WO2019049873A1 - 可変ノズルターボチャージャ - Google Patents

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WO2019049873A1
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variable nozzle
hole
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嘉郎 大蘆
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いすゞ自動車株式会社
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • 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
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
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    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/447—Labyrinth packings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present disclosure relates to variable nozzle turbochargers.
  • a variable nozzle turbocharger is known as a turbocharger that supercharges intake air by using energy of exhaust gas of an engine (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 discloses a nozzle ring for defining a scroll flow passage for introducing exhaust gas of a turbine scroll portion to a turbine, a variable nozzle (nozzle vane) disposed in the scroll flow passage, and
  • a variable nozzle turbocharger (variable displacement supercharger) is disclosed, which comprises: a nozzle shaft which is a rotating shaft. The nozzle shaft of the variable nozzle is inserted into a nozzle shaft hole provided in the nozzle ring, and is rotatably supported by the nozzle shaft hole.
  • variable nozzle turbocharger since the diameter of the nozzle shaft hole is larger than the diameter of the nozzle shaft, it is between the inner peripheral surface of the nozzle shaft hole and the outer peripheral surface of the nozzle shaft facing this inner peripheral surface. There is a gap. For this reason, part of the exhaust of the scroll flow path may leak into this gap. In this case, the turbine flow rate of the variable nozzle turbocharger is reduced because the exhaust flow rate flowing into the turbine is reduced.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and its object is to provide a variable nozzle turbocharger capable of improving turbine efficiency.
  • a variable nozzle turbocharger comprises a nozzle ring for defining a scroll flow passage for introducing exhaust of a turbine scroll portion to a turbine, a variable nozzle disposed in the scroll flow passage,
  • a variable nozzle turbocharger having a nozzle shaft which is a rotation shaft of a variable nozzle, the nozzle shaft being inserted into a nozzle shaft hole provided in the nozzle ring, the nozzle shaft hole is an axis of the nozzle shaft
  • the variable nozzle turbocharger is provided with a shaft support hole portion for supporting, and a large diameter hole portion provided at an end portion of the nozzle shaft hole on the scroll channel side and having a diameter larger than that of the shaft support hole portion.
  • a gap between an inner peripheral surface of the shaft support hole and an outer peripheral surface of the nozzle shaft facing the inner peripheral surface, the inner peripheral surface being accommodated in the large diameter hole and being fitted to the nozzle shaft Comprising a seal to seal.
  • the exhaust of the scroll flow path is the inner peripheral surface of the axial support hole of the nozzle shaft hole and the nozzle shaft facing the inner peripheral surface. Leakage into the gap with the outer peripheral surface can be suppressed. Therefore, turbine efficiency can be improved.
  • FIG. 2A is a schematic enlarged cross-sectional view schematically showing a part of the variable nozzle unit according to the embodiment.
  • FIG. 2B is a schematic enlarged cross-sectional view of the first nozzle ring and the second nozzle ring of the variable nozzle unit of FIG. 2A.
  • FIG. 2C is a schematic enlarged cross-sectional view of the variable nozzle, the nozzle shaft, and the seal washer in the variable nozzle unit of FIG. 2A.
  • FIG. 3A is a schematic enlarged cross-sectional view schematically showing a part of a variable nozzle unit according to a modification of the embodiment.
  • FIG. 3A is a schematic enlarged cross-sectional view schematically showing a part of a variable nozzle unit according to a modification of the embodiment.
  • FIG. 3B is a schematic enlarged cross-sectional view of the first nozzle ring and the second nozzle ring of the variable nozzle unit of FIG. 3A.
  • FIG. 3C is a schematic enlarged cross-sectional view of a variable nozzle, a nozzle shaft, and a seal washer in the variable nozzle unit of FIG. 3A.
  • FIG. 3D is a schematic perspective view of the seal washer.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a configuration of a variable nozzle turbocharger 1 according to the present embodiment.
  • one side of the variable nozzle turbocharger 1 is schematically shown in cross section with respect to the turbo axis 6 (which is an axis of the turbo axis 4 described later).
  • orthogonal coordinates of XYZ are provided for reference.
  • the Y axis is an axis parallel to the turbo axis 6.
  • the variable nozzle turbocharger 1 is connected to an engine of a vehicle via piping such as an exhaust pipe and an intake pipe.
  • a diesel engine is used in this embodiment as an example of this engine.
  • the variable nozzle turbocharger 1 includes a turbine 2, a compressor 3, a turbo shaft 4, a turbo bearing 5, a turbine housing 7, a compressor housing 8, a bearing housing 9, and a variable nozzle unit 20.
  • the turbine 2 and the compressor 3 are connected by a turbo shaft 4.
  • the turbine 2 is configured by a turbine wheel having a plurality of turbine blades.
  • the compressor 3 is constituted by a compressor wheel having a plurality of compressor blades.
  • the turbo bearing 5 is a bearing for supporting the turbo shaft 4 and is accommodated in the bearing housing 9.
  • the turbine housing 7 accommodates the turbine 2 therein.
  • the compressor housing 8 accommodates the compressor 3 therein.
  • a turbine scroll portion 10 and an exhaust outlet 11 are provided in the turbine housing 7.
  • the compressor housing 8 is provided with an intake port 12 and a compressor scroll portion 13.
  • Exhaust gas (E) discharged from the engine flows into the turbine scroll portion 10 and then abuts on the turbine 2 and then is discharged from the exhaust outlet 11.
  • the intake air (A) on the upstream side of the variable nozzle turbocharger 1 flows into the intake port 12 of the compressor housing 8.
  • the turbine 2 receives energy of the exhaust flowing in from the turbine scroll portion 10 and rotates around the turbo axis 6.
  • the compressor 3 connected to the turbine 2 via the turbo shaft 4 also rotates.
  • the compressor 3 supercharges the intake air.
  • the supercharged intake air is discharged from the compressor scroll portion 13 and supplied to the engine.
  • the variable nozzle turbocharger 1 supercharges the intake air using the energy of the exhaust.
  • variable nozzle unit 20 is a schematic enlarged cross-sectional view schematically showing a part of the variable nozzle unit 20 of the variable nozzle turbocharger 1 in an enlarged manner.
  • variable nozzle unit 20 includes a pair of nozzle rings (first nozzle ring 21 and second nozzle ring 22), variable nozzle 30, nozzle shaft 40, and variable nozzle drive mechanism 80. And a seal washer 50 as an example of the seal member.
  • Each of the first nozzle ring 21 and the second nozzle ring 22 is formed of a ring-shaped member whose central axis is the turbo axis 6. Specifically, the first nozzle ring 21 and the second nozzle ring 22 are configured by ring-shaped members that surround the periphery of the turbine 2.
  • a scroll flow path 23 is defined between the facing surface of the first nozzle ring 21 facing the second nozzle ring 22 and the facing surface of the second nozzle ring 22 facing the first nozzle ring 21.
  • the scroll flow passage 23 is an internal exhaust flow passage for introducing the exhaust gas of the turbine scroll portion 10 into the turbine 2.
  • variable nozzle 30 is disposed in the turbine scroll unit 10. Although only one variable nozzle 30 is illustrated in FIGS. 1 and 2A to 2C, the variable nozzle unit 20 actually includes a plurality of variable nozzles 30. Specifically, a plurality of variable nozzles 30 are disposed circumferentially with the turbo axis 6 as a central axis, while having a predetermined interval between adjacent variable nozzles 30.
  • the nozzle shaft 40 is a rotation shaft of the variable nozzle 30.
  • a nozzle axis 41 which is an axis of the nozzle shaft 40 is illustrated.
  • Each variable nozzle 30 rotates around the nozzle axis 41.
  • the nozzle axis 41 according to the present embodiment is an axis parallel to the Y axis of the rectangular coordinates of XYZ.
  • variable nozzle drive mechanism 80 is a rotary drive mechanism for rotating variable nozzle 30 (note that in FIG. 1, the illustration of each component of variable nozzle drive mechanism 80 is omitted). ).
  • the variable nozzle drive mechanism 80 is disposed in a variable nozzle drive chamber 14 provided in the bearing housing 9.
  • the variable nozzle drive mechanism 80 is connected to an end (an end on the Y direction side) of the nozzle shaft 40 opposite to the scroll channel 23 side, and the variable nozzle 30 is rotated by rotating the nozzle shaft 40. Rotate.
  • the variable nozzle drive mechanism 80 can be applied to a known variable nozzle drive mechanism used in a known variable nozzle turbocharger as exemplified in Patent Document 1, for example. Description of the configuration is omitted.
  • each variable nozzle 30 by the variable nozzle drive mechanism 80 changes the interval between adjacent variable nozzles 30 (this interval is generally referred to as a vane interval).
  • this interval is generally referred to as a vane interval.
  • the variable nozzle turbocharger 1 can adjust the rotation speed of the turbine 2 by adjusting the rotation angle of the variable nozzle 30.
  • FIG. 2B is a schematic enlarged cross-sectional view of the first nozzle ring 21 and the second nozzle ring 22 of the variable nozzle unit 20 of FIG. 2A.
  • 2C is a schematic enlarged cross-sectional view of the variable nozzle 30, the nozzle shaft 40, and the seal washer 50 in the variable nozzle unit 20 of FIG. 2A.
  • the nozzle shaft 40 according to the present embodiment is constituted by a shaft main body 42 having a uniform outer diameter.
  • a seal washer 50 (that is, a seal member) is fitted to the shaft main body 42 of the nozzle shaft 40.
  • the seal washer 50 according to the present embodiment is configured by a flat ring member.
  • the inner peripheral hole 52 (a hole on the inner peripheral side of the ring) of the seal washer 50 is fitted to the outer peripheral surface 43 of the shaft main body 42.
  • the first nozzle ring 21 is provided with a nozzle shaft hole 60.
  • the nozzle shaft hole 60 is configured by a through hole that penetrates in the direction of the nozzle axis 41 (the direction along the Y axis). The nozzle shaft 40 described above is inserted into the nozzle shaft hole 60.
  • the nozzle shaft hole 60 has a shaft support hole 61 for rotatably supporting the nozzle shaft 40, and a large diameter hole 62 having a diameter larger than that of the shaft support hole 61.
  • the large diameter hole portion 62 is provided at an end of the nozzle shaft hole 60 on the scroll flow path 23 side (an end portion on the side of the nozzle shaft hole 60 in the ⁇ Y direction).
  • the shaft support hole 61 is connected to the Y-direction end of the large diameter hole 62.
  • the nozzle shaft hole 60 has a step 63 at the boundary between the large diameter hole 62 and the shaft support hole 61.
  • the diameter of the shaft support hole 61 is set slightly larger than the diameter of the shaft main body 42 of the nozzle shaft 40. Thereby, when the nozzle shaft 40 rotates, the outer peripheral surface 43 of the shaft main body 42 of the nozzle shaft 40 rotates while sliding on the inner peripheral surface 64 of the shaft support hole 61.
  • the diameter of the large diameter hole 62 is set to be larger than the outer diameter of the seal washer 50.
  • the seal washer 50 fitted to the nozzle shaft 40 is accommodated in the large diameter hole 62 so as not to protrude into the scroll channel 23.
  • the thickness (the length in the direction of the nozzle axis 41) of the seal washer 50 according to the present embodiment is set to be equal to or less than the thickness of the large diameter hole portion 62.
  • the end surface on the direction side is set so as not to protrude into the scroll flow path 23 (in other words, not to protrude to the ⁇ Y direction side with respect to the end surface on the ⁇ Y direction side of the first nozzle ring 21).
  • the seal washer 50 housed in the large diameter hole portion 62 includes the inner peripheral surface 64 of the shaft support hole portion 61 of the nozzle shaft hole 60 and the outer peripheral surface 43 of the nozzle shaft 40 facing the inner peripheral surface 64. Seal the gap.
  • the seal washer 50 comes into contact with the stepped portion 63 of the nozzle shaft hole 60 by the seal washer 50 being pressed in the Y direction under the pressure of the exhaust of the scroll flow passage 23. Thereby, the gap between the seal washer 50 and the step portion 63 becomes substantially zero. Further, the gap between the inner circumferential surface 65 of the large diameter hole portion 62 and the outer circumferential surface 51 of the seal washer 50 is minutely set so that the exhaust gas of the scroll passage 23 does not easily flow into this gap.
  • the exhaust of the scroll flow path 23 is the gap between the inner circumferential surface 65 of the large diameter hole 62 and the outer circumferential surface 51 of the seal washer 50, the seal washer 50 and the step portion 63 Leakage to the gap between the inner peripheral surface 64 of the shaft support hole 61 and the outer peripheral surface 43 of the shaft main body 42 of the nozzle shaft 40 facing the inner peripheral surface 64 is also suppressed.
  • the labyrinth seal structure is formed by the seal washer 50 housed in the large diameter hole portion 62, whereby the exhaust of the scroll flow passage 23 is the shaft support hole portion of the nozzle shaft hole 60. Leakage in the gap between the inner circumferential surface 64 of the nozzle 61 and the outer circumferential surface 43 of the nozzle shaft 40 facing the inner circumferential surface 64 is suppressed.
  • the axial main body portion 42 of the nozzle shaft 40 according to the present embodiment protrudes further to the ⁇ Y direction side than the variable nozzle 30. Therefore, as shown in FIG. 2B, in the second nozzle ring 22 according to the present embodiment, the nozzle axial hole 70 into which the portion projecting to the -Y direction side from the variable nozzle 30 of the axial main body portion 42 is inserted. It is formed. In the case where the shaft main body portion 42 does not have a portion protruding toward the ⁇ Y direction side of the variable nozzle 30, the nozzle shaft hole 70 of the second nozzle ring 22 is unnecessary.
  • variable nozzle turbocharger that does not have the seal washer 50 and the large diameter hole portion 62 is assumed.
  • a part of the exhaust of the scroll passage is a gap between the inner peripheral surface of the axial support hole of the nozzle shaft hole and the outer peripheral surface of the nozzle shaft facing the inner peripheral surface. May leak.
  • the turbine efficiency of the variable nozzle turbocharger is reduced. Specifically, in the case of the comparative example, the turbine efficiency particularly in the low speed region is reduced.
  • variable nozzle turbocharger 1 of the present embodiment the exhaust of the scroll flow passage 23 is supported by the seal support hole 61 of the nozzle shaft hole 60 by the seal washer 50 accommodated in the large diameter hole 62. Leakage into the gap between the inner circumferential surface 64 of the nozzle shaft 40 and the outer circumferential surface 43 of the nozzle shaft 40 facing the inner circumferential surface 64 can be suppressed. Further, since the seal washer 50 is accommodated in the large diameter hole portion 62 so as not to protrude into the scroll flow passage 23, the flow of exhaust air of the scroll flow passage 23 is obstructed by the seal washer 50 protruding into the scroll flow passage 23. It is also suppressed. Therefore, according to this embodiment, turbine efficiency can be improved. In particular, the turbine efficiency in the low speed region can be improved.
  • the seal washer 50 is accommodated in the large diameter hole portion 62 so as not to protrude into the scroll flow passage 23, but the present invention is not limited to this configuration.
  • the seal washer 50 may partially protrude into the scroll channel 23.
  • the outer circumferential surface 43 of the nozzle shaft 40 in which the exhaust of the scroll flow passage 23 faces the inner peripheral surface 64 and the inner peripheral surface 64 of the shaft support hole 61 of the nozzle shaft hole 60 by the sealing function of the seal washer 50. It is possible to suppress leakage into the gap between
  • the seal washer 50 when the seal washer 50 is accommodated in the large diameter hole portion 62 so as not to protrude into the scroll flow passage 23, the seal washer 50 protruding into the scroll flow passage 23 is used.
  • the turbine efficiency can be effectively improved in that the inhibition of the flow of the exhaust of the scroll flow passage 23 can be suppressed.
  • it is preferable that the seal washer 50 does not protrude into the scroll channel 23.
  • FIG. 3A is a schematic enlarged cross-sectional view schematically showing a part of the variable nozzle unit 20a according to the present variation.
  • FIG. 3B is a schematic enlarged cross-sectional view of the first nozzle ring 21 and the second nozzle ring 22 of the variable nozzle unit 20a of FIG. 3A.
  • FIG. 3C is a schematic enlarged cross-sectional view of the variable nozzle 30, the nozzle shaft 40, and the seal washer 50a in the variable nozzle unit 20a of FIG. 3A.
  • FIG. 3D is a schematic perspective view of the seal washer 50a.
  • variable nozzle unit 20a is different from the variable nozzle unit 20 according to the embodiment described above in that a seal washer 50a is provided instead of the seal washer 50 as an example of the seal member.
  • the seal washer 50a is a seal washer that generates a force against the compression force when the compression force is applied in the thickness direction of the seal washer 50a.
  • the specific shape of the seal washer 50a is not particularly limited as long as it has such a function, but the seal washer 50a according to the present modification is, for example, the center in the radial direction of the seal washer 50a.
  • the portion is constituted by a conical disc spring type seal washer projecting to one side (specifically, the -Y direction side) with respect to the outer peripheral portion of the seal washer 50a (see FIGS. 3C and 3D).
  • a compressive force is applied in the thickness direction (direction along the Y axis) of the seal washer 50a, the seal washer 50a generates a force (specifically, a spring force) that opposes the compressive force.
  • the following effects can be achieved. Specifically, when a compressive force is applied to the seal washer 50a by the pressure of the exhaust of the scroll flow path 23, the degree of adhesion between the inner circumferential hole 52 of the seal washer 50a and the nozzle shaft 40 is increased. Also, the degree of adhesion between the outer peripheral edge 53 of the seal washer 50a and the step portion 63 of the nozzle shaft hole 60 can be enhanced. Thus, the exhaust gas of the scroll flow passage 23 passes through the gap between the inner circumferential hole 52 of the seal washer 50 a and the nozzle shaft 40 and the gap between the outer peripheral edge 53 of the seal washer 50 a and the step portion 63 of the nozzle shaft hole 60. Can be effectively suppressed.
  • the seal washer 50a is assembled in a state in which a compressive force is applied such that a predetermined amount of compression is applied in the thickness direction at the time of assembly to the nozzle shaft 40 and the large diameter hole 62 (that is, at the time of manufacturing process).
  • a compressive force is applied to the seal washer 50a. This is preferable in that the nozzle shaft 40 and the large diameter hole portion 62 can be easily assembled.
  • the spring force of the seal washer 50a can always be generated by assembling the seal washer 50a to the nozzle shaft 40 and the large diameter hole portion 62 in a state where the compressive force is applied to the seal washer 50a.
  • the adhesion between the inner circumferential hole 52 of the seal washer 50 a and the nozzle shaft 40 can be improved, and the adhesion between the outer peripheral edge 53 of the seal washer 50 a and the step portion 63 of the nozzle shaft hole 60 can be improved.
  • the leak of the exhaust gas of the scroll flow path 23 can be effectively suppressed, the reduction of the turbine efficiency can be effectively suppressed.
  • the seal washer 50a is assembled to the nozzle shaft 40 and the large diameter hole portion 62 in a state in which a compressive force is applied to the seal washer 50a, provisionally pressure pulsation (pressure Even if fluctuation occurs, the pressure pulsation displaces the seal washer 50a in the -Y direction (the seal washer 50a floats up), and the outer peripheral edge 53 of the seal washer 50a is separated from the step portion 63. It can be effectively suppressed. Also in this point, the decrease in turbine efficiency can be effectively suppressed.
  • variable nozzle turbocharger of the present disclosure is useful in that it can improve turbine efficiency.
  • variable nozzle turbocharger 2 turbine 3 compressor 10 turbine scroll portion 20, 20a variable nozzle unit 21 first nozzle ring 22 second nozzle ring 23 scroll passage 30 variable nozzle 40 nozzle shaft 42 shaft main body 43 outer circumferential surface 50, 50a seal washer (seal member) 60 Nozzle shaft hole 61 Axial support hole 62 Large diameter hole 63 Step difference 64 Inner peripheral surface

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Abstract

可変ノズルターボチャージャ１は、スクロール流路２３を画定するノズルリング２１，２２と、スクロール流路に配置された可変ノズル３０と、ノズル軸４０と、を備え、ノズル軸がノズルリングに設けられたノズル軸孔６０に挿通された可変ノズルターボチャージャにおいて、ノズル軸孔は、ノズル軸を軸支する軸支孔部６１と、ノズル軸孔のうちスクロール流路の側の端部に設けられ、軸支孔部６１よりも径の大きい大径孔部６２を有し、ノズル軸に嵌められるとともに大径孔部に収容されて、軸支孔部の内周面６４とこの内周面に対向するノズル軸の外周面４３との隙間をシールするシール部材５０を備える。

Description

可変ノズルターボチャージャ
　本開示は可変ノズルターボチャージャに関する。
　従来、エンジンの排気のエネルギを利用して吸気を過給するターボチャージャとして、可変ノズルターボチャージャが知られている（例えば特許文献１参照）。具体的には、特許文献１には、タービンスクロール部の排気をタービンに導入するスクロール流路を画定するノズルリングと、このスクロール流路に配置された可変ノズル（ノズルベーン）と、この可変ノズルの回転軸であるノズル軸と、を備える可変ノズルターボチャージャ（可変容量型過給機）が開示されている。なお、この可変ノズルのノズル軸は、ノズルリングに設けられたノズル軸孔に挿通されており、このノズル軸孔によって回転可能に軸支されている。
国際公開第２０１６／１５９００４号公報
　上記のような可変ノズルターボチャージャにおいて、ノズル軸孔の径はノズル軸の径よりも大きいので、ノズル軸孔の内周面と、この内周面に対向するノズル軸の外周面との間には隙間が存在する。このため、スクロール流路の排気の一部が、この隙間にリークする可能性がある。この場合、タービンに流入する排気流量が減少するので、可変ノズルターボチャージャのタービン効率が低下してしまう。
　本開示は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、タービン効率を向上させることができる可変ノズルターボチャージャを提供することである。
　上記目的を達成するため、本開示に係る可変ノズルターボチャージャは、タービンスクロール部の排気をタービンに導入するスクロール流路を画定するノズルリングと、前記スクロール流路に配置された可変ノズルと、前記可変ノズルの回転軸であるノズル軸と、を備え、前記ノズル軸が前記ノズルリングに設けられたノズル軸孔に挿通された、可変ノズルターボチャージャにおいて、前記ノズル軸孔は、前記ノズル軸を軸支する軸支孔部と、前記ノズル軸孔のうち前記スクロール流路の側の端部に設けられ、前記軸支孔部よりも径の大きい大径孔部を有し、前記可変ノズルターボチャージャは、前記ノズル軸に嵌められるとともに前記大径孔部に収容されて、前記軸支孔部の内周面と前記内周面に対向する前記ノズル軸の外周面との隙間をシールするシール部材を備える。
　本開示によれば、ノズルリングの大径孔部に収容されたシール部材によって、スクロール流路の排気がノズル軸孔の軸支孔部の内周面とこの内周面に対向するノズル軸の外周面との隙間にリークすることを抑制することができる。したがって、タービン効率を向上させることができる。
実施形態に係る可変ノズルターボチャージャの構成を模式的に示す模式的断面図である。 図２Ａは実施形態に係る可変ノズルユニットの一部を拡大して模式的に示す模式的拡大断面図である。 図２Ｂは、図２Ａの可変ノズルユニットのうち第１ノズルリング及び第２ノズルリングを抜粋した模式的拡大断面図である。 図２Ｃは、図２Ａの可変ノズルユニットのうち、可変ノズル、ノズル軸、及びシールワッシャを抜粋した模式的拡大断面図である。 図３Ａは実施形態の変形例に係る可変ノズルユニットの一部を拡大して模式的に示す模式的拡大断面図である。 図３Ｂは、図３Ａの可変ノズルユニットのうち第１ノズルリング及び第２ノズルリングを抜粋した模式的拡大断面図である。 図３Ｃは、図３Ａの可変ノズルユニットのうち、可変ノズル、ノズル軸、及びシールワッシャを抜粋した模式的拡大断面図である。 図３Ｄは、シールワッシャの模式的斜視図である。
（実施形態）
　以下、実施形態に係る可変ノズルターボチャージャ１について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面に関しては、構成が分かり易いように模式的に図示されており、図面上の各部位の寸法比は必ずしも実物とは一致しない。図１は、本実施形態に係る可変ノズルターボチャージャ１の構成を模式的に示す模式的断面図である。なお、図１は、可変ノズルターボチャージャ１のうちターボ軸線６（これは後述するターボ軸４の軸線である）よりも一方の側が模式的に断面図示されている。また、図１には、参考用としてＸ－Ｙ－Ｚの直交座標が設けられている。このＹ軸はターボ軸線６に平行な軸である。
　可変ノズルターボチャージャ１は、排気管や吸気管等の配管を介して、車両のエンジンに接続されている。このエンジンの一例として、本実施形態では、ディーゼルエンジンを用いている。可変ノズルターボチャージャ１は、タービン２と、コンプレッサ３と、ターボ軸４と、ターボ軸受５と、タービンハウジング７と、コンプレッサハウジング８と、軸受ハウジング９と、可変ノズルユニット２０とを備えている。
　タービン２及びコンプレッサ３は、ターボ軸４によって接続されている。タービン２は、複数枚のタービン翼を有するタービン翼車によって構成されている。コンプレッサ３は、複数枚のコンプレッサ翼を有するコンプレッサ翼車によって構成されている。ターボ軸受５は、ターボ軸４を軸支する軸受であり、軸受ハウジング９に収容されている。
　タービンハウジング７は、その内部にタービン２を収容している。コンプレッサハウジング８は、その内部にコンプレッサ３を収容している。タービンハウジング７には、タービンスクロール部１０及び排気出口１１が設けられている。コンプレッサハウジング８には、吸気入口１２及びコンプレッサスクロール部１３が設けられている。エンジンから排出された排気（Ｅ）は、タービンスクロール部１０に流入し、次いで、タービン２に当接し、その後、排気出口１１から排出される。コンプレッサハウジング８の吸気入口１２には、可変ノズルターボチャージャ１よりも上流側の吸気（Ａ）が流入する。
　タービン２は、タービンスクロール部１０から流入した排気のエネルギを受けて、ターボ軸線６を回転中心として回転する。タービン２が回転すると、ターボ軸４を介してタービン２に接続されたコンプレッサ３も回転する。コンプレッサ３が回転することにより、コンプレッサ３は吸気を過給する。この過給された吸気はコンプレッサスクロール部１３から排出されてエンジンに供給される。このようにして可変ノズルターボチャージャ１は、排気のエネルギを利用して吸気を過給している。
　続いて、可変ノズルユニット２０について説明する。図２Ａは、可変ノズルターボチャージャ１の可変ノズルユニット２０の一部を拡大して模式的に示す模式的拡大断面図である。図１及び図２Ａを参照して、可変ノズルユニット２０は、一対のノズルリング（第１ノズルリング２１及び第２ノズルリング２２）と、可変ノズル３０と、ノズル軸４０と、可変ノズル駆動機構８０と、シール部材の一例としてのシールワッシャ５０と、を備えている。
　第１ノズルリング２１及び第２ノズルリング２２は、それぞれ、ターボ軸線６を中心軸とするリング状の部材によって構成されている。具体的には、第１ノズルリング２１及び第２ノズルリング２２は、タービン２の周囲を囲むようなリング状の部材によって構成されている。
　第１ノズルリング２１の第２ノズルリング２２に対向する対向面と、第２ノズルリング２２の第１ノズルリング２１に対向する対向面との間には、スクロール流路２３が画定されている。このスクロール流路２３は、タービンスクロール部１０の排気をタービン２に導入するための内部排気流路である。
　可変ノズル３０は、タービンスクロール部１０に配置されている。なお、図１や図２Ａ～２Ｃには、１個の可変ノズル３０のみが図示されているが、実際には、可変ノズルユニット２０は複数個の可変ノズル３０を備えている。具体的には、可変ノズル３０は、隣接する可変ノズル３０との間に所定間隔を有しつつ、ターボ軸線６を中心軸として円周状に複数個、配置されている。
　ノズル軸４０は、可変ノズル３０の回転軸である。なお、図２Ａには、ノズル軸４０の軸線であるノズル軸線４１が図示されている。各々の可変ノズル３０は、ノズル軸線４１を回転中心として回転する。なお、本実施形態に係るノズル軸線４１は、Ｘ－Ｙ－Ｚの直交座標のＹ軸に平行な軸線となっている。
　図１を参照して、可変ノズル駆動機構８０は、可変ノズル３０を回転させるための回転駆動機構である（なお、図１において、可変ノズル駆動機構８０の各構成部材の図示は省略されている）。可変ノズル駆動機構８０は、軸受ハウジング９に設けられた可変ノズル駆動室１４に配置されている。可変ノズル駆動機構８０は、ノズル軸４０のスクロール流路２３の側とは反対側の端部（Ｙ方向側の端部）に接続されており、ノズル軸４０を回転させることで、可変ノズル３０を回転させる。なお、この可変ノズル駆動機構８０は、例えば特許文献１に例示されているような公知の可変ノズルターボチャージャに用いられている、公知の可変ノズル駆動機構を適用することができるので、この詳細な構成の説明は省略する。
　可変ノズル駆動機構８０によって各々の可変ノズル３０が回転することで、互いに隣接する可変ノズル３０同士の間隔（この間隔は、一般に、ベーン間隔と称されている）が変化する。このベーン間隔が狭くなった場合、スクロール流路２３の排気が絞られるので、スクロール流路２３を通過してタービン２に流入する排気流速が増大する。この結果、タービン２の回転速度を増大させることができる。このように、可変ノズルターボチャージャ１は、可変ノズル３０の回転角度を調整することで、タービン２の回転数を調整することができる。
　図２Ｂは、図２Ａの可変ノズルユニット２０のうち第１ノズルリング２１及び第２ノズルリング２２を抜粋した模式的拡大断面図である。図２Ｃは、図２Ａの可変ノズルユニット２０のうち、可変ノズル３０、ノズル軸４０、及びシールワッシャ５０を抜粋した模式的拡大断面図である。
　図２Ａ及び図２Ｃに示すように、本実施形態に係るノズル軸４０は、一様な外径を有する軸本体部４２によって構成されている。また、ノズル軸４０の軸本体部４２には、シールワッシャ５０（すなわち、シール部材）が嵌められている。具体的には、本実施形態に係るシールワッシャ５０は、平板状のリング部材によって構成されている。そして、シールワッシャ５０の内周孔５２（リングの内周側の孔）が軸本体部４２の外周面４３に嵌められている。
　図２Ｂに示すように、第１ノズルリング２１には、ノズル軸孔６０が設けられている。本実施形態に係るノズル軸孔６０は、ノズル軸線４１の方向（Ｙ軸に沿った方向）に貫通した貫通孔によって構成されている。前述したノズル軸４０は、このノズル軸孔６０に挿通されている。
　具体的には、ノズル軸孔６０は、ノズル軸４０を回転可能に軸支する軸支孔部６１と、この軸支孔部６１よりも径の大きい大径孔部６２と、を有している。大径孔部６２は、ノズル軸孔６０のうちスクロール流路２３の側の端部（ノズル軸孔６０の－Ｙ方向側の端部）に設けられている。軸支孔部６１は、大径孔部６２のＹ方向側の端部に接続されている。これにより、ノズル軸孔６０は、大径孔部６２と軸支孔部６１との境界部分に段差部６３を有している。
　軸支孔部６１の径は、ノズル軸４０の軸本体部４２の径よりも僅かに大きく設定されている。これにより、ノズル軸４０が回転する場合には、ノズル軸４０の軸本体部４２の外周面４３が軸支孔部６１の内周面６４に摺動しながら回転する。
　大径孔部６２の径は、シールワッシャ５０の外径よりも大きく設定されている。そして、ノズル軸４０に嵌合されたシールワッシャ５０は、スクロール流路２３にはみ出さないように、大径孔部６２に収容されている。具体的には、本実施形態に係るシールワッシャ５０の厚み（ノズル軸線４１の方向の長さ）は、大径孔部６２の厚み以下に設定されており、これにより、シールワッシャ５０の－Ｙ方向側の端面はスクロール流路２３にはみ出さないように（換言すると、第１ノズルリング２１の－Ｙ方向側の端面よりも－Ｙ方向側に突出しないように）設定されている。
　そして、この大径孔部６２に収容されたシールワッシャ５０は、ノズル軸孔６０の軸支孔部６１の内周面６４とこの内周面６４に対向するノズル軸４０の外周面４３との隙間をシールしている。
　具体的には、本実施形態に係るシールワッシャ５０の内周孔５２とノズル軸４０の軸本体部４２の外周面４３との隙間は、スクロール流路２３の排気がこの隙間を通過し難いように、微小に設定されている。したがって、この隙間によるラビリンス効果によって、スクロール流路２３の排気が、この隙間を通過して軸支孔部６１の内周面６４と内周面６４に対向するノズル軸４０の外周面４３との隙間にリークすることが抑制されている。
　また、スクロール流路２３の排気の圧力を受けて、シールワッシャ５０がＹ方向に押圧されることで、シールワッシャ５０はノズル軸孔６０の段差部６３に接するようになる。これにより、シールワッシャ５０と段差部６３との隙間は略ゼロになる。また、大径孔部６２の内周面６５とシールワッシャ５０の外周面５１との隙間は、スクロール流路２３の排気がこの隙間に流入し難いように、微小に設定されている。したがって、これらの隙間によるラビリンス効果によって、スクロール流路２３の排気が、大径孔部６２の内周面６５とシールワッシャ５０の外周面５１との隙間、及び、シールワッシャ５０と段差部６３との隙間を通過して、軸支孔部６１の内周面６４と内周面６４に対向するノズル軸４０の軸本体部４２の外周面４３との隙間にリークすることも抑制されている。
　すなわち、本実施形態によれば、大径孔部６２に収容されたシールワッシャ５０によってラビリンスシール構造が形成されており、これにより、スクロール流路２３の排気がノズル軸孔６０の軸支孔部６１の内周面６４と内周面６４に対向するノズル軸４０の外周面４３との隙間にリークすることが抑制されている。
　なお、図２Ａ及び図２Ｃに示すように、本実施形態に係るノズル軸４０の軸本体部４２は、可変ノズル３０よりもさらに－Ｙ方向側に突出した構造になっている。このため、図２Ｂに示すように、本実施形態に係る第２ノズルリング２２には、軸本体部４２の可変ノズル３０よりも－Ｙ方向側に突出した部位が挿入されるノズル軸孔７０が形成されている。仮に、軸本体部４２が可変ノズル３０よりも－Ｙ方向側に突出した部位を有さない構造の場合には、第２ノズルリング２２のノズル軸孔７０は不要である。
　続いて、本実施形態の作用効果について説明する。まず、比較例として、シールワッシャ５０及び大径孔部６２を有していない可変ノズルターボチャージャを想定する。この比較例に係る可変ノズルターボチャージャの場合、スクロール流路の排気の一部が、ノズル軸孔の軸支孔部の内周面とこの内周面に対向するノズル軸の外周面との隙間にリークする可能性がある。この場合、このリークした排気の分だけ、タービンに流入する排気流量が減少するので、可変ノズルターボチャージャのタービン効率は低下してしまう。具体的には、比較例の場合、特に低速域におけるタービン効率が低下してしまう。
　これに対して、本実施形態に係る可変ノズルターボチャージャ１によれば、大径孔部６２に収容されたシールワッシャ５０によって、スクロール流路２３の排気がノズル軸孔６０の軸支孔部６１の内周面６４と内周面６４に対向するノズル軸４０の外周面４３との隙間にリークすることを抑制することができる。また、シールワッシャ５０が、スクロール流路２３にはみ出さないように大径孔部６２に収容されているので、スクロール流路２３にはみ出したシールワッシャ５０によってスクロール流路２３の排気の流動が阻害されることも抑制されている。したがって、本実施形態によれば、タービン効率を向上させることができる。特に、低速域におけるタービン効率を向上させることができる。
　なお、本実施形態において、シールワッシャ５０はスクロール流路２３にはみ出さないように大径孔部６２に収容されているが、この構成に限定されるものではない。シールワッシャ５０は、その一部がスクロール流路２３にはみ出していてもよい。この場合においても、シールワッシャ５０のシール機能によって、スクロール流路２３の排気がノズル軸孔６０の軸支孔部６１の内周面６４と内周面６４に対向するノズル軸４０の外周面４３との隙間にリークすることを抑制することは可能である。但し、本実施形態のように、シールワッシャ５０が、スクロール流路２３にはみ出さないように大径孔部６２に収容されている場合の方が、スクロール流路２３にはみ出したシールワッシャ５０によってスクロール流路２３の排気の流動が阻害されることを抑制できる点で、タービン効率を効果的に向上させることができる。この点において、シールワッシャ５０はスクロール流路２３にはみ出さないことが好ましい。
（実施形態の変形例）
　続いて、上述した実施形態の変形例に係る可変ノズルターボチャージャ１ａについて説明する。本変形例に係る可変ノズルターボチャージャ１ａは、可変ノズルユニット２０に代えて可変ノズルユニット２０ａを備える点において、前述した実施形態に係る可変ノズルターボチャージャ１と異なっている。図３Ａは、本変形例に係る可変ノズルユニット２０ａの一部を拡大して模式的に示す模式的拡大断面図である。図３Ｂは、図３Ａの可変ノズルユニット２０ａのうち第１ノズルリング２１及び第２ノズルリング２２を抜粋した模式的拡大断面図である。図３Ｃは、図３Ａの可変ノズルユニット２０ａのうち、可変ノズル３０、ノズル軸４０、及びシールワッシャ５０ａを抜粋した模式的拡大断面図である。図３Ｄは、シールワッシャ５０ａの模式的斜視図である。
　本変形例に係る可変ノズルユニット２０ａは、シール部材の一例として、シールワッシャ５０に代えて、シールワッシャ５０ａを備える点において、前述した実施形態に係る可変ノズルユニット２０と異なっている。このシールワッシャ５０ａは、シールワッシャ５０ａの厚み方向に対して圧縮力が付与された場合に、この圧縮力に対抗する力を生じさせるシールワッシャである。
　このような機能を有するものであれば、シールワッシャ５０ａの具体的な形状は特に限定されるものではないが、本変形例に係るシールワッシャ５０ａは、一例として、シールワッシャ５０ａの径方向の中央部がシールワッシャ５０ａの外周部に対して一方の側（具体的には－Ｙ方向側）に突出した、円錐状の皿バネタイプのシールワッシャによって構成されている（図３Ｃ及び図３Ｄ参照）。この場合、シールワッシャ５０ａの厚み方向（Ｙ軸に沿った方向）に対して圧縮力が付与された場合、シールワッシャ５０ａは圧縮力に対抗する力（具体的にはバネ力）を生じさせる。
　本変形例によれば、上述した実施形態の作用効果に加えて、以下の作用効果を奏することができる。具体的には、スクロール流路２３の排気の圧力によって、シールワッシャ５０ａに対して圧縮力が付与された場合に、シールワッシャ５０ａの内周孔５２とノズル軸４０との密着度を高めることができ、また、シールワッシャ５０ａの外周縁５３とノズル軸孔６０の段差部６３との密着度を高めることもできる。これにより、スクロール流路２３の排気がシールワッシャ５０ａの内周孔５２とノズル軸４０との隙間、及び、シールワッシャ５０ａの外周縁５３とノズル軸孔６０の段差部６３との隙間を通過することを効果的に抑制することができる。この結果、スクロール流路２３の排気が軸支孔部６１の内周面６４と内周面６４に対向するノズル軸４０の外周面４３との隙間にリークすることを効果的に抑制することができるので、タービン効率の低下を効果的に抑制することができる。
　なお、シールワッシャ５０ａは、ノズル軸４０及び大径孔部６２への組み付け時（すなわち、製造工程時）において、厚み方向に所定量圧縮されるような圧縮力が付与された状態で、組み付けられていることが好ましい。なお、この場合、ノズル軸４０の外周面４３には、シールワッシャ５０ａの内周孔５２が引っかかるような部位（例えば溝等）が形成されていると、シールワッシャ５０ａに圧縮力を付与した状態でノズル軸４０及び大径孔部６２へ容易に組み付けられる点で好ましい。
　このように、シールワッシャ５０ａに圧縮力が付与された状態でシールワッシャ５０ａがノズル軸４０及び大径孔部６２へ組み付けられることで、シールワッシャ５０ａのバネ力を常時発生させることができるので、シールワッシャ５０ａの内周孔５２とノズル軸４０との密着度を向上させ、シールワッシャ５０ａの外周縁５３とノズル軸孔６０の段差部６３との密着度を向上させることができる。この結果、スクロール流路２３の排気のリークを効果的に抑制することができるので、タービン効率の低下を効果的に抑制することができる。
　また、上述したようにシールワッシャ５０ａに圧縮力が付与された状態でシールワッシャ５０ａがノズル軸４０及び大径孔部６２へ組み付けられることで、仮にスクロール流路２３の排気に圧力脈動（圧力の変動）が生じた場合であっても、この圧力脈動によってシールワッシャ５０ａが－Ｙ方向に変位して（シールワッシャ５０ａが浮き上がって）、シールワッシャ５０ａの外周縁５３が段差部６３から離れることを効果的に抑制することができる。この点においても、タービン効率の低下を効果的に抑制することができる。
　以上本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
　本出願は、2017年9月11日付で出願された日本国特許出願（特願2017-173695）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本開示の可変ノズルターボチャージャは、タービン効率を向上させることができる、という点において有用である。
１，１ａ　可変ノズルターボチャージャ
２　タービン
３　コンプレッサ
１０　タービンスクロール部
２０，２０ａ　可変ノズルユニット
２１　第１ノズルリング
２２　第２ノズルリング
２３　スクロール流路
３０　可変ノズル
４０　ノズル軸
４２　軸本体部
４３　外周面
５０，５０ａ　シールワッシャ（シール部材）
６０　ノズル軸孔
６１　軸支孔部
６２　大径孔部
６３　段差部
６４　内周面

Claims (4)

  1. 　タービンスクロール部の排気をタービンに導入するスクロール流路を画定するノズルリングと、前記スクロール流路に配置された可変ノズルと、前記可変ノズルの回転軸であるノズル軸と、を備え、前記ノズル軸が前記ノズルリングに設けられたノズル軸孔に挿通された、可変ノズルターボチャージャにおいて、
    　前記ノズル軸孔は、前記ノズル軸を軸支する軸支孔部と、前記ノズル軸孔のうち前記スクロール流路の側の端部に設けられ、前記軸支孔部よりも径の大きい大径孔部を有し、
    　前記可変ノズルターボチャージャは、前記ノズル軸に嵌められるとともに前記大径孔部に収容されて、前記軸支孔部の内周面と前記内周面に対向する前記ノズル軸の外周面との隙間をシールするシール部材を備える可変ノズルターボチャージャ。
  2. 　前記シール部材は、前記スクロール流路にはみ出さないように前記大径孔部に収容されている請求項１に記載の可変ノズルターボチャージャ。
  3. 　前記シール部材は、前記シール部材の厚み方向に対して圧縮力が付与された場合に前記圧縮力に対抗する力を生じさせるシール部材である請求項１又は２に記載の可変ノズルターボチャージャ。
  4. 　前記ノズルリングは、第１ノズルリングと第２ノズルリングとを有し、
    　前記第１ノズルリングの前記第２ノズルリングに対向する対向面と、前記第２ノズルリングの前記第１ノズルリングに対向する対向面との間に、前記スクロール流路が画定されている請求項１から３の何れか一項に記載の可変ノズルターボチャージャ。
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