JP2009167971A - Housing fastening method and supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、Gカップリング等の締付具によりハウジングを締結するハウジング締結方法及びGカップリング等の締付具によりハウジングを締結した過給機に関し、特に、締付具の締結力の低下を抑制することができるハウジング締結方法及び過給機に関する。 The present invention relates to a housing fastening method in which a housing is fastened by a fastener such as a G coupling and a supercharger in which the housing is fastened by a fastener such as a G coupling. In particular, the fastening force of the fastener is reduced. The present invention relates to a housing fastening method and a supercharger that can be suppressed.
流体を動翼に供給して、流体の運動エネルギーを回転運動に変換して動力を得る回転式原動機は、一般にタービンと呼ばれている。特に、動翼の半径方向から流体を供給して軸方向に排出するタイプをラジアルタービンという。かかるラジアルタービンを利用した装置の一つに車両用過給機がある。ここで、車両用過給機(ターボチャージャー)は、排気ガスの供給によりタービン動翼を回転させるガスタービンと、前記タービン動翼と同軸に連結された羽根車により空気を吸入するコンプレッサと、を備えている。前記コンプレッサにより吸入された空気は、圧縮されてエンジンに供給され、燃料と混合されて燃焼される。燃焼後の排気ガスは、前記ガスタービンに送られて仕事をした後、最終的に大気中に放出される。前記排気ガスを前記タービン動翼に供給する流路は、排気ガスを加速させるために、前記タービン動翼の回転軸周りに渦巻き形状に形成されたスクロール部を有し、前記タービン動翼の半径方向から前記排気ガスを供給するように構成されている。 A rotary prime mover that obtains power by supplying fluid to a moving blade and converting the kinetic energy of the fluid into rotational motion is generally called a turbine. In particular, a type that supplies fluid from the radial direction of the moving blade and discharges it in the axial direction is called a radial turbine. One of the apparatuses using such a radial turbine is a vehicle supercharger. Here, the vehicle supercharger (turbocharger) includes a gas turbine that rotates a turbine blade by supplying exhaust gas, and a compressor that sucks air by an impeller that is coaxially connected to the turbine blade. I have. The air taken in by the compressor is compressed and supplied to the engine, mixed with fuel and burned. The exhaust gas after combustion is sent to the gas turbine for work, and finally discharged into the atmosphere. The flow path for supplying the exhaust gas to the turbine rotor blade has a scroll portion formed in a spiral shape around the rotation axis of the turbine rotor blade to accelerate the exhaust gas, and the radius of the turbine rotor blade The exhaust gas is supplied from the direction.
かかる車両用過給機は、ガスタービンのタービン動翼とコンプレッサの羽根車とを連結する回転軸を有しており、該回転軸はベアリングハウジングにより回転可能に支持されている。そして、タービンハウジングとベアリングハウジングの締結に際し、タービンハウジング及びベアリングハウジングに形成されたフランジ部をGカップリング等の締付具により共締めして締結する場合がある(例えば、特許文献1の図12参照)。
ところが、特許文献1のように、タービンハウジングとベアリングハウジングをGカップリング等の締付具により締結した場合、フランジ部と締付具の線膨張係数が相違するため、過給機の使用時におけるフランジ部及び締付具の熱膨張により、フランジ部と締付具との間に隙間ができてしまい、締付具の締結力が低下してしまう場合があった。また、タービンハウジング内が高温の排気ガスに曝されると、前記フランジ部が熱膨張して前記締付具を変形させてしまい、排気ガスの温度が低温になった場合における締付具の締結力が低下してしまう場合もあった。 However, as in Patent Document 1, when the turbine housing and the bearing housing are fastened by a fastening tool such as a G coupling, the linear expansion coefficients of the flange portion and the fastening tool are different. Due to thermal expansion of the flange portion and the fastener, a gap is formed between the flange portion and the fastener, and the fastening force of the fastener may be reduced. Further, when the inside of the turbine housing is exposed to high-temperature exhaust gas, the flange portion is thermally expanded to deform the fastener, and the fastener is fastened when the temperature of the exhaust gas becomes low. In some cases, the power was reduced.
本発明は上述した問題点に鑑み創案されたものであり、ハウジング構造を工夫することにより、ハウジングが高温状態に曝された場合であってもGカップリング等の締付具の締結力の低下を抑制することができるハウジング締結方法及び過給機を提供することを目的とする。 The present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and by devising the housing structure, the fastening force of a fastener such as a G coupling is reduced even when the housing is exposed to a high temperature state. It is an object of the present invention to provide a housing fastening method and a supercharger capable of suppressing the above-described problem.
本発明によれば、一方のハウジングに形成された凹部に他方のハウジングに形成された凸部を挿入し、前記凹部に形成された段差部により前記凸部の端面を係止させた後、前記凹部及び前記凸部の外周に形成された各フランジ部の外周を締付具により共締めしてハウジングを締結するハウジング締結方法において、前記段差部の係止面の軸方向位置を調整して、前記凹部及び前記凸部の形状を設計することにより、前記締付具の締結力を調整する、ことを特徴とするハウジング締結方法が提供される。 According to the present invention, after inserting the convex portion formed in the other housing into the concave portion formed in one housing and locking the end surface of the convex portion by the step portion formed in the concave portion, In the housing fastening method of fastening the housing by fastening the outer periphery of each flange portion formed on the outer periphery of the concave portion and the convex portion with a fastener, the axial position of the locking surface of the stepped portion is adjusted, A housing fastening method is provided in which the fastening force of the fastener is adjusted by designing the shape of the recess and the protrusion.
前記軸方向位置の調整に際し、前記段差部の係止面の軸方向位置を前記締付具の軸方向投影幅の範囲内に含まれるように設定してもよいし、前記段差部の係止面と前記凸部の端面との間に挟持される薄板の厚さを考慮して前記凸部の形状を設計してもよい。さらに、熱膨張し難い側のハウジングにおけるフランジ部の外径を、熱膨張し易い側のハウジングにおけるフランジ部の外径よりも大きく形成するようにしてもよい。 When adjusting the axial position, the axial position of the locking surface of the stepped portion may be set to be included in the range of the axial projection width of the fastener, or the locking of the stepped portion The shape of the convex portion may be designed in consideration of the thickness of the thin plate sandwiched between the surface and the end surface of the convex portion. Furthermore, you may make it form the outer diameter of the flange part in the housing of the side which is hard to thermally expand larger than the outer diameter of the flange part in the housing of the side which is easy to thermally expand.
また、前記凹部側のフランジ部における前記締付具との接点と前記段差部の係止面との軸方向長さAzと、前記凸部側のフランジ部における前記締付具との接点と前記端面との軸方向長さBzと、前記フランジ部の接点間の軸方向長さCと、前記締付具の接点間の軸方向長さCgと、を規定し、0≦Cg−C≦許容値kを満たすように前記軸方向長さAz,Bzを設計するようにしてもよい。ここで、前記許容値kは、所定の温度において許容できる前記締付具と前記フランジ部の接点の隙間により設定されることが好ましい。具体的には、前記許容値kは、前記締付具の把持部の開度θに対して、0≦k<0.0388/cos(θ/2)の範囲内の数値に設定されることが好ましい。 Further, the axial length Az of the contact with the fastening tool in the flange portion on the concave portion side and the locking surface of the stepped portion, the contact point with the fastening tool on the flange portion on the convex portion side, and the An axial length Bz with the end surface, an axial length C between the contacts of the flange portion, and an axial length Cg between the contacts of the fastener are defined, and 0 ≦ Cg−C ≦ allowable The axial lengths Az and Bz may be designed so as to satisfy the value k. Here, it is preferable that the allowable value k is set by a clearance between the fastening tool and the flange portion that can be allowed at a predetermined temperature. Specifically, the allowable value k is set to a numerical value within the range of 0 ≦ k <0.0388 / cos (θ / 2) with respect to the opening degree θ of the gripping portion of the fastener. Is preferred.
また、本発明によれば、流体の供給により動翼を回転させるタービンと、前記動翼と回転軸を介して連結された羽根車により空気を吸入するコンプレッサと、前記タービンの外形を構成するタービンハウジングと、前記回転軸を回転可能に支持するベアリングハウジングと、を有し、前記タービンハウジングに形成された凹部に前記ベアリングハウジングに形成された凸部を挿入し、前記凹部に形成された段差部により前記凸部の端面を係止させた後、前記凹部及び前記凸部の外周に形成された各フランジ部の外周を締付具により共締めして前記タービンハウジングと前記ベアリングハウジングとを締結した過給機において、前記段差部の係止面の軸方向位置を調整して、前記凹部及び前記凸部の形状を設計することにより、前記締付具の締結力を調整したことを特徴とする過給機が提供される。 Further, according to the present invention, a turbine that rotates a moving blade by supplying fluid, a compressor that sucks air by an impeller connected to the moving blade via a rotating shaft, and a turbine that constitutes the outer shape of the turbine And a stepped portion formed in the concave portion by inserting a convex portion formed in the bearing housing into a concave portion formed in the turbine housing. After locking the end surface of the convex portion by the above, the outer periphery of each flange portion formed on the outer periphery of the concave portion and the convex portion is tightened together with a fastener to fasten the turbine housing and the bearing housing In the turbocharger, by adjusting the axial position of the locking surface of the stepped portion and designing the shape of the concave portion and the convex portion, Supercharger is provided, characterized in that to adjust the force.
前記軸方向位置の調整に際し、前記段差部の係止面の軸方向位置を前記締付具の軸方向投影幅の範囲内に含まれるように設定してもよいし、前記段差部の係止面と前記凸部の端面との間に挟持される薄板の厚さを考慮して前記凸部の形状を設計してもよい。さらに、熱膨張し難い側のベアリングハウジングにおけるフランジ部の外径を、熱膨張し易い側のタービンハウジングにおけるフランジ部の外径よりも大きく形成するようにしてもよい。 When adjusting the axial position, the axial position of the locking surface of the stepped portion may be set to be included in the range of the axial projection width of the fastener, or the locking of the stepped portion The shape of the convex portion may be designed in consideration of the thickness of the thin plate sandwiched between the surface and the end surface of the convex portion. Furthermore, the outer diameter of the flange portion in the bearing housing on the side where thermal expansion is difficult may be formed larger than the outer diameter of the flange portion in the turbine housing on the side where thermal expansion is likely to occur.
また、前記凹部側のフランジ部における前記締付具との接点と前記段差部の係止面との軸方向長さAzと、前記凸部側のフランジ部における前記締付具との接点と前記端面との軸方向長さBzと、前記フランジ部の接点間の軸方向長さCと、前記締付具の接点間の軸方向長さCgと、を規定し、0≦Cg−C≦許容値kを満たすように前記軸方向長さAz,Bzを設計するようにしてもよい。ここで、前記許容値kは、所定の温度において許容できる前記締付具と前記フランジ部の接点の隙間により設定されることが好ましい。具体的には、前記許容値kは、前記締付具の把持部の開度θに対して、0≦k<0.0388/cos(θ/2)の範囲内の数値に設定されることが好ましい。 Further, the axial length Az of the contact with the fastening tool in the flange portion on the concave portion side and the locking surface of the stepped portion, the contact point with the fastening tool on the flange portion on the convex portion side, and the An axial length Bz with the end surface, an axial length C between the contacts of the flange portion, and an axial length Cg between the contacts of the fastener are defined, and 0 ≦ Cg−C ≦ allowable The axial lengths Az and Bz may be designed so as to satisfy the value k. Here, it is preferable that the allowable value k is set by a clearance between the fastening tool and the flange portion that can be allowed at a predetermined temperature. Specifically, the allowable value k is set to a numerical value within the range of 0 ≦ k <0.0388 / cos (θ / 2) with respect to the opening degree θ of the gripping portion of the fastener. Is preferred.
上述した本発明のハウジング締結方法及び過給機は、本発明者がGカップリング等の締付具により締結したハウジングにおける熱膨張による締結力の低下について鋭意研究した結果、段差部の係止面の軸方向位置と締付具の締結力との間に関係性があることを見出して創案された発明である。すなわち、段差部の係止面の軸方向位置を調整することにより、フランジ部及び締付具の熱膨張の全容を逐次解明せずに締付具の締結力の低下を抑制することができる。例えば、段差部の係止面の軸方向位置を従来設定されている位置よりも端部寄りに設定する(凹部の深さを浅くする)ことにより、ハウジングの内部が高温(例えば、約1000℃)に曝される場合であっても、熱膨張による締付具の締結力の低下を抑制することができる。特に、段差部の係止面の軸方向位置を締付具の軸方向投影幅の範囲内に含まれるように設定すると効果的である。また、段差部の係止面と凸部の端面との間にスペーサや隣接するハウジングの遮熱板等が挟持される場合には、その板厚を考慮すれば、より効果的に熱膨張による締付具の締結力の低下を抑制することができる。さらに、締結されるハウジングの熱膨張の度合いが異なるような場合には、熱膨張し難い側の外径を熱膨張し易い側の外径よりも大きくすることにより、高温状態におけるフランジ部の位置を軸方向に略平行にすることができ、段差部の係止面の軸方向位置を調整し易くすることができる。 The above-described housing fastening method and supercharger according to the present invention are the result of intensive research on the decrease in fastening force due to thermal expansion in the housing fastened by the inventor with a fastener such as a G coupling. It is an invention that was invented by finding that there is a relationship between the axial position of the fastener and the fastening force of the fastener. That is, by adjusting the axial position of the locking surface of the stepped portion, it is possible to suppress a decrease in the fastening force of the fastener without sequentially elucidating the entire thermal expansion of the flange portion and the fastener. For example, by setting the axial position of the locking surface of the stepped portion closer to the end than the conventionally set position (decreasing the depth of the recess), the interior of the housing is heated to a high temperature (for example, about 1000 ° C. ), It is possible to suppress a decrease in fastening force of the fastener due to thermal expansion. In particular, it is effective to set the axial position of the locking surface of the stepped portion so as to be included in the range of the axial projection width of the fastener. In addition, when a spacer or a heat shield plate of an adjacent housing is sandwiched between the locking surface of the stepped portion and the end surface of the convex portion, if the plate thickness is taken into consideration, it is more effectively caused by thermal expansion. A decrease in the fastening force of the fastener can be suppressed. Furthermore, when the degree of thermal expansion of the housing to be fastened is different, the outer diameter of the side that is difficult to thermally expand is made larger than the outer diameter of the side that is likely to be thermally expanded, so that the position of the flange portion in the high temperature state Can be made substantially parallel to the axial direction, and the axial position of the locking surface of the stepped portion can be easily adjusted.
また、凹部側の軸方向長さAzと凸部側の軸方向長さBzを所定の条件で設定することにより、締付具を使用するハウジングに応じて締付具の締結力の低下を抑制することができる。また、前記許容値kを0≦k<0.0388/cos(θ/2)の範囲内の数値に設定することにより、ハウジングの内部が高温(例えば、約1000℃)に曝された場合に、従来の過給機よりも高温状態における締付具の締結力の低下を抑制することができる。 Also, by setting the axial length Az on the concave side and the axial length Bz on the convex side under predetermined conditions, it is possible to suppress a decrease in the fastening force of the fastening tool depending on the housing in which the fastening tool is used. can do. Further, when the allowable value k is set to a value within the range of 0 ≦ k <0.0388 / cos (θ / 2), the inside of the housing is exposed to a high temperature (for example, about 1000 ° C.). And the fall of the fastening force of the fastener in a high temperature state can be suppressed rather than the conventional supercharger.
以下、本発明の実施形態について図1〜図5を用いて説明する。ここで、図1は、本発明に係る過給機を示す図であり、(A)は側面断面図、(B)はGカップリングの正面図である。また、図2は、図1(A)におけるII部の拡大図であり、(A)は本発明、(B)は従来技術を示している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 1 is a figure which shows the supercharger which concerns on this invention, (A) is side sectional drawing, (B) is a front view of G coupling. FIG. 2 is an enlarged view of a portion II in FIG. 1A, where FIG. 2A shows the present invention and FIG. 2B shows the prior art.
図1(A)に示した本発明の過給機は、流体の供給により動翼1aを回転させるタービン1と、動翼1aと回転軸3aを介して連結された羽根車2aにより空気を吸入するコンプレッサ2と、タービン1の外形を構成するタービンハウジング1bと、回転軸3aを回転可能に支持するベアリングハウジング3と、を有し、タービンハウジング1bに形成された凹部1cにベアリングハウジング3に形成された凸部3bを挿入し、凹部1cに形成された段差部1dにより凸部3bの端面3cを係止させた後、凹部1c及び凸部3bの外周に形成された各フランジ部1e,3dの外周をGカップリング4により共締めしてタービンハウジング1bとベアリングハウジング3とを締結した過給機であり、段差部1dの係止面の軸方向位置を調整して、凹部1c及び凸部3bの形状を設計したものである。なお、図1(A)に示した過給機は、タービン1のスクロール部1fを多室に形成したものであるが、本発明は係る構成に限定されるものではなく、単室のスクロール部を有する過給機であってもよいし、スクロール部1fと動翼1aとの間に流量を調整する可変ノズルが配置された過給機であってもよい。また、コンプレッサハウジング2bとベアリングハウジング3とは、周方向に配置された複数のボルト2cにより締結されることが多い。 The supercharger of the present invention shown in FIG. 1 (A) sucks air by a turbine 1 that rotates a moving blade 1a by supplying fluid and an impeller 2a that is connected to the moving blade 1a via a rotating shaft 3a. A compressor housing 2, a turbine housing 1 b that forms the outer shape of the turbine 1, and a bearing housing 3 that rotatably supports the rotating shaft 3 a, and is formed in the bearing housing 3 in a recess 1 c formed in the turbine housing 1 b. After inserting the projected portion 3b and engaging the end surface 3c of the projected portion 3b with the stepped portion 1d formed in the recessed portion 1c, the flange portions 1e and 3d formed on the outer periphery of the recessed portion 1c and the projected portion 3b. Is a turbocharger in which the turbine housing 1b and the bearing housing 3 are fastened together with the G coupling 4 and the axial position of the locking surface of the stepped portion 1d is adjusted. It is obtained by designing the shape of the recess 1c and the convex portion 3b. In addition, although the supercharger shown in FIG. 1 (A) forms the scroll part 1f of the turbine 1 in multiple chambers, this invention is not limited to the structure which concerns, A scroll part of a single chamber Or a turbocharger in which a variable nozzle for adjusting the flow rate is arranged between the scroll portion 1f and the moving blade 1a. Further, the compressor housing 2b and the bearing housing 3 are often fastened by a plurality of bolts 2c arranged in the circumferential direction.
図1(A)に示した過給機において、段差部1dの係止面の軸方向位置は、例えば、図2(A)に示したように、段差部1dの係止面の軸方向位置をGカップリング4の軸方向投影幅Zgの範囲内に含まれるように設定される。ここで、タービンハウジング1bのフランジ部1eの端面と段差部1dの係止面における軸方向幅をZaとすれば、フランジ部1eとフランジ部3dの軸方向幅が略等しいことを前提に、Za≦0.5Zgの関係を有している。一方、図2(B)に示した従来技術の場合には、段差部1dの係止面の軸方向位置は、Gカップリング4の軸方向投影幅Zgの範囲外に設定されている。すなわち、Za>0.5Zgの関係を有している。この図2(B)に示した形状では、タービンハウジング1bの内部が高温(例えば、約1000℃)に曝された場合、各部材の熱膨張によって、Gカップリング4とフランジ部3dとの間に隙間ができて締結力が低下したり、フランジ部1e,3dがGカップリング4を押し広げて変形させてしまったりしてしまう。かかる問題点について、本発明者が鋭意研究した結果、段差部1dの係止面の軸方向位置とGカップリング4の締結力との間に関係性があることを見出した。そこで、本発明では、段差部1dの係止面の軸方向位置を、従来技術よりもフランジ部1eの端部寄りに設定することにより、上述した問題点の解決を図っている。言い換えれば、本発明の過給機は、凹部1cの深さ(=Za)を従来技術よりも浅く設定したものである。 In the supercharger shown in FIG. 1 (A), the axial position of the locking surface of the stepped portion 1d is, for example, the axial position of the locking surface of the stepped portion 1d as shown in FIG. 2 (A). Is included in the range of the axial projection width Zg of the G coupling 4. Here, assuming that the axial width of the end surface of the flange portion 1e of the turbine housing 1b and the locking surface of the step portion 1d is Za, the axial width of the flange portion 1e and the flange portion 3d is assumed to be substantially equal. ≦ 0.5 Zg. On the other hand, in the case of the prior art shown in FIG. 2B, the axial position of the locking surface of the stepped portion 1d is set outside the range of the axial projection width Zg of the G coupling 4. That is, there is a relationship of Za> 0.5Zg. In the shape shown in FIG. 2B, when the inside of the turbine housing 1b is exposed to a high temperature (for example, about 1000 ° C.), the thermal expansion of each member causes a gap between the G coupling 4 and the flange portion 3d. As a result, a gap is formed and the fastening force is reduced, or the flange portions 1e, 3d push the G coupling 4 to be deformed. As a result of intensive studies by the inventor on such problems, it has been found that there is a relationship between the axial position of the locking surface of the stepped portion 1d and the fastening force of the G coupling 4. Therefore, in the present invention, the above-described problem is solved by setting the axial position of the locking surface of the stepped portion 1d closer to the end of the flange portion 1e than in the prior art. In other words, the supercharger of the present invention is such that the depth (= Za) of the recess 1c is set shallower than that of the prior art.
前記Gカップリング4は締付具の一種であり、図1(B)に示したように、一対の半円弧部4a,4aと、各半円弧部4aの同じ側の端部に形成されたフランジ部4b,4bと、各半円弧部4aの反対側の端部に形成された折返部4c,4cと、フランジ部4bに挿通されるボルト・ナット等の締結具4dと、折返部4c,4cを拘束する環状リング4eと、により構成されている。また、半円弧部4aの断面は、図2(A)に示すように、ハ字状に配置された傾斜面を有している。さらに、タービンハウジング1bのフランジ部1e及びベアリングハウジング3のフランジ部3dは、Gカップリング4の傾斜面と接触するようにテーパ状に形成されている。このGカップリング4の傾斜面とフランジ部1e,3dのテーパ面とは、図2(A)に示した断面図では点接触しており、図1(B)に示した各半円弧部4aに沿って線接触している。そして、Gカップリング4の傾斜面の間にタービンハウジング1bのフランジ部1e及びベアリングハウジング3のフランジ部3dを挟み込んで締結具4dを締め付けることによって、タービンハウジング1bとベアリングハウジング3を締結している。なお、Gカップリング4は、Vバンドカップリングと称されることもある。 The G coupling 4 is a kind of fastener and is formed at a pair of semicircular arc portions 4a and 4a and end portions on the same side of the semicircular arc portions 4a as shown in FIG. Flange portions 4b, 4b, folded portions 4c, 4c formed at opposite ends of the semicircular arc portions 4a, fasteners 4d such as bolts and nuts inserted through the flange portions 4b, and folded portions 4c, And an annular ring 4e for restraining 4c. Moreover, the cross section of the semicircular arc part 4a has the inclined surface arrange | positioned in C shape, as shown to FIG. 2 (A). Further, the flange portion 1 e of the turbine housing 1 b and the flange portion 3 d of the bearing housing 3 are formed in a tapered shape so as to come into contact with the inclined surface of the G coupling 4. The inclined surface of the G coupling 4 and the tapered surfaces of the flange portions 1e and 3d are in point contact in the cross-sectional view shown in FIG. 2A, and each semicircular arc portion 4a shown in FIG. Is in line contact. The turbine housing 1b and the bearing housing 3 are fastened by sandwiching the flange portion 1e of the turbine housing 1b and the flange portion 3d of the bearing housing 3 between the inclined surfaces of the G coupling 4 and tightening the fastener 4d. . The G coupling 4 may also be referred to as V band coupling.
また、図1(A)及び図2(A)に示すように、タービンハウジング1bの段差部1dの係止面とベアリングハウジング3の凸部3bの端面3cとの間には、薄板を筒状に形成した遮熱板5の端部を噛み込ませて挟持するようにしている。かかる遮熱板5は、ベアリングハウジング3をタービンハウジング1bにより送流される高温の排気ガスから保護する部材である。かかる構成そのものは、図2(B)に示したように、従来技術と変わるものではないが、本発明では段差部1dの係止面の軸方向位置をフランジ部1eの端部寄りにずらしたことにより、遮熱板5の軸方向長さが従来技術のものより長く設定されている。このようにタービンハウジング1bの段差部1dの係止面とベアリングハウジング3の凸部3bの端面3cとにより、遮熱板5を挟持するようにする場合には、この板厚を考慮して凸部3bの形状を設計する必要がある。なお、かかる遮熱板5は必須の構成要素ではなく、かかる遮熱板5の替わりにシール部材を構成する薄板を環状に形成したスペーサを挟持するようにしてもよいし、タービンハウジング1bの段差部1dの係止面とベアリングハウジング3の凸部3bの端面3cとを直に接触させてもよい。 Further, as shown in FIGS. 1A and 2A, a thin plate is formed in a cylindrical shape between the locking surface of the stepped portion 1d of the turbine housing 1b and the end surface 3c of the convex portion 3b of the bearing housing 3. The end portions of the heat shield plate 5 formed in the above are bitten and pinched. The heat shield plate 5 is a member that protects the bearing housing 3 from high-temperature exhaust gas fed by the turbine housing 1b. As shown in FIG. 2B, this configuration itself is not different from the prior art, but in the present invention, the axial position of the locking surface of the stepped portion 1d is shifted closer to the end of the flange portion 1e. Accordingly, the axial length of the heat shield plate 5 is set longer than that of the prior art. As described above, when the heat shield plate 5 is sandwiched between the engaging surface of the stepped portion 1d of the turbine housing 1b and the end surface 3c of the convex portion 3b of the bearing housing 3, the thickness of the heat shield plate 5 is taken into consideration. It is necessary to design the shape of the portion 3b. Note that the heat shield plate 5 is not an essential component, and instead of the heat shield plate 5, a spacer in which a thin plate constituting a seal member is formed in an annular shape may be sandwiched, or the step of the turbine housing 1 b may be sandwiched. The locking surface of the portion 1d and the end surface 3c of the convex portion 3b of the bearing housing 3 may be brought into direct contact.
次に、本発明に係るハウジング締結方法の一実施形態について詳細に説明する。ここで、図3は、本発明に係るハウジング締結方法の一実施形態の説明に必要な寸法を定義する説明図である。また、図4は、許容値kの設定方法を示す説明図あり、(A)は常温状態の拡大図、(B)は高温状態の拡大図、(C)はGカップリングとフランジ部の隙間と許容値kの関係を示す図である。 Next, an embodiment of the housing fastening method according to the present invention will be described in detail. Here, FIG. 3 is explanatory drawing which defines the dimension required for description of one Embodiment of the housing fastening method which concerns on this invention. 4A and 4B are explanatory views showing a method for setting the allowable value k, where FIG. 4A is an enlarged view at normal temperature, FIG. 4B is an enlarged view at high temperature, and FIG. 4C is a gap between the G coupling and the flange portion. And a permissible value k.
図3に示すように、各部品の寸法を定義する。
Pa:タービンハウジング1bにおけるGカップリング4との接点。
Az:タービンハウジング1bにおける段差部1dの係止面と接点Paとの軸方向長さ。
Ar:タービンハウジング1bにおける接点Paの径方向長さ(軸Zからの長さ)。
Pb:ベアリングハウジング3におけるGカップリング4との接点。
Bz:ベアリングハウジング3における凸部3bの端面3cと接点Pbとの軸方向長さ。
Br:ベアリングハウジング3における接点Pbの径方向長さ(軸Zからの長さ)。
θ:Gカップリング4の開度。
t:遮熱板5の板厚。
C:接点Pa,Pb間の軸方向長さ。
As shown in FIG. 3, the dimensions of each part are defined.
Pa: Contact point with the G coupling 4 in the turbine housing 1b.
Az: A length in the axial direction between the locking surface of the step portion 1d and the contact point Pa in the turbine housing 1b.
Ar: The radial length of the contact point Pa in the turbine housing 1b (length from the axis Z).
Pb: Contact point with the G coupling 4 in the bearing housing 3.
Bz: A length in the axial direction between the end surface 3c of the convex portion 3b and the contact Pb in the bearing housing 3.
Br: Length in the radial direction of the contact Pb in the bearing housing 3 (length from the axis Z).
θ: Opening degree of G coupling 4.
t: The thickness of the heat shield 5.
C: Length in the axial direction between the contacts Pa and Pb.
また、各部品における高温時の線膨張係数及び常温との温度差を次のように定義する。α:タービンハウジング1bの高温時における線膨張係数。
β:ベアリングハウジング3の高温時における線膨張係数。
γ:Gカップリング4の高温時における線膨張係数。
ε:遮熱板5の高温時における線膨張係数。
ΔTa:タービンハウジング1bの高温時における常温との温度差。
ΔTb:ベアリングハウジング3の高温時における常温との温度差。
ΔTg:Gカップリング4の高温時における常温との温度差。
ΔTs:遮熱板5の高温時における常温との温度差。
Moreover, the linear expansion coefficient at the time of high temperature in each part and the temperature difference with normal temperature are defined as follows. α: Linear expansion coefficient of the turbine housing 1b at a high temperature.
β: Linear expansion coefficient of the bearing housing 3 at a high temperature.
γ: Linear expansion coefficient of the G coupling 4 at a high temperature.
ε: coefficient of linear expansion of the heat shield 5 at a high temperature.
ΔTa: Temperature difference from normal temperature when the turbine housing 1b is at a high temperature.
ΔTb: temperature difference from the normal temperature when the bearing housing 3 is at a high temperature.
ΔTg: temperature difference from normal temperature when the G coupling 4 is at a high temperature.
ΔTs: temperature difference from the normal temperature when the heat shield 5 is at a high temperature.
また、図4(A)に示すように、常温状態では、タービンハウジング1bのフランジ部1eとベアリングハウジング3のフランジ部3dとは、それぞれ接点Pa,PbによりGカップリング4と接触している。一般に、フランジ部1e,3d間は、若干の隙間Δpが空いており、ここでは誇張した状態を図示している。この隙間Δpが存在することにより、タービンハウジング1bの内部が高温(例えば、約1000℃)に曝された場合、図4(B)に示すように、各部品の熱膨張によりベアリングハウジング3のフランジ部3dとGカップリング4との間に隙間Δgが形成されてしまうことが本発明者の研究により確認されている。例えば、図2(B)に示した従来技術において、タービン1に供給される排気ガス温度が1050℃の場合には、0.0388mmの隙間Δgが形成される。この程度の隙間であっても、Gカップリング4の締結力の低下を招くことになる。したがって、本発明では、タービン1に供給される排気ガス温度が1050℃の場合に、少なくともこの従来技術の隙間Δg(=0.0388mm)よりも小さくする必要がある。 Further, as shown in FIG. 4A, in the normal temperature state, the flange portion 1e of the turbine housing 1b and the flange portion 3d of the bearing housing 3 are in contact with the G coupling 4 through the contact points Pa and Pb, respectively. In general, there is a slight gap Δp between the flange portions 1e and 3d, and an exaggerated state is illustrated here. When the inside of the turbine housing 1b is exposed to a high temperature (for example, about 1000 ° C.) due to the existence of the gap Δp, the flange of the bearing housing 3 is caused by the thermal expansion of each component as shown in FIG. The inventor's research has confirmed that a gap Δg is formed between the portion 3d and the G coupling 4. For example, in the prior art shown in FIG. 2B, when the temperature of the exhaust gas supplied to the turbine 1 is 1050 ° C., a gap Δg of 0.0388 mm is formed. Even in such a gap, the fastening force of the G coupling 4 is reduced. Therefore, in the present invention, when the temperature of the exhaust gas supplied to the turbine 1 is 1050 ° C., it is necessary to make it at least smaller than the gap Δg (= 0.0388 mm) of this prior art.
ここで、常温状態において接点Pbに対応していたGカップリング4側の接点をPgとすれば、高温状態におけるGカップリング4の接点Pa,Pg間の軸方向長さCgは、フランジ部1e,3d側の接点Pa,Pb間の軸方向長さCよりも長くなる。この差分(Cg−C)をΔCとする。ここで、図4(C)に示した図から、ΔCとΔgの関係を求めれば、ΔC=Δg/cos(θ/2)となる。上述したようにΔgは、少なくともΔg<0.0388mmであることが必要であるため、差分ΔCは、ΔC<0.0388/cos(θ/2)mmであることが必要である。この差分ΔCの許容できる数値が許容値kとして設定される。すなわち、タービン1に供給される排気ガス温度が1050℃の場合における従来技術のGカップリング4よりも僅かでも締結力を向上させるためには、許容値kは、0≦k<0.0388/cos(θ/2)(単位はmm)の範囲内の数値として定義することができる。また、本発明においてGカップリング4の締結力の低下を効果的に抑制する場合には、隙間Δgは0.002mm程度にすることが好ましい。この場合、許容値kは、0≦k≦0.002/cos(θ/2)(単位はmm)の範囲内の数値として定義することができる。また、標準的なGカップリング4を用いた場合の許容値kを数値で定義すれば、0≦k≦0.0016(単位はmm)と定義することもできる。 Here, if the contact on the G coupling 4 side corresponding to the contact Pb in the normal temperature state is Pg, the axial length Cg between the contacts Pa and Pg of the G coupling 4 in the high temperature state is the flange portion 1e. , Longer than the axial length C between the contact points Pa and Pb on the 3d side. This difference (Cg−C) is assumed to be ΔC. Here, if the relationship between ΔC and Δg is obtained from the diagram shown in FIG. 4C, ΔC = Δg / cos (θ / 2). As described above, Δg needs to satisfy at least Δg <0.0388 mm, and thus the difference ΔC needs to satisfy ΔC <0.0388 / cos (θ / 2) mm. An allowable value of the difference ΔC is set as the allowable value k. That is, in order to improve the fastening force even slightly compared with the conventional G coupling 4 when the exhaust gas temperature supplied to the turbine 1 is 1050 ° C., the allowable value k is 0 ≦ k <0.0388 / It can be defined as a numerical value within the range of cos (θ / 2) (unit is mm). Further, in the present invention, in order to effectively suppress a decrease in the fastening force of the G coupling 4, the gap Δg is preferably about 0.002 mm. In this case, the allowable value k can be defined as a numerical value within a range of 0 ≦ k ≦ 0.002 / cos (θ / 2) (unit is mm). Further, if the allowable value k when the standard G coupling 4 is used is defined by a numerical value, it can be defined as 0 ≦ k ≦ 0.0016 (unit: mm).
また、上述した定義から、高温状態における接点Pa,Pb間の軸方向長さCを算出すれば、C={t(1+εΔTs)+Bz(1+βΔTb)}−Az(1+αΔTa)・・・(1)と表記することができる。また、高温状態における接点Pa,Pg間の軸方向長さCgは、Cg=(t+Bz−Az)(1+γΔTg)−{Ar(1+αΔTa)−(Ar+Br)(1+γΔTg)+Br(1+βΔTb)}tan(θ/2)・・・(2)と表記される。したがって、許容値kが設定されれば、0≦ΔC≦k・・・(3)の関係を満たすように、タービンハウジング1bにおける段差部1dの係止面と接点Paとの軸方向長さAzと、ベアリングハウジング3における凸部3bの端面3cと接点Pbとの軸方向長さBzを求めることができる。すなわち、本実施形態においては、上式(1)(2)(3)を用いることで、板厚t(薄板の厚さ)を考慮して、凸部3bの形状に関するパラメータ(軸方向長さBz、径方向長さBr、開度θ等)を決めることができ、ひいては、板厚tを考慮した凸部3bの形状の設計を行うことができる。 From the above definition, if the axial length C between the contacts Pa and Pb in the high temperature state is calculated, C = {t (1 + εΔTs) + Bz (1 + βΔTb)} − Az (1 + αΔTa) (1) Can be written. The axial length Cg between the contacts Pa and Pg in a high temperature state is Cg = (t + Bz−Az) (1 + γΔTg) − {Ar (1 + αΔTa) − (Ar + Br) (1 + γΔTg) + Br (1 + βΔTb)} tan (θ / 2) It is written as (2). Therefore, when the allowable value k is set, the axial length Az between the locking surface of the stepped portion 1d and the contact Pa in the turbine housing 1b so as to satisfy the relationship of 0 ≦ ΔC ≦ k (3). And the axial direction length Bz of the end surface 3c of the convex part 3b in the bearing housing 3 and the contact Pb can be calculated | required. That is, in the present embodiment, by using the above formulas (1), (2), and (3), a parameter (axial length) regarding the shape of the convex portion 3b in consideration of the plate thickness t (thickness of the thin plate). Bz, radial length Br, opening degree θ, etc.) can be determined, and consequently the shape of the convex portion 3b can be designed in consideration of the plate thickness t.
上述したハウジング締結方法により凹部側の軸方向長さAz及び凸部側の軸方向長さBzを設定することにより、過給機の型式や容量に関係なく、Gカップリング4の締結力の低下を抑制することができる。また、Gカップリング4を用いてハウジングを締結するものであれば、過給機以外の製品(例えば、ウエストゲート弁、エキゾーストマニホールド、マフラー等)にも適用することができる。 By setting the axial length Az on the concave side and the axial length Bz on the convex side by the housing fastening method described above, the fastening force of the G coupling 4 is reduced regardless of the type and capacity of the supercharger. Can be suppressed. Further, as long as the housing is fastened by using the G coupling 4, it can be applied to products other than the supercharger (for example, a wastegate valve, an exhaust manifold, a muffler, etc.).
続いて、本発明に係るハウジング締結方法の他の実施形態について、図5を参照しつつ説明する。ここで、図5は、本発明に係るハウジング締結方法の他の実施形態を示す締結部の側面断面図であり、(A)は一方のフランジ部を拡径した場合、(B)は遮熱板を有しない場合を示している。なお、図2(A)に示した構成部品と同じ部分には同じ符号を付して重複した説明を省略する。 Next, another embodiment of the housing fastening method according to the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 5 is a side cross-sectional view of a fastening portion showing another embodiment of the housing fastening method according to the present invention. FIG. 5A shows a case where one flange portion is enlarged, and FIG. The case where it does not have a board is shown. Note that the same parts as those shown in FIG. 2A are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図5(A)に示した実施形態では、ベアリングハウジング3のフランジ部3dの外径(半径)をタービンハウジング1bのフランジ部1eの外径(半径)よりもΔhだけ拡径している。これは、ベアリングハウジング3よりもタービンハウジング1bの方が高温状態となるため熱膨張し易いことを考慮したものである。すなわち、熱膨張の差により接点Paと接点Pbとが径方向にずれが生じることを考慮して、高温状態において接点Paと接点pbとが軸方向と略平行になるようにしたものである。この場合には、上述した接点Pa,Pb間の軸方向長さC及び接点Pa,Pg間の軸方向長さCgの計算式をそのまま適用することができる。仮に、図5(A)に示したハウジング締結方法を採用しない場合であっても、接点Paと接点pbを結ぶ線分と軸方向とのなす角度を考慮して容易に接点Pa,Pb間の軸方向長さCを算出することができる。 In the embodiment shown in FIG. 5A, the outer diameter (radius) of the flange portion 3d of the bearing housing 3 is expanded by Δh than the outer diameter (radius) of the flange portion 1e of the turbine housing 1b. This is because the turbine housing 1b is in a higher temperature state than the bearing housing 3 and thus is likely to thermally expand. That is, considering that the contact Pa and the contact Pb are displaced in the radial direction due to the difference in thermal expansion, the contact Pa and the contact pb are made substantially parallel to the axial direction in a high temperature state. In this case, the calculation formulas for the axial length C between the contacts Pa and Pb and the axial length Cg between the contacts Pa and Pg can be applied as they are. Even if the housing fastening method shown in FIG. 5 (A) is not adopted, the angle between the line segment connecting the contact Pa and the contact pb and the axial direction can be easily considered between the contacts Pa and Pb. An axial length C can be calculated.
図5(B)に示した実施形態では、タービンハウジング1bの凹部1cにおける段差部1dの係止面と、ベアリングハウジング3の凸部3bにおける端面3cとを直に接触させている。すなわち、図2(A)に示した遮熱板5が必要ない場合である。これは、過給機の型式によっては遮熱板5が必要ない場合を考慮したものである。この場合、上述した接点Pa,Pb間の軸方向長さC及び接点Pa,Pg間の軸方向長さCgの計算式から遮熱板5に関する変数(t,ε,ΔTs)を除外すれば、各軸方向長さC,Cgを容易に算出することができる。なお、段差部1dの係止面と凸部3bの端面3cとの間に、遮熱板5に替えてスペーサやシール部材を挟持させる場合には、かかる挟持部材の板厚や線膨張係数等を用いて各軸方向長さC,Cgを算出すればよい。 In the embodiment shown in FIG. 5B, the locking surface of the step portion 1d in the recess 1c of the turbine housing 1b and the end surface 3c of the projection 3b of the bearing housing 3 are in direct contact with each other. That is, this is a case where the heat shield plate 5 shown in FIG. This considers the case where the heat shield 5 is not required depending on the type of the supercharger. In this case, if the variables (t, ε, ΔTs) relating to the heat shield plate 5 are excluded from the calculation formulas of the axial length C between the contacts Pa and Pb and the axial length Cg between the contacts Pa and Pg, The axial lengths C and Cg can be easily calculated. When a spacer or a seal member is sandwiched between the locking surface of the stepped portion 1d and the end surface 3c of the convex portion 3b in place of the heat shield plate 5, the plate thickness, linear expansion coefficient, etc. of the sandwiching member The axial lengths C and Cg may be calculated using
本発明は上述した実施形態に限定されず、例えば、Gカップリング以外の締付具にも適用することができる等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention, for example, it can be applied to a fastening tool other than the G coupling. is there.
1 タービン
1a 動翼
1b タービンハウジング
1c 凹部
1d 段差部
1e フランジ部
1f スクロール部
2 コンプレッサ
2a 羽根車
3 ベアリングハウジング
3a 回転軸
3b 凸部
3c 端面
3d フランジ部
4 Gカップリング(締付具)
4a 半円弧部
4b フランジ部
4c 折返部
4d 締結具
4e 環状リング
5 遮熱板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbine 1a Rotor blade 1b Turbine housing 1c Recessed part 1d Step part 1e Flange part 1f Scroll part 2 Compressor 2a Impeller 3 Bearing housing 3a Rotating shaft 3b Convex part 3c End surface 3d Flange part 4 G coupling (clamp)
4a Semicircular arc part 4b Flange part 4c Folding part 4d Fastener 4e Annular ring 5 Heat shield
Claims (8)
前記段差部の係止面の軸方向位置を調整して、前記凹部及び前記凸部の形状を設計することにより、前記締付具の締結力を調整する、ことを特徴とするハウジング締結方法。 After inserting the convex part formed in the other housing into the concave part formed in one housing and locking the end surface of the convex part by the step part formed in the concave part, the concave part and the convex part In the housing fastening method of fastening the housing by fastening together the outer circumference of each flange portion formed on the outer circumference with a fastener,
A housing fastening method, wherein the fastening force of the fastening tool is adjusted by adjusting the axial position of the locking surface of the stepped portion and designing the shape of the concave portion and the convex portion.
請求項1〜請求項7のいずれかに記載のハウジング締結方法により、前記ベアリングハウジングと前記タービンハウジングとを前記締付具により締結した、ことを特徴とする過給機。 A turbine that rotates a moving blade by supplying fluid, a compressor that sucks air by an impeller connected to the moving blade via a rotating shaft, a turbine housing that forms an outer shape of the turbine, and a rotating shaft A bearing housing that supports the bearing housing, and a convex portion formed in the bearing housing is inserted into a concave portion formed in the turbine housing, and an end surface of the convex portion is engaged by a step portion formed in the concave portion. After stopping, in the supercharger in which the outer periphery of each flange portion formed on the outer periphery of the concave portion and the convex portion is fastened together with a fastener to fasten the turbine housing and the bearing housing,
A supercharger, wherein the bearing housing and the turbine housing are fastened by the fasteners according to the housing fastening method according to any one of claims 1 to 7.
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