WO2022113619A1 - 過給機 - Google Patents

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WO2022113619A1
WO2022113619A1 PCT/JP2021/039683 JP2021039683W WO2022113619A1 WO 2022113619 A1 WO2022113619 A1 WO 2022113619A1 JP 2021039683 W JP2021039683 W JP 2021039683W WO 2022113619 A1 WO2022113619 A1 WO 2022113619A1
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variable capacitance
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turbine
inner peripheral
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PCT/JP2021/039683
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Inventor
貴男 淺川
Original Assignee
株式会社Ihi
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/12Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/165Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for radial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially parallel to the rotor centre line
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/12Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
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    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/24Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/40Application in turbochargers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00Geometry
    • F05D2250/20Three-dimensional
    • F05D2250/23Three-dimensional prismatic
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/30Retaining components in desired mutual position
    • F05D2260/38Retaining components in desired mutual position by a spring, i.e. spring loaded or biased towards a certain position
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • This disclosure relates to a turbocharger.
  • Patent Documents 1, 2 and 3 disclose a turbocharger provided with a variable capacitance mechanism.
  • the turbocharger described in Patent Document 1 includes a turbine housing, a variable capacitance mechanism having a mounting portion, a support portion that supports the mounting portion of the variable capacitance mechanism, and an urging portion that presses the support portion. Be prepared.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-243374 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-67033 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-62840
  • the urging part of the turbocharger as described above presses the variable capacitance mechanism against the turbine housing.
  • the position where the urging portion contacts the variable capacitance mechanism is deviated from the position where the variable capacitance mechanism contacts the turbine housing. Therefore, bending stress is generated in the variable capacitance mechanism.
  • High temperature gas is supplied to the turbocharger. Therefore, the components of the turbocharger are exposed to high temperatures during operation. As a result, the components of the variable capacitance mechanism are deformed by the so-called creep phenomenon. Deformation due to the so-called creep phenomenon that occurs in the components of the variable capacitance mechanism may reduce the reliability of the turbocharger.
  • This disclosure describes a turbocharger that can improve reliability.
  • the supercharger of the present disclosure includes a turbine housing that houses a turbine impeller, a bearing housing that rotatably supports a rotating shaft to which the turbine impeller is fixed, and a turbine housing that surrounds and surrounds the turbine impeller. It includes a variable capacitance mechanism that guides fluid to the impeller, and a spring member that is sandwiched between the variable capacitance mechanism and the bearing housing in the axial direction along the axis of rotation.
  • the variable capacitance mechanism has an inner peripheral portion surrounding a through hole in which the turbine impeller or the rotating shaft is arranged, and an outer peripheral portion in which the distance from the axis of the rotating shaft is larger than the inner peripheral portion.
  • the outer peripheral portion includes a first end face to which the spring member contacts and a second end face arranged on the back surface side of the first end face and to which the turbine housing contacts.
  • the turbocharger of this disclosure can improve reliability.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the turbocharger according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the spring member shown in FIG.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the turbocharger according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the turbocharger according to the third embodiment.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a cross-sectional view of the turbocharger of the modified example.
  • the supercharger of the present disclosure includes a turbine housing that houses a turbine impeller, a bearing housing that rotatably supports a rotating shaft to which the turbine impeller is fixed, and a turbine housing that surrounds and surrounds the turbine impeller. It includes a variable capacitance mechanism that guides fluid to the impeller, and a spring member that is sandwiched between the variable capacitance mechanism and the bearing housing in the axial direction along the axis of rotation.
  • the variable capacitance mechanism has an inner peripheral portion surrounding a through hole in which the turbine impeller or the rotating shaft is arranged, and an outer peripheral portion in which the distance from the axis of the rotating shaft is larger than the inner peripheral portion.
  • the outer peripheral portion includes a first end face to which the spring member contacts and a second end face arranged on the back surface side of the first end face and to which the turbine housing contacts.
  • the spring member presses the first end face of the outer peripheral portion of the variable capacitance mechanism.
  • the second end face arranged on the back surface of the first end face is pressed against the turbine housing. That is, since the pressing force of the spring member is applied to the first end face, the reaction force is applied to the second end face arranged on the back surface of the first end face. Therefore, this configuration can suppress the generation of bending stress of the variable capacitance mechanism. Therefore, the reliability of the turbocharger is improved.
  • the outer peripheral portion may further include an outer peripheral surface portion connecting the first end face and the second end face.
  • the turbine housing may have an inner peripheral surface portion facing the outer peripheral surface portion.
  • the inner diameter of the inner peripheral surface portion may be larger than the outer diameter of the outer peripheral surface portion.
  • the turbocharger may be provided with an auxiliary spring member arranged between the variable capacitance mechanism and the bearing housing in the axial direction along the rotation axis.
  • the turbocharger can disperse the force applied to the variable capacitance mechanism. Therefore, the reliability of the turbocharger is improved.
  • the bearing housing may have a first abutting surface that faces axially along the axis of rotation.
  • the turbine housing may have a second abutting surface that is abutted against the first abutting surface of the bearing housing.
  • the position where the second abutting surface abuts on the first abutting surface may be outside the spring member in the radial direction intersecting the rotation axis.
  • the crushing allowance of the spring member is determined based on the position of the first abutting surface along the axial direction along the rotation axis and the position of the second abutting surface. Therefore, the spring member can press the variable capacitance mechanism with an appropriate load. Therefore, deformation of the variable capacitance mechanism of the turbocharger can be suppressed.
  • the spring member may be sandwiched between the first end surface and the first abutting surface.
  • the position of the first abutting surface and the position of the surface holding the spring member are set flush with each other in the axial direction along the rotation axis. Therefore, the crushing allowance of the spring member of the turbocharger is properly managed. Therefore, deformation of the variable capacitance mechanism of the turbocharger can be suppressed.
  • the variable capacitance mechanism may have a nozzle ring facing the bearing housing in the axial direction along the axis of rotation.
  • the nozzle ring may include an inner peripheral portion and an outer peripheral portion.
  • the turbocharger 1 shown in FIG. 1 is a variable capacity turbocharger according to the first embodiment.
  • the turbocharger 1 is applied to, for example, an internal combustion engine of a ship or a vehicle.
  • the turbocharger 1 has a turbine 10 and a compressor 20.
  • the turbine 10 includes a turbine housing 11, a turbine impeller 12, and a variable capacitance mechanism 30.
  • the turbine housing 11 has a scroll flow path 13.
  • the scroll flow path 13 is arranged around the turbine impeller 12.
  • the scroll flow path 13 extends in the circumferential direction about the rotation axis AX. In the following description, the circumferential direction centered on the rotation axis AX is simply referred to as "circumferential direction".
  • the compressor 20 includes a compressor housing 21 and a compressor impeller 22.
  • the compressor impeller 22 is housed in the compressor housing 21.
  • the compressor housing 21 has a scroll flow path 23.
  • the scroll flow path 23 is arranged around the compressor impeller 22.
  • the scroll flow path 23 extends in the circumferential direction.
  • the turbine impeller 12 is fixed to the first end of the rotating shaft 2.
  • the turbine housing 11 accommodates the turbine impeller 12.
  • the compressor impeller 22 is fixed to the second end of the rotating shaft 2.
  • a bearing housing 3 is provided between the turbine housing 11 and the compressor housing 21.
  • the rotating shaft 2 is rotatably supported by the bearing housing 3 via the bearing 4.
  • the rotating shaft 2, the turbine impeller 12 and the compressor impeller 22 form an integral rotating body.
  • the rotating body rotates about the rotation axis AX of the rotation axis 2 as the rotation center.
  • the turbine housing 11 has an inlet and an outlet 14.
  • the exhaust gas discharged from the internal combustion engine flows into the turbine housing 11 after passing through the inflow port.
  • the inflowing exhaust gas flows into the turbine impeller 12 after passing through the scroll flow path 13.
  • the exhaust gas flowing into the turbine impeller 12 rotates the turbine impeller 12. After rotating the turbine impeller 12, the exhaust gas flows out of the turbine housing 11 after passing through the outlet 14.
  • the compressor housing 21 has a suction port 24 and a discharge port. As the turbine impeller 12 rotates, the compressor impeller 22 rotates via the rotating shaft 2. The rotating compressor impeller 22 sucks in external air that has passed through the suction port 24. The sucked air is compressed while passing through the compressor impeller 22 and the scroll flow path 23. The compressed air is discharged from the discharge port. Compressed air is supplied to the internal combustion engine.
  • the turbine 10 has a connecting flow path S.
  • the connection flow path S guides the exhaust gas from the scroll flow path 13 to the turbine impeller 12.
  • the turbine 10 has a variable capacitance mechanism 30.
  • the variable capacitance mechanism 30 adjusts the cross-sectional area of the connection flow path S.
  • the variable capacitance mechanism 30 adjusts the cross-sectional area of the connection flow path S.
  • the flow velocity of the exhaust gas supplied from the scroll flow path 13 to the turbine impeller 12 is controlled by adjusting the cross-sectional area of the connection flow path S. Therefore, the variable capacitance mechanism 30 can control the rotation speed of the turbine impeller 12 to a desired value.
  • the variable capacity mechanism 30 is housed in the turbine housing 11.
  • the variable capacitance mechanism 30 surrounds the turbine impeller 12.
  • the variable capacitance mechanism 30 guides the exhaust gas (fluid) to the turbine impeller 12.
  • the shape of the variable capacitance mechanism 30 is a ring shape centered on the rotation axis AX.
  • the variable capacitance mechanism 30 has a through hole 30h.
  • the variable capacitance mechanism 30 surrounds the turbine impeller 12 arranged in the through hole 30h in the circumferential direction.
  • the variable capacitance mechanism 30 is arranged between the scroll flow path 13 and the outlet 14.
  • the variable capacitance mechanism 30 includes a CC plate 31 (Clearance Control Plate), a nozzle ring 32, a plurality of nozzle vanes 33, and a drive mechanism 34.
  • the shape of the CC plate 31 and the nozzle ring 32 is a ring shape centered on the rotation axis AX, similarly to the variable capacitance mechanism 30.
  • the CC plate 31 and the nozzle ring 32 form a part of the outer shape of the variable capacitance mechanism 30.
  • the CC plate 31 is arranged parallel to the nozzle ring 32 in the axial direction along the rotation axis AX. In the following description, the axial direction along the rotation axis AX is simply referred to as "axial direction”.
  • the distance between the CC plate 31 and the nozzle ring 32 is maintained by the CC pin.
  • the CC plate 31 faces the nozzle ring 32.
  • the nozzle ring 32 is arranged closer to the bearing housing 3 than the CC plate 31.
  • a connection flow path S is formed between the CC plate 31 and the nozzle ring 32.
  • the nozzle ring 32 has an inner peripheral portion 35 and an outer peripheral portion 36.
  • the inner peripheral portion 35 surrounds the through hole 32h in the nozzle ring 32.
  • the turbine impeller 12 and the rotating shaft 2 are arranged in the through hole 32h.
  • the inner peripheral portion 35 is a portion on the inner peripheral side of the nozzle ring 32.
  • the shaft of the nozzle vane 33 is arranged in the through hole.
  • the inner peripheral portion 35 may be defined as the inside of the reference circle in which the through hole is arranged.
  • the outer peripheral portion 36 has a greater distance from the rotation axis AX than the inner peripheral portion 35.
  • the outer peripheral portion 36 is a portion on the outer peripheral side of the nozzle ring 32.
  • the shaft of the nozzle vane 33 is arranged in the through hole.
  • the outer peripheral portion 36 may be defined as, for example, the outside of the reference circle in which the through hole is arranged.
  • the outer diameter of the nozzle ring 32 is defined by the outer diameter of the outer peripheral portion 36.
  • the plurality of nozzle vanes 33 are arranged between the CC plate 31 and the nozzle ring 32.
  • the plurality of nozzle vanes 33 are arranged at equal intervals on a reference circle about the rotation axis AX.
  • Nozzle vanes 33 adjacent to each other constitute a nozzle.
  • the nozzle vane 33 rotates around an axis parallel to the rotation axis AX.
  • the rotations of the plurality of nozzle vanes 33 are synchronized.
  • the rotation of the plurality of nozzle vanes 33 changes the distance between the nozzle vanes 33 adjacent to each other.
  • the distance between the nozzle vanes 33 adjacent to each other corresponds to the cross-sectional area of the connecting flow path S. That is, the cross-sectional area of the connecting flow path S is adjusted by changing the distance between the nozzle vanes 33 adjacent to each other.
  • the drive mechanism 34 is arranged between the nozzle ring 32 and the bearing housing 3.
  • the drive mechanism 34 has a drive ring 34a and a nozzle link plate 34b.
  • the shape of the drive ring 34a is a ring shape centered on the rotation axis AX. In the axial direction, the nozzle link plate 34b is arranged closer to the bearing housing 3 than the drive ring 34a.
  • the drive ring 34a surrounds a part of the nozzle ring 32 in the circumferential direction.
  • the drive ring 34a is rotatable with respect to the nozzle ring 32 about the rotation axis AX.
  • the shape of the nozzle link plate 34b is a bar shape.
  • the first end of the nozzle link plate 34b is connected to the shaft end of the nozzle vane 33.
  • the second end of the nozzle link plate 34b is connected to the drive ring 34a.
  • the second end of the nozzle link plate 34b moves along the circumferential direction with the rotation of the drive ring 34a.
  • the movement of the second end of the nozzle link plate 34b causes the plurality of nozzle vanes 33 connected to the first end of the nozzle link plate 34b to rotate.
  • the turbocharger 1 further includes a spring member 5.
  • the spring member 5 is sandwiched between the variable capacitance mechanism 30 and the bearing housing 3.
  • the spring member 5 is compressed and deformed along the axial direction.
  • the outer peripheral portion 36 of the nozzle ring 32 includes a first end surface 36a that comes into contact with the spring member 5.
  • the axial distance between the first end surface 36a and the end surface 3a of the bearing housing 3 is shorter than the natural length of the spring member 5. Therefore, the spring member 5 is compressed and deformed along the axial direction.
  • the deformation of the spring member 5 is an elastic deformation. Therefore, the compressed spring member 5 exerts an elastic force.
  • the spring member 5 is a disc spring.
  • the shape of the disc spring is a disk having a through hole in the center and is curved in a conical shape. Belleville springs are used to compress and deform along the thickness direction.
  • the end surface 3a of the bearing housing 3 comes into contact with the bottom surface of the spring member 5.
  • the end surface 3a of the bearing housing 3 comes into contact with the outer diameter portion of the disc spring.
  • the first end surface 36a of the nozzle ring 32 comes into contact with the upper surface of the spring member 5.
  • the first end surface 36a of the nozzle ring 32 comes into contact with the inner diameter portion of the disc spring.
  • the first end surface 36a of the nozzle ring 32 is a plane extending in the radial direction intersecting the rotation axis AX.
  • the end surface 3a of the bearing housing 3 is also a plane extending in the radial direction.
  • the shape of the first end surface 36a of the nozzle ring 32 is a ring-shaped surface extending in the circumferential direction.
  • the shape of the end surface 3a of the bearing housing 3 is also a ring-shaped surface extending in the circumferential direction.
  • the spring member 5 may be a wave washer.
  • the nozzle ring 32 includes a second end face 36b.
  • the second end surface 36b is arranged on the back surface side of the first end surface 36a.
  • the second end face 36b comes into contact with the end face 11a of the turbine housing 11.
  • the second end face 36b is parallel to the first end face 36a.
  • the shape of the second end face 36b is a ring shape extending in the circumferential direction.
  • the turbine housing 11 comes into contact with the second end surface 36b of the nozzle ring 32.
  • the region where the end surface 11a of the turbine housing 11 contacts the second end surface 36b of the nozzle ring 32 is a ring shape extending in the circumferential direction.
  • the radial position where the first end surface 36a of the nozzle ring 32 contacts the spring member 5 is the diameter of the surface where the second end surface 36b of the nozzle ring 32 contacts the end surface 11a of the turbine housing 11. It overlaps with the position in the direction.
  • the elastic force exerted by the spring member 5 acts on the position where the first end surface 36a of the nozzle ring 32 comes into contact with the spring member 5.
  • the position where the elastic force acts overlaps with the surface where the second end surface 36b of the nozzle ring 32 and the end surface 11a of the turbine housing 11 come into contact with each other.
  • the outer peripheral portion 36 of the nozzle ring 32 includes a first outer peripheral surface portion 36c and a second outer peripheral surface portion 36d.
  • the first outer peripheral surface portion 36c which is a circumferential surface, connects the first end surface 36a to the second end surface 36b.
  • the second outer peripheral surface portion 36d which is a circumferential surface, extends from the second end surface 36b toward the turbine housing 11.
  • the first outer peripheral surface portion 36c and the second outer peripheral surface portion 36d are outer surfaces of a cylinder centered on the rotation axis AX.
  • the first outer peripheral surface portion 36c defines the outer diameter of the variable capacitance mechanism 30 in the radial direction.
  • the outer diameter of the second outer peripheral surface portion 36d is smaller than the outer diameter of the first outer peripheral surface portion 36c.
  • the outer diameter of the second outer peripheral surface portion 36d may be equal to the outer diameter of the CC plate 31.
  • the turbine housing 11 has a first inner peripheral surface portion 11b and a second inner peripheral surface portion 11c.
  • the first inner peripheral surface portion 11b is an inner surface of a cylinder centered on the rotation axis AX.
  • the second inner peripheral surface portion 11c is also the inner surface of the cylinder centered on the rotation axis AX.
  • the first inner peripheral surface portion 11b which is an inner peripheral surface, extends from the end surface 11a of the turbine housing 11 toward the bearing housing 3 side.
  • the second inner peripheral surface portion 11c which is the inner peripheral surface, extends from the end surface 11a of the turbine housing 11 toward the opposite side of the first inner peripheral surface portion 11b.
  • the end surface 11a of the turbine housing connects the first inner peripheral surface portion 11b to the second inner peripheral surface portion 11c.
  • the first inner peripheral surface portion 11b faces each other along the radial direction with the first outer peripheral surface portion 36c of the nozzle ring 32 toward the rotation axis AX side.
  • the second inner peripheral surface portion 11c faces the second outer peripheral surface portion 36d of the nozzle ring 32 along the radial direction toward the rotation axis AX side.
  • the inner diameter of the first inner peripheral surface portion 11b of the turbine housing 11 is larger than the outer diameter of the first outer peripheral surface portion 36c of the nozzle ring 32. In the radial direction, there is a gap between the first inner peripheral surface portion 11b and the first outer peripheral surface portion 36c.
  • the inner diameter of the second inner peripheral surface portion 11c of the turbine housing 11 is larger than the outer diameter of the second outer peripheral surface portion 36d of the nozzle ring 32. In the radial direction, there is also a gap between the second inner peripheral surface portion 11c and the second outer peripheral surface portion 36d.
  • the turbocharger 1 has a seal member 37.
  • the seal member 37 is arranged on the inner peripheral portion 35.
  • the shape of the seal member 37 is a ring-shaped plate-shaped member centered on the rotation axis AX.
  • the shape of the seal member 37 may be, for example, a shape curved in a conical shape.
  • the seal member 37 is arranged between the nozzle ring 32 and the bearing housing 3.
  • the seal member 37 is sandwiched between the nozzle ring 32 and the bearing housing 3.
  • the seal member 37 prevents the exhaust gas on the turbine housing 11 side from flowing into the bearing housing 3 side.
  • the bearing housing 3 has a first abutting surface 3b facing in the axial direction. That is, the first abutting surface 3b is perpendicular to the axial direction.
  • the shape of the first abutting surface 3b is a ring shape extending in the circumferential direction.
  • the position of the first abutting surface 3b is radially outside the end surface 3a of the turbine housing 11.
  • the first abutting surface 3b projects from the end surface 3a of the bearing housing 3 toward the turbine housing 11 in the axial direction.
  • the turbine housing 11 has a second abutting surface 11d.
  • the second abutting surface 11d is abutted against the first abutting surface 3b.
  • the second abutting surface 11d is parallel to the first abutting surface 3b.
  • the shape of the second abutting surface 11d is a ring shape extending in the circumferential direction.
  • the second abutting surface 11d is an end surface that extends vertically from the first inner peripheral surface portion 11b toward the outside in the radial direction. The position where the second abutting surface 11d abuts on the first abutting surface 3b is outside the spring member 5 in the radial direction.
  • the spring member 5 presses the variable capacitance mechanism 30 toward the turbine housing 11.
  • the variable capacitance mechanism 30 has a nozzle ring 32.
  • the spring member 5 presses the first end surface 36a included in the outer peripheral portion 36 of the nozzle ring 32.
  • the force generated in the spring member 5 acts on the first end face 36a.
  • the second end face 36b of the nozzle ring 32 is pressed against the turbine housing 11.
  • the second end face 36b is arranged on the back surface of the first end face 36a.
  • the reaction force against this force acts on the second end surface 36b arranged on the back surface of the first end surface 36a.
  • the force of the spring member 5 and the reaction force are in a couple relationship.
  • variable capacitance mechanism 30 can reduce the magnitude of the bending stress generated. By reducing the magnitude of the bending stress generated in the variable capacitance mechanism 30, the amount of deformation of the variable capacitance mechanism 30 along the axial direction is reduced. Deformation caused by the so-called creep phenomenon that occurs in the variable capacitance mechanism 30 at high temperatures is also suppressed.
  • the high temperature gas supplied to the variable capacity mechanism 30 raises the temperature of the components constituting the variable capacity mechanism 30.
  • the Young's modulus of the components constituting the variable capacitance mechanism 30 decreases. Therefore, the parts constituting the variable capacitance mechanism 30 are easily deformed.
  • deformation of the parts constituting the variable capacitance mechanism 30 is suppressed.
  • Deformation that occurs in the inner peripheral portion 35 and curves toward the turbine housing 11 is suppressed. Therefore, the distance between the CC plate 31 and the nozzle ring 32 can be maintained in a predetermined state. As a result, the state in which the nozzle vane 33 can normally rotate can be maintained. Specifically, the contact between the nozzle vane 33 and the CC plate 31 is suppressed. Further, the contact between the nozzle vane 33 and the nozzle ring 32 is suppressed. Therefore, the normal rotation operation of the nozzle vane 33 is maintained.
  • the rotational operation of the nozzle vane 33 affects the operation of the variable capacitance mechanism 30. By maintaining the rotational operation of the nozzle vane 33, the variable capacitance mechanism 30 operates reliably. Therefore, the reliability of the turbocharger 1 is improved.
  • the distance between the end surface 3a of the bearing housing 3 and the first end surface 36a of the nozzle ring 32 is determined based on the position of the first abutting surface 3b in the axial direction.
  • the crushing allowance of the spring member 5 is determined based on the positions of the first abutting surface 3b and the second abutting surface 11d in the axial direction.
  • the spring member 5 presses the variable capacitance mechanism 30 with an appropriate load. Therefore, the deformation that occurs in the variable capacitance mechanism 30 of the turbocharger 1 is suppressed.
  • variable capacitance mechanism 30 draws a line in the radial direction with a gap between the outer diameter of the first outer peripheral surface portion 36c and the inner diameter of the first inner peripheral surface portion 11b as an allowable range. Can inflate.
  • the deformation due to this expansion does not affect the operation of the variable capacitance mechanism 30. It is possible to suppress the occurrence of deformation that hinders the operation of the variable capacitance mechanism 30 due to the inability of the variable capacitance mechanism 30 to linearly expand in the radial direction. Therefore, the supercharger 1 can further improve the reliability.
  • variable capacitance mechanism 30 is pressed against the turbine housing 11 by the spring member 5.
  • the axial pressing force generated by the spring member 5 is smaller than the axial force generated by fastening bolts and the like. Therefore, the variable capacitance mechanism 30 can be easily linearly expanded in the radial direction.
  • the turbocharger 1A shown in FIG. 3 is a variable capacity turbocharger according to the second embodiment.
  • the supercharger 1A according to the second embodiment is different from the supercharger 1 of the first embodiment in that it includes an auxiliary spring member 6 and a heat shield plate 38.
  • the turbocharger 1A includes an auxiliary spring member 6.
  • the auxiliary spring member 6 is arranged between the variable capacitance mechanism 30A and the bearing housing 3 via the heat shield plate 38 in the axial direction.
  • the turbocharger 1A includes a heat shield plate 38 instead of the seal member 37.
  • the heat shield plate 38 is arranged inside the inner peripheral portion 35.
  • the shape of the heat shield plate 38 is a ring shape centered on the rotation axis AX.
  • the heat shield plate 38 hinders the transfer of heat from the turbine housing 11 to the bearing housing 3. As a result, the temperature rise of the parts arranged on the bearing housing 3 side is suppressed.
  • the auxiliary spring member 6 is compressed and deformed in the axial direction by being sandwiched between the heat shield plate 38 and the bearing housing 3.
  • the auxiliary spring member 6 exerts an elastic force that opposes compression deformation.
  • the auxiliary spring member 6 presses the heat shield plate 38 against the nozzle ring 32.
  • the force applied to the variable capacitance mechanism 30A can be distributed to the spring member 5 and the auxiliary spring member 6.
  • the turbocharger 1A of the second embodiment can suppress the deformation generated in the variable capacity mechanism 30A.
  • the heat shield plate 38 of the turbocharger 1A of the second embodiment can press the nozzle ring with an appropriate force.
  • the turbocharger 1B shown in FIG. 4 is a variable capacity turbocharger according to the third embodiment.
  • the supercharger 1B of the third embodiment is different from the supercharger 1 of the first embodiment in the shapes of the bearing housing 3B and the turbine housing 11B.
  • the first abutting surface 3b of the bearing housing 3B does not protrude from the end surface 3a of the bearing housing 3B.
  • the end surface 3a of the bearing housing 3B is flush with the first abutting surface 3b.
  • the position of the second abutting surface 11d of the turbine housing 11B is adjusted along the axial direction so that the crushing allowance of the spring member 5 is smaller than that of the first embodiment.
  • the position of the first abutting surface 3b in the axial direction and the position of the end surface 3a holding the spring member 5 are defined on the same surface. Therefore, the crushing allowance of the spring member 5 of the turbocharger 1B can be appropriately managed.
  • the supercharger 1B of the third embodiment can also improve the reliability like the supercharger 1 of the first embodiment.
  • the turbocharger 1C shown in FIG. 5 is a modification of the variable capacity turbocharger 1 of the first embodiment.
  • the turbocharger 1C of the modified example is different from the turbocharger 1 of the first embodiment in the shapes of the bearing housing 3C and the variable capacity mechanism 30C.
  • the bearing housing 3C has a third inner peripheral surface 3c facing in the radial direction.
  • the third inner peripheral surface 3c is the inner surface of the cylinder centered on the rotation axis AX.
  • the third inner peripheral surface 3c extends vertically from the end surface 3a of the bearing housing 3C holding the spring member 5 toward the turbine housing 11C side. The third inner peripheral surface 3c comes into contact with the spring member 5 toward the inside in the radial direction.
  • the nozzle ring 32C has a third outer peripheral surface 36e facing outward in the radial direction.
  • the third outer peripheral surface 36e is an outer surface of a cylinder centered on the rotation axis AX.
  • the third outer peripheral surface 36e extends vertically from the first end surface 36a holding the spring member 5 toward the bearing housing 3C side.
  • the outer diameter of the third outer peripheral surface 36e is smaller than the outer diameter of the first outer peripheral surface portion 36c.
  • the third outer peripheral surface 36e comes into contact with the spring member 5 toward the outside in the radial direction.
  • the spring member 5 of the supercharger 1C of the modified example is arranged between the first end surface 36a of the nozzle ring 32C and the end surface 3a of the bearing housing 3C in the axial direction. Then, the spring member 5 is sandwiched between the nozzle ring 32C and the bearing housing 3C. The spring member 5 is further arranged in the radial direction between the third outer peripheral surface 36e of the nozzle ring 32C and the third inner peripheral surface 3c of the bearing housing 3C. The spring member 5 is sandwiched between the nozzle ring 32C and the bearing housing 3C. Even with this configuration, reliability can be improved as in the case of the turbocharger 1 of the first embodiment.
  • the configuration of the modified example may be applied to the supercharger 1A of the first embodiment, the supercharger 1B of the second embodiment, and the supercharger 1C of the third embodiment.

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Abstract

過給機1は、タービン翼車12を収容するタービンハウジング11と、タービン翼車12が固定された回転軸2を回転可能に支持するベアリングハウジング3と、タービンハウジング11に収容され、タービン翼車12を囲むと共にタービン翼車12に流体を導く可変容量機構30と、回転軸2に沿う軸方向において、可変容量機構30とベアリングハウジング3とに挟持されるばね部材5と、を備える。可変容量機構30は、タービン翼車12又は回転軸2が配置される貫通穴30hを囲む内周部35と、回転軸2の回転軸線AXからの距離が内周部35よりも大きい外周部36と、を有する。外周部36は、ばね部材5が接触する第1の端面36aと、第1の端面36aの背面側に配置されタービンハウジング11が接触する第2の端面36bと、を含む。

Description

過給機
 本開示は、過給機に関する。
 特許文献1、2及び3は、可変容量機構を備えた過給機を開示する。例えば、特許文献1に記載の過給機は、タービンハウジングと、取付部を有する可変容量機構と、可変容量機構の取付部を支持する支持部と、支持部を押圧する付勢部と、を備える。
特開2009-243374号公報 特開2017-67033号公報 特開2009-62840号公報
 上述したような過給機の付勢部は、可変容量機構をタービンハウジングに対して押圧している。付勢部が可変容量機構に接する位置は、可変容量機構がタービンハウジングに接する位置に対してずれている。従って、曲げ応力が可変容量機構に発生する。過給機には、高温のガスが供給される。従って、過給機の構成部品は、稼働時に高温にさらされる。その結果、可変容量機構の構成部品にいわゆるクリープ現象による変形が発生する。可変容量機構の構成部品に発生するいわゆるクリープ現象による変形によって、過給機の信頼性が低下するおそれがある。
 本開示は、信頼性を向上できる過給機を説明する。
 本開示の過給機は、タービン翼車を収容するタービンハウジングと、タービン翼車が固定された回転軸を回転可能に支持するベアリングハウジングと、タービンハウジングに収容され、タービン翼車を囲むと共にタービン翼車に流体を導く可変容量機構と、回転軸に沿う軸方向において、可変容量機構とベアリングハウジングとに挟持されるばね部材と、を備える。可変容量機構は、タービン翼車又は回転軸が配置される貫通穴を囲む内周部と、回転軸の軸線からの距離が内周部よりも大きい外周部と、を有する。外周部は、ばね部材が接触する第1の端面と、第1の端面の背面側に配置されタービンハウジングが接触する第2の端面と、を含む。
 本開示の過給機は、信頼性を向上できる。
図1は、第1実施形態の過給機の断面図である。 図2は、図1に示したばね部材付近の拡大図である。 図3は、第2実施形態の過給機の主要部を拡大して示す断面図である。 図4は、第3実施形態の過給機の主要部を拡大して示す断面図である。 図5は、変形例の過給機の断面図の拡大図である。
 本開示の過給機は、タービン翼車を収容するタービンハウジングと、タービン翼車が固定された回転軸を回転可能に支持するベアリングハウジングと、タービンハウジングに収容され、タービン翼車を囲むと共にタービン翼車に流体を導く可変容量機構と、回転軸に沿う軸方向において、可変容量機構とベアリングハウジングとに挟持されるばね部材と、を備える。可変容量機構は、タービン翼車又は回転軸が配置される貫通穴を囲む内周部と、回転軸の軸線からの距離が内周部よりも大きい外周部と、を有する。外周部は、ばね部材が接触する第1の端面と、第1の端面の背面側に配置されタービンハウジングが接触する第2の端面と、を含む。
 ばね部材は、可変容量機構の外周部の第1の端面を押し付ける。可変容量機構は、第1の端面の背面に配置される第2の端面が、タービンハウジングに押し付けられる。つまり、第1の端面にばね部材の押し付ける力が加わるので、第1の端面の背面に配置される第2の端面に反力が加えられる。従って、この構成は、可変容量機構の曲げ応力の発生を抑制できる。従って、過給機の信頼性は、向上する。
 外周部は、第1の端面と第2の端面とを接続する外周面部をさらに含んでもよい。タービンハウジングは、外周面部と対向する内周面部を有してもよい。内周面部の内径は、外周面部の外径より大きくてもよい。可変容量機構に高温による線膨張が発生したとき、外周面部の外径と内周面部の内径との間の隙間は、可変容量機構の回転軸と交差する径方向に沿う線膨張の変形を許容する。従って、過給機の信頼性は、向上する。
 過給機は、回転軸に沿う軸方向において、可変容量機構とベアリングハウジングとの間に配置された補助ばね部材を備えてもよい。過給機は、可変容量機構に加えられる力を分散できる。従って、過給機の信頼性は向上する。
 ベアリングハウジングは、回転軸に沿う軸方向に向く第1突き当て面を有してもよい。タービンハウジングは、ベアリングハウジングの第1突き当て面に突き当てられる第2突き当て面を有してもよい。第1突き当て面に第2突き当て面が突き当たる位置は、回転軸と交差する径方向において、ばね部材よりも外側でもよい。ばね部材の潰し代は、回転軸に沿う軸方向に沿う第1突き当て面の位置と、第2突き当て面の位置と、に基づいて定まる。従って、ばね部材は、可変容量機構を適正な荷重で押し付けることができる。従って、過給機の可変容量機構の変形を抑制できる。
 ばね部材は、第1の端面と第1突き当て面とに挟持されてもよい。回転軸に沿う軸方向において、第1突き当て面の位置及びばね部材を挟持する面の位置が面一に定められる。従って、過給機のばね部材の潰し代は、適正に管理される。従って、過給機の可変容量機構の変形を抑制できる。
 可変容量機構は、回転軸に沿う軸方向において、ベアリングハウジングに面するノズルリングを有してもよい。ノズルリングは、内周部及び外周部を含んでもよい。
 以下、添付図面を参照しながら本開示の過給機を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
<過給機>
 図1に示す過給機1は、第1実施形態の可変容量型の過給機である。過給機1は、例えば、船舶又は車両の内燃機関に適用される。過給機1は、タービン10と、コンプレッサ20と、を有する。タービン10は、タービンハウジング11と、タービン翼車12と、可変容量機構30と、を有する。タービンハウジング11は、スクロール流路13を有する。スクロール流路13は、タービン翼車12の周囲に配置されている。スクロール流路13は、回転軸線AXを中心とした周方向に延びる。以下の説明では、回転軸線AXを中心とした周方向を単に「周方向」と呼ぶ。コンプレッサ20は、コンプレッサハウジング21と、コンプレッサ翼車22と、を有する。コンプレッサ翼車22は、コンプレッサハウジング21に収納される。コンプレッサハウジング21は、スクロール流路23を有する。スクロール流路23は、コンプレッサ翼車22の周囲に配置されている。スクロール流路23は、周方向に延びる。
 タービン翼車12は、回転軸2の第1端に固定されている。タービンハウジング11は、タービン翼車12を収容する。コンプレッサ翼車22は、回転軸2の第2端に固定されている。タービンハウジング11とコンプレッサハウジング21との間には、ベアリングハウジング3が設けられている。回転軸2は、ベアリング4を介してベアリングハウジング3に回転可能に支持される。回転軸2、タービン翼車12及びコンプレッサ翼車22は、一体の回転体を構成する。回転体は、回転軸2の回転軸線AXを回転中心にして回転する。
 タービンハウジング11は、流入口と、流出口14と、を有する。内燃機関から排出された排気ガスは、流入口を通過した後にタービンハウジング11に流入する。流入した排気ガスは、スクロール流路13を通過した後にタービン翼車12に流入する。タービン翼車12に流入した排気ガスは、タービン翼車12を回転させる。タービン翼車12を回転させた後、排気ガスは、流出口14を通過した後にタービンハウジング11の外部に流出する。
 コンプレッサハウジング21は、吸入口24と、吐出口と、を有する。タービン翼車12の回転に伴って、回転軸2を介してコンプレッサ翼車22が回転する。回転するコンプレッサ翼車22は、吸入口24を通過した外部の空気を吸入する。吸入された空気は、コンプレッサ翼車22及びスクロール流路23を通過する間に圧縮される。圧縮された空気は、吐出口から吐出される。圧縮空気は、内燃機関に供給される。
<可変容量機構>
 タービン10は、接続流路Sを有する。接続流路Sは、スクロール流路13からタービン翼車12へ排気ガスを導く。タービン10は、可変容量機構30を有する。可変容量機構30は、接続流路Sの断面積を調整する。可変容量機構30は、接続流路Sの断面積を調整する。スクロール流路13からタービン翼車12に供給される排気ガスの流速は、接続流路Sの断面積の調整によって制御される。従って、可変容量機構30は、タービン翼車12の回転数を所望の値に制御できる。
 可変容量機構30は、タービンハウジング11に収容される。可変容量機構30は、タービン翼車12を囲む。可変容量機構30は、タービン翼車12に排気ガス(流体)を導く。可変容量機構30の形状は、回転軸線AXを中心としたリング状である。可変容量機構30は、貫通穴30hを有する。可変容量機構30は、貫通穴30hに配置されたタービン翼車12を周方向に囲む。可変容量機構30は、スクロール流路13と流出口14との間に配置される。
 図2に示すように、可変容量機構30は、CCプレート31(Clearance Control Plate)と、ノズルリング32と、複数のノズルベーン33と、駆動機構34と、を有する。CCプレート31及びノズルリング32の形状は、可変容量機構30と同様に回転軸線AXを中心としたリング状である。CCプレート31及びノズルリング32は、可変容量機構30の外形の一部を構成する。回転軸線AXに沿った軸方向において、CCプレート31は、ノズルリング32に対して平行に配置される。以下の説明では、回転軸線AXに沿った軸方向を、単に「軸方向」という。CCプレート31とノズルリング32との間隔は、CCピンによって維持される。CCプレート31は、ノズルリング32に対面する。軸方向において、ノズルリング32は、CCプレート31よりもベアリングハウジング3側に配置される。CCプレート31とノズルリング32との間には、接続流路Sが形成される。
 ノズルリング32は、内周部35と、外周部36と、を有する。内周部35は、ノズルリング32において、貫通穴32hを囲んでいる。貫通穴32hには、タービン翼車12及び回転軸2が配置される。内周部35は、ノズルリング32の内周側の部分である。例えば、ノズルベーン33の軸は、貫通穴に配置されている。例えば、内周部35は、貫通穴が配置される基準円の内側と規定されてもよい。外周部36は、回転軸線AXからの距離が内周部35よりも大きい。外周部36は、ノズルリング32の外周側の部分である。例えば、ノズルベーン33の軸は、貫通穴に配置されている。外周部36は、例えば、貫通穴が配置される基準円の外側と規定してもよい。ノズルリング32の外径は、外周部36の外径によって規定される。
 複数のノズルベーン33は、CCプレート31とノズルリング32との間に配置される。複数のノズルベーン33は、回転軸線AXを中心とした基準円上に等間隔に配置される。互いに隣接するノズルベーン33は、ノズルを構成する。ノズルベーン33は、回転軸線AXに平行な軸線の周りに回転する。複数のノズルベーン33の回転は、同期する。複数のノズルベーン33が回転することで、互いに隣接するノズルベーン33の間隔が変化する。互いに隣接するノズルベーン33の間隔は、接続流路Sの断面積に対応する。つまり、互いに隣接するノズルベーン33の間隔の変化によって、接続流路Sの断面積は調整される。
 駆動機構34は、ノズルリング32とベアリングハウジング3との間に配置される。駆動機構34は、駆動リング34aと、ノズルリンク板34bと、を有する。駆動リング34aの形状は、回転軸線AXを中心としたリング状である。軸方向において、ノズルリンク板34bは、駆動リング34aよりもベアリングハウジング3側に配置される。駆動リング34aは、ノズルリング32の一部を周方向に囲む。駆動リング34aは、回転軸線AXを中心として、ノズルリング32に対して回転可能である。ノズルリンク板34bの形状は、バー状である。ノズルリンク板34bの第1端は、ノズルベーン33の軸端部に接続される。ノズルリンク板34bの第2端は、駆動リング34aに接続される。ノズルリンク板34bの第2端は、駆動リング34aの回転に伴って周方向に沿って移動する。ノズルリンク板34bの第2端の移動によって、ノズルリンク板34bの第1端に接続された複数のノズルベーン33が回転する。
<ばね部材>
 過給機1は、ばね部材5を更に備える。ばね部材5は、可変容量機構30とベアリングハウジング3とに挟持されている。ばね部材5は、軸方向に沿って、圧縮変形している。ノズルリング32の外周部36は、ばね部材5と接触する第1の端面36aを含む。第1の端面36aとベアリングハウジング3の端面3aとの間の軸方向の距離は、ばね部材5の自然長より短い。従って、ばね部材5は、軸方向に沿って圧縮変形する。ばね部材5の変形は、弾性変形である。従って、圧縮されたばね部材5は、弾性力を発揮する。
 一例として、ばね部材5は、皿ばねである。皿ばねの形状は、中心に貫通穴を有する円板であり、かつ、円錐状に湾曲している。皿ばねは、厚さ方向に沿って圧縮変形するように用いられる。ベアリングハウジング3の端面3aは、ばね部材5の底面と接触する。ベアリングハウジング3の端面3aは、皿ばねの外径部分と接触する。ノズルリング32の第1の端面36aは、ばね部材5の上面と接触する。ノズルリング32の第1の端面36aは、皿ばねの内径部分と接触する。ノズルリング32の第1の端面36aは、回転軸線AXと交差する径方向に延在する平面である。以下の説明では、回転軸線AXと交差する径方向を、単に「径方向」という。ベアリングハウジング3の端面3aも、径方向に延在する平面である。ノズルリング32の第1の端面36aの形状は、周方向に延在するリング状の面である。ベアリングハウジング3の端面3aの形状も、周方向に延在するリング状の面である。
 ばね部材5は、ウェーブワッシャであってもよい。
 ノズルリング32は、第2の端面36bを含む。第2の端面36bは、第1の端面36aの背面側に配置される。第2の端面36bは、タービンハウジング11の端面11aと接触する。第2の端面36bは、第1の端面36aに対して平行である。第2の端面36bの形状は、周方向に延在するリング状である。
 タービンハウジング11は、ノズルリング32の第2の端面36bと接触する。具体的には、タービンハウジング11の端面11aがノズルリング32の第2の端面36bに接触した領域は、周方向に延在するリング状である。軸方向からみたとき、ノズルリング32の第1の端面36aがばね部材5と接触する径方向の位置は、ノズルリング32の第2の端面36bがタービンハウジング11の端面11aと接触する面の径方向の位置と、重なる。この構成によれば、ばね部材5が発揮する弾性力は、ノズルリング32の第1の端面36aがばね部材5と接触する位置に作用する。軸方向からみたとき、弾性力が作用する位置は、ノズルリング32の第2の端面36bとタービンハウジング11の端面11aとが接触する面と重複する。
 ノズルリング32の外周部36は、第1の外周面部36cと、第2の外周面部36dと、を含む。円周面である第1の外周面部36cは、第1の端面36aを第2の端面36bに接続する。円周面である第2の外周面部36dは、第2の端面36bからタービンハウジング11側に向かって延在する。第1の外周面部36c及び第2の外周面部36dは、回転軸線AXを中心とした円筒の外面である。第1の外周面部36cは、可変容量機構30の径方向における外径を規定する。第2の外周面部36dの外径は、第1の外周面部36cの外径より小さい。例えば、第2の外周面部36dの外径は、CCプレート31の外径と等しくてもよい。
 タービンハウジング11は、第1の内周面部11bと、第2の内周面部11cと、を有する。第1の内周面部11bは、回転軸線AXを中心とした円筒の内面である。第2の内周面部11cも、回転軸線AXを中心とした円筒の内面である。内周面である第1の内周面部11bは、タービンハウジング11の端面11aから、ベアリングハウジング3側に向かって延在する。内周面である第2の内周面部11cは、タービンハウジング11の端面11aから、第1の内周面部11bの反対側に向かって延在する。タービンハウジングの端面11aは、第1の内周面部11bを第2の内周面部11cに接続する。第1の内周面部11bは、回転軸線AX側に向かって、ノズルリング32の第1の外周面部36cと径方向に沿って互いに向き合う。第2の内周面部11cは、回転軸線AX側に向かって、ノズルリング32の第2の外周面部36dと径方向に沿って対向する。
 タービンハウジング11の第1の内周面部11bの内径は、ノズルリング32の第1の外周面部36cの外径よりも大きい。径方向において、第1の内周面部11bと第1の外周面部36cとの間には、隙間が存在する。タービンハウジング11の第2の内周面部11cの内径は、ノズルリング32の第2の外周面部36dの外径より大きい。径方向において、第2の内周面部11cと第2の外周面部36dとの間にも、隙間が存在する。
 過給機1は、シール部材37を有する。シール部材37は、内周部35に配置されている。シール部材37の形状は、回転軸線AXを中心としたリング状の板状部材である。シール部材37の形状は、例えば、円錐状に湾曲する形状であってもよい。シール部材37は、ノズルリング32と、ベアリングハウジング3との間に配置されている。シール部材37は、ノズルリング32とベアリングハウジング3とに挟持される。シール部材37は、タービンハウジング11側の排気ガスがベアリングハウジング3側へ流入することを防止する。
 ベアリングハウジング3は、軸方向に向く第1突き当て面3bを有する。すなわち、第1突き当て面3bは、軸方向に垂直である。第1突き当て面3bの形状は、周方向に延在するリング状である。第1突き当て面3bの位置は、タービンハウジング11の端面3aよりも径方向の外側である。第1突き当て面3bは、軸方向において、ベアリングハウジング3の端面3aからタービンハウジング11側に突出している。タービンハウジング11は、第2突き当て面11dを有する。第2突き当て面11dは、第1突き当て面3bに突き当てられる。第2突き当て面11dは、第1突き当て面3bに対して平行である。第2突き当て面11dの形状は、周方向に延在するリング状である。第2突き当て面11dは、第1の内周面部11bから径方向の外側に向かって垂直に延在する端面である。第1突き当て面3bに第2突き当て面11dが突き当たる位置は、ばね部材5よりも径方向の外側である。
 第1実施形態の過給機1によれば、ばね部材5は、可変容量機構30をタービンハウジング11に向かって押し付ける。可変容量機構30は、ノズルリング32を有する。ばね部材5は、ノズルリング32の外周部36に含まれる第1の端面36aを押し付ける。ばね部材5に発生する力は、第1の端面36aに作用する。ノズルリング32の第2の端面36bは、タービンハウジング11に押し付けられる。第2の端面36bは、第1の端面36aの背面に配置される。この力に対する反力は、第1の端面36aの背面に配置される第2の端面36bに作用する。ばね部材5の力と反力とは、偶力の関係である。力の大きさは同じであるが、力の向きが逆である。従って、ばね部材5の力と反力との距離が大きくなるほど、部材を曲げる力が大きくなる。しかし、第1実施形態の過給機1では、ばね部材5が押し付けられる位置から、押し付けられた力の反力が作用する位置までの距離が短い。従って、可変容量機構30は、発生する曲げ応力の大きさを低減できる。可変容量機構30に発生する曲げ応力の大きさが低減されることによって、可変容量機構30の軸方向に沿う変形量が減少する。高温時に可変容量機構30に発生する、いわゆるクリープ現象に起因する変形も抑制される。可変容量機構30に供給される高温のガスによって、可変容量機構30を構成する部品の温度が上昇する。温度の上昇によって、可変容量機構30を構成する部品のヤング率は、低下する。従って、可変容量機構30を構成する部品は、変形しやすい。しかし、可変容量機構30に発生する曲げ応力が小さくなることで、可変容量機構30を構成する部品の変形が抑制される。
 内周部35に発生するタービンハウジング11側に湾曲する変形は、抑制される。従って、CCプレート31とノズルリング32の間隔を所定の状態に維持できる。その結果、ノズルベーン33が正常に回転可能な状態を、維持することができる。具体的には、ノズルベーン33とCCプレート31との接触が抑制される。また、ノズルベーン33とノズルリング32との接触が抑制される。従って、ノズルベーン33の正常な回転動作が維持される。ノズルベーン33の回転動作は、可変容量機構30の動作に影響を与える。ノズルベーン33の回転動作を維持することによって、可変容量機構30は、確実に動作する。従って、過給機1の信頼性が向上する。
 過給機1では、軸方向における、第1突き当て面3bの位置に基づいて、ベアリングハウジング3の端面3aとノズルリング32の第1の端面36aとの間の距離が定まる。ばね部材5の潰し代は、軸方向における第1突き当て面3b及び第2突き当て面11dの位置に基づいて決まる。その結果、ばね部材5は、可変容量機構30を適正な荷重で押し付ける。従って、過給機1の可変容量機構30に生じる変形が抑制される。
 過給機1が高温になった場合、可変容量機構30は、第1の外周面部36cの外径と第1の内周面部11bの内径との間の隙間を許容範囲として、径方向に線膨張できる。この膨張による変形は、可変容量機構30の動作に影響を与えない。可変容量機構30が径方向に線膨張できないことを原因とする、可変容量機構30の動作を妨げるような変形の発生を抑制できる。よって、過給機1は、信頼性をより向上することができる。
 可変容量機構30は、ばね部材5によってタービンハウジング11に押し付けられている。ばね部材5が発生する軸方向の押し付ける力は、ボルト等の締結による軸力よりも小さい。従って、可変容量機構30は、径方向に容易に線膨張できる。
<第2実施形態>
 図3に示す過給機1Aは、第2実施形態の可変容量型の過給機である。第2実施形態に係る過給機1Aは、第1実施形態の過給機1と比べて、補助ばね部材6及び遮熱板38を備える点で相違する。
 過給機1Aは、補助ばね部材6を備える。補助ばね部材6は、軸方向において、遮熱板38を介して可変容量機構30Aとベアリングハウジング3との間に配置されている。
 過給機1Aは、シール部材37に代えて、遮熱板38を含む。遮熱板38は、内周部35の内側に配置されている。遮熱板38の形状は、回転軸線AXを中心としたリング状である。遮熱板38は、タービンハウジング11からベアリングハウジング3への熱の移動を阻害する。その結果、ベアリングハウジング3側に配置されている部品の温度の上昇が抑制される。補助ばね部材6は、遮熱板38とベアリングハウジング3との間に挟まれることによって、軸方向に圧縮変形する。補助ばね部材6は、圧縮変形に対抗する弾性力を発揮する。補助ばね部材6は、遮熱板38をノズルリング32に押し付ける。
 第2実施形態の過給機1Aによれば、可変容量機構30Aに加えられる力を、ばね部材5及び補助ばね部材6に分散できる。可変容量機構30Aに加えられる力を分散することで、第2実施形態の過給機1Aは、可変容量機構30Aに発生する変形を抑制できる。第2実施形態の過給機1Aの遮熱板38は、適切な力でノズルリングを押し付けることができる。
<第3実施形態>
 図4に示す過給機1Bは、第3実施形態の可変容量型の過給機である。第3実施形態の過給機1Bは、第1実施形態の過給機1と比べて、ベアリングハウジング3B及びタービンハウジング11Bの形状等が相違する。
 ベアリングハウジング3Bの第1突き当て面3bは、ベアリングハウジング3Bの端面3aから突出していない。ベアリングハウジング3Bの端面3aは、第1突き当て面3bと同一面である。第1実施形態よりもばね部材5の潰し代が小さくなるように、タービンハウジング11Bの第2突き当て面11dの位置は、軸方向に沿って調整される。
 第3実施形態の過給機1Bによれば、軸方向における第1突き当て面3bの位置と、ばね部材5を挟持する端面3aの位置とが同一面に定められる。従って、過給機1Bのばね部材5の潰し代を適正に管理できる。第3実施形態の過給機1Bも、第1実施形態の過給機1と同様に信頼性を向上できる。
<変形例>
 図5に示す過給機1Cは、第1実施形態の可変容量型の過給機1の変形例である。変形例の過給機1Cは、第1実施形態の過給機1と比べて、ベアリングハウジング3C及び可変容量機構30Cの形状等が相違する。
 ベアリングハウジング3Cは、径方向に向く第3の内周面3cを有する。第3の内周面3cは、回転軸線AXを中心とした円筒の内面である。ベアリングハウジング3Cにおいて、第3の内周面3cは、ばね部材5を挟持するベアリングハウジング3Cの端面3aから、タービンハウジング11C側に向かって垂直に延在する。第3の内周面3cは、径方向の内側に向かって、ばね部材5と接触する。
 ノズルリング32Cは、径方向の外側を向く第3の外周面36eを有する。第3の外周面36eは、回転軸線AXを中心とした円筒の外面である。ノズルリング32Cにおいて、第3の外周面36eは、ばね部材5を挟持する第1の端面36aから、ベアリングハウジング3C側に向かって垂直に延在する。第3の外周面36eの外径は、第1の外周面部36cの外径より小さい。第3の外周面36eは、径方向の外側に向かって、ばね部材5と接触する。
 変形例の過給機1Cのばね部材5は、軸方向において、ノズルリング32Cの第1の端面36aとベアリングハウジング3Cの端面3aとの間に配置される。そして、ばね部材5は、ノズルリング32Cとベアリングハウジング3Cとに挟持される。ばね部材5は、さらに、径方向において、ノズルリング32Cの第3の外周面36eと、ベアリングハウジング3Cの第3の内周面3cとの間に配置される。ばね部材5は、ノズルリング32Cとベアリングハウジング3Cとに挟持される。この構成によっても、第1実施形態の過給機1と同様に、信頼性を向上し得る。
 なお、変形例の構成は、第1実施形態の過給機1A、第2実施形態の過給機1B及び第3実施形態の過給機1Cに適用してもよい。
1 過給機
2 回転軸
3 ベアリングハウジング
3b 第1突き当て面
5 ばね部材
6 補助ばね部材
11 タービンハウジング
11b 第1の内周面部
11d 第2突き当て面
12 タービン翼車
30 可変容量機構
32 ノズルリング
35 内周部
36 外周部
36a 第1の端面
36b 第2の端面
36c 第1の外周面部

Claims (6)

  1.  タービン翼車を収容するタービンハウジングと、
     前記タービン翼車が固定された回転軸を回転可能に支持するベアリングハウジングと、
     前記タービンハウジングに収容され、前記タービン翼車を囲むと共に前記タービン翼車に流体を導く可変容量機構と、
     前記回転軸に沿う軸方向において、前記可変容量機構と前記ベアリングハウジングとに挟持されるばね部材と、を備え、
     前記可変容量機構は、前記タービン翼車又は前記回転軸が配置される貫通穴を囲む内周部と、前記回転軸の軸線からの距離が前記内周部よりも大きい外周部と、を有し、
     前記外周部は、前記ばね部材が接触する第1の端面と、前記第1の端面の背面側に配置され前記タービンハウジングが接触する第2の端面と、を含む、過給機。
  2.  前記外周部は、前記第1の端面と前記第2の端面とを接続する外周面部をさらに含み、
     前記タービンハウジングは、前記外周面部と対向する内周面部を有し、
     前記内周面部の内径は、前記外周面部の外径より大きい、請求項1に記載の過給機。
  3.  前記回転軸に沿う軸方向において、前記可変容量機構と前記ベアリングハウジングとの間に配置された補助ばね部材を備える、請求項1又は請求項2に記載の過給機。
  4.  前記ベアリングハウジングは、前記回転軸に沿う軸方向に向く第1突き当て面を有し、
     前記タービンハウジングは、前記ベアリングハウジングの前記第1突き当て面に突き当てられる第2突き当て面を有し、
     前記第1突き当て面に第2突き当て面が突き当たる位置は、前記回転軸と交差する径方向において、前記ばね部材よりも外側である、請求項1~3の何れか一項に記載の過給機。
  5.  前記ばね部材は、前記第1の端面と前記第1突き当て面とに挟持される、請求項4に記載の過給機。
  6.  前記可変容量機構は、前記回転軸に沿う軸方向において、前記ベアリングハウジングに面するノズルリングを有し、
     前記ノズルリングは、前記内周部及び前記外周部を含む、
     請求項1~5の何れか一項に記載の過給機。
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