可変容量型過給機の可変ノズル装置
【課題】 ノズル開閉時におけるタービン回転速度のヒステリシスと可変ノズル翼の摺動抵抗を大幅に低減でき、これによりタービン回転速度の自動制御を容易にし、かつノズル取付面や隙間調整プレートの傷や摩耗を低減することができる可変容量型過給機の可変ノズル装置を提供する。
【解決手段】 各可変ノズル翼４が、ノズル取付面２ａを貫通するノズル駆動軸３と隙間調整プレート６を貫通するノズル支持軸２５とで両端支持される。また、リンク室２４と隙間調整プレート６の中空室６ａの圧力が、ノズル駆動軸３とノズル支持軸２５に作用するガス圧による軸力がほぼバランスするように調整されている。
【解決手段】 各可変ノズル翼４が、ノズル取付面２ａを貫通するノズル駆動軸３と隙間調整プレート６を貫通するノズル支持軸２５とで両端支持される。また、リンク室２４と隙間調整プレート６の中空室６ａの圧力が、ノズル駆動軸３とノズル支持軸２５に作用するガス圧による軸力がほぼバランスするように調整されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変容量型過給機に係わり、更に詳しくは、可変容量型過給機の可変ノズル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
可変容量型過給機とは、圧縮機のディフューザまたはタービンの排ガス流入部のベーンを可動にして流路面積を可変にしたものである。従来の可変容量過給機の可変ノズル装置は、摺動抵抗や作動部の「がた」による過度の摩耗や作動不良が生じやすい問題点があった。
そこで、これらの問題点を解決するため、特許文献１〜３が既に出願されている。
【０００３】
特許文献１のアクチュエータ装置は、アクチュエータロッド及びこれの連結部材の作動時における摩擦抵抗を抑制するとともに遊びの形成を回避するために、アクチュエータロッドとレバー組立品との間に球状の連結部を備えたボールジョイント機構、あるいはＬ形状リンクを備えたＬ−ジョイント機構を介装するものである。
【０００４】
特許文献２、３の表面処理手段は、可変ノズル組立品の摺動部の潤滑性を向上するために、可変ノズル機構を構成する部材のうち相手部材に摺接する摺動部材の表面及び微小間隙部を形成する隣り合う２部材の何れか一方または双方に、炭素を主成分とする炭素超微粒体を溶媒に溶融させて生成した炭素系乾性膜を形成するものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１４８１５５号公報、「可変容量タービンのアクチュエータ装置」
【特許文献２】特開２００４−１３８００５号公報、「可変容量型過給機の表面処理構造及び表面処理方法」
【特許文献３】特開２００４−１３８００６号公報、「可変容量型過給機の表面処理構造及び表面処理方法」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図９は従来の可変ノズル装置を備えた可変容量過給機の断面図である。この図において、可変容量過給機１０は、中央の軸受ユニット１２を挟んで右側の圧縮機１４と、左側のタービン１６とからなる。圧縮機１４はコンプレッサインペラ１５を、タービン１６はタービンインペラ８をそれぞれ内蔵する。コンプレッサインペラ１５とタービンインペラ８は、軸受ユニット１２で支持された連結軸１３で互いに連結されており、図示しないエンジンの排ガスでタービンインペラ８を回転駆動し、この回転力を連結軸１３を介してコンプレッサインペラ１５に伝達し、コンプレッサインペラ１５で空気を圧縮して図示しないエンジンに過給するようになっている。
【０００７】
また、可変容量過給機１０の可変ノズル装置１８は、この図に示すように、ノズルを取り付けるノズル取付面２ａと、ノズル取付面２ａを貫通する複数のノズル軸３と、ノズル軸３の軸心を中心可能に揺動可能な複数の可変ノズル翼４と、ノズル取付面２ａから一定の間隔を隔てその間に可変ノズル翼を挟持する隙間調整プレート６とを備えている。
【０００８】
図１０は、図９の部分矢視図であり、（Ａ）はＡ矢視図、（Ｂ）はＢ矢視図である。この図に示すように、可変ノズル装置１８は、矩形の揺動ピン１８ａ、揺動ピン１８ａが外周部に取付けられた連動板１８ｂ、及び連動板１８ｂとノズル軸３を連結する連結板１８ｃとを備える。この構成により、外部から揺動ピン１８ａをタービンインペラ８の軸心を中心に揺動させると、連動板１８ｂが同軸に揺動し、これに取り付けられた複数のピン１９が揺動し、各可変ノズル翼４をノズル軸３を中心に揺動する。従って、揺動ピン１８ａの揺動により可変ノズル翼４を軸３を中心に揺動させ、その間に形成される流路面積を変化させることができる。
【０００９】
上述した従来の可変容量過給機の可変ノズル装置１８では、隙間調整ピン９を用いて、ノズル取付面２ａと隙間調整プレート６の間隔を制御し、その間に配置される各可変ノズル翼４の壁面（２ａ，６）との隙間を適正範囲に保持していた。
【００１０】
しかし上述した従来の可変容量過給機の可変ノズル装置には、以下の問題点があった。
（１）可変ノズル翼の開閉を図示しない制御用アクチュエータで制御する場合に、アクチュエータの位置が同一であっても、可変ノズル翼を開から閉にする場合と、閉から開にする場合とで、ヒステリシスがありタービン回転速度に大きな差が発生する。このヒステリシスのため、タービン回転速度の自動制御が困難であった。
（２）可変ノズル翼の摺動抵抗が大きく、ノズル取付面や隙間調整プレート６に傷や摩耗が短時間で発生する傾向がある。また、この傷や摩耗により、作動不良や隙間の拡大による性能低下が生じやすい。
【００１１】
本発明はかかる問題点を同時に解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ノズル開閉時におけるタービン回転速度のヒステリシスと可変ノズル翼の摺動抵抗を大幅に低減でき、これによりタービン回転速度の自動制御を容易にし、かつノズル取付面や隙間調整プレートの傷や摩耗を低減することができる可変容量型過給機の可変ノズル装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、排ガスでタービンインペラを回転駆動する可変容量型過給機の可変ノズル装置であって、
タービンインペラを半径方向に間隔を隔てて囲み内部に外部から排ガスが導入されるスクロール室と、
該スクロール室からタービンインペラまで排ガスを案内する一定間隔の円筒形流路と、
該円筒形流路の一方を構成しノズルを取り付けるノズル取付面を有し、内部にノズル駆動リンクが内蔵されたリンク室と、
円筒形流路の他方を構成しノズル取付面から軸方向に一定の間隔を隔てて位置し、反流路側に中空室を構成する隙間調整プレートと、
ノズル取付面と隙間調整プレートの間に周方向に間隔を隔てて配置された複数の可変ノズル翼と、を備え、
前記各可変ノズル翼は、ノズル取付面を貫通するノズル駆動軸と隙間調整プレートを貫通するノズル支持軸とで両端支持され、
リンク室と隙間調整プレートの中空室の圧力は、ノズル駆動軸とノズル支持軸に作用するガス圧による軸力がほぼバランスするように、それぞれ調整されている、ことを特徴とする可変容量型過給機の可変ノズル装置が提供される。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記リンク室は、スクロール室と連通する隙間を有する密閉室であり、
前記隙間調整プレートの中空室は、外周部がスクロール室と連通する密閉室である。
【００１４】
また、前記隙間調整プレートは、半径方向内端部に反流路側に突出するＬ字部を有し、該Ｌ字部の外周面とタービンインペラを囲むタービンハウジングとの間に、ガスの流れを封止するシールリングを有する。
【発明の効果】
【００１５】
上記本発明の構成によれば、各可変ノズル翼が、ノズル取付面を貫通するノズル駆動軸と隙間調整プレートを貫通するノズル支持軸とで両端支持され、かつ、リンク室と隙間調整プレートの中空室の圧力は、ノズル駆動軸とノズル支持軸に作用するガス圧による軸力がほぼバランスするように、それぞれ調整されているので、各可変ノズル翼に作用する軸力が大幅に低減し、軸力に起因するヒステリシスと摺動抵抗を大幅に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
［比較例１］
【００１７】
図１は、従来の可変ノズル装置を備えた可変容量過給機の構成図である。この装置は、 排ガスでタービンインペラ８を回転駆動する可変容量型過給機の可変ノズル装置であり、スクロール室２０、円筒形流路２２、リンク室２４、隙間調整プレート６、及び複数の可変ノズル翼４を備える。
【００１８】
スクロール室２０は、タービンインペラ８を半径方向に間隔を隔てて囲み、内部に外部から排ガスが導入されるようになっている。
円筒形流路２２は、スクロール室２０からタービンインペラ８まで排ガスを案内する一定間隔のガス流路である。
【００１９】
リンク室２４は、円筒形流路２２の一方（図で左側の壁）を構成し、ノズル（可変ノズル翼４）を取り付けるノズル取付面２ａを有する。またこのリンク室２４の内部にノズル駆動リンクが内蔵されている。
このリンク室２４を構成するハウジングは、タービンインペラ８及びスクロール室２０を囲むタービンハウジング１にわずかな隙間を介して嵌合している。この隙間は、可変容量型過給機の使用状態における熱膨張差を吸収し、各ハウジングに過大な応力が発生しないように設定されている。
従ってこの隙間を介してリンク室２４はスクロール室２０と連通している。
【００２０】
ノズル駆動リンクは、上述した揺動ピン１８ａ、連動板１８ｂ、及び連結板１８ｃである。なお本発明はこの構成に限定されず、異なる駆動機構であってもよい。
ノズル駆動リンクの一部（この例では、連動板１８ｂ）は、リンク室２４の外部に設けられたアクチュエータ２６（例えばパルスモータ）で駆動されるようになっている。
アクチュエータ２６の駆動力は、回転軸２７を介してリンク室２４内に伝達される。また、この回転軸２７は、図示しないシールによりガスが漏れないようになっている。
従って、リンク室２４は、スクロール室２０と連通する隙間を有する密閉室であり、リンク室２４の圧力は、スクロール室２０のガス圧と常にほぼ一致して変動する。
【００２１】
隙間調整プレート６は、円筒形流路２２の他方（図で右側の壁）を構成し、ノズル取付面２ａから軸方向に一定の間隔を隔てて位置する。またこの隙間調整プレート６は、反流路側（図で右側）に中空室６ａを構成する。
この例において、隙間調整プレート６の外周部とタービンハウジング１との間にはシール７ａが設けられ、スクロール室２０からのガスの流入を防止している。また、隙間調整プレート６の内周部とタービンインペラ８の周囲との間には隙間が設けられている。
従って、隙間調整プレート６の中空室６ａは、この例では内周部がタービンインペラ８の周囲と連通する密閉室であり、隙間調整プレート６の中空室６ａの圧力は、タービンインペラ８の周囲のガス圧と常にほぼ一致して変動する。
【００２２】
複数の可変ノズル翼４は、ノズル取付面２ａと隙間調整プレート６の間（すなわち円筒形流路２２）に周方向に間隔を隔てて配置されている。円筒形流路２２の間隔は、隙間調整ピン９により、各可変ノズル翼４が壁面（２ａ，６）とわずかな隙間を保持し、漏れが少なく、かつ円滑に作動できるように設定されている。
【００２３】
この例において、各可変ノズル翼１４は、ノズル取付面２ａを貫通するノズル駆動軸３により片持支持され、可変ノズル翼の右端面は、支持部はなく、隙間調整プレート６の表面に沿って摺動するようになっている。
その他の構成は、図９の従来例と同様である。
【００２４】
図２は、図１の可変容量過給機の性能特性図である。この図において、（Ａ）はノズル開度とタービン回転速度と関係図、（Ｂ）はノズル開度とタービン回転数のヒステリシスとの関係図である。
図２（Ａ）において、横軸はノズル開度であり、縦軸はタービン回転速度である。
図２（Ａ）は、可変ノズル翼を全開から全閉にし、次いで、全閉から全開にした場合を図中の矢印で示している。この図から、この可変容量過給機は、ヒステリシスがありタービン回転速度に大きな差が発生することがわかる。
【００２５】
図２（Ｂ）において、横軸はノズル開度であり、縦軸はタービン回転速度差、すなわちヒステリシスである。
この図から、この可変容量過給機は、全開から全閉の場合と全閉から全開の場合とで最大約５０００ｒｐｍの速度差があり、このヒステリシスのため、タービン回転速度の自動制御が困難であることがわかる。
［比較例２］
【００２６】
図３は、改良した可変ノズル装置を備えた可変容量過給機の構成図である。この装置も、排ガスでタービンインペラ８を回転駆動する可変容量型過給機の可変ノズル装置であり、図１と同様にスクロール室２０、円筒形流路２２、リンク室２４、隙間調整プレート６、及び複数の可変ノズル翼４を備える。
【００２７】
この例において、隙間調整プレート６の外周部とタービンハウジング１との間にはシール７ａが設けられ、スクロール室２０からのガスの流入を防止している。また、隙間調整プレート６の内周部とタービンインペラ８の周囲との間には隙間が設けられている。
従って、隙間調整プレート６の中空室６ａは、この例では内周部がタービンインペラ８の周囲と連通する密閉室であり、隙間調整プレート６の中空室６ａの圧力は、タービンインペラ８の周囲のガス圧と常にほぼ一致して変動する。
【００２８】
また、この例において、各可変ノズル翼４は、ノズル取付面２ａを貫通するノズル駆動軸３と隙間調整プレート６を貫通するノズル支持軸２５とで両端支持されている。ノズル駆動軸３とノズル支持軸２５は同軸上に位置し、それぞれの直径は等しく設定されている。
その他の構成は、図１の従来例と同様である。
【００２９】
図４は、図３の可変容量過給機の性能特性図であり、（Ａ）はノズル開度とタービン回転速度と関係図、（Ｂ）はノズル開度とタービン回転数のヒステリシスとの関係図である。
【００３０】
図４（Ａ）から、この可変容量過給機も、図１の従来例よりは小さいがヒステリシスがありタービン回転速度に差が発生することがわかる。
図４（Ｂ）から、この可変容量過給機は、全開から全閉の場合と全閉から全開の場合とで最大約３０００ｒｐｍの速度差があり、このヒステリシスのため、タービン回転速度の自動制御が困難となることがわかる。
【００３１】
図５は、図３の可変容量過給機の別の性能特性図であり、（Ａ）はノズル開度と各部の圧力、（Ｂ）はノズル開度とリンク室と隙間調整プレートの中空室の圧力差の関係図である。
図５（Ａ）から、タービン入口とリンク室の圧力は、常にほぼ一致して変動することがわかる。また、隙間調整プレートの中空室（プレート背面）の圧力は、タービン入口とリンク室の圧力に比較して常に低いことが明かとなった。
また、図５（Ｂ）から、リンク室とプレート背面（隙間調整プレートの中空室）の圧力差は、最大約６００ｍｍＨｇに達し、この差圧による軸力で、可変ノズル翼の摺動抵抗が大きくなり、ノズル取付面や隙間調整プレートに傷や摩耗が短時間で発生していることが明かとなった。
【実施例１】
【００３２】
図６は、本発明の可変ノズル装置の構成図である。この装置も、排ガスでタービンインペラ８を回転駆動する可変容量型過給機の可変ノズル装置であり、図１と同様にスクロール室２０、円筒形流路２２、リンク室２４、隙間調整プレート６、及び複数の可変ノズル翼４を備える。
【００３３】
この例において、隙間調整プレート６は、半径方向内端部に反流路側に突出するＬ字部６ｂを有する。またこのＬ字部６ｂの外周面とタービンインペラを囲むタービンハウジング１との間に、ガスの流れを封止するシールリング７ｂを有する。
また、隙間調整プレート６の外周部とタービンハウジング１との間にはシールがなく、スクロール室２０からガスが流入できるようになっている。
従って、隙間調整プレート６の中空室６ａは、この例では外周部がスクロール室２０と連通する密閉室であり、隙間調整プレート６の中空室６ａの圧力は、スクロール室２０のガス圧と常にほぼ一致して変動する。
【００３４】
また、この例において、各可変ノズル翼４は、ノズル取付面２ａを貫通するノズル駆動軸３と隙間調整プレート６を貫通するノズル支持軸２５とで両端支持されている。ノズル駆動軸３とノズル支持軸２５は同軸上に位置し、それぞれの直径は等しく設定されている。
従って、この例において、リンク室と隙間調整プレートの中空室の圧力は、ノズル駆動軸とノズル支持軸に作用するガス圧による軸力がほぼバランスするように、それぞれ調整されている。
その他の構成は、図１の従来例と同様である。
【００３５】
図７は、図６の可変容量過給機の性能特性図であり、（Ａ）はノズル開度とタービン回転速度と関係図、（Ｂ）はノズル開度とタービン回転数のヒステリシスとの関係図である。
【００３６】
図７（Ａ）から、この可変容量過給機では、ヒステリシスがほとんどなく、タービン回転速度に差がほとんど発生しないことがわかる。
図７（Ｂ）から、この可変容量過給機は、全開から全閉の場合と全閉から全開の場合とで最大約５００ｒｐｍしか速度差がなく、この小さいヒステリシスのため、タービン回転速度の自動制御が従来に比べて容易であることがわかる。
【００３７】
図８は、図６の可変容量過給機の別の性能特性図であり、（Ａ）はノズル開度と各部の圧力、（Ｂ）はノズル開度とリンク室と隙間調整プレートの中空室の圧力差の関係図である。
図８（Ａ）から、タービン入口、リンク室及ぶ隙間調整プレートの中空室（プレート背面）の圧力が、常にほぼ一致して変動することがわかる。
また、図８（Ｂ）から、リンク室とプレート背面（隙間調整プレートの中空室）の圧力差は、常にほとんど皆無（０）であり、差圧による軸力は発生せず、可変ノズル翼の摺動抵抗を大幅に低減し、ノズル取付面や隙間調整プレートに傷や摩耗が発生しないことがわかる。
【００３８】
上述したように、本発明によれば、各可変ノズル翼をノズル駆動軸とノズル支持軸とで両端支持し、隙間調整プレートの半径方向内端部とタービンハウジングとの間に、ガスの流れを封止するシールリングを有する構造により、ノズル両側の圧力を均等に保ち、ノズルに作用する力をバランスさせることにより、ノズル作動時の摺動抵抗を低減することができる。
従って、可変ノズル翼を開から閉にする場合と、閉から開にする場合とで、発生するヒステリシスを大幅に低減することができ、可変ノズル翼の摺動抵抗を低減して、傷や摩耗を防ぎ、傷や摩耗による作動不良や隙間の拡大による性能低下を防止することができる。
【００３９】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来の可変ノズル装置を備えた可変容量過給機の構成図である。
【図２】図１の可変容量過給機の性能特性図である。
【図３】改良した可変ノズル装置を備えた可変容量過給機の構成図である。
【図４】図３の可変容量過給機の性能特性図である。
【図５】図３の可変容量過給機の別の性能特性図である。
【図６】本発明の可変ノズル装置の構成図である。
【図７】図６の可変容量過給機の性能特性図である。
【図８】図６の可変容量過給機の別の性能特性図である。
【図９】従来の可変ノズル装置を備えた可変容量過給機の断面図である。
【図１０】図９の部分矢視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ タービンハウジング、２ａ ノズル取付面、３ ノズル軸、
４ 可変ノズル翼、６ 隙間調整プレート、６ａ 中空室、６ｂ Ｌ字部、
７ａ シール、７ｂ シールリング、８ タービンインペラ、９ 隙間調整ピン、
１０ 可変容量過給機、１２ 軸受ユニット、１３ 連結軸、１４ 圧縮機、
１５ コンプレッサインペラ、１６ タービン、
１８ 可変ノズル装置、１８ａ 揺動ピン、１８ｂ 連動板、１８ｃ 連結板、
２０ スクロール室、２２ 円筒形流路、２４ リンク室、
２５ ノズル支持軸、２６ アクチュエータ、２７ 回転軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変容量型過給機に係わり、更に詳しくは、可変容量型過給機の可変ノズル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
可変容量型過給機とは、圧縮機のディフューザまたはタービンの排ガス流入部のベーンを可動にして流路面積を可変にしたものである。従来の可変容量過給機の可変ノズル装置は、摺動抵抗や作動部の「がた」による過度の摩耗や作動不良が生じやすい問題点があった。
そこで、これらの問題点を解決するため、特許文献１〜３が既に出願されている。
【０００３】
特許文献１のアクチュエータ装置は、アクチュエータロッド及びこれの連結部材の作動時における摩擦抵抗を抑制するとともに遊びの形成を回避するために、アクチュエータロッドとレバー組立品との間に球状の連結部を備えたボールジョイント機構、あるいはＬ形状リンクを備えたＬ−ジョイント機構を介装するものである。
【０００４】
特許文献２、３の表面処理手段は、可変ノズル組立品の摺動部の潤滑性を向上するために、可変ノズル機構を構成する部材のうち相手部材に摺接する摺動部材の表面及び微小間隙部を形成する隣り合う２部材の何れか一方または双方に、炭素を主成分とする炭素超微粒体を溶媒に溶融させて生成した炭素系乾性膜を形成するものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１４８１５５号公報、「可変容量タービンのアクチュエータ装置」
【特許文献２】特開２００４−１３８００５号公報、「可変容量型過給機の表面処理構造及び表面処理方法」
【特許文献３】特開２００４−１３８００６号公報、「可変容量型過給機の表面処理構造及び表面処理方法」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図９は従来の可変ノズル装置を備えた可変容量過給機の断面図である。この図において、可変容量過給機１０は、中央の軸受ユニット１２を挟んで右側の圧縮機１４と、左側のタービン１６とからなる。圧縮機１４はコンプレッサインペラ１５を、タービン１６はタービンインペラ８をそれぞれ内蔵する。コンプレッサインペラ１５とタービンインペラ８は、軸受ユニット１２で支持された連結軸１３で互いに連結されており、図示しないエンジンの排ガスでタービンインペラ８を回転駆動し、この回転力を連結軸１３を介してコンプレッサインペラ１５に伝達し、コンプレッサインペラ１５で空気を圧縮して図示しないエンジンに過給するようになっている。
【０００７】
また、可変容量過給機１０の可変ノズル装置１８は、この図に示すように、ノズルを取り付けるノズル取付面２ａと、ノズル取付面２ａを貫通する複数のノズル軸３と、ノズル軸３の軸心を中心可能に揺動可能な複数の可変ノズル翼４と、ノズル取付面２ａから一定の間隔を隔てその間に可変ノズル翼を挟持する隙間調整プレート６とを備えている。
【０００８】
図１０は、図９の部分矢視図であり、（Ａ）はＡ矢視図、（Ｂ）はＢ矢視図である。この図に示すように、可変ノズル装置１８は、矩形の揺動ピン１８ａ、揺動ピン１８ａが外周部に取付けられた連動板１８ｂ、及び連動板１８ｂとノズル軸３を連結する連結板１８ｃとを備える。この構成により、外部から揺動ピン１８ａをタービンインペラ８の軸心を中心に揺動させると、連動板１８ｂが同軸に揺動し、これに取り付けられた複数のピン１９が揺動し、各可変ノズル翼４をノズル軸３を中心に揺動する。従って、揺動ピン１８ａの揺動により可変ノズル翼４を軸３を中心に揺動させ、その間に形成される流路面積を変化させることができる。
【０００９】
上述した従来の可変容量過給機の可変ノズル装置１８では、隙間調整ピン９を用いて、ノズル取付面２ａと隙間調整プレート６の間隔を制御し、その間に配置される各可変ノズル翼４の壁面（２ａ，６）との隙間を適正範囲に保持していた。
【００１０】
しかし上述した従来の可変容量過給機の可変ノズル装置には、以下の問題点があった。
（１）可変ノズル翼の開閉を図示しない制御用アクチュエータで制御する場合に、アクチュエータの位置が同一であっても、可変ノズル翼を開から閉にする場合と、閉から開にする場合とで、ヒステリシスがありタービン回転速度に大きな差が発生する。このヒステリシスのため、タービン回転速度の自動制御が困難であった。
（２）可変ノズル翼の摺動抵抗が大きく、ノズル取付面や隙間調整プレート６に傷や摩耗が短時間で発生する傾向がある。また、この傷や摩耗により、作動不良や隙間の拡大による性能低下が生じやすい。
【００１１】
本発明はかかる問題点を同時に解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ノズル開閉時におけるタービン回転速度のヒステリシスと可変ノズル翼の摺動抵抗を大幅に低減でき、これによりタービン回転速度の自動制御を容易にし、かつノズル取付面や隙間調整プレートの傷や摩耗を低減することができる可変容量型過給機の可変ノズル装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、排ガスでタービンインペラを回転駆動する可変容量型過給機の可変ノズル装置であって、
タービンインペラを半径方向に間隔を隔てて囲み内部に外部から排ガスが導入されるスクロール室と、
該スクロール室からタービンインペラまで排ガスを案内する一定間隔の円筒形流路と、
該円筒形流路の一方を構成しノズルを取り付けるノズル取付面を有し、内部にノズル駆動リンクが内蔵されたリンク室と、
円筒形流路の他方を構成しノズル取付面から軸方向に一定の間隔を隔てて位置し、反流路側に中空室を構成する隙間調整プレートと、
ノズル取付面と隙間調整プレートの間に周方向に間隔を隔てて配置された複数の可変ノズル翼と、を備え、
前記各可変ノズル翼は、ノズル取付面を貫通するノズル駆動軸と隙間調整プレートを貫通するノズル支持軸とで両端支持され、
リンク室と隙間調整プレートの中空室の圧力は、ノズル駆動軸とノズル支持軸に作用するガス圧による軸力がほぼバランスするように、それぞれ調整されている、ことを特徴とする可変容量型過給機の可変ノズル装置が提供される。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記リンク室は、スクロール室と連通する隙間を有する密閉室であり、
前記隙間調整プレートの中空室は、外周部がスクロール室と連通する密閉室である。
【００１４】
また、前記隙間調整プレートは、半径方向内端部に反流路側に突出するＬ字部を有し、該Ｌ字部の外周面とタービンインペラを囲むタービンハウジングとの間に、ガスの流れを封止するシールリングを有する。
【発明の効果】
【００１５】
上記本発明の構成によれば、各可変ノズル翼が、ノズル取付面を貫通するノズル駆動軸と隙間調整プレートを貫通するノズル支持軸とで両端支持され、かつ、リンク室と隙間調整プレートの中空室の圧力は、ノズル駆動軸とノズル支持軸に作用するガス圧による軸力がほぼバランスするように、それぞれ調整されているので、各可変ノズル翼に作用する軸力が大幅に低減し、軸力に起因するヒステリシスと摺動抵抗を大幅に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
［比較例１］
【００１７】
図１は、従来の可変ノズル装置を備えた可変容量過給機の構成図である。この装置は、 排ガスでタービンインペラ８を回転駆動する可変容量型過給機の可変ノズル装置であり、スクロール室２０、円筒形流路２２、リンク室２４、隙間調整プレート６、及び複数の可変ノズル翼４を備える。
【００１８】
スクロール室２０は、タービンインペラ８を半径方向に間隔を隔てて囲み、内部に外部から排ガスが導入されるようになっている。
円筒形流路２２は、スクロール室２０からタービンインペラ８まで排ガスを案内する一定間隔のガス流路である。
【００１９】
リンク室２４は、円筒形流路２２の一方（図で左側の壁）を構成し、ノズル（可変ノズル翼４）を取り付けるノズル取付面２ａを有する。またこのリンク室２４の内部にノズル駆動リンクが内蔵されている。
このリンク室２４を構成するハウジングは、タービンインペラ８及びスクロール室２０を囲むタービンハウジング１にわずかな隙間を介して嵌合している。この隙間は、可変容量型過給機の使用状態における熱膨張差を吸収し、各ハウジングに過大な応力が発生しないように設定されている。
従ってこの隙間を介してリンク室２４はスクロール室２０と連通している。
【００２０】
ノズル駆動リンクは、上述した揺動ピン１８ａ、連動板１８ｂ、及び連結板１８ｃである。なお本発明はこの構成に限定されず、異なる駆動機構であってもよい。
ノズル駆動リンクの一部（この例では、連動板１８ｂ）は、リンク室２４の外部に設けられたアクチュエータ２６（例えばパルスモータ）で駆動されるようになっている。
アクチュエータ２６の駆動力は、回転軸２７を介してリンク室２４内に伝達される。また、この回転軸２７は、図示しないシールによりガスが漏れないようになっている。
従って、リンク室２４は、スクロール室２０と連通する隙間を有する密閉室であり、リンク室２４の圧力は、スクロール室２０のガス圧と常にほぼ一致して変動する。
【００２１】
隙間調整プレート６は、円筒形流路２２の他方（図で右側の壁）を構成し、ノズル取付面２ａから軸方向に一定の間隔を隔てて位置する。またこの隙間調整プレート６は、反流路側（図で右側）に中空室６ａを構成する。
この例において、隙間調整プレート６の外周部とタービンハウジング１との間にはシール７ａが設けられ、スクロール室２０からのガスの流入を防止している。また、隙間調整プレート６の内周部とタービンインペラ８の周囲との間には隙間が設けられている。
従って、隙間調整プレート６の中空室６ａは、この例では内周部がタービンインペラ８の周囲と連通する密閉室であり、隙間調整プレート６の中空室６ａの圧力は、タービンインペラ８の周囲のガス圧と常にほぼ一致して変動する。
【００２２】
複数の可変ノズル翼４は、ノズル取付面２ａと隙間調整プレート６の間（すなわち円筒形流路２２）に周方向に間隔を隔てて配置されている。円筒形流路２２の間隔は、隙間調整ピン９により、各可変ノズル翼４が壁面（２ａ，６）とわずかな隙間を保持し、漏れが少なく、かつ円滑に作動できるように設定されている。
【００２３】
この例において、各可変ノズル翼１４は、ノズル取付面２ａを貫通するノズル駆動軸３により片持支持され、可変ノズル翼の右端面は、支持部はなく、隙間調整プレート６の表面に沿って摺動するようになっている。
その他の構成は、図９の従来例と同様である。
【００２４】
図２は、図１の可変容量過給機の性能特性図である。この図において、（Ａ）はノズル開度とタービン回転速度と関係図、（Ｂ）はノズル開度とタービン回転数のヒステリシスとの関係図である。
図２（Ａ）において、横軸はノズル開度であり、縦軸はタービン回転速度である。
図２（Ａ）は、可変ノズル翼を全開から全閉にし、次いで、全閉から全開にした場合を図中の矢印で示している。この図から、この可変容量過給機は、ヒステリシスがありタービン回転速度に大きな差が発生することがわかる。
【００２５】
図２（Ｂ）において、横軸はノズル開度であり、縦軸はタービン回転速度差、すなわちヒステリシスである。
この図から、この可変容量過給機は、全開から全閉の場合と全閉から全開の場合とで最大約５０００ｒｐｍの速度差があり、このヒステリシスのため、タービン回転速度の自動制御が困難であることがわかる。
［比較例２］
【００２６】
図３は、改良した可変ノズル装置を備えた可変容量過給機の構成図である。この装置も、排ガスでタービンインペラ８を回転駆動する可変容量型過給機の可変ノズル装置であり、図１と同様にスクロール室２０、円筒形流路２２、リンク室２４、隙間調整プレート６、及び複数の可変ノズル翼４を備える。
【００２７】
この例において、隙間調整プレート６の外周部とタービンハウジング１との間にはシール７ａが設けられ、スクロール室２０からのガスの流入を防止している。また、隙間調整プレート６の内周部とタービンインペラ８の周囲との間には隙間が設けられている。
従って、隙間調整プレート６の中空室６ａは、この例では内周部がタービンインペラ８の周囲と連通する密閉室であり、隙間調整プレート６の中空室６ａの圧力は、タービンインペラ８の周囲のガス圧と常にほぼ一致して変動する。
【００２８】
また、この例において、各可変ノズル翼４は、ノズル取付面２ａを貫通するノズル駆動軸３と隙間調整プレート６を貫通するノズル支持軸２５とで両端支持されている。ノズル駆動軸３とノズル支持軸２５は同軸上に位置し、それぞれの直径は等しく設定されている。
その他の構成は、図１の従来例と同様である。
【００２９】
図４は、図３の可変容量過給機の性能特性図であり、（Ａ）はノズル開度とタービン回転速度と関係図、（Ｂ）はノズル開度とタービン回転数のヒステリシスとの関係図である。
【００３０】
図４（Ａ）から、この可変容量過給機も、図１の従来例よりは小さいがヒステリシスがありタービン回転速度に差が発生することがわかる。
図４（Ｂ）から、この可変容量過給機は、全開から全閉の場合と全閉から全開の場合とで最大約３０００ｒｐｍの速度差があり、このヒステリシスのため、タービン回転速度の自動制御が困難となることがわかる。
【００３１】
図５は、図３の可変容量過給機の別の性能特性図であり、（Ａ）はノズル開度と各部の圧力、（Ｂ）はノズル開度とリンク室と隙間調整プレートの中空室の圧力差の関係図である。
図５（Ａ）から、タービン入口とリンク室の圧力は、常にほぼ一致して変動することがわかる。また、隙間調整プレートの中空室（プレート背面）の圧力は、タービン入口とリンク室の圧力に比較して常に低いことが明かとなった。
また、図５（Ｂ）から、リンク室とプレート背面（隙間調整プレートの中空室）の圧力差は、最大約６００ｍｍＨｇに達し、この差圧による軸力で、可変ノズル翼の摺動抵抗が大きくなり、ノズル取付面や隙間調整プレートに傷や摩耗が短時間で発生していることが明かとなった。
【実施例１】
【００３２】
図６は、本発明の可変ノズル装置の構成図である。この装置も、排ガスでタービンインペラ８を回転駆動する可変容量型過給機の可変ノズル装置であり、図１と同様にスクロール室２０、円筒形流路２２、リンク室２４、隙間調整プレート６、及び複数の可変ノズル翼４を備える。
【００３３】
この例において、隙間調整プレート６は、半径方向内端部に反流路側に突出するＬ字部６ｂを有する。またこのＬ字部６ｂの外周面とタービンインペラを囲むタービンハウジング１との間に、ガスの流れを封止するシールリング７ｂを有する。
また、隙間調整プレート６の外周部とタービンハウジング１との間にはシールがなく、スクロール室２０からガスが流入できるようになっている。
従って、隙間調整プレート６の中空室６ａは、この例では外周部がスクロール室２０と連通する密閉室であり、隙間調整プレート６の中空室６ａの圧力は、スクロール室２０のガス圧と常にほぼ一致して変動する。
【００３４】
また、この例において、各可変ノズル翼４は、ノズル取付面２ａを貫通するノズル駆動軸３と隙間調整プレート６を貫通するノズル支持軸２５とで両端支持されている。ノズル駆動軸３とノズル支持軸２５は同軸上に位置し、それぞれの直径は等しく設定されている。
従って、この例において、リンク室と隙間調整プレートの中空室の圧力は、ノズル駆動軸とノズル支持軸に作用するガス圧による軸力がほぼバランスするように、それぞれ調整されている。
その他の構成は、図１の従来例と同様である。
【００３５】
図７は、図６の可変容量過給機の性能特性図であり、（Ａ）はノズル開度とタービン回転速度と関係図、（Ｂ）はノズル開度とタービン回転数のヒステリシスとの関係図である。
【００３６】
図７（Ａ）から、この可変容量過給機では、ヒステリシスがほとんどなく、タービン回転速度に差がほとんど発生しないことがわかる。
図７（Ｂ）から、この可変容量過給機は、全開から全閉の場合と全閉から全開の場合とで最大約５００ｒｐｍしか速度差がなく、この小さいヒステリシスのため、タービン回転速度の自動制御が従来に比べて容易であることがわかる。
【００３７】
図８は、図６の可変容量過給機の別の性能特性図であり、（Ａ）はノズル開度と各部の圧力、（Ｂ）はノズル開度とリンク室と隙間調整プレートの中空室の圧力差の関係図である。
図８（Ａ）から、タービン入口、リンク室及ぶ隙間調整プレートの中空室（プレート背面）の圧力が、常にほぼ一致して変動することがわかる。
また、図８（Ｂ）から、リンク室とプレート背面（隙間調整プレートの中空室）の圧力差は、常にほとんど皆無（０）であり、差圧による軸力は発生せず、可変ノズル翼の摺動抵抗を大幅に低減し、ノズル取付面や隙間調整プレートに傷や摩耗が発生しないことがわかる。
【００３８】
上述したように、本発明によれば、各可変ノズル翼をノズル駆動軸とノズル支持軸とで両端支持し、隙間調整プレートの半径方向内端部とタービンハウジングとの間に、ガスの流れを封止するシールリングを有する構造により、ノズル両側の圧力を均等に保ち、ノズルに作用する力をバランスさせることにより、ノズル作動時の摺動抵抗を低減することができる。
従って、可変ノズル翼を開から閉にする場合と、閉から開にする場合とで、発生するヒステリシスを大幅に低減することができ、可変ノズル翼の摺動抵抗を低減して、傷や摩耗を防ぎ、傷や摩耗による作動不良や隙間の拡大による性能低下を防止することができる。
【００３９】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来の可変ノズル装置を備えた可変容量過給機の構成図である。
【図２】図１の可変容量過給機の性能特性図である。
【図３】改良した可変ノズル装置を備えた可変容量過給機の構成図である。
【図４】図３の可変容量過給機の性能特性図である。
【図５】図３の可変容量過給機の別の性能特性図である。
【図６】本発明の可変ノズル装置の構成図である。
【図７】図６の可変容量過給機の性能特性図である。
【図８】図６の可変容量過給機の別の性能特性図である。
【図９】従来の可変ノズル装置を備えた可変容量過給機の断面図である。
【図１０】図９の部分矢視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ タービンハウジング、２ａ ノズル取付面、３ ノズル軸、
４ 可変ノズル翼、６ 隙間調整プレート、６ａ 中空室、６ｂ Ｌ字部、
７ａ シール、７ｂ シールリング、８ タービンインペラ、９ 隙間調整ピン、
１０ 可変容量過給機、１２ 軸受ユニット、１３ 連結軸、１４ 圧縮機、
１５ コンプレッサインペラ、１６ タービン、
１８ 可変ノズル装置、１８ａ 揺動ピン、１８ｂ 連動板、１８ｃ 連結板、
２０ スクロール室、２２ 円筒形流路、２４ リンク室、
２５ ノズル支持軸、２６ アクチュエータ、２７ 回転軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスでタービンインペラを回転駆動する可変容量型過給機の可変ノズル装置であって、
タービンインペラを半径方向に間隔を隔てて囲み内部に外部から排ガスが導入されるスクロール室と、
該スクロール室からタービンインペラまで排ガスを案内する一定間隔の円筒形流路と、
該円筒形流路の一方を構成しノズルを取り付けるノズル取付面を有し、内部にノズル駆動リンクが内蔵されたリンク室と、
円筒形流路の他方を構成しノズル取付面から軸方向に一定の間隔を隔てて位置し、反流路側に中空室を構成する隙間調整プレートと、
ノズル取付面と隙間調整プレートの間に周方向に間隔を隔てて配置された複数の可変ノズル翼と、を備え、
前記各可変ノズル翼は、ノズル取付面を貫通するノズル駆動軸と隙間調整プレートを貫通するノズル支持軸とで両端支持され、
リンク室と隙間調整プレートの中空室の圧力は、ノズル駆動軸とノズル支持軸に作用するガス圧による軸力がほぼバランスするように、それぞれ調整されている、ことを特徴とする可変容量型過給機の可変ノズル装置。
【請求項２】
前記リンク室は、スクロール室と連通する隙間を有する密閉室であり、
前記隙間調整プレートの中空室は、外周部がスクロール室と連通する密閉室である、ことを特徴とする請求項１に記載の可変容量型過給機の可変ノズル装置。
【請求項３】
前記隙間調整プレートは、半径方向内端部に反流路側に突出するＬ字部を有し、該Ｌ字部の外周面とタービンインペラを囲むタービンハウジングとの間に、ガスの流れを封止するシールリングを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の可変容量型過給機の可変ノズル装置。
【請求項１】
排ガスでタービンインペラを回転駆動する可変容量型過給機の可変ノズル装置であって、
タービンインペラを半径方向に間隔を隔てて囲み内部に外部から排ガスが導入されるスクロール室と、
該スクロール室からタービンインペラまで排ガスを案内する一定間隔の円筒形流路と、
該円筒形流路の一方を構成しノズルを取り付けるノズル取付面を有し、内部にノズル駆動リンクが内蔵されたリンク室と、
円筒形流路の他方を構成しノズル取付面から軸方向に一定の間隔を隔てて位置し、反流路側に中空室を構成する隙間調整プレートと、
ノズル取付面と隙間調整プレートの間に周方向に間隔を隔てて配置された複数の可変ノズル翼と、を備え、
前記各可変ノズル翼は、ノズル取付面を貫通するノズル駆動軸と隙間調整プレートを貫通するノズル支持軸とで両端支持され、
リンク室と隙間調整プレートの中空室の圧力は、ノズル駆動軸とノズル支持軸に作用するガス圧による軸力がほぼバランスするように、それぞれ調整されている、ことを特徴とする可変容量型過給機の可変ノズル装置。
【請求項２】
前記リンク室は、スクロール室と連通する隙間を有する密閉室であり、
前記隙間調整プレートの中空室は、外周部がスクロール室と連通する密閉室である、ことを特徴とする請求項１に記載の可変容量型過給機の可変ノズル装置。
【請求項３】
前記隙間調整プレートは、半径方向内端部に反流路側に突出するＬ字部を有し、該Ｌ字部の外周面とタービンインペラを囲むタービンハウジングとの間に、ガスの流れを封止するシールリングを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の可変容量型過給機の可変ノズル装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−４０２５１（Ｐ２００７−４０２５１Ａ）
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２２７３５９（Ｐ２００５−２２７３５９）
【出願日】平成１７年８月５日（２００５．８．５）
【出願人】（０００００００９９）石川島播磨重工業株式会社 (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月５日（２００５．８．５）
【出願人】（０００００００９９）石川島播磨重工業株式会社 (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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