JP2009243289A - 過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成によって、高速回転によってインペラ内部に生じる遠心応力を軽減して、インペラの変形及び破損を防止することができる過給機を提供する。
【解決手段】ベアリング部１０２側に向くコンプレッサインペラ３の背面３Ａに、コンプレッサインペラ３に形成された係合部３Ｂに係合されて、コンプレッサインペラ３が外方に対して変形することを規制する規制部材４０を設けるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両の内燃機関に適用される過給機に関し、高速回転によってインペラ内部に生じる遠心応力を軽減して、インペラの変形及び破損を防止することができる技術に関する。

従来、この種の過給機に関連する技術として、特許文献１に示されるターボチャージャが知られている。
このターボチャージャは、タービンとコンプレッサとが同一回転軸上に配置され、タービン内のタービンインペラとコンプレッサ内のコンプレッサインペラが駆動シャフトで連結されて、タービンインペラが排気ガス等により回動すると駆動シャフトを介してコンプレッサインペラが回動し、空気等が圧縮されるものである。
また、このターボチャージャでは、コンプレッサインペラのシャフト取付孔を貫通するように駆動シャフトを挿入し、該駆動シャフト先端の雄ネジ部をナットで締結することで、該駆動シャフトにコンプレッサインペラを取り付けるようにしている。
特開２００５‐２８４９号公報

ところで、上記のように構成されたターボチャージャでは、図５（Ａ）に示すように、駆動シャフト９０が挿入されるコンプレッサインペラ９１のシャフト取付孔９２内で、かつ該コンプレッサインペラ９１の最大外周部位において、該コンプレッサインペラ９１の高速回転に伴う応力集中が生じ（応力集中箇所を符号Ｓ１で示す）、この応力集中によって該コンプレッサインペラ９１の変形及び破損が発生する場合があった。
また、図５（Ｂ）に示すように、駆動シャフト９０が貫通されないタイプのコンプレッサインペラ９１においても、同様に、コンプレッサインペラ９１の最大外周部位において、該コンプレッサインペラ９１の高速回転に伴う応力集中が生じ（応力集中箇所を符号Ｓ２で示す）、この応力集中によって該コンプレッサインペラ９１の変形及び破損が発生する場合があった。

一方、上述した特許文献１に示されるターボチャージャでは、コンプレッサインペラ内部の応力集中を分散させるために、駆動シャフトが挿入されるコンプレッサインペラのシャフト取付孔内に窪みを設けるなどの対策を施しているが、該シャフト取付孔内に窪みを設けるために面倒な作業工程が必要であり、簡易な手段で応力集中を分散させる技術の提供が期待されていた。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、駆動シャフトが貫通されるタイプのインペラにおいて、該駆動シャフトが挿通されるシャフト取付孔内に加工が面倒な窪みを設けることなく、簡易な構成によって、高速回転によってインペラ内部に生じる遠心応力を軽減して、インペラの変形及び破損を防止することができる過給機の提供を目的とする。

本発明に係る過給機では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
本発明は、タービン部とコンプレッサ部との間のベアリング部に回転自在に支持されて、これらタービン部内のタービンインペラとコンプレッサ部内のコンプレッサインペラとを連結する駆動シャフトを有し、タービンインペラで発生した動力を、ベアリング内の駆動シャフトを介してコンプレッサインペラに伝達する過給機であって、前記ベアリング部側に向くインペラの背面に、該インペラに形成された係合部に係合されて、該インペラが外方に対して変形することを規制する規制部材を設けることを特徴とする。

上記のように構成された過給機では、高速回転に伴うインペラの変形が抑えられ、該インペラ内部で生じる遠心応力を軽減して、インペラの変形及び破損を防止することができる。また、インペラに形成された係合部に規制部材を係合させるという簡易な構成により、該インペラ内部で生じる遠心応力を軽減して該インペラの変形及び破損を防止できるので、従来のように該インペラのシャフト取付孔内に加工が面倒な窪みを設けることなく、面倒な作業によらず上述した効果を奏することができる。

また、本発明の過給機では、規制部材をリング状部材とすることを特徴とする。

上記のように構成された過給機では、該リング部材をインペラの係合部に圧入するだけで、該係合部に係合させることができ、該規制部材を取り付ける際の作業を簡易に行うことができる。

また、本発明の過給機では、前記規制部材を、前記駆動シャフトの外周面と前記ベアリング部側に向くインペラの背面との間に固定されて、該ベアリング部内の潤滑油をシールするシール部材の一部とされることを特徴とする。

上記のように構成された過給機では、該シール部材と規制部材とを共通の一部材とすることができ、これによって部品点数を増加させることなく、上述したような、インペラ内部で生じる遠心応力を軽減して該インペラの変形及び破損を防止できる効果を奏することができる。

また、本発明の過給機では、前記規制部材を、インペラよりもヤング率が大きい高い剛性を有する材料により形成することを特徴とする。

上記のように構成された過給機では、高速回転に伴うインペラの広がりを有効に防止することができ、該インペラ内部で生じる応力集中を確実に防止することができる。

本発明によれば以下の効果を得ることができる。
本発明によれば、高速回転に伴うインペラの変形が抑えられ、該インペラ内部で生じる遠心応力を軽減して、インペラの変形及び破損を防止できる効果が奏される。
また、インペラに形成された係合部に規制部材を係合させるという簡易な構成により、該インペラ内部で生じる遠心応力を軽減して該インペラの変形及び破損を防止できるので、従来のように該インペラのシャフト取付孔内に加工が面倒な窪みを設けることなく、面倒な作業によらず上記の効果を得ることができる。

以下、本発明に係る過給機の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である過給機１の全体構成を示す正断面図である。

過給機１は、タービン部１００内のタービンインペラ２と、コンプレッサ部１０１内のコンプレッサインペラ３と、ベアリング部１０２で回転自在に支持されかつこれらタービンインペラ２とコンプレッサインペラ３とが固定された駆動シャフト４と、これらを収容するハウジング５とから概略構成されている。

タービンインペラ２と駆動シャフト４とは溶接により一体化され、コンプレッサインペラ３と駆動シャフト４とはナット６を介して結合されている。また、ハウジング５は、タービンインペラ２が収容されるタービンハウジング７と、駆動シャフト４のベアリング等が収容されるベアリングハウジング８と、ベアリングハウジング８とコンプレッサハウジング１０とを区画するシールプレート９と、コンプレッサインペラ３が収容されるコンプレッサハウジング１０とが順に連結された構成からなる。

図２は、コンプレッサ部１０１とベアリング部１０２との間のインペラ支持構造を示す図である。
図２に示すように、ベアリング部１０２側に向くコンプレッサインペラ３の背面３Ａには、該コンプレッサインペラ３に形成された係合部３Ｂに係合されて、該コンプレッサインペラ３が半径方向外方に対して変形することを規制する規制部材４０が設けられている。この規制部材４０は、リング状部材により構成されるものであって、アルミニウムからなるコンプレッサインペラ３よりも、ヤング率が大きい高い剛性を有する材料、例えば鋼鉄よって形成されている。
なお、規制部材４０は、完全な円環形の場合の他、一部が切欠かれている場合であってもよい。また、係合部３Ｂと規制部材４０との嵌め合いは、締まり嵌め（焼き嵌め等）であることが好ましい。或いは、係合部３Ｂと規制部材４０とを螺合してもよい。

これによりコンプレッサインペラ３が高速回転した際に、該コンプレッサインペラ３の半径方向外方への広がりを防止する。
また、この規制部材４０は一部が切欠かれたリング状部材であるので、この切欠部を広げてコンプレッサインペラ３の係合部３Ｂより若干大径とすることで、矢印Ａ方向に沿うように係合部３Ｂに対して圧入されるようになっている。
なお、図２において符号２５で示すものは、ベアリング部１０２内の潤滑油がコンプレッサ部１０１に至ることを防止するベアリング側シールプレートである。

図３は、規制部材４０が圧入されたコンプレッサインペラ３を高速回転させた場合の応力解析結果を示す応力分布図である。図３（Ａ）は規制部材４０が圧入されないコンプレッサインペラ３の応力解析結果（従来例）、図３（Ｂ）は規制部材４０が圧入されたコンプレッサインペラ３の応力解析結果（本実施形態）を示す。
図３（Ａ），（Ｂ）においては、濃色ほど応力が大きい部分を示し、淡色ほど応力が小さい部分を示している。また、図３（Ａ），（Ｂ）において、互いに同一の濃さの部分は、同一の応力が発生していることを示している。例えば、図３（Ａ）における領域Ｓ３は、図３（Ｂ）における領域Ｓ４よりも濃色となっており、領域Ｓ４よりも高い応力を示している。
そして、これらの応力分布図を参照して分かるように、規制部材４０が圧入されないコンプレッサインペラ３では、図３（Ａ）に領域Ｓ３で示すように、駆動シャフト４が挿通されるコンプレッサインペラ３内のシャフト取付孔３Ｃ内に大きな応力が発生している。

これに対して、規制部材４０が圧入されたコンプレッサインペラ３では、図３（Ｂ）に領域Ｓ４で示すように、駆動シャフト４が挿通されるコンプレッサインペラ３内のシャフト取付孔３Ｃ内に発生する応力が低く抑えられ、これによってコンプレッサインペラ３の変形又は破損の発生原因が除去されることが確認された。

上記のように構成された過給機１では、ベアリング部１０２側に向くコンプレッサインペラ３の背面３Ａに、該コンプレッサインペラ３に形成された係合部３Ｂに係合される規制部材４０を設け、該規制部材４０によってコンプレッサインペラ３が外方側に変形することを規制したので、高速回転に伴うコンプレッサインペラ３の変形が抑えられ、該コンプレッサインペラ３内部で生じる遠心応力を軽減して、コンプレッサインペラ３の変形及び破損を防止することができる。

また、コンプレッサインペラ３に形成された係合部３Ｂに規制部材４０を係合させるという簡易な構成により、該コンプレッサインペラ３内部で生じる遠心応力を軽減して該コンプレッサインペラ３の変形及び破損を防止できるので、従来のように該コンプレッサインペラ３のシャフト取付孔３Ｃ内に加工が面倒な窪みを設けることなく、面倒な作業によらず上述した効果を奏することができる。

また、上記のように構成された過給機１では、規制部材４０をリング部材により構成したので、該リング部材からなる規制部材４０をコンプレッサインペラ３の係合部３Ｂに圧入するだけで、該係合部３Ｂに係合させることができ、該規制部材４０を取り付ける際の作業を簡易に行うことができる。

また、上記のように構成された過給機１では、コンプレッサインペラ３よりもヤング率が大きい高い剛性を有する材料により規制部材４０を形成するようにしたので、高速回転に伴うコンプレッサインペラ３の広がりを有効に防止することができ、該コンプレッサインペラ３内部で生じる応力集中を確実に防止することができる。

図４は、コンプレッサ部１０１とベアリング部１０２との間のインペラ支持構造の第二の実施形態を示す図である。
上記実施形態では、規制部材４０を単体のリング状部材により構成したが、これに限定されず、図４に示すように、ベアリング部１０２側に向くコンプレッサインペラ３の背面３Ａに固定されるシール部材３２の一部に規制部材４１を設けても良い。

この規制部材４１は、上記規制部材４０と同様、コンプレッサインペラ３に形成された係合部３Ｂに係合されて該コンプレッサインペラ３が半径方向外方に対して変形することを規制するものであって、シール部材３２と一体に形成されている。
また、この規制部材４１を有するシール部材３２は、アルミニウムからなるコンプレッサインペラ３よりも、ヤング率が大きい高い剛性を有する材料、例えば鋼鉄よって形成すると良い。

そして、図５に示すように構成された規制部材４１を一部に有するシール部材３２では、規制部材４１を設けるに際して部品点数を増加させることなく、上述したような、コンプレッサインペラ３内部で生じる遠心応力を軽減して該コンプレッサインペラ３の変形及び破損を防止できる効果を奏することができる。

また、上記実施形態では、規制部材４０又は４１によって、コンプレッサインペラ３内部で生じる遠心応力を軽減するようにしたが、これに限定されず、駆動シャフト４がタービンインペラ２のシャフト取付孔を貫通し、該駆動シャフト４の先端部がナットで締結される構成が採用される場合には、タービンインペラ２側に対して、同様の規制部材４０又は４１を設け、タービンインペラ２内で生じる遠心応力を軽減しても良い。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の一実施形態である過給機の全体構成を示す正断面図である。 コンプレッサ部とベアリング部との間のインペラ支持構造を示す正断面図である。 コンプレッサインペラの応力解析結果を示す応力分布図である。 コンプレッサ部とベアリング部との間のインペラ支持構造の第２実施形態を示す正断面図である。 従来例のコンプレッサインペラ内に発生する応力集中を示す図である。

符号の説明

１…過給機
２…タービンインペラ
３…コンプレッサインペラ
３Ａ…背面
３Ｂ…係合部
３Ｃ…シャフト取付孔
４…駆動シャフト
３２…シール部材
４０…規制部材
４１…規制部材
１００…タービン部
１０１…コンプレッサ部
１０２…ベアリング部

Claims (4)

1. タービン部とコンプレッサ部との間のベアリング部に回転自在に支持されて、これらタービン部内のタービンインペラとコンプレッサ部内のコンプレッサインペラとを連結する駆動シャフトを有し、タービンインペラで発生した動力を、ベアリング内の駆動シャフトを介してコンプレッサインペラに伝達する過給機であって、
   前記ベアリング部側に向くインペラの背面には、該インペラに形成された係合部に係合されて、該インペラが外方に対して変形することを規制する規制部材が設けられていることを特徴とする過給機。
2. 前記規制部材は、リング状部材であることを特徴とする請求項１に記載の過給機。
3. 前記規制部材は、前記駆動シャフトの外周面と前記ベアリング部側に向くインペラの背面との間に固定されて、該ベアリング部内の潤滑油をシールするシール部材の一部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の過給機。
4. 前記規制部材は、インペラよりもヤング率が大きい高い剛性を有する材料により形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の過給機。

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