過給機
【課題】タービンに流路断面積を可変にする可動ベーンを、コンプレッサに出没式の可動ベーンを適用する場合に、これらの可動ベーンに共通のアクチュエータを備えることで、コンパクト化を図ることが可能な過給機を提供する。
【解決手段】過給機１は、タービン１０側で流路断面積を可変にする第１の可動ベーン４１と、コンプレッサ２０側でディフューザ流路に出没する第２の可動ベーン５１と、第１および第２の可動ベーン４１、５１に共通の駆動モータ６１と、第２の可動ベーン５１をディフューザ流路に出没させるカム機構ＣＭとを備える。カム機構ＣＭは、第１の可動ベーン４１が所定量αよりも閉じた状態で、第２の可動ベーン５１をディフューザ流路に突出させる。
【解決手段】過給機１は、タービン１０側で流路断面積を可変にする第１の可動ベーン４１と、コンプレッサ２０側でディフューザ流路に出没する第２の可動ベーン５１と、第１および第２の可動ベーン４１、５１に共通の駆動モータ６１と、第２の可動ベーン５１をディフューザ流路に出没させるカム機構ＣＭとを備える。カム機構ＣＭは、第１の可動ベーン４１が所定量αよりも閉じた状態で、第２の可動ベーン５１をディフューザ流路に突出させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
過給機では、タービンやコンプレッサに可動ベーンを設けることがある。タービンには、タービンホイールに作動流体を導く流路につき、流路断面積を可変にする可動ベーンを設けることができる。流路断面積を可変にすることで、タービン容量を可変にすることができる。コンプレッサには、ディフューザ流路に出没する出没式の可動ベーンを設けることができる。ディフューザ流路に可動ベーンを出没させることで、圧縮効率と適用可能な流量範囲との両立を図ることができる。
【０００３】
可動ベーンを駆動するにはアクチュエータが必要になる。特許文献１では、タービン側とコンプレッサ側の可動ベーンそれぞれに対し個別にアクチュエータを備えた過給機が開示されている。なお、可動ベーンを駆動するアクチュエータを複数備えた構成には、例えば特許文献２に開示されるような構成もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−２０５３３０号公報
【特許文献２】特開２００９−２７０４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
タービン側とコンプレッサ側の可動ベーンそれぞれに対し個別にアクチュエータを備えると、過給機が大型化する。過給機が大型化すると、過給機の搭載スペースが制限される。このため、タービン側とコンプレッサ側とに共通のアクチュエータを用いることが考えられる。しかしながら、アクチュエータの共通化は必ずしも容易ではない。これは、タービン側とコンプレッサ側とで可動ベーンの作動特性が必ずしも一致しないためである。例えばアクチュエータの共通化は次の場合に困難である。
【０００６】
すなわち、タービンには流路断面積を可変にする可動ベーンを、コンプレッサには出没式の可動ベーンを適用する。タービン側では運転状態に応じて流路断面積を次第に変化させることができる。一方、コンプレッサ側では運転状態に応じて可動ベーンを突出した状態、或いは引き込まれた状態にする。このため、可動ベーンはタービン側とコンプレッサ側とで、運転状態に応じて互いに異なる動作を行う必要がある。そして、このことがアクチュエータの共通化を困難にする。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑み、タービンに流路断面積を可変にする可動ベーンを、コンプレッサに出没式の可動ベーンを適用する場合に、これらの可動ベーンに共通のアクチュエータを備えることで、コンパクト化を図ることが可能な過給機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はタービンおよびコンプレッサと、前記タービンに設けられ、前記タービンが備えるタービンホイールに作動流体を導く流路の断面積を可変にする第１の可動ベーンと、前記コンプレッサに設けられ、前記コンプレッサのディフューザ流路に出没する第２の可動ベーンと、前記第１および第２の可動ベーンに共通のアクチュエータと、前記第２の可動ベーンを前記ディフューザ通路に出没させるカム機構と、を備え、前記アクチュエータが、前記第１の可動ベーンを駆動するとともに、前記カム機構を介して前記第２の可動ベーンを駆動し、前記カム機構が、前記第１の可動ベーンが所定量よりも閉じた状態で、前記第２の可動ベーンを前記ディフューザ通路に突出させる過給機である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、タービンに流路断面積を可変にする可動ベーンを、コンプレッサに出没式の可動ベーンを適用する場合に、これらの可動ベーンに共通のアクチュエータを備えることで、コンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】過給機の概略構成図である。
【図２】可変ノズルベーン機構の正面図である。
【図３】可変ノズルベーン機構の背面図である。
【図４】スライド式ベーン機構の分解構成図である。
【図５】スライド式ベーン機構の側面模式図である。
【図６】コンプレッサ側から見た過給機の外観図である。
【図７】タービン側から見た過給機の外観図である。
【図８】第１および第２の可動ベーンの作動関係をグラフで示す図である。
【図９】スライド式ベーン機構の変形例の側面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。
【００１２】
図１は過給機１の概略構成図である。過給機１はタービン１０およびコンプレッサ２０を備えている。過給機１は例えばエンジンに用いることができる。タービン１０はタービンハウジング１１とタービンホイール１２とを備えている。タービンハウジング１１はタービン１０の筐体をなしている。タービンハウジング１１にはタービンホイール１２が収容されている。
【００１３】
タービンホイール１２の外側には第１のスクロール部１１ａが設けられている。第１のスクロール部１１ａは作動流体（例えばエンジンの排気）の流路を有している。流路はスクロール状の形状をなしている。第１のスクロール部１１ａおよびタービンホイール１２間には流路部１０ａが設けられている。流路部１０ａは作動流体の流路を有している。流路は環状の形状をなしている。
【００１４】
作動流体は第１のスクロール部１１ａ内に導入される。導入された作動流体は、スクロール状の流路に沿った流れを形成しながら、流路部１０ａを介してタービンホイール１２に到達する。したがって、第１のスクロール部１１ａと流路部１０ａとが有する流路それぞれは、タービンホイール１２に作動流体を導く流路となっている。タービンホイール１２に到達した作動流体はタービンホイール１２を回転し、その後、排出口１１ｂを介して排出される。
【００１５】
コンプレッサ２０はコンプレッサハウジング２１とコンプレッサホイール２２とを備えている。コンプレッサハウジング２１はコンプレッサ２０の筐体をなしている。コンプレッサハウジング２１にはコンプレッサホイール２２が収容されている。コンプレッサホイール２２はシャフト３０を介してタービンホイール１２によって回転される。
【００１６】
コンプレッサホイール２２の外側には第２のスクロール部２１ａが設けられている。第２のスクロール部２１ａとコンプレッサホイール２２との間には、ディフューザ部２０ａが設けられている。ディフューザ部２０ａは、環状の流路からなるディフューザ流路を有している。ディフューザ部２０ａは、コンプレッサホイール２２が送り出す流体の運動エネルギーを圧力に変換する。
【００１７】
コンプレッサハウジング２１内には、吸入口２１ｂから流体（例えばエンジンの吸入空気）が吸入される。吸入された流体はコンプレッサホイール２２に向かって流通する。その後、流体はコンプレッサホイール２２の回転により外側に向けて送り出される。送り出された流体は、ディフューザ部２０ａ、第２のスクロール部２１ａを介して例えばエンジンの吸気マニホルド等に供給される。
【００１８】
過給機１ではタービン１０に第１の可動ベーン４１を設けている。第１の可動ベーン４１はノズルベーンであり、タービンホイール１２に作動流体を導入する流路の断面積を可変にする。具体的には第１の可動ベーン４１は流路部１０ａに設けられており、流路部１０ａが有する流路の断面積を可変にする。
【００１９】
第１の可動ベーン４１は、可変ノズルベーン機構４０に組み込まれている。可変ノズルベーン機構４０は、タービンホイール１２の背後側からタービンハウジング１１に組み付けられている。可変ノズルベーン機構４０は第１の可動ベーン４１を可動にする。可変ノズルベーン機構４０について、図２、図３を用いて説明する。
【００２０】
図２は可変ノズルベーン機構４０の正面図、図３は可変ノズルベーン機構４０の背面図である。可変ノズルベーン機構４０は正面側をタービン１０側、背面側をコンプレッサ２０側に合わせた向きで、タービンハウジング１１に組み付けられる。図２に示すように、可変ノズルベーン機構４０は第１の可動ベーン４１のほか、ベースプレート４２とピン４３とを備えている。
【００２１】
第１の可動ベーン４１は、ベースプレート４２に環状の列をなすようにして複数設けられている。ベースプレート４２は環状のプレート部材であり、可変ノズルベーン機構４０の構造的基盤をなす。ベースプレート４２は、流路部１０ａの壁部のうち、タービンホイール１２背後側の壁部を構成する。ピン４３は第１の可動ベーン４１毎に設けられている。
【００２２】
ピン４３は対応する第１の可動ベーン４１に連結されている。ピン４３はベースプレート４２に回転自在に設けられている。したがって、第１の可動ベーン４１はピン４３を介してベースプレート４２に回転自在に設けられている。第１の可動ベーン４１と対応するピン４３とは、ピン４３を軸とした一体回転をする。
【００２３】
図２では開いた状態の第１の可動ベーン４１を実線で示している。さらに一部の第１の可動ベーン４１については、ほぼ閉じた状態を破線で示している。これらの状態の間では、隣り合う第１のベーン４１間に形成される流路の断面積が互いに異なる。すなわち、第１の可動ベーン４１は、具体的には隣り合う第１の可動ベーン４１間に形成される流路それぞれの断面積を可変にする。第１の可動ベーン４１はこれら流路断面積を互いに同様に変更することができる。
【００２４】
図３に示すように、可変ノズルベーン機構４０は第１の操作レバー４４と、駆動ピン４５と、駆動アーム４６と、駆動リング４７と、ベーンアーム４８と、ローラ４９とを備えている。これら４４から４９まではベースプレート４２の背面側に設けられており、第１の可動ベーン４１の操作機構を構成する。この操作機構の仕組みは次の通りである。
【００２５】
すなわち、第１の操作レバー４４への駆動入力が、まず駆動ピン４５および駆動アーム４６を介して駆動リング４７に伝わる。そして、駆動リング４７を介してさらに複数のベーンアーム４８に伝わる。ベーンアーム４８は第１の可動ベーン４１毎に設けられている。そして、ベーンアーム４８と対応する第１の可動ベーン４１とは、ベースプレート４２を貫通するピン４３を介して連結されている。
【００２６】
このため、駆動入力が伝達されたベーンアーム４８はピン４３を軸にして回転する。そして、これに応じて対応する第１の可動ベーン４１も一体回転する。第１の可動ベーン４１は、駆動リング４７が矢印Ｃｔ方向に駆動された場合に閉じる方向に回転する。また、矢印Ｏｔの方向に駆動された場合に開く方向に回転する。
【００２７】
より詳細な説明は次の通りである。第１の操作レバー４４は駆動リング４７の外側から内側にかけて設けられている。第１の操作レバー４４の先端部は駆動ピン４５を介して駆動アーム４６の後端部と連結されている。駆動ピン４５はベースプレート４２に回転自在に設けられている。このため、第１の操作レバー４４、駆動ピン４５および駆動アーム４６は駆動ピン４５を軸とした一体回転をする。
【００２８】
ベースプレート４２の外側には、駆動リング４７が設けられている。駆動リング４７の内周部には、凹状の溝からなる第１の係合部４７ａが設けられている。第１の係合部４７ａには、駆動アーム４６の先端部が駆動リング４７の内側から係合している。駆動アーム４６の先端部は駆動ピン４５を軸にして円弧を描くように動作する。また、駆動リング４７は複数のローラ４９でベースプレート４２に回転自在に設けられている。このため、第１の操作レバー４４への駆動入力で駆動リング４７が回転する。
【００２９】
駆動リング４７は、凹状の溝からなる第２の係合部４７ｂを内周部に複数備えている。第２の係合部４７ｂはベーンアーム４８毎に設けられている。第２の係合部４７ｂには、対応するベーンアーム４８の先端部が駆動リング４７の内側から係合している。一方、ベーンアーム４８の後端部は第１の可動ベーン４１とピン４３で連結されている。このため、駆動リング４７が回転すると、ベーンアーム４８の先端部がピン４３を軸にして円弧を描くように動作する。そしてこれにより、ピン４３および第１の可動ベーン４１が一体回転する。
【００３０】
図１に示すように、過給機１ではコンプレッサ２０に第２の可動ベーン５１を設けている。第２の可動ベーン５１はディフューザ部２０ａに設けられており、ディフューザ流路に出没する。第２の可動ベーン５１は、スライド式ベーン機構５０に組み込まれている。スライド式ベーン機構５０は、コンプレッサホイール２２の背後側からコンプレッサハウジング２１に組み付けられている。スライド式ベーン機構５０は第２の可動ベーン５１を可動にする。スライド式ベーン機構５０について、図４、図５を用いて説明する。
【００３１】
図４はスライド式ベーン機構５０の分解構成図である。図５はスライド式ベーン機構５０の側面模式図である。図５では、コンプレッサハウジング２１とともにスライド式ベーン機構５０を示している。そして、図５（ａ）は第２の可動ベーン５１がディフューザ流路に突出した状態を、図５（ｂ）は第２の可動ベーン５１が後述するスリット５２ａに引き込まれた状態を示している。
【００３２】
スライド式ベーン機構５０は、図４に図示された側を表面側として、表面側をコンプレッサ２０側に合わせた向きでコンプレッサハウジング２１に組み付けられる。スライド式ベーン機構５０は第２の可動ベーン５１のほか、ディフューザプレート５２と、可動部材５３と、カムリング５４と、第２の操作レバー５５と、スプリング５６とを備えている。
【００３３】
ディフューザプレート５２は環状のプレート部材である。ディフューザプレート５２は、ディフューザ部２０ａの壁部のうち、コンプレッサホイール２２背後側の壁部を構成する。ディフューザプレート５２にはスリット５２ａが設けられている。スリット５２ａは第２の可動ベーン５１毎に設けられている。スリット５２ａは第２の可動ベーン５１の形状に合わせて形成されている。スリット５２ａは、第２の可動ベーン５１のディフューザ流路への出没を可能にする。
【００３４】
ディフューザプレート５２の背後には、可動部材５３が設けられている。可動部材５３は環状の部材であり、可動部材５３には第２可動ベーン５１が設けられている。第２の可動ベーン５１は、可動部材５３の表面側に環状の列をなすようにして複数設けられている。これら複数の第２の可動ベーン５１は可動部材５３に一体形成されている。可動部材５３は過給機１の軸方向に沿って移動可能に設けられている。可動部材５３は過給機１の軸方向に沿って移動することで、第２の可動ベーン５１をディフューザ流路に出没させる。
【００３５】
可動部材５３の背後には、カムリング５４が設けられている。カムリング５４は円筒状の部材であり、過給機１の軸周りに回転可能に設けられる。カムリング５４は突き出し部５４ａと、引き込み部５４ｂと、接続部５４ｃとを備えている。これら突き出し部５４ａ、引き込み部５４ｂおよび接続部５４ｃは、カムリング５４の表面側に設けられている。
【００３６】
突き出し部５４ａは周方向に沿って均等に複数（ここでは３つ）設けられている。複数の突き出し部５４ａは、カムリング５４背後側の円形端部を底部として、底部から互いに同様の高さで平らに形成されている。引き込み部５４ｂは隣り合う突き出し部５４ａの間に設けられている。複数の引き込み部５４ｂも底部から互いに同様の高さで平らに形成されている。突き出し部５４ａは引き込み部５４ｂよりも表面側に突き出している。
【００３７】
突き出し部５４ａそれぞれは、隣り合う引き込み部５４ｂのうち、同方向に位置する引き込み部５４ｂそれぞれとの間で、接続部５４ｃによって接続されている。接続部５４ｃは、引き込み部５４ｂから突き出し部５４ａに向かって斜めに立ち上がるようにして傾斜している。接続部５４ｃはこれら突き出し部５４ａ、引き込み部５４ｂと滑らかな接合カーブを有して接合されている。これら突き出し部５４ａ、引き込み部５４ｂおよび接続部５４ｃは、カムＣＭを構成している。
【００３８】
カムＣＭはカム係合部５３ａと係合する。カム係合部５３ａは可動部材５３にカムＣＭ毎に設けられている。カム係合部５３ａは、可動部材５３の外周から突起するように設けられている。径方向に沿ったカム係合部５３ａの位置は、カムＣＭと係合可能な位置に設定されている。周方向に沿ったカム係合部５３ａの幅は、周方向に沿った引き込み部５４ｂの幅よりも小さく設定されている。カムＣＭとカム係合部５３ａとはカム機構に相当する。カム係合部５３ａは例えばブロック状に突起していてもよい。
【００３９】
カム機構はカムリング５４の回転方向に応じて次のように作動する。すなわち、カムリング５４が矢印Ｃｃ方向に回転した場合、カム機構は第２の可動ベーン５１をディフューザ流路に突出させるように作動する。また矢印Ｏｃの方向に回転した場合、カム機構は第２の可動ベーン５１をスリット５２ａに引き込むように作動する。カム機構はこのようにして第２の可動ベーン５１をディフューザ流路に出没させる。
【００４０】
第２の操作レバー５５は、カムリング５４に設けられている。第２の操作レバー５５は外部から操作可能に設けられている。第２の操作レバー５５は外部からのカムリング５４の駆動を可能にする。したがって、カムリング５４は、第２の操作レバー５５を介した駆動入力によって回転駆動する。
【００４１】
スプリング５６はディフューザプレート５２と可動部材５３との間に設けられている。スプリング５６は可動部材５３をカムリング５４側に付勢する。そしてこれにより、可動部材５３の不要な動きを規制する。スプリング５６は次のようにして設けることができる。すなわち、可動部材５３の表面側にスプリング５６を収納可能な収納部５３ｂを周方向に沿って均等に複数設ける。そして、各収納部５３ｂにスプリング５６を設ける。収納部５３ｂは有底円筒状の形状に形成することができる。
【００４２】
図６はコンプレッサ２０側から見た過給機１の外観図である。図７はタービン１０側から見た過給機１の外観図である。過給機１はモータ駆動機構６０を備えている。モータ駆動機構６０は駆動モータ６１と、減速機６２と、出力軸６３とを備えている。駆動モータ６１の出力は減速機６２を介して出力軸６３に伝達される。駆動モータ６１は、所定の角度範囲内で出力軸６３を回転駆動する。出力軸６３は過給機１の軸方向に沿って設けられている。
【００４３】
過給機１は、リンク駆動機構７０を備えている。リンク駆動機構７０は、出力レバー７１と、吸気側リンク機構８０と、排気側リンク機構９０とを備えている。出力レバー７１は、出力軸６３に設けられている。出力レバー７１は出力軸６３から径方向に互いに反対側に向かって延伸している。出力レバー７１は出力軸６３に連結されており、出力軸６３と一体回転する。
【００４４】
出力レバー７１の一端側には吸気側リンク機構８０が、他端側には排気側リンク機構９０が接続されている。吸気側リンク機構８０は、出力レバー７１と第２の操作レバー５５とを接続する。排気側リンク機構９０は、出力レバー７１と第１の操作レバー４４とを接続する。
【００４５】
吸気側リンク機構８０は、ロッド８１と、接続ピン８２、８３とを備えている。ロッド８１は、接続ピン８２を介して出力レバー７１と回転可能に接続されている。またロッド８１は接続ピン８３を介して第２の操作レバー５５と回転可能に接続されている。なお、排気側リンク機構９０にも同様の構造を適用している。このため、排気側リンク機構９０については説明を省略する。
【００４６】
リンク機構８０、９０を備えた過給機１では、出力軸６３が矢印Ｃ方向に回転する場合、駆動軸６３の回転が第２の操作レバー５５を押すように作用する。このため、第２の操作レバー５５は矢印Ｃｃ方向にカムリング５４を駆動する。結果、カム機構の作動に応じて、第２の可動ベーン５１がディフューザ流路に突出する。
同時に、矢印Ｃ方向に回転する場合、駆動軸６３の回転は第１の操作レバー４４を引っ張るように作用する。このため、第１の操作レバー４４は矢印Ｃｔ方向に駆動リング４７を駆動する。結果、第１の可動ベーン４１が閉じる方向に回転する。
【００４７】
矢印Ｏ方向に回転する場合、駆動軸６３の回転は第２の操作レバー５５を引っ張るように作用する。このため、第２の操作レバー５５は矢印Ｏｃ方向にカムリング５４を駆動する。結果、カム機構の作動に応じて、第２の可動ベーン５１がスリット５２ａに引き込まれる。
同時に、矢印Ｏ方向に回転する場合、駆動軸６３の回転は第１の操作レバー４４を押すように作用する。このため、第１の操作レバー４４は矢印Ｏｔ方向に駆動リング４７を駆動する。結果、第１の可動ベーン４１が開く方向に回転する。
【００４８】
したがって、過給機１では出力軸６３を回転する駆動モータ６１が、第１の可動ベーン４１を駆動するとともに、カム機構を介して第２の可動ベーン５１を駆動するアクチュエータに相当する。
【００４９】
第１および第２の可動ベーン４１、５１に求められる作動特性は次の通りである。すなわち、第１の可動ベーン４１については、タービン１０を流通する作動流体の流量が小さい場合ほど、第１の可動ベーン４１をより閉じた状態にする。作動流体の流速を高めることで、過給圧を高めるためである。これにより、タービン容量が可変となる。
【００５０】
第２の可動ベーン５１については、コンプレッサ２０を流通する流体の流量が小さい場合に、第２の可動ベーン５１をディフューザ流路に突出させる。過給効率を高めるためである。また流体の流量が大きい場合に、第２の可動ベーン５１をスリット５２ａに引き込む。適用可能な流量範囲が狭くなることを防止するためである。
【００５１】
このように第１および第２の可動ベーン４１、５１に求められる作動特性は互いに異なる。これに対し、過給機１は次のようにして第１および第２の可動ベーン４１、５１を共通の駆動モータ６１で駆動する。図８は第１および第２の可動ベーン４１、５１の作動関係をグラフで示す図である。縦軸は第２の可動ベーン５１の状態、横軸は第１の可動ベーン４１の状態を示す。
【００５２】
第１の可動ベーン４１が最も閉じた状態で、第２の可動ベーン５１は突出している。この状態から、駆動モータ６１が前述した矢印Ｏ方向に回転すると、第１の可動ベーン４１は駆動モータ６１の回転に応じて次第に開く。一方、第２の可動ベーン５１は第１の可動ベーン４１が所定量αよりも閉じた状態では突出したままの状態となる。
【００５３】
これは、第１の可動ベーン４１が駆動モータ６１の連続的な回転に応じてリニアな特性で開閉される一方、第２の可動ベーン５１がカム機構を介して駆動されるためである。このような状態を実現するため、過給機１では第１の可動ベーン４１が所定量αよりも閉じた状態で、第２の可動ベーン５１をディフューザ通路に突出させるように突き出し部５４ａを設けている。所定量αは中間領域に設定されている。但しこれに限られず、所定量αはカムＣＭとカム係合部５３ａの位置関係によって適宜設定できる。
【００５４】
第１の可動ベーン４１が所定値α以上に開いた場合、第２の可動ベーン５１はカム機構の作動に応じて没入する。スリット５２ａに完全に没入するまでの間における第２の可動ベーン５１の作動特性は、状態の変化速度が急増するように設定されている。この間の作動特性は接続部５４ｃの傾斜度合いで調整できる。また、滑らかな接合カーブを設けることで、第２の可動ベーン５１をスムースに駆動できる。第２の可動ベーン５１が完全に没入した後、第１の可動ベーン４１が最も開いた状態になるまでの間では、第２の可動ベーン５１は没入したままの状態になる。
【００５５】
次に過給機１の作用効果について説明する。過給機１は上述した通り、作動特性が異なる第１および第２の可動ベーン４１、５１を共通の駆動モータ６１で駆動することができる。このため過給機１は、タービン１０に流路断面積を可変にする第１の可動ベーン４１を、コンプレッサ２０に出没式の第２の可動ベーン５１を適用する場合に、これらの可動ベーン４１、５１に共通の駆動モータ６１を備えることで、コンパクト化を図ることができる。
【００５６】
また過給機１では、第１の可動ベーン４１が駆動リング４７を介して、第２の可動ベーン５１がカムリング５４を介して駆動される。この点、駆動リング４７とカムリング５４とは、第１および第２の可動ベーン４１、５１を駆動するにあたり、過給機１の軸に垂直な平面上で、さらに具体的には過給機１の軸周りに外部から回転駆動させることが可能な被駆動部材となっている。
【００５７】
このため過給機１は、駆動リング４７とカムリング５４とを備えることで、タービン１０側とコンプレッサ２０側とで駆動入力の態様を合わせることができ、結果、リンク駆動機構７０を簡素化できる。また、カム機構を構成するカムリング５４を被駆動部材とすることで、合理的な構成とすることができる。また、第１の可動ベーン４１を駆動するのにモータ駆動機構６０を用いる構成をベースとする場合には、モータ駆動機構６０を特段変更することなく、第２の可動ベーン５１を駆動できる。
【００５８】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば上述した実施例では、第１の可動ベーン４１が隣り合う第１の可動ベーン４１間に形成される流路それぞれの断面積を可変する場合について説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、第１の可動ベーンは例えばスクロール流路の断面積を可変にするものであってもよい。
【００５９】
また例えば、カム機構は次のように構成することもできる。図９はスライド式ベーン機構５０の変形例であるスライド式ベーン機構５０´の側面模式図である。図９（ａ）は第２の可動ベーン５１がディフューザ流路に突出した状態を、図９（ｂ）は第２の可動ベーン５１がスリット５２ａに引き込まれた状態を示している。
【００６０】
可動部材５３´はカム係合部５３ａ´を備える。カムリング５４´は突き出し部５４ａ´、引き込み部５４ｂ´および接続部５４ｃ´を備える。突き出し部５４ａ´にはボール５７が設けられている。カムＣＭ´は、突き出し部５４ａ´と、引き込み部５４ｂ´と、接続部５４ｃ´と、ボール５７とで構成されている。カム機構は、カムＣＭ´とカム係合部５３ａ´とで実現される。
【００６１】
ボール５７は転動体であり、突き出し部５４ａ´のうち、接続部５４ｃ´付近の部分に転動可能に設けられている。転動体としては、ボール５７の代わりに例えばコロも適用できる。カム係合部５３ａ´は、可動部材５３´の背面外周部から隆起するように設けられている。カム係合部５３ａ´と引き込み部５４ｂ´との周方向に沿った幅は、カム係合部５３ａ´のほうが引き込み部５４ｂ´よりも小さくなるように設定されている。
【００６２】
カム係合部５３ａ´の周方向に沿った端部のうち、カムＣＭ´と係合する側の端部には、傾斜部５３ａａ´が設けられている。ボール５７は、係合時に傾斜部５３ａａ´に当接するように設けられている。傾斜部５３ａａ´および接続部５４ｃ´の傾斜度合いは、傾斜部５３ａａ´の傾斜度合いのほうが、接続部５４ｃ´の傾斜度合いよりも小さくなるように設定することができる。スライド式ベーン機構５０´では、カムリング５４´が可動部材５３´との間にボール５７を介した状態で回転する。このためスライド式ベーン機構５０´では、カム機構をスムースに作動させることができる。
【符号の説明】
【００６３】
過給機 １
タービン １０
流路部 １０ａ
コンプレッサ ２０
ディフューザ部 ２０ａ
シャフト ３０
可変ノズルベーン機構 ４０
第１の可動ベーン ４１
第１の操作レバー ４４
スライド式ベーン機構 ５０
第２の可動ベーン ５１
ディフューザプレート ５２
可動部材 ５３
カムリング ５４
第２の操作レバー ５５
モータ駆動機構 ６０
駆動モータ ６１
減速機 ６２
出力軸 ６３
リンク駆動機構 ７０
出力レバー ７１
吸気側リンク機構 ８０
排気側リンク機構 ９０
【技術分野】
【０００１】
本発明は過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
過給機では、タービンやコンプレッサに可動ベーンを設けることがある。タービンには、タービンホイールに作動流体を導く流路につき、流路断面積を可変にする可動ベーンを設けることができる。流路断面積を可変にすることで、タービン容量を可変にすることができる。コンプレッサには、ディフューザ流路に出没する出没式の可動ベーンを設けることができる。ディフューザ流路に可動ベーンを出没させることで、圧縮効率と適用可能な流量範囲との両立を図ることができる。
【０００３】
可動ベーンを駆動するにはアクチュエータが必要になる。特許文献１では、タービン側とコンプレッサ側の可動ベーンそれぞれに対し個別にアクチュエータを備えた過給機が開示されている。なお、可動ベーンを駆動するアクチュエータを複数備えた構成には、例えば特許文献２に開示されるような構成もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−２０５３３０号公報
【特許文献２】特開２００９−２７０４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
タービン側とコンプレッサ側の可動ベーンそれぞれに対し個別にアクチュエータを備えると、過給機が大型化する。過給機が大型化すると、過給機の搭載スペースが制限される。このため、タービン側とコンプレッサ側とに共通のアクチュエータを用いることが考えられる。しかしながら、アクチュエータの共通化は必ずしも容易ではない。これは、タービン側とコンプレッサ側とで可動ベーンの作動特性が必ずしも一致しないためである。例えばアクチュエータの共通化は次の場合に困難である。
【０００６】
すなわち、タービンには流路断面積を可変にする可動ベーンを、コンプレッサには出没式の可動ベーンを適用する。タービン側では運転状態に応じて流路断面積を次第に変化させることができる。一方、コンプレッサ側では運転状態に応じて可動ベーンを突出した状態、或いは引き込まれた状態にする。このため、可動ベーンはタービン側とコンプレッサ側とで、運転状態に応じて互いに異なる動作を行う必要がある。そして、このことがアクチュエータの共通化を困難にする。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑み、タービンに流路断面積を可変にする可動ベーンを、コンプレッサに出没式の可動ベーンを適用する場合に、これらの可動ベーンに共通のアクチュエータを備えることで、コンパクト化を図ることが可能な過給機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はタービンおよびコンプレッサと、前記タービンに設けられ、前記タービンが備えるタービンホイールに作動流体を導く流路の断面積を可変にする第１の可動ベーンと、前記コンプレッサに設けられ、前記コンプレッサのディフューザ流路に出没する第２の可動ベーンと、前記第１および第２の可動ベーンに共通のアクチュエータと、前記第２の可動ベーンを前記ディフューザ通路に出没させるカム機構と、を備え、前記アクチュエータが、前記第１の可動ベーンを駆動するとともに、前記カム機構を介して前記第２の可動ベーンを駆動し、前記カム機構が、前記第１の可動ベーンが所定量よりも閉じた状態で、前記第２の可動ベーンを前記ディフューザ通路に突出させる過給機である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、タービンに流路断面積を可変にする可動ベーンを、コンプレッサに出没式の可動ベーンを適用する場合に、これらの可動ベーンに共通のアクチュエータを備えることで、コンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】過給機の概略構成図である。
【図２】可変ノズルベーン機構の正面図である。
【図３】可変ノズルベーン機構の背面図である。
【図４】スライド式ベーン機構の分解構成図である。
【図５】スライド式ベーン機構の側面模式図である。
【図６】コンプレッサ側から見た過給機の外観図である。
【図７】タービン側から見た過給機の外観図である。
【図８】第１および第２の可動ベーンの作動関係をグラフで示す図である。
【図９】スライド式ベーン機構の変形例の側面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。
【００１２】
図１は過給機１の概略構成図である。過給機１はタービン１０およびコンプレッサ２０を備えている。過給機１は例えばエンジンに用いることができる。タービン１０はタービンハウジング１１とタービンホイール１２とを備えている。タービンハウジング１１はタービン１０の筐体をなしている。タービンハウジング１１にはタービンホイール１２が収容されている。
【００１３】
タービンホイール１２の外側には第１のスクロール部１１ａが設けられている。第１のスクロール部１１ａは作動流体（例えばエンジンの排気）の流路を有している。流路はスクロール状の形状をなしている。第１のスクロール部１１ａおよびタービンホイール１２間には流路部１０ａが設けられている。流路部１０ａは作動流体の流路を有している。流路は環状の形状をなしている。
【００１４】
作動流体は第１のスクロール部１１ａ内に導入される。導入された作動流体は、スクロール状の流路に沿った流れを形成しながら、流路部１０ａを介してタービンホイール１２に到達する。したがって、第１のスクロール部１１ａと流路部１０ａとが有する流路それぞれは、タービンホイール１２に作動流体を導く流路となっている。タービンホイール１２に到達した作動流体はタービンホイール１２を回転し、その後、排出口１１ｂを介して排出される。
【００１５】
コンプレッサ２０はコンプレッサハウジング２１とコンプレッサホイール２２とを備えている。コンプレッサハウジング２１はコンプレッサ２０の筐体をなしている。コンプレッサハウジング２１にはコンプレッサホイール２２が収容されている。コンプレッサホイール２２はシャフト３０を介してタービンホイール１２によって回転される。
【００１６】
コンプレッサホイール２２の外側には第２のスクロール部２１ａが設けられている。第２のスクロール部２１ａとコンプレッサホイール２２との間には、ディフューザ部２０ａが設けられている。ディフューザ部２０ａは、環状の流路からなるディフューザ流路を有している。ディフューザ部２０ａは、コンプレッサホイール２２が送り出す流体の運動エネルギーを圧力に変換する。
【００１７】
コンプレッサハウジング２１内には、吸入口２１ｂから流体（例えばエンジンの吸入空気）が吸入される。吸入された流体はコンプレッサホイール２２に向かって流通する。その後、流体はコンプレッサホイール２２の回転により外側に向けて送り出される。送り出された流体は、ディフューザ部２０ａ、第２のスクロール部２１ａを介して例えばエンジンの吸気マニホルド等に供給される。
【００１８】
過給機１ではタービン１０に第１の可動ベーン４１を設けている。第１の可動ベーン４１はノズルベーンであり、タービンホイール１２に作動流体を導入する流路の断面積を可変にする。具体的には第１の可動ベーン４１は流路部１０ａに設けられており、流路部１０ａが有する流路の断面積を可変にする。
【００１９】
第１の可動ベーン４１は、可変ノズルベーン機構４０に組み込まれている。可変ノズルベーン機構４０は、タービンホイール１２の背後側からタービンハウジング１１に組み付けられている。可変ノズルベーン機構４０は第１の可動ベーン４１を可動にする。可変ノズルベーン機構４０について、図２、図３を用いて説明する。
【００２０】
図２は可変ノズルベーン機構４０の正面図、図３は可変ノズルベーン機構４０の背面図である。可変ノズルベーン機構４０は正面側をタービン１０側、背面側をコンプレッサ２０側に合わせた向きで、タービンハウジング１１に組み付けられる。図２に示すように、可変ノズルベーン機構４０は第１の可動ベーン４１のほか、ベースプレート４２とピン４３とを備えている。
【００２１】
第１の可動ベーン４１は、ベースプレート４２に環状の列をなすようにして複数設けられている。ベースプレート４２は環状のプレート部材であり、可変ノズルベーン機構４０の構造的基盤をなす。ベースプレート４２は、流路部１０ａの壁部のうち、タービンホイール１２背後側の壁部を構成する。ピン４３は第１の可動ベーン４１毎に設けられている。
【００２２】
ピン４３は対応する第１の可動ベーン４１に連結されている。ピン４３はベースプレート４２に回転自在に設けられている。したがって、第１の可動ベーン４１はピン４３を介してベースプレート４２に回転自在に設けられている。第１の可動ベーン４１と対応するピン４３とは、ピン４３を軸とした一体回転をする。
【００２３】
図２では開いた状態の第１の可動ベーン４１を実線で示している。さらに一部の第１の可動ベーン４１については、ほぼ閉じた状態を破線で示している。これらの状態の間では、隣り合う第１のベーン４１間に形成される流路の断面積が互いに異なる。すなわち、第１の可動ベーン４１は、具体的には隣り合う第１の可動ベーン４１間に形成される流路それぞれの断面積を可変にする。第１の可動ベーン４１はこれら流路断面積を互いに同様に変更することができる。
【００２４】
図３に示すように、可変ノズルベーン機構４０は第１の操作レバー４４と、駆動ピン４５と、駆動アーム４６と、駆動リング４７と、ベーンアーム４８と、ローラ４９とを備えている。これら４４から４９まではベースプレート４２の背面側に設けられており、第１の可動ベーン４１の操作機構を構成する。この操作機構の仕組みは次の通りである。
【００２５】
すなわち、第１の操作レバー４４への駆動入力が、まず駆動ピン４５および駆動アーム４６を介して駆動リング４７に伝わる。そして、駆動リング４７を介してさらに複数のベーンアーム４８に伝わる。ベーンアーム４８は第１の可動ベーン４１毎に設けられている。そして、ベーンアーム４８と対応する第１の可動ベーン４１とは、ベースプレート４２を貫通するピン４３を介して連結されている。
【００２６】
このため、駆動入力が伝達されたベーンアーム４８はピン４３を軸にして回転する。そして、これに応じて対応する第１の可動ベーン４１も一体回転する。第１の可動ベーン４１は、駆動リング４７が矢印Ｃｔ方向に駆動された場合に閉じる方向に回転する。また、矢印Ｏｔの方向に駆動された場合に開く方向に回転する。
【００２７】
より詳細な説明は次の通りである。第１の操作レバー４４は駆動リング４７の外側から内側にかけて設けられている。第１の操作レバー４４の先端部は駆動ピン４５を介して駆動アーム４６の後端部と連結されている。駆動ピン４５はベースプレート４２に回転自在に設けられている。このため、第１の操作レバー４４、駆動ピン４５および駆動アーム４６は駆動ピン４５を軸とした一体回転をする。
【００２８】
ベースプレート４２の外側には、駆動リング４７が設けられている。駆動リング４７の内周部には、凹状の溝からなる第１の係合部４７ａが設けられている。第１の係合部４７ａには、駆動アーム４６の先端部が駆動リング４７の内側から係合している。駆動アーム４６の先端部は駆動ピン４５を軸にして円弧を描くように動作する。また、駆動リング４７は複数のローラ４９でベースプレート４２に回転自在に設けられている。このため、第１の操作レバー４４への駆動入力で駆動リング４７が回転する。
【００２９】
駆動リング４７は、凹状の溝からなる第２の係合部４７ｂを内周部に複数備えている。第２の係合部４７ｂはベーンアーム４８毎に設けられている。第２の係合部４７ｂには、対応するベーンアーム４８の先端部が駆動リング４７の内側から係合している。一方、ベーンアーム４８の後端部は第１の可動ベーン４１とピン４３で連結されている。このため、駆動リング４７が回転すると、ベーンアーム４８の先端部がピン４３を軸にして円弧を描くように動作する。そしてこれにより、ピン４３および第１の可動ベーン４１が一体回転する。
【００３０】
図１に示すように、過給機１ではコンプレッサ２０に第２の可動ベーン５１を設けている。第２の可動ベーン５１はディフューザ部２０ａに設けられており、ディフューザ流路に出没する。第２の可動ベーン５１は、スライド式ベーン機構５０に組み込まれている。スライド式ベーン機構５０は、コンプレッサホイール２２の背後側からコンプレッサハウジング２１に組み付けられている。スライド式ベーン機構５０は第２の可動ベーン５１を可動にする。スライド式ベーン機構５０について、図４、図５を用いて説明する。
【００３１】
図４はスライド式ベーン機構５０の分解構成図である。図５はスライド式ベーン機構５０の側面模式図である。図５では、コンプレッサハウジング２１とともにスライド式ベーン機構５０を示している。そして、図５（ａ）は第２の可動ベーン５１がディフューザ流路に突出した状態を、図５（ｂ）は第２の可動ベーン５１が後述するスリット５２ａに引き込まれた状態を示している。
【００３２】
スライド式ベーン機構５０は、図４に図示された側を表面側として、表面側をコンプレッサ２０側に合わせた向きでコンプレッサハウジング２１に組み付けられる。スライド式ベーン機構５０は第２の可動ベーン５１のほか、ディフューザプレート５２と、可動部材５３と、カムリング５４と、第２の操作レバー５５と、スプリング５６とを備えている。
【００３３】
ディフューザプレート５２は環状のプレート部材である。ディフューザプレート５２は、ディフューザ部２０ａの壁部のうち、コンプレッサホイール２２背後側の壁部を構成する。ディフューザプレート５２にはスリット５２ａが設けられている。スリット５２ａは第２の可動ベーン５１毎に設けられている。スリット５２ａは第２の可動ベーン５１の形状に合わせて形成されている。スリット５２ａは、第２の可動ベーン５１のディフューザ流路への出没を可能にする。
【００３４】
ディフューザプレート５２の背後には、可動部材５３が設けられている。可動部材５３は環状の部材であり、可動部材５３には第２可動ベーン５１が設けられている。第２の可動ベーン５１は、可動部材５３の表面側に環状の列をなすようにして複数設けられている。これら複数の第２の可動ベーン５１は可動部材５３に一体形成されている。可動部材５３は過給機１の軸方向に沿って移動可能に設けられている。可動部材５３は過給機１の軸方向に沿って移動することで、第２の可動ベーン５１をディフューザ流路に出没させる。
【００３５】
可動部材５３の背後には、カムリング５４が設けられている。カムリング５４は円筒状の部材であり、過給機１の軸周りに回転可能に設けられる。カムリング５４は突き出し部５４ａと、引き込み部５４ｂと、接続部５４ｃとを備えている。これら突き出し部５４ａ、引き込み部５４ｂおよび接続部５４ｃは、カムリング５４の表面側に設けられている。
【００３６】
突き出し部５４ａは周方向に沿って均等に複数（ここでは３つ）設けられている。複数の突き出し部５４ａは、カムリング５４背後側の円形端部を底部として、底部から互いに同様の高さで平らに形成されている。引き込み部５４ｂは隣り合う突き出し部５４ａの間に設けられている。複数の引き込み部５４ｂも底部から互いに同様の高さで平らに形成されている。突き出し部５４ａは引き込み部５４ｂよりも表面側に突き出している。
【００３７】
突き出し部５４ａそれぞれは、隣り合う引き込み部５４ｂのうち、同方向に位置する引き込み部５４ｂそれぞれとの間で、接続部５４ｃによって接続されている。接続部５４ｃは、引き込み部５４ｂから突き出し部５４ａに向かって斜めに立ち上がるようにして傾斜している。接続部５４ｃはこれら突き出し部５４ａ、引き込み部５４ｂと滑らかな接合カーブを有して接合されている。これら突き出し部５４ａ、引き込み部５４ｂおよび接続部５４ｃは、カムＣＭを構成している。
【００３８】
カムＣＭはカム係合部５３ａと係合する。カム係合部５３ａは可動部材５３にカムＣＭ毎に設けられている。カム係合部５３ａは、可動部材５３の外周から突起するように設けられている。径方向に沿ったカム係合部５３ａの位置は、カムＣＭと係合可能な位置に設定されている。周方向に沿ったカム係合部５３ａの幅は、周方向に沿った引き込み部５４ｂの幅よりも小さく設定されている。カムＣＭとカム係合部５３ａとはカム機構に相当する。カム係合部５３ａは例えばブロック状に突起していてもよい。
【００３９】
カム機構はカムリング５４の回転方向に応じて次のように作動する。すなわち、カムリング５４が矢印Ｃｃ方向に回転した場合、カム機構は第２の可動ベーン５１をディフューザ流路に突出させるように作動する。また矢印Ｏｃの方向に回転した場合、カム機構は第２の可動ベーン５１をスリット５２ａに引き込むように作動する。カム機構はこのようにして第２の可動ベーン５１をディフューザ流路に出没させる。
【００４０】
第２の操作レバー５５は、カムリング５４に設けられている。第２の操作レバー５５は外部から操作可能に設けられている。第２の操作レバー５５は外部からのカムリング５４の駆動を可能にする。したがって、カムリング５４は、第２の操作レバー５５を介した駆動入力によって回転駆動する。
【００４１】
スプリング５６はディフューザプレート５２と可動部材５３との間に設けられている。スプリング５６は可動部材５３をカムリング５４側に付勢する。そしてこれにより、可動部材５３の不要な動きを規制する。スプリング５６は次のようにして設けることができる。すなわち、可動部材５３の表面側にスプリング５６を収納可能な収納部５３ｂを周方向に沿って均等に複数設ける。そして、各収納部５３ｂにスプリング５６を設ける。収納部５３ｂは有底円筒状の形状に形成することができる。
【００４２】
図６はコンプレッサ２０側から見た過給機１の外観図である。図７はタービン１０側から見た過給機１の外観図である。過給機１はモータ駆動機構６０を備えている。モータ駆動機構６０は駆動モータ６１と、減速機６２と、出力軸６３とを備えている。駆動モータ６１の出力は減速機６２を介して出力軸６３に伝達される。駆動モータ６１は、所定の角度範囲内で出力軸６３を回転駆動する。出力軸６３は過給機１の軸方向に沿って設けられている。
【００４３】
過給機１は、リンク駆動機構７０を備えている。リンク駆動機構７０は、出力レバー７１と、吸気側リンク機構８０と、排気側リンク機構９０とを備えている。出力レバー７１は、出力軸６３に設けられている。出力レバー７１は出力軸６３から径方向に互いに反対側に向かって延伸している。出力レバー７１は出力軸６３に連結されており、出力軸６３と一体回転する。
【００４４】
出力レバー７１の一端側には吸気側リンク機構８０が、他端側には排気側リンク機構９０が接続されている。吸気側リンク機構８０は、出力レバー７１と第２の操作レバー５５とを接続する。排気側リンク機構９０は、出力レバー７１と第１の操作レバー４４とを接続する。
【００４５】
吸気側リンク機構８０は、ロッド８１と、接続ピン８２、８３とを備えている。ロッド８１は、接続ピン８２を介して出力レバー７１と回転可能に接続されている。またロッド８１は接続ピン８３を介して第２の操作レバー５５と回転可能に接続されている。なお、排気側リンク機構９０にも同様の構造を適用している。このため、排気側リンク機構９０については説明を省略する。
【００４６】
リンク機構８０、９０を備えた過給機１では、出力軸６３が矢印Ｃ方向に回転する場合、駆動軸６３の回転が第２の操作レバー５５を押すように作用する。このため、第２の操作レバー５５は矢印Ｃｃ方向にカムリング５４を駆動する。結果、カム機構の作動に応じて、第２の可動ベーン５１がディフューザ流路に突出する。
同時に、矢印Ｃ方向に回転する場合、駆動軸６３の回転は第１の操作レバー４４を引っ張るように作用する。このため、第１の操作レバー４４は矢印Ｃｔ方向に駆動リング４７を駆動する。結果、第１の可動ベーン４１が閉じる方向に回転する。
【００４７】
矢印Ｏ方向に回転する場合、駆動軸６３の回転は第２の操作レバー５５を引っ張るように作用する。このため、第２の操作レバー５５は矢印Ｏｃ方向にカムリング５４を駆動する。結果、カム機構の作動に応じて、第２の可動ベーン５１がスリット５２ａに引き込まれる。
同時に、矢印Ｏ方向に回転する場合、駆動軸６３の回転は第１の操作レバー４４を押すように作用する。このため、第１の操作レバー４４は矢印Ｏｔ方向に駆動リング４７を駆動する。結果、第１の可動ベーン４１が開く方向に回転する。
【００４８】
したがって、過給機１では出力軸６３を回転する駆動モータ６１が、第１の可動ベーン４１を駆動するとともに、カム機構を介して第２の可動ベーン５１を駆動するアクチュエータに相当する。
【００４９】
第１および第２の可動ベーン４１、５１に求められる作動特性は次の通りである。すなわち、第１の可動ベーン４１については、タービン１０を流通する作動流体の流量が小さい場合ほど、第１の可動ベーン４１をより閉じた状態にする。作動流体の流速を高めることで、過給圧を高めるためである。これにより、タービン容量が可変となる。
【００５０】
第２の可動ベーン５１については、コンプレッサ２０を流通する流体の流量が小さい場合に、第２の可動ベーン５１をディフューザ流路に突出させる。過給効率を高めるためである。また流体の流量が大きい場合に、第２の可動ベーン５１をスリット５２ａに引き込む。適用可能な流量範囲が狭くなることを防止するためである。
【００５１】
このように第１および第２の可動ベーン４１、５１に求められる作動特性は互いに異なる。これに対し、過給機１は次のようにして第１および第２の可動ベーン４１、５１を共通の駆動モータ６１で駆動する。図８は第１および第２の可動ベーン４１、５１の作動関係をグラフで示す図である。縦軸は第２の可動ベーン５１の状態、横軸は第１の可動ベーン４１の状態を示す。
【００５２】
第１の可動ベーン４１が最も閉じた状態で、第２の可動ベーン５１は突出している。この状態から、駆動モータ６１が前述した矢印Ｏ方向に回転すると、第１の可動ベーン４１は駆動モータ６１の回転に応じて次第に開く。一方、第２の可動ベーン５１は第１の可動ベーン４１が所定量αよりも閉じた状態では突出したままの状態となる。
【００５３】
これは、第１の可動ベーン４１が駆動モータ６１の連続的な回転に応じてリニアな特性で開閉される一方、第２の可動ベーン５１がカム機構を介して駆動されるためである。このような状態を実現するため、過給機１では第１の可動ベーン４１が所定量αよりも閉じた状態で、第２の可動ベーン５１をディフューザ通路に突出させるように突き出し部５４ａを設けている。所定量αは中間領域に設定されている。但しこれに限られず、所定量αはカムＣＭとカム係合部５３ａの位置関係によって適宜設定できる。
【００５４】
第１の可動ベーン４１が所定値α以上に開いた場合、第２の可動ベーン５１はカム機構の作動に応じて没入する。スリット５２ａに完全に没入するまでの間における第２の可動ベーン５１の作動特性は、状態の変化速度が急増するように設定されている。この間の作動特性は接続部５４ｃの傾斜度合いで調整できる。また、滑らかな接合カーブを設けることで、第２の可動ベーン５１をスムースに駆動できる。第２の可動ベーン５１が完全に没入した後、第１の可動ベーン４１が最も開いた状態になるまでの間では、第２の可動ベーン５１は没入したままの状態になる。
【００５５】
次に過給機１の作用効果について説明する。過給機１は上述した通り、作動特性が異なる第１および第２の可動ベーン４１、５１を共通の駆動モータ６１で駆動することができる。このため過給機１は、タービン１０に流路断面積を可変にする第１の可動ベーン４１を、コンプレッサ２０に出没式の第２の可動ベーン５１を適用する場合に、これらの可動ベーン４１、５１に共通の駆動モータ６１を備えることで、コンパクト化を図ることができる。
【００５６】
また過給機１では、第１の可動ベーン４１が駆動リング４７を介して、第２の可動ベーン５１がカムリング５４を介して駆動される。この点、駆動リング４７とカムリング５４とは、第１および第２の可動ベーン４１、５１を駆動するにあたり、過給機１の軸に垂直な平面上で、さらに具体的には過給機１の軸周りに外部から回転駆動させることが可能な被駆動部材となっている。
【００５７】
このため過給機１は、駆動リング４７とカムリング５４とを備えることで、タービン１０側とコンプレッサ２０側とで駆動入力の態様を合わせることができ、結果、リンク駆動機構７０を簡素化できる。また、カム機構を構成するカムリング５４を被駆動部材とすることで、合理的な構成とすることができる。また、第１の可動ベーン４１を駆動するのにモータ駆動機構６０を用いる構成をベースとする場合には、モータ駆動機構６０を特段変更することなく、第２の可動ベーン５１を駆動できる。
【００５８】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば上述した実施例では、第１の可動ベーン４１が隣り合う第１の可動ベーン４１間に形成される流路それぞれの断面積を可変する場合について説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、第１の可動ベーンは例えばスクロール流路の断面積を可変にするものであってもよい。
【００５９】
また例えば、カム機構は次のように構成することもできる。図９はスライド式ベーン機構５０の変形例であるスライド式ベーン機構５０´の側面模式図である。図９（ａ）は第２の可動ベーン５１がディフューザ流路に突出した状態を、図９（ｂ）は第２の可動ベーン５１がスリット５２ａに引き込まれた状態を示している。
【００６０】
可動部材５３´はカム係合部５３ａ´を備える。カムリング５４´は突き出し部５４ａ´、引き込み部５４ｂ´および接続部５４ｃ´を備える。突き出し部５４ａ´にはボール５７が設けられている。カムＣＭ´は、突き出し部５４ａ´と、引き込み部５４ｂ´と、接続部５４ｃ´と、ボール５７とで構成されている。カム機構は、カムＣＭ´とカム係合部５３ａ´とで実現される。
【００６１】
ボール５７は転動体であり、突き出し部５４ａ´のうち、接続部５４ｃ´付近の部分に転動可能に設けられている。転動体としては、ボール５７の代わりに例えばコロも適用できる。カム係合部５３ａ´は、可動部材５３´の背面外周部から隆起するように設けられている。カム係合部５３ａ´と引き込み部５４ｂ´との周方向に沿った幅は、カム係合部５３ａ´のほうが引き込み部５４ｂ´よりも小さくなるように設定されている。
【００６２】
カム係合部５３ａ´の周方向に沿った端部のうち、カムＣＭ´と係合する側の端部には、傾斜部５３ａａ´が設けられている。ボール５７は、係合時に傾斜部５３ａａ´に当接するように設けられている。傾斜部５３ａａ´および接続部５４ｃ´の傾斜度合いは、傾斜部５３ａａ´の傾斜度合いのほうが、接続部５４ｃ´の傾斜度合いよりも小さくなるように設定することができる。スライド式ベーン機構５０´では、カムリング５４´が可動部材５３´との間にボール５７を介した状態で回転する。このためスライド式ベーン機構５０´では、カム機構をスムースに作動させることができる。
【符号の説明】
【００６３】
過給機 １
タービン １０
流路部 １０ａ
コンプレッサ ２０
ディフューザ部 ２０ａ
シャフト ３０
可変ノズルベーン機構 ４０
第１の可動ベーン ４１
第１の操作レバー ４４
スライド式ベーン機構 ５０
第２の可動ベーン ５１
ディフューザプレート ５２
可動部材 ５３
カムリング ５４
第２の操作レバー ５５
モータ駆動機構 ６０
駆動モータ ６１
減速機 ６２
出力軸 ６３
リンク駆動機構 ７０
出力レバー ７１
吸気側リンク機構 ８０
排気側リンク機構 ９０
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンおよびコンプレッサと、
前記タービンに設けられ、前記タービンが備えるタービンホイールに作動流体を導く流路の断面積を可変にする第１の可動ベーンと、
前記コンプレッサに設けられ、前記コンプレッサのディフューザ流路に出没する第２の可動ベーンと、
前記第１および第２の可動ベーンに共通のアクチュエータと、
前記第２の可動ベーンを前記ディフューザ通路に出没させるカム機構と、を備え、
前記アクチュエータが、前記第１の可動ベーンを駆動するとともに、前記カム機構を介して前記第２の可動ベーンを駆動し、
前記カム機構が、前記第１の可動ベーンが所定量よりも閉じた状態で、前記第２の可動ベーンを前記ディフューザ通路に突出させる過給機。
【請求項１】
タービンおよびコンプレッサと、
前記タービンに設けられ、前記タービンが備えるタービンホイールに作動流体を導く流路の断面積を可変にする第１の可動ベーンと、
前記コンプレッサに設けられ、前記コンプレッサのディフューザ流路に出没する第２の可動ベーンと、
前記第１および第２の可動ベーンに共通のアクチュエータと、
前記第２の可動ベーンを前記ディフューザ通路に出没させるカム機構と、を備え、
前記アクチュエータが、前記第１の可動ベーンを駆動するとともに、前記カム機構を介して前記第２の可動ベーンを駆動し、
前記カム機構が、前記第１の可動ベーンが所定量よりも閉じた状態で、前記第２の可動ベーンを前記ディフューザ通路に突出させる過給機。
【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２０１２−８２７６０（Ｐ２０１２−８２７６０Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３００３２（Ｐ２０１０−２３００３２）
【出願日】平成２２年１０月１２日（２０１０．１０．１２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１２日（２０１０．１０．１２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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