JP7251528B2 - 可変容量型ターボチャージャの軸受防錆装置 - Google Patents

Description

本開示は可変容量型ターボチャージャの軸受防錆装置に関する。

一般的に可変容量型ターボチャージャでは、タービンのノズルに設けられた複数の可動ノズルベーンを、タービン外に突出された操作軸を回転させて開閉する。操作軸は、タービンハウジングに設けられた軸受によって回転可能に支持される。

特開２０１２－４７０９０号公報

しかし、軸受と操作軸の接触部に錆が浸入することがある。こうした錆の浸入が起こると、操作軸の回転時におけるフリクションが増加し、回転不良が生じる可能性がある。

そこで本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、軸受と操作軸の接触部における錆の浸入を抑制することができる可変容量型ターボチャージャの軸受防錆装置を提供することにある。

本開示の一の態様によれば、
タービンのノズルに開閉可能に設けられた複数のノズルベーンと、
前記複数のノズルベーンに連結されたリンク機構と、
タービンハウジング内に形成され前記リンク機構を収容する機構室と、
前記タービンハウジングに設けられ前記機構室と外部を連通する軸受と、
前記軸受内に回転可能に設けられ一端が前記リンク機構に接続された操作軸と、
を備えた可変容量型ターボチャージャの軸受防錆装置であって、
前記軸受と前記操作軸の接触部に向かって前記タービン外からの圧力ガスを供給するように構成されたガス供給装置を備える
ことを特徴とする可変容量型ターボチャージャの軸受防錆装置が提供される。

好ましくは、前記操作軸は、前記機構室側に形成され前記軸受に接触される第１接触面と、外部側に形成され前記軸受に接触される第２接触面と、前記第１接触面および前記第２接触面の間に形成され前記軸受から離間される縮径部とを備え、
前記ガス供給装置は、前記縮径部の軸方向位置において前記軸受内に圧力ガスを供給する。

好ましくは、前記ガス供給装置は、前記機構室内の圧力より高圧の圧力ガスを供給する。

好ましくは、前記圧力ガスは、前記ターボチャージャのコンプレッサにより生成された圧縮空気である。

好ましくは、前記圧力ガスは、エアタンクに貯留された圧縮空気である。

好ましくは、前記ガス供給装置は、圧力ガス供給方向と反対方向の逆流を防止するための逆止弁を備える。

好ましくは、前記ガス供給装置は、前記軸受に設けられ前記軸受内に圧力ガスを供給するノズルと、ガス供給源と、前記ノズルおよび前記ガス供給源を接続する配管とを備える。

本開示によれば、軸受と操作軸の接触部における錆の浸入を抑制することができる。

可変容量型ターボチャージャの概略縦断側面図である。 図１の要部拡大図である。 図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線から見たときの概略正面図である。 圧力ガス供給前の状態を示す概略縦断側面図である。 圧力ガス供給後の状態を示す概略縦断側面図である。 変形例を示す概略縦断側面図である。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお本開示は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。

図１は、本実施形態に係る可変容量型ターボチャージャの概略縦断側面図である。図２は図１の要部拡大図であり、図３は後述のハウジングカバーを取り外して図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線から見たときの概略正面図である。理解容易のため、図３は透過図で示してある。

本実施形態のターボチャージャが適用される内燃機関（エンジンともいう）は、車両用ディーゼルエンジンである。車両はトラック等の大型車両である。但し内燃機関の種類、形式、用途等に特に限定はなく、例えばエンジンはガソリンエンジンであってもよい。

便宜上、前後左右上下の各方向を図示の通り定める。但しこれら各方向が説明の便宜上定められたものに過ぎない点に留意されたい。

タービンの中心軸すなわちタービン軸を符号Ｃで示す。以下特に断らない限り、タービン軸Ｃを基準とした軸方向、半径方向および周方向を単に軸方向、半径方向および周方向というものとする。

ターボチャージャ１は、排気によって駆動されるタービン２と、タービン２によって駆動され吸入空気を圧縮もしくは過給するコンプレッサ３とを備える。タービン２は、タービンハウジング４と、タービンハウジング４内に回転可能に設けられたタービンホイール５とを備える。コンプレッサ３は、コンプレッサハウジング６と、コンプレッサハウジング６内に回転可能に設けられたインペラ７とを備える。タービンホイール５とインペラ７はタービンシャフト８により互いに同軸に結合される。タービンハウジング４とコンプレッサハウジング６は、それらの間に位置されたセンターハウジング９に結合される。センターハウジング９内のセンターベアリング１０によってタービンシャフト８がタービン軸Ｃと同軸に回転可能に支持される。これによりタービンホイール５、タービンシャフト８およびインペラ７が一体となって、タービン軸Ｃと同軸に配置され、かつ、タービン軸Ｃの回りを回転可能である。

タービンハウジング４は、タービンホイール５を収容するハウジング本体１１と、ハウジング本体１１の前端部に固定されたハウジングカバー１２とを有する。ハウジング本体１１の内部には、排気をタービンホイール５に半径方向外側から供給するノズル１３と、タービン入口（図示せず）から導入した排気をノズル１３に全周位置で供給するタービンスクロール室１４とが形成される。

コンプレッサハウジング６の内部には、インペラ７から排出された圧縮空気を半径方向外側に向かって案内するディフューザ１５と、ディフューザ１５から排出された圧縮空気をコンプレッサ出口（図示せず）に向かって周方向に案内するコンプレッサスクロール室１６とが形成される。

またターボチャージャ１は、ノズル１３に開閉可能に設けられた複数のノズルベーン２１と、複数のノズルベーン２１に連結されたリンク機構２２と、タービンハウジング４内に形成されリンク機構２２を収容する機構室２３と、タービンハウジング４に設けられ機構室２３と外部を連通する軸受２４と、軸受２４内に回転可能に設けられ一端（前端）がリンク機構２２に接続された操作軸２５とを備える。

軸受２４は、すべり軸受として形成される。軸受２４は、所定長さを有し内外径が一定の金属管、例えば鋼管により形成され、タービン軸Ｃと平行に前後方向に延びて配置される。軸受２４は、ハウジング本体１１を貫通してハウジング本体１１に固定され、その前端部（内側端部）は機構室２３内に位置され、その後端部（外側端部）はタービンハウジング４の外部に位置される。

この軸受２４内に操作軸２５が同軸かつ回転可能に設けられる。操作軸２５は、その中心軸Ｃ１の回りを回転可能である。操作軸２５の前端と後端は軸受２４から突出されている。操作軸２５の前端には、リンク機構２２の駆動板２６が固定されている。操作軸２５の後端には、操作レバー２７が固定されている。操作レバー２７は、リンク２８を介してアクチュエータ（図示せず）に連結され、アクチュエータによって中心軸Ｃ１回りに回転駆動される。アクチュエータの駆動力はリンク機構２２を介して最終的にノズルベーン２１に伝達される。アクチュエータは例えばサーボモータにより形成される。

操作軸２５は、第１接触面である内側接触面２９と、第２接触面である外側接触面３０と、内側接触面２９および外側接触面３０の間に形成された縮径部３１とを備える。内側接触面２９は、中心軸Ｃ１の方向における機構室２３側に形成され、軸受２４の内周面に接触される。外側接触面３０は、中心軸Ｃ１の方向における外部側に形成され、軸受２４の内周面に接触される。縮径部３１は、内側接触面２９および外側接触面３０より小径に形成され、軸受２４の内周面から離間される。これにより軸受２４と縮径部３１の間には隙間３２が形成される。

リンク機構２２において、駆動板２６は操作軸２５と一体に回転するようになっている。駆動板２６は下向きの二股フォーク状に形成され、そのフォーク部分には四角形のジョイント板３３がスライド可能に挟まれる。ジョイント板３３にはピン３４の後端部が回転可能に取り付けられる。ピン３４の前端部はユニゾンリング３５の入力アーム部３６に回転可能に取り付けられる。ユニゾンリング３５は、タービン軸Ｃの回りを１周するリング板状に形成され、ハウジング本体１１により、タービン軸Ｃの回りに回転可能に支持される。

ユニゾンリング３５は、周方向等間隔で配置された複数（本実施形態では１５個）のノズルベーン２１に以下の如く連結される。まずノズルベーン２１は、その回転軸となるベーンシャフト３７を一体的に有する。ベーンシャフト３７はハウジング本体１１の軸受穴３８に摺動回転可能に挿通され、機構室２３内に突出される。その突出されたベーンシャフト３７の前端部にはベーンアーム３９が固定されている。

ベーンアーム３９は、半径方向外側に向く二股フォーク状に形成される。そのフォーク部分には略四角形のジョイント板４０がスライド可能に挟まれる。ジョイント板４０にはピン４１の後端部が回転可能に取り付けられる。ピン４１の前端部はユニゾンリング３５に回転可能に取り付けられる。

これにより、操作軸２５の回転がリンク機構２２を通じてノズルベーン２１に伝達され、ノズルベーン２１が回転される。図３に示すように、操作軸２５がＡ１方向に回転されるとユニゾンリング３５がＢ１方向に回転され、ノズルベーン２１がＶ１方向すなわち閉弁方向に回転される。逆に、操作軸２５がＡ２方向に回転されるとユニゾンリング３５がＢ２方向に回転され、ノズルベーン２１がＶ２方向すなわち開弁方向に回転される。

図３において符号４２は、ハウジング本体１１にハウジングカバー１２をボルト止めする際に用いる複数の雌ネジ穴を示す。符号４３は、ベーンシャフト３７の干渉を避けるためにユニゾンリング３５に設けられた長孔を示す。

ハウジング本体１１にハウジングカバー１２を取り付けると、これらの間に密閉された機構室２３が形成される。リンク機構２２はこの機構室２３内に配置される。

こうしたターボチャージャ１においては、軸受２４と操作軸２５の接触部に錆が浸入し、操作軸２５の回転時におけるフリクションが増加し、回転不良が生じる可能性がある。

そこで本実施形態では、こうした錆の浸入を抑制するため軸受防錆装置を設けている。軸受防錆装置は、軸受２４と操作軸２５の接触部に向かってタービン２外からの圧力ガスを供給するように構成されたガス供給装置５０を備える。

ガス供給装置５０は、軸受２４に設けられ軸受２４内に圧力ガスを供給するノズル５１と、ガス供給源としてのコンプレッサ３と、ノズル５１およびコンプレッサ３を接続する配管５２とを備える。本実施形態では、コンプレッサ３をガス供給源として用い、コンプレッサ３により生成された圧縮空気を圧力ガスとして用いる。

ノズル５１は、軸受２４の内外を貫通して軸受２４に固定された管継手（例えばニップル）により形成される。ノズル５１は、縮径部３１のある中心軸Ｃ１方向の位置に、中心軸Ｃ１に垂直に配置されると共に、タービンハウジング４の外部に位置される。ノズル５１は、軸受２４と縮径部３１の間の隙間３２に、高圧の圧縮空気を排出する。このようにガス供給装置５０は、縮径部３１の軸方向位置において軸受２４内に圧力ガスを供給する。

配管５２は、コンプレッサハウジング６に取り付けられた出口管５３と、ノズル５１および出口管５３を連結する連結管５４とを備える。出口管５３は、ノズル５１と同様、コンプレッサハウジング６の内外を貫通してコンプレッサハウジング６に固定された管継手（例えばニップル）により形成される。出口管５３は、インペラ７の下流側のコンプレッサスクロール室１６に連通され、コンプレッサスクロール室１６から圧縮空気を抽出するようになっている。

連結管５４は、ゴム製のホースまたはチューブにより形成される。但し連結管５４の材質は任意であり、金属製または樹脂製であってもよい。連結管５４の上流端は出口管５３に、下流端はノズル５１に接続される。

またガス供給装置５０は、圧力ガス供給方向と反対方向の逆流を防止するための逆止弁５５を備える。逆止弁５５は、本実施形態では配管５２に設けられ、連結管５４の途中に設けられる。但しその設置位置は任意であり、例えばノズル５１または出口管５３に一体的に組み込んでもよい。逆止弁５５は、コンプレッサ３側から軸受２４側への流れのみを許容し、逆方向の流れを禁止する。

さて、前述したように、軸受２４と操作軸２５の接触部に錆が浸入し、所謂もらい錆の状態となることがある。この接触部とは、内側接触面２９および軸受２４の接触部（内側接触部という）４３と、外側接触面３０および軸受２４の接触部（外側接触部という）４４とである。

錆の原因は様々であるが、主に、タービンハウジング４の機構室２３内で発生した錆が挙げられる。ノズル１３を通過する排気は、ベーンシャフト３７と軸受穴３８の間の僅かな隙間を通じて、微量ではあるが、機構室２３内に漏れ出す。この排気に起因して機構室２３内に錆が発生する。

特に、エンジンの低負荷運転時および低温運転時、ならびに外気温が低温の環境下では、排気温度が低いため、排気に含まれる水蒸気が露点を下回って凝縮し、凝縮水が発生することがある。凝縮水には、燃料の燃焼過程で生成される硫酸、硝酸、有機酸等が溶け込んでいるため、凝縮水は腐食性の高い酸性水である。そのため、凝縮水が機構室２３内に付着すると錆が発生し易くなる。

エンジン運転中は、機構室２３内に排気が漏れ出すため、機構室２３内の圧力は、外部の大気圧より高くなる。従って機構室２３から、軸受２４と操作軸２５の間を通って、外部に漏れ出る排気の流れが生成される。この流れに乗って機構室２３内の錆も移動する。

機構室２３内で発生した錆は、一部剥離して室内を移動し、駆動板２６と軸受２４前端面との隙間を通過して、内側接触部４３に浸入する。その後、中心軸Ｃ１方向外側に移動して隙間３２と外側接触部４４を順次通過し、最終的に外部に排出される。なお錆に混じって他の異物が浸入、移動することもある。

一方、他の原因として、ターボチャージャ１の外表面部、特に外側接触部４４付近で発生した錆が挙げられる。冬期には、路面に凍結防止剤として塩（岩塩や、塩化カルシウム等の融雪剤）が散布されることがある。この塩が、ターボチャージャ１の外表面部に付着した雨水や凝縮水に混入し、腐食性の高い塩水を生じさせる。この塩水によりターボチャージャ１の外表面部が錆びる。

錆の一部は剥離して外側接触部４４に接近する。そしてこの錆は、操作レバー２７と軸受２４後端面との間の隙間を通過した後、外側接触部４４に浸入する。その後、さらに中心軸Ｃ１方向内側に移動して隙間３２と内側接触部４３に順次浸入することもある。

上述の錆の移動過程において、錆が内側接触部４３と外側接触部４４に止まり、堆積する。操作軸２５の回転により接触部４３，４４から錆が排出されることがあるが、堆積速度が排出速度を上回ると、堆積量が徐々に増加する。

接触部４３，４４に錆が付着、堆積すると、操作軸２５の回転時におけるフリクションが増加し、最悪、操作軸２５が軸受２４に固着して動かなくなる。すると、操作軸２５に回転不良が生じ、操作軸２５の回転動作、ひいてはノズルベーン２１の開閉動作が正常に行われなくなる可能性がある。

そこで本実施形態では、接触部４３，４４への錆の付着を抑制するため、ガス供給装置５０によって軸受２４内に圧縮空気を供給する。この際の作動を図４および図５を参照して説明する。

図４は、圧縮空気供給前の錆Ｒが付着した状態を示す。錆Ｒは、内側接触部４３および外側接触部４４のみならず随所に付着している。

この状態で、コンプレッサスクロール室１６内の圧力が機構室２３内の圧力より高くなると、逆止弁５５が開弁し、図５に矢印で示すように、コンプレッサスクロール室１６内の圧縮空気が出口管５３および連結管５４を順に通じて、ノズル５１から隙間３２内に供給される。

圧縮空気は、タービンハウジング４の内側に向かう流れＦ１と、外側に向かう流れＦ２とに分かれる。内側に向かう流れＦ１は、内側接触部４３に付着していた錆Ｒを押し出し、機構室２３内に排出する。外側に向かう流れＦ２は、外側接触部４４に付着していた錆Ｒを押し出し、外部に排出する。こうして、内側接触部４３および外側接触部４４に付着していた錆を除去することができる。このとき同時に、隙間３２に付着していた錆も除去することができる。

また、コンプレッサスクロール室１６内の圧力が機構室２３内の圧力より高いとき、圧縮空気が常時供給されるので、上記流れＦ１，Ｆ２により内側接触部４３および外側接触部４４への新たな錆Ｒの浸入を抑制することができる。よって錆Ｒの付着を予防することができる。

このようにガス供給装置５０は、機構室２３内の圧力より高圧の圧力ガスを供給する。

一方、コンプレッサスクロール室１６内の圧力が機構室２３内の圧力以下のときには、逆止弁５５が閉弁される。よって、機構室２３内の排気がコンプレッサスクロール室１６内に逆流するのを抑制することができる。

このように本実施形態によれば、ガス供給装置５０を設けたので、軸受２４と操作軸２５の接触部４３，４４における錆Ｒの浸入を抑制することができる。

また本実施形態によれば、内側接触部４３および外側接触部４４という二つの接触部を設けた場合でも、両接触部への錆Ｒの浸入を効果的に抑制することができる。

また本実施形態によれば、機構室２３内の圧力より高圧の圧縮空気を供給するので、内側接触部４３に浸入した錆Ｒを確実に機構室２３内に排出できる。

また本実施形態によれば、ターボチャージャ１のコンプレッサ３により生成された圧縮空気を圧力ガスとして利用するので、ガス供給源を別途設けずに済み、構成の簡素化を図れる。またガス供給源からガス供給位置（ノズル５１）までの距離を短縮し、圧力損失を低減できる。

また本実施形態によれば、タービン２外からの圧力ガスを供給するので、接触部での錆付着抑制に有利である。すなわち、タービン２内からの圧力ガス、つまり排気を接触部に供給してしまうと、上述したように、排気の凝縮に起因する酸性水により接触部が益々錆びてしまう。しかしながら本実施形態では、タービン２外からの圧力ガスを供給するので、こうした錆付きを回避することができ、防錆効果を高めることができる。

以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示の実施形態および変形例は他にも様々考えられる。

（１）例えば、図６に示すように、ターボチャージャ１とは別に設けられたエアタンク６１を圧力ガスの供給源とし、エアタンク６１に貯留された圧縮空気を圧力ガスとして使用してもよい。本実施形態の車両の場合、ブレーキ等の作動のためにこうしたエアタンク６１を備えているので、これを利用することで、別途ガス供給源を設けずに済む。

（２）圧力ガスとして、空気以外の気体、例えば窒素、アルゴン等の不燃性ガスを用いてもよい。

（３）軸受と操作軸の接触部は一つであってもよい。この場合、接触部に圧力ガスを直接供給するのが好ましい。

（４）逆止弁の代わりに電磁弁を設け、この電磁弁を制御ユニットによって制御してもよい。この場合、軸受防錆装置は、電磁弁を含むガス供給装置と、制御ユニットと、機構室内の圧力を検出する第１圧力センサと、ガス供給源のガス圧力を検出する第２圧力センサとを備える。制御ユニットは、第２圧力センサにより検出されたガス圧力が、第１圧力センサにより検出された機構室内圧力より高い場合に電磁弁を開弁し、それ以外の場合に電磁弁を閉弁する。制御ユニットには、例えば、エンジン制御のために車両に搭載された電子制御ユニット（ＥＣＵ（Electronic Control Unit））を用いることができる。

本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１ ターボチャージャ
２ タービン
３ コンプレッサ
４ タービンハウジング
１３ ノズル
２１ ノズルベーン
２２ リンク機構
２３ 機構室
２４ 軸受
２５ 操作軸
２９ 内側接触面
３０ 外側接触面
３１ 縮径部
４３ 内側接触部
４４ 外側接触部
５０ ガス供給装置
５１ ノズル
５２ 配管
５５ 逆止弁
６１ エアタンク

Claims (7)

1. タービンのノズルに開閉可能に設けられた複数のノズルベーンと、
   前記複数のノズルベーンに連結されたリンク機構と、
   タービンハウジング内に形成され前記リンク機構を収容する機構室と、
   前記タービンハウジングに設けられ前記機構室と外部を連通する軸受と、
   前記軸受内に回転可能に設けられ一端が前記リンク機構に接続された操作軸と、
   を備えた可変容量型ターボチャージャの軸受防錆装置であって、
   前記軸受と前記操作軸の接触部に向かって前記タービン外からの圧力ガスを供給するように構成されたガス供給装置を備え、
   前記ガス供給装置は、前記軸受内に圧力ガスを供給し、前記接触部に付着していた錆を圧力ガスにより押し出して前記軸受外に排出するように構成されている
   ことを特徴とする可変容量型ターボチャージャの軸受防錆装置。
2. 前記操作軸は、前記機構室側に形成され前記軸受に接触される第１接触面と、外部側に形成され前記軸受に接触される第２接触面と、前記第１接触面および前記第２接触面の間に形成され前記軸受から離間される縮径部とを備え、
   前記ガス供給装置は、前記縮径部の軸方向位置において前記軸受内に圧力ガスを供給する
   請求項１に記載の可変容量型ターボチャージャの軸受防錆装置。
3. 前記ガス供給装置は、前記機構室内の圧力より高圧の圧力ガスを供給する
   請求項１または２に記載の可変容量型ターボチャージャの軸受防錆装置。
4. 前記圧力ガスは、前記ターボチャージャのコンプレッサにより生成された圧縮空気である
   請求項１～３のいずれか一項に記載の可変容量型ターボチャージャの軸受防錆装置。
5. 前記圧力ガスは、エアタンクに貯留された圧縮空気である
   請求項１～３のいずれか一項に記載の可変容量型ターボチャージャの軸受防錆装置。
6. 前記ガス供給装置は、圧力ガス供給方向と反対方向の逆流を防止するための逆止弁を備える
   請求項１～５のいずれか一項に記載の可変容量型ターボチャージャの軸受防錆装置。
7. 前記ガス供給装置は、前記軸受に設けられ前記軸受内に圧力ガスを供給するノズルと、ガス供給源と、前記ノズルおよび前記ガス供給源を接続する配管とを備える
   請求項１～６のいずれか一項に記載の可変容量型ターボチャージャの軸受防錆装置。

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