(57)【要約】【課題】高いシール性により排気ガスの洩れを抑えることのできる可変容量型ターボチャージャを提供すること。【解決手段】タービンインペラの回転軸周りに配列された複数のノズルベーンを有するとともに、それらノズルベーンを傾動させる傾動機構を有し、その傾動機構をハウジングに設けられている軸受に貫通して設けられている駆動軸を介してアクチュエータで駆動させてノズルベーン間の開度を調整し、タービンインペラに供給される排気ガスの流量を調整する可変容量型ターボチャージャであって、ハウジングに設けられた軸受と、その軸受に貫通して設けられ、その軸受に対向する駆動軸の部分の周囲の一部に設けられた環状溝と、その環状溝に装着されたシールリングとを有することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンインペラの回転軸周りに所定の間隔を保って配列された複数のノズルベーンを有するとともに、それらノズルベーンを傾動させる傾動機構を有し、その傾動機構をハウジングに設けられている軸受に貫通して設けられている駆動軸を介して外部に設けられているアクチュエータで駆動させて各ノズルベーン間の開度を調整し、上記タービンインペラに供給される排気ガスの流量を調整する可変容量型ターボチャージャであって、
前記ハウジングに設けられた軸受と、
前記軸受に貫通して設けられ、その軸受に対向する前記駆動軸の部分の周囲の一部に設けられた環状溝と、
前記環状溝に装着されたシールリングと、
を有することを特徴とする可変容量型ターボチャージャ。
【請求項２】
前記環状溝は、前記傾動機構に近い側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の可変容量型ターボチャージャ。
【請求項３】
前記駆動軸の前記環状溝よりも前記傾動機構側は、その傾動機構側と反対側より小径に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変容量型ターボチャージャ。
【請求項４】
前記軸受の前記傾動機構側と反対側の入口部分には、テーパーが形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の可変容量型ターボチャージャ。
【請求項５】
前記軸受の前記傾動機構側の入口部分の外周には、えぐりが形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の可変容量型ターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は可変容量型ターボチャージャ係り、特に、排気ガスのシール性を高めることができるようにしたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャ（過給機）は、内燃機関の排気ガスによりタービンインペラを回転駆動させるとともに、そのタービンインペラに連結された回転軸を回転させ、この回転軸の回転駆動によって圧縮機を作動させて気体を圧縮し、高圧になった気体を内燃機関に供給することで、内燃機関の出力や効率を向上させるようにしている。
ターボチャージャのうち、特許文献１に示されるような可変容量型ターボチャージャは、タービンインペラの回転軸周りに所定の間隔を保って配列された複数のノズルベーンを有している。そして、各ノズルベーンは、アクチュエータに接続されたリンク機構を介して駆動される駆動機構により各ノズルベーン間の開度が調整され、タービンインペラに供給される排気ガスの流量を調整することができるように構成されている。
上述のように、可変容量型ターボチャージャは、ノズルベーンの傾動の調整によりタービンインペラに供給される排気ガスの流速を変化させることができるので、低回転のときでも高圧になった気体を内燃機関に供給することが可能となる。したがって、可変容量型ターボチャージャがガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の車載用のエンジンに用いられる場合は、低回転域から高回転域までの広い範囲に亘り低燃費化等の性能向上や出力向上等を実現させることができる。
【０００３】
上記ノズルベーンは、駆動機構のリンク板を回転させて各ノズルベーン間の開度が調整されるように構成されている。そしてそのリンク板は、ケーシングに設けられた軸受に貫通して設けられている駆動軸の一端側に連結され、その駆動軸の一端側はアクチュエータに接続されたリンク機構のリンク棒に連結されている。すなわち、可変容量型ターボチャージャの内部に設けられているノズルベーンの駆動機構は、可変容量型ターボチャージャの軸受に貫通して設けられている駆動軸を介して外部に設けられているアクチュエータと接続される構造を呈している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１９７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の可変容量型ターボチャージャは、ノズルベーンの駆動機構が可変容量型ターボチャージャの軸受に貫通して設けられている駆動軸を介して外部に設けられているアクチュエータと接続される構造を呈しているので、その駆動軸の隙間、すなわち、軸受の内周面壁と駆動軸の外周面との間隙から可変容量型ターボチャージャ内の排気ガスが外部に洩れ、臭気が外部に洩れるという課題を有している。
上述のような課題を解決するために、上記特許文献１には、軸受の内周面壁を内径の異なる二段に構成し、その二段のうちの大径部分に対向する駆動軸の外周にシールリングを設けることが開示されている。しかし、このように、単に軸受の内周面壁の大径部分に対向する駆動軸の外周にシールリングを設けた場合は、シールリングの内側からの排気ガスの洩れを抑えることができず、高いシール性を期待することはできない。
また、特許文献１に示されるシールリングを駆動軸の外周に設けた環状溝に装着するようにしても、シールリングの内側からの排気ガスの洩れを抑えることができず、やはり高いシール性を期待することはできない。
【０００６】
しかも、近年の自動車の高級化に伴って、駆動軸部からは排気ガスの洩れだけでなく、液体状態の未燃燃料の洩れ防止も要求されるようになってきている。例えば、排気ガス規制により、排気ガス中の粒子状物質をフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）で取り除くことが行われている。ＤＰＦによって、粒子状物質を捕集し続けていくと、ＤＰＦが目詰まりを起こしてしまうので、何らかの手段によって、ＤＰＦから粒子状物質を除去する必要がある。ＤＰＦを除去する方法としては様々なものがあるが、その一つとして、排気温度を高めることによりＤＰＦにおける粒子状物質の燃焼に必要な温度を確保する燃料噴射を行う方法がある。燃料噴射を行う方法としては、ターボチャージャの上流側（エンジンの排気マニホールドとターボチャージャのタービンハウジングとの間）に燃料を噴射するものがある。この方法によれば、噴射した燃料がターボチャージャで燃焼しやすいように拡散された状態になるというメリットがある。しかし、未燃燃料がターボチャージャを通るため、駆動軸部からの油洩れ等を防止することが求められている。したがって、近年では、この洩れも防止して、臭気や汚損等を防止することが要求されるようになっている。
つまり、駆動軸部に対しては、従来以上の極めて高いシール性が要求されるようになってきている。
【０００７】
そこで、本発明に係る可変容量型ターボチャージャは、上記要望に応えるためになされたものであって、その目的は、駆動軸部のシール性をより向上させることのできる可変容量型ターボチャージャを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る可変容量型ターボチャージャは、上記目的を達成するために、タービンインペラの回転軸周りに所定の間隔を保って配列された複数のノズルベーンを有するとともに、それらノズルベーンを傾動させる傾動機構を有し、その傾動機構をハウジングに設けられている軸受に貫通して設けられている駆動軸を介して外部に設けられているアクチュエータで駆動させて各ノズルベーン間の開度を調整し、上記タービンインペラに供給される排気ガスの流量を調整する可変容量型ターボチャージャであって、前記ハウジングに設けられた軸受と、その軸受に貫通して設けられ、その軸受に対向する前記駆動軸の部分の周囲の一部に設けられた環状溝と、その環状溝に装着されたシールリングとを有することを特徴としている。
上記構成からなる可変容量型ターボチャージャにおいて、環状溝に装着されたシールリングは、傾動機構側の排気ガスが駆動軸の周りから外部に漏出するのを阻止するように作用する。
【０００９】
また、本発明に係る可変容量型ターボチャージャは、環状溝は傾動機構に近い側に設けられることを特徴としている。
上記構成からなる可変容量型ターボチャージャは、シールリングが設けられている位置よりも外側への排気ガスの移動を阻止するように作用する。
【００１０】
そして、本発明に係る可変容量型ターボチャージャは、駆動軸の環状溝よりも前記傾動機構側はその傾動機構側と反対側より小径に形成されていることを特徴としている。
上記構成からなる可変容量型ターボチャージャは、シールリングの傾動機構側が排気ガスの圧力で押圧され、その反対側が環状溝の側壁面に密着されるように作用する。
【００１１】
さらに、本発明に係る可変容量型ターボチャージャは、軸受の前記傾動機構側と反対側の入口部分にはテーパーが形成されていることを特徴としている。
上記構成からなる可変容量型ターボチャージャは、形成されているテーパーがシールリングを装着した駆動軸の挿入案内の役目を果たすように作用する。
【００１２】
また、本発明に係る可変容量型ターボチャージャは、軸受の傾動機構側の入口部分の外周にはえぐりが形成されていることを特徴としている。
上記構成からなる可変容量型ターボチャージャは、えぐりが両脇の同期用伝達リンクと軸受とが接触するのを防止するように作用する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る可変容量型ターボチャージャは、駆動軸に設けれた環状溝に装着されたシールリングにより、高いシール性を実現することができ、傾動機構側のガスが駆動軸の周りから外部に漏出するのを効果的に阻止することができる。したがって、本発明に係る可変容量型ターボチャージャは、排気ガス及び液体状態の未燃燃料の洩れを防止することができ、臭気や汚損等を効果的に防止することができる。
また、本発明に係る可変容量型ターボチャージャは、シールリングを装着する環状溝が傾動機構に近い側に設けたときは、そのシールリングが設けられている位置よりも外側へのガスの移動を阻止できるので、排気ガスや液体状態の未燃燃料に伴う汚染物の生成を効果的に防止することができ、軸受に対する駆動軸の軸支状態を円滑に保つことができる。
そして、本発明に係る可変容量型ターボチャージャは、駆動軸がシールリングの装着される環状溝よりも傾動機構側が小径に形成されているときは、シールリングの傾動機構側の側面を排気ガスの圧力で押圧することができるので、その側面の反対側を環状溝の側壁面に密着させることができ、極めて高いシール性を実現することができる。
さらに、本発明に係る可変容量型ターボチャージャは、軸受の傾動機構側と反対側の入口部分にテーパーを形成したときは、シールリングを装着した駆動軸の挿入案内の役目を果たすことができる。
また、本発明に係る可変容量型ターボチャージャは、軸受の傾動機構側の入口部分の外周にえぐりを形成したときは、両脇の同期用伝達リンクが軸受に接触するのを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１における駆動軸部分の拡大図である。
【図３】本発明の駆動軸部分の作用を説明する図である。
【図４】本発明の軸受に設けられたテーパーの作用を説明する図である。
【図５】本発明の軸受に設けられたえぐりの作用を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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について、図面を用いて説明する。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の概略構成を示す断面図であって、この可変容量型ターボチャージャＴは、ベアリングハウジング１ａ、タービンハウジング１ｂ及びコンプレッサハウジング１ｃからなるハウジング１を有している。このうち、ベアリングハウジング１ａは中央部分に位置し、タービンハウジング１ｂはベアリングハウジング１ａの一端側（図示の例では左端側）周縁部に締結ボルトを介して設けられ、コンプレッサハウジング１ｃはベアリングハウジング１ａの他端側（図示の例では右端側）周縁部に締結ボルトを介して設けられている。
【００１６】
ベアリングハウジング１ａ内には、水平方向に延びるタービン軸２が図示しないベアリングを介して回転自在に軸支されている。そして、このタービン軸２の一端側（図示の例では左端側）にはタービンインペラ３が一体的に連結され、他端側（図示の例では右端側）にはコンプレッサインペラ４が一体的に連結されている。なお、タービンインペラ３はタービンハウジング１ｂ内に配置され、コンプレッサインペラ４はコンプレッサハウジング１ｃ内に配置されるように構成されている。
【００１７】
タービンハウジング１ｂは、タービンインペラ３の径方向外側に設けられるタービンスクロール流路５を有するとともに、タービン軸２の軸心方向で、かつ、そのタービン軸２と反対側に開口する、排気ガスの排気口であるタービンハウジング出口６を有している。また、タービンハウジング１ｂ内のタービンインペラ３の径方向外側には略環状を呈する、本発明の傾動機構に相当する可変ノズルユニットＮが設置されている。
【００１８】
タービンスクロール流路５は、タービンインペラ３を囲んで略環状に形成されているとともに、このタービンスクロール流路５は、排気ガスを導入するための図示しないガス流入口と連通されている。また、タービンスクロール流路５及びタービンハウジング出口６間に形成される空間（流路）には、可変ノズルユニットＮの後述するノズルベーンが配置されるように構成されている。なお、図示しないが、タービンハウジング出口６は、排気ガス浄化装置に接続されている。
【００１９】
コンプレッサハウジング１ｃには、タービン軸２の軸心方向で、かつ、そのタービン軸２と反対側に開口する吸気口７が形成されている。この吸気口７は、図示しないエアクリーナに接続されている。また、ベアリングハウジング１ａとコンプレッサハウジング１ｃとの間には、空気を圧縮して昇圧するディフューザ流路８がコンプレッサインペラ４の径方向外側で略環状に形成されている。このディフューザ流路８は、コンプレッサインペラ４の設置箇所を介して吸気口７と連通されている。
さらに、コンプレッサハウジング１ｃは、コンプレッサインペラ４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９が形成されていているとともに、このコンプレッサスクロール流路９は、ディフューザ流路８と連通されている。なお、コンプレッサスクロール流路９は、図示しないエンジンの吸気口と連通されている。
【００２０】
可変ノズルユニットＮについては、本出願人の先願で公知であるので、詳しい説明はその先願に譲るが、この可変ノズルユニットＮは、タービンスクロール流路５及びタービンハウジング出口６間に形成される空間（流路）に、シュラウドリング１０及びノズルリング１１間の周囲に所定の等間隔を保って設けられた複数のノズルベーン１２が支軸１３を介して回動自在に設けられている。そして、各ノズルベーン１２の支軸１３は、それぞれ同期用伝達リンク１４に接続されていて、これら同期用伝達リンク１４は、回動自在に設けられている駆動リング１５に連結されている。
【００２１】
上記駆動リング１５は、駆動軸１６の一端側（図示の例では左端側）に連結された駆動用伝達リンク１７に連結されている。この駆動軸１６は、ベアリングハウジング１ａに設けられた軸受１８に貫通して軸支されている。そして、この駆動軸１６の他端側には、ベアリングハウジング１ａの外側に位置するアクチュエータＡと駆動レバー１９を介して連結されている。
上記構成からなる可変ノズルユニットＮは、少ない部品点数で高精度の可変ノズルユニットを低コストで実現することができる特長を有している。
【００２２】
本発明の特徴的構成である駆動軸１６の部分を説明する前に、上記構成からなる可変容量型ターボチャージャＴの動作を説明する。
この可変容量型ターボチャージャＴおいて、図示しないエンジンの排気口から排出された排気ガスはタービンスクロール流路５に導入される。そして、その導入された排気ガスは、シュラウドリング１０及びノズルリング１１間に導入されたのち、タービンハウジング出口６から排出される。
他方、アクチュエータＡは、エンジンの回転数応じて動作される。すなわち、タービンスクロール流路５に導入される排気ガスの流量に応じてアクチュエータＡが作動される。アクチュエータＡの動作は、駆動レバー１９を介して駆動軸１６を回転させ、その駆動軸１６の端部に設けられた駆動用伝達リンク１７を介して駆動リング１５を回転駆動させる。この駆動リング１５が回転駆動することにより、各同期用伝達リンク１４を介して各ノズルベーン１２の角度を同期して傾動（可変）させ、シュラウドリング１０及びノズルリング１１間の開口面積が変化させられる。そして、この開口面積の変化により、タービンインペラ３に供給される排気ガスの流量が調節される。
【００２３】
上述のように、可変容量型ターボチャージャＴは、ノズルベーン１２の傾動の調整によりタービンインペラ３に供給される排気ガスの流速を変化させることができるので、エンジンの低回転のときでも高圧になった気体を内燃機関に供給することが可能となる。したがって、この可変容量型ターボチャージャＴがガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の車載用のエンジンに用いる場合は、低回転域から高回転域までの広い範囲に亘り低燃費化等の性能向上や出力向上等を実現させることができる
【００２４】
次に、本発明の特徴的構成である駆動軸１６の部分を図２を用いて説明する。この図２は、図１の駆動軸１６部分の拡大図であり、この図の左側が可変ノズルユニットＮ側である。
ベアリングハウジング１ａに設けられた軸受１８に貫通して軸支されている駆動軸１６は、軸受１８の内径よりもわずかに小さい外径を有する大径部１６ａと、その大径部１６ａの左側、すなわち、可変ノズルユニットＮ側寄りで、かつ、軸受１８に対向する部分に形成された大径部１６ａの外径よりも小径で、後述するシールリングの内径よりも大きい小径部１６ｂと、大径部１６ａ及び小径部１６ｂ間に設けられた環状溝１６ｃとを有している。この環状溝１６ｃの幅（駆動軸１６の軸心方向の長さ）は、この環状溝１６ｃに装着されるシールリング２０の幅より少し大きく形成されている。また、この環状溝１６ｃの深さは、シールリング２０の装着が容易にできるように決められている。このシールリング２０は、合口を有する周知のシールリングからなり、その合口を拡張・伸縮させて環状溝１６ｃに装着することができるように構成されている。
【００２５】
上述のように、シールリング２０が、駆動軸１６の可変ノズルユニットＮ側（高圧側）寄りに設けられているので、タービンスクロール流路５内の排気ガスや液体状態の未燃燃料がタービンハウジング１ｂとノズルリング１１との間を介して駆動リング１５側に流入しても、シールリング２０の位置よりも外側（駆動レバー１９の設けられている側）において駆動軸１６と軸受１８との間に入り込むことがない。したがって、このシールリング２０の位置よりも外側に生成する汚染物、すなわち、排気ガスや液体状態の未燃燃料に伴う汚染物の生成を効果的に防止することができ、軸受１８に対する駆動軸１６の軸支状態を円滑に保つことができる。
しかも、このシールリング２０は、駆動軸１６に小径部１６ｂが設けられているので、図３に示すように、シールリング２０の可変ノズルユニットＮ側が排気ガスの圧力により外側（駆動レバー１９の設けられている側）に押圧される。さらに、シールリング２０は、自身の復元力により軸受１８の内径側に押圧している状態にある。したがって、可変ノズルユニットＮ側と反対側においては、シールリング２０が環状溝１６ｃの側壁面及び軸受１８の内径面に密着することにより、シール効果が一段と高められる。
【００２６】
実験によれば、上記構成のシールリング２０は、上記特許文献１に示されるように、軸受の内周面壁を内径の異なる二段に構成し、その二段のうち、軸受の内周面壁の大径部分に対向する駆動軸の外周に環状溝を設け、その環状溝にシールリングを設けた場合よりも、駆動軸１６及び軸受部１８間の間隙からの排気ガスの排出量を１／５に減らすことができる。
【００２７】
図２中、１８ａは軸受１８に設けられたテーパーである。すなわち、軸受１８のうち、可変ノズルユニットＮ側と反対側の開口の入口部分には、外側（図示の例では右側）に行くにしたがって大径になるテーパー１８ａが形成されている。なお、テーパー１８ａは、図４に示すように、大径側の径Ｒがシールリング２０の変形前の径ｒよりも大きく設計されている。このように、軸受１８にテーパー１８ａが設けられているので、環状溝１６ｃにシールリング２０を装着した駆動軸１６を軸受１８に挿入するときは、そのテーパー１８ａ側から容易に挿入することができる特長がある。
【００２８】
図２中、１８ｂは軸受１８に形成されたえぐりである。すなわち、軸受１８のうち、可変ノズルユニットＮ側の入口部分の外周の部分はえぐられていて、えぐり１８ｂが設けられている。このように、軸受１８にえぐり１８ｂが設けられているので、駆動用伝達リンク１７の両脇に設けられた同期用伝達リンク１４が軸受１８に接触するのを効果的に防止することができる（図５参照）。なお、図５は、可変ノズルユニットＮの一部を軸方向から視た図である。
【００２９】
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して詳説したが、具体的な構成は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において設計変更等が可能である。
例えば、上述の例では軸受１８をベアリングハウジング１ａに設けるようにしたが、この軸受１８を、特許文献１に示されるように、タービンハウジング１ｂに設けるようにしてもよい。
また、上述の例では、シールリング２０は可変ノズルユニットＮ側寄りに設けているが、これを可変ノズルユニットＮ側と反対側寄りに設けるようにしてもよい。この場合は、シールリング２０を装着した駆動軸１６の軸受１８への挿入を容易に行うことができる。
【符号の説明】
【００３０】
Ｔ…可変容量型ターボチャージャ、Ｎ…可変ノズルユニット（傾動機構）、Ａ…アクチュエータ、１…ハウジング、１ａ…ベアリングハウジング、１ｂ…タービンハウジング、１ｃ…コンプレッサハウジング、２…タービン軸、３…タービンインペラ、４…コンプレッサインペラ、５…タービンスクロール流路、６…タービンハウジング出口、７…吸気口、８…ディフューザ流路、９…コンプレッサスクロール流路、１０…シュラウドリング、１１…ノズルリング、１２…ノズルベーン、１３…支軸、１４…同期用伝達リンク、１５…駆動リング、１６…駆動軸、１６ａ…大径部、１６ｂ…小径部、１６ｃ…環状溝、１７…駆動用伝達リンク、１８…軸受、１８ａ…テーパー、１８ｂ…えぐり、１９…駆動レバー、２０…シールリング
【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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