JP2009270537A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】簡素で低コストな構成でありながら、排気中の未燃燃料の漏洩を抑制できるようなターボチャージャを提供する。
【解決手段】ターボチャージャ６０は、ハウジング６５と、複数のノズルベーン７５の角度を調整して隣り合うノズルベーン７５同士の隙間を調整することで排気の流れを調整する可変ノズルベーン機構７０とを備え、可変ノズルベーン機構７０を駆動する駆動シャフト８２が、ハウジング６５を貫通して設けられ、且つハウジング６５にブッシュ８３を介して回動自在に支持されるように構成されている。駆動シャフト８２の外周、且つブッシュ８３の軸線方向の両端には、排気中の未燃燃料を捕捉可能なワイヤメッシュ８６がそれぞれ設けられている。
【選択図】図８

Description

本発明は、内燃機関を過給するターボチャージャに関する。詳細には、排気の流れを調整する調整機構を備えたターボチャージャにおけるシール構造に関する。

内燃機関（エンジン）を過給するターボチャージャは、タービンハウジングの内部に流入する排気のエネルギーを利用して、エンジンに過給した空気を供給するものである。具体的には、エンジンから排出された排気によって、タービンハウジングの内部に設けたタービンホイールを回転させ、このタービンホイールと同軸で連結されているコンプレッサハウジング内のタービンホイールを回転させて、コンプレッサハウジングの内部に吸入した空気を圧縮し、エンジンに供給する。

ターボチャージャにおいては、エンジンの低速域から高速域まで変化する回転数に応じて変動する排気のエネルギーを効率的に利用するために、タービンハウジングの内部に流入する排気の流れを調整してその流量や流速を制御する機構が設けられる。このような調整機構として、例えば、タービンホイールを迂回する通路を開閉するウエストゲートバルブや、タービンホイールへ向かう２つの通路のうち一方の通路を開閉するフローコントロールバルブなどがある（例えば、特許文献１，２参照）。また、複数のノズルベーンの角度を調整し、隣り合うノズルベーン同士の隙間を調整して排気の流量や流速を制御する可変ノズルベーン機構などがある（例えば、特許文献３参照）。

一方、ターボチャージャにおいて、ハウジングを貫通して部品が設けられる場合、ハウジングの内外の圧力差に起因する排気の漏れを防ぐため、シールが必要になる。具体的には、上述したウエストゲートバルブやフローコントロールバルブの駆動軸（回動軸）、可変ノズルベーン機構を駆動する駆動軸や、それらを支持する軸受部材（例えばブッシュなど）は、ハウジングの内外を貫通するように設けられるので、排気をシールする対策が必要になる。

従来では、上述したウエストゲートバルブや可変ノズルベーン機構などの駆動軸に溝を形成し、その溝に金属製のシールリングを装着することによって排気をシールする技術が知られている。また、従来では、排気をシールする技術として、特許文献１〜３に示されるような技術が知られている。
特開２００６−２９１７８２号公報 特開２００５−１１３７９７号公報 特開２００５−３５１０８９号公報

ところで、上述したシールリングを用いて排気をシールする対策では、シールリングの組み付けの際、シールリングを拡張（拡径）する必要がある。しかし、シールリングの拡張時の応力は、上述したウエストゲートバルブや可変ノズルベーン機構などの駆動軸が小径になるほど大きくなり、シールリングの組み付けが困難になるという問題がある。また、シールリングを装着する上記駆動軸の径に制限があるという問題がある。さらに、シールリングを装着する溝の加工が必要なため、シールリングの組み付けに要するコストが高くなるという問題がある。

一方、いわゆるポスト噴射や燃料添加を行う内燃機関では、排気中に未燃焼の燃料（未燃燃料）が多く含まれるため、そのような未燃燃料の外部への漏洩を防ぎ、白煙や異臭の発生を防ぐ必要がある。なお、ポスト噴射および燃料添加は、排気温度を上昇させることによって触媒を再生するために行われる。

本発明は、そのような問題点を鑑みてなされたものであり、簡素で低コストな構成でありながら、排気中の未燃燃料の漏洩を抑制できるようなターボチャージャを提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、ハウジングと、排気の流れを調整する調整機構とを備え、上記調整機構を駆動する軸部材が、上記ハウジングを貫通して設けられ、且つハウジングに軸受部材を介して回動自在に支持されるように構成されたターボチャージャにおいて、上記軸部材の外周、且つ上記軸受部材の軸線方向の両端のうち少なくとも一方には、排気中の未燃燃料を捕捉可能なシール部材が設けられていることを特徴としている。なお、上記軸受部材の軸線方向の片方だけではなく、両方の端にシール部材を設けることが好ましい。

上記構成によれば、軸受部材の軸線方向の少なくとも一端にシール部材を設けるといった簡素で低コストな構成でありながら、ハウジングの外部への未燃燃料の漏洩を抑制することができ、白煙や異臭の発生を抑制することができる。この場合、シール部材をハウジングの内部に設けることで、このシール部材により排気中の未燃燃料が捕捉されるため、未燃燃料が軸部材と軸受部材との隙間に侵入することが抑制されることにより、ハウジングの外部への未燃燃料の漏洩を抑制することができる。また、シール部材をハウジングの外部に設けることで、このシール部材により排気中の未燃燃料が捕捉されるため、未燃燃料が軸部材と軸受部材との隙間に侵入したとしても、ハウジングの外部への未燃燃料の漏洩を抑制することができる。

本発明において、上記シール部材は、軸受部材の軸線方向の端面とこの端面に対向して設けられる部材との間の隙間を塞ぐように配設されていることが好ましい。

この構成では、シール部材により軸受部材の軸線方向の端面とこの端面に対向して設けられる部材との隙間が塞がれるので、排気および未燃燃料のシール性能を向上させることができる。

また、本発明において、上記シール部材は、弾力性を有する部材であることが好ましい。ここで、このようなシール部材としては、例えば金属製の細線をメッシュ状に編み込んだワイヤメッシュなどが挙げられる。

この構成では、ワイヤメッシュに捕集（吸着）された未燃燃料によってワイヤメッシュの空隙が塞がれることによって、排気および未燃燃料の外部への漏れをさらに抑制することができる。つまり、捕集した未燃燃料を利用して、排気および未燃燃料のシール性能を向上させることができる。さらに、ワイヤメッシュに捕集された未燃燃料が潤滑剤として機能することによって、軸部材の潤滑性能を向上させることができる。しかも、ワイヤメッシュの弾力性により軸受部材の軸線方向の端面とこの端面に対向して設けられる部材との間のガタを吸収することができる。これにより、ターボチャージャに備えられる調整機構の円滑な動作が可能となり、応答性に優れた調整機構を実現できる。

ここで、調整機構の具体構成としては、例えば、複数のノズルベーンの角度を調整して隣り合うノズルベーン同士の隙間を調整することで排気の流れを調整する可変ノズルベーン機構などが挙げられる。この場合、上記軸部材は、上記ハウジングの外部に設けられ、且つ上記可変ノズルベーン機構を駆動するアクチュエータが接続されるリンク部材と、上記ハウジングの内部に設けられるアーム部材とを連結する駆動軸とされる。なお、調整機構の他の例としては、タービンホイールを迂回する通路を開閉することで排気の流れを調整するウエストゲートバルブの開閉機構や、タービンホイールへ向かう２つの通路のうち一方の通路を開閉することで排気の流れを調整するフローコントロールバルブの開閉機構などがある。

また、本発明は、２つのターボチャージャを並列的に備え、内燃機関の運転状況に応じて、一方のターボチャージャの単独運転と両方のターボチャージャの併用運転とを切り替えるように構成されたシーケンシャルターボにも適用可能である。この場合、調整機構は、上記併用運転にだけ用いられる他方のターボチャージャのタービンホイールへ向かう通路を開閉する流路切り替えバルブの開閉機構とされる。

本発明によれば、軸受部材の軸線方向の少なくとも一端にシール部材を設けるといった簡素で低コストな構成でありながら、ハウジングの外部への未燃燃料の漏洩を抑制することができ、白煙や異臭の発生を抑制することができる。

本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。

以下では、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒（例えば直列４気筒）ディーゼルエンジンに、本発明に係るターボチャージャを適用した例について説明する。なお、ディーゼルエンジンの気筒数は特に限定されるものではなく、また、ディーゼルエンジンの形状も、直列型、Ｖ型、Ｗ型、水平対向型などのさまざまな形状を採用することが可能である。

まず、ターボチャージャの構成について説明する前に、ディーゼルエンジン全体の概略構成について説明する。図１は、実施形態に係るディーゼルエンジン１（以下、単にエンジンという）およびその制御系統の概略構成図である。

図１に示すように、エンジン１は、燃料供給系１０、燃焼室２０、吸気系３０、排気系４０等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。

燃料供給系１０は、サプライポンプ１１、コモンレール１２、インジェクタ（燃料噴射弁）１３、遮蔽弁１４、調量弁１６、燃料添加ノズル１７、機関燃料通路１８、および添加燃料通路１９を備えて構成されている。

サプライポンプ１１は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路１８を介してコモンレール１２に供給する。コモンレール１２は、サプライポンプ１１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ１３に分配する。インジェクタ１３は、その内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備え、適宜開弁して燃焼室２０内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。

サプライポンプ１１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路１９を介して燃料添加ノズル１７に供給する。添加燃料通路１９には、サプライポンプ１１から燃料添加ノズル１７に向かって遮蔽弁１４および調量弁１６が順次配設されている。遮蔽弁１４は、緊急時において添加燃料通路１９を遮断して燃料添加を停止する。調量弁１６は、燃料添加ノズル１７に供給する燃料の圧力（燃圧）を制御する。

燃料添加ノズル１７は、ＥＣＵ１００による添加制御動作によって排気系４０への燃料添加量が目標添加量（排気のＡ／Ｆが目標Ａ／Ｆとなるような添加量）となるように、また、燃料添加タイミングが所定タイミングとなるように開弁時期が制御される電子制御式の開閉弁により構成されている。つまり、この燃料添加ノズル１７から所望の燃料が適宜のタイミングで排気系４０（排気ポート４１から排気マニホールド４２）に噴射供給される構成となっている。

吸気系３０は、各燃焼室２０内に供給される吸入空気の通路を構成する。具体的には、吸気系３０は、図示しないシリンダヘッドに形成された吸気ポートに接続される吸気マニホールド３１を備え、この吸気マニホールド３１に、吸気通路を構成する吸気管３２が接続されている。この吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ３３、スロットル弁３４が配設されている。

排気系４０は、各燃焼室２０から排出される排気ガスの通路を構成する。具体的には、排気系４０は、シリンダヘッドに形成された排気ポート４１に接続される排気マニホールド４２を備え、この排気マニホールド４２に対して、排気通路を構成する排気管４３，４４が接続されている。この排気通路には、ＮＯｘ吸蔵触媒（ＮＳＲ触媒：ＮＯｘ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ触媒）や、ＤＰＮＲ触媒（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ触媒）などを備えたマニバータ（排気浄化装置）４５が配設されている。ＤＰＮＲ触媒は、例えば多孔質セラミック構造体にＮＯｘ吸蔵触媒を担持させた構成となっている。

ここで、燃料添加ノズル１７により燃料添加が行われることで、ＮＯｘ吸蔵触媒が再生される。詳細には、ＮＯｘ吸蔵触媒は、排気中の酸素濃度が高ければＮＯｘを吸収し、低ければＮＯｘをＮＯ₂もしくはＮＯに還元して放出する特性を有する。このため、ＮＯｘ吸蔵触媒は、排気中の酸素濃度が高濃度状態にある限りＮＯｘを吸収することになるが、ＮＯｘ吸収量には限界量が存在する。したがって、適当な時期に燃料添加ノズル１７を通じて排気系４０のマニバータ４５の上流に燃料を適量添加することによって、一時的に排気中の酸素濃度を低減し、かつ還元成分量（ＨＣなど）を増大させる。これにより、ＮＯｘ吸蔵触媒は、これまでに吸収したＮＯｘをＮＯ₂もしくはＮＯに還元して放出し、自身がＮＯｘ吸収能力を回復（再生）するようになる。そして、放出されたＮＯ₂やＮＯは、ＨＣやＣＯと反応して速やかにＮ₂に還元される。

エンジン１には、過給機（ターボチャージャ）６０が設けられている。ターボチャージャ６０は、タービンシャフト６１を介して連結されたコンプレッサホイール６２およびタービンホイールアッセンブリ６３を備えている。コンプレッサホイール６２は吸気管３２内部に臨んで配置され、タービンホイールアッセンブリ６３は排気管４３内部に臨んで配置されている。このため、ターボチャージャ５は、タービンホイールアッセンブリ６３が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサホイール６２を回転させ、吸気圧を高めるといったいわゆる過給動作を行うようになっている。この実施形態では、ターボチャージャ６０は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイールアッセンブリ６３側に可変ノズルベーン機構が設けられており、この可変ノズルベーン機構の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。可変ノズルベーン機構の具体構成については後述する。

吸気系３０の吸気管３２には、ターボチャージャ６０での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ３５が設けられている。このインタークーラ３５よりもさらに下流側に設けられたスロットル弁３４は、その開度を無段階に調整することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有している。

また、エンジン１には、吸気系３０と排気系４０とを接続する排気還流通路（ＥＧＲ通路）５０が設けられている。このＥＧＲ通路５０は、排気の一部を適宜吸気系３０に還流させて燃焼室２０へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させるものである。また、このＥＧＲ通路５０には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気の流量を自在に調整することができるＥＧＲバルブ５１と、ＥＧＲ通路５０を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ５２とが設けられている。

エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。

例えば、レール圧センサ１０１は、コモンレール１２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。燃圧センサ１０２は、添加燃料通路１９内を流通する燃料のうち、調量弁１６へ導入される燃料の圧力（燃圧）に応じた検出信号を出力する。エアフローメータ１０３は、吸気系３０内のスロットル弁３４の上流において吸入空気の流量（吸気量）に応じた検出信号を出力する。空燃比（Ａ／Ｆ）センサ１０４は、排気系４０のマニバータ４５の下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ１０５は、排気系４０のマニバータ４５の下流において排気の温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。また、アクセル開度センサ１０６は、エンジン１のアクセルペダルに取り付けられ、同ペダルの踏込み量に応じた検出信号を出力する。クランク角センサ１０７は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力する。

これら各センサ１０１〜１０７は、ＥＣＵ１００と電気的に接続される。そして、ＥＣＵ１００は、上記各センサ１０１〜１０７の出力に基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。具体的に、ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどを備えている。ＲＯＭには、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭは、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

次に、ターボチャージャ６０の具体構成について説明する。図２は、ターボチャージャ６０の一部断面を含む斜視図であり、図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。

図２、図３に示すように、ターボチャージャ６０は、可変容量型（可変ノズル式）のターボチャージャとして構成されており、ハウジング６５と、このハウジング６５に回転自在に収納されたタービンシャフト６１と、タービンシャフト６１の一端側（図３では左側）に取り付けられたコンプレッサホイール６２と、タービンシャフト６１の他端側（図３では右側）に取り付けられたタービンホイールアッセンブリ６３とを備えている。

ハウジング６５は、コンプレッサハウジング６５ａ、センターハウジング６５ｂ、およびタービンハウジング６５ｃが一体的に組み付けられて構成されている。つまり、中央のセンターハウジング６５ｂの両側にコンプレッサハウジング６５ａおよびタービンハウジング６５ｃがそれぞれ取り付けられている。なお、ハウジング６５の分割構成をこれ以外の構成としてもよい。

コンプレッサハウジング６５ａは、中央部（軸心部分）から空気を取り入れて外部へ放出することが可能な形状となっている。

コンプレッサハウジング６５ａ内にはコンプレッサホイール６２が収納されている。コンプレッサホイール６２は、タービンシャフト６１に固定されており、タービンシャフト６１とともに回転する。コンプレッサホイール６２は、ロックナット６６によりタービンシャフト６１に固定される。コンプレッサホイール６２には複数のコンプレッサブレードが設けられており、コンプレッサホイール６２が回転するとコンプレッサブレードにより、空気が遠心力により半径方向外側に加速されて圧縮されるようになっている。このため、コンプレッサハウジング６５ａの中央部に空気が導入されると、この空気が、回転するコンプレッサホイール６２のコンプレッサブレードにより圧縮され、この圧縮された空気が吸気マニホールド３１に向けて吸気管３２に吐出されるようになっている。

コンプレッサホイール６２に隣接してシールリングカラー６７が配置されている。シールリングカラー６７は、タービンシャフト６１を取り囲む形状となっている。

センターハウジング６５ｂは、ターボチャージャ６０の軸心方向のほぼ中央部に配設されている。このセンターハウジング６５ｂには、スラストベアリング６８が設けられている。スラストベアリング６８は、タービンシャフト６１のスラスト方向の荷重を受け止めるためのベアリングであり、オイルなどにより潤滑される。

また、センターハウジング６５ｂには、タービンシャフト６１の回転を保持するためのフローティングベアリング６９が設けられる。フローティングベアリング６９は、タービンシャフト６１のラジアル方向の荷重を保持する。フローティングベアリング６９とタービンシャフト６１との間には油膜が介在しており、フローティングベアリング６９がタービンシャフト６１と直接接触しないようになっている。さらに、フローティングベアリング６９とセンターハウジング６５ｂとの間にも油膜が存在し、フローティングベアリング６９がセンターハウジング６５ｂと直接接触しないようになっている。フローティングベアリング６９はリテーナリングにより位置決めがされている。

この実施形態では、ターボチャージャ６０には、以下に述べるような可変ノズルベーン機構７０が備えられている。図４、図６は、可変ノズルベーン機構７０を示す正面図、図５、図７は、可変ノズルベーン機構７０を示す背面図である。図４、図５では、ノズルベーン開度が大きく設定された状態の可変ノズルベーン機構７０を示しており、図６、図７は、ノズルベーン開度が小さく設定された状態の可変ノズルベーン機構７０を示している。

図２〜図４に示すように、可変ノズルベーン機構７０は、タービンハウジング６５ｃとセンターハウジング６５ｂとの間に形成されたリンク室７１に配設されている。可変ノズルベーン機構７０は、環状のユニゾンリング７２と、ユニゾンリング７２の内周側に位置し、ユニゾンリング７２に一部が係合する複数のアーム７３と、各アーム７３を駆動するためのメインアーム７４と、各アーム７３に連結され、各ノズルベーン７５を駆動するためのベーンシャフト７６と、各ベーンシャフト７６を保持するノズルプレート７７とを備えている。

可変ノズルベーン機構７０は、等間隔に配設された複数（例えば１２枚）のノズルベーン７５の回動角度（回動姿勢）を調整するための機構である。可変ノズルとしてのノズルベーン７５は、ノズルプレート７７上に位置決めされており、その中央部のベーンシャフト７６を中心として所定の角度だけ回動することが可能となっている。

可変ノズルベーン機構７０は、メインアーム７４に接続される駆動リンク８１を所定の角度だけ回動させることにより、その回動力がメインアーム７４、ユニゾンリング７２、各アーム７３を介して各ノズルベーン７５へ伝えられ、各ノズルベーン７５が連動して回動するように構成されている。

詳細には、駆動リンク８１は、駆動シャフト８２を中心に回動可能となっている。この駆動シャフト８２は、駆動リンク８１およびメインアーム７４と回動一体に連結されている。そして、駆動リンク８１の回動にともなって駆動シャフト８２が回動すると、この回動力がメインアーム７４に伝えられるようになっている。ここで、駆動シャフト８２とセンターハウジング６５ｂとの間には、軸受部材としてのブッシュ８３が介在されている。ブッシュ８３は、センターハウジング６５ｂに固定されている。これにより、駆動シャフト８２がブッシュ８３を介してセンターハウジング６５ｂに回動自在に支持されている。また、駆動リンク８１とブッシュ８３との間、および、メインアーム７４とブッシュ８３との間には、シール部材としてのワイヤメッシュ８６がそれぞれ介在されている。ワイヤメッシュ８６によるシールの詳細については後述する。

メインアーム７４の内周側端部は駆動シャフト８２に固定され、外周側端部はユニゾンリング７２に係合している。このため、駆動シャフト８２を中心としてメインアーム７４が回動すると、この回動力がユニゾンリング７２に伝えられる。ユニゾンリング７２に内周面には各アーム７３の外周側端部が嵌まり合っており、ユニゾンリング７２が回動すると、この回動力が各アーム７３に伝えられる。具体的には、ユニゾンリング７２は、ノズルプレート７７に対して周方向に摺動可能に配設されており、その内周縁に設けられた複数の凹部７２ａにメインアーム７４および各アーム７３の外周側端部が嵌め合わされている。ノズルプレート７７は、タービンハウジング６５ｃに固定されている。

各アーム７３は、ベーンシャフト７６を中心に回動可能となっている。各ベーンシャフト７６は、ノズルプレート７７に回転自在に支持されており、各ベーンシャフト７６により、上記アーム７３と上記ノズルベーン７５とが回動一体に連結されている。ユニゾンリング７２の回動にともなって各アーム７３が回動すると、この回動が各ベーンシャフト７６に伝えられる。これにより、各ノズルベーン７５が、ベーンシャフト７６およびアーム７３とともに回動することになる。

タービンハウジング６５ｃにはタービンハウジング渦室６５ｅが設けられており、タービンハウジング渦室６５ｅに排気が供給されて、この排気の流れがタービンホイールアッセンブリ６３を回転させる。具体的には、円盤状のノズルプレート７７の外周側から内周側へ排気が供給され、この排気は隣り合うノズルベーン７５の間を通ってタービンホイールアッセンブリ６３へ到達し、タービンホイールアッセンブリ６３を回転させるようになっている。

この際、上述したように、各ノズルベーン７５の回動位置を調整して、その回動角度を設定することにより、タービンハウジング渦室６５ｅから排気タービン室に向かう排気の流量および流速を調整することが可能となっている。これにより、過給性能を調整することが可能になり、例えば、エンジン１の低回転時に隣り合うノズルベーン７５の間の流路面積（スロート面積）を減少させるように各ノズルベーン７５の回動位置を調整すれば、排気の流速が増加して、エンジン１の低速域から高い過給圧を得ることができるようになる。

また、可変ノズルベーン機構７０を駆動する駆動リンク８１は、モータロッド８４に接続されている。モータロッド８４は棒状部材であり、リンク８５および可変ノズルコントローラ１１０に接続されている。可変ノズルコントローラ１１０は、アクチュエータとしての直流モータ（ＤＣモータ）に接続されている。そして、直流モータが回転することにより、その回転力が歯車機構、ウォーム機構等を介してリンク８５へ伝えられ、これにより、モータロッド８４が移動する。このモータロッド８４の移動にともなって、駆動リンク８１が駆動シャフト８２を中心に回動することにより、上述したような各ノズルベーン７５の回動角度の調整が可能となっている。なお、開度センサ１１１によってリンク８５の位置が検出されるようになっており、この開度センサ１１１の出力に基づいてノズルベーン７５の回動角度、つまり、ノズルベーン開度を求めることが可能となっている。

図４、図５に示すように、モータロッド８４を図中矢印Ｘ１方向に引くことで、ユニゾンリング７２が図中矢印Ｙ１方向に回動し、図５に示すように、各ノズルベーン７５がベーンシャフト７６を中心に図中反時計回り方向に回動することで、ノズルベーン開度が大きく設定される。

一方、図６、図７に示すように、モータロッド８４を図中矢印Ｘ２方向に押すことで、ユニゾンリング７２が図中矢印Ｙ２方向に回動し、図７に示すように、各ノズルベーン７５がベーンシャフト７６を中心に図中時計回り方向に回動することで、ノズルベーン開度が小さく設定される。

なお、ノズルプレート７７には、ピン７７ａが差し込まれ、ピン７７ａにはローラ７７ｂが嵌め合わせられている。ローラ７７ｂはユニゾンリング７２の内周面をガイドするようになっている。これにより、ユニゾンリング７２は、ローラ７７ｂに保持されて所定方向に回動することが可能となっている。また、タービンハウジング６５ｃには、スペーサボルト７８が取り付けられている。

次に、ターボチャージャ６０におけるシール構造について説明する。図８は、図１のターボチャージャ６０の可変ノズルベーン機構７０を駆動する駆動シャフト８２およびその周辺部を示す図であって、ターボチャージャ６０における排気のシール構造を示している。

図３、図８に示すように、ハウジング６５の外部に設けられる駆動リンク８１と、ハウジング６５の内部に設けられるメインアーム７４とを連結する駆動シャフト８２が、ブッシュ８３を介してセンターハウジング６５ｂに回動自在に支持されている。駆動シャフト８２およびブッシュ８３は、センターハウジング６５ｂを貫通して設けられており、センターハウジング６５ｂの内部と外部とにわたって（跨って）設けられている。

詳細には、駆動シャフト８２の外側の端部（図８では左端部）に駆動リンク８１が一体的に連結され、駆動シャフト８２の内側の端部（図８では右端部）にメインアーム７４が一体的に連結されている。つまり、ハウジング６５の外部において駆動シャフト８２と駆動リンク８１とが連結され、ハウジング６５の内部において駆動シャフト８２とメインアーム７４とが連結されている。

駆動シャフト８２の外周には円筒形状のブッシュ８３が設けられている。駆動シャフト８２の両端部は、ブッシュ８３から突出している。駆動シャフト８２はブッシュ８３に対し相対回転可能となっている。ここで、高温の排気による駆動シャフト８２およびブッシュ８３の熱膨張を考慮して、駆動シャフト８２の外径は、ブッシュ８３の内径よりも僅かに小さくなっており、駆動シャフト８２の外周面とブッシュ８３の内周面との間には僅かな隙間が設けられている。

ブッシュ８３は、センターハウジング６５ｂに形成された貫通孔６５ｄに挿入されている。ブッシュ８３の両端部は、貫通孔６５ｄから突出している。ブッシュ８３は、センターハウジング６５ｂに固定されており、ブッシュ８３はセンターハウジング６５ｂに対し相対回転不能となっている。

ブッシュ８３の軸線方向の両端には、金属製の細線をメッシュ状に編み込んだワイヤメッシュ８６がそれぞれ設けられている。ワイヤメッシュ８６は、排気中の未燃燃料（炭化水素（ＨＣ））を捕捉（吸着）することが可能なシール部材として設けられている。ワイヤメッシュ８６は、耐熱性の高い金属によって形成されている。

ワイヤメッシュ８６は、駆動シャフト８２の外周を囲むように設けられている。ここで、ワイヤメッシュ８６は、駆動シャフト８２の外周面に密着するように設けられている。そして、外側のワイヤメッシュ８６は、ブッシュ８３と駆動リンク８１との間の隙間を埋めるように、ブッシュ８３の外側の端面と駆動リンク８１との間に圧縮された状態で配設されている。同様に、内側のワイヤメッシュ８６は、ブッシュ８３とメインアーム７４との間の隙間を埋めるように、ブッシュ８３の内側の端面とメインアーム７４との間に圧縮された状態で配設されている。

この実施形態によれば、上記のようなワイヤメッシュ８６が駆動シャフト８２の支持部分に設けられているので、ターボチャージャ６０において、次のような作用効果が得られる。

ターボチャージャ６０では、可変ノズルベーン機構７０を駆動するための駆動シャフト８２およびブッシュ８３がハウジング６５（センターハウジング６５ｂ）の内部と外部とに跨って設けられるため、ワイヤメッシュ８６を設けない構成の場合、その内外の圧力差に起因して排気が外部へ漏れることが懸念される。つまり、排気マニホールド４２からタービンハウジング６５ｃに送られた排気が、タービンハウジング６５ｃとセンターハウジング６５ｂとの間に設けられたリンク室７１に侵入する。この排気中には、未燃燃料も混在している。そして、燃料添加ノズル１７により燃料添加が行われると、未燃燃料が排気中に多く含まれ、この未燃燃料には未気化の状態の燃料も混在している。このため、ワイヤメッシュ８６が設けられていなければ、そのような未燃燃料が駆動シャフト８２とブッシュ８３との隙間を通ってハウジング６５の外部へ漏れ、白煙や異臭の原因となる可能性がある。

この実施形態では、ハウジング６５の内外を貫通するように配設される駆動シャフト８２を支持するブッシュ８３の両端にワイヤメッシュ８６が設けられているので、このワイヤメッシュ８６により排気の流通が妨げられるとともに、未燃燃料（未気化燃料）が捕捉される。詳細には、内側のワイヤメッシュ８６が駆動シャフト８２の外周面に密着しているため、内側のワイヤメッシュ８６により排気が駆動シャフト８２とブッシュ８３との隙間に侵入することが抑制される。また、内側のワイヤメッシュ８６により排気中の未燃燃料が捕集されるため、未燃燃料が駆動シャフト８２とブッシュ８３との隙間に侵入することが抑制される。

さらに、外側のワイヤメッシュ８６が駆動シャフト８２の外周面に密着しているため、排気が駆動シャフト８２とブッシュ８３との隙間に侵入したとしても、外側のワイヤメッシュ８６によりその排気がハウジング６５の外部へ漏洩することが抑制される。また、外側のワイヤメッシュ８６により排気中の未燃燃料が捕集されるため、未燃燃料がハウジング６５の外部へ漏洩することが抑制される。しかも、外側のワイヤメッシュ８６により、ブッシュ８３と駆動リンク８１との隙間が塞がれているので、排気および未燃燃料のシール性能を向上させることができる。

したがって、ブッシュ８３の軸線方向の両端にワイヤメッシュ８６を設けるといった簡素で低コストな構成でありながら、ハウジング６５の外部への排気および未燃燃料の漏洩を抑制することができ、白煙や異臭の発生を抑制することができる。また、ワイヤメッシュ８６に捕集（吸着）された未燃燃料によってワイヤメッシュ８６の空隙が塞がれることによって、排気および未燃燃料の外部への漏れをさらに抑制することができる。つまり、捕集した未燃燃料を利用して、排気および未燃燃料のシール性能を向上させることができる。さらに、ワイヤメッシュ８６に捕集された未燃燃料が潤滑剤として機能することによって、駆動シャフト８２の軸受け部分の潤滑性能を向上させることができる。しかも、ワイヤメッシュ８６は弾力性を有するので、この弾力性によりブッシュ８３の外側の端面と駆動リンク８１との間、および、ブッシュ８３の内側の端面とメインアーム７４との間のガタを吸収することができる。これにより、可変ノズルベーン機構７０のノズルベーン７５の円滑な動作が可能となり、応答性に優れた可変ノズルベーン機構７０を実現できる。

−他の実施形態−
以上、本発明の実施形態について説明したが、ここに示した実施形態はさまざまに変形することが可能である。

上記実施形態では、ワイヤメッシュ８６をシール部材とした例を挙げたが、シール部材は、排気中の未燃燃料を捕捉可能なものであれば、その他のものを用いてもよい。この場合、上述したように、シール部材は弾力性を有するものであることが好ましい。このようなシール部材としては、例えば、酸炭化系繊維、チタン酸カリウム繊維、セラミック繊維、ガラス繊維などがある。

上記実施形態では、シール部材を軸受部材としてのブッシュ８３の軸線方向の両端に設けた例を挙げたが、シール部材を軸受部材の軸線方向の一方だけに設ける構成としてもよい。この場合、シール部材をハウジングの外側に設けるほうが好ましい。すなわち、ハウジングの外側は内側に比べ温度が低く、シール部材に捕集された未燃燃料が気化しにくいため、上述した排気および未燃燃料のシール性能の向上の観点からすればシール部材をハウジングの外側に設けることが効果的である。

上記実施形態では、排気の流れを調整する調整機構を可変ノズルベーン機構７０とした例を挙げたが、調整機構は、ハウジングを貫通して設けられ且つハウジングに軸受部材を介して回動自在に支持される軸部材を有するものであれば、その他の構成を採用してもよい。

例えば、調整機構を、タービンホイールを迂回する通路を開閉するウエストゲートバルブの開閉機構や、タービンホイールへ向かう２つの通路のうち一方の通路を開閉するフローコントロールバルブの開閉機構などとすることが可能である。この場合、軸部材は、ウエストゲートバルブやフローコントロールバルブの弁体を支持する駆動軸（回動軸）とされる。

また、本発明は、２つのターボチャージャを並列的に備え、エンジンの運転状況に応じて、一方のターボチャージャの単独運転と両方のターボチャージャの併用運転とを切り替えるように構成されたシーケンシャルターボにも適用可能である。この場合、調整機構は、上記併用運転にだけ用いられる他方のターボチャージャのタービンホイールへ向かう通路を開閉する流路切り替えバルブの開閉機構とされる。

上記実施形態では、ターボチャージャを備えたディーゼルエンジンシステムとして燃料添加ノズル１７により燃料添加を行うことで触媒を再生する例を挙げたが、燃料添加の代わりにいわゆるポスト噴射を行うことで触媒を再生する構成を採用してもよい。ポスト噴射は、少量の燃料を既存のインジェクタ１３により筒内へ噴射する副次的な噴射のことであり、例えば主燃料噴射後で排気弁が閉じられる前に行われる。ポスト噴射が行われると、燃料添加の場合と同様に排気中に未燃燃料が多く含まれるようになるため、そのようなポスト噴射を行うディーゼルエンジンシステムに備えられるターボチャージャに本発明を適用することは有効である。

実施形態に係るディーゼルエンジンおよびその制御系統の概略構成図である。 図１のターボチャージャの一部断面を含む斜視図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 ノズルベーン開度が大きく設定された状態の可変ノズルベーン機構の正面図である。 ノズルベーン開度が大きく設定された状態の可変ノズルベーン機構の背面図である。 ノズルベーン開度が小さく設定された状態の可変ノズルベーン機構の正面図である。 ノズルベーン開度が小さく設定された状態の可変ノズルベーン機構の背面図である。 図１のターボチャージャの可変ノズルベーン機構を駆動する駆動シャフトおよびその周辺部を示す図である。

符号の説明

６０ ターボチャージャ
６５ ハウジング
７０ 可変ノズルベーン機構
７４ メインアーム
７５ ノズルベーン
８１ 駆動リンク
８２ 駆動シャフト
８３ ブッシュ
８６ ワイヤメッシュ

Claims (5)

1. ハウジングと、排気の流れを調整する調整機構とを備え、
   上記調整機構を駆動する軸部材が、上記ハウジングを貫通して設けられ、且つハウジングに軸受部材を介して回動自在に支持されるように構成されたターボチャージャにおいて、
   上記軸部材の外周、且つ上記軸受部材の軸線方向の両端のうち少なくとも一方には、排気中の未燃燃料を捕捉可能なシール部材が設けられていることを特徴とするターボチャージャ。
2. 請求項１に記載のターボチャージャにおいて、
   上記シール部材は、軸受部材の軸線方向の端面とこの端面に対向して設けられる部材との間の隙間を塞ぐように配設されていることを特徴とするターボチャージャ。
3. 請求項２に記載のターボチャージャにおいて、
   上記シール部材は、弾力性を有する部材であることを特徴とするターボチャージャ。
4. 請求項３に記載のターボチャージャにおいて、
   上記シール部材は、ワイヤメッシュであることを特徴とするターボチャージャ。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載のターボチャージャにおいて、
   上記調整機構が、複数のノズルベーンの角度を調整して隣り合うノズルベーン同士の隙間を調整することで排気の流れを調整する可変ノズルベーン機構であり、
   上記軸部材が、上記ハウジングの外部に設けられ、且つ上記可変ノズルベーン機構を駆動するアクチュエータが接続されるリンク部材と、上記ハウジングの内部に設けられるアーム部材とを連結する駆動軸であることを特徴とするターボチャージャ。

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