JP5045304B2 - ターボチャージャ - Google Patents

Description

本発明は、ターボチャージャの構成部材間に有するタービン軸に対して半径方向に延びた環状の間隙を通して流体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シール装置を有するターボチャージャに関する。

図１０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とを軸受ハウジング３を介して締結ボルト３ａ，３ｂにより一体構造に組立てられ、タービンハウジング１内のタービンインペラ４とコンプレッサハウジング２内のコンプレッサインペラ５とを、軸受ハウジング３内に軸受６によって回転自在に支承されたタービン軸７により連結している。又、上記軸受ハウジング３の反タービンハウジング側には、図１０のＡ部を拡大した図１１にも示す如く、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に導くための複数のベーン９をプレート９ａ，９ｂ間に環状に配置したシュラウド１０が設けられ、タービンハウジング１と軸受ハウジング３で挟み込み、ボルト３ａによって固定されている。図１０中、１１はシュラウド１０組立て時の位置決めピン、１２はコンプレッサハウジング２のスクロール通路、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄは前記ベーン９の開閉角度を調節するためのリンク式の伝達機構である。

前記スクロール通路８を形成しているタービンハウジング１には、前記シュラウド１０に対峙するシュラウド対峙部１４が形成してあり、シュラウド１０とシュラウド対峙部１４との間にはタービン軸７に対して半径方向に延びてスクロール通路８に開口した環状の間隙１５が形成されている。又、前記シュラウド１０を構成しているタービンハウジング側のプレート９ａには、シュラウド対峙部１４の内周面に形成した切欠１６内に向かいタービンインペラ４に沿って延びた延設部１７が形成してあり、従って、前記間隙１５は延設部１７と切欠１６との間を反軸受ケーシング方向に伸びた後シュラウド対峙部１４の内周面に開口する隙間部１５'を形成している。

又、図１０のシュラウド１０の軸受ハウジング３側には、タービンインペラ４の背面に位置するように配置した遮熱板１８がシュラウド１０のプレート９ｂに固定されており、更に前記軸受ハウジング３には前記遮熱板１８に対峙する遮熱板対峙部１９が形成してあり、遮熱板１８と遮熱板対峙部１９との間にはタービン軸７に対して半径方向に延びた間隙２０が形成されている。

前記間隙１５，２０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。

しかし、前記間隙１５，２０が存在すると該間隙１５，２０を通してガスが高圧側から低圧側へリークする問題があり、ガスがリークするとターボチャージャの低速側の性能が大きく変化し、エンジン性能が不安定になる等の問題を生じる。

このために、シュラウド対峙部１４の内周側の切欠１６と、シュラウド１０の延設部１７との間に形成される隙間部１５'に、シール用ピストンリングを配置することによって、ガスリークを防止すると共に熱変形を吸収することができるようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。
特開２００６−１２５５８８号公報

図１１には、特許文献１のように、シュラウド１０の延設部１７の外周面に環状の凹溝２１を設けてこの凹溝２１に通常２本のシール用ピストンリング２２を挿入することによりシール装置を構成し、前記シール用ピストンリング２２の弾撥力によってその外周面を切欠１６の内周面に圧着させることによりガスリークを防止するようにしている。

しかし、上記したように、隙間部１５'にシール用ピストンリング２２を配置してガスリークを防止しようとしても、ガスリークに防止には限界があるという問題を有していた。即ち、前記シール用ピストンリング２２には、図１２に示す如く合口２３を設ける必要があって連続したリングとすることができないため、２本のシール用ピストンリング２２の合口２３の位置をずらして配置しても、合口２３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、シュラウド対峙部１４の切欠１６の内周面を高い真円度で加工しても、シール用ピストンリング２２の真円度が僅かでも狂っていると、シュラウド対峙部１４の内周面に均一の圧着力で圧着することができないため、シール用ピストンリング２２の外周部からガスがリークしてしまう問題がある。

一方、前記遮熱板１８と遮熱板対峙部１９との間に形成された間隙２０に対しても、該間隙２０を通してガスがリークする問題があるが、間隙２０のガスリークを効果的に防止するようにしたものは従来存在しなかった。

本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、ターボチャージャの構成部材に有するタービン軸に対して半径方向の環状の間隙を通して流体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シール装置を有する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、ターボチャージャを構成するタービンハウジングと軸受ハウジングとの間にベーンを有するシュラウドが備えられ、該シュラウドと軸受ハウジングとの間にタービン軸に対して半径方向に延びる環状の間隙を有しており、該間隙を通して流体が高圧側から低圧側へリークするのを防止するためのシール装置を備えたターボチャージャであって、
前記シール装置が、前記シュラウドに固定された遮熱板を有し、該遮熱板と前記軸受ハウジングに形成した前記遮熱板対峙部との間の間隙に、内周端に形成した湾曲部が前記遮熱板対峙部に形成した環状突部に圧入され、外周端が前記遮熱板に圧着した截頭円錐形状の皿ばねシール部材を有することを特徴とするターボチャージャ、に係るものである。

本発明のターボチャージャによれば、前記シュラウドに固定された遮熱板を有し、該遮熱板と前記軸受ハウジングに形成した前記遮熱板対峙部との間の間隙に、内周端に形成した湾曲部が前記遮熱板対峙部に形成した環状突部に圧入され、外周端が前記遮熱板に圧着した截頭円錐形状の皿ばねシール部材を有するシール装置を備えたので、截頭円錐形状を有する皿ばねシール部材の内周端の湾曲部が前記遮熱板対峙部の環状突部に圧入され、外周端が遮熱板に緊密に圧着されることにより、間隙を通して流体がリークする問題を効果的に防止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１０のターボチャージャのＡ部における軸受ハウジング３に固定されたシュラウド１０と、該シュラウド１０に対して間隙１５を有してタービンハウジング１に形成されたシュラウド対峙部１４との間の間隙１５に適用する本発明の参考例を示している。

図１の参考例では、図２、図３に示すバネ材からなる皿ばねシール部材２４を備えるようにしたシール装置を構成している。皿ばねシール部材２４は、ドーナツ形状の内周端２５と外周端２６の位置が軸中心線の方向にずれた截頭円錐形状を有しており、皿ばねシール部材２４の截頭円錐形状による軸中心線方向における高さＨは、前記間隙１５の幅より高く形成されている。

更に、前記シール装置は、図１に示すように前記シュラウド対峙部１４の端面１４ａの内縁部に更に突出した環状突部２７を形成しており、前記皿ばねシール部材２４の内周端２５が前記環状突部２７の外周面に嵌合してシュラウド対峙部１４の端面１４ａに当接し、皿ばねシール部材２４の外周端２６がシュラウド１０に当接するようにしている。

図１〜図３の参考例は次のように作動する。

図１に示すシュラウド対峙部１４の端面１４ａの内縁部に突出した環状突部２７の外周部に皿ばねシール部材２４の内周端２５を嵌合させた状態において、図１０のタービンハウジング１を軸受ハウジング３に締結ボルト３ａを用いて一体に組立てる。

このとき、皿ばねシール部材２４の截頭円錐形状による軸中心線方向の高さＨが前記間隙１５の幅より高くなっているため、前記組立てが行われると、皿ばねシール部材２４の内周端２５はシュラウド対峙部１４の端面１４ａに圧着され、皿ばねシール部材２４の外周端２６はシュラウド１０に圧着される。このように、皿ばねシール部材２４の内周端２５がシュラウド対峙部１４の端面１４ａに圧着され、皿ばねシール部材２４の外周端２６がシュラウド１０に圧着されて間隙１５が遮断されることにより、間隙１５を通して高圧側のスクロール通路８のガスが低圧側にリークする問題を効果的に防止することができる。

図４は本発明の他の参考例を示したもので、前記環状突部２７の外周面に、先端に向かい拡径された拡径部２８を形成しており、図２、図３に示した前記皿ばねシール部材２４の内周端２５を前記拡径部２８により環状突部２７に圧入して取り付けるようにしている。前記拡径部２８は、環状突部２７の先端側に形成した軸線と平行な平坦部２９と、該平坦部２９からシュラウド対峙部１４の端面１４ａに向けて縮径されるようにした傾斜面３０とにより形成しており、前記傾斜面３０の傾斜角度αは５゜〜１０゜程度としている。

図４の参考例では、皿ばねシール部材２４の内周端２５を環状突部２７の拡径部２８に圧入して取付るようにしているので、タービンハウジング１を軸受ハウジング３に組立てる際に、皿ばねシール部材２４が動いて環状突部２７から脱落するような問題を防止することができる。

図５、図６は図４に示した皿ばねシール部材２４の変形例を示すもので、図５では、皿ばねシール部材２４の内周端２５に近い位置にはシュラウド対峙部１４の端面１４ａに沿う鉛直方向の直線部３１を有しており、且つ内周端２５には環状突部２７の拡径部２８に対する圧入を容易にするように前記端面１４ａから離れる方向に湾曲した湾曲部３２を有している。又、皿ばねシール部材２４の外周端２６には、前記内周端２５の湾曲部３２に対して逆方向に湾曲してシュラウド１０に均一に圧着するようにした湾曲部３３を有している。尚、皿ばねシール部材２４の製作上必要な場合には、湾曲部３３の外周端２６から更に周方向外側に直線的に延長された延長部を有していてもよい。

又、図６では、図５の内周端２５に有する湾曲部３２に代えて、前記直線部３１から端面１４ａに対して離れる方向に曲げた後、鉛直に前記拡径部２８に向かうように形成した略Ｓ字状部３４を有している。

図５、図６の参考例によれば、内周端２５に形成した湾曲部３２及び略Ｓ字状部３４を環状突部２７の拡径部２８に圧入することにより、皿ばねシール部材２４が環状突部２７から脱落する問題を防止できると共に、湾曲部３２及び略Ｓ字状部３４を有する皿ばねシール部材２４の内周端２５が環状突部２７に圧入されることによる圧着と、直線部３１による端面１４ａへの圧着との２個所での圧着によってシールが行われるため、シュラウド対峙部１４と皿ばねシール部材２４との間におけるシール性が高められる。また、前記皿ばねシール部材２４の外周端２６に、シュラウド１０に円滑に圧着されるようにした湾曲部３３を形成しているので、シュラウド１０と皿ばねシール部材２４との間におけるシール性が高められる。

図７は、本発明の更に他の参考例を示したもので、前記シュラウド対峙部１４の内周面に環状の段部３５を形成すると共に、皿ばねシール部材２４の内周端２５に、前記段部３５に圧入できるようにした立ち上がり部３６を形成しており、前記皿ばねシール部材２４の立上り部３６を前記段部３５に圧入して固定するようにしている。この参考例では、皿ばねシール部材２４をシュラウド対峙部１４に対してシール性を高めて固定することができる。

図８は、図１０のターボチャージャのＡ部におけるシュラウド１０に固定した遮熱板１８と、該遮熱板１８に対して対峙するように軸受ハウジング３に形成された遮熱板対峙部１９との間に形成される間隙２０に適用する本発明の参考例を示している。図８の参考例では、図２、図３に示すようにバネ材にて截頭円錐形状に形成した皿ばねシール部材２４の内周端２５が遮熱板対峙部１９の端面１９ａに圧着され、皿ばねシール部材２４の外周端２６が遮熱板１８に圧着されるように配置している。

図８の参考例によれば、皿ばねシール部材２４の内周端２５が遮熱板対峙部１９の端面１９ａに圧着され、皿ばねシール部材２４の外周端２６が遮熱板１８に圧着されて間隙２０が遮断されることにより、間隙１５を通して高圧側であるタービンインペラ４側のガスが低圧側である軸受ハウジング３側にリークする問題を効果的に防止することができる。

図９は図１０のターボチャージャのＡ部におけるシュラウド１０に固定した遮熱板１８と、該遮熱板１８に対して対峙するように軸受ハウジング３に形成された遮熱板対峙部１９との間に形成される間隙２０に適用する本発明の実施例を示すもので、前記皿ばねシール部材２４の内周端２５に図５に示したような湾曲部３２を形成し、前記内周端２５を遮熱板対峙部１９に形成した環状突部３７の外周面に圧入するようにしている。このように皿ばねシール部材２４の内周端２５を環状突部３７の外周面に圧入しておくと、組立て作業時等に皿ばねシール部材２４が遮熱板対峙部１９から脱落するような問題を防止することができる。

上記したように、本発明のターボチャージャによれば、ターボチャージャに形成される半径方向の環状の間隙２０に対し、截頭円錐形状を有する皿ばねシール部材２４の内周端２５の湾曲部３２が前記遮熱板対峙部１９の環状突部３７に圧入され、外周端２６が遮熱板１８に圧着された状態になるように配置してシールを行うようにしたので、皿ばねシール部材２４のバネ力を利用して、間隙２０を通して流体がリークする問題を効果的に防止することができる。

図１０のターボチャージャのＡ部におけるシュラウドとシュラウド対峙部との間の間隙に適用する本発明の参考例を示す断面図である。 本発明の参考例に備える皿ばねシール部材の一例を示す正面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向矢視図である。 本発明の他の参考例を示す断面図である。 図４に示した皿ばねシール部材の変形例を示す断面図である。 皿ばねシール部材の更に別の変形例を示す断面図である。 本発明の更に他の参考例を示す断面図である。 図１０のターボチャージャのＡ部における遮熱板と遮熱板対峙部との間の間隙に適用する本発明の参考例を示す断面図である。 図１０のターボチャージャのＡ部における遮熱板と遮熱板対峙部との間の間隙に適用する本発明の実施例を示す断面図である。 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す断面図である。 図１０のターボチャージャのＡ部におけるシュラウドに設けた延設部とシュラウド対峙部の内周面との間にシール用ピストンリングによるシール装置を備えた従来の断面図である。 シール用ピストンリングの正面図である。

符号の説明

１ タービンハウジング
３ 軸受ハウジング
７ タービン軸
９ ベーン
１０ シュラウド
１８ 遮熱板
１９ 遮熱板対峙部
２０ 間隙
２４ 皿ばねシール部材
２５ 内周端
２６ 外周端
３２ 湾曲部
３７ 環状突部

Claims (1)

1. ターボチャージャを構成するタービンハウジングと軸受ハウジングとの間にベーンを有するシュラウドが備えられ、該シュラウドと軸受ハウジングとの間にタービン軸に対して半径方向に延びる環状の間隙を有しており、該間隙を通して流体が高圧側から低圧側へリークするのを防止するためのシール装置を備えたターボチャージャであって、
   前記シール装置が、前記シュラウドに固定された遮熱板を有し、該遮熱板と前記軸受ハウジングに形成した前記遮熱板対峙部との間の間隙に、内周端に形成した湾曲部が前記遮熱板対峙部に形成した環状突部に圧入され、外周端が前記遮熱板に圧着した截頭円錐形状の皿ばねシール部材を有することを特徴とするターボチャージャ。

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