WO2013187448A1 - シール構造及び可変容量型過給機 - Google Patents

シール構造及び可変容量型過給機 Download PDF

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WO2013187448A1 PCT/JP2013/066257 JP2013066257W WO2013187448A1 WO 2013187448 A1 WO2013187448 A1 WO 2013187448A1 JP 2013066257 W JP2013066257 W JP 2013066257W WO 2013187448 A1 WO2013187448 A1 WO 2013187448A1
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turbine
mounting step
seal structure
bearing housing
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吉田　宗弘
森　淳
峰田　知己
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株式会社Ihi
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/165—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for radial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially parallel to the rotor centre line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/24—Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a seal structure that suppresses leakage of a liquid such as fuel from between two housings fastened to each other, and a variable capacity supercharger including the seal structure.
  • the conventional variable displacement turbocharger is equipped with a variable nozzle unit that makes the flow area of the exhaust gas supplied to the turbine impeller side variable.
  • the variable nozzle unit is attached to the turbine housing via a support ring that supports the variable nozzle unit.
  • the outer peripheral edge of the support ring is sandwiched between the opposed surfaces of the turbine housing and the bearing housing.
  • variable capacity turbocharger is equipped with a filter disposed on the downstream side of the turbine impeller outlet.
  • This filter collects particulates (particulate matter) in the exhaust gas. Particulates gradually accumulate on the filter.
  • unburned fuel may be supplied into the turbine housing to regenerate the filter.
  • unburned fuel is combusted by a catalyst disposed between the turbine impeller outlet and the filter. The combustion of the unburned fuel raises the temperature of the filter, burns the particulates deposited on the filter, and removes it.
  • variable capacity turbochargers usually have a seal structure that prevents liquefied unburnt fuel from leaking between the turbine housing and the bearing housing after shutdown.
  • An annular mounting groove is formed on the side surface of the turbine housing facing the bearing housing.
  • An annular gasket is provided in the mounting groove. The gasket is clamped while being pressed by the bottom surface of the mounting groove and the side surface of the outer peripheral edge of the support ring. Accordingly, the bottom surface of the mounting groove and the side surface of the support ring function as a gasket sealing surface, and as a result, leakage of liquefied unburned fuel from between the turbine housing and the bearing housing is suppressed.
  • the support ring is molded by pressing.
  • undulation is likely to occur on the side surface of the support ring with which the gasket contacts.
  • the adhesion to the gasket is lowered. Therefore, this swell may reduce the sealing performance for preventing leakage of unburned fuel from between the turbine housing and the bearing housing depending on the environment of use of the engine.
  • the first aspect of the present invention is equipped with a variable nozzle unit that makes the flow area of exhaust gas supplied to the turbine impeller side variable, and the outer peripheral edge of the support ring in the variable nozzle unit is a turbine housing,
  • the turbine of the variable capacity supercharger is used for a variable capacity supercharger that is pressed between the side surface on one side in the axial direction and the other side surface of the bearing housing in the axial direction while being sandwiched therebetween.
  • This is a seal structure that suppresses leakage of liquefied unburned fuel for regenerating a filter disposed downstream of the outlet of the impeller from between the side surface of the turbine housing and the side surface of the bearing housing.
  • the seal structure is provided in an annular mounting step portion formed on an outer side in a radial direction of the support ring in at least one of the side surface of the turbine housing and the side surface of the bearing housing, and provided in the mounting step portion.
  • An annular gasket wherein the gasket includes a bottom surface of the mounting step portion of the turbine housing and the side surface of the bearing housing, a bottom surface of the mounting step portion of the bearing housing and the side surface of the turbine housing, or the The gist is that the turbine housing is sandwiched between the bottom surface of the mounting step portion of the turbine housing and the bottom surface of the mounting step portion of the bearing housing while being pressed by the bottom surface.
  • axial direction refers to the axial direction of the rotor shaft of the variable displacement supercharger, in other words, the axial direction of the turbine impeller.
  • annular mounting step portion includes an annular mounting groove.
  • the second aspect of the present invention is a variable capacity supercharger including the variable nozzle unit of the first aspect.
  • a seal structure that suppresses leakage of a liquid such as fuel from between two housings fastened to each other, and a variable capacity supercharger including the seal structure.
  • FIG. 1 is a view showing a seal structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the arrow II in FIG.
  • FIG. 3 is a front sectional view of the variable capacity supercharger according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a seal structure according to Modification 1 of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a seal structure according to Modification 2 of the embodiment of the present invention.
  • variable capacity supercharger 1 As shown in FIG. 3, the variable capacity supercharger 1 according to the embodiment of the present invention supercharges (compresses) air supplied to the engine using the energy of exhaust gas from the engine. is there.
  • the variable capacity supercharger 1 includes a bearing housing 3.
  • a radial bearing 7 and a pair of thrust bearings 9 are provided in the bearing housing 3.
  • the radial bearing 7 and the pair of thrust bearings 9 rotatably support a rotor shaft (turbine shaft) 5 extending in the left-right direction.
  • a flange 11 is formed on the right side of the bearing housing 3 (one side in the axial direction of the rotor shaft 5).
  • a flange 13 is formed on the left side of the bearing housing 3 (the other side in the axial direction of the rotor shaft 5).
  • the compressor housing 15 is attached to the flange 11 using a plurality of fastening bolts 17 and a plurality of washers 19. 2 and 3 show only one set of fastening bolts 17 and washers 19, and the other fastening bolts 17 and washers 19 are not shown.
  • a fitting recess 21 into which the flange 11 is fitted is formed on the left side of the compressor housing 15.
  • a compressor impeller 23 is provided in the compressor housing 15 so as to be rotatable around its axis C (in other words, the axis of the rotor shaft 5).
  • the compressor impeller 23 compresses air using centrifugal force.
  • the compressor impeller 23 includes a compressor wheel 25 and a plurality of compressor blades 27.
  • the compressor wheel 25 is integrally connected to the right end portion of the rotor shaft 5.
  • the plurality of compressor blades 27 are provided on the outer peripheral surface of the compressor wheel 25 and are positioned at equal intervals along the circumferential direction of the compressor wheel 25.
  • An air introduction port 29 is formed on the inlet side of the compressor impeller 23 in the compressor housing 15 (the right side portion of the compressor housing 15).
  • the air inlet 29 is connected to an air cleaner (not shown) for purifying air, and the air inlet 29 introduces air into the compressor impeller 23.
  • the outlet side of the compressor impeller 23 is located between the bearing housing 3 and the compressor housing 15 and forms an annular diffuser flow path 31 that pressurizes compressed air.
  • the diffuser flow path 31 communicates with the air introduction port 29.
  • a scroll flow path 33 is formed inside the compressor housing 15.
  • the scroll flow path 33 is formed in a spiral around the compressor impeller 23 and communicates with the diffuser flow path 31.
  • An air discharge port 35 is formed at an appropriate position of the compressor housing 15.
  • the air discharge port 35 discharges compressed air.
  • the air discharge port 35 communicates with the compressor scroll passage 33 and is connected to an intake manifold (not shown) of the engine.
  • the turbine housing 37 is attached to the flange 13 using a plurality of fastening bolts 39 and a plurality of washers 41. 2 and 3 show only one set of fastening bolts 39 and washers 41, and the other fastening bolts 39 and washers 41 are not shown.
  • a fitting recess 43 into which the flange 13 is fitted is formed on the right side of the turbine housing 37.
  • a turbine impeller 45 is provided in the turbine housing 37 so as to be rotatable around an axis C (an axis of the turbine impeller 45, in other words, an axis of the rotor shaft 5) C. The turbine impeller 45 generates rotational force (rotational torque) using the pressure energy of the exhaust gas.
  • the turbine impeller 45 includes a turbine wheel 47 and a plurality of turbine blades 49.
  • the turbine wheel 47 is integrally provided at the left end portion of the rotor shaft 5.
  • the plurality of turbine blades 49 are provided on the outer peripheral surface of the turbine wheel 47 and are located at equal intervals along the circumferential direction of the turbine wheel 47.
  • a gas inlet 51 is formed at an appropriate position of the turbine housing 37.
  • the gas inlet 51 is connected to an exhaust manifold (not shown) of the engine, and introduces exhaust gas into the turbine impeller 45.
  • a turbine scroll passage 53 is formed inside the turbine housing 37.
  • the turbine scroll passage 53 is formed in a spiral around the turbine impeller 45 and communicates with the gas inlet 51.
  • a gas discharge port 55 is formed on the outlet side of the turbine impeller 45 in the turbine housing 37 (left side portion of the turbine housing 37).
  • the gas discharge port 55 communicates with the turbine scroll passage 53 and discharges exhaust gas from the turbine impeller 45.
  • the gas outlet 55 is connected to a catalyst 57 having an oxidizing ability and a filter 59 for collecting particulates (particulate matter) in the exhaust gas.
  • variable capacity supercharger 1 is equipped with a variable nozzle unit 61 that makes the flow area (flow rate) of exhaust gas supplied to the turbine impeller 45 side variable.
  • a support ring (mounting ring) 63 is disposed concentrically with the turbine impeller 45 in the turbine housing 37.
  • the support ring 63 supports the variable nozzle 77 and the like and holds them in the turbine housing 37.
  • the outer peripheral edge of the support ring 63 is sandwiched between the bottom surface of the fitting recess 43 and the left side surface of the flange 13 while being pressed.
  • the support ring 63 is provided with a nozzle ring 65.
  • the nozzle ring 65 is provided integrally and concentrically with the turbine impeller 45 via a plurality of connecting pins 67.
  • a plurality of first support holes 69 are formed in the nozzle ring 65 at equal intervals along the circumferential direction. 2 shows only one first support hole 69, and the other first support holes 69 are not shown.
  • the shroud ring 71 is separated from the nozzle ring 65 in the left-right direction and is provided at a position facing the nozzle ring 65.
  • the shroud ring 71 is provided integrally and concentrically with the turbine impeller 45 using a plurality of connecting pins 67.
  • the shroud ring 71 has a plurality (only one shown) of second support holes 73 formed at equal intervals along the circumferential direction of the shroud ring 71.
  • the second support hole 73 is formed so as to align with the first support hole 69 of the nozzle ring 65.
  • FIG. 2 shows only one second support hole 73, and the other second support holes 73 are not shown.
  • shroud ring 71 has a cylindrical shroud portion 75 covering the outer edges of the plurality of turbine blades 49 on the inner peripheral edge side.
  • the plurality of connecting pins 67 have a function of setting the interval between the opposing surfaces of the nozzle ring 65 and the shroud ring 71 facing each other.
  • a plurality of variable nozzles 77 are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the nozzle ring 65 (or the shroud ring 71) between the nozzle ring 65 and the opposing surfaces of the shroud ring 71 facing each other. Yes.
  • Each variable nozzle 77 is provided so as to be rotatable in the forward direction and the reverse direction (opening direction and closing direction) around an axis parallel to the axis C of the turbine impeller 45.
  • a first nozzle shaft 79 is integrally formed on the right side surface (one side surface in the axial direction of the rotor shaft 5) of each variable nozzle 77.
  • the first nozzle shaft 79 of each variable nozzle 77 is rotatably supported in the corresponding first support hole 69 of the nozzle ring 65. Further, a second nozzle shaft 81 is integrally formed coaxially with the first nozzle shaft 79 on the left side surface (the other side surface in the axial direction of the rotor shaft 5) of each variable nozzle 77. The second nozzle shaft 81 is rotatably supported in the corresponding second support hole 73 of the shroud ring 71.
  • the variable capacity supercharger 1 has an annular link chamber 83 defined between the bearing housing 3 and the nozzle ring 65.
  • a link mechanism (synchronization mechanism) 85 is disposed in the link chamber 83.
  • the link mechanism 85 rotates the plurality of variable nozzles 77 in synchronization with the forward direction and the reverse direction (opening direction and closing direction).
  • the link mechanism 85 has a known configuration as disclosed in JP 2009-243431 A, JP 2009-243300 A, and the like.
  • the link mechanism 85 is connected via a power transmission mechanism 87 to a rotation actuator (not shown) such as a motor or a cylinder that rotates the plurality of variable nozzles 77 in the opening / closing direction.
  • the variable capacity supercharger 1 is used to perform the regeneration operation of the filter 59 and includes a seal structure 89 that suppresses leakage of unburned fuel that liquefies after the operation is stopped. As shown in FIG. 1, the seal structure 89 prevents unburned fuel from leaking from between the bottom surface (inner surface) 43 f of the fitting recess 43 of the turbine housing 37 and the left side surface of the flange 13 of the bearing housing 3. .
  • an annular mounting groove 91 as an annular mounting step portion is formed on the bottom surface 43 f of the fitting recess 43.
  • the gasket 93 is formed in an annular shape and is provided in the mounting groove 91.
  • the cross-sectional shape of the gasket 93 is arbitrary as long as the original function and desired mechanical strength as a gasket can be obtained.
  • the cross-sectional shape may have a U shape, a V shape, or a C shape that opens toward the central axis.
  • the gasket 93 may not have an opening like a so-called O-ring.
  • a film 95 containing molybdenum disulfide is formed on the outer surface of the gasket 93. The film 95 is formed by baking, for example.
  • the method for forming the film 95 is not limited to baking.
  • the gasket 93 is sandwiched between the bottom surface (inner side surface) 91f of the mounting groove 91 and the left side surface of the flange 13 while being pressed.
  • the bottom surface of the mounting groove 91 and the left side surface of the flange 13 are formed by machining such as cutting or polishing. Therefore, the bottom surface of the mounting groove 91 and the left side surface of the flange 13 can have sufficiently small surface roughness and flatness.
  • the seal structure 89 also prevents the exhaust gas from leaking from between the bottom surface 43f of the fitting recess 43 and the left side surface of the flange 13 during operation of the variable displacement supercharger 1.
  • the exhaust gas introduced from the gas introduction port 51 flows from the inlet side to the outlet side of the turbine impeller 45 via the turbine scroll passage 53. Due to the circulation of the exhaust gas, a rotational force (torque) is generated using the pressure energy of the exhaust gas, and the rotor shaft 5 and the compressor impeller 23 can be rotated integrally with the turbine impeller 45. Therefore, the air introduced from the air inlet 29 can be compressed and discharged from the air outlet 35 via the diffuser passage 31 and the compressor scroll passage 33, and the air supplied to the engine is supercharged ( Compression).
  • variable displacement supercharger 1 When the engine speed is in the high rotation range and the flow rate of the exhaust gas is large, the link mechanism 85 is operated by the rotating actuator while the variable nozzles 77 are Rotate synchronously in the positive direction (open direction). In this case, the gas passage area (the throat area of the variable nozzle 77) of the exhaust gas supplied to the turbine impeller 45 side increases. That is, the supply amount of exhaust gas to the turbine impeller 45 side increases.
  • the link mechanism 85 is operated by the rotating actuator and the plurality of variable nozzles 77 are synchronized in the reverse direction (closing direction). To rotate.
  • the gas passage area of the exhaust gas supplied to the turbine impeller 45 side is reduced. That is, the flow rate of the exhaust gas toward the turbine impeller 45 is increased to sufficiently secure the work amount (rotational force, torque) of the turbine impeller 45. Accordingly, the rotational force can be generated sufficiently and stably by the turbine impeller 45 regardless of the flow rate of the exhaust gas.
  • the gasket 93 is sandwiched between the bottom surface 91f of the mounting groove 91 and the left side surface of the flange 13 while being pressed. Therefore, the machined surfaces of the turbine housing 37 and the bearing housing 3 become the seal surfaces of the gasket 93 (surfaces that are in close contact with the gasket 93). That is, the machined surface can sufficiently secure the adhesion (sealability) of the gasket 93 to both seal surfaces.
  • the coating 95 made of molybdenum disulfide is formed on the outer surface of the gasket 93, the adhesion of the gasket 93 to both seal surfaces can be more sufficiently ensured.
  • the unburned fuel flows between the bottom surface 43f of the fitting recess 43 and the left side surface of the outer peripheral edge of the support ring 63, and the left side surface of the flange 13 and the support ring 63. It tries to invade from between the right side surface of the outer peripheral edge part.
  • the unburned fuel liquefies and enters into the mounting groove 91 of the turbine housing 37.
  • the mounting groove 91 of the turbine housing 37 is located outside the support ring 63 in the radial direction of the support ring 63. Accordingly, the mounting groove 91 can temporarily store the liquefied unburned fuel. In other words, the mounting groove 91 of the turbine housing 37 can function as a buffer for liquefied unburnt fuel.
  • the adhesiveness of the gasket 93 with respect to both the sealing surfaces with respect to the gasket 93 can be more sufficiently ensured.
  • the mounting groove 91 of the turbine housing 37 can function as a buffer for liquefied unburned fuel. Therefore, it is possible to suppress leakage of unburned fuel liquefied from between the bottom surface 43 f of the fitting recess 43 of the turbine housing 37 and the left side surface of the flange 13 of the bearing housing 3.
  • the seal structure 89 forms a double seal structure using the outer peripheral edge portion of the support ring 63 and the gasket 93. This double seal structure can also improve the sealing performance against exhaust gas.
  • the variable displacement supercharger 1 may include a seal structure 97 shown in FIG. 4 instead of the above-described seal structure 89 (see FIG. 1).
  • the seal structure 97 includes a bottom surface 43 f of the fitting recess 43 in the turbine housing 37 and an annular mounting step 99 formed on the left side surface of the flange 13 of the bearing housing 3.
  • the bottom surface 43 f is formed as a flat surface
  • the above-described gasket 93 is provided in the mounting step portion 99. Therefore, the gasket 93 is sandwiched between the bottom surface 43f of the fitting recess 43 and the bottom surface (inner side surface) 99f of the mounting step 99 while being pressed.
  • the bottom surface 43f of the fitting recess 43 and the bottom surface 99f of the mounting step 99 are formed by machining such as cutting or polishing. That is, these surfaces are formed as machined surfaces having sufficiently small surface roughness and flatness.
  • the variable displacement supercharger 1 may include the seal structure 101 shown in FIG. 5 instead of the above-described seal structures 89 and 97 (see FIGS. 1 and 4).
  • the seal structure 101 includes an annular mounting groove 91 formed on the bottom surface 43 f of the fitting recess 43 of the turbine housing 37 and an annular mounting step formed on the left side surface of the left flange 13 of the bearing housing 3. Part 99. Further, the mounting step 99 is formed so as to be aligned with the mounting groove 91. Accordingly, the gasket 93 is provided in the mounting groove 91 and the mounting step 99, and is sandwiched between the bottom surface 91f of the mounting groove 91 and the bottom surface 99f of the mounting step 99 while being pressed.
  • the present invention can provide a seal structure that suppresses leakage of a liquid such as fuel from between two housings fastened to each other, and a variable capacity supercharger including the seal structure.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

　タービンハウジング（３７）の嵌合凹部（４３）の底面に環状の取付溝（９１）が形成される。タービンハウジング（３７）の取付溝（９１）内に環状のガスケット（９３）が設けられる。ガスケット（９３）はタービンハウジング（３７）の取付溝（９１）の底面とベアリングハウジング（３）のフランジ（１３）の左側面とによって押圧されながら、その間に挟持されている。

Description

シール構造及び可変容量型過給機
　本発明は、互いに締結される２つのハウジングの間から燃料等の液体が漏れることを抑えるシール構造及び当該シール構造を備える可変容量型過給機に関する。
　従来の可変容量型過給機は、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を装備している。この可変ノズルユニットは、これを支持するサポートリングを介してタービンハウジングに取り付けられている。サポートリングの外周縁部は、タービンハウジングおよびベアリングハウジングの互いの対向面によってその間で挟持されている。
　可変容量型過給機は、タービンインペラの出口の下流側に配設されたフィルタを備える。このフィルタは、排気ガス中のパティキュレート（粒子状物質）を捕集する。パティキュレートは徐々にフィルタに堆積する。従って、可変容量型過給機の運転中に、未燃燃料が、フィルタを再生するためにタービンハウジング内に供給されることがある。このフィルタの再生では、タービンインペラの出口とフィルタの間に配設された触媒によって未燃燃料が燃焼する。この未燃燃料の燃焼が、フィルタの温度が上昇させて、フィルタに堆積したパティキュレートを燃焼させ、これを除去する。
　従来の可変容量型過給機は、通常、運転停止後に液化した未燃燃料が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漏れることを抑えるシール構造を備える。
　ベアリングハウジングに対向するタービンハウジングの側面には、環状の取付溝が形成されている。この取付溝内には、環状のガスケットが設けられている。ガスケットは、取付溝の底面とサポートリングの外周縁部の側面によって押圧されながら挟持されている。これにより、取付溝の底面とサポートリングの側面が、ガスケットのシール面として機能し、その結果、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液化した未燃燃料が漏れることが抑えられる。
特開２０１２－２１４０号公報 特開２０１０－２４２５２０号公報
　通常、サポートリングはプレス加工によって成型される。この場合、ガスケットが接触するサポートリングの側面にはうねりが生じやすい。側面にうねりが生じていると、ガスケットへの密着性が低下する。従って、このうねりは、エンジンの使用環境等によっては、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未燃燃料の漏洩を防止するシール性を低下させる可能性がある。
　本発明は、互いに締結される２つのハウジングの間から燃料等の液体が漏れることを抑えるシール構造及び当該シール構造を備える可変容量型過給機を提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様は、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を装備しかつ前記可変ノズルユニットにおけるサポートリングの外周縁部が、タービンハウジングの、軸方向における一方側の側面とベアリングハウジングの、前記軸方向における他方側の側面とによって押圧されながらその間に挟持される可変容量型過給機に用いられ、前記可変容量型過給機の前記タービンインペラの出口の下流側に配設されるフィルタを再生するための液化した未燃燃料が前記タービンハウジングの前記側面と前記ベアリングハウジングの前記側面との間から漏れることを抑えるシール構造である。このシール構造は、前記タービンハウジングの前記側面及び前記ベアリングハウジングの前記側面のうちの少なくとも１つにおける前記サポートリングの径方向の外側に形成される環状の取付段部と、前記取付段部内に設けられる環状のガスケットとを備え、前記ガスケットは、前記タービンハウジングの前記取付段部の底面と前記ベアリングハウジングの前記側面、前記ベアリングハウジングの前記取付段部の底面と前記タービンハウジングの前記側面、又は前記タービンハウジングの前記取付段部の底面と前記ベアリングハウジングの前記取付段部の底面によって押圧されながら、その間に挟持され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おいて、「軸方向」とは、可変容量型過給機のロータ軸の軸方向、換言すれば、タービンインペラの軸方向のことをいう。また、「環状の取付段部」とは、環状の取付溝を含む意である。
　本発明の第２の態様は、第１の態様の可変ノズルユニットを具備した可変容量型過給機である。
　本発明によれば、互いに締結される２つのハウジングの間から燃料等の液体が漏れることを抑えるシール構造及び当該シール構造を備える可変容量型過給機を提供できる。
図１は、本発明の実施形態に係るシール構造を示す図である。 図２は、図３における矢視部IIの拡大図である。 図３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４は、本発明の実施形態の変形例１に係るシール構造を示す図である。 図５は、本発明の実施形態の変形例２に係るシール構造を示す図である。
　本発明の実施形態について図１から図３を参照して説明する。なお、図面に示すとおり、「Ｌ」は左方向、「Ｒ」は右方向を指す。
　（本発明の実施形態）
　図３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。
　可変容量型過給機１は、ベアリングハウジング３を具備する。ベアリングハウジング３内には、ラジアルベアリング７及び一対のスラストベアリング９が設けられている。ラジアルベアリング７及び一対のスラストベアリング９は、左右方向へ延びたロータ軸（タービン軸）５を回転可能に支持する。ベアリングハウジング３の右側（ロータ軸５の軸方向における一方側）には、フランジ１１が形成されている。ベアリングハウジング３の左側（ロータ軸５の軸方向における他方側）には、フランジ１３が形成されている。
　コンプレッサハウジング１５は、複数の締結ボルト１７及び複数の座金１９を用いて、フランジ１１に取り付けられる。なお、図２及び図３は１組の締結ボルト１７及び座金１９のみを示し、その他の締結ボルト１７及び座金１９の図示を省略している。コンプレッサハウジング１５の左側には、フランジ１１が嵌合する嵌合凹部２１が形成されている。コンプレッサハウジング１５内には、コンプレッサインペラ２３がその軸心（換言すれば、ロータ軸５の軸心）Ｃ周りに回転可能に設けられている。コンプレッサインペラ２３は、遠心力を利用して空気を圧縮する。また、コンプレッサインペラ２３は、コンプレッサホイール２５と、複数のコンプレッサブレード２７とを備える。コンプレッサホイール２５は、ロータ軸５の右端部に一体的に連結される。複数のコンプレッサブレード２７は、コンプレッサホイール２５の外周面に設けられ、コンプレッサホイール２５の周方向に沿って等間隔に位置している。
　コンプレッサハウジング１５におけるコンプレッサインペラ２３の入口側（コンプレッサハウジング１５の右側部）には、空気導入口２９が形成されている。空気導入口２９は、空気を浄化するエアクリーナ（図示省略）に接続し、空気導入口２９は空気をコンプレッサインペラ２３に導入する。コンプレッサインペラ２３の出口側は、ベアリングハウジング３とコンプレッサハウジング１５との間に位置し、圧縮された空気を昇圧する環状のディフューザ流路３１を形成する。ディフューザ流路３１は、空気導入口２９に連通する。更に、コンプレッサハウジング１５の内部には、スクロール流路３３が形成されている。スクロール流路３３は、コンプレッサインペラ２３の周りで渦巻状に形成され、ディフューザ流路３１に連通している。そして、コンプレッサハウジング１５の適宜位置には、空気排出口３５が形成されている。空気排出口３５は、圧縮された空気を排出する。空気排出口３５は、コンプレッサスクロール流路３３に連通し、エンジンの吸気マニホールド（図示省略）に接続する。
　図２及び図３に示すように、タービンハウジング３７は、複数の締結ボルト３９及び複数の座金４１を用いてフランジ１３に取り付けられている。なお、図２及び図３は１組の締結ボルト３９及び座金４１のみを示し、その他の締結ボルト３９及び座金４１の図示を省略している。タービンハウジング３７の右側には、フランジ１３が嵌合する嵌合凹部４３が形成されている。タービンハウジング３７内には、タービンインペラ４５が軸心（タービンインペラ４５の軸心、換言すれば、ロータ軸５の軸心）Ｃ周りに回転可能に設けられている。タービンインペラ４５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）を発生する。タービンインペラ４５は、タービンホイール４７と、複数のタービンブレード４９とを備える。タービンホイール４７は、ロータ軸５の左端部に一体的に設けられる。複数のタービンブレード４９は、タービンホイール４７の外周面に設けられ、タービンホイール４７の周方向に沿って、等間隔に位置している。
　タービンハウジング３７の適宜位置には、ガス導入口５１が形成されている。ガス導入口５１は、エンジンの排気マニホールド（図示省略）に接続し、排気ガスをタービンインペラ４５に導入する。タービンハウジング３７の内部には、タービンスクロール流路５３が形成されている。タービンスクロール流路５３はタービンインペラ４５の周りで渦巻状に形成され、ガス導入口５１に連通する。タービンハウジング３７におけるタービンインペラ４５の出口側（タービンハウジング３７の左側部）には、ガス排出口５５が形成されている。ガス排出口５５は、タービンスクロール流路５３に連通し、タービンインペラ４５からの排気ガスを排出する。更に、ガス排出口５５は、酸化能を有する触媒５７、及び排気ガス中のパティキュレート（粒子状物質）を捕集するフィルタ５９に接続する。可変容量型過給機１の運転中に、フィルタ５９に所定量のパティキュレートが堆積した時、フィルタ５９の再生動作を実行するための未燃燃料がガス導入口５１からタービンハウジング３７内に供給（導入）される。
　可変容量型過給機１は、タービンインペラ４５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６１を装備する。
　図２に示すように、タービンハウジング３７内には、サポートリング（取付リング）６３がタービンインペラ４５と同心状に配設されている。サポートリング６３は、可変ノズル７７等を支持すると共に、これらをタービンハウジング３７内に保持する。サポートリング６３の外周縁部は、嵌合凹部４３の底面とフランジ１３の左側面によって押圧されながら、その間に挟持されている。また、サポートリング６３には、ノズルリング６５が設けられている。ノズルリング６５は、複数の連結ピン６７を介して一体的かつタービンインペラ４５と同心状に設けられている。ノズルリング６５には、複数の第１支持穴６９が、その円周方向に沿って、等間隔に形成されている。なお、図２は１つの第１支持穴６９のみを示し、その他の第１支持穴６９の図示を省略している。
　シュラウドリング７１は、ノズルリング６５に対して左右方向に離隔し、且つ対向する位置に設けられている。シュラウドリング７１は、複数の連結ピン６７を用いて、タービンインペラ４５と一体的且つ同心状に設けられている。また、シュラウドリング７１には、複数（１つのみ図示）の第２支持穴７３が、シュラウドリング７１の円周方向に沿って等間隔に形成されている。第２支持穴７３は、ノズルリング６５の第１支持穴６９に整合するように形成されている。なお、図２は１つの第２支持穴７３のみを示し、その他の第２支持穴７３の図示を省略している。更に、シュラウドリング７１は、その内周縁側に、複数のタービンブレード４９の外縁を覆う筒状のシュラウド部７５を有している。なお、複数の連結ピン６７は、互いに対向するノズルリング６５とシュラウドリング７１の各対向面の間隔を設定する機能を有している。
　互いに対向するノズルリング６５とシュラウドリング７１の各対向面との間には、複数の可変ノズル７７が、ノズルリング６５（又はシュラウドリング７１）の円周方向に沿って等間隔に配設されている。各可変ノズル７７は、タービンインペラ４５の軸心Ｃに平行な軸心周りに正方向及び逆方向（開方向及び閉方向）へ回動可能に設けられている。また、各可変ノズル７７の右側面（ロータ軸５の軸方向における一方側の側面）には、第１ノズル軸７９が一体形成されている。各可変ノズル７７の第１ノズル軸７９は、ノズルリング６５の対応する第１支持穴６９に回動可能に支持されている。更に、各可変ノズル７７の左側面（ロータ軸５の軸方向における他方側の側面）には、第２ノズル軸８１が第１ノズル軸７９と同軸状に一体形成されており、各可変ノズル７７の第２ノズル軸８１は、シュラウドリング７１の対応する第２支持穴７３に回動可能に支持されている。
　可変容量型過給機１は、ベアリングハウジング３とノズルリング６５との間に区画形成された環状のリンク室８３を有する。リンク室８３内には、リンク機構（同期機構）８５が配設されている。リンク機構８５は、複数の可変ノズル７７を正方向及び逆方向（開方向及び閉方向）へ同期して回動させる。また、リンク機構８５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。リンク機構８５は、複数の可変ノズル７７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８７を介して接続されている。
　可変容量型過給機１は、フィルタ５９の再生動作を実行するために使用され、運転停止後に液化する未燃燃料の漏洩を抑えるシール構造８９を備える。図１に示すように、シール構造８９は、タービンハウジング３７の嵌合凹部４３の底面（内側面）４３ｆとベアリングハウジング３のフランジ１３の左側面との間から、未燃燃料が漏れることを抑える。
　図１に示すように、嵌合凹部４３の底面４３ｆには、環状の取付段部としての環状の取付溝９１が形成されている。ガスケット９３は環状に形成され、取付溝９１内に設けられている。ガスケット９３の断面形状は、ガスケットとしての本来の機能及び所望の機械的強度が得られる限り、任意である。例えば、断面形状は、その中心軸に向けて開口するＵ字形状、Ｖ字形状、又はＣ字形状を有してもよい。また、ガスケット９３は、所謂Ｏリングのように開口を持たなくてもよい。ガスケット９３の外表面には、二硫化モリブデンを含む被膜９５が形成されている。被膜９５は例えば焼き付けにより形成される。なお、相手面への密着性及び機械的強度など所望の条件が得られる限り、被膜９５の形成方法は焼き付けに限られない。ガスケット９３は、取付溝９１の底面（内側面）９１ｆとフランジ１３の左側面とによって押圧されながら、その間に挟持されている。なお、取付溝９１の底面及びフランジ１３の左側面は、例えば切削や研磨などの機械加工によって形成される。従って、取付溝９１の底面及びフランジ１３の左側面は、十分に小さい表面粗さと平面度をもつことができる。
　なお、シール構造８９は、可変容量型過給機１の運転中に、排気ガスが嵌合凹部４３の底面４３ｆとフランジ１３の左側面との間から漏れることも抑える。
　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５１から導入した排気ガスは、タービンスクロール流路５３を経由してタービンインペラ４５の入口側から出口側へ流通する。この排気ガスの流通により、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（トルク）が発生し、ロータ軸５及びコンプレッサインペラ２３をタービンインペラ４５と一体的に回転させることができる。従って、空気導入口２９から導入した空気を圧縮して、ディフューザ流路３１及びコンプレッサスクロール流路３３を経由して空気排出口３５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８５を作動させつつ、複数の可変ノズル７７を正方向（開方向）へ同期して回動させる。この場合、タービンインペラ４５側へ供給される排気ガスのガス流路面積（可変ノズル７７のスロート面積）が増大する。即ち、タービンインペラ４５側への排気ガスの供給量が増加する。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８５を作動させつつ、複数の可変ノズル７７を逆方向（閉方向）へ同期して回動させる。この場合、タービンインペラ４５側へ供給される排気ガスのガス流路面積が減少する。即ち、タービンインペラ４５に向かう排気ガスの流速を高めて、タービンインペラ４５の仕事量（回転力、トルク）を十分に確保する。これにより、排気ガスの流量の多少に関係なく、タービンインペラ４５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。
　上述のように、ガスケット９３が取付溝９１の底面９１ｆとフランジ１３の左側面とによって押圧されながら、その間に挟持されている。そのため、タービンハウジング３７及びベアリングハウジング３における機械加工面がガスケット９３のシール面（ガスケット９３と密着する面）になる。即ち、機械加工面は両方のシール面に対するガスケット９３の密着性（シール性）を十分に確保することができる。特に、ガスケット９３の外表面に二硫化モリブデンからなる被膜９５が形成されているため、両方のシール面に対するガスケット９３の密着性をより十分に確保することができる。
　可変容量型過給機１の運転停止後において、未燃燃料は、嵌合凹部４３の底面４３ｆとサポートリング６３の外周縁部の左側面との間、及びフランジ１３の左側面とサポートリング６３の外周縁部の右側面との間から侵入しようとする。未燃燃料がこれらの間から侵入した場合には、未燃燃料は液化し、タービンハウジング３７の取付溝９１内に侵入する。タービンハウジング３７の取付溝９１は、サポートリング６３の径方向においてサポートリング６３の外側に位置している。従って、この取付溝９１は、液化した未燃燃料を一時的に貯えることができる。換言すれば、タービンハウジング３７の取付溝９１を、液化した未燃燃料のバッファとして機能させることができる。
　従って、本実施形態によれば、ガスケット９３に対する両方のシール面に対する当該ガスケット９３の密着性をより十分に確保することができる。さらに、タービンハウジング３７の取付溝９１を液化した未燃燃料のバッファとして機能させることができる。そのため、タービンハウジング３７の嵌合凹部４３の底面４３ｆとベアリングハウジング３のフランジ１３の左側面との間から液化した未燃燃料が漏れることを抑えることができる。また、シール構造８９は、サポートリング６３の外周縁部とガスケット９３を用いた二重シール構造を形成する。この二重シール構造によって、排気ガスに対するシール性能も向上させることができる。
　本実施形態の変形例１について図４を参照して説明する。なお、図面に示すとおり、「Ｌ」は、左方向、「Ｒ」は、右方向である。
（実施形態の変形例１）
　可変容量型過給機１は、上述のシール構造８９（図１参照）を備える代わりに、図４に示すシール構造９７を備えてもよい。具体的には、このシール構造９７は、タービンハウジング３７における嵌合凹部４３の底面４３ｆと、ベアリングハウジング３のフランジ１３の左側面に形成される環状の取付段部９９とを備える。この場合、底面４３ｆは平面として形成され、前述のガスケット９３は取付段部９９内に設けられる。従って、ガスケット９３は、嵌合凹部４３の底面４３ｆと取付段部９９の底面（内側面）９９ｆとによって押圧されながら、その間に挟持されている。なお、嵌合凹部４３の底面４３ｆ及び取付段部９９の底面９９ｆは、例えば切削や研磨などの機械加工によって形成される。つまり、これらの面は、十分に小さい表面粗さと平面度をもった機械加工面として形成される。
　本実施形態の変形例１においても、前述の作用及び効果が得られる。
　本実施形態の変形例２について図５を参照して説明する。なお、図面に示すとおり、「Ｌ」は、左方向、「Ｒ」は、右方向である。
（実施形態の変形例２）
　可変容量型過給機１は、上述のシール構造８９，９７（図１及び図４参照）を備える代わりに、図５に示すシール構造１０１を備えてもよい。具体的には、シール構造１０１は、タービンハウジング３７の嵌合凹部４３の底面４３ｆに形成される環状の取付溝９１と、ベアリングハウジング３のレフトフランジ１３の左側面に形成される環状の取付段部９９とを備える。また、取付段部９９は、取付溝９１に整合するように形成されている。従って、ガスケット９３は、取付溝９１と取付段部９９に設けられ、取付溝９１の底面９１ｆと取付段部９９の底面９９ｆとによって押圧されながら、その間に挟持されている。
　そして、本実施形態の変形例２においても、前述の作用及び効果が得られる。
　なお、本発明は、前述の実施形態に限られるものではなく、種々の態様で実施可能である。従って、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。
　本発明は、互いに締結される２つのハウジングの間から燃料等の液体が漏れることを抑えるシール構造及び当該シール構造を備える可変容量型過給機を提供できる。

Claims (4)

  1. 　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を装備しかつ前記可変ノズルユニットにおけるサポートリングの外周縁部が、タービンハウジングの、軸方向における一方側の側面とベアリングハウジングの、前記軸方向における他方側の側面とによって押圧されながらその間に挟持される可変容量型過給機に用いられ、
    　前記可変容量型過給機の前記タービンインペラの出口の下流側に配設されるフィルタを再生するための液化した未燃燃料が前記タービンハウジングの前記側面と前記ベアリングハウジングの前記側面との間から漏れることを抑えるシール構造であって、
    　前記サポートリングの径方向の外側において、前記タービンハウジングの前記側面及び前記ベアリングハウジングの前記側面のうちの少なくとも１つに形成される少なくとも１つの環状の取付段部と、
    　前記取付段部内に設けられる環状のガスケットと
    を備え、
    　前記ガスケットは、前記タービンハウジングの前記取付段部の底面と前記ベアリングハウジングの前記側面、前記ベアリングハウジングの前記取付段部の底面と前記タービンハウジングの前記側面、又は前記タービンハウジングの前記取付段部の底面と前記ベアリングハウジングの前記取付段部の底面によって押圧されながら、その間に挟持されていることを特徴とするシール構造。
  2. 　前記ベアリングハウジングは、前記軸方向における前記他方側に形成されるフランジを含み、
    　前記タービンハウジングは、その前記側面に形成され、前記フランジと嵌合する嵌合凹部を含み、
    　前記取付段部は、前記タービンハウジングの前記嵌合凹部の底面及び前記ベアリングハウジングの前記フランジの、前記軸方向における前記他方側の側面のうちの少なくとも１つに形成され、
    　前記ガスケットは、前記タービンハウジングの前記取付段部の底面と前記ベアリングハウジングの前記フランジの前記側面、前記ベアリングハウジングの前記取付段部の底面と前記タービンハウジングの前記嵌合凹部の底面、又は前記タービンハウジングの前記取付段部の底面と前記ベアリングハウジングの前記取付段部の底面によって押圧されながら、その間に挟持されていることを特徴とする請求項１に記載のシール構造。
  3. 　前記ガスケットの外表面に二硫化モリブデンからなる被膜が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシール構造。
  4. 　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、
    　請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載のシール構造を備えたことを特徴とする可変容量型過給機。
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