JP5854819B2 - ターボチャージャーの締結部構造 - Google Patents

Description

本発明は、ターボチャージャーにおける軸受ハウジングとノズルマウント、及び軸受ハウジングとタービンハウジングの締結部構造に関する。

ディーゼルエンジン用からガソリンエンジン用へ、ターボチャージャーの適用が変化するに伴い、排ガス温度が８５０℃から１０００℃まで上昇するため、熱による締結部の変形や破損のリスクが高まっている。

また、前記締結部では、ターボチャージャーの性能向上に伴い、アクセルを踏んだ後、速やかにターボが機能することが求められており、ターボ起動が短時間で行われることで破損するリスクも高まっている。
上記のような締結部におけるリスクとして、例えば高速回転に伴う振動による締結ボルトの脱落防止や、締結部からのガス漏れを防止する対策を講じた締結部構造が提案されている（特許文献１参照）。

図５（Ａ）、（Ｂ）を参照して具体的に説明すると、特許文献１に示されるマウント締結ボルトＢ２は、ノズルマウント１０７と軸受ハウジング１０４を締結するボルトで、前記タービンハウジング１０１と軸受ハウジング１０４とで内包される空間に存在するためマウント締結ボルトＢ２が高温となり、エンジンの振動が過大な場合は、熱伸びと振動により前記マウント締結ボルトＢ２に緩みが発生してマウント締結ボルトＢ２が脱落する危険性を有している。

このマウント締結ボルトＢ２の緩みを回避するために、タービンハウジング１０１のスクロール１０２内周壁に前記マウント締結ボルトＢ２の頭部に直近する前面に対応する環状の突起１１６を形成することで、マウント締結ボルトＢ２に緩みが生じた際の後退移動が前記突起１１６との当接により脱落を防止するようにした構造が採用されている。

また、タービンハウジング１０１と軸受ハウジング１０４を締結しているハウジング締結ボルトＢ１は、頭部の一部がシールリング１１８の突起部１１８ａに対応するタービンハウジング１０１外周の接合面を押圧しているのみで、前記接合面が片当りとなり締結部からガス漏れが生ずるリスクを有している。

特開２０１０−２０３２３９号公報

特許文献１に記載された締結部構造は、マウント締結ボルトＢ２の頭部に直近する前面に対応するように環状突起１１６を設けたものの、突起高さが低いためマウント締結ボルトＢ２頭部の一部が僅かに覆われるだけで落下防止の機能が十分に果たされない問題を有している。

また、図６に示すように、タービンハウジング１０１と軸受ハウジング１０４を締結しているハウジング締結ボルトＢ１の頭部直下では、両者の締結部接合面をシールする回転軸心Ｋを中心とするシールリング１１８の環状突起部１１８ａによりフランジ１０４ａ接合面に応力集中が起こる。これにより、軸受ハウジング１０４のフランジ１０４ａの外周が破損するリスクを有している。
すなわち、環状突起部１１８ａは前記フランジ１０４ａの接合面に面しており締付け時や振動の発生でハウジング締結ボルトＢ１の頭部直下に応力集中が発生し易くなる。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、ターボチャージャーの締結部における締結ボルトの脱落防止を図ると共に、締結部のシール面における応力集中を回避しシール性の向上を図ることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るターボチャージャーにおける締結部構造は、排ガスが内部に導入されるタービンハウジングと、該タービンハウジング内に設けられて排ガスによって回転駆動されるタービンロータと、一端が前記タービンハウジング内に挿入され、該一端に前記タービンロータが取り付けられるタービンシャフトと、該タービンシャフトを支持する軸受と、前記タービンハウジングに連結されて内部に前記軸受が収納される軸受ハウジングと、該軸受ハウジングに固定され前記タービンロータへの排ガスの流れを調整する可変ノズル機構と、を備え、該可変ノズル機構を構成する可変ノズルを保持するノズルマウントの外周端側に該ノズルマウントを前記軸受ハウジングに固定するマウント締結ボルトが取り付けられ、該マウント締結ボルトのボルト頭部の少なくとも全面を直近位置で覆うように環状突起を前記タービンハウジングの内周壁に突設されるともに、排ガス流れ側の内周縁角部は面取りが形成されていることを特徴とする

かかる発明によれば、マウント締結ボルト頭部の少なくとも全面を直近位置で覆うように肉厚の環状突起がタービンハウジングのスクロール内周壁に突設されているので、運転時にマウント締結ボルトに緩みが発生しても前記環状突起により脱落を確実に防止することができる。
更に、マウント締結ボルト頭部の少なくとも全面を覆う環状突起は、肉厚に形成されるので、ターボチャージャー組立時における変形を抑えることができる。すなわち、タービンハウジングの補強リブの機能も有する。
更に、環状突起の排ガス流れ側の内周縁角部には面取りが施されているため、環状突起による排ガス流への影響が少ないようになっている。

また、本発明において好ましくは、前記軸受ハウジングのフランジ外周を前記タービンハウジングの締結部外周と略同一径に形成し、前記フランジの円周方向に複数配設された挿通孔を挿通したハウジング締結ボルトの周囲をシールすべく締結部の接合面にシールリングが介設されることを特徴とする。
かかる構成によれば、軸受ハウジングのフランジ外周がタービンハウジングの締結部外周と略同一径に形成され、フランジの円周方向に配設された挿通孔を挿通したハウジング締結ボルトの周囲をシールすべく前記締結部の接合面にシールリングを介設することで、従来のように小径に形成された軸受ハウジングのフランジ外周端部をハウジング締結ボルト頭部の一部で抑えることにより生ずる片当たりを回避することができる。
更に、ハウジング締結ボルトの周囲をシールリングでシールすることで、従来のようにフランジ外周に生ずる応力集中を回避することができる。これにより軸受ハウジングの破損を防止することができる。

また、本発明において好ましくは、前記タービンハウジングの前記軸受ハウジングとの接合面に、前記シールリングを挿嵌するため、前記タービンシャフトを中心とする径が異なる２つの同心円状の凹溝が形成され、２つの前記凹溝の間に前記ハウジング締結ボルトが位置されることを特徴とする。
かかる構成によれば、タービンハウジングの接合面にシールリングの環状突起部を挿嵌する２つの凹溝が形成されるので、前記接合面からのガス漏れを防止することができる。

また、本発明において好ましくは、前記シールリングは、前記軸受ハウジングのフランジの背面に当接するフラットな前面を有し、裏面には、２つの前記凹溝に挿嵌可能な２つの環状突起部が形成されることを特徴とする。

また、本発明において好ましくは、前記ハウジング締結ボルトが挿通する前記挿通孔は周方向に長穴に形成されることを特徴とする。
かかる構成によれば、ハウジング締結ボルトが挿通する前記挿通孔は周方向に長穴に形成されるので、軸受ハウジングとタービンハウジングを締結するハウジング締結ボルト位置を円周方向に調整可能で、且つハウジング締結ボルト直下の片当たりを解消できる。

以上記載のごとく本発明によれば、締結ボルト頭部の少なくとも全面を直近位置で覆うように肉厚の環状突起がタービンハウジングのスクロール内周壁に突設されているので、運転時にマウント締結ボルトに緩みが発生しても前記環状突起により脱落を確実に防止することができる。

更に、軸受ハウジングのフランジ外周がタービンハウジングの締結部外周と略同一径に形成されており、フランジの円周方向に配設された挿通孔を挿通した締結ボルトの周囲をシールすべく前記締結部の接合面にシールリングが介設されているので、従来のように、軸受ハウジングのフランジ外周端部を締結ボルト頭部の一部で抑えることにより生ずる片当たりが回避される。

また、ハウジング締結ボルトの周囲をシールリングでシールすることで、従来のようにフランジ外周に生ずる応力集中を回避することができ、軸受ハウジングの破損を防止することができる。

更に、タービンハウジングの接合面にシールリングの環状突起部を挿嵌する２つの凹溝が形成されるので、前記接合面からのガス漏れを防止することができる。

また、ハウジング締結ボルトの挿通孔は周方向に延びる長穴として形成されるので、前記ハウジング締結ボルトの位置が円周方向に調整可能となり、且つハウジング締結ボルト直下の片当たりを解消できる。

本発明の一実施形態に係るターボチャージャーの断面図である。 図１におけるＸ矢視である。 本発明の要部である環状突起を示す図１のＡ部拡大図である。 タービンハウジングの接合面を示す図１のＢ部拡大図である。 （Ａ）は従来のターボチャージャーの断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ矢視図である。 図５のＣ部拡大図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は本発明に係る一実施形態に係るターボチャージャーの断面図、図２は図１におけるＸ矢視図、図３は本発明の要部である環状突起を示す図１のＡ部拡大図、図４はタービンハウジングの接合面を示す図１のＢ部拡大図である。

図１に示されるターボチャージャーには、内燃機関の排気ガスが内部に導入される略円筒状のタービンハウジング１が設けられている。タービンハウジング１の端面には軸受ハウジング４の後方に形成されたフランジの端面が複数のハウジング締結ボルトＢ１で締結されて締結部が構成されている。前記締結部の接合面間には、ガス漏れを防止する帯板状のシールリング１８（後述する）が介設されている。

タービンハウジング１の内側には、渦巻き状のスクロール２が形成されている。また、前記タービンハウジング１の内側には排気ガスによって回転駆動される軸流型のタービンロータ３が設けられている。

このタービンロータ３は、タービンシャフト３Ａの一端に設けられている。タービンシャフト３Ａの一端は、タービンハウジング１内に挿入されている。タービンシャフト３Ａは、回転中心が図中回転軸心Ｋであり、コンプレッサ（図示省略）と同軸である。また、タービンシャフト３Ａは、軸受５を介して軸受ハウジング４に回転自在に支持されている。

軸受ハウジング４の背面には、環状の凹部が形成され、この凹部にノズル６、ノズル６を保持するノズルマウント７、ノズルプレート９、ドライブリング１０及びノズル６やドライブリング１０と係合するレバープレート１１などを備えるノズルアッセンブリとして可変ノズル機構８が設けられている。この可変ノズル機構８は、軸受ハウジング４に固定され、タービンロータ３の動翼に流入する排気ガスの流れを調整する機能を有している。

また、軸受ハウジング４のフランジ４ａ後端面には、ノズルマウント７をマウント締結ボルトＢ２により締結する締結部が設けられている。
前記タービンハウジング１のスクロール２内周壁には、肉厚の環状突起１６が突設しており、この環状突起１６は、前記締結部におけるマウント締結ボルトＢ２頭部の少なくとも全面を覆うように対面する直近位置まで内周縁が延出している。
前記ノズル６は、回転軸心Ｋ回りに等間隔で複数設けられ、ターボチャージャーのラジアル方向の位置ではスクロール２の内周側に位置しており、ノズルベーン６ａとノズル軸６ｂを有している。

前記ノズル軸６ｂは、軸受ハウジング４に固定されたノズルマウント７に回転軸心Ｋ回りに回動可能に支持されている。そして可変ノズル機構８では、ノズルベーン６ａの翼角を変化させることが可能となっている。
ノズルベーン６ａは、ノズルマウント７と、このノズルマウント７に結合された環状のノズルプレート９との間に配置され、該ノズルプレート９は、タービンハウジング１の内筒部１ａの先端側に外嵌されている。

ノズルマウント７の先端側の隆起部には、円盤状のドライブリング１０が回転可能に設けられている。このドライブリング１０には、レバープレート１１が係合している。
また、レバープレート１１の内周側には、回転軸心Ｋに沿った貫通穴が形成され、この貫通穴にノズル軸６ｂの先端側に形成された固定部６ｃが挿入されている。

すなわち、上記構成からなる可変ノズル機構付きターボチャージャーの作動時において、エンジン（図示省略）からの排気ガスはスクロール２に入り、該スクロール２の渦巻きに沿って周回しながらノズルベーン６ａに流入する。そして、この排気ガスは、ノズルベーン６ａ翼間を通過してタービンロータ３にその外周側から流入し、中心側に向かい半径方向に流れてタービンロータ３に膨張仕事をなした後、方向に沿って流れ、ガス出口に案内
されて機外に送出される。

次に、前述した環状突起１６及びシールリング１８に付き図１、図２及び図４を参照して詳述する。
図１において、前記環状突起１６は、その内周縁が前記マウント締結ボルトＢ２頭部の少なくとも全面を覆うように対面する直近位置まで延出するように構成されている。

前記環状突起１６は、上記のように構成することでターボチャージャーの振動などによりマウント締結ボルトＢ２に緩みが生じて後方へ移動する際にマウント締結ボルトＢ２の頭部が前記環状突起１６の端面に当接する。

これにより、マウント締結ボルトＢ２に緩みが生じても脱落を確実に防止することができるので、マウント締結ボルトＢ２の脱落に伴いタービンロータ３が破損する危険性を回避することができる。
更に、マウント締結ボルト頭部の少なくとも全面を覆う環状突起は、肉厚に形成されるので、ターボチャージャー組立時における変形を抑えることができる。すなわち、タービンハウジングの補強リブの機能も有する。

また、環状突起１６の内周縁は、ノズルプレート９の外周に近接する位置まで延出されるが、環状突起１６の内周縁がノズルプレート９の外周に近接すると、矢印で示されるガスの流路が遮断または閉塞される。このような弊害を回避するために環状突起１６の内周縁角部には面取り１６ａが施されている。

一方、図１、図４において軸受ハウジング４のフランジ４ａ外周をタービンハウジング１の締結部外周と略同一径に形成し、前記締結部の接合面にはシールリング１８が介設されている。
これにより、従来のように小径に形成された軸受ハウジング４のフランジ４ａ外周端部をハウジング締結ボルトＢ１頭部の一部で抑えることにより生ずる片当たりを回避することができる。

更に、従来のように軸受ハウジング４のフランジａ外周裏面とタービンハウジング１の顎部の接合面をシールリング１８介してハウジング締結ボルトＢ１頭部の一部で締結することによるフランジ４ａ外周に生ずる応力集中を回避することができる。これにより軸受ハウジング４のフランジ４ａ外周の破損を防止することができる。

また、前記タービンハウジング１の接合面には、シールリング１８を挿嵌すべくタービンシャフト３Ａを中心とする径寸法が異なる２つの同心円状で形成される環状の凹溝２０ａ，２０ｂが形成される。
そして、前記凹溝２０ａ，２０ｂ間にはフランジ４ａを締結する複数のハウジング締結ボルトＢ１のねじ穴Ｔが同一円周上に螺設されている。

前記シールリング１８は、フランジ４ａの背面に当接する前記シールリング１８の前面がフラットな面を呈しており、その裏面には前記径寸法の異なる２つの同心円状の凹溝２０ａ，２０ｂに挿嵌可能な２つの環状突起部１８ａ，１８ｂが形成される。

このように、径寸法が異なる２つの同心円状の環状の凹溝２０ａ，２０ｂ間にフランジ４ａを締結する複数のハウジング締結ボルトＢ１のねじ穴Ｔが螺設されている。前記シールリング１８を押圧する軸受ハウジング４のフランジ４ａ接合面は、フラットに形成されることから片当りによる変形が解消されるので、締結部の接合面におけるガス漏れを防止することができる。

また、同心円状の環状の凹溝２０ａ、２０ｂが、軸受ハウジング４のフランジ４ａ側ではなく、該フランジ４ａより肉厚に形成されるタービンハウジング１側に形成されるとともに、フランジ４ａ側には凹溝が形成されないため、フランジ４ａ側は凹溝に生じる応力集中の影響を受けにくい。

また、図２に示すように、タービンハウジング１と軸受ハウジング４のフランジ４ａをハウジング締結ボルトＢ１により締結すべく前記フランジ４ａの円周方向には、複数の円弧状長穴（挿通孔）４ｂが形成されている。
これにより、ハウジング締結ボルトＢ１の円周方向の位置の調整が可能となり、ハウジング締結ボルトＢ１を締付ける際にハウジング締結ボルトＢ１頭部直下の締付け面における片当りを解消することができる。

本発明のターボチャージャーにおける締結部構造は、ターボチャージャーの締結部における締結ボルトの脱落防止を図ると共に、締結部のシール面における応力集中を回避しシール性の向上を図ることができるので、車両、船舶、または航空機のエンジンや発電機に使用されるエンジン等のターボチャージャーへ適用することができる。

１ タービンハウジング
２ スクロール
３ タービンロータ
３Ａ タービンシャフト
４ 軸受ハウジング
４ａ フランジ
７ ノズルマウント
８ 可変ノズル機構
９ ノズルプレート
１６ 環状突起
１６ａ 面取り
１８ シールリング
１８ａ，１８ｂ 環状突起部
２０ａ，２０ｂ 凹溝
Ｂ１ ハウジング締結ボルト
Ｂ２ マウント締結ボルト

Claims (5)

1. 排ガスが内部に導入されるタービンハウジングと、
   該タービンハウジング内に設けられて排ガスによって回転駆動されるタービンロータと、
   一端が前記タービンハウジング内に挿入され、該一端に前記タービンロータが取り付けられるタービンシャフトと、
   該タービンシャフトを支持する軸受と、
   前記タービンハウジングに連結されて内部に前記軸受が収納される軸受ハウジングと、
   該軸受ハウジングに固定され前記タービンロータへの排ガスの流れを調整する可変ノズル機構と、を備え、
   該可変ノズル機構を構成する可変ノズルを保持するノズルマウントの外周端側に該ノズルマウントを前記軸受ハウジングに固定するマウント締結ボルトが取り付けられ、該マウント締結ボルトのボルト頭部の少なくとも全面を直近位置で覆うように環状突起を前記タービンハウジングの内周壁に突設されるともに、排ガス流れ側の内周縁角部は面取りが形成されていることを特徴とするターボチャージャーの締結部構造。
2. 前記軸受ハウジングのフランジ外周を前記タービンハウジングの締結部外周と略同一径に形成し、前記フランジの円周方向に複数配設された挿通孔を挿通したハウジング締結ボルトの周囲をシールすべく締結部の接合面にシールリングが介設されることを特徴とする請求項１記載のターボチャージャーの締結部構造。
3. 前記タービンハウジングの前記軸受ハウジングとの接合面に、前記シールリングを挿嵌するため、前記タービンシャフトを中心とする径が異なる２つの同心円状の凹溝が形成され、２つの前記凹溝の間に前記ハウジング締結ボルトが位置されることを特徴とする請求項２記載のターボチャージャーの締結部構造。
4. 前記シールリングは、前記軸受ハウジングのフランジの背面に当接するフラットな前面を有し、裏面には、２つの前記凹溝に挿嵌可能な２つの環状突起部が形成されることを特徴とする請求項３記載のターボチャージャーの締結部構造。
5. 前記ハウジング締結ボルトが挿通する前記挿通孔は周方向に長穴に形成されることを特徴とする請求項２記載のターボチャージャーの締結部構造。
   

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