JP6852645B2 - ターボチャージャの製造方法 - Google Patents

Description

この発明はターボチャージャの製造方法に関するものである。

特許文献１には、アクチュエータによって駆動されるシャフトと、座面に当接してウェイストゲートポートを閉塞する弁体とによって構成されたウェイストゲートバルブを備えたターボチャージャが開示されている。このターボチャージャでは、製造公差によって生じる弁体と座面との隙間を解消するために、弁体の当接面を座面に当接させた状態で、弁体とシャフトとを溶接している。

特開２０１４−５７８９号公報

ところで、シャフトを支持しているブシュとシャフトとの間には、シャフトの回動を許容するために隙間が存在している。そのため、上記のように弁体の当接面を座面に当接させた状態でシャフトと弁体とを接合し、製造公差による隙間を解消したとしても、アクチュエータを駆動してウェイストゲートバルブを駆動させたときには、ブシュ内でシャフトが傾き、弁体の位置がずれてしまうおそれがある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するためのターボチャージャの製造方法が適用されるターボチャージャは、タービンハウジングに設けられたブシュに回動自在に支持されるシャフトを含むシャフト側の部材と、前記タービンハウジングの座面に着座してウェイストゲートポートを閉塞する弁体を含む弁体側の部材と、を有するウェイストゲートバルブを備えている。そして、このターボチャージャは、前記タービンハウジングの外側に設けられたアクチュエータによって前記シャフト側の部材を駆動することによって前記ウェイストゲートバルブを開閉する。このターボチャージャの製造方法は、前記シャフト側の部材を前記ブシュに挿通させて前記アクチュエータと連結する連結工程と、前記シャフト側の部材と前記弁体側の部材とを組み合わせる組合せ工程と、前記シャフト側の部材と前記弁体側の部材とを接合する接合工程とを含んでいる。そして、この製造方法では、前記連結工程及び前記組合せ工程を経て前記タービンハウジングに配置された前記ウェイストゲートバルブを、前記アクチュエータによって閉弁側に駆動し、前記弁体の当接面を座面に押し当てている状態で前記接合工程を実施する。

上記の製造方法によれば、アクチュエータの駆動に伴いシャフトがブシュ内で傾き、且つ弁体の当接面が座面に押し付けられている状態でシャフト側の部材と弁体側の部材とが接合される。そのため、アクチュエータを駆動してウェイストゲートバルブを閉弁するときと同様の姿勢でシャフト側の部材と弁体側の部材とが接合されることになる。したがって、ブシュとシャフトとの隙間を含めた部品間の隙間や製造公差があったとしても、それによって生じる隙間を解消した状態でウェイストゲートバルブを組み付けることができる。

ターボチャージャの斜視図。 タービンハウジングの部分断面図。 ウェイストゲートバルブの上面図。 図３における４−４線矢視断面図。 ウェイストゲートバルブを組み付ける手順の流れを示すフローチャート。 ウェイストゲートポート近傍の拡大断面図。 図６における７−７線矢視断面図。

以下、ターボチャージャ及び同ターボチャージャの製造方法の一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
図１に示されているように、ターボチャージャ１００は、コンプレッサハウジング１１０と、ベアリングハウジング１２０と、タービンハウジング１３０とを組み合わせて構成されている。なお、コンプレッサハウジング１１０はコンプレッサホイールを収容するハウジングであり、タービンハウジング１３０はタービンホイールを収容するハウジングである。そして、ベアリングハウジング１２０はコンプレッサホイールとタービンホイールとを連結している連結シャフトを支持するハウジングである。

ベアリングハウジング１２０は、ボルトによってコンプレッサハウジング１１０と締結されている。そして、タービンハウジング１３０は、クランプ１４０によってベアリングハウジング１２０に組み付けられている。

図２に示されているように、タービンハウジング１３０内にはタービンホイール１３５が収容されており、タービンハウジング１３０にはタービンホイール１３５を取り囲むように延びるスクロール通路１３１が形成されている。スクロール通路１３１を通ってタービンホイール１３５に吹き付けられた排気は、排出通路１３２を通じてタービンハウジング１３０から排気通路へと排出される。

ターボチャージャ１００においては、スクロール通路１３１を通過した排気がタービンホイール１３５に吹き付けられることにより、タービンホイール１３５が回転する。タービンホイール１３５が回転するとタービンホイール１３５と連結シャフトを介して連結されているコンプレッサホイールが回転して吸入空気の過給が行われる。

図２に示されているように、タービンハウジング１３０には、ウェイストゲートポート１３３が設けられている。ウェイストゲートポート１３３は、タービンホイール１３５を迂回してスクロール通路１３１と排出通路１３２とを繋ぐ通路であり、タービンホイール１３５を迂回させて排気を流す通路である。なお、ウェイストゲートポート１３３は断面が円形をなしている。

また、ターボチャージャ１００には、ウェイストゲートバルブ１０が設けられている。ウェイストゲートバルブ１０は、ウェイストゲートポート１３３を塞ぐ円盤状の弁板１２を有しており、タービンハウジング１３０に設けられたブシュに回動可能に支持されているシャフト１５を中心に回動して、ウェイストゲートポート１３３を開閉するものである。

図２に示されているように、弁板１２がタービンハウジング１３０における座面１３０ａに当接しているときには、弁板１２の当接面１２ａによってウェイストゲートポート１３３が閉塞された状態になる。一方、弁板１２の当接面１２ａがウェイストゲートポート１３３から離間していてウェイストゲートポート１３３が開放されているとき、すなわちウェイストゲートバルブ１０が開弁しているときには、スクロール通路１３１を通過した排気がウェイストゲートポート１３３を通じて排出通路１３２に流れ込むようになる。こうしてスクロール通路１３１を通過した排気がウェイストゲートポート１３３を通じて排出通路１３２に流れ込むようになると、タービンホイール１３５に吹き付けられる排気の量が少なくなる。そのため、ウェイストゲートバルブ１０が開弁している場合には、タービンホイール１３５及びコンプレッサホイールの回転が抑制され、過給が抑制されるようになる。

ターボチャージャ１００では、ウェイストゲートバルブ１０のシャフト１５が、タービンハウジング１３０を貫通してタービンハウジング１３０の外側にまで延びている。図１及び図２に示されているように、タービンハウジング１３０の外側に突出しているシャフト１５の先端部には、板状のウェイストゲート側リンクアーム２５が固定されている。ウェイストゲート側リンクアーム２５におけるシャフト１５が固定されている部分から離間した位置には、シャフト１５の中心軸と中心軸が平行になるように円柱状の連結ピン２６が固定されている。

また、図１に示されているように、コンプレッサハウジング１１０には、ウェイストゲートバルブ１０を駆動するためのアクチュエータ２０が固定されている。アクチュエータ２０は、モータを内蔵しており、モータによって回転軸２２を駆動する。回転軸２２には板状のアクチュエータ側リンクアーム２３が固定されている。アクチュエータ側リンクアーム２３における回転軸２２が固定されている部分から離間した位置には回転軸２２の中心軸と中心軸が平行になるように連結ピン２６が固定されている。

ターボチャージャ１００では、アクチュエータ側リンクアーム２３とウェイストゲート側リンクアーム２５とを駆動ロッド２８を介して連結している。駆動ロッド２８の両端部には、挿通孔が設けられている。挿通孔の直径は、連結ピン２６の直径よりも僅かに大きくなっている。駆動ロッド２８の一端は、連結ピン２６を挿通孔に挿通させるようにウェイストゲート側リンクアーム２５に組み付けられ、連結ピン２６の先端部に設けられた溝に嵌め込まれるＥリング２４によって抜け止めされている。

駆動ロッド２８の他端は、連結ピン２６を挿通孔に挿通させるようにアクチュエータ側リンクアーム２３に組み付けられ、連結ピン２６の先端部に設けられた溝に嵌め込まれるＥリング２４によって抜け止めされている。

これにより、アクチュエータ２０によって回転軸２２が駆動され、回転軸２２を中心にアクチュエータ側リンクアーム２３が回動すると、アクチュエータ２０の駆動力が駆動ロッド２８を介してウェイストゲート側リンクアーム２５に伝達される。そして、ウェイストゲート側リンクアーム２５がシャフト１５を中心に回動し、ウェイストゲートバルブ１０がウェイストゲートポート１３３に近接するように、又はウェイストゲートポート１３３から離間するように駆動される。ターボチャージャ１００においては、こうしてアクチュエータ２０を駆動することによってウェイストゲートポート１３３を開閉することができるようになっている。

次に図３及び図４を参照してウェイストゲートバルブ１０の構成を詳しく説明する。
図３に示されているように、ウェイストゲートバルブ１０は、シャフト１５を備えたスイングアーム１４に、弁体１１を組み付けたものである。弁体１１は、スイングアーム１４におけるレバー１６に組み付けられている。

シャフト１５と接続しているレバー１６は、湾曲しており、シャフト１５と接続している部分と反対側の部分は板状になっている。弁体１１はこの板状の部分に固定されており、弁体１１が固定されている部分の位置はシャフト１５の中心軸から同中心軸と直交する方向にずれている。

また、シャフト１５は、レバー１６と接続している大径部１５ａと、大径部１５ａよりも直径の小さい小径部１５ｂとからなっている。大径部１５ａと小径部１５ｂは中心軸が一致するように接続している。このターボチャージャ１００では、シャフト１５の大径部１５ａがタービンハウジング１３０に嵌め込まれているブシュに回動自在に支持されている。そして、タービンハウジング１３０の外側に飛び出した小径部１５ｂにウェイストゲート側リンクアーム２５が固定されている。これにより、ウェイストゲートバルブ１０がシャフト１５を中心に回動し、弁体１１がウェイストゲートポート１３３を開閉するようになっている。

図４に示されているように、弁体１１は、レバー１６に設けられている挿通孔１６ａに弁軸１３を挿通させた状態でレバー１６に固定されている。弁軸１３は、弁板１２の当接面１２ａとは反対側の裏面１２ｂから弁板１２に対して垂直に延びている。なお、弁軸１３は弁板１２の中央に設けられている。

図３に示されているように、挿通孔１６ａの内周面は、２つの曲面部１６ｃと、これら２つの曲面部１６ｃを繋ぎ、シャフト１５の中心軸と直交する面と平行な２つの平面部１６ｂとからなっている。なお、曲面部１６ｃは、挿通孔１６ａの径方向外側に向かって凸な半円状の湾曲面である。

上記のように半円状の２つの曲面部１６ｃの間に平面部１６ｂが存在しているため、レバー１６の挿通孔１６ａは、弁板１２の当接面１２ａと平行であり且つシャフト１５の中心軸と直交する方向を長手方向とする長孔になっている。

また、図４に示されているように、挿通孔１６ａにおける弁板１２側の部分は、弁板１２に近い部位ほど内径が大きくなるように傾斜したテーパ面１６ｄになっている。
そして、弁軸１３の直径は、挿通孔１６ａにおける２つの平面部１６ｂの間隔よりも僅かに小さくなっている。そして、弁軸１３は略円柱状であるが、挿通孔１６ａの平面部１６ｂと対向する部分が平坦になっている。

これにより、図４に示されているように、弁軸１３を挿通孔１６ａに挿通した状態において挿通孔１６ａの平面部１６ｂと弁軸１３との隙間は極めて小さくなっている。
その一方で、図３に示されているように、挿通孔１６ａの曲面部１６ｃと弁軸１３との間には、挿通孔１６ａの平面部１６ｂと弁軸１３との隙間よりも大きな隙間が存在している。

次に、このターボチャージャ１００の製造方法、特にウェイストゲートバルブ１０の組み付け方法について説明する。
上記のように、ウェイストゲートバルブ１０はシャフト１５を含むシャフト側の部材であるスイングアーム１４と、弁板１２及び弁軸１３からなる弁体１１とを組み合わせて構成されている。

このウェイストゲートバルブ１０を組み付ける際には、まず、弁体１１と組み合わせていない状態のスイングアーム１４をタービンハウジング１３０に取り付ける。具体的には、図５に示されているように、ステップＳ１０の工程として、スイングアーム１４のシャフト１５をタービンハウジング１３０に嵌め込まれているブシュに挿入する。

そして、次にステップＳ２０の工程として、タービンハウジング１３０の外側に飛び出しているシャフト１５の小径部１５ｂにウェイストゲート側リンクアーム２５を固定する。なお、ウェイストゲート側リンクアーム２５にはシャフト１５の小径部１５ｂを嵌め込む挿通孔が設けられている。ここでは、この挿通孔に小径部１５ｂを嵌め込んだ状態で溶接することにより、シャフト１５にウェイストゲート側リンクアーム２５を固定する。

次に、ステップＳ３０の工程として、リンクアーム２３，２５同士を駆動ロッド２８で連結する。具体的には、駆動ロッド２８の一端を、連結ピン２６を挿通孔に挿通させるようにウェイストゲート側リンクアーム２５に組み付け、連結ピン２６の溝にＥリング２４を嵌め込んで抜け止めを行う。また、駆動ロッド２８の他端を、連結ピン２６を挿通孔に挿通させるようにアクチュエータ側リンクアーム２３に組み付け、連結ピン２６の溝にＥリング２４を嵌め込んで抜け止めを行う。これにより、リンクアーム２３，２５同士が駆動ロッド２８によって連結され、アクチュエータ２０の駆動力がスイングアーム１４に伝達されるようになる。

次に、ステップＳ４０の工程として、スイングアーム１４と弁体１１とを組み合わせる。具体的には、スイングアーム１４の挿通孔１６ａに弁体１１の弁軸１３を挿入する。なお、この段階では、スイングアーム１４と弁体１１とは接合されておらず、互いの相対移動は許容されている。

次に、ステップＳ５０の工程として、アクチュエータ２０を閉弁方向に駆動する。すなわち、アクチュエータ２０を、ウェイストゲートバルブ１０を閉弁させる方向に駆動する。

図６及び図７に示されているように、こうしてアクチュエータ２０を閉弁方向に駆動することにより、弁板１２の当接面１２ａが座面１３０ａに当接し、弁板１２がウェイストゲートポート１３３を閉塞するように当接面１２ａに押し付けられた状態になる。なお、図６は図３における３−３線矢視方向に相当する断面図であり、図７は図６における７−７線矢視断面図である。

ウェイストゲートバルブ１０では、上述したようにレバー１６に設けられている挿通孔１６ａが長孔になっており、挿通孔１６ａの曲面部１６ｃと弁軸１３との間に隙間が生じるようになっている。そのため、このウェイストゲートバルブ１０における弁体１１は、ステップＳ５０の工程の段階においては、スイングアーム１４のレバー１６に対して傾動可能になっている。

これにより、図６に示されているように、ウェイストゲートバルブ１０を閉弁側に駆動しているときには、レバー１６に対して弁体１１が傾動し、弁板１２の当接面１２ａがタービンハウジング１３０における座面１３０ａにしっかりと密着する。これにより、弁体１１がウェイストゲートポート１３３をしっかりと閉塞した状態になる。

また、図７に示されているように、このときにはアクチュエータ２０により駆動ロッド２８が矢印で示す方向に引っ張られている。そのため、ブシュ１５０とシャフト１５との間に隙間がある場合には、ブシュ１５０内でシャフト１５が傾いた状態になっている。

次に、ステップＳ６０の工程として、こうしてアクチュエータ２０を閉弁方向に駆動し、弁体１１の当接面１２ａを座面１３０ａに押し当てている状態のまま、弁体１１の弁軸１３をレバー１６に溶接することにより、スイングアーム１４と弁体１１とを接合する。

このターボチャージャの製造方法では、こうしてステップＳ１０〜Ｓ６０の工程を経てウェイストゲートバルブ１０を組み付ける。
なお、ステップＳ１０〜Ｓ６０の工程のうち、ステップＳ１０〜Ｓ３０までの工程がスイングアーム１４をブシュ１５０に挿通させてアクチュエータ２０と連結する連結工程に相当し、ステップＳ４０の工程がスイングアーム１４と弁体１１とを組み合わせる組合せ工程に相当する。そして、ステップＳ６０の工程がスイングアーム１４と弁体１１とを接合する接合工程に相当する。

次に、この製造方法による作用及び効果について説明する。
（１）上記の製造方法では、連結工程（ステップＳ１０〜Ｓ３０）及び組合せ工程（ステップＳ４０）を経てタービンハウジング１３０に配置されたウェイストゲートバルブ１０を、アクチュエータ２０によって閉弁側に駆動する（ステップＳ５０）。そして、弁体１１の当接面１２ａを座面１３０ａに押し当てている状態で接合工程（ステップＳ６０）を実施する。これにより、上記の製造方法によれば、アクチュエータ２０の駆動に伴いシャフト１５がブシュ１５０内で傾き、且つ弁体１１の当接面１２ａが座面１３０ａに押し付けられている状態でスイングアーム１４と弁体１１とが接合される。そのため、アクチュエータ２０を駆動してウェイストゲートバルブ１０を閉弁するときと同様の姿勢でスイングアーム１４と弁体１１とが接合されることになる。したがって、ブシュ１５０とシャフト１５との隙間を含めた部品間の隙間や製造公差があったとしても、それによって生じる隙間を解消した状態でウェイストゲートバルブ１０を組み付けることができる。ひいては、実際の使用状態において、ウェイストゲートポート１３３をしっかりと閉弁することのできるターボチャージャ１００を製造することができる。

なお、上記の実施形態は、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。

・組合せ工程と連結工程の順序を変更してもよい。すなわち、先に組合せ工程（ステップＳ４０）を実施し、スイングアーム１４と弁体１１とを組み合わせた状態で連結工程（ステップＳ１０〜Ｓ３０）を実施するようにしてもよい。

・ウェイストゲートバルブ１０が２つの部材からなり、シャフト側の部材がスイングアーム１４であり、弁体側の部材が弁体１１そのものである例を示した。これに対して、弁体側の部材を弁体１１とレバー１６とを一体にした部材とし、シャフト側の部材をシャフト１５のみにしたウェイストゲートバルブに対しても上記の製造方法を適用することができる。すなわち、製造方法は、シャフト側の部材をブシュ１５０に挿通させてアクチュエータ２０と連結する連結工程と、シャフト側の部材と弁体側の部材とを組み合わせる組合せ工程と、シャフト側の部材と弁体側の部材とを接合する接合工程とを含んでいればよい。そして、連結工程及び組合せ工程を経てタービンハウジング１３０に配置されたウェイストゲートバルブ１０を、アクチュエータ２０によって閉弁側に駆動し、弁体１１の当接面１２ａを座面１３０ａに押し当てている状態で接合工程を実施するようにすれば、上記（１）と同様の効果を得ることができる。

また、シャフト側の部材をウェイストゲート側リンクアーム２５とシャフト１５とを一体にした部材とすることもできる。
しかし、弁体側の部材にシャフト１５を接合する構成の場合には、ウェイストゲートバルブ１０が開弁しているときにウェイストゲートポート１３３を通じて流れる排気の圧力によるトルクがレバー１６とシャフト１５との接合部を剪断する応力として作用する。

これに対して、上記の実施形態で示したようにウェイストゲートバルブ１０をスイングアーム１４と弁体１１とに分け、弁軸１３をレバー１６の挿通孔１６ａに挿通させてスイングアーム１４と弁体１１とを組み合わせる構成によれば、排気の圧力は、弁板１２をレバー１６に押し付ける方向に働く。そのため、排気の圧力による応力はレバー１６と弁軸１３との接合部だけに集中するのではなく、分散される。したがって、弁体側の部材にシャフト１５を接合する構成と比較して耐久性を向上させることができる。

・アクチュエータ２０は電動式のアクチュエータ２０である必要はない。例えば、空気圧を利用して駆動するアクチュエータや油圧を利用して駆動するアクチュエータなどであってもよい。

上記実施形態及び変更例から把握できる技術的思想について記載する。
・ウェイストゲートポートを開閉するウェイストゲートバルブと、前記ウェイストゲートバルブを駆動するアクチュエータとを備えたターボチャージャであって、前記ウェイストゲートバルブが、タービンハウジングの座面に当接して前記ウェイストゲートポートを閉塞する弁板及び同弁板における前記座面と当接する当接面とは反対側の裏面に設けられている弁軸からなる弁体と、前記タービンハウジングに設けられたブシュに回動可能に支持されているシャフト及び前記弁軸が挿通されている挿通孔が設けられているレバーからなるスイングアームと、を備えており、前記アクチュエータを駆動して前記ウェイストゲートバルブによって前記ウェイストゲートポートを閉塞しているときの姿勢において前記挿通孔に挿通されている弁軸と前記レバーとが接合されているターボチャージャ。

１０…ウェイストゲートバルブ、１１…弁体、１２…弁板、１２ａ…当接面、１２ｂ…裏面、１３…弁軸、１４…スイングアーム、１５…シャフト、１５ａ…大径部、１５ｂ…小径部、１６…レバー、１６ａ…挿通孔、１６ｂ…平面部、１６ｃ…曲面部、１６ｄ…テーパ面、２０…アクチュエータ、２２…回転軸、２３…アクチュエータ側リンクアーム、２４…Ｅリング、２５…ウェイストゲート側リンクアーム、２６…連結ピン、２８…駆動ロッド、１００…ターボチャージャ、１１０…コンプレッサハウジング、１２０…ベアリングハウジング、１３０…タービンハウジング、１３０ａ…座面、１３１…スクロール通路、１３２…排出通路、１３３…ウェイストゲートポート、１３５…タービンホイール、１４０…クランプ、１５０…ブシュ。

Claims (1)

1. タービンハウジングに設けられたブシュに回動自在に支持されるシャフト及び前記シャフトに接続されるレバーを含むシャフト側の部材と、前記タービンハウジングの座面に着座してウェイストゲートポートを閉塞する弁体を含む弁体側の部材と、を有するウェイストゲートバルブを備え、
   前記弁体は、前記座面に当接する弁板と、前記弁板から延びる弁軸とを含み、
   前記レバーは、前記シャフトの中心軸と直交する第１方向に前記レバーを貫通するとともに前記弁軸が挿通される挿通孔を備え、
   前記中心軸及び前記第１方向のいずれにも直交する方向を第２方向としたとき、
   前記挿通孔は、前記中心軸に対して、前記第２方向にずれており、
   前記弁軸を前記挿通孔に挿通した状態において、前記第２方向における前記弁軸と前記挿通孔との隙間は、前記中心軸に沿う方向における前記弁軸と前記挿通孔との隙間よりも大きくなっており、
   前記タービンハウジングの外側に設けられたアクチュエータによって前記シャフト側の部材を駆動することによって前記ウェイストゲートバルブを開閉するターボチャージャの製造方法であって、
   前記シャフト側の部材を前記ブシュに挿通させて前記アクチュエータと連結する連結工程と、
   前記挿通孔に前記弁軸を挿入することにより前記シャフト側の部材と前記弁体側の部材とを組み合わせる組合せ工程と、
   前記レバーと前記弁軸とを接合する接合工程とを含み、
   前記連結工程及び前記組合せ工程を経て前記タービンハウジングに配置された前記ウェイストゲートバルブを、前記アクチュエータによって閉弁側に駆動し、前記弁板の当接面を前記座面に押し当てている状態で前記接合工程を実施するターボチャージャの製造方法。

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