可変ターボ過給機
【課題】 ノズルベーンを外部操作で確実に回動できる可変ターボ過給機の提供。
【解決手段】可変ターボ過給機1を、排気タービンホイール12外側のノズル部13に互いに対向して設けられた一対の排気導入壁16と、排気導入壁16間に回動可能に軸支され、かつ排気タービンホイール12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31と、各ノズルベーン31の回動軸32の排気導入壁16から突出した部分に取り付けられたレバー20と、レバー20に連結されて、レバー20同士を連動させる連結リング18と、ベアリングハウジング64に軸支されて外部から駆動される回動駆動軸33と、複数のノズルベーン31の回動軸32のうちの少なくとも一つの回動軸32と回動駆動軸33とを連結するとともに、回動軸32および前記回動駆動軸33の偏心を許容する継手23とを備えて構成した。
【解決手段】可変ターボ過給機1を、排気タービンホイール12外側のノズル部13に互いに対向して設けられた一対の排気導入壁16と、排気導入壁16間に回動可能に軸支され、かつ排気タービンホイール12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31と、各ノズルベーン31の回動軸32の排気導入壁16から突出した部分に取り付けられたレバー20と、レバー20に連結されて、レバー20同士を連動させる連結リング18と、ベアリングハウジング64に軸支されて外部から駆動される回動駆動軸33と、複数のノズルベーン31の回動軸32のうちの少なくとも一つの回動軸32と回動駆動軸33とを連結するとともに、回動軸32および前記回動駆動軸33の偏心を許容する継手23とを備えて構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、排気タービンの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に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、空気を圧縮してエンジンに吸入させる方法として、エンジンの排気エネルギを利用して排気タービンを作動させ、給気コンプレッサを駆動するターボ過給機が知られている。このようなターボ過給機では、エンジンの排気を利用するため、エンジンの低速回転域では排気流量が低下し、排気タービンも低回転となり、事実上給気コンプレッサをほとんど作動させることができない。そこで、このような特性を改善したものとして、ターボ過給機のノズル開度を可変にする可変ターボ過給機がある(例えば特許文献1)。
【0003】
可変ターボ過給機では、排気タービンのノズル部に可動式のノズルベーンが設置されており、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)を調整する。エンジンの低速回転域では、排気量が少ないので、ノズルベーンを回動させてノズル開度を小さくすれば、排気タービンに流入する排気ガスの流速が増加し、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。
【0004】
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レバーが取り付けられている。駆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レバーを回動させる。従って、1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。
【0005】
【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】
【0006】
ところで、従来の可変ターボ過給機では、前記回動駆動軸、駆動レバー、およびこの駆動レバーに設けられたノズルベーンが、軸線方向に沿って互いに溶接等により一体に接合されているが、この一体ものはハウジング等に複数箇所で支持されているため、回動駆動軸を外部操作によって回動させた際の曲げモーメントによって撓んでしまうと、支持部分でこじりが生じて容易に回動しない可能性がある。
【0007】
本発明の目的は、ノズルベーンを外部操作によって確実に回動できる可変ターボ過給機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
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一対の排気導入壁と、前記排気導入壁間に回動可能に軸支され、かつ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導入壁から突出した部分に取り付けられたレバーと、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、ハウジングに軸支されて外部から駆動される回動駆動軸と、前記複数のノズルベーンの回動軸のうちの少なくとも一つの回動軸と前記回動駆動軸とを連結するとともに、前記回動軸および前記回動駆動軸の偏心を許容する継手とを備えていることを特徴とする。
【0009】
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、前記継手は、前記回動軸および前記回動駆動軸のそれぞれに設けられた二面幅部と係合する一対の係合部を有し、これらの係合部の前記二面幅部と係合する係合面は当該二面幅部の平行面に対して径方向に摺動可能とされ、前記各係合部の係合面の摺動方向が略直交していることを特徴とする。
【0010】
本発明の請求項3に係る可変ターボ過給機は、請求項1または請求項2に記載の可変ターボ過給機において、前記継手は前記レバーに一体に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
以上において、請求項1の発明によれば、回動駆動軸を駆動した際には、この回動駆動軸に曲げモーメントが生じ、回動駆動軸が撓んで駆動軸に対して偏心するのであるが、ノズルベーンの回動軸と外部操作される回動駆動軸とが継手によって連結されているため、前記偏心を継手によって吸収でき、ノズルベーンを外部操作によって確実に駆動できる。
【0012】
本発明の請求項2の発明によれば、二面幅部を係合させた状態でこの係合部分がスライドするようになるから、回動軸および回動駆動軸の偏心をそのスライド動作によって確実に、かつ簡易な構造で吸収できる。
【0013】
本発明の請求項3の発明によれば、継手がレバーと一体であるから、レバーが取り付けられる回動軸と回動駆動軸との連結部分の構造をコンパクトにできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1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11と、給気コンプレッサ41とを備えて構成される。
【0015】
排気タービン11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62と、排気側ハウジング62に収容された排気タービンホイール12とを備えている。
【0016】
排気側ハウジング62は、外周側に形成され、かつ流入先端側に向かって流路断面が小さくなる排気流入部14と、中央に形成された略円筒状の排気流出部15とを一体的に備えている。排気側ハウジング62の内部には、排気流出部15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65が設けられている。この排気側インナープレート65および排気側ハウジング62の間の隙間であって、排気タービンホイール12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14から排気タービンホイール12に送るノズル部13となっている。このノズル部13の詳細については後述する。
【0017】
排気タービンホイール12は、排気側インナープレート65を貫通したシャフト51を一体的に備えており、排気側ハウジング62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12のシャフト51は、ベアリング52を介してベアリングハウジング(ハウジング)64で支持されている。このベアリングハウジング64は、排気側ハウジング62に嵌合された状態で、排気側ハウジング62に係止片68およびボルト69で排気側インナープレート65を挟んで固定されている。
【0018】
給気コンプレッサ41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63と、給気側ハウジング63に収容されたインペラ42とを備えている。
【0019】
給気側ハウジング63は、中央に形成された略円筒状の吸気流入部43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44とを一体的に備えている。給気側ハウジング63は、吸気流入部43とは反対側の開口が給気側ハウジング蓋66で塞がれている。この給気側ハウジング蓋66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63に固定され、また、ベアリングハウジング64に図示しないボルトで固定されている。
【0020】
インペラ42は、吸気流入部43に向かって突出した排気タービンホイール12のシャフト51に、ナット42Aを用いて固定され、排気タービンホイール12とともに回転する。
【0021】
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14を通って排気タービン11に流入する。その後、排気ガスは、排気流入部14で整流され、ノズル部13を通って排気タービンホイール12に流入し、翼面の圧力差により排気タービンホイール12を回転させ、排気流出部15を通ってエンジンの排気流路に排出される。
【0022】
排気タービンホイール12の回転とともに、シャフト51を介してインペラ42が回転すると、インペラ42は、吸気流入部43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44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。
【0023】
以下には、ノズル部13について詳説する。
図1、図2において、ノズル部13は、排気側ハウジング62および排気側インナープレート65の互いに対向した部分に設けられた一対の排気導入壁16(16A,16B)間の前述した隙間で形成される。一対の排気導入壁16間の隙間には、図3に示すように複数のノズルベーン31が排気タービンホイール12の外周に沿って等間隔で設置されている。ノズルベーン31は、排気導入壁16A,16Bに支持された回動軸32を備え、この回動軸32を中心に回動可能に設けられている。
【0024】
円周上に配置された各ノズルベーン31の回動軸32で囲まれた領域の内側には、シャフト51と同心円上で回動可能な連結リング18が設けられている。この連結リング18の外周には半長孔状の係合孔19が形成されており、この係合孔19には、棒状のレバー20の一端が回動可能に、かつ摺動可能に係合されている。各レバー20の他端は各回動軸32に固定されており、これらのレバー20を介して連結リング18が回動軸32に支持されている。
【0025】
ここで、連結リング18は、排気側インナープレート65やベアリングハウジング64の内部などにシャフト51を中心とするリング状の支持部分を設け、この支持部分にローラベアリング等を介して設置される。こうすることで、連結リング18の自重や、排気タービン11の振動などによる影響も少なく、連結リング18がより安定的に支持される。
【0026】
図1ないし図3に示すように、各ノズルベーン31の回動軸32のうちの一本は、ベアリングハウジング64を貫通した回動駆動軸33と前記レバー20を介して連結されている。つまり、このレバー20は駆動用のレバー21であり、他のレバー20は従動用である。従って、駆動用のレバー21は、回動駆動軸33からの回動駆動力を連結リング18に伝達するのに十分な剛性を有するように、他のレバー20よりも太く、高剛性になっている(図3)。
【0027】
具体的に、駆動用のレバー21は、連結リング18の係合孔19に挿入される挿入部22と、図4に示すように、回動軸32および回動駆動軸33の互いの対向端部同士を連結する継手部(継手)23とを有しており、継手部23がレバー21に一体に設けられていることにより、回動軸32および回動駆動軸33の連結部分のコンパクト化が図られている。このうちの継手部23には、回動軸32の一端が係合する第1係合部24、および回動駆動軸33の一端が係合する第2係合部25が設けられている。
【0028】
第1係合部24は、図5に拡大して示すように、矩形状の貫通孔26からなり、貫通孔26に回動軸32に設けられた二面幅部34が係合している。すなわち、二面幅部34の一対の平行面34Aが、貫通孔26を形成する長辺側の一対の係合面26Aに接触して係合しているのであり、係合面26Aと平行面34Aとの間で生じる径方向の摺動によって貫通孔26内では、二面幅部34の位置が矢印方向に相対的に僅かにスライド可能である。
【0029】
一方、第2係合部25は、図6に拡大して示すように、継手部23を横切る溝27からなり、溝27に回動駆動軸33に設けられた二面幅部35が係合している。すなわち、二面幅部35の一対の平行面35Aが、溝27を形成する一対の係合面27Aに接触して係合しているのであり、係合面27Aと平行面35Aとの間で生じる径方向の摺動によって溝27内では、二面幅部35の位置が相対的に僅かにスライド可能である。
【0030】
そして、第1、第2係合部24,25において、各係合面26A,27Aの摺動方向(スライド方向に同じ)は直交している。従って、回動駆動軸33を連結杆36(図1)を介して図示しない油圧アクチュエータ等で回動駆動させると、回動駆動軸33に生じる曲げモーメントにより当該回動駆動軸33の軸中心と、排気導入壁16Bで支持された回動軸32の軸中心とが偏心するが、この偏心はレバー21の継手部23内で生じる第1、第2係合部24,25の相対的な位置スライドによって確実に吸収される。このため、互いの軸中心がずれていても、レバー21をスムーズに回動させることができ、全てのノズルベーン31を確実に回動させて可変ターボ過給機1での正確な開度調整を実現できる。
【0031】
また、回動軸32および回動駆動軸33の偏心を継手部23で許容できるので、それら回動軸32および回動駆動軸33が挿通される各軸孔の位置精度を高精度にする必要がなく、加工を容易に行える。
【0032】
以上のような可変ターボ過給機1では一般的に、図示しない角度制御コントローラによって開度制御される。
角度制御コントローラは、エンジンコントローラからの回転速度信号と、燃料供給量信号とから排気流量を計算し、最適のノズル開度を確保するためにアクチュエータに駆動信号を出力する。アクチュエータは、角度制御コントローラからの信号を受け、回動駆動軸33を所定角度回動させる。この回動力がさらに駆動用のレバー21に伝達され、このレバー21に係合した連結リング18を回動させる。連結リング18の回動とともに、これに係合した従動側の全てのレバー20が駆動用のレバー21と同様に回動することとなり、この結果、全てのノズルベーン31が同時に同角度回動する。
【0033】
エンジン低回転域において、エンジンコントローラからの回転速度信号と燃料供給量信号とから計算される排気流量が少なくなった場合は、角度制御コントローラはアクチュエータに、ノズルベーン31を閉じる方向に回動するような信号を出力する。これを受けて、アクチュエータが駆動され、ノズルベーン31を閉じる方向に回動させる。これにより、ノズル開度が小さくなり、排気タービン11に導入される排気ガスの流速が増加し、排気タービン11の回転エネルギが増加する。増加した排気タービン11の回転とともに給気コンプレッサ41のインペラ42の回転速度が増加するので、過給能力が向上する。
【0034】
エンジンが高回転域にあり、排気流量が十分にあるときには、過給能力を向上させる必要がないので、ノズルベーン31を開く方向に回動させる。これにより、ノズルベーン31は略全開となり、エンジンから排出された排気ガスは、あまり増速されずに排気タービン11に導入される。
【0035】
〔第2実施形態〕
図7、図8には、本発明の第2実施形態に係る可変ターボ過給機1の要部が示されている。なお、本実施形態において、第1実施形態で説明した構成部材と同一または同機能を有する構成部材には同じ符号を付し、それらの説明を省略する。
【0036】
図7において、本実施形態では、排気導入壁16Bの外側に連結リング18が配置されており、この連結リング18から突設された係合ピン18Aに対して、レバー20,21に設けられた音叉形状の把持部28が係合している。従って、このような本実施形態でも、回動駆動軸33を外部操作によって回動させると、この回動力は駆動用のレバー21から連結リング18を介して他の従動側のレバー20に伝達され、結果として全てのノズルベーン31を回動させることが可能である。
【0037】
従って、本実施形態での駆動側のノズルベーン31は、図8に示すように、第1実施形態と同様な継手部23と前記把持部28とを一体に設けた構造になっており、継手部23には第1、第2係合部24,25が設けられている。第1、第2係合部24,25と係合する回動軸32の二面幅部34や回動駆動軸33の二面幅部35の形状も第1実施形態と同様である。
このような本実施形態でも、回動軸32および回動駆動軸33の偏心を継手部23で吸収でき、ノズルベーン31を確実に回動させることができる。
【0038】
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、前記実施形態では、本発明の継手が継手部23としてレバー21に一体に設けられていたが、図9に示すように、レバー21を回動軸32に溶接等して一体に設ける場合には、本発明の継手をレバー21とは別体の継手29として設けてもよい。そして、このような場合には、継手29の第1係合部24に対し、レバー21から突設された二面幅部34が係合することになる。
【0039】
本発明を実施するための最良の構成などは、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】
【0040】
本発明は、建設機械、輸送用トラック、ダンプトラック、乗用車等に搭載されるエンジンの可変ターボ過給機などに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】本発明の第1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】前記第1実施形態の要部を示す断面図。
【図3】図1のIII−III断面図。
【図4】前記第1実施形態の構成部品を示す分解斜視図。
【図5】前記第1実施形態の要部を拡大して示す断面図。
【図6】前記第1実施形態の別の要部を拡大して示す断面図。
【図7】本発明の第2実施形態を示す図。
【図8】前記第2実施形態の構成部品を示す分解斜視図。
【図9】本発明の変形例を示す分解斜視図。
【符号の説明】
【0042】
1…可変ターボ過給機、12…排気タービンホイール、13…ノズル部、16,16A,16B…排気導入壁、18…連結リング、20,21…レバー、23…継手である継手部、24…係合部である第1係合部、25…係合部である第2係合部、26A,27A…係合面、29…継手、31…ノズルベーン、32…回動軸、33…回動駆動軸、34,35…二面幅部、34A,35A…平行面、64…ハウジングであるベアリングハウジング。
【技術分野】
【0001】
本発明は、排気タービンの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に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、空気を圧縮してエンジンに吸入させる方法として、エンジンの排気エネルギを利用して排気タービンを作動させ、給気コンプレッサを駆動するターボ過給機が知られている。このようなターボ過給機では、エンジンの排気を利用するため、エンジンの低速回転域では排気流量が低下し、排気タービンも低回転となり、事実上給気コンプレッサをほとんど作動させることができない。そこで、このような特性を改善したものとして、ターボ過給機のノズル開度を可変にする可変ターボ過給機がある(例えば特許文献1)。
【0003】
可変ターボ過給機では、排気タービンのノズル部に可動式のノズルベーンが設置されており、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)を調整する。エンジンの低速回転域では、排気量が少ないので、ノズルベーンを回動させてノズル開度を小さくすれば、排気タービンに流入する排気ガスの流速が増加し、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。
【0004】
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レバーが取り付けられている。駆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レバーを回動させる。従って、1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。
【0005】
【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】
【0006】
ところで、従来の可変ターボ過給機では、前記回動駆動軸、駆動レバー、およびこの駆動レバーに設けられたノズルベーンが、軸線方向に沿って互いに溶接等により一体に接合されているが、この一体ものはハウジング等に複数箇所で支持されているため、回動駆動軸を外部操作によって回動させた際の曲げモーメントによって撓んでしまうと、支持部分でこじりが生じて容易に回動しない可能性がある。
【0007】
本発明の目的は、ノズルベーンを外部操作によって確実に回動できる可変ターボ過給機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
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一対の排気導入壁と、前記排気導入壁間に回動可能に軸支され、かつ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導入壁から突出した部分に取り付けられたレバーと、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、ハウジングに軸支されて外部から駆動される回動駆動軸と、前記複数のノズルベーンの回動軸のうちの少なくとも一つの回動軸と前記回動駆動軸とを連結するとともに、前記回動軸および前記回動駆動軸の偏心を許容する継手とを備えていることを特徴とする。
【0009】
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、前記継手は、前記回動軸および前記回動駆動軸のそれぞれに設けられた二面幅部と係合する一対の係合部を有し、これらの係合部の前記二面幅部と係合する係合面は当該二面幅部の平行面に対して径方向に摺動可能とされ、前記各係合部の係合面の摺動方向が略直交していることを特徴とする。
【0010】
本発明の請求項3に係る可変ターボ過給機は、請求項1または請求項2に記載の可変ターボ過給機において、前記継手は前記レバーに一体に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
以上において、請求項1の発明によれば、回動駆動軸を駆動した際には、この回動駆動軸に曲げモーメントが生じ、回動駆動軸が撓んで駆動軸に対して偏心するのであるが、ノズルベーンの回動軸と外部操作される回動駆動軸とが継手によって連結されているため、前記偏心を継手によって吸収でき、ノズルベーンを外部操作によって確実に駆動できる。
【0012】
本発明の請求項2の発明によれば、二面幅部を係合させた状態でこの係合部分がスライドするようになるから、回動軸および回動駆動軸の偏心をそのスライド動作によって確実に、かつ簡易な構造で吸収できる。
【0013】
本発明の請求項3の発明によれば、継手がレバーと一体であるから、レバーが取り付けられる回動軸と回動駆動軸との連結部分の構造をコンパクトにできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1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11と、給気コンプレッサ41とを備えて構成される。
【0015】
排気タービン11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62と、排気側ハウジング62に収容された排気タービンホイール12とを備えている。
【0016】
排気側ハウジング62は、外周側に形成され、かつ流入先端側に向かって流路断面が小さくなる排気流入部14と、中央に形成された略円筒状の排気流出部15とを一体的に備えている。排気側ハウジング62の内部には、排気流出部15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65が設けられている。この排気側インナープレート65および排気側ハウジング62の間の隙間であって、排気タービンホイール12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14から排気タービンホイール12に送るノズル部13となっている。このノズル部13の詳細については後述する。
【0017】
排気タービンホイール12は、排気側インナープレート65を貫通したシャフト51を一体的に備えており、排気側ハウジング62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12のシャフト51は、ベアリング52を介してベアリングハウジング(ハウジング)64で支持されている。このベアリングハウジング64は、排気側ハウジング62に嵌合された状態で、排気側ハウジング62に係止片68およびボルト69で排気側インナープレート65を挟んで固定されている。
【0018】
給気コンプレッサ41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63と、給気側ハウジング63に収容されたインペラ42とを備えている。
【0019】
給気側ハウジング63は、中央に形成された略円筒状の吸気流入部43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44とを一体的に備えている。給気側ハウジング63は、吸気流入部43とは反対側の開口が給気側ハウジング蓋66で塞がれている。この給気側ハウジング蓋66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63に固定され、また、ベアリングハウジング64に図示しないボルトで固定されている。
【0020】
インペラ42は、吸気流入部43に向かって突出した排気タービンホイール12のシャフト51に、ナット42Aを用いて固定され、排気タービンホイール12とともに回転する。
【0021】
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14を通って排気タービン11に流入する。その後、排気ガスは、排気流入部14で整流され、ノズル部13を通って排気タービンホイール12に流入し、翼面の圧力差により排気タービンホイール12を回転させ、排気流出部15を通ってエンジンの排気流路に排出される。
【0022】
排気タービンホイール12の回転とともに、シャフト51を介してインペラ42が回転すると、インペラ42は、吸気流入部43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44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。
【0023】
以下には、ノズル部13について詳説する。
図1、図2において、ノズル部13は、排気側ハウジング62および排気側インナープレート65の互いに対向した部分に設けられた一対の排気導入壁16(16A,16B)間の前述した隙間で形成される。一対の排気導入壁16間の隙間には、図3に示すように複数のノズルベーン31が排気タービンホイール12の外周に沿って等間隔で設置されている。ノズルベーン31は、排気導入壁16A,16Bに支持された回動軸32を備え、この回動軸32を中心に回動可能に設けられている。
【0024】
円周上に配置された各ノズルベーン31の回動軸32で囲まれた領域の内側には、シャフト51と同心円上で回動可能な連結リング18が設けられている。この連結リング18の外周には半長孔状の係合孔19が形成されており、この係合孔19には、棒状のレバー20の一端が回動可能に、かつ摺動可能に係合されている。各レバー20の他端は各回動軸32に固定されており、これらのレバー20を介して連結リング18が回動軸32に支持されている。
【0025】
ここで、連結リング18は、排気側インナープレート65やベアリングハウジング64の内部などにシャフト51を中心とするリング状の支持部分を設け、この支持部分にローラベアリング等を介して設置される。こうすることで、連結リング18の自重や、排気タービン11の振動などによる影響も少なく、連結リング18がより安定的に支持される。
【0026】
図1ないし図3に示すように、各ノズルベーン31の回動軸32のうちの一本は、ベアリングハウジング64を貫通した回動駆動軸33と前記レバー20を介して連結されている。つまり、このレバー20は駆動用のレバー21であり、他のレバー20は従動用である。従って、駆動用のレバー21は、回動駆動軸33からの回動駆動力を連結リング18に伝達するのに十分な剛性を有するように、他のレバー20よりも太く、高剛性になっている(図3)。
【0027】
具体的に、駆動用のレバー21は、連結リング18の係合孔19に挿入される挿入部22と、図4に示すように、回動軸32および回動駆動軸33の互いの対向端部同士を連結する継手部(継手)23とを有しており、継手部23がレバー21に一体に設けられていることにより、回動軸32および回動駆動軸33の連結部分のコンパクト化が図られている。このうちの継手部23には、回動軸32の一端が係合する第1係合部24、および回動駆動軸33の一端が係合する第2係合部25が設けられている。
【0028】
第1係合部24は、図5に拡大して示すように、矩形状の貫通孔26からなり、貫通孔26に回動軸32に設けられた二面幅部34が係合している。すなわち、二面幅部34の一対の平行面34Aが、貫通孔26を形成する長辺側の一対の係合面26Aに接触して係合しているのであり、係合面26Aと平行面34Aとの間で生じる径方向の摺動によって貫通孔26内では、二面幅部34の位置が矢印方向に相対的に僅かにスライド可能である。
【0029】
一方、第2係合部25は、図6に拡大して示すように、継手部23を横切る溝27からなり、溝27に回動駆動軸33に設けられた二面幅部35が係合している。すなわち、二面幅部35の一対の平行面35Aが、溝27を形成する一対の係合面27Aに接触して係合しているのであり、係合面27Aと平行面35Aとの間で生じる径方向の摺動によって溝27内では、二面幅部35の位置が相対的に僅かにスライド可能である。
【0030】
そして、第1、第2係合部24,25において、各係合面26A,27Aの摺動方向(スライド方向に同じ)は直交している。従って、回動駆動軸33を連結杆36(図1)を介して図示しない油圧アクチュエータ等で回動駆動させると、回動駆動軸33に生じる曲げモーメントにより当該回動駆動軸33の軸中心と、排気導入壁16Bで支持された回動軸32の軸中心とが偏心するが、この偏心はレバー21の継手部23内で生じる第1、第2係合部24,25の相対的な位置スライドによって確実に吸収される。このため、互いの軸中心がずれていても、レバー21をスムーズに回動させることができ、全てのノズルベーン31を確実に回動させて可変ターボ過給機1での正確な開度調整を実現できる。
【0031】
また、回動軸32および回動駆動軸33の偏心を継手部23で許容できるので、それら回動軸32および回動駆動軸33が挿通される各軸孔の位置精度を高精度にする必要がなく、加工を容易に行える。
【0032】
以上のような可変ターボ過給機1では一般的に、図示しない角度制御コントローラによって開度制御される。
角度制御コントローラは、エンジンコントローラからの回転速度信号と、燃料供給量信号とから排気流量を計算し、最適のノズル開度を確保するためにアクチュエータに駆動信号を出力する。アクチュエータは、角度制御コントローラからの信号を受け、回動駆動軸33を所定角度回動させる。この回動力がさらに駆動用のレバー21に伝達され、このレバー21に係合した連結リング18を回動させる。連結リング18の回動とともに、これに係合した従動側の全てのレバー20が駆動用のレバー21と同様に回動することとなり、この結果、全てのノズルベーン31が同時に同角度回動する。
【0033】
エンジン低回転域において、エンジンコントローラからの回転速度信号と燃料供給量信号とから計算される排気流量が少なくなった場合は、角度制御コントローラはアクチュエータに、ノズルベーン31を閉じる方向に回動するような信号を出力する。これを受けて、アクチュエータが駆動され、ノズルベーン31を閉じる方向に回動させる。これにより、ノズル開度が小さくなり、排気タービン11に導入される排気ガスの流速が増加し、排気タービン11の回転エネルギが増加する。増加した排気タービン11の回転とともに給気コンプレッサ41のインペラ42の回転速度が増加するので、過給能力が向上する。
【0034】
エンジンが高回転域にあり、排気流量が十分にあるときには、過給能力を向上させる必要がないので、ノズルベーン31を開く方向に回動させる。これにより、ノズルベーン31は略全開となり、エンジンから排出された排気ガスは、あまり増速されずに排気タービン11に導入される。
【0035】
〔第2実施形態〕
図7、図8には、本発明の第2実施形態に係る可変ターボ過給機1の要部が示されている。なお、本実施形態において、第1実施形態で説明した構成部材と同一または同機能を有する構成部材には同じ符号を付し、それらの説明を省略する。
【0036】
図7において、本実施形態では、排気導入壁16Bの外側に連結リング18が配置されており、この連結リング18から突設された係合ピン18Aに対して、レバー20,21に設けられた音叉形状の把持部28が係合している。従って、このような本実施形態でも、回動駆動軸33を外部操作によって回動させると、この回動力は駆動用のレバー21から連結リング18を介して他の従動側のレバー20に伝達され、結果として全てのノズルベーン31を回動させることが可能である。
【0037】
従って、本実施形態での駆動側のノズルベーン31は、図8に示すように、第1実施形態と同様な継手部23と前記把持部28とを一体に設けた構造になっており、継手部23には第1、第2係合部24,25が設けられている。第1、第2係合部24,25と係合する回動軸32の二面幅部34や回動駆動軸33の二面幅部35の形状も第1実施形態と同様である。
このような本実施形態でも、回動軸32および回動駆動軸33の偏心を継手部23で吸収でき、ノズルベーン31を確実に回動させることができる。
【0038】
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、前記実施形態では、本発明の継手が継手部23としてレバー21に一体に設けられていたが、図9に示すように、レバー21を回動軸32に溶接等して一体に設ける場合には、本発明の継手をレバー21とは別体の継手29として設けてもよい。そして、このような場合には、継手29の第1係合部24に対し、レバー21から突設された二面幅部34が係合することになる。
【0039】
本発明を実施するための最良の構成などは、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】
【0040】
本発明は、建設機械、輸送用トラック、ダンプトラック、乗用車等に搭載されるエンジンの可変ターボ過給機などに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】本発明の第1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】前記第1実施形態の要部を示す断面図。
【図3】図1のIII−III断面図。
【図4】前記第1実施形態の構成部品を示す分解斜視図。
【図5】前記第1実施形態の要部を拡大して示す断面図。
【図6】前記第1実施形態の別の要部を拡大して示す断面図。
【図7】本発明の第2実施形態を示す図。
【図8】前記第2実施形態の構成部品を示す分解斜視図。
【図9】本発明の変形例を示す分解斜視図。
【符号の説明】
【0042】
1…可変ターボ過給機、12…排気タービンホイール、13…ノズル部、16,16A,16B…排気導入壁、18…連結リング、20,21…レバー、23…継手である継手部、24…係合部である第1係合部、25…係合部である第2係合部、26A,27A…係合面、29…継手、31…ノズルベーン、32…回動軸、33…回動駆動軸、34,35…二面幅部、34A,35A…平行面、64…ハウジングであるベアリングハウジング。
【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(12)外側のノズル部(13)に互いに対向して設けられた一対の排気導入壁(16)と、
前記排気導入壁(16)間に回動可能に軸支され、かつ排気タービンホイール(12)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(31)と、
前記各ノズルベーン(31)の回動軸(32)の前記排気導入壁(16)から突出した部分に取り付けられたレバー(20)と、
前記レバー(20)に連結されて、当該レバー(20)同士を連動させる連結リング(18)と、
ハウジング(64)に軸支されて外部から駆動される回動駆動軸(33)と、
前記複数のノズルベーン(31)の回動軸(32)のうちの少なくとも一つの回動軸(32)と前記回動駆動軸(33)とを連結するとともに、前記回動軸(32)および前記回動駆動軸(33)の偏心を許容する継手(23,29)とを備えている
ことを特徴とする可変ターボ過給機(1)。
【請求項2】
請求項1に記載の可変ターボ過給機(1)において、
前記継手(23,29)は、前記回動軸(32)および前記回動駆動軸(33)のそれぞれに設けられた二面幅部(34,35)と係合する一対の係合部(24,25)を有し、
これらの係合部(24,25)の前記二面幅部(34,35)と係合する係合面(26A,27A)は、当該二面幅部(34,35)の平行面(34A,35A)に対して径方向に摺動可能とされ、
前記各係合部(24,25)の係合面(26A,27A)の摺動方向が略直交している ことを特徴とする可変ターボ過給機(1)。
【請求項3】
請求項1または請求項2に記載の可変ターボ過給機(1)において、
前記継手(23)は前記レバー(20)に一体に設けられている
ことを特徴とする可変ターボ過給機(1)。
【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(12)外側のノズル部(13)に互いに対向して設けられた一対の排気導入壁(16)と、
前記排気導入壁(16)間に回動可能に軸支され、かつ排気タービンホイール(12)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(31)と、
前記各ノズルベーン(31)の回動軸(32)の前記排気導入壁(16)から突出した部分に取り付けられたレバー(20)と、
前記レバー(20)に連結されて、当該レバー(20)同士を連動させる連結リング(18)と、
ハウジング(64)に軸支されて外部から駆動される回動駆動軸(33)と、
前記複数のノズルベーン(31)の回動軸(32)のうちの少なくとも一つの回動軸(32)と前記回動駆動軸(33)とを連結するとともに、前記回動軸(32)および前記回動駆動軸(33)の偏心を許容する継手(23,29)とを備えている
ことを特徴とする可変ターボ過給機(1)。
【請求項2】
請求項1に記載の可変ターボ過給機(1)において、
前記継手(23,29)は、前記回動軸(32)および前記回動駆動軸(33)のそれぞれに設けられた二面幅部(34,35)と係合する一対の係合部(24,25)を有し、
これらの係合部(24,25)の前記二面幅部(34,35)と係合する係合面(26A,27A)は、当該二面幅部(34,35)の平行面(34A,35A)に対して径方向に摺動可能とされ、
前記各係合部(24,25)の係合面(26A,27A)の摺動方向が略直交している ことを特徴とする可変ターボ過給機(1)。
【請求項3】
請求項1または請求項2に記載の可変ターボ過給機(1)において、
前記継手(23)は前記レバー(20)に一体に設けられている
ことを特徴とする可変ターボ過給機(1)。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【公開番号】特開2006−266186(P2006−266186A)
【公開日】平成18年10月5日(2006.10.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−86896(P2005−86896)
【出願日】平成17年3月24日(2005.3.24)
【出願人】(000001236)株式会社小松製作所 (1,686)
【出願人】(590000455)財団法人石油産業活性化センター (249)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成18年10月5日(2006.10.5)
【国際特許分類】
【出願日】平成17年3月24日(2005.3.24)
【出願人】(000001236)株式会社小松製作所 (1,686)
【出願人】(590000455)財団法人石油産業活性化センター (249)
【Fターム(参考)】
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