特許 7040473 可変ノズルユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-14

(45)【発行日】2022-03-23

(54)【発明の名称】可変ノズルユニット

(51)【国際特許分類】

   F02B 37/24 20060101AFI20220315BHJP

【ＦＩ】

F02B37/24

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019015120

(22)【出願日】2019-01-31

(65)【公開番号】P2020122442

(43)【公開日】2020-08-13

【審査請求日】2021-04-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】樹杉 剛

【審査官】家喜 健太

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１３－５３７９５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５１８５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／１０３８６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１１４６５８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ ３７／２４

Ｆ０１Ｄ １７／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ターボチャージャの排気流路の流路面積の大きさを調整する可変ノズルユニットであって、
円環状に形成された第１プレートと、
前記第１プレートと対向する位置に配置されており、円環状に形成された第２プレートであって、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に前記排気流路を形成する前記第２プレートと、
それぞれが回転軸部およびベーンを有する複数のノズルベーンであって、前記回転軸部は、前記第１プレートおよび前記第２プレートに対して相対回転可能となるように前記第１プレートおよび前記第２プレートに保持されており、前記第１プレートから前記第２プレートに向かう向きに沿って前記第２プレートから突出する突部を有し、前記ベーンは、前記第１プレートおよび前記第２プレート間に配置されており、前記回転軸部の中心軸周りに前記回転軸部とともに回転するように前記回転軸部に接続されており、前記排気流路の流路面積の大きさを変更可能である前記複数のノズルベーンと、
各前記回転軸部の前記突部に接続されており、各前記回転軸部をその中心軸周りに回転させる複数のベーンアームと、
前記第２プレートに対して前記第２プレートの中心軸周りに相対回転可能となるように前記第２プレートに支持されており、前記第２プレートに対する相対回転に合わせて前記複数のベーンアームの各ベーンアームを各前記回転軸部周りに回転させるユニゾンリングと、を備え、
前記ユニゾンリングは、前記ユニゾンリングの周方向に沿って並ぶとともに各前記ベーンアームを保持する複数のアーム保持部を有し、
各前記ベーンアームは、前記アーム保持部に係合する係合部を有し、
前記複数のベーンアームは、少なくとも一つの延長アームを含み、
前記延長アームは、前記係合部から前記第２プレートに向かって延びる形状を有する延長部を有し、
前記第２プレートは、前記延長部を受け入れる受け入れ部を有し、
前記受け入れ部は、前記複数のノズルベーンの各ノズルベーンが前記排気流路の流路面積を最大とする位置および最小とする位置において前記延長部と当接する当接壁を有する、可変ノズルユニット。

【請求項2】

前記複数のアーム保持部の各アーム保持部は、前記ユニゾンリングの外縁部から前記ユニゾンリングの径方向の内側に向かうように窪む形状を有し、
各前記ベーンアームは、
前記突部に接続される接続部と、
前記第２プレートと前記ユニゾンリングとが互いに重なる方向における前記ユニゾンリングの外側に配置されており、前記接続部と前記係合部とを連結する連結部と、をさらに有し、
前記連結部と前記ユニゾンリングとの間には、隙間が形成されている、請求項１に記載の可変ノズルユニット。

【請求項3】

前記係合部は、前記第２プレートから離間している、請求項１または２に記載の可変ノズルユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、可変ノズルユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ターボチャージャのタービンホイールに向かう排ガスの流路面積の大きさを変化させる可変ノズルユニットが知られている。たとえば、特開２０１０－１８０８６４号公報（以下、「特許文献１」という。）には、サイドプレートと、メインプレートと、複数のノズルピンと、複数のノズルベーンと、複数のアームと、ユニゾンリングと、ストッパと、を備える可変ノズルユニットが開示されている。サイドプレートおよびメインプレートは、それぞれ円環状に形成されている。サイドプレートおよびメインプレート間には、排ガスの排気流路が形成されている。各ノズルピンは、サイドプレートおよびメインプレートに対して相対回転可能となるように各プレートに保持されている。各ノズルベーンは、排気流路の流路面積の大きさを変更する部材であり、各ノズルピンの中心軸周りに当該ノズルピンとともに回転するようにノズルピンに固定されている。各アームは、排気流路の外側においてノズルピンに接続されており、各ノズルピンをその中心軸周りに回転させる。ユニゾンリングの内周面には、各アームの端部に係合する凹部が形成されている。このため、ユニゾンリングが回転することにより、全てのアームが同時にノズルピン周りに回転する。これにより、各ノズルベーンの姿勢が変更されるため、排気流路の流路面積の大きさが変更される。また、ユニゾンリングの内周面には、切欠部が形成されており、この切欠部内にストッパが設けられている。ストッパは、メインプレートに固定されており、ユニゾンリングの回転角度を規制する部材である。具体的に、ストッパは、各ノズルベーンが排気流路の流路面積を最大とする位置および最小とする位置において、切欠部の内面に当接する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－１８０８６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載されるような可変ノズルユニットでは、ユニゾンリングの回転角度を規制するための専用の部品（ストッパ）が必要となり、また、その専用の部品を組み付ける工程も発生する。

【0005】

本発明の目的は、ユニゾンリングの回転角度範囲を規制するための専用部品を省略することが可能な可変ノズルユニットを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この発明に従った可変ノズルユニットは、ターボチャージャの排気流路の流路面積の大きさを調整する可変ノズルユニットである。この可変ノズルユニットは、円環状に形成された第１プレートと、前記第１プレートと対向する位置に配置されており、円環状に形成された第２プレートであって、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に前記排気流路を形成する前記第２プレートと、それぞれが回転軸部およびベーンを有する複数のノズルベーンであって、前記回転軸部は、前記第１プレートおよび前記第２プレートに対して相対回転可能となるように前記第１プレートおよび前記第２プレートに保持されており、前記第１プレートから前記第２プレートに向かう向きに沿って前記第２プレートから突出する突部を有し、前記ベーンは、前記第１プレートおよび前記第２プレート間に配置されており、前記回転軸部の中心軸周りに前記回転軸部とともに回転するように前記回転軸部に接続されており、前記排気流路の流路面積の大きさを変更可能である前記複数のノズルベーンと、各前記回転軸部の前記突部に接続されており、各前記回転軸部をその中心軸周りに回転させる複数のベーンアームと、前記第２プレートに対して前記第２プレートの中心軸周りに相対回転可能となるように前記第２プレートに支持されており、前記第２プレートに対する相対回転に合わせて前記複数のベーンアームの各ベーンアームを各前記回転軸部周りに回転させるユニゾンリングと、を備える。前記ユニゾンリングは、前記ユニゾンリングの周方向に沿って並ぶとともに各前記ベーンアームを保持する複数のアーム保持部を有する。各前記ベーンアームは、前記アーム保持部に係合する係合部を有する。前記複数のベーンアームは、少なくとも一つの延長アームを含む。前記延長アームは、前記係合部から前記第２プレートに向かって延びる形状を有する延長部を有する。前記第２プレートは、前記延長部を受け入れる受け入れ部を有する。前記受け入れ部は、前記複数のノズルベーンの各ノズルベーンが前記排気流路の流路面積を最大とする位置および最小とする位置において前記延長部と当接する当接壁を有する。

【0007】

本可変ノズルユニットでは、複数のベーンアームが延長部を有する延長アームを含み、第２プレートが受け入れ部を有しており、延長部が受け入れ部の当接壁と当接することにより、各ノズルベーンが排気流路の流路面積を最大とする位置と最小とする位置との間で回転するようにユニゾンリングの回転角度範囲が規制される。よって、従来のようにユニゾンリングの回転角度範囲を規制するための専用の部品を用いることなく、ベーンアームと第２プレートとによってユニゾンリングの回転角度範囲を規制することが可能となる。

【0008】

前記可変ノズルユニットにおいて、前記複数のアーム保持部の各アーム保持部は、前記ユニゾンリングの外縁部から前記ユニゾンリングの径方向の内側に向かうように窪む形状を有し、各前記ベーンアームは、前記突部に接続される接続部と、前記第２プレートと前記ユニゾンリングとが互いに重なる方向における前記ユニゾンリングの外側に配置されており、前記接続部と前記係合部とを連結する連結部と、をさらに有してもよい。この場合において、前記連結部と前記ユニゾンリングとの間には、隙間が形成されていることが好ましい。

【0009】

このようにすれば、ユニゾンリングの径を小さくすることが可能となり、かつ、連結部およびユニゾンリング間での摩擦の発生が回避されるため、ノズルベーンが各プレートに対して傾斜することが抑制される。

【0010】

また、前記係合部は、前記第２プレートから離間していることが好ましい。

【0011】

このようにすれば、係合部および第２プレート間での摩擦の発生が回避されるため、ノズルベーンが各プレートに対して傾斜することがより確実に抑制される。

【発明の効果】

【0012】

以上に説明したように、この発明によれば、ユニゾンリングの回転角度範囲を規制するための専用部品を省略することが可能な可変ノズルユニットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態の可変ノズルユニットを含むターボチャージャの構成を概略的に示す断面図である。

【図2】図１に示される可変ノズルユニットの斜視図である。

【図3】図１に示される可変ノズルユニットの斜視図である。

【図4】図１に示される可変ノズルユニットの平面図である。

【図5】図４におけるＶ－Ｖ線での断面図である。

【図6】図４におけるＶＩ－ＶＩ線での断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

【0015】

図１は、本発明の一実施形態の可変ノズルユニットを含むターボチャージャの構成を概略的に示す断面図である。図１に示されるように、ターボチャージャ１は、コンプレッサホイール１０と、コンプレッサハウジング１２と、タービンホイール２０と、タービンハウジング２２と、シャフト３０と、ベアリング３１と、ベアリングハウジング３２と、可変ノズルユニット１００と、付勢部材２００と、を有している。このターボチャージャ１は、自動車等の車両に搭載される。

【0016】

コンプレッサホイール１０は、大気等のガスを圧縮する。コンプレッサハウジング１２は、コンプレッサホイール１０を収容している。

【0017】

タービンホイール２０は、エンジン（図示略）から排出された排ガスによって回転駆動される。タービンハウジング２２は、タービンホイール２０を収容している。

【0018】

シャフト３０は、コンプレッサホイール１０とタービンホイール２０とを接続している。このため、タービンホイール２０の回転駆動力がコンプレッサホイール１０に伝達される。ベアリング３１は、シャフト３０を受ける。ベアリングハウジング３２は、シャフト３０およびベアリング３１を収容している。ベアリングハウジング３２は、コンプレッサハウジング１２とタービンハウジング２２との間に配置されている。

【0019】

可変ノズルユニット１００は、タービンハウジング２２内に配置されている。可変ノズルユニット１００は、排ガスの排気流路の流路面積の大きさを調整可能である。図２および図３は、図１に示される可変ノズルユニットの斜視図である。図４は、図１に示される可変ノズルユニットの平面図である。図５は、図４におけるＶ－Ｖ線での断面図である。図６は、図４におけるＶＩ－ＶＩ線での断面図である。図１～図６に示されるように、可変ノズルユニット１００は、第１プレート１１０と、第２プレート１２０と、複数のスペーサ１３０と、複数のノズルベーン１４０と、複数のベーンアーム１６０と、ユニゾンリング１７０と、複数の（本実施形態では５つの）スライダー１８０と、を有している。

【0020】

第１プレート１１０は、円環状に形成されている。第１プレート１１０は、その中心がシャフト３０の中心軸と一致する姿勢でタービンハウジング２２内に配置されている。本実施形態では、図１に示されるように、第１プレート１１０にシュラウド１１２が一体的に設けられている。ただし、シュラウド１１２は、第１プレート１１０とは別の部材で構成されてもよい。

【0021】

第２プレート１２０は、円環状に形成されている。第２プレート１２０は、第１プレート１１０よりもベアリングハウジング３２に近い位置で、かつ、第１プレート１１０と対向する位置に配置されている。第２プレート１２０は、その中心がシャフト３０の中心軸と一致する姿勢でタービンハウジング２２内に配置されている。第２プレート１２０は、第１プレート１１０と当該第２プレート１２０との間に排気流路を形成している。

【0022】

各スペーサ１３０は、第１プレート１１０と第２プレート１２０との間隔を規定する部材である。各スペーサ１３０は、第１プレート１１０と第２プレート１２０との間に配置されている。図１に示されるように、第１プレート１１０および第２プレート１２０が互いに対向する方向における各スペーサ１３０の一端部は、第１プレート１１０に接続されており、同方向における各スペーサ１３０の他端部は、第２プレート１２０に接続されている。

【0023】

各ノズルベーン１４０は、回転軸部１４２と、ベーン１４４と、を有している。

【0024】

各回転軸部１４２は、第１プレート１１０および第２プレート１２０に対して相対回転可能となるように第１プレート１１０および第２プレート１２０に保持されている。複数の回転軸部１４２は、第１プレート１１０の周方向に沿って互いに間隔を置いて配置されている。図５および図６に示されるように、各回転軸部１４２は、第１プレート１１０から第２プレート１２０に向かう向き（図５および図６の上向き）に沿って第２プレート１２０から突出する突部１４３を有している。

【0025】

各ベーン１４４は、第１プレート１１０および第２プレート１２０間に配置されている。各ベーン１４４は、排気流路の流路面積の大きさを変更するように姿勢を変更することが可能である。具体的に、各ベーン１４４は、各回転軸部１４２の中心軸周りに当該回転軸部１４２とともに回転するように回転軸部１４２に接続されている。

【0026】

各ベーンアーム１６０は、各突部１４３に接続（たとえば溶接）されている。各ベーンアーム１６０は、各回転軸部１４２をその中心軸周りに回転させる。図２～図５に示されるように、各ベーンアーム１６０は、接続部１６３と、係合部１６４と、連結部１６５と、を有している。

【0027】

接続部１６３は、突部１４３に接続される部位である。接続部１６３は、突部１４３を取り囲む円環状に形成されている。接続部１６３と突部１４３との境界部は、たとえば溶接される。

【0028】

係合部１６４は、ユニゾンリング１７０に係合する部位である。

【0029】

連結部１６５は、接続部１６３と係合部１６４とを連結する部位である。連結部１６５は、接続部１６３から回転軸部１４２の径方向の外向きに延びる形状を有している。係合部１６４は、連結部１６５の外端部から第２プレート１２０に向かって延びるように連結部１６５に接続されている。図５に示されるように、係合部１６４と第２プレート１２０との間には、隙間Ｇ１が形成されている。

【0030】

ユニゾンリング１７０は、全てのベーンアーム１６０を同時に各回転軸部１４２周りに回転させる部材である。ユニゾンリング１７０は、第２プレート１２０に対して第２プレート１２０の中心軸周りに相対回転可能となるように第２プレート１２０に支持されている。ユニゾンリング１７０は、第１プレート１１０と第２プレート１２０とが並ぶ方向において第２プレート１２０と連結部１６５との間に配置されている。換言すれば、連結部１６５は、第２プレート１２０とユニゾンリング１７０とが互いに重なる方向におけるユニゾンリング１７０の外側（図５および図６の上側）に配置されている。図５に示されるように、連結部１６５とユニゾンリング１７０との間には、隙間Ｇ２が形成されている。図２～図４に示されるように、ユニゾンリング１７０には、各ベーンアーム１６０が係合している。このため、第２プレート１２０に対してユニゾンリング１７０が相対回転することにより、各回転軸部１４２の回転中心軸周りに各ベーンアーム１６０と回転軸部１４２とが一体的に回転する。これにより、各ベーン１４４の姿勢が変更されるため、排気流路の流路面積の大きさが変更される。具体的に、ユニゾンリング１７０は、複数のアーム保持部１７２と、クランクレバー保持部１７４と、を有している。

【0031】

各アーム保持部１７２は、各ベーンアーム１６０の係合部１６４を保持する。各アーム保持部１７２は、ユニゾンリング１７０の周方向に沿って並ぶように設けられている。各アーム保持部１７２は、ユニゾンリング１７０の外縁部からユニゾンリング１７０の径方向の内側に向かうように窪む形状を有している。ただし、各アーム保持部１７２は、ユニゾンリング１７０の内周部からユニゾンリング１７０の径方向の外側に向かうように窪む形状に形成されてもよい。

【0032】

クランクレバー保持部１７４は、ユニゾンリング１７０をその中心軸周りに回転させるクランクレバー（図示略）を保持する。クランクレバー保持部１７４は、ユニゾンリング１７０の外縁部のうち互いに隣り合うアーム保持部１７２間に設けられている。クランクレバー保持部１７４は、ユニゾンリング１７０の外縁部からユニゾンリング１７０の径方向の内側に向かうように窪む形状を有している。

【0033】

各スライダー１８０は、第２プレート１２０のうち当該第２プレート１２０の周方向に沿って互いに間隔を置いた部位に接続されており、第２プレート１２０からベアリングハウジング３２に向かって突出する形状を有している。各スライダー１８０は、ユニゾンリング１７０の内周部に接触する位置において、第２プレート１２０に対して相対回転可能となるように第２プレート１２０に接続されている。各スライダー１８０は、ユニゾンリング１７０の回転時に、第２プレート１２０に対して相対回転しながらユニゾンリング１７０の回転を案内する。

【0034】

付勢部材２００は、可変ノズルユニット１００を付勢する部材である。付勢部材２００は、第１付勢部２１０と、第２付勢部２２０と、を有している。

【0035】

第１付勢部２１０は、可変ノズルユニット１００とタービンハウジング２２との間に配置されている。第１付勢部２１０は、各スライダー１８０がベアリングハウジング３２に押し付けられるように可変ノズルユニット１００をベアリングハウジング３２に向けて付勢している。第１付勢部２１０は、皿バネで構成されている。

【0036】

第２付勢部２２０は、ベアリングハウジング３２と各スライダー１８０との間に配置されている。第２付勢部２２０は、板バネで構成されている。第２付勢部２２０は、第１付勢部２１０の付勢方向と反対方向にスライダー１８０を付勢している。第２付勢部２２０の付勢力は、第１付勢部２１０の付勢力よりも小さい。

【0037】

本実施形態では、複数のベーンアーム１６０は、少なくとも一つの延長アーム１６１を含んでいる。延長アーム１６１は、接続部１６３、係合部１６４および連結部１６５に加え、延長部１６６を有している。図２、図３および図６に示されるように、延長部１６６は、係合部１６４から第２プレート１２０に向かって延びる形状を有している。

【0038】

第２プレート１２０は、延長部１６６を受け入れる受け入れ部１２２を有している。受け入れ部１２２は、第２プレート１２０のうちユニゾンリング１７０と対向する側の表面から第１プレート１１０に向かって窪む形状を有している。本実施形態では、受け入れ部１２２は、第２プレート１２０の径方向の外側に向かって開口する形状を有している。受け入れ部１２２は、底壁１２３と、一対の当接壁１２４と、を有している。

【0039】

底壁１２３は、回転軸部１４２の軸方向と平行な方向に延長部１６６と対向している。図６に示されるように、底壁１２３と延長部１６６との間には、隙間Ｇ３が形成されている。

【0040】

一対の当接壁１２４は、各ベーン１４４が排気流路の流路面積を最大とする位置および最小とする位置において、第２プレート１２０の周方向に延長部１６６と当接する。各当接壁１２４は、第２プレート１２０の周方向における底壁１２３の端部から起立する形状を有している。各当接壁１２４は、第２プレート１２０の周方向に当該当接壁１２４と対向する当接壁１２４と反対向きに凸となるように湾曲する形状に形成されてもよい。

【0041】

本実施形態では、第２プレート１２０は、クランクレバーの先端部を受け入れるクランクレバー受け入れ部１２６をも有している。クランクレバー受け入れ部１２６は、受け入れ部１２２と同様の形状を有している。

【0042】

以上に説明したように、本実施形態の可変ノズルユニット１００では、複数のベーンアーム１６０が延長部１６６を有する延長アーム１６１を含み、第２プレート１２０が受け入れ部１２２を有しており、延長部１６６が受け入れ部１２２の当接壁１２４と当接することにより、各ノズルベーン１４０が排気流路の流路面積を最大とする位置と最小とする位置との間で回転するようにユニゾンリング１７０の回転角度範囲が規制される。よって、従来のようにユニゾンリング１７０の回転角度範囲を規制するための専用の部品を用いることなく、ベーンアーム１６０と第２プレート１２０とによってユニゾンリング１７０の回転角度範囲を規制することが可能となる。

【0043】

また、連結部１６５とユニゾンリング１７０との間に隙間Ｇ２が形成されているため、連結部１６５およびユニゾンリング１７０間での摩擦の発生が回避される。このため、ノズルベーン１４０が各プレート１１０，１２０に対して傾斜することが抑制される。

【0044】

さらに、係合部１６４と第２プレート１２０との間に隙間Ｇ１が形成されているため、係合部１６４および第２プレート１２０間での摩擦の発生が回避される。このため、ノズルベーン１４０が各プレート１１０，１２０に対して傾斜することがより確実に抑制される。

【0045】

加えて、延長部１６６と受け入れ部１２２の底壁１２３との間に隙間Ｇ３が形成されているため、延長部１６６および第２プレート１２０間での摩擦の発生が回避される。このため、ノズルベーン１４０が各プレート１１０，１２０に対して傾斜することが一層確実に抑制される。

【0046】

また、上記実施形態では、受け入れ部１２２と同様の形状を有するクランクレバー受け入れ部１２６を有しているため、延長アーム１６１および受け入れ部１２２と同様に、クランクレバーとクランクレバー受け入れ部１２６とによって、ユニゾンリング１７０の回転角度範囲を規制することも可能である。

【0047】

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

【符号の説明】

【0048】

１ ターボチャージャ、１０ コンプレッサホイール、１２ コンプレッサハウジング、２０ タービンホイール、２２ タービンハウジング、３０ シャフト、３１ ベアリング、３２ ベアリングハウジング、１００ 可変ノズルユニット、１１０ 第１プレート、１２０ 第２プレート、１２２ 受け入れ部、１２３ 底壁、１２４ 当接壁、１３０ スペーサ、１４０ ノズルベーン、１４２ 回転軸部、１４３ 突部、１４４ ベーン、１６０ ベーンアーム、１６１ 延長アーム、１６３ 接続部、１６４ 係合部、１６５ 連結部、１６６ 延長部、１７０ ユニゾンリング、１７２ アーム保持部、１７４ クランクレバー保持部、１８０ スライダー、２００ 付勢部材。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】