ターボチャージャの排ガスシール構造
【課題】 タービン容量を可変とするターボチャージャにおいて、タービン容量を制御する弁部材の軸部と軸部を回動自在に挿通支持する軸受部との間隙から流出する排ガス量を低減できるターボチャージャの排ガスシール構造を提供する。
【解決手段】 タービンロータと、排ガス通路３が形成されるタービンハウジング２と、軸受部７と、軸受部７に回動自在に挿通支持される軸部６と、弁部材４と、を有し、排ガス通路３に排ガスを流入させると共に、弁部材４によりタービン容量を可変とするターボチャージャにおいて、軸受部７の内径よりも小さな内径を有し、軸部６と相対変位自在なシール部材１０を、タービンハウジング２の内部側及び外部側の夫々において、軸部６に挿通し、外部側のシール部材１０を軸受部７の側面に付勢する付勢手段を備える。
【解決手段】 タービンロータと、排ガス通路３が形成されるタービンハウジング２と、軸受部７と、軸受部７に回動自在に挿通支持される軸部６と、弁部材４と、を有し、排ガス通路３に排ガスを流入させると共に、弁部材４によりタービン容量を可変とするターボチャージャにおいて、軸受部７の内径よりも小さな内径を有し、軸部６と相対変位自在なシール部材１０を、タービンハウジング２の内部側及び外部側の夫々において、軸部６に挿通し、外部側のシール部材１０を軸受部７の側面に付勢する付勢手段を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンハウジングの内部に排ガスを流入させると共に、タービン容量を可変とするターボチャージャの排ガスシール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャは、タービンハウジングの内部に流入する排ガスのエネルギーを利用して、エンジンに圧縮した空気を供給する。具体的には、エンジンの排ガスによって、タービンハウジングの内部に設けたタービンロータを回転させ、このタービンロータと同軸で連結しているコンプレッサハウジング内のコンプレッサロータを回転させて、コンプレッサハウジングの内部に吸入した空気を圧縮し、エンジンに供給する。
【０００３】
ターボチャージャには、通常、エンジンの低速域から高速域まで変化する回転数に応じて変動する排ガスのエネルギーを効率的に利用するために、タービンハウジングの内部に流入する排ガス流を制御する弁部材が設けられている。このような弁部材としては、タービンロータへ送られる排ガス量を制御して過給圧が高くなり過ぎないようにするウエストゲートバルブや、流入する排ガス量に応じてタービン容量を切換え、一定の過給圧を維持するフローコントロールバルブがある。
【０００４】
ウエストゲートバルブは、流入部に設けられた排出部と連通するバイパス通路口を開閉するもので、流入する排ガスが一定量以上の場合には、バルブを開いて過剰な排ガスをタービンロータを経由させずに排出させる。フローコントロールバルブは、タービンロータへの排ガス通路が二つに分かれている場合にその一方の通路口を開閉するもので、流入する排ガス量が少なくなるとバルブを閉じてタービンの容量を小さくする。また、流入する排ガス量が多い場合には、バルブを開いてタービン容量を大きくする。
【０００５】
ウエストゲートバルブやフローコントロールバルブは、通常、その軸部がタービンハウジングの内部側と外部側とを連通する軸受部に回動自在に挿通支持されており、タービンハウジングの外部側から回動させることにより、バルブを開閉させて排ガス流を制御する。このような弁部材は８００℃以上の排ガスに直接晒されるため、弁部材の軸部と軸受部との間隙は熱膨張や熱変形等による焼き付きを防止すべく一般的な軸と軸受との間隙よりも大きく設けてある。このため、タービンハウジングに流入した排ガスは、その一部がタービンハウジングの内外の圧力差により軸部と軸受部との間隙から大気へ流出するという問題が生じていた。
【０００６】
この問題に対しては、軸受部の内径よりも小さな内径を有するワッシャをシール部材として、弁部材と軸受部との間において軸部に嵌合した排ガスのシール構造（例えば、特許文献１参照）が知られている。このシール構造によれば、排ガスの温度によって軸部を熱膨張させて軸部とシール部材との間隙を小さくでき、また、排ガスの圧力によって弁部材とシール部材を軸受部に押し付けることができる。これにより、軸部と軸受部との間隙から外部に流出する排ガス量を低減することができる。
【０００７】
また、軸受部の内周面に嵌合するシール部材と弁部材の軸部の外周面に嵌合するシール部材とを軸部の軸心方向に隣接配置することにより、排ガスの流出通路を曲折かつ長くし、外部に流出する排ガス量を低減する排ガスのシール構造（例えば、特許文献２参照）についても検討されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平８−３３４０３０号公報
【特許文献２】特開平５−２４８２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記従来のターボチャージャにおいては、エンジンの振動や弁部材を制御するアクチュエータ荷重等により軸受部内で軸部が傾く場合がある。したがって、前記特許文献１及び２に記載されたシール構造では、軸部とシール部材との間隙が小さく、軸部の傾きにシール部材が追随してしまうため、シール部材と軸受部との間に隙間が生じ、この隙間から排ガスが流出するという問題があった。
【００１０】
また、前記特許文献１及び２に記載されたシール構造は、タービン容量が可変のターボチャージャに採用されるものではない。そのため、タービン容量が可変のターボチャージャに特有のフローコントロールバルブのシール構造については検討されていない。すなわち、フローコントロールバルブは排ガスが流入する排ガス通路に設けられているため、排気部と連通するバイパス通路側に設けられているウエストゲートバルブに比べて雰囲気温度、圧力が高くなっている。また、フローコントロールバルブのサイズは、その役割からウエストゲートバルブよりも大きく、これに合わせて軸部及び軸受部も大きく設定されている。このようにフローコントロールバルブでは、ウエストゲートバルブに比べて軸部と軸受部との間隙はより大きく設けられており、また外部との圧力差も大きいため、外部へ流出する排ガス量はより多くなっている。したがって、フローコントロールバルブに対して求められる排ガスの流出量の低減幅は、ウエストゲートバルブにおける低減幅よりも大きくなっており、このようなフローコントロールバルブに対応できる排ガスのシール構造が求められていた。
【００１１】
本発明は上記問題に鑑み案出されたものであり、タービン容量を可変とするターボチャージャにおいて、タービン容量を制御する弁部材の軸部と、当該軸部を回動自在に挿通支持する軸受部との間隙から流出する排ガス量を低減できるターボチャージャの排ガスシール構造を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための本発明に係るターボチャージャの第１特徴構成は、タービンロータと、第１スクロール部と第２スクロール部とを備え前記タービンロータが配置される排ガス通路が形成されるタービンハウジングと、前記タービンロータより上流側の前記排ガス通路に連通する空間に配置され、前記タービンハウジングの内部側と外部側とを連通する軸受部と、該軸受部に回動自在に挿通支持される軸部とを備え、前記軸部の回動により前記第１スクロール部及び前記第２スクロール部の連通を制御する弁部材と、を有し、前記排ガス通路に排ガスを流入させると共に、前記弁部材により前記第１スクロール部及び前記第２スクロール部の連通を制御してタービン容量を可変とするターボチャージャにおいて、前記軸受部の内径よりも小さな内径を有し、前記軸部と相対変位自在なシール部材を、前記タービンハウジングの内部側及び外部側の夫々において、前記軸部に挿通し、前記外部側のシール部材を前記軸受部の側面に付勢する付勢手段を備えた点にある。
【００１３】
つまり、この構成によれば、タービンハウジングの内部側において軸部に挿通したシール部材にはタービンロータに流入する前の排ガスの流入圧が作用するため、当該シール部材は、この排ガスの圧力によって軸受部の側面に付勢され、外部側において軸部に挿通したシール部材は、付勢手段によって軸受部の側面に付勢される。
また、軸部に挿通したシール部材は、軸受部の内径よりも小さな内径を有し、軸部と相対変位自在であるため、軸部が傾いた場合であっても軸部に追随することはない。
このため、排ガスが外部へ流出する際には、排ガスを軸部とシール部材との間隙を確実に通すことができるため、排ガスの流出通路を小さくすることができる。
【００１４】
また、シール部材は、タービンハウジングの内部側及び外部側の夫々において軸部に挿通してあるため、タービンハウジングの内部と軸受部との間と、軸受部とタービンハウジング外部との間にそれぞれ圧力差を生じさせることができる。このため、それぞれの圧力差は、タービンハウジングの内部と外部との圧力差より小さくすることができる。
したがって、軸部と軸受部との間隙から排ガスをより流出し難くすることができ、比較的高い排ガスの流入圧が作用する場合、つまりタービンロータの上流側の排ガス通路に連通する空間に軸受部及び軸部が配置されるような弁部材においても、該弁部材から漏れる排ガス量を低減することができる。
【００１５】
本発明に係るターボチャージャの排ガスシール構造の第２特徴構成は、タービンロータと、第１スクロール部と第２スクロール部とを備え前記タービンロータが配置される排ガス通路が形成されるタービンハウジングと、前記タービンロータより上流側の前記排ガス通路に連通する空間に配置され、前記タービンハウジングの内部側と外部側とを連通する軸受部と、該軸受部に回動自在に挿通支持される軸部とを備え、前記軸部の回動により前記第１スクロール部及び前記第２スクロール部の連通を制御する弁部材と、を有し、前記排ガス通路に排ガスを流入させると共に、前記弁部材により前記第１スクロール部及び前記第２スクロール部の連通を制御してタービン容量を可変とするターボチャージャにおいて、前記軸受部の内径よりも小さな内径を有し、前記軸部と相対変位自在なシール部材を、前記タービンハウジングの外部側において、前記軸部に複数挿通し、該シール部材を前記軸受部の側面に付勢する付勢手段を備えた点にある。
【００１６】
つまり、この構成によれば、タービンハウジングの外部側において軸部に複数挿通したシール部材は、付勢手段によって軸受部の側面に付勢される。
また、軸部に挿通したシール部材は、軸受部の内径よりも小さな内径を有し、軸部と相対変位自在であるため、軸部が傾いた場合であっても軸部に追随することはない。
このため、排ガスが外部へ流出する際には、排ガスを軸部とシール部材との間隙を確実に通すことができるため、排ガスの流出通路を小さくすることができる。
【００１７】
また、シール部材を軸部に複数挿通してあるため、排ガスの流出通路を複雑にして、長くすることができる。
したがって、軸部と軸受部との間隙から排ガスをより流出し難くすることができ、比較的高い排ガスの流入圧が作用する場合、つまりタービンロータの上流側の排ガス通路に連通する空間に軸受部及び軸部が配置されるような弁部材においても、該弁部材から漏れる排ガス量を低減することができる。
【００１８】
本発明に係るターボチャージャの排ガスシール構造の第３特徴構成は、タービンロータと、第１スクロール部と第２スクロール部とを備え前記タービンロータが配置される排ガス通路が形成されるタービンハウジングと、前記タービンロータより上流側の前記排ガス通路に連通する空間に配置され、前記タービンハウジングの内部側と外部側とを連通する軸受部と、該軸受部に回動自在に挿通支持される軸部とを備え、前記軸部の回動により前記第１スクロール部及び前記第２スクロール部の連通を制御する弁部材と、を有し、前記排ガス通路に排ガスを流入させると共に、前記弁部材により前記第１スクロール部及び前記第２スクロール部の連通を制御してタービン容量を可変とするターボチャージャにおいて、前記軸受部の内径よりも小さな内径を有し、前記軸部と相対変位自在なシール部材を、前記タービンハウジングの内部側において前記軸部に少なくとも１つ挿通すると共に、前記タービンハウジングの外部側において前記軸部に複数挿通し、前記外部側のシール部材を前記軸受部の側面に付勢する付勢手段を備えた点にある。
【００１９】
つまり、この構成によれば、タービンハウジングの内部側において軸部に挿通したシール部材にはタービンロータに流入する前の排ガスの流入圧が作用するため、当該シール部材は、この排ガスの圧力によって軸受部の側面に付勢され、外部側において軸部に挿通したシール部材は、付勢手段によって軸受部の側面に付勢される。
また、軸部に挿通したシール部材は、軸受部の内径よりも小さな内径を有し、軸部と相対変位自在であるため、軸部が傾いた場合であっても軸部に追随することはない。
このため、排ガスが外部へ流出する際には、排ガスを軸部とシール部材との間隙を確実に通すことができるため、排ガスの流出通路を小さくすることができる。
【００２０】
また、シール部材は、タービンハウジングの内部側及び外部側の夫々において軸部に挿通してあるため、タービンハウジングの内部と軸受部との間と、軸受部とタービンハウジング外部との間にそれぞれ圧力差を生じさせることができる。このため、それぞれの圧力差は、タービンハウジングの内部と外部との圧力差より小さくすることができる。
【００２１】
さらに、タービンハウジングの外部側において軸部にシール部材を複数挿通してあるため、排ガスの流出通路を複雑にして、長くすることができる。
したがって、軸部と軸受部との間隙から排ガスをより流出し難くすることができ、比較的高い排ガスの流入圧が作用する場合、つまりタービンロータの上流側の排ガス通路に連通する空間に軸受部及び軸部が配置されるような弁部材においても、該弁部材から漏れる排ガス量を低減することができる。
【００２２】
本発明に係るターボチャージャの排ガスシール構造の第４特徴構成は、前記付勢手段は、前記タービンハウジングの外部側において、前記軸部に外挿すると共に、前記軸部に設けたフランジ部と前記シール部材とに亘って配置したコイルバネである点である。
【００２３】
つまり、この構成によれば、スプリングバネによって、タービンハウジングの外部側において軸部に挿通したシール部材を軸受部の側面に付勢すると共に、フランジ部を介して、軸部を付勢することができる。このため、シール部材を軸受部の側面に確実に付勢させることに加えて、エンジンの振動や、弁部材を制御するアクチュエータ荷重等によって軸部が傾くことを抑制することもできる。
【００２４】
また、コイルバネは、タービンハウジングの外部側において軸部に挿通してあるため、排ガスの温度に対する影響を低くすることができる。
【００２５】
本発明に係るターボチャージャの排ガスシール構造の第５特徴構成は、前記内部側のシール部材を前記軸受部の側面に付勢する第２の付勢手段を備えている点にある。
【００２６】
つまり、この構成によれば、タービンハウジングの内部の排ガスの圧力が低い場合であっても、タービンハウジングの内部側において軸部に挿通したシール部材を軸受部の側面に確実に付勢することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
〔第一の実施形態〕
以下に、本発明の第一の実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態に係るターボチャージャは、タービン容量が可変のターボチャージャ（以下、単に「ターボチャージャ」と称する）であり、図１に示すようにタービンロータ１を備えるタービン部１００と、コンプレッサロータ（図示しない）を備えるコンプレッサ部２００と、タービンロータ１とコンプレッサロータとを連結する連結シャフト３０１を備える連結部３００とを有して構成される。ターボチャージャは、エンジン（図示しない）の排ガスによってタービンロータ１を回転させ、このタービンロータ１と連結しているコンプレッサロータを回転させて空気を圧縮し、エンジンに供給する。
【００２８】
タービン部１００は、図１及び２に示すようにタービンロータ１を収容するタービンハウジング２と、内部が内周スクロール部（第１スクロール部）３ａと外周スクロール部（第２スクロール部）３ｂとに仕切られた排ガス通路３と、弁部材としてのフローコントロールバルブ４及びウエストゲートバルブ５とを備えている。そして、タービンハウジング２の内部に流入した排ガスは、排ガス通路３を経てタービンロータ１へ送られる。
また、排ガス通路３を形成するタービンハウジング２の中心部にタービンロータ１が配置されており、排ガスはタービンハウジング２の外周側から排ガス通路３に流入されて、タービンハウジング２の中心部からタービンロータ１を介して該タービンハウジング２の外部に流出するようになっている。また、図２に示すように、内周スクロール部３ａと外周スクロール部３ｂとの仕切りは、その一部分が、内周スクロール部３ａと外周スクロール部３ｂとを仕切る仕切部１５と、内周スクロール部３ａと外周スクロール部３ｂとを連通する連通部１６とが交互に配置される形態となっている。これにより、内周スクロール部３ａと外周スクロール部３ｂとは基本的には、常に連通状態となっている。
【００２９】
フローコントロールバルブ４は、内周スクロール部３ａと外周スクロール部３ｂとの連通を制御して、タービン容量を可変とするための弁部材であり、タービンハウジング２の内部に流入する排ガス量に応じて、内周スクロール部３ａと外周スクロール部３ｂとを仕切る壁部に設けられた外周スクロール部３ｂの入口を開閉制御するものである。フローコントロールバルブ４は、排ガスの流入量が少ない場合には外周スクロール部３ｂの入口を閉じて、排ガスを主に内周スクロール部３ａに流入させてタービン容量を小さくする。一方、排ガスの流入量が多くなると、外周スクロール部３ｂの入口を開いて内周スクロール部３ａと外周スクロール部３ｂとの両方に充分な排ガスを流入させてタービン容量を大きくする。尚、このフローコントロールバルブ４は、図２に示すようにタービンロータ１よりも上流側の排ガス通路３に連通する空間に配置されている。さらに具体的には、図３に示すように、排ガス通路３のタービンロータ１より上流側において、外周スクロール部３ｂを形成するタービンハウジング２の内部側と外部側とを連通するように軸受部７が配置され、この軸受部７に軸部であるシャフト６が回動自在に挿通支持されており、外周スクロール部３ｂ内において、該シャフト６にアーム８を介してフローコントロールバルブ４が連結されている。ここで、前述したように外周スクロール部３ｂと内周スクロール部３ａとは、連結部１６により常時連通状態とされていることから、軸受部７及びシャフト６が配置される空間には、フローコントロールバルブ４の開閉状態にかかわらず、エンジンから流入してタービンロータ１に流入する前の排ガスの流入圧が作用する。そのため、これら軸受部７及びシャフト６には、比較的高い圧力が常時作用するため、より優れた排ガスのシール構造が求められている部分となっている。
【００３０】
ウエストゲートバルブ５は、タービンハウジング２の内部に流入する排ガス量に応じて排ガスの排出口と連通するバイパス通路５ａの入口を開閉制御するものである。ウエストゲートバルブ５は、排ガスの流入量が一定以上になった場合にバイパス通路５ａの入口を開いて、過剰な排ガスをタービンロータを経由させずに排出させて、エンジンへ供給する空気の圧力を略一定に保つ。
【００３１】
本実施形態においては、図３に示すように本発明に係るターボチャージャの排ガスシール構造を、フローコントロールバルブ４に適用した場合の一例について説明する。
本実施形態に係るターボチャージャの排ガスシール構造は、フローコントロールバルブ４の軸部であるシャフト６と、シャフト６が回動自在に挿通支持してある軸受部７とを備えており、この軸受部７の側面にタービンハウジング２の内部側及び外部側の夫々においてシャフト６に挿通したワッシャ１０を、コイルバネ１１によって付勢して設けてある。さらに、内部側のワッシャ１０にはタービンロータ１に流入される前の排ガスの流入圧が作用するため、内部側のワッシャ１０は、この排ガスの圧力によっても軸受部の側面に付勢されている。これにより、それぞれのワッシャ１０と軸受部７の側面とを密着させて、排ガスが外部へ流出する際には、排ガスをシャフト６とワッシャ１０との間隙に通すことができる。
【００３２】
シャフト６には、タービンハウジング２の内部側においてフローコントロールバルブ４と連結するアーム８が外嵌装着され、外部側においてフランジ部９ａを有するレバー９が外嵌装着されている。レバー９には駆動装置（図示しない）が接続されており、この駆動装置によりレバー９を介してシャフト６を回動させ、フローコントロールバルブ４を開閉制御する。
【００３３】
ワッシャ１０は本発明におけるシール部材の一例であり、その内径を軸受部７の内径よりも小さく設定してあると共に、軸体に挿通した際にも一定の間隙を生じるようにして軸体と相対変位自在に設けてある。これにより、ワッシャ１０をシャフト６に挿通した際に生じる間隙を、シャフト６と軸受部７との間隙よりも小さくすることができると共に、シャフト６が傾いた場合でもワッシャ１０をシャフト６に追随しないようにできる。
【００３４】
また、ワッシャ１０は、高温の排ガスに晒されるため、排ガス温度に耐え得るステンレス、インコネル、セラミックス等に例示される耐熱材で構成することが好ましい。さらには、低温時から高温時までワッシャ１０とシャフト６との間隙を略一定に保つため、シャフト６を構成する材質の高温平均線膨張係数に対し、同等もしくは高い特性係数を有する材質で構成することが好ましい。尚、シャフト６を構成する材質は、従来のものと同様のものが適用される。
【００３５】
本実施形態においては、ワッシャ１０は同一の内径のものを例として説明したが、タービンハウジング２の内部側と外部側とでは雰囲気温度が異なるため、それぞれの温度に対応させて、内部側のワッシャ１０の内径と外部側のワッシャ１０の内径とを異なるように設けることもできる。また、ワッシャ１０を構成する材料についても同様であり、内部側のワッシャ１０を構成する材料と外部側のワッシャを構成する材料とは、同一でも異なっていてもよく、それぞれの温度に対して耐熱性のある材料を適宜選択すればよい。
また、本実施形態においては、タービンハウジング２の内部側においてシャフト６に挿通したワッシャ１０と、外部側において挿通したワッシャ１０とをそれぞれ１枚ずつ設けた例を示したが、特に制限はなく、片側または両側に複数設けることもできる。
【００３６】
コイルバネ１１は、本発明における付勢手段の一例である。コイルバネ１１は、レバー９のフランジ部９ａと外部側のワッシャ１０とに亘って圧縮して配置してある。コイルバネ１１の一方の側でフランジ部９ａを介してシャフト６をタービンハウジング２の外部側に付勢することにより、アーム８及び軸受部７でその間に配置したワッシャ１０を付勢挟持する。同時にコイルバネ１１の他方の側で外部側のワッシャ１０を、埃除けとして設けられたダストカバー１２を介して軸受部７の側面に付勢する。これにより、ワッシャ１０と軸受部７の側面とを密着させることができる。
本実施形態におけるコイルバネ１１は、フランジ部９ａを介してシャフト６を付勢しているため、ワッシャ１０を確実に軸受部７に密着させることができると共に、エンジンの振動や、弁部材を制御するアクチュエータ荷重等によって軸部が傾くことを抑制することもできる。
また、コイルバネ１１は、タービンハウジングの外部側に配置してあるため、排ガスの温度に対する影響を低くすることができ、熱膨張や熱変形等を抑えることができる。また、これによりコイルバネ１１を構成する材質の選択の幅も広がる。
【００３７】
コイルバネ１１は、外部側のワッシャ１０を軸受部７の側面と密着させて、その間隙から排ガスが流出するのを防止するため、シャフト６と軸受部７との間隙から流出する排ガスの圧力より大きい付勢力で付勢している。
また、内部側のワッシャ１０を、常にアーム８と軸受部７の側面とで付勢挟持させるためには、コイルバネ１１はエンジンの振動によってシャフト６が振動するのを抑えることができる付勢力で付勢することがより好ましい。但し、コイルバネ１１によってシャフト６の振動を完全に抑えられなくても、振動が大きくなるようなエンジンの回転数の場合には、タービンハウジング内部の排ガスの圧力が高まり、ワッシャ１０を軸受部７の側面に付勢できる。また、排ガスの圧力が小さくなるようなエンジンの回転数の場合には、振動が小さくなるため、コイルバネ１１によってアーム８を介してワッシャ１０を軸受部７の側面に付勢することができる。
尚、本実施形態においては、コイルバネ１１によって外部側のワッシャ１０を軸受部７の側面に付勢すると同時に内部側のワッシャ１０を軸受部７の側面に付勢する場合を例示したが、内部側のワッシャ１０は、タービンハウジング２の内部の排ガスの圧力のみによって軸受部７の側面に付勢させてもよい。この場合、排ガスの圧力が低くなるとワッシャ１０を付勢し難くなるが、排ガスの流出圧力も低下するため何ら問題はない。
【００３８】
ダストカバー１２は、従来公知の形状、材質が用いられ特に制限はない。また、使用しなくても何ら問題はない。
【００３９】
このように構成されたターボチャージャの排ガスシール構造であれば、排ガスが外部へ流出する際には、排ガスをシャフト６とワッシャ１０との間隙を確実に通すことができるため、排ガスの流出通路を小さくすることができる。
また、タービンハウジング２の内部と軸受部７との間と、軸受部７とタービンハウジング２の外部との間にそれぞれ圧力差を生じさせることができる。このため、それぞれの圧力差は、タービンハウジング２の内部と外部との圧力差より小さくすることができる。
したがって、シャフト６と軸受部７との間隙から排ガスをより流出し難くすることができ、タービンロータ１に流入される前の比較的高い排ガスの流入圧が作用する場合であっても、流出する排ガス量を低減することができる。
【００４０】
〔第二の実施形態〕
次に本発明に係る第二の実施形態について説明する。本実施形態に係るターボチャージャの排ガスシール構造では、図４に示すようにタービンハウジング２の外部側においてのみシャフト６に３枚のワッシャ１０が設けてある。これらのワッシャ１０はコイルバネ１１によって軸受部７の側面に付勢してある。これにより軸受部７側のワッシャ１０を軸受部７の側面と密着させると共に、それぞれのワッシャ１０を互いに密着させている。尚、その他の構成は、第一の実施形態と同様である。
【００４１】
本実施形態に係るターボチャージャの排ガスシール構造によって得られる排ガスの流出通路の一例を説明する。本実施形態におけるワッシャ１０は、エンジンの振動等によって、例えば図５に示すようにシャフト６の軸心方向視でそれぞれが偏心する。このためシャフト６とワッシャ１０とのそれぞれの間隙１３は、互いのワッシャ１０の重なりによって小さくなり、排ガスはワッシャ１０の重なりによって生じる間隙１３ａを通過し難くなる。また、排ガスが１枚のワッシャ１０とシャフト６との比較的大きな間隙１３を通過したとしても、２枚めのワッシャ１０とシャフト６との間隙１３を通過するためには、シャフト６の円周方向に移動しながら通過することになり、排ガスの流出通路を複雑にして、長くすることができる。したがって、複数のワッシャ１０を設けることによりシャフト６と軸受部７との間隙から排ガスをより流出し難くすることができ、タービンロータ１に流入される前の比較的高い排ガスの流入圧が作用する場合であっても、流出する排ガス量を低減することができる。
【００４２】
尚、本実施形態では３枚のワッシャ１０を使用した場合を例示したが、ワッシャ１０は２枚以上設けてあればその枚数に制限はない。また、本実施形態においては、ワッシャ１０を同一形状、同一材質ものを使用した例を示したが、外部側の複数のワッシャ１０をそれぞれに異なる形状、材質のものを適用してもよい。
【００４３】
〔第三の実施形態〕
次に本発明に係る第三の実施形態について説明する。本実施形態に係るターボチャージャの排ガスシール構造では、図６に示すようにタービンハウジング２の外部側に３枚のワッシャ１０、内部側に１枚のワッシャ１０が設けてあり、軸受部７側のワッシャ１０を軸受部７の側面と密着させると共に、それぞれの隣り合うワッシャ１０を互いに密着させている。尚、その他の構成は、第一の実施形態と同様である。
【００４４】
このような構成であれば、タービンハウジング２の内部と軸受部７との間と、軸受部７とタービンハウジング２の外部との間にそれぞれ圧力差を生じさせ、それぞれの圧力差を、タービンハウジングの内部と外部との圧力差より小さくすることができる。
さらに、タービンハウジング２の外部側において排ガスの流出通路を複雑にして、長くすることができる。
したがって、シャフト６と軸受部７との間隙から排ガスをより流出し難くすることができ、タービンロータ１に流入される前の比較的高い排ガスの流入圧が作用する場合であっても、流出する排ガス量を低減することができる。
【００４５】
〔その他の実施形態〕
前記第１の実施形態及び第３の実施形態においては、内部側のワッシャ１０を、排ガスの圧力とコイルバネ１１とによって付勢する例を示したが、これに限らず、例えば軸受部７の内部側の側面にフックを設けてワッシャ１０を係合させて付勢するように、第２の付勢手段を設けてもよい。これによれば、排ガスの圧力が低く、かつシャフト６の振動が大きい場合であっても、確実に内部側のワッシャ１０を軸受部７の側面に密着させることができる。
【００４６】
前記各実施形態においては、シャフト６を付勢する例を示したが、別に付勢しなくてもよい。
また、前記各実施形態においては、シール部材としてワッシャ１０を使用した例を示したが、これに限られるものではない。
前記各実施形態においては、付勢手段としてコイルバネ１１を使用した例を示したが、これに限られるものではなく、皿バネ等も使用できる。
【００４７】
尚、本発明に係るターボチャージャの排ガスシール構造は、フローコントロールバルブ４に適用するものであるが、ウエストゲートバルブ５に適用しても同様の効果が得られる。ウエストゲートバルブ５では、フローコントロールバルブ４に比べて、雰囲気温度が低く、タービンハウジング２の外部との圧力差が小さいため、本発明に係る排ガスのシール構造によって排ガスの流出量を低減できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第一の実施形態に係るターボチャージャの一部断面を示す全体略図
【図２】図１のＡ−Ａ断面図
【図３】図２のＢ−Ｂ断面図
【図４】本発明の第二の実施形態に係る排ガスシール構造を示す断面図
【図５】本発明の第二の実施形態に係る排ガスシール構造における排ガスの通路形状を説明する図
【図６】本発明の第三の実施形態に係る排ガスシール構造を示す断面図
【符号の説明】
【００４９】
１ タービンロータ
２ タービンハウジング
４ 弁部材（フローコントロールバルブ）
５ 弁部材（ウエストゲートバルブ）
６ 軸部（シャフト）
７ 軸受部
９ レバー
９ａ フランジ部
１０ シール部材（ワッシャ）
１１ 付勢手段（コイルバネ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンハウジングの内部に排ガスを流入させると共に、タービン容量を可変とするターボチャージャの排ガスシール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャは、タービンハウジングの内部に流入する排ガスのエネルギーを利用して、エンジンに圧縮した空気を供給する。具体的には、エンジンの排ガスによって、タービンハウジングの内部に設けたタービンロータを回転させ、このタービンロータと同軸で連結しているコンプレッサハウジング内のコンプレッサロータを回転させて、コンプレッサハウジングの内部に吸入した空気を圧縮し、エンジンに供給する。
【０００３】
ターボチャージャには、通常、エンジンの低速域から高速域まで変化する回転数に応じて変動する排ガスのエネルギーを効率的に利用するために、タービンハウジングの内部に流入する排ガス流を制御する弁部材が設けられている。このような弁部材としては、タービンロータへ送られる排ガス量を制御して過給圧が高くなり過ぎないようにするウエストゲートバルブや、流入する排ガス量に応じてタービン容量を切換え、一定の過給圧を維持するフローコントロールバルブがある。
【０００４】
ウエストゲートバルブは、流入部に設けられた排出部と連通するバイパス通路口を開閉するもので、流入する排ガスが一定量以上の場合には、バルブを開いて過剰な排ガスをタービンロータを経由させずに排出させる。フローコントロールバルブは、タービンロータへの排ガス通路が二つに分かれている場合にその一方の通路口を開閉するもので、流入する排ガス量が少なくなるとバルブを閉じてタービンの容量を小さくする。また、流入する排ガス量が多い場合には、バルブを開いてタービン容量を大きくする。
【０００５】
ウエストゲートバルブやフローコントロールバルブは、通常、その軸部がタービンハウジングの内部側と外部側とを連通する軸受部に回動自在に挿通支持されており、タービンハウジングの外部側から回動させることにより、バルブを開閉させて排ガス流を制御する。このような弁部材は８００℃以上の排ガスに直接晒されるため、弁部材の軸部と軸受部との間隙は熱膨張や熱変形等による焼き付きを防止すべく一般的な軸と軸受との間隙よりも大きく設けてある。このため、タービンハウジングに流入した排ガスは、その一部がタービンハウジングの内外の圧力差により軸部と軸受部との間隙から大気へ流出するという問題が生じていた。
【０００６】
この問題に対しては、軸受部の内径よりも小さな内径を有するワッシャをシール部材として、弁部材と軸受部との間において軸部に嵌合した排ガスのシール構造（例えば、特許文献１参照）が知られている。このシール構造によれば、排ガスの温度によって軸部を熱膨張させて軸部とシール部材との間隙を小さくでき、また、排ガスの圧力によって弁部材とシール部材を軸受部に押し付けることができる。これにより、軸部と軸受部との間隙から外部に流出する排ガス量を低減することができる。
【０００７】
また、軸受部の内周面に嵌合するシール部材と弁部材の軸部の外周面に嵌合するシール部材とを軸部の軸心方向に隣接配置することにより、排ガスの流出通路を曲折かつ長くし、外部に流出する排ガス量を低減する排ガスのシール構造（例えば、特許文献２参照）についても検討されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平８−３３４０３０号公報
【特許文献２】特開平５−２４８２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記従来のターボチャージャにおいては、エンジンの振動や弁部材を制御するアクチュエータ荷重等により軸受部内で軸部が傾く場合がある。したがって、前記特許文献１及び２に記載されたシール構造では、軸部とシール部材との間隙が小さく、軸部の傾きにシール部材が追随してしまうため、シール部材と軸受部との間に隙間が生じ、この隙間から排ガスが流出するという問題があった。
【００１０】
また、前記特許文献１及び２に記載されたシール構造は、タービン容量が可変のターボチャージャに採用されるものではない。そのため、タービン容量が可変のターボチャージャに特有のフローコントロールバルブのシール構造については検討されていない。すなわち、フローコントロールバルブは排ガスが流入する排ガス通路に設けられているため、排気部と連通するバイパス通路側に設けられているウエストゲートバルブに比べて雰囲気温度、圧力が高くなっている。また、フローコントロールバルブのサイズは、その役割からウエストゲートバルブよりも大きく、これに合わせて軸部及び軸受部も大きく設定されている。このようにフローコントロールバルブでは、ウエストゲートバルブに比べて軸部と軸受部との間隙はより大きく設けられており、また外部との圧力差も大きいため、外部へ流出する排ガス量はより多くなっている。したがって、フローコントロールバルブに対して求められる排ガスの流出量の低減幅は、ウエストゲートバルブにおける低減幅よりも大きくなっており、このようなフローコントロールバルブに対応できる排ガスのシール構造が求められていた。
【００１１】
本発明は上記問題に鑑み案出されたものであり、タービン容量を可変とするターボチャージャにおいて、タービン容量を制御する弁部材の軸部と、当該軸部を回動自在に挿通支持する軸受部との間隙から流出する排ガス量を低減できるターボチャージャの排ガスシール構造を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための本発明に係るターボチャージャの第１特徴構成は、タービンロータと、第１スクロール部と第２スクロール部とを備え前記タービンロータが配置される排ガス通路が形成されるタービンハウジングと、前記タービンロータより上流側の前記排ガス通路に連通する空間に配置され、前記タービンハウジングの内部側と外部側とを連通する軸受部と、該軸受部に回動自在に挿通支持される軸部とを備え、前記軸部の回動により前記第１スクロール部及び前記第２スクロール部の連通を制御する弁部材と、を有し、前記排ガス通路に排ガスを流入させると共に、前記弁部材により前記第１スクロール部及び前記第２スクロール部の連通を制御してタービン容量を可変とするターボチャージャにおいて、前記軸受部の内径よりも小さな内径を有し、前記軸部と相対変位自在なシール部材を、前記タービンハウジングの内部側及び外部側の夫々において、前記軸部に挿通し、前記外部側のシール部材を前記軸受部の側面に付勢する付勢手段を備えた点にある。
【００１３】
つまり、この構成によれば、タービンハウジングの内部側において軸部に挿通したシール部材にはタービンロータに流入する前の排ガスの流入圧が作用するため、当該シール部材は、この排ガスの圧力によって軸受部の側面に付勢され、外部側において軸部に挿通したシール部材は、付勢手段によって軸受部の側面に付勢される。
また、軸部に挿通したシール部材は、軸受部の内径よりも小さな内径を有し、軸部と相対変位自在であるため、軸部が傾いた場合であっても軸部に追随することはない。
このため、排ガスが外部へ流出する際には、排ガスを軸部とシール部材との間隙を確実に通すことができるため、排ガスの流出通路を小さくすることができる。
【００１４】
また、シール部材は、タービンハウジングの内部側及び外部側の夫々において軸部に挿通してあるため、タービンハウジングの内部と軸受部との間と、軸受部とタービンハウジング外部との間にそれぞれ圧力差を生じさせることができる。このため、それぞれの圧力差は、タービンハウジングの内部と外部との圧力差より小さくすることができる。
したがって、軸部と軸受部との間隙から排ガスをより流出し難くすることができ、比較的高い排ガスの流入圧が作用する場合、つまりタービンロータの上流側の排ガス通路に連通する空間に軸受部及び軸部が配置されるような弁部材においても、該弁部材から漏れる排ガス量を低減することができる。
【００１５】
本発明に係るターボチャージャの排ガスシール構造の第２特徴構成は、タービンロータと、第１スクロール部と第２スクロール部とを備え前記タービンロータが配置される排ガス通路が形成されるタービンハウジングと、前記タービンロータより上流側の前記排ガス通路に連通する空間に配置され、前記タービンハウジングの内部側と外部側とを連通する軸受部と、該軸受部に回動自在に挿通支持される軸部とを備え、前記軸部の回動により前記第１スクロール部及び前記第２スクロール部の連通を制御する弁部材と、を有し、前記排ガス通路に排ガスを流入させると共に、前記弁部材により前記第１スクロール部及び前記第２スクロール部の連通を制御してタービン容量を可変とするターボチャージャにおいて、前記軸受部の内径よりも小さな内径を有し、前記軸部と相対変位自在なシール部材を、前記タービンハウジングの外部側において、前記軸部に複数挿通し、該シール部材を前記軸受部の側面に付勢する付勢手段を備えた点にある。
【００１６】
つまり、この構成によれば、タービンハウジングの外部側において軸部に複数挿通したシール部材は、付勢手段によって軸受部の側面に付勢される。
また、軸部に挿通したシール部材は、軸受部の内径よりも小さな内径を有し、軸部と相対変位自在であるため、軸部が傾いた場合であっても軸部に追随することはない。
このため、排ガスが外部へ流出する際には、排ガスを軸部とシール部材との間隙を確実に通すことができるため、排ガスの流出通路を小さくすることができる。
【００１７】
また、シール部材を軸部に複数挿通してあるため、排ガスの流出通路を複雑にして、長くすることができる。
したがって、軸部と軸受部との間隙から排ガスをより流出し難くすることができ、比較的高い排ガスの流入圧が作用する場合、つまりタービンロータの上流側の排ガス通路に連通する空間に軸受部及び軸部が配置されるような弁部材においても、該弁部材から漏れる排ガス量を低減することができる。
【００１８】
本発明に係るターボチャージャの排ガスシール構造の第３特徴構成は、タービンロータと、第１スクロール部と第２スクロール部とを備え前記タービンロータが配置される排ガス通路が形成されるタービンハウジングと、前記タービンロータより上流側の前記排ガス通路に連通する空間に配置され、前記タービンハウジングの内部側と外部側とを連通する軸受部と、該軸受部に回動自在に挿通支持される軸部とを備え、前記軸部の回動により前記第１スクロール部及び前記第２スクロール部の連通を制御する弁部材と、を有し、前記排ガス通路に排ガスを流入させると共に、前記弁部材により前記第１スクロール部及び前記第２スクロール部の連通を制御してタービン容量を可変とするターボチャージャにおいて、前記軸受部の内径よりも小さな内径を有し、前記軸部と相対変位自在なシール部材を、前記タービンハウジングの内部側において前記軸部に少なくとも１つ挿通すると共に、前記タービンハウジングの外部側において前記軸部に複数挿通し、前記外部側のシール部材を前記軸受部の側面に付勢する付勢手段を備えた点にある。
【００１９】
つまり、この構成によれば、タービンハウジングの内部側において軸部に挿通したシール部材にはタービンロータに流入する前の排ガスの流入圧が作用するため、当該シール部材は、この排ガスの圧力によって軸受部の側面に付勢され、外部側において軸部に挿通したシール部材は、付勢手段によって軸受部の側面に付勢される。
また、軸部に挿通したシール部材は、軸受部の内径よりも小さな内径を有し、軸部と相対変位自在であるため、軸部が傾いた場合であっても軸部に追随することはない。
このため、排ガスが外部へ流出する際には、排ガスを軸部とシール部材との間隙を確実に通すことができるため、排ガスの流出通路を小さくすることができる。
【００２０】
また、シール部材は、タービンハウジングの内部側及び外部側の夫々において軸部に挿通してあるため、タービンハウジングの内部と軸受部との間と、軸受部とタービンハウジング外部との間にそれぞれ圧力差を生じさせることができる。このため、それぞれの圧力差は、タービンハウジングの内部と外部との圧力差より小さくすることができる。
【００２１】
さらに、タービンハウジングの外部側において軸部にシール部材を複数挿通してあるため、排ガスの流出通路を複雑にして、長くすることができる。
したがって、軸部と軸受部との間隙から排ガスをより流出し難くすることができ、比較的高い排ガスの流入圧が作用する場合、つまりタービンロータの上流側の排ガス通路に連通する空間に軸受部及び軸部が配置されるような弁部材においても、該弁部材から漏れる排ガス量を低減することができる。
【００２２】
本発明に係るターボチャージャの排ガスシール構造の第４特徴構成は、前記付勢手段は、前記タービンハウジングの外部側において、前記軸部に外挿すると共に、前記軸部に設けたフランジ部と前記シール部材とに亘って配置したコイルバネである点である。
【００２３】
つまり、この構成によれば、スプリングバネによって、タービンハウジングの外部側において軸部に挿通したシール部材を軸受部の側面に付勢すると共に、フランジ部を介して、軸部を付勢することができる。このため、シール部材を軸受部の側面に確実に付勢させることに加えて、エンジンの振動や、弁部材を制御するアクチュエータ荷重等によって軸部が傾くことを抑制することもできる。
【００２４】
また、コイルバネは、タービンハウジングの外部側において軸部に挿通してあるため、排ガスの温度に対する影響を低くすることができる。
【００２５】
本発明に係るターボチャージャの排ガスシール構造の第５特徴構成は、前記内部側のシール部材を前記軸受部の側面に付勢する第２の付勢手段を備えている点にある。
【００２６】
つまり、この構成によれば、タービンハウジングの内部の排ガスの圧力が低い場合であっても、タービンハウジングの内部側において軸部に挿通したシール部材を軸受部の側面に確実に付勢することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
〔第一の実施形態〕
以下に、本発明の第一の実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態に係るターボチャージャは、タービン容量が可変のターボチャージャ（以下、単に「ターボチャージャ」と称する）であり、図１に示すようにタービンロータ１を備えるタービン部１００と、コンプレッサロータ（図示しない）を備えるコンプレッサ部２００と、タービンロータ１とコンプレッサロータとを連結する連結シャフト３０１を備える連結部３００とを有して構成される。ターボチャージャは、エンジン（図示しない）の排ガスによってタービンロータ１を回転させ、このタービンロータ１と連結しているコンプレッサロータを回転させて空気を圧縮し、エンジンに供給する。
【００２８】
タービン部１００は、図１及び２に示すようにタービンロータ１を収容するタービンハウジング２と、内部が内周スクロール部（第１スクロール部）３ａと外周スクロール部（第２スクロール部）３ｂとに仕切られた排ガス通路３と、弁部材としてのフローコントロールバルブ４及びウエストゲートバルブ５とを備えている。そして、タービンハウジング２の内部に流入した排ガスは、排ガス通路３を経てタービンロータ１へ送られる。
また、排ガス通路３を形成するタービンハウジング２の中心部にタービンロータ１が配置されており、排ガスはタービンハウジング２の外周側から排ガス通路３に流入されて、タービンハウジング２の中心部からタービンロータ１を介して該タービンハウジング２の外部に流出するようになっている。また、図２に示すように、内周スクロール部３ａと外周スクロール部３ｂとの仕切りは、その一部分が、内周スクロール部３ａと外周スクロール部３ｂとを仕切る仕切部１５と、内周スクロール部３ａと外周スクロール部３ｂとを連通する連通部１６とが交互に配置される形態となっている。これにより、内周スクロール部３ａと外周スクロール部３ｂとは基本的には、常に連通状態となっている。
【００２９】
フローコントロールバルブ４は、内周スクロール部３ａと外周スクロール部３ｂとの連通を制御して、タービン容量を可変とするための弁部材であり、タービンハウジング２の内部に流入する排ガス量に応じて、内周スクロール部３ａと外周スクロール部３ｂとを仕切る壁部に設けられた外周スクロール部３ｂの入口を開閉制御するものである。フローコントロールバルブ４は、排ガスの流入量が少ない場合には外周スクロール部３ｂの入口を閉じて、排ガスを主に内周スクロール部３ａに流入させてタービン容量を小さくする。一方、排ガスの流入量が多くなると、外周スクロール部３ｂの入口を開いて内周スクロール部３ａと外周スクロール部３ｂとの両方に充分な排ガスを流入させてタービン容量を大きくする。尚、このフローコントロールバルブ４は、図２に示すようにタービンロータ１よりも上流側の排ガス通路３に連通する空間に配置されている。さらに具体的には、図３に示すように、排ガス通路３のタービンロータ１より上流側において、外周スクロール部３ｂを形成するタービンハウジング２の内部側と外部側とを連通するように軸受部７が配置され、この軸受部７に軸部であるシャフト６が回動自在に挿通支持されており、外周スクロール部３ｂ内において、該シャフト６にアーム８を介してフローコントロールバルブ４が連結されている。ここで、前述したように外周スクロール部３ｂと内周スクロール部３ａとは、連結部１６により常時連通状態とされていることから、軸受部７及びシャフト６が配置される空間には、フローコントロールバルブ４の開閉状態にかかわらず、エンジンから流入してタービンロータ１に流入する前の排ガスの流入圧が作用する。そのため、これら軸受部７及びシャフト６には、比較的高い圧力が常時作用するため、より優れた排ガスのシール構造が求められている部分となっている。
【００３０】
ウエストゲートバルブ５は、タービンハウジング２の内部に流入する排ガス量に応じて排ガスの排出口と連通するバイパス通路５ａの入口を開閉制御するものである。ウエストゲートバルブ５は、排ガスの流入量が一定以上になった場合にバイパス通路５ａの入口を開いて、過剰な排ガスをタービンロータを経由させずに排出させて、エンジンへ供給する空気の圧力を略一定に保つ。
【００３１】
本実施形態においては、図３に示すように本発明に係るターボチャージャの排ガスシール構造を、フローコントロールバルブ４に適用した場合の一例について説明する。
本実施形態に係るターボチャージャの排ガスシール構造は、フローコントロールバルブ４の軸部であるシャフト６と、シャフト６が回動自在に挿通支持してある軸受部７とを備えており、この軸受部７の側面にタービンハウジング２の内部側及び外部側の夫々においてシャフト６に挿通したワッシャ１０を、コイルバネ１１によって付勢して設けてある。さらに、内部側のワッシャ１０にはタービンロータ１に流入される前の排ガスの流入圧が作用するため、内部側のワッシャ１０は、この排ガスの圧力によっても軸受部の側面に付勢されている。これにより、それぞれのワッシャ１０と軸受部７の側面とを密着させて、排ガスが外部へ流出する際には、排ガスをシャフト６とワッシャ１０との間隙に通すことができる。
【００３２】
シャフト６には、タービンハウジング２の内部側においてフローコントロールバルブ４と連結するアーム８が外嵌装着され、外部側においてフランジ部９ａを有するレバー９が外嵌装着されている。レバー９には駆動装置（図示しない）が接続されており、この駆動装置によりレバー９を介してシャフト６を回動させ、フローコントロールバルブ４を開閉制御する。
【００３３】
ワッシャ１０は本発明におけるシール部材の一例であり、その内径を軸受部７の内径よりも小さく設定してあると共に、軸体に挿通した際にも一定の間隙を生じるようにして軸体と相対変位自在に設けてある。これにより、ワッシャ１０をシャフト６に挿通した際に生じる間隙を、シャフト６と軸受部７との間隙よりも小さくすることができると共に、シャフト６が傾いた場合でもワッシャ１０をシャフト６に追随しないようにできる。
【００３４】
また、ワッシャ１０は、高温の排ガスに晒されるため、排ガス温度に耐え得るステンレス、インコネル、セラミックス等に例示される耐熱材で構成することが好ましい。さらには、低温時から高温時までワッシャ１０とシャフト６との間隙を略一定に保つため、シャフト６を構成する材質の高温平均線膨張係数に対し、同等もしくは高い特性係数を有する材質で構成することが好ましい。尚、シャフト６を構成する材質は、従来のものと同様のものが適用される。
【００３５】
本実施形態においては、ワッシャ１０は同一の内径のものを例として説明したが、タービンハウジング２の内部側と外部側とでは雰囲気温度が異なるため、それぞれの温度に対応させて、内部側のワッシャ１０の内径と外部側のワッシャ１０の内径とを異なるように設けることもできる。また、ワッシャ１０を構成する材料についても同様であり、内部側のワッシャ１０を構成する材料と外部側のワッシャを構成する材料とは、同一でも異なっていてもよく、それぞれの温度に対して耐熱性のある材料を適宜選択すればよい。
また、本実施形態においては、タービンハウジング２の内部側においてシャフト６に挿通したワッシャ１０と、外部側において挿通したワッシャ１０とをそれぞれ１枚ずつ設けた例を示したが、特に制限はなく、片側または両側に複数設けることもできる。
【００３６】
コイルバネ１１は、本発明における付勢手段の一例である。コイルバネ１１は、レバー９のフランジ部９ａと外部側のワッシャ１０とに亘って圧縮して配置してある。コイルバネ１１の一方の側でフランジ部９ａを介してシャフト６をタービンハウジング２の外部側に付勢することにより、アーム８及び軸受部７でその間に配置したワッシャ１０を付勢挟持する。同時にコイルバネ１１の他方の側で外部側のワッシャ１０を、埃除けとして設けられたダストカバー１２を介して軸受部７の側面に付勢する。これにより、ワッシャ１０と軸受部７の側面とを密着させることができる。
本実施形態におけるコイルバネ１１は、フランジ部９ａを介してシャフト６を付勢しているため、ワッシャ１０を確実に軸受部７に密着させることができると共に、エンジンの振動や、弁部材を制御するアクチュエータ荷重等によって軸部が傾くことを抑制することもできる。
また、コイルバネ１１は、タービンハウジングの外部側に配置してあるため、排ガスの温度に対する影響を低くすることができ、熱膨張や熱変形等を抑えることができる。また、これによりコイルバネ１１を構成する材質の選択の幅も広がる。
【００３７】
コイルバネ１１は、外部側のワッシャ１０を軸受部７の側面と密着させて、その間隙から排ガスが流出するのを防止するため、シャフト６と軸受部７との間隙から流出する排ガスの圧力より大きい付勢力で付勢している。
また、内部側のワッシャ１０を、常にアーム８と軸受部７の側面とで付勢挟持させるためには、コイルバネ１１はエンジンの振動によってシャフト６が振動するのを抑えることができる付勢力で付勢することがより好ましい。但し、コイルバネ１１によってシャフト６の振動を完全に抑えられなくても、振動が大きくなるようなエンジンの回転数の場合には、タービンハウジング内部の排ガスの圧力が高まり、ワッシャ１０を軸受部７の側面に付勢できる。また、排ガスの圧力が小さくなるようなエンジンの回転数の場合には、振動が小さくなるため、コイルバネ１１によってアーム８を介してワッシャ１０を軸受部７の側面に付勢することができる。
尚、本実施形態においては、コイルバネ１１によって外部側のワッシャ１０を軸受部７の側面に付勢すると同時に内部側のワッシャ１０を軸受部７の側面に付勢する場合を例示したが、内部側のワッシャ１０は、タービンハウジング２の内部の排ガスの圧力のみによって軸受部７の側面に付勢させてもよい。この場合、排ガスの圧力が低くなるとワッシャ１０を付勢し難くなるが、排ガスの流出圧力も低下するため何ら問題はない。
【００３８】
ダストカバー１２は、従来公知の形状、材質が用いられ特に制限はない。また、使用しなくても何ら問題はない。
【００３９】
このように構成されたターボチャージャの排ガスシール構造であれば、排ガスが外部へ流出する際には、排ガスをシャフト６とワッシャ１０との間隙を確実に通すことができるため、排ガスの流出通路を小さくすることができる。
また、タービンハウジング２の内部と軸受部７との間と、軸受部７とタービンハウジング２の外部との間にそれぞれ圧力差を生じさせることができる。このため、それぞれの圧力差は、タービンハウジング２の内部と外部との圧力差より小さくすることができる。
したがって、シャフト６と軸受部７との間隙から排ガスをより流出し難くすることができ、タービンロータ１に流入される前の比較的高い排ガスの流入圧が作用する場合であっても、流出する排ガス量を低減することができる。
【００４０】
〔第二の実施形態〕
次に本発明に係る第二の実施形態について説明する。本実施形態に係るターボチャージャの排ガスシール構造では、図４に示すようにタービンハウジング２の外部側においてのみシャフト６に３枚のワッシャ１０が設けてある。これらのワッシャ１０はコイルバネ１１によって軸受部７の側面に付勢してある。これにより軸受部７側のワッシャ１０を軸受部７の側面と密着させると共に、それぞれのワッシャ１０を互いに密着させている。尚、その他の構成は、第一の実施形態と同様である。
【００４１】
本実施形態に係るターボチャージャの排ガスシール構造によって得られる排ガスの流出通路の一例を説明する。本実施形態におけるワッシャ１０は、エンジンの振動等によって、例えば図５に示すようにシャフト６の軸心方向視でそれぞれが偏心する。このためシャフト６とワッシャ１０とのそれぞれの間隙１３は、互いのワッシャ１０の重なりによって小さくなり、排ガスはワッシャ１０の重なりによって生じる間隙１３ａを通過し難くなる。また、排ガスが１枚のワッシャ１０とシャフト６との比較的大きな間隙１３を通過したとしても、２枚めのワッシャ１０とシャフト６との間隙１３を通過するためには、シャフト６の円周方向に移動しながら通過することになり、排ガスの流出通路を複雑にして、長くすることができる。したがって、複数のワッシャ１０を設けることによりシャフト６と軸受部７との間隙から排ガスをより流出し難くすることができ、タービンロータ１に流入される前の比較的高い排ガスの流入圧が作用する場合であっても、流出する排ガス量を低減することができる。
【００４２】
尚、本実施形態では３枚のワッシャ１０を使用した場合を例示したが、ワッシャ１０は２枚以上設けてあればその枚数に制限はない。また、本実施形態においては、ワッシャ１０を同一形状、同一材質ものを使用した例を示したが、外部側の複数のワッシャ１０をそれぞれに異なる形状、材質のものを適用してもよい。
【００４３】
〔第三の実施形態〕
次に本発明に係る第三の実施形態について説明する。本実施形態に係るターボチャージャの排ガスシール構造では、図６に示すようにタービンハウジング２の外部側に３枚のワッシャ１０、内部側に１枚のワッシャ１０が設けてあり、軸受部７側のワッシャ１０を軸受部７の側面と密着させると共に、それぞれの隣り合うワッシャ１０を互いに密着させている。尚、その他の構成は、第一の実施形態と同様である。
【００４４】
このような構成であれば、タービンハウジング２の内部と軸受部７との間と、軸受部７とタービンハウジング２の外部との間にそれぞれ圧力差を生じさせ、それぞれの圧力差を、タービンハウジングの内部と外部との圧力差より小さくすることができる。
さらに、タービンハウジング２の外部側において排ガスの流出通路を複雑にして、長くすることができる。
したがって、シャフト６と軸受部７との間隙から排ガスをより流出し難くすることができ、タービンロータ１に流入される前の比較的高い排ガスの流入圧が作用する場合であっても、流出する排ガス量を低減することができる。
【００４５】
〔その他の実施形態〕
前記第１の実施形態及び第３の実施形態においては、内部側のワッシャ１０を、排ガスの圧力とコイルバネ１１とによって付勢する例を示したが、これに限らず、例えば軸受部７の内部側の側面にフックを設けてワッシャ１０を係合させて付勢するように、第２の付勢手段を設けてもよい。これによれば、排ガスの圧力が低く、かつシャフト６の振動が大きい場合であっても、確実に内部側のワッシャ１０を軸受部７の側面に密着させることができる。
【００４６】
前記各実施形態においては、シャフト６を付勢する例を示したが、別に付勢しなくてもよい。
また、前記各実施形態においては、シール部材としてワッシャ１０を使用した例を示したが、これに限られるものではない。
前記各実施形態においては、付勢手段としてコイルバネ１１を使用した例を示したが、これに限られるものではなく、皿バネ等も使用できる。
【００４７】
尚、本発明に係るターボチャージャの排ガスシール構造は、フローコントロールバルブ４に適用するものであるが、ウエストゲートバルブ５に適用しても同様の効果が得られる。ウエストゲートバルブ５では、フローコントロールバルブ４に比べて、雰囲気温度が低く、タービンハウジング２の外部との圧力差が小さいため、本発明に係る排ガスのシール構造によって排ガスの流出量を低減できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第一の実施形態に係るターボチャージャの一部断面を示す全体略図
【図２】図１のＡ−Ａ断面図
【図３】図２のＢ−Ｂ断面図
【図４】本発明の第二の実施形態に係る排ガスシール構造を示す断面図
【図５】本発明の第二の実施形態に係る排ガスシール構造における排ガスの通路形状を説明する図
【図６】本発明の第三の実施形態に係る排ガスシール構造を示す断面図
【符号の説明】
【００４９】
１ タービンロータ
２ タービンハウジング
４ 弁部材（フローコントロールバルブ）
５ 弁部材（ウエストゲートバルブ）
６ 軸部（シャフト）
７ 軸受部
９ レバー
９ａ フランジ部
１０ シール部材（ワッシャ）
１１ 付勢手段（コイルバネ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンロータと、
第１スクロール部と第２スクロール部とを備え前記タービンロータが配置される排ガス通路が形成されるタービンハウジングと、
前記タービンロータより上流側の前記排ガス通路に連通する空間に配置され、前記タービンハウジングの内部側と外部側とを連通する軸受部と、該軸受部に回動自在に挿通支持される軸部とを備え、前記軸部の回動により前記第１スクロール部及び前記第２スクロール部の連通を制御する弁部材と、を有し、
前記排ガス通路に排ガスを流入させると共に、前記弁部材により前記第１スクロール部及び前記第２スクロール部の連通を制御してタービン容量を可変とするターボチャージャにおいて、
前記軸受部の内径よりも小さな内径を有し、前記軸部と相対変位自在なシール部材を、前記タービンハウジングの内部側及び外部側の夫々において、前記軸部に挿通し、
前記外部側のシール部材を前記軸受部の側面に付勢する付勢手段を備えたターボチャージャの排ガスシール構造。
【請求項２】
タービンロータと、
第１スクロール部と第２スクロール部とを備え前記タービンロータが配置される排ガス通路が形成されるタービンハウジングと、
前記タービンロータより上流側の前記排ガス通路に連通する空間に配置され、前記タービンハウジングの内部側と外部側とを連通する軸受部と、該軸受部に回動自在に挿通支持される軸部とを備え、前記軸部の回動により前記第１スクロール部及び前記第２スクロール部の連通を制御する弁部材と、を有し、
前記排ガス通路に排ガスを流入させると共に、前記弁部材により前記第１スクロール部及び前記第２スクロール部の連通を制御してタービン容量を可変とするターボチャージャにおいて、
前記軸受部の内径よりも小さな内径を有し、前記軸部と相対変位自在なシール部材を、前記タービンハウジングの外部側において、前記軸部に複数挿通し、
該シール部材を前記軸受部の側面に付勢する付勢手段を備えたターボチャージャの排ガスシール構造。
【請求項３】
タービンロータと、
第１スクロール部と第２スクロール部とを備え前記タービンロータが配置される排ガス通路が形成されるタービンハウジングと、
前記タービンロータより上流側の前記排ガス通路に連通する空間に配置され、前記タービンハウジングの内部側と外部側とを連通する軸受部と、該軸受部に回動自在に挿通支持される軸部とを備え、前記軸部の回動により前記第１スクロール部及び前記第２スクロール部の連通を制御する弁部材と、を有し、
前記排ガス通路に排ガスを流入させると共に、前記弁部材により前記第１スクロール部及び前記第２スクロール部の連通を制御してタービン容量を可変とするターボチャージャにおいて、
前記軸受部の内径よりも小さな内径を有し、前記軸部と相対変位自在なシール部材を、前記タービンハウジングの内部側において前記軸部に少なくとも１つ挿通すると共に、前記タービンハウジングの外部側において前記軸部に複数挿通し、
前記外部側のシール部材を前記軸受部の側面に付勢する付勢手段を備えたターボチャージャの排ガスシール構造。
【請求項４】
前記付勢手段は、前記タービンハウジングの外部側において、前記軸部に外挿すると共に、前記軸部に設けたフランジ部と前記シール部材とに亘って配置したコイルバネである請求項１乃至３の何れか一項に記載のターボチャージャの排ガスシール構造。
【請求項５】
前記内部側のシール部材を前記軸受部の側面に付勢する第２の付勢手段を備えている請求項１、３、４の何れか一項に記載のターボチャージャの排ガスシール構造。
【請求項１】
タービンロータと、
第１スクロール部と第２スクロール部とを備え前記タービンロータが配置される排ガス通路が形成されるタービンハウジングと、
前記タービンロータより上流側の前記排ガス通路に連通する空間に配置され、前記タービンハウジングの内部側と外部側とを連通する軸受部と、該軸受部に回動自在に挿通支持される軸部とを備え、前記軸部の回動により前記第１スクロール部及び前記第２スクロール部の連通を制御する弁部材と、を有し、
前記排ガス通路に排ガスを流入させると共に、前記弁部材により前記第１スクロール部及び前記第２スクロール部の連通を制御してタービン容量を可変とするターボチャージャにおいて、
前記軸受部の内径よりも小さな内径を有し、前記軸部と相対変位自在なシール部材を、前記タービンハウジングの内部側及び外部側の夫々において、前記軸部に挿通し、
前記外部側のシール部材を前記軸受部の側面に付勢する付勢手段を備えたターボチャージャの排ガスシール構造。
【請求項２】
タービンロータと、
第１スクロール部と第２スクロール部とを備え前記タービンロータが配置される排ガス通路が形成されるタービンハウジングと、
前記タービンロータより上流側の前記排ガス通路に連通する空間に配置され、前記タービンハウジングの内部側と外部側とを連通する軸受部と、該軸受部に回動自在に挿通支持される軸部とを備え、前記軸部の回動により前記第１スクロール部及び前記第２スクロール部の連通を制御する弁部材と、を有し、
前記排ガス通路に排ガスを流入させると共に、前記弁部材により前記第１スクロール部及び前記第２スクロール部の連通を制御してタービン容量を可変とするターボチャージャにおいて、
前記軸受部の内径よりも小さな内径を有し、前記軸部と相対変位自在なシール部材を、前記タービンハウジングの外部側において、前記軸部に複数挿通し、
該シール部材を前記軸受部の側面に付勢する付勢手段を備えたターボチャージャの排ガスシール構造。
【請求項３】
タービンロータと、
第１スクロール部と第２スクロール部とを備え前記タービンロータが配置される排ガス通路が形成されるタービンハウジングと、
前記タービンロータより上流側の前記排ガス通路に連通する空間に配置され、前記タービンハウジングの内部側と外部側とを連通する軸受部と、該軸受部に回動自在に挿通支持される軸部とを備え、前記軸部の回動により前記第１スクロール部及び前記第２スクロール部の連通を制御する弁部材と、を有し、
前記排ガス通路に排ガスを流入させると共に、前記弁部材により前記第１スクロール部及び前記第２スクロール部の連通を制御してタービン容量を可変とするターボチャージャにおいて、
前記軸受部の内径よりも小さな内径を有し、前記軸部と相対変位自在なシール部材を、前記タービンハウジングの内部側において前記軸部に少なくとも１つ挿通すると共に、前記タービンハウジングの外部側において前記軸部に複数挿通し、
前記外部側のシール部材を前記軸受部の側面に付勢する付勢手段を備えたターボチャージャの排ガスシール構造。
【請求項４】
前記付勢手段は、前記タービンハウジングの外部側において、前記軸部に外挿すると共に、前記軸部に設けたフランジ部と前記シール部材とに亘って配置したコイルバネである請求項１乃至３の何れか一項に記載のターボチャージャの排ガスシール構造。
【請求項５】
前記内部側のシール部材を前記軸受部の側面に付勢する第２の付勢手段を備えている請求項１、３、４の何れか一項に記載のターボチャージャの排ガスシール構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２９１７８２（Ｐ２００６−２９１７８２Ａ）
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１１１４４４（Ｐ２００５−１１１４４４）
【出願日】平成１７年４月７日（２００５．４．７）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月７日（２００５．４．７）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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