可変ノズル機構
【課題】プレートの変形を抑制することのできる可変ノズル機構を提供する。
【解決手段】可変ノズル機構３０は、タービンシャフト１１の軸線に沿う方向（図３の左右方向）に互いに離間した状態で、スクロール通路１６及びタービン室１５間に配置され、ピン４６により結合された一対の環状のプレート３１，４１と、両プレート３１，４１間に開閉可能に設けられた複数の可変ノズル３３とを備える。可変ノズル機構３０は、可変ノズル３３の開度の変更により、タービンホイール２６に吹付けられる排気の流速を可変とするとともに、皿ばね５０により軸線に沿う方向（図３の左方）に付勢されてベアリングハウジング１２に押し当てられる。可変ノズル機構３０において、皿ばね５０の付勢力Ｆ１が作用する作用線Ｌ２上には、ベアリングハウジング１２との接触面（先端面５５Ａ）を有する突部５５が設けられている。
【解決手段】可変ノズル機構３０は、タービンシャフト１１の軸線に沿う方向（図３の左右方向）に互いに離間した状態で、スクロール通路１６及びタービン室１５間に配置され、ピン４６により結合された一対の環状のプレート３１，４１と、両プレート３１，４１間に開閉可能に設けられた複数の可変ノズル３３とを備える。可変ノズル機構３０は、可変ノズル３３の開度の変更により、タービンホイール２６に吹付けられる排気の流速を可変とするとともに、皿ばね５０により軸線に沿う方向（図３の左方）に付勢されてベアリングハウジング１２に押し当てられる。可変ノズル機構３０において、皿ばね５０の付勢力Ｆ１が作用する作用線Ｌ２上には、ベアリングハウジング１２との接触面（先端面５５Ａ）を有する突部５５が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャにおける可変ノズル機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンに搭載されるターボチャージャにおける可変ノズル機構としては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。
このターボチャージャでは、タービンシャフトが図４に示すベアリングハウジング７１に回転可能に支持されている。タービンシャフトの軸線に沿う方向についてベアリングハウジング７１の一側（図４の右側）には、タービンハウジング７２が配置されている。タービンハウジング７２はタービン室７３を中心部に有するとともに、同タービン室７３の周りに渦巻き状のスクロール通路７５を有している。タービンシャフト上には、上記タービン室７３内で回転するタービンホイール（図示略）が設けられている。そして、このターボチャージャ７０では、エンジンから排出され、かつスクロール通路７５に沿って流れた排気がタービンホイールに吹付けられて、同タービンホイールが回転駆動される。これに伴い、タービンホイールと同軸上のコンプレッサホイール（図示略）がタービンホイールと一体となって回転し、過給が行なわれる（吸入された空気が圧縮されてエンジンに送り込まれる）。
【０００３】
可変ノズル機構８０は、上記軸線に沿う方向（図４の左右方向）に互いに離間した状態で、スクロール通路７５及びタービン室７３間に配置され、ピン等により結合された一対の環状のプレート８１，８２と、両プレート８１，８２間に開閉可能に設けられた複数の可変ノズル８３とを備えている。そして、可変ノズル機構８０は、可変ノズル８３の開度の変更により、タービンホイールに吹付けられる排気の流速を可変とする。さらに、可変ノズル機構８０は、ばね８４により、ベアリングハウジング７１側からタービンハウジング７２側へ付勢されている。ベアリングハウジング７１側のプレート８１の外周にはフランジ部８１Ａが設けられる一方、タービンハウジング７２内にはフランジ部７２Ａが設けられている。そして、ばね８４により付勢された可変ノズル機構８０は、プレート８１のフランジ部８１Ａにおいて、タービンハウジング７２のフランジ部７２Ａに押し当てられる。この押し当てにより、可変ノズル機構８０が、両ハウジング７１，７２に固定されることなく、フローティング状態で位置決めされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−６２８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記特許文献１に記載された可変ノズル機構８０では、ばね８４の付勢力Ｆ１が作用する箇所Ｐ１と、タービンハウジング７２と接触する箇所Ｐ２（フランジ部８１Ａ）とが、タービンシャフトの径方向（図４の上下方向）に大きく離れている。そのため、可変ノズル機構８０には、タービンハウジング７２との接触箇所であるフランジ部８１Ａを支点として同可変ノズル機構８０を回転させようとする、ばね８４による力（モーメント）が作用し、プレート８１を変形させる荷重が常に加わる。その結果、可変ノズル機構８０の構成部品の材料強度が低下する熱間時等には、プレート８１が塑性変形するおそれがある。
【０００６】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、プレートの変形を抑制することのできる可変ノズル機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、タービンシャフトが回転可能に支持されるベアリングハウジングと、前記タービンシャフトの軸線に沿う方向について前記ベアリングハウジングの一側に配置され、タービン室を有するとともに、同タービン室の周りにスクロール通路を有するタービンハウジングと、前記タービンシャフト上に設けられ、前記タービンハウジングの前記タービン室内で回転するタービンホイールとを備え、エンジンから排出され、前記スクロール通路に沿って流れた排気を前記タービンホイールに吹付けて、同タービンホイールを回転駆動するターボチャージャに適用されるものであり、前記軸線に沿う方向に互いに離間した状態で、前記スクロール通路及び前記タービン室間に配置され、結合部により結合された一対の環状のプレートと、前記両プレート間に開閉可能に設けられた複数の可変ノズルとを備え、前記可変ノズルの開度の変更により、前記タービンホイールに吹付けられる前記排気の流速を可変とするとともに、付勢手段により前記軸線に沿う方向に付勢されて押し当て対象に押し当てられる可変ノズル機構であって、前記付勢手段の付勢力が作用する作用線上に前記押し当て対象との接触面が設けられていることを要旨とする。
【０００８】
上記の構成によれば、可変ノズル機構は、付勢手段により、タービンシャフトの軸線に沿う方向へ付勢されて押し当て対象に押し当てられる。この押し当てにより、可変ノズル機構が、ベアリングハウジング及びタービンハウジングに固定されることなく、フローティング状態で位置決めされる。
【０００９】
ここで、請求項１に記載の発明では、付勢手段の付勢力が作用する作用線上に押し当て対象との接触面が設けられていることから、タービンシャフトの径方向について、付勢力が作用する箇所と、押し当て対象に接触する箇所（接触面）との距離が「０」又はそれに近い値となる。押し当て対象と接触する箇所を支点として可変ノズル機構を回転させようとする、付勢手段による力（モーメント）が作用せず、又は小さく、プレートを変形させる荷重が加わりにくくなる。その結果、付勢手段によるプレートの変形を抑制することが可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記付勢手段はばねであることを要旨とする。
上記の構成によれば、金属等の弾性体によって形成されたばねが付勢手段として用いられる。このばねは、弾性変形させられて、弾性エネルギを蓄積した状態でターボチャージャに組込まれる。可変ノズル機構は、このばねの弾性エネルギを放出しようとする力（弾性復元力、付勢力）によりタービンシャフトの軸線に沿う方向に付勢される。このように、簡単な構成でありながら、可変ノズル機構を軸線に沿う方向へ付勢する付勢手段が成立される。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記ばねは、前記タービンホイールを取り囲むように配置される皿ばねであることを要旨とする。
上記の構成によれば、付勢手段として皿ばねが用いられることで、可変ノズル機構は、周方向のどの箇所においても軸線に沿う方向へ略均等の付勢力で付勢される。そのため、可変ノズル機構は押し当て対象に対し、周方向に略均等の押圧力で押し当てられる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明において、前記押し当て対象は、前記ベアリングハウジング又は前記タービンハウジングであることを要旨とする。
【００１３】
上記の構成によれば、付勢手段によりタービンシャフトの軸線に沿う方向へ付勢された可変ノズル機構は、ベアリングハウジング又はタービンハウジングに押し当てられる。この際、可変ノズル機構において付勢手段の付勢力が作用する箇所と、ベアリングハウジング又はタービンハウジングとの接触面とは、付勢手段の付勢力が作用する作用線上に位置する。タービンシャフトの径方向について、付勢力が作用する箇所と、ベアリングハウジング又はタービンハウジングに接触する箇所との距離が「０」となり、付勢手段によるプレートの変形が抑制される。このように、ターボチャージャを構成する既存のベアリングハウジング又はタービンハウジングが可変ノズル機構の押し当て対象とされるため、押し当て対象を別途設けなくてもすむ。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１つに記載の発明において、前記両プレートのうち、前記付勢手段による付勢方向前側に位置するものには、同付勢方向前側へ突出する突部が設けられており、前記突部の先端面により前記接触面が構成されていることを要旨とする。
【００１５】
上記の構成によれば、可変ノズル機構が付勢手段によりタービンシャフトの軸線に沿う方向へ付勢されると、その付勢方向前側へ向けて両プレートが変位する。両プレートのうち、付勢手段による付勢方向前側に位置するものに設けられて、同付勢方向前側へ突出する突部も同方向へ変位する。そして、この突部の先端面が接触面として押し当て対象に押し当てられる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１つに記載の発明において、前記両プレート間であって、前記接触面を通る前記作用線上には、同両プレートの間隔を保持するスペーサが配置されていることを要旨とする。
【００１７】
上記の構成によれば、可変ノズル機構において、付勢手段の付勢力が直接加わる箇所と、両プレート間のスペーサと、押し当て対象との接触面とが、いずれも付勢手段の作用線上に位置する。そのため、付勢手段の付勢力は、作用線に沿って、上記箇所、スペーサ及び接触面を通じて押し当て対象に効率よく伝達される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を具体化した一実施形態における可変ノズル機構が組込まれたターボチャージャの概略構成を示す部分断面図。
【図２】一実施形態における可変ノズル機構の一部を示す図であり、（Ａ）は図１の左方から見た側面図、（Ｂ）は図１の右方から見た側面図。
【図３】一実施形態における可変ノズル機構及びその周辺部分について、図１とは異なる断面での断面構造を拡大して示す部分断面図。
【図４】従来の可変ノズル機構の要部を拡大して示す部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
車両には、吸気通路を通じて燃焼室に吸入される空気と、同燃焼室に供給される燃料との混合気を燃焼するエンジンが搭載されている。このエンジンには、図１に示すターボチャージャ１０が設けられている。このターボチャージャ１０では、タービンシャフト１１がベアリング１３によってベアリングハウジング１２に回転可能に支持されている。タービンシャフト１１の軸線Ｌ１に沿う方向（以下「軸線方向」という）についてベアリングハウジング１２の一側（図１の右側）には、タービンハウジング１４が隣接して配置され、他側（図１の左側）には、複数の部材からなるコンプレッサハウジング（図示略）が隣接して配置されている。タービンハウジング１４及びコンプレッサハウジングは、ベアリングハウジング１２に対しそれぞれ締結されている。そして、これらのベアリングハウジング１２、タービンハウジング１４及びコンプレッサハウジングによって、ターボチャージャ１０のハウジングが構成されている。
【００２０】
タービンハウジング１４の中心部には、上記軸線方向に延びる円筒状のタービン室１５が形成されている。タービンハウジング１４内において、タービン室１５の周りには、渦巻き状のスクロール通路１６が形成されている。タービン室１５及びスクロール通路１６は連通路１７を介して相互に連通されている（図３参照）。
【００２１】
なお、ベアリングハウジング１２において連通路１７に面する内壁面１２Ａと、タービンハウジング１４において連通路１７に面する内壁面１４Ａとは、それぞれ上記軸線Ｌ１に対し直交した状態又はそれに近い状態となっている。
【００２２】
タービンシャフト１１の一方（図１の右方）の端部上には、タービン室１５内で回転するタービンホイール２６が固定されている。タービンシャフト１１の他方（図１の左方）の端部上には、コンプレッサハウジング内で回転するコンプレッサホイール（図示略）が固定されている。
【００２３】
そして、上記の基本構成を有するターボチャージャ１０では、エンジンから排出され、かつスクロール通路１６に沿って流れた排気が連通路１７を通じてタービンホイール２６に吹付けられて、同タービンホイール２６が回転駆動される。この回転は、タービンシャフト１１を介してコンプレッサホイールに伝達される。その結果、エンジンでは、ピストンの移動に伴って燃焼室内に発生する負圧によって吸入される空気が、ターボチャージャ１０のコンプレッサホイールの回転によって強制的に燃焼室に送り込まれる（過給される）。このようにして、燃焼室への空気の充填効率が高められる。
【００２４】
上記ターボチャージャ１０には、可変ノズル機構（バリアブルノズル機構）３０が組込まれている。可変ノズル機構３０は、連通路１７の排気流通面積を変更し、タービンホイール２６に吹付けられる排気の流速を可変とし、もって、ターボチャージャ１０の回転速度を調整し、燃焼室に強制的に送り込まれる空気の量を調整するための機構である。
【００２５】
次に、この可変ノズル機構３０の概略構成について説明する。図２（Ａ）は、可変ノズル機構３０の一部（ノズルプレート３１等）を図１の左方から見た状態を示し、図２（Ｂ）は可変ノズル機構３０の一部（ノズルプレート３１等）を図１の右方から見た状態を示している。図１及び図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、可変ノズル機構３０は、連通路１７にそれぞれ配置されたノズルプレート３１及びユニゾンリング３５を備えている。これらのノズルプレート３１及びユニゾンリング３５は、上記軸線Ｌ１を中心とする円環状をなしている。
【００２６】
ノズルプレート３１において、上記軸線Ｌ１を中心とする円上には、複数の軸３２が略等角度毎に配置されている。各軸３２は、軸線Ｌ１に平行に延びており、ノズルプレート３１に対し回動可能に挿通されている。各軸３２について、ノズルプレート３１から露出する一方（図１の右方）の部分には、可変ノズル（ノズルベーン）３３が固定されている。図１では、可変ノズル３３は二点鎖線で図示されている。また、各軸３２について、ノズルプレート３１から露出する他方（図１の左方）の端部には、アーム３４の基端部が固定されている。
【００２７】
ユニゾンリング３５は、内周面の複数箇所に凹部３６を有している。これらの凹部３６には、上記アーム３４の先端部が係合されている。ユニゾンリング３５は、リンク３７（図１参照）等を介してターボチャージャ１０の外部から回転される。すなわち、リンク３７の回動軸３７Ａにはアーム３９が固定されており、そのアーム３９の先端部は、ユニゾンリング３５の内周面に設けられた凹部４０に係合されている。そして、ユニゾンリング３５が、リンク３７、回動軸３７Ａ、アーム３９等を介してターボチャージャ１０の外部から、上記軸線Ｌ１の周りで回動させられると、そのユニゾンリング３５の複数の凹部３６に係合している各アーム３４が軸３２を中心として各々同期した状態で回動（開閉）される。各軸３２の回動によって可変ノズル３３の開度が変化し、連通路１７の上記排気流通面積が変更される。そして、隣り合う可変ノズル３３間を通じてタービンホイール２６に吹付けられる排気の流速が調整される。
【００２８】
例えば、図２（Ａ）において、リンク３７等により回動軸３７Ａを支点としてアーム３９を反時計回り方向へ回動させると、これに伴ってユニゾンリング３５は同図２（Ａ）及び図２（Ｂ）においてそれぞれ矢印に示す方向へ回動する。ユニゾンリング３５の上記回動によって、各軸３２が、図２（Ａ）では反時計回り方向へ回動し、図２（Ｂ）では時計回り方向へ回動する。各軸３２の上記回動に伴い、可変ノズル３３が閉じ側に回動し、タービンホイール２６に吹付けられる排気の流速が高くなる。上記とは逆に、可変ノズル３３が開き側に回動すると、タービンホイール２６に吹付けられる排気の流速が低くなる。
【００２９】
図３は、可変ノズル機構３０の要部について、上記図１とは異なる断面（後述するスペーサ４７を通る断面）での断面構造を拡大して示している。図１及び図３に示すように、可変ノズル機構３０は、上述した構成に加え、上記連通路１７に配置されたシュラウドプレート４１を備えている。シュラウドプレート４１は、上記軸線Ｌ１を中心とする円環状をなしている。シュラウドプレート４１は、ノズルプレート３１に対し、ベアリングハウジング１２から遠ざかる側（図１及び図３の各右側）に位置している。
【００３０】
シュラウドプレート４１には、上述した軸３２の端部が回動可能に挿通されている。従って、各可変ノズル３３は、ノズルプレート３１及びシュラウドプレート４１において、軸３２と一体で回動し得るように支持されていることとなる。
【００３１】
ノズルプレート３１及びシュラウドプレート４１は、結合部としての複数本のピン４６によって連結されることで「組立体４８」となっている。各ピン４６は、ノズルプレート３１及びシュラウドプレート４１にそれぞれ圧入されている。なお、上記シュラウドプレート４１は、ノズルプレート３１とともに、特許請求の範囲における一対のプレートを構成している。
【００３２】
複数本のピン４６は、上記軸線Ｌ１を中心とする円上において略等角度毎に配置されている。この円の径は、複数本の上記軸３２の配置された円の径よりも大きい。従って、各ピン４６は軸３２よりも軸線Ｌ１から大きく離れた箇所に位置することとなる。
【００３３】
ノズルプレート３１及びシュラウドプレート４１間において、各ピン４６上には円管状のスペーサ４７が被せられており、これらのスペーサ４７によって、ノズルプレート３１及びシュラウドプレート４１間に可変ノズル３３の厚み程度の間隔が確保されている。
【００３４】
さらに、ターボチャージャ１０では、タービンホイール２６の周りであって、組立体４８のシュラウドプレート４１とタービンハウジング１４の内壁面１４Ａとの間隙Ｇに付勢手段が設けられている。付勢手段は、金属板等の弾性体によって円環状に形成された皿ばね５０によって構成されている。この間隙Ｇは、タービンハウジング１４等が冷間時と熱間時とで熱変形（収縮・膨張）を起したり、ターボチャージャ１０の構成部品に精度上のばらつきがあったりしても、ベアリングハウジング１２及びタービンハウジング１４間に組立体４８の設置スペースを確保できること等を考慮して設けられている。
【００３５】
皿ばね５０は組立体４８を軸線方向に付勢し、押し当て対象としてのベアリングハウジング１２の内壁面１２Ａに押し当てるためのものである。皿ばね５０は、中心部に近付くほどタービンハウジング１４の内壁面１４Ａに近付く円錐状（テーパ状）に形成されている。
【００３６】
皿ばね５０の内周縁部５１は、軸線Ｌ１を中心とした円環状をなし、タービンハウジング１４の内壁面１４Ａに接触している。皿ばね５０の外周縁部５２は、軸線Ｌ１を中心とした円環状をなし、シュラウドプレート４１に接触している。この外周縁部５２の径は、上述した複数のスペーサ４７が配置された円の径と略同一に設定されている。従って、外周縁部５２は、複数のスペーサ４７に対応した箇所（同一直線上となる箇所）で、シュラウドプレート４１と接触していることとなる。
【００３７】
皿ばね５０は、上記内周縁部５１及び外周縁部５２において荷重が加えられることにより、軸線方向の寸法が小さくなる方向に撓ませられ（弾性変形させられ）ている。皿ばね５０は、外周縁部５２において、上記軸線Ｌ１に対し平行な作用線Ｌ２に沿って組立体４８（シュラウドプレート４１）を付勢する。この皿ばね５０により、組立体４８が軸線方向についてのベアリングハウジング１２側へ付勢され、ノズルプレート３１がベアリングハウジング１２の内壁面１２Ａに押し当てられている。このノズルプレート３１のベアリングハウジング１２との接触により、組立体４８がフローティング状態で軸線方向に位置決めされている。
【００３８】
さらに、可変ノズル機構３０の組立体４８には、皿ばね５０の上記作用線Ｌ２上となる箇所に、ベアリングハウジング１２との接触面が設けられている。より詳しくは、両プレート３１，４１のうち、皿ばね５０による付勢方向前側（ベアリングハウジング１２側）に位置するノズルプレート３１には、同付勢方向前側へ突出する突部５５が複数箇所に設けられている（図２（Ａ）参照）。複数の突部５５は、軸線Ｌ１を中心とする円上であって周方向に互いに離間した箇所に位置している。ここでは、各突部５５の周方向の位置は、上述したピン４６及びスペーサ４７と略同じ箇所に設定されている。従って、ピン４６、スペーサ４７及び突部５５は、軸線Ｌ１に平行な同一直線上（作用線Ｌ２上）に位置していることとなる。また、複数の突部５５は、軸線方向については、ノズルプレート３１の他の箇所よりもベアリングハウジング１２側へ多く突出している。これらの突部５５の先端面５５Ａは、軸線方向について同一の箇所において、軸線Ｌ１に対し直交しており、ベアリングハウジング１２の内壁面１２Ａとの接触面を構成している。
【００３９】
上記のようにして、本実施形態の可変ノズル機構３０が構成されている。次に、この可変ノズル機構３０の作用について説明する。
エンジンの運転に伴い生じた排気は、排気通路を流れる過程でターボチャージャ１０に流入し、タービンハウジング１４のスクロール通路１６に沿って流れる。この排気は、隣り合う可変ノズル３３間を通り、タービン室１５内のタービンホイール２６に吹付けられる。この排気の吹付けにより、タービンホイール２６が回転駆動される。これに伴い、タービンホイール２６と同軸上のコンプレッサホイールがタービンホイール２６と一体となって回転して過給が行なわれる。
【００４０】
ターボチャージャ１０の外部からリンク３７等の操作を通じて可変ノズル３３が回動されることにより、同可変ノズル３３の開度が変更される。これに伴い、タービンホイール２６に吹付けられる排気の流速が変更されて、ターボチャージャ１０の回転速度が変更され、エンジンの過給圧が調整される。
【００４１】
ところで、上記ターボチャージャ１０では、組立体４８（シュラウドプレート４１）とタービンハウジング１４の内壁面１４Ａとの間で、皿ばね５０が軸線方向に弾性変形させられて、弾性エネルギを蓄積した状態で組込まれている。
【００４２】
皿ばね５０の外周縁部５２が接触しているシュラウドプレート４１は、皿ばね５０の弾性エネルギを放出しようとする力（弾性復元力、付勢力）により軸線方向に常に付勢される。この皿ばね５０の付勢力Ｆ１は、スペーサ４７及びピン４６を介してノズルプレート３１に伝達される。
【００４３】
ここで、本実施形態では、可変ノズル機構３０（組立体４８）において皿ばね５０の付勢力Ｆ１が直接加わる箇所Ｐ１と、スペーサ４７及びピン４６と、ノズルプレート３１における突部５５（先端面５５Ａ）とが、いずれも皿ばね５０の付勢力Ｆ１が作用する作用線Ｌ２上に位置する。そのため、皿ばね５０の付勢力Ｆ１は、作用線Ｌ２に沿って、上記箇所Ｐ１、スペーサ４７及びピン４６を通じて、突部５５に対し直接伝達される。
【００４４】
付勢力Ｆ１の上記伝達により、組立体４８が突部５５を伴ってベアリングハウジング１２側へ変位する。そして、この突部５５の先端面５５Ａが接触面としてベアリングハウジング１２の内壁面１２Ａに押し当てられる。この際、皿ばね５０が円環状をなしていて、タービンホイール２６を取り囲むように配置されていることから、組立体４８は、周方向のどの箇所においても軸線方向へ略均等の付勢力Ｆ１で付勢される。そのため、組立体４８はベアリングハウジング１２の内壁面１２Ａに対し、周方向に略均等の押圧力Ｆ２で押し当てられる。
【００４５】
本実施形態では、可変ノズル機構３０において、皿ばね５０の付勢力Ｆ１が作用する作用線Ｌ２上に、押し当て対象であるベアリングハウジング１２との接触面が設けられている。このことから、タービンシャフト１１の径方向について、付勢力Ｆ１が作用する箇所Ｐ１と、ベアリングハウジング１２（押し当て対象）に接触する箇所Ｐ２（先端面５５Ａ）との距離が「０」となる。ベアリングハウジング１２（押し当て対象）と接触する箇所Ｐ２（先端面５５Ａ）を支点として可変ノズル機構３０を回転させようとする、皿ばね５０による力（モーメント）が作用せず、又は小さく、ノズルプレート３１及びシュラウドプレート４１を変形させる荷重が加わりにくい。
【００４６】
以上詳述した本実施形態によれば、次の効果が得られる。
（１）ノズルプレート３１及びシュラウドプレート４１を結合部（ピン４６）により結合して組立体４８を構成する。可変ノズル機構３０において、皿ばね５０の付勢力Ｆ１が作用する作用線Ｌ２上に、組立体４８の押し当て対象（ベアリングハウジング１２）との接触面（先端面５５Ａ）を設けている。
【００４７】
そのため、皿ばね５０によるノズルプレート３１やシュラウドプレート４１の変形を抑制し、その変形に起因する可変ノズル３３のスティック（固着）を抑制することができる。
【００４８】
（２）皿ばね５０の付勢力Ｆ１のみによって、組立体４８を押し当て対象（ベアリングハウジング１２）に対して接触させて位置決めさせている。表現を変えると、組立体４８をターボチャージャ１０のハウジング（ベアリングハウジング１２、タービンハウジング１４）に固定することなく、フローティング状態で位置決めしている。
【００４９】
そのため、組立体４８を比較的小さく構成することができ、組立体４８の構成部品内の温度差を小さくでき、高温時における熱変形を低減することができる。
また、ノズルプレート３１等の外径側で組立体４８を強制的に固定していないため、変形に対する拘束を少なくし、熱変形を小さくすることができる。
【００５０】
これらのことから、ノズルプレート３１及び可変ノズル３３間の隙間や、シュラウドプレート４１及び可変ノズル３３間の隙間を縮小しても、高温時における可変ノズル３３の渋り等から開放される。可変ノズル３３の渋りとは、可変ノズル３３が回動（開閉）時に、ノズルプレート３１及びシュラウドプレート４１との接触により動きにくくなったり動かなくなったりする現象である。その結果、ターボ性能の改善、すなわち、タービン効率の向上を図ることが可能となる。
【００５１】
（３）ばね（皿ばね５０）によって組立体４８を軸線方向に付勢するようにしている。
そのため、簡単な構成でありながら、可変ノズル機構３０（組立体４８）を軸線方向へ付勢する付勢手段を成立させることができる。
【００５２】
（４）上記（３）のばねとして皿ばね５０を用い、この皿ばね５０によってタービンホイール２６を取り囲んでいる。
そのため、可変ノズル機構３０の組立体４８を押し当て対象（ベアリングハウジング１２）に対し、周方向に略均等の押圧力Ｆ２で押し当てることができる。
【００５３】
（５）ベアリングハウジング１２を、可変ノズル機構３０（組立体４８）との押し当て対象としている。
このように、ターボチャージャ１０の既存の構成部品であるベアリングハウジング１２を押し当て対象として利用しているため、押し当て対象を別途設けなくてもすむ。
【００５４】
（６）ノズルプレート３１及びシュラウドプレート４１のうち、皿ばね５０による付勢方向前側に位置するもの（ノズルプレート３１）に、同付勢方向前側へ突出する突部５５を設け、この突部５５の先端面５５Ａを押し当て対象との接触面としている。
【００５５】
このように、突部５５を設けることにより、皿ばね５０の付勢力Ｆ１が作用する作用線Ｌ２上に、押し当て対象との接触面（先端面５５Ａ）を確実に位置させることができる。
（７）複数の突部５５を、軸線Ｌ１を中心とする円上であって周方向に互いに離間した箇所に設けている。さらに、上記複数の突部５５の先端面５５Ａを、軸線方向について同一の箇所に位置させている。
【００５６】
そのため、組立体４８（ノズルプレート３１）をベアリングハウジング１２の内壁面１２Ａに対し、周方向に略均等の押圧力Ｆ２で押し当てることができる。
（８）各スペーサ４７を皿ばね５０の作用線Ｌ２上に配置している。
【００５７】
そのため、皿ばね５０の付勢力Ｆ１を、作用線Ｌ２に沿って、可変ノズル機構３０において皿ばね５０の付勢力Ｆ１が直接加わる箇所Ｐ１、スペーサ４７、及び突部５５の先端面５５Ａ（接触面）を通じてベアリングハウジング１２に効率よく伝達することができる。
【００５８】
なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・突部５５は、ノズルプレート３１に代えてベアリングハウジング１２に設けられてもよい。
【００５９】
・付勢手段による可変ノズル機構３０（組立体４８）の付勢方向は、タービンハウジング１４からベアリングハウジング１２に向かう方向（上記実施形態がこれに該当する）に限らず、ベアリングハウジング１２からタービンハウジング１４に向かう方向であってもよい。この場合、可変ノズル機構３０（組立体４８）は、ベアリングハウジング１２に代えてタービンハウジング１４に押し当てられる。
【００６０】
・ベアリングハウジング１２及びタービンハウジング１４とは異なる部材が可変ノズル機構３０（組立体４８）の押し当て対象とされてもよい。この場合、押し当て対象は、ターボチャージャ１０の既存の構成部材であってもよいし、新規に設けられたものであってもよい。
【００６１】
・付勢手段として、皿ばね５０とは異なるばねが用いられてもよい。また、付勢手段として、ばねとは異なるものが用いられてもよい。
・前記実施形態では、軸３２がノズルプレート３１及びシュラウドプレート４１の両方に挿通される構成が採られたが、ノズルプレート３１のみに挿通される構成に変更されてもよい。
【００６２】
・複数の突部５５は、タービンシャフト１１の軸線Ｌ１を中心とする円上であって、周方向についてスペーサ４７とは異なる箇所に設けられてもよい。
・ノズルプレート３１及びシュラウドプレート４１を結合する結合部として、ピン４６以外の構成が採用されてもよい。例えば、ノズルプレート３１及びシュラウドプレート４１の一方が結合部を備える構成が採用されてもよい。この場合、結合部は、ノズルプレート３１又はシュラウドプレート４１に一体形成されてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１０…ターボチャージャ、１１…タービンシャフト、１２…ベアリングハウジング（押し当て対象）、１４…タービンハウジング（押し当て対象）、１５…タービン室、１６…スクロール通路、２６…タービンホイール、３０…可変ノズル機構、３１…ノズルプレート（プレート）、３３…可変ノズル、４１…シュラウドプレート（プレート）、４６…ピン（結合部）、４７…スペーサ、５０…皿ばね（付勢手段、ばね）、５５…突部、５５Ａ…先端面（接触面）、Ｆ１…付勢力、Ｌ１…軸線、Ｌ２…作用線。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャにおける可変ノズル機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンに搭載されるターボチャージャにおける可変ノズル機構としては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。
このターボチャージャでは、タービンシャフトが図４に示すベアリングハウジング７１に回転可能に支持されている。タービンシャフトの軸線に沿う方向についてベアリングハウジング７１の一側（図４の右側）には、タービンハウジング７２が配置されている。タービンハウジング７２はタービン室７３を中心部に有するとともに、同タービン室７３の周りに渦巻き状のスクロール通路７５を有している。タービンシャフト上には、上記タービン室７３内で回転するタービンホイール（図示略）が設けられている。そして、このターボチャージャ７０では、エンジンから排出され、かつスクロール通路７５に沿って流れた排気がタービンホイールに吹付けられて、同タービンホイールが回転駆動される。これに伴い、タービンホイールと同軸上のコンプレッサホイール（図示略）がタービンホイールと一体となって回転し、過給が行なわれる（吸入された空気が圧縮されてエンジンに送り込まれる）。
【０００３】
可変ノズル機構８０は、上記軸線に沿う方向（図４の左右方向）に互いに離間した状態で、スクロール通路７５及びタービン室７３間に配置され、ピン等により結合された一対の環状のプレート８１，８２と、両プレート８１，８２間に開閉可能に設けられた複数の可変ノズル８３とを備えている。そして、可変ノズル機構８０は、可変ノズル８３の開度の変更により、タービンホイールに吹付けられる排気の流速を可変とする。さらに、可変ノズル機構８０は、ばね８４により、ベアリングハウジング７１側からタービンハウジング７２側へ付勢されている。ベアリングハウジング７１側のプレート８１の外周にはフランジ部８１Ａが設けられる一方、タービンハウジング７２内にはフランジ部７２Ａが設けられている。そして、ばね８４により付勢された可変ノズル機構８０は、プレート８１のフランジ部８１Ａにおいて、タービンハウジング７２のフランジ部７２Ａに押し当てられる。この押し当てにより、可変ノズル機構８０が、両ハウジング７１，７２に固定されることなく、フローティング状態で位置決めされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−６２８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記特許文献１に記載された可変ノズル機構８０では、ばね８４の付勢力Ｆ１が作用する箇所Ｐ１と、タービンハウジング７２と接触する箇所Ｐ２（フランジ部８１Ａ）とが、タービンシャフトの径方向（図４の上下方向）に大きく離れている。そのため、可変ノズル機構８０には、タービンハウジング７２との接触箇所であるフランジ部８１Ａを支点として同可変ノズル機構８０を回転させようとする、ばね８４による力（モーメント）が作用し、プレート８１を変形させる荷重が常に加わる。その結果、可変ノズル機構８０の構成部品の材料強度が低下する熱間時等には、プレート８１が塑性変形するおそれがある。
【０００６】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、プレートの変形を抑制することのできる可変ノズル機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、タービンシャフトが回転可能に支持されるベアリングハウジングと、前記タービンシャフトの軸線に沿う方向について前記ベアリングハウジングの一側に配置され、タービン室を有するとともに、同タービン室の周りにスクロール通路を有するタービンハウジングと、前記タービンシャフト上に設けられ、前記タービンハウジングの前記タービン室内で回転するタービンホイールとを備え、エンジンから排出され、前記スクロール通路に沿って流れた排気を前記タービンホイールに吹付けて、同タービンホイールを回転駆動するターボチャージャに適用されるものであり、前記軸線に沿う方向に互いに離間した状態で、前記スクロール通路及び前記タービン室間に配置され、結合部により結合された一対の環状のプレートと、前記両プレート間に開閉可能に設けられた複数の可変ノズルとを備え、前記可変ノズルの開度の変更により、前記タービンホイールに吹付けられる前記排気の流速を可変とするとともに、付勢手段により前記軸線に沿う方向に付勢されて押し当て対象に押し当てられる可変ノズル機構であって、前記付勢手段の付勢力が作用する作用線上に前記押し当て対象との接触面が設けられていることを要旨とする。
【０００８】
上記の構成によれば、可変ノズル機構は、付勢手段により、タービンシャフトの軸線に沿う方向へ付勢されて押し当て対象に押し当てられる。この押し当てにより、可変ノズル機構が、ベアリングハウジング及びタービンハウジングに固定されることなく、フローティング状態で位置決めされる。
【０００９】
ここで、請求項１に記載の発明では、付勢手段の付勢力が作用する作用線上に押し当て対象との接触面が設けられていることから、タービンシャフトの径方向について、付勢力が作用する箇所と、押し当て対象に接触する箇所（接触面）との距離が「０」又はそれに近い値となる。押し当て対象と接触する箇所を支点として可変ノズル機構を回転させようとする、付勢手段による力（モーメント）が作用せず、又は小さく、プレートを変形させる荷重が加わりにくくなる。その結果、付勢手段によるプレートの変形を抑制することが可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記付勢手段はばねであることを要旨とする。
上記の構成によれば、金属等の弾性体によって形成されたばねが付勢手段として用いられる。このばねは、弾性変形させられて、弾性エネルギを蓄積した状態でターボチャージャに組込まれる。可変ノズル機構は、このばねの弾性エネルギを放出しようとする力（弾性復元力、付勢力）によりタービンシャフトの軸線に沿う方向に付勢される。このように、簡単な構成でありながら、可変ノズル機構を軸線に沿う方向へ付勢する付勢手段が成立される。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記ばねは、前記タービンホイールを取り囲むように配置される皿ばねであることを要旨とする。
上記の構成によれば、付勢手段として皿ばねが用いられることで、可変ノズル機構は、周方向のどの箇所においても軸線に沿う方向へ略均等の付勢力で付勢される。そのため、可変ノズル機構は押し当て対象に対し、周方向に略均等の押圧力で押し当てられる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明において、前記押し当て対象は、前記ベアリングハウジング又は前記タービンハウジングであることを要旨とする。
【００１３】
上記の構成によれば、付勢手段によりタービンシャフトの軸線に沿う方向へ付勢された可変ノズル機構は、ベアリングハウジング又はタービンハウジングに押し当てられる。この際、可変ノズル機構において付勢手段の付勢力が作用する箇所と、ベアリングハウジング又はタービンハウジングとの接触面とは、付勢手段の付勢力が作用する作用線上に位置する。タービンシャフトの径方向について、付勢力が作用する箇所と、ベアリングハウジング又はタービンハウジングに接触する箇所との距離が「０」となり、付勢手段によるプレートの変形が抑制される。このように、ターボチャージャを構成する既存のベアリングハウジング又はタービンハウジングが可変ノズル機構の押し当て対象とされるため、押し当て対象を別途設けなくてもすむ。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１つに記載の発明において、前記両プレートのうち、前記付勢手段による付勢方向前側に位置するものには、同付勢方向前側へ突出する突部が設けられており、前記突部の先端面により前記接触面が構成されていることを要旨とする。
【００１５】
上記の構成によれば、可変ノズル機構が付勢手段によりタービンシャフトの軸線に沿う方向へ付勢されると、その付勢方向前側へ向けて両プレートが変位する。両プレートのうち、付勢手段による付勢方向前側に位置するものに設けられて、同付勢方向前側へ突出する突部も同方向へ変位する。そして、この突部の先端面が接触面として押し当て対象に押し当てられる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１つに記載の発明において、前記両プレート間であって、前記接触面を通る前記作用線上には、同両プレートの間隔を保持するスペーサが配置されていることを要旨とする。
【００１７】
上記の構成によれば、可変ノズル機構において、付勢手段の付勢力が直接加わる箇所と、両プレート間のスペーサと、押し当て対象との接触面とが、いずれも付勢手段の作用線上に位置する。そのため、付勢手段の付勢力は、作用線に沿って、上記箇所、スペーサ及び接触面を通じて押し当て対象に効率よく伝達される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を具体化した一実施形態における可変ノズル機構が組込まれたターボチャージャの概略構成を示す部分断面図。
【図２】一実施形態における可変ノズル機構の一部を示す図であり、（Ａ）は図１の左方から見た側面図、（Ｂ）は図１の右方から見た側面図。
【図３】一実施形態における可変ノズル機構及びその周辺部分について、図１とは異なる断面での断面構造を拡大して示す部分断面図。
【図４】従来の可変ノズル機構の要部を拡大して示す部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
車両には、吸気通路を通じて燃焼室に吸入される空気と、同燃焼室に供給される燃料との混合気を燃焼するエンジンが搭載されている。このエンジンには、図１に示すターボチャージャ１０が設けられている。このターボチャージャ１０では、タービンシャフト１１がベアリング１３によってベアリングハウジング１２に回転可能に支持されている。タービンシャフト１１の軸線Ｌ１に沿う方向（以下「軸線方向」という）についてベアリングハウジング１２の一側（図１の右側）には、タービンハウジング１４が隣接して配置され、他側（図１の左側）には、複数の部材からなるコンプレッサハウジング（図示略）が隣接して配置されている。タービンハウジング１４及びコンプレッサハウジングは、ベアリングハウジング１２に対しそれぞれ締結されている。そして、これらのベアリングハウジング１２、タービンハウジング１４及びコンプレッサハウジングによって、ターボチャージャ１０のハウジングが構成されている。
【００２０】
タービンハウジング１４の中心部には、上記軸線方向に延びる円筒状のタービン室１５が形成されている。タービンハウジング１４内において、タービン室１５の周りには、渦巻き状のスクロール通路１６が形成されている。タービン室１５及びスクロール通路１６は連通路１７を介して相互に連通されている（図３参照）。
【００２１】
なお、ベアリングハウジング１２において連通路１７に面する内壁面１２Ａと、タービンハウジング１４において連通路１７に面する内壁面１４Ａとは、それぞれ上記軸線Ｌ１に対し直交した状態又はそれに近い状態となっている。
【００２２】
タービンシャフト１１の一方（図１の右方）の端部上には、タービン室１５内で回転するタービンホイール２６が固定されている。タービンシャフト１１の他方（図１の左方）の端部上には、コンプレッサハウジング内で回転するコンプレッサホイール（図示略）が固定されている。
【００２３】
そして、上記の基本構成を有するターボチャージャ１０では、エンジンから排出され、かつスクロール通路１６に沿って流れた排気が連通路１７を通じてタービンホイール２６に吹付けられて、同タービンホイール２６が回転駆動される。この回転は、タービンシャフト１１を介してコンプレッサホイールに伝達される。その結果、エンジンでは、ピストンの移動に伴って燃焼室内に発生する負圧によって吸入される空気が、ターボチャージャ１０のコンプレッサホイールの回転によって強制的に燃焼室に送り込まれる（過給される）。このようにして、燃焼室への空気の充填効率が高められる。
【００２４】
上記ターボチャージャ１０には、可変ノズル機構（バリアブルノズル機構）３０が組込まれている。可変ノズル機構３０は、連通路１７の排気流通面積を変更し、タービンホイール２６に吹付けられる排気の流速を可変とし、もって、ターボチャージャ１０の回転速度を調整し、燃焼室に強制的に送り込まれる空気の量を調整するための機構である。
【００２５】
次に、この可変ノズル機構３０の概略構成について説明する。図２（Ａ）は、可変ノズル機構３０の一部（ノズルプレート３１等）を図１の左方から見た状態を示し、図２（Ｂ）は可変ノズル機構３０の一部（ノズルプレート３１等）を図１の右方から見た状態を示している。図１及び図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、可変ノズル機構３０は、連通路１７にそれぞれ配置されたノズルプレート３１及びユニゾンリング３５を備えている。これらのノズルプレート３１及びユニゾンリング３５は、上記軸線Ｌ１を中心とする円環状をなしている。
【００２６】
ノズルプレート３１において、上記軸線Ｌ１を中心とする円上には、複数の軸３２が略等角度毎に配置されている。各軸３２は、軸線Ｌ１に平行に延びており、ノズルプレート３１に対し回動可能に挿通されている。各軸３２について、ノズルプレート３１から露出する一方（図１の右方）の部分には、可変ノズル（ノズルベーン）３３が固定されている。図１では、可変ノズル３３は二点鎖線で図示されている。また、各軸３２について、ノズルプレート３１から露出する他方（図１の左方）の端部には、アーム３４の基端部が固定されている。
【００２７】
ユニゾンリング３５は、内周面の複数箇所に凹部３６を有している。これらの凹部３６には、上記アーム３４の先端部が係合されている。ユニゾンリング３５は、リンク３７（図１参照）等を介してターボチャージャ１０の外部から回転される。すなわち、リンク３７の回動軸３７Ａにはアーム３９が固定されており、そのアーム３９の先端部は、ユニゾンリング３５の内周面に設けられた凹部４０に係合されている。そして、ユニゾンリング３５が、リンク３７、回動軸３７Ａ、アーム３９等を介してターボチャージャ１０の外部から、上記軸線Ｌ１の周りで回動させられると、そのユニゾンリング３５の複数の凹部３６に係合している各アーム３４が軸３２を中心として各々同期した状態で回動（開閉）される。各軸３２の回動によって可変ノズル３３の開度が変化し、連通路１７の上記排気流通面積が変更される。そして、隣り合う可変ノズル３３間を通じてタービンホイール２６に吹付けられる排気の流速が調整される。
【００２８】
例えば、図２（Ａ）において、リンク３７等により回動軸３７Ａを支点としてアーム３９を反時計回り方向へ回動させると、これに伴ってユニゾンリング３５は同図２（Ａ）及び図２（Ｂ）においてそれぞれ矢印に示す方向へ回動する。ユニゾンリング３５の上記回動によって、各軸３２が、図２（Ａ）では反時計回り方向へ回動し、図２（Ｂ）では時計回り方向へ回動する。各軸３２の上記回動に伴い、可変ノズル３３が閉じ側に回動し、タービンホイール２６に吹付けられる排気の流速が高くなる。上記とは逆に、可変ノズル３３が開き側に回動すると、タービンホイール２６に吹付けられる排気の流速が低くなる。
【００２９】
図３は、可変ノズル機構３０の要部について、上記図１とは異なる断面（後述するスペーサ４７を通る断面）での断面構造を拡大して示している。図１及び図３に示すように、可変ノズル機構３０は、上述した構成に加え、上記連通路１７に配置されたシュラウドプレート４１を備えている。シュラウドプレート４１は、上記軸線Ｌ１を中心とする円環状をなしている。シュラウドプレート４１は、ノズルプレート３１に対し、ベアリングハウジング１２から遠ざかる側（図１及び図３の各右側）に位置している。
【００３０】
シュラウドプレート４１には、上述した軸３２の端部が回動可能に挿通されている。従って、各可変ノズル３３は、ノズルプレート３１及びシュラウドプレート４１において、軸３２と一体で回動し得るように支持されていることとなる。
【００３１】
ノズルプレート３１及びシュラウドプレート４１は、結合部としての複数本のピン４６によって連結されることで「組立体４８」となっている。各ピン４６は、ノズルプレート３１及びシュラウドプレート４１にそれぞれ圧入されている。なお、上記シュラウドプレート４１は、ノズルプレート３１とともに、特許請求の範囲における一対のプレートを構成している。
【００３２】
複数本のピン４６は、上記軸線Ｌ１を中心とする円上において略等角度毎に配置されている。この円の径は、複数本の上記軸３２の配置された円の径よりも大きい。従って、各ピン４６は軸３２よりも軸線Ｌ１から大きく離れた箇所に位置することとなる。
【００３３】
ノズルプレート３１及びシュラウドプレート４１間において、各ピン４６上には円管状のスペーサ４７が被せられており、これらのスペーサ４７によって、ノズルプレート３１及びシュラウドプレート４１間に可変ノズル３３の厚み程度の間隔が確保されている。
【００３４】
さらに、ターボチャージャ１０では、タービンホイール２６の周りであって、組立体４８のシュラウドプレート４１とタービンハウジング１４の内壁面１４Ａとの間隙Ｇに付勢手段が設けられている。付勢手段は、金属板等の弾性体によって円環状に形成された皿ばね５０によって構成されている。この間隙Ｇは、タービンハウジング１４等が冷間時と熱間時とで熱変形（収縮・膨張）を起したり、ターボチャージャ１０の構成部品に精度上のばらつきがあったりしても、ベアリングハウジング１２及びタービンハウジング１４間に組立体４８の設置スペースを確保できること等を考慮して設けられている。
【００３５】
皿ばね５０は組立体４８を軸線方向に付勢し、押し当て対象としてのベアリングハウジング１２の内壁面１２Ａに押し当てるためのものである。皿ばね５０は、中心部に近付くほどタービンハウジング１４の内壁面１４Ａに近付く円錐状（テーパ状）に形成されている。
【００３６】
皿ばね５０の内周縁部５１は、軸線Ｌ１を中心とした円環状をなし、タービンハウジング１４の内壁面１４Ａに接触している。皿ばね５０の外周縁部５２は、軸線Ｌ１を中心とした円環状をなし、シュラウドプレート４１に接触している。この外周縁部５２の径は、上述した複数のスペーサ４７が配置された円の径と略同一に設定されている。従って、外周縁部５２は、複数のスペーサ４７に対応した箇所（同一直線上となる箇所）で、シュラウドプレート４１と接触していることとなる。
【００３７】
皿ばね５０は、上記内周縁部５１及び外周縁部５２において荷重が加えられることにより、軸線方向の寸法が小さくなる方向に撓ませられ（弾性変形させられ）ている。皿ばね５０は、外周縁部５２において、上記軸線Ｌ１に対し平行な作用線Ｌ２に沿って組立体４８（シュラウドプレート４１）を付勢する。この皿ばね５０により、組立体４８が軸線方向についてのベアリングハウジング１２側へ付勢され、ノズルプレート３１がベアリングハウジング１２の内壁面１２Ａに押し当てられている。このノズルプレート３１のベアリングハウジング１２との接触により、組立体４８がフローティング状態で軸線方向に位置決めされている。
【００３８】
さらに、可変ノズル機構３０の組立体４８には、皿ばね５０の上記作用線Ｌ２上となる箇所に、ベアリングハウジング１２との接触面が設けられている。より詳しくは、両プレート３１，４１のうち、皿ばね５０による付勢方向前側（ベアリングハウジング１２側）に位置するノズルプレート３１には、同付勢方向前側へ突出する突部５５が複数箇所に設けられている（図２（Ａ）参照）。複数の突部５５は、軸線Ｌ１を中心とする円上であって周方向に互いに離間した箇所に位置している。ここでは、各突部５５の周方向の位置は、上述したピン４６及びスペーサ４７と略同じ箇所に設定されている。従って、ピン４６、スペーサ４７及び突部５５は、軸線Ｌ１に平行な同一直線上（作用線Ｌ２上）に位置していることとなる。また、複数の突部５５は、軸線方向については、ノズルプレート３１の他の箇所よりもベアリングハウジング１２側へ多く突出している。これらの突部５５の先端面５５Ａは、軸線方向について同一の箇所において、軸線Ｌ１に対し直交しており、ベアリングハウジング１２の内壁面１２Ａとの接触面を構成している。
【００３９】
上記のようにして、本実施形態の可変ノズル機構３０が構成されている。次に、この可変ノズル機構３０の作用について説明する。
エンジンの運転に伴い生じた排気は、排気通路を流れる過程でターボチャージャ１０に流入し、タービンハウジング１４のスクロール通路１６に沿って流れる。この排気は、隣り合う可変ノズル３３間を通り、タービン室１５内のタービンホイール２６に吹付けられる。この排気の吹付けにより、タービンホイール２６が回転駆動される。これに伴い、タービンホイール２６と同軸上のコンプレッサホイールがタービンホイール２６と一体となって回転して過給が行なわれる。
【００４０】
ターボチャージャ１０の外部からリンク３７等の操作を通じて可変ノズル３３が回動されることにより、同可変ノズル３３の開度が変更される。これに伴い、タービンホイール２６に吹付けられる排気の流速が変更されて、ターボチャージャ１０の回転速度が変更され、エンジンの過給圧が調整される。
【００４１】
ところで、上記ターボチャージャ１０では、組立体４８（シュラウドプレート４１）とタービンハウジング１４の内壁面１４Ａとの間で、皿ばね５０が軸線方向に弾性変形させられて、弾性エネルギを蓄積した状態で組込まれている。
【００４２】
皿ばね５０の外周縁部５２が接触しているシュラウドプレート４１は、皿ばね５０の弾性エネルギを放出しようとする力（弾性復元力、付勢力）により軸線方向に常に付勢される。この皿ばね５０の付勢力Ｆ１は、スペーサ４７及びピン４６を介してノズルプレート３１に伝達される。
【００４３】
ここで、本実施形態では、可変ノズル機構３０（組立体４８）において皿ばね５０の付勢力Ｆ１が直接加わる箇所Ｐ１と、スペーサ４７及びピン４６と、ノズルプレート３１における突部５５（先端面５５Ａ）とが、いずれも皿ばね５０の付勢力Ｆ１が作用する作用線Ｌ２上に位置する。そのため、皿ばね５０の付勢力Ｆ１は、作用線Ｌ２に沿って、上記箇所Ｐ１、スペーサ４７及びピン４６を通じて、突部５５に対し直接伝達される。
【００４４】
付勢力Ｆ１の上記伝達により、組立体４８が突部５５を伴ってベアリングハウジング１２側へ変位する。そして、この突部５５の先端面５５Ａが接触面としてベアリングハウジング１２の内壁面１２Ａに押し当てられる。この際、皿ばね５０が円環状をなしていて、タービンホイール２６を取り囲むように配置されていることから、組立体４８は、周方向のどの箇所においても軸線方向へ略均等の付勢力Ｆ１で付勢される。そのため、組立体４８はベアリングハウジング１２の内壁面１２Ａに対し、周方向に略均等の押圧力Ｆ２で押し当てられる。
【００４５】
本実施形態では、可変ノズル機構３０において、皿ばね５０の付勢力Ｆ１が作用する作用線Ｌ２上に、押し当て対象であるベアリングハウジング１２との接触面が設けられている。このことから、タービンシャフト１１の径方向について、付勢力Ｆ１が作用する箇所Ｐ１と、ベアリングハウジング１２（押し当て対象）に接触する箇所Ｐ２（先端面５５Ａ）との距離が「０」となる。ベアリングハウジング１２（押し当て対象）と接触する箇所Ｐ２（先端面５５Ａ）を支点として可変ノズル機構３０を回転させようとする、皿ばね５０による力（モーメント）が作用せず、又は小さく、ノズルプレート３１及びシュラウドプレート４１を変形させる荷重が加わりにくい。
【００４６】
以上詳述した本実施形態によれば、次の効果が得られる。
（１）ノズルプレート３１及びシュラウドプレート４１を結合部（ピン４６）により結合して組立体４８を構成する。可変ノズル機構３０において、皿ばね５０の付勢力Ｆ１が作用する作用線Ｌ２上に、組立体４８の押し当て対象（ベアリングハウジング１２）との接触面（先端面５５Ａ）を設けている。
【００４７】
そのため、皿ばね５０によるノズルプレート３１やシュラウドプレート４１の変形を抑制し、その変形に起因する可変ノズル３３のスティック（固着）を抑制することができる。
【００４８】
（２）皿ばね５０の付勢力Ｆ１のみによって、組立体４８を押し当て対象（ベアリングハウジング１２）に対して接触させて位置決めさせている。表現を変えると、組立体４８をターボチャージャ１０のハウジング（ベアリングハウジング１２、タービンハウジング１４）に固定することなく、フローティング状態で位置決めしている。
【００４９】
そのため、組立体４８を比較的小さく構成することができ、組立体４８の構成部品内の温度差を小さくでき、高温時における熱変形を低減することができる。
また、ノズルプレート３１等の外径側で組立体４８を強制的に固定していないため、変形に対する拘束を少なくし、熱変形を小さくすることができる。
【００５０】
これらのことから、ノズルプレート３１及び可変ノズル３３間の隙間や、シュラウドプレート４１及び可変ノズル３３間の隙間を縮小しても、高温時における可変ノズル３３の渋り等から開放される。可変ノズル３３の渋りとは、可変ノズル３３が回動（開閉）時に、ノズルプレート３１及びシュラウドプレート４１との接触により動きにくくなったり動かなくなったりする現象である。その結果、ターボ性能の改善、すなわち、タービン効率の向上を図ることが可能となる。
【００５１】
（３）ばね（皿ばね５０）によって組立体４８を軸線方向に付勢するようにしている。
そのため、簡単な構成でありながら、可変ノズル機構３０（組立体４８）を軸線方向へ付勢する付勢手段を成立させることができる。
【００５２】
（４）上記（３）のばねとして皿ばね５０を用い、この皿ばね５０によってタービンホイール２６を取り囲んでいる。
そのため、可変ノズル機構３０の組立体４８を押し当て対象（ベアリングハウジング１２）に対し、周方向に略均等の押圧力Ｆ２で押し当てることができる。
【００５３】
（５）ベアリングハウジング１２を、可変ノズル機構３０（組立体４８）との押し当て対象としている。
このように、ターボチャージャ１０の既存の構成部品であるベアリングハウジング１２を押し当て対象として利用しているため、押し当て対象を別途設けなくてもすむ。
【００５４】
（６）ノズルプレート３１及びシュラウドプレート４１のうち、皿ばね５０による付勢方向前側に位置するもの（ノズルプレート３１）に、同付勢方向前側へ突出する突部５５を設け、この突部５５の先端面５５Ａを押し当て対象との接触面としている。
【００５５】
このように、突部５５を設けることにより、皿ばね５０の付勢力Ｆ１が作用する作用線Ｌ２上に、押し当て対象との接触面（先端面５５Ａ）を確実に位置させることができる。
（７）複数の突部５５を、軸線Ｌ１を中心とする円上であって周方向に互いに離間した箇所に設けている。さらに、上記複数の突部５５の先端面５５Ａを、軸線方向について同一の箇所に位置させている。
【００５６】
そのため、組立体４８（ノズルプレート３１）をベアリングハウジング１２の内壁面１２Ａに対し、周方向に略均等の押圧力Ｆ２で押し当てることができる。
（８）各スペーサ４７を皿ばね５０の作用線Ｌ２上に配置している。
【００５７】
そのため、皿ばね５０の付勢力Ｆ１を、作用線Ｌ２に沿って、可変ノズル機構３０において皿ばね５０の付勢力Ｆ１が直接加わる箇所Ｐ１、スペーサ４７、及び突部５５の先端面５５Ａ（接触面）を通じてベアリングハウジング１２に効率よく伝達することができる。
【００５８】
なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・突部５５は、ノズルプレート３１に代えてベアリングハウジング１２に設けられてもよい。
【００５９】
・付勢手段による可変ノズル機構３０（組立体４８）の付勢方向は、タービンハウジング１４からベアリングハウジング１２に向かう方向（上記実施形態がこれに該当する）に限らず、ベアリングハウジング１２からタービンハウジング１４に向かう方向であってもよい。この場合、可変ノズル機構３０（組立体４８）は、ベアリングハウジング１２に代えてタービンハウジング１４に押し当てられる。
【００６０】
・ベアリングハウジング１２及びタービンハウジング１４とは異なる部材が可変ノズル機構３０（組立体４８）の押し当て対象とされてもよい。この場合、押し当て対象は、ターボチャージャ１０の既存の構成部材であってもよいし、新規に設けられたものであってもよい。
【００６１】
・付勢手段として、皿ばね５０とは異なるばねが用いられてもよい。また、付勢手段として、ばねとは異なるものが用いられてもよい。
・前記実施形態では、軸３２がノズルプレート３１及びシュラウドプレート４１の両方に挿通される構成が採られたが、ノズルプレート３１のみに挿通される構成に変更されてもよい。
【００６２】
・複数の突部５５は、タービンシャフト１１の軸線Ｌ１を中心とする円上であって、周方向についてスペーサ４７とは異なる箇所に設けられてもよい。
・ノズルプレート３１及びシュラウドプレート４１を結合する結合部として、ピン４６以外の構成が採用されてもよい。例えば、ノズルプレート３１及びシュラウドプレート４１の一方が結合部を備える構成が採用されてもよい。この場合、結合部は、ノズルプレート３１又はシュラウドプレート４１に一体形成されてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１０…ターボチャージャ、１１…タービンシャフト、１２…ベアリングハウジング（押し当て対象）、１４…タービンハウジング（押し当て対象）、１５…タービン室、１６…スクロール通路、２６…タービンホイール、３０…可変ノズル機構、３１…ノズルプレート（プレート）、３３…可変ノズル、４１…シュラウドプレート（プレート）、４６…ピン（結合部）、４７…スペーサ、５０…皿ばね（付勢手段、ばね）、５５…突部、５５Ａ…先端面（接触面）、Ｆ１…付勢力、Ｌ１…軸線、Ｌ２…作用線。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンシャフトが回転可能に支持されるベアリングハウジングと、
前記タービンシャフトの軸線に沿う方向について前記ベアリングハウジングの一側に配置され、タービン室を有するとともに、同タービン室の周りにスクロール通路を有するタービンハウジングと、
前記タービンシャフト上に設けられ、前記タービンハウジングの前記タービン室内で回転するタービンホイールと
を備え、
エンジンから排出され、前記スクロール通路に沿って流れた排気を前記タービンホイールに吹付けて、同タービンホイールを回転駆動するターボチャージャに適用されるものであり、
前記軸線に沿う方向に互いに離間した状態で、前記スクロール通路及び前記タービン室間に配置され、結合部により結合された一対の環状のプレートと、
前記両プレート間に開閉可能に設けられた複数の可変ノズルと
を備え、前記可変ノズルの開度の変更により、前記タービンホイールに吹付けられる前記排気の流速を可変とするとともに、付勢手段により前記軸線に沿う方向に付勢されて押し当て対象に押し当てられる可変ノズル機構であって、
前記付勢手段の付勢力が作用する作用線上に前記押し当て対象との接触面が設けられていることを特徴とする可変ノズル機構。
【請求項２】
前記付勢手段はばねである請求項１に記載の可変ノズル機構。
【請求項３】
前記ばねは、前記タービンホイールを取り囲むように配置される皿ばねである請求項２に記載の可変ノズル機構。
【請求項４】
前記押し当て対象は、前記ベアリングハウジング又は前記タービンハウジングである請求項１〜３のいずれか１つに記載の可変ノズル機構。
【請求項５】
前記両プレートのうち、前記付勢手段による付勢方向前側に位置するものには、同付勢方向前側へ突出する突部が設けられており、前記突部の先端面により前記接触面が構成されている請求項１〜４のいずれか１つに記載の可変ノズル機構。
【請求項６】
前記両プレート間であって、前記接触面を通る前記作用線上には、同両プレートの間隔を保持するスペーサが配置されている請求項１〜５のいずれか１つに記載の可変ノズル機構。
【請求項１】
タービンシャフトが回転可能に支持されるベアリングハウジングと、
前記タービンシャフトの軸線に沿う方向について前記ベアリングハウジングの一側に配置され、タービン室を有するとともに、同タービン室の周りにスクロール通路を有するタービンハウジングと、
前記タービンシャフト上に設けられ、前記タービンハウジングの前記タービン室内で回転するタービンホイールと
を備え、
エンジンから排出され、前記スクロール通路に沿って流れた排気を前記タービンホイールに吹付けて、同タービンホイールを回転駆動するターボチャージャに適用されるものであり、
前記軸線に沿う方向に互いに離間した状態で、前記スクロール通路及び前記タービン室間に配置され、結合部により結合された一対の環状のプレートと、
前記両プレート間に開閉可能に設けられた複数の可変ノズルと
を備え、前記可変ノズルの開度の変更により、前記タービンホイールに吹付けられる前記排気の流速を可変とするとともに、付勢手段により前記軸線に沿う方向に付勢されて押し当て対象に押し当てられる可変ノズル機構であって、
前記付勢手段の付勢力が作用する作用線上に前記押し当て対象との接触面が設けられていることを特徴とする可変ノズル機構。
【請求項２】
前記付勢手段はばねである請求項１に記載の可変ノズル機構。
【請求項３】
前記ばねは、前記タービンホイールを取り囲むように配置される皿ばねである請求項２に記載の可変ノズル機構。
【請求項４】
前記押し当て対象は、前記ベアリングハウジング又は前記タービンハウジングである請求項１〜３のいずれか１つに記載の可変ノズル機構。
【請求項５】
前記両プレートのうち、前記付勢手段による付勢方向前側に位置するものには、同付勢方向前側へ突出する突部が設けられており、前記突部の先端面により前記接触面が構成されている請求項１〜４のいずれか１つに記載の可変ノズル機構。
【請求項６】
前記両プレート間であって、前記接触面を通る前記作用線上には、同両プレートの間隔を保持するスペーサが配置されている請求項１〜５のいずれか１つに記載の可変ノズル機構。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１０４４１２（Ｐ２０１３−１０４４１２Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５０９１２（Ｐ２０１１−２５０９１２）
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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