JP7388945B2 - 排気ターボ過給機 - Google Patents

Description

本願発明は、自動車用等の内燃機関に搭載される排気ターボ過給機に関するものである。

内燃機関において、出力向上等のために排気ターボ過給機が使用されている。このターボ過給機は、一般に、タービン翼が配置されると共にウェイストゲートバルブが内蔵されたタービンハウジングと、コンプレッサ翼が配置されたコンプレッサハウジングと、両者の間に位置した軸受ハウジングとを備えている。軸受ハウジングは、タービンハウジングに一体化されている場合とタービンハウジングとは別体になっている場合とがあるが、コンプレッサハウジングは、構造上の制約から軸受ハウジングとは別体になっており、コンプレッサハウジングと軸受ハウジングとはボルトで締結されている。

軸受ハウジングとタービンハウジング又はコンプレッサハウジングとを締結する手段は幾通りかあるが、軸受ハウジング及びコンプレッサハウジングを例にとると、両者の外周部が軸方向に嵌まり合うように形成して、両者の露出部に押さえプレートを重ね合わせて、押さえプレート（クランププレート）を介してボルトで締結することが行われている（例えば特許文献１）。

特許文献１では、押さえプレートは取付板の名称になっていてリング状の形態を成しているが、押さえプレートを周方向に離間した複数枚に分離したワッシャ形式に構成している場合もある（複数枚に分離すると、一方のハウジングに形成した環状溝に押さえプレートの一部を嵌め込みできるため、全体をコンパクト化しつつ必要な押さえ代を確保して高い締結強度を保持できる利点がある。）。

他方、過給圧を制御するウェイストゲートバルブはアクチュエータで駆動されるが、アクチュエータは吸気で作動する方式のものが多用されており、この吸気作動式アクチュエータは、特許文献２に開示されているように、一般に、ブラケットを介してコンプレッサハウジングに固定されている。

また、特許文献２にも開示されているが、アクチュエータの動きはロッドを介してウェイストゲートバルブに伝えられる。すなわち、ウェイストゲートバルブの支軸はタービンハウジングに回転自在に保持されており、支軸の外向き突出部にリンクを固定し、リンクとロッドとをピンで連結することにより、ロッドの進退動によってウェイストゲートバルブを開閉させるようになっている。

特開昭６３－１４３３２６号公報 特開平０７－１８９７２２号公報

さて、アクチュエータによってウェイストゲートバルブを正確に作動させるには、アクチュエータとウェイストゲートバルブとの位置関係が正確に規定されている必要があるが、ウェイストゲートバルブはタービンハウジングに取り付けられている一方、アクチュエータはコンプレッサハウジングに取り付けられているため、コンプレッサハウジングと軸受ハウジングとの取り付け誤差や、タービンハウジングと軸受ハウジングとの取り付け誤差が蓄積するという問題がある。

そこで従来は、最終的な調整代として、ウェイストゲートバルブの支軸とリンクとを相対回転可能にしておき、ハウジングの締結やアクチュエータの締結が終わってから、ウェイストゲートバルブが閉じきった状態又は開ききった状態で支軸とリンクとを溶接しているが、調整や溶接に大きな手間を要するという問題があった。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

本願発明は、
「ウェイストゲートバルブが内蔵されたタービンハウジングと、コンプレッサスクロール室が形成されたコンプレッサハウジングと、前記タービンハウジングとコンプレッサハウジングとの間に位置した軸受ハウジングと、吸気で作動するアクチュエータが固定されたアクチュエータ用ブラケットとを備えており、
前記コンプレッサハウジングと軸受ハウジングとは別体であり、その外周部が、周方向に離間して配置された複数本のボルトによって互いに締結されている」
という基本構成になっている。

そして、上記基本構成において、
「前記コンプレッサハウジングの外周部に、前記軸受ハウジングを外周側から囲う張り出し部が周方向に離間して複数個形成されており、前記複数の張り出し部のうち一部は、押さえプレートを介して前記ボルトによって前記軸受ハウジングに押さえ固定されている一方、
前記アクチュエータ用ブラケットは、前記押さえプレートとは異なる箇所において前記軸受ハウジングを外周側から囲うように配置されていて、前記アクチュエータ用ブラケットを前記張り出し部にボルトで固定することにより、前記コンプレッサハウジングが前記アクチュエータ用ブラケットを介して前記軸受ハウジングに押さえ固定されており、
かつ、前記アクチュエータ用ブラケットと軸受ハウジングとの相対位置を規定する位置決め手段として、前記アクチュエータ用ブラケットの内周と軸受ハウジングの外周とのうち一方には係合突起が形成されて、他方には、前記係合突起と嵌合する係合凹所が形成されている」
という特徴を備えている。

さて、アクチュエータとウェイストゲートバルブとの間で取り付け誤差が生じるのは、ハウジング同士の締結などをボルトで行うにおいて、ボルトとボルト挿通穴との間に若干のクリアランスが存在していることに起因している。

しかるに、本願発明では、アクチュエータ固定用ブラケットと軸受ハウジングとが正確に位置決めされるため、コンプレッサハウジングと軸受ハウジングとをボルトで締結するに際しての両者の間に取り付け誤差が発生しても、その取り付け誤差は、アクチュエータとウェイストゲートバルブとの位置関係に影響しない。従って、アクチュエータとウェイストゲートバルブとの間に取り付け誤差が発生することを防止又は著しく抑制できるのであり、その結果、支軸とリンクとウェイストゲートバルブとの相対姿勢を予め決めておいても、ウェイストゲートバルブがきっちりと開閉する状態に組み付けることができる。

特に、実施形態のように、排気ターボ過給機を水冷式にして軸受ハウジングをタービンハウジングに一体化すると、ボルトとボルト挿通穴との間のクリアランスに起因した取り付け誤差は皆無になるため、アクチュエータ及びウェイストゲートバルブを簡単かつ正確に取り付けることを確実化できて好適である。
また、本願発明では、アクチュエータ用ブラケットをコンプレッサハウジングの固定用押さえプレートに兼用しているため、それだけ部材点数を減らしてコストを低減できると共に、軽量化を通じて燃費の向上に貢献できる。

実施形態に係る排気ターボ過給機の正面図である。 排気ターボ過給機の背面図である。 図１のIII-III 視右側面図である。 図１の IV-IV視左側面図である。 排気ターボ過給機の平面図である。 （Ａ）は図１のVIA-VIA視図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ視断面図である。 （Ａ）は図６のVIIA-VIIA視断面図、（Ｂ）は（Ａ）からブラケット及びボルトを無くした状態の図である。 図６のVIII-VIII視断面図である。

(1).基本構造
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は自動車用内燃機関の排気ターボ過給機に適用している。まず、基本構造を説明する。内燃機関との関係での方向について述べると、図１を正面図としているが、これは、シリンダヘッド（図示せず）の吸気側面と対向した方向から見た状態である。従って、クランク軸線方向は左右方向になり、シリンダヘッドの幅方向は前後方向になる。

図１，２から理解できるように、排気ターボ過給機は、排気ガスで駆動されるタービン翼２が配置されたタービンハウジング１と、図１，３から理解できるように、コンプレッサ翼３が配置されたコンプレッサハウジング４と、両者の間に位置した軸受ハウジング５とを備えている。タービン翼２は回転軸６の一端部に固定されて、コンプレッサ翼３は回転軸６の他端部に固定されている。従って、各ハウジング１，４，５は左右方向に並んでいる。

図２に示すように、タービンハウジング１には、シリンダヘッド又は排気マニホールド（図示せず）に固定される入り口側フランジ７が形成されており、入り口側フランジ７には、排気ガスが流入する入口通路８が後ろ向きに開口している。排気ガス入口通路８は、タービン翼２を囲うタービン側スクロール室（図示ぜず）に連通しており、タービン側スクロール室は、図３に示す排気ガス出口通路９と連通している。排気ガス出口通路９は、左右方向に向いた出口側フランジ１０に開口している。

従って、タービンハウジング１は、タービン側スクロール室を囲うドラム状部１ａ（図１参照）と、排気ガス入口通路８が形成された筒状部１ｂ（図３参照）と、ドラム状部１ａ及び筒状部１ｂからコンプレッサハウジング４と反対側に張り出したサイド部１ｃとを備えており、サイド部１ｃに、排気ガスを排気ガス入口通路８から排気ガス出口通路９にリークさせるウェイストゲート通路１１（図３参照）が形成されている。ウェイストゲート通路１１の終端はウェイストゲートバルブ１２で開閉される。

図３に示すように、ウェイストゲートバルブ１２にはアーム１２ａが固定されており、アーム１２ａには前後長手の支軸１３が固定されている。支軸１３はタービンハウジング１のサイド部１ｃに回転自在に保持されており、外向きに突出した部位にリンク１４が固定されている。また、図３に示すように、タービンハウジング１のサイド部１ｃには、支軸１３を回転自在に保持する軸受け穴１５が形成されている。

図２に示すように、リンク１４は上下長手の姿勢であり、その上端部が支軸１３に固定されて、下端部には、左右長手のロッド１６の先端部が前後長手のピン１７によって相対回動可能に連結されている。

ロッド１６は、コンプレッサハウジング４に固定されたアクチュエータ１８の弁体（図示せず）に固定されている。アクチュエータ１８は、排気ターボ過給機で発生した正圧の吸気によって作動するタイプであり（負圧作動式であってもよい）、ドラム状のケースの内部にダイヤフラム式の弁体が配置されて、弁体にロッド１６の基端が固定されている。

ロッド１６は若干傾動できる。従って、リンク１４をピン１７で連結しただけでも、ロッド１６の進退動とリンク１４の回動とが許容されている。なお、アクチュエータ１８の制御（すなわち、ウェイストゲートバルブ１２の開閉制御）は、電磁式の過給圧制御バルブ（ＶＳＶ）によって行われるようになっており、過給圧制御バルブはアクチュエータ１８に一体化されている。

コンプレッサハウジング４の内部にはコンプレッサスクロール室１９（図６～８参照）が形成されており、コンプレッサスクロール室１９に吸気を送る吸気入り口２０（図２参照）が軸心方向に開口している。コンプレッサスクロール室１９で加圧された吸気は、回転軸心と交叉した方向に開口した吸気出口２１（例えば図４）から排出される。図６（Ｂ）～図８に一部のみを示しているが、コンプレッサハウジング４は、コンプレッサスクロール室１９を形成するためのインナープレート２２を備えている。従って、コンプレッサハウジング４はアルミダイキャスト品を採用できる。

例えば図３から明瞭に把握できるように、本実施形態では、タービンハウジング１の筒状部１ｂは入り口側フランジ７から斜め上向きに延びており、タービンスクロール室やタービン翼２は入り口側フランジ７よりも上に配置されている。従って、本実施形態の排気ターボ過給機は、排気ガスが上向きに流れる上巻き方式になっている。

また、本実施形態において、タービンハウジング１と軸受ハウジング５はアルミの鋳造品として一体化されており、また、コンプレッサハウジング４はアルミのダイキャスト品である（鋳造品であってもよい。）。そこで、図１～４に示すように、タービンハウジング１には冷却水ジャケット（図示せず）を形成しており、タービンハウジング１の下端には冷却水入り口ポート２３を設けて、タービンハウジング１の下端には冷却水出口ポート２４を設けている。

また、軸受ハウジング５には、回転軸６を回転自在に保持する軸受け部（図示せず）が形成されており、そこで、軸受ハウジング５には、オイル入り口２５ａ（図５参照）が上向きに開口していると共に、オイル出口２５ｂ（図１，３，４（Ｂ）参照）が下向きに開口している。

(2).コンプレッサハウジング４と軸受ハウジング５との締結構造等
コンプレッサハウジング４は、その外周部が４か所の部位において軸受ハウジング５に固定されている。そこで、図４に示すように、コンプレッサハウジング４の外周部に、四方に突出した山形の張り出し部２６が形成されている。なお、コンプレッサハウジング４と軸受ハウジング５との締結箇所は４か所には限らず、３箇所または４か所以上の箇所で締結してもよい。

図６（Ｂ）や図７に示すように、軸受ハウジング５の端部５ａはコンプレッサハウジング４に形成された凹所２７にきっちりと嵌合しており、張り出し部２６は軸受ハウジング５の外側（外周側）にはみ出している。そして、軸受ハウジング５の外周部のうちコンプレッサハウジング４と近接した部位に環状溝２８（図１も参照）を形成し、この環状溝２８に基部を嵌め入れた２枚のワッシャ２９とアクチュエータ用ブラケット３０とを介して、軸受ハウジング５がコンプレッサハウジング４に４本のボルト３２で締結されている（クランプされている。）。

アクチュエータ用ブラケット３０は、その内周は円弧状になっている一方、回転軸心方向から見て外周は２つの辺が略直交した姿勢になっており、全体としてＬ形になっている。そして、軸受ハウジング５を外周側から囲うように配置されて、内周部は環状溝２８に入り込んでいる。また、アクチュエータ用ブラケット３０の外周には、タービンハウジング１の方向に突出したリブ３０ａを形成している。リブ３０ａの存在により、断面係数を増大させて剛性を向上できる。

アクチュエータ１８は、アクチュエータ用ブラケット３０のうちコーナー部でかつタービンハウジング１と反対側の側面にビス（図非せず）が固定されているが、コーナー部はリブ３０ａによって補強されているため、アクチュエータ１８を安定的に保持できる。アクチュエータ用ブラケット３０には、ロッド１６が挿通する逃がし穴３１を空けている。

２枚のワッシャ２９は押さえプレートの一例であり、ワッシャ２９はクランプ機能のみを有している一方、アクチュエータ用ブラケット３０は、アクチュエータ１８を固定する機能とコンプレッサハウジング４を固定する機能とを併有している。見方を変えて述べると、アクチュエータ１８を固定するためのアクチュエータ用ブラケット３０が、コンプレッサハウジング４と軸受ハウジング５との締結手段に兼用されている。

ワッシャ２９は略台形に形成されている一方、アクチュエータ用ブラケット３０は軸方向から見て略く字形になっている。いずれにおいても、タービンハウジング１に向いた面にナット３２を脱落不能に保持しており、ボルト３２をナット３３にねじ込むことにより、軸受ハウジング５をコンプレッサハウジング４に押さえ固定している。なお、ナット３３を使用せずに、アクチュエータ用ブラケット３０にバーリング部を形成してこれに雌ねじを形成することも可能である。

図７に示すように、環状溝２８をコンプレッサハウジング４の端面４ａよりも僅かの寸法Ｅだけコンプレッサハウジング４から離すことにより、環状溝２８の内側面とコンプレッサハウジング４の端面４ａとの間に寸法Ｅの段差を形成している。すると、図７（Ａ）や図８に示すように、ワッシャ２９及びアクチュエータ用ブラケット３０が弾性変形して、軸受ハウジング５がコンプレッサハウジング４に対して弾性的に押さえ付けられた状態になる。これにより、緩みを防止することができる。従って、ワッシャ２９は板ばねのような強靱で高弾性の金属板で製造するのが好ましい。なお、図６（Ｂ）では段差は省略している。

図６（Ａ）及び図８に示すように、請求項に記載した位置決め手段の一例として、アクチュエータ用ブラケット３０の内周面に内向きの係合突起３４を形成している一方、軸受ハウジング５における環状溝２８の内周面（軸受ハウジング５の外周面）に、係合突起３４がきっちり嵌合する係合凹所３５を形成している。これにより、アクチュエータ用ブラケット３０と軸受ハウジング５とは周方向に正確に位置決めされる。

(3).まとめ
さて、リンク１４と支軸１３とウェイストゲートバルブ１２とは一体に動く必要があるので、相互に固定しておく必要がある。具体的には、支軸１３とリンク１４とを相対動不能に保持すると共に、支軸１３とアーム１２ａとを相対動不能に保持する必要がある。

この場合、支軸１３をアーム１２ａに予め溶接等で固定しておいて、支軸１３をタービンハウジング１の内側から軸受け穴１５に挿入して、その後に支軸１３とリンク１４とを相対動不能に固定する方法と、予め支軸１３をリンク１４に溶接等で固定しておいて、支軸１３を軸受け穴１５に外側から挿入してアーム１２ａに嵌め入れて、支軸１３とアーム１２ａとを相対動不能に保持する方法とがある。そして従来は、支軸１３を軸受け穴１５に内側から嵌め入れた後、リンク１４と支軸１３とを溶接で固定していた。

これに対して本実施形態では、タービンハウジング１と軸受ハウジング５とが一体化していることと、軸受ハウジング５とアクチュエータ用ブラケット３０とが正確に位置決めされていることとにより、アクチュエータ１８とウェイストゲートバルブ１２との位置関係や姿勢は所定の状態に正確に保持されているため、支軸１３をアーム１２ａに予め固定している場合には、例えば、支軸１３の露出部を角形部に形成しておく一方、リンク１４には角穴を形成しておいて、リンク１４の角穴を支軸１３の角形部に嵌合させて、スナップリングやナットで抜け止めするなどして、簡単に組み付けることができる。

支軸１３とリンク１４との固定手段としては、キー係合によって相対動不能に保持したり、支軸１３と交叉したピン穴をリンク１４と支軸１３とに予め形成しておいて、ウェイストゲートバルブ１２をセットしてから、ピンをピン穴に挿通して一体化したりすることも可能である。

支軸１３を予めリンク１４に溶接等で固定しておいて、支軸１３を外側から軸受け穴１５に挿通してアーム１２ａに嵌め込むことも可能であり、この場合は、支軸１３とアーム１２ａとは、それら支軸１３と直交した姿勢のビス又はピンで固定することができる。支軸１３の先端部に角形部を形成しておいて、これをアーム１２ａに形成された角穴に挿入して、それからビス等で抜け不能に保持するといったことも可能である。

支軸１３を予めアーム１２ａに固定しておくにしても、支軸１３を予めリンク１４に固定しておくにしても、溶接に比べて組み付け作業の手間を格段に低減できる。これにより、作業者の負担とコストとを低減できる。また、溶接のバラツキや熱膨張による変形などはないため、品質の安定性を向上できる利点もある。

本実施形態では、位置決め手段として、係合突起３４と係合凹所３５とから成る係合部を採用したが、この場合、アクチュエータ用ブラケット３０に係合凹所３５を形成して軸受ハウジング５に係合突起３４を形成してもよい。また、係合突起３４及び係合凹所３５は、角形や三角形状などの形態に設定することも可能である。更に、周方向に離れた複数の箇所に係合部を形成することも可能である。

位置決め手段としては、アクチュエータ用ブラケット３０とタービンハウジング１とが重なっている部位にノック穴を空けておいて、ノック穴にノックピンを挿入するといったことも可能であるが、実施形態のように係合突起３４と係合凹所３５とから成る係合部を採用すると、部材の脱落のおそれがない利点や作業の手間を抑制できる利点があって好適である。

本実施形態では、アクチュエータ用ブラケット３０をコンプレッサハウジング４の固定用押さえプレートに兼用しているため、それだけ部材点数を減らしてコストを低減できると共に、軽量化を通じて燃費の向上に貢献できる。

本願発明は、排気ターボ過給機に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ タービンハウジング
２ タービン翼
３ コンプレッサ翼
４ コンプレッサハウジング
５ 軸受ハウジング
６ 回転軸
１１ ウェイストゲート通路
１２ ウェイストゲートバルブ
１２ａ アーム
１３ 支軸
１４ リンク
１６ ロッド
１８ アクチュエータ
１９ コンプレッサスクロール室
２６ コンプレッサハウジングの張り出し部
２８ 環状溝
２９ 押さえプレートの一例としてのワッシャ
３０ アクチュエータ用ブラケット
３２ ボルト
３３ ナット
３４ 位置決め手段を構成する係合突起
３５ 位置決め手段を構成する係合凹所

Claims (1)

1. ウェイストゲートバルブが内蔵されたタービンハウジングと、コンプレッサスクロール室が形成されたコンプレッサハウジングと、前記タービンハウジングとコンプレッサハウジングとの間に位置した軸受ハウジングと、吸気で作動するアクチュエータが固定されたアクチュエータ用ブラケットとを備えており、
   前記コンプレッサハウジングと軸受ハウジングとは別体であり、その外周部が、周方向に離間して配置された複数本のボルトによって互いに締結されている構成であって、
   前記コンプレッサハウジングの外周部に、前記軸受ハウジングを外周側から囲う張り出し部が周方向に離間して複数個形成されており、前記複数の張り出し部のうち一部は、押さえプレートを介して前記ボルトによって前記軸受ハウジングに押さえ固定されている一方、
   前記アクチュエータ用ブラケットは、前記押さえプレートとは異なる箇所において前記軸受ハウジングを外周側から囲うように配置されていて、前記アクチュエータ用ブラケットを前記張り出し部にボルトで固定することにより、前記コンプレッサハウジングが前記アクチュエータ用ブラケットを介して前記軸受ハウジングに押さえ固定されており、
   かつ、前記アクチュエータ用ブラケットと軸受ハウジングとの相対位置を規定する位置決め手段として、前記アクチュエータ用ブラケットの内周と軸受ハウジングの外周とのうち一方には係合突起が形成されて、他方には、前記係合突起と嵌合する係合凹所が形成されている、
   排気ターボ過給機。

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