JP4307500B2 - 可変ノズル機構付きターボチャージャ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスが吹き付けられることにより回転するタービンホイールがタービンハウジング内に収容されている可変ノズル機構付きターボチャージャに関する。

この種のターボチャージャは、ガス通路に配設された複数のノズルベーンの開閉によりガス流速を制御できるようになっている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に開示のターボチャージャでは、可変容量装置（可変ノズル機構）は、ノズル支持リング（ノズルリング）とベーンノズル駆動機構（ノズルベーン駆動機構）とを備えており、ノズルベーン駆動機構は、回動可能なユニゾンリングと、ユニゾンリングの回動に伴って回動する複数のアームとを備えている。ユニゾンリングの回動に伴って複数のアームが回動すると、各アームに連結されたノズルベーンが回動する。ノズルリングとユニゾンリングとの間にはリング形状の支持部材（サポートリング）が介在されている。サポートリングは、ノズルリングに止着されており、ユニゾンリングは、サポートリングに止着されたリング形状の押さえ部材によって、サポートリングに押接されている。

可変ノズル機構がエンジン始動後に熱膨張してハウジングと干渉したとすると、可変ノズル機構が変形してノズルベーンが適正に動かなくなるおそれがある。可変ノズル機構は、サポートリングを介してハウジングに支持されているため、エンジン始動後に熱膨張しても、タービンハウジングと干渉することはない。
特開２００６−１２５５８８号公報

しかし、特許文献１に開示のサポートリングを用いた可変ノズル機構付きターボチャージャでは、排気ガスがノズルベーン駆動機構を収容する駆動機構設置室内へ侵入する。そのため、エンジン始動直後では、排気ガスに含まれる水分が凝縮して駆動機構設置室の底部に溜まることになる。エンジン始動直後にエンジンを停止しない場合には、駆動機構設置室の底部に溜まる水は、排気ガスの高温化によって蒸発してしまうが、水が凍結するような低温環境下でエンジン始動直後にエンジンを停止してしまった場合には、駆動機構設置室の底部に溜まっている水が凍結する。そうすると、ノズルベーン駆動機構が水の凍結によって動けず、この状態でエンジンを始動すると、ノズルベーン駆動機構が損傷する。

本発明は、サポートリングを用いた可変ノズル機構付きターボチャージャにおけるノズルベーン駆動機構が凍結水によって損傷しないようにすることを目的とする。

本発明は、内燃機関の排気ガスが吹き付けられることにより回転するタービンホイールがタービンハウジング内に収容されており、前記排気ガスを導くガス通路を形成するノズルリングと、前記ノズルリングに支持されて前記ガス通路の流路面積を可変とするノズルベーンと、前記ノズルベーンを駆動するためのノズルベーン駆動機構と、前記ノズルリングに連結されたサポートリングとを備えた可変ノズル機構が設けられており、前記ノズルベーン駆動機構は、前記サポートリングによって前記ノズルリングから隔てられて収容室に収容されている可変ノズル機構付きターボチャージャを対象とし、請求項１の発明は、前記サポートリングの下部を貫通して前記ガス通路に至る水抜き通路が設けられており、前記水抜き通路は、前記ノズルベーン駆動機構よりも下にあることを特徴とする。

水抜き通路は、収容室内で凝縮した水をガス通路へ逃す。そのため、ベーンノズル駆動機構が凍結水によって損傷することはない。
好適な例では、前記水抜き通路は、前記サポートリングの最下部を貫通している。

サポートリングの最下部は、水抜き通路を貫設する位置として好適である。
好適な例では、前記水抜き通路は、前記タービンハウジングを貫通している。
収容室内で凝縮した水は、タービンハウジングを貫通する水抜き通路を介してガス通路へ流出する。

本発明は、サポートリングを用いた可変ノズル機構付きターボチャージャにおけるベーンノズル駆動機構が凍結水によって損傷しないという優れた効果を奏する。

以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。
図１に示すように、ターボチャージャ１１は、内燃機関（図示略）の排気通路（図示略）に配設されるタービンハウジング１２と、内燃機関の吸気通路（図示略）に配設されるコンプレッサハウジング１３と、タービンハウジング１２とコンプレッサハウジング１３とを連結するセンターハウジング１４とを備えている。タービンハウジング１２には連結筒部１２３が形成されており、センターハウジング１４にはフランジ壁１４３が形成されている。連結筒部１２３にはフランジ壁１４３が嵌合されており、連結筒部１２３に螺着されたネジ１０の締め付けによってフランジ壁１４３が連結筒部１２３から脱落不能に連結筒部１２３に連結される。これにより、タービンハウジング１２がセンターハウジング１４に連結される。

センターハウジング１４には軸孔１４１が貫設されており、軸孔１４１内にはロータシャフト１５がラジアルベアリング１６を介して回転可能に配設されている。
タービンハウジング１２内にはタービンホイール１７が配設されており、コンプレッサハウジング１３内にはコンプレッサホイール１８が配設されている。タービンホイール１７とコンプレッサホイール１８とは、ロータシャフト１５によって連結されており、タービンホイール１７、ロータシャフト１５及びコンプレッサホイール１８は、回転軸線１５１を中心にして一体的に回転可能である。

タービンハウジング１２は、タービンホイール１７の外周を囲うように、且つ渦巻き状に延びるようにセンターハウジング１４の一端に取り付けられている。タービンハウジング１２内には渦巻き状のスクロール通路１２１が設けられている。スクロール通路１２１は、内燃機関の排気通路に連通しており、燃焼室から排気通路へ排出された排気ガスがスクロール通路１２１に送り込まれる。連結筒部１２３の内周面にはリング形状の通路形成フランジ１２４が一体形成されている。通路形成フランジ１２４は、スクロール通路１２１を形成する壁である。

タービンハウジング１２内にはノズルリング１９及びリング形状のシュラウド２０が互いに対向するように設けられている。ノズルリング１９は、リング形状の通路形成フランジ１２４のリング内に嵌入されている。シュラウド２０は、平板形状の通路形成部２０１と、円筒部２０２とからなる。ノズルリング１９とシュラウド２０の通路形成部２０１とは、複数の連結ピン２４〔図３に示すように本実施形態では３つ〕によって連結されており、ノズルリング１９とシュラウド２０の通路形成部２０１との間には環状の旋回通路１２２が形成されている。スクロール通路１２１内の排気ガスは、旋回通路１２２を介してタービンホイール１７へ向けて吹き付けられる。スクロール通路１２１及び旋回通路１２２は、タービンホイール１７へ排気ガスを導くガス通路１２０を構成する。ノズルリング１９は、タービンホイール１７へ排気ガスを導くガス通路１２０を形成する壁である。

旋回通路１２２を介してタービンホイール１７へ向けて吹き付けられた排気ガスは、タービンハウジング１２内の流出通路１２５から図示しない排気通路を経由して大気中に排出される。

シュラウド２０の円筒部２０２の外周面とタービンハウジング１２との間にはシールリング３３が介在されている。シールリング３３は、スクロール通路１２１からシュラウド２０とタービンハウジング１２との間の間隙Ｋを経由して流出通路１２５へ排気ガスが洩れることを防止する。

旋回通路１２２の途中には複数のノズルベーン２１が配設されている。ノズルベーン２１は、支軸２２を介してノズルリング１９に回動可能に支持され、且つ支軸２３を介してシュラウド２０に回動可能に支持されている。ノズルベーン２１は、隣り合うノズルベーン２１間の流路断面積を変更可能である。

コンプレッサハウジング１３は、コンプレッサホイール１８の外周を囲うように、且つ渦巻き状に延びるようにセンターハウジング１４の他端に取り付けられている。コンプレッサハウジング１３は、回転軸線１５１の方向に向けて外部に開口する流入通路１３１が設けられている。コンプレッサハウジング１３内には渦巻き状のコンプレッサ通路１３２及び環状の送出通路１３３が設けられている。コンプレッサ通路１３２は、吸気通路を介して内燃機関の燃焼室に連通しており、送出通路１３３は、コンプレッサ通路１３２に沿って設けられている。送出通路１３３は、コンプレッサハウジング１３の一部である通路形成壁１３４と、センターハウジング１４の一部である端壁１４２との間に形成されている。

タービンホイール１７は、タービンハウジング１２側からコンプレッサハウジング１３側へ向かうにつれて拡径してゆく軸部１７１と、軸部１７１の周面に一体形成された複数の羽根１７２とを備えている。内燃機関の燃焼室から前記排気通路へ排出された排気ガスは、スクロール通路１２１及び旋回通路１２２を経由して羽根１７２に吹き付けられる。これにより、タービンホイール１７が回転される。

コンプレッサホイール１８は、コンプレッサハウジング１３側からタービンハウジング１２側へ向かうにつれて拡径してゆく軸部１８１と、軸部１８１の周面に一体形成された複数の羽根１８２を備えている。コンプレッサホイール１８は、タービンホイール１７の回転に伴って一体的に回転し、回転する複数の羽根１８２は、吸気通路内の空気（ガス）を流入通路１３１へ導入すると共に、遠心作用によって送出通路１３３へ放出する。送出通路１３３内へ放出された空気は、スクロール通路１２１を経由して燃焼室へ過給される。

図４に示すように、ノズルリング１９に対して回動可能な支軸２２にはアーム２６が止着されており、アーム２６にはユニゾンリング２５が離脱不能に係合されている。図１に示すように、ユニゾンリング２５及びアーム２６は、センターハウジング１４のフランジ壁１４３とタービンハウジング１２との間の収容室２７に収容されている。ユニゾンリング２５は、回転軸線１５１の周りで回動可能である。ユニゾンリング２５が回転軸線１５１の周りで回動すると、アーム２６が支軸２２を中心にして回動し、全てのノズルベーン２１が支軸２２，２３を中心にして同じ方向に回動する。

図３に実線で示すノズルベーン２１は、隣り合うノズルベーン２１間の流路断面積を最大とする最大開位置にあり、鎖線で示すノズルベーン２１は、隣り合うノズルベーン２１間の流路断面積を零とする閉位置にある。

図１に示すように、収容室２７内においてノズルリング１９にはサポートリング２８及び押さえリング２９が重ね合わせた状態で複数の連結ピン２４によって止着されている。図２に示すように、サポートリング２８は、ノズルリング１９に接合する平板な接合部２８１と、段差を介して接合部２８１に連なる平板な保持部２８２と、保持部２８２の外周縁に連なる円筒部２８３と、円筒部２８３に連なるフランジ部２８４とからなる。フランジ部２８４は、センターハウジング１４のフランジ壁１４３とタービンハウジング１２の連結筒部１２３との間に挟み込み支持されている。円筒部２８３は、ユニゾンリング２５を半径方向への移動を規制するように包囲している。円筒部２８３は、タービンハウジング１２の連結筒部１２３から離されており、サポートリング２８は、収容室２７を駆動室２７１と水抜き室２７２とに区画している。

図４に示すように、押さえリング２９には複数の押さえ突起２９１が一体形成されている。押さえ突起２９１は、ユニゾンリング２５をサポートリング２８の保持部２８２に押さえ付けており、この押さえ付けによりユニゾンリング２５がサポートリング２８から脱落不能となっている。ユニゾンリング２５は、サポートリング２８の円筒部２８３の筒内で回動可能である。

図１に示すノズルリング１９、シュラウド２０、ノズルベーン２１、支軸２２，２３、アーム２６、ユニゾンリング２５及び押さえリング２９は、サポートリング２８に連結されている。これらの部材のうちのサポートリング２８のみがタービンハウジング１２及びセンターハウジング１４に直接連結されている。つまり、ノズルリング１９、シュラウド２０、ノズルベーン２１、支軸２２，２３、アーム２６、ユニゾンリング２５及び押さえリング２９は、サポートリング２８を介してタービンハウジング１２及びセンターハウジング１４に間接的に連結されている。

収容室２７内のユニゾンリング２５、押さえリング２９及びアーム２６は、サポートリング２８によってノズルリング１９から隔てられて収容室２７に収容されるノズルベーン駆動機構３７を構成する。

図１に示すように、センターハウジング１４のフランジ壁１４３には支軸３４が回動可能に支持されており、収容室２７内において支軸３４の一端には駆動アーム３５が止着されている。駆動アーム３５は、ユニゾンリング２５に係合されており、駆動アーム３５が支軸３４を中心にして回動すると、ユニゾンリング２５が回動する。

センターハウジング１４外において支軸３４の他端には駆動レバー３６が止着されている。駆動レバー３６は、図示しないアクチュエータの作動によって支軸３４を中心にして回動され、駆動レバー３６が回動されると、駆動アーム３５及びユニゾンリング２５が回動する。

駆動レバー３６、支軸３４、駆動アーム３５、ノズルベーン駆動機構３７、ノズルリング１９、シュラウド２０、支軸２２，２３及びノズルベーン２１は、隣り合うノズルベーン２１間の流路断面積を変更可能な可変ノズル機構３８を構成する。

図１及び図２に示すように、サポートリング２８の円筒部２８３の最下部には水抜き孔３０が貫設されており、通路形成フランジ１２４の最下部には水抜き孔３１が貫設されている。駆動室２７１は、水抜き孔３０、水抜き室２７２及び水抜き孔３１を介してスクロール通路１２１（ガス通路１２０）に連通している。水抜き孔３０、水抜き室２７２及び水抜き孔３１は、サポートリング２８の下部（円筒部２８３の下部）を貫通してガス通路１２０に至る水抜き通路３２を構成する。水抜き通路３２は、ノズルベーン駆動機構３７よりも下にある。「水抜き通路３２がノズルベーン駆動機構３７よりも下にある」とは、駆動室２７１内にあってノズルベーン駆動機構３７よりも下にある水が水抜き通路３２を通ってガス通路１２０へ流出できる状態に水抜き通路３２が配置されていることを意味する。

第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）ノズルリング１９、シュラウド２０、ノズルベーン２１、支軸２２，２３、アーム２６、ユニゾンリング２５及び押さえリング２９は、サポートリング２８に支持されており、これらの部材１９，２０，２１，２２，２３，２６，２５，２９がエンジン始動後に熱膨張しても、タービンハウジング１２と干渉することはない。これらの部材１９，２０，２１，２２，２３，２６，２５，２９が熱膨張してタービンハウジング１２と干渉したとすると、可変ノズル機構３８が変形してノズルベーン２１が適正に動かなくなるおそれがある。

ノズルリング１９、シュラウド２０、ノズルベーン２１、支軸２２，２３、アーム２６、ユニゾンリング２５及び押さえリング２９をサポートリング２８によって支持する構成は、部材１９，２０，２１，２２，２３，２６，２５，２９の熱膨張によるタービンハウジング１２との干渉を回避させる。

エンジン始動直後にエンジン停止を行なうと、上記のような利点を有するサポートリング２８採用のターボチャージャ１１内の排気ガス中の水分が凝縮する。排気ガスは、駆動室２７１内へも入り込むため、排気ガス中の水分が駆動室２７１内でも液化する。駆動室２７１内で液化した水は、駆動室２７１の底部に落下するが、駆動室２７１の底部に落下した水が駆動室２７１の底部で凍結したとすると、ノズルベーン駆動機構３７が凍り付き、エンジン再始動時にはノズルベーン駆動機構３７が損傷する。

本実施形態では、駆動室２７１の底部に落下した水は、水抜き通路３２を経由してガス通路１２０へ流出する。そのため、水が凍結するような低温環境化においても駆動室２７１の底部に落下した水が駆動室２７１の底部で凍結することはなく、ノズルベーン駆動機構３７が凍結水によって損傷することはない。

（２）水抜き通路３２の入口（水抜き孔３０）は、サポートリング２８の最下部を貫通している。ノズルベーン駆動機構３７よりも下にあるサポートリング２８の最下部は、水抜き通路３２の入口を貫設する位置として好適である。

（３）シュラウド２０の外周面とタービンハウジング１２との間にシールリング３３を介在した構成は、部材１９，２０，２１，２２，２３，２６，２５，２８，２９からなる組み立て物が回転軸線１５１の方向へ熱膨張によって伸縮することを許容する。そのため、部材１９，２０，２１，２２，２３，２６，２５，２９がエンジン始動後に熱膨張しても、タービンハウジング１２と干渉することはない。

次に、図６に示す第２の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合が用いてある。
第２の実施形態では、サポートリング２８の円筒部２８３の外周面がタービンハウジング１２の連結筒部１２３の内周面に面接触しており、ガス通路１２０に通じる水抜き通路３２Ａの一部である溝３９が連結筒部１２３の内周面に沿って凹設されている。

第２の実施形態においても、第１の実施形態と同じ効果が得られる。
本発明では以下のような実施形態も可能である。
○第１の実施形態において、複数の水抜き孔３０を設けてもよい。

○第１の実施形態において、複数の水抜き孔３１を設けてもよい。
前記した実施形態から把握できる技術思想について以下に記載する。
〔１〕前記収容室は、前記サポートリングによって駆動室と水抜き室とに区画されており、前記ノズルベーン駆動機構は、前記駆動室に収容されており、前記水抜き通路は、前記サポートリングに貫設された水抜き孔と、前記水抜き室と、前記タービンハウジングに貫設された水抜き孔とから構成されている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の可変ノズル機構付きターボチャージャ。

〔２〕前記可変ノズル機構は、前記ノズルリングに連結されたシュラウドと、前記ノズルリングと前記シュラウドとの間に支持された前記ノズルベーンと、前記ノズルベーンの開度を変更するためのユニゾンリングを備えた可変伝達機構と、前記ユニゾンリングと前記ノズルリングとの間に介在された前記サポートリングとを備えており、前記シュラウドは、通路形成部と円筒部とを有し、前記円筒部の外周面と前記タービンハウジングとの間にシールリングが介在されている請求項１乃至請求項３、前記〔１〕項のいずれか１項に記載の可変ノズル機構付きターボチャージャ。

第１の実施形態を示すターボチャージャの側断面図。 部分拡大側断面図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 図１のＢ−Ｂ線断面図。 図１のＣ−Ｃ線断面図。 第２の実施形態を示す部分拡大側断面図。

符号の説明

１１…ターボチャージャ。１２…タービンハウジング。１２０…ガス通路。１７…タービンホイール。１９…ノズルリング。２１…ノズルベーン。２７…収容室。２８…サポートリング。３２，３２Ａ…水抜き通路。３７…ノズルベーン駆動機構。３８…可変ノズル機構。

Claims (3)

1. 内燃機関の排気ガスが吹き付けられることにより回転するタービンホイールがタービンハウジング内に収容されており、前記タービンホイールへ前記排気ガスを導くガス通路を形成するノズルリングと、前記ノズルリングに支持されて前記ガス通路の流路面積を可変とするノズルベーンと、前記ノズルベーンを駆動するためのノズルベーン駆動機構と、前記ノズルリングに連結されたサポートリングとを備えた可変ノズル機構が設けられており、前記ノズルベーン駆動機構は、前記サポートリングによって前記ノズルリングから隔てられて収容室に収容されている可変ノズル機構付きターボチャージャにおいて、
   前記サポートリングの下部を貫通して前記ガス通路に至る水抜き通路が設けられており、前記水抜き通路は、前記ノズルベーン駆動機構よりも下にある可変ノズル機構付きターボチャージャ。
2. 前記水抜き通路は、前記サポートリングの最下部を貫通している請求項１に記載の可変ノズル機構付きターボチャージャ。
3. 前記水抜き通路は、前記タービンハウジングを貫通している請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載の可変ノズル機構付きターボチャージャ。

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