(57)【要約】【課題】  ターボチャージャおよび排気通路部材のフランジの締結部からの排ガスの漏れを簡単な構造で防止する。【解決手段】  ターボチャージャ１１は出口開口部１３ａを取り囲む第１フランジ１４の中心Ｏから偏心するウエイストゲート２２を備え、ウエイストゲート２２の最大開放部２６ａに最も近い第１フランジ１４上の点Ｐ１から周方向両側にそれぞれ９０゜の範囲である第１領域Ｒ１に、ターボチャージャ１１の第１フランジ１４を排気通路部材１２の第２フランジ１５に締結するＶバンド１７のボルト１９を配置したので、ウエイストゲート２２から排出される排ガスの熱で高温になり易い第１フランジ１４上の第１領域Ｒ１を精度良く判定し、そこにボルト１９を配置して強い締結力を加えることで排ガスの漏れを抑制することができる。しかもボルト１９の位置を調整するだけで特別の部材の追加や加工の追加が不要であるため、簡単で低コストである。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャ（１１）の出口開口部（１３ａ）を取り囲むように設けられて径方向外側に向けてテーパーする円形の第１フランジ（１４）の結合面（１４ａ）と、排気通路部材（１２）の入口開口部（１５ａ）を取り囲むように設けられて径方向外側に向けてテーパーする円形の第２フランジ（１６）の結合面（１６ａ）とがガスケット（２１）を挟んで相互に当接し、前記第１フランジ（１４）の第１テーパー面（１４ｂ）および前記第２フランジ（１６）の第２テーパー面（１６ｂ）に当接するＶ字状断面を有し、周方向一カ所において分離するリング状に形成された締結部材（１８）が前記第１フランジ（１４）および前記第２フランジ（１６）の外周に嵌合し、前記締結部材（１８）の分離端部（１８ｄ）どうしをボルト（１９）で相互に接近する方向に締め付けることで、前記ターボチャージャ（１１）および前記排気通路部材（１２）を一体に結合するフランジの結合構造であって、
前記ターボチャージャ（１１）は前記第１フランジ（１４）の中心（Ｏ）から偏心するウエイストゲート（２２）を備え、前記ウエイストゲート（２２）の最大開放部（２６ａ）に最も近い前記第１フランジ（１４）上の点（Ｐ１）から周方向両側にそれぞれ９０゜の範囲である第１領域（Ｒ１）に前記ボルト（１９）を配置したことを特徴とするフランジの締結構造。
【請求項２】
前記ターボチャージャ（１１）は前記第１フランジ（１４）の中心（Ｏ）から偏心するタービン出口部（２３）を備え、前記タービン出口部（２３）に最も近い前記第１フランジ（１４）上の点（Ｐ２）から周方向両側にそれぞれ９０゜の範囲を第２領域（Ｒ２）としたとき、前記第１領域（Ｒ１）および前記第２領域（Ｒ２）が重なる第３領域（Ｒ３）に前記ボルト（１９）を配置したことを特徴とする、請求項１に記載のフランジの締結構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャの出口開口部を取り囲む第１フランジと、排気通路部材の入口開口部を取り囲む第２フランジとをガスケットを挟んで相互に当接させ、第１フランジおよび第２フランジに嵌合するリング状の締結部材をボルトで締め付けることで、ターボチャージャおよび排気通路部材を一体に結合するフランジの結合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャの出口開口部に設けたフランジと触媒コンバータの入口開口部に設けたフランジとを突き合わせ、両フランジの外周にリング状の締結部材を嵌合させてボルトで締結することで、ターボチャージャおよび触媒コンバータを一体に結合するものが、下記特許文献１により公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３４４５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ターボチャージャの出口開口部のフランジと触媒コンバータの入口開口部のフランジとは排ガスに晒されるため、両フランジの結合面が熱膨張により位置ずれしてしまい、リング状の締結部材により締結したときの面圧が不安定になって排ガスが漏れる原因となる虞がある。また両フランジ間に挟まれるガスケットも高温により劣化し、排ガスの漏れの一因となる虞がある。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ターボチャージャおよび排気通路部材のフランジの締結部からの排ガスの漏れを簡単な構造で防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ターボチャージャの出口開口部を取り囲むように設けられて径方向外側に向けてテーパーする円形の第１フランジの結合面と、排気通路部材の入口開口部を取り囲むように設けられて径方向外側に向けてテーパーする円形の第２フランジの結合面とがガスケットを挟んで相互に当接し、前記第１フランジの第１テーパー面および前記第２フランジの第２テーパー面に当接するＶ字状断面を有し、周方向一カ所において分離するリング状に形成された締結部材が前記第１フランジおよび前記第２フランジの外周に嵌合し、前記締結部材の分離端部どうしをボルトで相互に接近する方向に締め付けることで、前記ターボチャージャおよび前記排気通路部材を一体に結合するフランジの結合構造であって、前記ターボチャージャは前記第１フランジの中心から偏心するウエイストゲートを備え、前記ウエイストゲートの最大開放部に最も近い前記第１フランジ上の点から周方向両側にそれぞれ９０゜の範囲である第１領域に前記ボルトを配置したことを特徴とするフランジの締結構造が提案される。
【０００７】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記ターボチャージャは前記第１フランジの中心から偏心するタービン出口部を備え、前記タービン出口部に最も近い前記第１フランジ上の点から周方向両側にそれぞれ９０゜の範囲を第２領域としたとき、前記第１領域および前記第２領域が重なる第３領域に前記ボルトを配置したことを特徴とするフランジの締結構造が提案される。
【０００８】
なお、実施の形態の触媒コンバータ１２は本発明の排気通路部材に対応し、実施の形態の腕部１８ｄは本発明の分離端部に対応する。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の構成によれば、ターボチャージャの出口開口部を取り囲むように設けられて径方向外側に向けてテーパーする円形の第１フランジの結合面と、排気通路部材の入口開口部を取り囲むように設けられて径方向外側に向けてテーパーする円形の第２フランジの結合面とがガスケットを挟んで相互に当接し、第１フランジの第１テーパー面および第２フランジの第２テーパー面に当接するＶ字状断面を有し、周方向一カ所において分離するリング状に形成された締結部材が第１フランジおよび第２フランジの外周に嵌合し、締結部材の分離端部どうしをボルトで相互に接近する方向に締め付けることで、ターボチャージャおよび排気通路部材を一体に結合する。
【００１０】
ターボチャージャは第１フランジの中心から偏心するウエイストゲートを備え、ウエイストゲートの最大開放部に最も近い第１フランジ上の点から周方向両側にそれぞれ９０゜の範囲である第１領域にボルトを配置したので、ウエイストゲートから排出される排ガスの熱で高温になり易い第１フランジ上の第１領域を精度良く判定し、そこにボルトを配置して強い締結力を加えることで排ガスの漏れを抑制することができる。しかもボルトの位置を調整するだけで特別の部材の追加や加工の追加が不要であるため、簡単で低コストである。
【００１１】
また請求項２の構成によれば、ターボチャージャは第１フランジの中心から偏心するタービン出口部を備え、タービン出口部に最も近い第１フランジ上の点から周方向両側にそれぞれ９０゜の範囲を第２領域としたとき、第１領域および第２領域が重なる第３領域にボルトを配置したので、ウエイストゲートから排出される排ガスの熱だけでなく、タービン出口部から排出される排ガスの熱を考慮して第１フランジの温度分布を正確に把握し、ボルトの最適な位置をより高い精度で決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】Ｖバンドで結合されたターボチャージャおよび触媒コンバータの斜視図である。
【図２】図１の２−２線拡大断面図である。
【図３】図２の３−３線拡大断面図である。
【図４】Ｖバンドにより第１フランジおよび第２フランジが相互に押し付けられる軸力を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図１〜図４に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１に示すように、エンジンの排気マニホールドの下流にターボチャージャ１１が接続され、ターボチャージャ１１の下流に触媒コンバータ１２が接続される。ターボチャージャ１１はエンジンの排ガスでタービンを駆動し、タービンに接続されたコンプレッサで圧縮した空気をエンジンの吸気系に供給することで、エンジンの出力を向上させる。触媒コンバータ１２はエンジンの排ガスに含まれる炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物のような有害物質を、プラチナ、パラジウム、ロジウム等を使用した触媒により浄化する。触媒コンバータ１２は、そこに供給される排ガスが高温であるほど有害物質の浄化性能が高まるため、排ガスの温度が高いターボチャージャ１１の直下流に配置される。
【００１５】
図２および図３に示すように、ターボチャージャ１１のケーシング１３の円形断面の出口開口部１３ａには、径方向外側に向かってテーパーする環状の第１フランジ１４が設けられる。第１フランジ１４はケーシング１３の軸線に直交する結合面１４ａと、結合面１４ａに対して径方向外側にテーパーする第１テーパー面１４ｂとを備える。一方、触媒コンバータ１２のケーシング１５の円形断面の入口開口部１５ａには、径方向外側に向かってテーパーする環状の第２フランジ１６が設けられる。第２フランジ１６はケーシング１５の軸線に直交する結合面１６ａと、結合面１６ａに対して径方向外側にテーパーする第２テーパー面１６ｂとを備える。
【００１６】
ターボチャージャ１１の第１フランジ１４と触媒コンバータ１２の第２フランジ１６とは、Ｖバンド１７と呼ばれる結合手段により一体に結合される。Ｖバンド１７の本体部を構成する締結部材１８は、円周上の一カ所が切り離された環状の部材であり、その断面は第１テーパー面１８ａと、第２テーパー面１８ｂと、外周面１８ｃとを有するＶ字状である。締結部材１８の一対の分離端部にはそれぞれ腕部１８ｄ，１８ｄが径方向外向きに突設され、両腕部１８ｄ，１８ｄに対して位相が１８０°ずれた位置に、第１テーパー面１８ａおよび第２テーパー面１６ｂを切り欠いて外周面１８ｃだけを残したヒンジ部１８ｅが形成される。締結部材１８はヒンジ部１８ｅが弾性変形することで両腕部１８ｄ，１８ｄが接近・離間するように開閉可能であり、両腕部１８ｄ，１８ｄを貫通するボルト１９をナット２０に螺合することで直径が縮小するように締め付け可能である。
【００１７】
ターボチャージャ１１および触媒コンバータ１２を結合するには、ターボチャージャ１１の第１フランジ１４の結合面１４ａと、触媒コンバータ１２の第２フランジ１６の結合面１６ａとをガスケット２１を挟んで突き合わせた状態で、第１フランジ１４および第２フランジ１６の外周にＶバンド１７の締結部材１８を嵌合する（図３（Ａ）参照）。この状態でナット２０にボルト１９を螺合して締め付けると、径方向内側に移動する締結部材１８の第１テーパー面１８ａに押された第１フランジ１４の第１テーパー面１４ｂと、径方向内側に移動する締結部材１８の第２テーパー面１８ｂに押された第２フランジ１６の第２テーパー面１８ｂとが相互に接近する方向に移動し、第１フランジ１４の結合面１４ａおよび第２フランジ１６の結合面１６ａがガスケット２１を挟んで締結されることで、ターボチャージャ１１および触媒コンバータ１２が一体に結合される（図３（Ｂ）参照）。
【００１８】
ところで、内部を高温の排ガスが流れるターボチャージャ１１のケーシング１３および触媒コンバータ１２のケーシング１４は熱膨張により変形するためターボチャージャ１１の第１フランジ１４および触媒コンバータ１２の第２フランジ１６をＶバンド１７で締結したときに、第１フランジ１４の結合面１４ａおよび第２フランジ１６の結合面１６ａ間の面圧分布が周方向に不均一になり、かつターボチャージャ１１の第１フランジ１４および触媒コンバータ１２の第２フランジ１６に挟まれたガスケット２１が熱疲労により劣化するため、第１フランジ１４および第２フランジ１６の締結部から排ガスが漏れ易くなる可能性がある。
【００１９】
そこで、ターボチャージャ１１の第１フランジ１４および触媒コンバータ１２の第２フランジ１６の周方向温度分布を把握し、高温になり易い部分をＶバンド１７で強く締結し、高温になり難い部分をＶバンド１７で弱く締結すれば、第１フランジ１４および第２フランジ１６の締結部からの排ガスの漏れを効果的に抑制することができる。
【００２０】
図４のグラフは、Ｖバンド１７により第１フランジ１４および第２フランジ１６が相互に押し付けられる軸力を示すものである。軸力はＶバンド１７の締結部材１８の周方向位置に応じて変化し、ボルト１９の位置で最も高く（図２の（ａ）位置参照）、ボルト１９の位置に対して位相が１８０°ずれたヒンジ部１８ｅの位置（図２の（ｄ）位置参照）で最も低く、ボルト１９およびヒンジ部１８ｅの中間位置（図２の（ｂ）位置および（ｃ）位置参照）で中間の大きさになっている。この傾向は、ボルト１９の締め付けトルクの大小に関わらずに一定である。したがって、第１フランジ１４および第２フランジ１６の周方向の温度分布を把握し、最も高温になり易い部分にＶバンド１７のボルト１９の位置を合わせれば、第１フランジ１４および第２フランジ１６の締結部からの排ガスの漏れを効果的に抑制することができる。
【００２１】
図２はターボチャージャ１１の出口部分を軸方向に見た図であり、ターボチャージャ１１のケーシング１３の内部には第１フランジ１４の中心Ｏから偏心した位置にウエイストゲート２２およびタービン出口部２３が配置される。
【００２２】
ウエイストゲート２２は、アクチュエータ２４によってヒンジ軸２５まわりに揺動して開閉する弁体２６を備えており、弁体２６が紙面の手前側に揺動すると開弁して排ガスが出口開口部１３ａ側に排出される。ウエイストゲート２２の機能は、タービンに供給される排ガスの一部をバイパスさせるもので、大きな過給圧が必要なときに閉じられてタービンに供給される排ガスの流量を増加させ、大きな過給圧が不要なときに開かれてタービンに供給される排ガスの流量を減少させる。
【００２３】
ウエイストゲート２２の弁体２６が開弁するとき、弁体２６のヒンジ軸２５から最も離れた位置が排ガスが最も多く流れる最大開放部２６ａとなり、この最大開放部２６ａの温度が触媒コンバータ１２の出口開口部１３ａにおいて最高温度になる。そこで、第１フランジ１４の中心Ｏから最大開放部２６ａを通る直線Ｌ１を引き、その直線Ｌ１が第１フランジ１４と交差する点Ｐ１（ウエイストゲート２２の最大開放部２６ａに最も近い第１フランジ１４上の点）を中心として時計方向および反時計方向にそれぞれ９０°の範囲を第１領域Ｒ１とすれば、その第１領域Ｒ１がウエイストゲート２２から排出される排ガスによる第１フランジ１４の高温側の領域となる。よって第１領域Ｒ１にＶバンド１７のボルト１９を配置すれば、排ガスの熱による第１フランジ１４および第２フランジ１６の締結面圧の低下やガスケット２１の劣化を補償し、排ガスの漏れを効果的に抑制することができる。
【００２４】
ところで、タービンを通過してタービン出口部２３から排出される排ガスは、ウエイストゲート２２から排出される排ガスよりも温度低下しているものの、依然として高温であるために第１フランジ１４および第２フランジ１６の熱膨張やガスケット２１の劣化の原因となる問題がある。
【００２５】
そこで、第１フランジ１４の中心Ｏからタービン出口部２３の中心２３ａを通る直線Ｌ２を引き、その直線Ｌ２が第１フランジ１４と交差する点Ｐ２（タービン出口部２３に最も近い第１フランジ１４上の点）を中心として時計方向および反時計方向にそれぞれ９０°の範囲を第２領域Ｒ２とすると、その第２領域Ｒ２がタービン出口部２３から排出される排ガスによる第１フランジ１４の高温側の領域となる。よって第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２がオーバーラップする領域を第３領域Ｒ３とし、この第３領域Ｒ３にＶバンド１７のボルト１９を配置すれば、第１フランジ１４および第２フランジ１６の締結部からの排ガスの漏れを一層効果的に抑制することができる。
【００２６】
以上のように、本実施の形態によれば、ターボチャージャ１１のウエイストゲート２２およびタービン出口部２３から排出される排ガスの熱によるターボチャージャ１１の第１フランジ１４および触媒コンバータ１２の第２フランジ１６の温度分布を精度良く判定し、そこにボルト１９を配置して強い締結力を加えることで排ガスの漏れを抑制することができる。しかもボルト１９の位置を調整するだけで特別の部材の追加や加工の追加が不要であるため、簡単で低コストである。
【００２７】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００２８】
例えば、本発明の排気通路部材は実施の形態の触媒コンバータ１２に限定されず、排気管等の排気が通過する部材であれば良い。
【００２９】
また実施の形態の締結部材１８のヒンジ部１８ｅは、締結部材１８の外周面１８ｃで構成されていてヒンジピンを備えていないが、ヒンジピンを備えるものであっても良い。
【符号の説明】
【００３０】
１１        ターボチャージャ
１２        触媒コンバータ（排気通路部材）
１３ａ      出口開口部
１４        第１フランジ
１４ａ      結合面
１４ｂ      第１テーパー面
１５ａ      入口開口部
１６        第２フランジ
１６ａ      結合面
１６ｂ      第２テーパー面
１８        締結部材
１８ｄ      腕部（分離端部）
１９        ボルト
２１        ガスケット
２２        ウエイストゲート
２３        タービン出口部
２６ａ      最大開放部
Ｏ          第１フランジの中心
Ｐ１        ウエイストゲートの最大開放部に最も近い第１フランジ上の点
Ｐ２        タービン出口部に最も近い第１フランジ上の点
Ｒ１        第１領域
Ｒ２        第２領域
Ｒ３        第３領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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