JP5141405B2

JP5141405B2 - ターボチャージャ

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Publication number: JP5141405B2
Application number: JP2008173549A
Authority: JP
Inventors: 幹人石井; 寛采浦
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2008-07-02
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2028-07-02
Also published as: JP2010013983A

Description

本発明は、簡単な構成によりタービンインペラ出口の排気ガスの乱れを低減させてタービンの効率向上を図れるようにしたターボチャージャに関する。

図１５は本発明を適用する従来の可変容量型のターボチャージャの一例を示している。
このターボチャージャは、タービンハウジング５とコンプレッサハウジング７とがベアリングハウジング（軸受けハウジング）３を介して締結ボルト３ａ，３ｂにより一体的に組み立てられており、タービンハウジング５内に配置されるタービンインペラ４とコンプレッサハウジング７内に配置されるコンプレッサインペラ１５が、ベアリングハウジング３にベアリング９を介して回転自在に支持されたタービン軸１１により連結されている。

また、上記ベアリングハウジング３のタービンハウジング側には、図１６に拡大して示す如く、タービンハウジング５のタービンスクロール流路１７に導入される排気ガスを前記タービンインペラ４に導くとともに、その圧力を可変とする可変ノズルユニット（排気ノズル）２７が設けられる。

可変ノズルユニット２７は、ベアリングハウジング３側の前部排気導入壁としてのノズルリング２９と、タービンハウジング５側の後部排気導入壁としてのシュラウドリング３１とが所要の間隔を保持した状態で例えば周方向３箇所に設けた連結ピン３３により一体に組み立てられている。更に、ノズルリング２９の前面（ベアリングハウジング３側面）にはリング状の取付部材として取付リング３５が固定されており、前記タービンハウジング５とベアリングハウジング３との組み立て時に、取付リング３５をタービンハウジング５とベアリングハウジング３とで挟持することにより可変ノズルユニット２７を固定している。更に、上記組立時に、可変ノズルユニット２７は位置決めピン１１４によってベアリングハウジング３に対して位置決めされている。

ノズルリング２９とシュラウドリング３１との相互間には複数のノズルベーン３７が環状に配置されており、図１６では、各ノズルベーン３７の両側に固定したべ−ン軸（支持軸）３９，４１がノズルリング２９とシュラウドリング３１とを夫々貫通しており、ノズルベーン３７は両持ちに支持されている。

図１５中、５７，５５，５９は前記ノズルベーン３７の開閉角度を調節するためのリンク式の伝達機構、１７はコンプレッサハウジング７に形成されたタービンスクロール流路である。

また、可変ノズルユニット２７におけるシュラウドリング３１とタービンハウジング５との間には隙間Ｓが設けられている。この隙間Ｓは本来不要なものであるが、タービンハウジング５が冷間時と熱間時との間で熱変形を起すこと、及び組み立て部品に精度上のばらつきがあること等のために設けられている。

上記隙間Ｓがあると、タービンスクロール流路１７の排気ガスが隙間Ｓを通してタービンインペラ出口１９に無駄に漏出されてしまうことから、この隙間Ｓを閉塞するために、シュラウドリング３１が下流側（タービンインペラ出口１９側）へ延設された延設部１２３の外周面と、この延設部１２３に対向するタービンハウジング５の内面５ａとの間にシール用ピストンリング１２１を配置して、ガスリークを防止すると共に熱変形を吸収するようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１では図１６に示すように、シュラウドリング３１の延設部１２３の外周面に環状の凹溝１２２を設け、この凹溝１２２に、通常２枚のシール用ピストンリング１２１を夫々の切欠部が重ならないように位置をずらして配置することによりシール構造１２５を構成しており、前記シール用ピストンリング１２１は弾撥力によってその外周面をタービンハウジング５の内面５ａに圧着することによりガスリークを防止している。
特開２００７−４０２５１号公報

図１６に示したように従来のターボチャージャにおいては、隙間Ｓからのガスリークを防止するためにシール構造１２５を種々工夫することが行われているが、このようにシール構造１２５に工夫を凝らしてもタービンの効率を大幅に向上させることは困難であり、限界があった。

このため、本発明者らは、上記ガスリークの問題以外にタービンの効率に影響を及ぼす要因について種々検討・試験を実施した結果、タービンインペラ出口１９の排気ガスの乱れが大きいとタービンの効率が低下し、タービンインペラ出口１９の排気ガスの乱れが小さいとタービンの効率が向上することを突き止めた。

そして、図１６に示す従来のシール構造１２５のように、シュラウドリング３１の延設部１２３の外周面とタービンハウジング５の内面５ａとの間にシール用ピストンリング１２１を備えた構成では、可変ノズルユニット２７内の圧力Ｐ１に対して隙間Ｓ内の圧力Ｐ２が大きい（すなわち、Ｐ１＜Ｐ２となっている）ために、隙間Ｓの排気ガスが矢印Ａで示すようにベーン軸４１と貫通孔１２４との隙間Ｓ３を通して可変ノズルユニット２７側に流れることになる。

ところで、ノズルベーン３７とノズルリング２９及びシュラウドリング３１との間には、ノズルベーン３７を回動可能にするためのクリアランスが予め存在しており、且つこのクリアランスの大きさにはターボチャージャによる個体差を有している。従って、Ｐ１＜Ｐ２の圧力の差により各ノズルベーン３７の各ベーン軸４１はノズルリング２９側へ押されて、各ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間に大きなクリアランスＣが生じていることが判明した。

本発明者らは、このように、各ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間に大きなクリアランスＣが生じると、タービンインペラ出口１９の排気ガスの乱れが大きくなり、これによってタービンの効率が低下するという知見を得た。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、簡単な構成により、タービンインペラ出口の流体の乱れを低減させてタービンの効率を向上できるようにしたターボチャージャを提供することを目的としている。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。
本発明のターボチャージャは、タービンインペラを回転可能に支持する軸受けハウジングと、前記タービンインペラに排気ガスを供給するスクロール流路が形成されたタービンハウジングと、前記スクロール流路内から前記タービンインペラ側に供給される前記排気ガスの圧力を可変とする排気ノズルと、を備える可変容量型のターボチャージャにおいて、前記排気ノズルは、前記タービンハウジング側に設けられる第１の排気導入壁と、該第１の排気導入壁に対向配置される第２の排気導入壁との間に複数のノズルベーンをそれぞれ回動可能に支持しており、前記各ノズルベーンは、前記排気ガスから受ける力を利用して前記第１の排気導入壁側に当該各ノズルベーンを変位させるノズルベーン変位手段を備えることを特徴とする。

また、上記ターボチャージャにおいては、前記各ノズルベーンは、前記第１および第２の排気導入壁にそれぞれ軸支される支持軸と、少なくとも前記第１の排気導入壁に対応する第１の支持軸の基端部に設けられる鍔と、を有し、該鍔が前記ノズルベーン変位手段を構成していることが好ましい。

また、上記ターボチャージャにおいては、前記鍔は、その表面形状がテーパ状に形成されていることが好ましい。

また、上記ターボチャージャにおいては、前記鍔が前記第２の排気導入壁に対応する第２の支持軸の基端部にも設けられており、前記第１の排気導入壁に対応する前記鍔が、前記第２の排気導入壁に対応する前記鍔よりも大きく構成されることが好ましい。

また、上記ターボチャージャにおいては、前記各ノズルベーンは、前記第１および第２の排気導入壁にそれぞれ軸支される第１の支持軸及び第２の支持軸を有し、前記ノズルベーン変位手段が、前記第１の支持軸における軸径を第２の支持軸における軸径よりも大きくした構成からなることが好ましい。

また、上記ターボチャージャにおいては、前記各ノズルベーンは、前記第１および第２の排気導入壁にそれぞれ軸支される支持軸を有し、該支持軸の軸心方向における断面がテーパ形状となっており、該テーパ形状が前記ノズルベーン変位手段を構成することが好ましい。

本発明のターボチャージャによれば、ノズルベーン変位手段により排気ガスの力を利用してノズルベーンを第１の排気導入壁側に変位させることが可能となる。よって、簡便な構成によりノズルベーンと第１の排気導入壁側とのクリアランスを小さく保持することができ、タービンインペラ出口における流体の乱れを低減することでタービンの効率を向上できる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態では、可変容量型のターボチャージャについて説明する。なお、図面中、「Ｆ」は前方向を指し、「Ｒ」は後方向を指してある。図１は本実施形態におけるターボチャージャの全体構成を示す図であり、図２は本実施形態のターボチャージャに搭載される可変ノズルユニットの正面図、図３は図２におけるＩ−Ｉ線矢視における可変ノズルユニットの断面図であり、図４は可変ノズルユニットの構成要素であるノズルベーンの斜視構成図であり、図５は可変ノズルユニットの背面図である。

本実施形態に係るターボチャージャ１は、図１に示されるように、不図示のエンジンから導かれる排気ガスのエネルギを利用して、エンジンに供給される空気を過給するものである。また、ターボチャージャ１は、ベアリングハウジング（軸受けハウジング）３と、このベアリングハウジング３の前側周縁部に設けられるタービンハウジング５と、上記ベアリングハウジング３の後側周縁部に設けられるコンプレッサハウジング７と、を備えている。

ベアリングハウジング３内には、複数のベアリング９が設けられており、複数のベアリング９には、前後方向に延びたタービン軸１１が回転可能に設けられている。また、タービンハウジング５内には、タービンインペラ１３が設けられており、このタービンインペラ１３は、タービン軸１１の一方側の端部に一体的に連結されている。さらに、コンプレッサハウジング７内には、コンプレッサインペラ１５が設けられており、このコンプレッサインペラ１５は、タービン軸１１の他方側の端部に一体的に連結されている。

タービンハウジング５における所定の位置には、排気ガスを取り入れるためのガス取入口（図示省略）が形成されており、このガス取入口はエンジンのシリンダ（図示略）に接続されるようになっている。また、タービンハウジング５の内部には、タービンスクロール流路１７がタービンインペラ１３を囲むように形成されており、このタービンスクロール流路１７は、上記ガス取入口に連通されている。

さらに、タービンハウジング５の前側（すなわち、タービンインペラ１３の出口側）には、排気ガスを排出するタービンインペラ出口１９が形成されており、このタービンインペラ出口１９は、タービンスクロール流路１７に連通されており、排気ガス浄化装置（図示略）に接続されるようになっている。

コンプレッサハウジング７の後側（すなわち、コンプレッサインペラ１５の入口側）には、空気を取り入れる空気取入口２１が形成されており、この空気取入口２１はエアクリーナー（図示略）に接続されるようになっている。また、ベアリングハウジング３とコンプレッサハウジング７との間には、圧縮された空気を昇圧する環状のディフューザ流路２３がコンプレッサインペラ１５を囲むように形成されており、このディフューザ流路２３は空気取入口２１に連通している。

さらに、コンプレッサハウジング７の内部には、コンプレッサスクロール流路２５がコンプレッサインペラ１５を囲むように形成されており、このコンプレッサスクロール流路２５は、ディフューザ流路２３に連通している。そして、コンプレッサハウジング７の適宜位置には、圧縮された空気を排出する空気排出口（図示略）が形成されており、この空気排出口は、コンプレッサスクロール流路２５に連通してあって、エンジンのシリンダに接続可能である。

したがって、ガス取入口から取り入れられた排気ガスがタービンスクロール流路１７を経由してタービンインペラ１３側へ供給されると、排気ガスのエネルギによってタービンインペラ１３を回転駆動させることができ、コンプレッサインペラ１５がタービン軸１１を介して連動して回転駆動させることができる。

これにより、空気取入口２１から取り入れた空気をコンプレッサインペラ１５で圧縮して、ディフューザ流路２３及びコンプレッサスクロール流路２５を経由して空気排出口（不図示）から排出することができ、エンジンのシリンダへ供給される空気を過給することができる。

また、本実施形態に係るターボチャージャ１においては、タービンハウジング５内にタービンインペラ１３側へ供給される排気ガスの圧力（流量及び圧力）を可変する可変ノズルユニット（排気ノズル）２７を備えている。

図１，３に示すように、タービンハウジング５内には、上記可変ノズルユニット２７の構成要素であるノズルリング（第２の排気導入壁）２９がタービンインペラ１３と同心上に設けられている。また、ノズルリング２９に前後に対向する位置には、シュラウドリング（第１の排気導入壁）３１がタービンインペラ１３を囲むように設けられており、シュラウドリング３１はノズルリング２９と同心上に配置されている。

また、シュラウドリング３１とタービンハウジング５との間には、タービンハウジング５が熱変形を起すこと、及び組み立て部品に精度上のばらつきを吸収するための隙間Ｓが設けられている。そして、この隙間Ｓを通してタービンスクロール流路１７の排気ガスがタービンインペラ出口１９に無駄に漏出されてしまうのを防止すべく、シュラウドリング３１におけるタービンインペラ出口１９側へ延設された延設部１２３に形成された凹溝１２２に、延設部１２３の外周面と、この延設部１２３に対向するタービンハウジング５の内面５ａとの間を密閉するシール用ピストンリング１２１を配置したシール構造１２５を備えている。

図２，４に示すように、ノズルリング２９とシュラウドリング３１との間には、複数の連結ピン３３が設けられている。各連結ピン３３の一端部（後端部）は、ノズルリング２９にそれぞれ一体的に連結され、各連結ピン３３の他端部（前端部）は、シュラウドリング３１にそれぞれ一体的に連結されている。また、各連結ピン３３の一端部は、ノズルリング２９から後方向（一方向）へそれぞれ突出してある。なお、図２においては、３本の連結ピン３３がノズルリング２９（シュラウドリング３１）の周方向に沿って間隔をおいて配置されているが、連結ピン３３の本数は３本に限られるものではない。

ノズルリング２９の後側には、取付リング３５が複数の連結ピン３３（連結ピン３３の一端部）を介して一体的に設けられており、この取付リング３５の外側周縁部は、タービンハウジング５とベアリングハウジング３に挟持されるようになっている（図１参照）。換言すると、ノズルリング２９は、取付リング３５を介してベアリングハウジング３に対して固定され、タービンハウジング５内に設けられる。

ノズルリング２９とシュラウドリング３１の間には、複数のノズルベーン３７が周方向に沿って等間隔に設けられており、各ノズルベーン３７は、ノズルリング２９の軸心（すなわち、シュラウドリング３１の軸心又はタービン軸１１の軸心）に平行な軸心周りにそれぞれ回動可能とされる。また、各ノズルベーン３７の一端面（前端面）には、第１のベーン軸（支持軸）４１が形成されており、各第１のベーン軸４１はシュラウドリング３１に形成された第１の支持穴３１ａに回動可能にそれぞれ支持されている。さらに、各ノズルベーン３７の他端面（後端面）には、第２のベーン軸（支持軸）３９がそれぞれ形成されており、各第２のベーン軸３９は、ノズルリング２９に形成された第２の支持穴２９ａに回動可能に支持されている。

上記第２の支持穴２９ａはノズルリング２９を貫通した状態に形成されている。一方、上記第１の支持穴３１ａはシュラウドリング３１を非貫通状態に形成されている。すなわち、上記各第１のベーン軸４１は、シュラウドリング３１に埋没された状態に設けられている。

上記第１のベーン軸３９及び第２のベーン軸４１の基端部には鍔３６が設けられている。具体的には、図４に示されるように、第２のベーン軸３９の基端部には第２の鍔３６ａが設けられており、第１のベーン軸４１の基端部には第１の鍔３６ｂが設けられている。これら鍔３６ａ，３６ｂは、後述するように、排気ガスから受ける力を利用してシュラウドリング３１側に各ノズルベーン３７を変位させるノズルベーン変位手段として機能するものである。

図３に示されるように、第１及び第２の鍔３６ｂ，３６ａは、上記第１の支持穴３１ａ及び第２の支持穴２９ａを覆うように形成されている。本実施形態においては、シュラウドリング３１側に対応する第１の鍔３６ｂは、ノズルリング２９に対応する第２の鍔３６ａよりも外形が大きく構成されている。

また、図３，５に示すように、ノズルリング２９の後側には、複数のノズルベーン３７の回動動作を同期させる同期機構４３が設けられている。
具体的には、ノズルリング２９の後側には、ガイドリング４５が複数の連結ピン３３を介して設けられており、このガイドリング４５には、可動リング４７が回動可能に設けられている。また、可動リング４７は、ノズルリング２９と同心上に位置してあって、可動リング４７の内側には、ノズルベーン３７と同数の同期用係合凹部４９が周方向に沿って等間隔に形成されている。そして、各第２のベーン軸３９には、同期用伝達リンク５１の基端部が一体的にそれぞれ連結されており、各同期用伝達リンク５１の先端部は、対応する同期用係合凹部４９にそれぞれ係合してある。

可動リング４７の内側には、複数の同期用係合凹部４９の他に、駆動用係合凹部５３が形成されている。また、図１に示したように、ベアリングハウジング３の前側下部には、ノズルリング２９の軸心に平行な軸心周りに回動可能な駆動軸５５が設けられており、この駆動軸５５の一端部（後端部）には、駆動レバー５７の基端部が一体的に連結され、この駆動レバー５７には、シリンダ等のアクチュエータ（図示省略）が連動連結されている。そして、駆動軸５５の他端部（前端部）には、駆動用伝達リンク５９の基端部が一体的に連結され、駆動用伝達リンク５９の先端部は、上記駆動用係合凹部５３に係合されるようになっている。

可変ノズルユニット２７は、エンジン回転数が高速域にある場合には、アクチュエータの駆動によって駆動レバー５７を介して駆動用伝達リンク５９を一方向へ回動させることにより、同期機構４３を作動させつつ、複数のノズルベーン３７を開く方向へ同期して回動させる。これにより、タービンインペラ１３側へ供給される排気ガスの流量を多くすることで排気ガスの圧力を低くする。

一方、エンジン回転数が低速域にある場合には、アクチュエータの駆動によって駆動レバー５７を介して駆動用伝達リンク５９を他方向へ回動させることにより、同期機構４３を作動させつつ、複数のノズルベーン３７を絞る方向へ同期して回動させる。これにより、タービンインペラ１３側へ供給される排気ガスの流量を少なくして、排気ガスの圧力を高くする。よって、エンジン回転数の低速域においても、タービンインペラ１３の仕事量を十分に確保して高効率を発揮することができる。

ところで、本実施形態に係るターボチャージャ１は、各ノズルベーン３７におけるベーン軸４１，３９の基端部の大きさが異なった状態、具体的にはシュラウドリング３１側の第１の鍔３６ｂがノズルリング２９側の第２の鍔３６ａよりも外形が大きく構成されている。この構成によれば、可変ノズルユニット２７の動作時において排気ガスに曝される表面積が第１の鍔３６ｂの方が大きくなるため、排気ガスから受ける力が第２の鍔３６ａに比べて第１の鍔３６ｂの方が強くなり、各ノズルベーン３７には第１のベーン軸４１を第１の支持穴３１ａに押し込む力が働く。

よって、これら第１、第２の鍔３６ｂ，３６ａの働きにより、各ノズルベーン３７は、シュラウドリング３１側（第１の鍔３６ｂ側）に変位された位置に保持されるようになる（図３中、矢印で示される方向に変位する）。このように、上記第１、第２の鍔３６ｂ，３６ａは、排気ガスから受ける力を利用してシュラウドリング３１側に各ノズルベーン３７を変位させるノズルベーン変位手段として良好に機能する。
したがって、本実施形態に係るターボチャージャ１によれば、各ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間のクリアランスを極めて小さなものとすることができる。

本発明者らは、従来のターボチャージャ（従来品）と、本実施形態に係るターボチャージャ１（本発明品）において、図６に示すようにタービンインペラ１３の上流側と下流側との圧力の比が略同一となるようにした条件において、タービンインペラ出口１９における径方向位置での排気ガスの速度分布を数値解析により求め、その結果を図７に示した。

図７から明らかなように、本発明のターボチャージャ１では、従来のターボチャージャに比して半径方向における流速分布の偏差が少なく流速分布は半径方向に平坦化している。
このことは、本発明のターボチャージャ１は従来のターボチャージャに比して、タービンインペラ出口１９における排気ガスの乱れが小さいことを意味している。

さらに、本発明のターボチャージャ１と従来のターボチャージャにおいて、タービンの効率を数値解析して比較したところ、図８に示すように、本発明のターボチャージャ１によれば従来のターボチャージャに対してタービンの効率が約１０％向上することが判明した。

また、本発明者らは、従来のターボチャージャ（従来品）と、本実施形態に係るターボチャージャ１（本発明品）において、それぞれ図６のように圧力比がほぼ同一になるようにした図９の条件において、３つの異なる回転数ａ，ｂ，ｃについて、タービンの効率を実測によって求め、その結果を図１０に示した。上記実測による場合も、前記数値解析による場合の結果と同様に、本実施形態に係るターボチャージャ１の方が従来のターボチャージャに対してタービンの効率が約１０％向上する結果が得られた。

タービンスクロール流路１７からの排気ガスは、可変ノズルユニット２７のノズルベーン３７間を通ってタービンインペラ４に導かれるが、この時の排気ガスの流れは３次元的で複雑な流れであるため、タービンインペラ出口１９での排気ガスの乱れの要因を探ることは非常に困難である。

しかし、上述のように、ノズルベーン変位手段（第１、第２の鍔３６ｂ，３６ａ）の働きにより、ノズルベーン３７をシュラウドリング３１側へ変位させることで各ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間のクリアランスを極小にすることができる。
すると、タービンインペラ出口１９における径方向位置での排気ガスの速度分布が平坦化されてタービンインペラ出口１９での排気ガスの乱れが減少し、これによってタービンの効率が向上したと考えることができることから、上記各ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間のクリアランスがタービンインペラ出口１９での排気ガスの乱れに影響を及ぼし、タービンの効率に影響を与える要因の１つであることが判明した。なお、本発明の形態では、各ノズルベーン３７とノズルリング２９との間のクリアランスは、所定量だけ増える（すなわち、ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間におけるクリアランスが減少した分だけ増える）が、そのような場合でも、ノズルベーン３７とノズルリング２９との間のクリアランスはタービンインペラ出口１９での排気ガスの乱れ、さらにはタービン効率に対して殆ど影響を及ぼさないことが判明した。

したがって、本発明では、上述したように、各ノズルベーン３７におけるベーン軸４１，３９の基端部に設けられる鍔３６の大きさを異ならせるといった簡便な構成からなるノズルベーン変位手段により、各ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間のクリアランスを極小に保持し、これによってタービンインペラ出口１９における流体の乱れを低減してタービンの効率を大幅に向上することができた。

（変形例）
続いて、上記実施形態に係るターボチャージャ１の変形例に係る構成について図面を参照にしながら説明する。
上記実施形態では、各ノズルベーン３７における第１、第２のベーン軸４１，３９の基端部のそれぞれに鍔３６を設ける構成としたが、本発明においては図１１に示されるように、シュラウドリング３１側に対応する第１のベーン軸４１の基端部側のみに鍔３６（すなわち、上記実施形態における第１の鍔３６ｂに相当）を設けることでノズルベーン変位手段を構成してもよい。なお、図１１及び以下で説明する変形例に係る構成を示す図１２乃至１４においては、簡単のため、可変ノズルユニット２７のうち、一つのノズルベーンの周辺構造のみを図示する。

この構成によれば、可変ノズルユニット２７の動作時に、鍔３６が設けられた第１のベーン軸４１に作用する排気ガスの力を、鍔３６が設けられない第２のベーン軸３９に比べて強めることができ、各ノズルベーン３７に連結される第１のベーン軸４１を第１の支持穴３１ａに押し込ませる力を生じさせることができる。

よって、各ノズルベーン３７をシュラウドリング３１側に変位させることができる。したがって、本構成に係るターボチャージャにおいても、上記実施形態に係る構成と同様、各ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間のクリアランスを極小に保持し、これによってタービンインペラ出口１９における流体の乱れを低減してタービンの効率を向上できる。

また、上記実施形態では、各ノズルベーン３７における第１、第２のベーン軸４１，３９の基端部のそれぞれに鍔３６を設けることでノズルベーン変位手段を構成としたが、本発明においては、第１、第２のベーン軸４１，３９の軸径を異ならせることでノズルベーン変位手段を構成することもできる。

具体的には、図１２（ａ）に示されるように、シュラウドリング３１側に支持される第１のベーン軸４１の軸径が、ノズルリング２９側に支持される第２のベーン軸３９の軸径に比べて大きく構成される。なお、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）におけるＡ−Ａ線矢視による側断面図を示すものである。

この構成によれば、図１２（ｂ）に示されるように、可変ノズルユニット２７の動作時において排気ガスに曝される表面積が第２のベーン軸３９に比べ、軸径の大きい第１のベーン軸４１の方が大きくなるため、第１のベーン軸４１が排気ガスから受ける力を相対的に強めることができ、各ノズルベーン３７に連結される第１のベーン軸４１を第１の支持穴３１ａに押し込ませるような力を生じさせることができる。

また、図１３（ａ）に示されるように、各ノズルベーン３７の第１、第２のベーン軸４１，３９の軸心方向における断面をテーパ形状に構成し、このテーパ形状によりノズルベーン変位手段を構成することもできる。なお、図１３（ａ）は、図１３（ｂ）におけるＢ−Ｂ線矢視による側断面図である。このようなテーパ形状は、排気ガスの流れにより各ノズルベーン３７をシュラウドリング３１側に変位させる力を生じさせるものとなっている。なお、上記テーパの度合いを調整することにより、各ノズルベーン３７をシュラウドリング３１側に押し付ける力の制御が可能となる。

この構成によれば、可変ノズルユニット２７の動作時に、各ノズルベーン３７の表面形状が排気ガスから力を受けることによって、各ノズルベーン３７に連結される第１のベーン軸４１を第１の支持穴３１ａに押し込ませる力を生じさせることができる。よって、各ノズルベーン３７をシュラウドリング３１側に変位させることができる。したがって、本構成に係るターボチャージャにおいても、上記実施形態に係る構成同様、各ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間のクリアランスを極小に保持し、これによってタービンインペラ出口１９における流体の乱れを低減してタービンの効率を大幅に向上できる。

また、図１１に示される構成の変形例として、図１４に示したように、鍔３６の表面形状を排気ガスの流れを規制することでノズルベーン３７をシュラウドリング３１側に変位させる力を生じさせるテーパ状とすることもできる。

この構成によれば、可変ノズルユニット２７の動作時に、鍔３６の表面形状がなすテーパ部により図１１に示した構成に比べて第１のベーン軸４１を押し込む力をより良好に生じさせることが可能となる。なお、上記テーパの度合いを調整することにより、各ノズルベーン３７をシュラウドリング３１側に押し付け力の制御が可能となる。

なお、本発明は上記形態及び変形例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加え得ることは勿論である。

ターボチャージャの全体構成を示す図である。ターボチャージャに搭載される可変ノズルユニットの正面図である。図２におけるＩ−Ｉ線矢視における可変ノズルユニットの断面図である。ノズルベーンの斜視構成図である。可変ノズルユニットの背面図である。従来のターボチャージャ及び本発明のターボチャージャを数値解析により比較するためにタービンインペラの上流側と下流側との圧力比を略同一とした状態を示す線図である。従来のターボチャージャ及び本発明のターボチャージャにおけるタービンインペラ出口での径方向位置における排気ガスの速度分布の数値解析の結果を比較して示した線図である。従来のターボチャージャ及び本発明のターポチャージャにおけるタービンの効率の数値解析の結果を比較して示した線図である。従来のターボチャージャ及び本発明のターボチャージャを実測により比較するためにタービンインペラの上流側と下流側との圧力比を略同一とした状態を示す線図である。従来のターボチャージャと本発明のターボチャージャにおけるタービンの効率の実測の結果を比較して示した線図である。ターボチャージャの変形例に係る構成を示す図である。ターボチャージャの変形例に係る構成を示す図である。ターボチャージャの変形例に係る構成を示す図である。ターボチャージャの変形例に係る構成を示す図である。従来のターボチャージャの一例を示す切断側面図である。図１５のノズル部近傍の切断側面図である。

符号の説明

１…ターボチャージャ、３…ベアリングハウジング（軸受けハウジング）、４…タービンインペラ、５…タービンハウジング、１３…タービンインペラ、１７…タービンスクロール流路（スクロール流路）、２７…可変ノズルユニット（排気ノズル）、２９…ノズルリング（第２の排気導入壁）、３１…シュラウドリング（第１の排気導入壁）、３１ａ…第２の支持穴、３６…鍔（ノズルベーン変位手段）、３６ａ…第２の鍔（ノズルベーン変位手段）、３６ｂ…第１の鍔（ノズルベーン変位手段）、３７…ノズルベーン、３９…第２のベーン軸（支持軸）、４１…第１のベーン軸（支持軸）

Claims

タービンインペラを回転可能に支持する軸受けハウジングと、前記タービンインペラに排気ガスを供給するスクロール流路が形成されたタービンハウジングと、前記スクロール流路内から前記タービンインペラ側に供給される前記排気ガスの圧力を可変とする排気ノズルと、を備える可変容量型のターボチャージャにおいて、
前記排気ノズルは、前記タービンインペラの出口側に設けられる第１の排気導入壁と、該第１の排気導入壁に対向するように前記軸受けハウジング側に配置される第２の排気導入壁との間に複数のノズルベーンをそれぞれ回動可能に支持しており、
前記各ノズルベーンは、前記排気ガスから受ける力を利用して前記第１の排気導入壁側に当該各ノズルベーンを変位させるノズルベーン変位手段と、前記第１および第２の排気導入壁にそれぞれ軸支される支持軸と、少なくとも前記第１の排気導入壁に対応する第１の支持軸の基端部に設けられる鍔と、を有し、該鍔が前記ノズルベーン変位手段を構成し、
前記鍔が前記第２の排気導入壁に対応する第２の支持軸の基端部にも設けられており、前記第１の排気導入壁に対応する前記鍔が、前記第２の排気導入壁に対応する前記鍔よりも大きく構成されることを特徴とするターボチャージャ。
タービンインペラを回転可能に支持する軸受けハウジングと、前記タービンインペラに排気ガスを供給するスクロール流路が形成されたタービンハウジングと、前記スクロール流路内から前記タービンインペラ側に供給される前記排気ガスの圧力を可変とする排気ノズルと、を備える可変容量型のターボチャージャにおいて、
前記排気ノズルは、前記タービンインペラの出口側に設けられる第１の排気導入壁と、該第１の排気導入壁に対向するように前記軸受けハウジング側に配置される第２の排気導入壁との間に複数のノズルベーンをそれぞれ回動可能に支持しており、
前記各ノズルベーンは、前記排気ガスから受ける力を利用して前記第１の排気導入壁側に当該各ノズルベーンを変位させるノズルベーン変位手段と、前記第１および第２の排気導入壁にそれぞれ軸支される第１の支持軸及び第２の支持軸とを有し、前記ノズルベーン変位手段が、前記第１の支持軸における軸径を第２の支持軸における軸径よりも大きくした構成からなることを特徴とするターボチャージャ。
タービンインペラを回転可能に支持する軸受けハウジングと、前記タービンインペラに排気ガスを供給するスクロール流路が形成されたタービンハウジングと、前記スクロール流路内から前記タービンインペラ側に供給される前記排気ガスの圧力を可変とする排気ノズルと、を備える可変容量型のターボチャージャにおいて、
前記排気ノズルは、前記タービンインペラの出口側に設けられる第１の排気導入壁と、該第１の排気導入壁に対向するように前記軸受けハウジング側に配置される第２の排気導入壁との間に複数のノズルベーンをそれぞれ回動可能に支持しており、
前記各ノズルベーンは、前記排気ガスから受ける力を利用して前記第１の排気導入壁側に当該各ノズルベーンを変位させるノズルベーン変位手段と、前記第１および第２の排気導入壁にそれぞれ軸支される支持軸とを有し、該支持軸の軸心方向における断面がテーパ形状となっており、該テーパ形状が前記ノズルベーン変位手段を構成することを特徴とするターボチャージャ。