JP4784769B2 - Turbocharger with variable nozzle mechanism and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
本願発明は、流体通路の流路面積を調整する可変ノズル機構を備えた内燃機関に用いられるターボチャージャ及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a turbocharger used in an internal combustion engine having a variable nozzle mechanism for adjusting a flow passage area of a fluid passage and a method for manufacturing the same.
特許文献1に開示されたターボチャージャは、共通のシャフト20の一端側にコンプレッサー羽根車18を備えたコンプレッサー部分16と他端側にタービン羽根車14を備えたタービン部分12とから構成されている。タービン部分12の入口ハウジング24と出口ハウジング28の接触部には、入口ハウジング24側にU字状の中ぐり46が複数形成されている。案内羽根34は翼状部分36、シャフト部分38、アーム部分40及びピン部分42を有し、精密鋳造等により一体構造で構成されている。案内羽根34のシャフト部分38が中ぐり46のU字状溝内に完全に収容された状態で、出口ハウジング28の外周面は入口ハウジング24の内周面に嵌合され、溶接等で固定される。
The turbocharger disclosed in
従って、案内羽根34は翼状部分36がタービン羽根車14に向けて開口する排気ガス通路内に配置されるとともにアーム部分40が空間47内に配置された状態で入口ハウジング24と出口ハウジング28の間に回転可能に支承される。また、案内羽根34はアクチュエータリング50によりピン部分42を介して翼状部分36が回転されることにより前記排気ガス通路の流路面積を変更し、タービン羽根車14に供給する排気ガス量を調整することができる。なお、特許文献1では中ぐり46を前記したU字状溝でなく、入口ハウジング24及び出口ハウジング28にそれぞれ半円状の溝を形成しても良い旨が記載されている。
Accordingly, the
特許文献2に開示されたターボチャージャの排気量調整機構1の構成は前記特許文献1のターボチャージャの構成とほぼ同一である。即ち、可動翼ベーン作動リンク3は一体的に成形された棒状部3a、棒状部3aの一端側に備えた翼部3A、他端側に備えた連結部3b及び突起部3cから構成され、マウント基材2Bの内周面にはU字状の凹部2cが複数形成されている。従って、棒状部3aが凹部2c内に完全に嵌合された状態でマウント基材2Bの内周面にノズル基材2Aの外周面を圧入することにより凹部2cの開口側が閉じられ、可動翼ベーン作動リンク3は回転可能に支承される。
The configuration of the turbocharger
特許文献1や特許文献2の構造によれば、翼状部分36、シャフト部分38、アーム部分40及びピン部分42を一体成型する、あるいは、棒状部3a、翼部3A、結合部3b及び突起部3cを一体成型して案内羽根34や可変翼ベーン作動リンク3を形成してから組み付けることができるので、組み付けが容易であるという利点がある。
According to the structures of
しかしながら、特許文献1や特許文献2の構造では、一体成型したベーン部材を複数に分割したタービンハウジングで支持する構造となっているため、比較的大きな部材であるタービンハウジングを複数の部材に分けて製造しなくてはならない。そのため、複数の鋳型を準備する等、手間のかかる作業が必要であった。
However, in the structures of
一方、特許文献3に開示されたターボチャージャは、ノズルリング43を貫通しているピン21とピン21の一端に嵌合したアーム44と他端に連結されたベーン42を備えており、アーム44を回動させることで、ピン21も回動し、ピン21に連結されたベーン42を回動させることができる。特許文献3の構造によれば、ベーン部材がノズルリング43によって支持されているため、特許文献1や特許文献2のようにタービンハウジングを複数の部材に分けて製造する必要がない。
しかしながら、特許文献3に開示されたターボチャージャにおいて、アーム44、ピン21及びベーンを一体成型してからノズルリング43に組み付けようとした場合、ベーン42やアーム44が邪魔になるので、組み付けが不可能である。
However, in the turbocharger disclosed in
本発明の目的は、一体成型した可変ノズルベーンを、ノズルリングに装着することのできる可変ノズル機構を備えたターボチャージャ及びその製造方法の提供に有る。 The objective of this invention exists in provision of the turbocharger provided with the variable nozzle mechanism which can mount | wear with a nozzle ring with the variable nozzle vane integrally molded, and its manufacturing method.
請求項1に記載の本願発明は、タービンハウジング内に配設したタービンホイールを排気ガス等の流体によって回転させるとともにコンプレッサーハウジング内に配設したコンプレッサーホイールによって吸気等の流体を圧縮する機構及び前記タービンホイールへの排気ガス供給通路又は前記コンプレッサーホイールからの流体排出通路等の流体通路の流路面積を制御する可変ノズル機構を備えたターボチャージャにおいて、前記可変ノズル機構は、前記流体通路内に配置されるベーン、前記ベーンを一端側に保持するベーン軸及び前記ベーン軸を少なくとも有する可変ノズルベーンと、前記ベーン軸を回転可能に支承する大径の外側リング及び小径の内側リングから成るノズルリングと、前記ベーン軸を回転駆動する駆動部とによって構成し、前記ノズルリングには、前記ノズルリングの厚さ方向に貫通し、前記ベーン軸を直接的若しくは間接的に支持する貫通孔が複数形成されており、前記貫通孔は、前記外側リングの内周面及び前記内側リングの外周面の少なくともどちらか一方に形成された厚さ方向に貫通する溝を含み、前記ベーンを回転させた際、前記ベーン全体が前記外側リングの内周面よりも前記外側リングの外周面側に位置する、若しくは前記内側リングの外周面よりも前記内側リングの内周面側に位置することがあるように、前記ベーン軸の中心が前記ベーンの幅方向中央部に対して前記ベーンの幅方向に変位した配置で、前記ベーンと前記ベーン軸が一体成型されていることを特徴とする。
なお、ベーンの幅方向中央部とは、ベーンの長手方向に延びる2辺に交わるとともに前記2辺に対する角度が同じになるような線分の中間点を指す。また、ベーンの幅方向とは、流体が流れる面同士を結ぶ方向を指す。
The invention according to
In addition, the width direction center part of a vane refers to the intermediate point of the line segment which crosses two sides extended in the longitudinal direction of a vane, and becomes the same angle with respect to the said 2 sides. Moreover, the width direction of a vane refers to the direction which connects the surfaces where a fluid flows.
請求項1記載の本願発明によれば、一体成型した可変ノズルベーンをノズルリングに装着することができる。
According to this invention of
請求項2に記載の本願発明は、前記ノズルリングに形成された貫通孔は、前記外側リングの内周面及び前記内側リングの外周面のそれぞれに形成された半円溝よりなり、前記半円溝により前記ベーン軸を直接支持することを特徴とするため、前記ベーン軸と前記半円溝との間の隙間を可及的に小さくすることができ、その隙間に排気ガス中のカーボンが入りにくくなる。 According to a second aspect of the present invention, the through hole formed in the nozzle ring is formed by a semicircular groove formed on each of an inner peripheral surface of the outer ring and an outer peripheral surface of the inner ring, and the semicircular Since the vane shaft is directly supported by the groove, the gap between the vane shaft and the semicircular groove can be made as small as possible, and carbon in the exhaust gas enters the gap. It becomes difficult.
請求項3に記載の本願発明は、前記ベーン軸の中心は、前記ベーンの空力中心から前記ベーンの長手方向の両方向においてそれぞれ最も距離の遠い両最遠部と前記ベーンの空力中心とをそれぞれ結んだ線分上において、それぞれの線分の長さの8割の距離を前記空力中心から前記それぞれの最遠部側に離れた2つの位置の間の範囲における前記ベーンの幅方向に配置されていることを特徴とするため、一体成型した可変ノズルベーンをノズルリングに装着することができる。 According to the third aspect of the present invention, the center of the vane shaft connects the farthest part farthest in the longitudinal direction of the vane from the aerodynamic center of the vane and the aerodynamic center of the vane, respectively. On the elliptical line segment, 80% of the length of each line segment is arranged in the width direction of the vane in a range between two positions away from the aerodynamic center to the respective farthest part side. Therefore, the integrally formed variable nozzle vane can be attached to the nozzle ring.
請求項4に記載の本願発明は、前記流体通路は前記タービンホイールへの流体供給通路であり、前記流体は排気ガスであることを特徴とするため、タービンホイールへの排気ガス供給量の調整を良好に行うことができる。
The present invention according to
請求項5に記載の本願発明は、タービンハウジング内に配設したタービンホイールを排気ガス等の流体によって回転させるとともにコンプレッサーハウジング内に配設したコンプレッサーホイールによって吸気等の流体を圧縮する機構及び前記タービンホイールへの排気ガス供給通路又は前記コンプレッサーホイールからの流体排出通路等の流体通路の流路面積を制御する可変ノズル機構を備えたターボチャージャにおいて、前記可変ノズル機構は、前記流体通路内に配置されるベーン、前記ベーンを一端側に保持するベーン軸及び前記ベーン軸を少なくとも有する可変ノズルベーンと、前記ベーン軸を回転可能に支承する大径の外側リング及び小径の内側リングから成るノズルリングと、前記ベーン軸を回転駆動する駆動部とによって構成し、前記ノズルリングには、前記ノズルリングの厚さ方向に貫通し、前記ベーン軸を直接的若しくは間接的に支持する貫通孔が複数形成されており、前記貫通孔は、前記外側リングの内周面及び前記内側リングの外周面の少なくともどちらか一方に形成された厚さ方向に貫通する溝を含み、前記ベーンを回転させた際、前記ベーン全体が前記外側リングの内周面よりも前記外側リングの外周面側に位置する、若しくは前記内側リングの外周面よりも前記内側リングの内周面側に位置することがあるように、前記ベーン軸の中心が前記ベーンの幅方向中央部に対して前記ベーンの幅方向に変位した配置で、前記ベーンと前記ベーン軸が一体成型され、前記ベーンと前記ベーン軸が一体成型された可変ノズルベーンを、前記ベーン全体が前記外側リングの内周面よりも前記外側リングの外周面側に位置する、若しくは前記内側リングの外周面よりも前記内側リングの内周面側に位置した状態で、前記ベーン軸を前記外側リング及び前記内側リングのいずれか一方の溝に合わせ、その後他方を前記ベーン側から挿入し、ノズルリングに形成された貫通孔に前記ベーン軸を嵌合させるようにして両者を嵌合固定し、前記ノズルリング及び前記可変ノズルベーンを前記流体通路に装着することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a mechanism for rotating a turbine wheel disposed in a turbine housing by a fluid such as exhaust gas and compressing a fluid such as intake air by the compressor wheel disposed in the compressor housing, and the turbine In a turbocharger having a variable nozzle mechanism for controlling a flow passage area of a fluid passage such as an exhaust gas supply passage to a wheel or a fluid discharge passage from the compressor wheel, the variable nozzle mechanism is disposed in the fluid passage. A vane to be arranged, a vane shaft for holding the vane on one end side, a variable nozzle vane having at least the vane shaft, a nozzle ring comprising a large-diameter outer ring and a small-diameter inner ring for rotatably supporting the vane shaft; And a drive unit that rotationally drives the vane shaft The nozzle ring has a plurality of through holes penetrating in the thickness direction of the nozzle ring and supporting the vane shaft directly or indirectly, and the through holes are formed on the inner periphery of the outer ring. A groove formed in at least one of the surface and the outer peripheral surface of the inner ring and penetrating in the thickness direction, and when the vane is rotated, the entire vane is more outward than the inner peripheral surface of the outer ring. The center of the vane shaft is located with respect to the central portion in the width direction of the vane so as to be positioned on the outer peripheral surface side of the ring or on the inner peripheral surface side of the inner ring with respect to the outer peripheral surface of the inner ring. The vane and the vane shaft are integrally molded in an arrangement displaced in the width direction of the vane, and the variable vane vane in which the vane and the vane shaft are integrally molded is formed. The vane shaft is positioned on the outer peripheral surface side of the outer ring with respect to the inner peripheral surface of the ring or on the inner peripheral surface side of the inner ring with respect to the outer peripheral surface of the inner ring. The nozzle ring is fitted in and fixed to one of the grooves of the inner ring, the other is then inserted from the vane side, and the vane shaft is fitted into a through hole formed in the nozzle ring. And the variable nozzle vane is mounted in the fluid passage.
請求項5記載の本願発明によれば、一体成型した可変ノズルベーンをノズルリングに装着することができる。
According to this invention of
請求項6に記載の本願発明は、前記ノズルリングに形成された貫通孔は、前記外側リングの内周面及び前記内側リングの外周面のそれぞれに形成された半円溝よりなり、前記半円溝により前記ベーン軸を直接支持することを特徴とするため、前記ベーン軸と前記半円溝との間の隙間を可及的に小さくすることができ、その隙間に排気ガス中のカーボンが入りにくくなる。 According to a sixth aspect of the present invention, the through hole formed in the nozzle ring includes a semicircular groove formed on each of an inner peripheral surface of the outer ring and an outer peripheral surface of the inner ring, and the semicircle Since the vane shaft is directly supported by the groove, the gap between the vane shaft and the semicircular groove can be made as small as possible, and carbon in the exhaust gas enters the gap. It becomes difficult.
請求項7に記載の本願発明は、前記ベーン軸の中心は、前記ベーンの空力中心から前記ベーンの長手方向の両方向においてそれぞれ最も距離の遠い両最遠部と前記ベーンの空力中心とをそれぞれ結んだ線分上において、それぞれの線分の長さの8割の距離を前記空力中心から前記それぞれの最遠部側に離れた2つの位置の間の範囲における前記ベーンの幅方向に配置されていることを特徴とするため、一体的に結合した可変ノズルベーンをノズルリングに装着することができる。
According to the present invention of
請求項8に記載の本願発明は、前記ベーンを回転させた際、前記ベーン全体が前記外側リングの内周面よりも前記外側リングの外周面側に位置することがあるように、前記ベーンが前記ベーン軸の中心に対して変位した配置で、前記ベーンと前記ベーン軸が一体形成され、前記ベーン軸を前記外側リングの半円溝に合わせた後、前記ベーン軸に前記内側リングの半円溝を合わせて前記ベーン側から挿入し、嵌合するとともに前記外側リングに前記内側リングを固定して前記可変ノズルユニットを形成したことを特徴とするため、前記可変ノズルユニットの組み付け時に内周部の空間の存在により内側リングを保持し易く、外側リングに対する内側リングの挿入、嵌合作業が容易である。
The present invention according to
本願発明によれば、一体成型した可変ノズルベーンを、ノズルリングに装着することのできる可変ノズル機構を備えたターボチャージャを得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a turbocharger including a variable nozzle mechanism capable of mounting an integrally molded variable nozzle vane on a nozzle ring.
以下、本願発明の実施形態を図1〜図4、図9〜図10に基づいて説明する。
図1に示したターボチャージャは、タービンハウジング1、コンプレッサーハウジング2及び両ハウジング1、2を繋ぐベアリングハウジング3によって構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4 and 9 to 10.
The turbocharger shown in FIG. 1 includes a
タービンハウジング1内には複数の羽根4を備えたタービンホイール5が回転可能に配設され、タービンホイール5と一体のシャフト6は軸受7を介してベアリングハウジング3に回転可能に支持されている。タービンホイール5の周囲には渦巻状に延びるスクロール通路8が形成され、羽根4と対向する位置に環状の排気ガス供給通路9が開口されている。スクロール通路8は図示しない内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスの排気通路と連通しているため、スクロール通路8内に流れ込む排気ガスは排気ガス供給通路9から羽根4に吹き付けられ、タービンホイール5を回転する。羽根4に吹き付けられた排気ガスは排気出口10から排出され、図示しない触媒コンバータへ送られる。
A
排気ガス供給通路9はスクロール通路8に接続するタービンハウジング1の内壁11と内壁11と対向するようにタービンハウジング1内に固定的に装着されたノズルリング12の側壁とによって形成されている。また、ノズルリング12は可変ノズルベーン13を回転可能に支承する支持手段を構成している。具体的には、ノズルリング12は外側リング14及び内側リング15から構成され、図4(a)に明示されるように外側リング14の内周面14aにはノズルリング12の半径方向に延びる12個の半円溝16が形成され、図4(c)に明示されるように内側リング15の外周面15aにはノズルリング12の半径方向に延びる12個の半円溝17が形成されている。各半円溝16、17は同一間隔で放射状に配置され、かつノズルリング12の厚さ方向に貫通しているため、内側リング15を外側リング14に嵌合した時各半円溝16と半円溝17とは対向して一致し、断面が円形である貫通孔を形成する。各半円溝16、17の径は下記する可変ノズルベーン13のベーン軸18の径に対応しており、可変ノズルベーン13の円滑な回転を許容する範囲で近似した値に設定されている。即ち、各半円溝16、17とベーン軸18との間の隙間が可能な限り小さくなるように設定されている。
The exhaust gas supply passage 9 is formed by an inner wall 11 of the
一方、可変ノズルベーン13は半円溝16、17の数に対応して12個使用され、図4(b)に明示されるように、ベーン軸18、ベーン軸18の一端に設けたベーン19及びベーン軸18の他端に設けた被動アーム20を備えるとともに一体成型により構成されている。なお、ベーン軸18とベーン19は直結されており、カーボン等がベーン軸18とノズルリング12の半円溝16、17の間の隙間に入らないようにするための円形板等は介在されていない。ベーン19は排気ガス供給通路9の通路幅にほぼ一致する程度の幅を有し(図1参照)、また可変ノズルベーン13が排気ガス供給通路9を閉鎖する方向に回転した時各ベーン19の長手方向の両端が重なる長さを有する(図2の破線参照)。また、ベーン軸18の中心がベーン19の幅方向中央部に対してベーンの幅方向に変位して配置され、その変位状態は、可変ノズルベーン13をノズルリング12に装着した際の、可変ノズルベーン13とノズルリング12との関係を前提に設定されている。即ち、その変位量は、ベーン19の向きをノズルリング12の半径方向と直角の方向に向けた場合(図2において破線で表されたベーン19)、ベーン19全体が外側リング14の内周面14aよりも外側リング14の外周側に位置するように設定されている。また、その際の変位方向は、図4(d)に明示されるように、ベーン19がノズルリング12の半径方向で外側リング14側に有る。なお、ベーン19の幅方向とは、図9に示したベーン19の流体が流れる長手方向に延びる面、即ち辺C及び辺Dに交わる方向をいう。弁19の幅方向中央部とは、図9に示すように、ベーン19の長手方向に延びる2辺C及びDに交わるとともに辺C及び辺Dに対する角度F1及びF2が同じになるような線分E1の中間点(線分E1においてはG1=G2となる点)を指す。さらに、ベーン19の幅方向中央部は、線分E1と同様な線分を無数引き、それらの線分の中間点を結んだ線Aで示している。また、図10に示すように、ベーン19の空力中心Hとベーン19の長手方向の両方向における最遠部K、Lとを結んだ線分をそれぞれS、Rとし、それぞれの線分S、Rの長さI、Jにおける空力中心Hからの8割の距離、即ち4/5I、4/5Jの位置をM、Pとする。ベーン軸18の中心Bは、両位置M、Pの範囲内においてベーンの幅方向に配置されている。
被動アーム20はベーン軸18と接続する一端側がベーン軸18よりも若干大径に形成され、他端側に円形の被動部21を有する板状に形成され、ベーン軸18の軸線に対して直角の方向に延出している。
On the other hand, twelve
The driven
図4(a)〜図4(d)を参照し、可変ノズルユニット22の形成について説明する。
図4(a)に示した外側リング14を水平に保持して、 図4(b)に示した可変ノズルベーン13のベーン19が外側リング14の上方(図4(a)において紙面手前側)に位置するようにしてベーン軸18を各半円溝16に嵌合する。この時、ベーン19の向きはノズルリング12の一部である外側リング14の半径方向と直角な方向に向けることにより、図4(d)あるいは図2において破線で表されたベーン19に見られるように、外側リング14の内周面14aよりも外方側に配置される。次に図4(c)に示した内側リング15の中心側空洞部15bを把持して半円溝17をベーン軸18に合わせながら外周面15aをベーン19側から外側リング14の内周面14aに挿入し、嵌合する。内側リング15を外側リング14に挿入する工程では、ベーン19全体が内周面14aよりも外側リング14の外周側に位置しているため、挿入作業は支障なく行うことができる。外側リング14と内側リング15の嵌合が終了すると、内周面14aと外周面15aの間を溶接により結合し、図4(d)に示した可変ノズルユニット22が形成される。
The formation of the
The
可変ノズルユニット22は被動アーム20が図1の左側に位置するようにしてベアリングハウジング3に装着し、3箇所に穿設したボルト孔23にボルト24を通して固定する(図2及び図4(a)参照)。この状態でタービンハウジング1を図1の右側からベアリングハウジング3に装着し、ボルト25によって固定する。従って、ベーン19は排気ガス供給通路9内に配置され、被動アーム20はベアリングハウジング3の側面に形成されている環状空間26内に配置される。
The
環状空間26内には、駆動リング27が配置され、ベアリングハウジング3の一部に回転可能に支持されている。図3に示すように、駆動リング27はその外周面27aに可変ノズルベーン13の数と同数のU字状溝28を有しており、被動アーム20の被動部21が嵌合する。また、駆動リング27にはU字状溝28の間の適宜位置に被動用U字状溝29が1箇所形成され、リンク30と一体の駆動ピン31が嵌合している。リンク30はベアリングハウジング3の側壁の一部に回転可能に支持された軸32の一端に固定されている。軸32の他端はベアリングハウジング3の側壁外方に突出し、その突出部にアクチュエータ33に連結したリンク34が固定されている。従って、アクチュエータ33が適宜指令に基づき作動すると、リンク34の一方向又は他方向への回転により軸32、リンク30、駆動ピン31及び駆動リング27を介して被動アーム20が回転され、ベーン19は図2に示した実線位置と破線位置との間の適宜位置に回動される。ベーン19の回動は周知のように、ベーン19間の通路面積を変更し、排気ガスの供給量を調整することができる。なお、被動アーム20、駆動リング27、リンク30、駆動ピン31、軸32及びアクチュエータ33は本願発明で説明する可変ノズル機構の駆動部を構成するものである。
A
タービンホイール5と一体のシャフト6はコンプレッサーハウジング2内に突出し、その先端部に羽根35を備えたコンプレッサーホイール36がナット37により固定されている。コンプレッサーホイール36はタービンホイール5の回転によって回転され、吸気通路38から導入される空気等の吸気を羽根35によって圧縮し、外周側に配設された流体排出通路39に送り出す。流体排出通路39はコンプレッサーハウジング2内に形成される渦巻状のコンプレッサー通路40に連通し、コンプレッサー通路40内でさらに圧縮された流体は図示しない内燃機関の燃焼室へ送られる。
A
以上のように構成された本願発明の実施形態の作用を以下に説明する。
図4(a)〜図4(d)において説明したように、可変ノズルベーン13はベーン19がノズルリング12の半径方向で見てベーン軸18の中心軸に対して外側リング14側にずらした配置で構成されている。このため、外側リング14及び内側リング15にベーン軸18の径に限りなく近づけて半円溝16及び17を形成することができる。即ち、ベーン軸18を外側リング14の半円溝16に装着した時、ベーン19をノズルリング12の半径方向と直角な方向に向けることでベーン19全体を外側リング14の内周面14aよりも外側リング14の外周側に位置させることができるので内側リング15を外側リング14に支障なく容易に嵌合することができ、外側リング14及び内側リング15を固定すれば可変ノズルユニット22が形成される。このようにして形成された可変ノズルユニット22は、半円溝16及び17とベーン軸18との間にベーン軸18の回転に必要な最小限の隙間を形成することができる。
The operation of the embodiment of the present invention configured as described above will be described below.
4A to 4D, the
従って、可変ノズルユニット22を装着したターボチャージャでは、排気ガス供給通路9を流れる排気ガスがベーン軸18と半円溝16、17との間の隙間に入り込みにくくなり、従来のように排気ガス中に含まれるカーボン等の不純物の堆積が無く、ベーン19の回動による正確な排気ガスの流量調整を持続させることができる。
Therefore, in the turbocharger equipped with the
本願発明は、前記した実施形態の構成に限定されるものではなく本願発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、次のように実施することができる。 The present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment, and various modifications are possible within the scope of the spirit of the present invention, and can be implemented as follows.
(1)ベーン軸18に取り付けたベーン19の変位方向は、ノズルリング12の半径方向であれば内側リング15側であっても良く、その場合には、ベーン19を回動させた場合に、ベーン19全体が内側リング15の外周面15aよりも内側リング15の内周側に位置することがあるようにベーン19をベーン軸18に対して取り付ける必要がある。この場合の可変ノズルユニット22の形成順序は次の通りである。まず、内側リング15を水平に配置する。次に、可変ノズルベーン13のベーン19が内側リング15の上方に位置するようにしてベーン軸18を内側リング15の半円溝17に装着する。この時、ベーン19はノズルリング12の半径方向と直角な方向に向けておく。次に、外側リング14を把持し、半円溝16をベーン軸18に合わせてベーン19側から内側リング15に装着し、嵌合する。その後、外側リング14と内側リング15とを溶接等により固定することによって可変ノズルユニット22が形成される。このような構成であっても前記実施形態と同等の作用効果が得られる。
(2)本願発明の駆動部は前記実施形態に示した構成に限らず、例えばアクチュエータ33に連結したリンクが駆動リング27に直接接続して駆動するなど、種々の形態で構成することができる。
(3)前記実施形態は可変ノズルユニット22をタービンハウジング1の排気ガス供給通路9に実施した例を説明したが、可変ノズルユニット22をコンプレッサーハウジング2の流体排出通路39において実施することが可能である。この場合は、コンプレッサーホイール36の羽根35によって圧縮された流体がベーン軸18の周囲の隙間から漏洩することを抑制することができる。
(4)前記実施形態は、ベーンがノズルリングの半径方向に対して直角になった時に、ベーン全体が外側リングの内周面よりも外側ノズルリングの外周側に位置する、若しくは内側リングの外周面よりも内側リングの内周側に位置するようになっていたが、直角となった時だけでなくてもよく、直角に対して少し角度が小さかったり大きかったりする時であっても良い。
(5)前記実施形態は駆動リング27により可変ノズルベーン13の被動アーム20を動かすことで、被動アーム20に対してベーン軸18とともに一体成型されたベーン19を回転させるようにしていたが、ベーン19を回転させる構造はその構造に限定されない。例えば、可変ノズルベーンをベーン軸とベーンのみを一体成型することで形成するとともに、ベーン軸の外周面と駆動リングの外周面に相互に嵌合可能なギアの歯を形成し、駆動リングを回転させることでベーン軸とともにベーンを回転させるようにしてもよい。
(6)前記実施形態は外側リング14と内側リング15の両方に半円溝16,17を形成することで断面が円形である貫通孔を形成していたが、例えば図5(a)に示すように、外側リング41にU字状溝42を形成し、図5(b)に示すように、内側リング43に半円溝44を形成した突起45を形成し、両者を嵌合することで、図5(c)に示すように、断面が円形である貫通孔46を形成するようにしても良い。また、その場合、内側リング43に形成された突起45を省略してもよい。また他にも、図6に示すように、外形が四角柱からなるすべり軸受47に形成された断面円形の貫通孔48にベーン軸18を挿入し、そのすべり軸受47を外側リング49に形成された断面四角形の溝部50及び内側リング51に形成された断面四角形の溝部52に嵌合させるようにしてもよい。
(7)前記実施形態では、ベーン軸18の中心からベーン19をずらした配置でベーン19とベーン軸18を一体成型していたが、それに限定されず、例えば、図6に示した構造等においては、図7に示すように、ベーン53の幅方向中央部Aに対してベーン軸54の中心をノズルリングの径方向外側にずらした配置になるようにベーン53とベーン軸54を一体成型してもよい。そうすることで、内側リング51と外側リング49が嵌合可能となる。
(8)図8(a)に示すように、外側リング55の内周面の下端部から内側に突出する突起56を全周に渡って形成するとともに、内側リング57の外周面の下端部にその突起56に対応する形状の溝58を全集に渡って形成し、外側リング55の上側から内側リング57を嵌合させて、図8(b)に示すように組みつけるような構造にしてもよい。このような構造にすることで、内側リング57が外側リング55から抜け落ちることが防止できる。また逆に、内側リングの外周面下端部から外周側に突出するように突起を形成するとともに、外側リングの内周面の下端部に溝を形成してもよい。
(1) The displacement direction of the
(2) The drive unit of the present invention is not limited to the configuration shown in the above embodiment, and can be configured in various forms, for example, a link connected to the
(3) In the above embodiment, the
(4) In the above embodiment, when the vane is perpendicular to the radial direction of the nozzle ring, the entire vane is positioned on the outer peripheral side of the outer nozzle ring relative to the inner peripheral surface of the outer ring, or the outer periphery of the inner ring. Although it is located on the inner peripheral side of the inner ring with respect to the surface, it does not have to be a right angle, and may be a time when the angle is slightly smaller or larger than the right angle.
(5) In the above-described embodiment, the driven
(6) Although the said embodiment formed the through-hole which has a circular cross section by forming the
(7) In the above-described embodiment, the
(8) As shown in FIG. 8A, a
1 タービンハウジング
2 コンプレッサーハウジング
3 ベアリングハウジング
5 タービンホイール
9 排気ガス供給通路
12 ノズルリング
13 可変ノズルベーン
14,41,55 外側リング
15,43,57 内側リング
16、17 半円溝
18,54 ベーン軸
19,53 ベーン
20 被動アーム
22 可変ノズルユニット
27 駆動リング
29 被動用U字状溝
33 アクチュエータ
36 コンプレッサーホイール
39 流体排出通路
A ベーンの幅方向中央部
H ベーンの空力中心
K,L 最遠部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記可変ノズル機構は、前記流体通路内に配置されるベーン、前記ベーンを一端側に保持するベーン軸及び前記ベーン軸を少なくとも有する可変ノズルベーンと、前記ベーン軸を回転可能に支承する大径の外側リング及び小径の内側リングから成るノズルリングと、前記ベーン軸を回転駆動する駆動部とによって構成し、
前記ノズルリングには、前記ノズルリングの厚さ方向に貫通し、前記ベーン軸を直接的若しくは間接的に支持する貫通孔が複数形成されており、
前記貫通孔は、前記外側リングの内周面及び前記内側リングの外周面の少なくともどちらか一方に形成された厚さ方向に貫通する溝を含み、前記ベーンを回転させた際、前記ベーン全体が前記外側リングの内周面よりも前記外側リングの外周面側に位置する、若しくは前記内側リングの外周面よりも前記内側リングの内周面側に位置することがあるように、前記ベーン軸の中心が前記ベーンの幅方向中央部に対して前記ベーンの幅方向に変位した配置で、前記ベーンと前記ベーン軸が一体成型されていることを特徴とする可変ノズル機構を備えたターボチャージャ。 A mechanism for rotating a turbine wheel disposed in a turbine housing by a fluid such as exhaust gas and compressing a fluid such as intake air by a compressor wheel disposed in the compressor housing, and an exhaust gas supply passage to the turbine wheel or the compressor In a turbocharger equipped with a variable nozzle mechanism for controlling the flow area of a fluid passage such as a fluid discharge passage from a wheel,
The variable nozzle mechanism includes a vane disposed in the fluid passage, a vane shaft that holds the vane on one end side, a variable nozzle vane having at least the vane shaft, and a large-diameter outer side that rotatably supports the vane shaft. A nozzle ring including a ring and a small-diameter inner ring, and a drive unit that rotationally drives the vane shaft;
The nozzle ring is formed with a plurality of through holes penetrating in the thickness direction of the nozzle ring and supporting the vane shaft directly or indirectly,
The through hole includes a groove formed in at least one of an inner peripheral surface of the outer ring and an outer peripheral surface of the inner ring and penetrating in the thickness direction. When the vane is rotated, the entire vane The vane shaft may be positioned closer to the outer peripheral surface of the outer ring than the inner peripheral surface of the outer ring, or closer to the inner peripheral surface of the inner ring than the outer peripheral surface of the inner ring. A turbocharger provided with a variable nozzle mechanism, characterized in that the vane and the vane shaft are integrally formed with an arrangement in which the center is displaced in the width direction of the vane with respect to the central portion in the width direction of the vane.
前記可変ノズル機構は、前記流体通路内に配置されるベーン、前記ベーンを一端側に保持するベーン軸及び前記ベーン軸を少なくとも有する可変ノズルベーンと、前記ベーン軸を回転可能に支承する大径の外側リング及び小径の内側リングから成るノズルリングと、前記ベーン軸を回転駆動する駆動部とによって構成し、
前記ノズルリングには、前記ノズルリングの厚さ方向に貫通し、前記ベーン軸を直接的若しくは間接的に支持する貫通孔が複数形成されており、
前記貫通孔は、前記外側リングの内周面及び前記内側リングの外周面の少なくともどちらか一方に形成された厚さ方向に貫通する溝を含み、
前記ベーンを回転させた際、前記ベーン全体が前記外側リングの内周面よりも前記外側リングの外周面側に位置する、若しくは前記内側リングの外周面よりも前記内側リングの内周面側に位置することがあるように、前記ベーン軸の中心が前記ベーンの幅方向中央部に対して前記ベーンの幅方向に変位した配置で、前記ベーンと前記ベーン軸が一体成型され、
前記ベーンと前記ベーン軸が一体成型された可変ノズルベーンを、前記ベーン全体が前記外側リングの内周面よりも前記外側リングの外周面側に位置する、若しくは前記内側リングの外周面よりも前記内側リングの内周面側に位置した状態で、前記ベーン軸を前記外側リング及び前記内側リングのいずれか一方の溝に合わせ、その後他方を前記ベーン側から挿入し、ノズルリングに形成された貫通孔に前記ベーン軸を嵌合させるようにして両者を嵌合固定し、
前記ノズルリング及び前記可変ノズルベーンを前記流体通路に装着することを特徴とする可変ノズル機構を備えたターボチャージャの製造方法。 A mechanism for rotating a turbine wheel disposed in a turbine housing by a fluid such as exhaust gas and compressing a fluid such as intake air by a compressor wheel disposed in the compressor housing, and an exhaust gas supply passage to the turbine wheel or the compressor In a turbocharger equipped with a variable nozzle mechanism for controlling the flow area of a fluid passage such as a fluid discharge passage from a wheel,
The variable nozzle mechanism includes a vane disposed in the fluid passage, a vane shaft that holds the vane on one end side, a variable nozzle vane having at least the vane shaft, and a large-diameter outer side that rotatably supports the vane shaft. A nozzle ring including a ring and a small-diameter inner ring, and a drive unit that rotationally drives the vane shaft;
The nozzle ring is formed with a plurality of through holes penetrating in the thickness direction of the nozzle ring and supporting the vane shaft directly or indirectly,
The through hole includes a groove penetrating in the thickness direction formed in at least one of the inner peripheral surface of the outer ring and the outer peripheral surface of the inner ring,
When the vane is rotated, the entire vane is positioned on the outer peripheral surface side of the outer ring from the inner peripheral surface of the outer ring, or closer to the inner peripheral surface side of the inner ring than the outer peripheral surface of the inner ring. The vane and the vane shaft are integrally formed in an arrangement in which the center of the vane shaft is displaced in the width direction of the vane with respect to the central portion in the width direction of the vane so as to be positioned,
The variable nozzle vane in which the vane and the vane shaft are integrally formed, the entire vane is located on the outer peripheral surface side of the outer ring with respect to the inner peripheral surface of the outer ring, or the inner side with respect to the outer peripheral surface of the inner ring. A through hole formed in the nozzle ring by aligning the vane shaft with one of the grooves of the outer ring and the inner ring and then inserting the other from the vane side while being positioned on the inner peripheral surface side of the ring And fitting and fixing both the vane shafts so that
A method of manufacturing a turbocharger having a variable nozzle mechanism, wherein the nozzle ring and the variable nozzle vane are attached to the fluid passage.
前記ベーン軸を前記外側リングの半円溝に合わせた後、前記ベーン軸に前記内側リングの半円溝を合わせて前記ベーン側から挿入し、嵌合するとともに前記外側リングに前記内側リングを固定して前記可変ノズルユニットを形成したことを特徴とする請求項7に記載の可変ノズル機構を備えたターボチャージャの製造方法。 When the vane is rotated, the vane is displaced with respect to the center of the vane shaft so that the entire vane may be located closer to the outer peripheral surface side of the outer ring than the inner peripheral surface of the outer ring. In the arrangement, the vane and the vane shaft are integrally molded,
After the vane shaft is aligned with the semicircular groove of the outer ring, the semicircular groove of the inner ring is aligned with the vane shaft and inserted from the vane side, and the inner ring is fixed to the outer ring. The method of manufacturing a turbocharger having a variable nozzle mechanism according to claim 7, wherein the variable nozzle unit is formed.
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