JP2006083779A - Sealing structure of turbocharger - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、一般的には、ターボチャージャのシール構造に関し、より特定的には、車両用のターボチャージャのシール構造に関する。 The present invention generally relates to a seal structure for a turbocharger, and more particularly to a seal structure for a turbocharger for a vehicle.
従来のターボチャージャのシール構造に関して、たとえば、特開平8−28291号公報には、シールリングの合口隙間を通って漏れる潤滑油を低減することを目的とした過給機の軸封構造が開示されている(特許文献1)。特許文献1に開示された軸封構造は、軸体の外周に形成されたリング溝に装着され、合口を有するシールリングを備える。合口は、軸受けが配置された側からその反対側に向けて、軸体の回転方向と逆向きに延びて形成されている。 Regarding a conventional turbocharger seal structure, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-28291 discloses a shaft seal structure for a turbocharger for the purpose of reducing lubricating oil leaking through a joint gap in a seal ring. (Patent Document 1). The shaft seal structure disclosed in Patent Document 1 includes a seal ring that is attached to a ring groove formed on the outer periphery of a shaft body and has a joint. The joint is formed so as to extend in the direction opposite to the rotation direction of the shaft body from the side where the bearing is disposed toward the opposite side.
また、実開昭61−10936号公報には、潤滑油の消費量の著しい増加を防止することを目的としたターボ過給機のオイルシール装置が開示されている(特許文献2)。特許文献2に開示されたオイルシール装置は、シールリング溝に並んで配置される2つのシールリングを備える。これらのシールリングには、互いに向い合う位置にリセスが形成されており、そのリセスには、Oリングが配置される。Oリングによって、シールリングの側面は、対向するシールリング溝の側壁に弾性的に圧接される。 Japanese Utility Model Laid-Open No. 61-10936 discloses an oil seal device for a turbocharger for the purpose of preventing a significant increase in the consumption of lubricating oil (Patent Document 2). The oil seal device disclosed in Patent Document 2 includes two seal rings arranged side by side in a seal ring groove. In these seal rings, recesses are formed at positions facing each other, and O-rings are arranged in the recesses. By the O-ring, the side surface of the seal ring is elastically pressed against the side wall of the opposing seal ring groove.
また、特開2000−204942号公報には、一対の分割排気管の結合部位をシール性良くシールすることを目的とした排気管用シール装置が開示されている(特許文献3)。さらに、実開平5−73223号公報には、分割型のエキゾーストマニホールドの結合部からのガス漏れを阻止することを目的とした分割型エキゾーストマニホールドの結合部シール構造が開示されている(特許文献4)。
上述の特許文献1に開示された過給機の軸封構造では、軸受けから排出された潤滑油が、シールリングの合口から漏れることを防止するため、合口の延びる方向を所定の方向に規定している。しかしながら、潤滑油は、合口以外に、シールリングとリング溝の側壁との間の隙間からも漏れる。軸体が高速で回転する運転条件下では、ガス圧によってシールリングがリング溝の側壁に付勢されるが、低負荷時の運転条件下では、このような隙間から漏れる潤滑油が増大する。 In the turbo seal shaft sealing structure disclosed in Patent Document 1 described above, in order to prevent the lubricating oil discharged from the bearing from leaking from the joint of the seal ring, the extending direction of the joint is defined as a predetermined direction. ing. However, the lubricating oil leaks from the gap between the seal ring and the side wall of the ring groove in addition to the joint. Under an operating condition in which the shaft rotates at high speed, the seal ring is urged against the side wall of the ring groove by the gas pressure, but under a low load operating condition, the lubricating oil leaking from such a gap increases.
一方、特許文献2に開示されたターボ過給機のオイルシール装置では、シールリングをシールリング溝の側壁に付勢するため、シールリングとは別に弾性力を有するOリングが設けられている。しかしこの場合、部品点数が増大するという問題や、シール構造が複雑になるという問題が発生する。 On the other hand, in the turbocharger oil seal device disclosed in Patent Document 2, an O-ring having an elastic force is provided separately from the seal ring in order to bias the seal ring toward the side wall of the seal ring groove. However, in this case, the problem that the number of parts increases and the problem that the seal structure becomes complicated occur.
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、簡易な構成で、優れたシール性が得られるターボチャージャのシール構造を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a turbocharger seal structure capable of obtaining excellent sealing performance with a simple configuration.
この発明に従ったターボチャージャのシール構造は、所定の軸に沿って延在する第1の周面を有し、第1の周面にその周方向に沿ってシールリング溝が形成された第1の部材と、シールリング溝に向い合う位置で延在する第2の周面を有し、第1の部材と相対的に回転する第2の部材と、シールリング溝に所定の軸の延びる方向(以下、軸方向、とも呼ぶ)に隙間を設けて収容され、第2の周面を付勢する弾性力を有するシールリングとを備える。第2の周面は、所定の軸から第2の周面までの距離が、所定の軸の延びる方向の一方から他方に向かうに従って増加するように、所定の軸に対して傾斜して形成されている。 The turbocharger seal structure according to the present invention has a first peripheral surface extending along a predetermined axis, and a seal ring groove is formed in the first peripheral surface along the circumferential direction. 1 member, a second member having a second peripheral surface extending at a position facing the seal ring groove, a second member rotating relative to the first member, and a predetermined axis extending in the seal ring groove And a seal ring that is accommodated in a direction (hereinafter also referred to as an axial direction) with a gap and has an elastic force that biases the second peripheral surface. The second peripheral surface is formed to be inclined with respect to the predetermined axis so that the distance from the predetermined axis to the second peripheral surface increases from one side to the other in the extending direction of the predetermined axis. ing.
このように構成されたターボチャージャのシール構造によれば、第2の周面は、所定の軸に対して傾斜して形成されている。このため、シールリングが、自らの弾性力によって第2の周面を付勢すると、シールリングには、第2の周面から受ける反力の分力として、軸方向の力(より詳細には、所定の軸から第2の周面までの距離が、相対的に小さくなる側から相対的に大きくなる側に向かう方向の力)が作用する。これにより、シールリングは、シールリング溝内で、シールリング溝との軸方向の隙間を詰めるように移動し、シールリングとシールリング溝の側壁とが密着した状態が得られる。したがって、本発明によれば、複雑な構造を設けることなく、シールリングによる第1の部材と第2の部材との間のシール性を向上させることができる。 According to the turbocharger seal structure thus configured, the second peripheral surface is formed to be inclined with respect to a predetermined axis. For this reason, when the seal ring urges the second peripheral surface by its own elastic force, the seal ring has an axial force (more specifically, as a component of the reaction force received from the second peripheral surface). , A force in a direction in which the distance from the predetermined axis to the second peripheral surface moves from a relatively small side to a relatively large side) acts. As a result, the seal ring moves within the seal ring groove so as to close the gap in the axial direction with the seal ring groove, and a state where the seal ring and the side wall of the seal ring groove are in close contact with each other is obtained. Therefore, according to the present invention, the sealing performance between the first member and the second member by the seal ring can be improved without providing a complicated structure.
また好ましくは、シールリングは、所定の軸に対して傾斜して形成され、第2の周面に対して面接触する接触面を有する。このように構成されたターボチャージャのシール構造によれば、シールリングの接触面が、第2の周面に面接触しているため、第1の部材と第2の部材との間のシール性をさらに向上させることができる。 Preferably, the seal ring is inclined with respect to a predetermined axis, and has a contact surface in surface contact with the second peripheral surface. According to the turbocharger sealing structure configured in this way, the contact surface of the seal ring is in surface contact with the second peripheral surface, and thus the sealing performance between the first member and the second member. Can be further improved.
また、シールリングを挟んだ両側には、所定の軸から第2の周面までの距離が相対的に小さい側に位置する第1の空間と、所定の軸から第2の周面までの距離が相対的に大きい側に位置する第2の空間とが形成されている。第1の部材と第2の部材とが相対的に回転した時に、第1の空間内の圧力が、第2の空間内の圧力よりも大きくなる。このように構成されたターボチャージャのシール構造によれば、第1の空間と第2の空間との圧力差を利用して、シールリングに作用する軸方向の力を増大させることができる。これにより、第1の部材と第2の部材との間のシール性をさらに向上させることができる。 Also, on both sides of the seal ring, the first space located on the side where the distance from the predetermined axis to the second peripheral surface is relatively small, and the distance from the predetermined axis to the second peripheral surface And a second space located on the relatively large side. When the first member and the second member rotate relatively, the pressure in the first space becomes larger than the pressure in the second space. According to the turbocharger seal structure thus configured, the axial force acting on the seal ring can be increased by utilizing the pressure difference between the first space and the second space. Thereby, the sealing performance between the first member and the second member can be further improved.
また好ましくは、第1の部材が、所定の軸を中心に回転する場合に、第1の空間に位置する第1の周面には、シールリング溝に隣り合って羽根部材が形成されている。このように構成されたターボチャージャのシール構造によれば、第1の部材の回転時に羽根部材が回転することによって、第1の空間内でシールリングに向かう風の流れを発生させる。これにより、シールリングには、風圧が加わるため、シールリングに作用する軸方向の力を増大させることができる。このため、第1の部材と第2の部材との間のシール性をさらに向上させることができる。 Preferably, when the first member rotates about a predetermined axis, a blade member is formed adjacent to the seal ring groove on the first peripheral surface located in the first space. . According to the turbocharger sealing structure thus configured, the blade member rotates when the first member rotates, thereby generating a flow of wind toward the seal ring in the first space. Thereby, since wind pressure is applied to the seal ring, the axial force acting on the seal ring can be increased. For this reason, the sealing performance between the first member and the second member can be further improved.
また好ましくは、シールリングは、シールリング溝に収容される際に、互いに重ね合わされる両端を有する。シールリングは、両端の重ね合わせ目がシールリング溝の側壁に接触するように、シールリング溝に収容されている。このように構成されたターボチャージャのシール構造によれば、シールリングの両端の重ね合わせ目で、シールリングのシール性が損なわれることを防止できる。 Preferably, the seal ring has both ends overlapped with each other when received in the seal ring groove. The seal ring is accommodated in the seal ring groove so that the overlapping stitches at both ends are in contact with the side wall of the seal ring groove. According to the seal structure of the turbocharger configured as described above, it is possible to prevent the sealing performance of the seal ring from being impaired at the overlap of both ends of the seal ring.
以上説明したように、この発明に従えば、簡易な構成で、優れたシール性が得られるターボチャージャのシール構造を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a turbocharger seal structure that provides excellent sealing performance with a simple configuration.
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、以下に説明する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ参照番号が付されている。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings described below, the same or equivalent members are denoted by the same reference numerals.
(実施の形態1)
図1は、この発明の実施の形態1におけるターボチャージャのシール構造を示す断面図である。図1を参照して、ターボチャージャ10は、自動車などの車両に搭載されており、エンジンの排気経路上に設けられたタービン11と、エンジンの吸気経路上に設けられたコンプレッサ12と、タービン11とコンプレッサ12との間で、中心軸101に沿って延びるタービンシャフト21とを備える。タービンシャフト21の両端には、タービン11側に位置してタービンブレード22が設けられており、コンプレッサ12側に位置してコンプレッサブレード23が設けられている。
(Embodiment 1)
1 is a cross-sectional view showing a turbocharger seal structure according to Embodiment 1 of the present invention. Referring to FIG. 1, a
タービン11とコンプレッサ12との間には、タービンシャフト21の周りで筒状に延在するベアリングハウジング31が設けられている。タービンシャフト21は、ベアリングハウジング31に固定されたジャーナルベアリング14によって、中心軸101を中心に回転自在に設けられている。ジャーナルベアリング14には、潤滑油通路が形成されており、その潤滑油経路を介して、ジャーナルベアリング14とタービンシャフト21との間に潤滑油が供給される。
Between the
ターボチャージャ10には、さらに、タービンシャフト21に固定されたスラストカラー17および18に挟まれる位置に、スラストベアリング13が設けられている。スラストベアリング13とスラストカラー17および18との間には、微小な隙間が形成されている。その隙間にスラストベアリング13から潤滑油が供給されることによって、タービンシャフト21は、中心軸101の延びる方向(以下、中心軸101方向、とも呼ぶ)に保持されている。
The
ターボチャージャ10の働きについて簡単に説明すると、エンジンで、燃料と混合され燃焼させられた空気、すなわち排気ガスは、エンジンの各気筒に接続されたエキゾーストマニホールドからタービン11内に導かれる。排気ガスは、そこでタービンブレード22を回転させ、その回転力がタービンシャフト21に伝達される。その後、排気ガスは、触媒に導かれ、浄化された状態で車外へと排出される。一方、エンジンに供給するため車外より吸入された空気は、図示しないエアクリーナによってろ過された後、コンプレッサ12に導かれる。空気は、そこで、タービンシャフト21と一体となって回転するコンプレッサブレード23によって加圧される。加圧された空気は、インタークーラーに導かれ、冷却された状態でエンジンのインテークマニホールドへと吸入される。
The operation of the
図2は、図1中の2点鎖線IIに囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。図1および図2を参照して、タービンシャフト21は、中心軸101に沿って延在する外周面21aを有する。外周面21aのタービンブレード22に隣り合う位置には、中心軸101周りで環状に延在するシールリング溝45が形成されている。
2 is an enlarged cross-sectional view of a range surrounded by a two-dot chain line II in FIG. Referring to FIGS. 1 and 2,
シールリング溝45は、中心軸101方向に距離を隔てて向い合う側壁45mおよび45nによって形成されている。側壁45mは、シールリング溝45を挟んでタービンブレード22側に位置する外周面21aに連なっており、側壁45nは、ジャーナルベアリング14側に位置する外周面21aに連なっている。中心軸101と、側壁45nが連なる外周面21aとの間の距離は、中心軸101と、側壁45mが連なる外周面21aとの間の距離よりも大きい。シールリング溝45を挟んだ両側には、タービンブレード22が設けられたタービン室50と、ジャーナルベアリング14が設けられたベアリング室55とが形成されている。
The
ベアリングハウジング31は、シールリング溝45に向い合って環状に延在する内周面31aを有する。内周面31aは、内周面31aと中心軸101との間の距離Aが、タービン室50側からベアリング室55側に向かうに従って単調増加するように形成されている。つまり、内周面31aは、中心軸101に対して傾斜して形成されており、中心軸101に沿って存在する円錐台の側面によって構成されている。なお、内周面31aは、内周面31aと中心軸101との間の距離Aが、中心軸101に沿って傾きを変えながら増加するように形成されていても良い。
The bearing
図3は、図2中のシールリングを示す斜視図である。図2および図3を参照して、シールリング溝45には、たとえば、ばね鋼から形成されたシールリング41が配置されている。シールリング41は、リング状に形成されており、シールリング溝45に収容された状態で矢印110に示す方向に拡径しようとするリング張力を備える。シールリング41は、環状に延在し、内周面31aに面接触する接触面41aを有する。接触面41aは、内周面31aと同じ傾きで、中心軸101に対して傾いて形成されている。シールリング41は、接触面41aの面積が、内周面31aの面積よりも小さくなるように形成されている。シールリング41が備えるリング張力により、内周面31aは、シールリング41の接触面41aに圧接されている。
FIG. 3 is a perspective view showing the seal ring in FIG. 2. 2 and 3,
シールリング41は、さらに、接触面41aの両端にそれぞれ連なり、シールリング溝45の側壁45mに向い合う側面41cと、側壁45nに向い合う側面41bとを有する。側面41cから側面41bまでの距離であるシールリング41の厚みは、側壁45mから側壁45nまでの距離であるシールリング溝45の幅よりも小さい。つまり、シールリング41は、中心軸101方向に隙間を設けて、シールリング溝45に配置されている。また、シールリング41と、側壁45mおよび側壁45nに連なるシールリング溝45の底面との間にも、隙間が設けられている。このような隙間を設けることによって、シールリング41がシールリング溝45内で焼き付くことを防止している。
The
シールリング41が、リング張力により内周面31aを付勢すると、内周面31aからその反力を受ける。このとき、内周面31aが中心軸101に対して傾いて形成されているため、シールリング41には、その反力の分力として、タービン室50側からベアリング室55側に向かう中心軸101方向の力が作用する。これにより、シールリング41は、ベアリング室55側へと移動し、シールリング41の側面41bとシールリング溝45の側壁45nとが密着した状態が得られる。
When the
内周面31aの中心軸101に対する傾きをθとするとき、内周面31aは、15°≦θ≦45°の関係を満たして形成されていることが好ましい。シールリング41の側面41bは、タービンシャフト21の回転時、シールリング溝45の側壁45nと密着して擦れ合うため、時間の経過とともに摩耗する。側面41bの摩耗が進行すると、シールリング41は、タービン室50側からベアリング室55側に向けて変位し、同時に矢印110に示す方向に拡径していく。この場合、側面41bの摩耗に対するシールリング41の拡径する割合は、内周面31aの傾きに比例して大きくなる。このため、傾きθが、45°よりも大きいと、早期に、側面41bとシールリング溝45の側壁45nとの接触面積が小さくなり、シールリング41によるシール性が損なわれるおそれが生じる。一方、傾きθが、15°よりも小さいと、シールリング41のリング張力から得られる中心軸101方向の力が小さくなりすぎて、側面41bと側壁45nとを十分に密着できないおそれが生じる。
When the inclination of the inner
また、タービンシャフト21の回転時、タービン室50には、エンジンから排気ガスが連続的に流れ込んでいるため、タービン室50内の圧力は、ベアリング室55内の圧力よりも大きくなる。このため、シールリング41には、タービン室50側からベアリング室55側に向かう中心軸101方向の力が作用し、側面41bと側壁45bとをさらに密着させることができる。
Further, when the
図4は、図3中のIV−IV線上に沿ったシールリングの断面図である。図3および図4を参照して、シールリング41の形状についてさらに詳細に説明すると、シールリング41は、シールリング溝45に収容された状態で互いに重ね合わされる端部41pおよび41qを有する。端部41qは、四角形の一角が切欠かれた断面形状を有し、端部41pは、端部41qの切欠きに嵌め合わされる断面形状を有する。端部41pと端部41qとを重ね合わせて合口にすると、側面41bには、シールリング41の周方向に沿って所定の長さで延びる、重ね合わせ目42が形成される。
4 is a cross-sectional view of the seal ring taken along line IV-IV in FIG. The shape of the
図5は、図2中のターボチャージャのシール構造をさらに拡大して示す断面図である。図中には、図4中に示すシールリングの断面位置が表わされている。図5を参照して、シールリング41は、重ね合わせ目42が側壁45nに接触するようにシールリング溝45に収容されている。このような構成により、端部41pと端部41qとを重ね合わせた合口で、シールリング41のシール性が損なわれることを防止できる。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the turbocharger seal structure in FIG. 2 in a further enlarged manner. In the drawing, the cross-sectional position of the seal ring shown in FIG. 4 is shown. Referring to FIG. 5, the
図6は、図3中のシールリングの変形例を示す斜視図である。図7は、図6中のシールリングがシールリング溝に収容された状態を示す断面図である。図7中には、図6中のVII−VII線上に沿ったシールリングの断面位置が表わされている。図6および図7を参照して、本変形例では、シールリング61および66を組み合わせて1つのシールリング60を構成するダブルシールリング構造が採られている。シールリング61は、シールリング溝45の側壁45nに向い合う側面61bを有する。シールリング61は、さらに、端部61pおよび61qを有する。端部61pおよび61qは、それぞれ、シールリング61の断面を2分割した断面形状を有する。端部61pと端部61qとを重ね合わせて合口にすると、側面61bには、シールリング61の周方向に沿って所定の長さで延びる、重ね合わせ目62が形成される。
FIG. 6 is a perspective view showing a modified example of the seal ring in FIG. 3. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which the seal ring in FIG. 6 is accommodated in the seal ring groove. FIG. 7 shows the cross-sectional position of the seal ring along the line VII-VII in FIG. With reference to FIGS. 6 and 7, in this modification, a double seal ring structure is adopted in which seal rings 61 and 66 are combined to form one
シールリング66は、端部66pおよび66qを有する。端部66pの端面と端部66qの端面とが当接されて、シールリング66の合口とされる。シールリング60は、シールリング66が、側面61bの反対側の側面からシールリング61に組み合わされることによって構成されている。このとき、シールリング66の合口とシールリング61の合口とが、互いに異なる位相位置、本実施の形態では180°ずれた位相位置に位置決めされるように、両者が組み合わされる。
The
シールリング60は、シールリング61および66が中心軸101方向に並ぶようにシールリング溝45に収容される。このとき、シールリング61の重ね合わせ目62が側壁45nに接触する。このような構成によって、図3中のシールリング41を用いた場合と同様の効果を得ることができる。加えて、本変形例では、合口を構成するシールリング61および66の端部の形状が単純であるため、シールリング60をより簡単に製造することができる。また、シールリング61および66の合口は、互いにずれた位相位置に位置決めされている。このため、一方のシールリングの合口を他方のシールリングで覆うことができ、シール性の向上を図ることができる。
The
この発明の実施の形態1におけるターボチャージャ10のシール構造は、所定の軸としての中心軸101に沿って延在する第1の周面としての外周面21aを有し、外周面21aにその周方向に沿ってシールリング溝45が形成された第1の部材としてのタービンシャフト21と、シールリング溝45に向い合う位置で延在する第2の周面としての内周面31aを有し、タービンシャフト21と相対的に回転する第2の部材としてのベアリングハウジング31(本実施の形態では、タービンシャフト21が回転することによって、ベアリングハウジング31がタービンシャフト21に対して相対的に回転する)と、シールリング溝45に中心軸101の延びる方向に隙間を設けて収容され、内周面31aを付勢する弾性力を有するシールリング41とを備える。内周面31aは、中心軸101から内周面31aまでの距離Aが、中心軸101の延びる方向の一方から他方に向かうに従って増加するように、中心軸101に対して傾斜して形成されている。
The seal structure of the
第1の部材は、中心軸101を中心に回転するシャフト部材としてのタービンシャフト21であり、第2の部材は、タービンシャフト21の周りで中心軸101に沿って延在する筒状部材としてのベアリングハウジング31である。
The first member is a
シールリング41は、中心軸101に対して傾斜して形成され、内周面31aに対して面接触する接触面41aを有する。なお、シールリング41は、本実施の形態に説明した形状に限定されず、たとえば、円形の断面形状を有していても良い。この場合にも、以下に説明する効果を同様に得ることができる。
The
また、本実施の形態におけるターボチャージャ10のシール構造を、ベアリング室55と、コンプレッサブレード23が設けられたコンプレッサ室との間(図1中の2点鎖線120で囲まれた位置)のシールに利用することもできる。この場合、シールリングによって付勢されるハウジングの内周面は、中心軸101から内周面までの距離が、コンプレッサ室側からベアリング室55側に向かうに従って増加するように、中心軸101に対して傾斜して形成される。
Further, the seal structure of the
このように構成された、この発明の実施の形態1におけるターボチャージャ10のシール構造によれば、内周面31aを中心軸101に対して傾斜させることによって、シールリング41を中心軸101方向に移動させ、シールリング41の側面41bとシールリング溝45の側壁45nとを密着させた状態にできる。
According to the seal structure of the
また、本実施の形態では、シールリング41に作用する中心軸101方向の力は、シールリング41のリング張力に応じた大きさとなる。このため、タービン室50とベアリング室55との間の差圧のみに頼る場合と異なって、シールリング41のリング張力が大きい場合であっても、シールリング41を中心軸101方向に確実に移動させることができる。また、この力は、シールリング41のリング張力の反力であるため、ターボチャージャ10の運転状況にかかわらず、常にシールリング41に作用する。このような理由から、本実施の形態では、シールリング41によるシール性を向上させ、ジャーナルベアリング14から供給された潤滑油がベアリング室55からタービン室50に漏れ出すことを効果的に防止できる。
In the present embodiment, the force in the direction of the
また、本実施の形態におけるターボチャージャ10のシール構造は、ほぼ一定負荷で稼動される発電用などと比較して、運転条件が広範囲に渡って変化する自動車などの車両用としてより有効に利用される。その理由は、以下に説明する通りである。
Further, the seal structure of the
図8は、図1中のターボチャージャでのガス流れを模式的に表わした図である。図8を参照して、エンジンからタービン11内に導入される排気ガスの圧力をP1、タービン11から排出される排気ガスの圧力をP2、エアクリーナからコンプレッサ12に導入される空気の圧力をP3、コンプレッサ12から排出される空気の圧力をP4とする。この場合、P2およびP3は、大気圧程度の大きさとなる。また、タービン11内に導入された排気ガスのエネルギは、タービンブレード22の回転力に置き換えられるため、P2は、P1よりも小さくなる(P2<P1)。さらに、コンプレッサ12に導入された空気は、回転するコンプレッサブレード23によって加圧されるため、P4は、P3よりも大きくなる(P4>P3)。
FIG. 8 is a diagram schematically showing the gas flow in the turbocharger in FIG. Referring to FIG. 8, the pressure of the exhaust gas introduced from the engine into the
また、P1とP4の大小関係は、ターボチャージャ10を搭載した車両の走行状態により変化する。つまり、エンジンが高速回転する時には、排気ガスの量が増大するため、P1がP4よりも大きくなる。また、低負荷時であってエンジンが低速回転する時には、排気ガスの量が少なくなるため、P4がP1よりも大きくなる。このP1およびP4の圧力は、それぞれ、タービンブレード22の裏面22bおよびコンプレッサブレード23の裏面23bに、ほぼそのままの大きさで作用する。
The magnitude relationship between P1 and P4 varies depending on the traveling state of the vehicle on which the
一方、図1中のスラストベアリング13によって中心軸101方向に保持されたタービンシャフト21は、中心軸101方向に微小な変位が可能なように設けられている。このため、エンジンが高速回転してP1がP4よりも大きくなった場合には、タービンシャフト21が矢印141に示す方向に移動し、エンジンが低速回転してP4がP1よりも大きくなった場合には、タービンシャフト21が矢印142に示す方向に移動する。つまり、運転条件が広範囲に渡る自動車用ターボチャージャ10では、エンジンの回転速度が絶えず変化するため、タービンシャフト21は、中心軸101方向に変位しながら回転している。
On the other hand, the
しかし、本実施の形態におけるターボチャージャ10のシール構造では、シールリング41のリング張力により、シールリング41に中心軸101方向の力が作用し続ける。このため、中心軸101方向のタービンシャフト21の変位にシールリング41を追随させ、シールリング41の側面41bとシールリング溝45の側壁45nとを密着させた状態を常時、保つことができる。これにより、タービンシャフト21が中心軸101方向に変位し続けているにもかかわらず、シールリング41による優れたシール性を実現することができる。
However, in the seal structure of the
(実施の形態2)
図9は、この発明の実施の形態2におけるターボチャージャのシール構造を示す断面図である。本実施の形態におけるターボチャージャのシール構造は、実施の形態1におけるターボチャージャ10のシール構造と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。
(Embodiment 2)
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a turbocharger seal structure according to Embodiment 2 of the present invention. The seal structure of the turbocharger in the present embodiment is basically the same as that of the
図9を参照して、本実施の形態では、タービン室50に位置して、タービンシャフト21の外周面21aに羽根部材71が設けられている。羽根部材71は、シールリング溝45に隣接して、外周面21aの周方向に沿って複数、設けられている。羽根部材71は、タービンシャフト21が回転すると、タービン室50からシールリング41に向けて風が流れるように形成されている。
Referring to FIG. 9, in the present embodiment,
このように構成された、この発明の実施の形態2におけるターボチャージャのシール構造によれば、実施の形態1に記載の効果と同様の効果を得ることができる。加えて、羽根部材71を設けることによって、中心軸101方向に負荷する風圧がシールリング41に作用する。このため、シールリング41をより容易に中心軸101方向に移動させることができ、シールリング41によるシール性をさらに向上させることができる。
According to the turbocharger seal structure according to the second embodiment of the present invention configured as described above, the same effects as those described in the first embodiment can be obtained. In addition, by providing the
(実施の形態3)
図10は、この発明の実施の形態3におけるターボチャージャのシール構造を示す断面図である。本実施の形態におけるターボチャージャのシール構造は、実施の形態1におけるターボチャージャ10のシール構造と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。
(Embodiment 3)
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a turbocharger seal structure according to Embodiment 3 of the present invention. The seal structure of the turbocharger in the present embodiment is basically the same as that of the
図10を参照して、本実施の形態では、シールリング41の側面41cに、板ばね81が固定されている。シールリング41がシールリング溝45に収容されると、板ばね81は、側面41cとシールリング溝の側壁45mとの間で撓んだ状態となる。この状態でシールリング41には、板ばね81の弾性力によって、タービン室50側からベアリング室55側に向かう中心軸101方向の力が作用する。
Referring to FIG. 10, in the present embodiment, a
この発明の実施の形態3におけるターボチャージャのシール構造は、シールリング41をシールリング溝45の側壁45nに付勢するばね部材としての板ばね81をさらに備える。
The turbocharger sealing structure according to the third embodiment of the present invention further includes a
図11は、図10中に示すターボチャージャのシール構造の変形例を示す断面図である。図11を参照して、本変形例では、図10中の板ばね81に替えて、コイルばね91が設けられている。この場合のシールリング41にも、コイルばね91の弾性力によって、タービン室50側からベアリング室55側に向かう中心軸101方向の力を作用させることができる。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a modification of the seal structure of the turbocharger shown in FIG. Referring to FIG. 11, in this modification, a
このように構成された、この発明の実施の形態3におけるターボチャージャのシール構造によれば、実施の形態1に記載の効果と同様の効果を得ることができる。加えて、板ばね81やコイルばね91を設けることにより、これらのばねが有する弾性力をシールリング41に作用させることができる。これにより、シールリング41をより容易に中心軸101方向に移動させることができ、シールリング41によるシール性をさらに向上させることができる。
According to the turbocharger seal structure according to the third embodiment of the present invention configured as described above, the same effects as those described in the first embodiment can be obtained. In addition, by providing the
なお、以上の実施の形態1から3におけるターボチャージャのシール構造では、シールリング溝45がタービンシャフト21に形成されている場合について説明したが、シールリング溝45は、ベアリングハウジング31の内周面に形成されていても良い。この場合、その内周面に向い合う位置で延在するタービンシャフト21の外周面は、中心軸101から外周面までの距離が、中心軸101の延びる方向の一方から他方に向かうに従って増加するように、中心軸101に対して傾斜して形成される。ベアリングハウジング31の内周面に形成されたシールリング溝には、タービンシャフト21の外周面を付勢する弾性力を有するシールリングが配置される。
In the turbocharger seal structure according to the first to third embodiments, the case where the
今回開示された実施の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説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
10 ターボチャージャ、21 タービンシャフト、21a 外周面、31 ベアリングハウジング、31a 内周面、41 シールリング、41a 接触面、45 シールリング溝、45n 側壁、50 タービン室、55 ベアリング室、71 羽根部材、101 中心軸。 10 turbocharger, 21 turbine shaft, 21a outer peripheral surface, 31 bearing housing, 31a inner peripheral surface, 41 seal ring, 41a contact surface, 45 seal ring groove, 45n side wall, 50 turbine chamber, 55 bearing chamber, 71 blade member, 101 Central axis.
Claims (5)
前記シールリング溝に向い合う位置で延在する第2の周面を有し、前記第1の部材と相対的に回転する第2の部材と、
前記シールリング溝に前記所定の軸の延びる方向に隙間を設けて収容され、前記第2の周面を付勢する弾性力を有するシールリングとを備え、
前記第2の周面は、前記所定の軸から前記第2の周面までの距離が、前記所定の軸の延びる方向の一方から他方に向かうに従って増加するように、前記所定の軸に対して傾斜して形成されている、ターボチャージャのシール構造。 A first member having a first peripheral surface extending along a predetermined axis and having a seal ring groove formed along the circumferential direction on the first peripheral surface;
A second member having a second peripheral surface extending at a position facing the seal ring groove, and rotating relative to the first member;
A seal ring that is accommodated in the seal ring groove with a gap in a direction in which the predetermined axis extends and has an elastic force that biases the second peripheral surface;
The second peripheral surface with respect to the predetermined axis so that a distance from the predetermined axis to the second peripheral surface increases from one side to the other in the extending direction of the predetermined axis. The turbocharger seal structure is inclined.
前記第1の部材と前記第2の部材とが相対的に回転した時に、前記第1の空間内の圧力が、前記第2の空間内の圧力よりも大きくなる、請求項1または2に記載のターボチャージャのシール構造。 On both sides of the seal ring, a first space located on the side where the distance from the predetermined axis to the second peripheral surface is relatively small, and the second peripheral surface from the predetermined axis And a second space located on the side where the distance to is relatively large,
The pressure in the first space is larger than the pressure in the second space when the first member and the second member are relatively rotated. Turbocharger seal structure.
前記シールリングは、前記両端の重ね合わせ目が前記シールリング溝の側壁に接触するように、前記シールリング溝に収容されている、請求項1から4のいずれか1項に記載のターボチャージャのシール構造。 The seal ring has both ends overlapped with each other when accommodated in the seal ring groove;
The turbocharger according to any one of claims 1 to 4, wherein the seal ring is accommodated in the seal ring groove so that a lap of the both ends contacts a side wall of the seal ring groove. Seal structure.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2009128406A1 (en) * | 2008-04-15 | 2009-10-22 | Nok株式会社 | Seal ring |
US11015716B2 (en) | 2016-09-12 | 2021-05-25 | Ihi Corporation | Sealing ring and turbocharger |
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2004
- 2004-09-16 JP JP2004270205A patent/JP2006083779A/en not_active Withdrawn
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