JP2020516807A - 可変タービン幾何学的形状ターボチャージャー用面シールアセンブリ - Google Patents

Abstract

可変タービン幾何学的形状（ＶＴＧ）ターボチャージャーが開示される。ＶＴＧターボチャージャーは、タービンセクション、軸受セクション、及び軸受セクション内の軸受側及びタービンセクション内の圧力側を有する作動ピボットシャフト（ＡＰＳ）を含むことができる。ＶＴＧターボチャージャーは、ＡＰＳを囲み、圧力側の第１の端部から軸受側の第２の端部まで延びるブッシングをさらに含むことができる。加えて、ＶＴＧターボチャージャーは、圧力側でＡＰＳを囲むカップスプリング及び複合リングシールを含む面シールアセンブリをさらに含むことができ、カップスプリングは、ブッシングの第１の端部と面シールを形成する。面シールアセンブリは、軸受側でＡＰＳを囲み、ブッシングの第２の端部と係合するスプリングをさらに含むことができる。【選択図】図１

Description

本開示は、一般にターボチャージャーに関し、より具体的には、可変タービン幾何学的形状（ＶＴＧ）ターボチャージャーからの排気ガスの漏れをシールする面シール（ｆａｃｅ ｓｅａｌ）アセンブリに関する。

ターボチャージャーは、自動車、船舶、及び航空宇宙船の用途のような様々な用途で使用されている。ターボチャージャーは、エンジンの動力出力を増加させるために、大気圧に比べて吸気の圧力増加（またはブースト）を提供することができる。ターボチャージャーは、タービンホイールを有するタービンセクション、圧縮機ホイールを有する圧縮機セクション、及びタービンホイールと圧縮機ホイールを相互連結するシャフトを収容する軸受セクションを含むことができる。タービンホイールは、排気ガスからエネルギーを抽出して相互連結シャフトを介して圧縮機を駆動することができる一方、圧縮機ホイールは、エンジンの燃焼室へ伝達するために吸気の圧力を増加させることができる。

一部のターボチャージャー設計は、ターボチャージャーのブーストが圧力閾値に到達するときに、タービンホイールから排気ガスをそらすために開くウエイストゲートまたはバルブを含むことができる。対照的に、可変タービン幾何学的形状（ＶＴＧ）ターボチャージャーは、ウエイストゲートを必要としないこともできる。代わりに、ＶＴＧターボチャージャーにおいて、タービン出力は、タービン入口でタービンホイールを囲むガイドベーンで調節され得る。ガイドベーンは、様々な動作条件下でターボチャージャーのブーストを最大化するために、タービンホイールへの排気ガスの流れを制御するように開閉され得る。

空圧式または電子式アクチュエータは、軸受セクション内に収容された作動ピボットトシャフト（ａｃｔｕａｔｉｏｎ ｐｉｖｏｔ ｓｈａｆｔ：ＡＰＳ）を介してガイドベーンの開閉を制御することができる。ＡＰＳは、軸受セクションのボアを保持したブッシング内に収容されることができ、ＡＰＳのヘッドエンドは、高温及び高圧の排気ガスに曝されるようにタービンセクションまで延びる。ブッシングにおいて、ＡＰＳの傾斜及び回転を可能にし、熱成長及び／または腐食形成によって引き起こされるブッシングにおけるＡＰＳの結合を防止するために、ブッシングとＡＰＳの間にあらかじめ画定されたクリアランスが存在することができる。しかしながら、ＡＰＳとブッシングとの間のクリアランスは、排気後処理システムによって処理されないフジティブ（ｆｕｇｉｔｉｖｅ）排気ガスが、タービンセクションから大気に逃げるための流路を提供することができる。

現在のＶＴＧターボチャージャーは、ＡＰＳ／ブッシングアセンブリ内のクリアランスを通して排気ガスの漏れを部分的に遮断するピストンリングを含むことができる。しかしながら、排気ガスの漏れを完全に除去するより効果的なシールの開発は、高温能力と耐食性を有するシーリング材を必要とするＡＰＳ／ブッシングアセンブリの高温及び腐食環境により困難がある。加えて、適切なシールは、車両の耐用寿命とマッチする耐用寿命を持つ必要があり、ブッシング内のＡＰＳの傾斜及び回転を可能にするほど十分に柔軟性が必要である。後者の要件は、シャフトがブッシングに対して傾斜するにつれて着座しなくなる可能性のいくつかの剛性の面シールの使用ができなくなる。

米国特許第７，６４４，５８３号は、タービンベーンの回転作動に関与するブッシング内に収容された制御ロッドを有する可変ノズルターボチャージャー（ＶＮＴ）を開示している。制御ロッド／ブッシングアセンブリは、ブッシングの一端部上のワッシャー、及び排気ガス漏れをシールするためのブッシングの他端部上のスプリングを含む。効果的であると同時に、ＶＴＧターボチャージャー内のＡＰＳ／ブッシングインターフェースを介して排気ガスの漏れをシールする改善されたシール設計が依然として必要である。

本開示の一態様によれば、可変タービン幾何学的形状（ＶＴＧ）ターボチャージャーが開示される。ＶＴＧターボチャージャーは、タービンホイール及びタービンホイールを囲む複数のガイドベーンを有するタービンセクションを含むことができる。複数のガイドベーンは、開閉によりタービンホイールへの排気ガスの流れを調節するように構成され得る。ＶＴＧターボチャージャーは、圧縮機セクション、タービンセクションと圧縮機セクションとの間の軸受セクション、及び複数のガイドベーンの開閉の作動を媒介するように構成された作動ピボットシャフト（ＡＰＳ）をさらに含むことができる。ＡＰＳは、軸受セクションを通って延びるシャフト部分、及びタービンセクションを貫通するヘッドエンドを有することができる。ＶＴＧターボチャージャーは、クリアランスを間に置いてＡＰＳのシャフト部分を回転可能に支持するブッシングをさらに含むことができる。ブッシングは、第１の端部及び第２の端部を有することができる。加えて、ＶＴＧターボチャージャーは、ブッシングとＡＰＳとの間のクリアランスを通る排気ガスの漏れをシールするように構成された面シールアセンブリをさらに含むことができる。面シールアセンブリは、ヘッドエンドの近傍でシャフト部分を囲み、ブッシングの第１の端部と面シールを形成するカップスプリングを含むことができる。面シールアセンブリは、カップスプリングに隣接したシャフト部分を囲み、カップスプリング及び嵌合構造体（ｍａｔｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と面シールを形成する複合リングシールをさらに含むことができる。加えて、面シールアセンブリは、シャフト部分を囲み、ブッシングの第２の端部と係合するスプリングをさらに含むことができる。カップスプリング及びスプリングは、保持構造体によって圧縮状態に保持され得る。

本開示の他の態様によれば、可変タービン幾何学的形状（ＶＴＧ）ターボチャージャーが開示される。ＶＴＧターボチャージャーは、タービンホイール及びタービンホイールを囲む複数のガイドベーンを有するタービンセクションを含むことができる。ガイドベーンは、開閉によりタービンホイールへの排気ガスの流れを調節するように構成され得る。ＶＴＧターボチャージャーは、圧縮機セクション、タービンセクションと圧縮機セクションとの間の軸受セクション、及び複数のガイドベーンの開閉作動を媒介するように構成された作動ピボットシャフト（ＡＰＳ）をさらに含むことができる。ＡＰＳは、軸受セクション内の軸受側及びタービンセクション内の圧力側を含むことができる。ＶＴＧターボチャージャーは、クリアランスを間に置いてＡＰＳを回転可能に支持するブッシングをさらに含むことができ、ブッシングは、圧力側の第１の端部から軸受側の第２の端部まで延びることができる。加えて、ＶＴＧターボチャージャーは、ブッシングとＡＰＳとの間のクリアランスを通る排気ガスの漏れをシールするように構成された面シールアセンブリをさらに含むことができる。面シールアセンブリは、圧力側でＡＰＳを囲むカップスプリング及び複合リングシールを含むことができる。カップスプリングは、ブッシングの第１の端部と面シールを形成することができる。面シールアセンブリは、軸受側でＡＰＳを囲み、ブッシングの第２の端部と係合するスプリングをさらに含むことができる。

本開示の他の態様によれば、可変タービン幾何学的形状（ＶＴＧ）ターボチャージャーの面シールアセンブリを組み立てる方法が開示される。面シールアセンブリは、作動ピボットシャフト（ＡＰＳ）とＡＰＳを回転可能に支持するブッシングとの間の排気ガスの漏れをシールするように構成され得る。ＡＰＳは、シャフト部分及びヘッドエンドを有することができる。該方法は、ヘッドエンド近傍で嵌合構造体に隣接したＡＰＳのシャフト部分上に複合リングシールを組み立てることと、複合リングシールに隣接したＡＰＳのシャフト部分上にカップスプリングを挿入することと、及びブッシングの第１の端部がカップスプリングに面するようにブッシング内にＡＰＳのシャフト部分を設置することとを含むことができる。該方法は、ブッシングの第２の端部に隣接したＡＰＳのシャフト部分上にスプリングを組み立てることと、及び保持構造体がスプリングと係合するようにスプリングに隣接したＡＰＳのシャフト部分上に保持構造体を締結することとを含むことができる。締結することは、ブッシングの第１の端部とカップスプリングとの間、カップスプリングと複合リングシールとの間に面シールを形成することができる。

本開示のこれらおよび他の様態、ならびに特徴は、添付の図面と関連させて読むと、より容易に理解されるであろう。

図１は、本開示に従って構成された、作動ピボットシャフトとブッシングとの間の排気ガスの漏れをシールするための面シールアセンブリを有する可変タービン幾何学的形状（ＶＴＧ）ターボチャージャーの断面図である。 図２は、本開示に従って構成された、図１の詳細２の拡大図である。 図３は、本開示に従って構成された、面シールアセンブリの斜視断面図である。 図４は、本開示に従って構成された、面シールアセンブリの分解図である。 図５は、本開示に従って構成された、図３と同様であるが、嵌合リング及び保持リングのない面シールアセンブリの断面図である。 図６は、本開示に従って構成された、図５の面シールアセンブリの分解図である。 図７は、本開示の方法による、面シールアセンブリを組み立てるのに関与し得る一連のステップのフローチャートである。

今、図面を参照して、特に可変タービン幾何学的形状（ＶＴＧ）ターボチャージャー１０が示されている図１を参照する。当業者に明らかなように、ＶＴＧターボチャージャー１０は、内燃機関の燃焼室内でより多くの吸気を強制することにより動作し、エンジン効率及び出力を増加させることができる。ターボチャージャー１０は、自動車の構成要素であり得るが、船舶または航空機用途などを含むが、これらに限定されない他の用途にも使用され得る。

ＶＴＧターボチャージャー１０は、タービンホイール１６を囲むタービンハウジング１４を有するタービンセクション１２を含むことができる。タービンハウジング１４はまた、エンジンからの排気ガスがスロート２０を介してタービンホイール１６に伝達されるボリュート１８を画定することができる。ボリュート１８のスロート２０には、タービンホイール１６を囲み、様々な角度で開閉することによりタービンホイール１６への排気ガスの流れを調節する複数のガイドベーン２２があり得る。ＶＴＧターボチャージャー１０は、圧縮機ホイール２８を囲み、空気入口３０を画定する圧縮機ハウジング２６、ディフューザセクション３２、及び圧縮機出口３４を有する圧縮機セクション２４をさらに含むことができる。タービンセクション１２と圧縮機セクション２４との間には、タービンホイール１６と圧縮機ホイール２８を相互連結するシャフト４０を囲む軸受ハウジング３８を有する軸受セクション３６があり得る。

排気ガスは、タービン入口を通ってタービンセクション１２に入ることができ、ボリュート１８及びスロート２０を介してタービンホイール１６に流れ、タービンホイール１６が回転できるようにする。タービンホイール１６の回転は、終局には、相互連結シャフト４０を介して圧縮機ホイール２８の回転を駆動することができる。圧縮機ホイール２８の回転は、吸気の速度を増加させることができ、高速空気は、出口３４を介して内燃機関の燃焼室に伝達するために、ディフューザセクション３２に排出され得る。

異なる動作条件下でターボチャージャー１０の出力は、タービンセクション１２のガイドベーン２２の選択的な開閉により調節され得る。ガイドベーン２２の開閉作動は、軸受セクション３６内に部分的に収容された作動ピボットシャフト（ＡＰＳ）４２によって媒介され得る（図２参照）。より具体的には、空圧式または電子式のアクチュエータ４４は、一端部でアクチュエータ４４に連結され、他端部でＡＰＳ４２上に組み立てられたレバー４８に連結される中間リンケージ（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｌｉｎｋａｇｅ）４６の移動を駆動することができる。その後、中間リンケージ４６は、レバー４８の移動を駆動することができ、レバー４８は、ＡＰＳ４２の回転を駆動することができ、終局には、ＡＰＳのヘッド５２と係合されるブロック／ピンアセンブリ５０の移動を駆動することができる（図２も参照）。その後、ブロック／ピンアセンブリ５０は、ベーンレバー５６を介してガイドベーン２２の角度を今後で調整する調整リング５４の移動を駆動することができる。したがって、トルクは、ＡＰＳ４２を介してアクチュエータ４４からガイドベーン２２に伝達され得る。

図２を参照すると、ＡＰＳ４２は、シャフト部分５８、及びヘッド５２を有するヘッドエンド６０を含むことができる。ＡＰＳ４２のシャフト部分５８は、軸受ハウジング３８のボア６２を通って延びることができ、少なくとも１つのブッシング６４によって回転可能に支持され得る。ブッシング６４は、クリアランスを間に置いてＡＰＳ４２を支持してブッシング６４内でＡＰＳ４２の回転及び傾斜を可能にすることができる。ＡＰＳ４２のヘッドエンド６０は、タービンセクション１２を貫通することができ、したがって、タービンセクション１２内の高温排気ガスに曝され得る。このように、ＡＰＳ４２は、軸受セクション３６内の冷却器周辺空気に曝される軸受側６６、及び高圧及び高温の排気ガスに曝されるヘッドエンド６０の圧力側６８を有することができる。ブッシング６４は、ＡＰＳ４２の圧力側６８に向けられる第１の端部７０、及びＡＰＳ４２の軸受側６６に向けられる第２の端部７２を有することができる。一配列において、ブッシング６４の第１の端部７０は、ブッシング６４のヘッド７４にあり得る。

今、図３及び図４を参照すると、ターボチャージャー１０は、ＡＰＳ４２とブッシング６４との間のクリアランスを通る排気ガスの漏れをシールするために、ＡＰＳ４２及びブッシング６４と組み立てられる面シールアセンブリ７７をさらに含むことができる。より具体的には、面シールアセンブリ７７は、ＡＰＳ４２／ブッシング６４アセンブリを通してタービンセクション１２から外部環境への排気ガスの流れを完全にまたはほぼ完全に遮断する面シールを提供することができる。本明細書で使用されるとき、「面シール」は、シール面がＡＰＳ４２の長手方向軸７８に垂直または実質的に垂直であるシールである。

圧力側６８において、面シールアセンブリ７７は、シャフト部分５８を囲むカップスプリング８０及び複合リングシール８２を含むことができる。カップスプリング８０は、一方ではブッシング６４の第１の端部７０と、他方では複合リングシール８２との両方で面シールを形成することができる。一配列においで、カップスプリング８０は、ブッシング６４の第１の端部７０と係合する凹（または内側に傾斜する）面８４、及び複合リングシール８２と係合する凸（または外側に傾斜する）面８６を含むことができる。しかしながら、代替構成では、凹面８４が複合リングシール８２と係合することができ、凸面８６がブッシング６４の第１の端部７０と係合することができる。複合リングシール８２は、カップスプリング８０と嵌合構造体８８との間に位置されることができ、一側面上のカップスプリング８０及び他側面上の嵌合構造体８８との両方で面シールを形成することができる。図２〜図４の実施形態において、嵌合構造体８８は、複合リングシール８２とＡＰＳ４２のヘッド５２との間のシャフト部分５８を囲む嵌合リング９０である。カップスプリング８０及び複合リングシール８２は、シャフト部分５８と締まり嵌めを形成しないこともできるため、カップスプリング８０及び複合リングシール８２は、シャフト部分５８に対して自由に回転することができる。対照的に、嵌合リング９０は、シャフト部分５８の外径と締まり嵌めを形成することができる。

軸受側６６において、面シールアセンブリ７７は、ブッシング６４の第２の端部７２と係合するスプリング９２を含むことができる。加えて、保持構造体（ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）９４は、軸受側６６でスプリング９２と係合して、スプリング９２とカップスプリング８０を部分圧縮状態に保持し、スプリング力を提供することができる。一実施形態において、保持構造体９４は、スプリング９２に隣接したシャフト部分５８を囲む保持リング９６である（図４参照）。例えば、保持リング９６は、レバー４８がシャフト部分５８に沿って画定された位置で係合特徴部１００と係合するピンチ型レバー９８であるときに、保持構造体９４として使用され得る（図４参照）。保持リング９６は、シャフト部分５８に対してスプリング９２を半径方向で配置するように機能することができる一面上に中央フランジ１０２を有することができる。他の配列において、保持リング９６は、中央フランジ１０２）がないことがあるため、スプリング９２が半径方向に配置されないかまたはシャフト部分５８の外径上に直接置かれる。有利には、スプリング９２は、アセンブリ７７の構成要素の公差及び摩耗を考慮するために、面シールアセンブリ７７に一定の着座荷重を提供することができる。一配列において、スプリング９２は、当業者に明らかなように、ウェーブスプリング１０４であり得る。他の配列において、スプリング９２は、圧縮スプリング、引張スプリング、またはねじりスプリングなどを含むが、これらに限定されない当業者に明らかな他のタイプのスプリングであり得る。

面シールアセンブリ７７は、ＡＰＳ４２がブッシング６４に対して軸方向に傾斜、回転及びスライドする能力を保持することができる。特に、カップスプリング８０は、半径方向で可撓性であることができ、ＡＰＳ４２が半径方向に傾斜するにつれて、ブッシング６４及び複合リングシール８２とのシールを維持することができる。カップスプリング８０はまた、軸方向に可撓性であることができ、圧力が圧力側６８または軸受側６６からＡＰＳ４２上に加えられるときにシールを維持しながら垂直に圧縮することができる。さらに、力が圧力側６８または軸受側６６からＡＰＳ４２上に加えられるにつれて、スプリング９２の着座圧力はその力を比例的に相殺してカップスプリング８０及び複合リングシール８２を着座された状態に維持し、シールを強化することができる。これと関して、面シールアセンブリ７７は、「セルフ・エナジャイジング（ｓｅｌｆ−ｅｎｅｒｇｉｚｉｎｇ）」であり得る。加えて、面シールアセンブリ７７は、排気ガスの漏れをほんの一部だけ減少させることができる先行技術のシールとは対照的に、ＡＰＳ４２／ブッシング６４インターフェースを介して排気ガスの漏れを完全にまたはほぼ完全にシールすることができる。さらに、面シールアセンブリ７７の構成要素は、ＡＰＳ４２の高温（例えば、約３００℃〜約６００℃）及び腐食環境で堅牢であり、最小の摩耗を示すことができる。

カップスプリング８０は、ニッケル合金（例えば、インコネル（登録商標）、インコネル（登録商標）７１８）、コバルト合金、またはステインレス鋼などを含むが、これらに限定されない高温可能及び耐腐食性の金属材料から形成され得る。複合リングシール８２は、グラファイト複合材または炭素とグラファイト複合材などを含むが、これらに限定されない耐磨耗性及び低摩擦の複合材料であり得る。さらに、スプリング９２は、ステインレス鋼などの金属材料から形成され得るが、高温条件下でニッケル合金またはコバルト合金から形成されることもできる。加えて、嵌合リング９０は、ステインレス鋼などの金属材料から形成されることもできる。

面シールアセンブリ７７の代替実施形態が図５及び図６に示されている。この配列において、嵌合構造体８８は、図２〜図４のような嵌合リング９０ではなく、ＡＰＳ４２のヘッド５２によって提供される。すなわち、この実施形態において、ＡＰＳ４２のヘッド５２は、圧力側６８でシャフト部分５８を囲み、複合リングシール８２と面シールを形成する嵌合面１０６を含む。加えて、スプリング９２を圧縮する保持構造体９４は、保持リング９６ではなくレバー４８である。この配列において、レバー４８は、レバー４８がスプリング９２と係合し、スプリング９２及びカップスプリング８０を圧縮状態に保持するように、シャフト部分５８の縮径部１０８上に圧入され得る。ブッシング６４の第２の端部７２はまた、スプリング９２を収容し、シャフト部分５８に対してスプリング９２を半径方向に配置するように機能する減少した外径を有する凹部１１０を含むことができる（図５参照）。しかしながら、他の配列において、ブッシング６４は、凹部１１０がないことができ、スプリング９２はシャフト部分５８に対して半径方向に配置されないこともでき、及び／またはスプリング９８は、シャフト部分５８の外径上に直接置かれることができる。図５及び図６の面シールアセンブリ７７のすべての他の特徴部及び構成要素は、図１〜図４に関連して上述したものと同じである。

本明細書に開示された面シールアセンブリ７７はまた、当業者が理解するように、ウエイストゲートターボチャージャーにおける排気ガスの漏れをシールするためにも適用され得ることにさらに留意すべきである。より特に、本開示の面シールアセンブリ７７は、ウエイストゲート制御シャフトと制御シャフトを囲むブッシングとの間のクリアランスを通して排気ガスの漏れをシールするために使用され得る。

一般に、本開示の教示は、自動車、船舶、航空宇宙船、及び輸送産業を含むが、これらに限定されない多くの産業で幅広い適用性を見出すことができる。より具体的には、本開示の教示は、ＶＴＧターボチャージャーまたはウエイストゲートターボチャージャーを含む車両または機械を有するあらゆる産業に利用可能性を見出すことができる。

図７に転換すると、面シールアセンブリ７７を組み立てるのに使用され得る方法が示されている。第１のブロック１２０において、複合リングシール８２は、嵌合構造体８８（例えば、嵌合リング９０またはＡＰＳ４２のヘッド５２）に隣接した圧力側６８でＡＰＳ４２のシャフト部分５８上に組み立てられることができる。その後、カップスプリング８０は、次のブロック１２２に従って複合リングシール８２に隣接したシャフト部分５８上に挿入され得る。次のブロック１２４において、ＡＰＳ４２は、ブッシング６４の第１の端部７０がカップスプリング８０に隣接するように、ブッシング６４内にＡＰＳ４２を挿入することにより、ブッシング６４内に取り付けられることができる。ブロック１２４は、ブッシング６４が軸受セクション３６のボア６２内に保持される間に実行され得る。

次のブロック１２６によれば、スプリング９２は、ブッシング６４の第２の端部７２に隣接したシャフト部分５８上に組み立てられることができ、スプリング９２は、シャフト部分５８を囲む。例えば、スプリング９２は、ブッシング６４の第２の端部７２に隣接して配置され得るか（図２〜図４参照）、または第２の端部７２におけるブッシング６４の凹部１１０内に配置され得る（図５及び図６参照）。ブロック１２８において、保持構造体９４は、保持構造体９４がスプリング９２と係合し、スプリング９２及びカップスプリング８０を部分的に圧縮するように、スプリング９２に隣接したシャフト部分５８上に締結され得る。上述したように、保持構造体９４は、レバー４８がＡＰＳ４２との組み立てられる方法に応じて、保持リング９６（図２〜図４参照）またはレバー４８（図５及び図６参照）であり得る。例えば、レバー４８は、シャフト部分５８上に圧入され得るが、熔接、スエージング、ピーニング（ｐｅｅｎｉｎｇ）、ピン止め（ｐｉｎｎｉｎｇ）、または機械式締結（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｆａｓｔｅｎｉｎｇ）などを含むが、これらに限定されない他の方法によってもシャフト部分５８上に締結され得る。保持構造体９４が組み立てられ、スプリング９２、８０が圧縮状態に保持されることにより、面シールアセンブリ７７の面シールが形成され得る（ブロック１３０）。すなわち、シャフト部分５８上に保持構造体を圧入することは、圧力側６８で構成要素を共に加圧して、複合リングシール８２と嵌合構造体８８との間、複合リングシール８２とカップスプリング８０との間、及びカップスプリング８０とブッシング６４の第１の端部７０との間に面シールを形成することができる。

本開示の面シールアセンブリは、ＡＰＳの圧力側で面シールを形成するカップスプリング及び複合リングシールを含む。面シールアセンブリはまた、シールアセンブリ構成要素の摩耗を収容する一定の着座圧力を提供するＡＰＳの軸受側におけるスプリングを含む。排気ガスの漏れを部分的にのみ減少させる先行技術のピストンシールと比較して、本明細書に開示された面シールアセンブリは、ＡＰＳ／ブッシングアセンブリを介して大気へのフジティブ排気ガスの漏れを除去するかまたはほぼ除去する。このように、面シールアセンブリは、このようなフジティブ排気ガスが排気後処理システムによって処理されなかったので、大気中への汚染物質の排出を減少させることができる。加えて、本明細書に開示された面シールアセンブリは、面シールアセンブリの構成要素が最小限の摩耗でＡＰＳにおける高温及び腐食環境に耐えるほどに十分に堅牢な材料から形成されるため、延びた耐用寿命を有することができる。さらに、面シールアセンブリは、面シールの強度を損なうことなく、ＡＰＳ／ブッシング構成要素の熱膨張及び収縮だけでなく、ブッシング内のＡＰＳの傾斜及び回転を収容するほどに十分な柔軟性がある。軸受側上のスプリングによって、本明細書に開示された面シールアセンブリは、スプリングの着座圧力がシールのタービン圧力側から加えられる圧力に比例して増加するという点で「セルフ・エナジャイジング」である。さらに、本明細書に開示された面シールアセンブリは、ＡＰＳ上で低い寄生トルクを示すことができる。

Claims (15)

1. 可変タービン幾何学的形状（ＶＴＧ）ターボチャージャーであって、
   タービンホイール及び前記タービンホイールを囲む複数のガイドベーンを有するタービンセクションであって、前記複数のガイドベーンは、開閉により前記タービンホイールへの排気ガスの流れを調節するように構成される、前記タービンセクション；
   圧縮機セクション；
   前記タービンセクションと前記圧縮機セクションとの間の軸受セクション；
   前記複数のガイドベーンの開閉作動を媒介するように構成され、前記軸受セクションを通って延びるシャフト部分、及び前記タービンセクションを貫通するヘッドエンドを有する作動ピボットシャフト（ＡＰＳ）；
   クリアランスを間に置いて前記ＡＰＳの前記シャフト部分を回転可能に支持し、第１の端部及び第２の端部を有するブッシング；及び
   前記ブッシングと前記ＡＰＳとの間の前記クリアランスを通して排気ガスの漏れをシールするように構成された面シールアセンブリ（ｆａｃｅ ｓｅａｌ ａｓｓｅｍｂｌｙ）を含み、前記面シールアセンブリは、前記ヘッドエンド近傍で前記シャフト部分を囲み、前記ブッシングの前記第１の端部と面シールを形成するカップスプリング、前記カップスプリングに隣接した前記シャフト部分を囲み、前記カップスプリング及び嵌合構造体（ｍａｔｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と面シールを形成する複合リングシール、及び前記シャフト部分を囲み、前記ブッシングの前記第２の端部と係合するスプリングを含み、前記カップスプリング及び前記スプリングは、保持構造体で圧縮状態に保持される、ＶＴＧターボチャージャー。
2. 前記スプリングは、ウェーブスプリングである、請求項１に記載のＶＴＧターボチャージャー。
3. 前記嵌合構造体は、前記ＡＰＳのヘッドである、請求項１に記載のＶＴＧターボチャージャー。
4. 前記嵌合構造体は、前記複合リングシールと前記ＡＰＳのヘッドとの間に係合される嵌合リングである、請求項１に記載のＶＴＧターボチャージャー。
5. 前記嵌合構造体は、前記シャフト部分と締まり嵌めを形成する、請求項４に記載のＶＴＧターボチャージャー。
6. 前記保持構造体は、前記シャフト部分上に組み立てられ、トルクをアクチュエータから前記ＡＰＳに伝達するように構成されたレバーである、請求項１に記載のＶＴＧターボチャージャー。
7. 前記ブッシングは、前記第２の端部に前記スプリングを収容する凹部を含み、前記凹部は、前記シャフト部分に対して前記スプリングを半径方向に配置する、請求項６に記載のＶＴＧターボチャージャー。
8. 前記保持構造体は、前記スプリングに隣接した前記シャフト部分を囲む保持リングである、請求項１に記載のＶＴＧターボチャージャー。
9. 前記保持リングは、前記シャフト部分に対して前記スプリングを半径方向に配置する中央フランジを含む、請求項８に記載のＶＴＧターボチャージャー。
10. 前記カップスプリングは、凹面及び凸面を含み、前記凹面は、前記ブッシングの前記第１の端部に面し、前記凸面は、前記複合リングシールに面する、請求項１に記載のＶＴＧターボチャージャー。
11. 可変タービン幾何学的形状（ＶＴＧ）ターボチャージャーであって、
    タービンホイール及び前記タービンホイールを囲む複数のガイドベーンを有するタービンセクションであって、前記複数のガイドベーンは、開閉により前記タービンホイールへの排気ガスの流れを調節するように構成される、前記タービンセクション；
    圧縮機セクション；
    前記タービンセクションと前記圧縮機セクションとの間の軸受セクション；
    前記複数のガイドベーンの開閉作動を媒介するように構成され、前記軸受セクション内の軸受側及び前記タービンセクション内の圧力側を含む作動ピボットシャフト（ＡＰＳ）；
    クリアランスを間に置いて前記ＡＰＳを回転可能に支持し、前記圧力側の第１の端部から前記軸受側の第２の端部まで延びるブッシング；及び
    前記ブッシングと前記ＡＰＳとの間の前記クリアランスを通して排気ガスの漏れをシールするように構成された面シールアセンブリを含み、前記面シールアセンブリは、カップスプリング及び前記圧力側で前記ＡＰＳを囲む複合リングシールを含み、前記カップスプリングは、前記ブッシングの前記第１の端部と面シールを形成し、前記面シールアセンブリは、前記軸受側で前記ＡＰＳを囲み、前記ブッシングの前記第２の端部と係合するスプリングをさらに含む、ＶＴＧターボチャージャー。
12. 前記複合リングシールは、前記カップスプリングと嵌合構造体との間に位置され、前記複合リングシールは、前記カップスプリング及び前記嵌合構造体の両方で面シールを形成する、請求項１１に記載のＶＴＧターボチャージャー。
13. 前記嵌合構造体は、前記複合リングシールと前記ＡＰＳのヘッドとの間に係合される嵌合リングであり、前記嵌合リングは、前記ＡＰＳと締まり嵌めを形成する、請求項１２に記載のＶＴＧターボチャージャー。
14. 可変タービン幾何学的形状（ＶＴＧ）ターボチャージャーの面シールアセンブリを組み立てる方法であって、前記面シールアセンブリは、作動ピボットシャフト（ＡＰＳ）と前記ＡＰＳを回転可能に支持するブッシングとの間の排気ガスの漏れをシールするように構成され、前記ＡＰＳは、シャフト部分及びヘッドエンドを有し、前記方法は、
    前記ヘッドエンド近傍で前記嵌合構造体に隣接した前記ＡＰＳの前記シャフト部分上に複合リングシールを組み立てることと；
    前記複合リングシールに隣接した前記ＡＰＳの前記シャフト部分上にカップスプリングを挿入することと；
    前記ブッシングの第１の端部が前記カップスプリングに面するように前記ブッシング内に前記ＡＰＳの前記シャフト部分を取り付けることと；
    前記ブッシングの第２の端部に隣接した前記ＡＰＳの前記シャフト部分上にスプリングを組み立てることと；
    保持構造体が前記スプリングと係合するように、前記スプリングに隣接した前記ＡＰＳの前記シャフト部分上に前記保持構造体を締結することとを含み、前記締結することは、前記ブッシングの前記第１の端部と前記カップスプリングとの間、及び前記カップスプリングと前記複合リングシールとの間に面シールを形成する、方法。
15. 前記ＡＰＳの前記シャフト部分上に前記保持構造体を締結することは、前記スプリングと前記カップスプリングを圧縮状態に保持することを含む、請求項１４に記載の方法。

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