(57)【要約】  例えばターボチャージャの、異なる圧力の空間を接続するシャフトの周囲でガスが漏れる傾向が、簡単で費用対効果のある方法で最小化される。切頭球形、円錐または他の形状の相補的な組をシャフトとそのベアリングの接合面に付加すると、シャフトの穴の中での同心性が維持され、従って既存のシーリング方法の効率が改善される。
2013530337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャであって、
ターボチャージャハウジングと、
前記ターボチャージャ内の装置（２２）を作動するための作動機構（３５）と、
タービンハウジングの内側の内側端部と前記タービンハウジングの外側の外側端部とを有する枢動シャフト（２９）であって、前記ターボチャージャハウジングの穴の中に回転可能に取り付けられ、前記ターボチャージャハウジングの外側から前記作動機構（３５）まで作動動作を伝達するための前記枢動シャフト（２９）と
を備え、
前記シャフトまたは穴にシーリング材（３９）が備えられ、
（ａ）前記シーリング材を芯合わせし、かつ前記シーリング材が傾斜することを防止し、（ｂ）さらに漏出をシーリングする、ための相補的で同心状の自動芯合わせ式嵌合接触表面が前記シャフトおよび穴に設けられる、ターボチャージャ。
【請求項２】
前記穴を通る前記シャフトの一部は直径（４７、４９）が狭くなっており、前記穴の一部は、前記シャフトの前記狭くなっている直径と相補的に直径（４６、４８）が狭くなっている、請求項１に記載のターボチャージャ。
【請求項３】
前記狭くなっている凸部および凹部の形状は、切頭円錐、切頭球形、部分円錐、部分球形、平坦と円錐または平坦と球形の組み合わせ（「段付き」）、異なる角度の円錐表面の組み合わせ、または異なる曲率の表面の組み合わせである、請求項２に記載のターボチャージャ。
【請求項４】
前記シャフトと穴が、前記嵌合接触表面において、３６０°の同心度を示す、請求項３に記載のターボチャージャ。
【請求項５】
前記シーリング部分が、シールリングを収容する環状の溝を含む、請求項１に記載のターボチャージャ。
【請求項６】
前記シールリングおよび前記溝が矩形の断面を有する、請求項５に記載のターボチャージャ。
【請求項７】
前記装置が、ノズル通路を形成するベーンを作動するためのユニゾンリングを備えた可変ノズル装置である、請求項１に記載のターボチャージャ。
【請求項８】
前記装置がウェイストゲートである、請求項１に記載のターボチャージャ。
【請求項９】
前記ターボチャージャハウジングを通る前記穴が、内側端部と外側端部とを有するブシングによって形成される、請求項１に記載のターボチャージャ。
【請求項１０】
前記自動芯合わせ式の、相補的な同心性嵌合接触表面が、前記ブシングの前記内側端部において形成される、請求項９に記載のターボチャージャ。
【請求項１１】
前記自動芯合わせ式の、相補的な同心性嵌合接触表面が、前記ブシングの前記内側端部および前記外側端部において形成される、請求項９に記載のターボチャージャ。
【請求項１２】
前記ターボチャージャが、コンプレッサハウジング、ベアリングハウジング、およびタービンハウジングを備え、前記穴が前記タービンハウジングを通って延在する、請求項１に記載のターボチャージャ。
【請求項１３】
前記ターボチャージャが、コンプレッサハウジング、ベアリングハウジング、およびタービンハウジングを備え、前記穴が前記ベアリングハウジングを通って延在する、請求項１に記載のターボチャージャ。
【請求項１４】
圧力差を隔てる壁を通して回転力を伝達する装置であって、
第１の側および第２の側を有する壁であって、壁の一方側に第１圧力がかかり、壁の他方側に第２圧力がかかる壁と、
前記壁の一方側に第１端部を有し前記壁の他方側に第２端部を有する枢動シャフト（２９）であって、前記壁を通って延在する穴の中に回転可能に取り付けられ、前記壁の一方側から前記壁の他方側へ作動動作を伝達するための枢動シャフト（２９）と、
を備え、
前記シャフトまたは穴にシーリング材（３９）が備えられ、
（ａ）前記シーリング材を芯合わせし、かつ前記シーリング材が傾斜することを防止し、（ｂ）さらに漏出をシーリングする、ための相補的で同心性の自動芯合わせ式嵌合接触表面が前記シャフトおよび穴に設けられる、装置。
【請求項１５】
前記壁が圧力空間または真空空間を囲む、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記壁がエンジン吸気部の流路である、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記流路が、エンジンの作動中、時に大気圧未満の圧力になり時に大気圧を超える圧力になる内部空間を囲む、請求項１６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハウジング鋳物の壁を通るターボチャージャシャフトの改善されたシャフトシーリング設計に対する必要性に取り組む。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャは強制吸気装置の一種である。ターボチャージャは、通常の吸気構造内で起こり得る密度よりも高い密度で空気をエンジン吸気管へ送り、より多くの燃料を燃焼させることを可能にし、従ってエンジン重量を大幅に増やすことなくエンジンの馬力を上げる。より小型のターボチャージャ装備エンジンは、物理的により大型サイズの通常吸気式エンジンに取って代わりつつあり、車両の質量および空気力学的な前方領域を減らす。
【０００３】
ターボチャージャはエンジンの排気マニホルドからの排気流を使用して、タービンハウジングに配置されているタービンホイールを駆動する。排気ガスがタービンホイールを通過してタービンホイールが排気ガスからエネルギーを抽出すると、使用された排気ガスはエクスデューサ（ｅｘｄｕｃｅｒ）を介してタービンハウジングから出て車両排気管へおよび通常は触媒コンバータ、粒子捕捉器およびＮＯＸ捕捉器などの後処理装置へ排出される。
【０００４】
基本的なターボチャージャ構成は、固定タービンハウジング構成である。この構成において、タービンハウジングの渦形室の形状および容積は設計段階で決定され、適切に鋳造される。基本的な固定タービンハウジングは、単純に最も簡素かつ部品数が少ないという理由で、最も費用対効果の高い選択肢である。
【０００５】
改良の次のレベルは、ウェイストゲート装備型タービンハウジングの改良である。この構成において、渦形室は上述の固定された構成であるように適切に鋳造される。渦形室はダクトによってエクスデューサに流体的に接続される。ダクトを通る流れはウェイストゲートバルブによって制御される。ウェイストゲートダクトの出口は渦形室のエクスデューサ側、タービンホイールの下流にあるため、ウェイストゲートダクトを通る流れは、バイパスモードにある時、タービンホイールを迂回し、従ってタービンホイールに送達される動力に寄与しない。ウェイストゲート装備型ターボチャージャが使用される場合、ウェイストゲート枢動シャフトのウェイストゲートアーム部分がタービンハウジングの内側でウェイストゲートバルブに、かつタービンハウジングの外側に配置されたアクチュエータに接続される。ウェイストゲート枢動シャフトは、タービンハウジング渦形室とタービンハウジングの外側との間に伸び、円筒形ベアリング内を回転するか、あるいはタービンハウジング内で直接回転する。シャフトとベアリング穴との間に間隙が存在するため、この隙間を高温で毒性の排気ガス流が通過することがあり得る。
【０００６】
ターボチャージャのブースト制御の改良の次のレベルはＶＴＧ（一般用語では可変タービンジオメトリ）である。これらのターボチャージャの中には回転するベーンを備えるものがあり、また摺動部分あるいはリングを備えるものもある。これらの装置のいくつかの名称は、可変タービンジオメトリ（ＶＴＧ）、可変ジオメトリタービン（ＶＧＴ）、可変ノズルタービン（ＶＮＴ）、あるいは単に可変ジオメトリ（ＶＧ）である。
【０００７】
ＶＴＧターボチャージャは、一対のベーンリング（３０、３２）および／または１個のベーンリングおよびノズル壁の間で回転するように取り付けられた調整可能案内ベーン（３１）を使用する。これらベーンは、排気ガス流をタービンホイールに対して調節することによって、排気ガス背圧およびターボチャージャ速度を制御するように調整される。多くの構成において、ベーンが回転するベーンシャフト（３６）が、上側ベーンリングの上に設置されるベーンアーム（３３）に機械的に接続される。ベーンは、調整リング（２２）に係合されるフォーク（４２）によって回転可能に駆動される。多くの構成において、ベーンアーム端部のフォークは、回転可能な「小型回転ブロック」（３８）を独立して駆動して、システムの摩擦を最小化し、タービンハウジング内の、従って連結内の不可避な歪みおよび浸食に対処する。
【０００８】
図１Ａおよび１Ｂは、調整リング（２２）が保護手段（３４）によってベーンアーム（３３）に支持されるＶＴＧ構成を示す。大型回転ブロック（３７）が、シャフトによって、調整リング（２２）に接続される。
【０００９】
制御シャフト（２３）の（アクチュエータによる）変位により、枢動シャフト（２９）の外側端部に取り付けられた枢動アーム（２４）が回転する。枢動シャフトの内側端部に取り付けられるのは枢動シャフトフォーク（３５）である。制御シャフト（２３）の変位の結果、枢動シャフト（２９）のその軸（２８）周りでの回転がもたらされる。この回転はハウジングの内側に伝えられ、枢動シャフトフォーク（３５）の回転に移される。枢動シャフトフォークの回転は大型回転ブロック（３７）に作用し、その結果、ターボチャージャ中心線（１）周りでの調整リング（２２）の回転がもたらされる。ターボチャージャ中心線（１）周りで調整リング（２２）が回転することにより、複数の小型回転ブロック（３８）がターボチャージャ中心線（１）の周りを回転し、その間、同様に各ブロックは、ベーンシャフト（３６）の中心線（２７）の周りを自由に回転する。小型ブロックのこの運動によって、ベーンアーム（３４）はベーンシャフト（３６）の中心線（２７）の周りを回転し、排気流に対するベーン（３１）の対向角度を変化させる。
【００１０】
タービンハウジングは非常に高温の流束を受ける。タービンハウジングの外側は周囲空気温度に接する一方、渦形室表面は、エンジンに使用される燃料に応じて７４０℃〜１０５０℃の範囲にわたる排気ガスに接する。上に記載したような複雑に伝達される動きによって、アクチュエータは、正確で、繰り返し可能で、妨害のない方法でタービンホイールへの流れを制御することができる。
【００１１】
ＶＴＧはタービンホイールへの排気ガスの流れを制御するために、従って、流入空気を圧縮するコンプレッサを駆動するために使用され、ならびに、ＥＧＲ排気ガスを圧力勾配に対抗してコンプレッサ装置へ送り込み、燃焼室に再導入されるようにするために必要なタービン背圧を制御するために使用される。タービン装置内の背圧は最大５００ｋＰａの領域内にあり得る。タービン領域内のこの高圧により、排気ガスがいずれかの開孔または開口を介して大気へ逸出し得る。これら開孔を排気ガスが通過すると、通常、ガス逸出経路の出口側に黒い煤の残留物が付着する。この煤の堆積は、美容上の観点から望ましくなく、ＣＯ、ＣＯ２および他の毒性化学物質を含有する前記排気ガスの逸出は、車両乗員にとって健康上有害であり、救急車およびバスなどの車両において排気漏れを特に慎重に扱うべき懸案事項にする。排出の観点から、タービン領域から逸出するガスは捕捉されず、エンジン／車両後処理システムによって処理されない。
【００１２】
円筒穴内を回転するシャフトによって形成された開孔を通過する排気ガス流を最小化するための典型的な方法は、ピストンリングまたはシールリングの使用である。ピストンリングは、ベアリングハウジングからコンプレッサ領域およびタービン領域の両方への、およびその逆の油およびガスの通過を抑制するためにターボチャージャ内で一般に使用される。ＢｏｒｇＷａｒｎｅｒは、最初の大量生産型ターボチャージャが製造された年である少なくとも１９５４年から、前出の目的のためのピストンリングを製造してきた。低速回転シャフト（ターボチャージャ回転組立体の１５０，０００ＲＰＭ超と比較して、１５０ＲＰＭ程度の遅さ）では、ピストンリングは財産目録にあり、ガス通過抑制装置としてよく機能するため、同じ方法および設計が典型的に用いられる。
【００１３】
ベーンを回転するためにアクチュエータ駆動式ＶＴＧの命令を伝達するものまたはウェイストゲートバルブの開放を命令するウェイストゲートアクチュエータなどの「低速回転シャフト」の使用において、これらシャフトを捻る、搖動する、または歪ませる非回転力が存在することが多い。これらの動きは、ピストンリングまたはその嵌合溝の早い摩耗を引き起こすこともあり、かつ最悪の場合、回転のロック、またはピストンリングが溝に挟まれる場合その破損を引き起こすこともある。これらの状況はガス漏出を、特にターボチャージャから外部環境へのガス漏出を悪化させる。
【００１４】
従って、ターボチャージャの「低速回転」ＶＴＧおよびウェイストゲート枢動シャフトに使用されるガスシールのシーリング能力および寿命を改善する比較的簡単で費用対効果のある設計に対する必要性があることが理解できる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、アクチュエータ枢動シャフトをその穴の中に同心に維持してシーリング能力を向上する方法、従ってターボチャージャ内における排気ガスの保持を最大化し、前記ガスのターボチャージャ外部環境への逸出を最小化する、簡素化された低コストの方法に関し、枢動シャフトに作製された特徴を使用してこれを達成する。より具体的には、切頭球形、円錐、または他の形状の相補的な組をシャフトとそのベアリングの接合面に付加することが、シャフトのその穴の中における同心を維持し、従って既存のシーリング方法の効率を改善するということが今や見出された。
【００１６】
本発明は、添付図面において例として例示され、添付図面に限定されない。添付図面において、同様の参照番号は類似の部品を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】典型的なＶＴＧターボチャージャのベーン組立体の部分を示す。
【図２】制御シャフトと枢動シャフトの接合面の図である。
【図３】先行技術の枢動シャフトの断面図を、ベアリング領域の拡大図とともに示す。
【図４】実施形態の断面図を、ベアリング領域の拡大図とともに示す。
【図５】本発明の第１の実施形態の断面図を、ベアリング領域の拡大図とともに示す。
【図６】本発明の第２の実施形態の断面図を、ベアリング領域の拡大図とともに示す。
【図７】先行技術のウエイストゲートシャフトの断面図を、ベアリング領域の拡大図とともに示す。
【図８】本発明の第３の実施形態の断面図を、ベアリング領域の拡大図とともに示す。
【図９】本発明の第３の実施形態の変形の断面図を、ベアリング領域の拡大図とともに示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
ターボチャージャ内部から、ターボチャージャを囲む大気の清浄な周囲空気にガスおよび煤が漏れることは、エンジン製造業者によって認められていない。ターボチャージャ製造業者は、ターボチャージャが１９５０年代にディーゼルエンジンの部品として最初に大量生産されて以来、ピストンリングまたはシールリングを使用して、ガスおよび油を、ベアリングハウジング空洞とタービンおよびコンプレッサ領域のどちらかあるいは両方との間で連通しないように遮断してきた。したがって、そのようなシーリングの工学および適用は、ターボチャージャ上でより場所を必要としないいかなるガスまたは材料シーリングにも論理的である。
【００１９】
典型的なシールリングは、側方から（径方向に）見た場合、狭い矩形の断面を有し、シャフトの環状の溝に部分的に配置され、シールリングがシャフトとその穴との間にシーリングを提供するか、あるいは、シャフトが回転する穴に部分的に配置されるか、もしくはその両方である。軸方向に、シールリングは、穴ベアリング表面の中心に向かって好ましくは位置付けられる。シールリングおよびその相補的な溝の相対的位置の径方向の差は機能に基づく。シールリングがガスまたは物質シーリング機能に加えて軸方向位置を提供する場合、シールリングは一方の部品の溝に部分的に位置し、かつ組になっている他方の部品の溝または段に部分的に位置するかその溝または段に対向して部分的に位置する。機能が純粋にガスまたは物質シーリングである場合、一方の部品のみがその中に作製された溝を有してもよく、組の他方の部品は溝も位置も有さない。溝はまた通常、断面が矩形であり、シールリングの対応する側よりも深い径方向溝深さを有し、シールリングの部品への組み付けを可能にし、その一方で、組立体構成になるまで、嵌合する部品がつぶれたまたは広がったシールリングを通り抜けることを可能にする。矩形の溝の幅は、最適なシーリングを提供するために、理想的にはシールリングの幅に近い。典型的に、溝とシールリングの幅が近いほど、シーリング能力は上がる。
【００２０】
厳しい熱および化学的環境のため、ＶＴＧ枢動シャフトは通常、直接タービンハウジングの穴に直接嵌合されず、タービンハウジングの穴に配置される固定ベアリング（４０）に嵌合されることが多い。これは（緊密な間隙を維持するために）熱膨張係数によりよく適合するため、かつ枢動シャフトの材料とタービンハウジングの材料との間の摩損の可能性を阻止するためである。ベアリングは通常、ベアリング軸に対して垂直な穴を通り、ベアリングの外径とタービンハウジングの穴の両方を貫通し、従ってベアリングをタービンハウジング内に拘束するピン（５９）によって軸方向に拘束される。
【００２１】
シャフトが回転運動をターボチャージャの外側から（例えばアクチュエータから）ターボチャージャの内側へ（例えばＶＴＧ調整リングへ）伝達している場合、シャフトをその穴の中で傾ける、搖動させる、曲げるまたは歪ませる非回転力が存在することが多い。これらの非回転力は、シールリングのその溝の中での挟み込みを、早すぎる摩耗を、またはシールリングあるいはシャフトおよび穴の破損さえも引き起こし得る。
【００２２】
シャフトの外径に配置された溝に配置され、ベアリングの内径面に対してシーリングする典型的なピストンリングをシーリング材として使用するＶＴＧ枢動シャフトの、本発明者による分析では、１度の４分の１ものわずかな傾斜角度が、リングをその穴の中で挟むのに十分であったことが見出された。ピストンリングの面と溝の縦面（ｃｈｅｅｋ）との間の軸方向間隙が大きいほど、「挟み込み」に起因する損傷の可能性は低いが、漏れ経路は大きくなる。
【００２３】
当該ターボチャージャの外側からの眺めが図２に示される。この図では、アクチュエータが制御シャフト（２３）の制御された変位を提供し、制御シャフト（２３）が枢動シャフトアーム（２４）を駆動し、枢動シャフト（２９）を回転させる。図３に示されるように、ターボチャージャの内側で、枢動シャフト（２９）はベアリング（４０）内に半径方向に配置され、ベアリング（４０）は、タービンハウジング（２）内の中心線（７１）を有する穴の中に配置されるか、あるいは設計に応じてベアリングハウジングの中に直接配置される。図における、枢動シャフト（２９）の下側（内側）端部は、枢動シャフト上に作製されたフォーク（３５）を有する。このフォークが、図１に示されるような大型回転ブロック（３７）の位置を制御する。
【００２４】
ピストンリング（３９）は枢動シャフト（２９）のピストンリング溝に配置される。図示される先行技術では、下側フォークの形状が軸方向受面（４４）を提供する。軸方向受面（４４）は、ベアリング（４０）のスラスト面（４３）に対して全３６０°の領域を提供せず、ターボチャージャの外側に対してシャフトの軸方向位置を制御する。ターボチャージャの外側に向かって、ベアリング（４０）の上側（５０）がスラスト面を提供し、スラスト面は枢動シャフトアーム（２４）の受面に対して機能して、ターボチャージャの内側に対して枢動シャフトの軸方向制御を提供する。この設計は、枢動シャフト（２９）が傾斜した場合、受面（４４）とスラスト面（４３）の間ばかりでなく、シールリング（３９）周囲の漏れ経路も許容する。
【００２５】
図４に示されるように、枢動アームフォークの設計の変更により、ベアリングのスラスト面（４３）と枢動シャフトの受面（４４）と間で全３６０°の接触になることが可能になる。この設計変更はガスシーリング問題を救済したが、一方で、シャフトがベアリングの穴の中心線（７１）から傾くと、スラスト接合面（４３、４４）周囲ばかりでなく、ピストンリング（３９）周囲でも漏れ経路をなおも許容した。
【００２６】
図５Ａおよび５Ｂで示されるような本発明の第１実施形態において、費用効果的に枢動シャフト（２９）の傾斜を抑制するために、軸方向のスラスト抑制を提供する一方、本発明者らは、枢動シャフトおよびブシングに、一対の自動芯合わせ式の相補的な嵌合接触面を、例えばベアリング（４０）に外側切頭円錐表面（４６）を、および枢動シャフト（２９）に内側切頭円錐表面（４７）を付加した。これら表面は、形状の頂部が枢動シャフトで占められる領域であり得るため、従って「切り取られ」得るため、「切頭」円錐と呼ばれる。この切頭円錐接合面は、枢動シャフトがブシング上で揺動および傾斜することを防止し、その一方で、ベアリング内でシャフトを芯合わせする。切頭円錐接合面の１つの純粋な効果は、シールリングが、シールリングの面とシールリング溝の縦面との間の相対的位置合わせの傾斜に、またベアリング内のシールリングの外径とその嵌合穴の内径との間のいかなる相対的傾斜にももはや耐える必要がないことである。切頭円錐接合面の別の純粋な効果は、シャフトが今や常にベアリング内で嵌合円錐形状によりほぼ３６０°接触しているので、この接合面がシーリング材として作用し、かつシールリングのガスおよび物質シーリング能力を補完することである。
【００２７】
図６Ａおよび６Ｂに示されるような本発明の第２実施形態において、費用効果的に枢動シャフト（２９）の傾斜を抑制するために、軸方向のスラスト抑制を提供する一方、本発明者らは、枢動シャフトおよびベアリングに、一対の自動芯合わせ式の相補的な嵌合接触面を、例えばベアリング（４０）に外側切頭球形表面（４８）を、および枢動シャフト（２９）に内側切頭球形表面（４７）を付加した。これら表面は、形状の頂部が枢動シャフトで占められる領域であり得るため、従って「切り取られ」得るため、「切頭」球形と呼ばれる。この切頭球形接合面は、枢動シャフトがベアリング上で揺動および傾斜することを防止し、その一方で、ブシング内でシャフトを芯合わせする。切頭球形接合面の１つの純粋な効果は、ピストンリングが、シールリング溝の両側に対するシールリングの縦面の相対的位置合わせの傾斜に、またベアリング内のシールリングの外径とその嵌合穴の内径との間のいかなる相対的傾斜にももはや耐える必要がないことである。切頭球形接合面の別の純粋な効果は、シャフトが今や常にベアリング内で嵌合円錐形状によりほぼ３６０°接触しているので、この接合面がシーリング材として作用し、かつシールリングのガスおよび物質シーリング能力を補完することである。
【００２８】
シャフトおよびブシングの自動芯合わせ式嵌合表面を定義するために、必要な全ては以下のことである：一方の表面が、先が狭くなる凹部の環状領域を含み、その相補的表面が、同じ方向から見て、先が狭くなる凸部領域を含み、それら表面が、２つの表面が一緒になった時に、先が狭くなる凹部と相補的な先が狭くなる凸部とによってシャフトがベアリング内で芯合わせされるように協働する。表面は例えば切頭円錐、切頭球形、部分円錐、および部分球形であってもよく、平面と円錐または平面と球形の組み合わせ（「段付き」）でも、あるいは異なる角度の円錐表面の組み合わせまたは異なる曲率の表面の組み合わせであってもよく、シャフトとブシングの接合面に使用され、嵌合表面がシャフト軸と同心であり、ベアリングの軸にシャフトを位置合わせするように協働する限り、円錐表面は任意の角度であってもよくまた湾曲は任意の曲率であってもよいことが仮定される。接合面の形状は、接触する表面がシャフトの下端を芯合わせするように協働する限り、ベジエ曲線の回転した表面の形状またはベジエ曲線の経路の回転した形状をとることさえできる。協働する表面に、１つ以上の同心の逆像の「波形」を提供することさえあり得る。しかしながら、全ての設計は同程度の効果を有するので、製造コストが、より簡素で容易に製造される表面の選好に影響するであろう。
【００２９】
図１Ｂに示されるように、典型的な枢動シャフトは２個のベアリング、すなわち先に記載した下側ベアリング（４０）と、シャフトの外側端部を径方向に抑制する上側ベアリング（４１）とを有する。上側ベアリングはすでにターボチャージャの排気ガス保持部分の外側にあるので、ガス／液体／固体シーリング媒体を必要としない。この構成において、枢動シャフトアーム（２４）によってかけられる同じ力および条件の場合、ベアリング周囲のモーメントは最小化される。従ってベアリング負荷は最小化される。枢動シャフトアーム（２４）の外側にベアリングがない（典型的なウェイストゲートの場合と同様の）場合には（すなわち片持ち式シャフト）、ベアリングを通る力は負荷を増し、ベアリングに伝えられる力はさらに高くなる（片持ち式ビームの簡単な事例対部分的に分散された負荷の事例）。ターボチャージャの設計に影響する多くの要因があるため、本発明者らは、シールリングの効果を最大化するために、片持ち式枢動シャフトの事例において、内側ベアリング（４０）の上側（この事例ではベアリングのみ）が、シャフトの傾斜、曲折または捻りを防止するために、切頭円錐または切頭球形表面の相補的な組を同じく使用できることを理解した。
【００３０】
ウェイストゲート装備型ターボチャージャ構成について、ウェイストゲート枢動シャフトの抑制に関する機能は、ＶＴＧ枢動シャフトの機能とよく似ている。図７Ａおよび７Ｂに示すように、ウェイストゲートバルブ（６１）は、ウェイストゲートバルブが取り付け点で「揺らぎ」、その結果バルブが閉鎖位置に摺動するように傾くことができるような方法でウェイストゲートアーム（６２）に接続される。通常、ウェイストゲートアーム（６２）はウェイストゲート枢動シャフト（６３）に溶接されるかあるいは単一の鋳物として鋳造される。ウェイストゲートアーム組立体（シャフト、アーム、バルブ、バルブ取り付け具）の円筒状シャフト部分は、タービンハウジング（２）の穴およびベアリング（６０）の軸と一致する軸（７１）の周囲を枢動する。
【００３１】
ウェイストゲートアーム組立体の軸方向位置は通常、内側スラスト面（６４）および受面（６５）によってタービンハウジングの内側に対して、および外側スラスト面（６７）および受面（６６）によってタービンハウジングの外側に対して拘束される。タービンハウジングの外側における受面機能は、ウェイストゲート制御アーム（７４）の内側表面によって提供されることが多い。ウェイストゲート制御アームは、ウェイストゲート枢動シャフト（６３）がタービンハウジングに組み付けられた後、ウェイストゲート枢動シャフトに組み付けられ固定される。この組立体は一般にオフラインではなく実際のタービンハウジング組立体において実行され、続いて上側ベアリングがないようにタービンハウジングに組み立てられ、ウェイストゲートアーム（７４）の非回転力は下側かつ唯一のベアリング（６０）からもたらされる。
【００３２】
厳しい熱および化学的環境のため、ウェイストゲート枢動アームは通常、タービンハウジングの穴に直接嵌合されず、タービンハウジングの穴に配置されるベアリング（６０）にしばしば嵌合される。（緊密な間隙を維持するために）熱膨張係数によりよく適合するため、かつ枢動シャフトの材料とタービンハウジングの材料との間の摩損の可能性を阻止するためである。多くのウェイストゲート構成製品は、回転シャフトとベアリングまたはタービンハウジングの円筒状穴との間のシーリング装置としてピストンリングを一般に使用して排気物質の漏れを制限するが、このシーリング方法は早期のウェイストゲート装備型ターボチャージャには使用されなかった。
【００３３】
図８Ａ、８Ｂに示されるような本発明の第３実施形態において、本発明者らは、枢動シャフトおよびベアリングに、一対の自動芯合わせ式の相補的な嵌合接触面を、例えばベアリング（６０）に外側切頭球形表面（６９）をおよびウェイストゲート枢動シャフト（６３）に内側切頭球形表面（６８）を付加した。これら表面は、形状の頂部が枢動シャフトで占められる領域であり得るため、従って「切り取られ」得るため、「切頭」球形と呼ばれる。この切頭球形接合面は、枢動シャフトがベアリング上で揺動および傾斜することを防止し、その一方で、ブシング内でシャフトを芯合わせする。切頭球形接合面の１つの純粋な効果は、ピストンリングが、シールリング溝の両側に対するシールリングの縦面の相対的位置合わせの傾斜に、またベアリング内のシールリングの外径とその嵌合穴の内径との間のいかなる相対的傾斜にももはや耐える必要がないことである。切頭球形接合面の別の純粋な効果は、シャフトが今や常にベアリング内で嵌合円錐形状によりほぼ３６０°接触しているので、この接合面がまたシーリング材として作用し、かつシールリングのガスおよび物質シーリング能力を補完することである。
【００３４】
図９Ａ、９Ｂに示されるように、より良いシーリングが要求される本発明の第４の実施形態において、本発明者らは、枢動シャフトおよびベアリングに、さらなる一対の自動芯合わせ式の相補的な嵌合接触面を、例えばベアリング（６０）に外側切頭球形表面（７３）をおよびウェイストゲート枢動シャフト（６３）に内側切頭球形表面（７２）を付加した。これら表面は、形状の頂部が枢動シャフトで占められる領域であり得るため、従って「切り取られ」得るため、「切頭」球形と呼ばれる。この切頭球形接合面は、力がターボチャージャに対して内側に加えられた時、枢動シャフトがベアリング上で揺動および傾斜することを防止し、その一方で、ブシング内でシャフトを芯合わせする。典型的なウェイストゲートアクチュエータにおいて、空気圧（正圧および負圧）がダイヤフラムにかけられ、ダイヤフラムが力をばねに（またはばねを用いて）かける。ばねは通常、研削エンド面を有するコイルばねである。ばねの負荷を受けた高さは、ばねによってかけられる座部圧力が、ばね対ばねで同じに近づくように、ばねの長さを研磨することによって設定される。この方法は、アクチュエータ出力ロッドの中心線と一致する力を発揮しないばねをしばしばもたらす。この現象により、アクチュエータ出力ロッドが、所望の中心線位置からのオフセット角度で位置に配置される。ウェイストゲート制御アーム（７４）に組み付けられる時、この望ましくないオフセットにより、ウェイストゲート枢動シャフト（６３）に軸方向に作用する力が生じる。（３６０°範囲のいかなる場所にもあり得る）オフセット角度に応じて、アクチュエータロッドのオフセットは、ウェイストゲート枢動シャフトに軸方向内側の力を生じさせる可能性があり、それは内側切頭円錐／球形表面をその外側嵌合表面から持ち上げ、漏れ経路を開く可能性がある。既存の内側切頭球形／円錐表面に加えて、一対の切頭球形／円錐表面（７２、７３）をベアリングの外側端部に設けることによって、内側の力に対する拘束が存在するだけでなく、相補的なシーリング接合面も存在する。
【００３５】
さらに、容器または流路導管の内部を大気に対して高圧にする必要はない。容器または流路導管の内部が大気圧を下回る圧力であること、あるいは内部が超過圧力と過少圧力との間を変動することさえ可能である。例えば、エンジンの吸気および排気システムの両方は、多数のバルブ等を含み、特定のまたは一過性の事象が生じるように、システムの一部分から別の部分への差圧を操作する。ＥＧＲアドミタンス、ターボチャージャ超過速度防止、ターボチャージャラグタイム防止、排気ブレーキ、背圧操作などの事象。これらのバルブが共通して一般に有する少なくとも１つの特徴は、前記バルブの作動が導管チャネルの外側から駆動され、導管チャネルの内側のバルブまたはフラッパなどの装置の運動／回転をもたらすことである。典型的に導管チャネルの外側は周囲圧力であり、内側は異なる圧力であり、それは正圧、負圧（例えば、チョークまたはサージ状態下でのコンプレッサインテーク）、移行または時間に基づく全ての組み合わせである。これらの場合の各々において、費用効率のよい、芯合わせを行い、シーリング効果のある、シャフトシール設計に対する必要性が存在する。
【００３６】
シャフトシーリングを、ターボチャージャに好適なＶＴＧおよびウェイストゲートの実施形態に関してかなり詳細に本明細書に記載したが、本シャフトシーリングは、分割されたタービンハウジング、または排気流バイパスバルブにおける流れを制御するための、ＥＧＲバタフライ弁、バルブまたはゲートなどの多くの他の用途での使用に好適であることは容易に理解されよう。好ましい実施形態の本開示は例証のみを含み、構造および組み合わせの構成の詳細な多数の変更が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく行われてもよい。
【００３７】
ここに本発明は記載された。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ−４Ｂ】
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【図５Ａ−５Ｂ】
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【図６Ａ−６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ−８Ｂ】
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【図９Ａ−９Ｂ】
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【国際調査報告】
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