(57)【要約】【課題】タービンハウジング出口における排気ガスの乱れを減少させることによってタービン効率を向上することができるターボチャージャを提供する。【解決手段】タービンハウジング５内に形成されたスクロール流路１７からタービンインペラ１３に供給される排気ガスの流量を可変とする排気ノズル２７を備え、排気ノズル２７は、第１排気導入壁３１と第２排気導入壁２９との間に複数のノズルベーン３７を有する可変容量型のターボチャージャ１において、各ノズルベーン３７は、第１排気導入壁３１及び第２排気導入壁２９に夫々貫入して軸支される第１支持軸及４１び第２支持軸３９と、第１支持軸４１の第２支持軸３９側に第２排気導入壁２９に略対向する面部４１ａとを有し、タービンハウジング５と第１排気導入壁３１との間に形成される隙間Ｓのスクロール流路１７への開口部Ｓ１にシール部材６１を設置するという構成を採用する。【選択図】図２
2010090713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンインペラを回転自在に支持する軸受けハウジングと、前記タービンインペラに排気ガスを供給するタービンスクロール流路が形成されたタービンハウジングと、前記タービンスクロール流路から前記タービンインペラに供給される前記排気ガスの流量を可変とする排気ノズルとを備え、前記排気ノズルは、前記タービンハウジング側に設けられる第１排気導入壁と前記第１排気導入壁に対向して設けられる第２排気導入壁との間に各々回転自在に設けられる複数のノズルベーンを有する可変容量型のターボチャージャにおいて、
前記各ノズルベーンは、前記第１排気導入壁及び前記第２排気導入壁に形成された厚さ方向で貫通する孔部に夫々貫入して軸支される第１支持軸及び第２支持軸と、前記第１支持軸の前記第２支持軸側に前記第２排気導入壁に略対向する面部とを有し、
前記タービンハウジングと前記第１排気導入壁との間に形成される隙間の前記スクロール流路への開口部に、前記タービンハウジングの前記第１排気導入壁に対する相対移動に追従しつつ前記開口部を遮蔽するシール部材を設置することを特徴とするターボチャージャ。
【請求項２】
前記シール部材は、長尺の板バネが所定の軸回りに縮径しつつ螺旋状に巻回された形状を呈し、隣り合う径方向外側及び内側の板バネは互いに重なり合う部分を有するバネ部材であることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ。
【請求項３】
前記バネ部材は、略円筒状のリング部材を介して前記タービンハウジングに取り付けられることを特徴とする請求項２に記載のターボチャージャ。
【請求項４】
前記バネ部材における前記板バネの幅方向の長さが、前記リング部材における円筒部の軸方向の長さよりも短いことを特徴とする請求項３に記載のターボチャージャ。
【請求項５】
前記リング部材は、前記バネ部材の軸方向と直交する鍔部を備え、前記バネ部材の前記タービンハウジング側の端部が前記鍔部に当接していることを特徴とする請求項４に記載のターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンから排出される排気ガスのエネルギーを利用してエンジンに供給される空気を過給するターボチャージャに関わり、特に可変容量型のターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、低回転域から高回転域までの広い範囲に亘りエンジンの性能向上を図ることができる可変容量型のターボチャージャが知られている。
ここで、特許文献１には、可変容量型のターボチャージャが開示されている。
【０００３】
上記ターボチャージャは、タービンハウジングとコンプレッサハウジングとが軸受けハウジングを介して一体的に連結された構成となっており、タービンハウジング内に設けられたタービンインペラとコンプレッサハウジング内に設けられたコンプレッサインペラとが軸受けハウジング内に回転自在に設けられた回転軸により連結されている。
タービンハウジングには排気ガスの流入口が設けられ、上記流入口から流入した排気ガスはタービンハウジング内のタービンスクロール流路に導入される。軸受けハウジングのタービンハウジング側には、上記タービンスクロール流路に導入される排気ガスをタービンインペラに導くとともに、その流量を可変とする可変ノズルユニット（排気ノズル）が設けられている。
【０００４】
可変ノズルユニットは、タービンハウジング側の排気導入壁であるシュラウドリング（第１排気導入壁）と軸受けハウジング側の排気導入壁であるノズルリング（第２排気導入壁）とを備えており、ノズルリングとシュラウドリングとは例えば周方向における３箇所に設けられた連結ピンを挟持することで所定の間隔を有する状態で連結されている。
ノズルリングとシュラウドリングとの間には、排気ガスの流量を調節するための複数のノズルベーンが環状に配置されている。ノズルベーンの両側面から突出するベーン軸（第１及び第２支持軸）がノズルリング及びシュラウドリングに形成された孔部にそれぞれ貫入しており、ノズルベーンはベーン軸を中心として回転自在に支持されている。
【０００５】
可変ノズルユニットのシュラウドリングとタービンハウジングとの間には所定の隙間が設けられている。この隙間は本来不要であるが、タービンハウジングが冷間時と熱間時との間で熱変形を起こし、シュラウドリングとの相対的な位置関係が変わってしまうために設けられている。
上記隙間があると、タービンスクロール流路内の排気ガスが隙間を通ってタービンハウジングの出口側に漏出してしまうことから、この隙間を塞ぐためにシュラウドリングの内周縁部からタービンハウジング側に延設された略円筒状を呈する延設部の外周面と、この延設部の外周面に対向するタービンハウジングの内周面との間にシール用Ｃリングが配置されている。上記Ｃリングは弾性体で形成されており、その弾性力によりタービンハウジングの熱変形に追従することができる。
【特許文献１】特開２００６−１２５５８８号公報（第１４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に示すシール用Ｃリング等を用いてシュラウドリングとタービンハウジングとの間の隙間からの排気ガスの漏出を防止しても、ターボチャージャのタービン効率を大幅に向上させることは困難であった。
そのため、本発明者らは、上記漏出の問題以外でタービン効率に影響を及ぼす要因について種々検討し試験を実施した。
【０００７】
そして、特許文献１に示すシール用Ｃリングはシュラウドリングの延設部における外周面とタービンハウジングの内周面との間に設置されており、上記隙間とタービンスクロール流路とは互いに連通しているため、可変ノズルユニット内の圧力に比べ上記隙間内の圧力が大きくなり、上記隙間内の排気ガスがシュラウドリングに形成された孔部を通って可変ノズルユニット側に流入していることが判明した。
【０００８】
さらに、ノズルベーンとノズルリング及びシュラウドリングとの間には、ノズルベーンを滑らかに回転させるためのクリアランスが予め設けられている。そのため、上記孔部を通る排気ガスの流れによりノズルベーンのベーン軸はノズルリング側に押され、ノズルベーンとシュラウドリングとの間に大きなクリアランスが生じていた。
【０００９】
結果として、本発明者らは、上記孔部を通る排気ガスの流れが発生することやノズルベーンとシュラウドリングとの間に大きなクリアランスが生じることにより、排気ガスの排出口であるタービンハウジング出口における排気ガスの乱れが大きくなり、これによってタービン効率が低下するという知見を得た。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、タービンハウジング出口における排気ガスの乱れを減少させることによってタービン効率を向上することができるターボチャージャを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明のターボチャージャは、タービンインペラを回転自在に支持する軸受けハウジングと、タービンインペラに排気ガスを供給するスクロール流路が形成されたタービンハウジングと、スクロール流路からタービンインペラに供給される排気ガスの流量を可変とする排気ノズルとを備え、排気ノズルは、タービンハウジング側に設けられる第１排気導入壁と第１排気導入壁に対向して設けられる第２排気導入壁との間に各々回転自在に設けられる複数のノズルベーンを有する可変容量型のターボチャージャにおいて、各ノズルベーンは、第１排気導入壁及び第２排気導入壁に形成された厚さ方向で貫通する孔部に夫々貫入して軸支される第１支持軸及び第２支持軸と、第１支持軸の第２支持軸側に第２排気導入壁に略対向する面部とを有し、タービンハウジングと第１排気導入壁との間に形成される隙間のスクロール流路への開口部に、タービンハウジングの第１排気導入壁に対する相対移動に追従しつつ開口部を遮蔽するシール部材を設置するという構成を採用する。
【００１２】
このような構成を採用する本発明のターボチャージャでは、タービンハウジングが熱変形してもシール部材が上記隙間のスクロール流路への開口部を遮蔽することができるため、上記隙間には排気ガスが流入せず、上記隙間内部の圧力を排気ノズル内部の圧力よりも低く抑えることができる。そのため、上記圧力差により排気ノズル内部から第１排気導入壁の孔部を通って上記隙間へ流入する排気ガスの流れを作り出すことができ、その排気ガスの流れがノズルベーンに設けられた面部に当たることで、ノズルベーンを第１排気導入壁側に変位させることができる。
【００１３】
また、本発明のターボチャージャにおいては、シール部材は、長尺の板バネが所定の軸回りに縮径しつつ螺旋状に巻回された形状を呈し、隣り合う径方向外側及び内側の板バネは互いに重なり合う部分を有するバネ部材であるという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明のターボチャージャでは、バネ部材は螺旋の軸方向で伸縮できるため、タービンハウジングの熱変形によるタービンハウジングの第１排気導入壁に対する相対移動に追従することができる。また、本発明のターボチャージャでは、スクロール流路内の圧力上昇によりバネ部材は径方向外側から内側に向かって圧縮され、隣り合う径方向外側及び内側の板バネは互いに密着し、上記隙間のスクロール流路への開口部を遮蔽することができる。
【００１４】
また、本発明のターボチャージャにおいては、バネ部材は、略円筒状のリング部材を介してタービンハウジングに取り付けられるという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明のターボチャージャでは、バネ部材をリング部材に組み込み一体化した後にタービンハウジングに組み込むことができ、弾性体で形成され定形性を有しないバネ部材を複雑な形状を有するタービンハウジングに直接組み込む作業が無くなることから、作業の難度が減り組み込み作業の安定化や効率化を図ることができる。
【００１５】
また、本発明のターボチャージャにおいては、バネ部材における板バネの幅方向の長さが、リング部材における円筒部の軸方向の長さよりも短いという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明のターボチャージャでは、バネ部材が振動等によって一時的にリング部材から離間する側へ移動したとしても、バネ部材がリング部材から脱落することを防ぐことができる。
【００１６】
また、本発明のターボチャージャにおいては、リング部材は、バネ部材の軸方向と直交する鍔部を備え、バネ部材のタービンハウジング側の端部が鍔部に当接しているという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明のターボチャージャでは、バネ部材が振動等によって一時的にリング部材の径方向外側へ移動したとしても、バネ部材がリング部材から脱落することを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明によれば、ノズルベーンを第１排気導入壁側に変位させることができることから、タービンハウジング出口における排気ガスの乱れを減少させタービン効率を向上させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
本発明の第１の実施形態に係るターボチャージャを、図面を参照して説明する。
図１は、第１の実施形態に係るターボチャージャ１の全体構成を示す概略図、図２は、図１における可変ノズルユニット２７周辺の拡大図、図３は、第１の実施形態における可変ノズルユニット２７の構成要素であるノズルベーン３７の斜視図、図４は、第１の実施形態におけるバネ部材６１の概略図であり、（ａ）はバネ部材６１の平面図、（ｂ）は側面図、図５は、第１の実施形態における同期機構４３の背面図である。なお、上記図面中の矢印Ｆは前方向を示す。
【００１９】
まず、本実施形態に係るターボチャージャ１の全体構成を、図１を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るターボチャージャ１は、不図示のエンジンから導かれる排気ガスのエネルギーを利用してエンジンに供給される空気を過給する可変容量型のターボチャージャである。
ターボチャージャ１は、軸受けハウジング３と、軸受けハウジング３の前側周縁部に締結ボルト３ａにより接続されるタービンハウジング５と、軸受けハウジング３の後側周縁部に締結ボルト３ｂにより接続されるコンプレッサハウジング７とを備えている。
【００２０】
軸受けハウジング３内には、前後方向で延びるタービン軸１１が複数のベアリング９を介して回転自在に支持されている。タービン軸１１の前端部にはタービンインペラ１３が一体的に連結され、後端部にはコンプレッサインペラ１５が一体的に連結されている。なお、タービンインペラ１３はタービンハウジング５内に設置され、コンプレッサインペラ１５はコンプレッサハウジング７内に設置されている。
【００２１】
タービンハウジング５内かつタービンインペラ１３の径方向外側には、略環状を呈する可変ノズルユニット（排気ノズル）２７が設置されている。
【００２２】
タービンハウジング５は、タービンインペラ１３の径方向外側に設けられるタービンスクロール流路１７と、排気ガスの排気口であるタービンハウジング出口１９とを有している。
タービンスクロール流路１７は、タービンインペラ１３を囲んで略環状に形成され、排気ガスを導入するための不図示のガス流入口と連通している。また、タービンスクロール流路１７は、可変ノズルユニット２７内のノズル流路２７Ａと連通している。なお、上記ガス流入口は不図示のエンジンにおける排気口に接続されている。
タービンハウジング出口１９は、タービンハウジング５の前側に開口しており、タービンインペラ１３の設置箇所を介してノズル流路２７Ａと連通している。また、タービンハウジング出口１９は、不図示の排気ガス浄化装置に接続されている。
【００２３】
コンプレッサハウジング７には、後側に開口し不図示のエアクリーナに接続される吸気口２１が形成されている。また、軸受けハウジング３とコンプレッサハウジング７との間には、空気を圧縮して昇圧するディフューザ流路２３がコンプレッサインペラ１５の径方向外側で略環状に形成されている。また、ディフューザ流路２３は、コンプレッサインペラ１５の設置箇所を介して吸気口２１と連通している。
さらに、コンプレッサハウジング７は、コンプレッサインペラ１５の径方向外側で略環状に形成されるコンプレッサスクロール流路２５を有しており、コンプレッサスクロール流路２５は、ディフューザ流路２３と連通している。なお、コンプレッサスクロール流路２５は、不図示のエンジンにおける吸気口と連通している。
【００２４】
次に、可変ノズルユニット２７の構成を、図１ないし図３を参照して説明する。
図２に示すように、可変ノズルユニット２７は、タービンハウジング５側に設置されるシュラウドリング（第１排気導入壁）３１と、シュラウドリング３１に対向して軸受けハウジング３側に設置されるノズルリング（第２排気導入壁）２９と、シュラウドリング３１とノズルリング２９との間に保持される複数のノズルベーン３７とを有している。なお、ノズル流路２７Ａは、シュラウドリング３１とノズルリング２９との間に形成されている。
【００２５】
シュラウドリング３１は、略リング状に形成された板状部材の内周縁部に、タービンハウジング出口１９側に延出する略円筒状を呈する部材が接続された形状を呈している。また、シュラウドリング３１には、上記板状部材の厚さ方向で貫通する複数の第１孔部３１ａが形成されている。
【００２６】
ノズルリング２９は、略リング状に形成された板状部材であり、厚さ方向で貫通する複数の第２孔部２９ａが形成されている。
【００２７】
図１に示すように、シュラウドリング３１及びノズルリング２９は、複数の連結ピン３３を介して所定の間隔を形成するように連結されている。なお、連結ピン３３は、シュラウドリング３１に貫入し、ノズルリング２９を貫通して後側に突出している。
ノズルリング２９の後側には、取付リング３５が連結ピン３３を介して一体的に設けられており、取付リング３５の外周縁部は、タービンハウジング５と軸受けハウジング３とにより挟持されて支持されている。すなわち、ノズルリング２９は、取付リング３５を介して軸受けハウジング３及びタービンハウジング５に支持されている。
【００２８】
ノズルベーン３７は、ノズルリング２９とシュラウドリング３１の間に周方向で等間隔に複数設けられており、タービンインペラ１３の回転軸と平行な軸回りに各々回転自在である。
また、図３に示すように、各ノズルベーン３７は、略矩形を呈する板状部材であり所定の一辺からその対辺に向かうに従って漸次厚みが減少するように形成されているノズルベーン本体３８と、ノズルベーン本体３８の上記一辺に直交する一側面から前側に突出する第１ベーン軸（第１支持軸）４１と、上記一側面に対向する側面から後側に突出する第２ベーン軸（第２支持軸）３９とを有している。
第１ベーン軸４１は、シュラウドリング３１の第１孔部３１ａに回転自在に貫入しており、第２ベーン軸３９は、ノズルリング２９の第２孔部２９ａに回転自在に貫通しノズルリング２９の後側に突出している。
【００２９】
ノズルベーン本体３８と第１ベーン軸４１との接続部には、ノズルリング２９に対向する面を有する第１鍔部（面部）４１ａが設けられ、ノズルベーン本体３８と第２ベーン軸３９との接続部には、シュラウドリング３１に対向する面を有する第２鍔部３９ａが設けられている。
なお、第１鍔部４１ａの外形は第２鍔部３９ａの外形よりも大きく形成されることが好ましく、第１鍔部４１ａ及び第２鍔部３９ａは夫々第１孔部３１ａ及び第２孔部２９ａを覆うように形成されることが好ましい。
【００３０】
次に、本実施形態におけるタービンハウジング５とシュラウドリング３１との間に設けられるバネ部材６１の構成を、図２及び図４を参照して説明する。
【００３１】
図２に示すように、タービンハウジング５とシュラウドリング３１との間には、タービンハウジング５が熱変形を起こした場合にシュラウドリング３１に対する相対移動を吸収するための隙間Ｓが形成されている。隙間Ｓは、タービンインペラ１３の径方向外側で略環状を呈し、タービンスクロール流路１７に連通している。そして、隙間Ｓのタービンスクロール流路１７への開口部Ｓ１には、開口部Ｓ１を遮蔽するためのバネ部材（シール部材）６１が設けられている。
【００３２】
図４に示すように、バネ部材６１は、いわゆるタケノコバネと称されるものであり、長尺の板バネがタービンインペラ１３の回転軸回りに縮径しつつ螺旋状に巻回された形状を呈し、隣り合う径方向外側及び内側の板バネは互いに重なり合う部分を有している。
図２に示すように、バネ部材６１は、その小径部においてリング部材６２を介してタービンハウジング５に支持され、その大径部はシュラウドリング３１の前側垂直面に当接している。なお、リング部材６２は、タービンハウジング５に固定され、バネ部材６１の大径部は、シュラウドリング３１の上記垂直面と平行する方向に移動自在である。
なお、バネ部材６１の前後方向での自然長（何ら負荷をかけない場合の長さ）は、開口部Ｓ１の前後方向での長さよりも長く形成され、バネ部材６１は前後方向で圧縮された状態で開口部Ｓ１に設けられている。
【００３３】
リング部材６２は、略円筒状を呈する円筒部６２Ａの前側周縁部から径方向外側に向けて第３鍔部（鍔部）６２Ｂが接続された形状を呈しており、円筒部６２Ａがバネ部材６１の小径部における径方向内側に貫入し、バネ部材６１の小径側先端部が第３鍔部６２Ｂに当接している。
【００３４】
次に、本実施形態における各ノズルベーン３７を同期して回転させる同期機構４３の構成を、図１及び図５を参照して説明する。
図１に示すように、可変ノズルユニット２７の後側には、各ノズルベーン３７を同期して回転させるための同期機構４３が設けられている。
【００３５】
同期機構４３は、略リング状を呈しノズルリング２９の後側に複数の連結ピン３３を介して設けられるガイドリング４５と、ガイドリング４５の径方向外側に回転自在に設けられる可動リング４７と、各ノズルベーン３７を同期して回転させる複数の同期用伝達リンク５１と、可動リング４７を回転させる駆動用伝達リンク５９と、軸受けハウジング３の前側下部でタービン軸１１に平行な軸回りに回転自在に支持される駆動軸５５とを備えている。
【００３６】
図５に示すように、可動リング４７の内周縁部には、各ノズルベーン３７と対応する位置に同期用係合凹部４９が形成されている。同期用伝達リンク５１の一端部は同期用係合凹部４９に係合し、他端部は各ノズルベーン３７の第２ベーン軸３９に一体的に連結されている。
また、可動リング４７の内周縁部には、同期用係合凹部４９の他に駆動用係合凹部５３が形成されている。駆動用伝達リンク５９の一端部は駆動用係合凹部５３に係合し、他端部は駆動軸５５に一体的に連結している（図１参照）。
なお、図１に示すように、駆動軸５５の駆動用伝達リンク５９の逆側端部には駆動レバー５７が一体的に連結され、駆動レバー５７には不図示のシリンダ等のアクチュエータが連結されている。
【００３７】
続いて、本実施形態におけるターボチャージャ１の動作を説明する。
まず、ターボチャージャ１の排気ガスのエネルギーを利用してエンジンに供給される空気を過給する動作について説明する。
【００３８】
エンジンの排気口から排出された排気ガスは、タービンハウジング５のガス流入口を通ってタービンスクロール流路１７へ導入される。そして、排気ガスは、タービンスクロール流路１７からノズル流路２７Ａに導入される。
この時、エンジンの回転数、すなわち、ノズル流路２７Ａに導入される排気ガスの流量に応じて同期機構４３及び不図示のアクチュエータの作動により各ノズルベーン３７を回転させ、ノズル流路２７Ａの開口面積を変化させる。この開口面積の変化によりノズル流路２７Ａを通る排気ガスの流量は調節され、結果として低回転域から高回転域までの広い範囲に亘りエンジンの性能向上を図ることができる。
ノズル流路２７Ａを通った排気ガスは、タービンインペラ１３の設置箇所に導入され、タービンインペラ１３を回転させる。その後、排気ガスはタービンハウジング出口１９より排出される。
【００３９】
タービンインペラ１３は、タービン軸１１を介してコンプレッサインペラ１５と連結されているため、タービンインペラ１３が回転することでコンプレッサインペラ１５が回転する。
コンプレッサインペラ１５の回転により、吸気口２１から導入された空気がディフューザ流路２３に供給される。空気は、ディフューザ流路２３を通ることで圧縮され昇圧される。昇圧された空気は、コンプレッサスクロール流路２５を通ってエンジンの吸気口に供給される。結果として、エンジンに空気を過給し、エンジンの出力を向上させることができる。
以上で、ターボチャージャ１の過給動作は終了する。
【００４０】
次に、バネ部材６１が開口部Ｓ１を遮蔽することによるノズル流路２７Ａにおける排気ガスの流れの変化について、図６を参照して説明する。
図６は、本実施形態におけるバネ部材６１が開口部Ｓ１を遮蔽する動作を示す概略図である。
図６に示すように、排気ガスは高温のままタービンスクロール流路１７へ導入されるため、タービンスクロール流路１７及びタービンハウジング５の温度は次第に上昇する。したがって、タービンハウジング５は熱変形し、タービンハウジング５はシュラウドリング３１に対して相対移動する。そのため、開口部Ｓ１を遮蔽するシール部材は、この相対移動に追従しなければ完全な遮蔽効果が得られないことになる。
【００４１】
本実施形態におけるバネ部材６１は、前後方向で圧縮された状態で開口部Ｓ１に設置されているため、タービンハウジング５が熱変形によりシュラウドリング３１に対して前後方向で相対移動したとしても、この移動に追従することができる。また、バネ部材６１は、その後側端部でシュラウドリング３１の前面に当接しているのみであるため、タービンハウジング５が熱変形によりシュラウドリング３１に対して前後方向に直交する方向で相対移動したとしても、この移動に対応することができる。
【００４２】
ところで、バネ等の弾性部材は高温下に曝されると熱劣化を起こし、自然長が短くなる等の変化を起こす場合がある。そこで、付勢するに必要なバネの自然長に熱劣化による変化分をあらかじめ加えておくことが必要となる。しかし、熱劣化による変化分を加えた場合、バネ定数が高いバネにおいては、熱劣化を生じる前はバネの弾性力が強すぎるという弊害がある。
本実施形態におけるバネ部材６１は、長尺の板バネが巻回された形状を呈しているため、例えば皿状のバネ等に比べバネ定数を低くすることができる。したがって、熱劣化を生じる前においてもバネ部材６１の弾性力は大きくなりすぎることがなく、後述するバネ部材６１の滑らかな圧縮等の動作を妨げる虞が少ない。
また、本実施形態におけるバネ部材６１は、径方向外側と内側の板バネが互いに重なり合う形状となっていることから、バネのすくみ代を大きく取ることができる。そのため、自然長に熱劣化による変化分を加えても、バネ部材６１をターボチャージャ１内の限られた空間内に設置することができる。
【００４３】
なお、バネ部材６１は、リング部材６２を介してタービンハウジング５に支持されており、振動等によってバネ部材６１がリング部材６２から前後方向で離間する側に移動した場合や、リング部材６２の径方向外側へ移動した場合でも、バネ部材６１がリング部材６２から脱落することを防止することができる。
【００４４】
排気ガスが導入されることで、タービンスクロール流路１７内部の圧力は上昇する。バネ部材６１は、タービンスクロール流路１７に面していることから、この圧力上昇により径方向外側から内側に向かって圧縮される。そのため、バネ部材６１の隣り合う径方向外側及び内側の板バネが密着し、開口部Ｓ１は遮蔽される。結果として、タービンスクロール流路１７内の排気ガスは隙間Ｓには流入せず、隙間Ｓ内部の圧力は低い状態に抑えられる。
【００４５】
排気ガスはタービンスクロール流路１７からノズル流路２７Ａへ導入されるため、ノズル流路２７Ａ内部の圧力は隙間Ｓ内部の圧力よりも高くなっている。そして、シュラウドリング３１には第１孔部３１ａが形成されているため、第１孔部３１ａと第１ベーン軸４１との隙間を通って矢印Ａの向きで排気ガスが隙間Ｓに流入する。さらに、隙間Ｓはタービンハウジング出口１９に連通しているため、隙間Ｓに流入した排気ガスはタービンハウジング出口１９から排出される。
【００４６】
ここで、第１鍔部４１ａが、第１ベーン軸４１とノズルベーン本体３８との接続部に設けられているため、第１鍔部４１ａは上記流れからの力を受ける。なお、ノズル流路２７Ａ内の排気ガスは、第２孔部２９ａと第２ベーン軸３９との隙間を通ってノズルリング２９と軸受けハウジング３とが形成する空間にも流出するのであるが、上記空間はタービンハウジング出口１９と直接に連通していないので、上記空間に流出する排気ガスの流量は隙間Ｓに流出する流量に比べて少なくなる。したがって、第２鍔部３９ａが排気ガスから受ける力は、第１鍔部４１ａが排気ガスから受ける力よりも小さくなる。
結果として、ノズルベーン３７はシュラウドリング３１側に変位し、ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間のクリアランスを極めて小さなものとすることができる。
【００４７】
最後に、本実施形態におけるターボチャージャ１及び従来型ターボチャージャのタービン効率の比較試験について、図７ないし図１１を参照して説明する。
本発明者らは、本実施形態におけるターボチャージャ１及び従来型ターボチャージャについて、図７に示すようにタービンインペラ１３の上流側と下流側との圧力の比が略同一となるようにした条件において、タービンハウジング出口１９における径方向位置での排気ガスの速度分布を数値解析により求め、その結果を図８に示した。
【００４８】
図８に示すように、本実施形態におけるターボチャージャ１では、従来のターボチャージャに比して径方向での流速分布の偏差が少なく流速分布は径方向で平坦化している。このことは、本実施形態におけるターボチャージャ１は従来のターボチャージャに比べて、タービンハウジング出口１９における排気ガスの乱れが小さいことを意味している。
【００４９】
さらに、本実施形態におけるターボチャージャ１及び従来のターボチャージャについて、タービン効率を数値解析して比較したところ、図９に示すように、本実施形態におけるターボチャージャ１によれば従来のターボチャージャに比べてタービン効率が約１０％向上することが判明した。
【００５０】
また、本発明者らは、本実施形態におけるターボチャージャ１及び従来型ターボチャージャについて、それぞれ図７のように圧力比がほぼ同一になるようにした図１０の条件において、３つの異なる回転数ａ，ｂ，ｃについて、タービンの効率を実測によって求め、その結果を図１１に示した。上記実測による場合も、前記数値解析による場合の結果と同様に、本実施形態におけるターボチャージャ１の方が従来のターボチャージャに対してタービン効率が約１０％向上する結果が得られた。
【００５１】
したがって、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
本実施形態では、ノズルベーン３７をシュラウドリング３１側に変位させることができることから、タービンハウジング出口１９における排気ガスの乱れを減少させタービン効率を向上させることができるという効果がある。
【００５２】
〔第２実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係るターボチャージャを、図面を参照して説明する。
図１２は、第２の実施形態に係るターボチャージャ１Ａにおける可変ノズルユニット２７周辺の拡大図である。なお、この図において、図２に示す第１の実施形態の構成要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５３】
図１２に示すように、隙間Ｓのタービンスクロール流路１７への開口部Ｓ１には、開口部Ｓ１を遮蔽するためのバネ部材（シール部材）６１が設けられている。
バネ部材６１は、その小径部においてリング部材６２を介してシュラウドリング３１に支持され、その大径部はタービンハウジング５のシュラウドリング３１に対向する垂直面５Ａに当接している。なお、リング部材６２は、溶接等によりシュラウドリング３１に一体的に接続され、バネ部材６１の大径部は、垂直面５Ａと平行する方向に移動自在である。
【００５４】
リング部材６２は、略円筒状を呈する円筒部６２Ａの後側周縁部から径方向外側に向けて第３鍔部（鍔部）６２Ｂが接続された形状を呈しており、円筒部６２Ａがバネ部材６１の小径部における径方向内側に貫入し、バネ部材６１の小径側先端部が第３鍔部６２Ｂに当接している。
【００５５】
次に、バネ部材６１が開口部Ｓ１を遮蔽することによるノズル流路２７Ａにおける排気ガスの流れの変化について、図１３を参照して説明する。
図１３は、第２の実施形態におけるバネ部材６１が開口部Ｓ１を遮蔽する動作を示す概略図である。
【００５６】
図１３に示すように、排気ガスの導入により、タービンスクロール流路１７内部の圧力は上昇する。この圧力上昇によりバネ部材６１は径方向外側から内側に向かって圧縮され、バネ部材６１の隣り合う径方向外側及び内側の板バネが密着し、開口部Ｓ１は遮蔽される。したがって、排気ガスは隙間Ｓ内には流入せず、隙間Ｓ内部の圧力は低い状態に抑えられる。
排気ガスはタービンスクロール流路１７からノズル流路２７Ａへ導入されるため、ノズル流路２７Ａ内部の圧力は隙間Ｓ内部の圧力よりも高くなっている。ここで、第１の実施形態と同様の作用により、ノズルベーン３７はシュラウドリング３１側に変位し、ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間のクリアランスを極めて小さなものとすることができる。
【００５７】
したがって、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
本実施形態では、ノズルベーン３７をシュラウドリング３１側に変位させることができることから、タービンハウジング出口１９における排気ガスの乱れを減少させタービン効率を向上させることができるという効果がある。
【００５８】
なお、前述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲においてプロセス条件や設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００５９】
例えば、上記実施形態では、開口部Ｓ１を遮蔽するシール部材としてバネ部材６１を使用したが、本発明はかかる構成に限定されるものではなく、例えば前後方向で伸縮する蛇腹状の略円筒状を呈する部材であってもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、リング部材６２が用いられているが、本発明はかかる構成に限定されるものではなく、リング部材６２を用いることなくバネ部材６１の小径部が直接にタービンハウジング５（第１実施形態）又はシュラウドリング３１（第２実施形態）に固定されていてもよい。
【００６１】
また、バネ部材６１の大径側先端部が当接する部材に溝部を形成してもよい。例えば、第１の実施形態においては図１４に示すように、シュラウドリング３１の前側面に溝部３１Ｂを形成し、バネ部材６１の大径側先端部が溝部３１Ｂ内の垂直面に当接するようにしてもよい。また、第２の実施形態においては図１５に示すように、タービンハウジング５のシュラウドリング３１に対向する面に溝部５Ｂを形成し、バネ部材６１の大径側先端部が溝部５Ｂ内の垂直面に当接するようにしてもよい。なお、バネ部材６１の大径側先端部は、上記垂直面に平行する方向で移動自在である。
このような構成によれば、溝部３１Ｂ又は５Ｂが形成されていることで、バネ部材６１が所定の位置から外れることを防止するという効果がある。
【００６２】
また、リング部材６２を使用せず、バネ部材６１の小径側及び大径側先端部が当接する部材に各々溝部を形成してもよい。例えば、第１の実施形態においては図１６に示すように、タービンハウジング５のシュラウドリング３１に対向する面に溝部５Ｂを形成し、かつ、シュラウドリング３１の前側面に溝部３１Ｂを形成し、バネ部材６１の小径側及び大径側先端部が溝部５Ｂ内及び溝部３１Ｂ内の垂直面に各々当接するようにしてもよい。また、第２の実施形態においては図１７に示すように、図１６と同様に溝部５Ｂ及び溝部３１Ｂを形成し、バネ部材６１の小径側及び大径側先端部が溝部１３Ｂ内及び溝部５Ｂ内の垂直面に各々当接するようにしてもよい。なお、バネ部材６１の小径側及び大径側先端部は、上記垂直面に平行する方向で各々移動自在である。
このような構成によれば、溝部３１Ｂ又は５Ｂが形成されていることで、バネ部材６１が所定の位置から外れることを防止するという効果がある。
【００６３】
また、上記実施形態では、第１ベーン軸４１とノズルベーン本体３８との接続部に第１鍔部４１ａが設けられているが、本発明はかかる構成に限定されるものではなく、例えば図１８に示すように、第１ベーン軸４１の径を第２ベーン軸３９の径よりも太くすることで、第１ベーン軸４１が排気ガスから受ける力を第２ベーン軸３９が受ける力よりも大きくしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】第１の実施形態に係るターボチャージャ１の全体構成を示す概略図である。
【図２】図１における可変ノズルユニット２７周辺の拡大図である。
【図３】第１の実施形態における可変ノズルユニット２７の構成要素であるノズルベーン３７の斜視図である。
【図４】第１の実施形態におけるバネ部材６１の概略図である。
【図５】第１の実施形態における同期機構４３の背面図である。
【図６】第１の実施形態におけるバネ部材６１が開口部Ｓ１を遮蔽する動作を示す概略図である。
【図７】第１の実施形態のターボチャージャ１及び従来型ターボチャージャを数値解析により比較するためにタービンインペラの上流側と下流側との圧力比を略同一とした状態を示す概略図である
【図８】第１の実施形態のターボチャージャ１及び従来型ターボチャージャにおけるタービンハウジング出口１９での径方向位置における排気ガスの速度分布の数値解析の結果を比較して示した概略図である。
【図９】第１の実施形態のターボチャージャ１及び従来型ターボチャージャにおけるタービンの効率の数値解析の結果を比較して示した概略図である。
【図１０】第１の実施形態のターボチャージャ１及び従来型ターボチャージャを実測により比較するためにタービンインペラの上流側と下流側との圧力比を略同一とした状態を示す概略図である。
【図１１】第１の実施形態のターボチャージャ１及び従来型ターボチャージャにおけるタービンの効率の実測の結果を比較して示した概略図である。
【図１２】第２の実施形態に係るターボチャージャ１Ａにおける可変ノズルユニット２７周辺の拡大図である。
【図１３】第２の実施形態におけるバネ部材６１が開口部Ｓ１を遮蔽する動作を示す概略図である。
【図１４】第１の実施形態におけるバネ部材６１の設置方法について、第１の変形例を示す概略図である。
【図１５】第２の実施形態におけるバネ部材６１の設置方法について、第１の変形例を示す概略図である。
【図１６】第１の実施形態におけるバネ部材６１の設置方法について、第２の変形例を示す概略図である。
【図１７】第２の実施形態におけるバネ部材６１の設置方法について、第２の変形例を示す概略図である。
【図１８】第１及び第２の実施形態におけるノズルベーン３７の他の形状を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６５】
１…ターボチャージャ、３…軸受けハウジング、５…タービンハウジング、１３…タービンインペラ、１７…タービンスクロール流路、２７…可変ノズルユニット（排気ノズル）、２９…ノズルリング（第２排気導入壁）、２９ａ…第２孔部、３１…シュラウドリング（第１排気導入壁）、３１ａ…第１孔部、３７…ノズルベーン、３９…第２ベーン軸（第２支持軸）、４１…第１ベーン軸（第１支持軸）、４１ａ…第１鍔部（面部）、６１…バネ部材（シール部材）、６２…リング部材、６２Ａ…円筒部、６２Ｂ…第３鍔部（鍔部）、Ｓ…隙間、Ｓ１…開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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