JP2001173450A - 可変ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変ターボチャージャのノズル部を迂回して
サイドプレートの背面からタービンへ供給される排ガス
を除去すること。 【解決手段】 可変ターボチャージャ１０のノズル部１
００が、タービン２８の回転軸方向に互いに離間配置さ
れたノズルプレート１０２と、ノズル部１００を横断す
る複数の支持ボルト１０８によりノズルプレート１０２
に連結されたサイドプレート１０４とにより形成されて
いる。サイドプレート１０６の内周部分の内面と緊密に
接触するバックプレート１１６を配設して、両者の緊密
な接触によりサイドプレート１０６の外側を通過してノ
ズル部１００を迂回する排ガスをシールした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は可変ターボチャージ
ャに関し、特に、可変ターボチャージャの改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の出力増強を図る手段として、
内燃機関からの排気ガスでタービンを回転し、タービン
と同軸上に設けられたコンプレッサで内燃機関に供給す
る空気を加圧するターボチャージャは有効であり、既に
様々の内燃機関に装着されている。ところが、内燃機関
の機関回転数により排気ガスの流量が異なるので、実際
に内燃機関から供給される排ガス流量と、ターボチャー
ジャの最適な作動条件に合致した排ガス流量との間で不
一致を生ずる。この不一致を補償し、ターボチャージャ
の性能を充分に発揮するために、内燃機関の作動状態に
応じて、ターボチャージャのタービン車室内の排ガスの
流れを調整きるようにした可変ターボチャージャが開発
されている。

【０００３】こうした可変ターボチャージャでは、ハウ
ジング内のタービンのノズル部に複数のノズルベーンが
配設される。図７に従来技術による可変ターボチャージ
ャのタービンノズル部の部分拡大断面図を示す。

【０００４】図７において、タービン２２８は、その回
転軸２３２が該可変ターボチャージャのハウジング２２
０に回転自在に支持されている。内燃機関からの排気ガ
スは、該可変ターボチャージャの吸気ポートからハウジ
ング２２０内に導入され、ハウジング２２０内に画成さ
れているスクロール通路２２６、および、タービン２２
８への入口を形成するノズル部２１０を経てタービン２
２８に供給される。タービン２２８に供給された排気ガ
スは、該タービン２２８を駆動した後に排気ポートから
排出される。

【０００５】ノズル部２１０は、ハウジング２２０に固
定されたマウントプレート２０２と、支持ボルト２０８
によりマウントプレート２０２に取り付けられたサイド
プレート２０６とにより画成され、両者間に複数のノズ
ルベーン２０４が周方向に等間隔に配設されている。ノ
ズルベーン２０４は、その軸部２０４ａを有しており、
該軸部２０４ａにより開位置と閉位置との間で回動自在
にマウントプレート２０２に取り付けられている。ま
た、サイドプレート２０６の半径方向内側にはタービン
２２８へ供給された排ガスのシールおよびその熱が軸２
３２を支持する軸受部分へ伝わらないように遮熱するた
めのバックプレート２１６が設けられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、従来か
ら、サイドプレート２０６は、供給される排ガスの熱に
より加熱され熱変形するために、図７において矢印Ｂで
示す部分でハウジング２２０との間に隙間が設けられて
いる。このため、従来技術による可変ターボチャージャ
では、スクロール通路２２６へ供給された排ガスの一部
が、前記ハウジング２２０とサイドプレート２０６の外
周部分との間の隙間から、ノズル部２１０を迂回してサ
イドプレート２０６の背面側を通過して、タービン２２
８へ供給されている。このように、従来技術ではノズル
部２１０を通過しないでタービン２２８へ供給される排
ガスのために、可変ターボチャージャの効率が低下する
問題がある。

【０００７】本発明は、こうした従来技術の問題点を解
決することを技術課題としており、ノズル部を迂回して
サイドプレートの背面からタービンへ供給される排ガス
を可及的低減または除去することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、ハウジング内において所定の軸線を中心として回転
自在に支持されたタービンと、前記ハウジング内におい
て前記タービンのノズル部に配設された複数のノズルベ
ーンと、複数のレバープレートを介して前記複数のノズ
ルベーンに連結され該ノズルベーンを開位置と閉位置と
の間で連続的に同期させて動作させるために前記ハウジ
ング内において前記タービンの回転軸線を中心として回
動自在に設けられたリンクプレートと、前記ハウジング
の外部に設けられ伝達機構を介して前記リンクプレート
に連結されたアクチュエータとを具備し前記ノズルベー
ンの開度を調節可能にした可変ターボチャージャにおい
て、前記ノズル部が前記タービンの回転軸方向に互いに
離間配置されたノズルプレートと、サイドプレートとに
より形成されており、前記ノズルプレートは前記ハウジ
ングに対して固定され、前記サイドプレートは前記ノズ
ル部を横断する複数の支持ボルトにより前記ノズルプレ
ートに連結されており、前記可変ターボチャージャは、
前記サイドプレートの内周部分の内面と緊密に接触する
バックプレートを具備して成り、前記サイドプレートの
内周部分と前記バックプレートとの緊密な接触により、
前記サイドプレートの外側を通過して前記ノズル部を迂
回する排ガスをシールしたことを特徴とする可変ターボ
チャージャを要旨とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好ましい実施形態を説明する。先ず、図１を参照する
と、本発明を適用する可変ターボチャージャ１０の外観
が図示されている。可変ターボチャージャ１０は、ター
ビンハウジング２０と、コンプレッサハウジング４０
と、タービンハウジング２０およびコンプレッサハウジ
ング４０の間の主ハウジング３０とから成るハウジング
を含んでいる。タービンハウジング２０は吸気ポート２
２と排気ポート２４とを含み、コンプレッサハウジング
４０は吸込ポート４４と吐出ポート４２とを含む。

【００１０】前記ハウジング２０、３０、４０の外部に
は、後述するノズルベーンを駆動するためのアクチュエ
ータ５０が配設されている。アクチュエータ５０は、空
圧、特に、該可変ターボチャージャ１０が取り付けられ
る内燃機関（図示せず）の吸気負圧を利用してロッド５
２を前後に往復動作させるアクチュエータである。

【００１１】次に、図２を参照すると、回転軸３２が主
ハウジング３０に回転自在に支持されており、タービン
ハウジング２０内には、回転軸３２の一端に取り付けら
れたタービン２８が配設されている。回転軸３２の他端
には、コンプレッサハウジング４０内に配設されたコン
プレッサインペラ（図示せず）が取り付けられているこ
とは言うまでもない。前記内燃機関からの排気ガスは、
吸気ポート２２からタービンハウジング２０内に導入さ
れ、タービンハウジング２０内に画成されているスクロ
ール通路２６、および、タービン２８への入口を形成す
るノズル部１００を経てタービン２８に供給される。タ
ービン２８に供給された排気ガスは、該タービン２８を
駆動した後に排気ポート２４から排出される。

【００１２】ノズル部１００は、タービンハウジング２
０に固定されたマウントプレート１０２と、支持ボルト
１０８によりマウントプレート１０２に取り付けられた
サイドプレート１０６とにより画成され、両者間に複数
のノズルベーン１０４が周方向に等間隔に配設されてい
る。

【００１３】サイドプレート１０６は、タービンハウジ
ング２０内において、ノズルプレート１０２に対して軸
方向に主ハウジング３０側に離間配置されている。サイ
ドプレート１０６は、タービン２８の中心軸線に垂直な
平面内で半径方向に拡がる環状のプレート部１０６ａ
と、該プレート部１０６ａの内縁部から軸方向にターボ
チャージャ１０のコンプレッサ側に延びる円筒部１０６
ｂとを有しており、円筒部１０６ｂがタービンハウジン
グ２０に形成された切欠部２０ｂの内周面に嵌合してい
る。サイドプレート１０６のプレート部１０６ａは、タ
ービンハウジング２０の内部に形成されたサイドプレー
ト受承凹部２０ａ内に配設されている。従来技術の説明
において既述したように、サイドプレート１０６の熱変
形、特に半径方向への熱伸びを考慮して、サイドプレー
ト１０６のプレート部１０６ａの外周面とサイドプレー
ト受承凹部２０ａの内周面の間、および、サイドプレー
ト１０６の円筒部１０６ｂの外周面と、切欠部２０ｂの
内周面との間には隙間が設けられている。

【００１４】また、主ハウジング３０とタービンハウジ
ング２０の間には板金部材から成るバックプレート１１
６が配設されている。バックプレート１１６は、タービ
ン２８の中心軸線に概ね垂直な平面内で半径方向に拡が
る環状のフランジ部１１６ａと、該フランジ部１１６ａ
の内縁部から軸方向にタービン２８側に延びサイドプレ
ート１０６の円筒部１０６ｂの外周面に緊密に接触する
円筒部１１６ｂと、該円筒部１１６ｂにおいてフランジ
部１１６ａの反対側の端部に連結されフランジ部１１６
ａに概ね平行に設けられ環状の遮蔽部１１６ｃとを有し
ている。遮蔽部１１６ｃは、図２に示すように、フラン
ジ部１１６ａに対して平行でなくとも、多少コンプレッ
サ側に窪んでいてもよい。バックプレート１１６は、フ
ランジ部１１６ａを主ハウジング３０とタービンハウジ
ング２０の間で挟持、固定されており、タービンハウジ
ング２０内の排ガスが外部に流出することを防止すると
共に、タービンハウジング２０から主ハウジング３０へ
の伝熱を防止する。

【００１５】ノズルベーン１０４は、その基端部に軸部
１０４ａを有しており、該軸部１０４ａにより開位置と
閉位置との間で回動自在にマウントプレート１０２に取
り付けられている。ノズルベーン１０４の各々の軸部１
４ａの先端１０４ｂは、マウントプレート１０２を軸方
向に貫通して、複数のレバープレート１１４（図３、４
参照）の各々に連結されている。レバープレート１１４
の各々は、前記軸部１０４ａの先端部１０４ｂを受承す
る通孔１１４ｂと、該通孔１１４ｂの反対側に形成され
たボスまたは軸部１１４ａとを有している。

【００１６】マウントプレート１０２においてノズル部
１００の反対側には円筒形状のボス部１０２ａが形成さ
れており、該ボス部１０２ａに環状のリンクプレート１
１２（図５参照）が、タービン２８の回転軸線を中心と
して回動自在に取り付けられる。リンクプレート１１２
は、レバープレート１１４の軸部１１４ａを受承するた
めに、リンクプレート１１２の周縁部には周方向に等間
隔で配置された長穴１１２ｄを有している。更に、リン
クプレート１１２は、同一平面内で一方の側部に台形状
に突き出した延長部１１２ａを有しており、該延長部１
１２ａは、その先端に二股に分岐した一対の係合腕部１
１２ｃを有しており、一対の係合腕部１１２ｃの間に矩
形の受承凹部１１２ｂが形成される。

【００１７】本実施形態による可変ターボチャージャ１
０は、更に、前記アクチュエータ５０の動作をリンクプ
レート１１２に伝達するための伝達機構を具備してい
る。該伝達機構は、アクチュエータ５０のロッド５２、
ピン５０ａを介してロッド５２の先端部に連結されたリ
ンク部材５４（図１参照）、該リンク部材５４に連結さ
れた揺動部材１２０（図２、６参照）、揺動部材１２０
とリンクプレート１１２の間に配設され、該伝達機構と
リンクプレート１１２との間の係合部を形成するローラ
部材１４０および駒１３０を含んでいる。

【００１８】図６を参照すると、揺動部材１２０は、揺
動腕１２２と、揺動腕１２２の一方の端面から所定の軸
線Ｏに沿って延設されタービンハウジング２０にスリー
ブ１１８を介して回転自在に支持される軸部１２４と、
軸部１２４の先端に同軸に設けられリンク部材５４に対
して相対動作しないように連結される連結部１２８と、
揺動腕１２２において軸部１２４の反対側の端面から軸
部１２４と平行に延設されたピン部１２６とを含んで成
る。揺動部材１２０は、金属材料、例えばステンレス
鋼、好ましくはオーステナイト系ステンレス鋼から一体
的に形成することができる。また、揺動部材１２０は、
揺動腕１２２、軸部１２４と、連結部１２８と、ピン部
１２６を個別に形成して互いに溶接しても良い。

【００１９】駒１３０は、互いに平行に離間配置された
一対の平板部１３２と、一対の平板１３２の間に設けら
れ平板部１３２を連結する中央部１３４とを有してい
る。一対の平板部１３２の間にはリンクプレート１１２
の係合腕部１１２ｃを受承する周溝１３６が形成され
る。また、駒１３０は、その一側から半径方向内側に中
央部１３４を含んで切り欠かれた欠切部１３８を有して
おり、その対向する両側面が互いに平行な摺動面を形成
している。欠切部１３８は、図６に示すように、伝達機
構を組み立てたときに、揺動部材１２０のピン部１２６
に取り付けられるローラ部材１４０を受承し、前記係合
部を形成する。駒１３０は、金属材料、例えばオーステ
ナイト系ステンレス鋼から形成することができる。

【００２０】図６に示すように、ローラ部材１４０は、
ピン部１２６の外径よりも僅かに大きな内径の中心孔１
４２を有する概ね円筒形状に形成されており、駒１３０
の摺動面１３８ａの間隔よりも僅かに小さな外径を有し
ている。ローラ部材１４０は、金属材料、例えばマルテ
ンサイト系ステンレス鋼から形成することができる。

【００２１】以下、本実施形態の作用を説明する。内燃
機関が作動すると、その回転数やアクセル開度等に応じ
てエンジンの負圧ポンプの圧力を電磁バルブにてコント
ロールし、アクチュエータ５０に送ることによりアクチ
ュエータ５０が作動する。ロッド５２は、その軸方向に
前進後退（図１において右左に移動）する。ロッド５２
が動作すると、リンク部材５４は、それに応じて揺動部
材１２０の軸部１２４を中心として回動する。図１を参
照すると、実線で示すリンク部材５４は、停止部材５６
の上側のボルト５６ａに当接しており、このときノズル
ベーン１０４は最も大きなノズル開度を与える開位置に
ある。内燃機関の回転数が低く、また、アクセル開度も
小さいときには、アクチュエータ５０はロッド５２を後
退させる。ロッド５２が最も後退すると、リンク部材５
４は一点鎖線で示すように停止部材５６の下側のボルト
５６ｂに当接する位置に移動し、このとき、ノズルベー
ン１０４は最も小さなノズル開度を与える位置にある。

【００２２】こうして、ロッド５２の直線動作はリンク
部材５４を介して、揺動部材１２０の揺動動作に変換さ
れ、揺動部材１２０のピン部１２６が軸部１２２の軸線
Ｏを中心とする円弧上を移動する。このとき、ピン部１
２６およびローラ部材１４０は、駒１３０の欠切部１３
８内において、ローラ部材１４０と摺動面１３８ａとの
間で駒１３０に対して相対的に図９の位置関係で上下方
向、つまり、タービン２８の回転軸線方向に摺動しなが
ら、リンクプレート１１２をタービン２８の回転軸線を
中心としてマウントプレート１０２のボス部１０２ａの
外周面に沿って回動させる。リンクプレート１１２が回
動すると、リンクプレート１１２に連結されているレバ
ープレート１１４が、ノズルベーン１０４の軸部１０４
ａを中心としてノズルベーン１０４と共に回動し、ノズ
ルベーン１０４が、その開位置と閉位置との間で動作す
る。

【００２３】本実施形態によれば、ロッド５２の直線動
作が揺動部材１２０の揺動動作に変換され、これがリン
クプレート１１２の回動動作に変換される際、揺動部材
１２０のピン部１２６と駒１３０の間にローラ部材１４
０が配設されていることから、ピン部１２６と駒１３０
の摺動面１３８ａとの間の摩擦が低減され、上記リンク
プレートの動作が円滑になると共に、ピン部１２６や摺
動面１３８ａの摩滅が防止される。

【００２４】従来技術の説明において既述したように、
サイドプレート１０６の熱変形、特に半径方向への熱伸
びを考慮して、サイドプレート１０６の外周面とサイド
プレート受承凹部２０ａの内周面の間には隙間が設けら
れている。そのために、従来技術では、本来スクロール
通路２６からノズル部１００へ全量流れるべき排ガスの
一部が、サイドプレート１０６の外周面とサイドプレー
ト受承凹部２０ａの内周面の間から、サイドプレート１
０６の外側または背面、つまりサイドプレート１０６の
主ハウジング３０側の側面に沿って流通しノズル部１０
０を迂回してタービン２８へ供給されており、これが、
可変ターボチャージャ１０の効率を低下させる１つの原
因となっている。

【００２５】本実施形態によれば、バックプレート１１
６の円筒部１１６ｂの外周面をサイドプレート１０６の
円筒部１０６ｂの内周面に緊密に接触させる、または、
緊密に嵌合させることにより、上述した排ガスの一部が
ノズル部１００を迂回することを防止している。バック
プレート１１６は板金加工等の薄板加工により形成する
ことができ、バックプレート１１６を薄板にて形成する
ことにより、バックプレート１１６は温度上昇したとき
に、円筒部１１６ｂの外周面とサイドプレート１０６の
円筒部１０６ｂの内周面との緊密な接触を維持しながら
柔軟に変形することが可能となる。バックプレート１１
６は板金加工ではなく、フランジ部１１６ａ、円筒部１
１６ｂ、遮蔽部１１６ｃの少なくとも一部を別部材とし
て形成して各々を溶接してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する可変ターボチャージャの外観
側面図である。

【図２】図１の可変ターボチャージャのタービン車室部
分の断面図である。

【図３】図１の可変ターボチャージャの一部を破断して
示す正面図である。

【図４】図３の部分拡大図であり、アクチュエータの動
作をリンクプレートに伝達する伝達機構と、リンクプレ
ートとの間の係合部を示す図である。

【図５】リンクプレートの平面図である。

【図６】アクチュエータの動作をリンクプレートに伝達
する伝達機構の分解図である。

【図７】従来技術によるノズル部の部分拡大断面図であ
る。

【符号の説明】

１０…可変ターボチャージャ ５０…アクチュエータ ５２…ロッド ５４…リンク部材 １０４…ノズルベーン １０６…サイドプレート １１２…リンクプレート １１６…バックプレート １１４…レバープレート １２０…揺動部材 １３０…駒 １４０…ローラ部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング内において所定の軸線を中心
   として回転自在に支持されたタービンと、 前記ハウジング内において前記タービンのノズル部に配
   設された複数のノズルベーンと、 複数のレバープレートを介して前記複数のノズルベーン
   に連結され該ノズルベーンを開位置と閉位置との間で連
   続的に同期させて動作させるために前記ハウジング内に
   おいて前記タービンの回転軸線を中心として回動自在に
   設けられたリンクプレートと、 前記ハウジングの外部に設けられ伝達機構を介して前記
   リンクプレートに連結されたアクチュエータとを具備し
   前記ノズルベーンの開度を調節可能にした可変ターボチ
   ャージャにおいて、 前記ノズル部が前記タービンの回転軸方向に互いに離間
   配置されたノズルプレートと、サイドプレートとにより
   形成されており、前記ノズルプレートは前記ハウジング
   に対して固定され、前記サイドプレートは前記ノズル部
   を横断する複数の支持ボルトにより前記ノズルプレート
   に連結されており、 前記可変ターボチャージャは、前記サイドプレートの内
   周部分の内面と緊密に接触するバックプレートを具備し
   て成り、前記サイドプレートの内周部分と前記バックプ
   レートとの緊密な接触により、前記サイドプレートの外
   側を通過して前記ノズル部を迂回する排ガスをシールし
   たことを特徴とする可変ターボチャージャ。
2. 【請求項２】 前記サイドプレートは、前記タービンの
   中心軸線に垂直な平面内で半径方向に拡がる環状のプレ
   ート部と、該プレート部の内縁部から軸方向に前記ター
   ボチャージャのコンプレッサ側に延びる円筒部とを有し
   ており、前記円筒部が前記ハウジング内部に形成された
   切欠部の内周面に嵌合している請求項１に記載の可変タ
   ーボチャージャ。