(57)【要約】【課題】可変ノズルを駆動する摺動部材や当該摺動部材の近傍にエステル化したデポジットが堆積されていくことを、よりシンプルな構造にて抑制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】可変ノズル６３を備えたターボチャージャ１において、ターボチャージャ１は、軸受側ハウジング１３および排気側ハウジング１２の両ハウジングにより形成される収容空間１５にタービンインペラ２２と可変ノズル６３が収容され、両ハウジングの少なくとも１つの外側から収容空間１５の内側へと挿通されて可変ノズル６３を駆動する摺動部材４１を有し、摺動部材４１の表面の少なくとも一部には、撥油性を有するフッ素樹脂層が形成されている、ターボチャージャ。【選択図】図１
2014111904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変ノズルを備えたターボチャージャにおいて、
前記ターボチャージャは、軸受側ハウジングおよび排気側ハウジングの両ハウジングにより形成される収容空間にタービンインペラと前記可変ノズルが収容され、前記両ハウジングの少なくとも１つの外側から前記収容空間の内側へと挿通されて前記可変ノズルを駆動する摺動部材を有し、
前記摺動部材の表面の少なくとも一部には、撥油性を有するフッ素樹脂層が形成されている、
ターボチャージャ。
【請求項２】
可変ノズルを備えたターボチャージャにおいて、
前記ターボチャージャは、軸受側ハウジングおよび排気側ハウジングの両ハウジングにより形成される収容空間にタービンインペラと前記可変ノズルが収容され、前記両ハウジングの少なくとも１つの外側から前記収容空間の内側へと挿通されて前記可変ノズルを駆動する摺動部材を有し、
前記摺動部材と接触または近接する前記両ハウジングの少なくとも１つの表面の少なくとも一部には、撥油性を有するフッ素樹脂層が形成されている、
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、可変ノズルを備えたターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の車両等に搭載される内燃機関は、小型軽量化、出力及び燃費の向上等を目的として、アイドリング程度の非常に低回転の領域から過給を可能とする可変ノズルを備えたターボチャージャを搭載したものが増加傾向にある。そして可変ノズルを備えたターボチャージャにおいて、可変ノズルの駆動機構の摺動部に種々の提案がなされている。
例えば特許文献１に記載された従来技術には、可変ノズル機構によりタービンの容量を可変とした可変容量型過給機において、可変ノズル機構を構成する部材のうち相手部材に摺接する摺動部材の表面及び微小間隙部を形成する隣り合う２部材の何れか一方または双方に、炭素系乾性膜を形成して摺動抵抗を低減させる、可変容量型過給機の表面処理構造が記載されている。
また、特許文献２に記載された従来技術には、可変ノズル機構のノズルベーンの翼角を設定するピンとして、母材であるオーステナイト系ステンレスにＡｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、及びＮからなる物理気相蒸着した硬質皮膜にて被覆された耐摩耗性が高いピンを用いる、ターボチャージャが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１３８００５号公報
【特許文献２】特開２００８−９５５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の構造によっては、特許文献１及び特許文献２によっても、可変ノズルの駆動機構の摺動性が十分に維持できない場合が存在した。例えば、ディーゼルエンジンには、燃料添加弁、ターボチャージャ、酸化触媒、及び排気ガス中の粒子状物質を捕集するＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｆｉｌｔｅｒ）を、排気ガス経路中に備えるものがある。このようなディーゼルエンジンでは、ＤＰＦの捕集能力を再生するために、排気ガス経路中においてターボチャージャの上流から燃料を添加し、ターボチャージャにて撹拌及び均一化した燃料を、酸化触媒上で酸化反応させて排気ガスの温度を上昇させ、ＤＰＦ上の粒子状物質を焼却し、ＤＰＦ目詰まりを防止して捕集能力を再生させている。
排ガス経路中においてターボチャージャの上流から燃料が添加されるＤＰＦの再生が行われた場合、可変ノズルを駆動する摺動部材のわずかな隙間から漏れる排気ガスに含まれるスス、オイル、未燃燃料等により、エステル化したデポジットが固着及び堆積することがある。このデポジットの堆積量が増加していくと、可変ノズルを駆動するための摺動部材の動作に影響を与える。
特許文献１及び特許文献２のいずれも、可変ノズルを駆動する摺動部材や当該摺動部材の近傍にエステル化したデポジットが堆積されていく点について考慮がなされていない。摺動抵抗を低減する炭素系乾性膜（特許文献１）、耐摩耗性を向上させる硬質皮膜（特許文献２）、のいずれもエステル化したデポジットの堆積への有効な対策にはならない。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、可変ノズルを駆動する摺動部材や当該摺動部材の近傍にエステル化したデポジットが堆積されていくことを、よりシンプルな構造にて抑制することができるターボチャージャを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明に係るターボチャージャは次の手段をとる。
まず、本発明の第１の発明は、可変ノズルを備えたターボチャージャにおいて、前記ターボチャージャは、軸受側ハウジングおよび排気側ハウジングの両ハウジングにより形成される収容空間にタービンインペラと前記可変ノズルが収容され、前記両ハウジングの少なくとも１つの外側から前記収容空間の内側へと挿通されて前記可変ノズルを駆動する摺動部材を有し、前記摺動部材の表面の少なくとも一部には、撥油性を有するフッ素樹脂層が形成されている、ターボチャージャである。
【０００６】
この第１の発明では、可変ノズルを駆動する摺動部材の表面の少なくとも一部には、撥油性を有するフッ素樹脂層が形成されている。
これにより、摺動部材にエステル化したデポジットが固着しても、撥油性を有するフッ素樹脂層にてデポジットが摺動部材に強固に固着されず、摺動部材の摺動によって、固着したデポジットを低荷重で剥がし落とすことができる。従って、可変ノズルを駆動する摺動部材にエステル化したデポジットが堆積されていくことを、よりシンプルな構造にて抑制することができる。
【０００７】
次に、本発明の第２の発明は、可変ノズルを備えたターボチャージャにおいて、前記ターボチャージャは、軸受側ハウジングおよび排気側ハウジングの両ハウジングにより形成される収容空間にタービンインペラと前記可変ノズルが収容され、前記両ハウジングの少なくとも１つの外側から前記収容空間の内側へと挿通されて前記可変ノズルを駆動する摺動部材を有し、前記摺動部材と接触または近接する前記両ハウジングの少なくとも１つの表面の少なくとも一部には、撥油性を有するフッ素樹脂層が形成されている、ターボチャージャである。
【０００８】
この第２の発明では、摺動部材と接触または近接する両ハウジングの少なくとも１つの表面の少なくとも一部には、撥油性を有するフッ素樹脂層が形成されている。
このように、適切な個所にフッ素樹脂層を形成することで、摺動部材や当該摺動部材の近傍にエステル化したデポジットが堆積されていくことを、よりシンプルな構造にて抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ターボチャージャの全体構造を説明する概略図である。
【図２】ターボチャージャにおいて、可変ノズルを駆動する機構の例を説明する斜視図である。
【図３】第３リンク（摺動部材に相当）及び第３リンクの周囲を説明する断面図であり、フッ素樹脂層を形成する位置の例を説明する図である。
【図４】第３リンクの斜視図であり、フッ素樹脂層を形成する位置におけるその他の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。
●［ターボチャージャ１の全体構造（図１、図２）］
まず図１の概略図を用いて、ターボチャージャ１の全体構造について説明する。
ターボチャージャ１は、タービンシャフト２３、吸気側インペラ２１、排気側インペラ２２（タービンインペラに相当）、吸気側ハウジング１１、排気側ハウジング１２、軸受側ハウジング１３、可変ノズル６３等を備えている。そして可変ノズル６３を駆動する機構として、アクチュエータ５０、動力伝達部材（第１リンク５３、第２リンク４３、第３リンク４１、旋回リング４２）、可変ノズル６３の開度（アクチュエータ５０の動作量）を検出する開度検出手段５１等を備えている。なお、第３リンクが摺動部材に相当する。
【００１１】
タービンシャフト２３の軸方向の一方端には吸気側インペラ２１が設けられ、タービンシャフト２３の他方端には排気側インペラ２２が設けられている。
吸気側ハウジング１１は、吸気側インペラ２１の周囲を覆い、エアクリーナ等からの空気が流入する吸気側流入口３１Ａと、吸気側インペラ２１にて過給した空気をエンジン（内燃機関に相当）に向けて吐出する吸気側流出口３１Ｂと、が接続されている。
排気側ハウジング１２は、排気側インペラ２２の周囲を覆い、エンジンからの排気ガスが流入する排気側流入口３２Ａと、排気側インペラ２２を回転駆動した後の排気ガスをＤＰＦ７０等の浄化装置に向けて吐出する排気側流出口３２Ｂと、が接続されている。
また排気側流出口３２Ｂの先には排気ガス中の粒子状物質を捕集するＤＰＦ７０が設けられており、排気側流入口３２Ａには、ＤＰＦ７０の捕集能力を再生する昇温を行うための燃料を添加する燃料添加弁７１が設けられている。なお、本実施形態では、ＤＰＦ７０上に酸化触媒が担持されている。
軸受側ハウジング１３は、タービンシャフト２３を回転可能に支持してタービンシャフト２３の周囲を覆い、軸方向の一方端が吸気側ハウジング１１に接続され、他方端が排気側ハウジング１２に接続されている。
【００１２】
可変ノズル６３は、排気側ハウジング１２内または軸受側ハウジング１３後端に設けられて、排気側流入口３２Ａから排気側インペラ２２に至る流路の面積を調節する。
なお、排気側インペラ２２と可変ノズル６３は、軸受側ハウジング１３及び排気側ハウジング１２の両ハウジングにより形成される収容空間１５に収容されている。
アクチュエータ５０は、例えば電動モータであり、吸気側ハウジング１１に設けられ、動力伝達部材（第１リンク５３、第２リンク４３、第３リンク４１、旋回リング４２）を介して可変ノズル６３を駆動する。
そして、開度検出手段５１は、可変ノズル６３の開度を検出するためのセンサであり、例えばアクチュエータ５０の動作量（回転角度等）を検出し、間接的に可変ノズル６３の開度を検出する。
【００１３】
次に図２を用いて、動力伝達部材（第１リンク５３、第２リンク４３、第３リンク４１、旋回リング４２）等について説明する。なお図２は、説明のために軸受側ハウジング１３の一部の記載を省略した斜視図である。
軸受側ハウジング１３には、排気側インペラ２２、支持軸６３Ａ回りに旋回可能な可変ノズル６３が設けられている。支持軸６３Ａには従動アーム６３Ｂが接続され、従動アーム６３Ｂは旋回リング４２に係合されている。そして旋回リング４２が図２中の（開側）あるいは（閉側）に旋回すると、従動アーム６３Ｂを介して支持軸６３Ａが旋回してそれぞれの可変ノズル６３が旋回し、隣り合う可変ノズルとの間隔が変化することで、排気ガスの流路の面積が調節される。
また軸受側ハウジング１３には、第３リンク４１の旋回軸部４１Ａが貫通孔１３Ｋ（図３参照）に挿通され、旋回軸部４１Ａには駆動アーム４１Ｃが接続され、駆動アーム４１Ｃは旋回リング４２に係合されている。そしてアクチュエータ５０の回転動力は、第１リンク５３及び第２リンク４３を介して第３リンク４１に伝達され、旋回軸部４１Ａ回りに第３リンク４１及び駆動アーム４１Ｃ及び旋回リング４２を旋回させることで、可変ノズル６３を旋回させる。
【００１４】
●［フッ素樹脂層の形成位置（図３）］
次に、第３リンク４１の周囲の断面図を示す図３を用いて、フッ素樹脂コーティングの位置（フッ素樹脂層の形成位置）について説明する。
図１に示すように、排気側流入口３２Ａに設けられた燃料添加弁７１から添加（噴射）された燃料は、排気側インペラ２２にて撹拌及び均一化されて排気側流出口３２Ｂへ吐出され、ＤＰＦ７０に到達してＤＰＦ７０の位置で燃焼してＤＰＦ７０を昇温し、ＤＰＦ７０における粒子状物質の捕集能力を再生する。
【００１５】
ここで、図１及び図３に示すように、可変ノズルを駆動する動力伝達部材の１つである第３リンク４１は、軸受側ハウジング１３の外側から収容空間１５の内側へと挿通されているので、この位置には軸受側ハウジング１３の外側と内側を連通する貫通孔１３Ｋ（図３参照）が形成されている。
従って図３に示すように、貫通孔１３Ｋと第３リンク４１との間には微細な隙間が形成され、この隙間を通って排気ガス中の微量のスス、オイル、未燃燃料等が軸受側ハウジング１３の内側から外側へと漏れる可能性がある。
特に、前記隙間において第３リンク４１の温度が２００［℃］付近の温度となっている場合、未燃燃料成分がエステル化したデポジットの固着力がほぼ最大となり、デポジットが第３リンク４１の旋回軸部４１Ａの表面に強固に固着し、このデポジットが堆積することがある。固着したデポジットが堆積していくと、やがて第３リンク４１の旋回軸部４１Ａが貫通孔１３Ｋ内で固着する可能性があるので、デポジットを第３リンク４１に固着させない、あるいは、たとえデポジットが第３リンク４１に固着しても低荷重で（比較的容易に）剥がせるようにする必要がある。
そこで、デポジットが強固に固着されることを回避するために、デポジットが固着する個所に、予め撥油性を有するコーティングを施しておく。なお撥油性を有するコーティングとして、本実施の形態では耐熱性をも考慮してフッ素樹脂にてコーティングする（フッ素樹脂層を形成する）。
撥油性を有するフッ素樹脂にてコーティングしておくことで、デポジットが第３リンク４１に固着することを抑制する（貼り付きにくくする）。また、たとえデポジットが第３リンク４１に固着したとしても、フッ素樹脂層の撥油性によって固着力が低減されているので、第３リンク４１の摺動によって低荷重で比較的容易に剥がし落とすことができる。
【００１６】
また、フッ素樹脂をコーティングする位置には、種々の位置が考えられるが、例えば図３において、第３リンク４１の旋回軸部４１Ａにおいて貫通孔１３Ｋの内壁と接触または近接している摺動面４１Ｈの表面にフッ素樹脂をコーティングすればよい。この場合、第３リンク４１の表面の少なくとも一部をコーティングすることになるが、第３リンク４１の全体の表面をフッ素樹脂でコーティングしてもよい。
また他の位置としては、図３に示すように、軸受側ハウジング１３の貫通孔１３Ｋの内壁において旋回軸部４１Ａと接触または近接している内壁面１３Ｈにフッ素樹脂をコーティングしてもよい。この場合、貫通孔１３Ｋに挿通された第３リンク４１と、貫通孔１３Ｋの内壁を含む軸受側ハウジング１３と、が接触または近接する個所の表面であって、第３リンク４１の表面または軸受側ハウジング１３の表面、の少なくとも一部をフッ素樹脂にてコーティングする（少なくとも一部にフッ素樹脂層を形成する）ことになる。
また図４に示すように、旋回軸部４１Ａ及びアーム４１Ｂを有する第３リンク４１において、旋回軸部４１Ａの表面４１Ｍと、アーム部材４１Ｂにおける旋回軸部４１Ａの側の表面４１Ｎを、フッ素樹脂にてコーティングするようにしてもよい。この場合、第３リンク４１の少なくとも一部をフッ素樹脂にてコーティングする（少なくとも一部にフッ素樹脂層を形成する）ことになる。
【００１７】
以上、本実施の形態にて説明したターボチャージャ１は、第３リンク４１及び第３リンク４１の周辺において、未燃燃料がエステル化したデポジットが固着して第３リンク４１の摺動に影響を及ぼす可能性が考えられる個所に、撥油性を有するフッ素樹脂をコーティングする（フッ素樹脂層を形成する）という非常にシンプルな構造にて、デポジットが堆積していくことを抑制することができる。
これにより、第３リンク４１の動作不良を未然に防止することができる。
【００１８】
本発明のターボチャージャ１は、本実施の形態で説明した構成、構造、動作等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
コーティングに使用するフッ素樹脂には、種々のものを用いることができるが、耐熱性のより高いものが好ましい。
また、フッ素樹脂のコーティング方法は特に限定しないが、コーティングの耐久性をより向上させるために２重、３重等の重ね塗りにてフッ素樹脂をコーティングすることが、より好ましい。
また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。
また、本実施の形態では、ターボチャージャの上流側に燃料添加弁を配置したが、燃料添加弁は必須ではない。例えば、エンジンにおいては、エンジン本体の膨張行程の末期、または排気行程において、燃焼室内にて燃料を噴射し、排気ガス中に未燃燃料を供給するものがある。本発明は、前記の如く燃料添加弁の有無によらず、排気ガス経路中のターボチャージャの上流側より、未燃燃料が供給されるエンジンにおいても、第３リンク（摺動部材）の動作不良を防止することができる。
また、本実施の形態では、摺動部材である第３リンクの旋回軸が、軸受側ハウジングの貫通孔に挿通された例を説明したが、排気側ハウジングに貫通孔を形成して排気側ハウジングの貫通孔に第３リンクを挿通するようにしてもよいし、軸受側ハウジングと排気側ハウジングの両ハウジングを貫通する貫通孔を形成して当該貫通孔に第３リンクを挿通するようにしてもよい。このように、第３リンクは、軸受側ハウジング及び排気側ハウジングの両ハウジングの少なくとも１つの外側から収容空間の内側へと挿通されていればよい。
また、本実施の形態では、第３リンクの表面と、第３リンクに接触または近接する軸受側ハウジングの表面と、の少なくとも一部にフッ素樹脂層を形成する例を説明したが、第３リンクの表面と、第３リンクに接触または近接する軸受側ハウジングと排気側ハウジングの少なくとも１つの表面と、の少なくとも一部にフッ素樹脂層を形成するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００１９】
１        ターボチャージャ
１１      吸気側ハウジング
１２      排気側ハウジング
１３      軸受側ハウジング
１３Ｋ    貫通孔
１５      収容空間
２１      吸気側インペラ
２２      排気側インペラ（タービンインペラ）
２３      タービンシャフト
３１Ａ    吸気側流入口
３１Ｂ    吸気側流出口
３２Ａ    排気側流入口
３２Ｂ    排気側流出口
４１      第３リンク（摺動部材）
４１Ａ    旋回軸部
４１Ｂ    アーム
５０      アクチュエータ
６３      可変ノズル
７０      ＤＰＦ
７１      燃料添加弁
【図１】
2014111904.tif 000003
【図２】
2014111904.tif 000004
【図３】
2014111904.tif 000005
【図４】
2014111904.tif 000006