過給機

【課題】内部を流通する作動ガスの外部への漏洩を抑えるとともに、可変容量装置を安定して作動させることができ、安定した出力を維持することができる過給機を提供する。
【解決手段】過給機１は、一端３９Ａ側及び他端３９Ｂ側を有し、ベアリングハウジング１７とタービンハウジング２１との間に一端３９Ａ側が配置されてノズル支持リング３３を他端３９Ｂ側で支持する支持部材３９と、支持部材の一端３９Ａ側をベアリングハウジング１７又はタービンハウジング２１に押圧する波リング４１と、を備え、タービンハウジング２１とノズル支持リング３３とが、ガス流路２５を拡開させる方向に摺動可能に接触している。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の排ガスと環境の問題が世界的にクローズアップされているなか、乗用車クラスの小型ディーゼルエンジン市場をはじめとして、エミッション規制への対応と低燃費化、性能向上のため過給機の使用が必須となりつつあり、低速から高速域まで広い範囲での性能向上を図ることができる可変容量型過給機が注目されている。
【０００３】
従来の可変容量型過給機１００について、図１２を参照しつつ説明する。
可変容量型過給機１００は、タービンインペラ１１５とタービンハウジング１２１との間に形成されるガス流路１２５内で可変するノズルベーン（ノズル翼）１２９と、タービンハウジング１２１のガス流路１２５の一部を形成するタービンハウジング１２１の突出部１２１Ａの内壁面１２１ａに沿って設けられて、表面１３３ａにノズルベーン１２９を回転可能に支持するノズル支持リング（取付部）１３３と、を有する可変容量装置１２７を備えている。
【０００４】
ノズル支持リング１３３は、支持部材１３９の他端１３９Ｂ側と接続されて、支持部材１３９を介してハウジング１０３に支持されている。
支持部材１３９は、図１２に示すように、薄い板状の素材によって環状に形成されて外周端となる一端１３９Ａ側と内周端となる他端１３９Ｂ側とを有し、支持部材１３９の一端１３９Ａ側は、回転中心軸線ＣＬ１と直交するようにベアリングハウジング１１７とタービンハウジング１２１との間に挟持されて固定されている。
【０００５】
この可変容量型過給機１００内のスクロール通路１２３、ガス流路１２５を通って、自動車のエンジンから出てきた排ガスは、タービンインペラ１１５に供給されてタービンインペラ１１５が回転し、回転軸部材９を介してコンプレッサインペラ１３を回転し、空気を圧縮するようになっている。
【０００６】
タービンインペラ１１５を回転駆動した後のガスは、タービンハウジング１２１の中心部（上記ベアリングハウジング１１７とは反対側に位置している中心部）に形成されたガス出口（不図示）から排出されるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００６−１２５５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の可変容量型過給機１００では、支持部材１３９の一端１３９Ａ側では、ハウジング１０３の半径方向及び軸方向への変形及び移動が規制されている。そのため、ノズル支持リング１３３が熱膨張した際、支持部材１３９が一端１３９Ａを中心としてベアリングハウジング１１７とタービンハウジング１２１とに対して位置ずれしてしまい、ノズルベーン１２９が回動しない又は回動しづらくなる（ノズル支持リング１３３がノズルベーン１２９に対して傾いて当接したり抉れたりする）場合があるという問題がある。
【０００８】
また、支持部材１３９の位置ずれにともない、隙間Ｓ１が増大して作動ガスが隙間Ｓ１から外部に漏れてしまい、所定の流量をタービンインペラ１１５に供給することができないという問題がある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、内部を流通する作動ガスの外部への漏洩を抑えるとともに、可変容量装置を安定して作動させることができ、安定した出力を維持することができる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】
【００１０】
本発明に係る過給機では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
本発明は、タービンインペラとタービンハウジングとの間に形成されるガス流路内で可変するノズル翼と、前記ガス流路の一部を形成する前記タービンハウジングの内壁面に沿って設けられて、表面に前記ノズル翼を回転可能に支持する取付部と、を有する可変容量装置を備えた過給機であって、一端側及び他端側を有し、ベアリングハウジングと前記タービンハウジングとの間に前記一端側が配置されて前記取付部を前記他端側で支持する支持部と、該支持部の前記一端側を前記ベアリングハウジング又は前記タービンハウジングに押圧する付勢部と、を備え、前記タービンハウジングと前記取付部とが、前記ガス流路を拡開させる方向に摺動可能に接触していることを特徴とする。
【００１１】
この発明は、ベアリングハウジング及びタービンハウジングに対して、支持部の一端側が付勢部を介して押圧されているので、付勢部が弾性変形することで、支持部の一端側は、ベアリングハウジング及びタービンハウジングに対して相対移動が可能となる。そのため、ベアリングハウジング及びタービンハウジングに対して支持部材が熱膨張変形しても、付勢部の付勢力とのバランスによってこれを好適に吸収することができる。
このとき、タービンハウジングと取付部とが、前記ガス流路を拡開させる方向に摺動可能に接触しているので、タービンハウジングに対して取付部が相対的に変形又は変位しようとしても、タービンハウジングに対して取付部が離間するのを抑え、かつ、十分なガス流路を確保することができる。
【００１２】
また、本発明に係る過給機は、前記内壁面に隣接して前記取付部と対向する第一対向面が、前記タービンハウジングに設けられ、前記表面に隣接して前記タービンハウジングと対向する第二対向面が、前記取付部に設けられ、前記第一対向面に接する第一接平面及び前記第二対向面に接する第二接平面が、前記内壁面に対して前記ガス流路の上流側に鋭角となる方向に交差していることを特徴とする。
【００１３】
この発明は、タービンハウジングと取付部とが互いに熱膨張して変形する際、タービンハウジングの内壁面よりも取付部をガス流路内に相対的に突出させることなく、ガス流路を相対的に広げる方向に取付部を移動させることができる。そのため、ガス流路内における作動ガスの流れをスムーズな状態に維持することができる。
【００１４】
また、本発明に係る過給機は、前記第一対向面と前記第二対向面とが、線接触していることを特徴とする。
【００１５】
この発明は、タービンハウジングと取付部とが熱膨張した際、第一対向面及び第二対向面間における摺動抵抗をより好適に抑えることができる。
【００１６】
また、本発明に係る過給機は、前記付勢部が弾性体であることを特徴とする。
【００１７】
この発明は、付勢部が弾性変形することによって、支持部の移動又は変形を好適に吸収することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、内部を流通する作動ガスの外部への漏洩を抑えるとともに、可変容量装置を安定して作動させることができ、安定した出力を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る過給機の実施形態について、図１から図６を参照して説明する。
可変容量型過給機１は、ハウジング３を備え、このハウジング３の一端部側には遠心式コンプレッサ５が設けられ、他端部側には遠心式タービン７が設けられている。
【００２０】
タービン７とコンプレッサ５との間には、ハウジング３に対して回転自在に、回転軸部材９がたとえば流体軸受１１を介して設けられている。回転軸部材９の一端部には、コンプレッサ５を構成しているコンプレッサインペラ１３が一体的に固定されており、回転軸部材９の他端部には、タービン７を構成しているタービンインペラ１５が一体的に固定されている。
【００２１】
ハウジング３は、回転軸部材９を支持するベアリングハウジング１７と、コンプレッサインペラ１３を囲んでコンプレッサインペラ１３側でベアリングハウジング１７に一体的に設けられたコンプレッサハウジング１９と、タービンインペラ１５を囲んでタービンインペラ１５側のベアリングハウジング１７に一体に設けられたタービンハウジング２１と、を備えている。
【００２２】
タービンハウジング２１には、一端にガス入口（図示せず）を供えたスクロール通路２３が設けられており、このスクロール通路２３の内周部のタービンインペラ１５との間には、環状のガス流路１２５が形成されている。タービンハウジング２１には、ガス流路２５を形成するタービンハウジング２１の内壁面２１ａに沿って突出した突出部２１Ａが設けられている。
【００２３】
環状のガス流路２５におけるタービンインペラ１５の先端部側（コンプレッサ５とは反対側）には、マルチベーンノズル方式の可変容量装置２７が設けられている。
このマルチベーンノズル方式の可変容量装置２７は、図２（図１のＩＩ−ＩＩ断面図）に示すように、上記環状のガス流路２５の円周上に配置された複数のノズルベーン２９によって構成されたベーンノズル３１と、回転軸部材９の回転中心軸線ＣＬ１と平行な中心軸線を回動中心にして各ノズルベーン２９を回動可能に支持する環状のノズル支持リング３３と、を備えている。
【００２４】
このノズルベーン２９は、ノズル支持リング３３から所定の間隔をあけてタービンインペラ１５とタービンハウジング２１との間に設けられた環状のシュラウド３５にも回動可能に支持されている。そして、ガス流路１２５は、ノズル支持リング３３とシュラウド３５との間に形成されている。
【００２５】
ノズルベーン２９は、スライドジョイント方式などの方式で構成されたベーンノズル駆動機構３７を介して、たとえば、図２に実線で示す姿勢から破線で示す姿勢の間で回動するようになっている。
なお、図２に実線で示す姿勢に各ノズルベーン２９があるときには、ベーンノズル３１におけるガス流路の幅Ｗ１が最も狭くなっており、図２に破線で示す姿勢に各ノズルベーン２９があるときには、ベーンノズル３１におけるガス流路の幅Ｗ３が最も広くなっている。すなわち、各ノズルベーン２９のそれぞれを同一方向に回動することで、ベーンノズル３１の流路の大きさを変え、タービン１０７（タービンインペラ１５）に供給されるガスの流速を変える。
【００２６】
ノズル支持リング３３は、所定のシート厚さを備えてリング状に形成されており、表面３３ａは、突出部２１Ａの内壁面２１ａとともにガス流路１２５を形成している。また、ノズル支持リング３３は、スクロール通路２３の内径よりも僅かに大きな外径、かつタービンインペラ１５の外径よりも僅かに大きな内径を備えている。
さらに、ノズル支持リング３３は、中心軸線が回転軸部材９の回転中心軸線ＣＬ１と一致するように、タービンインペラ１５の背面側（コンプレッサ５側）でタービンインペラ１５の近傍に設置されている。
【００２７】
可変容量型過給機１は、図１から図３に示すように、タービンインペラ１５とタービンハウジング２１との間に形成されるガス流路２５内で可変するノズルベーン（ノズル翼）２９と、タービンハウジング２１のガス流路２５の一部を形成するタービンハウジング２１の突出部２１Ａの内壁面２１ａに沿って設けられて、表面３３ａにノズルベーン２９を回転可能に支持するノズル支持リング（取付部）３３と、を有する可変容量装置２７を備えている。
【００２８】
タービンハウジング２１の突出部２１Ａの内壁面２１ａと、ノズル支持リング３３の表面３３ａとが略同一平面上となるように、タービンハウジング２１に対するノズル支持リング３３が位置決めされている。ノズル支持リング３３の表面３３ａも、ガス流路２５の一部を形成している。
【００２９】
タービンハウジング２１の突出部２１Ａの内壁面２１ａに隣接して第一対向面２１ｂがタービンハウジング２１に設けられ、ノズル支持リング３３の表面３３ａに隣接して第二対向面３３ｂがノズル支持リング３３の外周端面に設けられている。
【００３０】
第一対向面２１ｂ及び第二対向面３３ｂは、第一対向面２１ｂに接する第一接平面Ｐ１及び第二対向面３３ｂに接する第二接平面Ｐ２が、内壁面２１ａに対してガス流路２５の上流側に鋭角に交差するようにして形成されている。
すなわち、第一接平面Ｐ１及び第二接平面Ｐ２と内壁面２１ａとが交差する角度をθ１としたとき、０＜θ１＜９０度に交差した状態で、第一対向面２１ｂ及び第二対向面３３ｂが、ガス流路２５を拡開させる方向に摺動可能に面接触している。
なお、この傾斜は、例えば、図４に示すように、θ２＞θ１でも９０度以下であれば構わない。
【００３１】
支持部材（支持部）３９の一端３９Ａ側は、回転中心軸線ＣＬ１と直交するようにベアリングハウジング１７とタービンハウジング２１との間に配置されている。なお、ベアリングハウジング１７とタービンハウジング２１とは、一端３９Ａの近傍において、回転中心軸線ＣＬ１の方向に当接して固定されている（図３、図１１参照）。
また、一端３９Ａは、タービンハウジング２１やベアリングハウジング１７に対して結合（固定）はされておらず、軸方向や径方向において（後述する波ワッシャ４１の弾性力や摩擦力に抗して）移動可能に設けられている。図示の例では、一端３９Ａはタービンハウジング２１の内側面に沿って接触している。
なお、一端３９Ａは、径方向においてはタービンハウジング２１に接触させないようにしても良い。すなわち、図３に示すように、一端３９Ａとタービンハウジング２１の内面との間に隙間が形成された状態にしても良い。このようにすると、ノズル支持リング３３や支持部材３９が後述するように径方向において熱膨張した際に、一端３９Ａが径方向に移動（膨張）しやすくなる。これにより、ノズル支持リング３３や支持部材３９の変形（傾きや捩れ）を防止できる。
【００３２】
そして、ベアリングハウジング１７とタービンハウジング２１との間には、支持部材３９の一端３９Ａとともに、支持部材３９の一端３９Ａをベアリングハウジング１７又はタービンハウジング２１に押圧する波ワッシャ（付勢部）４１が配されている。図示の例では、波ワッシャ４１は、一端３９Ａとベアリングハウジング１７との間に備えられている。また、ベアリングハウジング１７に対して結合（固定）はされておらず、一端３９Ａとベアリングハウジング１７の間に挟まれることにより保持されている。
この波ワッシャ４１は、耐熱性を備え金属等で構成されており、図５に示すように、平ワッシャ状の部材に周方向で波状の凹凸が繰り返されるようにして形成されている。この凹凸は、波ワッシャ４１が挟み込まれる方向に対して凹凸になるよう形成されている。
なお、波ワッシャ４１の幅、凹凸の数や大きさは、適宜、変更可能である。例えば、波ワッシャ４１は幅２ｍｍ程度、凹凸の数が２つ程度であってもよい。また、一端３９Ａと波ワッシャ４１は、結合（固定）はさせずに、径方向において互いにスライド可能な状態としても良い。このようにすると、ノズル支持リング３３や支持部材３９が後述するように径方向において熱膨張した際に、一端３９Ａが径方向に移動（膨張）しやすくなる。従って、ノズル支持リング３３や支持部材３９の変形（傾きや捩れ）を効果的に抑制できる。
【００３３】
次に、本実施形態に係る可変容量型過給機１の作用について説明する。
可変容量型過給機１の稼動時には、エンジンからの排ガスが、スクロール通路２３、ガス流路２５を通って、タービンインペラ１５に供給され、タービンインペラ１５が回転している。
このとき、タービンハウジング２１及びノズル支持リング３３とも加熱されて熱膨張する。
【００３４】
ここで、ガス流路２５に対して第一対向面２１ｂと第二対向面３３ｂとが、何れも角度θにて傾斜した状態で面接触している。そのため、両者が接触した状態で、ノズル支持リング３３が、図６に示すように、タービンハウジング２１に対してガス流路２５の流路幅を広げる方向に相対的に変形及び移動しようとする。
【００３５】
このノズル支持リング３３の半径方向及び軸方向の変形及び移動にともない、支持部材３９が押圧されて一端３９Ａに負荷が集中する。このとき、支持部材３９の一端３９Ａが、波ワッシャ４１によって押圧されているので、波ワッシャ４１の弾性変形によって負荷が緩和され、支持部材３９の変形が規制される。
【００３６】
こうして、第一対向面２１ｂと第二対向面３３ｂとが過度に接触、又は離間することなく、突出部２１Ａとノズル支持リング３３との接触状態が維持され、ガス流路２５と外部との遮断状態が維持される。
【００３７】
この可変容量型過給機１によれば、ベアリングハウジング１７及びタービンハウジング２１に対して、支持部材３９の一端３９Ａ側が波ワッシャ４１を介して押圧されているので、ベアリングハウジング１７及びタービンハウジング２１に対して、支持部材３９の一端３９Ａ側は相対移動が可能となる。そのため、ベアリングハウジング１７及びタービンハウジング２１に対して支持部材３９が熱膨張変形しても、波ワッシャ４１の付勢力とのバランスによってこれを好適に吸収することができる。
【００３８】
このとき、タービンハウジング２１とノズル支持リング３３とが摺動可能に接触しているので、タービンハウジング２１に対してノズル支持リング３３が相対的に変形又は変位しようとしても、タービンハウジング２１に対してノズル支持リング３３が離間するのを抑え、かつ、十分なガス流路２５を確保することができる。したがって、内部を流通する作動ガスの外部への漏洩を抑えるとともに、可変容量装置２７を安定して作動させることができ、安定した出力を維持することができる。
【００３９】
特に、第一対向面２１ｂの第一接平面Ｐ１及び第二対向面３３ｂの第二接平面Ｐ２が、内壁面２１ａに対してガス流路の上流側にθ１で交差している。そのため、タービンハウジング２１とノズル支持リング３３とが互いに熱膨張して変形する際、ノズル支持リング３３をタービンハウジング２１の内壁面２１ａよりもガス流路２５内に相対的に突出するのを規制して、ガス流路２５を相対的に広げる方向に移動させることができる。そのため、ガス流路２５内における作動ガスの流れをスムーズな状態に維持することができる。
【００４０】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００４１】
例えば、図７に示すように、突出部５１Ａの第一対向面５１ｂ及びノズル支持リング５３の第二対向面５３ｂが、互いに対向する側に凸の曲面に形成され、又は、図８に示すように、突出部５５Ａの第一対向面５５ｂのみが第二対向面３３ｂに対向する側に凸の曲面に形成されていてもよい。
また、第二対向面のみが第一対向面側に凸の曲面に形成されていてもよい。この場合、第一対向面及び第二対向を線接触させることができ、しかも線接触位置を変化させながら両者の接触状態を好適に維持させることができる。
したがって、シール性を維持しつつ摺動抵抗をより減らすことができる。
【００４２】
さらに、図９及び図１０に示すように、突出部５９Ａ及びノズル支持リング６１が歯車状に形成され、第一対向面５９ｂ及び第二対向面６１ｂが対向した状態で凹凸嵌合されていてもよい。
【００４３】
また、支持部材３９と付勢部である波ワッシャ４１とが別部材とされているが、これに限らず、図１１に示すように、支持部材６３の一端６３Ａが、回転中心軸線ＣＬ１に直交する方向Ｌ２に対して鋭角となる角度θ３で折り曲げられた状態でタービンハウジング２１とベアリングハウジング１７との間に配置されているとしてもよい。
この場合、支持部材６３の一端６３Ａとタービンハウジング２１及びベアリングハウジング１７との間に、支持部材６３の一端６３Ａの変形代Ｓが形成されている。そのため、熱膨張の際には、変形代Ｓ間で支持部材６３の一端６３Ａが弾性変形して熱膨張を吸収することができる。
【００４４】
また、付勢部とは波ワッシャには限定されず、付勢が可能なもの（弾性体など）であれば適用可能であるが、波ワッシャは耐熱性、製作容易性などが優れており、好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態に係る可変容量型過給機を示す概略構成図である。
【図２】可変容量装置を示す図（図１のII−II断面）である。
【図３】タービンハウジングと可変容量装置の連結部近傍を示す図（図１のIII拡大）である。
【図４】タービンハウジングと可変容量装置の連結部の他の例を示す図である。
【図５】波ワッシャの斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る可変容量型過給機が熱変形する状態を示す説明図である。
【図７】タービンハウジングと可変容量装置の連結部の他の例を示す図である。
【図８】タービンハウジングと可変容量装置の連結部の他の例を示す図である。
【図９】タービンハウジングと可変容量装置の連結部の他の例を示す図である。
【図１０】タービンハウジングと可変容量装置の連結部の他の例を示す図（図９のIV矢視）である。
【図１１】支持部の他の例を示す図である。
【図１２】従来の可変容量型過給機の要部を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…可変容量型過給機（過給機）、１５…タービンインペラ、１７…ベアリングハウジング、２１…タービンハウジング、２１Ａ，５１Ａ，５３Ａ，５５Ａ，５９Ａ…突出部、２１ａ…内壁面、２１ｂ，５１ｂ，５５ｂ，５９ｂ…第一対向面、２５…ガス流路、２７…可変容量装置、２９…ノズルベーン（ノズル翼）、３３，５３，６１…ノズル支持リング（取付部）、３３ａ…表面、３３ｂ，５３ｂ，６１ｂ…第二対向面、３９，６３…支持部材、３９Ａ…一端、３９Ｂ…他端、４１…波ワッシャ（付勢部）、Ｐ１…第一接平面、Ｐ２…第二接平面

【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンインペラとタービンハウジングとの間に形成されるガス流路内で可変するノズル翼と、前記ガス流路の一部を形成する前記タービンハウジングの内壁面に沿って設けられて、表面に前記ノズル翼を回転可能に支持する取付部と、を有する可変容量装置を備えた過給機であって、
一端側及び他端側を有し、ベアリングハウジングと前記タービンハウジングとの間に前記一端側が配置されて前記取付部を前記他端側で支持する支持部と、
該支持部の前記一端側を前記ベアリングハウジング又は前記タービンハウジングに押圧する付勢部と、
を備え、
前記タービンハウジングと前記取付部とが、前記ガス流路を拡開させる方向に摺動可能に接触していることを特徴とする過給機。
【請求項２】
前記内壁面に隣接して前記取付部と対向する第一対向面が、前記タービンハウジングに設けられ、
前記表面に隣接して前記タービンハウジングと対向する第二対向面が、前記取付部に設けられ、
前記第一対向面に接する第一接平面及び前記第二対向面に接する第二接平面が、前記内壁面に対して前記ガス流路の上流側に鋭角となる方向に交差し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】
前記第一対向面と前記第二対向面とが、線接触していることを特徴とする請求項２に記載の過給機。
【請求項４】
前記付勢部が弾性体であることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項の過給機。

【図１】