JP2011112020A

JP2011112020A - シール構造

Info

Publication number: JP2011112020A
Application number: JP2009271242A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Yoshimi; 見修一吉
Original assignee: Volvo Powertrain AB
Current assignee: Volvo Powertrain AB
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2011-06-09

Abstract

【課題】ＶＮＴターボチャージャーのリンク機構における排気ガスリークを防止出来るようなシール構造の提供。
【解決手段】ＶＮＴターボチャージャーのクランク軸（１１）がブッシュ（７）を貫通している箇所（ＶＮＴターボチャージャーのリンク機構）におけるシール構造において、外部クランク（１３）のブッシュ（７）側の面（１３１）におけるクランク軸（１１）の半径方向外方に取り付けられたシール用キャップ（８）はブッシュ（７）側に向かって延在しており、全体が中空の回転体形状をしており、ブッシュ（７）の外部クランク側端面（７ｅ）を包囲している。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変ノズルタービン（ＶＮＴ）ターボチャージャー（ＶＮＴターボチャージャー）に関する。より詳細には、本発明は、ＶＮＴターボチャージャーのリンク機構におけるシール構造に関する。

図５において、全体を符号１００で示すＶＮＴターボチャージャーは、複数の可動ベーン５２の開度が、外部のアクチュエータ（図示せず）によって調整可能に構成されている。複数の可動ベーン５２は、タービンハウジング５０における円環状の排ガス流路５１に設けられている。
複数の可動ベーン５２の開度を調整出来るため、ＶＮＴターボチャージャー１００によれば、エンジン回転が低速域から高速域までに亘り、好適な加給効率が得られる。
詳細は明示していないが、図５において、リンク機構１では、外部クランク１３の回転が、リング部材２、リング部材３を介して、複数の可動ベーン５２に伝達され、その開度を変化する。

リンク機構１は、クランク軸１１、クランク軸１１における図５の左端側に取り付けられた内部クランク１２、クランク軸１１における図５の右端側に取り付けられた外部クランク１３、操作部１４を有している。
内部クランク１２は、図示しない部材によってリング部材２と係合している。そして操作部１４は、例えば図示しないプッシュロッドを介して、図示しないアクチュエータと接続されている。
図５において、符号６はケーシング（エンドケーシング）を示し、符号７は軸受用ブッシュであり、ブッシュ７には、リンク機構１におけるクランク軸１１が貫入している。

図６は、図５におけるＡ部を拡大して示している。
図６において、クランク軸１１は、ブッシュ７を貫通しており、回動自在に軸支されている。
クランク軸１１の外周面とブッシュ７の内周面との間には隙間δが形成されており、クランク軸１１はブッシュ７に対して回転自在である。そして、当該隙間δは、タービンハウジング５０の排気ガス流路５３（図５参照）と連通している。
排気ガス（図６の矢印Ｆｇ）は、排気ガス流路５３（図５）、隙間δ、隙間λを経由して、ケーシング６の外部に漏出する。隙間λは、クランク軸１１、外部クランク１３、ブッシュ７によって形成される空間である。

ここで、ＶＮＴターボチャージャー１００は、大量の煤を包含している場合が存在する。
そして大量の煤を包含する排気ガスが、前記隙間δ、隙間λを介して、ケーシング６の外部に放射状に拡散して漏出した場合には（図６の矢印Ｆｇ）、ケーシング６の外周を汚染してしまうと言う問題があった。

係る不具合に対処するために、従来技術では、例えば図７で示す様に、外部クランク１３に取付けた煤対策用のカップ（シール用カップ）８Ｊを設けている。
図７において、外部クランク１３の面１３１（外部クランク１３におけるクランク軸１１が延在する側の面：図７では左側の面）には、クランク軸１１を囲う様に、カップ８Ｊが取り付けられている。
カップ８Ｊは中空の回転体形状であり、全体が部分円錐形状をしている。そして、カップ８Ｊにおいて、外部クランク１３の端面１３１に固設されている側（カップ８Ｊの右端側）の直径Ｄ１は、端面１３１から離隔する側（カップ８Ｊの左端側）のカップ縁部の直径Ｄ２よりも小さく構成されている。

図６では、煤を含んだ排気ガスの流れは外部クランク１３の端面１３１に衝突した後、隙間λを介して直ちに外部に拡散、漏出していた。これに対して、図７で示す従来技術では、カップ８Ｊを外部クランク１３の端面１３１に設けることにより、外部クランク１３の端面１３１に衝突した排気ガスは直ちに外部に漏出せずに、外部クランク１３から離隔する方向に進路が一端変更される。そのため、外部クランク１３の端面１３１に衝突した排気ガスは、外部に漏出し難くなる。
しかし、図７で示す従来技術に係るカップ８Ｊでは、煤を含んだ排気ガスが外部に漏出すること（排気ガスリーク）は防止することは出来ない。そして、ケーシング６の外周の汚染も根絶することは出来ない。

その他の従来技術として、タービンハウジング渦室からリンク室へ燃料が移動してしまうことを防止できるターボチャージャーが提案されている（特許文献１参照）。
しかし、係る従来技術（特許文献１）では、上述した様なリンク機構における排気ガスリークの問題を解決することは出来ない。

特開２００６−１７７３１８号公報

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、ＶＮＴターボチャージャーのリンク機構における排気ガスリークを防止出来るようなシール構造の提供を目的としている。

本発明のシール構造は、ＶＮＴターボチャージャー（に固定された外部クランク１３）のクランク軸（１１）がブッシュ（７：軸受６１に設けられたブッシュ）を貫通している箇所（ＶＮＴターボチャージャーのリンク機構１）におけるシール構造において、外部クランク（１３）のブッシュ（７）側の面（１３１）におけるクランク軸（１１）の半径方向外方（中心線Ｌｃから離れる方向）に取り付けられたシール用キャップ（８、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ）はブッシュ（７）側（或いは軸受６１側）に向かって延在しており、全体が中空の回転体形状をしており、ブッシュ（７）の外部クランク（１３）側端面（７ｅ）を包囲していることを特徴としている。

本発明において、前記シール用キャップ（８）は、外部クランク（１３）に近い領域はブッシュ（７）側（或いは軸受６１側）に向かうに連れて外径寸法（Ｄ）及び内径寸法（φ）が増加するテーパ部（８１）を構成しており、外部クランク（１３）から離れた領域は外径寸法（Ｄ）及び内径寸法（φ）が一定な円筒部（８２）を構成するのが好ましい（図１）。

或いは、前記シール用キャップ（８Ａ）は、外部クランク（１３）に近い領域は外部クランク（１３）から離れるに連れて外径寸法（Ｄ）及び内径寸法（φ）が増加する第１のテーパ部（８１Ａ）を構成しており、外部クランク（１３）から離れた方向について第１のテーパ部（８１Ａ）から連続する領域は、外径寸法（Ｄ）及び内径寸法（φ）が一定な円筒部（８２Ａ）を構成しており、外部クランク（１３）から離れた方向について円筒部（８２Ａ）から連続する領域は、外部クランク（１３）から離れるに連れて外径寸法（Ｄ）及び内径寸法（φ）が減少する第２のテーパ部（８３）を構成するのが好ましい（図２）。

また、前記シール用キャップ（８Ｂ）は、外部クランク（１３）から離れるに連れて外径寸法（Ｄ）及び内径寸法（φ）が増加する第１のテーパ部（８１Ｂ）を複数（例えば３箇所）有しており、外部クランク（１３）から離れるに連れて外径寸法（Ｄ）及び内径寸法（φ）が減少する第２のテーパ部（８３Ｂ）を複数（例えば３箇所）有しており、外部クランク（１３）から離れる方向について第１のテーパ部（８１Ｂ）と第２のテーパ部（８３Ｂ）が交互に連続しているのが好ましい（図３）。

さらに、シール用キャップ（８Ｃ）は、外部クランク（１３）に近い領域は外部クランク（１３）から離れるに連れて外径寸法（Ｄ）及び内径寸法（φ）が増加するテーパ部（８１Ｃ）を構成しており、外部クランク（１３）から離れた方向についてテーパ部（８１Ｃ）から連続する領域は外径寸法（Ｄ）及び内径寸法（φ）が一定な第１の円筒部（８２Ｃ）を構成しており、第１の円筒部（８２Ｃ）のテーパ部（８１Ｃ）とは反対側の端部に連続した円環部（８４）を有しており、円環部（８４）は半径方向に延在しており、円環部（８４）の半径方向内方端部から外部クランク（１３）に向かってブッシュ（７）の長手方向（中心線Ｌｃ方向）に延在している第２の円筒部（８５）を有しており、第２の円筒部（８５）の外径寸法（Ｄ_５）及び内径寸法（φ_５）は第１の円筒部（８２Ｃ）の外径寸法（Ｄ_２）及び内径寸法（φ_２）よりも小さいのが好ましい（図４）。

本発明において、シール用キャップ（８、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ）は機密性が良好な材料（シール材料）で構成されるのが好ましい。

上述する構成を具備する本発明によれば、シール用キャップ（８、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ）はブッシュ（７）側に向かって延在しており、全体が中空の回転体形状をしており、ブッシュ（７）の外部クランク側端面（７ｅ）を包囲しているので、ＶＮＴターボチャージャー（１００）の内部から外部に漏出する排気ガスの流れが、シール用キャップ（８、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ）により遮断される。そして、クランク軸（１１）がブッシュ（７）を貫通している箇所を介して外部に漏出する排気ガスにおいて、外部への漏出量を減少させることが出来る。

そして本発明によれば、シール用キャップ（８、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ）は、ブッシュ（７）の外部クランク（１３）側端部（７ｅ）を包囲しているので、前記排気ガスが漏出したとしても、排気ガスが漏れる方向（外部に漏出する排気ガスの流線の方向）はブッシュ（７）の外部クランク（１３）側端部（７ｅ）に限定される。
そのため、仮に排気ガスがＶＮＴターボチャージャー（１００）の外部に漏出し、漏出した排気ガスに煤が含まれていたとしても、煤はブッシュ（７）の外部クランク（１３）側端部（７ｅ）のみに付着し、煤により汚染される範囲が極めて限定される。

本発明において、キャップの縁部（クランクから離隔した側の縁部）は、出来る限りブッシュ（７）の外周面に近接している方が、排気ガスの漏出量を抑制することが出来て、且つ、煤により汚染される範囲が限定されるので、好適である。
本発明において、テーパを有する部分や、円筒形の部分や、半径方向に延在する部分等を組み合わせてキャップを構成すれば、キャップ（８、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ）の外部クランク（１３）から離隔した側の縁部は、ブッシュ（７）のクランク側端部（７ｅ）に近接させることが出来る。そのため、排気ガスの漏出量が抑制され、且つ、煤により汚染される範囲が限定される。

本発明の第１実施形態のシール構造を示した断面図である。第２実施形態のシール構造を示した断面図である。第３実施形態のシール構造を示した断面図である。第４実施形態のシール構造を示した断面図である。従来技術におけるＶＮＴターボチャージャーの断面図である。図５のＡ部拡大図である。従来技術において、図６で生じる不具合の対処方法を示す断面図である。

以下、添付図面の図１〜図４を参照して、本発明の実施形態について説明する。
最初に、図１を参照して、第１実施形態について説明する。
図１において、全体を符号１０１で示すシール構造は、ＶＮＴターボチャージャー１００のリンク機構１において設けられている。

リンク機構１において、ベーン操作用の外部クランク１３に固定されたクランク軸１１が、軸受６２の半径方向内方（矢印Ｒとは逆の方向）に設けられたブッシュ７を貫通しており、且つ、ブッシュ７（或いは軸受６２）に対して回転自在に取り付けられている
さらにリンク機構１は、外部クランク１３、クランク軸１１を有している。
クランク軸１１は、例えばリベット１５によって、外部クランク１３の端部近傍に固定されている。

外部クランク１３のブッシュ７側（図１では左側）の面１３１には、シール用キャップ８が、ブッシュ７の外部クランク１３側端面７ｅを包囲するように固設されている。
また、軸受６１の内周側にはブッシュ７が介装されている。

ここで、シール用キャップ８が「ブッシュ７の外部クランク側端部６２を包囲する」という意味は、全体が中空の回転体形状（後述）をしており且つ外部クランク１３から離隔した側（図１では左側）に延在しているシール用キャップ８が、少なくともブッシュ７の外部クランク１３側端面７ｅの半径方向外方への延長線（図１の１点鎖線で示す矢印Ｒ）まで到達していることを意味している。
換言すれば、シール用キャップ８の外部クランク１３から離隔した側（図１では左側）の端面８ｅが、ブッシュ７の外部クランク１３側端面７ｅの半径方向外方への延長線（矢印Ｒ）よりも、外部クランク１３から離隔した側（図１では左側）に位置していることを意味している。
本明細書において、「包囲」という文言は、すべて上述する意味を有する。

シール用キャップ８は、中空の回転体形状をしている。換言すれば、中空の回転体形状をしているシール用キャップ８は、テーパ部８１と円筒部８２とを組み合わせた形状である。
テーパ部８１は全体が中空の部分円錐形状をしており、シール用キャップ８の外部クランク１３に近い領域（図１では、右側の領域）に設けられ、ブッシュ７側（図１では左側）に向かうに連れて外径寸法Ｄ及び内径寸法φが増加する。
また、円筒部８２も中空形状であり、シール用キャップ８の外部クランク１３から離れた領域（図１では、左側の領域）に設けられ、外径寸法Ｄ及び内径寸法φが一定である。

シール用キャップ８の円筒部８２が、ブッシュ７の外部クランク１３側端部７ｅを包囲している。換言すれば、ブッシュ７の外部クランク１３側端部７ｅは、中空の円筒部８２の半径方向内方（矢印Ｒとは逆方向）に位置することになる。
包囲しているという意味は、上述した通り、円筒部８２が、ブッシュ７の外部クランク１３側端面７ｅの半径方向外方への延長線（矢印Ｒ）よりも、外部クランク１３から離隔した側（図１では左側）まで延在していることである。
図１〜図４において、点線の矢印Ｆｇは、排気ガスの流れを示している。

第１実施形態によれば、中空のシール用キャップ８はブッシュ７に向かって延在しており、ブッシュ７の外部クランク１３側端部７ｅを包囲している。
そのため、シール用キャップ８が、クランク軸１１がブッシュ７を貫通している箇所を介して外部に漏出しようとする排気ガスを遮断することになり、排気ガスの漏出量を減少させることが出来る。

次に図２に基づいて、第２実施形態を説明する。
図２において、全体を符号１０２で示すシール構造も、リンク機構１の構成については、図１の第１実施形態と同様である。
そして図２においても、シール用キャップ８Ａは、中空の回転体形状をしている。シール用キャップ８Ａは、第１のテーパ部８１Ａと、円筒部８２Ａと、第２のテーパ部８３Ａを組み合わせて構成されている。

第１のテーパ部８１Ａは中空の部分円錐形状をしており、外部クランク１３に近い領域（図２の右側の領域）に設けられ、外部クランク１３から離れるに連れて外径寸法Ｄ及び内径寸法φが増加している。
円筒部８２Ａも中空であり、第１のテーパ部８１Ａよりも外部クランク１３から離れた方向の領域に第１のテーパ部８１Ａと連続して設けられており、外径寸法Ｄ及び内径寸法φが一定である。
第２１のテーパ部８１Ａは中空の部分円錐形状をしており、円筒部８２Ａよりも外部クランク１３から離れた方向の領域に円筒部８２Ａと連続して設けられており、外部クランク１３から離れるに連れて外径寸法Ｄ及び内径寸法φが減少している。

図２の第２実施形態によれば、第２のテーパ部８３Ａを設けているので、外部に漏出しようとする排気ガスは、第１実施形態以よりも良好に遮断され、第１実施形態以上に排気ガスの漏出量が減少する。
そして、シール７の外周における軸受６２の外周面６１と、第２のテーパ部８３Ａとの隙間δ２は小さく、係る隙間δ２を排気ガスが流過とする際に大きな抵抗を受けるので、当該排気ガスの漏洩量は更に減少する。
図２の第２実施形態におけるその他の構成及び作用効果については、図１の第１実施形態と同様である。

次に図３に基づいて、第３実施形態を説明する。
図３において、全体を符号１０３で示すリンク機構１も、図１、図２と同様である。
シール用キャップ８Ｂは、複数の第１のテーパ部８１Ｂと、複数の第２のテーパ部８３Ｂとを組み合わせて、蛇腹形状の中空回転体形状に構成している。

第１のテーパ部８１Ｂは中空の部分円錐形状であり、外部クランク１３から離れるに連れて外径寸法Ｄ及び内径寸法φが増加している。図３では、第１のテーパ部８１Ｂを３箇所有している。
第２のテーパ部８３Ｂも中空の部分円錐形状であり、外部クランク１３から離れるに連れて外径寸法Ｄ及び内径寸法φが減少している。図３では、第２のテーパ部８３Ｂを３箇所有している。
外部クランク１３から離れる方向について、第１のテーパ部８１Ｂと第２のテーパ部８３Ｂを交互に連続して、蛇腹状の中空回転体としている。

図３の第３実施形態によれば、蛇腹状の中空回転体形状のシール用キャップ８Ｂにより、外部に漏出しようとする排気ガスは良好に遮断され、排気ガスの漏出量を減少することが出来る。
そして、第１のテーパ部８１Ｂ及び第２のテーパ部８３Ｂの内径方向最内方の部分と軸受６１の外周との隙間δ３の寸法が小さいので、排気ガスは隙間δ３を通り抜ける際に抵抗を受ける。しかも、隙間δ３は複数（図３では３箇所）に存在する。そのため、排気ガスの漏出量が減少する。
第３実施形態のその他の構成及び作用効果は、図１、図２の実施形態と同様である。

次に図４を参照して、第４実施形態を説明する。
図４において、全体を符号１０４で示すシール構造について、リンク機構１については、図１〜図３の第１実施形態〜第３実施形態と同様である。
図４においても、シール用キャップ８Ｃは、中空の回転体形状をしており、テーパ部８１Ｃ、第１の円筒部８２Ｃ、円環部８４、第２の円筒部８５Ｃを組み合わせた形状となっている。

テーパ部８１Ｃは中空の部分円錐形状をしており、外部クランク１３に近い領域に設けられており、外部クランク１３から離れるに連れて外径寸法Ｄ及び内径寸法φが増加している。
第１の円筒部８２Ｃも中空であり、テーパ部８１Ｃの外部クランク１３から離れた領域にテーパ部８１Ｃから連続して設けられており、外径寸法Ｄ及び内径寸法φが一定である。
円環部８４は、第１の円筒部Ｃにおけるテーパ部８１Ｃとは反対側の端部に、第１の円筒部８２Ｃに連続して設けられている。円環部８４は、半径方向に延在して且つ半径方向内方の領域（中心側領域）が存在しない形状となっている。

第２の円筒部８５は、円環部８４の半径方向内方端部８４ｅから、外部クランク１３に向かって、ブッシュ７の長手方向（中心線Ｌｃ方向）に延在している。第２の円筒部８５の外径寸法Ｄ及び内径寸法φは、第１の円筒部８２Ｃの外径寸法Ｄ及び内径寸法φよりも小さく形成されている。
第２の円筒部８５の内周面（内径φ５）と、軸受６１の外周面との隙間δ４は、極めて小さく設定されている。

図４の第４実施形態によれば、円環部８４と第２の円筒部８５を設けることにより、第２の円筒部８５の内径φ５の内周面と軸受６１の外周面との隙間δ４が非常に小さく構成されているので、排気ガスが隙間δ４を流れるためには、非常に大きな抵抗が作用する。その結果、排気ガスはシール用キャップ８Ｃと軸受６１の外周面との隙間δ４を流れ難くなり、排気ガスの漏洩量が微小となる。
図４の第４実施形態のその他の構成及び作用効果は、図１〜図３の実施形態と同様である。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない。

１・・・リンク機構
７・・・ブッシュ
８、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ・・・シール用キャップ
１１・・・クランク軸
１３・・・外部クランク
８１、８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃ・・・テーパ部
８２、８２Ａ、８２Ｃ・・・円筒部
８３、８３Ｂ・・・第２のテーパ部
８４・・・円環部
８５・・・第２の円筒部

Claims

ＶＮＴターボチャージャーのクランク軸がブッシュを貫通している箇所におけるシール構造において、外部クランクのブッシュ側の面におけるクランク軸の半径方向外方に取り付けられたシール用キャップはブッシュ側に向かって延在しており、全体が中空の回転体形状をしており、ブッシュの外部クランク側端面を包囲していることを特徴とするシール構造。
前記シール用キャップは、クランクに近い領域はブッシュ側に向かうに連れて外径寸法及び内径寸法が増加するテーパ部を構成しており、クランクから離れた領域は外径寸法及び内径寸法が一定な円筒部を構成する請求項１のシール構造。
前記シール用キャップは、クランクに近い領域はクランクから離れるに連れて外径寸法及び内径寸法が増加する第１のテーパ部を構成しており、クランクから離れた方向について第１のテーパ部から連続する領域は、外径寸法及び内径寸法が一定な円筒部を構成しており、クランクから離れた方向について円筒部から連続する領域は、クランクから離れるに連れて外径寸法及び内径寸法が減少する第２のテーパ部を構成する請求項１のシール構造。
前記シール用キャップは、クランクから離れるに連れて外径寸法及び内径寸法が増加する第１のテーパ部を複数有しており、クランクから離れるに連れて外径寸法及び内径寸法が減少する第２のテーパ部を複数有しており、クランクから離れる方向について第１のテーパ部と第２のテーパ部が交互に連続している請求項１のシール構造。
クランクに近い領域はクランクから離れるに連れて外径寸法及び内径寸法が増加するテーパ部を構成しており、クランクから離れた方向についてテーパ部から連続する領域は外径寸法及び内径寸法が一定な第１の円筒部を構成しており、第１の円筒部のテーパ部とは反対側の端部に連続した円環部を有しており、円環部は半径方向に延在しており、円環部の半径方向内方端部からクランクに向かってブッシュの長手方向に延在している第２の円筒部を有しており、第２の円筒部の外径寸法及び内径寸法は第１の円筒部の外径寸法及び内径寸法よりも小さい請求項１のシール構造。