(57)【要約】過給機は、エンジンからの排ガスにより回転駆動されるタービンロータと、タービンロータを収容すると共に、タービンロータの外周側にスクロール流路を形成するタービンハウジングと、スクロール流路を通過後の排ガスをタービンロータに導く導入路内に設けられた複数のノズルベーンと、導入路を形成するように互いに対向して配置される一対の導入路形成部材であって、ノズルマウント、およびタービンハウジングの内壁面との間に隙間を設けて設置されるノズルプレート、を含む一対の導入路形成部材と、を備え、隙間には、タービンロータの回転方向と逆方向に延在する螺旋状の隙間空間が形成されている。
2020161896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンからの排ガスにより回転駆動されるタービンロータと、
前記タービンロータを収容すると共に、前記タービンロータの外周側にスクロール流路を形成するタービンハウジングと、
前記スクロール流路を通過後の前記排ガスを前記タービンロータに導く導入路内に設けられた複数のノズルベーンと、
前記導入路を形成するように互いに対向して配置される一対の導入路形成部材であって、ノズルマウント、および前記タービンハウジングの内壁面との間に隙間を設けて設置されるノズルプレート、を含む一対の導入路形成部材と、を備え、
前記隙間には、前記タービンロータの回転方向と逆方向に延在する螺旋状の隙間空間が形成されていることを特徴とする過給機。
【請求項２】
前記タービンロータの回転方向と逆方向に巻回された形状を有する金属線材を、さらに備え、
前記隙間空間は、
前記隙間を形成する前記タービンハウジングおよび前記ノズルプレートと、前記隙間に設置された前記金属線材とにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の過給機。
【請求項３】
前記金属線材の断面形状は、Ｖ字状またはＵ字状であることを特徴とする請求項２に記載の過給機。
【請求項４】
前記隙間空間は、前記ノズルプレートに形成された前記螺旋状の溝により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の過給機。
【請求項５】
エンジンからの排ガスにより回転駆動されるタービンロータと、
前記タービンロータを収容すると共に、前記タービンロータの外周側にスクロール流路を形成するタービンハウジングと、
前記スクロール流路を通過後の前記排ガスを前記タービンロータに導く導入路内に設けられた複数のノズルベーンと、
前記導入路を形成するように互いに対向して配置される一対の導入路形成部材であって、ノズルマウント、および前記タービンハウジングの内壁面との間に隙間を設けて設置されるノズルプレート、を含む一対の導入路形成部材と、
前記隙間に設置される筒状の流路抵抗部材と、
を備え、
前記ノズルプレートは、
前記ノズルマウントに対向して設置される円環状のプレート部と、
前記タービンロータの軸方向に沿って前記プレート部から立設し、外周面に段部が形成された筒状の筒状部と、を有し、
前記タービンハウジングは、
前記筒状部の外周面との間に、前記タービンロータの軸方向に沿って延在する前記隙間の一部を構成する部分隙間を形成する第１内壁面と、
前記筒状部の端面との間に、前記タービンロータの径方向に沿って延在する前記隙間の他の一部を構成する部分隙間を形成する第２内壁面と、を有し、
前記流路抵抗部材は、一端が前記筒状部の段部に当接し、他端が前記第２内壁面に当接した状態で、前記筒状部の段部と前記第２内壁面との間に前記軸方向に沿って延在するように設置されることを特徴とする過給機。
【請求項６】
前記流路抵抗部材は、
前記筒状部の段部に当接する第１径を有する小径筒部と、
前記第１内壁面および前記第２内壁面に当接する、前記第１径よりも大きい第２径を有する大径筒部と、
前記小径筒部と前記大径筒部とを接続する接続筒部と、を有することを特徴とする請求項５に記載の過給機。
【請求項７】
前記接続筒部の少なくとも一部にはベローズが形成されていることを特徴とする請求項６に記載の過給機。
【請求項８】
前記流路抵抗部材の少なくとも一部にはベローズが形成されていることを特徴とする請求項５に記載の過給機。
【請求項９】
前記流路抵抗部材は、ウール状の材料で形成されていることを特徴とする請求項５に記載の過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、過給機の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービン翼入口に存在するベーンの開度を制御し、低速域から高速域の広い範囲でタービン翼性能を向上した可変容量型過給機などの過給機が知られている。より詳細には、この可変容量型過給機では、ベアリングハウジング側のノズルマウントとタービンハウジング側のノズルプレートとの間にベーンが複数存在し、ベーンシャフトの先に取り付けられたドライブリングを回転駆動することで、ベーンの開度の調節が可能となっている。そして、ベーンの開度を制御することで、タービン翼に供給する排ガスの流速や圧力を変化させて過給効果を高める。【０００３】
このような可変容量型過給機などの過給機では、エンジン始動時の温度上昇の差等により、タービンハウジングやノズルプレート等の熱伸びに差が生じることから、タービンハウジングとノズルプレートとの間には隙間が設けられている。この隙間によって、スクロール流路とタービンの出口とが直接接続されるなど、ベーンやタービンロータを通過することなく排ガスが流れられる空間が形成されてしまう。例えば特許文献１では、上記の隙間を形成するタービンハウジングの内壁面とシュラウド（ノズルプレート）の端面との間などにＣリング状の部材を波ワッシャと共に設置し、この隙間を密封している。また、特許文献２では、タービンハウジングおよびノズルプレートの異なる位置から突出する２つの支持部材の間に円環状でＶ字型の断面形状を有するシール材を設置し、シール性能を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４７２９９０１号公報
【特許文献２】特開２００７−３０９１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１〜２のように、タービンハウジングの内壁面とノズルプレートとの間に形成された隙間からの排ガスのガス漏れを低減できると、タービンの排ガス出口付近の乱れが抑制され、タービン翼性能向上を図ることが可能となる。本発明者らは、上記の隙間からの排ガスの漏れを低減できる新たな手法を発明した。また、熱伸び等によるノズルプレートの動きを抑制できると、ノズルプレートとノズルマウントの間にあるノズルサポートに作用する力が低減し、安価な材料の適用や構造見直を通して、ノズルサポートの部品重量の低減等を図ることが可能となる。【０００６】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、タービンハウジングの内壁面とノズルプレートとの間に形成される隙間からの排ガスの漏れを低減可能な過給機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】
【０００７】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る過給機は、
エンジンからの排ガスにより回転駆動されるタービンロータと、
前記タービンロータを収容すると共に、前記タービンロータの外周側にスクロール流路を形成するタービンハウジングと、
前記スクロール流路を通過後の前記排ガスを前記タービンロータに導く導入路内に設けられた複数のノズルベーンと、
前記導入路を形成するように互いに対向して配置される一対の導入路形成部材であって、ノズルマウント、および前記タービンハウジングの内壁面との間に隙間を設けて設置されるノズルプレート、を含む一対の導入路形成部材と、を備え、
前記隙間には、前記タービンロータの回転方向と逆方向に延在する螺旋状の隙間空間が形成されている。【０００８】
上記（１）の構成によれば、タービンハウジングの内壁面とノズルプレートとの間の隙間には、タービンロータの回転方向と逆方向に延在する螺旋状の隙間空間が形成されている。このため、上記の隙間を旋回しながら流れようとする排ガスに対して流路抵抗を設けることができる。よって、上記の隙間を通過することにより、スクロール流路を通過後の排ガスをタービンロータに導く導入路を通過することなく、スクロール流路からタービンロータの下流（排ガス出口）に直接漏れる排ガスの量（漏れ量）を低減することができる。したがって、タービンの排ガス出口付近における排ガスの流れの乱れを抑制することができ、過給機の性能の向上を図ることができる。【０００９】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記タービンロータの回転方向と逆方向に巻回された形状を有する金属線材を、さらに備え、
前記隙間空間は、
前記隙間を形成する前記タービンハウジングおよび前記ノズルプレートと、前記隙間に設置された前記金属線材とにより形成されている。【００１０】
上記（２）の構成によれば、タービンロータの回転方向と逆方向に巻回した形状を有する金属線材を、タービンハウジングの内壁面とノズルプレートとの間に形成される隙間に設置することにより、上記隙間に、タービンロータの回転方向と逆方向に延在する螺旋状の隙間空間を形成することができる。【００１１】
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記金属線材の断面形状は、Ｖ字状またはＵ字状である。【００１２】
上記（３）の構成によれば、タービンロータの回転軸の延在方向（軸方向）に沿って螺旋状に巻回された金属線材の断面形状は、Ｕ字状またはＶ字状である。そして、このような断面を有する金属線材を、径方向（軸方向に直交する方向）に押された時に、径方向に構造的に伸縮するような向きで設置すれば、上記の隙間を形成するタービンハウジングの内壁面やノズルプレートとの接触部における接触力を増加させることができる。よって、金属線材と、タービンハウジングの内壁面やノズルプレート４の間から漏れる排ガスの量をより少なくすることができる。したがって、排ガスが隙間空間を漏れることなく流れるようにできるので、タービンハウジングの内壁面とノズルプレートとの間に形成される隙間を通過する排ガスの量をより低減することができる。【００１３】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記隙間空間は、前記ノズルプレートに形成された前記螺旋状の溝により形成されている。
上記（４）の構成によれば、ノズルプレートに螺旋状の溝を形成することにより、タービンハウジングの内壁面とノズルプレートとの間に形成される隙間に、タービンロータの回転方向と逆方向に延在する螺旋状の隙間空間を形成することができる。【００１４】
（５）本発明の少なくとも一実施形態に係る過給機は、
エンジンからの排ガスにより回転駆動されるタービンロータと、
前記タービンロータを収容すると共に、前記タービンロータの外周側にスクロール流路を形成するタービンハウジングと、
前記スクロール流路を通過後の前記排ガスを前記タービンロータに導く導入路内に設けられた複数のノズルベーンと、
前記導入路を形成するように互いに対向して配置される一対の導入路形成部材であって、ノズルマウント、および前記タービンハウジングの内壁面との間に隙間を設けて設置されるノズルプレート、を含む一対の導入路形成部材と、
前記隙間に設置される筒状の流路抵抗部材と、
を備え、
前記ノズルプレートは、
前記ノズルマウントに対向して設置される円環状のプレート部と、
前記タービンロータの軸方向に沿って前記プレート部から立設し、外周面に段部が形成された筒状の筒状部と、を有し、
前記タービンハウジングは、
前記筒状部の外周面との間に、前記タービンロータの軸方向に沿って延在する前記隙間の一部を構成する部分隙間を形成する第１内壁面と、
前記筒状部の端面との間に、前記タービンロータの径方向に沿って延在する前記隙間の他の一部を構成する部分隙間を形成する第２内壁面と、を有し、
前記流路抵抗部材は、一端が前記筒状部の段部に当接し、他端が前記第２内壁面に当接した状態で、前記筒状部の段部と前記第２内壁面との間に前記軸方向に沿って延在するように設置される。【００１５】
上記（５）の構成によれば、流路抵抗部材は、タービンハウジングの内壁面（第１内壁面）とノズルプレートとの間に形成される隙間（軸方向隙間）に設置された際に、一端が筒状部の段部に当接し、他端がタービンハウジングの第２内壁面に当接した状態で、上記の段部と上記の第２内壁面との間にタービンロータの軸方向に沿って延在する。これによって、上記の隙間を流れようとする排ガスに対して流路抵抗を設けつつ、高温の排ガスによる熱伸び差による、タービンハウジングに対するノズルプレートの相対的な軸方向への移動量を低減することができる。また、流路抵抗部材が、タービンハウジングの第１内壁面にも当接するように構成すれば、ノズルプレートの径方向への移動量も低減することができる。【００１６】
よって、スクロール流路を通過後の排ガスをタービンロータに導く導入路を通過することなく上記の隙間を通過することにより、スクロール流路からタービンロータの下流に直接漏れる排ガスの量（漏れ量）を低減することができる。したがって、タービンの排ガス出口付近における排ガスの流れの乱れを抑制することができ、過給機の性能の向上を図ることができる。さらに、ノズルプレートの移動を抑制することにより、ノズルプレートとノズルマウントとの間にあるノズルサポートに作用する力が低減されるので、より安価な材料によるノズルサポートの製造や、ノズルサポートの構造見直しによる部品重量の低減を図ることができる。【００１７】
（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記流路抵抗部材は、
前記筒状部の段部に当接する第１径を有する小径筒部と、
前記第１内壁面および前記第２内壁面に当接する、前記第１径よりも大きい第２径を有する大径筒部と、
前記小径筒部と前記大径筒部とを接続する接続筒部と、を有する。【００１８】
上記（６）の構成によれば、流路抵抗部材が小径筒部、大径筒部、および接続筒部を有するように構成することで、タービンハウジングの内壁面とノズルプレートとの間に形成される隙間から漏れる排ガスの漏れ量を低減しつつ、ノズルプレートの移動を抑制することが可能な流路抵抗部材を上記の隙間に適切に設置することができる。【００１９】
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記接続筒部の少なくとも一部にはベローズが形成されている。
上記（７）の構成によれば、流路抵抗部材の接続筒部は、ベローズによりバネの役割を担うように構成される。このため、タービンハウジングに対するノズルプレートの相対的な移動を抑制しつつ、移動量に応じて筒状部の段部やベアリングハウジングの内壁面との接触部分の荷重が増加させることができるので、流路抵抗部材と接触部分とに不可避的に生じる間隙からの排気ガスの漏れを低減することができる。【００２０】
（８）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記流路抵抗部材の少なくとも一部にはベローズが形成されている。
上記（８）の構成によれば、流路抵抗部材は、ベローズによりバネの役割を担うように構成される。このため、ノズルプレートの移動を抑制しつつ、移動量に応じて筒状部の段部やベアリングハウジングの内壁面との接触部分の荷重が増加させることができるので、流路抵抗部材と接触部分とに不可避的に生じる間隙からの排気ガスの漏れを低減することができる。よって、タービンハウジングの内壁面とノズルプレートとの間に形成される隙間から漏れる排ガスの漏れ量を低減しつつ、ノズルプレートの移動を抑制することが可能な流路抵抗部材を上記の隙間に適切に設置することができる。【００２１】
（９）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記流路抵抗部材は、ウール状の材料で形成されている。
上記（９）の構成によれば、例えばセラミックウールなどのウール状の材料で流路抵抗部材を形成する。これによって、タービンハウジングの内壁面とノズルプレートとの間に形成される隙間から漏れる排ガスの漏れ量を低減しつつ、ノズルプレートの移動を抑制することが可能な流路抵抗部材を上記の隙間に適切に設置することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、タービンハウジングの内壁面とノズルプレートとの間に形成される隙間からの排ガスの漏れを低減可能な過給機が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る過給機におけるタービンの軸方向に沿った断面を概略的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る可変ノズル機構を概略的に示す図である。
【図３】図１に示すタービンロータの回転方向と螺旋状の隙間空間の巻回向きとの関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るタービンロータ付近の断面を概略的に示す図であり、金属線材により螺旋状の隙間空間が隙間に形成されている。
【図５】本発明の他の実施形態に係る隙間に形成された隙間空間を示す断面図であり、金属線材はＶ字状の断面を有する。
【図６】本発明の一実施形態に係る隙間に形成された隙間空間を示す断面図であり、金属線材は円形の断面を有する。
【図７】本発明のその他の実施形態に係る隙間に形成された隙間空間を示す断面図であり、金属線材はＶ字状の断面を有する。
【図８】本発明の一実施形態に係る円錐状の流路抵抗部材の断面を概略的に示す図である。
【図９】本発明の他の一実施形態に係る円錐状の流路抵抗部材の断面を概略的に示す図である。
【図１０】本発明の他の一実施形態に係るベローズ状の流路抵抗部材の断面を概略的に示す図である。
【図１１】本発明の他の一実施形態に係るウール状の流路抵抗部材の断面を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態に係る可変容量型過給機の軸方向Ｄｓに沿った断面を概略的に示す図である。図２は、本発明の一実施形態に係る可変ノズル機構１０を概略的に示す図である。また、図３は、図１に示すタービンロータ１２の回転方向Ｗと螺旋状の隙間空間Ｇｐの巻回向きＷｉとの関係を示す図である。
なお、以下の説明では、後述するタービンロータ１２の回転軸１５の延在方向を軸方向Ｄｓと呼び、軸方向Ｄｓに直交する方向を径方向Ｄｒと呼ぶものとする。
【００２６】
図１に示すように、過給機（以下、ターボチャージャ１という。）は、例えば可変容量型過給機であり、不図示のエンジンから排出された排ガスにより回転駆動されるように構成されたタービンロータ１２を含むタービン１３と、回転軸１５を介してタービンロータ１２に接続されたコンプレッサロータ（不図示）を含むコンプレッサ（不図示）と、を備える。コンプレッサロータ（不図示）は、タービンロータ１２の回転により同軸駆動されて、エンジン（不図示）への吸気を圧縮するように構成される。また、回転軸１５は軸受２２によって回転可能に支持される。なお、図中の一点鎖線で示す軸線１０ａは、回転軸１５の回転中心を通る軸方向Ｄｓに沿った仮想の線である。
【００２７】
上記のタービンロータ１２、軸受２２、コンプレッサロータ（不図示）は、それぞれ、タービンハウジング１６、軸受ハウジング１８及びコンプレッサハウジング（不図示）に収容される。そして、タービンハウジング１６および軸受ハウジング１８、及び、軸受ハウジング１８およびコンプレッサハウジング（不図示）は、それぞれ、例えばボルトによって締結される。
【００２８】
また、タービンハウジング１６におけるタービンロータ１２の外周側には、不図示の排気マニホールドと連通し、エンジン（不図示）から排出された排ガスが流れるスクロール状のスクロール流路２０（排ガス通路）が形成される。そして、スクロール流路２０とタービンロータ１２との間には、タービンロータ１２に作用する排ガスの流れを制御する可変ノズル機構１０が配置される。
【００２９】
この可変ノズル機構１０は、図１に示す実施形態では、ノズルベーン８と、ノズルベーン８が取り付けられるノズルマウント２と、ノズルマウント２に対向するように設けられたノズルプレート４と、ノズルマウント２とノズルプレート４との間に設けられるノズルサポート６と、を有する。ノズルマウント２は、タービンハウジング１６と軸受ハウジング１８との間に挟まれた状態で、例えばボルトで締結されることによって固定されている。
【００３０】
より詳細には、図２に示すように、ノズルサポート６の一端は、ノズルマウント２の一面２ａに連結され、他端は、ノズルプレート４の一面４ａが連結されている。ノズルサポート６は、回転軸１５（図１参照）の周方向に沿って複数配置されおり、ノズルプレート４は、ノズルサポート６によって、ノズルマウント２の一面２ａから離間して支持されている。これによって、ノズルマウント２およびノズルプレート４を一対の導入路形成部材として、ノズルマウント２とノズルプレート４との間に、タービンロータ１２に流入される排ガスが流れる流路（導入路９）が形成されている。すなわち、この導入路９は、上記のスクロール流路２０を通過後の排ガスをタービンロータ１２に導く排ガスの流路であり、ノズルマウント２の一面２ａ及びノズルプレート４の一面４ａは、上述した導入路９を形成するように互いに対向して配置される一対の流路形成壁面を構成する。なお、後述する隙間Ｇは、ノズルプレート４の他面４ｂとタービンハウジング１６とによって形成される。
【００３１】
また、図２に示すように、ノズルベーン８は、導入路９内に設けられており、ノズル軸８ｃを介してレバープレート３の一端側に連結されている。また、レバープレート３の他端側は、ドライブリング５に連結されている。ドライブリング５は、円盤状に形成されており、ノズルマウント２の他面２ｂに回転可能に配置されている。このドライブリング５は不図示のアクチュエータなどにより駆動されて回転可能になっている。ドライブリング５が回転すると、各レバープレート３が回転し、ノズル軸８ｃを介してノズルベーン８の開度（翼角）が変化するように構成されている。
【００３２】
また、図１に示すように、エンジン始動時の温度上昇の差等による熱伸びを考慮して、ノズルサポート６により支持された状態においてタービンハウジング１６の内壁面１７との間に隙間Ｇを設けて設置される。図１に示す実施形態では、この隙間Ｇによって、スクロール流路２０と、タービン１３の出口（排ガス出口２４）とが直接接続されており、ノズルベーン８やタービンロータ１２を通過することなく排ガスが流れるような円筒状の空間が形成されている。
【００３３】
より詳細には、図１〜図２に示すように（後述する図４も同様）、ノズルプレート４は、上述したノズルマウント２に対向して設置される、中心に所定の半径の穴が形成された円環状のプレート部４１と、タービンロータ１２の軸方向Ｄｓに沿ってプレート部４１から立設される筒状の筒状部４２と、を有する。このため、上記の隙間Ｇは、プレート部４１（外周面４ｂ）と、このプレート部４１の外周面４ｂに対向するタービンハウジング１６の内壁面１７との間に形成された、タービンロータ１２の軸方向Ｄｓに径方向Ｄｒに延在する円環状に形成された第１径方向隙間Ｇａと、第１径方向隙間Ｇａの下流側（第１径方向隙間Ｇａよりも排ガス出口２４側）に接続（連通）され、筒状部４２の外周面４ｂと、この外周面４ｂに対向するタービンハウジング１６の内壁面１７（第１内壁面１７ａ。後述する図５〜図７参照）との間に円筒状に形成された軸方向隙間Ｇｂと、軸方向隙間Ｇｂの下流側（軸方向隙間Ｇｂよりも排ガス出口２４側）に接続（連通）され、筒状部４２の端面４２ｅと、この端面４２ｅに対向するタービンハウジング１６の内壁面１７（第２内壁面１７ｂ。後述する図５〜図７参照）との間に円環状に形成された第２径方向隙間Ｇｃと、を含む。
【００３４】
上述したような構成を備える可変ノズル機構１０を備えたターボチャージャ１では、スクロール流路２０を流れた排ガスは、図１の矢印ｆで示したように、ノズルマウント２とノズルプレート４との間の導入路９に流れ込み、ノズルベーン８によって流れ方向が制御されて、タービンハウジング１６の中心部へと流れる。そして、タービンロータ１２に作用した後に、排ガス出口２４から外部に排出される。
【００３５】
また、上記のスクロール流路２０などから上記の隙間Ｇに流入する排ガスも存在する。このような排ガスは、上記の導入路９を通過することなく、上記の隙間Ｇを通って、タービンロータ１２の下流の排ガス出口２４に直接流れようとする。このような隙間Ｇを通過した排ガスは、排ガス出口２４付近の乱れとなるため、タービン翼性能向上を図るためには、隙間Ｇを通過して排ガス出口２４に流れる排ガスの量（漏れ量）を低減する必要がある。
【００３６】
このため、上述したような、タービンハウジング１６の内壁面１７とノズルプレート４とによって形成される隙間Ｇには、図１に示すような位置に、後述する図５〜図７に示すような、隙間Ｇに延在する螺旋状の隙間空間Ｇｐが形成されている。この隙間空間Ｇｐの螺旋の向きは、図３に示すように、タービンロータ１２の回転方向Ｗと逆方向となっている。上記の隙間Ｇに流入する排ガスは、スクロール流路２０を通ることから、タービンロータ１２の回転方向Ｗと同じ方向に旋回しつつ、上記の隙間Ｇに形成された隙間空間Ｇｐを通って排ガス出口２４に向かう。この際、隙間空間Ｇｐは、排ガスの旋回方向と逆向きの螺旋状の流路となっているため、タービンロータ１２の回転方向Ｗと同じ方向に旋回しながら流れる排ガスの流れを妨げるように機能する。よって、上記の隙間空間Ｇｐにより、隙間Ｇを流れる排ガスに対して高い流路抵抗を設けることが可能となる。なお、隙間空間Ｇｐの形成手法については、後述する。
【００３７】
上記の構成によれば、タービンハウジング１６の内壁面１７とノズルプレート４との間の隙間Ｇには、タービンロータ１２の回転方向Ｗと逆方向に延在する螺旋状の隙間空間Ｇｐが形成されている。このため、上記の隙間Ｇを旋回しながら流れようとする排ガスに対して流路抵抗を設けることができる。よって、上記の隙間Ｇを通過することにより、スクロール流路２０を通過後の排ガスをタービンロータ１２に導く導入路９を通過することなく、スクロール流路２０からタービンロータ１２の下流（タービン１３の排ガス出口２４）に直接漏れる排ガスの量（漏れ量）を低減することができる。したがって、タービン１３の排ガス出口２４付近における排ガスの流れの乱れを抑制することができ、ターボチャージャ１の性能の向上を図ることができる。
【００３８】
次に、上述したタービンハウジング１６の内壁面１７との間の隙間Ｇへの隙間空間Ｇｐの形成手法に関する幾つかの実施形態について、図４〜７を用いて説明する。
図４は、本発明の一実施形態に係るタービンロータ１２付近の断面を概略的に示す図であり、金属線材７１により螺旋状の隙間空間Ｇｐが隙間Ｇに形成されている。図５は、本発明の他の実施形態に係る隙間Ｇに形成された隙間空間Ｇｐを示す断面図であり、金属線材７１はＶ字状の断面を有する。図６は、本発明の一実施形態に係る隙間Ｇに形成された隙間空間Ｇｐを示す断面図であり、金属線材７１は円形の断面を有する。また、図７は、本発明のその他の実施形態に係る隙間Ｇに形成された隙間空間Ｇｐを示す断面図であり、金属線材７１はＶ字状の断面を有する。
【００３９】
幾つかの実施形態では、図４〜図６に示すように、ターボチャージャ１は、タービンロータ１２の回転方向Ｗと逆方向に巻回された形状を有する金属線材７１を、さらに備えていても良い。そして、上記の隙間空間Ｇｐは、隙間Ｇを形成するノズルプレート４およびタービンハウジング１６と、タービンロータ１２の回転方向Ｗと逆方向に巻回されて隙間Ｇに設置された金属線材７１と、により形成されている。図４〜図６に示すように、金属線材７１がノズルプレート４などに軸方向Ｄｓに沿って複数回巻回された状態においては、隙間空間Ｇｐは、軸方向Ｄｓで隣接する金属線材７１同士の各間と、ノズルプレート４と、タービンハウジング１６とにより囲まれることで画定される。
【００４０】
より詳細には、上記の金属線材７１は、上記の隙間Ｇを構成する上述した軸方向隙間Ｇｂに設置される。例えば、金属線材７１は、筒状部４２の外周面４ｂの少なくとも一部に軸方向Ｄｓに沿って巻き付けることで、軸方向隙間Ｇｂに設置しても良い。あるいは、金属線材７１はコイルバネであり、筒状部４２に嵌め込むことで、筒状部４２の少なくとも一部に設置しても良い。
【００４１】
上記の構成によれば、タービンロータ１２の回転方向Ｗと逆方向に巻回した形状を有する金属線材７１を、タービンハウジング１６の内壁面１７とノズルプレート４との間に形成される隙間Ｇに設置することにより、上記隙間Ｇに、タービンロータ１２の回転方向Ｗと逆方向に延在する螺旋状の隙間空間Ｇｐを形成することができる。
【００４２】
また、上述した金属線材７１の断面形状は、幾つかの実施形態では、図５に示すように、Ｖ字状またはＵ字状（以下、Ｖ字状等）であっても良い。金属線材７１がＶ字状等の断面を有する場合には、筒状部４２が熱伸び差により、タービンハウジング１６に対して相対的に径方向Ｄｒに動く場合には、タービンハウジング１６とノズルプレート４との間に挟まれて押されることで、構造的に径方向に縮むことが可能である。よって、熱伸び差により生じる応力を適切に吸収することが可能となる。また、ノズルプレート４の径方向Ｄｒの相対的な移動量に応じて、金属線材７１とノズルプレート４との接触力、および、金属線材７１とタービンハウジング１６の内壁面１７との接触力が増加するので、タービンハウジング１６の内壁面１７と金属線材７１との間、あるいは、ノズルプレート４と金属線材７１との間を排ガスが漏れるのを防ぐことが可能となる。
【００４３】
図５に示す実施形態では、筒状部４２には段部４２ｓが形成されている。また、タービンハウジング１６は、筒状部４２の外周面４ｂとの間に、上述した軸方向隙間Ｇｂの一部を形成する第１内壁面１７ａと、筒状部４２の端面４２ｅとの間に上述した第２径方向隙間Ｇｃを形成する第２内壁面１７ｂと、を有している。そして、金属線材７１は、上記の隙間Ｇに設置された状態において、上述したノズルプレート４の段部４２ｓと、上述したタービンハウジング１６の第２内壁面１７ｂとの間に設置されている。この際、金属線材７１は、Ｖ字状の断面の開口側がノズルプレート４側を向き、Ｖ字状の折れ曲がり部分の側がタービンハウジング１６側を向くように設置されている。このように、金属線材７１を、Ｖ字状の断面の開口側がノズルプレート４側になる向きに設置することにより、段部４２ｓにより良く引っ掛かるようになっている。このため、ノズルプレート４が熱伸び差等により移動した場合に、金属線材７１が上記の段部４２ｓ、および上記の第２内壁面１７ｂに当接することで、ノズルプレート４の移動が抑制されるようになっている。
【００４４】
また、図５に示す実施形態では、筒状部４２は、所定の径の外周面４ｂを形成する筒壁である大径部４２ａと、大径部４２ａよりもプレート部４１から離れた位置（下流側）に設けられ、上記の所定の径よりも小さい径の外周面４ｂを形成する筒壁である小径部４２ｂと、を有している。そして、これらの大径部４２ａと小径部４２ｂとの境界によって、段部４２ｓが形成されている。
【００４５】
なお、金属線材７１は、エンジンの停止時においても、上記の段部４２ｓおよび上記の第２内壁面１７ｂに当接していても良い。金属線材７１は、エンジンの停止時において、Ｖ字状等の形状が、タービンハウジング１６とノズルプレート４とに押された状態（不勢状態）で上記の隙間Ｇに設置されていても良い。後述する図７に示すように、段部４２ｓは形成されていなくても良い。金属線材７１のＶ字状等の向きは、図５に示す実施形態に限定されず、Ｖ字状等の開口側の一方の端部が段部４２ｓと当接するような向きや、Ｖ字状等の開口側がタービンハウジング１６側を向くような図５の反対向きであっても良い。
【００４６】
上記の構成によれば、タービンロータ１２の軸方向Ｄｓに沿って螺旋状に巻回された金属線材７１の断面形状は、Ｕ字状またはＶ字状である。そして、このような断面を有する金属線材７１を、径方向Ｄｒに押された時に、径方向Ｄｒに構造的に伸縮するような向きで設置すれば、上記の隙間Ｇを形成するタービンハウジング１６の内壁面１７やノズルプレート４との接触部における接触力を増加させることができる。よって、金属線材７１と、タービンハウジング１６の内壁面１７やノズルプレート４との間から漏れる排ガスの量をより少なくすることができる。したがって、排ガスが隙間空間Ｇｐから漏れることなく流れるようにできるので、タービンハウジング１６の内壁面１７とノズルプレート４との間に形成される隙間Ｇを通過する排ガスの量をより低減することができる。
【００４７】
なお、他の幾つかの実施形態では、図６に示すように、金属線材７１の断面形状は、円形であっても良い。図６に示す実施形態では、ノズルプレート４（筒状部４２）に段部４２ｓが形成されていないが、他の幾つかの実施形態では、上述した段部４２ｓが形成されていても良い。
【００４８】
また、幾つかの実施形態では、図７に示すように、上述した隙間空間Ｇｐは、ノズルプレート４に形成された、タービンロータ１２の回転方向Ｗと逆方向に延在する螺旋状の溝（以下、プレート溝４２ｎ）により形成されても良い。このプレート溝４２ｎは、ノズルプレート４の筒状部４２の外周面４ｂの少なくとも一部に形成されており、筒状部４２の外周面４ｂに凹凸を形成している。そして、隙間空間Ｇｐは、このプレート溝４２ｎ（凹部）の内側に形成される。
【００４９】
図７に示す実施形態では、タービンハウジング１６の第１内壁面１７ａは、第２内壁面１７ｂ側において回転軸１５に向けて突出している部分を有している。この第１内壁面１７ａの突出面を形成するタービンハウジング１６の内壁には、ノズルプレート４のプレート溝４２ｎの離接する溝４２間（凸部）に対向する部分に溝（ハウジング溝１６ｎ）が形成されている。そして、第１内壁面１７ａの突出面は、このタービンハウジング１６のハウジング溝１６ｎ（凹部）にノズルプレート４のプレート溝４２ｎ間（凸部）の先端が入るぐらいまで、回転軸１５に向けて突出している。すなわち、隙間空間Ｇｐは、ノズルプレート４のプレート溝４２ｎと、このプレート溝４２ｎの開口を覆うように位置するタービンハウジング１６の第１内壁面１７ａの突出面１６ｓとで形成されている。
【００５０】
上記の構成によれば、ノズルプレート４に螺旋状のプレート溝４２ｎを形成することにより、タービンハウジング１６の内壁面１７とノズルプレート４との間に形成される隙間Ｇに、タービンロータ１２の回転方向Ｗと逆方向に延在する螺旋状の隙間空間Ｇｐを形成することができる。
【００５１】
次に、上述したタービンハウジング１６の内壁面１７とノズルプレート４とによって形成される上記の隙間Ｇから排ガス出口２４に直接漏れる排ガスの漏れ量を低減するための、他の実施形態について、図８〜図１１を用いて説明する。
図８は、本発明の一実施形態に係る円錐状の流路抵抗部材７の断面を概略的に示す図である。図９は、本発明の他の一実施形態に係る円錐状の流路抵抗部材７の断面を概略的に示す図である。図１０は、本発明の他の一実施形態に係るベローズ状の流路抵抗部材７の断面を概略的に示す図である。図１１は、本発明の他の一実施形態に係るウール状の流路抵抗部材７の断面を概略的に示す図である。
【００５２】
既に図１〜図２を用いて説明したように、ターボチャージャ１は、タービンロータ１２と、タービンハウジング１６と、複数のノズルベーン８と、ノズルマウント２およびノズルプレート４を含む一対の導入路形成部材と、を備える。また、図８〜図１１に示すように、ノズルプレート４は、既に説明したように、ノズルマウント２に対向して設置される円環状のプレート部４１と、タービンロータ１２の軸方向Ｄｓに沿ってプレート部４１から立設し、外周面に段部４２ｓが形成された筒状の筒状部４２と、を有する。他方、図８〜図１１に示すように、タービンハウジング１６は、上記の筒状部４２の外周面との間に、タービンロータ１２の軸方向Ｄｓに沿って延在する上記の隙間Ｇの一部を構成する部分隙間（軸方向隙間Ｇｂ）を形成する第１内壁面１７ａと、上記の筒状部４２の端面４２ｅとの間に、タービンロータ１２の径方向に沿って延在する上記の隙間Ｇの他の一部を構成する部分隙間（第２径方向隙間Ｇｃ）を形成する第２内壁面１７ｂと、を有する。
【００５３】
そして、上述した構成を備えるターボチャージャ１は、図８〜図１１に示すように、上述したような、タービンハウジング１６の内壁面１７とノズルプレート４との間に形成される隙間Ｇに設置される筒状の流路抵抗部材７を、さらに備える。そして、この流路抵抗部材７は、その一端が上記の筒状部４２の段部４２ｓに当接し、その他端が第２内壁面１７ｂに当接した状態で、筒状部４２の段部４２ｓと第２内壁面１７ｂとの間に軸方向Ｄｓに沿って延在するように設置される。つまり、流路抵抗部材７は、軸方向隙間Ｇｂと第２径方向隙間Ｇｃが接続された隙間Ｇを２つの部分に分断するように、上記の隙間Ｇに設置される。
【００５４】
具体的には、幾つかの実施形態では、図８〜図９に示すように、上述した筒状の形状を有する流路抵抗部材７は、ノズルプレート４の筒状部４２の段部４２ｓに当接する第１径Ｒ１を有する小径筒部７４ａと、第１内壁面および第２内壁面に当接する、上記の第１径Ｒ１よりも大きい第２径Ｒ２（Ｒ１＜Ｒ２）を有する大径筒部７４ｃと、小径筒部７４ａと大径筒部７４ｃとを接続する接続筒部７４ｂと、を有する。
【００５５】
図８〜図９に示す実施形態では、接続筒部７４ｂは、相対的に径が小さい小径筒部７４ａと、相対的に径が大きい大径筒部７４ｃとを接続筒部７４ｂによって直線状に接続することで、全体として円錐状（図８〜図９の断面では直線状）の形状を有している。また、大径筒部７４ｃが、小径筒部７４ａよりも上流側（プレート部４１側）に位置するので、接続筒部７４ｂは、軸方向Ｄｓに沿って下流に行くほど径が大きくなるようになっている。そして、大径筒部７４ｃは、タービンハウジング１６の第１内壁面１７ａおよび第２内壁面１７ｂに当接されている。
【００５６】
このように流路抵抗部材７を構成することで、隙間Ｇを、流路抵抗部材７の外周面側と内周面側との２つの部分に分断するようなっている。つまり、上記の隙間Ｇに流入した排ガスを、タービンハウジング１６の第１内壁面１７ａと、ノズルプレート４の筒状部４２（大径部４２ａ）の外周面４ｂと、流路抵抗部材７の外周面とで画定されている部分に閉じ込めるようになっている。また、流路抵抗部材７が、ノズルプレート４の段部４２ｓとタービンハウジング１６の第１内壁面１７ａおよび第２内壁面１７ｂに当接することによって、ノズルプレート４の軸方向および径方向での移動を抑制するようになっている。
【００５７】
また、図９に示すように、上述した接続筒部７４ｂの少なくとも一部には、ベローズが形成されていても良い。このベローズにより、接続筒部７４ｂはバネの役割を担うように構成される。このため、タービンハウジング１６に対するノズルプレート４の相対的な移動を抑制しつつ、移動量に応じて筒状部４２の段部４２ｓやタービンハウジング１６の内壁面１７との接触部分の荷重が増加させることができるので、流路抵抗部材７と接触部分（小径筒部７４ａとノズルプレート４との接触部分、大径筒部７４ｃとタービンハウジング１６との接触部分）とに不可避的に生じる間隙からの排気ガスの漏れを低減することが可能となる。
【００５８】
他の幾つかの実施形態では、図１０に示すように、上述した筒状の形状を有する流路抵抗部材７の少なくとも一部にはベローズが形成されていても良い。図１０に示す実施形態では、流路抵抗部材７はベローズ構造を有しており、軸方向Ｄｓに沿った断面視において、波状の形状を有している。そして、ベローズの波状の径方向Ｄｒ外側の端部（凸部）がタービンハウジング１６の第１内壁面１７ａに当接し、径方向Ｄｒ内側の端部がノズルプレート４（筒状部４２）の外周面に当接するようになっている。このため、排ガスが上記の隙間Ｇを流れるためには、ベローズにより形成される複数の障壁を越えていかなくてはならず、流路抵抗を設けることが可能となる。また、ノズルプレート４が軸方向Ｄｓに移動する場合には、ベローズが径方向Ｄｒに伸びることで、ベローズと、タービンハウジング１６およびノズルプレート４との各々の接触部における接触力が増加するので、排ガスが接触部から漏れにくくなる。
【００５９】
このように、流路抵抗部材７は、ベローズによりバネの役割を担うように構成される。このため、ノズルプレート４の移動を抑制しつつ、移動量に応じて筒状部４２の段部４２ｓやタービンハウジング１６の内壁面１７との接触部分（同上）の荷重が増加させることができるので、流路抵抗部材７と接触部分とに不可避的に生じる間隙からの排気ガスの漏れを低減することが可能となる。
【００６０】
その他の幾つかの実施形態では、図１１に示すように、上述した筒状の形状を有する流路抵抗部材７は、ウール状の材料で形成されていても良い。より具体的には、流路抵抗部材７はセラミックウールで形成されていても良い。これによって、タービンハウジング１６の内壁面１７とノズルプレート４との間に形成される隙間Ｇから漏れる排ガスの漏れ量を低減しつつ、ノズルプレート４の移動を抑制することが可能な流路抵抗部材７を上記の隙間Ｇに適切に設置することが可能となる。
【００６１】
上記の構成によれば、流路抵抗部材７は、タービンハウジング１６の内壁面１７（第１内壁面１７ａ）とノズルプレート４との間に形成される隙間Ｇ（軸方向隙間Ｇｂ）に設置された際に、一端が筒状部４２の段部４２ｓに当接し、他端がタービンハウジング１６の第２内壁面１７ｂに当接した状態で、上記の段部４２ｓと上記の第２内壁面１７ｂとの間にタービンロータ１２の軸方向Ｄｓに沿って延在する。これによって、上記の隙間Ｇを流れようとする排ガスに対して流路抵抗を設けつつ、高温の排ガスによる熱伸び差によるタービンハウジング１６に対するノズルプレート４の相対的な軸方向Ｄｓへの移動量を低減することができる。また、流路抵抗部材７が、タービンハウジング１６の第１内壁面１７ａにも当接するように構成すれば、ノズルプレート４の径方向への移動量も低減することができる。
【００６２】
よって、スクロール流路２０を通過後の排ガスをタービンロータ１２に導く導入路９を通過することなく上記の隙間Ｇを通過することにより、スクロール流路２０からタービンロータ１２の下流に直接漏れる排ガスの量（漏れ量）を低減することができる。したがって、タービン１３の排ガス出口２４付近における排ガスの流れの乱れを抑制することができ、ターボチャージャ１の性能の向上を図ることができる。さらに、ノズルプレート４の移動を抑制することにより、ノズルプレート４とノズルマウント２との間にあるノズルサポート６に作用する力が低減されるので、より安価な材料によるノズルサポート６の製造や、ノズルサポート６の構造見直しによる部品重量の低減を図ることができる。
【００６３】
以上、可変容量型過給機を例に本発明のターボチャージャ１を説明した。ただし、上述した可変容量型過給機に本発明は限定さない。本発明は、例えばノズルベーン８が固定されたような過給機など、可変容量型ではない過給機にも適用可能である。
また、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【符号の説明】
【００６４】
１        ターボチャージャ（過給機）
１０      可変ノズル機構
１０ａ    軸線
１２      タービンロータ
１３      タービン
１５      回転軸
１６      タービンハウジング
１７      タービンハウジングの内壁面
１７ａ    第１内壁面
１７ｂ    第２内壁面
１６ｎ    ハウジング溝
１６ｓ    タービンハウジングの内壁面の突出面
１８      軸受ハウジング
２        ノズルマウント
２ａ      ノズルマウントの一面
２ｂ      ノズルマウントの他面
２０      スクロール流路
２２      軸受
２４      排ガス出口
３        レバープレート
４        ノズルプレート
４ａ      ノズルプレートの一面
４ｂ      ノズルプレートの他面（外周面）
４１      プレート部
４２      筒状部
４２ａ    大径部
４２ｂ    小径部
４２ｅ    端面
４２ｓ    段部
４２ｎ    プレート溝
５        ドライブリング
６        ノズルサポート
７        流路抵抗部材
７１      金属線材
７４ａ    小径筒部
７４ｂ    接続筒部
７４ｃ    大径筒部
８        ノズルベーン
８ｃ      ノズル軸
９        導入路
Ｗ        タービンロータの回転方向
Ｗｉ      隙間空間の巻回向き
Ｇ        隙間
Ｇａ      第１径方向隙間
Ｇｂ      軸方向隙間
Ｇｃ      第２径方向隙間
Ｇｐ      隙間空間
Ｒ１      第１径
Ｒ２      第２径
ｆ        排ガスの流れ
【図１】
2020161896.tif 000003
【図２】
2020161896.tif 000004
【図３】
2020161896.tif 000005
【図４】
2020161896.tif 000006
【図５】
2020161896.tif 000007
【図６】
2020161896.tif 000008
【図７】
2020161896.tif 000009
【図８】
2020161896.tif 000010
【図９】
2020161896.tif 000011
【図１０】
2020161896.tif 000012
【図１１】
2020161896.tif 000013
【国際調査報告】
2020161896.tif 000014
2020161896.tif 000015
2020161896.tif 000016
2020161896.tif 000017