。
【００５６】
〔可変ターボ過給機の水冷構造〕
また、本実施形態では、油圧アクチュエータ５０およびソレノイドバルブ６０をエンジン冷却水で冷却する水冷構造が採用されている。
図１、図２に示すベアリングハウジング４０の内部において、油圧アクチュエータ５０およびソレノイドバルブ６０の第１、第２収容部４１，４２と、排気側インナープレート１４に対向した壁部分との間には、ベアリング支持部７１およびその周囲のオイルドレーン用の案内空間７４を囲むように環状の冷却水流通空間８０が設けられている。
【００５７】
図６、図７には、ベアリングハウジング４０の全体斜視図およびその断面図が示されている。これらの図において、冷却水流通空間８０内には、エンジン側から供給用の配管を通って廻ってきた冷却水が、ベアリングハウジング４０の外周に設けられた一方の冷却水流通口８１から流入する。流入した冷却水は、図７中に矢印で示すように、冷却水流通空間８０内を周回して油圧アクチュエータおよびソレノイドバルブ（図７では図示略）を冷却した後、他方の冷却水流通口８１から流出し、戻り用の配管を通してエンジン側に戻る。この水冷構造により、油圧アクチュエータ５０およびソレノイドバルブ６０をより有効に冷却でき、排気タービン２からの熱による構成部品の変形等を確実に防止できる。
【００５８】
〔冷却・潤滑オイルおよび冷却水の循環回路〕
図８には、前述した潤滑・油冷構造および水冷構造に係る循環回路の各例が模式的に示されている。
図８（Ａ）に示した例では、エンジンＥの図示しないフライホイール側にＰＴＯ（Power Take Off：動力取出装置）９０が設けられ、このＰＴＯ９０で取り出された動力で昇圧ポンプ９１が駆動される。昇圧ポンプ９１は、オイルパン９２中のオイルポンプ９３から圧送されるエンジンオイルを昇圧し、可変ターボ過給機１に供給する。従って、昇圧ポンプ９１への配管９４は、オイルポンプ９３からメインギャラリ９５への配管９６から分岐して設けられ、昇圧ポンプ９１から可変ターボ過給機１へは配管９７が設けられている。このような昇圧ポンプ９１は、オイルポンプ９３からのオイルを昇圧するだけでよいので、低圧仕様でよく、コンパクトである。可変ターボ過給機１に送られたエンジンオイルは前述したように、各ベアリング周りの潤滑、およびソレノイドバルブの冷却に用いられる。潤滑・冷却後のオイルはオイルパン９２に戻される。なお、図８において、オイルフィルタやオイルクーラ等の図示は省略されている。
【００５９】
また、エンジンＥの冷却ファン（不図示）側に設けられたベルト駆動のウォータポンプ１００により、エンジン冷却水がエンジンＥ内のウォータジャケットおよびラジエータ１０１間を循環する。ウォータポンプ１００からエンジンＥに戻る配管１０２からは可変ターボ過給機１側へ配管１０３が分岐しており、ラジエータ１０１通過後の冷却水が可変ターボ過給機１にも供給され、図示しないベアリングハウジングの前述した冷却水流通空間を廻って油圧アクチュエータおよびソレノイドバルブを冷却する。冷却後の冷却水は、戻り用の配管１０４を通ってエンジンＥ側からの配管１０５と合流し、ラジエータ１０１に流入する。ラジエータ１０１からの冷却水は、配管１０６を通ってウォータポンプ１００に戻される。
【００６０】
図８（Ｂ）に示した別の例では、ＰＴＯ９０からの動力で駆動される油圧ポンプ９８が設けられている。この油圧ポンプ９８は、オイルパン９２内のエンジンオイルを配管９４にて直接的に引き込み、可変ターボ過給機１に圧送する。水冷構造に係る循環回路は（Ａ）と同じである。
【００６１】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、図８（Ａ）、（Ｂ）では、オイルポンプ９３の他に昇圧ポンプ９１や油圧ポンプ９８を用いてエンジンオイルを可変ターボ過給機１に圧送していたが、オイルポンプ９３を高圧仕様とした場合には、このオイルポンプ９３のみでエンジンＥの軸受やピストンクーリングのようなエンジンＥ各所の潤滑・冷却部分、および可変ターボ過給機１の油冷部分にオイルを圧送してもよい。
【００６２】
前記実施形態では、油圧アクチュエータ５０にて回動軸３１に延設された回動駆動軸３８を駆動する構造を採用したが、ノズルベーンよりも外周側に配置された連結リングの周方向に沿った位置に、径方向に互いに対向した一対の被駆動部を設け、各被駆動部に一端が係合され、かつアクチュエータのロッド先端に他端が係合された連結アームを回動自在に設け、そのアクチュエータのロッドを進退させることにより、当該ロッドの両端で各連結アームを介して連結リングを回動させ、この連結リングの回動により全てのレバーを回動させ、ひいては全ノズルベーンを回動させる構造であってもよい。このような構造でも、各被駆動部を一つのアクチュエータで駆動するようにすれば本発明に含まれる。
【００６３】
前記実施形態では、本発明のアクチュエータとして油圧式のものを示したが、アクチュエータの駆動方式としては油圧の他、水圧や空圧等であってもよく、その実施にあたって任意の方式を採用できる。
【００６４】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、可変ターボ過給機付きのエンジンを搭載した建設機械、輸送用トラック、工事用ダンプトラック、自家用車等に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態に係る可変ターボ過給機の全体を示す断面図。
【図２】図１のII−II線断面。
【図３】図１のIII−III線断面であり、可変ターボ過給機の排気側インナープレートを示す正面図。
【図４】図１のIV−IV線断面図。
【図５】可変ターボ過給機の構成部材を示す斜視図。
【図６】可変ターボ過給機のベアリングハウジングを示す全体斜視図。
【図７】可変ターボ過給機のベアリングハウジングを示す断面図。
【図８】可変ターボ過給機へ送られる冷却・潤滑オイルおよび冷却水の循環回路を説明するための模式図。
【符号の説明】
【００６７】
１…可変ターボ過給機、１１…排気タービンホイール、１６，１６Ａ，１６Ｂ…導入壁、１７…シャフト、１８…ベアリングであるジャーナルベアリング、３０…ノズルベーン、３１…回動軸、３８…被駆動部である回動駆動軸、３９…連結アーム、４０…ベアリングハウジング、４１…収容部である第１収容部、４２…第２収容部、５０…油圧アクチュエータ、５３…ロッド、５３Ａ…係合溝、５７…連結部材、５７Ａ…係合部材、６０…ソレノイドバルブ、７０…オイル流通部、８０…冷却水流通空間、９１…昇圧ポンプ、９２…オイルパン、９３…オイルポンプ、９８…油圧ポンプ、Ｅ…エンジン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変ターボ過給機において、
排気タービンホイール外側のノズル部に互いに対向して設けられた導入壁と、
前記排気ガス導入壁間に回動可能に軸支され、かつ前記排気タービンホイールの周方向に沿って所定間隔をあけて配置された複数のノズルベーンと、
前記各ノズルベーンの回動軸の前記排気ガス導入壁から突出した部分に結合されたレバーと、
前記レバーに連結されて当該レバー同士を連動させる連結リングと、
前記各ノズルベーンの回動軸のうちの前記ノズル部円周上の互いに径方向に略対向する位置に設けられた一対の回動軸に連結されるか、または、前記連結リング円周上の互いに径方向に略対向する位置に設けられる被駆動部と、
これらの被駆動部を同時に駆動する一つのアクチュエータとを備えている
ことを特徴とする可変ターボ過給機。
【請求項２】
請求項１に記載の可変ターボ過給機において、
前記アクチュエータは、長手方向に沿って往復動するロッドを備え、
このロッドの両端には、前記径方向に対向した被駆動部が連結アームを介して連結されている
ことを特徴とする可変ターボ過給機。
【請求項３】
請求項２に記載の可変ターボ過給機において、
前記ロッドおよび前記連結アームは係合部材を介して互いに連結されているとともに、
前記ロッドおよび前記連結アームのいずれか一方には、当該連結アームの回動に伴う前記係合部材の摺動を許容する係合溝が設けられている
ことを特徴とする可変ターボ過給機。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の可変ターボ過給機において、
前記アクチュエータは油圧によって駆動される油圧アクチュエータである
ことを特徴とする可変ターボ過給機。
【請求項５】
請求項４に記載の可変ターボ過給機において、
前記油圧アクチュエータへ供給される圧油は、エンジン潤滑用のオイルである
ことを特徴とする可変ターボ過給機。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずかに記載の可変ターボ過給機において、
前記排気タービンホイールに設けられたシャフト支持用のベアリングが配置されるベアリングハウジングを備え、
このベアリングハウジング内には、前記アクチュエータが収容される収容部が設けられている
ことを特徴とする可変ターボ過給機。
【請求項７】
エンジンにおいて、
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の可変ターボ過給機を備えている
ことを特徴とするエンジン。
【請求項８】
請求項７に記載のエンジンにおいて、
前記油圧アクチュエータへ供給される圧油は、エンジン潤滑用のオイルであるとともに、
前記オイルをエンジン内の各所に圧送するオイルポンプと、
このオイルポンプから圧送されるオイルの一部を昇圧して前記可変ターボ過給機に供給する昇圧ポンプとを備えている
ことを特徴とするエンジン。
【請求項９】
請求項７に記載のエンジンにおいて、
前記油圧アクチュエータへ供給される圧油は、エンジン潤滑用のオイルであるとともに、
前記オイルをエンジン内の各所に圧送するオイルポンプと、
前記オイルを前記可変ターボ過給機に直接供給する前記オイルポンプとは別の油圧ポンプとを備えている
ことを特徴とするエンジン。
【請求項１】
可変ターボ過給機において、
排気タービンホイール外側のノズル部に互いに対向して設けられた導入壁と、
前記排気ガス導入壁間に回動可能に軸支され、かつ前記排気タービンホイールの周方向に沿って所定間隔をあけて配置された複数のノズルベーンと、
前記各ノズルベーンの回動軸の前記排気ガス導入壁から突出した部分に結合されたレバーと、
前記レバーに連結されて当該レバー同士を連動させる連結リングと、
前記各ノズルベーンの回動軸のうちの前記ノズル部円周上の互いに径方向に略対向する位置に設けられた一対の回動軸に連結されるか、または、前記連結リング円周上の互いに径方向に略対向する位置に設けられる被駆動部と、
これらの被駆動部を同時に駆動する一つのアクチュエータとを備えている
ことを特徴とする可変ターボ過給機。
【請求項２】
請求項１に記載の可変ターボ過給機において、
前記アクチュエータは、長手方向に沿って往復動するロッドを備え、
このロッドの両端には、前記径方向に対向した被駆動部が連結アームを介して連結されている
ことを特徴とする可変ターボ過給機。
【請求項３】
請求項２に記載の可変ターボ過給機において、
前記ロッドおよび前記連結アームは係合部材を介して互いに連結されているとともに、
前記ロッドおよび前記連結アームのいずれか一方には、当該連結アームの回動に伴う前記係合部材の摺動を許容する係合溝が設けられている
ことを特徴とする可変ターボ過給機。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の可変ターボ過給機において、
前記アクチュエータは油圧によって駆動される油圧アクチュエータである
ことを特徴とする可変ターボ過給機。
【請求項５】
請求項４に記載の可変ターボ過給機において、
前記油圧アクチュエータへ供給される圧油は、エンジン潤滑用のオイルである
ことを特徴とする可変ターボ過給機。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずかに記載の可変ターボ過給機において、
前記排気タービンホイールに設けられたシャフト支持用のベアリングが配置されるベアリングハウジングを備え、
このベアリングハウジング内には、前記アクチュエータが収容される収容部が設けられている
ことを特徴とする可変ターボ過給機。
【請求項７】
エンジンにおいて、
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の可変ターボ過給機を備えている
ことを特徴とするエンジン。
【請求項８】
請求項７に記載のエンジンにおいて、
前記油圧アクチュエータへ供給される圧油は、エンジン潤滑用のオイルであるとともに、
前記オイルをエンジン内の各所に圧送するオイルポンプと、
このオイルポンプから圧送されるオイルの一部を昇圧して前記可変ターボ過給機に供給する昇圧ポンプとを備えている
ことを特徴とするエンジン。
【請求項９】
請求項７に記載のエンジンにおいて、
前記油圧アクチュエータへ供給される圧油は、エンジン潤滑用のオイルであるとともに、
前記オイルをエンジン内の各所に圧送するオイルポンプと、
前記オイルを前記可変ターボ過給機に直接供給する前記オイルポンプとは別の油圧ポンプとを備えている
ことを特徴とするエンジン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−１００５８７（Ｐ２００７−１００５８７Ａ）
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２９１４４５（Ｐ２００５−２９１４４５）
【出願日】平成１７年１０月４日（２００５．１０．４）
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月４日（２００５．１０．４）
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【Ｆターム（参考）】
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