JP2009197633A

JP2009197633A - ターボチャージャ

Info

Publication number: JP2009197633A
Application number: JP2008038423A
Authority: JP
Inventors: Yoshimitsu Matsuyama; 良満松山; Yukio Takahashi; 幸雄高橋
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2008-02-20
Filing date: 2008-02-20
Publication date: 2009-09-03
Also published as: EP2243939A1; WO2009104232A1; US20100310365A1; EP2243939A4; CN101946069B; CN101946069A; KR20100093617A; KR101182121B1

Abstract

【課題】簡単な構成によりタービンハウジングと排気ノズルとの間に有する隙間を通してガスが高圧側から低圧側へリークするのを防止する。
【解決手段】タービンハウジング１のスクロール通路８とタービンインペラ４との間に配置される排気ノズル９と、排気ノズル９の後面２４とタービンハウジング１との間に形成される隙間１９と、隙間１９を閉塞するシール装置２５とを有するターボチャージャであって、シール装置２５は、環状の一個所がスリットで切り取られた馬蹄形状を有して内周端がタービンハウジング１に沿って配置されたシール部材２９を有し、シール部材２９は、スクロール通路８のガス圧の作用により外周端３３が排気ノズル９の後面２４に接近し、且つスリット端部が互いに接近すると共に内周端２８がタービンハウジング１に接近するように径が縮小する構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、タービンハウジングと排気ノズルとの間に有する隙間を通してガスが高圧側から低圧側へリークするのを防止するようにしたターボチャージャに関する。

図７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１とコンプレッサハウジング２とが軸受ハウジング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１内に配置されるタービンインペラ４とコンプレッサハウジング２内に配置されるコンプレッサインペラ５が、軸受ハウジング３に軸受６を介して回転自在に支承されたタービン軸７により連結されている。

又、上記軸受ハウジング３のタービンハウジング１側には、図８に拡大して示す如く、タービンハウジング１のスクロール通路８に導入される流体（排ガス）を前記タービンインペラ４に導くための排気ノズル９が設けられる。

排気ノズル９は、軸受ハウジング３側の前部排気導入壁１０とタービンハウジング１側の後部排気導入壁１１とが所要の間隔を保持した状態で例えば周方向３箇所に設けた固定部材１２により一体に組み立てられている。更に、前部排気導入壁１０の前面（軸受ハウジング３側面）には取付部材１３が固定されており、前記タービンハウジング１と軸受ハウジング３との組立時に、前記取付部材１３をタービンハウジング１と軸受ハウジング３とで挟持することにより前記排気ノズル９を固定している。更に、上記組立時に、前記排気ノズル９は位置決めピン１４によって軸受ハウジング３に対して位置決めされている。

前部排気導入壁１０と後部排気導入壁１１との相互間には複数のノズルベーン１５が環状に配置されており、各ノズルベーン１５は少なくとも前部排気導入壁１０を貫通するベーン軸１６ａによって前部排気導入壁１０に回転可能に支持されている。図７、図８の例ではノズルベーン１５の両側に固定したベーン軸１６ａ，１６ｂが前部排気導入壁１０と後部排気導入壁１１の夫々を貫通して、各ノズルベーン１５が両持ちに支持されるようにした場合を示しているが、ベーン軸１６ａのみが前部排気導入壁１０を貫通してノズルベーン１５が片持ちに支持されるようにしたものもある。

図７中、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄは前記ノズルベーン１５の開閉角度を調節するためのリンク式の伝達機構、１８はコンプレッサハウジング２に形成されたスクロール通路である。

又、前記タービンハウジング１と排気ノズル９の後部排気導入壁１１との間には隙間１９が設けられている。この隙間１９は本来不要なものであるが、タービンハウジング１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。

上記隙間１９があると、高圧側のスクロール通路８の排ガスが隙間１９を通して低圧側のタービンインペラ出口２０に無駄に漏出されてしまうことから、この隙間１９を閉塞するために、後部排気導入壁１１が下流側へ延設された延設部１１'の外面と、この延設部１１'に対向するタービンハウジング１の内面１'との間にシール用ピストンリング２１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）。

特許文献１では図８に示すように、後部排気導入壁１１の延設部１１'の外周面に環状の凹溝２２を設けてこの凹溝２２に、通常２枚のシール用ピストンリング２１の合口（切欠）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装置２３を構成し、前記シール用ピストンリング２１の外周面が弾撥力によってタービンハウジング１の内面１'に圧着されることによりガスリークを防止している。
特開２００６−１２５５８８号公報

しかし、図８に示したように、凹溝２２にシール用ピストンリング２１を配置してガスリークを防止しようとしても、ガスのリーク量を少なく抑えるには限界があるという問題があった。即ち、前記シール用ピストンリング２１は合口（切欠）を有しており連続したリングとはなっていないため、２本のシール用ピストンリング２１の合口の位置をずらして配置しても、それらの合口を通してガスがリークしてしまうという問題がある。

更に、シール用ピストンリング２１は所定の弾撥力を有してタービンハウジング１の内面１'へ押付けることによってシールを行う構成上、高い強度を有している必要があり、よってタービンハウジング１の内面１'を高い真円度で加工しても、シール用ピストンリング２１の真円度が僅かでも狂っていると、タービンハウジング１の内面１'とシール用ピストンリング２１との間には隙間ができてしまい、これによって、シール用ピストンリング２１の外周部からガスがリークするとういう問題がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、簡単な構成によりタービンハウジングと排気ノズルとの間に有する隙間を通してガスが高圧側から低圧側へリークするのを効果的に防止できるようにしたターボチャージャを提供しようとするものである。

本発明は、タービンハウジングのスクロール通路とタービンインペラとの間に配置される排気ノズルと、該排気ノズルの後面と前記タービンハウジングとの間に形成される隙間と、該隙間を閉塞するシール装置とを有するターボチャージャであって、前記シール装置は、環状の一個所がスリットで切り取られた馬蹄形状を有して内周端が前記タービンハウジングに沿って配置されたシール部材を有し、該シール部材は、スクロール通路のガス圧の作用により外周端が排気ノズルの後面に接近し、且つスリット端部が互いに接近すると共に内周端が前記タービンハウジングに接近するように径が縮小する構成としたことを特徴とするターボチャージャ、に係るものである。

上記ターボチャージャにおいて、前記スリットが、内周端側に対して外周端側の間隔が大きくなるように形成されていることは好ましい。

又、上記ターボチャージャにおいて、前記シール部材が、タービンハウジング側から排気ノズル側に向かうに従い次第に径が大きくなる略截頭円錐形状を有することは好ましい。

本発明のターボチャージャによれば、シール部材の内周端をタービンハウジングに形成した段部に沿って配置すると、シール部材はスクロール通路のガス圧の作用を受けて外周端が前記排気ノズルの後面に接近し、且つ、スクロール通路のガス圧と隙間の圧力との圧力差によりスリット端部が互いに接近すると共に内周端が前記段部に接近するようにシール部材の径が縮小するようにしてあるので、簡単な構成によってタービンハウジングと排気ノズルの後面との間の隙間を高いシール性を有して閉塞できるという優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は、図７、図８のターボチャージャに適用した本発明の形態の一例を示すもので、スクロール通路８のガスが、タービンハウジング１と排気ノズル９の後面２４との間に形成される隙間１９を通してタービンインペラ４側に漏出するのを防止するために、タービンハウジング１と排気ノズル９の後面２４との間にシール装置２５を設けている。

又、図１ではノズルベーン１５の両側に固定したベーン軸１６ａ，１６ｂが前部排気導入壁１０と後部排気導入壁１１の夫々を貫通して、各ノズルベーン１５が両持ちに支持された排気ノズル９を有するターボチャージャに適用した場合を例示しているが、これに対して、図２に示すように、ベーン軸１６ａのみが前部排気導入壁１０を貫通してノズルベーン１５が片持ちに支持された排気ノズル９を有するターボチャージャにも、同様にシール装置２５を適用することができる。

前記シール装置２５は、タービンハウジング１が排気ノズル９の後面２４と対向して隙間１９を形成している部分２６の外周位置にタービン軸と平行な筒形の段部２７を設けており、更に、この段部２７に内周端２８が嵌合するようにしたシール部材２９を配置している。

シール部材２９は、図３に示すように、略截頭円錐形状の金属の薄板からなり周方向の一個所が０．２〜０．８ｍｍ程度の幅のスリット３０によって切り取られた形状（馬蹄形状）を有しており、シール部材２９の内周端２８は、図１、図２に示すように排気ノズル９から遠ざかる方向へ曲げられて前記段部２７に嵌合しており、又、シール部材２９の外周端３３は、前記内周端２８から排気ノズル９の後面２４の外周端側へ向かって拡径された円錐形状の直線部３１と、排気ノズル９の後面２４に密着するよう曲げられた湾曲部３２とを有している。

このとき、シール部材２９の内周端２８は、スクロール通路８内のガス圧によって軸方向へ移動できるように前記段部２７に僅かな隙間を有して嵌合されており、又、シール部材２９は、スクロール通路８内のガス圧によってスリット端部２９ａ，２９ｂが互いに接近して径が縮小される変形強度（厚さ）に形成されている。

即ち、シール部材２９には、スクロール通路８のガス圧が作用することになるが、このとき、隙間１９に連通しているスリット３０部分の圧力はスクロール通路８のガス圧に対して低い圧力となっている。このため、シール部材２９に作用するガス圧とスリット３０部分の圧力との圧力差によって、前記スリット端部２９ａ，２９ｂは互いに引き寄せられる力を受けて互いに接近し、又内周端２８も段部２７に接近されるようになり、これによってシール部材２９は径が縮小されるようになる。

また、前記したように、シール部材２９の径が縮小する際に、スリット端部２９ａ，２９ｂが略密着した状態になるようにするために、図４に示す如く、スリット３０の間隔を、内周端２８側の間隔Ｓ１に対して外周端３３側に向かうに従い次第に大きくなって間隔Ｓ２となるように楔状に形成しても良い。

上記形態によれば次のように作動する。

図１、図２に示す形態においては、タービンハウジング１に形成した段部２７に、図３に示すシール部材２９の内周端２８を嵌合させた後、図７に示すように、タービンハウジング１を締結ボルト３ａを用いて軸受ハウジング３に一体に組立てる。

図１、図２のようにタービンハウジング１に配置されたシール部材２９は、スクロール通路８のガス圧（スクロール流路８の圧力と隙間１９の圧力との差圧）によってＡ方向に押され、これによりシール部材２９の外周端３３の湾曲部３２が排気ノズル９における後部排気導入壁１１の後面２４に接近して密着される。

一方、シール部材２９に作用するガス圧に対して、スリット３０（図３）部における圧力が低くなるため、この圧力差によってスリット端部２９ａ，２９ｂが互いに引き寄せられて接近するようになり、同時に内周端２８も段部２７に接近するようになり、これによってシール部材２９は径が縮小される。

このように、シール部材２９の外周端３２が排気ノズル９の後面２４に密着することにより排気ノズル９との間が閉塞され、且つ、シール部材２９のスリット端部２９ａ，２９ｂが互いに接近すると共に、内周端２８が段部２７に接近するようにシール部材２９の径が縮小されることによって、簡単な構成にて、タービンハウジング１と排気ノズル９との間の隙間１９を高いシール性を有して閉塞できるようになる。又、図４に示す如く、スリット３０の内周端２８側の間隔Ｓ１に対して外周端３３側の間隔Ｓ２が大きくなるように形成しておくと、シール部材２９の径が縮小した際に、スリット端部２９ａ，２９ｂが略密着するように均一に接近するようになるので、スリット３０部におけるシール性を更に高めることができる。

図５は本発明の他の形態を示したもので、馬蹄形を有するシール部材２９が断面略Ｌ字形を有しており、スクロール通路８のガス圧の作用により外周端３３が排気ノズル９における後部排気導入壁１１の後面に接近し、且つ図３に示したようにスリット端部２９ａ，２９ｂが互いに接近すると共に内周端２８がタービンハウジング１に形成した段部２７に接近するように径が縮小する構成としている。図５のシール部材２９の形状においても、スクロール通路８の排ガスの圧力を利用して隙間１９を塞ぐことにより、隙間１９を通して排ガスが漏れるのを低減することができる。尚、図５の形態では、前記タービンハウジング１から後部排気導入壁１１の外周部に導入間隔３４を形成するように張り出した張り出し部３５を設け、前記導入間隔３４に連通する導入室３６をタービンハウジング１に設けることにより段部２７を形成しており、この段部２７に前記シール部材２９を配置している。従って、図５の形状によれば、前記スクロール通路８からの排ガスが、張り出し部３５によって排気ノズル９に安定して導かれるようになる。

更に、馬蹄形を有するシール部材２９は、図６に示すように、内周端２８が段部２７に沿って排気ノズル９方向に延びた後径方向外側に延び、続いてタービン軸と平行に排気ノズル９方向に延びて外周端３３が排気ノズル９における後部排気導入壁１１の後面に接近するよう階段状に形成されていてもよく、又、その他の種々の形状とすることができる。

上記シール部材２９は非常に簡略な構成とすることができるため、安価な価格で高い生産性を有して製造することができる。

一方、図１に示すように、ベーン軸１６ｂが後部排気導入壁１１を貫通している貫通孔１６'の位置よりも排ガスの上流側（スクロール通路８側）に前記シール部材２９によるシール装置２５を設置してシールを行うと、排気ノズル９を通る排ガスの圧力に対してシール部材２９下流の隙間１９の圧力が低いことにより、排気ノズル９内の排ガスはベーン軸１６ｂの貫通孔１６'を通って隙間１９側へ流出するようになり、更に、前記排気ノズル９内圧力と隙間１９の圧力との圧力差によりノズルベーン１５が後部排気導入壁１１側へ押されて変位し、ベーン軸１６ｂに備えた鍔１６''が前記貫通孔２４を塞ぐように後部排気導入壁１１に押し付けられることにより、排気ノズル９のガスがベーン軸１６ｂの貫通孔１６'を通して隙間１９へ流出するのを防止してシール性を高めることができる。

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変更を加え得ることは勿論である。

本発明の形態の一例を示すノズル部近傍の切断側面図である。図１とは排気ノズルのノズルベーンを支持する支持方法が異なる例を示す切断側面図である。図１、図２におけるシール部材の正面図である。図３のシール部材におけるスリットの形状例を示す正面図である。本発明の形態の他の例を示すノズル部近傍の切断側面図である。図５の変形例を示すノズル部近傍の切断側面図である。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７のノズル部近傍の切断側面図である。

符号の説明

１タービンハウジング
４タービンインペラ
８スクロール通路
９排気ノズル
１９隙間
２５シール装置
２８内周端
２９シール部材
２９ａ，２９ｂスリット端部
３０スリット
３３外周端

Claims

タービンハウジングのスクロール通路とタービンインペラとの間に配置される排気ノズルと、該排気ノズルの後面と前記タービンハウジングとの間に形成される隙間と、該隙間を閉塞するシール装置とを有するターボチャージャであって、前記シール装置は、環状の一個所がスリットで切り取られた形状を有して内周端が前記タービンハウジングに沿って配置されたシール部材を有し、該シール部材は、スクロール通路のガス圧の作用により外周端が排気ノズルの後面に接近し、且つスリット端部が互いに接近すると共に内周端が前記タービンハウジングに接近するように径が縮小する構成としたことを特徴とするターボチャージャ。
前記スリットは、内周端側に対して外周端側の間隔が大きくなるように形成されてい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。
前記シール部材は、タービンハウジング側から排気ノズル側に向かうに従い次第に径が大きくなる略截頭円錐形状を有す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。