JP2021067212A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】ターボチャージャにおいて、ブッシュとリンクアームとの間に配置されている環状のばね部材を取り外すことができない。【解決手段】タービンハウジングにおいて、ボス３４の貫通孔３５には、筒状のブッシュ８０が圧入されている。ブッシュ８０の内部には、ウェイストゲートバルブの回転軸４１が挿通されている。回転軸４１の端部には、当該回転軸４１に回転トルクを伝達するためのリンクアーム７１が連結されている。ブッシュ８０の外部端面８０Ａとリンクアーム７１との間には、回転軸４１よりも径方向外側において回転軸４１の周方向に延びるリング５０が配置されている。リング５０は、両端が互いに連結されていない有端形状になっている。リング５０の延設方向に直交する断面視において、リング５０のブッシュ８０側の側面５０Ａは、リング５０の径方向外側に向かうほどブッシュ８０側に向かうように傾斜している。【選択図】図４

Description

本発明は、ターボチャージャに関する。

特許文献１のターボチャージャは、タービンホイールが収容されるタービンハウジングを備えている。タービンハウジングには、タービンホイールよりも排気上流側と排気下流側とをバイパスするバイパス通路が区画されている。そして、タービンハウジングには、バイパス通路を開閉するためのウェイストゲートバルブが取り付けられている。

タービンハウジングの壁部においては、ウェイストゲートバルブのシャフトを挿通するための貫通孔が貫通している。貫通孔には、筒状のブッシュが圧入されており、このブッシュの内部には、ウェイストゲートバルブの回転軸が挿通されている。ウェイストゲートバルブの回転軸は、ブッシュの内周面に摺動しつつ回動できるように支持されている。

ウェイストゲートバルブの回転軸におけるタービンハウジングの外部側の端部には、リンクアームが連結されている。このリンクアームには、アクチュエータが駆動連結されている。また、リンクアームとブッシュの端面との間には、弾性変形可能なばね部材が配置されている。ばね部材は、ウェイストゲートバルブのシャフトの径方向外側を全周に亘って延びる無端の環状になっている。

特開２０１４−２１８９４５号公報

特許文献１のターボチャージャにおいて、経時的な劣化によって、ばね部材が弾性変形しにくくなる現象、いわゆるへたりが生じることがある。そして、ばね部材にへたりが生じた場合には、当該ばね部材を交換したいことがある。しかし、特許文献１のばね部材は環状になっているため、ブッシュやリンクアームが邪魔をして、ばね部材のみを回転軸から取り外して交換することができない。

上記課題を解決するため、本発明は、タービンホイールを収容するとともに前記タービンホイールよりも排気上流側及び排気下流側をバイパスするバイパス通路が区画されたタービンハウジングと、前記タービンハウジングに取り付けられて前記バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブとを備えているターボチャージャであって、前記タービンハウジングの壁部を貫通する貫通孔には、筒状のブッシュが圧入されており、前記ブッシュの内部には、前記ウェイストゲートバルブの回転軸が挿通され、当該回転軸が、当該ブッシュに対して摺動回動可能に支持されており、前記回転軸における前記タービンハウジングの外部側の端部には、当該回転軸に回転トルクを伝達するためのリンクアームが連結されており、前記ブッシュの端面と前記リンクアームとの間には、前記回転軸よりも径方向外側において前記回転軸の周方向に延びるリングが配置されており、前記リングは、両端が互いに連結されていない有端形状になっており、前記リングの延設方向に直交する断面視において、前記リングの前記ブッシュ側の側面は、前記リングの径方向外側に向かうほど前記ブッシュ側に向かうように傾斜している。

上記構成によれば、リングが有端形状になっているため、当該リングの両端が互いに離れるようにリングを弾性変形させることで、リングを回転軸から取り外すことができる。したがって、例えばリングにへたりが生じた場合には、ウェイストゲートバルブの回転軸からリンクアームを取り外さなくても、リングを新たなものに交換できる。

また、上記構成によれば、回転軸にリングが取り付けられた状態では、リングは径方向内側へと縮もうとする。このとき、リングにおけるブッシュ側の側面が傾斜しているため、リングが径方向内側へと弾性変形しようとしたときにブッシュが当接する。そして、リングが径方向内側へと弾性変形しようとする力の一部が、リングをリンクアーム側へと押し付ける力として作用する。このようにリングをリンクアームに押し付けることで、リンクアームやこれに連結されているウェイストゲートバルブの回転軸のがたつきを抑制できる。

ターボチャージャの概略構成図。 ターボチャージャの側面図。 ターボチャージャの一部断面図。 図２の部分拡大図。 リングの斜視図。

以下、本発明の実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
まず、車両の内燃機関１０における吸気及び排気の通路構成について説明する。
図１に示すように、内燃機関１０は、外部からの吸気が流通する吸気通路１１を備えている。吸気通路１１の下流端には、燃料を吸気と混合して燃焼させるための気筒１２が接続されている。気筒１２には、当該気筒１２から排ガスを排出するための排気通路１３が接続されている。内燃機関１０は排ガスの流れを利用して吸気を圧縮するためのターボチャージャ２０を備えている。

ターボチャージャ２０は、略円筒状のコンプレッサハウジング２１を備えている。当該コンプレッサハウジング２１は吸気通路１１の途中に取り付けられている。コンプレッサハウジング２１の一端には略円筒状のベアリングハウジング２２が取り付けられている。当該ベアリングハウジング２２においてコンプレッサハウジング２１と反対側にはタービンハウジング３０が取り付けられている。タービンハウジング３０は全体として円筒状であり、排気通路１３の途中に取り付けられている。

図２に示すようにタービンハウジング３０は全体として円筒状の筒状部３１と、筒状部３１の内部空間に排ガスを導入する円弧部３２とを備えている。円弧部３２は、筒状部３１の外周を取り囲むように配置されている。円弧部３２の上流端からは、外側に向ってフランジ３３が張り出している。なお、このフランジ３３には、排気通路１３におけるタービンハウジング３０よりも上流側の部分が接続されている。

図１に示すように、タービンハウジング３０における筒状部３１及び円弧部３２の内部には、排ガスが流通する主通路２３が区画されている。主通路２３には、タービンホイール９０が収容されている。タービンホイール９０は羽根車であり、排ガスが吹き付けられることで回転する。また、タービンハウジング３０における筒状部３１及び円弧部３２の内部には、主通路２３におけるタービンホイール９０よりも上流側の部分と、主通路２３におけるタービンホイール９０よりも下流側の部分とを連通するバイパス通路２４が区画されている。すなわち、バイパス通路２４は、タービンホイール９０よりも上流側からタービンホイール９０を迂回してタービンホイール９０よりも下流側へと至っている。

タービンホイール９０には、連結シャフト９１の一端部が接続されている。連結シャフト９１の軸線方向中央部分は、ベアリングハウジング２２の内部に収容されている。連結シャフト９１は、ベアリングハウジング２２の内部の図示しないベアリングによって回転可能に支持されている。連結シャフト９１の他端部には羽根車であるコンプレッサホイール９２が接続されている。

タービンハウジング３０における主通路２３内を流通する排ガスがタービンホイール９０に吹き付けられることで、タービンホイール９０が回転する。タービンホイール９０が回転すると、連結シャフト９１を介してコンプレッサホイール９２が回転して吸気の過給が行われる。

図１に示すように、タービンハウジング３０には、バイパス通路２４を開閉するウェイストゲートバルブ４０が取り付けられている。ウェイストゲートバルブ４０はリンク機構７０を介してアクチュエータ７４の出力軸に連結されている。

次にウェイストゲートバルブ４０及びウェイストゲートバルブ４０の周辺構成について説明する。
図２に示すように、タービンハウジング３０における筒状部３１の一部からは略円柱形状のボス部３４が突出している。ボス部３４は、タービンハウジング３０の外面から突出している。図３に示すように、タービンハウジング３０の壁部である筒状部３１及びボス部３４には、略円柱形状の貫通孔３５が貫通している。貫通孔３５はタービンハウジング３０の内部とタービンハウジング３０の外部とを連通している。

図３に示すように、貫通孔３５には、全体として円筒状のブッシュ８０が挿入されている。ブッシュ８０の外径は貫通孔３５の内径と略同じになっている。ブッシュ８０は、貫通孔３５に圧入されている。図４に示すように、ブッシュ８０におけるタービンハウジング３０の外部側の端面である外部端面８０Ａは、ボス部３４の端面よりも突出している。また、外部端面８０Ａは、径方向内側に向かうほどタービンハウジング３０の外側へ向かうように傾斜している。換言すると、ブッシュ８０の外部端面８０Ａは、先細り形状になっている。図３に示すように、ブッシュ８０におけるタービンハウジング３０の内部側の端面である内部端面８０Ｂは、タービンハウジング３０の内面よりも内側に位置している。

図３に示すように、ウェイストゲートバルブ４０は略円柱形状の回転軸４１を備えている。回転軸４１は、ブッシュ８０の内部に挿通されている。また、回転軸４１は、ブッシュ８０の内周面に対して回転軸４１の外周面が摺動できるように支持されている。すなわち、ウェイストゲートバルブ４０の回転軸４１は、軸受としてのブッシュ８０に支持されている。回転軸４１の一端部はタービンハウジング３０の外側に露出しており、回転軸４１の他端部はタービンハウジング３０の内側に位置している。

回転軸４１におけるタービンハウジング３０の内部側の端部からは、アーム４２が延びている。アーム４２は、回転軸４１の中心軸線に対して直角に湾曲するように延びている。また、アーム４２の回転軸４１側の端部は円柱状になっていて、その外径は回転軸４１の外径よりも大きくなっている。したがって、回転軸４１とアーム４２との間には段差が生じている。

アーム４２の先端部、すなわち回転軸４１とは反対側の端部には、バイパス通路２４を開閉する弁体４４が取り付けられている。弁体４４は、略円柱形状の弁軸４５を備えている。弁軸４５は、アーム４２の先端部を貫通している。弁軸４５の一端側、すなわち図３における紙面奥側の端部は、アーム４２に対して突出している。弁軸４５の一端側の端部には、略円板形状の弁板４６が固定されている。弁板４６の外径は、弁軸４５の外径よりも大きくなっている。弁軸４５の他端側、すなわち図３における紙面手前側の端部は、アーム４２に対して突出している。弁軸４５の他端側の端部には、略円板形状の支持プレート４７が固定されている。この支持プレート４７により、弁体４４がアーム４２から脱落しないように固定されている。

図２に示すように、回転軸４１におけるタービンハウジング３０の外部側の端部には、リンク機構７０における略板形状のリンクアーム７１の一端部が固定されている。この実施形態では、リンクアーム７１は、溶接により回転軸４１に固定されている。リンクアーム７１の他端部には、連結ピン７２を介して全体として棒状のリンクロッド７３の一端部が連結されている。リンクロッド７３の他端部は、アクチュエータ７４の出力軸に連結されている。アクチュエータ７４は、コンプレッサハウジング２１に対して固定されている。

アクチュエータ７４が駆動するとリンクロッド７３が当該リンクロッド７３の長手方向の一方側に運動する。リンクアーム７１はリンクロッド７３の運動を回転運動に変換する。リンクロッド７３の回転運動を受けて、回転軸４１は当該回転軸４１の周方向一方側に運動する。したがって、ウェイストゲートバルブ４０は、回転軸４１の周方向一方側に回転する。すると、ウェイストゲートバルブ４０における弁体４４はタービンハウジング３０のバイパス通路２４の開口縁と当接し、バイパス通路２４が閉状態となる。

図４に示すように、ブッシュ８０の外部端面８０Ａとリンクアーム７１との間には、全体として円環状のリング５０が配置されている。リング５０の内部には、ウェイストゲートバルブ４０の回転軸４１が挿通されている。すなわち、リング５０は、回転軸４１よりも径方向外側において当該回転軸４１の周方向に延びている。

図５に示すように、リング５０は、両端が互いに連結されていない有端形状になっている。リング５０の一端部は、先端側に向かうほど、当該リング５０の中心軸線Ｊ方向の幅が狭くなる先細り形状になっている。同様に、リング５０の他端部も、先細り形状になっている。また、当該リング５０に外力が作用していない状態では、中心軸線Ｊ方向において、リング５０の両端部の位置がずれている。なお、リング５０の両端部同士を突き合わせた状態では、リング５０は、３６０度全周に亘って延びている。

図４に示すように、リング５０の両端部を除く部分においては、当該リング５０の延設方向に直交する断面視で、径方向外側を長辺、径方向内側を短辺とする左右対称の台形状になっている。つまり、図５に示すように、中心軸線Ｊ方向に関して、リング５０の内面の寸法Ｗ１よりも、リング５０の外面の寸法Ｗ２の方が大きくなっている。したがって、図４に示すように、この実施形態では、リング５０におけるブッシュ８０側の側面５０Ａは、当該リングの径方向外側に向かうほどブッシュ８０側に向かうように傾斜している。また、リング５０の外面の寸法Ｗ２は、ブッシュ８０の外部端面８０Ａとリンクアーム７１との間に生じる隙間以上の寸法になっている。

この実施形態では、リング５０に外力が作用していない状態において、リング５０の内径は、ウェイストゲートバルブ４０の回転軸４１の外径と略同じが、それよりも僅かに小さくなっている。また、リング５０に外力が作用していない状態において、リング５０の外径は、ブッシュ８０の外径と略同じになっている。

図４に示すように、リング５０の側面５０Ａの傾斜角度は、ブッシュ８０の外部端面８０Ａの傾斜角度と対応している。具体的には、リング５０をブッシュ８０の外部端面８０Ａとリンクアーム７１との間に配置したときに、回転軸４１の径方向に対するリング５０の側面５０Ａの傾斜角度と、回転軸４１の径方向に対するブッシュ８０の外部端面８０Ａの傾斜角度とが略一致している。したがって、リング５０をブッシュ８０の外部端面８０Ａとリンクアーム７１との間に配置したときに、側面５０Ａと外部端面８０Ａとが面接触している。

本実施形態の作用について説明する。
アクチュエータ７４が駆動するとリンクロッド７３が当該リンクロッド７３の長手方向の一方側に運動する。リンクアーム７１はリンクロッド７３の運動を回転運動に変換する。リンクロッド７３の回転運動を受けて、回転軸４１及びアーム４２は当該回転軸４１の周方向一方側に運動する。したがって、ウェイストゲートバルブ４０は、回転軸４１の周方向一方側に回転する。すると、ウェイストゲートバルブ４０における弁体４４はタービンハウジング３０のバイパス通路２４における開口と当接し、バイパス通路２４が閉状態となる。

本実施形態の効果について説明する。
（１）上記実施形態では、リング５０は、両端が互いに連結されていない有端形状になっている。そのため、リング５０の両端が互いに離れるように当該リング５０を弾性変形させることで、リング５０の両端部間の隙間に回転軸４１を通して、リング５０を回転軸４１から取り外すことができる。したがって、例えばリング５０にへたりが生じた場合には、ウェイストゲートバルブ４０の回転軸４１からリンクアーム７１を取り外さなくても、リング５０を新たなものに交換できる。特に、上記実施形態のように、回転軸４１にリンクアーム７１が溶接で固定されていて、両者を取り外すことが現実的でないような構造の場合には、上記のリング５０の構造は特に好適である。

（２）上記実施形態では、リング５０がウェイストゲートバルブ４０の回転軸４１に取り付けられた状態では、リング５０が自身の弾性力によって、径方向内側へと縮もうとする。そして、リング５０は、外面の寸法Ｗ２よりも内面の寸法Ｗ１の方が小さいくさび型である。そのため、リング５０が、ブッシュ８０の外部端面８０Ａとリンクアーム７１との間にはまり込むような状態になって、ブッシュ８０の外部端面８０Ａとリンクアーム７１との間がリング５０によって埋められる。したがって、リンクアーム７１ががたつくことを抑制できる。

（３）上記実施形態では、リング５０が径方向内側へと縮もうとする力の一部が、当該リング５０の側面５０Ａによって向きが変換され、回転軸４１の中心軸線方向の力としてブッシュ８０に作用する。そして、リング５０は、その反作用で、リンクアーム７１側への力を受ける。このように、リング５０の径方向内側へと縮もうとする力の一部は、リング５０がリンクアーム７１を押し付ける力として作用し、リンクアーム７１のがたつきをより好適に抑制できる。しかも、上記実施形態では、ブッシュ８０の外部端面８０Ａも、リング５０の側面５０Ａに対応して傾斜している。したがって、リング５０が縮もうとする力を効率よく回転軸４１の中心軸線方向の力に変換できる。

（４）上記実施形態では、中心軸線Ｊ方向においてリング５０の両端部の位置がずれていて、リング５０が中心軸線Ｊ方向に伸縮可能なばねとして機能する。したがって、リング５０は、中心軸線Ｊ方向の弾性力によってもリンクアーム７１を押し付けることができる。

（５）上記実施形態では、リング５０は、リンクアーム７１を回転軸４１に溶接で固定した後に取り付けることができる。換言すれば、リンクアーム７１を回転軸４１に溶接で固定する際には、リング５０を取り付けておく必要はない。したがって、リンクアーム７１を回転軸４１に溶接で固定する際に、リンクアーム７１がリング５０に押されて、リンクアーム７１の位置決めがしにくくなるといった事態は生じない。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・リング５０は、必ずしも３６０度全周に亘って延びていなくてもよい。少なくともリング５０が周方向に１８０度を超えて延びていれば、両端部が離れるように弾性変形させなければ、リング５０が回転軸４１から外れることはない。

・中心軸線Ｊ方向においてリング５０の両端部の位置が一致していてもよい。
・リング５０の側面５０Ａの傾斜の仕方は、上記実施形態の例に限らない。例えば、リング５０の側面５０Ａは曲面状であってもよい。

・リング５０においてリンクアーム７１側の側面の形状は問わない。例えば、上記実施形態の例のようにリング５０においてリンクアーム７１側の側面が傾斜している必要はなく、リング５０の径方向に沿って延びる平面であってもよい。

・リング５０の断面形状は、台形状でなくてもよい。リング５０におけるブッシュ８０側の側面５０Ａが傾斜していればよく、例えば三角形状であってもよいし、半円形状であってもよい。

・ブッシュ８０の外部端面８０Ａの傾斜角度は、リング５０の側面５０Ａの傾斜角度に対応していなくてもよい。また、ブッシュ８０の外部端面８０Ａは傾斜していなくてもよく、ブッシュ８０の径方向に沿う平面であってもよい。

・リング５０を、ブッシュ８０の外部端面８０Ａとリンクアーム７１との間だけでなく、ブッシュ８０の内部端面８０Ｂとアーム４２との間に配置してもよい。

１０…内燃機関、１１…吸気通路、１２…気筒、１３…排気通路、２０…ターボチャージャ、２１…コンプレッサハウジング、２２…ベアリングハウジング、２３…主通路、２４…バイパス通路、３０…タービンハウジング、３１…筒状部、３２…円弧部、３３…フランジ、３４…ボス部、３５…貫通孔、４０…ウェイストゲートバルブ、４１…回転軸、４２…アーム、４４…弁体、４５…弁軸、４６…弁板、４７…支持プレート、５０…リング、５０Ａ…側面、７０…リンク機構、７１…リンクアーム、７２…連結ピン、７３…リンクロッド、７４…アクチュエータ、８０…ブッシュ、８０Ａ…外部端面、８０Ｂ…内部端面、９０…タービンホイール、９１…連結シャフト、９２…コンプレッサホイール。

Claims (1)

1. タービンホイールを収容するとともに前記タービンホイールよりも排気上流側及び排気下流側をバイパスするバイパス通路が区画されたタービンハウジングと、前記タービンハウジングに取り付けられて前記バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブとを備えているターボチャージャであって、
   前記タービンハウジングの壁部を貫通する貫通孔には、筒状のブッシュが圧入されており、
   前記ブッシュの内部には、前記ウェイストゲートバルブの回転軸が挿通され、当該回転軸が、当該ブッシュに対して摺動回転可能に支持されており、
   前記回転軸における前記タービンハウジングの外部側の端部には、当該回転軸に回転トルクを伝達するためのリンクアームが連結されており、
   前記ブッシュの端面と前記リンクアームとの間には、前記回転軸よりも径方向外側において前記回転軸の周方向に延びるリングが配置されており、
   前記リングは、両端が互いに連結されていない有端形状になっており、
   前記リングの延設方向に直交する断面視において、前記リングの前記ブッシュ側の側面は、前記リングの径方向外側に向かうほど前記ブッシュ側に向かうように傾斜している
   ことを特徴とするターボチャージャ。

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