JP2017145770A - 車両用ターボチャージャ - Google Patents

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Abstract

【課題】排気による皿ばねの昇温を抑制し、排気が可変ノズル機構を経由しないでスクロール室からタービン室に直接漏れ出てしまうことを防止することができるターボチャージャの提供にある。【解決手段】ターボチャージャにおいて、可変ノズル機構30は、第1、第2ノズルプレート31、32を備え、タービンハウジング13は、スクロール室16とタービン室15とを隔てベアリングハウジング12側へ向けて延在し、前記スクロール室側に雄ねじが形成された隔壁部21を有し、内径端部52においてで隔壁部21と外径端部51において第2ノズルプレート32と当接して第2ノズルプレート32を第1ノズルプレート31へ向けて付勢する皿ばね50と、スクロール室16に配置され、第2ノズルプレート31と当接する第1端部と、雌ねじが形成され隔壁部21の雄ねじと螺合する第2端部とを有し、排気から皿ばね50を遮蔽する遮熱部材とを備える。【選択図】 図2

Description

この発明は、車両用ターボチャージャに関する。
例えば、特許文献1には、ノズルベーンを開閉動作させることで、タービンホイールに吹き付けられる排気の流速を可変とする可変ノズル機構が組み込まれた車両用のターボチャージャが開示されている。特許文献1に開示されたターボチャージャは、タービンシャフトを回転可能に支持するベアリングハウジングと、ベアリングハウジングのタービンシャフトの軸線方向の一方にタービンハウジングとを備えている。タービンハウジングは、タービンハウジングの中心にタービンホイールを収容するタービン室と、タービン室の軸線方向を中心とした周囲に車両エンジンから流入した排気が流通するスクロール通路が設けられたスクロール室とを備えている。タービン室とスクロール室との間には、可変ノズル機構が配置されている。排気は、スクロール室から可変ノズル機構を経由してタービン室に流入する。
皿ばねは、可変ノズル機構をタービンシャフトの軸線に沿う方向に付勢してベアリングハウジングに押し当て、可変ノズル機構をタービンハウジングに固定することなく位置決めさせている。また、皿ばねは、可変ノズル機構とタービンハウジングとの間の間隙に設けられ、スクロール室とタービン室との間をシールしている。したがって、皿ばねは付勢部材とシール部材とを兼ね、ターボチャージャの部品点数を少なくしている。
特開2013−104413号公報
しかしながら、特許文献1のターボチャージャでは、スクロール室を流れる比較的高温の排気が皿ばねに直接当たり、皿ばねの温度が上昇し、皿ばねの弾性部材としての付勢力が低下して、皿ばねのシール性能が低下し、排気がスクロール室からタービン室のタービン出口に直接漏れ出てしてしまうという問題がある。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、排気による皿ばねの昇温を抑制し、排気が可変ノズル機構を経由しないでスクロール室からタービン室に直接漏れ出てしまうことを防止することができるターボチャージャの提供にある。
上記の課題を解決するために、本発明は、タービンホイールと、前記タービンホイールと一体回転可能に設けられたタービンシャフトと、前記タービンシャフトを回転可能に支持するベアリングハウジングと、前記ベアリングハウジングに接続されるとともに、前記タービンホイールを収容するタービン室と、前記タービン室の周囲に設けられたエンジンの排気が流通するスクロール室と、を有するタービンハウジングと、前記スクロール室から前記タービン室に流入する前記排気の流速を変更する可変ノズル機構と、を備えるターボチャージャにおいて、前記可変ノズル機構は、前記タービンシャフトの軸心方向において前記ベアリングハウジング側に設けられた円環状の第1ノズルプレートと、前記タービンシャフトの軸心方向において前記第1ノズルプレートと対向して設けられた円環状の第2ノズルプレートと、前記第1ノズルプレートと前記第2ノズルプレートの間のノズル空間に設けられるとともに、回動軸を中心に回動可能に設けられた複数のノズルベーンと、を備え、前記タービンハウジングは、前記スクロール室と前記タービン室とを隔てるとともに、前記ベアリングハウジング側へ向けて延在し、前記スクロール室側に雄ねじが形成された隔壁部を有し、前記タービンハウジングと前記可変ノズル機構との間に設けられ、内径端部において前記隔壁部と当接するとともに、外径端部において前記第2ノズルプレートと当接して、前記第2ノズルプレートを前記第1ノズルプレートへ向けて付勢する皿ばねと、前記スクロール室に配置されるとともに、前記第2ノズルプレートと当接する第1端部と、雌ねじが形成され前記隔壁部の前記雄ねじと螺合する第2端部とを有し、前記排気から前記皿ばねを遮蔽する円環状の遮熱部材と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、遮熱部材により、排気が皿ばねに直接当たることを防止して皿ばねの昇温を抑制し、遮熱部材の雌ねじとタービンハウジングの隔壁部の雄ねじとの螺合によってスクロール室とタービン室との間を好適にシールすることができる。
また、上記のターボチャージャにおいて、前記第2ノズルプレートは前記スクロール室側端部に段差部が形成されており、前記遮熱部材の第1端部が前記段差部に嵌め込まれていても良い。
この場合、第2ノズルプレートに嵌め込まれた遮熱部材により皿ばねの外径側が確実に覆われて、遮熱部材は排気から皿ばねを確実に遮蔽することができる。
また、上記のターボチャージャにおいて、前記可変ノズル機構は、前記第1ノズルプレートと前記第2ノズルプレートとの間を一定の間隔に保つ軸状部材を備え、前記皿ばねの前記外径端部は、前記軸状部材の軸線上において前記第2ノズルプレートと当接しても良い。
この場合、皿ばねの付勢力が第2ノズルプレートから軸状部材を介して第1ノズルプレートに効率良く伝達され、皿ばねの付勢力により可変ノズル機構を正確に位置決めすることができる。
本発明は、排気による皿ばねの昇温を抑制し、排気が可変ノズル機構を経由しないでスクロール室からタービン室に直接漏れ出てしまうことを防止することができることができるターボチャージャを提供することができる。
本発明の実施形態に係るターボチャージャのタービンハウジングを示す断面図である。 本発明の実施形態に係るターボチャージャのタービンハウジングの一部を拡大して示す断面図である。 本発明の実施形態に係るターボチャージャの第2ノズルプレートと皿ばねと遮熱部材とを拡大して示す断面図である。
以下、実施形態に係るターボチャージャを図面に基づいて説明する。
本実施形態では、車両エンジンに搭載される過給機としてのターボチャージャについて例示する。
図1に示す本実施形態のターボチャージャ10は、タービンシャフト11と、タービンシャフト11を図示されない軸受を介して回転可能に支持するベアリングハウジング12とを備える。図1に示す軸線L1は、タービンシャフト11の軸心を通る線である。ターボチャージャ10は、タービンシャフト11の軸心方向である軸線L1方向におけるベアリングハウジング12の一方に軸線L1を中心として接合されたタービンハウジング13を備え、他方の側にはコンプレッサハウジング(図示しない)を備える。ベアリングハウジング12とタービンハウジング13とコンプレッサハウジングとは、ターボチャージャ10のハウジングを構成する。
タービンハウジング13の中心部にはタービン室15が軸線L1を中心とした略円筒状に配置されている。タービンハウジング13において、タービン室15の軸線L1を中心とする周囲には、渦巻き状のスクロール通路を内部に備えるスクロール室16が設けられている。スクロール室16はタービン室15の外周に位置する。スクロール室16はターボチャージャ10の外部に位置する車両エンジンから排出されてターボチャージャ10に流入したエンジンの排気が流通する。タービンシャフト11のタービンハウジング13側の一端には、タービンホイール14がタービンシャフト11と一体回転可能に取り付けられており、タービン室15にはタービンホイール14が収容されている。タービンシャフト11の他端には、コンプレッサホイール(図示しない)がタービンシャフト11と一体回転可能に固定されており、コンプレッサハウジングにはコンプレッサホイールが収容されている。
タービン室15とスクロール室16との間には、軸線L1を中心とする連通路17が配置されている。タービン室15とスクロール室16は、タービンシャフト11の径方向において連通路17を介して連通している。
ベアリングハウジング12は、軸線L1方向においてタービンハウジング13側に位置し、軸線L1方向と直交して延びる内壁面18を備える。
タービンハウジング13は、スクロール室16とタービン室15とをタービンシャフト11の径方向において隔て、ベアリングハウジング12側へ向けて延在する隔壁部21を備える。図1及び図2に示すように、隔壁部21は、スクロール室16側に位置する外周壁面23と、タービン室15側に位置する内周壁面24とを備える。外周壁面23及び内周壁面24は軸線L1に沿って延びている。
隔壁部21は、外周壁面23と内周壁面24とをベアリングハウジング12側において接続し、軸線L1方向と直交して延びる内壁面20を備える。内壁面20は、軸線L1方向と直交する方向において、内壁面18よりも短く、スクロール室16側の端部が内壁面18のスクロール室16側の端部よりもタービン室15側に位置している。
図3に示すように、隔壁部21の内壁面20と外周壁面23との間には、図1に示す軸線L1を中心とする円環状の内段差部22が設けられている。内段差部22は、軸線L1を中心とし、雄ねじが設けられた外周壁面26と、外周壁面26と外周壁面23とを接続し、軸線L1方向と直交して延びる接続壁面27とを備える。
図2に示すように、連通路17には、可変ノズル機構30が配置されている。可変ノズル機構30は、連通路17の排気が流通する面積を変更して、スクロール室16からタービン室15に流入する排気の流速を変更する機構である。可変ノズル機構30は、第1ノズルプレート31と、第2ノズルプレート32と、ユニゾンリング44と、複数のノズルベーン45とを備える。
第1ノズルプレート31は、図1に示す軸線L1を中心とする円環状の部材である。第1ノズルプレート31は外周面46を備える。第1ノズルプレート31は、軸線L1方向と直交する内側面35と外側面36とを備える。第1ノズルプレート31の外側面36側には、ユニゾンリング44が配置されている。
第2ノズルプレート32は、図1に示す軸線L1を中心とする円環状の部材である。第2ノズルプレート32は、タービン室15に収容され、軸線L1を中心とし軸線L1に沿って延びる円筒部33と、円筒部33のベアリングハウジング12側の一端と接続され、軸線L1方向と直交し、連通路17を区画するフランジ部34とを備える。円筒部33は隔壁部21の内周壁面24と接するように配されている。フランジ部34は、軸線L1方向と直交する内側面37と外側面38とを備える。
また、フランジ部34は、スクロール室16側に外周面39を備え、外周面39のベアリングハウジング12側と反対側には、段差部として外段差部40が設けられている。図3に示すように、外段差部40は、図1に示す軸線L1を中心とし、軸線L1方向に延びる外周壁面48と、外周面39と外周壁面48とを接続し、軸線L1方向と直交して延びる接続壁面49とを備える。外周面39は、本発明のスクロール室側端部である。
図2に示すように、第1ノズルプレート31の内側面35と第2ノズルプレート32のフランジ部34の内側面37とは対向し、第1ノズルプレート31と第2ノズルプレート32との間には、スペーサ43が設けられている。スペーサ43は軸状の部材である。第1ノズルプレート31と第2ノズルプレート32とはスペーサ43によって一定の間隔に保たれている。図2に示す軸線L2は、スペーサ43の軸心を通る線であり、軸線L1と平行する。スペーサ43は、本発明の軸状部材である。
スペーサ43のベアリングハウジング12側の一端は、第1ノズルプレート31の内側面35に設けられた凹部に嵌め込まれ、スペーサ43の他端は第2ノズルプレート32の内側面37に設けられた凹部に嵌め込まれて、スペーサ43は第1ノズルプレート31と第2ノズルプレート32とを接続している。
第1ノズルプレート31の内側面35と第2ノズルプレート32のフランジ部34の内側面37とにより連通路17の内壁が構成されている。第1ノズルプレート31と第2ノズルプレート32のフランジ部34との間のスペーサ43よりタービン室15側には、図1に示す軸線L1を中心とする円環状のノズル空間Sが設けられている。ノズル空間Sには、ノズル空間Sを流通する排気の流速を変更する複数のノズルベーン45が第1ノズルプレート31及び第2ノズルプレート32の周方向に略等角度間隔に設けられている。ノズルベーン45は、軸線L1と平行に延びる回動軸41を中心に回動可能に、第1ノズルプレート31と第2ノズルプレート32とユニゾンリング44とに支持されている。互いに隣り合うノズルベーン45間の開度は変更可能となっている。ユニゾンリング44はリンク(図示しない)と接続され、ターボチャージャ10の外部からの動力によりリンクが動作されて回動されて、回動軸41が回動される。
スクロール室16には、遮熱部材としての遮熱板60が配置されている。遮熱板60は、金属製、例えばステンレス製、であって、図1に示す軸線L1を中心とする略円環状の板部材である。図2及び図3に示すように、遮熱板60は、スクロール室16側において第2ノズルプレート32と接し、タービン室15側においてタービンハウジング13の隔壁部21と接している。
遮熱板60は、軸線L1方向と直交する方向において、タービン室15からスクロール室16に向かって第2ノズルプレート32側に傾く円環状の中板部61と、中板部61のタービン室15側の一端から軸線L1方向に延びる円筒状の内板部62と、中板部61のスクロール室16側の他端から軸線L1方向の内板部62と反対側に延びる円筒状の外板部63とを備える。内板部62は、本発明の遮熱板60の第2端部である。外板部63は、本発明の遮熱板60の第1端部である。
内板部62は、タービン室15側に図1に示す軸線L1に沿って延びる内周壁面64を備える。内周壁面64には雌ねじが設けられている。外板部63は、軸線L1に沿って延びる内周壁面65を備える。
内板部62の内周壁面64に設けられた雌ねじがタービンハウジング13の隔壁部21の内段差部22の外周壁面26に設けられた雄ねじにねじ締結され、内板部62の先端が内段差部22の接続壁面27に押し当てられて、内板部62はタービンハウジング13の隔壁部21に固定されている。外板部63は、先端が第2ノズルプレート32のフランジ部34の外段差部40の接続壁面49と接し、内周壁面65が外周壁面48と接するように、外段差部40に嵌め込まれている。
スクロール室16には、タービンハウジング13と可変ノズル機構30との間において、第2ノズルプレート32のフランジ部34の外側面38と、第2ノズルプレート32の円筒部33の外周面と、遮熱板60の中板部61の可変ノズル機構30側の面と、タービンハウジング13の内壁面20により囲まれた間隙42が設けられている。間隙42には皿ばね50が配置されている。皿ばね50は、円環板状の弾性部材である。皿ばね50は、軸線L1方向と直交する方向において、タービン室15からスクロール室16に向かって第2ノズルプレート32側に傾いて配置されており、遮熱板60の中板部61より大きく傾斜している。皿ばね50は、可変ノズル機構30側の面がフランジ部34の外側面38と対向し、タービンハウジング13側の面が遮熱板60の中板部61の可変ノズル機構30側の面と対向して配置されている。
皿ばね50は、図1に示す軸線L1を中心とする円環状のスクロール室16側の端部である外径端部51とタービン室15側の端部である内径端部52とを備える。外径端部51は、第2ノズルプレート32側に外径側端面53を備え、内径端部52は、遮熱板60側に内径側端面54を備える。皿ばね50の外径端部51は、第2ノズルプレート32の外側面38の軸線L2と交差する部位と外径側端面53において当接し、皿ばね50の内径端部52は、第2ノズルプレート32へ向けて延在するタービンハウジング13の隔壁部21の内壁面20と内径側端面54において当接する。皿ばね50は、遮熱板60と接していない。
皿ばね50が外径側端面53において当接する第2ノズルプレート32の部位は、遮熱板60が第2ノズルプレート32の外段差部40と当接する部位よりもタービン室15側に位置する。皿ばね50が内径側端面54において当接するタービンハウジング13の隔壁部21の内壁面20の部位は、タービンハウジング13の隔壁部21が遮熱板60と螺合する部位よりもタービン室15側に位置する。
タービンハウジング13と可変ノズル機構30との間に設けられた皿ばね50は、可変ノズル機構30をベアリングハウジング12の内壁面18に押し当てるように付勢する。皿ばね50は、可変ノズル機構30とタービンハウジング13との間においてスクロール室16とタービン室15とをシールするシール部材であり、かつ、可変ノズル機構30をベアリングハウジング12側に付勢する付勢部材である。
以上の構成を有するターボチャージャ10の作用について以下に説明する。
ターボチャージャ10の外部に位置する車両エンジンから排出された比較的高温の排気は、ターボチャージャ10に流入する。排気は、タービンハウジング13のスクロール室16に設けられたスクロール通路に沿ってスクロール室16を流通する。排気はスクロール室16から連通路17に流入し、連通路17の可変ノズル機構30のノズルベーン45の間を流通する。ノズルベーン45間の開度は、ターボチャージャ10の外部からリンク等が操作されることにより回動されて変更される。排気は、連通路17からタービン室15に流入し、タービン室15のタービンホイール14に吹き付けられる。吹き付けられる排気の流速は、ノズルベーン45の開度により決まる。
タービンホイール14は、排気が吹き付けられることによって回転駆動される。排気の流速が変更されることにより、タービンホイール14の回転速度が変更される。タービンホイール14の回転に伴い、タービンホイール14に一体回転可能に接続されたタービンシャフト11が回転し、タービンシャフト11と一体回転可能に接続されたコンプレッサホイールが回転して、吸入空気が圧縮される。圧縮空気は車両エンジンに送られ、過給が行われる。以上のように、ターボチャージャ10の回転速度が変更されて、車両エンジンの過給圧が調整される。
皿ばね50は、内径端部52がタービンハウジング13の内壁面20と内径側端面54において当接し、外径端部51が第2ノズルプレート32の外側面38と外径側端面53において当接して、間隙42の遮熱板60側と第2ノズルプレート32側の間をシールしている。また、皿ばね50は、第2ノズルプレート32の外側面38と当接することによる付勢力が、第2ノズルプレート32からスペーサ43を介して第1ノズルプレート31に伝達される。よって、可変ノズル機構30は、皿ばね50の付勢力により、ベアリングハウジング12の内壁面18に押し当てられて位置決めされている。
スクロール室16の排気は、間隙42に配置された皿ばね50に直接当たることなく、皿ばね50のタービンハウジング13側の面を覆う遮熱板60に直接当たり、連通路17に流入する。よって、遮熱板60は排気から皿ばね50を遮蔽している。
遮熱板60の内板部62の内周壁面64に設けられた雌ねじとタービンハウジング13の隔壁部21の内段差部22の外周壁面26に設けられた雄ねじとがねじ締結されて螺合され、遮熱板60とタービンハウジング13との間をシールしている。
本実施形態では、以下の作用効果を奏する。
(1)スクロール室16を流れる比較的高温の排気は、皿ばね50のタービンハウジング13側の面を覆う遮熱板60に当たる。また、タービンハウジング13の隔壁部21のスクロール室16側に形成された雄ねじは遮熱板60の内板部62に形成された雌ねじと螺合している。したがって、遮熱板60により排気が皿ばね50に直接当たることが防止され、皿ばね50の昇温が抑制されて皿ばね50の付勢力及びシール性能の低下が防止され、隔壁部21と遮熱板60の螺合によって遮熱板60とタービンハウジング13との間を好適にシールすることができる。よって、排気が連通路17に配置された可変ノズル機構30を経由しないでスクロール室16からタービン室15に直接漏れ出ることを防止することができる。よって、ターボチャージャ10の過給性能の低下を防止することができる。
(2)遮熱板60は、内板部62に形成された雌ねじがタービンハウジング13のスクロール室16側に形成された雄ねじと螺合されて、タービンハウジング13に固定されている。したがって、遮熱板60はタービンハウジング13に確実に固定され、遮熱板60は比較的高温の排気から皿ばね50を確実に遮蔽している。
(3)第2ノズルプレート32のフランジ部34は外周面39に外段差部40を備え、遮熱板60の外板部63が段差部に嵌め込まれている。したがって、第2ノズルプレート32に嵌め込まれた遮熱板60により皿ばね50の外径側が確実に覆われて、皿ばね50がスクロール室16を流通する排気から確実に遮蔽される。
(4)皿ばね50の外径端部51は、スペーサ43の軸線L2上において第2ノズルプレート32と当接する。したがって、皿ばね50の付勢力が第2ノズルプレート32からスペーサ43を介して第1ノズルプレート31に効率良く伝達され、また、皿ばね50の付勢力により可変ノズル機構30を正確に位置決めすることができる。
○ 上記の実施形態では、遮熱板の外板部の先端は、第2ノズルプレートの外段差部に嵌め込まれているが、この限りではない。第2ノズルプレートと遮熱板とにより、皿ばねの外径側を覆うことができれば良く、例えば、第2ノズルプレートに外段差部を設けずに、遮熱板を第2ノズルプレートの外側面に押し当てることで皿ばねの外径側を覆っても良い。また、遮熱板に外段差部を設けて、第1ノズルプレートのスクロール室16側の端部を嵌め込ませることで皿ばねの外径側を覆っても良い。
○ 上記の実施形態では、遮熱板をねじ締結による螺合によりタービンハウジングに固定したが、この限りではない。遮熱板をタービンハウジングに固定することができれば良く、タービンハウジングに圧入することによってタービンハウジングに固定しても良い。
○ 上記の実施形態では、遮熱板に中板部のタービン室15側の一端から軸線L1に沿って延びる円筒状の内板部を設けたが、この限りではない。ねじ締結により遮熱板がタービンハウジングに固定されれば良く、内板部を設けず、遮熱板を中板部と外板部とで構成し、中板部の内周面に雌ねじを設け、タービンハウジングの隔壁部の内段差部の外周壁面に設けられた雄ねじとねじ締結することにより、遮熱板をタービンハウジングに固定しても良い。
10 ターボチャージャ
11 タービンシャフト
12 ベアリングハウジング
13 タービンハウジング
14 タービンホイール
15 タービン室
16 スクロール室
21 隔壁部
30 可変ノズル機構
31 第1ノズルプレート
32 第2ノズルプレート
34 ノズルベーン
39 外周面(スクロール室側端部としての)
40 外段差部(段差部としての)
41 回動軸
43 スペーサ(軸状部材としての)
50 皿ばね
51 外径端部
52 内径端部
60 遮熱板(遮熱部材としての)
62 内板部(第2端部としての)
63 外板部(第1端部としての)
S ノズル空間

Claims (3)

  1. タービンホイールと、
    前記タービンホイールと一体回転可能に設けられたタービンシャフトと、
    前記タービンシャフトを回転可能に支持するベアリングハウジングと、
    前記ベアリングハウジングに接続されるとともに、前記タービンホイールを収容するタービン室と、前記タービン室の周囲に設けられたエンジンの排気が流通するスクロール室と、を有するタービンハウジングと、
    前記スクロール室から前記タービン室に流入する前記排気の流速を変更する可変ノズル機構と、を備えるターボチャージャにおいて、
    前記可変ノズル機構は、
    前記タービンシャフトの軸心方向において前記ベアリングハウジング側に設けられた円環状の第1ノズルプレートと、
    前記タービンシャフトの軸心方向において前記第1ノズルプレートと対向して設けられた円環状の第2ノズルプレートと、
    前記第1ノズルプレートと前記第2ノズルプレートの間のノズル空間に設けられるとともに、回動軸を中心に回動可能に設けられた複数のノズルベーンと、を備え、
    前記タービンハウジングは、前記スクロール室と前記タービン室とを隔てるとともに、前記ベアリングハウジング側へ向けて延在し、前記スクロール室側に雄ねじが形成された隔壁部を有し、
    前記タービンハウジングと前記可変ノズル機構との間に設けられ、内径端部において前記隔壁部と当接するとともに、外径端部において前記第2ノズルプレートと当接して、前記第2ノズルプレートを前記第1ノズルプレートへ向けて付勢する皿ばねと、
    前記スクロール室に配置されるとともに、前記第2ノズルプレートと当接する第1端部と、雌ねじが形成され前記隔壁部の前記雄ねじと螺合する第2端部とを有し、前記排気から前記皿ばねを遮蔽する円環状の遮熱部材と、を備えることを特徴とするターボチャージャ。
  2. 前記第2ノズルプレートは前記スクロール室側端部に段差部が形成されており、前記遮熱部材の第1端部が前記段差部に嵌め込ま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。
  3. 前記可変ノズル機構は、前記第1ノズルプレートと前記第2ノズルプレートとの間を一定の間隔に保つ軸状部材を備え、前記皿ばねの前記外径端部は、前記軸状部材の軸線上において前記第2ノズルプレートと当接することを特徴とする請求項1または2に記載のターボチャージャ。
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