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技術 可変ノズル型ターボチャージャのノズル制御装置

出願人 株式会社SOKENトヨタ自動車株式会社
発明者 安藤彰浩柴田仁奥山晃英
出願日 1996年6月5日 (24年6ヶ月経過) 出願番号 1996-143003
公開日 1997年12月16日 (23年0ヶ月経過) 公開番号 1997-324644
状態 特許登録済
技術分野 過給機 タービンの制御 ガスタービン、高圧・高速燃焼室
主要キーワード 摺動接触部分 空圧装置 空気吐出量 円板部分 摺動接触面 ノズル制御装置 衝突接触 駆動片
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1997年12月16日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

可変ノズル型ターボチャージャノズル制御装置リンク機構において、摺動接触する部分間の遊隙を除去して摩耗を軽減し、作動を円滑にする。

解決手段

ノズル制御装置を構成するリンク機構において摺動接触する部分の一方の部材が、タービンロータ10の周囲の複数個ノズルベーン1に連結されて回動し得るリンクプレート2のフォーク状端部2bであり、他方の部材が、アクチュエータ8により駆動されて回動し得る第1のロータリーリンクプレート4から内方へ突出する駆動片4eである場合に、それらの摺動接触面の摩耗を軽減するために、圧縮スプリング12によって一定の方向の付勢力fを与えられる第2のロータリーリンクプレート5の係止片5aがフォーク状端部2bに係合している。それによって駆動片4eと係止片5aの間隔が拡がるので、フォーク状端部2bとの遊隙がとなる。なお、12は引っ張りスプリングでもよい。

概要

背景

内燃機関過給に用いられるターボチャージャの中でも、可変ノズル型のターボチャージャにおいては、そのタービン部分におけるタービンロータの周囲から排気ガスに所定の流動方向を与えて流入させるための複数個ノズルベーンを、ノズル制御装置によって一斉に同じ量だけ傾動させることによってタービンの出力を調整して、内燃機関の吸気を供給するブロワ部分の空気吐出量を変更することができる。従って、タービンロータの周囲に固定のノズルベーンを備えているターボチャージャに比べて、内燃機関の広い運転範囲にわたってターボチャージャを常に望ましい状態で運転することが可能になるので、ターボチャージャはもとより内燃機関の熱効率をも向上させることができる(一例として、特開昭61−28720号公報参照)。

ノズル制御装置の一部であるリンク機構において摺動接触する複数個の部材の間には多少の遊隙ガタ)が必ず存在するが、ノズルベーンの傾斜角度を増加させたり減少させたりする制御のために、逆方向の駆動力がリンク機構に繰り返して作用すると、遊隙のある接触部分では部材間衝突接触と離反が繰り返して起こるため、摩耗が他の部分よりも激しくなるという問題がある。その結果、ノズル制御装置によるノズルベーンの位置制御の精度が低下することになる。しかしながら、リンク機構の中でも相対的に傾動をするような2つの部材の間で摺動接触をさせるような場合には、遊隙が全くないとリンク機構が円滑かつ軽快に作動しないという別の問題もあるので、遊隙が全くなくなるように製作すれば問題が解決するという訳ではない。

概要

可変ノズル型ターボチャージャのノズル制御装置のリンク機構において、摺動接触する部分間の遊隙を除去して摩耗を軽減し、作動を円滑にする。

ノズル制御装置を構成するリンク機構において摺動接触する部分の一方の部材が、タービンロータ10の周囲の複数個のノズルベーン1に連結されて回動し得るリンクプレート2のフォーク状端部2bであり、他方の部材が、アクチュエータ8により駆動されて回動し得る第1のロータリーリンクプレート4から内方へ突出する駆動片4eである場合に、それらの摺動接触面の摩耗を軽減するために、圧縮スプリング12によって一定の方向の付勢力fを与えられる第2のロータリーリンクプレート5の係止片5aがフォーク状端部2bに係合している。それによって駆動片4eと係止片5aの間隔が拡がるので、フォーク状端部2bとの遊隙がとなる。なお、12は引っ張りスプリングでもよい。

目的

本発明は、従来技術における前述のような諸問題に対処して、簡単な手段によってノズル制御装置のリンク機構における摺動接触する部分間の遊隙を除去し、それらの部分の摩耗を軽減すると共に、併せてリンク機構の円滑な作動を可能にするような、可変ノズル型ターボチャージャ用の改良されたノズル制御装置を提供することを目的としている。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

タービンロータの周囲に配置された複数個ノズルベーン傾斜角度を同時に調整するために設けられるノズル制御装置リンク機構において、摺動接触する部分の一方の部材を他方の部材に対して常に一定の方向に押しつけ付勢手段を設けることによって、前記摺動接触する部分の一方の部材と他方の部材との間に遊隙が生じないようにしたことを特徴とする、可変ノズル型ターボチャージャのノズル制御装置。

請求項2

可変ノズル型ターボチャージャのノズル制御装置を構成するリンク機構において、摺動接触する部分の一方の部材が、タービンロータの周囲に配置された複数個のノズルベーンに連結されて所定の位置で回動し得るリンクプレートフォーク状端部であり、前記摺動接触する部分の他方の部材が、アクチュエータにより制御駆動されることによってタービンロータの中心軸線周りに回動し得る第1のロータリーリンクプレートから半径方向内方へ突出する駆動片であって、しかも、前記フォーク状端部に係合するために半径方向内方へ突出する係止片を備えていると共に前記第1のロータリーリンクプレートと同軸上で回動し得る第2のロータリーリンクプレートと、それを一定の回転方向に付勢する付勢手段が設けられていて、前記フォーク状端部が前記第2のロータリーリンクプレートと前記係止片とを介して前記付勢手段によって常に前記駆動片に押しつけられることにより、前記駆動片と前記フォーク状端部との間に遊隙が生じないようにしたことを特徴とする、可変ノズル型ターボチャージャのノズル制御装置。

請求項3

前記付勢手段が、固定部材であるケーシングと、前記第2のロータリーリンクプレートとの間に設けられていることを特徴とする、請求項2記載の可変ノズル型ターボチャージャのノズル制御装置。

請求項4

前記付勢手段が、前記第1のロータリーリンクプレートと前記第2のロータリーリンクプレートとの間に設けられていることを特徴とする、請求項2記載の可変ノズル型ターボチャージャのノズル制御装置。

技術分野

0001

本発明は、内燃機関過給のために用いられるターボチャージャのうちでも、特に可変ノズルを備えているものにおいて、そのノズルベーン傾斜角度を制御する装置に関する。

背景技術

0002

内燃機関の過給に用いられるターボチャージャの中でも、可変ノズル型のターボチャージャにおいては、そのタービン部分におけるタービンロータの周囲から排気ガスに所定の流動方向を与えて流入させるための複数個のノズルベーンを、ノズル制御装置によって一斉に同じ量だけ傾動させることによってタービンの出力を調整して、内燃機関の吸気を供給するブロワ部分の空気吐出量を変更することができる。従って、タービンロータの周囲に固定のノズルベーンを備えているターボチャージャに比べて、内燃機関の広い運転範囲にわたってターボチャージャを常に望ましい状態で運転することが可能になるので、ターボチャージャはもとより内燃機関の熱効率をも向上させることができる(一例として、特開昭61−28720号公報参照)。

0003

ノズル制御装置の一部であるリンク機構において摺動接触する複数個の部材の間には多少の遊隙ガタ)が必ず存在するが、ノズルベーンの傾斜角度を増加させたり減少させたりする制御のために、逆方向の駆動力がリンク機構に繰り返して作用すると、遊隙のある接触部分では部材間衝突接触と離反が繰り返して起こるため、摩耗が他の部分よりも激しくなるという問題がある。その結果、ノズル制御装置によるノズルベーンの位置制御の精度が低下することになる。しかしながら、リンク機構の中でも相対的に傾動をするような2つの部材の間で摺動接触をさせるような場合には、遊隙が全くないとリンク機構が円滑かつ軽快に作動しないという別の問題もあるので、遊隙が全くなくなるように製作すれば問題が解決するという訳ではない。

発明が解決しようとする課題

0004

本発明は、従来技術における前述のような諸問題に対処して、簡単な手段によってノズル制御装置のリンク機構における摺動接触する部分間の遊隙を除去し、それらの部分の摩耗を軽減すると共に、併せてリンク機構の円滑な作動を可能にするような、可変ノズル型ターボチャージャ用の改良されたノズル制御装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0005

本発明は、前記の課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された可変ノズル型ターボチャージャのノズル制御装置を提供する。

0006

請求項1に記載されたノズル制御装置においては、リンク機構のなかで摺動接触している部分において、摺動接触する一方の部材を他方の部材に対して常に一定の方向に押しつけ付勢手段が設けられているので、一方の部材と他方の部材との間に遊隙が生じような状態になると、付勢手段によって一方の部材が他方の部材に向かって押しつけられるので、それらの部材の間に遊隙が生じることが未然に防止される。遊隙が生じないため、摺動接触する部分において衝突接触が起こらないので、摺動面の摩耗が低減される。

0007

具体的に、請求項2に記載されたノズル制御装置においては、リンク機構内で摺動接触する部分として、タービンロータの周囲に配置された複数個のノズルベーンに連結されて傾斜角度を変更するために回動し得るリンクプレートフォーク状端部と、アクチュエータにより制御駆動されてタービンロータの周りに回動し得る第1のロータリーリンクプレートから半径方向内方へ突出する駆動片との間の摩耗の問題を解決する。そのために用いられる第2のロータリーリンクプレートには駆動片と協働する係止片を備えていると共に、それを一定の回転方向に回動させる付勢手段を備えているので、駆動片とフォーク状端部との間に遊隙が生じるような状態になると、付勢手段の力が係止片を介してフォーク状端部を駆動片に向かって押しつけるため、駆動片とフォーク状端部との間に遊隙が生じることが未然に防止され、摺動面の摩耗も低減される。

0008

そのようなものにおいて、更に具体的に、請求項3に記載されたノズル制御装置においては、付勢手段の一端が固定部材であるケーシングに取り付けられると共に、他端が第2のロータリーリンクプレートの一部に取り付けられるので、第2のロータリーリンクプレート、従って係止片は、ケーシングに支持された付勢手段によって常に一定の方向に付勢されて、第1のロータリーリンクプレートの駆動片と、ノズルベーンに連結されたリンクプレートのフォーク状端部との間に遊隙が生じることを未然に防止する。

0009

更に、別の具体的手段として、請求項4に記載されたノズル制御装置においては、付勢手段の一端がケーシングではなく、第1のロータリーリンクプレートに取り付けられる。他端が第2のロータリーリンクプレートに取り付けられることは同じである。この場合は、第1のロータリーリンクプレートと第2のロータリーリンクプレートの間に付勢手段による力が作用するので、その付勢力は駆動片と係止片との間隔を開かせるように作用する。従って、リンクプレートのフォーク状端部におけるスリットは、間隔を開いた駆動片と係止片によって埋められるため、常に遊隙がない状態に保たれる。

発明を実施するための最良の形態

0010

本発明のノズル制御装置の第1の実施形態を図1に示す。また、同じノズル制御装置を備えているターボチャージャのタービン部分Tの全体が一部切断されて図2に示されている。タービン部分Tの中心には高速回転可能にタービンロータ(翼車)10が軸支されており、図示しない内燃機関から供給される排気ガスをタービンロータ10の外周から流入させてそれを駆動するために、タービンロータ10の周囲に均等に多数のノズルベーン(案内翼)1が配置されている。それぞれのノズルベーン1に対応して、同数のフォーク状のノズル駆動リンクプレート2が設けられ、各ノズルベーン1は対応するリンクプレート2の半径方向内側の端部2aに対して、ケーシング11に回動可能に支持された結合ピン3を介して一体となるように連結されている。それによってノズルベーン1はリンクプレート2と共に結合ピン3を中心として回動(傾動)することができるので、ノズルベーン1の間を通ってタービンロータ10の外周から流入する排気ガスの流動方向を自由に変更、調整することができる。

0011

図示しない支持手段によって、概ね円環状の第1のロータリーリンクプレート4が、タービンロータ10の中心軸線を中心として所定の角度範囲内で回動することができるようにケーシング11によって支持されている。このロータリーリンクプレート4は、軸線方向に所定の幅だけ立ち上がっている外周縁4aと、ケーシング11側の環状の円板部分4c(図2参照)を備えており、それらによって環状の案内溝4dを形成している。内周縁4bには半径方向内側に向かって突出する多数の駆動片4eが一体的に形成されており、前述のリンクプレート2の半径方向外側に形成されたフォーク状端部2bとそれぞれ係合している。

0012

第1のロータリーリンクプレート4が回動すると、その駆動片4eに係合しているフォーク状端部2bによってリンクプレート2が回動し、それによってノズルベーン1の傾斜角度が変化するが、その際に駆動片4eとフォーク状端部2bとの相対角度も変化するので、ノズル制御装置を円滑に作動させるための必要性から、フォーク状端部2bが駆動片4eを受け入れているスリット2cの間隔は駆動片4eの幅よりも予め大きくとってある。その結果、フォーク状端部2bのスリット2cと駆動片4eの間には、かなりの大きさの遊隙(ガタ)が初めから存在することになる。従来のノズル制御装置においては、環状の案内溝4dのようなものは設けられないが、第1のロータリーリンクプレート4に相当するものに駆動片4eのようなものを設けて、それをリンクプレート2のフォーク状端部2bのスリット2cに係合させていたので、それらの間の遊隙によって前述のような問題を生じていたものと言うことができる。

0013

そこで、本発明の第1の実施形態では、第1のロータリーリンクプレート4の環状の案内溝4dの中に収容されて、それと無関係に円周方向に自由に摺動することができる環状の第2のロータリーリンクプレート5を設けている。リンクプレート5には半径方向内側に向かって突出する係止片5aが形成されており、この係止片5aもまた、第1のロータリーリンクプレート4の駆動片4eと重なるようにして、リンクプレート2のフォーク状端部2bのスリット2cと係合している。言うまでもなく、そのために、フォーク状端部2bは駆動片4eと係止片5aの双方に係合し得るだけの厚さを備えていると共に、リンクプレート2の傾動を許すように、係止片5aの幅はスリット2cの幅よりも小さくしてある。

0014

第1のロータリーリンクプレート4には外方に突出する1個の腕部4fが形成されており、腕部4fにはアクチュエータ8の出力端であるロッド6の一端がピン6aによって回動可能に連結されている。これと同様に、第2のロータリーリンクプレート5にも、第1のロータリーリンクプレート4の外周縁4aに設けられた切欠きを通って外方に突出する1個の腕部5bが形成されており、この腕部5bはロッド7とピン7aを介して、ケーシング11によって一端を支持されたコイルスプリング(この場合は圧縮スプリング)9の他端に連結されている。

0015

第1の実施形態におけるノズル制御装置は以上のような構成を有するので、第2のロータリーリンクプレート5は、圧縮スプリングであるコイルスプリング9の矢印の方向に向かう付勢力fによって、常に図1において左回りの方向に回転モーメントを与えられている。従って、係止片5aは常にリンクプレート2のフォーク状端部2bの一方に接触して、リンクプレート2を結合ピン3の周りに左周りに回動させようとする。そのときに第1のロータリーリンクプレート4の駆動片4eと、リンクプレート2のフォーク状端部2bの他方との間に仮に遊隙が生じているとすれば、その遊隙がなくなるまでリンクプレート2は係止片5aに押されて結合ピン3を中心として微小な角度だけ回動し、フォーク状端部2bの前記他方と接触した状態で停止するので、フォーク状端部2bは常に第1のロータリーリンクプレート4の駆動片4eに接触していることになる。

0016

このように、ノズルベーン1に連結されているリンクプレート2のフォーク状端部2bが、常に第1のロータリーリンクプレート4の駆動片4eと接触しているので、それらの間に遊隙(ガタ)が発生する恐れがなく、アクチュエータ8のロッド6の移動が遅れを伴うことなしにリンクプレート2に伝達され、ノズルベーン1の傾動をもたらす。このように、第1のロータリーリンクプレート4に対して第2のロータリーリンクプレート5が微小な角度だけ相対的に回動することによって、駆動片4e或いは係止片5aとリンクプレート2のスリット2cとの間の摺動接触部分における遊隙がとなるので、ノズルベーン1の位置制御の精度が向上する。また、摺動接触部分において衝突接触と離脱が繰り返されることがないので、その部分における摩耗を低減させることができる。

0017

なお、アクチュエータ8の制御作動により、駆動片4e或いは係止片5aに対してリンクプレート2が傾動するときは、リンクプレート2のスリット2c内に遊隙がなくても、第1のロータリーリンクプレート4と第2のロータリーリンクプレート5がきわめて微小な角度だけ相対的に回動することによって、リンクプレート2のフォーク状端部2bの2本の脚の内面(スリット2c)に接触する駆動片4e及び係止片5aの接触面の相互の円周方向の間隔が僅かに変化し、大きな抵抗を与えることもなくリンクプレート2の傾動を許すので、従来のように、第1のロータリーリンクプレート4に形成された駆動片4eのみを、リンクプレート2のスリット2cに係合させる場合には必ず設ける必要があった遊隙が、スプリング9によって付勢される第2のロータリーリンクプレート5の係止片5aを同じスリット2c内に係合させることによって埋められても、作動上は何ら問題が生じない。

0018

以上説明した第1の実施形態においては、コイルスプリング9が圧縮スプリングであるものとしているが、第1実施形態の変形例においては、コイルスプリング9を引っ張りスプリングとすることができる。この場合は付勢力fの作用する方向が図1に示した矢印とは反対の方向になるので、リンクプレート2のフォーク状端部2bにおいて、第2のロータリーリンクプレート5の係止片5aが接触するスリット2cの脚が図示の第1の実施形態とは反対側となるが、同様な理由によって第1のロータリーリンクプレート4の駆動片4eとフォーク状端部2bとの遊隙を埋めることができ、同様な効果が得られる。

0019

更に、第1の実施形態や、その変形例において用いられる圧縮或いは引っ張りスプリング9はいずれもコイルスプリングとしているが、他の変形例としては、コイルスプリング9に代えて付勢力f、或いはそれと反対の方向の付勢力を発生する他の手段として、例えば、板ばねゴム空気ばね永久磁石ソレノイドコイル油圧或いは空圧装置等を用いることもできる。

0020

次に、図3によって本発明の第2の実施形態を説明する。ターボチャージャのタービン部分Tとしての外観は、第1の実施形態と同様に図2のようなものであって、第1のロータリーリンクプレート4及び第2のロータリーリンクプレート5が共に設けられる点も同じであるが、第1の実施形態では、コイルスプリング9が、ロータリーリンクプレート5の腕部5bとケーシング11との間に設けられているのに対して、第2の実施形態では、圧縮スプリングであるコイルスプリング12が、第2のロータリーリンクプレート5の腕部5bと、第1のロータリーリンクプレート4の腕部4fとの間に設けられている点が異なる。

0021

第2の実施形態においては、圧縮スプリング12を2つのロータリーリンクプレート4,5の腕部4f,5bの間に架け渡すことによって、2つのロータリーリンクプレート4,5に互いに反対方向の回転モーメントを与えるので、その回転モーメントは、それぞれのリンクプレート2におけるフォーク状端部2bのスリット2cの中で、係止片5aを駆動片4eからできるだけ遠ざけて、駆動片4eと係止片5aとの間隔を拡げるように作用する。従って、第1の実施形態の場合と同様の理由で、スリット2cと駆動片4eとの遊隙が零となり、同じような効果が得られる。もっとも、第2の実施形態では、スプリング12が2つの腕部4f及び5bの間に担持されており、それらと共に移動するように構成されているので、第2のロータリーリンクプレート5の位置に関係なく、常に一定の大きさの付勢力fが作用するという利点がある。

0022

第2の実施形態についても、第1の実施形態の場合と同様に様々な変形例を実施することが可能である。即ち、コイルスプリング12を引っ張りスプリングとして付勢力fの方向を反対向きとしてもよいし、スプリング12を他の色々な付勢手段によって置き換えても、概ね同様な効果が得られる。

図面の簡単な説明

0023

図1本発明のノズル制御装置の第1の実施形態を示す横断面図である。
図2可変ノズル型ターボチャージャのタービン部分の構成を示す斜視図である。
図3本発明のノズル制御装置の第2の実施形態を示す横断面図である。

--

0024

1…ノズルベーン
2…ノズル駆動リンクプレート
2b…フォーク状端部
2c…スリット
3…結合ピン
4…第1のロータリーリンクプレート
4a…外周縁
4b…内周縁
4d…環状の案内溝
4e…駆動片
4f…腕部
5…第2のロータリーリンクプレート
5a…係止片
5b…腕部
6,7…ロッド
8…アクチュエータ
9…スプリング
10…タービンロータ
11…ケーシング
12…スプリング
T…ターボチャージャのタービン部分
f…付勢力

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