WO2012081491A1 - ターボチャージャハウジングのシール構造 - Google Patents

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渡辺　大剛
時吉　巧
幹 惠比寿
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a seal structure for sealing a joint surface between a turbine housing and a bearing housing of a turbocharger.
  • the joints of the turbine housing and bearing housing of the turbocharger are joined by bolts or the like.
  • the joint surface of the joint needs to be sealed so that the exhaust gas flowing inside the turbine housing does not leak to the outside. Therefore, a seal ring having a semicircular cross section, a C-shaped cross section, a V-shaped cross section, or the like is interposed on this joint surface.
  • These seal rings are gaskets that receive the gas pressure of the exhaust gas inside the ring and are pressed against the storage surface by this gas pressure to exhibit sealing performance.
  • the seal ring may be plastically deformed or the hot exhaust gas flowing into the turbine housing thermally expands the joint, which causes clearance in the joint. May cause gas leakage.
  • Patent Document 1 discloses a sealing means in which a gasket is interposed at a junction of a turbine housing and a bearing housing. The configuration of this sealing means will be described with reference to FIG.
  • a turbine shaft 106 and a turbine moving blade 108 coupled to the turbine shaft 106 are disposed inside a turbine housing 102 and a bearing housing 104 that constitute a housing of the turbocharger 100.
  • the turbine shaft 106 is connected to a compressor blade not shown.
  • a bearing 110 rotatably supporting the turbine shaft 106 is provided inside the bearing housing 104.
  • the exhaust gas e that has flowed into the spiral scroll passage 112 formed inside the turbine housing 102 rotates the turbine blades 108 and the turbine shaft 106. Furthermore, the compressor blades coupled to the turbine shaft 106 are rotated, and the rotation of the compressor blades charges the engine.
  • a heat shield plate 116 is interposed between the scroll flow passage 112 and the bearing housing 104, and a heat insulation space 118 is formed on the bearing housing 104 side from the heat shield plate 116.
  • the turbine housing 102 and the flange portion 114 integrally formed on the bearing housing 104 are joined by a bolt 120, and a gasket 126 is interposed between the joint surface 122 of the turbine housing 102 and the joint surface 124 of the flange portion 114. ing.
  • the gasket 124 ensures the sealing performance of the joint surfaces 122 and 124.
  • Patent Document 2 discloses another configuration of a joint between a turbine housing and a bearing housing.
  • the configuration of the joint will be described with reference to FIG.
  • the turbine housing 202 is provided with a recess 204 in which a flange portion 212 formed around the bearing housing 210 is fitted.
  • the flange portion 212 protrudes into the recess 204 and forms a step G with the end surface 206 of the turbine housing 202.
  • a hole 208 is bored in the end face 206 of the turbine housing 202, and a female screw 209 is formed in the hole 208.
  • a bolt 220 is screwed into the female screw portion 209, and a washer 224 is interposed between the bearing surface 222 of the fastening bolt head and the end face 206 of the turbine housing 202.
  • the washer 224 is disposed to be inclined so as to straddle the step G.
  • the washer 224 is elastically deformed by the fastening force of the fastening bolt 220 to generate tension in the fastening bolt 220.
  • the first object of the present invention to improve the sealing performance of the joint portion between the turbine housing and the bearing housing even with the recent tendency of the exhaust gas temperature to rise. Further, the second object is to simplify the structure of the joint, to make the housing parts versatile, to expand the application, to facilitate the processing of the joint and to reduce the processing cost.
  • the seal structure of the turbocharger housing of the present invention is a seal structure for sealing the joint surface between the turbine housing and the bearing housing of the turbocharger, wherein the end face of the turbine housing is a flange portion of the bearing housing An inner end face forming a seal surface in contact with the flange portion of the bearing housing and the seal surface, and an inner end face of the turbine housing and an outer end face having a step with respect to a bolt contact surface of the flange portion;
  • the member forming the sealing surface is formed of an elastically deformable member, and the flange portion of the bearing housing is held between the head bearing surface of a bolt screwed to the end surface of the turbine housing and the inner end surface of the turbine housing Crushed area after elastic deformation of seal surface component is bolt Is obtained by way set by step between the flange portion and the outer end surface of the turbine housing to be fastened is formed before the evening.
  • the sealing performance of the joint surface is enhanced while permitting thermal deformation of the turbine housing and the bearing housing. It can be maintained.
  • a step is provided between the bolt contact surface of the flange portion of the bearing housing and the outer end surface of the turbine housing, and after fastening by the bolt, the seal surface formed by the flange portion and the inner end surface of the turbine housing is Since the elastic deformation is performed by pressing by a collapsing space equivalent to the above, even if the seal surface constituent member is thermally deformed, the seal performance of the seal surface can be maintained high while permitting the thermal deformation.
  • the flange portion of the bearing housing is held between the head seat surface of the bolt and the inner end surface of the turbine housing, it is not necessary to provide a bolt hole or the like in the flange portion of the bearing housing. This facilitates the processing of the flange portion of the bearing housing and reduces the processing cost. Further, the versatility of the bearing housing is expanded, and the application can be expanded.
  • an elastically deformable seal ring is interposed on the seal surface, which corresponds to the collapsing margin of the seal ring between the flange portion of the bearing housing and the outer end surface of the turbine housing before bolting. It is preferable that a step be formed. As a result, since the seal ring can be pressed and deformed elastically by a collapsing margin after tightening with a bolt, the seal performance of the seal surface can be maintained high even if thermal deformation occurs in the seal surface component. Further, since only the seal ring is elastically deformed, it is not necessary to elastically deform the turbine housing and the bearing housing. Therefore, the degree of freedom in selecting materials for the turbine housing and the bearing housing can be expanded.
  • a gas inflow prevention wall may be provided between the seal ring and the gas flow passage formed in the turbine housing.
  • the flange portion of the bearing housing is formed of a plate spring, and a step corresponding to the crushing margin of the plate spring is formed between the plate spring and the outer end surface of the turbine housing.
  • the inner end surface of the turbine housing and the opposing surface of the flange portion of the bearing housing may be processed into a tapered surface, and the tapered surface forming portion may be formed of an elastically deformable member.
  • the thermal deformation of the seal surface component can be absorbed by relative slippage between the two tapered surfaces, so that the sealing performance of the seal surface can be maintained high regardless of the thermal deformation of the seal surface component.
  • the configuration of the sealing surface can be simplified, and no special sealing member is required.
  • a tapered projection is formed on at least one of the joint surface of the flange portion of the bearing housing or the inner end surface of the turbine housing, and the projection is in line contact with the other joint surface.
  • a step may be formed between the outer end face of the housing and the collapsing margin of the protrusion.
  • the joint surface of the flange portion of the bearing housing and the inner end surface of the turbine housing may be formed as a labyrinth structure, and the labyrinth structure forming portion may be formed of an elastically deformable member.
  • the gas pressure reduction effect of the labyrinth structure can maintain high sealing performance even if the seal surface component member is thermally deformed.
  • the seal structure can be simplified.
  • the head of the bolt may be integrally or separately provided with a flange or a washer that contacts the flange portion of the bearing housing and enlarges the contact surface with the flange portion.
  • the contact area between the bearing surface of the bolt and the flange portion can be expanded, the fastening force of the bolt to the flange portion can be increased, and the flange portion can be further firmly held.
  • a seal structure for sealing a joint surface between a turbine housing and a bearing housing of a turbocharger an inner end surface in which an end surface of the turbine housing contacts a flange portion of the bearing housing to form a sealing surface;
  • the flange and the seal surface are not formed, and the inner end surface of the turbine housing and the outer end surface having a level difference with respect to the bolt contact surface of the flange are configured, and the member constituting the seal surface is an elastically deformable member.
  • the flange portion is held between the head bearing surface of the bolt screwed to the end surface of the turbine housing and the inner end surface of the turbine housing, and the crushing margin after elastic deformation of the seal surface forming member is formed before bolting.
  • turbocharger housing which concerns on 1st Embodiment of this invention apparatus. It is a perspective view of the turbocharger housing concerning a 2nd embodiment of the device of the present invention. It is a partially expanded sectional view of the said 2nd Embodiment. It is a partially expanded sectional view of the turbocharger housing which concerns on 3rd Embodiment of this invention apparatus. It is a partially expanded sectional view of the turbocharger housing which concerns on 4th Embodiment of this invention apparatus. It is a partially expanded sectional view of the turbocharger housing which concerns on 5th Embodiment of this invention apparatus. It is a partially expanded sectional view of the turbocharger housing which concerns on 6th Embodiment of this invention apparatus. It is a partially expanded sectional view of the turbocharger housing concerning a 7th embodiment of the device of the present invention. It is sectional drawing of the conventional turbocharger housing. It is a partially expanded sectional view which shows another structure of the conventional turbocharger housing.
  • FIG. 1 A first embodiment of the device according to the invention will be described on the basis of FIG.
  • the joint portion 14 of the turbine housing 12 and the flange portion 32 of the bearing housing 30 are coupled by a flange bolt 40.
  • a scroll channel 18 having a spiral shape into which exhaust gas e flows is formed by the nozzle plate 22 and the nozzle mount 24.
  • a turbine shaft 28 is disposed on a central axis C of the turbine housing 12, and a plurality of turbine blades 26 are integrally formed on the turbine shaft 28. Exhaust gas e flowing from the scroll passage 18 to the turbine blade side rotates the turbine blade 26 and the turbine shaft 28 and then flows out through the outlet passage 20.
  • the bearing housing 30 is provided with a bearing 34 rotatably supporting the turbine shaft 28 and a lubricating oil flow path 36 supplying lubricating oil to the bearing 34.
  • the joint portion 14 of the turbine housing 12 is provided with a plurality of bolt holes 16 in the circumferential direction of the turbine housing 12.
  • the flange bolt 40 has a disk-shaped flange 44 integrally formed on the lower surface of a hexagonal bolt head 42, and the male screw 46 is screwed into the bolt hole 16, and the lower surface of the flange 44 is a flange of the bearing housing 30.
  • FIG. 1 shows a state before the flange bolt 40 is tightened. In this state, seal ring 48 has not yet been elastically deformed, and corresponds to a crush margin h of seal ring 48 between bolt contact surface 32 a of flange portion 32 and outer end face 14 a of turbine housing 12.
  • a step G is formed.
  • the flange portion 32 is sandwiched between the inner side surface of the bearing surface 44 a of the flange 44 and the inner end surface 14 b of the turbine housing 12, thermal deformation of the joint portion 14 and the flange portion 32 is allowed.
  • the sealing performance of the seal surface formed between the bearing surface 44a of the flange 44 and the bolt contact surface 32a and the outer end surface 14a of the flange portion 32, and between the back surface 32b and the inner end surface 14b of the flange portion 32 can be maintained high.
  • a step G is provided between the bolt contact surface 32a of the flange portion 32 and the outer end face 14a, and after tightening by the flange bolt 40, the seal ring 48 is pressed and deformed elastically by a collapsing h corresponding to the step G. Therefore, even if thermal deformation occurs around the seal ring 48, the sealing performance of the seal surface can be maintained high while permitting this thermal deformation. Further, since the crushing margin h after elastic deformation of the seal ring 48 is set by the step G formed before tightening with the flange bolt 40, setting of the crushing margin h of the seal ring 48 which can most exhibit the sealing performance becomes easier.
  • the flange portion 32 is held between the seat surface 44a of the flange 44 and the inner end surface 14b, it is not necessary to provide a bolt hole or the like in the flange portion 32. This facilitates the processing of the flange portion 32 and can reduce the processing cost. Further, the versatility of the bearing housing is expanded, and the application can be expanded. Furthermore, in the present embodiment, since the heat shield wall 32c that shields the space between the inner space of the housing and the seal ring 48 is provided, thermal deterioration of the seal ring 48 can be prevented and the life of the seal ring 48 can be extended. Further, the sealing performance of the sealing surface can be further improved by the heat shielding wall 32c.
  • the flange bolt 40 in which the bolt head 42 and the flange 44 are integrated is used, but a bolt in which the flange or the washer is formed separately from the bolt head may be used.
  • the housing of the turbocharger 50A of the present embodiment is composed of a turbine housing 52, a bearing housing 54, and a compressor housing 56.
  • a plurality of joint portions 60 are formed in the circumferential direction of the turbine housing 52, and as shown in FIG. 3, bolt holes 62 opened in the outer end face 60a are bored in the joint portion 60.
  • a flanged bolt 64 is screwed into the bolt hole 62.
  • the flanged bolt 64 is integrally formed with a hexagonal bolt head 66 with a disk-shaped collar 68 expanded in diameter from the bolt head.
  • a step is formed between the outer end surface 60 a and the inner end surface 60 b of the turbine housing 52.
  • a flange portion 70 is integrally formed on the bearing housing 54.
  • An elastically deformable seal ring 72 having a C-shaped cross section is interposed between the flange portion 70 and the inner end face 60b.
  • FIG. 3 shows the state before tightening by the flanged bolt 64.
  • the outer end surface 60 a and the bolt contact surface 70 a of the flange portion 70 have a step G.
  • the level difference G is set to be equal to the crushing margin of the seal ring 72.
  • the step G is eliminated by screwing the flanged bolt 64 to the outer end surface 60a and bringing the collar 68 into close contact with the outer end surface 60a.
  • the seal ring 72 is pressed by the back surface 70 b and the inner end surface 14 b of the flange portion 70 and is elastically deformed by a set crushing margin.
  • the seal ring 72 is elastically deformed, even if the flange portion 70 and the joint portion 60 are thermally deformed by the heat of the exhaust gas passing through the exhaust gas passage 74, the bolt of the flange portion 70 is deformed.
  • the seal performance of the seal surface constituted by the contact surface 70 a or the back surface 70 b and the outer end surface 60 a or the inner end surface 14 b of the turbine housing 52 can be maintained high.
  • the bolt holes and the like of the flange portion 70 are not provided, the shape of the flange portion 70 can be simplified, and the application of the bearing housing 54 can be expanded. This makes it easy to set the crush margin that is optimal for the seal performance of the seal ring 72.
  • a heat shield wall 76 is integrally formed on the inner end surface 60b between the exhaust gas flow passage 74 and the seal ring 72.
  • the distance h between the heat shield wall 76 and the back surface 70 b of the flange portion 70 is set to be the same as the step G and the set collapse distance of the seal ring 72.
  • the other configuration is the same as that of the second embodiment.
  • the bolt head 82 of the bolt 80, the male screw portion 84, and the washer 86 are configured separately.
  • the flange portion 70 of the bearing housing 54 is formed of a plate spring.
  • a step is formed between the outer end surface 60 a and the inner end surface 60 b of the turbine housing 52.
  • a step G is formed on the flange portion 70 and the outer end surface 60a.
  • the flange portion 70 is pushed by the washer 86 and elastically deformed to come into contact with the inner end face 60b.
  • the inner end surface 60 b is formed in a curved surface in accordance with the rear surface shape of the flange portion 70 after elastic deformation.
  • the sealing performance of the sealing surface can be maintained high even if the sealing surface component is deformed by the heat of exhaust gas.
  • the flange portion 70 is formed of a plate spring, it has elasticity, can easily form a seal surface, has good heat resistance, and can extend its life even under high temperature of exhaust gas.
  • the inner end surface 60b of the turbine housing 52 is formed as a flat tapered surface, and the tip of the back surface 70b of the flange 70 facing the inner end surface 60b is flat at the same angle as the inner end surface 60b.
  • the tapered surface 90 is formed.
  • the inner end surface 60 b and the tapered surface 90 of the flange portion 70 have the same inclination angle so as to abut on the entire surface.
  • the tapered surface forming portion of the flange portion 70 and the joint portion 60 is made of an elastic material.
  • the other configuration is the same as that of the fourth embodiment.
  • the outer end surface 60 a and the bolt contact surface 70 a of the flange portion 70 have a step G.
  • the bolt 80 is screwed in until the washer 86 comes in close contact with the outer end face 60a, the inner end face 60b and the tapered face 90 come in close contact with each other, and the tapered face forming portion elastically deforms and presses each other, and the flange portion
  • the bolt contact surface 70a of 70 and the outer end surface 60a have the same height.
  • the inner end surface 60b and the tip end of the back surface 70b of the flange portion 70 have a simple configuration to make the tapered surface 90, and even if the flange portion 70 and the joint portion 60 are thermally deformed, Sealing performance can be maintained high.
  • a sixth embodiment of the device of the present invention will be described with reference to FIG.
  • a projection 92 having a tapered cross section and a wedge shape is provided at the end of the back surface 70b of the flange portion 70.
  • the bolt contact surface 70a of the flange 70 and the outer end surface 60a form a step G.
  • the other configuration is the same as that of the fifth embodiment.
  • a seventh embodiment of the device of the present invention will be described with reference to FIG.
  • a labyrinth structure 94 is formed on the back surface 70b of the flange portion 70 and the inner end surface 60b of the turbine housing 52.
  • the other configuration is the same as that of the sixth embodiment.
  • FIG. 8 shows a state before tightening of the bolt 80, and a step G is formed between the bolt contact surface 70a of the flange portion 70 and the outer end surface 60a. Further, at the left and right ends of the labyrinth structure 94, intervals A and B having the same dimensions as the step G are formed.
  • the intervals A and B are sealed, and the labyrinth structure 94 is formed between the intervals A and B. Nevertheless, the sealing performance of the sealing surface can be maintained well.
  • turbocharger housing capable of improving the sealing performance of the housing joint surface with a simple configuration even with respect to thermal deformation received by the housing portion.

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Abstract

タービンハウジング１２の接合部１４にボルト穴１６が設けられ、ボルト穴１６にフランジボルト４０が螺合している。ベアリングハウジング３０のフランジ部３２がフランジボルト４０の座面４４ａと接合部１４の内側端面１４ｂとで挟持されている。環状空間ｓにシールリング４８が介装され、フランジボルト４０の締付け前では、接合部１４の外側端面６０ａとフランジ部３２のボルト当接面３２ａとの間に、シールリング４８のつぶれ代ｈと同等の段差Ｇが形成される。フランジボルト４０をボルト穴１６に螺入させ、座面４４ａを外側端面６０ａに密着させ、シールリング４８を弾性変形させる。

Description

ターボチャージャハウジングのシール構造
　本発明は、ターボチャージャのタービンハウジングとベアリングハウジングとの接合面をシールするためのシール構造に関する。
　ターボチャージャのタービンハウジング及びベアリングハウジングの接合部は、ボルト等で接合されている。該接合部の接合面は、タービンハウジングの内部を流れる排気ガスが外部に漏れないように、シールする必要がある。そのため、この接合面に半円形断面や、Ｃ字形断面又はＶ字形断面等をもつシールリングを介装している。これらのシールリングは、リング内側で排気ガスのガス圧を受け、このガス圧で収納面に押し付けられ、シール性能を発揮するガスケットである。
　しかし、ボルトの締結力の付加により、シールリングが塑性変形を起したり、あるいはタービンハウジング内に流入する高温の排気ガスによって接合部が熱膨張し、これらが原因になって、接合部に隙間が生じ、ガス漏れが発生するおそれがある。
　特許文献１に、タービンハウジング及びベアリングハウジングの接合部に、ガスケットを介在させたシール手段が開示されている。このシール手段の構成を図９により説明する。図９において、ターボチャージャ１００のハウジングを構成するタービンハウジング１０２及びベアリングハウジング１０４の内部に、タービン軸１０６及び該タービン軸１０６に結合されたタービン動翼１０８が配置されている。タービン軸１０６は、図示省略のコンプレッサ動翼と連結されている。ベアリングハウジング１０４の内部には、タービン軸１０６を回転可能に支承する軸受１１０が設けられている。
　タービンハウジング１０２の内部に形成された渦巻き形状のスクロール流路１１２に流入した排気ガスｅは、タービン動翼１０８及びタービン軸１０６を回転させる。さらに、タービン軸１０６と連結されたコンプレッサ動翼を回転させ、該コンプレッサ動翼の回転によりエンジンに給気する。該スクロール流路１１２とベアリングハウジング１０４との間に、遮熱板１１６が介在され、遮熱板１１６よりベアリングハウジング１０４側に断熱空間１１８を形成している。
　タービンハウジング１０２とベアリングハウジング１０４に一体形成されたフランジ部１１４とは、ボルト１２０で接合され、タービンハウジング１０２の接合面１２２とフランジ部１１４の接合面１２４との間に、ガスケット１２６が介装されている。このガスケット１２４により、該接合面１２２及び１２４のシール性能を確保するようにしている。
　特許文献２には、タービンハウジング及びベアリングハウジングの接合部の別な構成が開示されている。以下、この接合部の構成を図１０により説明する。図１０に示すターボチャージャ２００では、タービンハウジング２０２は、ベアリングハウジング２１０の周囲に形成されたフランジ部２１２が嵌入される凹部２０４を備えている。該フランジ部２１２は、凹部２０４に突出してタービンハウジング２０２の端面２０６との間に、段差Ｇを形成している。
　タービンハウジング２０２の端面２０６に開口する穴２０８が穿設され、該穴２０８に雌ネジ部２０９が形成されている。該雌ネジ部２０９にボルト２２０が螺合し、締結ボルト頭部の座面２２２とタービンハウジング２０２の端面２０６との間に、座金２２４が介装されている。座金２２４は、段差Ｇを跨ぐように傾斜して配置されている。ここでは、締結ボルト２２０の締結力により、座金２２４を弾性変形させ、締結ボルト２２０に張力を発生させている。
　これによって、ボルト２２０の軸力を上昇させ、運転時の軸力の低下を防止し、タービンハウジング２０２とベアリングハウジング２０４とをより強固に締結できるようにしている。
特開平７－１８９７２３号公開公報 特開２０１０－２０９７０８号公開公報
　エンジンの燃焼ガス温度は、エンジン出力を向上させるため、年々上昇してきている。そのため、排気ガスによるタービンハウジングとベアリングハウジング等の熱膨張は大きくなり、これらハウジングの接合部からのガス漏れのおそれが増大してきている。
　特許文献１に開示されたシール手段では、ターボチャージャ１００を運転し、タービンハウジング１０２及びベアリングハウジング１０４等の熱膨張を考慮していないため、これらの熱膨張時に、接合部に隙間が発生し、ガス漏れが発生するおそれがある。
　特許文献２に開示された接合部の構成は、フランジ部２１２とタービンハウジング２０２の端面２０６との間に段差Ｇが形成されているため、該端面２０６と座金２２４との間、又は締結ボルト２２０の座面２２２と座金２２４との間に隙間が生じる。そのため、ハウジングの接合部のシール性能を向上できないという問題がある。
　本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、近年の排気ガス温度の上昇傾向に対しても、タービンハウジングとベアリングハウジングとの接合部のシール性能を向上させることを第１の目的とする。また、該接合部の構造を簡素化し、ハウジング部品に汎用性を持たせて用途拡大を図ると共に、接合部の加工を容易にし、かつ加工費を節減することを第２の目的とする。
　かかる目的を達成するため、本発明のターボチャージャハウジングのシール構造は、ターボチャージャのタービンハウジングとベアリングハウジングとの接合面をシールするためのシール構造において、タービンハウジングの端面がベアリングハウジングのフランジ部と接してシール面を形成する内側端面と、ベアリングハウジングのフランジ部とシール面を形成せず、タービンハウジングの内側端面と該フランジ部のボルト当接面に対して段差をもつ外側端面とからなり、前記シール面を形成する部材が弾性変形可能な部材で構成されると共に、タービンハウジングの端面に螺合したボルトの頭部座面とタービンハウジングの内側端面とでベアリングハウジングのフランジ部を挟持し、シール面構成部材の弾性変形後のつぶれ代がボルトによる締付け前に形成される該フランジ部とタービンハウジングの外側端面との段差により設定されるようにしたものである。
　このように、ベアリングハウジングのフランジ部をボルトの頭部座面とタービンハウジングの内側端面とで挟持するようにしたので、タービンハウジング及びベアリングハウジングの熱変形を許容しながら接合面のシール性能を高く維持できる。
　また、ベアリングハウジングのフランジ部のボルト当接面とタービンハウジングの外側端面との間に段差をもたせ、ボルトによる締結後に、該フランジ部とタービンハウジングの内側端面とで形成されるシール面を前記段差に相当するつぶれ代だけ押圧させ弾性変形させているので、シール面構成部材が熱変形しても、この熱変形を許容しつつシール面のシール性能を高く維持できる。
　また、シール面構成部材の弾性変形後のつぶれ代がボルトによる締付け前に形成される該フランジ部とタービンハウジングの外側端面との段差により設定されるようにしたので、シール性能を最も発揮できるつぶれ代の設定が容易になる。
　また、ボルトの頭部座面とタービンハウジングの内側端面とでベアリングハウジングのフランジ部を挟持するようにしたので、ベアリングハウジングのフランジ部にボルト穴等を設けなくて済む。これによって、ベアリングハウジングのフランジ部の加工が容易になり、加工費を節減できる。また、ベアリングハウジングの汎用性が広がり、用途を拡大できる。
　本発明のシール構造において、シール面に弾性変形可能なシールリングが介装され、ボルト締付け前にベアリングハウジングのフランジ部とタービンハウジングの外側端面との間に、該シールリングのつぶれ代に相当する段差が形成されているとよい。
　これによって、ボルトによる締付け後、シールリングをつぶれ代だけ押圧させ弾性変形させることができるので、シール面構成部材に熱変形が生じても、シール面のシール性能を高く維持できる。また、シールリングのみを弾性変形させているので、タービンハウジングやベアリングハウジングを弾性変形させずに済む。そのため、タービンハウジングやベアリングハウジングの材質選択の自由度を広げることができる。
　前記構成に加えて、シールリングとタービンハウジング内に形成されたガス流路との間にガス流入防止壁を設けるようにするとよい。該ガス流入防止壁を設けることで、シール面構成部材の熱変形を抑制でき、シール面のシール性能をさらに向上できると共に、排気ガスの熱を遮断し、シールリングの熱劣化を防止できる。
　本発明のシール構造において、ベアリングハウジングのフランジ部が板バネで構成され、該板バネとタービンハウジングの外側端面との間に、該板バネのつぶれ代に相当する段差が形成されているとよい。これによって、板バネの弾性変形により、接合部のシール性能を確保でき、シールリング等特別のシール部材が不要になり、シール構造を簡素化できる。
　本発明のシール構造において、タービンハウジングの内側端面とベアリングハウジングのフランジ部の対向面とがテーパ面に加工され、テーパ面形成部位が弾性変形可能な部材で構成されているとよい。
　これによって、両テーパ面間の相対的な滑りでシール面構成部材の熱変形を吸収できるので、シール面構成部材の熱変形にかかわらず、シール面のシール性能を高く維持できる。また、シール面の構成を簡素化でき、特別のシール部材が不要になる。
　本発明のシール構造において、ベアリングハウジングのフランジ部の接合面又はタービンハウジングの内側端面の少なくとも一方に、先細の突起が形成され、該突起が他方の接合面に線接触し、該フランジ部とタービンハウジングの外側端面との間に、該突起のつぶれ代に相当する段差が形成されているとよい。
　これによって、ボルトの締付力により、前記突起と対向面との間で大きな線圧を発生できる。そのため、シール面構成部材の熱変形に対しても、シール面のシール性能を高く維持できる。従って、特別のシール部材が不要になり、シール構造を簡素化できる。
　本発明のシール構造において、ベアリングハウジングのフランジ部の接合面とタービンハウジングの内側端面とがラビリンス構造に形成され、ラビリンス構造形成部位が弾性変形可能な部材で構成されているとよい。
　このように、シール面にラビリンス構造が形成されているので、ラビリンス構造のガス圧低減効果により、シール面構成部材が熱変形を起しても、シール性能を高く維持できる。また、特別のシール部材を必要としないので、シール構造を簡素化できる。
　本発明のシール構造において、ボルトの頭部が、ベアリングハウジングのフランジ部と接触し、該フランジ部との接触面を拡大するフランジ又はワッシャを一体又は別体に備えているとよい。これによって、ボルトの座面と該フランジ部との接触面積を拡大でき、フランジ部に対するボルトの締結力を増大でき、フランジ部をさらに強固に挟持できる。
　本発明によれば、ターボチャージャのタービンハウジングとベアリングハウジングとの接合面をシールするためのシール構造において、タービンハウジングの端面がベアリングハウジングのフランジ部と接してシール面を形成する内側端面と、該フランジ部とシール面を形成せず、タービンハウジングの内側端面と該フランジ部のボルト当接面に対して段差をもつ外側端面とからなり、シール面を構成する部材が弾性変形可能な部材で構成されると共に、タービンハウジングの端面に螺合したボルトの頭部座面とタービンハウジングの内側端面とで前記フランジ部を挟持し、シール面構成部材の弾性変形後のつぶれ代がボルト締結前に形成されるフランジ部のボルト当接面とタービンハウジングの外側端面との段差により設定されるようにしたので、タービンハウジング及びベアリングハウジングの熱変形を許容しながら接合面のシール性能を高く維持できる。
　また、シール性能を最も発揮できるつぶれ代の設定が容易になると共に、ベアリングハウジングのフランジ部の加工が容易になり、加工費を節減でき、ベアリングハウジングの汎用性を広げることができる。
本発明装置の第１実施形態に係るターボチャージャハウジングの断面図である。 本発明装置の第２実施形態に係るターボチャージャハウジングの斜視図である。 前記第２実施形態の一部拡大断面図である。 本発明装置の第３実施形態に係るターボチャージャハウジングの一部拡大断面図である。 本発明装置の第４実施形態に係るターボチャージャハウジングの一部拡大断面図である。 本発明装置の第５実施形態に係るターボチャージャハウジングの一部拡大断面図である。 本発明装置の第６実施形態に係るターボチャージャハウジングの一部拡大断面図である。 本発明装置の第７実施形態に係るターボチャージャハウジングの一部拡大断面図である。 従来のターボチャージャハウジングの断面図である。 従来のターボチャージャハウジングの別な構成を示す一部拡大断面図である。
　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、材質、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い。
（実施形態１）
　本発明装置の第１実施形態を図１に基づいて説明する。図１に示すターボチャージャ１０において、タービンハウジング１２の接合部１４と、ベアリングハウジング３０のフランジ部３２とは、フランジボルト４０で結合されている。タービンハウジング１２の内部には、ノズルプレート２２やノズルマウント２４によって、排気ガスｅが流入する渦巻き形状のスクロール流路１８が形成されている。
タービンハウジング１２の中心軸線Ｃ上にタービン軸２８が配置され、タービン軸２８に複数のタービン動翼２６が一体に形成されている。スクロール流路１８からタービン動翼側に流入した排気ガスｅはタービン動翼２６及びタービン軸２８を回転させた後、出口流路２０を通って流出する。
　ベアリングハウジング３０には、タービン軸２８を回転可能に支承する軸受３４と、該軸受３４に潤滑油を供給する潤滑油流路３６が設けられている。タービンハウジング１２の接合部１４には、タービンハウジング１２の周方向に、複数のボルト穴１６が設けられている。フランジボルト４０は、六角形をなすボルト頭部４２の下面に円板形状のフランジ４４が一体に形成され、オネジ部４６がボルト穴１６に螺合し、フランジ４４の下面がベアリングハウジング３０のフランジ部３２を押えることで、タービンハウジング１２とベアリングハウジング３０とを結合している。
　タービンハウジング１２の内側端面１４ｂと、フランジ部３２の背面３２ｂとの間に、四角断面の環状空間ｓが形成され、該環状空間ｓにシールリング４８が介装されている。シールリング４８は、断面が近似半円形をなし、弾性変形可能に構成されている。図１は、フランジボルト４０の締付け前の状態を示している。この状態で、シールリング４８はまだ弾性変形しておらず、フランジ部３２のボルト当接面３２ａとタービンハウジング１２の外側端面１４ａとの間に、シールリング４８のつぶれ代ｈに相当するだけの段差Ｇが形成されている。
　また、フランジ部３２の背面３２ｂとタービンハウジング１２の内側端面１４ｂ間、及びフランジ部３２と一体の遮熱壁３２ｃとノズルマウント２４間は、シールリング４８のつぶれ代ｈに相当するだけの間隔が開いている。この状態で、フランジボルト４０をボルト穴１６に螺入させ、フランジ４４の座面４４ａを外側端面１４ａに密着させることにより、前記３箇所の間隔が閉じられ、シールリング４８はつぶれ代ｈ分だけ弾性変形する。この状態で、フランジ部３２は、フランジ４４とタービンハウジング１２の内側端面１４ｂとで挟持される。また、シールリング４８の両端が、夫々フランジ部３２の背面３２ｂ及び内側端面１４ｂに圧接している。
　本実施形態によれば、フランジ部３２をフランジ４４の座面４４ａの内側面とタービンハウジング１２の内側端面１４ｂとで挟持しているので、接合部１４及びフランジ部３２の熱変形を許容しつつ、フランジ４４の座面４４ａとフランジ部３２のボルト当接面３２ａ及び外側端面１４ａ間、及びフランジ部３２の背面３２ｂと内側端面１４ｂ間で形成されるシール面のシール性能を高く維持できる。
　また、フランジ部３２のボルト当接面３２ａと、外側端面１４ａとの間に段差Ｇをもたせ、フランジボルト４０よる締付け後に、シールリング４８を段差Ｇに相当するつぶれ代ｈだけ押圧させ弾性変形させているので、シールリング４８の周囲で熱変形が起こっても、この熱変形を許容しつつシール面のシール性能を高く維持できる。
　また、シールリング４８の弾性変形後のつぶれ代ｈがフランジボルト４０による締付け前に形成される段差Ｇにより設定されるようにしたので、シール性能を最も発揮できるシールリング４８のつぶれ代ｈの設定が容易になる。
　また、フランジ４４の座面４４ａと内側端面１４ｂとでフランジ部３２を挟持するようにしたのでフランジ部３２にボルト穴等を設けなくて済む。これによって、フランジ部３２の加工が容易になり、加工費を節減できる。また、ベアリングハウジングの汎用性が広がり、用途を拡大できる。
　さらに、本実施形態では、ハウジングの内部空間とシールリング４８との間を遮蔽した遮熱壁３２ｃを設けているので、シールリング４８の熱劣化を防止し、シールリング４８を長寿命化できる。また、遮熱壁３２ｃにより、シール面のシール性能を更に向上できる。
　なお、本実施形態では、ボルト頭部４２とフランジ４４とが一体のフランジボルト４０を用いたが、ボルト頭部に対してフランジ又はワッシャが別体で構成されたボルトを用いてもよい。
（実施形態２）
　次に、本発明装置の第２実施形態を図２及び図３により説明する。図２に示すように、本実施形態のターボチャージャ５０Ａのハウジングは、タービンハウジング５２と、ベアリングハウジング５４と、コンプレッサハウジング５６とから構成されている。タービンハウジング５２の周方向に複数の接合部６０が形成され、図３に示すように、該接合部６０に、外側端面６０ａに開口したボルト穴６２が穿設されている。
図３に示すように、ボルト穴６２には、つば付きボルト６４が螺合している。つば付きボルト６４は、六角形のボルト頭部６６に対して、該ボルト頭部より拡径された円板形状のつば６８が一体形成されている。タービンハウジング５２の外側端面６０ａと内側端面６０ｂ間には段差が形成されている。ベアリングハウジング５４には、フランジ部７０が一体形成されている。フランジ部７０と内側端面６０ｂとの間には、Ｃ字状断面を有し、弾性変形可能なシールリング７２が介装されている。
　図３は、つば付きボルト６４による締付け前の状態を示す。締付け前では、外側端面６０ａとフランジ部７０のボルト当接面７０ａとは段差Ｇを有している。段差Ｇはシールリング７２のつぶれ代と同一となるように設定されている。つば付きボルト６４を外側端面６０ａまで螺入させ、つば６８を外側端面６０ａに密着させることで、段差Ｇは解消される。同時に、シールリング７２は、フランジ部７０の背面７０ｂと内側端面１４ｂとで押圧され、設定されたつぶれ代分だけ弾性変形する。
　本実施形態によれば、シールリング７２が弾性変形しているので、排気ガス流路７４を通る排気ガスの熱で、フランジ部７０や接合部６０が熱変形しても、フランジ部７０のボルト当接面７０ａや背面７０ｂと、タービンハウジング５２の外側端面６０ａや内側端面１４ｂとで構成されるシール面のシール性能を高く維持できる。
　また、フランジ部７０のボルト穴等を設けないので、フランジ部７０の形状を簡素化でき、ベアリングハウジング５４の用途を広げることができると共に、シールリング７２のつぶれ代を段差Ｇと同一に設定することで、シールリング７２のシール性能に最適なつぶれ代の設定が容易になる。
（実施形態３）
　次に、本発明装置の第３実施形態を図４により説明する。本実施形態のターボチャージャ５０Ｂは、排気ガス流路７４とシールリング７２との間の内側端面６０ｂに遮熱壁７６を一体形成している。遮熱壁７６とフランジ部７０の背面７０ｂとの間隔ｈは、段差Ｇ及びシールリング７２の設定されたつぶれ代と同一に設定されている。その他の構成は前記第２実施形態を同一である。
　かかる構成において、つば付きボルト６４のつば６８を外側端面６０ａに密着するまで螺入させると、同時に遮熱壁７６とフランジ部７０の背面７０ｂが密着し、かつシールリング７２が設定されたつぶれ代だけ弾性変形する。そのため、前記第２実施形態と同様の作用効果を得られるほか、遮熱壁７６によって排気ガスがシールリング７２まで侵入するのを防止できる。そのため、シールリング７２の熱劣化を防止でき、シールリング７２を長寿命化できると共に、遮熱壁７６の配置によって、シール面のシール性能をさらに高めることができる。
（実施形態４）
　次に、本発明装置の第４実施形態を図５により説明する。本実施形態に係るターボチャージャ５０Ｃでは、ボルト８０のボルト頭部８２やオネジ部８４とワッシャ８６とは別体に構成されている。ベアリングハウジング５４のフランジ部７０は板バネで構成されている。タービンハウジング５２の外側端面６０ａと内側端面６０ｂとは段差が形成されている。ボルト８０の締付け前では、フランジ部７０と外側端面６０ａとに段差Ｇが形成されている。
　ボルト８０をボルト穴６２に螺入させ、ワッシャ８６を外側端面６０ａに密着させると、フランジ部７０は、ワッシャ８６に押されて弾性変形し、内側端面６０ｂに接するようになる。内側端面６０ｂは、フランジ部７０の弾性変形後の背面形状に合わせて曲面に形成されている。
　本実施形態では、フランジ部７０の背面７０ａが内側端面６０ｂに密着するので、シール面構成部材が排気ガスの熱で変形しても、シール面のシール性能を高く維持できる。また、フランジ部７０が板バネで構成されているので、弾力性があり、容易にシール面を形成できると共に、耐熱性が良く、排気ガスの高温度下でも、長寿命化できる。
（実施形態５）
　次に、本発明装置の第５実施形態を図６により説明する。本実施形態のターボチャージャ５０Ｄでは、タービンハウジング５２の内側端面６０ｂが平坦なテーパ面で形成され、内側端面６０ｂに対面するフランジ部７０の背面７０ｂの先端部が、内側端面６０ｂと同一角度の平坦なテーパ面９０で形成されている。内側端面６０ｂとフランジ部７０のテーパ面９０とは、全面で当接するように、互いに同一の傾斜角をなしている。また、フランジ部７０及び接合部６０のテーパ面形成部位は弾性材で構成されている。その他の構成は、前記第４実施形態と同一である。
　かかる構成において、ボルト８０の締付け前では、外側端面６０ａとフランジ部７０のボルト当接面７０ａとは段差Ｇを有している。ボルト８０をワッシャ８６が外側端面６０ａに密着するまで螺入させると、内側端面６０ｂとテーパ面９０とが互いに密着すると共に、テーパ面形成部位が弾性変形して、互いに押圧し合い、かつフランジ部７０のボルト当接面７０ａと外側端面６０ａとが同一高さとなる。
　本実施形態によれば、内側端面６０ｂ及びフランジ部７０の背面７０ｂの先端部をテーパ面９０にするだけの簡単な構成で、フランジ部７０や接合部６０が熱変形しても、シール面のシール性能を高く維持できる。
（実施形態６）
　次に、本発明装置の第６実施形態を図７により説明する。本実施形態のターボチャージャ５０Ｅでは、フランジ部７０の背面７０ｂの先端に、断面が先細でくさび形状を有する突起９２を設けている。ボルト８０の締付け前で、突起９２の先端が内側端面６０ｂに接したとき、フランジ部７０のボルト当接面７０ａと外側端面６０ａとは段差Ｇを形成するように構成されている。その他の構成は前記第５実施形態と同一である。
　かかる構成において、ボルト８０をワッシャ８６が外側端面６０ａに密着するまで螺入させると、突起９２の先端部が内側端面６０ｂに圧接され、該先端部が弾性変形しながら内側端面６０ｂに押し付けられた状態となる。そのため、フランジ部７０や接合部６０が
排気ガス流路７４を通る排気ガスの熱で変形しても、シール面のシール性能を高く維持できる。また、フランジ部７０の背面７０ｂに突起９２を設けただけの簡単な構成とすることができる。
（実施形態７）
　次に、本発明装置の第７実施形態を図８により説明する。本実施形態に係るターボチャージャ５０Ｆは、フランジ部７０の背面７０ｂとタービンハウジング５２の内側端面６０ｂにラビリンス構造９４を形成したものである。その他の構成は前記第６実施形態と同一である。図８は、ボルト８０の締付け前の状態を示し、フランジ部７０のボルト当接面７０ａと外側端面６０ａとの間に段差Ｇが形成されている。また、ラビリンス構造９４の左右両端で、段差Ｇと同一寸法の間隔Ａ及びＢが形成されている。
　かかる構成において、ボルト８０をワッシャ８６が外側端面６０ａに密着するまでボルト穴６２に螺入させると、フランジ部７０のボルト当接面７０ａと外側端面６０ａとの段差Ｇは解消される。同時に、間隔Ａ及びＢも閉じられ、ラビリンス構造９４の両端が密閉される。
　本実施形態によれば、ボルト８０の締付け後、間隔Ａ及びＢが密閉されると共に、間隔Ａ、Ｂ間にラビリンス構造９４が形成されているので、フランジ部７０と接合部６０の熱変形にもかかわらず、シール面のシール性能を良好に維持できる。
　本発明によれば、ハウジング部が受ける熱変形に対しても、簡単な構成で、ハウジング接合面のシール性能を向上できるターボチャージャハウジングを実現できる。

Claims (8)

  1. 　ターボチャージャのタービンハウジングとベアリングハウジングとの接合面をシールするためのシール構造において、
    　タービンハウジングの端面がベアリングハウジングのフランジ部と接してシール面を形成する内側端面と、該フランジ部とシール面を形成せず、該内側端面と該フランジ部のボルト当接面に対して段差をもつ外側端面とからなり、
    　前記シール面を構成する部材が弾性変形可能な部材で構成されると共に、タービンハウジングの端面に螺合したボルトの頭部座面と前記内側端面とで前記フランジ部を挟持し、
    　シール面構成部材の弾性変形後のつぶれ代がボルト締結前に形成される前記フランジ部と前記外側端面との段差により設定されるようにしたことを特徴とするターボチャージャハウジングのシール構造。
  2. 　前記シール面に弾性変形可能なシールリングが介装され、ボルト締付け前にベアリングハウジングのフランジ部とタービンハウジングの外側端面との間に、該シールリングのつぶれ代に相当する段差が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャハウジングのシール構造。
  3. 　前記シールリングとタービンハウジング内に形成されたガス流路との間にガス流入防止壁が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のターボチャージャハウジングのシール構造。
  4. 　前記フランジ部が板バネで構成され、該板バネとタービンハウジングの外側端面との間に、該板バネのつぶれ代に相当する段差が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャハウジングのシール構造。
  5. 　タービンハウジングの内側端面と前記フランジ部の対向面とがテーパ面に加工され、テーパ面形成部位が弾性変形可能な部材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャハウジングのシール構造。
  6. 　前記フランジ部の接合面又はタービンハウジングの内側端面の少なくとも一方に、先細の突起が形成され、該突起が他方の接合面に線接触し、該フランジ部とタービンハウジングの外側端面との間に、該突起のつぶれ代に相当する段差が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャハウジングのシール構造。
  7. 　前記フランジ部の接合面とタービンハウジングの内側端面とがラビリンス構造に形成され、ラビリンス構造形成部位が弾性変形可能な部材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャハウジングのシール構造。
  8. 　前記ボルトの頭部が、ベアリングハウジングのフランジ部と接触し、該フランジ部との接触面を拡大するフランジ又はワッシャを一体又は別体に備えていることを特徴とする請求項１～７のいずれかの項に記載のターボチャージャハウジングのシール構造。
PCT/JP2011/078421 2010-12-15 2011-12-08 ターボチャージャハウジングのシール構造 WO2012081491A1 (ja)

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