JP2020076328A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】可変ノズルユニットのプレートとノズルベーンとの干渉を抑制可能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１は、コンプレッサハウジング１２と、タービンハウジング２２と、ベアリングハウジング３２と、可変ノズルユニット１００と、固定部材２００と、を備える。可変ノズルユニット１００は、第１プレート１１０と、第２プレート１２０と、複数のノズルベーン１４０と、姿勢変更機構と、を有する。固定部材２００は、第１プレート１１０および第２プレート１２０の少なくとも一方のプレートに係合する係合部２０２と、コンプレッサハウジング１２に向かってベアリングハウジング３２を貫通するように延びる形状を有する貫通軸部２０４と、貫通軸部２０４におけるコンプレッサハウジング１２側の端部をベアリングハウジング３２に固定する固定部２０６と、を有する。【選択図】図２

Description

この発明は、ターボチャージャに関する。

従来、タービンハウジングに設けられ、タービンホイールへ流入する排ガスの流路面積を変化させることで排ガスの流速を調整可能な、可変ノズルユニットを備えるターボチャージャが知られている。たとえば、特開２０１０−５３７７４号公報（以下、「特許文献１」という。）には、コンプレッサハウジングと、タービンハウジングと、ベアリングハウジング（センターハウジング）と、可変ノズルユニット（シュラウド機構）と、ピン部材と、ナットと、を備えるターボチャージャが開示されている。

コンプレッサハウジングは、コンプレッサホイールを収容しており、タービンハウジングは、タービンホイールを収容している。ベアリングハウジングは、コンプレッサハウジングとタービンハウジングとの間に設けられている。ベアリングハウジングは、コンプレッサホイールとタービンホイールとを接続する回転軸と、この回転軸を受けるベアリングと、を収容している。

可変ノズルユニットは、タービンハウジング内に配置されており、排ガスの排気流路の流路面積の大きさを調整可能である。具体的に、可変ノズルユニットは、互いに対向するように配置された環状の第１プレートおよび第２プレートと、各プレート間に配置されており、排気流路の流路面積の大きさを変更する複数の可変ノズルベーンと、各可変ノズルベーンの姿勢を変更する機構と、を有している。

ピン部材およびナットは、可変ノズルユニットをタービンハウジング内に固定するための部材である。ピン部材は、各プレートに接続されており、タービンハウジング内からタービンハウジング外に至るように延びる形状を有している。各ピン部材には、プレートに接続されている側とは反対側の外端部に雄ねじが設けられている。ナットは、ピン部材の外端部に取り付けられている。このようにして、可変ノズルユニットがタービンハウジング内に固定されている。

特開２０１０−５３７７４号公報

特許文献１に記載されるようなターボチャージャでは、タービンハウジング内に配置された可変ノズルユニットの各プレートは、高温の排ガスに接触するため、当該プレートの径方向の外向きに広がるように熱膨張しようとする。しかしながら、第１プレートは、ピン部材によってタービンハウジングに固定されているため、第１プレートの熱膨張がピン部材によって拘束されることとなる。このため、第１プレートのうち、ピン部材に連結された部分よりも径方向内側の部位において、第２プレートに近づくように膨出する変形が生じる場合がある。このような変形が発生すると、第１プレートがノズルベーンに干渉して、ノズルベーンの動作不良を発生させるおそれがある。

本発明の目的は、可変ノズルユニットのプレートとノズルベーンとの干渉を抑制可能なターボチャージャを提供することである。

この発明に従ったターボチャージャは、コンプレッサインペラを収容するコンプレッサハウジングと、タービンホイールを収容するタービンハウジングと、前記コンプレッサハウジングと前記タービンハウジングとの間において、前記コンプレッサインペラと前記タービンホイールとを連結するシャフト、および、前記シャフトを受けるベアリングを収容するベアリングハウジングと、前記タービンハウジング内に配置されており、排ガスの排気流路の流路面積の大きさを調整可能な可変ノズルユニットと、前記可変ノズルユニットを前記タービンハウジング内に固定する固定部材と、を備える。前記可変ノズルユニットは、円環状に形成された第１プレートと、前記第１プレートよりも前記ベアリングハウジングに近い位置でかつ前記第１プレートと対向する位置に配置されており、円環状に形成された第２プレートであって、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に前記排気流路を形成する前記第２プレートと、前記第１プレートおよび前記第２プレート間に配置されており、前記排気流路の流路面積の大きさを変更する複数のノズルベーンと、前記複数のノズルベーンの各ノズルベーンの姿勢を変更する姿勢変更機構と、を有する。前記固定部材は、前記第１プレートおよび前記第２プレートの少なくとも一方のプレートに係合する係合部と、前記係合部に接続されており、前記コンプレッサハウジングに向かって前記ベアリングハウジングを貫通するように延びる形状を有する貫通軸部と、前記貫通軸部における前記コンプレッサハウジング側の端部を前記ベアリングハウジングに固定する固定部と、を有する。

本ターボチャージャでは、貫通軸部がベアリングハウジングを貫通しており、固定部から係合部までの距離が大きく確保されるため、固定部に対して係合部が各プレートの径方向の外向きへ変位可能な距離も確保される。よって、各プレートが熱膨張した際に当該プレートが固定部材から受ける反力が低減されるため、換言すれば、固定部材によるプレートの熱膨張の拘束が緩和されるため、各プレートの変形およびそれに起因するプレートとノズルベーンとの干渉が抑制される。

また、前記第２プレートには、前記貫通軸部を挿通させる第２挿通孔が設けられており、前記貫通軸部は、前記第２挿通孔に挿通されており、前記係合部は、前記第１プレートに係合していることが好ましい。

このようにすれば、固定部材によって第１プレートおよび第２プレートが保持されるため、第１プレートと第２プレートとを接続するための専用部材の省略が可能となる。

さらに、前記貫通軸部は、前記第２挿通孔に圧入されていることが好ましい。

このようにすれば、第１プレートおよび第２プレートを含む可変ノズルユニットが固定部材によって一体化されるため、可変ノズルユニットの取り扱いが容易になる。

また、前記貫通軸部は、前記タービンハウジング内に配置された第１軸部と、前記ベアリングハウジング内に配置された第２軸部と、を有し、前記第２軸部は、前記第１軸部の径よりも小さな径を有する小径部を含むことが好ましい。

このようにすれば、貫通軸部の温度が変化した際に、主として第２軸部の小径部が伸縮するため、第１軸部の伸縮が抑制される。よって、第２軸部よりも高温にさらされる第１軸部の破断が抑制される。

以上に説明したように、この発明によれば、可変ノズルユニットのプレートとノズルベーンとの干渉を抑制可能なターボチャージャを提供することができる。

本発明の一実施形態のターボチャージャを概略的に示す断面図である。 図１のターボチャージャをコンプレッサインペラ側から見た図である。 固定部材の変形例を示す図である。 係合部の可変ノズルユニットへの係合態様の変形例を示す図である。 係合部の可変ノズルユニットへの係合態様の変形例を示す図である。

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、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、本発明の一実施形態のターボチャージャを概略的に示す断面図である。図２は、図１のターボチャージャをコンプレッサインペラ側から見た図面である。

図１および図２に示されるように、ターボチャージャ１は、コンプレッサインペラ１０と、シールプレート１１と、コンプレッサハウジング１２と、タービンホイール２０と、タービンハウジング２２と、シャフト３０と、ベアリング３１と、ベアリングハウジング３２と、可変ノズルユニット１００と、固定部材２００と、を有している。このターボチャージャ１は、自動車等の車両に搭載されるエンジン（図示略）に設けられる。なお、図２では、コンプレッサハウジング１２が取外された状態のターボチャージャを示している。

タービンハウジング２２には、エンジンから排出される排ガスが流入する。タービンハウジング２２は、タービンホイール２０の周囲を取り囲むスクロール室Ｓ１と、タービンホイール２０よりも排気流れの下流側に設けられた筒状の吐出通路Ｓ２とを有する。エンジンから排出された排ガスは、スクロール室Ｓ１を経由して吐出通路Ｓ２に導入される。

タービンホイール２０は、タービンハウジング２２に収容され、排ガスのエネルギーを受けて回転する。タービンホイールによってそのエネルギーを回収された後の排ガスは、吐出通路Ｓ２を介して、排気浄化触媒やＤＰＦなどの排気浄化装置が設けられたエンジンの排気通路に吐出される。

シャフト３０は、その一端がタービンホイール２０に連結されている。ベアリング３１は、シャフト３０を回転可能に支持している。

ベアリングハウジング３２は、ベアリング３１を収容し、タービンハウジング２２に組付けられている。ベアリングハウジング３２には、冷却水が流れる冷却水路３５が設けられている。ベアリングハウジング３２における、タービンハウジング２２と反対側の端部には、シールプレート１１が取付けられている。シャフト３０は、ベアリングハウジング３２およびシールプレート１１により枢支されている。

コンプレッサインペラ１０は、シャフト３０の他端に連結されている。このため、タービンホイール２０の回転駆動力がコンプレッサインペラ１０に伝達される。コンプレッサインペラ１０は、コンプレッサハウジング１２に収容されている。コンプレッサハウジング１２は、シールプレート１１およびベアリングハウジング３２に組み付けられる。コンプレッサインペラ１０が回転することにより圧縮された大気等の吸気ガスは、エンジンに供給される。

可変ノズルユニット１００は、タービンハウジング２２内に配置されている。より詳細には、可変ノズルユニット１００は、スクロール室Ｓ１とタービンホイール２０との間に配置されている。可変ノズルユニット１００は、排ガスの排気流路の流路面積の大きさを調整可能である。つまり、タービンハウジング２２に流入した排ガスは、可変ノズルユニット１００によってその流速を調節され、タービンホイール２０に供給される。可変ノズルユニット１００は、第１プレート１１０と、第２プレート１２０と、複数のスペーサ１３０と、複数のノズルベーン１４０と、複数のベーンアーム１５０と、ユニゾンリング１６０と、を有している。

第１プレート１１０は、円環状に形成されている。第１プレート１１０は、その中心がシャフト３０の中心軸と一致する姿勢でタービンハウジング２２内に配置されている。

第２プレート１２０は、円環状に形成されている。第２プレート１２０は、第１プレート１１０よりもベアリングハウジング３２に近い位置で、かつ、第１プレート１１０と対向する位置に配置されている。第２プレート１２０は、その中心がシャフト３０の中心軸と一致する姿勢でタービンハウジング２２内に配置されている。第２プレート１２０は、第１プレート１１０と当該第２プレート１２０との間に排気流路を形成している。

各スペーサ１３０は、第１プレート１１０と第２プレート１２０との間に配置されている。各スペーサ１３０は、第１プレート１１０および第２プレート１２０間の距離を規定する部材である。各スペーサ１３０は、円筒状に形成されている。

各ノズルベーン１４０は、第１プレート１１０と第２プレート１２０とが互いに対向する方向と平行な軸周りに回転することにより、排気流路の流路面積の大きさを変更する。各ノズルベーン１４０は、回転軸部１４２と、ベーン１４４と、を有している。

回転軸部１４２は、第１プレート１１０および第２プレート１２０に対して相対回転可能となるように第１プレート１１０および第２プレート１２０に保持されている。回転軸部１４２は、その中心軸が第１プレート１１０と第２プレート１２０とが互いに対向する方向と平行となる姿勢で第１プレート１１０および第２プレート１２０に保持されている。

ベーン１４４は、第１プレート１１０および第２プレート１２０間に配置されている。ベーン１４４は、回転軸部１４２の中心軸周りに回転軸部１４２とともに回転するように回転軸部１４２に固定されている。

各ベーンアーム１５０は、各回転軸部１４２のうち、第１プレート１１０から第２プレート１２０に向かう向きに沿って第２プレート１２０から突出する部位に接続（たとえば溶接）されている。各ベーンアーム１５０は、各回転軸部１４２をその中心軸周りに回転させる。

ユニゾンリング１６０は、全てのベーンアーム１５０を同時に各回転軸部１４２周りに回転させる部材である。ユニゾンリング１６０は、第２プレート１２０に対して第２プレート１２０の中心軸周りに相対回転可能となるように第２プレート１２０に支持されている。ユニゾンリング１６０には、各ベーンアーム１５０が係合している。このため、第２プレート１２０に対してユニゾンリング１６０が相対回転することにより、各ベーンアーム１５０が各回転軸部１４２周りに回転する。これにより、各ベーン１４４の姿勢が変更されるため、排気流路の流路面積の大きさが変更される。すなわち、各ベーンアーム１５０およびユニゾンリング１６０は、各ノズルベーン１４０の姿勢を変更する「姿勢変更機構」を構成する。

固定部材２００は、可変ノズルユニット１００をタービンハウジング２２内に固定する部材である。図２に示されるように、本実施形態のターボチャージャ１は、３つの固定部材２００を備えている。これら固定部材２００は、シャフト３０の中心軸周りに１２０度間隔で配置されている。ただし、固定部材２００の数および配置は、この例に限られない。各固定部材２００は、係合部２０２と、貫通軸部２０４と、固定部２０６と、を有している。

係合部２０２は、第１プレート１１０および第２プレート１２０の少なくとも一方のプレートに係合する部位である。本実施形態では、係合部２０２は、第１プレート１１０に係合している。具体的に、係合部２０２は、第１プレート１１０と第２プレート１２０とが並ぶ方向における第１プレート１１０の外側から第１プレート１１０に係合している。係合部２０２は、ボルトの頭部で構成されている。

貫通軸部２０４は、係合部２０２に接続されている。貫通軸部２０４は、コンプレッサハウジング１２に向かってベアリングハウジング３２を貫通するように延びる形状を有している。具体的に、ベアリングハウジング３２には、貫通軸部２０４を挿通させる挿通孔３２ｈが設けられており、貫通軸部２０４は、挿通孔３２ｈに挿通されている。貫通軸部２０４は、ボルトの軸部で構成されている。貫通軸部２０４におけるコンプレッサハウジング１２側の端部には、雄ねじ部が設けられている。

第１プレート１１０には、貫通軸部２０４を挿通させる第１挿通孔１１０ｈが設けられている。係合部２０２は、第１挿通孔１１０ｈよりも大きな形状を有している。第２プレート１２０には、貫通軸部２０４を挿通させる第２挿通孔１２０ｈが設けられている。貫通軸部２０４は、第１挿通孔１１０ｈおよび第２挿通孔１２０ｈに挿通されている。貫通軸部２０４は、第２挿通孔１２０ｈに圧入されている。換言すれば、第２挿通孔１２０ｈの径は、貫通軸部２０４の径よりもわずかに小さく設定されている。貫通軸部２０４は、スペーサ１３０内に挿通されている。

固定部２０６は、貫通軸部２０４におけるコンプレッサハウジング１２側の端部をベアリングハウジング３２に固定する部位である。固定部２０６は、前記雄ねじ部に螺合するナットで構成されている。

ベアリングハウジング３２は、固定部２０６を受け入れる凹部３２ａを有している。コンプレッサハウジング１２は、凹部３２ａを覆うようにベアリングハウジング３２に接続されている。

以上に説明したように、本実施形態のターボチャージャ１では、貫通軸部２０４がベアリングハウジング３２を貫通しており、固定部２０６から係合部２０２までの距離が大きく確保されるため、固定部２０６に対して係合部２０２が各プレート１１０，１２０の径方向の外向きへ変位可能な距離も確保される。よって、各プレート１１０，１２０が熱膨張した際に当該プレートが固定部材２００から受ける反力が低減されるため、換言すれば、固定部材２００によるプレートの熱膨張の拘束が緩和されるため、各プレート１１０，１２０の変形およびそれに起因するプレートとノズルベーン１４０との干渉が抑制される。

また、本実施形態では、貫通軸部２０４は、第２挿通孔１２０ｈに挿通されており、係合部２０２は、第１プレート１１０に係合している。このため、固定部材２００によって第１プレート１１０および第２プレート１２０が保持される。よって、第１プレート１１０と第２プレート１２０とを接続するための専用部材の省略が可能となる。

さらに、貫通軸部２０４は、第２挿通孔１２０ｈに圧入されているため、第１プレート１１０および第２プレート１２０を含む可変ノズルユニット１００が固定部材２００によって一体化される。このため、可変ノズルユニット１００の取り扱いが容易になる。

なお、図３に示されるように、固定部材２００は、ベアリングハウジング３２と固定部２０６との間に配置されたワッシャ等の弾性部材２０８をさらに有していてもよい。この態様では、貫通軸部２０４および弾性部材２０８の全体としての見かけのバネ定数の調整が容易となる。

また、図４に示されるように、貫通軸部２０４が第２プレート１２０のみを挿通しており、係合部２０２が第２プレート１２０に係合する態様であってもよい。この場合、第１プレート１１０と第２プレート１２０とは、ボルト等の締結部材１３２によって締結されることが好ましい。この態様でも、上記実施形態と同様の効果が得られる。

また、係合部２０２は、第１プレート１１０から第２プレート１２０に向かう方向に第１プレート１１０または第２プレート１２０から貫通軸部２０４が抜けるのを阻止するのであれば、上記実施形態の構成（ボルトの頭部）に限られない。たとえば、固定部２０６の構成と同様に、貫通軸部２０４におけるタービンハウジング２２側の端部に雄ねじ部が設けられ、係合部２０２がその雄ねじ部に螺合するナットで構成されてもよい。あるいは、係合部２０２は、貫通軸部２０４から離間するに従って次第に拡径する形状に形成され、第１プレート１１０の第１挿通孔１１０ｈまたは第２プレート１２０の第２挿通孔１２０ｈが係合部２０２の外周面に対応するテーパ状に形成されてもよい。また、図５に示されるように、係合部２０２は、第２プレート１２０に設けられた雌ねじ部１２１に螺合する雄ねじ部で構成されてもよい。この場合、第１挿通孔１１０ｈおよび第２挿通孔１２０ｈは省略される。また、スペーサ１３０は、中実状に形成されてもよい。

あるいは、図示は省略するが、貫通軸部２０４が第２プレート１２０を貫通しており、雄ねじ部で構成された係合部２０２が、第１プレート１１０に設けられた雌ねじ部に螺合していてもよい。

また、貫通軸部２０４は、タービンハウジング２２内に配置された第１軸部と、ベアリングハウジング３２内に配置された第２軸部と、を有し、第２軸部は、第１軸部の径よりも小さな径を有する小径部を含んでいてもよい。この態様では、貫通軸部２０４の温度が変化した際に、主として第２軸部の小径部が伸縮するため、第１軸部の伸縮が抑制される。よって、第２軸部よりも高温にさらされる第１軸部の破断が抑制される。

なお、今回開示された実施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、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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。

１ ターボチャージャ、１０ コンプレッサインペラ、１１ シールプレート、１２ コンプレッサハウジング、２０ タービンホイール、２２ タービンハウジング、３０ シャフト、３１ ベアリング、３２ ベアリングハウジング、３２ａ 凹部、３２ｈ 挿通孔、１００ 可変ノズルユニット、１１０ 第１プレート、１１０ｈ 第１挿通孔、１２０ 第２プレート、１２０ｈ 第２挿通孔、１３０ スペーサ、１４０ ノズルベーン、１４２ 回転軸部、１４４ ベーン、１５０ ベーンアーム、１６０ ユニゾンリング、２００ 固定部材、２０２ 係合部、２０４ 貫通軸部、２０６ 固定部。

Claims (4)

1. コンプレッサインペラを収容するコンプレッサハウジングと、
   タービンホイールを収容するタービンハウジングと、
   前記コンプレッサハウジングと前記タービンハウジングとの間において、前記コンプレッサインペラと前記タービンホイールとを連結するシャフト、および、前記シャフトを受けるベアリングを収容するベアリングハウジングと、
   前記タービンハウジング内に配置されており、排ガスの排気流路の流路面積の大きさを調整可能な可変ノズルユニットと、
   前記可変ノズルユニットを前記タービンハウジング内に固定する固定部材と、を備え、
   前記可変ノズルユニットは、
   円環状に形成された第１プレートと、
   前記第１プレートよりも前記ベアリングハウジングに近い位置でかつ前記第１プレートと対向する位置に配置されており、円環状に形成された第２プレートであって、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に前記排気流路を形成する前記第２プレートと、
   前記第１プレートおよび前記第２プレート間に配置されており、前記排気流路の流路面積の大きさを変更する複数のノズルベーンと、
   前記複数のノズルベーンの各ノズルベーンの姿勢を変更する姿勢変更機構と、を有し、
   前記固定部材は、
   前記第１プレートおよび前記第２プレートの少なくとも一方のプレートに係合する係合部と、
   前記係合部に接続されており、前記コンプレッサハウジングに向かって前記ベアリングハウジングを貫通するように延びる形状を有する貫通軸部と、
   前記貫通軸部における前記コンプレッサハウジング側の端部を前記ベアリングハウジングに固定する固定部と、を有する、ターボチャージャ。
2. 前記第２プレートには、前記貫通軸部を挿通させる第２挿通孔が設けられており、
   前記貫通軸部は、前記第２挿通孔に挿通されており、
   前記係合部は、前記第１プレートに係合している、請求項１に記載のターボチャージャ。
3. 前記貫通軸部は、前記第２挿通孔に圧入されている、請求項２に記載のターボチャージャ。
4. 前記貫通軸部は、
   前記タービンハウジング内に配置された第１軸部と、
   前記ベアリングハウジング内に配置された第２軸部と、を有し、
   前記第２軸部は、前記第１軸部の径よりも小さな径を有する小径部を含む、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のターボチャージャ。

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