ターボチャージャ
【課題】簡単な構成により、タービンインペラ出口の流体の乱れを低減させてタービンの効率を向上できるようにしたターボチャージャを提供する。
【解決手段】タービンインペラ１３を回転可能に支持する軸受けハウジング３と、タービンインペラ１３に排気ガスを供給するスクロール流路１７が形成されたタービンハウジング５と、スクロール流路１７内からタービンインペラ１３側に供給される排気ガスの圧力を可変とする排気ノズル２７と、を備える可変容量型のターボチャージャ１である。排気ノズル２７は、対向配置された一対の排気導入壁２９，３１の間に複数のノズルベーン３７をそれぞれ回転可能に支持しており、タービンハウジング５側における排気導入壁３１には、ノズルベーン３７に固定された支持軸４１を回動可能に支持する支持穴に連通されるとともに、内部の圧力を可変ノズルユニット２７内の圧力よりも低く構成した溝部５０が形成されている。
【解決手段】タービンインペラ１３を回転可能に支持する軸受けハウジング３と、タービンインペラ１３に排気ガスを供給するスクロール流路１７が形成されたタービンハウジング５と、スクロール流路１７内からタービンインペラ１３側に供給される排気ガスの圧力を可変とする排気ノズル２７と、を備える可変容量型のターボチャージャ１である。排気ノズル２７は、対向配置された一対の排気導入壁２９，３１の間に複数のノズルベーン３７をそれぞれ回転可能に支持しており、タービンハウジング５側における排気導入壁３１には、ノズルベーン３７に固定された支持軸４１を回動可能に支持する支持穴に連通されるとともに、内部の圧力を可変ノズルユニット２７内の圧力よりも低く構成した溝部５０が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡単な構成によりタービンインペラ出口の排気ガスの乱れを低減させてタービンの効率向上を図れるようにしたターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２は本発明を適用する従来の可変容量型のターボチャージャの一例を示している。
このターボチャージャは、タービンハウジング５とコンプレッサハウジング７とがベアリングハウジング（軸受けハウジング）３を介して締結ボルト３ａ，３ｂにより一体的に組み立てられており、タービンハウジング５内に配置されるタービンインペラ１３とコンプレッサハウジング７内に配置されるコンプレッサインペラ１５が、ベアリングハウジング３にベアリング９を介して回転自在に支持されたタービン軸１１により連結されている。
【０００３】
また、上記ベアリングハウジング３のタービンハウジング側には、図１３に拡大して示す如く、タービンハウジング５のタービンスクロール流路１７に導入される排気ガスを前記タービンインペラ１３に導くとともに、その圧力を可変とする可変ノズルユニット（排気ノズル）２７が設けられる。
【０００４】
可変ノズルユニット２７は、ベアリングハウジング３側の前部排気導入壁としてのノズルリング２９と、タービンハウジング５側の後部排気導入壁としてのシュラウドリング３１とが所要の間隔を保持した状態で例えば周方向３箇所に設けた連結ピン３３により一体に組み立てられている。更に、ノズルリング２９の前面（ベアリングハウジング３の側面）にはリング状の取付部材として取付リング３５が固定されており、前記タービンハウジング５とベアリングハウジング３との組み立て時に、取付リング３５をタービンハウジング５とベアリングハウジング３とで挟持することにより可変ノズルユニット２７を固定している。更に、上記組立時に、可変ノズルユニット２７は位置決めピン１１４によってベアリングハウジング３に対して位置決めされている。
【０００５】
ノズルリング２９とシュラウドリング３１との相互間には複数のノズルベーン３７が環状に配置されており、図１２では、各ノズルベーン３７の両側に固定したベーン軸３９，４１がノズルリング２９とシュラウドリング３１とを夫々貫通しており、ノズルベーン３７は両持ちに支持されている。
【０００６】
図１２中、５７，５５，５９は前記ノズルベーン３７の開閉角度を調節するためのリンク式の伝達機構、１７はコンプレッサハウジング７に形成されたタービンスクロール流路である。
【０００７】
また、可変ノズルユニット２７におけるシュラウドリング３１とタービンハウジング５との間には隙間Ｓが設けられている。この隙間Ｓは本来不要なものであるが、タービンハウジング５が冷間時と熱間時との間で熱変形を起すこと、及び組み立て部品に精度上のばらつきがあること等のために設けられている。
【０００８】
上記隙間Ｓがあると、タービンスクロール流路１７の排気ガスが隙間Ｓを通してタービンインペラ出口１９に無駄に漏出されてしまうことから、この隙間Ｓを閉塞するために、シュラウドリング３１が下流側（タービンインペラ出口１９側）へ延設された延設部１２３の外周面と、この延設部１２３に対向するタービンハウジング５の内面５ａとの間にシールリング１２１を配置して、ガスリークを防止すると共に熱変形を吸収するようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００９】
特許文献１では図１３に示すように、シュラウドリング３１の延設部１２３の外周面に環状の凹溝１２２を設け、この凹溝１２２に、通常２枚のシールリング１２１を夫々の切欠部が重ならないように位置をずらして配置することによりシール構造１２５を構成しており、前記シールリング１２１は弾撥力によってその外周面をタービンハウジング５の内面５ａに圧着することによりガスリークを防止している。
【特許文献１】特開２００７−４０２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１３に示したように従来のターボチャージャにおいては、隙間Ｓからのガスリークを防止するためにシール構造１２５を種々工夫することが行われているが、このようにシール構造１２５に工夫を凝らしてもタービンの効率を大幅に向上させることは困難であり、限界があった。
【００１１】
このため、本発明者らは、上記ガスリークの問題以外にタービンの効率に影響を及ぼす要因について種々検討・試験を実施した結果、タービンインペラ出口１９の排気ガスの乱れが大きいとタービンの効率が低下し、タービンインペラ出口１９の排気ガスの乱れが小さいとタービンの効率が向上することを突き止めた。
【００１２】
そして、図１３に示す従来のシール構造１２５のように、シュラウドリング３１の延設部１２３の外周面とタービンハウジング５の内面５ａとの間にシールリング１２１を備えた構成では、可変ノズルユニット２７内の圧力Ｐ１に対して隙間Ｓ内の圧力Ｐ２が大きい（すなわち、Ｐ１＜Ｐ２となっている）ために、隙間Ｓの排気ガスが矢印Ａで示すようにベーン軸４１と貫通孔１２４との隙間Ｓ３を通して可変ノズルユニット２７側に流れることになる。
【００１３】
ところで、ノズルベーン３７とノズルリング２９及びシュラウドリング３１との間には、ノズルベーン３７を回動可能にするためのクリアランスが予め存在しており、且つこのクリアランスの大きさにはターボチャージャによる個体差を有している。従って、Ｐ１＜Ｐ２の圧力の差により各ノズルベーン３７の各ベーン軸４１はノズルリング２９側へ押されて、各ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間に大きなクリアランスＣが生じていることが判明した。
【００１４】
本発明者らは、このように、各ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間に大きなクリアランスＣが生じると、タービンインペラ出口１９の排気ガスの乱れが大きくなり、これによってタービンの効率が低下するという知見を得た。
【００１５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、簡単な構成により、タービンインペラ出口の流体の乱れを低減させてタービンの効率を向上できるようにしたターボチャージャを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。
本発明のターボチャージャは、タービンインペラを回転可能に支持する軸受けハウジングと、前記タービンインペラに排気ガスを供給するスクロール流路が形成されたタービンハウジングと、前記スクロール流路内から前記タービンインペラ側に供給される前記排気ガスの圧力を可変とする排気ノズルと、を備える可変容量型のターボチャージャにおいて、前記排気ノズルは、対向配置された一対の排気導入壁の間に複数のノズルベーンをそれぞれ回転可能に支持しており、前記タービンハウジング側における前記排気導入壁には、前記ノズルベーンに固定された支持軸を回動可能に支持する支持穴に連通されるとともに、内部の圧力を前記可変ノズルユニット内の圧力よりも低く構成した連通路が形成されていることを特徴としている。
【００１７】
また、上記ターボチャージャにおいては、前記連通路は、前記排気ガスが排出されるタービンインペラ出口に通じ且つ前記タービンハウジングと前記タービンハウジング側の排気導入壁との間に生じる隙間に、連通されるのが好ましい。
【００１８】
また、上記ターボチャージャにおいては、前記連通路は、前記複数のノズルベーンに対応する支持穴の各々にそれぞれ連通される複数の穴からなることが好ましい。
【００１９】
また、上記ターボチャージャにおいては、前記連通路は、前記複数のノズルベーンに対応する支持穴の各々に連通される共通穴からなることが好ましい。
【００２０】
また、上記ターボチャージャにおいては、前記支持軸の基端部に、前記支持穴を覆う大きさの鍔が設けられていることがより好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のターボチャージャによれば、タービンハウジング側の排気導入壁に形成された支持穴に連通された連通路を備えることで、支持穴内と排気ノズル内との間に圧力差を生じる。この圧力差により、ノズルベーンをタービンハウジング側の排気導入壁に変位させることが可能となる。このように、簡便な構成によりノズルベーンとタービンハウジング側の排気導入壁との間のクリアランスを小さく保持することができ、タービンインペラ出口における流体の乱れを低減することでタービンの効率を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態では、可変容量型のターボチャージャについて説明する。なお、図面中、「Ｆ」は前方向を指し、「Ｒ」は後方向を指してある。図１は本実施形態におけるターボチャージャの全体構成を示す図であり、図２は本実施形態のターボチャージャに搭載される可変ノズルユニットの正面図、図３は図２におけるＩ−Ｉ線矢視における可変ノズルユニットの断面図であり、図４は可変ノズルユニットの背面図である。
【００２３】
本実施形態に係るターボチャージャ１は、図１に示されるように、不図示のエンジンから導かれる排気ガスのエネルギを利用して、エンジンに供給される空気を過給するものである。また、ターボチャージャ１は、ベアリングハウジング（軸受けハウジング）３と、このベアリングハウジング３の前側周縁部に設けられるタービンハウジング５と、上記ベアリングハウジング３の後側周縁部に設けられるコンプレッサハウジング７と、を備えている。
【００２４】
ベアリングハウジング３内には、複数のベアリング９が設けられており、複数のベアリング９には、前後方向に延びたタービン軸１１が回転可能に設けられている。また、タービンハウジング５内には、タービンインペラ１３が設けられており、このタービンインペラ１３は、タービン軸１１の一方側の端部に一体的に連結されている。さらに、コンプレッサハウジング７内には、コンプレッサインペラ１５が設けられており、このコンプレッサインペラ１５は、タービン軸１１の他方側の端部に一体的に連結されている。
【００２５】
タービンハウジング５における所定の位置には、排気ガスを取り入れるためのガス取入口（図示省略）が形成されており、このガス取入口はエンジンのシリンダ（図示略）に接続されるようになっている。また、タービンハウジング５の内部には、タービンスクロール流路１７がタービンインペラ１３を囲むように形成されており、このタービンスクロール流路１７は、上記ガス取入口に連通されている。
【００２６】
さらに、タービンハウジング５の前側（すなわち、タービンインペラ１３の出口側）には、排気ガスを排出するタービンインペラ出口１９が形成されており、このタービンインペラ出口１９は、タービンスクロール流路１７に連通されており、排気ガス浄化装置（図示略）に接続されるようになっている。
【００２７】
コンプレッサハウジング７の後側（すなわち、コンプレッサインペラ１５の入口側）には、空気を取り入れる空気取入口２１が形成されており、この空気取入口２１はエアクリーナー（図示略）に接続されるようになっている。また、ベアリングハウジング３とコンプレッサハウジング７との間には、圧縮された空気を昇圧する環状のディフューザ流路２３がコンプレッサインペラ１５を囲むように形成されており、このディフューザ流路２３は空気取入口２１に連通している。
【００２８】
さらに、コンプレッサハウジング７の内部には、コンプレッサスクロール流路２５がコンプレッサインペラ１５を囲むように形成されており、このコンプレッサスクロール流路２５は、ディフューザ流路２３に連通している。そして、コンプレッサハウジング７の適宜位置には、圧縮された空気を排出する空気排出口（図示略）が形成されており、この空気排出口は、コンプレッサスクロール流路２５に連通してあって、エンジンのシリンダに接続可能である。
【００２９】
したがって、ガス取入口から取り入れられた排気ガスがタービンスクロール流路１７を経由してタービンインペラ１３側へ供給されると、排気ガスのエネルギによってタービンインペラ１３を回転駆動させることができ、コンプレッサインペラ１５がタービン軸１１を介して連動して回転駆動させることができる。
【００３０】
これにより、空気取入口２１から取り入れた空気をコンプレッサインペラ１５で圧縮して、ディフューザ流路２３及びコンプレッサスクロール流路２５を経由して空気排出口（不図示）から排出することができ、エンジンのシリンダへ供給される空気を過給することができる。
【００３１】
また、本実施形態に係るターボチャージャ１においては、タービンハウジング５内にタービンインペラ１３側へ供給される排気ガスの圧力（流量及び圧力）を可変する可変ノズルユニット（排気ノズル）２７を備えている。
【００３２】
図１，３に示すように、タービンハウジング５内には、上記可変ノズルユニット２７の構成要素である一対の排気導入壁の一方を構成するノズルリング２９がタービンインペラ１３と同心上に設けられている。また、ノズルリング２９に前後に対向する位置には、一対の排気導入壁の他方を構成するシュラウドリング３１がタービンインペラ１３を囲むように設けられており、シュラウドリング３１はノズルリング２９と同心上に配置されている。
【００３３】
また、シュラウドリング３１とタービンハウジング５との間には、タービンハウジング５が熱変形を起すこと、及び組み立て部品に精度上のばらつきを吸収するための隙間Ｓが設けられている。そして、この隙間Ｓを通してタービンスクロール流路１７の排気ガスがタービンインペラ出口１９に無駄に漏出されてしまうのを防止すべく、シュラウドリング３１におけるタービンインペラ出口１９側へ延設された延設部１２３に形成された凹溝１２２に、延設部１２３の外周面と、この延設部１２３に対向するタービンハウジング５の内面５ａとの間を密閉するシールリング１２１を配置したシール構造１２５を備えている。
【００３４】
図２，４に示すように、ノズルリング２９とシュラウドリング３１との間には、複数の連結ピン３３が設けられている。各連結ピン３３の一端部（後端部）は、ノズルリング２９にそれぞれ一体的に連結され、各連結ピン３３の他端部（前端部）は、シュラウドリング３１にそれぞれ一体的に連結されている。また、各連結ピン３３の一端部は、ノズルリング２９から後方向（一方向）へそれぞれ突出してある。なお、図２においては、３本の連結ピン３３がノズルリング２９（シュラウドリング３１）の周方向に沿って間隔をおいて配置されているが、連結ピン３３の本数は３本に限られるものではない。
【００３５】
ノズルリング２９の後側には、取付リング３５が複数の連結ピン３３（連結ピン３３の一端部）を介して一体的に設けられており、この取付リング３５の外側周縁部は、タービンハウジング５とベアリングハウジング３に挟持されるようになっている（図１参照）。換言すると、ノズルリング２９は、取付リング３５を介してベアリングハウジング３に対して固定され、タービンハウジング５内に設けられる。
【００３６】
ノズルリング２９とシュラウドリング３１の間には、複数のノズルベーン３７が周方向に沿って等間隔に設けられており、各ノズルベーン３７は、ノズルリング２９の軸心（すなわち、シュラウドリング３１の軸心又はタービン軸１１の軸心）に平行な軸心周りにそれぞれ回動可能とされる。また、各ノズルベーン３７の一端面（後端面）には、第１のベーン軸４１がそれぞれ形成されており、各第１のベーン軸４１は、シュラウドリング３１に形成された第１の支持穴３１ａに回動可能にそれぞれ支持されている。さらに、各ノズルベーン３７の他端面（前端面）には、第２のベーン軸３９がそれぞれ形成されており、各第２のベーン軸３９は、ノズルリング２９に形成された第２の支持穴２９ａに回動可能に支持されている。
【００３７】
本実施形態においては、上記第２の支持穴２９ａはノズルリング２９を貫通した状態に形成されている。一方、上記第１の支持穴３１ａはシュラウドリング３１を非貫通状態に形成されている。すなわち、上記各第１のベーン軸４１は、シュラウドリング３１に埋没された状態に設けられている。
【００３８】
また、上記第１のベーン軸４１及び第２のベーン軸３９の基端部には、上記第１の支持穴３１ａ及び第２の支持穴２９ａを覆うように形成された鍔３６が設けられている。このようにノズルベーン３７に鍔３６を設けることで、上記第１の支持穴２９ａ及び第２の支持穴３１ａに異物が侵入することが防止されたものとなる。また、鍔３６に作用する排気ガスの圧力を、後述のようにノズルベーン３７をシュラウドリング３１側へ移動させるための力として有効利用することができる。
【００３９】
本実施形態に係るシュラウドリング３１は、図１に示されるように、上記各第１の支持穴３１ａにそれぞれ連通される連通路５０を備えている。この連通路５０は、シュラウドリング３１及びタービンハウジング５間に生じている隙間Ｓ１に通じている。この隙間Ｓ１はタービンインペラ出口１９に通じている。なお、隙間Ｓ１における内部圧力は、シール構造１２５によりタービンスクロール流路１７内の圧力Ｐ２に比べて低圧に保持されている。すなわち、連通路５０における内部雰囲気はタービンインペラ出口１９の近傍の圧力Ｐ１と略同一とされる。したがって、連通路５０内の圧力Ｐ１は、可変ノズルユニット２７内の圧力Ｐ２に対してＰ２＞Ｐ１の状態となる（図３参照）。
【００４０】
また、図３，４に示すように、ノズルリング２９の後側（ベアリングハウジング３）には、複数のノズルベーン３７の回動動作を同期させる同期機構４３が設けられている。
【００４１】
具体的には、ノズルリング２９の後側には、ガイドリング４５が複数の連結ピン３３を介して設けられており、このガイドリング４５には、可動リング４７が回動可能に設けられている。また、可動リング４７は、ノズルリング２９と同心上に位置してあって、可動リング４７の内側には、ノズルベーン３７と同数の同期用係合凹部４９が周方向に沿って等間隔に形成されている。そして、各第１のベーン軸３９には、同期用伝達リンク５１の基端部が一体的にそれぞれ連結されており、各同期用伝達リンク５１の先端部は、対応する同期用係合凹部４９にそれぞれ係合してある。
【００４２】
可動リング４７の内側には、複数の同期用係合凹部４９の他に、駆動用係合凹部５３が形成されている。また、図１に示したように、ベアリングハウジング３の前側下部には、ノズルリング２９の軸心に平行な軸心周りに回動可能な駆動軸５５が設けられており、この駆動軸５５の一端部（後端部）には、駆動レバー５７の基端部が一体的に連結され、この駆動レバー５７には、シリンダ等のアクチュエータ（図示省略）が連動連結されている。そして、駆動軸５５の他端部（前端部）には、駆動用伝達リンク５９の基端部が一体的に連結され、駆動用伝達リンク５９の先端部は、上記駆動用係合凹部５３に係合されるようになっている。
【００４３】
可変ノズルユニット２７は、エンジン回転数が高速域にある場合には、アクチュエータの駆動によって駆動レバー５７を介して駆動用伝達リンク５９を一方向へ回動させることにより、同期機構４３を作動させつつ、複数のノズルベーン３７を開く方向へ同期して回動させる。これにより、タービンインペラ１３側へ供給される排気ガスの流量を多くすることで排気ガスの圧力を低くする。
【００４４】
一方、エンジン回転数が低速域にある場合には、アクチュエータの駆動によって駆動レバー５７を介して駆動用伝達リンク５９を他方向へ回動させることにより、同期機構４３を作動させつつ、複数のノズルベーン３７を絞る方向へ同期して回動させる。これにより、タービンインペラ１３側へ供給される排気ガスの流量を少なくして、排気ガスの圧力を高くする。よって、エンジン回転数の低速域においても、タービンインペラ１３の仕事量を十分に確保して高効率を発揮することができる。
【００４５】
本実施形態に係るターボチャージャ１は、シュラウドリング３１に形成された第１の支持穴３１ａに連通された連通路５０を備えることで、第１の支持穴３１ａ内の圧力Ｐ１と可変ノズルユニット２７内の圧力Ｐ２との間に圧力差（Ｐ２＞Ｐ１）が生じるようになる。よって、可変ノズルユニット２７側の排気ガスの一部は矢印Ｂに示されるように連通路５０の下流側に流されるようになる。このような圧力差により、各ノズルベーン３７は押圧されてシュラウドリング３１側に変位した位置に保持されるようになる。また、本実施形態においては、第１のベーン軸４１の基端部に設けられた鍔３６の作用により、各ノズルベーン３７をシュラウドリング３１側に良好に押し付けることができる。
したがって、本実施形態に係るターボチャージャ１によれば、各ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間のクリアランスが極めて小さなものとなる。
【００４６】
本発明者らは、従来のターボチャージャ（従来品）と、本実施形態に係るターボチャージャ１（本発明品）において、図５に示すようにタービンインペラ１３の上流側と下流側との圧力の比が略同一となるようにした条件において、タービンインペラ出口１９における径方向位置での排気ガスの速度分布を数値解析（３点）により求め、その結果を図６に示した。
【００４７】
図６から明らかなように、本発明のターボチャージャ１では、従来のターボチャージャに比して半径方向における流速分布の偏差が少なく流速分布は半径方向に平坦化している。
このことは、本発明のターボチャージャ１は従来のターボチャージャに比して、タービンインペラ出口１９における排気ガスの乱れが小さいことを意味している。
【００４８】
さらに、本発明のターボチャージャ１と従来のターボチャージャにおいて、タービンの効率を数値解析して比較したところ、図７に示すように、本発明のターボチャージャ１によれば従来のターボチャージャに対してタービンの効率が約１０％向上することが判明した。
【００４９】
また、本発明者らは、従来のターボチャージャ（従来品）と、本実施形態に係るターボチャージャ１（本発明品）において、それぞれ図５のように圧力比がほぼ同一になるようにした図８の条件において、３つの異なる回転数ａ，ｂ，ｃについて、タービンの効率を実測によって求め、その結果を図９に示した。上記実測による場合も、前記数値解析による場合の結果と同様に、本実施形態に係るターボチャージャ１の方が従来のターボチャージャに対してタービンの効率が約１０％向上する結果が得られた。
【００５０】
タービンスクロール流路１７からの排気ガスは、可変ノズルユニット２７のノズルベーン３７間を通ってタービンインペラ１３に導かれるが、この時の排気ガスの流れは３次元的で複雑な流れであるため、タービンインペラ出口１９での排気ガスの乱れの要因を探ることは非常に困難である。
【００５１】
タービンスクロール流路１７からの排気ガスは、可変ノズルユニット２７のノズルベーン３７間を通ってタービンインペラ１３に導かれるが、この時の排気ガスの流れは３次元的で複雑な流れであるため、タービンインペラ出口１９での排気ガスの乱れの要因を探ることは非常に困難である。
【００５２】
しかし、上述のように、ノズルベーン３７をシュラウドリング３１側へ変位させることで各ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間のクリアランスを極小にすることができ、タービンインペラ出口１９における径方向位置での排気ガスの速度分布が平坦化されてタービンインペラ出口１９での排気ガスの乱れが減少し、これによってタービンの効率が向上したと考えることができることから、上記各ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間のクリアランスがタービンインペラ出口１９での排気ガスの乱れに影響を及ぼし、タービンの効率に影響を与える要因の１つであることが判明した。なお、本発明の形態では、各ノズルベーン３７とノズルリング２９との間のクリアランスは、所定量だけ増える（すなわち、ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間におけるクリアランスが減少した分だけ増える）が、そのような場合でも、ノズルベーン３７とノズルリング２９との間のクリアランスはタービンインペラ出口１９での排気ガスの乱れ、さらにはタービン効率に対して殆ど影響を及ぼさないことが判明した。
【００５３】
したがって、本発明では、上述したように、各ノズルベーン３７の第１のベーン軸４１を支持する各第１の支持穴３１ａに連通された連通路５０を形成するといった簡便な構成により、ノズルベーン３７をシュラウドリング３１側に変位させることにより各ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間のクリアランスを極小に保持し、これによってタービンインペラ出口１９における流体の乱れを低減してタービンの効率を大幅に向上することができた。
【００５４】
なお、本発明は上記形態にのみ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内において種々の変更を加え得ることは勿論である。
例えば、上記実施形態においては、上記連通路５０がシュラウドリング３１に上記第１の支持穴３１ａの数と同数だけ形成されていたが、複数のノズルベーン３７に対応する第１の支持穴３１ａのそれぞれに連通される共通溝として、図１０に示すようにシュラウドリング３１の周方向に沿って環状の連通路５０を形成することもできる。
【００５５】
また、図１１に示されるように、シュラウドリング３１の上記実施形態とは異なる位置に、シール構造１２５を構成するための延出部１３１を設けるようにしてもよい。この場合、タービンハウジング５には上記延出部１３１に対応する凹部１０５が設けられており、この凹部１０５内に延出部１３１が挿入されている。そして、延出部１３１に形成された凹溝１２２にシールリング１２１を嵌合することで上記シール構造１２５を構成している。また、各第１の支持穴３１ａにそれぞれ連通された連通路５０が複数形成されている。
【００５６】
上記連通路５０は、シュラウドリング３１とタービンハウジング５との隙間Ｓ２に通じている。この隙間Ｓ２はタービンインペラ出口１９に通じている。本変形例に係る構成に老いても、隙間Ｓ２における内部圧力は、シール構造１２５によりタービンスクロール流路１７内の圧力に比べて低圧とされる。
【００５７】
したがって、可変ノズルユニット２７側の排気ガスが連通路５０の下流側に向かう流れを生じさせることができ、これにより各ノズルベーン３７をシュラウドリング３１側に変位させることができる。よって、上記実施形態に係る構成同様、各ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間のクリアランスを極小に保持し、これによってタービンインペラ出口１９における流体の乱れを低減してタービンの効率を大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】ターボチャージャの全体構成を示す図である。
【図２】ターボチャージャに搭載される可変ノズルユニットの正面図である。
【図３】図２におけるＩ−Ｉ線矢視における可変ノズルユニットの断面図である。
【図４】可変ノズルユニットの背面図である。
【図５】従来のターボチャージャ及び本発明のターボチャージャを数値解析により比較するためにタービンインペラの上流側と下流側との圧力比を略同一とした状態を示す線図である。
【図６】従来のターボチャージャ及び本発明のターボチャージャにおけるタービンインペラ出口での径方向位置における排気ガスの速度分布の数値解析の結果を比較して示した線図である。
【図７】従来のターボチャージャ及び本発明のターポチャージャにおけるタービンの効率の数値解析の結果を比較して示した線図である。
【図８】従来のターボチャージャ及び本発明のターボチャージャを実測により比較するためにタービンインペラの上流側と下流側との圧力比を略同一とした状態を示す線図である。
【図９】従来のターボチャージャと本発明のターボチャージャにおけるタービンの効率の実測の結果を比較して示した線図である。
【図１０】ターボチャージャにおける溝部の変形例に係る構成を示す図である。
【図１１】ターボチャージャにおけるシール構造の変形例に係る構成を示す図である。
【図１２】従来のターボチャージャの一例を示す切断側面図である。
【図１３】図１２のノズル部近傍の切断側面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１…ターボチャージャ、３…ベアリングハウジング（軸受けハウジング）、４…タービンインペラ、５…タービンハウジング、１３…タービンインペラ、１７…タービンスクロール流路、１９…タービンインペラ出口、２７…可変ノズルユニット（排気ノズル）、２９…ノズルリング（排気導入壁）、３１…シュラウドリング（排気導入壁）、３１ａ…第２の支持穴、３６…鍔、３７…ノズルベーン、５０…連通部，Ｓ１…隙間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡単な構成によりタービンインペラ出口の排気ガスの乱れを低減させてタービンの効率向上を図れるようにしたターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２は本発明を適用する従来の可変容量型のターボチャージャの一例を示している。
このターボチャージャは、タービンハウジング５とコンプレッサハウジング７とがベアリングハウジング（軸受けハウジング）３を介して締結ボルト３ａ，３ｂにより一体的に組み立てられており、タービンハウジング５内に配置されるタービンインペラ１３とコンプレッサハウジング７内に配置されるコンプレッサインペラ１５が、ベアリングハウジング３にベアリング９を介して回転自在に支持されたタービン軸１１により連結されている。
【０００３】
また、上記ベアリングハウジング３のタービンハウジング側には、図１３に拡大して示す如く、タービンハウジング５のタービンスクロール流路１７に導入される排気ガスを前記タービンインペラ１３に導くとともに、その圧力を可変とする可変ノズルユニット（排気ノズル）２７が設けられる。
【０００４】
可変ノズルユニット２７は、ベアリングハウジング３側の前部排気導入壁としてのノズルリング２９と、タービンハウジング５側の後部排気導入壁としてのシュラウドリング３１とが所要の間隔を保持した状態で例えば周方向３箇所に設けた連結ピン３３により一体に組み立てられている。更に、ノズルリング２９の前面（ベアリングハウジング３の側面）にはリング状の取付部材として取付リング３５が固定されており、前記タービンハウジング５とベアリングハウジング３との組み立て時に、取付リング３５をタービンハウジング５とベアリングハウジング３とで挟持することにより可変ノズルユニット２７を固定している。更に、上記組立時に、可変ノズルユニット２７は位置決めピン１１４によってベアリングハウジング３に対して位置決めされている。
【０００５】
ノズルリング２９とシュラウドリング３１との相互間には複数のノズルベーン３７が環状に配置されており、図１２では、各ノズルベーン３７の両側に固定したベーン軸３９，４１がノズルリング２９とシュラウドリング３１とを夫々貫通しており、ノズルベーン３７は両持ちに支持されている。
【０００６】
図１２中、５７，５５，５９は前記ノズルベーン３７の開閉角度を調節するためのリンク式の伝達機構、１７はコンプレッサハウジング７に形成されたタービンスクロール流路である。
【０００７】
また、可変ノズルユニット２７におけるシュラウドリング３１とタービンハウジング５との間には隙間Ｓが設けられている。この隙間Ｓは本来不要なものであるが、タービンハウジング５が冷間時と熱間時との間で熱変形を起すこと、及び組み立て部品に精度上のばらつきがあること等のために設けられている。
【０００８】
上記隙間Ｓがあると、タービンスクロール流路１７の排気ガスが隙間Ｓを通してタービンインペラ出口１９に無駄に漏出されてしまうことから、この隙間Ｓを閉塞するために、シュラウドリング３１が下流側（タービンインペラ出口１９側）へ延設された延設部１２３の外周面と、この延設部１２３に対向するタービンハウジング５の内面５ａとの間にシールリング１２１を配置して、ガスリークを防止すると共に熱変形を吸収するようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００９】
特許文献１では図１３に示すように、シュラウドリング３１の延設部１２３の外周面に環状の凹溝１２２を設け、この凹溝１２２に、通常２枚のシールリング１２１を夫々の切欠部が重ならないように位置をずらして配置することによりシール構造１２５を構成しており、前記シールリング１２１は弾撥力によってその外周面をタービンハウジング５の内面５ａに圧着することによりガスリークを防止している。
【特許文献１】特開２００７−４０２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１３に示したように従来のターボチャージャにおいては、隙間Ｓからのガスリークを防止するためにシール構造１２５を種々工夫することが行われているが、このようにシール構造１２５に工夫を凝らしてもタービンの効率を大幅に向上させることは困難であり、限界があった。
【００１１】
このため、本発明者らは、上記ガスリークの問題以外にタービンの効率に影響を及ぼす要因について種々検討・試験を実施した結果、タービンインペラ出口１９の排気ガスの乱れが大きいとタービンの効率が低下し、タービンインペラ出口１９の排気ガスの乱れが小さいとタービンの効率が向上することを突き止めた。
【００１２】
そして、図１３に示す従来のシール構造１２５のように、シュラウドリング３１の延設部１２３の外周面とタービンハウジング５の内面５ａとの間にシールリング１２１を備えた構成では、可変ノズルユニット２７内の圧力Ｐ１に対して隙間Ｓ内の圧力Ｐ２が大きい（すなわち、Ｐ１＜Ｐ２となっている）ために、隙間Ｓの排気ガスが矢印Ａで示すようにベーン軸４１と貫通孔１２４との隙間Ｓ３を通して可変ノズルユニット２７側に流れることになる。
【００１３】
ところで、ノズルベーン３７とノズルリング２９及びシュラウドリング３１との間には、ノズルベーン３７を回動可能にするためのクリアランスが予め存在しており、且つこのクリアランスの大きさにはターボチャージャによる個体差を有している。従って、Ｐ１＜Ｐ２の圧力の差により各ノズルベーン３７の各ベーン軸４１はノズルリング２９側へ押されて、各ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間に大きなクリアランスＣが生じていることが判明した。
【００１４】
本発明者らは、このように、各ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間に大きなクリアランスＣが生じると、タービンインペラ出口１９の排気ガスの乱れが大きくなり、これによってタービンの効率が低下するという知見を得た。
【００１５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、簡単な構成により、タービンインペラ出口の流体の乱れを低減させてタービンの効率を向上できるようにしたターボチャージャを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。
本発明のターボチャージャは、タービンインペラを回転可能に支持する軸受けハウジングと、前記タービンインペラに排気ガスを供給するスクロール流路が形成されたタービンハウジングと、前記スクロール流路内から前記タービンインペラ側に供給される前記排気ガスの圧力を可変とする排気ノズルと、を備える可変容量型のターボチャージャにおいて、前記排気ノズルは、対向配置された一対の排気導入壁の間に複数のノズルベーンをそれぞれ回転可能に支持しており、前記タービンハウジング側における前記排気導入壁には、前記ノズルベーンに固定された支持軸を回動可能に支持する支持穴に連通されるとともに、内部の圧力を前記可変ノズルユニット内の圧力よりも低く構成した連通路が形成されていることを特徴としている。
【００１７】
また、上記ターボチャージャにおいては、前記連通路は、前記排気ガスが排出されるタービンインペラ出口に通じ且つ前記タービンハウジングと前記タービンハウジング側の排気導入壁との間に生じる隙間に、連通されるのが好ましい。
【００１８】
また、上記ターボチャージャにおいては、前記連通路は、前記複数のノズルベーンに対応する支持穴の各々にそれぞれ連通される複数の穴からなることが好ましい。
【００１９】
また、上記ターボチャージャにおいては、前記連通路は、前記複数のノズルベーンに対応する支持穴の各々に連通される共通穴からなることが好ましい。
【００２０】
また、上記ターボチャージャにおいては、前記支持軸の基端部に、前記支持穴を覆う大きさの鍔が設けられていることがより好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のターボチャージャによれば、タービンハウジング側の排気導入壁に形成された支持穴に連通された連通路を備えることで、支持穴内と排気ノズル内との間に圧力差を生じる。この圧力差により、ノズルベーンをタービンハウジング側の排気導入壁に変位させることが可能となる。このように、簡便な構成によりノズルベーンとタービンハウジング側の排気導入壁との間のクリアランスを小さく保持することができ、タービンインペラ出口における流体の乱れを低減することでタービンの効率を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態では、可変容量型のターボチャージャについて説明する。なお、図面中、「Ｆ」は前方向を指し、「Ｒ」は後方向を指してある。図１は本実施形態におけるターボチャージャの全体構成を示す図であり、図２は本実施形態のターボチャージャに搭載される可変ノズルユニットの正面図、図３は図２におけるＩ−Ｉ線矢視における可変ノズルユニットの断面図であり、図４は可変ノズルユニットの背面図である。
【００２３】
本実施形態に係るターボチャージャ１は、図１に示されるように、不図示のエンジンから導かれる排気ガスのエネルギを利用して、エンジンに供給される空気を過給するものである。また、ターボチャージャ１は、ベアリングハウジング（軸受けハウジング）３と、このベアリングハウジング３の前側周縁部に設けられるタービンハウジング５と、上記ベアリングハウジング３の後側周縁部に設けられるコンプレッサハウジング７と、を備えている。
【００２４】
ベアリングハウジング３内には、複数のベアリング９が設けられており、複数のベアリング９には、前後方向に延びたタービン軸１１が回転可能に設けられている。また、タービンハウジング５内には、タービンインペラ１３が設けられており、このタービンインペラ１３は、タービン軸１１の一方側の端部に一体的に連結されている。さらに、コンプレッサハウジング７内には、コンプレッサインペラ１５が設けられており、このコンプレッサインペラ１５は、タービン軸１１の他方側の端部に一体的に連結されている。
【００２５】
タービンハウジング５における所定の位置には、排気ガスを取り入れるためのガス取入口（図示省略）が形成されており、このガス取入口はエンジンのシリンダ（図示略）に接続されるようになっている。また、タービンハウジング５の内部には、タービンスクロール流路１７がタービンインペラ１３を囲むように形成されており、このタービンスクロール流路１７は、上記ガス取入口に連通されている。
【００２６】
さらに、タービンハウジング５の前側（すなわち、タービンインペラ１３の出口側）には、排気ガスを排出するタービンインペラ出口１９が形成されており、このタービンインペラ出口１９は、タービンスクロール流路１７に連通されており、排気ガス浄化装置（図示略）に接続されるようになっている。
【００２７】
コンプレッサハウジング７の後側（すなわち、コンプレッサインペラ１５の入口側）には、空気を取り入れる空気取入口２１が形成されており、この空気取入口２１はエアクリーナー（図示略）に接続されるようになっている。また、ベアリングハウジング３とコンプレッサハウジング７との間には、圧縮された空気を昇圧する環状のディフューザ流路２３がコンプレッサインペラ１５を囲むように形成されており、このディフューザ流路２３は空気取入口２１に連通している。
【００２８】
さらに、コンプレッサハウジング７の内部には、コンプレッサスクロール流路２５がコンプレッサインペラ１５を囲むように形成されており、このコンプレッサスクロール流路２５は、ディフューザ流路２３に連通している。そして、コンプレッサハウジング７の適宜位置には、圧縮された空気を排出する空気排出口（図示略）が形成されており、この空気排出口は、コンプレッサスクロール流路２５に連通してあって、エンジンのシリンダに接続可能である。
【００２９】
したがって、ガス取入口から取り入れられた排気ガスがタービンスクロール流路１７を経由してタービンインペラ１３側へ供給されると、排気ガスのエネルギによってタービンインペラ１３を回転駆動させることができ、コンプレッサインペラ１５がタービン軸１１を介して連動して回転駆動させることができる。
【００３０】
これにより、空気取入口２１から取り入れた空気をコンプレッサインペラ１５で圧縮して、ディフューザ流路２３及びコンプレッサスクロール流路２５を経由して空気排出口（不図示）から排出することができ、エンジンのシリンダへ供給される空気を過給することができる。
【００３１】
また、本実施形態に係るターボチャージャ１においては、タービンハウジング５内にタービンインペラ１３側へ供給される排気ガスの圧力（流量及び圧力）を可変する可変ノズルユニット（排気ノズル）２７を備えている。
【００３２】
図１，３に示すように、タービンハウジング５内には、上記可変ノズルユニット２７の構成要素である一対の排気導入壁の一方を構成するノズルリング２９がタービンインペラ１３と同心上に設けられている。また、ノズルリング２９に前後に対向する位置には、一対の排気導入壁の他方を構成するシュラウドリング３１がタービンインペラ１３を囲むように設けられており、シュラウドリング３１はノズルリング２９と同心上に配置されている。
【００３３】
また、シュラウドリング３１とタービンハウジング５との間には、タービンハウジング５が熱変形を起すこと、及び組み立て部品に精度上のばらつきを吸収するための隙間Ｓが設けられている。そして、この隙間Ｓを通してタービンスクロール流路１７の排気ガスがタービンインペラ出口１９に無駄に漏出されてしまうのを防止すべく、シュラウドリング３１におけるタービンインペラ出口１９側へ延設された延設部１２３に形成された凹溝１２２に、延設部１２３の外周面と、この延設部１２３に対向するタービンハウジング５の内面５ａとの間を密閉するシールリング１２１を配置したシール構造１２５を備えている。
【００３４】
図２，４に示すように、ノズルリング２９とシュラウドリング３１との間には、複数の連結ピン３３が設けられている。各連結ピン３３の一端部（後端部）は、ノズルリング２９にそれぞれ一体的に連結され、各連結ピン３３の他端部（前端部）は、シュラウドリング３１にそれぞれ一体的に連結されている。また、各連結ピン３３の一端部は、ノズルリング２９から後方向（一方向）へそれぞれ突出してある。なお、図２においては、３本の連結ピン３３がノズルリング２９（シュラウドリング３１）の周方向に沿って間隔をおいて配置されているが、連結ピン３３の本数は３本に限られるものではない。
【００３５】
ノズルリング２９の後側には、取付リング３５が複数の連結ピン３３（連結ピン３３の一端部）を介して一体的に設けられており、この取付リング３５の外側周縁部は、タービンハウジング５とベアリングハウジング３に挟持されるようになっている（図１参照）。換言すると、ノズルリング２９は、取付リング３５を介してベアリングハウジング３に対して固定され、タービンハウジング５内に設けられる。
【００３６】
ノズルリング２９とシュラウドリング３１の間には、複数のノズルベーン３７が周方向に沿って等間隔に設けられており、各ノズルベーン３７は、ノズルリング２９の軸心（すなわち、シュラウドリング３１の軸心又はタービン軸１１の軸心）に平行な軸心周りにそれぞれ回動可能とされる。また、各ノズルベーン３７の一端面（後端面）には、第１のベーン軸４１がそれぞれ形成されており、各第１のベーン軸４１は、シュラウドリング３１に形成された第１の支持穴３１ａに回動可能にそれぞれ支持されている。さらに、各ノズルベーン３７の他端面（前端面）には、第２のベーン軸３９がそれぞれ形成されており、各第２のベーン軸３９は、ノズルリング２９に形成された第２の支持穴２９ａに回動可能に支持されている。
【００３７】
本実施形態においては、上記第２の支持穴２９ａはノズルリング２９を貫通した状態に形成されている。一方、上記第１の支持穴３１ａはシュラウドリング３１を非貫通状態に形成されている。すなわち、上記各第１のベーン軸４１は、シュラウドリング３１に埋没された状態に設けられている。
【００３８】
また、上記第１のベーン軸４１及び第２のベーン軸３９の基端部には、上記第１の支持穴３１ａ及び第２の支持穴２９ａを覆うように形成された鍔３６が設けられている。このようにノズルベーン３７に鍔３６を設けることで、上記第１の支持穴２９ａ及び第２の支持穴３１ａに異物が侵入することが防止されたものとなる。また、鍔３６に作用する排気ガスの圧力を、後述のようにノズルベーン３７をシュラウドリング３１側へ移動させるための力として有効利用することができる。
【００３９】
本実施形態に係るシュラウドリング３１は、図１に示されるように、上記各第１の支持穴３１ａにそれぞれ連通される連通路５０を備えている。この連通路５０は、シュラウドリング３１及びタービンハウジング５間に生じている隙間Ｓ１に通じている。この隙間Ｓ１はタービンインペラ出口１９に通じている。なお、隙間Ｓ１における内部圧力は、シール構造１２５によりタービンスクロール流路１７内の圧力Ｐ２に比べて低圧に保持されている。すなわち、連通路５０における内部雰囲気はタービンインペラ出口１９の近傍の圧力Ｐ１と略同一とされる。したがって、連通路５０内の圧力Ｐ１は、可変ノズルユニット２７内の圧力Ｐ２に対してＰ２＞Ｐ１の状態となる（図３参照）。
【００４０】
また、図３，４に示すように、ノズルリング２９の後側（ベアリングハウジング３）には、複数のノズルベーン３７の回動動作を同期させる同期機構４３が設けられている。
【００４１】
具体的には、ノズルリング２９の後側には、ガイドリング４５が複数の連結ピン３３を介して設けられており、このガイドリング４５には、可動リング４７が回動可能に設けられている。また、可動リング４７は、ノズルリング２９と同心上に位置してあって、可動リング４７の内側には、ノズルベーン３７と同数の同期用係合凹部４９が周方向に沿って等間隔に形成されている。そして、各第１のベーン軸３９には、同期用伝達リンク５１の基端部が一体的にそれぞれ連結されており、各同期用伝達リンク５１の先端部は、対応する同期用係合凹部４９にそれぞれ係合してある。
【００４２】
可動リング４７の内側には、複数の同期用係合凹部４９の他に、駆動用係合凹部５３が形成されている。また、図１に示したように、ベアリングハウジング３の前側下部には、ノズルリング２９の軸心に平行な軸心周りに回動可能な駆動軸５５が設けられており、この駆動軸５５の一端部（後端部）には、駆動レバー５７の基端部が一体的に連結され、この駆動レバー５７には、シリンダ等のアクチュエータ（図示省略）が連動連結されている。そして、駆動軸５５の他端部（前端部）には、駆動用伝達リンク５９の基端部が一体的に連結され、駆動用伝達リンク５９の先端部は、上記駆動用係合凹部５３に係合されるようになっている。
【００４３】
可変ノズルユニット２７は、エンジン回転数が高速域にある場合には、アクチュエータの駆動によって駆動レバー５７を介して駆動用伝達リンク５９を一方向へ回動させることにより、同期機構４３を作動させつつ、複数のノズルベーン３７を開く方向へ同期して回動させる。これにより、タービンインペラ１３側へ供給される排気ガスの流量を多くすることで排気ガスの圧力を低くする。
【００４４】
一方、エンジン回転数が低速域にある場合には、アクチュエータの駆動によって駆動レバー５７を介して駆動用伝達リンク５９を他方向へ回動させることにより、同期機構４３を作動させつつ、複数のノズルベーン３７を絞る方向へ同期して回動させる。これにより、タービンインペラ１３側へ供給される排気ガスの流量を少なくして、排気ガスの圧力を高くする。よって、エンジン回転数の低速域においても、タービンインペラ１３の仕事量を十分に確保して高効率を発揮することができる。
【００４５】
本実施形態に係るターボチャージャ１は、シュラウドリング３１に形成された第１の支持穴３１ａに連通された連通路５０を備えることで、第１の支持穴３１ａ内の圧力Ｐ１と可変ノズルユニット２７内の圧力Ｐ２との間に圧力差（Ｐ２＞Ｐ１）が生じるようになる。よって、可変ノズルユニット２７側の排気ガスの一部は矢印Ｂに示されるように連通路５０の下流側に流されるようになる。このような圧力差により、各ノズルベーン３７は押圧されてシュラウドリング３１側に変位した位置に保持されるようになる。また、本実施形態においては、第１のベーン軸４１の基端部に設けられた鍔３６の作用により、各ノズルベーン３７をシュラウドリング３１側に良好に押し付けることができる。
したがって、本実施形態に係るターボチャージャ１によれば、各ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間のクリアランスが極めて小さなものとなる。
【００４６】
本発明者らは、従来のターボチャージャ（従来品）と、本実施形態に係るターボチャージャ１（本発明品）において、図５に示すようにタービンインペラ１３の上流側と下流側との圧力の比が略同一となるようにした条件において、タービンインペラ出口１９における径方向位置での排気ガスの速度分布を数値解析（３点）により求め、その結果を図６に示した。
【００４７】
図６から明らかなように、本発明のターボチャージャ１では、従来のターボチャージャに比して半径方向における流速分布の偏差が少なく流速分布は半径方向に平坦化している。
このことは、本発明のターボチャージャ１は従来のターボチャージャに比して、タービンインペラ出口１９における排気ガスの乱れが小さいことを意味している。
【００４８】
さらに、本発明のターボチャージャ１と従来のターボチャージャにおいて、タービンの効率を数値解析して比較したところ、図７に示すように、本発明のターボチャージャ１によれば従来のターボチャージャに対してタービンの効率が約１０％向上することが判明した。
【００４９】
また、本発明者らは、従来のターボチャージャ（従来品）と、本実施形態に係るターボチャージャ１（本発明品）において、それぞれ図５のように圧力比がほぼ同一になるようにした図８の条件において、３つの異なる回転数ａ，ｂ，ｃについて、タービンの効率を実測によって求め、その結果を図９に示した。上記実測による場合も、前記数値解析による場合の結果と同様に、本実施形態に係るターボチャージャ１の方が従来のターボチャージャに対してタービンの効率が約１０％向上する結果が得られた。
【００５０】
タービンスクロール流路１７からの排気ガスは、可変ノズルユニット２７のノズルベーン３７間を通ってタービンインペラ１３に導かれるが、この時の排気ガスの流れは３次元的で複雑な流れであるため、タービンインペラ出口１９での排気ガスの乱れの要因を探ることは非常に困難である。
【００５１】
タービンスクロール流路１７からの排気ガスは、可変ノズルユニット２７のノズルベーン３７間を通ってタービンインペラ１３に導かれるが、この時の排気ガスの流れは３次元的で複雑な流れであるため、タービンインペラ出口１９での排気ガスの乱れの要因を探ることは非常に困難である。
【００５２】
しかし、上述のように、ノズルベーン３７をシュラウドリング３１側へ変位させることで各ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間のクリアランスを極小にすることができ、タービンインペラ出口１９における径方向位置での排気ガスの速度分布が平坦化されてタービンインペラ出口１９での排気ガスの乱れが減少し、これによってタービンの効率が向上したと考えることができることから、上記各ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間のクリアランスがタービンインペラ出口１９での排気ガスの乱れに影響を及ぼし、タービンの効率に影響を与える要因の１つであることが判明した。なお、本発明の形態では、各ノズルベーン３７とノズルリング２９との間のクリアランスは、所定量だけ増える（すなわち、ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間におけるクリアランスが減少した分だけ増える）が、そのような場合でも、ノズルベーン３７とノズルリング２９との間のクリアランスはタービンインペラ出口１９での排気ガスの乱れ、さらにはタービン効率に対して殆ど影響を及ぼさないことが判明した。
【００５３】
したがって、本発明では、上述したように、各ノズルベーン３７の第１のベーン軸４１を支持する各第１の支持穴３１ａに連通された連通路５０を形成するといった簡便な構成により、ノズルベーン３７をシュラウドリング３１側に変位させることにより各ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間のクリアランスを極小に保持し、これによってタービンインペラ出口１９における流体の乱れを低減してタービンの効率を大幅に向上することができた。
【００５４】
なお、本発明は上記形態にのみ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内において種々の変更を加え得ることは勿論である。
例えば、上記実施形態においては、上記連通路５０がシュラウドリング３１に上記第１の支持穴３１ａの数と同数だけ形成されていたが、複数のノズルベーン３７に対応する第１の支持穴３１ａのそれぞれに連通される共通溝として、図１０に示すようにシュラウドリング３１の周方向に沿って環状の連通路５０を形成することもできる。
【００５５】
また、図１１に示されるように、シュラウドリング３１の上記実施形態とは異なる位置に、シール構造１２５を構成するための延出部１３１を設けるようにしてもよい。この場合、タービンハウジング５には上記延出部１３１に対応する凹部１０５が設けられており、この凹部１０５内に延出部１３１が挿入されている。そして、延出部１３１に形成された凹溝１２２にシールリング１２１を嵌合することで上記シール構造１２５を構成している。また、各第１の支持穴３１ａにそれぞれ連通された連通路５０が複数形成されている。
【００５６】
上記連通路５０は、シュラウドリング３１とタービンハウジング５との隙間Ｓ２に通じている。この隙間Ｓ２はタービンインペラ出口１９に通じている。本変形例に係る構成に老いても、隙間Ｓ２における内部圧力は、シール構造１２５によりタービンスクロール流路１７内の圧力に比べて低圧とされる。
【００５７】
したがって、可変ノズルユニット２７側の排気ガスが連通路５０の下流側に向かう流れを生じさせることができ、これにより各ノズルベーン３７をシュラウドリング３１側に変位させることができる。よって、上記実施形態に係る構成同様、各ノズルベーン３７とシュラウドリング３１との間のクリアランスを極小に保持し、これによってタービンインペラ出口１９における流体の乱れを低減してタービンの効率を大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】ターボチャージャの全体構成を示す図である。
【図２】ターボチャージャに搭載される可変ノズルユニットの正面図である。
【図３】図２におけるＩ−Ｉ線矢視における可変ノズルユニットの断面図である。
【図４】可変ノズルユニットの背面図である。
【図５】従来のターボチャージャ及び本発明のターボチャージャを数値解析により比較するためにタービンインペラの上流側と下流側との圧力比を略同一とした状態を示す線図である。
【図６】従来のターボチャージャ及び本発明のターボチャージャにおけるタービンインペラ出口での径方向位置における排気ガスの速度分布の数値解析の結果を比較して示した線図である。
【図７】従来のターボチャージャ及び本発明のターポチャージャにおけるタービンの効率の数値解析の結果を比較して示した線図である。
【図８】従来のターボチャージャ及び本発明のターボチャージャを実測により比較するためにタービンインペラの上流側と下流側との圧力比を略同一とした状態を示す線図である。
【図９】従来のターボチャージャと本発明のターボチャージャにおけるタービンの効率の実測の結果を比較して示した線図である。
【図１０】ターボチャージャにおける溝部の変形例に係る構成を示す図である。
【図１１】ターボチャージャにおけるシール構造の変形例に係る構成を示す図である。
【図１２】従来のターボチャージャの一例を示す切断側面図である。
【図１３】図１２のノズル部近傍の切断側面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１…ターボチャージャ、３…ベアリングハウジング（軸受けハウジング）、４…タービンインペラ、５…タービンハウジング、１３…タービンインペラ、１７…タービンスクロール流路、１９…タービンインペラ出口、２７…可変ノズルユニット（排気ノズル）、２９…ノズルリング（排気導入壁）、３１…シュラウドリング（排気導入壁）、３１ａ…第２の支持穴、３６…鍔、３７…ノズルベーン、５０…連通部，Ｓ１…隙間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンインペラに排気ガスを供給するスクロール流路が形成されたタービンハウジングと、前記スクロール流路内から前記タービンインペラ側に供給される前記排気ガスの圧力を可変とする排気ノズルと、を備える可変容量型のターボチャージャにおいて、
前記排気ノズルは、対向配置された一対の排気導入壁の間に複数のノズルベーンをそれぞれ回転可能に支持しており、
前記タービンハウジング側における前記排気導入壁には、前記ノズルベーンに固定された支持軸を回動可能に支持する支持穴に連通されるとともに、内部の圧力を前記排気ノズル内の圧力よりも低く構成した連通路が形成されていることを特徴とするターボチャージャ。
【請求項２】
前記連通路は、前記排気ガスが排出されるタービンインペラ出口に通じ且つ前記タービンハウジングと前記タービンハウジング側の排気導入壁との間に生じる隙間に、連通されることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ。
【請求項３】
前記連通路は、前記複数のノズルベーンに対応する支持穴の各々にそれぞれ連通される複数の穴からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のターボチャージャ。
【請求項４】
前記連通路は、前記複数のノズルベーンに対応する支持穴の各々に連通される共通穴からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のターボチャージャ。
【請求項５】
前記支持軸の基端部に、前記支持穴を覆う大きさの鍔が設けら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ターボチャージャ。
【請求項１】
タービンインペラに排気ガスを供給するスクロール流路が形成されたタービンハウジングと、前記スクロール流路内から前記タービンインペラ側に供給される前記排気ガスの圧力を可変とする排気ノズルと、を備える可変容量型のターボチャージャにおいて、
前記排気ノズルは、対向配置された一対の排気導入壁の間に複数のノズルベーンをそれぞれ回転可能に支持しており、
前記タービンハウジング側における前記排気導入壁には、前記ノズルベーンに固定された支持軸を回動可能に支持する支持穴に連通されるとともに、内部の圧力を前記排気ノズル内の圧力よりも低く構成した連通路が形成されていることを特徴とするターボチャージャ。
【請求項２】
前記連通路は、前記排気ガスが排出されるタービンインペラ出口に通じ且つ前記タービンハウジングと前記タービンハウジング側の排気導入壁との間に生じる隙間に、連通されることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ。
【請求項３】
前記連通路は、前記複数のノズルベーンに対応する支持穴の各々にそれぞれ連通される複数の穴からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のターボチャージャ。
【請求項４】
前記連通路は、前記複数のノズルベーンに対応する支持穴の各々に連通される共通穴からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のターボチャージャ。
【請求項５】
前記支持軸の基端部に、前記支持穴を覆う大きさの鍔が設けら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ターボチャージャ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−２４９１５（Ｐ２０１０−２４９１５Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８５９８２（Ｐ２００８−１８５９８２）
【出願日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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