JP6624338B2 - 可変ノズルユニットのシール構造および可変容量型過給機 - Google Patents

Description

本開示は、可変ノズルユニットのシール構造および可変容量型過給機に関する。

可変容量型過給機において、タービンハウジング内のスクロール流路とタービンインペラとの間に配置される可変ノズルユニットが知られている。たとえば、特許文献１に記載された可変ノズルユニットは、２つのノズルリングと、これらのノズルリングの間に配置された可変ノズルとを備える。第１のノズルリングは、タービンインペラの軸線方向においてコンプレッサ側に配置されている。第２のノズルリングは、第１のノズルリングとは軸線方向に離間して対向するように配置されている。第２のノズルリングは、タービンインペラの羽根部（羽根部のチップ）に対向している。

国際公開第２００７／１４１９６８号

タービンインペラの羽根部に対向するノズルリングは、シュラウドリングとも呼ばれる。このシュラウドリングは、タービンハウジングの出口流路を形成する筒状の壁部に対向している。シュラウドリングと壁部とは、隙間をもって軸線方向に対向している。その隙間の外周側はスクロール流路に面する。その隙間の内周側は、タービンインペラの羽根部（チップ）よりも下流の領域に、または、タービンインペラの羽根部（チップ）に面する。よって、隙間は、スクロール流路と出口流路とを接続し得る。この隙間をガスが通った場合、そのガスは、可変ノズルおよびタービンインペラをバイパスする。ガスのバイパスは、タービン性能の低下を招き得る。

本開示は、タービンインペラの羽根部に対向するノズルリングとタービンハウジングとの間のシール性能を向上することができる可変ノズルユニットのシール構造および可変容量型過給機を説明する。

本開示の一態様は、タービンハウジング内においてスクロール流路とタービンインペラとの間に配置された可変ノズルユニットのシール構造であって、可変ノズルユニットは、タービンハウジング内において、タービンインペラの軸線方向においてタービンインペラの羽根部よりもコンプレッサ側に配置された第１ノズルリングと、タービンハウジング内において、軸線方向において第１ノズルリングに対向するように配置されると共にスクロール流路に面する第２ノズルリングと、第１ノズルリングと第２ノズルリングとの間に配置された複数の可変ノズルと、を含み、タービンハウジングに設けられ、タービンインペラの下流側において出口流路を形成する筒状の出口壁部と、第２ノズルリングに設けられて羽根部に対面する環状のシュラウド部であって、出口壁部の基端部とシュラウド部の先端部とが軸線方向に隙間をもって対向するシュラウド部と、隙間の径方向における内周側に配置されて出口壁部の基端部およびシュラウド部の先端部に当接し、隙間を塞ぐ環状のシール部材と、を備える。

本開示の一態様によれば、シュラウド部を含む第２ノズルリングとタービンハウジングとの間のシール性能を向上することができる。

図１は、本開示の一実施形態に係る可変容量型過給機を示す断面図である。 図２は、図１中のシール構造およびその周辺部を拡大して示す断面図である。 図３（ａ）および図３（ｂ）はシール構造の製造方法の一例を示す断面図である。 図４は、第１変形例に係るシール構造およびその周辺部を拡大して示す断面図である。 図５は、第２変形例に係るシール構造およびその周辺部を拡大して示す断面図である。 図６は、第３変形例に係るシール構造およびその周辺部を拡大して示す断面図である。 図７は、シール構造における接合面の形状を模式的に示す図である。

本開示の一態様は、タービンハウジング内においてスクロール流路とタービンインペラとの間に配置された可変ノズルユニットのシール構造であって、可変ノズルユニットは、タービンハウジング内において、タービンインペラの軸線方向においてタービンインペラの羽根部よりもコンプレッサ側に配置された第１ノズルリングと、タービンハウジング内において、軸線方向において第１ノズルリングに対向するように配置されると共にスクロール流路に面する第２ノズルリングと、第１ノズルリングと第２ノズルリングとの間に配置された複数の可変ノズルと、を含み、タービンハウジングに設けられ、タービンインペラの下流側において出口流路を形成する筒状の出口壁部と、第２ノズルリングに設けられて羽根部に対面する環状のシュラウド部であって、出口壁部の基端部とシュラウド部の先端部とが軸線方向に隙間をもって対向するシュラウド部と、隙間の径方向における内周側に配置されて出口壁部の基端部およびシュラウド部の先端部に当接し、隙間を塞ぐ環状のシール部材と、を備える。

上記の可変ノズルユニットによれば、可変ノズルによって、第１ノズルリングと第２ノズルリングとの間におけるガス（排気ガス等）の流路面積が変更され得る。第２ノズルリングのシュラウド部の先端部と、タービンハウジングの出口壁部の基端部とは、隙間をもって軸線方向に対向する。この隙間の外周側は、スクロール流路に面するため、スクロール流路からガスが隙間に侵入し得る。侵入したガスが隙間を通過した場合には、ガスは、可変ノズルおよびタービンインペラをバイパスする。しかし上記のシール構造によれば、隙間の内周側には環状のシール部材が配置されている。このシール部材は、出口壁部の基端部およびシュラウド部の先端部に当接して隙間を塞ぐので、内周側において、ガスが隙間を通過するのを阻止し得る。よって、第２ノズルリングとタービンハウジングとの間のシール性能を向上することができる。

いくつかの態様において、シール部材は、出口壁部の基端部およびシュラウド部の先端部に溶着されている。この構成によれば、出口壁部およびシュラウド部の両方に対して、シール部材によるシール効果が確実に発揮される。よって、シール性能が更に向上する。

いくつかの態様において、シュラウド部の先端部は、羽根部の後縁のシュラウド端よりも軸線方向における下流側に突出しており、シール部材は、シュラウド端よりも下流側に位置している。この構成によれば、シール部は、羽根部のチップが対面する領域には設けられていない。羽根部の後縁のシュラウド端より下流側にシール部材が位置するので、羽根部のチップが対面する領域で発生する漏れ流れは、シール部材が適用される箇所の形状の影響を受けにくくなっている。これにより、性能低下が防止されており、空力性能への悪影響が低減される。

いくつかの態様において、出口壁部の基端部の内周面およびシュラウド部の先端部の内周面の少なくとも一方には窪みが設けられており、シール部材の少なくとも一部は窪みに配置されている。この構成によれば、シール部材が窪みに収まることにより、タービンインペラを出た流れは乱されることがない。これにより、性能低下が防止されており、空力性能への悪影響が低減される。

いくつかの態様において、窪みには径方向内側へ向けて突出する凸部が設けられている。この構成によれば、凸部にシール部材が当接し、窪みの底部にもシール部材が当接することで、シール部材によるシール効果が確実に発揮される。よって、シール性能が更に向上する。

本開示の別の態様は、上記した可変ノズルユニットのシール構造のいずれかを備え、そのシール構造をもって可変ノズルユニットがタービンハウジング内に取り付けられている、可変容量型過給機である。この可変容量型過給機によれば、シール性能の向上により、ガスのバイパスが抑制される。その結果として、タービン性能の低下が抑制される。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１を参照して、本開示の一実施形態に係る可変容量型過給機について説明する。図１に示されるように、可変容量型過給機１は、タービン１０とコンプレッサ２０（遠心圧縮機）とを備えている。タービン１０は、タービンハウジング１１と、タービンハウジング１１に収容されたタービンインペラ１２と、を備えている。コンプレッサ２０は、コンプレッサハウジング２１と、コンプレッサハウジング２１に収容されたコンプレッサインペラ２２と、を備えている。タービンインペラ１２は軸線Ｘ方向に沿って延びる回転軸３２の第１端に設けられており、コンプレッサインペラ２２は回転軸３２の第２端に設けられている。

タービンハウジング１１とコンプレッサハウジング２１との間には、ベアリングハウジング３１が設けられている。回転軸３２は、ベアリングハウジング３１に回転自在に支持されている。ベアリングハウジング３１には、回転軸３２を回転自在に支持するラジアルベアリング３３および一対のスラストベアリング３４が設けられている。回転軸３２、タービンインペラ１２およびコンプレッサインペラ２２は、一体の回転体として回転する。

タービンハウジング１１には、排気ガスの入口流路（図示せず）および排気ガスの出口流路１６が設けられている。内燃機関（図示せず）から排出された排気ガスが、入口流路を通じてタービンハウジング１１内に設けられた渦巻状のスクロール流路１３に流入し、タービンインペラ１２を回転させ、その後、出口流路１６を通じてタービンハウジング１１外に流出する。なお、本明細書において、タービンハウジング１１内における排気ガス流れに関し、入口流路に近いスクロール流路１３側は「上流」と説明され、出口流路１６に近いタービンインペラ１２側は「下流」と説明される。すなわち、「上流」および「下流」との表現は、排気ガスの流れを基準とする。

コンプレッサハウジング２１には、吸入流路２５および吐出流路（図示せず）が設けられている。上記のようにタービンインペラ１２が回転すると、回転軸３２を介してコンプレッサインペラ２２が回転する。コンプレッサインペラ２２の回転によって、外部の空気が吸入流路２５を介して吸入され、スクロール流路を通り、吐出流路から吐出される。吐出流路から吐出された圧縮空気は、上記の内燃機関に供給される。

タービンハウジング１１内には、タービンインペラ１２へ供給される排気ガスの流路面積（流量）を制御する可変ノズルユニット４０が設けられている。可変ノズルユニット４０は、軸線Ｘを中心とした周方向に間隔をおいて配置された複数の可変ノズル４１と、これらの可変ノズル４１の軸線Ｘ方向の両側に配置された第１ノズルリング４２および第２ノズルリング４３と、を有する。すなわち、複数の可変ノズル４１は、第１ノズルリング４２と第２ノズルリング４３との間に配置される。可変ノズルユニット４０は、さらに、複数の可変ノズル４１に固定されて径方向外側に延びる複数のリンク部材４５と、リンク部材４５の径方向外側の端部に係合する駆動リング４６と、を有する。図１から理解されるように、複数の可変ノズル４１は、タービンインペラ１２の径方向外側であって、第１ノズルリング４２および第２ノズルリング４３の間の排気ガス流路に配置される。この排気ガス流路は、スクロール流路１３からタービンインペラ１２へ向かう流路である。可変ノズルユニット４０は、第１ノズルリング４２、第２ノズルリング４３、および複数の可変ノズル４１が上記のように配置されるように、タービンハウジング１１内に取り付けられている。可変ノズルユニット４０は、タービンハウジング１１内において、スクロール流路１３とタービンインペラ１２との間に配置される。

可変ノズルユニット４０では、モータまたはシリンダ（図示せず）等の駆動が動力伝達機構４９を介して伝達されることによって、駆動リング４６が周方向に回転することで、駆動リング４６にそれぞれ係合している複数のリンク部材４５が周方向に回転する。これにより、複数のリンク部材４５に対してそれぞれ固定された複数の可変ノズル４１が回転（揺動）する。可変ノズルユニット４０は、複数の可変ノズル４１の回転量を制御することで、上流のスクロール流路１３側から下流のタービンインペラ１２側への排気ガス流量を制御可能である。

図１および図２を参照して、可変ノズルユニット４０および可変ノズルユニット４０のシール構造Ｓについて説明する。可変容量型過給機１は、可変ノズルユニット４０とタービンハウジング１１との間のシール性能を向上させる可変ノズルユニット４０を備えている。言い換えれば、可変ノズルユニット４０は、タービンハウジング１１内に取り付けられている。

図２に示されるように、タービンインペラ１２は、回転軸３２の周囲に延在するハブ部１２ａと、ハブ部１２ａから径方向および軸方向の第１端側に突出する複数の羽根部１５とを含む。羽根部１５は、タービンインペラ１２に求められる性能に応じて、３次元的な形状を有している。羽根部１５は、排気ガス流路に面する前縁１５ａと、出口流路１６に面する後縁１５ｂとを含む。羽根部１５は、前縁１５ａと後縁１５ｂとの間に設けられ、第２ノズルリング４３に近い（ハブ部１２ａから遠い）縁部である曲線状のチップ１５ｄを含む。後縁１５ｂとチップ１５ｄとの交点は、後縁１５ｂのシュラウド端１５ｃである。

第１ノズルリング４２は、例えば、タービンインペラ１２の径方向外側であって、タービンインペラ１２の前縁１５ａよりもベアリングハウジング３１側に設けられる。第１ノズルリング４２は、例えば、軸線Ｘ方向においてタービンインペラ１２の前縁１５ａと僅かに重複した位置からコンプレッサ２０側に配置されてもよい。第２ノズルリング４３は、Ｘ軸方向において第１ノズルリング４２に対向するように配置される。第１ノズルリング４２および第２ノズルリング４３は、軸線Ｘを中心とした周方向に間隔をおいて配置された複数の連結ピン５１（図１参照）により、所定の距離離間した状態で連結される。第１ノズルリング４２は、可変ノズル４１を支持するための貫通孔を含んでもよい。第２ノズルリング４３は、可変ノズル４１を支持するための貫通孔を含んでもよい。すなわち、可変ノズル４１は、片持ちで支持されてもよいし、両持ちで支持されてもよい。なお、図２以降の各図において、可変ノズル４１の支持機構に係る構成および連結ピン５１は、省略されている。

図１に示されるように、第１ノズルリング４２は、第１ノズルリング４２のベアリングハウジング３１側（背面側）において、第１ノズルリング４２よりも外径が大きいサポートリング５０に取り付けられている。サポートリング５０の外周縁は、タービンハウジング１１とベアリングハウジング３１とによって挟み込まれている。これにより、サポートリング５０およびサポートリング５０に取り付けられた第１ノズルリング４２が、タービンハウジング１１およびベアリングハウジング３１に取り付けられている。

本実施形態のシール構造Ｓについて説明する。タービンハウジング１１は、タービンインペラ１２の下流側において出口流路１６を形成する筒状の出口壁部１８を含む。出口壁部１８の外周側にスクロール流路１３が形成され、出口壁部１８の内周側に出口流路１６が形成されている。出口壁部１８の内径は、下流側に向かうにつれて徐々に拡大されてもよい。出口壁部１８の形状すなわち出口流路１６の形状は、適宜変更可能である。なお、本明細書において、「内周」および「外周」との表現は、軸線Ｘを中心とする径方向を基準とする。

一方、可変ノズルユニット４０の第２ノズルリング４３は、スクロール流路１３に面している。より詳しくは、第２ノズルリング４３は、径方向に延びる部分と、軸線Ｘ方向に延びる部分とを含む。軸線Ｘを含む平面で切断した第２ノズルリング４３の断面は、Ｌ字状である。第２ノズルリング４３の径方向に延びる部分が、スクロール流路１３に面している。第２ノズルリング４３は、各タービンインペラ１２の羽根部１５に対面する円環状のシュラウド部６０を含む。シュラウド部６０とタービンインペラ１２のチップ１５ｄとの間には、所定のクリアランスが形成される。シュラウド部６０は、上記した軸線Ｘに延びる部分の少なくとも一部を含む。

出口壁部１８は、筒状の基端部１９を含む。基端部１９は、出口壁部１８におけるコンプレッサ２０側（軸線Ｘ方向の第２端側）の端部である。一方、シュラウド部６０は、筒状の先端部６１を含む。先端部６１は、シュラウド部６０（第２ノズルリング４３）における軸線Ｘ方向の第１端側の端部である。これらの基端部１９と先端部６１とは、たとえば、ほぼ同じ径を有する。基端部１９の内径と先端部６１の内径とが略同じであってもよい。基端部１９の外径と先端部６１の外径とが略同じであってもよい。基端部１９と先端部６１とは、軸線Ｘ方向に隙間ｇ（図２参照）をもって対向している。隙間ｇの内周側は、出口流路１６に面している。なお、先端部６１から基端部１９にかけて、徐々に内径が拡大されてもよい。

ここで、スクロール流路１３の流路断面は、例えば上流から下流に向かって徐々に面積が小さくなるように形成される。図１に示されるように、スクロール流路１３の断面積が大きい領域では、出口壁部１８と、シュラウド部６０を含む第２ノズルリング４３とによって、スクロール流路１３の一部が形成されている。上記した隙間ｇの外周側は、スクロール流路１３に面している（連通している）。スクロール流路１３の断面積が小さい領域では、第２ノズルリング４３の一部のみがスクロール流路１３に面している。第２ノズルリング４３のその他の部分は、タービンハウジング１１に面している。例えば、第２ノズルリング４３のうち、シュラウド部６０の外周面と径方向に延びる部分の一部とが、タービンハウジング１１と対面し、第２ノズルリング４３とタービンハウジング１１との間に、Ｌ字状の隙間を形成している。このＬ字状の隙間は、周方向の一部のみ、すなわちスクロール流路１３の断面積が小さい領域にのみ形成されてよい。スクロール流路１３の断面積が小さい領域での隙間ｇは、そのＬ字状の隙間に連通しており、そのＬ字状の隙間の外周側が、スクロール流路１３に面している（連通している）。

図２に示されるように、シュラウド部６０の先端部６１は、タービンインペラ１２の後縁１５ｂのシュラウド端１５ｃよりも、軸線Ｘにおける下流側に突出している。言い換えれば、第２ノズルリング４３のシュラウド部６０は、チップ１５ｄの全領域に対面している。

出口壁部１８の基端部１９の内周面１９ａと、シュラウド部６０の先端部６１の内周面６１ａとは、例えば同一の周面上に位置する。すなわち、内周面１９ａの仮想の延長面と内周面６１ａの仮想の延長面とは、略一致する。内周面１９ａには、円環状の窪み１９ｂが設けられている。内周面６１ａには、円環状の窪み６１ｂが設けられている。出口壁部１８に設けられた窪み１９ｂと、シュラウド部６０に設けられた窪み６１ｂとは、略同じ深さを有する。

上記の窪み１９ｂおよび窪み６１ｂの内部に、円環状のシール部材７０が配置されている。シール部材７０は、筒状の部材であり、軸線Ｘ方向に所定の長さを有する。シール部材７０は、出口壁部１８の基端部１９の内周面１９ａおよびシュラウド部６０の先端部６１の内周面６１ａに当接している。より詳しくは、シール部材７０は、窪み１９ｂの底部および窪み６１ｂの底部に当接している。このように、出口壁部１８およびシュラウド部６０に架け渡されるように、シール部材７０が配置されている。本実施形態において、窪み１９ｂの底部は内周面１９ａの一部であり、窪み６１ｂの底部は内周面６１ａの一部である。

シール部材７０は、隙間ｇの内周側に配置されており、隙間ｇを塞いでいる。シール部材７０は、たとえば切れ目のない、３６０度の範囲で連続するリング部材である。したがって、シール部材７０は、隙間ｇの内周側の全域（全周）を塞いでいる。シール部材７０は、隙間ｇの密封を可能にしている。これにより、隙間ｇを通る排気ガス、すなわち排気ガスの漏れ量またはバイパス量は、略ゼロになっている。本実施形態のシール構造Ｓは、タービンハウジング１１の出口壁部１８と、第２ノズルリング４３のシュラウド部６０と、シール部材７０とを備えて構成されている。

シール部材７０の配置、構造、取付方法についてより詳細に説明する。シュラウド部６０の先端部６１が後縁１５ｂのシュラウド端１５ｃよりも下流側に突出しているので、隙間ｇと、窪み１９ｂおよび窪み６１ｂとは、シュラウド端１５ｃよりも下流側に位置している。したがって、シール部材７０は、シュラウド端１５ｃよりも下流側に位置している。

シール部材７０は、出口壁部１８の基端部１９およびシュラウド部６０の先端部６１に溶着されている。より詳しくは、シール部材７０の外周面は、基端部１９の内周面１９ａおよび先端部６１の内周面６１ａに溶着され、内周面１９ａと内周面６１ａとに跨って一体化されている。これにより、出口壁部１８およびシュラウド部６０に対するシール部材７０によるシールが確実になっている。シール部材７０は、可変ノズルユニット４０とタービンハウジング１１との間のシール性能を向上させている。一方、シール部材７０の内周面は、出口流路１６に面している。

シール部材７０は、たとえば、耐熱ステンレスからなる。シール部材７０は、耐熱超合金からなってもよい。一方、可変ノズルユニット４０の第２ノズルリング４３は、耐熱ステンレスからなってもよい。タービンハウジング１１は、耐熱性および／または耐酸化性の鋳鋼からなってもよい。タービンハウジング１１の線膨張係数と、シール部材７０および第２ノズルリング４３の線膨張係数とが、近似していてもよい。なお、タービンハウジング１１は、鋳鉄からなってもよい。

シール部材７０が溶着される場合、シール部材７０は、たとえば電磁溶接法（電磁成形法）によって取り付けられ得る。その場合、シール部材７０は、延性を有する材料からなってもよい。電磁溶接法によってシール部材７０を溶着させる際、図３（ａ）に示されるように、内周面１９ａの窪み１９ｂの内径、あるいは内周面６１ａの窪み６１ｂの内径よりも小さな外径を有する円筒部材（シール部材７０）を用意する。この円筒部材を、軸線Ｘを中心とする所定の位置に配置し、電磁誘導コイルを含む電磁工具を円筒部材の近傍に配置する。そして、電磁エネルギを円筒部材に与えることにより、円筒部材の外径を拡大させる。

ここで、窪み１９ｂには、径方向内側へ向けて突出する円環状の凸部１９ｃが形成されている。窪み６１ｂには、径方向内側へ向けて突出する円環状の凸部６１ｃが形成されている。凸部１９ｃおよび凸部６１ｃは、隙間ｇの近傍に形成される。図３（ｂ）に示されるように円筒部材が拡大すると共に、窪み１９ｂおよび窪み６１ｂに高速衝突する。その結果、材料が有する粘塑性（viscoplasticity）に起因してシール部材７０が変形し、窪み１９ｂおよび窪み６１ｂの表面に溶着する。また、図７に示されるように、シール部材７０と基端部１９の窪み１９ｂとの溶着部における接合面１００は、粘塑性の挙動に起因して、例えば波打ち形状となる。シール部材７０と先端部６１の窪み６１ｂとの溶着部における接合面も、粘塑性の挙動に起因して、例えば図７に示されるのと同様の波打ち形状となる。

凸部１９ｃおよび凸部６１ｃは、シール部材７０の軸線Ｘ方向の中央部７０ａをこれら凸部１９ｃ，６１ｃに最初に当接させ、シール部材７０の第１端７０ｂと窪み１９ｂの間、および、シール部材７０の第２端７０ｃと窪み６１ｂとの間に隙間を形成するために設けられている。シール部材７０が溶着すなわち接合された状態で、凸部１９ｃおよび凸部６１ｃに対して、シール部材７０の中央部７０ａは当接しているが溶着されていない。シール部材７０の第１端７０ｂおよび第２端７０ｃのみが、窪み１９ｂおよび窪み６１ｂの底部に溶着されている。このような拡大溶接を伴う電磁溶接法によれば、溶着部に微細な隙間は形成されにくく、隙間ｇの密封性の向上が可能である。

上記したシール部材７０の接合は、可変容量型過給機１の組立工程に、適宜組み込まれることができる。たとえば、ベアリングハウジング３１に可変ノズルユニット４０を装着した後、タービンハウジング１１を装着し、その後にシール部材７０を接合してもよい。あるいは、タービンハウジング１１に可変ノズルユニット４０を装着し、その後にシール部材７０を接合し、ベアリングハウジング３１に対し、一体化されたこれらの部品を装着してもよい。

本実施形態の可変ノズルユニット４０によれば、可変ノズル４１によって、第１ノズルリング４２と第２ノズルリング４３との間におけるガス（排気ガス等）の流路面積が変更され得る。第２ノズルリング４３のシュラウド部６０の先端部６１と、タービンハウジング１１の出口壁部１８の基端部１９とは、隙間ｇをもって軸線Ｘ方向に対向する。この隙間ｇの外周側は、スクロール流路１３に面するため、スクロール流路１３からガスが隙間に侵入し得る。侵入したガスが隙間を通過した場合には、ガスは、可変ノズル４１およびタービンインペラ１２をバイパスする。しかし上記のシール構造Ｓによれば、隙間ｇの内周側には環状のシール部材７０が配置されている。シール部材７０は、出口壁部１８の基端部１９およびシュラウド部６０の先端部６１に当接して隙間ｇを塞ぐので、内周側において、ガスが隙間ｇを通過するのを阻止し得る。よって、第２ノズルリング４３とタービンハウジング１１との間のシール性能が向上している。このように、シール構造Ｓは、可変ノズル４１およびタービンインペラ１２の両方をガスがバイパスすることを防止するので、ガスが何も仕事をせずに通過してしまうことが防止される。その結果として、可変容量型過給機１におけるタービン性能の低下が抑制される。

従来のシール構造では、たとえばシールリングやピストンリングが用いられていたが、シール構造Ｓでは、これらの従来のシール構造に対してシール性能が向上している。また、従来、出口壁部１８がシュラウド部を含む構造が知られている。その場合、出口壁部１８と（シュラウド部６０を含まない）第２ノズルリング４３との間にシール部材が設けられ得る。このような構造では、シール部材を設けるため、出口壁部１８および第２ノズルリング４３の寸法精度が重要となり、製造上のデメリットを生じ得る。またシール部材を高温のガスから保護するために、出口壁部１８の基端部１９に厚みを持たせてカバー部形状とし、シール部材を覆う必要性が生じ得る。

このようなデメリットを有する従来の構造に対して、シール構造Ｓでは、高い加工精度が求められることはない。その結果として、加工管理コストが低減されている。また、内周側に配置されたシール部材７０は高温のガスに晒されていないため、カバー部形状も不要である。シール部材７０に接するガスは、仕事をした後のガスであるので、比較的低温であり、シール部材７０を特に保護する必要がない。よって、出口壁部１８の形状およびシュラウド部６０の形状は単純であり、スクロール流路１３の形状を単純化したまま、スクロール流路１３の断面中心（図心）をより軸線Ｘ寄りにずらすことができる。その結果として、シール構造Ｓは、可変容量型過給機１のコンパクト化にも寄与する。

シール部材７０が溶着されていると、出口壁部１８およびシュラウド部６０の両方に対して、シール部材７０によるシール効果が確実に発揮される。よって、シール性能が更に向上する。

羽根部１５の後縁１５ｂのシュラウド端１５ｃより下流側にシール部材７０が位置するので、羽根部１５のチップ１５ｄが対面する領域で発生する漏れ流れは、シール部材７０が適用される箇所の形状の影響を受けにくくなっている。これにより、性能低下が防止されており、空力性能への悪影響が低減されている。

シール部材７０が窪み１９ｂ、６１ｂに収まることにより、タービンインペラ１２を出た流れは乱されることがない。これにより、性能低下が防止されており、空力性能への悪影響が低減されている。特に、シール部材７０の内周面が、内周面６１ａおよび内周面１９ａの窪み１９ｂ、６１ｂ以外の部分と滑らかに連続していると、段差が少なくなり、空力的に有利である。そのため、シール部材７０の内周面が、内周面６１ａおよび内周面１９ａの窪み１９ｂ、６１ｂ以外の部分よりも突出しておらず、窪み１９ｂ、６１ｂの深さの範囲内に収まっていてもよい。

凸部１９ｃ、６１ｃにシール部材７０が当接し、窪み１９ｂ、６１ｂの底部にもシール部材７０が当接することで、シール部材７０によるシール効果が確実に発揮される。よって、シール性能が更に向上する。電磁溶接法によるシール部材７０の溶着がなされている場合には、シール性能は格段に向上し得る。

本開示の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られない。本開示は、種々の変形態様を含み得る。たとえば、図４に示されるように、変形態様は、出口壁部１８Ａの基端部１９Ａに窪みが設けられないシール構造Ｓ１であってもよい。この場合、シール部材７０の上流側と下流側において、出口流路１６の径に段差が生じる。この段差が空力性能に及ぼす影響は比較的小さい。

図５に示されるように、変形態様は、シュラウド部６０Ｂの先端部６１Ｂが羽根部１５のチップ１５ｄに対面すると共に、出口壁部１８Ｂの基端部１９Ｂがチップ１５ｄに対面したシール構造Ｓ２であってもよい。この場合、隙間ｇ、窪み１９ｂ，６１ｂ、およびシール部材７０は、羽根部１５の後縁１５ｂのシュラウド端１５ｃよりも上流側に位置する。シュラウド部６０Ｂは、チップ１５ｄの第１部分に対面しており、出口壁部１８Ｂは、チップ１５ｄの第２部分に対面している。シール部材７０もチップ１５ｄに対面するが、シール部材７０は、窪み１９ｂ、６１ｂの深さの範囲内に収まっており、所定のクリアランスが確保されている。

図６に示されるように、変形態様は、後縁１５ｂのシュラウド端１５ｃ付近に隙間ｇを有するシール構造Ｓ３であってもよい。シュラウド部６０Ｃの先端部６１Ｃが羽根部１５のチップ１５ｄに対面すると共に、出口壁部１８Ｃの基端部１９Ｃの僅かな部分がチップ１５ｄに対面する。この場合、隙間ｇおよび窪み６１ｂは、羽根部１５の後縁１５ｂのシュラウド端１５ｃよりも上流側に位置する。窪み１９ｂおよびシール部材７０は、後縁１５ｂのシュラウド端１５ｃに対面する。

変形態様は、出口壁部１８の基端部１９およびシュラウド部６０の先端部６１に、窪みがまったく設けられないシール構造であってもよい。その場合、シール部材７０は内周面１９ａおよび内周面６１ａから径方向内側に突出する。その場合、シール部材７０は、後縁１５ｂのシュラウド端１５ｃよりも下流側に設けられ得る。出口壁部１８の内径は、下流側に向かうにつれて拡大され得る。

本明細書において、「環状（annular-shaped）」は、切れ目のない、３６０度の範囲で連続する円環（circular ring）と、切れ目のあるリング形状（すなわち第１端と第２端とを有する形状）とを含む意味である。つまり、環状のシール部材は、切れ目のないシール部材７０に限られない。環状のシール部材として、切れ目を有するシール部材７０が用いられ、隙間ｇの内周側の３６０度未満の領域をシール部材７０が塞いでもよい。またシール部材７０が３６０度以上の領域に設けられ、周方向の一部において、シール部材７０の両端部が重複してもよい。「環状」は、「輪状（ring-shaped）」と同じ意味である。

電磁溶接法以外の方法でシール部材７０が接合されてもよい。シール部材７０は、たとえば、アーク溶接、ガス溶接、またはロー付け等によって接合されてもよい。その場合、凸部１９ｃや凸部６１ｃは省略され得る。シール部材７０は、接合された状態で円筒形状をなしてもよい。

本開示のいくつかの態様によれば、シュラウド部を含む第２ノズルリングとタービンハウジングとの間のシール性能を向上することができる。

１ 可変容量型過給機
１０ タービン
１１ タービンハウジング
１２ タービンインペラ
１２ａ ハブ部
１３ スクロール流路
１５ 羽根部
１５ａ 前縁
１５ｂ 後縁
１５ｃ シュラウド端
１５ｄ チップ
１６ 出口流路
１８、１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ 出口壁部
１９、１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ 基端部
１９ａ 内周面
１９ｂ 窪み
１９ｃ 凸部
２０ コンプレッサ
４０ 可変ノズルユニット
４１ 可変ノズル
４２ 第１ノズルリング
４３ 第２ノズルリング
６０、６０Ｂ、６０Ｃ シュラウド部
６１、６１Ｂ、６１Ｃ 先端部
６１ａ 内周面
６１ｂ 窪み
６１ｃ 凸部
７０ シール部材
ｇ 隙間
Ｓ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ シール構造

Claims (6)

1. タービンハウジング内においてスクロール流路とタービンインペラとの間に配置された可変ノズルユニットのシール構造であって、
   前記可変ノズルユニットは、
   前記タービンハウジング内において、前記タービンインペラの軸線方向において前記タービンインペラの羽根部よりもコンプレッサ側に配置された第１ノズルリングと、
   前記タービンハウジング内において、前記軸線方向において前記第１ノズルリングに対向するように配置されると共に前記スクロール流路に面する第２ノズルリングと、
   前記第１ノズルリングと前記第２ノズルリングとの間に配置された複数の可変ノズルと、を含み、
   前記タービンハウジングに設けられ、前記タービンインペラの下流側において出口流路を形成する筒状の出口壁部と、
   前記第２ノズルリングに設けられて前記羽根部に対面する環状のシュラウド部であって、前記出口壁部の基端部と前記シュラウド部の先端部とが前記軸線方向に隙間をもって対向するシュラウド部と、
   前記隙間の径方向における内周側に配置されて前記出口壁部の前記基端部および前記シュラウド部の前記先端部に当接し、前記隙間を塞ぐ環状のシール部材と、
   を備える、可変ノズルユニットのシール構造。
2. 前記シール部材は、前記出口壁部の前記基端部および前記シュラウド部の前記先端部に溶着されている、請求項１に記載の可変ノズルユニットのシール構造。
3. 前記シュラウド部の前記先端部は、前記羽根部の後縁のシュラウド端よりも前記軸線方向における下流側に突出しており、
   前記シール部材は、前記シュラウド端よりも下流側に位置している、請求項１または２に記載の可変ノズルユニットのシール構造。
4. 前記出口壁部の前記基端部の内周面および前記シュラウド部の前記先端部の内周面の少なくとも一方には窪みが設けられており、
   前記シール部材の少なくとも一部は前記窪みに配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の可変ノズルユニットのシール構造。
5. 前記窪みには径方向内側へ向けて突出する凸部が設けられている、請求項４に記載の可変ノズルユニットのシール構造。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の可変ノズルユニットのシール構造を備え、
   前記シール構造をもって前記可変ノズルユニットが前記タービンハウジング内に取り付けられている、可変容量型過給機。

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