JPS6321331A - 可変ノズルタ−ポチヤ−ジヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ノズルベーンを備えた可変ノズルターボチャ
ージャに関し、とくにノズルベーンの姿勢精度を向上さ
せるとともにノズルベーンの駆動損失を低減するように
した可変ノズルターボチャージャに関する。

〔従来の技術〕

従来から、可変ノズルターボチャージャにおけるノズル
ベーンの駆動機構は知られている（たとえば実開昭５７
−７６２３５号公報、実開昭５８−８２４３９号公報、
実開昭５８−１３００３０号公報）。

上述の実開昭５８−１３００３０号公報に開示されてい
る可変ノズルターボチャージャは、第６図および第７図
に示すような構造になっている。図において、１はノズ
ルベーンを示しており、ノズルベーン１のシャフト２に
レバー３が固定されている。

レバー３のシャフト２側に固定される部位と反対側の端
部はＵ字形に形成されており、このＵ字形の部分にロー
ラ状のスライダ４が摺動自在に介装されている。スライ
ダ４には連結ピン５の一方が挿通されており、連結ピン
５の他方が回動リング６に固着されている。そして、回
動リング６が回動することによりレバー３はスライダ４
と摺動しながら回動するようになっている。回動リング
６はサポータ７によって支持されており、サポータ７は
バウシングの外周上に設けられたサポートベアリング８
に回動可能に支持されている。実開昭５８−８２４３９
号公報も上述の構造に準じる。

実開昭５７−７６２３５号公報に開示されているターボ
チャージャは、ノズルベーンに連結されたレバーに長孔
が形成され、この長孔に回動リング側に設けられたピン
が嵌合されている。この場合は、回動リングがバウシン
グの外周面と摺動しながら回動し、ピンとレバーの保合
によってノズルベーンの角度が調整される。

しかしながら、上述のタイプの可変ノズルターボチャー
ジャには下記に示す問題点がある。

まず、実開昭５８−１３００３０号公報および実開昭５
８−８２４３９号公報に開示されたタイプの可変ノズル
ターボチャージャにおいては、回動リングのピンとスラ
イダ、スライダとレバーの２ケ所で対隅（相対運動可能
に保合）するので、ノズルベーン駆動系のガタが大きく
なり、ノズルベーンの姿勢精度が悪くなるという問題が
ある。つまり、ノズルベーンの姿勢が不安定となり、バ
ンチングを生じるおそれがある。

また、スライダを介してノズルベーンを回動させている
ので、摩擦抵抗が増加しノズルベーンの駆動損失が大き
くなるという問題がある。実開昭５７−７６２３号公報
のターボチャージャにおいても、レバーの長孔とピンが
係合するようになっているので、レバーの回動時に長孔
とピンとが摺動し、駆動損失が大となる。

さらに、実開昭５８−１３００３０号公報および実開昭
５８−８２４３９号公報に開示されているターボチャー
ジャでは、とくに回動リングを支持するサポートおよび
サポートを摺動自在に支持するサポートベアリングが必
要となり、ノズルベーンの駆動機構が複雑となる。した
がって、上述と同様に摩擦による駆動損失が大きく、か
つ組付性も悪くなるという問題がある。

そこで、先に本出願人により簡単な構造でノズルベーン
の姿勢精度を向上させるとともにノズルベーンの駆動損
失を低減できる可変ノズルターボチャージャが提案され
ている。

この可変ノズルターボチャージャは、平行四節リンクに
よりノズルベーンを回動させるようにしているので、ノ
ズルベーン駆動系のガタを従来よりも小にすることがで
き、ノズルベーンの姿勢精度を向上させる点においては
大きな効果がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述の可変ノズルターボチャージャにも
残された問題がある。つまり、ノズルベーンのシャフト
が配置されるピ・７千円の中心と、ノズルベーン回動用
レバーと回動リングとを連結する連結ピンが配置される
ピッチ円の中心とが偏心しているので、ベアリングバウ
シングの外周に配設される回動リングの一部がノズルベ
ーンよりも内側に位置してしまうという構成上の難点が
ある。すなわち、回動リングの一部分がノズルベーンよ
りも内側に位置することになるので、回動リングとベア
リングバウシングとの干渉を防止するため、ベアリング
バウシングの一部を削除しなければならず、ベアリング
バウシングの構成が難しくなるという問題がある。

本発明は、先に提案された可変ノズルターボチャージャ
と同じ目的を掲げるものであるが、さらに回動リングの
配置を適正化し、ペアリングツ＼ウジングの構成上の難
点を解消することができる可変ノズルターボチャージャ
を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的に沿う本発明の可変ノズルターボチャージャは
、ハウジングの外周に配設された回動リングの回動によ
りノズルベーンを回動させるようにした可変ノズルター
ボチャージャにおいて、前記回動リングを第１の回動リ
ング部材と第２の回動リング部材から構成し、該第１の
回動リング部材を前記ノズルベーンのシャフトが配置さ
れるピンチ円の中心線をはさんで互いに対向させて配置
するとともに、前記第１の回動リング部材の間に、前記
中心線と前記ピンチ円とが交差する位置を中心に回動可
能な前記第２の回動リング部材をそれぞれ介装し、前記
第１の回動リング部材の両端を前記第２の回動リング部
材に第１の連結ピンを介して回動可能に連結し、前記第
２の回動リング部材に位Ｗするノズルベーンのシャフト
を第２の回動リング部材の回動中心に固定し、該第２の
回動リング部材に位置するノズルベーンを除く前記ノズ
ルベーンのシャフトに、ノズルベーン回動用のレバーの
一方を該レバーが前記第２の回動リング部材と平行かつ
前記中心線をはさんで対称となるようにそれぞれ固定す
るとともに、前記レバーの他方を第１の回動リング部材
に第２の連結ピンを介して回動自在に連結し、前記ノズ
ルベーンと前記回動リングと前記レバーとによって複数
の平行四節リンクを構成したものから成る。

〔作用〕

このように構成された可変ノズルターボチャージャにお
いては、回動リングを駆動させることによりノズルベー
ンが全数所定の角度だけ回動される。回動リングを構成
する第１の回動リング部材は、ノズルベーンのシャフト
が配置されるピンチ円の中心線をはさんで対向するよう
に配置され、その端部は前記中心線と前記ピンチ円とが
交差する位置を中心に回動可能な第２の回動リング部材
を介して連結されるので、第１の回動リング部材はノズ
ルベーンのシャフトが配置される位置よりも外方に位置
させることができる。すなわち、第１の回動リング部材
をベアリングハウジングがら遠ざけて配置することが可
能となる。

したがって、回動リングとベアリングハウジングとの干
渉を考慮する必要がなくなり、ベアリングハウジングの
構成上の難点は解消される。

また、ノズルベーンの回動部分には、ノズルベーン、レ
バー、回動リングにより複数の平行四節リンクが構成さ
れる。この平行四節リンクにおけるノズルベーンと回動
リングとの間で対隅となるところは、つまり相対運動可
能に係合するところは、ピンとレバーの１ケ所のみとな
るのでガタが小に抑えられる。したがって、ノズルベー
ンの姿勢精度が向上し、ハンチングが防止される。

〔実施例〕

以下に、本発明の可変ノズルターボチャージャの望まし
い実施例を、図面を参照して説明する。

第１実施例 第１図ないし第４図は本発明の第１実施例に係る可変ノ
ズルターボチャージャを示している。まず第１図におい
てターボチャージャの全体構成を説明すると、１１はタ
ーボチャージャのハウジングであり、ベアリングハウジ
ング１２と、その軸芯方向両側に設けられたタービンハ
ウジング１３、コンプレッサハウジング１４とから成る
。タービンハウジング１３はエンジン（図示路）の排気
側に接続され、コンプレッサハウジング１４はエンジン
の吸気側に接続される。

タービンハウジング１３内にはタービンホイール１５が
収納され、コンプレッサハウジング１４内にはインペラ
１６が収納され、タービンホイール１５とインペラ１６
とはターボチャージャ軸芯上でベアリングハウジング１
２を貫通して延びるタービンシャフト１７によって一体
的に連結され、ベアリングハウジング１２にベアリング
を介して支持され、ハウジング１１内において回転する
。

タービンハウジング１３は、径方向中央部にタービンホ
イール収納部１８を、径方向外周部に渦巻室１９を有し
、タービンホイール収納部１８と渦巻室１９とは、全周
にわたって延びるノズル配設部２０によって連絡されて
おり、排気ガスは渦巻室１９に流入してノズル配設部２
０を通って全周からタービンホイール収納部１８に入る
。ノズル配設部２０には、全周にわたって等間隔にノズ
ルベーン２１が複数個配設される。この場合、ノズルベ
ーン２１のシャフト２２は、タービンホイール１５の中
心と同心の円周上に配設される。排気ガスがノズル配設
部２０を通るとき、ノズルベーン２１により方向を変え
られて加速され、タービンホイール収納部１８に流入し
てタービンホイール１５に仕事をして排出される。ター
ビンホイール１５の仕事はタービンシャフト１７の一方
端に固定されたインペラ１６を駆動し、吸気を高圧化し
てエンジンに供給されるために消費される。

ノズルベーン２１は、次の機構により回動可能であり、
ノズルベーン２１間のノズル開口面積を可変にする。す
なわち、ノズルベーン２１と一体のシャフト２２は、第
４図に示すようにベアリングハウジング１２の壁を貫通
してベアリングハウジング１２の外周空間に突出してお
り、シャフト２２の一端には断面形状り字形のレバー２
３がノズルベーン２１と一体的に回動可能に固定されて
いる。２４はシャフト２２を回動可能に支持するブツシ
ュであり、プツシュ２４はベアリングハウジング１２に
嵌合されシュラウドプレート２５によりベアリングハウ
ジング１２側に押し付けられ、固定されている。

ベアリングハウジング１２の外周には、回動リング２８
が配設されており、回動リング２８は第１の回動リング
部材３２と第２の回動リング部材３３から構成されてい
る。第１の回動リング部材３２と第２の回動リング部材
３３とは、第２図に示すように、トランク形となるよう
に連結されている。第１の回動リング部材３２は、板状
のリングを半分にしたような形状に形成され、両端に穴
３２ａがそれぞれ形成されている。第１の回動リング部
材３２は、ノズルベーン２１のシャフト２２が配置され
るピッチ円Ａの中心線Ｃをはさんで互いに対向している
。

第１の回動リング部材３２の間には、細長い棒状に形成
された第２の回動リング部材３３がそれぞれ介装されて
いる。第２の回動リング部材３３の両端には穴３３ａが
形成されており、この六３３ａに第１の回動リング部材
３２の穴３２ａが重ね合わされている。穴３２ａと穴３
３ａには第１の回動リング部材３２と第２の回動リング
部材３３とを連結する第１の連結ピン３４が挿通されて
いる。

第２の回動リング部材３３の両端の穴３３ａを結ぶ線と
中心線Ｃとノズルベーン２１のシャフト２２が配置され
るピッチ円Ａとが交差する位置には、ノズルベーン２１
のシャフト２２が位置している。つまり、第２の回動リ
ング部材３３には、ノズルベーン２１のシャフト２２が
挿通され、このノズルベーン２１のシャフト２２を中心
に第２の回動リング部材３３が回動可能になっている。

この場合、シャフト２２は第２の回動リング部材３３に
固定され、第２の回動リング部材３３の回動に伴なって
ノズルベーン２１が回動するようになっている。

上述のノズルベーン２１を除く各ノズルベーン２１のシ
ャフト２２の端部にはねじ部２２ａが形成されており、
シャフト２２には段差部が形成されている。

レバー２３に形成された穴２３ａにはシャフト２２が挿
通され、ねじ部２２ａにナンド２６を螺合させることに
よりレバー２３がシャフト２２の段差部に押圧され、シ
ャフト２２とレバー２３とが一体的に固定されている。

この場合、ノズルベーン２１はタービンホイール１５に
対して所定の角度に設定され、各レバー２３は全数が平
行でかつ同一方向となるようにノズルベーン２１のシャ
フト２２に固定される。

レバー２３には穴２３ａと平行に延びる穴２３ｂが形成
されており、穴２３ｂに頭部が半径方向外方に膨出した
第２の連結ピン２７がノズルベーン２１側から挿通され
ている。連結ピン２７は頭部２７ａ、大径部２７ｂ、小
径部２７Ｃ１ねじ部（図示路）から構成されており、頭
部２７ａ側に大径部２７ｂが位置し頭部２７ａと反対の
端部にはねじ部が位置している。大径部２７ｂはレバー
２３の穴２３ｂに嵌合される部分であり、その長さはレ
バー２３の穴２３ｂの長さより若干長く形成されている
。

第１の回動リング部材３２には、前述の第２の回動リン
グ部材３３に固定されるノズルベーン２１を除くノズル
ベーン２１の数だけ等間隔に穴３２ｂが形成されており
、この穴３２ｂに各レバー２３に挿通された第２の連結
ピン２７の小径部２７Ｃが嵌合されている。各連結ピン
２７のねじ部にはナツト２９がそれぞれ螺合され、ナツ
ト２９の締付けより回動リング２８は大径部２５ｂの端
部の段部に押圧され、回動リング２８と第２の連結ピン
２７が固定されている。この場合、第２の連結ピン２７
の大径部２７ｂがレバー２３の穴２３ｂより長く形成さ
れているので、ナツト２９の締付けによってレバー２３
と回動リング２８とが拘束されることはな（、レバー２
３と回動リング２８は回動自在に連結される。

なお、第２の回動リング部材３３の両端の穴３３ａの間
隔りは中心線Ｃで２等分され、その間隔りはレバー２３
の穴２８ａと穴２８ｂとの間隔Ｅの２倍となっている。

レバー２３と第１の回動リング部材３２に挿通されてい
る連結ピン２７は、第２図に示すように、ノズルベーン
２１のシャフト２２が配置されるピッチ円Ａと同一の大
きさのピンチ円Ｂ上に配置され、連結ピン２７の取付ピ
ッチもノズルベーン２１のシャフト２２の取付ピンチと
同一になっている。これにより、ノズルベーン駆動部分
にはノズルベーン２１のシャフト２２、レバー２３、回
動リング２８により複数の平行四節リンク３０が構成さ
れている。

複数設けられているノズルベーン２１の一つに、このノ
ズルベーン２１のシャフト２２を中心に回動可能な操作
レバー３１が取付けられている。操作レバー３１は、第
１の回動リング部材３２とレバー２３とを連結する第２
の連結ピン２７にも連結されており、操作レバー３１を
左右に駆動させることにより平行四節リンク３０が一斉
に動きノズルベーン２１が回動するようになっている。

操作レバー３１は、たとえば電子制御装置（図示路）か
らの指令によって駆動されるアクチュエータ（図示路）
に連結される。

つぎに、上記の可変ノズルターボチャージャにおける作
用について説明する。

ノズルベーン２１の角度は、操作レバー３１を左右に駆
動することによって可変される。操作レバー３１は複数
のうちの一つのノズルベーン２１のシャフト２２を中心
として回動され、それに伴って回動リング２８が左右に
動かされる。回動リング２８が所定方向に駆動されると
各レバー２３と第２の回動リング部材３３とは平行四節
リンク３０の一部を構成しているので、第３図に示すよ
うに、すべてのレバー２３と第２の回動リング部材３３
とが同一方向に同じ量だけ回動される。この場合、レバ
ー２３とノズルベーン２１のシャフト２２は固定され１
、レバー２３に固定されないノズルベーン２１のシャフ
ト２２は第２の回動リング部材３３と固定されているの
で、すベモのノズルベーン２１の回転角を一定にするこ
とができる。

この平行四節リンク３０におけるノズルベーン２１と第
１の回動リング部材３３との間で回転対隅となるところ
は、連結ピン２７とレバー２３の１ケ所のみとなる。つ
まり、ノズルベーン２１と第１の回動リング部材２８と
の間で相対運動可能に係合するところは、第２の連結ピ
ン２７とレバー２３の１ケ所となり、従来よりもノズル
ベーン駆動系のガタが小に抑えられる。また、第１の回
動リング部材３２と第２の回動リング部材３３との間で
相対運動可能に係合するところは、第１の連結ピン３３
が挿通される部分の１ケ所のみとなり、同様にガタが小
に抑えられる。したがって、ノズルベーン２１の姿勢精
度が向上し、ハンチングの発生も防止される。

また、ノズルベーン２１を平行四節リンク３０によって
可変させることにより、摺動部であるスライダが不要に
なるとともに、回動リング２８をベアリングハウジング
側に支持させる必要がなくなり、サポートやサポートベ
アリングも不要となる。

したがって、摺動部における摩擦損失が解消され、ノズ
ルベーンの駆動損失の大幅な低減がはかれる。

また、第１の回動リング部材３２を対向させて配置する
とともに両者を第２の回動リング部材３３を介して連結
するので、第１の回動リング部材３２をノズルベアリン
グ２１のシャフト２２の位置よりも外側に配置すること
が可能となる。つまり、第１の回動リング部材３２をベ
アリングハウジング１２から遠ざけることができ、ベア
リングハウジング１２の構成が回動リング２８によって
制約されることがなくなる。

第２実施例 第５図は、本発明の第２実施例に係る可変ノズルターボ
チャージャの平行四節リンクを示している。第２実施例
が第１実施例と異なるところはノズルベーンの配置位置
であり、その他の部分は第１実施例に準じるので、準じ
る部分に第１実施例と同一の符号を付すことにより準じ
る部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。

第５図において、ピッチ円Ａ上には９個のノズルベーン
２１が配置されている。第１実施例では８個のノズルベ
ーン２１が配置されていたが、本実施例では奇数個のノ
ズルベーンが配置されている。

このように奇数個のノズルベーン２１が配置されること
により、ノズルベーン２１のシャフト２２が配置される
ピッチ円Ａとこのピッチ円Ａの中心線Ｃとが交差する位
置には、１個のノズルベーン２１が配置される。つまり
、偶数個のノズルベーンの場合は中心線Ｃ上に２個のノ
ズルベーンを配置させることが可能であるが、奇数個と
なる本実施例では１個のみとなる。したがって、一方の
第２の回動リング部材３３の回動中心にはノズルベーン
２１のシャフト２２が配置されるが、他方の第２の回動
リング３３の回動中心にはノズルベーンのないシャフト
３５が配置される。

このように構成された第２実施例においては、操作レバ
ー３１を左右に駆動することによって、−方の第２の回
動リング部材３３は、ノズルベーン２１のシャフト２２
を中心に回動し、他方の第２の回動リング部材３３は、
ノズルベーンのないシャフト３５を中心に回動される。

その他の作用については第１実施例に準じる。

このように、ピンチ円Ａ上には奇数、偶数を問わず任意
の数のノズルベーンを配置することが可能となる。

（発明の効果〕 以上説明したように、本発明の可変ノズルターボチャー
ジャによるときは、下記の効果が得られる。

（イ）ノズルベーンと回動リングとの間において相対運
動可能に保合（回転対隅）するところを、連結ビン部の
１ケ所とすることができ、ノズルベーン駆動系のガタを
小に抑えることができる。したがって、ノズルベーンの
姿勢精度が向上し、ハンチングの発生を防止することが
できる。

（ロ）ノズルベーンの駆動機構に平行四節リンクを用い
たことにより摺動部を少なくすることかで・き、ノズル
ベーンの駆動損失を大幅に低減することができる。

（ハ）回動リングを分割し、第１の回動リング部材を第
２の回動リング部材を介して対向するように配置したの
で、回動リングをノズルベーンのシャフトの位置よりも
外側に配置することが可能となる。したがって、ノズル
ベーンを回動させる回動リングとベアリングハウジング
との干渉を考慮する必要がなくなり、ベアリングハウジ
ングの構成が難しくなるという問題は解消される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る可変ノズルターボチ
ャージャの全体断面図、 第２図は第１図における平行四節リンクの平面図、 第３図は第１図における回動リングを駆動させ２ま た場合の平行四節リンクの平面図、 第４図は第１図における可変ノズルターボチャージャの
平行四節リンク部分の拡大断面図、第５図は本発明の第
２実施例に係る可変ノズルターボチャージャの平行四節
リンクの平面図、第６図は従来の可変ノズルターボチャ
ージャの一例を示す断面図、 第７図は第６図の■−■線に沿う断面図、である。 １５・・・・・・タービンホイール ２１・・・・・・ノズルベーン ２２・・・・・・ノズルベーンのシャフト２３・・・・
・・レバー ２７・・・・・・第２の連結ビン ２８・・・・・・回動リング ３０・・・・・・平行四節リンク ３２・・・・・・第１０回動リング部材３３・・・・・
・第２０回動リング部材３４・・・・・・第１の連結ピ
ン Ａ・・・・・・ノズルベーンのシャフトが配置されるピ
ッチ円 Ｂ・・・・・・レバーと第１の回動リング部材を連結す
る第２の連結ピンが配置されるピッ チ円 Ｃ・・・・・・ノズルヘーンのシャフトが配置されるピ
ッチ円の中心線 特　許　出　願　人　　　トヨタ自動車株式会社３゜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ハウジングの外周に配設された回動リングの回動
   により、ノズルベーンを回動させるようにした可変ノズ
   ルターボチャージャにおいて、前記回動リングを第１の
   回動リング部材と第２の回動リング部材から構成し、該
   第１の回動リング部材を前記ノズルベーンのシャフトが
   配置されるピッチ円の中心線をはさんで互いに対向させ
   て配置するとともに、前記第１の回動リング部材の間に
   、前記中心線と前記ピッチ円とが交差する位置を中心に
   回動可能な前記第２の回動リング部材をそれぞれ介装し
   、前記第１の回動リング部材の両端を前記第２の回動リ
   ング部材に第１の連結ピンを介して回動可能に連結し、
   前記第２の回動リング部材に位置するノズルベーンのシ
   ャフトを第２の回動リング部材の回動中心に固定し、該
   第２の回動リング部材に位置するノズルベーンを除く前
   記各ノズルベーンのシャフトに、ノズルベーン回動用の
   レバーの一方を該レバーが前記第２の回動リング部材と
   平行かつ前記中心線をはさんで対称となるようにそれぞ
   れ固定するとともに、前記レバーの他方を第１の回動リ
   ング部材に第２の連結ピンを介して回動自在に連結し、
   前記ノズルベーンと前記回動リングと前記レバーとによ
   って複数の平行四節リンクを構成したことを特徴とする
   可変ノズルターボチャージャ。