JP2009047027A - ターボチャージャ - Google Patents

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Abstract

【課題】ターボチャージャの構成部材に有するタービン軸に対して半径方向の環状の間隙を通して流体が高圧側から低圧側へリークするのを防止する。
【解決手段】ターボチャージャを構成するシュラウド10とシュラウド対峙部14との間に半径方向に延びる環状の間隙15を有しており、間隙15を通して流体が高圧側から低圧側へリークするのを防止するためのシール装置を備えたターボチャージャであって、シール装置が、截頭円錐形状を有してシュラウド10とシュラウド対峙部14に圧着されるよう間隙15に配置された皿ばねシール部材24を有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、ターボチャージャの構成部材間に有するタービン軸に対して半径方向に延びた環状の間隙を通して流体が高圧側から低圧側へリークするのを防止するようにしたシール装置を有するターボチャージャに関する。
図10は本発明を適用する従来の可変容量型のターボチャージャの一例を示している。このターボチャージャは、タービンハウジング1とコンプレッサハウジング2とを軸受ハウジング3を介して締結ボルト3a,3bにより一体構造に組立てられ、タービンハウジング1内のタービンインペラ4とコンプレッサハウジング2内のコンプレッサインペラ5とを、軸受ハウジング3内に軸受6によって回転自在に支承されたタービン軸7により連結している。又、上記軸受ハウジング3の反タービンハウジング側には、図10のA部を拡大した図11にも示す如く、タービンハウジング1のスクロール通路8に導入される流体(排ガス)を前記タービンインペラ4に導くための複数のベーン9をプレート9a,9b間に環状に配置したシュラウド10が設けられ、タービンハウジング1と軸受ハウジング3で挟み込み、ボルト3aによって固定されている。図10中、11はシュラウド10組立て時の位置決めピン、12はコンプレッサハウジング2のスクロール通路、13a,13b,13c,13dは前記ベーン9の開閉角度を調節するためのリンク式の伝達機構である。
前記スクロール通路8を形成しているタービンハウジング1には、前記シュラウド10に対峙するシュラウド対峙部14が形成してあり、シュラウド10とシュラウド対峙部14との間にはタービン軸7に対して半径方向に延びてスクロール通路8に開口した環状の間隙15が形成されている。又、前記シュラウド10を構成しているタービンハウジング側のプレート9aには、シュラウド対峙部14の内周面に形成した切欠16内に向かいタービンインペラ4に沿って延びた延設部17が形成してあり、従って、前記間隙15は延設部17と切欠16との間を反軸受ケーシング方向に伸びた後シュラウド対峙部14の内周面に開口する隙間部15'を形成している。
又、図10のシュラウド10の軸受ハウジング3側には、タービンインペラ4の背面に位置するように配置した遮熱板18がシュラウド10のプレート9bに固定されており、更に前記軸受ハウジング3には前記遮熱板18に対峙する遮熱板対峙部19が形成してあり、遮熱板18と遮熱板対峙部19との間にはタービン軸7に対して半径方向に延びた間隙20が形成されている。
前記間隙15,20は本来不要なものであるが、タービンハウジング1が冷間時と熱間時との間で熱変形を起すこと、及び組み立て部品に精度上のばらつきがあること等のために設けられている。
しかし、前記間隙15,20が存在すると該間隙15,20を通してガスが高圧側から低圧側へリークする問題があり、ガスがリークするとターボチャージャの低速側の性能が大きく変化し、エンジン性能が不安定になる等の問題を生じる。
このために、シュラウド対峙部14の内周側の切欠16と、シュラウド10の延設部17との間に形成される隙間部15'に、シール用ピストンリングを配置することによって、ガスリークを防止すると共に熱変形を吸収することができるようにしたものが提案されている(特許文献1参照)。
特開2006−125588号公報
図11には、特許文献1のように、シュラウド10の延設部17の外周面に環状の凹溝21を設けてこの凹溝21に通常2本のシール用ピストンリング22を挿入することによりシール装置を構成し、前記シール用ピストンリング22の弾撥力によってその外周面を切欠16の内周面に圧着させることによりガスリークを防止するようにしている。
しかし、上記したように、隙間部15'にシール用ピストンリング22を配置してガスリークを防止しようとしても、ガスリークに防止には限界があるという問題を有していた。即ち、前記シール用ピストンリング22には、図12に示す如く合口23を設ける必要があって連続したリングとすることができないため、2本のシール用ピストンリング22の合口23の位置をずらして配置しても、合口23を通してガスがリークしてしまうという問題がある。
更に、シュラウド対峙部14の切欠16の内周面を高い真円度で加工しても、シール用ピストンリング22の真円度が僅かでも狂っていると、シュラウド対峙部14の内周面に均一の圧着力で圧着することができないため、シール用ピストンリング22の外周部からガスがリークしてしまう問題がある。
一方、前記遮熱板18と遮熱板対峙部19との間に形成された間隙20に対しても、該間隙20を通してガスがリークする問題があるが、間隙20のガスリークを効果的に防止するようにしたものは従来存在しなかった。
本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、ターボチャージャの構成部材に有するタービン軸に対して半径方向の環状の間隙を通して流体が高圧側から低圧側へリークするのを防止するようにしたシール装置を有するターボチャージャを提供しようとするものである。
本発明は、ターボチャージャを構成する第1部材と第2部材との間にタービン軸に対して半径方向に延びる環状の間隙を有しており、該間隙を通して流体が高圧側から低圧側へリークするのを防止するためのシール装置を備えたターボチャージャであって、
前記シール装置が、截頭円錐形状を有して前記第1部材と第2部材に圧着されるよう間隙に配置した皿ばねシール部材を有することを特徴とするターボチャージャ、に係るものである。
上記ターボチャージャにおいて、前記第1部材が軸受ハウジングに固定したシュラウドであり、第2部材がシュラウドと間隙を有してタービンハウジングに形成したシュラウド対峙部であり、前記皿ばねシール部材の内周端がシュラウド対峙部に圧着し、前記皿ばねシール部材の外周端がシュラウドに圧着していることは好ましい。
又、上記ターボチャージャにおいて、前記シール装置が、前記シュラウド対峙部の端面の内縁部に更に突出した環状突部を有しており、前記皿ばねシール部材の内周端が前記環状突部の外周面に嵌合してシュラウド対峙部の端面に圧着し、皿ばねシール部材の外周端がシュラウドに圧着していることは好ましい。
又、上記ターボチャージャにおいて、前記環状突部の外周面に、先端に向かい拡径された拡径部を有しており、前記皿ばねシール部材の内周端が前記拡径部により環状突部に圧入されていることは好ましい。
又、上記ターボチャージャにおいて、前記シュラウド対峙部の内周面に環状の段部が形成してあり、皿ばねシール部材の内周端に形成した立ち上がり部を前記段部に圧入し、皿ばねシール部材の外周端をシュラウドに圧着していることは好ましい。
又、上記ターボチャージャにおいて、前記第1部材が前記シュラウドに固定した遮熱板であり、第2部材が遮熱板と間隙を有して軸受ハウジングに形成した遮熱板対峙部であり、前記皿ばねシール部材の内周端と外周端の一方が遮熱板対峙部に圧着し、前記皿ばねシール部材の内周端及と外周端の他方が遮熱板に圧着していることは好ましい。
又、上記ターボチャージャにおいて、前記皿ばねシール部材の内周端が遮熱板対峙部に形成した環状突部の外周面に圧入されていることは好ましい。
本発明のターボチャージャによれば、ターボチャージャを構成する第1部材と第2部材との間にタービン軸に対して半径方向に延びて形成される環状の間隙に、截頭円錐形状を有して前記第1部材と第2部材に圧着する皿ばねシール部材を配置したので、截頭円錐形状を有する皿ばねシール部材の内周端と外周端が第1部材と第2部材に緊密に圧着されることにより、間隙を通して流体がリークする問題を効果的に防止できるという優れた効果を奏し得る。
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図1は、図10のターボチャージャのA部における軸受ハウジング3に固定されたシュラウド10(第1部材)と、該シュラウド10に対して間隙15を有してタービンハウジング1に形成されたシュラウド対峙部14(第2部材)との間の間隙15に適用する本発明の形態の一例を示している。
本発明では、図2、図3に示すバネ材からなる皿ばねシール部材24を備えるようにしたシール装置を構成している。皿ばねシール部材24は、ドーナツ形状の内周端25と外周端26の位置が軸中心線の方向にずれた截頭円錐形状を有しており、皿ばねシール部材24の截頭円錐形状による軸中心線方向における高さHは、前記間隙15の幅より高く形成されている。
更に、前記シール装置は、図1に示すように前記シュラウド対峙部14の端面14aの内縁部に更に突出した環状突部27を形成しており、前記皿ばねシール部材24の内周端25が前記環状突部27の外周面に嵌合してシュラウド対峙部14の端面14aに当接し、皿ばねシール部材24の外周端26がシュラウド10に当接するようにしている。
図1〜図3の形態は次のように作動する。
図1に示すシュラウド対峙部14の端面14aの内縁部に突出した環状突部27の外周部に皿ばねシール部材24の内周端25を嵌合させた状態において、図10のタービンハウジング1を軸受ハウジング3に締結ボルト3aを用いて一体に組立てる。
このとき、皿ばねシール部材24の截頭円錐形状による軸中心線方向の高さHが前記間隙15の幅より高くなっているため、前記組立てが行われると、皿ばねシール部材24の内周端25はシュラウド対峙部14の端面14aに圧着され、皿ばねシール部材24の外周端26はシュラウド10に圧着される。このように、皿ばねシール部材24の内周端25がシュラウド対峙部14の端面14aに圧着され、皿ばねシール部材24の外周端26がシュラウド10に圧着されて間隙15が遮断されることにより、間隙15を通して高圧側のスクロール通路8のガスが低圧側にリークする問題を効果的に防止することができる。
図4は本発明の他の形態を示したもので、前記環状突部27の外周面に、先端に向かい拡径された拡径部28を形成しており、図2、図3に示した前記皿ばねシール部材24の内周端25を前記拡径部28により環状突部27に圧入して取り付けるようにしている。前記拡径部28は、環状突部27の先端側に形成した軸線と平行な平坦部29と、該平坦部29からシュラウド対峙部14の端面14aに向けて縮径されるようにした傾斜面30とにより形成しており、前記傾斜面30の傾斜角度αは5゜〜10゜程度としている。
図4の形態では、皿ばねシール部材24の内周端25を環状突部27の拡径部28に圧入して取付るようにしているので、タービンハウジング1を軸受ハウジング3に組立てる際に、皿ばねシール部材24が動いて環状突部27から脱落するような問題を防止することができる。
図5、図6は図4に示した皿ばねシール部材24の変形例を示すもので、図5では、皿ばねシール部材24の内周端25に近い位置にはシュラウド対峙部14の端面14aに沿う鉛直方向の直線部31を有しており、且つ内周端25には環状突部27の拡径部28に対する圧入を容易にするように前記端面14aから離れる方向に湾曲した湾曲部32を有している。又、皿ばねシール部材24の外周端26には、前記内周端25の湾曲部32に対して逆方向に湾曲してシュラウド10に均一に圧着するようにした湾曲部33を有している。尚、皿ばねシール部材24の製作上必要な場合には、湾曲部33の外周端26から更に周方向外側に直線的に延長された延長部を有していてもよい。
又、図6では、図5の内周端25に有する湾曲部32に代えて、前記直線部31から端面14aに対して離れる方向に曲げた後、鉛直に前記拡径部28に向かうように形成した略S字状部34を有している。
図5、図6の形態によれば、内周端25に形成した湾曲部32及び略S字状部34を環状突部27の拡径部28に圧入することにより、皿ばねシール部材24が環状突部27から脱落する問題を防止できると共に、湾曲部32及び略S字状部34を有する皿ばねシール部材24の内周端25が環状突部27に圧入されることによる圧着と、直線部31による端面14aへの圧着との2個所での圧着によってシールが行われるため、シュラウド対峙部14と皿ばねシール部材24との間におけるシール性が高められる。また、前記皿ばねシール部材24の外周端26に、シュラウド10に円滑に圧着されるようにした湾曲部33を形成しているので、シュラウド10と皿ばねシール部材24との間におけるシール性が高められる。
図7は、本発明の更に他の形態を示したもので、前記シュラウド対峙部14の内周面に環状の段部35を形成すると共に、皿ばねシール部材24の内周端25に、前記段部35に圧入できるようにした立ち上がり部36を形成しており、前記皿ばねシール部材24の立上り部36を前記段部35に圧入して固定するようにしている。この形態では、皿ばねシール部材24をシュラウド対峙部14に対してシール性を高めて固定することができる。
図8は、図10のターボチャージャのA部におけるシュラウド10に固定した遮熱板18(第1部材)と、該遮熱板18に対して対峙するように軸受ハウジング3に形成された遮熱板対峙部19(第2部材)との間に形成される間隙20に適用する本発明の形態の一例を示している。図8の形態では、図2、図3に示すようにバネ材にて截頭円錐形状に形成した皿ばねシール部材24の内周端25が遮熱板対峙部19の端面19aに圧着され、皿ばねシール部材24の外周端26が遮熱板18に圧着されるように配置している。
図8の形態によれば、皿ばねシール部材24の内周端25が遮熱板対峙部19の端面19aに圧着され、皿ばねシール部材24の外周端26が遮熱板18に圧着されて間隙20が遮断されることにより、間隙15を通して高圧側であるタービンインペラ4側のガスが低圧側である軸受ハウジング3側にリークする問題を効果的に防止することができる。
図9は図8の形態の変形例を示すもので、前記皿ばねシール部材24の内周端25に図5に示したような湾曲部32を形成し、前記内周端25を遮熱板対峙部19に形成した環状突部37の外周面に圧入するようにしている。このように皿ばねシール部材24の内周端25を環状突部37の外周面に圧入しておくと、組立て作業時等に皿ばねシール部材24が遮熱板対峙部19から脱落するような問題を防止することができる。
上記したように、本発明のターボチャージャによれば、ターボチャージャに形成される半径方向の環状の間隙15,20に対し、截頭円錐形状を有する皿ばねシール部材24が圧着された状態になるように配置してシールを行うようにしたので、皿ばねシール部材24のバネ力を利用して、間隙15,20を通して流体がリークする問題を効果的に防止することができる。
なお、皿ばねシール部材の形状は図示例のみに限定されるものではないこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
図10のターボチャージャのA部におけるシュラウド(第1部材)とシュラウド対峙部(第2部材)との間の間隙に適用する本発明の形態の一例を示す断面図である。 本発明に備える皿ばねシール部材の一例を示す正面図である。 図2のIII−III方向矢視図である。 本発明の他の形態を示す断面図である。 図4に示した皿ばねシール部材の変形例を示す断面図である。 皿ばねシール部材の更に別の変形例を示す断面図である。 本発明の更に他の形態を示す断面図である。 図10のターボチャージャのA部における遮熱板(第1部材)と遮熱板対峙部(第2部材)との間の間隙に適用する本発明の形態の一例を示す断面図である。 図8に示した皿ばねシール部材の変形例を示す断面図である。 本発明を適用する従来の可変容量型のターボチャージャの一例を示す断面図である。 図10のターボチャージャのA部におけるシュラウドに設けた延設部とシュラウド対峙部の内周面との間にシール用ピストンリングによるシール装置を備えた従来の断面図である。 シール用ピストンリングの正面図である。
符号の説明
1 タービンハウジング
10 シュラウド(第1部材)
14 シュラウド対峙部(第2部材)
14a 端面
15 間隙
18 遮熱板(第1部材)
19 遮熱板対峙部(第2部材)
19a 端面
20 間隙
24 皿ばねシール部材
25 内周端
26 外周端
27 環状突部
28 拡径部
36 立ち上がり部
37 環状突部

Claims (7)

  1. ターボチャージャを構成する第1部材と第2部材との間にタービン軸に対して半径方向に延びる環状の間隙を有しており、該間隙を通して流体が高圧側から低圧側へリークするのを防止するためのシール装置を備えたターボチャージャであって、
    前記シール装置が、截頭円錐形状を有して前記第1部材と第2部材に圧着されるよう間隙に配置した皿ばねシール部材を有することを特徴とするターボチャージャ。
  2. 前記第1部材が軸受ハウジングに固定したシュラウドであり、第2部材がシュラウドと間隙を有してタービンハウジングに形成したシュラウド対峙部であり、前記皿ばねシール部材の内周端がシュラウド対峙部に圧着し、前記皿ばねシール部材の外周端がシュラウドに圧着している請求項1に記載のターボチャージャ。
  3. 前記シール装置が、前記シュラウド対峙部の端面の内縁部に更に突出した環状突部を有しており、前記皿ばねシール部材の内周端が前記環状突部の外周面に嵌合してシュラウド対峙部の端面に圧着し、皿ばねシール部材の外周端がシュラウドに圧着している請求項2に記載のターボチャージャ。
  4. 前記環状突部の外周面に、先端に向かい拡径された拡径部を有しており、前記皿ばねシール部材の内周端が前記拡径部により環状突部に圧入されている請求項3に記載のターボチャージャ。
  5. 前記シュラウド対峙部の内周面に環状の段部が形成してあり、皿ばねシール部材の内周端に形成した立ち上がり部を前記段部に圧入し、皿ばねシール部材の外周端をシュラウドに圧着している請求項2に記載のターボチャージャ。
  6. 前記第1部材が前記シュラウドに固定した遮熱板であり、第2部材が遮熱板と間隙を有して軸受ハウジングに形成した遮熱板対峙部であり、前記皿ばねシール部材の内周端と外周端の一方が遮熱板対峙部に圧着し、前記皿ばねシール部材の内周端及と外周端の他方が遮熱板に圧着している請求項1に記載のターボチャージャ。
  7. 前記皿ばねシール部材の内周端が遮熱板対峙部に形成した環状突部の外周面に圧入されている請求項6に記載のターボチャージャ。
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