WO2013180049A1 - 可変ノズルユニット及び可変容量型過給機 - Google Patents

可変ノズルユニット及び可変容量型過給機 Download PDF

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健一 瀬川
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Definitions

  • the present invention relates to a variable nozzle unit or the like that can change the flow area (flow rate) of exhaust gas supplied to a turbine impeller side in a variable capacity supercharger.
  • a general variable nozzle unit used in a variable capacity supercharger is disposed so as to surround a turbine impeller between a turbine scroll flow path and a gas discharge port in a turbine housing.
  • the specific configuration of the unit is as follows (see Patent Document 1).
  • a nozzle ring is disposed in the turbine housing.
  • a shroud ring 157 is integrated with a nozzle ring (not shown) at a position opposed to the nozzle ring in the axial direction of the turbine impeller 129. Is provided. Further, the shroud ring 157 has a cylindrical shroud portion 163 that protrudes toward the gas discharge port side (downstream side) on the inner peripheral edge side and covers the outer edges of the plurality of turbine blades 133 in the turbine impeller 129.
  • shroud portion 163 of the shroud ring 157 is positioned inside an annular step portion 141 formed on the inlet side of the gas discharge port in the turbine housing, and the outer peripheral surface of the shroud portion 163 of the shroud ring 157. Is formed with a ring groove 165.
  • a plurality of variable nozzles are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
  • the turbine impeller 129 can be rotated in the forward / reverse direction (opening / closing direction) around an axis parallel to the axis Z of the turbine impeller 129.
  • the plurality of variable nozzles are rotated synchronously in the forward direction (opening direction)
  • the flow area of the exhaust gas supplied to the turbine impeller 129 side is increased and the plurality of variable nozzles are moved in the reverse direction (
  • the exhaust gas passage area is reduced.
  • a plurality of seal rings (upstream seal ring 183 and downstream seal ring 185) are provided in pressure contact with the inner peripheral surface of the step 141 of the turbine housing by its own elastic force.
  • the plurality of seal rings 183 and 185 suppress leakage of exhaust gas from the turbine scroll flow path side.
  • the inner peripheral edge of each seal ring 183, 185 is fitted in the ring groove 165 of the shroud ring, and the circumferential position of the joint portion 183f of the upstream seal ring 183 and the joint of the downstream seal ring 185 The circumferential positions of the portions 185f are shifted from each other.
  • FIG. 6A is a view taken along the line VIA-VIA in FIG. 6B, and FIG. 6B is a view showing a part of a conventional variable nozzle unit, as shown in the drawing. , “L” is the left direction, and “R” is the right direction.
  • JP 2006-125588 A (FIGS. 9 and 10)
  • FIG. 7A is an enlarged view showing the periphery of a plurality of seal rings in the conventional variable nozzle unit
  • FIG. 7B is an enlarged view taken along the arrow VIB-VIB line in FIG. 6A. As shown in the drawing, “L” is the left direction and “R” is the right direction.
  • an object of the present invention is to provide a variable nozzle unit or the like that can solve the aforementioned problems.
  • a turbine impeller is disposed between a turbine scroll passage and a gas discharge port in a turbine housing of a variable capacity turbocharger, and is supplied to the turbine impeller side.
  • a variable nozzle unit having a variable flow area (flow rate) of exhaust gas, a nozzle ring disposed in the turbine housing, and a position facing the nozzle ring in the axial direction of the turbine impeller
  • a cylindrical shroud portion that is provided integrally with the nozzle ring, protrudes toward the gas discharge port side (downstream side) on the inner peripheral edge side, and covers the outer edges of a plurality of turbine blades in the turbine impeller.
  • a shroud ring in which a ring groove (circumferential groove) is formed on the outer peripheral surface of the shroud portion, and a circumferentially disposed between a facing surface of the nozzle ring and a facing surface of the shroud ring, and the shaft of the turbine impeller
  • a plurality of variable nozzles capable of rotating in a forward / reverse direction (opening / closing direction) about an axis parallel to the center, and an inner peripheral surface of the step portion of the turbine housing, which are pressed against each other by its own elastic force
  • a plurality of seal rings each of which has a peripheral edge fitted into the ring groove of the shroud ring and suppresses leakage of exhaust gas from the turbine scroll flow path side (opposite surface opposite to the shroud ring), Out of the plurality of seal rings, the inner peripheral edge of the other seal rings (including the upstream seal ring) excluding the seal ring on the most
  • the gist is that it covers (covers) a part.
  • arranged means not only directly disposed but also indirectly disposed through another member.
  • provided means that it is indirectly provided through another member in addition to being directly provided.
  • upstream means upstream when viewed from the flow direction of the main flow of exhaust gas
  • downstream means downstream when viewed from the flow direction of the main flow of exhaust gas.
  • variable displacement supercharger that supercharges air supplied to the engine side using energy of exhaust gas from the engine, the variable nozzle of the first aspect.
  • the gist is that the unit is provided.
  • FIG. 1A is a view taken along the line IA-IA in FIG. 1B
  • FIG. 1B is a view showing the arrow IB in FIG.
  • FIG. 2A is an enlarged view showing the periphery of a plurality of seal rings in the variable nozzle unit according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 2B is an arrow IIB-IIB line in FIG.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the arrow III in FIG.
  • FIG. 4 is a front sectional view of the variable capacity supercharger according to the embodiment of the present invention.
  • FIGS. 5A and 5B are enlarged views showing the periphery of a plurality of seal rings in a variable nozzle unit according to a modification of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A is a view taken along the line VIA-VIA in FIG. 6B
  • FIG. 6B is a view showing a part of a conventional variable nozzle unit.
  • FIG. 7A is an enlarged view showing the periphery of a plurality of seal rings in a conventional variable nozzle unit
  • FIG. 7B is an enlarged view taken along the arrow VIIB-VIIB line in FIG. 6A. is there.
  • variable displacement supercharger 1 As shown in FIG. 4, the variable displacement supercharger 1 according to the embodiment of the present invention supercharges (compresses) the air supplied to the engine using the energy of the exhaust gas from the engine (not shown). )
  • the specific configuration of the variable capacity supercharger 1 is as follows.
  • the variable capacity supercharger 1 includes a bearing housing 3, and a radial bearing 5 and a pair of thrust bearings 7 are provided in the bearing housing 3.
  • a rotor shaft (turbine shaft) 9 extending in the left-right direction is rotatably provided in the plurality of bearings 5, 7.
  • the rotor shaft 9 is provided in the bearing housing 3. , 7 are rotatably provided.
  • a compressor housing 11 is provided on the right side of the bearing housing 3, and a compressor impeller 13 for compressing air using centrifugal force is disposed in the compressor housing 11 (in other words, the rotor shaft 9
  • the shaft center is provided to be rotatable around S.
  • the compressor impeller 13 includes a compressor wheel 15 integrally connected to the right end of the rotor shaft 9 and a plurality of compressor blades 17 provided on the outer peripheral surface of the compressor wheel 15 at equal intervals in the circumferential direction. ing.
  • An air introduction port 19 for introducing air is formed on the inlet side of the compressor impeller 13 in the compressor housing 11 (the right side portion of the compressor housing 11). This air introduction port 19 is an air cleaner that purifies air ( (Not shown).
  • An annular diffuser flow path 21 for boosting the compressed air is formed on the outlet side of the compressor impeller 13 between the bearing housing 3 and the compressor housing 11. The diffuser flow path 21 is configured to introduce air. It communicates with the mouth 19. Further, a spiral compressor scroll passage 23 is formed inside the compressor housing 11, and the compressor scroll passage 23 communicates with the diffuser passage 21.
  • An air discharge port 25 for discharging compressed air is formed at an appropriate position of the compressor housing 11, and this air discharge port 25 communicates with the compressor scroll passage 23, and Can be connected to an intake manifold (not shown).
  • a turbine housing 27 is provided on the left side of the bearing housing 3, and a rotational force (rotational torque) is generated in the turbine housing 27 using the pressure energy of the exhaust gas.
  • the turbine impeller 29 for generating the engine shaft is provided so as to be rotatable around an axis (an axis of the turbine impeller 29, in other words, an axis of the rotor shaft 9) S.
  • the turbine impeller 29 includes a turbine wheel 31 that is integrally provided at the left end of the rotor shaft 9 and a plurality of turbine blades 33 that are provided on the outer peripheral surface of the turbine wheel 31 at equal intervals in the circumferential direction. ing.
  • a gas inlet 35 for introducing exhaust gas is formed at an appropriate position of the turbine housing 27, and the gas inlet 35 can be connected to an exhaust manifold (not shown) of the engine. Further, a spiral turbine scroll passage 37 is formed inside the turbine housing 27, and the turbine scroll passage 37 communicates with the gas inlet 35.
  • a gas discharge port 39 for discharging exhaust gas is formed at the outlet side of the turbine impeller 29 in the turbine housing 27 (the left side of the turbine housing 27). The gas discharge port 39 is connected to the turbine scroll flow. It communicates with the passage 37 and can be connected to an exhaust gas purification device (not shown) that purifies the exhaust gas. Further, an annular step 41 is formed on the inlet side of the gas discharge port 39 in the turbine housing 27.
  • An annular heat shield plate 43 that shields heat from the turbine impeller 29 side is provided on the left side surface of the bearing housing 3, and between the left side surface of the bearing housing 3 and the outer edge portion of the heat shield plate 43. Is provided with a wave washer 45.
  • variable nozzle unit 47 that makes the passage area (flow rate) of the exhaust gas supplied to the turbine impeller 29 side variable is provided in the turbine impeller 29.
  • the specific structure of the variable nozzle unit 47 is as follows.
  • a nozzle ring 49 is disposed in the turbine housing 27 concentrically with the turbine impeller 29 via a mounting ring 51, and the inner peripheral edge of the nozzle ring 49 is a wave washer 45. It is fitted in a state of being pressed against the outer peripheral edge of the heat shield plate 43 by the urging force.
  • the nozzle ring 49 is formed with a plurality (only one shown) of first support holes 53 penetrating at equal intervals in the circumferential direction.
  • the outer peripheral edge of the mounting ring 51 is sandwiched between the bearing housing 3 and the turbine housing 27, and a plurality of (only one is shown) through holes 55 are formed in the mounting ring 51.
  • a shroud ring 57 is integrated with the nozzle ring 49 via a plurality of connecting pins 59 and concentrically with the turbine impeller 29 at positions facing the nozzle ring 49 in the left-right direction (the axial direction of the turbine impeller 29). Is provided. Further, a plurality (only one shown) of second support holes 61 are formed in the shroud ring 57 at equal intervals in the circumferential direction so as to align with the plurality of first support holes 53 of the nozzle ring 49. Furthermore, the shroud ring 57 has a cylindrical shroud portion 63 that protrudes toward the gas discharge port 39 (downstream side) and covers the outer edges of the plurality of turbine blades 33 on the inner peripheral edge side.
  • the ring groove (circumferential groove) 65 (see FIG. 2) is formed on the outer peripheral surface of the shroud portion 63, which is located inside the step portion 41 of the turbine housing 27.
  • the plurality of connecting pins 59 have a function of setting an interval between the facing surface of the nozzle ring 49 and the facing surface of the shroud ring 57.
  • each variable nozzle 67 is an axis of the turbine impeller 29. It can be rotated in the forward / reverse direction (opening / closing direction) around an axis parallel to S.
  • a first nozzle shaft 69 that is rotatably supported in a corresponding first support hole 53 of the nozzle ring 49 is integrally formed on the right side surface (the side surface on one axial side of the turbine impeller 29) of each variable nozzle 67.
  • Each variable nozzle 67 is formed with a first nozzle collar 71 that can come into contact with the opposing surface of the nozzle ring 49 on the base end side of the first nozzle shaft 69. Further, on the left side surface of each variable nozzle 67 (the side surface on the other side in the axial direction of the turbine impeller 29), a second nozzle shaft 73 supported by the corresponding second support hole 61 of the shroud ring 57 is a first nozzle shaft 69. Each variable nozzle 67 has a second nozzle flange 75 that can contact the opposing surface of the shroud ring 57 on the base end side of the second nozzle shaft 73.
  • a link mechanism (synchronizing mechanism) 79 for rotating the plurality of variable nozzles 67 in synchronization is disposed in the annular link chamber 77 defined between the bearing housing 3 and the nozzle ring 49.
  • the link mechanism 79 has a known configuration shown in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2009-243431 and 2009-243300, and is a motor or cylinder that rotates a plurality of variable nozzles 67 in the opening / closing direction. Is connected through a power transmission mechanism 81 to a rotating actuator (not shown).
  • two (plural) seal rings 83, 85 are provided on the inner peripheral surface of the step portion 41 of the turbine housing 27.
  • the seal ring 83 and the downstream seal ring 85 are provided in pressure contact with each other by their own elastic force (the elastic force of the two seal rings 83 and 85). This prevents leakage of exhaust gas from the side of the path 37 (opposite surface opposite to the surface facing the shroud ring 57).
  • the inner peripheral edge of each of the seal rings 83 and 85 is fitted into the ring groove 65 of the shroud ring 57, and the circumferential position (angular position in the circumferential direction) of the joint portion 83f of the upstream seal ring 83.
  • the positions in the circumferential direction of the abutment portion 85f of the downstream seal ring 85 are set so as to be shifted from each other.
  • An annular seal rod 87 protruding in the downstream direction is formed on the inner peripheral edge of the upstream seal ring 83.
  • the cross-sectional shape of the upstream seal ring 83 is , L-shaped.
  • a gap C is formed between the outer peripheral surface of the seal rod 87 of the upstream seal ring 83 and the inner peripheral surface of the downstream seal ring 85.
  • the protruding length M of the upstream side seal ring 83 is set to be equal to or less than the thickness T of the downstream side seal ring 85.
  • the seal rod 87 of the upstream seal ring 83 closes (covers) at least a part (a part or all) of the joint portion 85f of the downstream (most downstream) seal ring 85. It has become.
  • the seal rings 83 and 85 may be formed of materials having the same characteristics (for example, heat resistance performance, linear expansion coefficient, etc.), or may be formed of materials having different characteristics. Such a material is, for example, a heat-resistant alloy.
  • the material of the seal rings 83 and 85 may be selected in consideration of the linear expansion coefficient.
  • the seal ring 83 and the seal ring 85 may be formed of a material having the same linear expansion coefficient.
  • the seal ring 83 may be formed of a material having a linear expansion coefficient lower than that of the seal ring 85. In this case, a stable sealing performance can be secured in the seal ring 85.
  • surface coating may be performed in order to reduce the friction coefficient of each surface of the seal rings 83 and 85 or increase the hardness.
  • the seal rod 87 of the upstream seal ring 83 covers at least a part of the joint portion 85f of the downstream seal ring 85 as described above, the seal rod 87 of the downstream seal ring 83 is used. Does not have to be annular.
  • Exhaust gas introduced from the gas introduction port 35 flows from the inlet side to the outlet side of the turbine impeller 29 via the turbine scroll flow path 37, so that a rotational force (rotational torque) is generated using the pressure energy of the exhaust gas.
  • a rotational force rotational torque
  • the rotor shaft 9 and the compressor impeller 13 can be rotated integrally with the turbine impeller 29.
  • the air introduced from the air inlet 19 can be compressed and discharged from the air outlet 25 via the diffuser passage 21 and the compressor scroll passage 23, and the air supplied to the engine is supercharged. (Compressed).
  • variable displacement supercharger 1 When the engine speed is in the high rotation range and the flow rate of exhaust gas is large, the link mechanism 79 is operated by the rotating actuator, and the plurality of variable nozzles 67 are operated. By rotating in synchronism with the forward direction (opening direction), the gas passage area of the exhaust gas supplied to the turbine impeller 29 side (the throat area of the variable nozzle 67) is increased, and a large amount of exhaust gas is supplied. To do. On the other hand, when the engine speed is in the low rotation range and the flow rate of the exhaust gas is small, the link mechanism 79 is operated by the rotating actuator and the plurality of variable nozzles 67 are synchronized in the reverse direction (closed direction).
  • a seal rod 87 projecting in the downstream direction is formed at the inner peripheral edge of the upstream seal ring 83, and when the plurality of seal rings 83, 85 are viewed from the inside in the radial direction, the seal of the upstream seal ring 83 is sealed. Since the flange 87 closes at least a part of the joint portion 85f of the downstream seal ring 85, the joint portion of the downstream seal ring 85 when the plurality of seal rings 83, 85 are viewed from the inside in the radial direction.
  • the opening area of 85f (the area of the portion hatched in FIG. 2B), in other words, the final leak area of the plurality of seal rings 83 and 85 can be reduced.
  • the exhaust gas passing through the joint portion 83 f of the upstream seal ring 83 and the joint portion 85 f of the downstream seal ring 85 is reduced. Since leakage can be sufficiently prevented, the turbine efficiency of the variable capacity supercharger 1 can be improved to a high level.
  • three A plurality of seal rings 89, 91, 93 (the most upstream seal ring 89, the intermediate seal ring 91, and the most downstream seal ring 93) may be used.
  • the circumferential positions are set to be shifted from each other.
  • An annular seal rod 95 is formed on the inner peripheral edge of the intermediate seal ring 91 or the upstreammost seal ring 93, and when the plurality of seal rings 89, 91, 93 are viewed from the radially inner side, The seal ring 95 of the seal ring 91 or the most upstream seal ring 89 closes at least a part of the joint portion 89f of the most downstream seal ring 89.
  • the present invention is not limited to the description of the above-described embodiment, and can be implemented in various modes.
  • the interval between the variable nozzles adjacent to each other along the circumferential direction may not be constant.
  • the scope of rights encompassed by the present invention is not limited to these embodiments.
  • variable nozzle unit it is possible to sufficiently prevent the exhaust gas from leaking through the joint portions of the plurality of seal rings during the operation of the variable capacity supercharger, so that the variable capacity supercharger improves turbine efficiency.
  • the variable nozzle unit can be provided.

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Abstract

　環状のシール鍔（８７）が上流側のシールリング（８３）の内周縁部に形成される。シール鍔（８７）は下流方向へ突出する。複数のシールリング（８３，８５）を径方向内側から見たとき、上流側のシールリング（８３）のシール鍔（８７）が下流側（最下流側）のシールリング（８５）の合口部（８５ｆ）の少なくも一部分を塞ぐようになっている。

Description

可変ノズルユニット及び可変容量型過給機
　本発明は、可変容量型過給機におけるタービンインペラ側へ供給される排気ガスの流路面積（流量）を可変とする可変ノズルユニット等に関する。
　可変容量型過給機に用いられる一般的な可変ノズルユニットは、タービンハウジング内におけるタービンスクロール流路とガス排出口との間にタービンインペラを囲むように配設されており、一般的な可変ノズルユニット（従来の可変ノズルユニット）の具体的な構成は、次のようになる（特許文献１参照）。
　タービンハウジング内には、ノズルリングが配設されている。図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、このノズルリングに対してタービンインペラ１２９の軸方向に離隔対向した位置には、シュラウドリング１５７がノズルリング（図示せず）と一体的に設けられている。また、シュラウドリング１５７は、内周縁側に、ガス排出口側（下流側）へ突出しかつタービンインペラ１２９における複数のタービンブレード１３３の外縁を覆う筒状のシュラウド部１６３を有している。更に、シュラウドリング１５７のシュラウド部１６３は、タービンハウジング内におけるガス排出口の入口側に形成した環状の段部１４１の内側に位置するようになっており、シュラウドリング１５７のシュラウド部１６３の外周面には、リング溝１６５が形成されている。
　ノズルリング（図示せず）の対向面とシュラウドリング１５７の対向面との間には、複数の可変ノズル（図示せず）が円周方向に等間隔に配設されており、各可変ノズルは、タービンインペラ１２９の軸心Ｚに平行な軸心回りに正逆方向（開閉方向）へ回動可能である。ここで、複数の可変ノズルを正方向（開方向）へ同期して回動させると、タービンインペラ１２９側へ供給される排気ガスの流路面積が大きくなると共に、複数の可変ノズルを逆方向（閉方向）へ同期して回動させると、前記排気ガスの流路面積が小さくなるようになっている。
　タービンハウジングの段部１４１の内周面には、複数のシールリング（上流側のシールリング１８３と下流側のシールリング１８５）が自己の弾性力によって圧接して設けられている。複数のシールリング１８３、１８５は、タービンスクロール流路側からの排気ガスの漏れを抑える。また、各シールリング１８３、１８５の内周縁部は、シュラウドリングのリング溝１６５に嵌入してあって、上流側のシールリング１８３の合口部１８３ｆの周方向位置と下流側のシールリング１８５の合口部１８５ｆの周方向位置は、互いにずれている。
　なお、図６（ａ）は、図６（ｂ）におけるVIA-VIA線に沿った図、図６（ｂ）は、従来の可変ノズルユニットの一部を示す図であって、図面に示すとおり、「Ｌ」は、左方向、「Ｒ」は、右方向である。
特開２００６－１２５５８８号公報（図９及び図１０）
　ところで、可変容量型過給機の運転中に、図７（ａ）に示すように、排気ガスの一部が上流側のシールリング１８３の合口部１８３ｆからシュラウドリング１５７のリング溝１６５の底面側の空間に流入すると、排気ガスの一部はシュラウドリング１５７のリング溝１６５に沿って流れて、下流側のシールリング１８５の合口部１８５ｆからガス排出口側に流出することになる。つまり、複数のシールリング１８３、１８５はタービンスクロール流路側からの排気ガスの漏れを抑えるものの、図７（ｂ）に示すように、複数のシールリング１８３、１８５を径方向内側から見たときにおける下流側のシールリング１８５の合口部１８５ｆの開口面積（網目ハッチングを施した部分の面積）が複数のシールリング１８３、１８５の最終的なリーク面積になって、複数のシールリング１８３、１８５の合口部１８３ｆ、１８５ｆを経由した排気ガスの漏れを十分に防止することができない。そのため、可変容量型過給機のタービン効率を高いレベルまで向上させることが困難であるという問題がある。
　なお、図７（ａ）は、従来の可変ノズルユニットにおける複数のシールリングの周辺を示す拡大図、図７（ｂ）は、図６（ａ）における矢視部VIB-VIB線に沿った拡大図であって、図面に示すとおり、「Ｌ」は、左方向、「Ｒ」は、右方向である。
　そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる可変ノズルユニット等を提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様は、可変容量型過給機のタービンハウジング内におけるタービンスクロール流路とガス排出口との間にタービンインペラを囲むように配設され、前記タービンインペラ側へ供給される排気ガスの流路面積（流量）を可変とする可変ノズルユニットであって、前記タービンハウジング内に配設されたノズルリングと、前記ノズルリングに対して前記タービンインペラの軸方向に離隔対向した位置に前記ノズルリングと一体的に設けられ、内周縁側に前記ガス排出口側（下流側）へ突出しかつ前記タービンインペラにおける複数のタービンブレードの外縁を覆う筒状のシュラウド部を有し、前記シュラウド部が前記タービンハウジング内における前記ガス排出口の入口側に形成した環状の段部の内側に位置してあって、前記シュラウド部の外周面にリング溝（周溝）が形成されたシュラウドリングと、前記ノズルリングの対向面と前記シュラウドリングの対向面との間に円周方向に配設され、前記タービンインペラの軸心に平行な軸心回りに正逆方向（開閉方向）へ回動可能な複数の可変ノズルと、前記タービンハウジングの前記段部の内周面に自己の弾性力によって圧接して設けられ、内周縁部が前記シュラウドリングの前記リング溝に嵌入し、前記タービンスクロール流路側（前記シュラウドリングの対向面の反対面側）からの排気ガスの漏れを抑える複数のシールリングと、を具備し、前記複数のシールリングのうち最下流側（最も前記ガス排出口側）のシールリングを除く他のシールリング（上流側のシールリングを含む）の内周縁部に、下流方向（前記ガス排出口側）へ突出したシール鍔が形成され、前記複数のシールリングを径方向内側から見たときに前記他のシールリングの前記シール鍔が前記最下流側のシールリングの合口部の少なくとも一部分を塞ぐ（覆う）ようになっていることを要旨とする。
　なお、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「配設され」とは、直接的に配設されたことの他に、別部材を介して間接的に配設されたことを含む意であって、「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、別部材を介して間接的に設けられたことを含む意である。また、「上流」とは、排気ガスの主流の流れ方向から見て上流のことをいい、「下流」とは、排気ガスの主流の流れ方向から見て下流のことをいう。
　本発明の第２の態様は、エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジン側に供給される空気を過給する可変容量型過給機であって、第１の態様の可変ノズルユニットを具備したことを要旨とする。
　本発明によれば、前記可変容量型過給機の運転中に、前記複数のシールリングの合口部を経由した排気ガスの漏れを十分に防止できるため、前記可変容量型過給機のタービン効率向上させることができる。
図１（ａ）は、図１（ｂ）におけるIA-IA線に沿った図、図１（ｂ）は、図３における矢視部IBを示す図である。 図２（ａ）は、本発明の実施形態に係る可変ノズルユニットにおける複数のシールリングの周辺を示す拡大図、図２（ｂ）は、図１（ａ）における矢視部IIB-IIB線に沿った拡大図である。 図３は、図４における矢視部IIIの拡大図である。 図４は、本発明の実施形態に係る可変容量型過給機の正断面図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、本発明の実施形態の変形例に係る可変ノズルユニットにおける複数のシールリングの周辺を示す拡大図である。 図６（ａ）は、図６（ｂ）におけるVIA-VIA線に沿った図、図６（ｂ）は、従来の可変ノズルユニットの一部を示す図である。 図７（ａ）は、従来の可変ノズルユニットにおける複数のシールリングの周辺を示す拡大図、図７（ｂ）は、図６（ａ）における矢視部VIIB-VIIB線に沿った拡大図である。
　本発明の実施形態について図１から図４を参照して説明する。なお、図面に示すとおり、「Ｒ」は、右方向、「Ｌ」は、左方向である。
　図４に示すように、本発明の実施形態に係る可変容量型過給機１は、エンジン（図示省略）からの排気ガスのエネルギーを利用して、エンジンに供給される空気を過給（圧縮）するものである。そして、可変容量型過給機１の具体的な構成等は、以下のようになる。
　可変容量型過給機１は、ベアリングハウジング３を具備しており、ベアリングハウジング３内には、ラジアルベアリング５及び一対のスラストベアリング７が設けられている。また、複数のベアリング５，７には、左右方向へ延びたロータ軸（タービン軸）９が回転可能に設けられており、換言すれば、ベアリングハウジング３には、ロータ軸９が複数のベアリング５，７を介して回転可能に設けられている。
　ベアリングハウジング３の右側には、コンプレッサハウジング１１が設けられており、このコンプレッサハウジング１１内には、遠心力を利用して空気を圧縮するコンプレッサインペラ１３がその軸心（換言すれば、ロータ軸９の軸心）Ｓ周りに回転可能に設けられている。また、コンプレッサインペラ１３は、ロータ軸９の右端部に一体的に連結されたコンプレッサホイール１５と、このコンプレッサホイール１５の外周面に周方向に等間隔に設けられた複数のコンプレッサブレード１７とを備えている。
　コンプレッサハウジング１１におけるコンプレッサインペラ１３の入口側（コンプレッサハウジング１１の右側部）には、空気を導入するための空気導入口１９が形成されており、この空気導入口１９は、空気を浄化するエアクリーナ（図示省略）に接続可能である。また、ベアリングハウジング３とコンプレッサハウジング１１との間におけるコンプレッサインペラ１３の出口側には、圧縮された空気を昇圧する環状のディフューザ流路２１が形成されており、このディフューザ流路２１は、空気導入口１９に連通してある。更に、コンプレッサハウジング１１の内部には、渦巻き状のコンプレッサスクロール流路２３が形成されており、このコンプレッサスクロール流路２３は、ディフューザ流路２１に連通してある。そして、コンプレッサハウジング１１の適宜位置には、圧縮された空気を排出するための空気排出口２５が形成されており、この空気排出口２５は、コンプレッサスクロール流路２３に連通してあって、エンジンの吸気マニホールド（図示省略）に接続可能である。
　図３及び図４に示すように、ベアリングハウジング３の左側には、タービンハウジング２７が設けられており、このタービンハウジング２７内には、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させるタービンインペラ２９が軸心（タービンインペラ２９の軸心、換言すれば、ロータ軸９の軸心）Ｓ周りに回転可能に設けられている。また、タービンインペラ２９は、ロータ軸９の左端部に一体的に設けられたタービンホイール３１と、このタービンホイール３１の外周面に周方向に等間隔に設けられた複数のタービンブレード３３とを備えている。
　タービンハウジング２７の適宜位置には、排気ガスを導入するためのガス導入口３５が形成されており、このガス導入口３５は、エンジンの排気マニホールド（図示省略）に接続可能である。また、タービンハウジング２７の内部には、渦巻き状のタービンスクロール流路３７が形成されており、このタービンスクロール流路３７は、ガス導入口３５に連通してある。そして、タービンハウジング２７におけるタービンインペラ２９の出口側（タービンハウジング２７の左側部）には、排気ガスを排出するためのガス排出口３９が形成されており、このガス排出口３９は、タービンスクロール流路３７に連通してあって、排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置（図示省略）に接続可能である。更に、タービンハウジング２７内におけるガス排出口３９の入口側には、環状の段部４１が形成されている。
　なお、ベアリングハウジング３の左側面には、タービンインペラ２９側からの熱を遮蔽する環状の遮熱板４３が設けられており、ベアリングハウジング３の左側面と遮熱板４３の外縁部との間には、波ワッシャ４５が設けられている。
　タービンハウジング２７内におけるタービンスクロール流路３７とガス排出口３９との間には、タービンインペラ２９側へ供給される排気ガスの流路面積（流量）を可変とする可変ノズルユニット４７がタービンインペラ２９を囲むように配設されており、この可変ノズルユニット４７の具体的な構成は、次のようになる。
　図３に示すように、タービンハウジング２７内には、ノズルリング４９が取付リング５１を介してタービンインペラ２９と同心状に配設されており、このノズルリング４９の内周縁部は、波ワッシャ４５の付勢力によって遮熱板４３の外周縁部に圧接した状態で嵌合してある。また、ノズルリング４９には、複数（１つのみ図示）の第１支持穴５３が円周方向に等間隔に貫通形成されている。なお、取付リング５１の外周縁部は、ベアリングハウジング３とタービンハウジング２７によって挟持されてあって、取付リング５１には、複数（１つのみ図示）の通孔５５が形成されている。
　ノズルリング４９に対して左右方向（タービンインペラ２９の軸方向）に離隔対向した位置には、シュラウドリング５７が複数の連結ピン５９を介してノズルリング４９と一体的かつタービンインペラ２９と同心状に設けられている。また、シュラウドリング５７には、複数（１つのみ図示）の第２支持穴６１がノズルリング４９の複数の第１支持穴５３に整合するように円周方向に等間隔に形成されている。更に、シュラウドリング５７は、内周縁側に、ガス排出口３９側（下流側）へ突出しかつ複数のタービンブレード３３の外縁を覆う筒状のシュラウド部６３を有しており、このシュラウド部６３は、タービンハウジング２７の段部４１の内側に位置してあって、シュラウド部６３の外周面には、リング溝（周溝）６５（図２参照）が形成されている。なお、複数の連結ピン５９は、ノズルリング４９の対向面とシュラウドリング５７の対向面との間隔を設定する機能を有している。
　ノズルリング４９の対向面とシュラウドリング５７の対向面との間には、複数の可変ノズル６７が円周方向に等間隔に配設されており、各可変ノズル６７は、タービンインペラ２９の軸心Ｓに平行な軸心周りに正逆方向（開閉方向）へ回動可能である。また、各可変ノズル６７の右側面（タービンインペラ２９の軸方向一方側の側面）には、ノズルリング４９の対応する第１支持穴５３に回動可能に支持される第１ノズル軸６９が一体形成されており、各可変ノズル６７は、第１ノズル軸６９の基端側に、ノズルリング４９の対向面に接触可能な第１ノズル鍔部７１を有している。更に、各可変ノズル６７の左側面（タービンインペラ２９の軸方向他方側の側面）には、シュラウドリング５７の対応する第２支持穴６１に支持される第２ノズル軸７３が第１ノズル軸６９と同軸状に一体形成されており、各可変ノズル６７は、第２ノズル軸７３の基端側に、シュラウドリング５７の対向面に接触可能な第２ノズル鍔部７５を有している。
　ベアリングハウジング３とノズルリング４９との間に区画した環状のリンク室７７内には、複数の可変ノズル６７を同期して回動させるためのリンク機構（同期機構）７９が配設されている。また、リンク機構７９は、特開２００９－２４３４３１号公報及び特開２００９－２４３３００号公報等に示す公知の構成からなるものであって、複数の可変ノズル６７を開閉方向へ回動させるモータ又はシリンダ等の回動アクチュエータ（図示省略）に動力伝達機構８１を介して接続されている。
　図１（ａ）、図１（ｂ）及び図２（ａ）に示すように、タービンハウジング２７の段部４１の内周面には、２つ（複数）のシールリング８３，８５（上流側のシールリング８３と下流側のシールリング８５）が自己の弾性力（２つのシールリング８３，８５の弾性力）によって圧接して設けられており、２つのシールリング８３，８５は、タービンスクロール流路３７側（シュラウドリング５７の対向面の反対面側）からの排気ガスの漏れを抑えるものである。また、各シールリング８３，８５の内周縁部は、シュラウドリング５７のリング溝６５に嵌入してあって、上流側のシールリング８３の合口部８３ｆの周方向位置（円周方向の角度位置）と下流側のシールリング８５の合口部８５ｆの周方向位置は、互いにずらして設定されている。
　上流側のシールリング８３の内周縁部には、下流方向（ガス排出口３９側）へ突出した環状のシール鍔８７が形成されており、換言すれば、上流側のシールリング８３の断面形状は、Ｌ字形状を呈してある。また、上流側のシールリング８３のシール鍔８７の外周面と下流側のシールリング８５の内周面との間には、隙間Ｃが形成されている。そして、上流側のシールリング８３の突出長さＭは、下流側のシールリング８５の厚みＴ以下に設定されており、図２（ｂ）に示すように、複数のシールリング８３，８５を径方向内側から見たときに、上流側のシールリング８３のシール鍔８７が下流側（最下流側）のシールリング８５の合口部８５ｆの少なくも一部分（一部分又は全部）を塞ぐ（覆う）ようになっている。
　シールリング８３、８５は同一の特性（例えば耐熱性能、線膨張係数など）をもつ材料によって形成されてもよく、互いに異なる特性をもつ材料によって形成されてもよい。このような材料は、例えば耐熱合金である。また、シールリング８３、８５の材料は線膨張係数を考慮して選定してもよい。例えば、シールリング８３とシールリング８５は同一の線膨張係数をもつ材料によって形成してもよい。一方、シールリング８３を、シールリング８５の線膨張係数よりも低い線膨張係数の材料で形成してもよい。この場合、シールリング８５において安定したシール性を確保できる。また、シールリング８３、８５の各表面の摩擦係数を下げる、あるい硬度を上げるために、表面コーティングを行ってもよい。
　なお、上流側のシールリング８３のシール鍔８７が前述のように下流側のシールリング８５の合口部８５ｆの少なくも一部分を塞ぐようになっていれば、下流側のシールリング８３のシール鍔８７が環状になっていなくても構わない。
　続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。
　ガス導入口３５から導入した排気ガスがタービンスクロール流路３７を経由してタービンインペラ２９の入口側から出口側へ流通することにより、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させて、ロータ軸９及びコンプレッサインペラ１３をタービンインペラ２９と一体的に回転させることができる。これにより、空気導入口１９から導入した空気を圧縮して、ディフューザ流路２１及びコンプレッサスクロール流路２３を経由して空気排出口２５から排出することができ、エンジンに供給される空気を過給（圧縮）することができる。
　可変容量型過給機１の運転中、エンジン回転数が高回転域にあって、排気ガスの流量が多い場合には、回動アクチュエータによってリンク機構７９を作動させつつ、複数の可変ノズル６７を正方向（開方向）へ同期して回動させることにより、タービンインペラ２９側へ供給される排気ガスのガス流路面積（可変ノズル６７のスロート面積）を大きくして、多くの排気ガスを供給する。一方、エンジン回転数が低回転域にあって、排気ガスの流量が少ない場合には、回動アクチュエータによってリンク機構７９を作動させつつ、複数の可変ノズル６７を逆方向（閉方向）へ同期して回動させることにより、タービンインペラ２９側へ供給される排気ガスのガス流路面積を小さくして、排気ガスの流速を高めて、タービンインペラ２９の仕事量を十分に確保する。これにより、複数のシールリング８３，８５によってタービンスクロール流路３７側からの排気ガスの漏れを抑えた状態で、排気ガスの流量の多少に関係なく、タービンインペラ２９によって回転力を十分かつ安定的に発生させることができる。
　ここで、上流側のシールリング８３の内周縁部に下流方向へ突出したシール鍔８７が形成され、複数のシールリング８３，８５を径方向内側から見たときに上流側のシールリング８３のシール鍔８７が下流側のシールリング８５の合口部８５ｆの少なくとも一部分を塞ぐようになっているため、複数のシールリング８３，８５を径方向内側から見たときにおける下流側のシールリング８５の合口部８５ｆの開口面積（図２（ｂ）において網目ハッチングを施した部位の面積）、換言すれば、複数のシールリング８３，８５の最終的なリーク面積を小さくすることができる。これにより、可変容量型過給機１の運転中に、排気ガスの一部が上流側のシールリング８３の合口部８３ｆからシュラウドリング５７のリング溝６５の底面側の空間に流入しても、下流側のシールリング８５の合口部８５ｆからガス排出口３９側に流出することを十分に防止することができる。換言すれば、上流側のシールリング８３の合口部８３ｆと下流側のシールリング８５の合口部８５ｆを経由した排気ガスの漏れを十分に防止することができる。
　従って、本発明の実施形態によれば、可変容量型過給機１の運転中に、上流側のシールリング８３の合口部８３ｆと下流側のシールリング８５の合口部８５ｆを経由した排気ガスの漏れを十分に防止できるため、可変容量型過給機１のタービン効率を高いレベルまで向上させることができる。
（変形例）
　本発明の実施形態の変形例について図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照して説明する。なお、図面に示すとおり、「Ｒ」は、右方向、「Ｌ」は、左方向である。
　可変ノズルユニット４７に２つのシールリング８３，８５を用いる代わりに（図１（ｂ）及び図２（ａ）参照）、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、３つ（複数）のシールリング８９，９１，９３（最上流側のシールリング８９と中間のシールリング９１と最下流側のシールリング９３）を用いても構わない。この場合には、最上流側のシールリング８９の合口部８９ｆの周方向位置と中間のシールリング９１の合口部（図示省略）の周方向位置と最下流側のシールリング９３の合口部９３ｆの周方向位置は、互いにずらして設定されている。また、中間のシールリング９１又は最上流側のシールリング９３の内周縁部に環状のシール鍔９５が形成され、複数のシールリング８９，９１，９３を径方向内側から見たときに、中間のシールリング９１又は最上流側のシールリング８９のシール鍔９５が最下流側のシールリング８９の合口部８９ｆの少なくも一部分を塞ぐようになっている。
　そして、本発明の実施形態の変形例においても、前述の本発明の実施形態の作用及び効果と同様の効果を奏する。
　なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、種々の態様で実施可能である。例えば、上述の複数の可変ノズルの配置に関して、円周方向に沿って互いに隣接する可変ノズルの間隔は一定でなくてもよい。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。
　本発明によれば、可変容量型過給機の運転中に、前記複数のシールリングの合口部を経由した排気ガスの漏れを十分に防止できるため、タービン効率を向上させる可変容量型過給機の可変ノズルユニット等を提供することができる。

Claims (3)

  1. 　可変容量型過給機のタービンハウジング内におけるタービンスクロール流路とガス排出口との間にタービンインペラを囲むように配設され、前記タービンインペラ側へ供給される排気ガスの流路面積を可変とする可変ノズルユニットであって、
    　前記タービンハウジング内に配設されたノズルリングと、
    　前記ノズルリングに対して離隔対向した位置に前記ノズルリングと一体的に設けられ、内周縁側に前記ガス排出口側へ突出しかつ前記タービンインペラにおける複数のタービンブレードの外縁を塞ぐ筒状のシュラウド部を有し、前記シュラウド部が前記タービンハウジング内における前記ガス排出口の入口側に形成した環状の段部の内側に位置してあって、前記シュラウド部の外周面にリング溝が形成されたシュラウドリングと、
    　前記ノズルリングの対向面と前記シュラウドリングの対向面との間に円周方向に配設され、前記タービンインペラの軸心に平行な軸心回りに正逆方向へ回動可能な複数の可変ノズルと、
    　前記タービンハウジングの前記段部の内周面に自己の弾性力によって圧接して設けられ、内周縁部が前記シュラウドリングの前記リング溝に嵌入し、前記タービンスクロール流路側からの排気ガスの漏れを抑える複数のシールリングと、を具備し、
    　前記複数のシールリングのうち最下流側のシールリングを除く他のシールリングの内周縁部に、下流方向へ突出したシール鍔が形成され、前記複数のシールリングを径方向内側から見たときに前記他のシールリングの前記シール鍔が前記最下流側のシールリングの合口部の少なくとも一部分を塞ぐようになっていることを特徴とする可変ノズルユニット。
  2. 　前記他のシールリングの断面形状がＬ字形状を呈していることを特徴とする請求項１に記載の可変ノズルユニット。
  3. 　エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジン側に供給される空気を過給する可変容量型過給機において、
    　請求項１又は請求項２に記載の可変ノズルユニットを具備したことを特徴とする可変容量型過給機。
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