特許 7396955 可変容量型過給機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-04

(45)【発行日】2023-12-12

(54)【発明の名称】可変容量型過給機

(51)【国際特許分類】

   F02B 39/00 20060101AFI20231205BHJP

   F02B 37/24 20060101ALI20231205BHJP

【ＦＩ】

F02B39/00 T

F02B37/24

F02B39/00 N

F02B39/00 S

F02B39/00 U

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020069735

(22)【出願日】2020-04-08

(65)【公開番号】P2021165545

(43)【公開日】2021-10-14

【審査請求日】2023-02-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000394

【氏名又は名称】弁理士法人岡田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】樹杉 剛

(72)【発明者】

【氏名】築山 宜司

【審査官】津田 真吾

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０３１６４９０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－２４７１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１６３６５７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ ３９／００

Ｆ０２Ｂ ３７／２４

Ｆ０１Ｄ １７／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の排気ガスで回転駆動されるタービンホイールと、
自身の先端部に前記タービンホイールを回転軸線の回りに回転可能に支持するハウジングと、
前記タービンホイールの外周側に周方向に沿って配置される複数の可変ノズルと、
前記ハウジングの前記先端部の外径よりも大きな内径を有して前記先端部の外周を覆うように円環状に形成されて複数の前記可変ノズルを保持するノズルプレートと、
を有する可変容量型過給機であって、
前記ハウジングの前記先端部の外周面であるハウジング先端外周面は、前記ノズルプレートの内周に形成されたプレート内周面と、前記回転軸線に沿う方向において少なくとも一部が対向しており、
前記ハウジングの前記先端部と前記タービンホイールとの間には、円板状に形成された遮熱位置決めシール部材が設けられており、
前記遮熱位置決めシール部材は、
前記回転軸線の方向に沿って前記ハウジングの側に向かって連続した凸状となるように湾曲されて前記ハウジング先端外周面に接触するように前記ハウジングの前記先端部の外周側に嵌め込まれた円環状の内環状凸状湾曲部と、
前記内環状凸状湾曲部の外周側に設けられて前記回転軸線の方向に沿って連続した凸状となるように湾曲されて前記プレート内周面に接触するように前記ノズルプレートの内周側に嵌め込まれた円環状の外環状凸状湾曲部と、
前記内環状凸状湾曲部よりも内周側に延設されて前記ハウジングの前記先端部の端面の少なくとも一部を覆う遮熱部と、
を有している、
可変容量型過給機。

【請求項2】

請求項１に記載の可変容量型過給機であって、
前記外環状凸状湾曲部は、前記回転軸線の方向に沿って前記タービンホイールの側に凸状となるように湾曲されている、
可変容量型過給機。

【請求項3】

請求項２に記載の可変容量型過給機であって、
前記ノズルプレートの前記プレート内周面は、
前記回転軸線の方向において前記ハウジングの側の端部となる前記ノズルプレートの内周面に形成されて、前記ハウジング先端外周面に対向している大径のプレート大径内周面と、
前記回転軸線の方向において前記プレート大径内周面に隣接するように前記タービンホイールの側に形成されて、前記プレート大径内周面よりも小径のプレート小径内周面と、
前記プレート大径内周面と前記プレート小径内周面との間に形成されて径方向に沿うプレート段差面と、
を有しており、
前記遮熱位置決めシール部材の前記外環状凸状湾曲部は、
前記プレート大径内周面と前記プレート段差面との双方に接触している、
可変容量型過給機。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか一項に記載の可変容量型過給機であって、
前記遮熱部は、径方向におけるいずれかの位置が前記ハウジングの端面に接触するように前記回転軸線の方向において前記ハウジングの側に向かうように湾曲されている、
可変容量型過給機。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか一項に記載の可変容量型過給機であって、
前記遮熱位置決めシール部材は、
弾性力と耐熱性を有する金属にて形成されている、
可変容量型過給機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、可変容量型過給機に関する。

【背景技術】

【0002】

車両用の内燃機関の過給機には、低回転領域から高回転領域まで高い過給効果を得られるようにした可変容量型過給機がある。一般的な可変容量型過給機は、ハウジング（ベアリングハウジング）と、ハウジングに回転可能に配設されるタービンホイールと、タービンホイール側に供給される排気ガスの流路面積を可変する可変ノズルと、を備えている。

【0003】

例えば、図４に示す特許文献１の可変容量型過給機１０１は、タービンインペラ１０５側からの熱を遮蔽する環状の遮熱板１３０が、ベアリングハウジング１２０（ハウジングに相当）のタービンインペラ１０５（タービンホイールに相当）の側の面に嵌合されて設けられている。さらに、遮熱板１３０における嵌合部１２１よりも径方向外側の被テーパ嵌合部１３５に対向する位置には、テーパ嵌合が可能なテーパ嵌合部１３１が形成されている。

【0004】

可変容量型過給機１０１では、高温時（運転時）における遮熱板１３０とベアリングハウジング１２０の熱膨張差により、被テーパ嵌合部１３５とテーパ嵌合部１３１が接触し、被テーパ嵌合部１３５とテーパ嵌合部１３１との間に力が発生するようになっている。この発生する力のタービンインペラ１０５の回転軸線ＪＫ２の方向に沿う分力によって、遮熱板１３０が可変ノズル１１１の側へ押されて、遮熱板１３０の接触部１３３とノズルリング１１５の一部との間をシールすることができる。これにより、可変ノズル１１１の側からベアリングハウジング１２０への排気ガスのリークを防止し、タービン効率の低下を防止する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１１－２４７１８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載の可変容量型過給機１０１では、常温時（非運転時及び暖機運転中）において、熱膨張差により被テーパ嵌合部１３５とテーパ嵌合部１３１との間に隙間が生じ、接触部１３３とノズルリング１１５の一部との間をシールすることができない場合がある。さらに、可変容量型過給機１０１では、常温時（非運転時及び暖機運転中）において、タービンインペラ１０５の径方向に遮熱板１３０が収縮してノズルリング１１５と遮熱板１３０との間に隙間が生じて、ベアリングハウジング１２０に対してノズルリング１１５の位置決めできない場合がある。

【0007】

本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、ハウジングに対する可変ノズルユニットの位置決めと、タービンホイールの吸気側からハウジング側への排気ガスのリークの抑制と、ハウジングへの熱の伝導の抑制と、の３機能を集約した遮熱位置決めシール部材にて、組付性をより向上させることができる可変容量型過給機を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、第１の発明は、内燃機関の排気ガスで回転駆動されるタービンホイールと、自身の先端部に前記タービンホイールを回転軸線の回りに回転可能に支持するハウジングと、前記タービンホイールの外周側に周方向に沿って配置される複数の可変ノズルと、前記ハウジングの前記先端部の外径よりも大きな内径を有して前記先端部の外周を覆うように円環状に形成されて複数の前記可変ノズルを保持するノズルプレートと、を有する可変容量型過給機であって、前記ハウジングの前記先端部の外周面であるハウジング先端外周面は、前記ノズルプレートの内周に形成されたプレート内周面と、前記回転軸線に沿う方向において少なくとも一部が対向しており、前記ハウジングの前記先端部と前記タービンホイールとの間には、円板状に形成された遮熱位置決めシール部材が設けられており、前記遮熱位置決めシール部材は、前記回転軸線の方向に沿って前記ハウジングの側に向かって連続した凸状となるように湾曲されて前記ハウジング先端外周面に接触するように前記ハウジングの前記先端部の外周側に嵌め込まれた円環状の内環状凸状湾曲部と、前記内環状凸状湾曲部の外周側に設けられて前記回転軸線の方向に沿って連続した凸状となるように湾曲されて前記プレート内周面に接触するように前記ノズルプレートの内周側に嵌め込まれた円環状の外環状凸状湾曲部と、前記内環状凸状湾曲部よりも内周側に延設されて前記ハウジングの前記先端部の端面の少なくとも一部を覆う遮熱部と、を有している、可変容量型過給機である。

【0009】

第２の発明は、上記第１の発明に係る可変容量型過給機であって、前記外環状凸状湾曲部は、前記回転軸線の方向に沿って前記タービンホイールの側に凸状となるように湾曲されている、可変容量型過給機である。

【0010】

第３の発明は、上記第２の発明に係る可変容量型過給機であって、前記ノズルプレートの前記プレート内周面は、前記回転軸線の方向において前記ハウジングの側の端部となる前記ノズルプレートの内周面に形成されて、前記ハウジング先端外周面に対向している大径のプレート大径内周面と、前記回転軸線の方向において前記プレート大径内周面に隣接するように前記タービンホイールの側に形成されて、前記プレート大径内周面よりも小径のプレート小径内周面と、前記プレート大径内周面と前記プレート小径内周面との間に形成されて径方向に沿うプレート段差面と、を有しており、前記遮熱位置決めシール部材の前記外環状凸状湾曲部は、前記プレート大径内周面と前記プレート段差面との双方に接触している、可変容量型過給機である。

【0011】

第４の発明は、上記第１の発明～第３の発明のいずれか１つに係る可変容量型過給機であって、前記遮熱部は、径方向におけるいずれかの位置が前記ハウジングの端面に接触するように前記回転軸線の方向において前記ハウジングの側に向かうように湾曲されている、可変容量型過給機である。

【0012】

第５の発明は、上記第１の発明～第４の発明のいずれか１つに係る可変容量型過給機であって、前記遮熱位置決めシール部材は、弾性力と耐熱性を有する金属にて形成されている、可変容量型過給機である。

【発明の効果】

【0013】

第１の発明によれば、ハウジングに対する可変ノズルユニットの位置決めと、タービンホイールの吸気側からハウジング側への排気ガスのリークの抑制と、ハウジングへの熱の伝導の抑制と、の３機能を集約した遮熱位置決めシール部材にて、組付性をより向上させることができる。

【0014】

第２の発明によれば、プレート内周面に沿って外環状凸状湾曲部をタービンホイールの側へ移動させることで、遮熱位置決めシール部材をノズルプレートの内側に容易に嵌め込むことができる。

【0015】

第３の発明によれば、タービンホイールの回転軸線の方向において、ノズルプレートに対して遮熱位置決めシール部材の位置決めをすることができる。

【0016】

第４の発明によれば、遮熱部をハウジングの端面に接触することで、タービンホイールの回転に伴い振動が発生することを防止することができる。

【0017】

第５の発明によれば、高温の排気ガスに晒されても、遮熱位置決めシール部材が破壊されることがなく、ハウジング側に対する可変ノズルユニットの位置決めと、タービンホイールの吸気側からハウジング側への排気ガスのリークを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】第１の実施形態の可変容量型過給機の全体構成を説明する断面図である。

【図2】第１の実施形態の可変容量型過給機の詳細を説明する断面図である。

【図3】第２の実施形態の可変容量型過給機の詳細を説明する断面図である。

【図4】特許文献１に記載の可変容量型過給機を説明する拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図１～図４を用いて、本発明の実施形態の例について説明する。
●［第１の実施形態の可変容量型過給機１の構成（図１、図２）］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る車両用の可変容量型過給機１のタービンホイール５の回転軸線ＪＫを含む断面の断面図である。本発明の実施形態に係る車両用の可変容量型過給機１は、内燃機関（図示省略）からの排気ガスのエネルギーを利用して、内燃機関の側に供給される空気を圧縮（過給）するものである。

【0020】

図１に示すように、可変容量型過給機１は、タービンハウジング３と、タービンホイール５と、可変ノズルユニット１０と、ハウジング２０と、遮熱位置決めシール部材３０と、を有する。

【0021】

タービンホイール５は、内燃機関の排気ガスで回転駆動され、ハウジング２０の先端部２５において、回転軸線ＪＫの回りに回転可能にロータ軸７により支持されている。可変ノズル１１は、タービンホイール５の外周側に周方向に沿って複数配置され、ハウジング２０自身の先端部２５の外径よりも大きな内径を有して先端部２５の外周を覆うように円環状に形成された第１ノズルプレート１５に保持されている。

【0022】

可変ノズルユニット１０は、可変ノズル１１と、ノズル軸１３Ａと、ノズル可変機構１３Ｂと、第１ノズルプレート１５（ノズルプレートに相当）と、第２ノズルプレート１９と、を有する。可変ノズル１１は、ノズル軸１３Ａを介して、ノズル可変機構１３Ｂへ接続されて、タービンホイール５への排気ガスの供給量を調整する。

【0023】

図１と図２に示すように、ハウジング２０の先端部２５の外周面であるハウジング先端外周面２１は、第１ノズルプレート１５の内周に形成されたプレート内周面１７と、回転軸線ＪＫに沿う方向において少なくとも一部が対向している。

【0024】

プレート内周面１７は、プレート大径内周面１７Ａと、プレート小径内周面１７Ｂと、プレート段差面１７Ｃと、を有している。

【0025】

プレート大径内周面１７Ａは、回転軸線ＪＫの方向においてハウジング２０の側の端部となる第１ノズルプレート１５の内周面に形成されるハウジング先端外周面２１に対向する大径の内周面である。

【0026】

プレート小径内周面１７Ｂは、回転軸線ＪＫの方向においてプレート大径内周面１７Ａに隣接するようにタービンホイール５の側に形成されるプレート大径内周面１７Ａよりも小径の内周面である。

【0027】

プレート段差面１７Ｃは、プレート大径内周面１７Ａとプレート小径内周面１７Ｂとの間に形成されて径方向に沿う段差面である。

【0028】

ハウジング２０の先端部２５とタービンホイール５との間に遮熱位置決めシール部材３０が、設けられている。遮熱位置決めシール部材３０は、弾性力と耐熱性を有する金属の材質（例えば、ニッケル基の超合金等）にて、板厚０．１ｍｍ～０．３ｍｍの円板状に形成されている。また遮熱位置決めシール部材３０は、内環状凸状湾曲部３１と、外環状凸状湾曲部３３と、遮熱部３５と、を有している。

【0029】

内環状凸状湾曲部３１は、回転軸線ＪＫの方向に沿ってハウジング２０の側に向かって連続した凸状となるように湾曲された円環状であり、ハウジング先端外周面２１に接触するようにハウジング２０の先端部２５の外周側に嵌め込まれる。

【0030】

外環状凸状湾曲部３３は、内環状凸状湾曲部３１の外周側に設けられて回転軸線ＪＫの方向に沿って連続したタービンホイール５の側に凸状となるように湾曲された円環状であり、プレート内周面１７の一部を形成するプレート大径内周面１７Ａに接触するように第１ノズルプレート１５の内周側に嵌め込まれる。外環状凸状湾曲部３３は、プレート大径内周面１７Ａとプレート段差面１７Ｃとの双方に接触している。

【0031】

遮熱部３５は、ハウジング２０の先端部２５のハウジング２０の端面であるハウジング端面２３（端面に相当）の少なくとも一部を覆うように、内環状凸状湾曲部３１よりも内周側に延設されている。遮熱部３５は、径方向におけるいずれかの位置が、ハウジング端面２３に接触するように回転軸線ＪＫの方向においてハウジング２０の側に向かうように湾曲されている。

【0032】

［遮熱位置決めシール部材の効果（図２）］
図２は、第１の実施形態の可変容量型過給機１の詳細を説明する拡大図である。なお、矢印は、排気ガスの流れを示している。

【0033】

図２に示すように、内環状凸状湾曲部３１と外環状凸状湾曲部３３により、プレート大径内周面１７Ａとハウジング先端外周面２１との間に形成される隙間をシールし、タービンホイール５の吸気側からハウジング２０側への排気ガスのリークを抑制することができる。これにより、本発明の可変容量型過給機１は、タービン効率の性能の向上を図ることができる。

【0034】

遮熱位置決めシール部材３０は、外環状凸状湾曲部３３がプレート大径内周面１７Ａに接触し、内環状凸状湾曲部３１がハウジング先端外周面２１に接触して、ハウジング２０に対する第１ノズルプレート１５の径方向における位置決めをすることで、可変ノズルユニット１０の径方向における位置決めをすることができる。

【0035】

遮熱位置決めシール部材３０の内環状凸状湾曲部３１と外環状凸状湾曲部３３が、断面において略Ｓ字状の形状を形成する。この略Ｓ字状の断面形状と遮熱位置決めシール部材３０が弾性力を有する材質であることにより、可変ノズルユニット１０は、内環状凸状湾曲部３１と外環状凸状湾曲部３３により、ハウジング２０に対して弾性支持される。

【0036】

常温時（組立時）において、内環状凸状湾曲部３１と外環状凸状湾曲部３３は、弾性変形（縮む方向に変形）された状態で、プレート大径内周面１７Ａとハウジング先端外周面２１との間に嵌め込まれる。縮む方向に弾性変形された内環状凸状湾曲部３１と外環状凸状湾曲部３３は、径方向に弾性変形して伸縮することで、高温時での熱膨張と低温時での熱収縮を吸収することができる。これにより、遮熱位置決めシール部材３０は、プレート大径内周面１７Ａ（プレート内周面１７）とハウジング先端外周面２１との間の隙間のシールを維持できるとともに、ハウジング２０に対する可変ノズルユニット１０の径方向における位置決めを維持することができる。

【0037】

遮熱位置決めシール部材３０は、外環状凸状湾曲部３３がプレート段差面１７Ｃに接触し、遮熱位置決めシール材３０の回転軸線ＪＫの方向における位置決めをすることができる。

【0038】

遮熱部３５は、ハウジング端面２３を覆うことで、タービンホイール５の吸気側からの排気ガスがハウジング端面２３に直接当たることを防止し、ハウジング２０へ熱が伝導することを防止することができる。

【0039】

●［第２の実施形態の可変容量型過給機１Ｘの構成（図３）］
本発明の第２の実施形態は、第１ノズルプレートとハウジングのそれぞれの形状が第１の実施形態の第１ノズルプレート１５とハウジング２０（図１、図２参照）のそれぞれの形状と異なる可変容量型過給機に対して適用される実施形態の例である。

【0040】

図３は、第２の実施形態に係る車両用の可変容量型過給機１Ｘのタービンホイール５の回転軸線ＪＫを含む断面の断面図である。なお、矢印は、排気ガスの流れを示している。

【0041】

可変容量型過給機１Ｘは、第１の実施形態の可変容量型過給機１に対して、第１ノズルプレート１５（図２参照）の代わりに第１ノズルプレート１５Ｘであり、ハウジング２０（図２参照）の代わりにハウジング２０Ｘである点で相違する。以下、第１ノズルプレート１５Ｘとハウジング２０Ｘについて主に説明する。

【0042】

第１ノズルプレート１５Ｘは、プレート内周面１７（図２参照）の代わりにプレート内周面１７Ｘである点で相違する。プレート内周面１７Ｘは、単一の内周面であり、プレート大径内周面１７Ａ、プレート小径内周面１７Ｂ、及びプレート段差面１７Ｃを有していない（図２参照）。

【0043】

ハウジング２０Ｘは、ハウジング先端外周面２１（図２参照）の代わりにハウジング先端外周面２１Ｘである点で相違する。ハウジング先端外周面２１Ｘは、単一の外周面であり、段差を有していない。
●［本発明の効果］

【0044】

以上に説明したように、本発明の可変容量型過給機は、ハウジングに対する可変ノズルユニットの位置決めと、タービンホイールの吸気側からハウジング側への排気ガスのリークの抑制と、ハウジングへの熱の伝導の抑制と、の３機能を集約した遮熱位置決めシール部材にて、組付性をより向上させることができる。

【0045】

本発明の、可変容量型過給機は、本実施の形態で説明した構成、構造等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。特に、第１ノズルプレートの内周面の形状とハウジングの外周面の形状は、上記の実施形態にて説明した形状に限定されず、内環状凸状湾曲部と外環状凸状湾曲部を収容する隙間を形成する形状であれば良い。

【0046】

本願の実施形態の例にて、遮熱部３５は、ロータ軸７近傍のハウジング端面２３にて接触しているが、これに限定されず、内環状凸状湾曲部３１よりも内周側に延設されていれば、ハウジング端面２３に接触されていても、接触されていなくても良い。

【符号の説明】

【0047】

１、１Ｘ 可変容量型過給機
３ タービンハウジング
５ タービンホイール
７ ロータ軸
１０ 可変ノズルユニット
１１ 可変ノズル
１３Ａ ノズル軸
１３Ｂ ノズル可変機構
１５、１５Ｘ 第１ノズルプレート（ノズルプレート）
１７、１７Ｘ プレート内周面
１７Ａ プレート大径内周面
１７Ｂ プレート小径内周面
１７Ｃ プレート段差面
１９ 第２ノズルプレート
２０、２０Ｘ ハウジング
２１、２１Ｘ ハウジング先端外周面
２３ ハウジン端面（端面）
２５ 先端部
３０ 遮熱位置決めシール材
３１ 内環状凸状湾曲部
３３ 外環状凸状湾曲部
３５ 遮熱部
ＪＫ 回転軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】