JP7074091B2 - ターボチャージャ - Google Patents

Description

この発明は、ターボチャージャに関する。

エンジンに搭載される従来のターボチャージャとして、例えば、特許文献１に示されるターボチャージャが知られている。
特許文献１のターボチャージャは、タービンハウジング内のタービンスクロール流路とタービンホイールとの間に配設されるとともに、タービンホイールへ流入する排ガスの流路面積を変化させる、可変ノズルユニットを備えている。

この可変ノズルユニットは、シュラウドプレートと、ノズルプレートと、シュラウドプレートとノズルプレートの間に配置された複数の可変ノズルと、各可変ノズルの姿勢を変更するリンク機構と、を有している。ノズルプレートは、シュラウドプレートよりもベアリングハウジングに近い位置に配置されており、ノズルプレートのベアリングハウジング側対向面には、ベアリングハウジングに向かって突出する複数の突部が設けられている。

また、タービンハウジングとシュラウドプレートとの間には、皿バネが配置されており、皿バネは、ノズルプレートの各突部がベアリングハウジングに押し付けられるようにシュラウドプレートをベアリングハウジングに向けて付勢している。

特開２０１３－１０４４１２号公報

特許文献１に記載されるターボチャージャでは、突部を含むノズルプレートの公差や、シュラウドプレートの公差等の影響により、シュラウドプレートの表面から各突部の端面までの寸法にバラツキが生じ得る。そうすると、ターボチャージャの運転中にノズルプレートに振動が生じ、これにより各プレートと可変ノズルとが干渉する懸念がある。

本発明の目的は、各プレートとノズルベーンとの干渉を抑制可能なターボチャージャを提供することである。

この発明に従ったターボチャージャは、タービンホイールを収容するタービンハウジングと、前記タービンハウジングに接続されており、前記タービンホイールに接続されたシャフトと前記シャフトを受けるベアリングとを収容するベアリングハウジングと、前記タービンハウジング内に配置されており、排ガスの排気流路の流路面積の大きさを調整可能な可変ノズルユニットと、前記可変ノズルユニットを付勢する付勢部材と、を備える。前記可変ノズルユニットは、円環状に形成された第１プレートと、前記第１プレートよりも前記ベアリングハウジングに近い位置でかつ前記第１プレートと対向する位置に配置されており、円環状に形成された第２プレートであって、前記第１プレートとの間に前記排気流路を形成する前記第２プレートと、前記第１プレートおよび前記第２プレート間に前記第１プレートの周方向に沿って互いに間隔を置いて配置されており、前記排気流路の流路面積の大きさを変更するように姿勢を変更することが可能な複数のノズルベーンと、前記第２プレートのうち前記第２プレートの周方向に沿って互いに間隔を置いた部位に接続されており、前記第２プレートから前記ベアリングハウジングに向かって突出する形状を有する複数の突出部と、を有する。前記付勢部材は、前記可変ノズルユニットと前記タービンハウジングとの間に配置されており、前記複数の突出部が前記ベアリングハウジングに押し付けられるように前記可変ノズルユニットを前記ベアリングハウジングに向けて付勢する第１付勢部と、前記ベアリングハウジングと前記複数の突出部の各突出部との間に配置されており、前記第１付勢部の付勢方向と反対方向に各前記突出部を付勢する第２付勢部と、を有する。

本ターボチャージャでは、第１付勢部の付勢方向と反対方向に突出部を付勢する第２付勢部を備えているため、第１プレートや第２プレートの公差に起因して第１プレートの表面から突出部の端面までの寸法にバラツキが生じた場合においても、ベアリングハウジングおよび突出部の端面間への隙間の発生が抑制される。よって、ターボチャージャの運転中における第２プレートの振動が抑制されるため、各プレートと各ノズルベーンとの干渉が抑制される。

また、前記複数のノズルベーンの各ノズルベーンは、前記第１プレートおよび前記第２プレートに対して相対回転可能となるように前記第１プレートおよび前記第２プレートに保持されており、前記第１プレートから前記第２プレートに向かう向きに沿って前記第２プレートから突出する突部を有する回転軸部と、前記第１プレートおよび前記第２プレート間に配置されており、前記回転軸部の中心軸周りに前記回転軸部とともに回転するように前記回転軸部に接続されており、前記排気流路の流路面積の大きさを変更可能なベーンと、を有し、前記可変ノズルユニットは、前記複数の回転軸部の各回転軸部の前記突部に接続されており、各前記回転軸部をその中心軸周りに回転させる複数のベーンアームと、前記第２プレートに対して前記第２プレートの中心軸周りに相対回転可能となるように前記第２プレートに支持されており、前記第２プレートに対する相対回転に合わせて前記複数のベーンアームの各ベーンアームを各前記回転軸部周りに回転させるユニゾンリングと、をさらに有していてもよい。この場合において、各前記突出部は、前記ユニゾンリングの径方向に前記ユニゾンリングに接触する位置において、前記第２プレートに対して相対回転可能となるように前記第２プレートに接続されており、前記ユニゾンリングの回転時に前記第２プレートに対して相対回転しながら前記ユニゾンリングの回転を案内することが好ましい。

このようにすれば、第１付勢部の付勢力に抗するように第２プレートを支持することと、ユニゾンリングの回転を案内することと、が単一の部材（突出部）で行われるため、部品点数が削減される。

また、前記ターボチャージャは、前記タービンハウジングと前記ベアリングハウジングとの間に配置されており、前記タービンハウジングと前記ベアリングハウジングとの間をシールするガスケットをさらに備えていてもよい。この場合において、前記ガスケットは、前記第２付勢部を有することが好ましい。

このようにすれば、ガスケットと第２付勢部とが一体で構成されるため、換言すれば、タービンハウジングとベアリングハウジングとの間からの排ガスの漏れの抑制と、第１付勢部の付勢方向と反対方向に当接部を付勢することと、が単一の部材（ガスケット）で行われるため、部品点数が削減される。

また、前記第２付勢部の付勢力は、前記第１付勢部の付勢力よりも小さいことが好ましい。

このようにすれば、可変ノズルユニットがベアリングハウジングに向けて押し付けられた状態で安定的に保持される。

以上に説明したように、この発明によれば、各プレートとノズルベーンとの干渉を抑制可能なターボチャージャを提供することができる。

本発明の一実施形態のターボチャージャの構成を概略的に示す断面図である。 図１に示されるターボチャージャの可変ノズルユニットの斜視図である。 図１中の実線ＩＩＩで囲まれた範囲の拡大図である。 ガスケットの平面図である。 図４中の実線Ｖで囲まれた範囲の拡大斜視図である。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、本発明の一実施形態のターボチャージャの構成を概略的に示す断面図である。図１に示されるように、ターボチャージャ１は、コンプレッサインペラ１０と、コンプレッサハウジング１２と、タービンホイール２０と、タービンハウジング２２と、シャフト３０と、ベアリング３１と、ベアリングハウジング３２と、可変ノズルユニット１００と、付勢部材２００と、ガスケット３００と、を有している。このターボチャージャ１は、自動車等の車両に搭載されるエンジン（図示略）に設けられる。

タービンハウジング２２には、エンジンから排出される排ガスが流入する。タービンハウジング２２は、タービンホイール２０の周囲を取り囲むスクロール室Ｓ１と、タービンホイール２０よりも排気流れの下流側に設けられた筒状の吐出通路Ｓ２と、を有する。エンジンから排出された排ガスは、スクロール室Ｓ１を経由して吐出通路Ｓ２に導入される。

タービンホイール２０は、タービンハウジング２２に収容されており、排ガスのエネルギーを受けて回転する。タービンホイール２０によってそのエネルギーを回収された後の排ガスは、吐出通路Ｓ２を介して、排気浄化触媒やＤＰＦなどの排気浄化装置が設けられたエンジンの排気通路に吐出される。

シャフト３０は、その一端がタービンホイール２０に連結されている。ベアリング３１は、シャフト３０を回転可能に支持している。

ベアリングハウジング３２は、ベアリング３１を収容しており、タービンハウジング２２に接続されている。

コンプレッサインペラ１０は、シャフト３０の他端に連結されている。このため、タービンホイール２０の回転駆動力がコンプレッサインペラ１０に伝達される。コンプレッサインペラ１０が回転することにより圧縮された大気等の吸気ガスは、エンジンに供給される。

コンプレッサハウジング１２は、コンプレッサインペラ１０を収容している。コンプレッサハウジング１２は、ベアリングハウジング３２における、タービンハウジング２２と反対側の端部に取り付けられている。

可変ノズルユニット１００は、タービンハウジング２２内に配置されている。可変ノズルユニット１００は、排ガスの排気流路の流路面積の大きさを調整可能である。図２は、図１に示されるターボチャージャの可変ノズルユニットの斜視図である。図３は、図１中の実線ＩＩＩで囲まれた範囲の拡大図である。図１～図３に示されるように、可変ノズルユニット１００は、第１プレート１１０と、第２プレート１２０と、複数のスペーサ１３０と、複数のノズルベーン１４０と、複数のベーンアーム１６０と、ユニゾンリング１７０と、複数の（本実施形態では５つの）突出部１８０と、を有している。

第１プレート１１０は、円環状に形成されている。第１プレート１１０は、その中心がシャフト３０の中心軸と一致する姿勢でタービンハウジング２２内に配置されている。本実施形態では、図３に示されるように、第１プレート１１０にシュラウド１１２が一体的に設けられている。ただし、シュラウド１１２は、第１プレート１１０とは別の部材で構成されてもよい。

第２プレート１２０は、円環状に形成されている。第２プレート１２０は、第１プレート１１０よりもベアリングハウジング３２に近い位置で、かつ、第１プレート１１０と対向する位置に配置されている。第２プレート１２０は、その中心がシャフト３０の中心軸と一致する姿勢でタービンハウジング２２内に配置されている。第２プレート１２０は、第１プレート１１０と当該第２プレート１２０との間に排気流路を形成している。図３に示されるように、第２プレート１２０とベアリングハウジング３２との間には、Ｏリング等のシール部材１２５が設けられている。第２プレート１２０は、複数の凹部１２０ｂを有している。

各凹部１２０ｂは、第２プレート１２０のうち第１プレート１１０と対向する対向面（図３の右側の面）の反対側の反対面（図３の左側の面）から対向面に向かって窪む形状を有している。

各スペーサ１３０は、第１プレート１１０と第２プレート１２０との間隔を規定する部材である。
スペーサ１３０は、第１プレート１１０と第２プレート１２０との間に配置されている。

各ノズルベーン１４０は、第１プレート１１０および第２プレート１２０間に第１プレート１１０の周方向に沿って互いに間隔を置いて配置されており、排気流路の流路面積の大きさを変更するように姿勢を変更することが可能である。各ノズルベーン１４０は、回転軸部１４２と、ベーン１４４と、を有している。

各回転軸部１４２は、第１プレート１１０および第２プレート１２０に対して相対回転可能となるように第１プレート１１０および第２プレート１２０に保持されている。各回転軸部１４２は、第１プレート１１０から第２プレート１２０に向かう向きに沿って第２プレート１２０から突出する突部１４３を有している。

各ベーン１４４は、第１プレート１１０および第２プレート１２０間に配置されている。各ベーン１４４は、排気流路の流路面積の大きさを変更するように姿勢を変更することが可能である。具体的に、各ベーン１４４は、各回転軸部１４２の中心軸周りに当該回転軸部１４２とともに回転するように回転軸部１４２に接続されている。

各ベーンアーム１６０は、各突部１４３に接続（たとえば溶接）されている。各ベーンアーム１６０は、各回転軸部１４２をその中心軸周りに回転させる。

ユニゾンリング１７０は、全てのベーンアーム１６０を同時に各回転軸部１４２周りに回転させる部材である。ユニゾンリング１７０は、第２プレート１２０に対して第２プレート１２０の中心軸周りに相対回転可能となるように第２プレート１２０に支持されている。図３に示されるように、ユニゾンリング１７０には、各ベーンアーム１６０が係合している。このため、第２プレート１２０に対してユニゾンリング１７０が相対回転することにより、各回転軸部１４２の回転中心軸周りに各ベーンアーム１６０と回転軸部１４２とが一体的に回転する。これにより、各ベーン１４４の姿勢が変更されるため、排気流路の流路面積の大きさが変更される。すなわち、各ベーンアーム１６０およびユニゾンリング１７０は、各ノズルベーン１５０の姿勢を変更する機構を構成している。

各突出部１８０は、第２プレート１２０のうち当該第２プレート１２０の周方向に沿って互いに間隔を置いた部位に接続されており、第２プレート１２０からベアリングハウジング３２に向かって突出する形状を有している。本実施形態では、各突出部１８０は、第２プレート１２０とは別の部材で構成されており、凹部１２０ｂに挿入されている。各突出部１８０は、ユニゾンリング１７０の径方向においてユニゾンリング１７０に接触する位置において、第２プレート１２０に対して相対回転可能となるように第２プレート１２０に接続されている。各突出部１８０は、ユニゾンリング１７０の回転時に、第２プレート１２０に対して相対回転しながらユニゾンリング１７０の回転を案内する。本実施形態では、各突出部１８０は、ユニゾンリング１７０の内周部に接触するように配置されている。図３に示されるように、各突出部１８０は、接触部１８２と、被接続部１８４と、支持部１８６と、を有している。

接触部１８２は、ユニゾンリング１７０の内周部に接触する部位である。接触部１８２は、円柱状に形成されている。接触部１８２の外周面は、ユニゾンリング１７０に接触しながらユニゾンリング１７０の回転を案内する。

被接続部１８４は、第２プレート１２０に接続される部位である。被接続部１８４は、接触部１８２の一端部（図３の右側の端部）から当該接触部１８２の軸方向に沿って第２プレート１２０に向かって突出する形状を有している。被接続部１８４は、円柱状に形成されている。被接続部１８４は、凹部１２０ｂに挿入されている。被接続部１８４は、凹部１２０ｂ内において当該被接続部１８４の軸周りに回転可能である。

支持部１８６は、第２プレート１２０を支持する部位である。支持部１８６は、接触部１８２の他端部（図３の左側の端部）から当該接触部１８２の軸方向に沿ってベアリングハウジング３２に向かって突出する形状を有している。支持部１８６は、円柱状に形成されている。支持部１８６の外径は、接触部１８２の外径よりも大きい。支持部１８６の一部は、接触部１８２の軸方向にユニゾンリング１７０と重なっている。支持部１８６の端面１８７は、平坦に形成されている。

付勢部材２００は、可変ノズルユニット１００を付勢する部材である。付勢部材２００は、第１付勢部２１０と、第２付勢部２２０と、を有している。

第１付勢部２１０は、可変ノズルユニット１００とタービンハウジング２２との間に配置されている。第１付勢部２１０は、各突出部１８０がベアリングハウジング３２に押し付けられるように可変ノズルユニット１００をベアリングハウジング３２に向けて付勢している。第１付勢部２１０は、皿バネで構成されている。第１付勢部２１０は、第１プレート１１０のうちスペーサ１３０の軸方向にスペーサ１３０と重なる部位、または、前記部位よりも第１プレート１１０の径方向における外側の部位をベアリングハウジング３２に向けて付勢している。

図３に示されるように、第２付勢部２２０は、ベアリングハウジング３２と各突出部１８０の端面１８７との間に配置されている。第２付勢部２２０は、複数の（本実施形態では５つの）第２付勢片２２１を有している。各第２付勢片２２１は、板バネで構成されている。各第２付勢片２２１は、第１付勢部２１０の付勢方向と反対方向に突出部１８０を付勢している。第２付勢部２２０の付勢力（５つの第２付勢片２２１の各付勢力の合計）は、第１付勢部２１０の付勢力よりも小さい。

ガスケット３００は、タービンハウジング２２とベアリングハウジング３２との間に配置されている。ガスケット３００は、タービンハウジング２２とベアリングハウジング３２との間をシールして、両ハウジングの締結面からの排ガスの漏れを抑制する。図４は、ガスケットの平面図である。図５は、図４中の実線Ｖで囲まれた範囲の拡大斜視図である。図４に示されるように、ガスケット３００は、円環状に形成されている。

本実施形態では、図４および図５に示されるように、ガスケット３００に第２付勢部２２０が設けられている。換言すれば、第２付勢部２２０は、ガスケット３００の一部により構成されている。ガスケット３００は、ガスケット本体３１０と、第２付勢部２２０と、を有している。ガスケット本体３１０は、平板状に形成されている。図３および図５に示されるように、第２付勢部２２０の各第２付勢片２２１は、ガスケット本体３１０から突出部１８０に向かって立ち上がる形状を有している。すなわち、各第２付勢片２２１は、ガスケット本体３１０に片持ち支持された板バネで構成されている。各第２付勢片２２１は、たとえばガスケット本体３１０をプレス加工することにより形成される。なお、第２付勢片２２１の形状は、上記の例に限られない。

以上に説明したように、本実施形態のターボチャージャ１では、第１付勢部２１０の付勢方向と反対方向に各突出部１８０を付勢する第２付勢部２２０を備えているため、第１プレート１１０や第２プレート１２０やスペーサ１３０の公差に起因して第１プレート１１０の表面（図３の右側の表面）から各突出部１８０の端面１８７までの寸法にバラツキが生じた場合においても、ベアリングハウジング３２および端面１８７間での隙間の発生が抑制される。よって、ターボチャージャ１の運転中における第２プレート１２０の振動が抑制されるため、各プレート１１０，１２０と各ノズルベーン１４０との干渉が抑制される。

また、本実施形態では、ガスケット３００に第２付勢部２２０が設けられているため、タービンハウジング２２とベアリングハウジング３２との間からの排ガスの漏れの抑制と、第１付勢部２１０の付勢方向と反対方向に突出部１８０を付勢することと、が単一の部材（ガスケット３００）で行われる。よって、部品点数が削減される。

また、本実施形態では、各突出部１８０は、ユニゾンリング１７０の回転時に、第２プレート１２０に対して相対回転しながらユニゾンリング１７０の回転を案内する。このため、第１付勢部２１０の付勢力に抗するように第２プレート１２０を支持することと、ユニゾンリング１７０の回転を案内することと、が単一の部材（突出部１８０）で行われる。よって、部品点数が削減される。

また、本実施形態では、第２付勢部２２０の付勢力が第１付勢部２１０の付勢力よりも小さいため、可変ノズルユニット１００がベアリングハウジング３２に向けて押し付けられた状態で安定的に保持される。

なお、上記実施形態において、第１付勢部２１０と第２付勢部２２０との配置は、逆であってもよい。

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１ ターボチャージャ、１０ コンプレッサインペラ、１２ コンプレッサハウジング、２０ タービンホイール、２２ タービンハウジング、３０ シャフト、３１ ベアリング、３２ ベアリングハウジング、１００ 可変ノズルユニット、１１０ 第１プレート、１１０ｈ 貫通孔、１２０ 第２プレート、１２０ｂ 凹部、１２５ シール部材、１３０ スペーサ、１４０ ノズルベーン、１４２ 回転軸部、１４３ 突部、１４４ ベーン、１６０ ベーンアーム、１７０ ユニゾンリング、１８０ 突出部、１８２ 接触部、１８４ 被接続部、１８６ 支持部、１８７ 端面、２００ 付勢部材、２１０ 第１付勢部、２２０ 第２付勢部、２２１ 第２付勢片、３００ ガスケット、３１０ ガスケット本体。

Claims (3)

1. タービンホイールを収容するタービンハウジングと、
   前記タービンハウジングに接続されており、前記タービンホイールに接続されたシャフトと前記シャフトを受けるベアリングとを収容するベアリングハウジングと、
   前記タービンハウジング内に配置されており、排ガスの排気流路の流路面積の大きさを調整可能な可変ノズルユニットと、
   前記可変ノズルユニットを付勢する付勢部材と、を備え、
   前記可変ノズルユニットは、
   円環状に形成された第１プレートと、
   前記第１プレートよりも前記ベアリングハウジングに近い位置でかつ前記第１プレートと対向する位置に配置されており、円環状に形成された第２プレートであって、前記第１プレートとの間に前記排気流路を形成する前記第２プレートと、
   前記第１プレートおよび前記第２プレート間に前記第１プレートの周方向に沿って互いに間隔を置いて配置されており、前記排気流路の流路面積の大きさを変更するように姿勢を変更することが可能な複数のノズルベーンと、
   前記第２プレートのうち前記第２プレートの周方向に沿って互いに間隔を置いた部位に接続されており、前記第２プレートから前記ベアリングハウジングに向かって突出する形状を有する複数の突出部と、を有し、
   前記付勢部材は、
   前記可変ノズルユニットと前記タービンハウジングとの間に配置されており、前記複数の突出部が前記ベアリングハウジングに押し付けられるように前記可変ノズルユニットを前記ベアリングハウジングに向けて付勢する第１付勢部と、
   前記ベアリングハウジングと前記複数の突出部の各突出部との間に配置されており、前記第１付勢部の付勢方向と反対方向に各前記突出部を付勢する第２付勢部と、を有し、
   前記複数のノズルベーンの各ノズルベーンは、
   前記第１プレートおよび前記第２プレートに対して相対回転可能となるように前記第１プレートおよび前記第２プレートに保持されており、前記第１プレートから前記第２プレートに向かう向きに沿って前記第２プレートから突出する突部を有する回転軸部と、
   前記第１プレートおよび前記第２プレート間に配置されており、前記回転軸部の中心軸周りに前記回転軸部とともに回転するように前記回転軸部に接続されており、前記排気流路の流路面積の大きさを変更可能なベーンと、を有し、
   前記可変ノズルユニットは、
   前記複数の回転軸部の各回転軸部の前記突部に接続されており、各前記回転軸部をその中心軸周りに回転させる複数のベーンアームと、
   前記第２プレートに対して前記第２プレートの中心軸周りに相対回転可能となるように前記第２プレートに支持されており、前記第２プレートに対する相対回転に合わせて前記複数のベーンアームの各ベーンアームを各前記回転軸部周りに回転させるユニゾンリングと、をさらに有し、
   各前記突出部は、前記ユニゾンリングの径方向に前記ユニゾンリングに接触する位置において、前記第２プレートに対して相対回転可能となるように前記第２プレートに接続されており、前記ユニゾンリングの回転時に前記第２プレートに対して相対回転しながら前記ユニゾンリングの回転を案内する、ターボチャージャ。
2. 前記タービンハウジングと前記ベアリングハウジングとの間に配置されており、前記タービンハウジングと前記ベアリングハウジングとの間をシールするガスケットをさらに備え、
   前記ガスケットは、前記第２付勢部を有する、請求項１に記載のターボチャージャ。
3. 前記第２付勢部の付勢力は、前記第１付勢部の付勢力よりも小さい、請求項１又は２に記載のターボチャージャ。

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