JP2010112195A

JP2010112195A - ターボチャージャのシール装置

Info

Publication number: JP2010112195A
Application number: JP2008283277A
Authority: JP
Inventors: Yoshimitsu Matsuyama; 良満松山
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2008-11-04
Filing date: 2008-11-04
Publication date: 2010-05-20
Anticipated expiration: 2028-11-04
Also published as: JP5176879B2

Abstract

【課題】簡単な構成によってタービンハウジングと排気ノズルとの間の隙間を閉塞できるようにしたターボチャージャのシール装置を提供する。
【解決手段】スクロール通路８を有するタービンハウジング１と排気ノズル１０の後部排気導入壁９ａとの間に隙間１５を有しているターボチャージャのシール装置であって、タービンハウジング１におけるスクロール通路８に面して形成した段部２２に気密に嵌合して固定される嵌合固定部２５と、後部排気導入壁９ａの外周部２３にクリアランスＳを有して対峙するクリアランス対峙部２７とを有して環状に形成され、スクロール通路８の流体圧力とクリアランスＳにおける流体の流路抵抗とによりクリアランス対峙部２７を後部排気導入壁９ａの外周部２３に圧着するようにしたシール体２４を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、簡単な構成によってタービンハウジングと排気ノズルとの間の隙間を閉塞できるようにしたターボチャージャのシール装置に関する。

図５は従来の可変容量型のターボチャージャのシール装置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の後部（タービンハウジング１側）には、図５のＡ部を拡大した図６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を後部排気導入壁９ａと前部排気導入壁９ｂ間に放射方向に備えた排気ノズル１０（シュラウド）が配置されており、排気ノズル１０は、図５のタービンハウジング１と軸受ハウジング３で挟み込むようにして締結ボルト３ａにより固定されている。図６中、１０ａ，１０ｂは、排気ノズル１０の後部排気導入壁９ａと前部排気導入壁９ｂを貫通して各ベーン９を回転可能に支持するためのベーン軸であり、各ベーン９はベーン軸１０ａ，１０ｂによって両持ちの状態に支持されている。又、上記両持ちの状態で支持する場合において、各ベーン９の後部のベーン軸１０ａは後部排気導入壁９ａに貫通させずに短い軸によって後部排気導入壁９ａの前面（右側面）に没入させた形状のものもある。又、左側のベーン軸１０ａを備えずに、前部排気導入壁９ｂを貫通するベーン軸１０ｂのみを備えてベーン９を片持ちの状態に支持するようにしたものもある。図５中、１１は排気ノズル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は前記ベーン軸１０ｂを介してベーン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、前記排気ノズル１０の後部排気導入壁９ａに対峙するノズル対峙部１４が形成してあり、排気ノズル１０とノズル対峙部１４との間には半径方向に延びてスクロール通路８に開口した環状の隙間１５が形成されている。又、前記排気ノズル１０を構成している後部排気導入壁９ａ内方端には、ノズル対峙部１４の内周面に形成した段部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、前記隙間１５は延設部１７と段部１６との間を後方に伸びた後ノズル対峙部１４の内周面に開口する隙間部１５'を形成している。

前記隙間１５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、前記隙間１５が存在すると該隙間１５を通してスクロール通路８の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、図６に示すように、タービンハウジング１のノズル対峙部１４の内周側に形成した段部１６と排気ノズル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

特許文献１では、図６に示すように、排気ノズル１０の延設部１７の外周面に環状の凹溝１８を設けてこの凹溝１８に通常２本のシール用ピストンリング１９，２０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１９，２０の弾撥力によってその外周面を段部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１９，２０を配置してガスリークを防止しようとしても、ガスリークの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１９，２０には、図７に示す如く合口２１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１９，２０の合口２１の位置をずらして配置しても、合口２１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、ノズル対峙部１４の段部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１９，２０の真円度が僅かでも狂っていると、ノズル対峙部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１９，２０の外周部からガスがリークしてしまう問題がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、簡単な構成によってタービンハウジングと排気ノズルとの間の隙間を閉塞できるようにしたターボチャージャのシール装置を提供しようとするものである。

本発明は、スクロール通路を有するタービンハウジングと排気ノズルの後部排気導入壁との間に隙間を有しているターボチャージャのシール装置であって、タービンハウジングにおけるスクロール通路に面して形成した段部と後部排気導入壁の外周部との一方に気密に嵌合して固定される嵌合固定部と、前記段部と後部排気導入壁の外周部との他方にクリアランスを有して対峙するクリアランス対峙部とを有して環状に形成され、スクロール通路の流体圧力とクリアランスにおける流体の流路抵抗とにより前記クリアランス対峙部が段部と後部排気導入壁の外周部との他方に圧着されるようにしたシール体を備えたことを特徴とするターボチャージャのシール装置、に係るものである。

本発明のターボチャージャのシール装置によれば、タービンハウジングにおけるスクロール通路に面して形成した段部と後部排気導入壁の外周部との一方に嵌合固定部を気密に嵌合してシール体を設置すると、嵌合固定部はその気密の嵌合によってシールされ、クリアランス対峙部は段部と後部排気導入壁の外周部との他方との間にクリアランスを有して対峙することになるが、スクロール通路の流体圧力とクリアランスにおける流体の流路抵抗とにより前記クリアランスを閉じるようにクリアランス対峙部が段部と後部排気導入壁の外周部との他方に圧着されることによって、前記隙間は効果的にシールされ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５のターボチャージャに適用した本発明の形態の一例を示すもので、タービンハウジング１のノズル対峙部１４におけるスクロール通路８に面した位置に段部２２を形成し、該段部２２と排気ノズル１０を構成する後部排気導入壁９ａの外周部２３との間にシール体２４を設置する。

図１に示すシール体２４は、図２、図３に示すように環状を有しており、シール体２４の内周端は、前記段部２２の鉛直壁２２ａ沿って延びる内方鉛直部２５ａと、該内方鉛直部２５ａの内周端から水平壁２２ｂに沿って前部（後部排気導入壁９ａ方向）へ延設される内方水平部２５ｂとを有する嵌合固定部２５を形成している。嵌合固定部２５の内方水平部２５ｂは段部２２の水平壁２２ｂに気密に嵌合する口径を有して予め形成されており、従って、嵌合固定部２５を圧入等によって段部２２に嵌合させることによりシール体２４は気密に固定されるようになっている。

又、シール体２４の外周端は、外方に向かい前記鉛直壁２２ａから離反して後部排気導入壁９ａに近接するように形成された傾斜部２６を有しており、該傾斜部２６の外周端は後部排気導入壁９ａに沿って外方に延設される外方鉛直部２７ａと、該外方鉛直部２７ａの外周端から後部排気導入壁９ａの外周端面２３'に沿って延設された外方水平部２７ｂとを有してクリアランス対峙部２７を形成しており、クリアランス対峙部２７は後部排気導入壁９ａの外周部２３との間に所要のクリアランスＳを有して対峙するようになっている。尚、２８は、後部排気導入壁９ａの外周端面２３'の後部コーナ部を避けるように前記外方鉛直部２７ａと外方水平部２７ｂとの間に突設させた凸部である。なお、図１では、排気ノズル１０のベーン軸１０ａ，１０ｂが後部排気導入壁９ａと前部排気導入壁９ｂを貫通して各ベーン９を両持ちの状態で回転可能に支持するようにした場合を示しているが、ベーン軸１０ａが後部排気導入壁９ａを貫通せずに短い軸が後部排気導入壁９ａに没入されて両持ちの状態に支持されるようにしたもの、或いはベーン軸１０ａを備えずにベーン軸１０ｂのみを備えて片持ちの状態に支持するようにしたもの等にも適用することができる。

図１に示した形態では次のように作動する。

タービンハウジング１におけるスクロール通路８に面して形成した段部２２には、シール体２４の嵌合固定部２５を圧入等にて気密に嵌合させることにより予め固定しておくようにする。この時、シール体２４の内方水平部２５ｂは段部２２の水平壁２２ｂに気密に嵌合する口径に予め形成されているので、内方水平部２５ｂは水平壁２２ｂに気密に固定される。

上記したように、タービンハウジング１の段部２２にシール体２４を固定した状態において、図５に示すように、排気ノズル１０を挟持するようにしてタービンハウジング１と軸受ハウジング３の組み立て固定を行うと、前記排気ノズル１０の後部排気導入壁９ａが、前記シール体２４のクリアランス対峙部２７に対して所要のクリアランスＳを有して対峙するようになる。

上記シール体２４の内周端側の嵌合固定部２５は、段部２２に気密に嵌合されたことによってこの部分におけるシールは確保される。

一方、外周端側のクリアランス対峙部２７は、後部排気導入壁９ａの外周部２３との間にクリアランスＳを有して対峙することになる。しかし、ターボチャージャが運転されると、スクロール通路８の流体による圧力がシール体２４に作用することと、クリアランスＳにおける流体の流路抵抗が大きいことによって、シール体２４は、クリアランス対峙部２７を後部排気導入壁９ａの外周部２３に圧着して前記クリアランスＳを閉じるように変形するようになり、よって、クリアランス対峙部２７によるシールが自動的に行われるようになり、従って、前記隙間１５は効果的にシールされるようになる。

図４は、本発明の形態の他の例を示すもので、図２、図３に示すように環状を有しているシール体２４の外周端は、後部排気導入壁９ａの外周部２３の後面に沿って外方に延びる外方鉛直部２９ａと、該外方鉛直部２９ａの外周端から後部排気導入壁９ａの外周端面２３'に沿って延設された外方水平部２９ｂとを有して嵌合固定部２９を形成している。嵌合固定部２９の外方水平部２９ｂは後部排気導入壁９ａの外周端面２３'に気密に嵌合する口径を有して予め形成されており、従って、嵌合固定部２９を圧入等にて後部排気導入壁９ａの外周端面２３'に嵌合させることによりシール体２４は気密に固定されるようになっている。尚、３０は、後部排気導入壁９ａの外周端面２３'の後部コーナ部を避けるように前記外方鉛直部２９ａと外方水平部２９ｂとの間に突設させた凸部である。

又、シール体２４の内周端は、内方に向かい前記後部排気導入壁９ａから離反して段部２２に向かうように形成された傾斜部３１を有しており、該傾斜部３１の内周端は前記段部２２の水平壁２２ｂに沿いクリアランスＳを有して後部に延設された内方水平部３２ａによりクリアランス対峙部３２を形成している。又、クリアランス対峙部３２は、図４中破線で示すように、内方水平部３２ａの後端から段部２２の鉛直壁２２ａに沿って外方に延長された内方鉛直部３２ｂを有していてもよく、この場合にも内方鉛直部３２ｂと鉛直壁２２ａとの間には所要のクリアランスＳが形成されて対峙するようになっている。

図４に示した形態においては、排気ノズル１０における後部排気導入壁９ａの外周部２３には、シール体２４の嵌合固定部２５を圧入等にて気密に嵌合させることにより予め固定しておくようにする。この時、シール体２４の外方水平部２９ｂは後部排気導入壁９ａの外周端面２３'に気密に嵌合する口径に予め形成されているので、外方水平部２９ｂは外周端面２３'に気密に固定される。

上記したように、排気ノズル１０にシール体２４を固定した状態において、図５に示すように、排気ノズル１０を挟持するようにしてタービンハウジング１と軸受ハウジング３の組み立て固定を行うと、シール体２４のクリアランス対峙部３２が段部２２の水平壁２２ｂに所要のクリアランスＳを有して対峙するようになる。

上記シール体２４の外周端側の嵌合固定部２９は、後部排気導入壁９ａの外周部２３に気密に嵌合されたことによってこの部分におけるシールは確保される。

一方、内周端側のクリアランス対峙部３２は、段部２２との間にクリアランスＳを有して対峙することになる。しかし、ターボチャージャが運転されると、スクロール通路８の流体による圧力がシール体２４に作用することと、クリアランスＳにおける流体の流路抵抗が大きいことによって、シール体２４は、クリアランス対峙部３２を段部２２の水平壁２２ｂに圧着して前記クリアランスＳを閉じるように変形するようになり、よって、クリアランス対峙部３２によるシールが自動的に行われるようになり、従って、前記隙間１５は効果的にシールされるようになる。ここで、図４中破線で示したように、内方水平部３２ａの後端から段部２２の鉛直壁２２ａに沿って外方に延長された内方鉛直部３２ｂを備えておくと、クリアランスＳの長さが延長されるために流体の流路抵抗が更に増加し、これによってクリアランス対峙部３２によるシール性が更に高められるようになる。

なお、本発明は上記形態にのみ限定されるものではなく、嵌合固定部とクリアランス対峙部を備えたシール体の形状は種々変更し得ること、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。

本発明の形態の一例を示す排気ノズル近傍の切断側面図である。図１におけるシール体の全体断面図である。図２のシール体をＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た正面図である。本発明の形態の他の例を示す排気ノズル近傍の切断側面図である。従来のターボチャージャのシール装置の一例を示す切断側面図である。図５のＡ部の拡大図である。従来備えているシール用ピストンリングの一例を示す正面図である。

符号の説明

１タービンハウジング
８スクロール通路
９ａ後部排気導入壁
１０排気ノズル
１５隙間
２２段部
２３外周部
２４シール体
２５嵌合固定部
２７クリアランス対峙部
２９嵌合固定部
３２クリアランス対峙部
Ｓクリアランス

Claims

スクロール通路を有するタービンハウジングと排気ノズルの後部排気導入壁との間に隙間を有しているターボチャージャのシール装置であって、タービンハウジングにおけるスクロール通路に面して形成した段部と後部排気導入壁の外周部との一方に気密に嵌合して固定される嵌合固定部と、前記段部と後部排気導入壁の外周部との他方にクリアランスを有して対峙するクリアランス対峙部とを有して環状に形成され、スクロール通路の流体圧力とクリアランスにおける流体の流路抵抗とにより前記クリアランス対峙部が段部と後部排気導入壁の外周部との他方に圧着されるようにしたシール体を備えたことを特徴とするターボチャージャのシール装置。