WO2017168523A1 - 可変容量型ターボチャージャ - Google Patents

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WO2017168523A1
WO2017168523A1 PCT/JP2016/059938 JP2016059938W WO2017168523A1 WO 2017168523 A1 WO2017168523 A1 WO 2017168523A1 JP 2016059938 W JP2016059938 W JP 2016059938W WO 2017168523 A1 WO2017168523 A1 WO 2017168523A1
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bearing housing
nozzle mount
nozzle
turbine
turbine rotor
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PCT/JP2016/059938
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慶吾 坂本
洋輔 段本
永護 加藤
洋二 秋山
斉顕 清家
豊隆 吉田
武 千葉
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三菱重工業株式会社
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • This disclosure relates to a variable capacity turbocharger.
  • variable displacement turbocharger adjusts the flow of exhaust gas from the scroll flow path in the turbine housing to the turbine rotor by a variable nozzle mechanism, thereby changing the flow rate and pressure of the exhaust gas to the turbine blades to increase the supercharging effect. It is something to enhance.
  • variable nozzle mechanism 012 generally supports a nozzle vane 014 provided in an exhaust gas flow channel 026 for guiding exhaust gas from the scroll flow channel 004 to the turbine rotor 002, and the nozzle vane so as to be rotatable.
  • An annular nozzle mount 016 that forms a flow path wall 028 on the bearing housing 010 side in the flow path and a flow path wall 032 on the opposite side to the bearing housing in the exhaust gas flow path are formed to face the nozzle mount.
  • An annular nozzle plate 018 is formed to face the nozzle mount.
  • the bearing housing includes a bearing housing side support portion that supports the outer peripheral side portion of the nozzle mount from the side opposite to the scroll flow path in the axial direction of the turbine rotor.
  • the housing includes a turbine housing side support portion that supports an outer peripheral side portion of the nozzle mount from an opposite side to the bearing housing side support portion in the axial direction.
  • the nozzle mount includes a turbine housing side support portion, a bearing housing side support portion, It is pinched by.
  • the exhaust gas temperature at the turbine outlet becomes low.
  • the temperature of the catalyst decreases and the performance of the catalyst decreases.
  • the exhaust gas contains a large amount of impurities (NOx, SOx, etc.).
  • the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to make it possible to reduce heat loss due to heat radiation from the outer peripheral side portion of the nozzle mount to the bearing housing side support portion. It is to provide a capacity-type turbocharger.
  • a variable capacity turbocharger includes a turbine rotor, a turbine housing that houses the turbine rotor and forms a scroll passage on an outer peripheral side of the turbine rotor, and the turbine rotor
  • a variable displacement type comprising: a bearing housing that rotatably supports a bearing, coupled to the turbine housing; and a variable nozzle mechanism for adjusting a flow of exhaust gas from the scroll flow path to the turbine rotor.
  • variable nozzle mechanism supports a nozzle vane provided in an exhaust gas channel for guiding the exhaust gas from the scroll channel to the turbine rotor, and the nozzle vane rotatably, the exhaust gas channel
  • An annular nozzle mount that forms a flow path wall on the bearing housing side
  • an annular nozzle plate that is provided facing the nozzle mount and forms a flow path wall on the opposite side of the bearing housing in the exhaust gas flow path, and the bearing housing has an outer periphery of the nozzle mount
  • a variable capacity turbocharger including a bearing housing side support portion that supports a side portion from the side opposite to the scroll flow path in the axial direction of the turbine rotor, and satisfies at least one of the following conditions (a) and (b): .
  • the bearing housing side support portion has at least one bearing housing side recess formed to be recessed toward the opposite side of the nozzle mount in the axial direction.
  • the outer peripheral side portion of the nozzle mount has at least one nozzle mount side recess formed to be recessed toward the opposite side of the bearing housing in the axial direction.
  • the contact area between the bearing housing side support portion and the outer peripheral side portion of the nozzle mount is provided by providing the bearing housing side recess.
  • the amount of heat released from the outer peripheral portion of the nozzle mount to the bearing housing can be reduced by the heat insulating action of the air layer between the concave portion on the bearing housing side and the outer peripheral portion of the nozzle mount. Therefore, heat loss due to heat radiation from the outer peripheral portion of the nozzle mount to the bearing housing can be reduced, and the turbine efficiency and the performance of the turbocharger can be improved.
  • the contact area between the bearing housing side support portion and the outer peripheral side portion of the nozzle mount can be reduced, and the air in the nozzle mount side recess is reduced. Due to the heat insulating action, the amount of heat radiation from the outer peripheral side portion of the nozzle mount to the bearing housing can be reduced. Therefore, heat loss due to heat radiation from the outer peripheral portion of the nozzle mount to the bearing housing can be reduced, and the turbine efficiency and the performance of the turbocharger can be improved.
  • the at least one bearing housing side recess or the at least one nozzle mount side recess is in a circumferential direction of the turbine rotor. It includes a plurality of bearing housing side recesses provided at intervals or a plurality of nozzle mount side recesses provided at intervals in the circumferential direction.
  • the bearing housing side support portion and the nozzle mount are provided by providing a plurality of bearing housing side recesses or a plurality of nozzle mount side recesses with a space in the circumferential direction.
  • the contact area with the outer peripheral side portion of the nozzle mount can be effectively reduced, and the amount of heat released from the outer peripheral side portion of the nozzle mount to the bearing housing can be effectively reduced by the heat insulation action of the air in the nozzle mount side recess. Can do.
  • the turbine housing and the bearing housing are provided at intervals in the circumferential direction of the turbine rotor.
  • the bearing housing side recess or the nozzle mount side recess is formed on the bearing housing side recess or the nozzle mount side recess of the plurality of bolts in the circumferential direction. It is formed in an angular range that does not overlap with the center position of adjacent bolts.
  • the concave portion on the bearing housing side or the concave portion on the nozzle mount side is formed in an angular range that does not overlap with the center position of the adjacent bolt in the circumferential direction. While securing the fastening force between the bearing housing and the turbine housing, it is possible to reduce heat loss due to heat radiation from the outer peripheral portion of the nozzle mount to the bearing housing.
  • the bearing housing side recess or the nozzle mount side recess is the bearing of the plurality of bolts in the circumferential direction. It is formed 5 degrees or more away from the center position of the bolt adjacent to the housing side recess or the nozzle mount side recess.
  • the bearing housing side recess or the nozzle mount side recess is formed at a distance of 5 degrees or more in the circumferential direction from the center position of the bolt. While securing the fastening force with the turbine housing, it is possible to reduce heat loss due to heat radiation from the outer peripheral side portion of the nozzle mount to the bearing housing.
  • the turbine housing includes the outer peripheral side portion of the nozzle mount in the axial direction.
  • the nozzle mount is sandwiched between the turbine housing side support portion and the bearing housing side support portion, and the turbine housing side support portion is supported by the turbine housing side support portion.
  • the support portion is provided so as to protrude inward in the radial direction of the turbine rotor from the bearing housing side support portion along the surface of the nozzle mount.
  • the inner peripheral end of the bearing housing side support portion and the inner peripheral end of the turbine housing side support portion are located at the same position in the radial direction.
  • the turbine housing side support portion protrudes inward in the radial direction from the bearing housing side support portion along the surface of the nozzle mount. Since the area of the nozzle mount covered by the turbine housing side support is larger than the conventional structure (normal design range), the nozzle mount has a high temperature exhaust gas flow from the scroll passage to the exhaust passage. The area (heat transfer area) of the exposed part can be reduced. As a result, the amount of heat absorbed by the nozzle mount is reduced, so that an increase in the metal temperature of the nozzle mount is suppressed. Therefore, since the temperature difference between the nozzle mount and the bearing housing is reduced, heat loss due to heat radiation from the outer peripheral portion of the nozzle mount to the bearing housing can be reduced, and the turbine efficiency and the performance of the turbocharger can be improved.
  • a variable capacity turbocharger includes a turbine rotor and a turbine that accommodates the turbine rotor and forms at least a part of a scroll flow path through which exhaust gas supplied to the turbine rotor flows.
  • a variable-capacity turbocharger comprising: a variable-nozzle mechanism for adjusting exhaust gas, wherein the variable nozzle mechanism includes a nozzle vane provided in an exhaust gas passage for guiding the exhaust gas from the scroll passage to the turbine rotor; The nozzle vane is rotatably supported, and the exhaust gas flow
  • An annular nozzle mount that forms a flow path wall on the bearing housing side, and an annular nozzle mount that is provided to face the nozzle mount and that forms a flow path wall on the opposite side of the bearing housing in the exhaust gas
  • a nozzle plate, and the bearing housing includes a bearing housing side support portion that supports an outer peripheral side portion of the nozzle mount from the side opposite to the scroll flow path in the axial direction of the turbine rotor.
  • a turbine housing side support portion that supports the outer peripheral side portion of the nozzle mount from the opposite side of the bearing housing side support portion in the axial direction, the nozzle mount supporting the turbine housing side support portion and the bearing housing side support;
  • the turbine housing side support portion is Along the surface of the Rumaunto than the bearing housing side support portion is provided so as to protrude inward in the radial direction of the turbine rotor.
  • the inner peripheral end of the bearing housing side support portion and the inner peripheral end of the turbine housing side support portion are located at the same position in the radial direction.
  • the turbine housing side support portion protrudes inward in the radial direction from the bearing housing side support portion along the surface of the nozzle mount. Since the area of the nozzle mount covered by the turbine housing side support is larger than the conventional structure (normal design range), the nozzle mount has a high temperature exhaust gas flow from the scroll passage to the exhaust passage. The area (heat transfer area) of the exposed part can be reduced. As a result, the amount of heat absorbed by the nozzle mount is reduced, so that an increase in the metal temperature of the nozzle mount is suppressed. Therefore, since the temperature difference between the nozzle mount and the bearing housing is reduced, heat loss due to heat radiation from the outer peripheral portion of the nozzle mount to the bearing housing can be reduced, and the turbine efficiency and the performance of the turbocharger can be improved.
  • the turbine housing side support portion is in contact with the outer peripheral side portion of the nozzle mount. And a non-contact portion that is formed on the inner side in the radial direction than the contact portion and faces the nozzle mount via a gap.
  • the turbine housing side support portion since the turbine housing side support portion has the non-contact portion radially inward of the contact portion, the contact area between the bearing housing side support portion and the outer peripheral side portion of the nozzle mount is reduced.
  • the outer peripheral side portion of the nozzle mount can be covered with the turbine housing side support portion while suppressing the increase. This reduces the area (heat transfer area) of the nozzle mount that is exposed to the high-temperature exhaust gas flow from the scroll flow path to the exhaust gas flow path, and from the turbine housing side support portion to the outer peripheral side portion of the nozzle mount.
  • the increase in heat input can be suppressed. Therefore, an increase in the metal temperature of the nozzle mount can be effectively suppressed, and heat loss due to heat radiation from the outer peripheral side portion of the nozzle mount to the bearing housing can be effectively reduced.
  • an inner peripheral end of the turbine housing side support portion and a rotation axis of the turbine rotor The distance between the outer peripheral end of the nozzle mount and the rotation axis is r2, and the distance between the outer peripheral end of the nozzle plate and the rotation axis is r3. 0 ⁇ (r1-r3) / (r2 ⁇ r3) ⁇ 0.75 is satisfied.
  • variable capacity turbocharger while suppressing the smooth flow of the exhaust gas flow path between the nozzle mount and the nozzle plate by the turbine housing side support portion, An increase in the metal temperature can be effectively suppressed, and heat loss due to heat radiation from the outer peripheral portion of the nozzle mount to the bearing housing can be effectively reduced.
  • variable capacity turbocharger while suppressing the smooth flow of the exhaust gas passage between the nozzle mount and the nozzle plate from being disturbed by the turbine housing side support portion, An increase in the metal temperature can be effectively suppressed, and heat loss due to heat radiation from the outer peripheral portion of the nozzle mount to the bearing housing can be effectively reduced.
  • thermoelectric turbocharger in any one of (1) to (9) above, heat insulation is provided between the bearing housing side support portion and the nozzle mount. Materials are provided.
  • the heat radiation from the outer peripheral portion of the nozzle mount to the bearing housing can be reduced by the heat insulating action of the heat shield. Therefore, heat loss due to heat radiation from the outer peripheral portion of the nozzle mount to the bearing housing can be reduced, and the turbine efficiency and the performance of the turbocharger can be improved.
  • a variable capacity turbocharger includes a turbine rotor, a turbine that houses the turbine rotor and forms at least a part of a scroll passage through which exhaust gas supplied to the turbine rotor flows.
  • a variable-capacity turbocharger comprising: a variable-nozzle mechanism for adjusting exhaust gas, wherein the variable nozzle mechanism includes a nozzle vane provided in an exhaust gas passage for guiding the exhaust gas from the scroll passage to the turbine rotor; The nozzle vane is rotatably supported, and the exhaust gas
  • An annular nozzle mount that forms a flow path wall on the bearing housing side in the passage, and an annular shape that is provided to face the nozzle mount and forms a flow path wall on the opposite side to the bearing housing in the exhaust gas flow path.
  • the heat radiation from the outer peripheral portion of the nozzle mount to the bearing housing can be reduced by the heat insulating action of the heat shield. Therefore, heat loss due to heat radiation from the outer peripheral portion of the nozzle mount to the bearing housing can be reduced, and the turbine efficiency and the performance of the turbocharger can be improved.
  • the thermal conductivity of the heat shielding material may be the thermal conductivity of the bearing housing and the nozzle mount. Less than each of thermal conductivity.
  • variable capacity turbocharger it is possible to effectively reduce the amount of heat released from the outer peripheral portion of the nozzle mount to the bearing housing.
  • the heat shield is formed of austenitic stainless steel or a nickel-based alloy.
  • variable capacity turbocharger it is possible to effectively reduce the amount of heat released from the outer peripheral portion of the nozzle mount to the bearing housing while ensuring the heat resistance of the heat shield material itself.
  • the heat shield is in an entire angular range in a circumferential direction of the turbine rotor. It is a ring-shaped heat shield provided so that the bearing housing side support portion and the nozzle mount do not contact each other.
  • variable capacity turbocharger it is possible to reduce the amount of heat released from the outer peripheral portion of the nozzle mount to the bearing housing with a simple configuration.
  • the heat shielding material may be the bearing housing side support portion or the nozzle mount. It is a paint applied to the outer peripheral side portion.
  • variable capacity turbocharger it is possible to reduce the amount of heat released from the outer peripheral portion of the nozzle mount to the bearing housing with a simple configuration.
  • variable capacity turbocharger capable of reducing heat loss due to heat radiation from the outer peripheral side portion of the nozzle mount to the bearing housing side support portion is provided.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view along a rotation axis O of a variable capacity turbocharger 100 according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a schematic enlarged cross-sectional view showing a variable capacity turbocharger 100 (100A) according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view of a bearing housing 10 of the variable capacity turbocharger 100 (100A) shown in FIG. It is a figure which shows typically the position in the circumferential direction of the bearing housing side recessed part 46 and the volt
  • variable capacity type turbocharger 100 (100B) shown in FIG.
  • 3 is a schematic perspective view showing a configuration example of a heat shield 60.
  • FIG. It is a rough expanded sectional view showing variable capacity type turbocharger 100 (100D) concerning one embodiment.
  • variable capacity type turbocharger 100 (100E) concerning one embodiment. It is a rough expanded sectional view showing variable capacity type turbocharger 100 (100F) concerning one embodiment.
  • 1 is a schematic enlarged cross-sectional view showing a variable capacity turbocharger 100 (100G) according to an embodiment. It is a rough expanded sectional view showing variable capacity type turbocharger 200 concerning a comparison form.
  • an expression indicating that things such as “identical”, “equal”, and “homogeneous” are in an equal state not only represents an exactly equal state, but also has a tolerance or a difference that can provide the same function. It also represents the existing state.
  • expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes represent not only geometrically strict shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes, but also irregularities and chamfers as long as the same effects can be obtained. A shape including a part or the like is also expressed.
  • the expressions “comprising”, “comprising”, “comprising”, “including”, or “having” one constituent element are not exclusive expressions for excluding the existence of the other constituent elements.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view along the rotational axis O of a variable capacity turbocharger 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the variable displacement turbocharger 100 includes a turbine rotor 2 provided coaxially with a compressor (not shown), a turbine housing 6 that houses the turbine rotor 2 and forms a scroll passage 4 on the outer peripheral side of the turbine rotor 2, and a turbine.
  • a bearing housing 10 that houses a bearing 8 that rotatably supports the rotor 2 and is coupled to the turbine housing 6, and is provided between the turbine housing 6 and the bearing housing 10, and exhaust gas from the scroll flow path 4 to the turbine rotor 2.
  • a variable nozzle mechanism 12 for adjusting the flow.
  • the axial direction of the turbine rotor 2 is simply referred to as “axial direction”
  • the radial direction of the turbine rotor 2 is simply referred to as “radial direction”
  • the circumferential direction of the turbine rotor 2 is simply referred to as “circumferential direction”. I will do it.
  • the variable nozzle mechanism 12 includes a plurality of nozzle vanes 14, a nozzle mount 16, a nozzle plate 18, a plurality of lever plates 20, a drive ring 22, and a plurality of nozzle supports 24.
  • the plurality of nozzle vanes 14 are provided in the annular exhaust gas flow channel 26 for guiding the exhaust gas from the scroll flow channel 4 to the turbine rotor 2 at intervals in the circumferential direction.
  • the nozzle mount 16 is an annular plate provided on the outer peripheral side of the turbine rotor 2 and forms a flow path wall 28 on the bearing housing 10 side in the exhaust gas flow path 26.
  • the nozzle mount 16 is provided with a plurality of support holes 30 (through holes) for rotatably supporting the shaft portions 15 of the plurality of nozzle vanes 14.
  • the nozzle plate 18 is an annular plate provided on the outer peripheral side of the turbine rotor 2 so as to face the nozzle mount 16, and forms a flow path wall 32 on the side opposite to the bearing housing 10 in the exhaust gas flow path 26. Further, the nozzle plate 18 forms a shroud wall 34 facing the tip end of the blade of the turbine rotor 2 through a gap on the downstream side of the flow path wall 32.
  • the nozzle mount 16 and the nozzle plate 18 are connected by a plurality of nozzle supports 24.
  • the exhaust gas flowing from the exhaust gas flow path 26 to the turbine rotor 2 passes through the inner peripheral side of the nozzle mount 16 and the back side of the nozzle mount 16 (the side opposite to the exhaust gas flow path 26).
  • the back plate 23 is provided so that it does not leak to.
  • the back plate 23 is provided so as to contact the nozzle mount 16 on one end side in the axial direction and to contact the bearing housing 10 on the other end side in the axial direction.
  • the drive ring 22 is rotationally driven by a driving force transmitted from an actuator (not shown).
  • the lever plate 20 engaged with the drive ring 22 rotates the shaft portion 15 of the nozzle vane 14, and as a result, the nozzle vane 14 rotates and the blade angle of the nozzle vane 14 changes. Then, the flow of exhaust gas from the scroll flow path 4 to the turbine rotor 2 is adjusted.
  • annular space 36 for accommodating the lever plate 20 and the drive ring 22 is formed between the bearing housing 10 and the nozzle mount 16.
  • the bearing housing 10 includes an annular bearing housing side support portion 40 that supports the outer peripheral side portion 38 of the nozzle mount 16 from the side opposite to the scroll flow path 4 in the axial direction of the turbine rotor 2.
  • the bearing housing side support portion 40 is formed on the outer peripheral side of the annular space 36.
  • a seal ring 41 is provided between the turbine housing 6 and the bearing housing on the outer peripheral side of the bearing housing side support portion 40, and the exhaust gas leaks between the bearing housing 10 and the turbine housing 6 by the seal ring 41. Is preventing.
  • the turbine housing 6 includes an annular turbine housing side support portion 42 that supports the outer peripheral side portion 38 of the nozzle mount 16 from the side opposite to the bearing housing side support portion 40 in the axial direction.
  • the nozzle mount 16 is sandwiched between the bearing housing side support portion 40 and the turbine housing side support portion 42.
  • the turbine housing 6 and the bearing housing 10 are fastened in the axial direction by a plurality of bolts 44 spaced apart in the circumferential direction, and the nozzle mount 16 is a bearing by the axial force of the bolts 44. It is sandwiched between the housing side support portion 40 and the turbine housing side support portion 42.
  • FIG. 2 is a schematic enlarged sectional view showing a configuration example 100 (100A) of the variable capacity turbocharger 100.
  • FIG. FIG. 3 is a perspective view of the bearing housing 10 of the variable capacity turbocharger 100 (100A) shown in FIG.
  • the bearing housing side support portion 40 includes at least one bearing housing side recess 46 formed to be concave toward the opposite side of the nozzle mount 16 in the axial direction.
  • the bearing housing side support portion 40 has a plurality of bearing housing side recesses 46 provided at intervals in the circumferential direction.
  • the contact area between the bearing housing side support portion 40 and the outer peripheral side portion 38 of the nozzle mount 16 can be reduced. Due to the heat insulating action of the air layer 39 between the outer peripheral side portion 38 of the mount 16, the amount of heat released from the outer peripheral side portion 38 of the nozzle mount 16 to the bearing housing 10 can be reduced. Therefore, heat loss due to heat radiation from the outer peripheral side portion 38 of the nozzle mount 16 to the bearing housing 10 can be reduced, and the turbine efficiency and the performance of the turbocharger 100 can be improved.
  • FIG. 4 is a view schematically showing positions in the circumferential direction between the bearing housing side recess 46 and the bolt 44.
  • each of the bearing housing side recesses 46 has an angle that does not overlap with the center position Pv of the bolts 44 adjacent to the bearing housing side recesses 46 among the plurality of bolts 44 in the circumferential direction. It is formed in the range Ar.
  • the bearing housing 10 is secured from the outer peripheral side portion 38 of the nozzle mount 16 while securing the fastening force between the bearing housing 10 and the turbine housing 6 by the bolts 44. Heat loss due to heat radiation to 10 can be reduced.
  • each of the bearing housing side recesses 46 is separated from the center position of the bolt 44 adjacent to the bearing housing side recess 46 among the plurality of bolts 44 by 5 degrees or more in the circumferential direction. Yes. That is, the angle ⁇ shown in FIG. 4 is 5 degrees or more.
  • FIG. 5 is a schematic enlarged cross-sectional view showing a configuration example 100 (100B) of the variable capacity turbocharger 100.
  • the turbine housing side support portion 42 is formed by the bearing housing side support portion 40 along the surface 48 (surface on the scroll flow path 4 side) of the outer peripheral side portion 38 of the nozzle mount 16. Is also provided so as to protrude inward in the radial direction. That is, the inner peripheral end 54 of the turbine housing side support portion 42 is located on the inner side in the radial direction than the inner peripheral end 59 of the bearing housing side support portion 40.
  • the inner peripheral end 054 of the turbine housing side support portion 42 and the inner peripheral end 059 of the bearing housing side support portion 040 have a diameter. It was located at the same position in the direction.
  • the nozzle housing side support portion 42 protrudes inward in the radial direction from the bearing housing side support portion 40 along the surface 48 of the nozzle mount 16.
  • the area of the portion covered by the turbine housing side support portion 42 can be made larger than that of the conventional structure shown in FIG. 13. For this reason, the area (heat transfer area) of the portion of the nozzle mount 16 that is exposed to the high-temperature exhaust gas flow from the scroll channel 4 to the exhaust gas channel 26 can be reduced. Thereby, since the amount of heat absorption of the nozzle mount 16 becomes small, the rise in the metal temperature of the nozzle mount 16 is suppressed.
  • the turbine housing side support portion 42 is formed on the inner side in the radial direction of the contact portion 50 that contacts the outer peripheral side portion 38 of the nozzle mount 16 and the contact portion 50.
  • the non-contact part 52 which opposes the nozzle mount 16 through the gap g is included.
  • the non-contact portion 52 is formed with a step with respect to the contact portion 50 in order to provide a gap g between the non-contact portion 52 and the nozzle mount 16.
  • the turbine housing side support portion 42 since the turbine housing side support portion 42 has the non-contact portion 52 on the radially inner side of the contact portion 50, the contact between the bearing housing side support portion 40 and the outer peripheral side portion 38 of the nozzle mount 16.
  • the outer peripheral side portion 38 of the nozzle mount 16 can be covered with the turbine housing side support portion 42 while suppressing an increase in area. This reduces the area (heat transfer area) of the nozzle mount 16 that is exposed to the high-temperature exhaust gas flow from the scroll flow path 4 to the exhaust gas flow path 26, and from the turbine housing side support portion 42 to the nozzle mount 16.
  • An increase in the amount of heat input to the outer peripheral side portion 38 can be suppressed. Therefore, the rise in the metal temperature of the nozzle mount 16 can be effectively suppressed, and heat loss due to heat radiation from the outer peripheral side portion 38 of the nozzle mount 16 to the bearing housing 10 can be effectively reduced.
  • the distance between the inner peripheral end 54 of the turbine housing side support portion 42 and the rotational axis O of the turbine rotor 2 is r1
  • the outer peripheral end 64 of the nozzle mount 16 and the rotational axis O are When the distance is r2, and the distance between the outer peripheral end of the nozzle plate and the rotation axis is r3, 0 ⁇ (r1-r3) / (r2-r3) ⁇ 0.75 is satisfied. In the illustrated form, 0 ⁇ (r1-r3) / (r2-r3) ⁇ 0.30 is satisfied.
  • an increase in the metal temperature of the nozzle mount 16 is effectively suppressed without hindering the smooth flow of the exhaust gas flow path 26 between the nozzle mount 16 and the nozzle plate 18, and the outer periphery of the nozzle mount 16. Heat loss due to heat radiation from the side portion 38 to the bearing housing 10 can be effectively reduced.
  • variable capacity turbocharger 200 shows the variable capacity turbocharger 200 according to the comparative example shown in FIG. 13, the variable capacity turbocharger 100 (100A) shown in FIG. 2, and the variable capacity turbocharger 100 (100B shown in FIG. ),
  • the solid line indicates the time series change of the exhaust gas temperature common to the respective forms
  • the broken line indicates the time series change of the heat release amount in the variable capacity turbocharger 200 according to the comparative form
  • the one-dot chain line indicates A time series change of the heat dissipation amount in the variable capacity turbocharger 100 (100A) is shown
  • a two-dot chain line shows a time series change of the heat dissipation amount in the variable capacity turbocharger 100 (100B).
  • variable capacity turbocharger 100 As shown in FIG. 6, according to the variable capacity turbocharger 100 (100A) shown in FIG. 2, the outer peripheral side portion 38 (038) of the nozzle mount (016) rather than the variable capacity turbocharger 200 according to the comparative example. ) To the bearing housing side support portion 40 (040) can be reduced. According to a trial calculation by the present inventor, it has become clear that the variable capacity turbocharger 100 (100A) can reduce heat loss by about 47% compared to the variable capacity turbocharger 200.
  • variable capacity turbocharger 100 (100B) shown in FIG. 5 the outer peripheral side portion 38 of the nozzle mount (016) rather than the variable capacity turbocharger 200 according to the comparative example.
  • the amount of heat released from (038) to the bearing housing side support portion 40 (040) (the amount of heat passed) can be reduced. According to the calculation of the present inventor, it has been clarified that the variable capacity turbocharger 100 (100B) can reduce the heat loss by about 57% compared to the variable capacity turbocharger 200.
  • FIG. 7 is a schematic enlarged sectional view showing a configuration example 100 (100C) of the variable capacity turbocharger 100. As shown in FIG. In one embodiment, as shown in FIG. 7, a heat shield 60 is provided between the bearing housing side support portion 40 and the nozzle mount 16.
  • the heat radiation from the outer peripheral side portion 38 of the nozzle mount 16 to the bearing housing 10 can be reduced by the heat insulating action of the heat shield 60. Therefore, heat loss due to heat radiation from the outer peripheral side portion 38 of the nozzle mount 16 to the bearing housing 10 can be reduced, and the turbine efficiency and the performance of the turbocharger 100 can be improved.
  • a decrease in exhaust gas temperature on the turbine outlet side can be suppressed, when a catalyst for exhaust gas purification is provided on the downstream side of the turbine, a decrease in catalyst performance due to a decrease in catalyst temperature is suppressed, and exhaust gas The content of impurities (NOx, SOx, etc.) can be reduced.
  • the thermal conductivity of the heat shield 60 is smaller than each of the thermal conductivity of the bearing housing 10 and the thermal conductivity of the nozzle mount 16.
  • the amount of heat released from the outer peripheral side portion 38 of the nozzle mount 16 to the bearing housing 10 can be effectively reduced.
  • the heat shield 60 is made of austenitic stainless steel or a nickel-based alloy.
  • austenitic stainless steel it is preferable to use a material other than SUS304.
  • Cr-10Ni-6Mn-1Mo for boiler pipes can be suitably used.
  • Nickel-based alloys include Incoloy 800 (Ni-45Fe-21Cr-0.4Ti), Inconel 600 (Ni-16Cr-6Fe), Inconel X-750 (Ni-15Cr-7Fe-2.5Ti-0.6Al-0) .8Nb), Hastelloy C (Ni-16Mo-15Cr-4W-5Fe), Nimonic 90 (Ni-20Cr-17Co-2.4Ti-1.4Al), or the like can be preferably used.
  • the heat shield 60 may be formed of 25Cr-20Ni heat-resistant cast steel (equivalent to SUS310) or 35Ni-15Cr heat-resistant cast steel (equivalent to SUS330). Incoloy, Inconel, Hastelloy and Nymonic are registered trademarks.
  • the heat shield 60 prevents the bearing housing side support 40 and the nozzle mount 16 from contacting each other over the entire angular range in the circumferential direction. It may be a ring-shaped heat shield (see FIG. 8).
  • the amount of heat released from the outer peripheral side portion 38 of the nozzle mount 16 to the bearing housing 10 can be reduced with a simple configuration.
  • the heat shield 60 prevents the bearing housing side support 40 and the nozzle mount 16 from contacting each other over the entire angular range in the circumferential direction.
  • the coating material may be applied to the outer peripheral side portion 38 of the nozzle mount 16 or the bearing housing 10.
  • the amount of heat released from the outer peripheral side portion 38 of the nozzle mount 16 to the bearing housing 10 can be reduced with a simple configuration.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes forms obtained by modifying the above-described embodiments and forms obtained by appropriately combining these forms.
  • the bearing housing side recess 46 formed so that the bearing housing side support portion 40 is recessed toward the opposite side of the nozzle mount 16 is provided.
  • the present invention is not limited to such a configuration.
  • at least one outer peripheral side portion 38 of the nozzle mount 16 is formed to be recessed toward the opposite side of the bearing housing 10 in the axial direction.
  • the nozzle mount side recess 62 may be provided.
  • the contact area between the bearing housing side support portion 40 and the outer peripheral side portion 38 of the nozzle mount 16 can be reduced, and the nozzle mount side recess 62 and the bearing housing can be reduced. Due to the heat insulating action of the air layer 39 between the side support portions 40, the amount of heat released from the outer peripheral side portion 38 of the nozzle mount 16 to the bearing housing 10 can be reduced. Therefore, heat loss due to heat radiation from the outer peripheral side portion 38 of the nozzle mount 16 to the bearing housing 10 can be reduced, and the turbine efficiency and the performance of the turbocharger 100 can be improved.
  • the preferred arrangement in the circumferential direction of the nozzle mount side recess 62 is the same as the preferred arrangement in the circumferential direction of the bearing housing side recess 46 described with reference to FIGS. 3 and 4.
  • the bearing housing side recess 46 is formed from the inner diameter side to the outer diameter side of the bearing housing side support portion 40.
  • the range in which the bearing housing side recess 46 is formed in the radial direction is not limited to this, and may be formed only on the inner diameter side of the bearing housing side support portion 40 as shown in FIG. As shown in FIG. 12, it may be formed only at the outer diameter side of the bearing housing side support portion 40, or may be formed only at the radial center of the bearing housing side support portion 40 as shown in FIG. .
  • the preferable arrangement in the circumferential direction of the bearing housing side recess 46 is the same as the preferable arrangement in the circumferential direction of the bearing housing side recess 46 described with reference to FIGS. 3 and 4. is there. Also, the embodiments shown in FIGS. 9 to 12 can be appropriately combined with the embodiments described with reference to FIGS.

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Abstract

可変容量型ターボチャージャ(100)において、軸受ハウジング(10)は、ノズルマウント(16)の外周側部分(38)をタービンロータ(2)の軸方向においてスクロール流路(4)と反対側から支持する軸受ハウジング側支持部(40)を含み、以下の条件(a)と条件(b)の少なくとも一方を満たす。(a)軸受ハウジング側支持部(40)は、ノズルマウント(16)の外周側部分(38)に当接しないように軸方向に凹となるよう形成された少なくとも一つの軸受ハウジング側凹部(46)を有する。(b)ノズルマウントの外周側部分(38)は、軸受ハウジング側支持部(40)に当接しないように軸方向に凹となるよう形成された少なくとも一つのノズルマウント側凹部(62)を有する。

Description

可変容量型ターボチャージャ
 本開示は、可変容量型ターボチャージャに関する。
 可変容量型ターボチャージャは、タービンハウジング内のスクロール流路からタービンロータへの排ガスの流れを可変ノズル機構によって調整することで、タービンブレードへの排気ガスの流速や圧力を変化させて過給効果を高めるものである。
 図13に示すように、可変ノズル機構012は、一般に、スクロール流路004からタービンロータ002へ排ガスを導くための排ガス流路026に設けられるノズルベーン014と、ノズルベーンを回動可能に支持し、排ガス流路のうち軸受ハウジング010側の流路壁028を形成する環状のノズルマウント016と、ノズルマウントに対向して設けられ、排ガス流路のうち軸受ハウジングと反対側の流路壁032を形成する環状のノズルプレート018と、を含む。
 特許文献1に記載の可変容量型ターボチャージャでは、軸受ハウジングは、ノズルマウントの外周側部分をタービンロータの軸方向においてスクロール流路と反対側から支持する軸受ハウジング側支持部を含んでおり、タービンハウジングは、ノズルマウントの外周側部分を軸方向において軸受ハウジング側支持部と反対側から支持するタービンハウジング側支持部を含んでおり、ノズルマウントは、タービンハウジング側支持部と軸受ハウジング側支持部とによって挟持されている。
特開2013―72404号公報
 本願発明者の知見によれば、特許文献1に記載の可変容量型ターボチャージャのように、軸受ハウジングがノズルマウントの外周側部分を支持する軸受ハウジング側支持部を含んでいる場合、図13の矢印Hに示すように、スクロール流路004からの排ガス流れによって高温となったノズルマウント016の外周側部分038から軸受ハウジング側支持部040へ放熱されて、熱損失が発生する。軸受ハウジングは軸受へ供給される潤滑油に冷却されてノズルマウントよりも低温になっているため、上記放熱による熱損失が大きくなりやすい。
 熱損失が発生すると、タービンの熱効率が低下し、可変容量型ターボチャージャの性能も低下してしまう。
 また、熱損失が発生すると、タービン出口の排ガス温度が低くなるため、例えばタービンの下流側に排ガス浄化用の触媒が設けられている場合には、触媒の温度が低下して触媒の性能が低下し、排ガス中に不純物(NOxやSOx等)が多量に含まれてしまう。
 本発明は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、ノズルマウントの外周側部分から軸受ハウジング側支持部への放熱による熱損失を低減可能な可変容量型ターボチャージャを提供することである。
 (1)本発明の少なくとも一実施形態に係る可変容量型ターボチャージャは、タービンロータと、前記タービンロータを収容し、前記タービンロータの外周側にスクロール流路を形成するタービンハウジングと、前記タービンロータを回転可能に支持する軸受を収容し、前記タービンハウジングに連結された軸受ハウジングと、前記スクロール流路から前記タービンロータへの排ガスの流れを調整するための可変ノズル機構と、を備える可変容量型ターボチャージャであって、前記可変ノズル機構は、前記スクロール流路から前記タービンロータへ前記排ガスを導くための排ガス流路に設けられるノズルベーンと、前記ノズルベーンを回動可能に支持し、前記排ガス流路のうち前記軸受ハウジング側の流路壁を形成する環状のノズルマウントと、前記ノズルマウントに対向して設けられ、前記排ガス流路のうち前記軸受ハウジングと反対側の流路壁を形成する環状のノズルプレートと、を含み、前記軸受ハウジングは、前記ノズルマウントの外周側部分を前記タービンロータの軸方向において前記スクロール流路と反対側から支持する軸受ハウジング側支持部を含み、以下の条件(a)と条件(b)の少なくとも一方を満たす、可変容量型ターボチャージャ。(a)前記軸受ハウジング側支持部は、前記軸方向において前記ノズルマウントと反対側へ凹となるよう形成された少なくとも一つの軸受ハウジング側凹部を有する。(b)前記ノズルマウントの前記外周側部分は、前記軸方向において前記軸受ハウジングと反対側へ凹となるよう形成された少なくとも一つのノズルマウント側凹部を有する。
 上記(1)に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、条件(a)を満たす場合、軸受ハウジング側凹部を設けたことにより、軸受ハウジング側支持部とノズルマウントの外周側部分との接触面積を低減することができ、軸受ハウジング側凹部とノズルマウントの外周側部分との間の空気層の断熱作用によって、ノズルマウントの外周側部分から軸受ハウジングへの放熱量を低減することができる。したがって、ノズルマウントの外周側部分から軸受ハウジングへの放熱による熱損失を低減し、タービン効率及びターボチャージャの性能を向上することができる。
 また、タービン出口側の排ガス温度の低下を抑制できるため、タービンの下流側に排ガス浄化用の触媒が設けられている場合には、触媒の温度低下に起因する触媒の性能低下を抑制し、排ガスの不純物(NOxやSOx等)の含有量を低減することができる。
 一方、条件(b)を満たす場合、ノズルマウント側凹部を設けたことにより、軸受ハウジング側支持部とノズルマウントの外周側部分との接触面積を低減することができ、ノズルマウント側凹部内の空気の断熱作用によって、ノズルマウントの外周側部分から軸受ハウジングへの放熱量を低減することができる。したがって、ノズルマウントの外周側部分から軸受ハウジングへの放熱による熱損失を低減し、タービン効率及びターボチャージャの性能を向上することができる。
 また、タービン出口側の排ガス温度の低下を抑制できるため、タービンの下流側に排ガス浄化用の触媒が設けられている場合には、触媒の温度低下に起因する触媒の性能低下を抑制し、排ガスの不純物(NOxやSOx等)の含有量を低減することができる。
 (2)幾つかの実施形態では、上記(1)に記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、前記少なくとも一つの軸受ハウジング側凹部又は前記少なくとも一つのノズルマウント側凹部は、前記タービンロータの周方向に間隔を空けて設けられた複数の軸受ハウジング側凹部又は前記周方向に間隔を空けて設けられた複数のノズルマウント側凹部を含む。
 上記(2)に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、周方向に間隔を空けて複数の軸受ハウジング側凹部又は複数のノズルマウント側凹部を設けたことにより、軸受ハウジング側支持部とノズルマウントの外周側部分との接触面積を効果的に低減することができ、ノズルマウント側凹部内の空気の断熱作用によって、ノズルマウントの外周側部分から軸受ハウジングへの放熱量を効果的に低減することができる。
 (3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)に記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、前記タービンロータの周方向に間隔を空けて設けられるとともに前記タービンハウジングと前記軸受ハウジングとを前記軸方向に締結する複数のボルトを更に備え、前記軸受ハウジング側凹部又は前記ノズルマウント側凹部は、前記周方向において、前記複数のボルトのうち当該軸受ハウジング側凹部又は当該ノズルマウント側凹部に隣接するボルトの中心位置に重複しない角度範囲に形成される。
 上記(3)に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、軸受ハウジング側凹部又はノズルマウント側凹部が、周方向において、隣接するボルトの中心位置に重複しない角度範囲に形成されるため、ボルトによる軸受ハウジングとタービンハウジングとの締結力を確保しつつ、ノズルマウントの外周側部分から軸受ハウジングへの放熱による熱損失を低減することができる。
 (4)幾つかの実施形態では、上記(3)に記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、前記軸受ハウジング側凹部又は前記ノズルマウント側凹部は、前記周方向において、前記複数のボルトのうち当該軸受ハウジング側凹部又は当該ノズルマウント側凹部に隣接するボルトの中心位置から5度以上離れて形成される。
 上記(4)に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、ボルトの中心位置から周方向に5度以上離れて軸受ハウジング側凹部又はノズルマウント側凹部が形成されているため、ボルトによる軸受ハウジングとタービンハウジングとの締結力を確保しつつ、ノズルマウントの外周側部分から軸受ハウジングへの放熱による熱損失を低減することができる。
 (5)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(4)の何れか1項に記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、前記タービンハウジングは、前記ノズルマウントの前記外周側部分を前記軸方向において前記軸受ハウジング側支持部と反対側から支持するタービンハウジング側支持部を含み、前記ノズルマウントは、前記タービンハウジング側支持部と前記軸受ハウジング側支持部とによって挟持されており、前記タービンハウジング側支持部は、前記ノズルマウントの表面に沿って前記軸受ハウジング側支持部よりも前記タービンロータの径方向において内側に突出するよう設けられている。
 従来は、ノズルマウントを簡素な構造で挟持するために、軸受ハウジング側支持部の内周端とタービンハウジング側支持部の内周端とは、径方向において同一位置に位置していた。
 これに対し、上記(5)に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、タービンハウジング側支持部が、ノズルマウントの表面に沿って軸受ハウジング側支持部よりも径方向において内側に突出している分、ノズルマウントのうちタービンハウジング側支持部によって覆われる部分の面積が上記従来の構造(通常の設計範囲)よりも大きいため、ノズルマウントのうちスクロール流路から排ガス流路への高温の排ガス流れに曝される部分の面積(伝熱面積)を低減することができる。これにより、ノズルマウントの吸熱量が小さくなるため、ノズルマウントのメタル温度の上昇が抑制される。したがって、ノズルマウントと軸受ハウジングとの温度差が小さくなるため、ノズルマウントの外周側部分から軸受ハウジングへの放熱による熱損失を低減し、タービン効率及びターボチャージャの性能を向上することができる。
 (6)本発明の少なくとも一実施形態に係る可変容量型ターボチャージャは、タービンロータと、前記タービンロータを収容し、前記タービンロータへ供給する排ガスが流れるスクロール流路の少なくとも一部を形成するタービンハウジングと、前記タービンロータを回転可能に支持する軸受を収容し、前記タービンハウジングに連結された軸受ハウジングと、前記タービンロータの外周側に形成されたスクロール流路から前記タービンロータへの排ガスの流れを調整するための可変ノズル機構と、を備える可変容量型ターボチャージャであって、前記可変ノズル機構は、前記スクロール流路から前記タービンロータへ前記排ガスを導くための排ガス流路に設けられるノズルベーンと、前記ノズルベーンを回動可能に支持し、前記排ガス流路のうち前記軸受ハウジング側の流路壁を形成する環状のノズルマウントと、前記ノズルマウントに対向して設けられ、前記排ガス流路のうち前記軸受ハウジングと反対側の流路壁を形成する環状のノズルプレートと、を含み、前記軸受ハウジングは、前記ノズルマウントの外周側部分を前記タービンロータの軸方向において前記スクロール流路と反対側から支持する軸受ハウジング側支持部を含み、前記タービンハウジングは、前記ノズルマウントの前記外周側部分を前記軸方向において前記軸受ハウジング側支持部と反対側から支持するタービンハウジング側支持部を含み、前記ノズルマウントは、前記タービンハウジング側支持部と前記軸受ハウジング側支持部とによって挟持されており、前記タービンハウジング側支持部は、前記ノズルマウントの表面に沿って前記軸受ハウジング側支持部よりも前記タービンロータの径方向において内側に突出するよう設けられる。
 従来は、ノズルマウントを簡素な構造で挟持するために、軸受ハウジング側支持部の内周端とタービンハウジング側支持部の内周端とは、径方向において同一位置に位置していた。
 これに対し、上記(6)に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、タービンハウジング側支持部が、ノズルマウントの表面に沿って軸受ハウジング側支持部よりも径方向において内側に突出している分、ノズルマウントのうちタービンハウジング側支持部によって覆われる部分の面積が上記従来の構造(通常の設計範囲)よりも大きいため、ノズルマウントのうちスクロール流路から排ガス流路への高温の排ガス流れに曝される部分の面積(伝熱面積)を低減することができる。これにより、ノズルマウントの吸熱量が小さくなるため、ノズルマウントのメタル温度の上昇が抑制される。したがって、ノズルマウントと軸受ハウジングとの温度差が小さくなるため、ノズルマウントの外周側部分から軸受ハウジングへの放熱による熱損失を低減し、タービン効率及びターボチャージャの性能を向上することができる。
 また、タービン出口側の排ガス温度の低下を抑制できるため、タービンの下流側に排ガス浄化用の触媒が設けられている場合には、触媒の温度低下に起因する触媒の性能低下を抑制し、排ガスの不純物(NOxやSOx等)の含有量を低減することができる。
 (7)幾つかの実施形態では、上記(5)又は(6)に記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、前記タービンハウジング側支持部は、前記ノズルマウントの前記外周側部分に当接する当接部と、前記当接部よりも前記径方向において内側に形成され、前記ノズルマウントに対して隙間を介して対向する非当接部とを含む。
 上記(7)に記載によれば、タービンハウジング側支持部が当接部よりも径方向内側に非当接部を有するため、軸受ハウジング側支持部とノズルマウントの外周側部分との接触面積の増大を抑制しつつ、ノズルマウントの外周側部分をタービンハウジング側支持部によって覆うことができる。これにより、ノズルマウントのうちスクロール流路から排ガス流路への高温の排ガス流れに曝される部分の面積(伝熱面積)を低減するとともに、タービンハウジング側支持部からノズルマウントの外周側部分への入熱量の増大を抑制することができる。したがって、ノズルマウントのメタル温度の上昇を効果的に抑制し、ノズルマウントの外周側部分から軸受ハウジングへの放熱による熱損失を効果的に低減することができる。
 (8)幾つかの実施形態では、上記(5)乃至(7)の何れか1項に記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、前記タービンハウジング側支持部の内周端と前記タービンロータの回転軸線との距離をr1、前記ノズルマウントの外周端と前記回転軸線との距離をr2、前記ノズルプレートの外周端と前記回転軸線との距離をr3とすると、0≦(r1-r3)/(r2-r3)≦0.75を満たす。
 上記(8)に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、ノズルマウントとノズルプレートの間の排ガス流路のスムーズな流れがタービンハウジング側支持部によって阻害されることを抑制しつつ、ノズルマウントのメタル温度の上昇を効果的に抑制し、ノズルマウントの外周側部分から軸受ハウジングへの放熱による熱損失を効果的に低減することができる。
 (9)幾つかの実施形態では、上記(8)に記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、0≦(r1-r3)/(r2-r3)≦0.30を満たす。
 上記(9)に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、ノズルマウントとノズルプレートの間の排ガス流路のスムーズな流れがタービンハウジング側支持部によって阻害されることを抑制しつつ、ノズルマウントのメタル温度の上昇を効果的に抑制し、ノズルマウントの外周側部分から軸受ハウジングへの放熱による熱損失を効果的に低減することができる。
 また、タービン出口側の排ガス温度の低下を抑制できるため、タービンの下流側に排ガス浄化用の触媒が設けられている場合には、触媒の温度低下に起因する触媒の性能低下を抑制し、排ガスの不純物(NOxやSOx等)の含有量を低減することができる。
 (10)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(9)の何れか1項に記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、前記軸受ハウジング側支持部と前記ノズルマウントとの間には遮熱材が設けられる。
 上記(10)に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、遮熱材の断熱作用によって、ノズルマウントの外周側部分から軸受ハウジングへの放熱量を低減することができる。したがって、ノズルマウントの外周側部分から軸受ハウジングへの放熱による熱損失を低減し、タービン効率及びターボチャージャの性能を向上することができる。
 (11)本発明の少なくとも一実施形態に係る可変容量型ターボチャージャは、タービンロータと、前記タービンロータを収容し、前記タービンロータへ供給する排ガスが流れるスクロール流路の少なくとも一部を形成するタービンハウジングと、前記タービンロータを回転可能に支持する軸受を収容し、前記タービンハウジングに連結された軸受ハウジングと、前記タービンロータの外周側に形成されたスクロール流路から前記タービンロータへの排ガスの流れを調整するための可変ノズル機構と、を備える可変容量型ターボチャージャであって、前記可変ノズル機構は、前記スクロール流路から前記タービンロータへ前記排ガスを導くための排ガス流路に設けられるノズルベーンと、前記ノズルベーンを回動可能に支持し、前記排ガス流路のうち前記軸受ハウジング側の流路壁を形成する環状のノズルマウントと、前記ノズルマウントに対向して設けられ、前記排ガス流路のうち前記軸受ハウジングと反対側の流路壁を形成する環状のノズルプレートと、を含み、前記軸受ハウジングは、前記ノズルマウントの外周側部分を前記タービンロータの軸方向において前記スクロール流路と反対側から支持する軸受ハウジング側支持部を含み、前記軸受ハウジング側支持部と前記ノズルマウントとの間には遮熱材が設けられる。
 上記(11)に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、遮熱材の断熱作用によって、ノズルマウントの外周側部分から軸受ハウジングへの放熱量を低減することができる。したがって、ノズルマウントの外周側部分から軸受ハウジングへの放熱による熱損失を低減し、タービン効率及びターボチャージャの性能を向上することができる。
 また、タービン出口側の排ガス温度の低下を抑制できるため、タービンの下流側に排ガス浄化用の触媒が設けられている場合には、触媒の温度低下に起因する触媒の性能低下を抑制し、排ガスの不純物(NOxやSOx等)の含有量を低減することができる。
 (12)幾つかの実施形態では、上記(10)又は(11)に記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、前記遮熱材の熱伝導率は、前記軸受ハウジングの熱伝導率及び前記ノズルマウントの熱伝導率の各々より小さい。
 上記(12)に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、ノズルマウントの外周側部分から軸受ハウジングへの放熱量を効果的に低減することができる。
 (13)幾つかの実施形態では、上記(10)乃至(12)の何れか1項に記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、前記遮熱材は、オーステナイト系ステンレス鋼又はニッケル基合金で形成される。
 上記(13)に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、遮熱材自体の耐熱性を確保しつつ、ノズルマウントの外周側部分から軸受ハウジングへの放熱量を効果的に低減することができる。
 (14)幾つかの実施形態では、上記(10)乃至(13)の何れか1項に記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、前記遮熱材は、前記タービンロータの周方向における全角度範囲に亘って前記軸受ハウジング側支持部と前記ノズルマウントとが接触しないように設けられたリング状の遮熱板である。
 上記(14)に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、簡素な構成で、ノズルマウントの外周側部分から軸受ハウジングへの放熱量を低減することができる。
 (15)幾つかの実施形態では、上記(10)乃至(13)の何れか1項に記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、前記遮熱材は、前記軸受ハウジング側支持部又は前記ノズルマウントの前記外周側部分に塗布された塗料である。
 上記(15)に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、簡素な構成で、ノズルマウントの外周側部分から軸受ハウジングへの放熱量を低減することができる。
 本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、ノズルマウントの外周側部分から軸受ハウジング側支持部への放熱による熱損失を低減可能な可変容量型ターボチャージャが提供される。
本発明の一実施形態に係る可変容量型ターボチャージャ100の回転軸線Oに沿った概略断面図である。 一実施形態に係る可変容量型ターボチャージャ100(100A)を示す概略的な拡大断面図である。 図2に示した可変容量型ターボチャージャ100(100A)の軸受ハウジング10の斜視図である。 軸受ハウジング側凹部46とボルト44との周方向における位置を模式的に示す図である。 一実施形態に係る可変容量型ターボチャージャ100(100B)を示す概略的な拡大断面図である。 図13に示した比較形態に係る可変容量型ターボチャージャ200と、図2に示した可変容量型ターボチャージャ100(100A)と、図5に示した可変容量型ターボチャージャ100(100B)の各々について、スクロール流路4(004)を流れる排ガスの温度の時系列変化と、ノズルマウント(016)の外周側部分38(038)から軸受ハウジング側支持部40(040)への放熱量(通過熱量)の時系列変化との関係を示す図である。 一実施形態に係る可変容量型ターボチャージャ100(100C)を示す概略的な拡大断面図である。 遮熱材60の構成例を示す概略的な斜視図である。 一実施形態に係る可変容量型ターボチャージャ100(100D)を示す概略的な拡大断面図である。 一実施形態に係る可変容量型ターボチャージャ100(100E)を示す概略的な拡大断面図である。 一実施形態に係る可変容量型ターボチャージャ100(100F)を示す概略的な拡大断面図である。 一実施形態に係る可変容量型ターボチャージャ100(100G)を示す概略的な拡大断面図である。 比較形態に係る可変容量型ターボチャージャ200を示す概略的な拡大断面図である。
 以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
 例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
 例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
 例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
 一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
 図1は、本発明の一実施形態に係る可変容量型ターボチャージャ100の回転軸線Oに沿った概略断面図である。
 可変容量型ターボチャージャ100は、不図示のコンプレッサと同軸に設けられたタービンロータ2と、タービンロータ2を収容し、タービンロータ2の外周側にスクロール流路4を形成するタービンハウジング6と、タービンロータ2を回転可能に支持する軸受8を収容し、タービンハウジング6に連結された軸受ハウジング10と、タービンハウジング6と軸受ハウジング10の間に設けられ、スクロール流路4からタービンロータ2への排ガスの流れを調整するための可変ノズル機構12とを備えている。
 以下では、特記しない限り、タービンロータ2の軸方向を単に「軸方向」といい、タービンロータ2の径方向を単に「径方向」といい、タービンロータ2の周方向を単に「周方向」ということとする。
 可変ノズル機構12は、複数のノズルベーン14、ノズルマウント16、ノズルプレート18、複数のレバープレート20、ドライブリング22、複数のノズルサポート24を備えている。
 複数のノズルベーン14は、スクロール流路4からタービンロータ2へ排ガスを導くための環状の排ガス流路26に周方向に間隔を空けて設けられている。
 ノズルマウント16は、タービンロータ2の外周側に設けられた環状のプレートであり、排ガス流路26のうち軸受ハウジング10側の流路壁28を形成する。ノズルマウント16には、複数のノズルベーン14の軸部15をそれぞれ回動可能に支持するための複数の支持穴30(貫通穴)が設けられている。
 ノズルプレート18は、タービンロータ2の外周側にノズルマウント16と対向して設けられる環状のプレートであり、排ガス流路26のうち軸受ハウジング10と反対側の流路壁32を形成する。また、ノズルプレート18は、タービンロータ2のブレードのチップ側端に隙間を介して対向するシュラウド壁34を流路壁32の下流側に形成する。ノズルマウント16とノズルプレート18とは、複数のノズルサポート24によって連結されている。
 タービンロータ2の背面と軸受ハウジング10との間には、排ガス流路26からタービンロータ2へ流れる排ガスがノズルマウント16の内周側を通ってノズルマウント16の裏側(排ガス流路26と反対側)へ漏れないように、バックプレート23が設けられている。バックプレート23は、軸方向における一端側でノズルマウント16に当接し、軸方向における他端側で軸受ハウジング10に当接するよう設けられている。
 かかる可変ノズル機構12では、不図示のアクチュエータから伝達される駆動力によってドライブリング22が回転駆動される。ドライブリング22が回動すると、ドライブリング22に係合しているレバープレート20がノズルベーン14の軸部15を回動させ、その結果、ノズルベーン14が回動して該ノズルベーン14の翼角が変化し、スクロール流路4からタービンロータ2への排ガスの流れが調整される。
 図示する形態では、軸受ハウジング10とノズルマウント16との間には、レバープレート20とドライブリング22とを収容する環状空間36が形成されている。
 軸受ハウジング10は、ノズルマウント16の外周側部分38をタービンロータ2の軸方向においてスクロール流路4と反対側から支持する環状の軸受ハウジング側支持部40を含む。軸受ハウジング側支持部40は、環状空間36の外周側に形成されている。軸受ハウジング側支持部40の外周側にはタービンハウジング6と軸受ハウジングとの間にシールリング41が設けられており、該シールリング41によって軸受ハウジング10とタービンハウジング6との間からの排ガスの漏れを防止している。
 タービンハウジング6は、ノズルマウント16の外周側部分38を軸方向において軸受ハウジング側支持部40と反対側から支持する環状のタービンハウジング側支持部42を含む。
 ノズルマウント16は、軸受ハウジング側支持部40とタービンハウジング側支持部42とによって挟持されている。図示する形態では、タービンハウジング6と軸受ハウジング10とは、周方向に間隔を空けて設けられた複数のボルト44によって軸方向に締結されており、ノズルマウント16は、ボルト44の軸力によって軸受ハウジング側支持部40とタービンハウジング側支持部42とに挟持されている。
 図2は、可変容量型ターボチャージャ100の構成例100(100A)を示す概略的な拡大断面図である。図3は、図2に示した可変容量型ターボチャージャ100(100A)の軸受ハウジング10の斜視図である。
 一実施形態では、図2及び図3に示すように、軸受ハウジング側支持部40は、軸方向においてノズルマウント16と反対側へ凹となるように形成された少なくとも一つの軸受ハウジング側凹部46を有する。図示する形態では、軸受ハウジング側支持部40は、周方向に間隔を空けて設けられた複数の軸受ハウジング側凹部46を有する。
 かかる構成によれば、軸受ハウジング側凹部46を設けたことにより、軸受ハウジング側支持部40とノズルマウント16の外周側部分38との接触面積を低減することができ、軸受ハウジング側凹部46とノズルマウント16の外周側部分38との間の空気層39の断熱作用によって、ノズルマウント16の外周側部分38から軸受ハウジング10への放熱量を低減することができる。したがって、ノズルマウント16の外周側部分38から軸受ハウジング10への放熱による熱損失を低減し、タービン効率及びターボチャージャ100の性能を向上することができる。
 また、タービン出口側の排ガス温度の低下を抑制できるため、タービンの下流側に排ガス浄化用の触媒が設けられている場合には、触媒の温度低下に起因する触媒の性能低下を抑制し、排ガスの不純物(NOxやSOx等)の含有量を低減することができる。
 図4は、軸受ハウジング側凹部46とボルト44との周方向における位置を模式的に示す図である。
 一実施形態では、図4に示すように、軸受ハウジング側凹部46の各々は、周方向において、複数のボルト44のうち当該軸受ハウジング側凹部46に隣接するボルト44の中心位置Pvに重複しない角度範囲Arに形成される。
 かかる構成によれば、上記中心位置Pvと角度範囲Arとが重複しないため、ボルト44による軸受ハウジング10とタービンハウジング6との締結力を確保しつつ、ノズルマウント16の外周側部分38から軸受ハウジング10への放熱による熱損失を低減することができる。
 一実施形態では、図4に示すように、軸受ハウジング側凹部46の各々は、複数のボルト44のうち当該軸受ハウジング側凹部46に隣接するボルト44の中心位置から周方向に5度以上離れている。すなわち、図4に示す角度αが5度以上である。
 かかる構成によれば、ボルト44による軸受ハウジング10とタービンハウジング6との強固な締結力を確保しつつ、ノズルマウント16の外周側部分38から軸受ハウジング10への放熱による熱損失を低減することができる。
 図5は、可変容量型ターボチャージャ100の構成例100(100B)を示す概略的な拡大断面図である。
 一実施形態では、図5に示すように、タービンハウジング側支持部42は、ノズルマウント16の外周側部分38の表面48(スクロール流路4側の表面)に沿って軸受ハウジング側支持部40よりも径方向において内側に突出するように設けられている。すなわち、タービンハウジング側支持部42の内周端54は、軸受ハウジング側支持部40の内周端59よりも径方向において内側に位置している。
 従来は、図13に示すように、ノズルマウント016を簡素な構造で挟持するために、タービンハウジング側支持部42の内周端054と軸受ハウジング側支持部040の内周端059とは、径方向において同一位置に位置していた。
 これに対し、図5に示す構成によれば、タービンハウジング側支持部42が、ノズルマウント16の表面48に沿って軸受ハウジング側支持部40よりも径方向において内側に突出している分、ノズルマウント16のうちタービンハウジング側支持部42によって覆われる部分の面積を図13に示す従来構造よりも大きくすることができる。このため、ノズルマウント16のうちスクロール流路4から排ガス流路26への高温の排ガス流れに曝される部分の面積(伝熱面積)を低減することができる。これにより、ノズルマウント16の吸熱量が小さくなるため、ノズルマウント16のメタル温度の上昇が抑制される。したがって、ノズルマウント16と軸受ハウジング10との温度差が小さくなるため、ノズルマウント16の外周側部分38から軸受ハウジング10への放熱による熱損失を低減し、タービン効率及びターボチャージャ100の性能を向上することができる。
 また、タービン出口側の排ガス温度の低下を抑制できるため、タービンの下流側に排ガス浄化用の触媒が設けられている場合には、触媒の温度低下に起因する触媒の性能低下を抑制し、排ガスの不純物(NOxやSOx等)の含有量を低減することができる。
 一実施形態では、図5に示すように、タービンハウジング側支持部42は、ノズルマウント16の外周側部分38に当接する当接部50と、当接部50よりも径方向において内側に形成され、ノズルマウント16に対して隙間gを介して対向する非当接部52とを含む。図示する形態では、非当接部52は、ノズルマウント16との間に隙間gを設けるために、当接部50に対して段差が形成されている。
 かかる構成によれば、タービンハウジング側支持部42が当接部50よりも径方向内側に非当接部52を有するため、軸受ハウジング側支持部40とノズルマウント16の外周側部分38との接触面積の増大を抑制しつつ、ノズルマウント16の外周側部分38をタービンハウジング側支持部42によって覆うことができる。これにより、ノズルマウント16のうちスクロール流路4から排ガス流路26への高温の排ガス流れに曝される部分の面積(伝熱面積)を低減するとともに、タービンハウジング側支持部42からノズルマウント16の外周側部分38への入熱量の増大を抑制することができる。したがって、ノズルマウント16のメタル温度の上昇を効果的に抑制し、ノズルマウント16の外周側部分38から軸受ハウジング10への放熱による熱損失を効果的に低減することができる。
 一実施形態では、図5に示すように、タービンハウジング側支持部42の内周端54とタービンロータ2の回転軸線Oとの距離をr1、ノズルマウント16の外周端64と回転軸線Oとの距離をr2、前記ノズルプレートの外周端と前記回転軸線との距離をr3とすると、0≦(r1-r3)/(r2-r3)≦0.75を満たす。図示する形態では、0≦(r1-r3)/(r2-r3)≦0.30を満たす。
 かかる構成によれば、ノズルマウント16とノズルプレート18の間の排ガス流路26のスムーズな流れを阻害することなく、ノズルマウント16のメタル温度の上昇を効果的に抑制し、ノズルマウント16の外周側部分38から軸受ハウジング10への放熱による熱損失を効果的に低減することができる。
 なお、図5に示す形態における軸受ハウジング10については、図2及び図3に示した形態における軸受ハウジング10と同じ構成を有しているため、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
 図6は、図13に示した比較形態に係る可変容量型ターボチャージャ200と、図2に示した可変容量型ターボチャージャ100(100A)と、図5に示した可変容量型ターボチャージャ100(100B)の各々について、スクロール流路4(004)を流れる排ガスの温度の時系列変化と、ノズルマウント(016)の外周側部分38(038)から軸受ハウジング側支持部40(040)への放熱量(通過熱量)の時系列変化との関係を示す図である。図6において、実線は各形態に共通する排ガス温度の時系列変化を示しており、破線は比較形態に係る可変容量型ターボチャージャ200における上記放熱量の時系列変化を示しており、一点鎖線は可変容量型ターボチャージャ100(100A)における上記放熱量の時系列変化を示しており、二点鎖線は可変容量型ターボチャージャ100(100B)における上記放熱量の時系列変化を示している。
 図6に示すように、図2に示した可変容量型ターボチャージャ100(100A)によれば、比較形態に係る可変容量型ターボチャージャ200よりも、ノズルマウント(016)の外周側部分38(038)から軸受ハウジング側支持部40(040)への放熱量(通過熱量)を低減することができる。本願発明者の試算によれば、可変容量型ターボチャージャ100(100A)によれば、可変容量型ターボチャージャ200よりも、熱損失を約47%低減しうることが明らかとなった。
 また、図6に示すように、図5に示した可変容量型ターボチャージャ100(100B)によれば、比較形態に係る可変容量型ターボチャージャ200よりも、ノズルマウント(016)の外周側部分38(038)から軸受ハウジング側支持部40(040)への放熱量(通過熱量)を低減することができる。本願発明者の試算によれば、可変容量型ターボチャージャ100(100B)によれば、可変容量型ターボチャージャ200よりも、熱損失を約57%低減しうることが明らかとなった。
 図7は、可変容量型ターボチャージャ100の構成例100(100C)を示す概略的な拡大断面図である。
 一実施形態では、図7に示すように、軸受ハウジング側支持部40とノズルマウント16との間には遮熱材60が設けられている。
 かかる構成によれば、遮熱材60の断熱作用によって、ノズルマウント16の外周側部分38から軸受ハウジング10への放熱量を低減することができる。したがって、ノズルマウント16の外周側部分38から軸受ハウジング10への放熱による熱損失を低減し、タービン効率及びターボチャージャ100の性能を向上することができる。また、タービン出口側の排ガス温度の低下を抑制できるため、タービンの下流側に排ガス浄化用の触媒が設けられている場合には、触媒の温度低下に起因する触媒の性能低下を抑制し、排ガスの不純物(NOxやSOx等)の含有量を低減することができる。
 一実施形態では、図7に示す可変容量型ターボチャージャ100(100C)において、遮熱材60の熱伝導率は、軸受ハウジング10の熱伝導率及びノズルマウント16の熱伝導率の各々より小さい。
 かかる構成によれば、ノズルマウント16の外周側部分38から軸受ハウジング10への放熱量を効果的に低減することができる。
 一実施形態では、図7に示す可変容量型ターボチャージャ100(100C)において、遮熱材60は、オーステナイト系ステンレス鋼又はニッケル基合金で形成される。オーステナイト系ステンレス鋼としては、SUS304以外のものを用いることが好ましく、例えばボイラ管用Cr‐10Ni‐6Mn‐1Moを好適に使用することができる。ニッケル基合金としては、インコロイ800(Ni‐45Fe‐21Cr‐0.4Ti)、インコネル600(Ni‐16Cr‐6Fe)、インコネルX‐750(Ni‐15Cr‐7Fe‐2.5Ti‐0.6Al‐0.8Nb)、ハステロイC(Ni‐16Mo‐15Cr‐4W‐5Fe)、又はナイモニック90(Ni‐20Cr‐17Co‐2.4Ti‐1.4Al)等を好適に使用することができる。また、遮熱材60は、25Cr‐20Ni耐熱鋳鋼(SUS310相当)や35Ni‐15Cr耐熱鋳鋼(SUS330相当)によって形成されてもよい。なお、インコロイ、インコネル、ハステロイ及びナイモニックは登録商標である。
 かかる構成によれば、遮熱材60自体の耐熱性を確保しつつ、ノズルマウント16の外周側部分38から軸受ハウジング10への放熱量を効果的に低減することができる。
 一実施形態では、図7に示す可変容量型ターボチャージャ100(100C)において、遮熱材60は、周方向における全角度範囲に亘って軸受ハウジング側支持部40とノズルマウント16とが接触しないように設けられたリング状の遮熱板(図8参照)であってもよい。
 かかる構成によれば、簡素な構成で、ノズルマウント16の外周側部分38から軸受ハウジング10への放熱量を低減することができる。
 一実施形態では、図7に示す可変容量型ターボチャージャ100(100C)において、遮熱材60は、周方向における全角度範囲に亘って軸受ハウジング側支持部40とノズルマウント16とが接触しないように、ノズルマウント16の外周側部分38又は軸受ハウジング10に塗布された塗料であってもよい。
 かかる構成によれば、簡素な構成で、ノズルマウント16の外周側部分38から軸受ハウジング10への放熱量を低減することができる。
 本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
 例えば、図2~図4を用いて説明した可変容量型ターボチャージャ100(100A)では、軸受ハウジング側支持部40がノズルマウント16と反対側へ凹となるよう形成された軸受ハウジング側凹部46を有する構成を例示した。しかしながら、本発明はかかる形態に限定されず、例えば図9に示すように、ノズルマウント16の外周側部分38が、軸方向において軸受ハウジング10と反対側へ凹となるよう形成された少なくとも一つのノズルマウント側凹部62を有していてもよい。
 かかる構成においても、ノズルマウント側凹部62を設けたことにより、軸受ハウジング側支持部40とノズルマウント16の外周側部分38との接触面積を低減することができ、ノズルマウント側凹部62と軸受ハウジング側支持部40との間の空気層39の断熱作用によって、ノズルマウント16の外周側部分38から軸受ハウジング10への放熱量を低減することができる。したがって、ノズルマウント16の外周側部分38から軸受ハウジング10への放熱による熱損失を低減し、タービン効率及びターボチャージャ100の性能を向上することができる。なお、ノズルマウント側凹部62の周方向における好ましい配置は、図3及び図4を用いて説明した軸受ハウジング側凹部46の周方向における好ましい配置と同様である。
 また、図2及び図3に示した形態では、軸受ハウジング側凹部46が軸受ハウジング側支持部40の内径側から外径側に亘って形成された構成を例示した。しかしながら、径方向における軸受ハウジング側凹部46が形成される範囲はこれに限定されず、例えば図10に示すように軸受ハウジング側支持部40の内径側にのみ形成されていてもよいし、図11に示すように軸受ハウジング側支持部40の外径側にのみ形成されていてもよいし、図12に示すように、軸受ハウジング側支持部40の径方向中央部にのみ形成されていてもよい。なお、図10~図12に示す形態においても、軸受ハウジング側凹部46の周方向における好ましい配置は、図3及び図4を用いて説明した軸受ハウジング側凹部46の周方向における好ましい配置と同様である。また、図9~図12に示した各実施形態も、図1~図8を用いて説明した各実施形態と適宜組み合わせ可能である。
2 タービンロータ
4 スクロール流路
6 タービンハウジング
8 軸受
10 軸受ハウジング
12 可変ノズル機構
14 ノズルベーン
15 軸部
16 ノズルマウント
18 ノズルプレート
20 レバープレート
22 ドライブリング
23 バックプレート
24 ノズルサポート
26 排ガス流路
28 流路壁
30 支持穴
32 流路壁
34 シュラウド壁
36 環状空間
38 外周側部分
39 空気層
40 軸受ハウジング側支持部
41 シールリング
42 タービンハウジング側支持部
44 ボルト
46 軸受ハウジング側凹部
48 表面
50 当接部
52 非当接部
54 内周端
59 内周端
60 遮熱材
62 ノズルマウント側凹部
64 外周端
100(100A~100G) 可変容量型ターボチャージャ
200 可変容量型ターボチャージャ
Ar 角度範囲
H 矢印
O 回転軸線
Pv 中心位置
g 隙間

Claims (15)

  1.  タービンロータと、             
     前記タービンロータを収容し、前記タービンロータの外周側にスクロール流路を形成するタービンハウジングと、
     前記タービンロータを回転可能に支持する軸受を収容し、前記タービンハウジングに連結された軸受ハウジングと、
     前記スクロール流路から前記タービンロータへの排ガスの流れを調整するための可変ノズル機構と、
     を備える可変容量型ターボチャージャであって、
     前記可変ノズル機構は、
      前記スクロール流路から前記タービンロータへ前記排ガスを導くための排ガス流路に設けられるノズルベーンと、
      前記ノズルベーンを回動可能に支持し、前記排ガス流路のうち前記軸受ハウジング側の流路壁を形成する環状のノズルマウントと、
      前記ノズルマウントに対向して設けられ、前記排ガス流路のうち前記軸受ハウジングと反対側の流路壁を形成する環状のノズルプレートと、
     を含み、
     前記軸受ハウジングは、前記ノズルマウントの外周側部分を前記タービンロータの軸方向において前記スクロール流路と反対側から支持する軸受ハウジング側支持部を含み、
     以下の条件(a)と条件(b)の少なくとも一方を満たす、可変容量型ターボチャージャ。
     (a)前記軸受ハウジング側支持部は、前記軸方向において前記ノズルマウントと反対側へ凹となるよう形成された少なくとも一つの軸受ハウジング側凹部を有する。
     (b)前記ノズルマウントの前記外周側部分は、前記軸方向において前記軸受ハウジングと反対側へ凹となるよう形成された少なくとも一つのノズルマウント側凹部を有する。
  2.  前記少なくとも一つの軸受ハウジング側凹部又は前記少なくとも一つのノズルマウント側凹部は、前記タービンロータの周方向に間隔を空けて設けられた複数の軸受ハウジング側凹部又は前記周方向に間隔を空けて設けられた複数のノズルマウント側凹部を含む、請求項1に記載の可変容量型ターボチャージャ。
  3.  前記タービンロータの周方向に間隔を空けて設けられるとともに前記タービンハウジングと前記軸受ハウジングとを前記軸方向に締結する複数のボルトを更に備え、
     前記軸受ハウジング側凹部又は前記ノズルマウント側凹部は、前記周方向において、前記複数のボルトのうち当該軸受ハウジング側凹部又は当該ノズルマウント側凹部に隣接するボルトの中心位置に重複しない角度範囲に形成された、請求項1又は2に記載の可変容量型ターボチャージャ。
  4.  前記軸受ハウジング側凹部又は前記ノズルマウント側凹部は、前記周方向において、前記複数のボルトのうち当該軸受ハウジング側凹部又は当該ノズルマウント側凹部に隣接するボルトの中心位置から5度以上離れて形成された、請求項3に記載の可変容量型ターボチャージャ。
  5.  前記タービンハウジングは、前記ノズルマウントの前記外周側部分を前記軸方向において前記軸受ハウジング側支持部と反対側から支持するタービンハウジング側支持部を含み、
     前記ノズルマウントは、前記タービンハウジング側支持部と前記軸受ハウジング側支持部とによって挟持されており、
     前記タービンハウジング側支持部は、前記ノズルマウントの表面に沿って前記軸受ハウジング側支持部よりも前記タービンロータの径方向において内側に突出するよう設けられた、請求項1乃至4の何れか1項に記載の可変容量型ターボチャージャ。
  6.  タービンロータと、
     前記タービンロータを収容し、前記タービンロータへ供給する排ガスが流れるスクロール流路の少なくとも一部を形成するタービンハウジングと、
     前記タービンロータを回転可能に支持する軸受を収容し、前記タービンハウジングに連結された軸受ハウジングと、
     前記タービンロータの外周側に形成されたスクロール流路から前記タービンロータへの排ガスの流れを調整するための可変ノズル機構と、
     を備える可変容量型ターボチャージャであって、
     前記可変ノズル機構は、
      前記スクロール流路から前記タービンロータへ前記排ガスを導くための排ガス流路に設けられるノズルベーンと、
      前記ノズルベーンを回動可能に支持し、前記排ガス流路のうち前記軸受ハウジング側の流路壁を形成する環状のノズルマウントと、
      前記ノズルマウントに対向して設けられ、前記排ガス流路のうち前記軸受ハウジングと反対側の流路壁を形成する環状のノズルプレートと、
     を含み、
     前記軸受ハウジングは、前記ノズルマウントの外周側部分を前記タービンロータの軸方向において前記スクロール流路と反対側から支持する軸受ハウジング側支持部を含み、
     前記タービンハウジングは、前記ノズルマウントの前記外周側部分を前記軸方向において前記軸受ハウジング側支持部と反対側から支持するタービンハウジング側支持部を含み、
     前記ノズルマウントは、前記タービンハウジング側支持部と前記軸受ハウジング側支持部とによって挟持されており、
     前記タービンハウジング側支持部は、前記ノズルマウントの表面に沿って前記軸受ハウジング側支持部よりも前記タービンロータの径方向において内側に突出するよう設けられた、可変容量型ターボチャージャ。
  7.  前記タービンハウジング側支持部は、前記ノズルマウントの前記外周側部分に当接する当接部と、前記当接部よりも前記径方向において内側に形成され、前記ノズルマウントに対して隙間を介して対向する非当接部とを含む、請求項5又は6に記載の可変容量型ターボチャージャ。
  8.  前記タービンハウジング側支持部の内周端と前記タービンロータの回転軸線との距離をr1、前記ノズルマウントの外周端と前記回転軸線との距離をr2、前記ノズルプレートの外周端と前記回転軸線との距離をr3とすると、0≦(r1-r3)/(r2-r3)≦0.75を満たす、請求項5乃至7の何れか1項に記載の可変容量型ターボチャージャ。
  9.  0≦(r1-r3)/(r2-r3)≦0.30を満たす、請求項8に記載の可変容量型ターボチャージャ。
  10.  前記軸受ハウジング側支持部と前記ノズルマウントとの間には遮熱材が設けられた、請求項1乃至9の何れか1項に記載の可変容量型ターボチャージャ。
  11.  タービンロータと、
     前記タービンロータを収容し、前記タービンロータへ供給する排ガスが流れるスクロール流路の少なくとも一部を形成するタービンハウジングと、
     前記タービンロータを回転可能に支持する軸受を収容し、前記タービンハウジングに連結された軸受ハウジングと、
     前記タービンロータの外周側に形成されたスクロール流路から前記タービンロータへの排ガスの流れを調整するための可変ノズル機構と、
     を備える可変容量型ターボチャージャであって、
     前記可変ノズル機構は、
      前記スクロール流路から前記タービンロータへ前記排ガスを導くための排ガス流路に設けられるノズルベーンと、
      前記ノズルベーンを回動可能に支持し、前記排ガス流路のうち前記軸受ハウジング側の流路壁を形成する環状のノズルマウントと、
      前記ノズルマウントに対向して設けられ、前記排ガス流路のうち前記軸受ハウジングと反対側の流路壁を形成する環状のノズルプレートと、
     を含み、
     前記軸受ハウジングは、前記ノズルマウントの外周側部分を前記タービンロータの軸方向において前記スクロール流路と反対側から支持する軸受ハウジング側支持部を含み、
     前記軸受ハウジング側支持部と前記ノズルマウントとの間には遮熱材が設けられた、可変容量型ターボチャージャ。
  12.  前記遮熱材の熱伝導率は、前記軸受ハウジングの熱伝導率及び前記ノズルマウントの熱伝導率の各々より小さい、請求項10又は11に記載の可変容量型ターボチャージャ。
  13.  前記遮熱材は、オーステナイト系ステンレス鋼又はニッケル基合金で形成された、請求項10乃至12の何れか1項に記載の可変容量型ターボチャージャ。
  14.  前記遮熱材は、前記タービンロータの周方向における全角度範囲に亘って前記軸受ハウジング側支持部と前記ノズルマウントとが接触しないように設けられたリング状の遮熱板である、請求項10乃至13の何れか1項に記載の可変容量型ターボチャージャ。
  15.  前記遮熱材は、前記軸受ハウジング側支持部又は前記ノズルマウントの前記外周側部分に塗布された塗料である、請求項10乃至13の何れか1項に記載の可変容量型ターボチャージャ。
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