JP2009174358A - Supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の出力増大、燃焼効率の向上の為設けられる過給機に関するものである。 The present invention relates to a supercharger provided for increasing the output of an internal combustion engine and improving combustion efficiency.
内燃機関の出力増大、燃焼効率の向上の為、過給機が設けられ、該過給機は、排気ガスのエネルギを利用して駆動されるタービンと、該タービンと同軸に設けられ圧縮した空気を内燃機関に給気するコンプレッサとを有する。 In order to increase the output of the internal combustion engine and improve the combustion efficiency, a supercharger is provided. The supercharger is a turbine driven using the energy of exhaust gas, and a compressed air provided coaxially with the turbine. And a compressor for supplying air to the internal combustion engine.
内燃機関の一層の出力増大、燃焼効率の向上の為、過給機に対してより高い圧力比が要求されるが、過給機の構造上から得られる圧力比には限界があった。 In order to further increase the output of the internal combustion engine and improve the combustion efficiency, a higher pressure ratio is required for the supercharger, but there is a limit to the pressure ratio obtained from the structure of the supercharger.
図8に於いて、従来の過給機について説明する。 A conventional supercharger will be described with reference to FIG.
過給機1は、回転軸2を共有するタービン3とコンプレッサ4によって構成されている。
The
前記回転軸2は軸受ハウジング5に軸受6を介して回転自在に支持され、前記回転軸2の一端にはタービン翼車7が設けられ、他端には例えばアルミ合金製のコンプレッサ翼車8が設けられている。
The
前記回転軸2と前記タービン翼車7とは一体物であり、又前記回転軸2の他端部が前記コンプレッサ翼車8を貫通している。前記回転軸2の他端部の突出する部分には螺子部9が形成され、該螺子部9にナット11が螺着され、該ナット11が締付けられることで前記コンプレッサ翼車8が前記回転軸2に固着される。
The rotating
前記タービン翼車7は前記軸受ハウジング5に取付けられたタービンハウジング12に収納され、前記コンプレッサ翼車8は前記軸受ハウジング5に取付けられたコンプレッサハウジング13に収納されている。
The
前記タービン翼車7、前記タービンハウジング12等によって前記タービン3が構成され、前記コンプレッサ翼車8、前記コンプレッサハウジング13等によって前記コンプレッサ4が構成される。
The
前記タービンハウジング12は排気ガス流入口14、排気ガス流出口15を有し、前記排気ガス流入口14には内燃機関からの排気ガスが流入し、前記排気ガス流出口15からは排気エネルギによって前記タービン翼車7を回転した後の排気ガスが排気される。
The
前記コンプレッサハウジング13は、吸入口16、吐出口17を有し、前記コンプレッサ翼車8が前記回転軸2を介して前記タービン翼車7により回転されることで、前記吸入口16より吸入した空気を圧縮し、前記吐出口17より圧縮空気を内燃機関に給気する。
The
前記コンプレッサ4から給気する空気の圧力比を高くすることで、内燃機関の出力増大、燃焼効率の向上が図れる。又、圧力比を高くする為には、前記コンプレッサ翼車8をより高速で回転させる必要がある。
By increasing the pressure ratio of the air supplied from the
ところが、前記コンプレッサ翼車8が高速で回転すると、該コンプレッサ翼車8には大きな遠心力が作用する。特に、前記コンプレッサ翼車8の前記回転軸2が貫通する孔の前記コンプレッサ翼車8の最大径部位置Mに該当する個所には遠心力に起因する大きな応力が発生する。
However, when the
図7は、前記コンプレッサ翼車8を回転させた場合に該コンプレッサ翼車8のディスク部8aに発生する最大応力との比の分布を示したものであり、前記回転軸2が貫通する孔8cの前記コンプレッサ翼車8の最大径部8dに該当する個所の応力が最大となっていることが分かる。
FIG. 7 shows the distribution of the ratio with the maximum stress generated in the disk portion 8a of the
この為、前記コンプレッサ翼車8の回転数は、前記最大径部8dに発生する応力が許容値以下であることに制約され、回転数を大きくして前記最大径部8dの応力が許容値を超えた場合は、前記コンプレッサ翼車8が破損する虞れがあった。
For this reason, the rotational speed of the
本発明は斯かる実情に鑑み、コンプレッサ翼車を高速回転した場合に遠心力による応力を低減させ、前記コンプレッサ翼車の高速回転を可能とし、圧力比の増大を図るものである。 In view of such circumstances, the present invention reduces stress due to centrifugal force when the compressor wheel is rotated at high speed, enables high speed rotation of the compressor wheel, and increases the pressure ratio.
本発明は、タービン翼車から延出する回転軸の先端にコンプレッサ翼車が設けられ、前記回転軸が軸受ハウジングに回転自在に支持され、前記タービン翼車はタービンハウジングに収納され、前記コンプレッサ翼車はコンプレッサハウジングに収納された過給機であって、前記回転軸の先端部に嵌合軸部と螺子部が形成され、前記嵌合軸部が前記コンプレッサ翼車に嵌合すると共に前記螺子部が該コンプレッサ翼車に螺着して前記回転軸と前記コンプレッサ翼車が連結され、前記螺子部に螺合する螺子穴は、該螺子穴の最深位置が前記コンプレッサ翼車の最大径位置に到達しない様に、該コンプレッサ翼車に穿設された過給機に係るものである。 In the present invention, a compressor wheel is provided at the tip of a rotating shaft extending from a turbine wheel, the rotating shaft is rotatably supported by a bearing housing, the turbine wheel is accommodated in a turbine housing, and the compressor blade The vehicle is a supercharger housed in a compressor housing, and a fitting shaft portion and a screw portion are formed at a tip portion of the rotating shaft, and the fitting shaft portion is fitted to the compressor impeller and the screw. The screw hole is connected to the compressor wheel and the rotary shaft and the compressor wheel are connected, and the screw hole screwed into the screw part has the deepest position of the screw hole at the maximum diameter position of the compressor wheel. This is related to the supercharger drilled in the compressor impeller so as not to reach.
又本発明は、前記嵌合軸部は前記回転軸に対して小径であり、該回転軸と前記コンプレッサ翼車間にスラストカラー、スラスト軸受が挾設され、該スラスト軸受を介してスラスト荷重が前記軸受ハウジングに支持されると共に前記スラスト軸受に形成された導通油路を介して前記スラストカラー、前記スラスト軸受間に潤滑油が供給される様構成した過給機に係るものである。 Further, according to the present invention, the fitting shaft portion has a small diameter with respect to the rotating shaft, a thrust collar and a thrust bearing are provided between the rotating shaft and the compressor impeller, and the thrust load is transmitted through the thrust bearing. The turbocharger is configured to be supported by a bearing housing and to be supplied with lubricating oil between the thrust collar and the thrust bearing through a conduction oil passage formed in the thrust bearing.
又本発明は、前記コンプレッサ翼車の先端部には治具が着脱可能であり、該治具を介して前記コンプレッサ翼車が回転され、前記回転軸に螺着される様構成した過給機に係るものである。 Further, the present invention provides a turbocharger configured such that a jig can be attached to and detached from the tip of the compressor impeller, and the compressor impeller is rotated via the jig and screwed to the rotating shaft. It is related to.
本発明によれば、タービン翼車から延出する回転軸の先端にコンプレッサ翼車が設けられ、前記回転軸が軸受ハウジングに回転自在に支持され、前記タービン翼車はタービンハウジングに収納され、前記コンプレッサ翼車はコンプレッサハウジングに収納された過給機であって、前記回転軸の先端部に嵌合軸部と螺子部が形成され、前記嵌合軸部が前記コンプレッサ翼車に嵌合すると共に前記螺子部が該コンプレッサ翼車に螺着して前記回転軸と前記コンプレッサ翼車が連結され、前記螺子部に螺合する螺子穴は、該螺子穴の最深位置が前記コンプレッサ翼車の最大径位置に到達しない様に、該コンプレッサ翼車に穿設されたので、前記コンプレッサ翼車の回転時に該コンプレッサ翼車の内部に発生する応力が低減し、前記コンプレッサ翼車の高速回転が可能となり、圧力比の増大が図れる。 According to the present invention, the compressor wheel is provided at the tip of the rotating shaft extending from the turbine wheel, the rotating shaft is rotatably supported by the bearing housing, the turbine wheel is accommodated in the turbine housing, The compressor impeller is a supercharger housed in a compressor housing, and a fitting shaft portion and a screw portion are formed at a tip portion of the rotating shaft, and the fitting shaft portion is fitted to the compressor impeller. The screw part is screwed to the compressor wheel, the rotary shaft and the compressor wheel are connected, and the screw hole screwed into the screw part has a deepest position of the screw hole, the maximum diameter of the compressor wheel. Since the compressor impeller is drilled so as not to reach the position, stress generated in the compressor impeller during rotation of the compressor impeller is reduced, and the compressor impeller is reduced. It enables high-speed rotation becomes, thereby an increase in pressure ratio.
又本発明によれば、前記嵌合軸部は前記回転軸に対して小径であり、該回転軸と前記コンプレッサ翼車間にスラストカラー、スラスト軸受が挾設され、該スラスト軸受を介してスラスト荷重が前記軸受ハウジングに支持されると共に前記スラスト軸受に形成された導通油路を介して前記スラストカラー、前記スラスト軸受間に潤滑油が供給される様構成したので、簡単な構造で前記スラスト荷重を支持し得ると共に前記スラストカラー、前記スラスト軸受間に潤滑油の供給が可能となる。 According to the invention, the fitting shaft portion has a small diameter with respect to the rotating shaft, and a thrust collar and a thrust bearing are provided between the rotating shaft and the compressor impeller, and a thrust load is provided via the thrust bearing. Is supported by the bearing housing and the lubricating oil is supplied between the thrust collar and the thrust bearing through a conduction oil passage formed in the thrust bearing. It can be supported and lubricating oil can be supplied between the thrust collar and the thrust bearing.
又本発明によれば、前記コンプレッサ翼車の先端部には治具が着脱可能であり、該治具を介して前記コンプレッサ翼車が回転され、前記回転軸に螺着される様構成したので、前記コンプレッサ翼車を前記回転軸に締込む作業で、大きな締付けトルクを付与した場合にも、前記コンプレッサ翼車に損傷を与えることがない等の優れた効果を発揮する。 According to the present invention, a jig can be attached to and detached from the tip portion of the compressor wheel, and the compressor wheel is rotated through the jig and screwed onto the rotating shaft. Even when a large tightening torque is applied in the operation of tightening the compressor impeller to the rotating shaft, excellent effects such as no damage to the compressor impeller are exhibited.
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1、図2に於いて本発明が実施される過給機の一例について説明する。 An example of a supercharger in which the present invention is implemented will be described with reference to FIGS.
尚、図1、図2に於いて、図8中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。 1 and 2, the same components as those shown in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
タービン翼車7と一体に形成された回転軸2は、軸受6を介して軸受ハウジング5に回転自在に支持される。前記回転軸2の前記軸受6より更に延出する部分は、前記回転軸2に対して小径の嵌合軸部21及び該嵌合軸部21より小径の螺子部22によって構成されている。
The rotating
コンプレッサ翼車8のディスク部8aには盲螺子穴23が穿設され、該盲螺子穴23(螺子23の下穴も含めて)の最深位置は、前記コンプレッサ翼車8の最大径位置Mに到達しない様に設定されている。又、前記盲螺子穴23の開口端部には前記盲螺子穴23より大径の嵌合部穴部24が形成されている。
A
前記該螺子部22にコンプレッサ翼車8が螺着され、前記嵌合軸部21に前記嵌合部穴部24が嵌合することで、前記回転軸2と前記コンプレッサ翼車8との芯が合致する様になっている。
The
前記ディスク部8aのタービン翼車7側の端面と前記回転軸2の端面との間には、該回転軸2側からスラストカラー25、スペーサリング26、スラストカラー27、油切り28が介設され、又前記スラストカラー25と前記スラストカラー27との間に設けられるスラスト軸受29は前記軸受ハウジング5に固定される。
A
前記コンプレッサ翼車8を前記螺子部22に締込み、固着することで、前記コンプレッサ翼車8と前記回転軸2、前記スラストカラー25、前記スペーサリング26、前記スラストカラー27、前記油切り28が一体化して回転する。
By tightening and fixing the
前記軸受ハウジング5には給油口31が穿設され、更に該給油口31に連通し、複数に分岐した導通油路32が設けられ、該導通油路32の一部は前記軸受6に開口し、一部は前記スラスト軸受29を通って前記スペーサリング26の外周面に開口する。従って、給油された潤滑油の一部は前記導通油路32を経て前記スペーサリング26の外周面、更に前記スラスト軸受29と前記スラストカラー25,27との相対する面に供給される様になっている。
The bearing
而して、前記スラスト軸受29と前記スラストカラー25,27との間が潤滑され、前記回転軸2に作用するスラスト荷重は前記スラスト軸受29を介して前記軸受ハウジング5に支持される様になっている。
Thus, the thrust bearing 29 and the
次に、前記コンプレッサ翼車8を前記回転軸2に螺着する場合について説明する。
Next, the case where the
図3に示す様に、前記ディスク部8aの吸入口16側の先端部(以下先端部)には、同一円周上に複数の凹部34が穿設されている。本実施の形態では、前記凹部34は円周6等分した位置に穿設された断面円の穴を示している。
As shown in FIG. 3, a plurality of
前記凹部34は、前記コンプレッサ翼車8を回転させる場合の治具を着脱可能とするものであり、又該治具を介してトルクを伝達する手段となる。
The
図4、図5は、治具35を示しており、該治具35は、鋼製、或は鉄系の合金鋼で製作されており、6角形状の頭部36と該頭部36より突出する6本の連結子37とを有しており、該連結子37は断面が円であり、円周6等分した位置にあり、前記凹部34と嵌脱可能となっている。
4 and 5 show a
前記コンプレッサ翼車8を前記回転軸2に締込む場合は、前記連結子37を前記凹部34に嵌合させ、前記治具35を前記ディスク部8aの先端部に装着する。前記頭部36にスパナ等の工具を掛けて回転力を与える。前記治具35を介して前記コンプレッサ翼車8が回転され、前記螺子部22に螺着され、更に締込まれる。前記コンプレッサ翼車8取付け後は、前記治具35は除去する。
When the
前記連結子37の本数は、締込む際のトルクの大きさによって決定する。高強度の前記治具35を介して、前記コンプレッサ翼車8を締付けるので、前記治具35が損傷することがなく、又、トルクは前記連結子37によって分散して伝達されるので、前記コンプレッサ翼車8を損傷させることがなく、又該コンプレッサ翼車8に充分な締付け力を与えることができる。尚、前記連結子37の本数は前記コンプレッサ翼車8材質がアルミ等であることを考慮すると6本又は6本より多いことが望ましい。
The number of the
又、前記治具35と前記ディスク部8aとの係合の態様としては、前記凹部34を中心に穿設された6角穴とし、前記連結子37を中心に突設し、又断面を6角としてもよい。
The
本発明の様に、前記回転軸2の端部を前記コンプレッサ翼車8に貫通させないで、前記盲螺子穴23に螺着し、又前記コンプレッサ翼車8に穿設する前記盲螺子穴23の最深位置を前記コンプレッサ翼車8の最大径位置Mに到達しない様にしたので、遠心力が最大となる部分は中実となり、遠心力によって発生する応力は均一に分散され、特定の部位に応力が集中することが避けられる。
As in the present invention, the end of the
図6は、本発明で前記コンプレッサ翼車8を回転させた場合に該コンプレッサ翼車8のディスク部8aに発生する応力と従来のコンプレッサ翼車8に発生する最大応力との比の分布を示したものであり、盲螺子穴23の最深位置が最大径位置Mに達していないことから、最大径部分での応力が分散し、最大応力は前記ディスク部8aの内部で広範囲に亘って生じ、従来に比べ著しく低くなっていることが分る。尚、前記コンプレッサ翼車8の回転数は、本発明と従来例とは同一として応力分布を求めている。
FIG. 6 shows the distribution of the ratio between the stress generated in the disk portion 8a of the
従って、本発明では、前記コンプレッサ翼車8の回転数を大幅に増大しても、該コンプレッサ翼車8の破損を防止することができる。即ち、圧力比を大幅に高めることができる。
Therefore, in the present invention, even if the rotational speed of the
次に、コンプレッサ翼車8の回転バランスを調整する場合について説明する。
Next, the case where the rotation balance of the
前記ディスク部8aの先端部の一部38を切除するか、或は先端部の周囲近傍に穴39を穿設し、該穴39に比重の大きい金属の部材、例えば銅線等を埋込む。
A
前記ディスク部8aの先端部露出部分には、締付けの為の工具等が掛ることがないので、前記一部38を切除する際の制約がなく、回転バランスの調整は容易である。
Since the end portion exposed portion of the disk portion 8a is not subjected to a tightening tool or the like, there is no restriction when the
1 過給機
2 回転軸
3 タービン
4 コンプレッサ
7 タービン翼車
8 コンプレッサ翼車
8a ディスク部
13 コンプレッサハウジング
21 嵌合軸部
22 螺子部
23 盲螺子穴
24 嵌合部穴部
25 スラストカラー
26 スペーサリング
27 スラストカラー
28 油切り
29 スラスト軸受
31 給油口
32 導通油路
34 凹部
35 治具
37 連結子
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