JPH0230926A - 排気タービン式過給機の排気バイパス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の排気ガスを受けて回転駆動される排
気タービン式過給機に係り、特に高温排気ガス仕様内燃
機関等においてもステー部材の固着等のない高信頼性を
得るに好適な排気バイパス装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置においても、実願昭６１−１．９４４６９号
に記載のように排気バイパス装置の基本構造は同一であ
るが、ステー部材の回転動作を支持する軸受部材はター
ビンハウジングに設けられた挿入穴に対し圧入固定もし
くは圧入後そのフランジ部が溶接固定されていた。

また、従来の軸受部材にあっては焼結材によって形成さ
れることが一般的であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は軸受部材がタービンハウジングに圧入固
定されているため、タービンハウジングの内部通路を流
れる高温の排気ガスによる熱変形に対し、軸受部材の形
状維持の観点より何も配慮がなされておらず、タービン
ハウジングに設けられた挿入穴の熱変形が直接軸受部材
に伝達、軸受部材が締め付けられ内径が縮小、軸受部材
の内径に支持されたステー部材の回転軸部が固着し、排
気バイパス機能を失うという問題点が生じていた。

本発明の目的は、上記したタービンハウジングに設けら
れた軸受部材挿入穴の熱変形が、軸受部材に伝達される
ことを防止することによって、軸受部材内径の縮小化を
大巾に緩和し、ステー部材の固着を防止することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため本発明ではタービンハウジング
に設けられた軸受部材挿入穴と挿入される軸受部材外径
との間に適正なる初期間隙を与えた後、軸受部材のステ
ー部材に圧力装置の作動を回転動作として伝えるリンク
部材側フランジ部を上記タービンハウジング外壁との間
で溶接固定している。

つまり、この初期間隙によってタービンハウジングに設
けられた挿入穴の熱変形を吸収するものである。

本発明の軸受部材には従来の技術下で用いられていた焼
結材はもとより、鋼材あるいは鋳造材からの切削品を採
用することにより、軸受部材自身の変形防止効果も向上
し、上記目的達成に対しより効果を発揮する。

〔作用〕

その内部に高温の排気ガス通路を有するタービンハウジ
ングは、各部の肉厚差や外部からの冷却条件の違いによ
って局部的に温度差を生じ熱歪が発生し、各部は微小変
形を繰返す。従って、タービンハウジングに設けられた
上記軸受部材挿入穴もその内径が縮小する方向に変形が
始まる。また、この挿入穴に配設された軸受部材も同様
の高温排気ガスの影響によって、それ自体にも変形が発
生する。

これら変形の大小はタービンハウジング及び軸受部材に
使用される材質、さらには、環境温度として与えられる
排気ガス温度によって決定される。

ここで、一般に軸受部材はタービンハウジングより耐熱
性に優れた材質が使用されており、前記してきたステー
部材回転軸部の固着に最も影響を与える部位、つまり、
最も熱変形の大きな部位はタービンハウジングの軸受部
材挿入穴である。また、この熱変形は時間の経過に対し
飽和する傾向にもある。従って、従来の圧入方式では挿
入穴の縮小が直接軸受部材の締め付けに至るのに対し、
本発明は、挿入穴と軸受部材外径との間に初期間隙を設
けており、軸受部材の締め付けは発生しない。

また、軸受部材の材料によっては、軸受部材自身の熱変
形も大きく異なる。例えば、比較的粗な組織である焼結
材にあっては、同一材質よりなる鋼材あるいは鋳造材か
らの切削品よりなる部材に比較して、軸受部材自身の熱
変形が極めて大きい。

従って、使用環境条件に対する材料の選定も重要な作用
となり得る。

〔実施例〕

以下、本発明についで図面を参照しながら詳述する４ 第１図（ａ）は本発明の一実施例を示す排気バイパス装
置であり、その軸受部材を中心とした部分断面回を示し
ている１、タービンハウジング１の挿入穴２には軸受部
材；３が収納されており、その一端のフランジ部３１８
がタービンハウジングボス部１１の外壁との１■に部分
溶接４によって固定されている。軸受部材、′３の内径
部３２には、排気バイパスを行なうための弁部材５を一
体支持したステー部材６の回転軸部６１が収納されてお
り、端部外壁側６２には、後述する圧力装置２１の動作
をステー部材６に回転動作として与えるためのリンク部
材７が配設されているウスチ一部材６に一体支持された
弁部材５の下部に位置するタービンハウジング１には、
同図（ｂ）に示すように、タービンハウジング１内のガ
ス通路１２に連通し、タービン羽根車を迂回して外部に
ガスを流す如くバイパス穴１３が設けら、ｆｔている。

つまり、後述する圧力装置２１の作動がロッド部材２２
によりリンク部材７に伝えられる。リンク部材７は軸受
部材３に収納されたステ・一部材６の回転軸部６１を中
心として回転動作を行ない。

上記したバイパス穴１３に対しステー部材６に一体支持
された弁部材５が開閉動作を行なうものである。

このような排気バイパス装置は第２図にその側面外観を
示した排気タービン式過給機のタービンハウジング１に
一体に構成されることが多い。内燃機関より排出された
排気ガスはタービンハウジング１の内部に構成されたガ
ス通路内に導かれ、その中心部に配設されたタービン羽
根車を回転駆動させている。タービン羽根車と一体に構
成された軸の他端にはコンプレッサ羽根車が配設されて
おり、その外周部に構成されるコンプレッサハウジング
２３のスクロール通路内に圧縮空気を発生させエンジン
シリンダ内に圧送している。

一方、両ハウジングの外側には、一般にコンプレッサハ
ウジング２３から内燃機関の吸気系の圧力に応動するロ
ッド部材２２を有する圧力装置２１が配設されており、
所要圧力値以上においてロッド部材２２が第２図中右下
方向に作動、第１図（ｂ）における弁部材５がバイパス
穴１３を開弁する方向にステー部材６が回転動作する。

以上のような構造及び動作において、タービンハウジン
グ１内のガス通路１２には最高１０００℃付近の高温ガ
スが導かれる。従って５排気バイパス装置を構成する各
部材はガス温度近くの高温状態となる。一般に、これら
の構成部品であるタービンハウジング１、軸受部材３、
ステー部材６（回転軸部６１も同様）の中で、最も耐熱
性に劣る材質が用いられるのがタービンハウジング１で
ある。このような諸条件下で各部材別の熱変形を考える
。

第３図は使用環境条件及び時間を変数とした場合の例と
して３例の各部材別の変形量を示した。

−点鎖線で囲んだａ、ｂ、ｃ３例のそれぞれの記号は、
・印が軸受部材内径ｄｚ、ム印が軸受部材外径ｄ３、置
印が回転軸外径ｄ１．Ｏ印が挿入穴内径ｄ４の変形量を
示している。・、ム１ｍ印の各位に対しＯ印で示したタ
ービンハウジング挿入穴内径ｄ＋の変形は数倍大きな値
を示している。

（ｃ、ｂ、ａの順に使用環境温度もしくは時間が厳しい
） つまり、ステー部材６の回転軸部６１と軸受部材３の内
径部３２との間で発生していた回転軸の固着不具合は、
従来構造下で軸受部材３の外径部３３がタービンハウジ
ング１の挿入穴２に圧入されているため、ハウジング部
の熱変形により挿入穴２が縮小、軸受部材３が締め付け
られ内径部３２が縮小ついには回転軸部６１との間に固
着現象を発生させたものである。

本発明においては、各種温度条件下での構成部相別の経
時的熱変形を把握、最も変形量の大きな挿入穴２に注目
し、この挿入穴２の変形が第４図に示す如く時間の経過
に伴っである量に飽和することに着目、この変形量を軸
受部材３に伝達させないため、上記挿入穴２と軸受部材
３の外径部３３との間に初期間隙ｄ＜　　ｄ３を考えた
ものである。本構造の採用によりステー部材６の回転軸
部６１と軸受部材３との固着は防止可能となる。

また、不必要以上の初期間隙ｄ４　ｄ３の設定は、間部
への排気ガスの大量流入を招き、２部材表面への酸化ス
ケール生成を助長させるとともに、端部に構成されたフ
ランジ部３１の微小すき間３４からのガス漏れ発生の懸
念もあることより適正値の選択が必要である。

第４図には、例として３種類の材質別によるタービンハ
ウジング軸受部材挿入穴内径ｄ４の変形例を示している
。特性４１は一般的な球状黒鉛化鋳鉄、特性４２は２０
〜３５％Ｎｉを添加した球状黒鉛化鋳鉄、特性４３は２
ＯＮｉ−２５Ｃｒ％の鋳鋼を用いた実験結果を示してい
る。いずれも１０００℃付近の高温下に放置したもので
あるが、材質によりその変形量は大きく異なる。このよ
うな材質の使い分けは内燃機関から排出される排気ガス
の最高温度によることが一般的であるが、挿入穴２の変
形による軸受部材３外径部３３の締め付けを考えると、
特性４１においては前述した初期間隙ｄ４−ｄａが５０
０μ程度必要であるのに対し、特性４３においては同値
が５０μ程度あればよいことになる。従って、初期間隙
ｄ４−ｄａについては使用環境条件及び使用材質によっ
て、その適正値を選択することが重要である。

第５図には、軸受部材３の材質別変形を５例示している
。上記では軸受部材３の変形を無視した上での固着防止
を論じた。しかし、軸受部材３自身の熱変形（高温酸化
も含む）も皆無ではなく、材質によっては固着現象を助
長する程度の変形が十分考えられる。特性５１．５２は
従来技術下で一般的に使用されている焼結材の変形を示
す。特性５３．５４は材料成分が焼結材とほぼ同一材質
の鋼材より削り出した切削品の変形、特性５５は６ＯＮ
ｉの耐熱鋳鋼より削り出した切削品の変形を示している
。従って、同一成分であるとしても製法によっては、そ
の変形状態が大きく異なるため、上記初期間隙ｄ４−ｄ
ａの設定に当っては、軸受部材３の素姓についても十分
な考慮が必要であり、比較的粗な組織を有する焼結材よ
り、一般鋼材及び鋳鋼よりの切削品を使用することが有
利であるといえる。

以上、排気バイパス装置について述べてきたが、複数の
ガス流路を任意に切り換えてタービンの回転制御を実施
する過給機の流路切り換え装置にも適用可能である。

第６図に流路切換式の可変容量ターボの１実施例を示す
。タービンハウジング１には１次ガス通路７１と゛２次
ガス通路７２が設けられ、流路切換装置７３により２次
ガス通路７２を開閉する機能を持つ。この機能によりエ
ンジンより排出される排気ガス量が少ない時は流路切換
装置７３を閉じ排気ガスを１次ガス通路のみに導入し、
高いガス流速でタービンインペラに排気ガスを流入させ
過給効果を高め、排気ガス量が多い時は流路切換装置７
３を開き２次ガス通路にも排気ガスを導入して排気圧力
を下げタービン効率を高めている。

流路切換装置７３にはスイングバルブ式が主に用いられ
ており、排気バイパス装置と同様に弁体７４、ステー部
材７５、回転軸７６を持つ、さらに排気バイパス装置の
回転軸６１がタービン出口部に設けられているのに対し
、流路切換弁の回転軸７６はタービン入口部に設けられ
ており、タービン出口部に比ペタービン入口部では排気
ガス温度が高いことより使用環境条件は排気バイパス装
置よりもさらにきびしくなっている。よって本発明をこ
の流路切換弁装置７３にも適用することにより回転軸７
６の固着防止を図ることが可能である。

〔発明の効果〕

以上本発明によれば、最も熱変形が大きく、かつ、挿入
される軸受部材外径の締め付けに至るハウジング部材の
同挿入穴径と軸受部材外径との間に適正なる初期間隙ｄ
４−ｄ３を与えることによって、経時的な熱変形をこの
初期間隙に吸収させることが可能となり、排気バイパス
弁開閉動作を行なわさせるためのステー部材回転軸部の
軸受部材内径との固着、さらには、過給圧力の異常上昇
による機関の損傷などの不具合発生防止が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施例を示す排気バ
イパス装置の部分断面図、第２図は従来技術及び本発明
の実施例が適用される排気タービン式過給機の外側面図
、第３図は各種実験による各部材別の変形を示す図、第
４図は材質別によるタービンハウジング挿入穴の変形を
示す図、第５図は材質別による軸受部材の変形を示す図
、第６図は他の実施例である流路切り換え装置の構成図
を示す。 １・・・タービンハウジング、２・・・挿入穴、３・・
・軸受部材、３１・・・フランジ部、３２・・・内径部
、３３・・・外径部、４・・・部分溶接、６・・・ステ
ー部材、６１・・・回転軸部、１２・・・ガス通路、１
３・・・バイパス穴、５・・・弁部材、ｄｌ・・・回転
軸外径、ｄｌ・・・軸受部材内径、ｄａ・・・軸受部材
外径、ｄａ・・・挿入穴内径、７１・・・−次ガス通路
、７２・・・二次ガス通路、７３弔 図 第４図 （Ｈト） 第 図 鯰旦晴間 （Ｈｒ） 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、タービンハウジングガス通路に連通しタービン羽根
   車を迂回して外部にガスを流す如く設けられたバイパス
   穴と穴を開閉動作するための弁部材該弁部材を保持し、
   上記ハウジングに固定された軸受部材の内径部を回転動
   作するステー部材、該ステー部材に圧力装置の作動を回
   転動作として与えるためのリンク部材より成る排気ター
   ビン式過給機の排気バイパス装置において、ステー部材
   の回転動作を支持する軸受部材を該軸受部材を挿入する
   ために設けられたハウジングの挿入穴に対し初期間隙を
   設けて支持固定したことを特徴とする排気タービン式過
   給機の排気バイパス装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、タービンハウジン
   グの挿入穴内径と軸受部材外径とによつて構成される間
   隙を０．０５ｍｍ〜０．５０ｍｍの範囲としたことを特
   徴とする排気タービン式過給機の排気バイパス装置。 ３、タービンハウジングに設けられた挿入穴の内径と軸
   受部材外径との間に初期間隙を設けて構成した比較的薄
   肉円筒部を有する軸受部材よりなることを特徴とする排
   気タービン式過給機の排気バイパス装置。 ４、特許請求の範囲第１項において、軸受部材とタービ
   ンハウジングとの支持固定を部分溶接によつて実施した
   ことを特徴とする排気タービン式過給機の排気バイパス
   装置。 ５、軸受部材の挿入穴径と軸受部材外径との間に初期間
   隙を設けて支持固定した軸受部材を有することを特徴と
   する排気ガス流路切換え装置。 ６、鋼材よりの切削加工によつて成形された比較的薄肉
   円筒部を有する軸受部材より成ることを特徴とする排気
   タービン式過給機の排気バイパス装置。 ７、鋳造材よりの切削加工によつて成形された比較的薄
   肉円筒部を有する軸受部材より成ることを特徴とする排
   気タービン式過給機の排気バイパス装置。