JP2011122539A - 過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】コンプレッサインペラ１９の疲労強度を十分に確保しつつ、車両用過給機１の生産性を向上させること。
【解決手段】中実のコンプレッサホイール３９の外周面に複数枚のコンプレッサブレード４１が間隔を置いて一体形成され、コンプレッサホイール３９の基端面に取付軸４３が同軸上に一体形成され、取付軸４３がロータ軸９の一端部にねじ機構５３によって同軸上に一 体的に連結可能になっていること。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、エンジンに供給される空気を過給する車両用過給機等の過給機に関する。

一般的な車両用過給機の概略構成等について図４を参照して説明する。ここで、図４は、一般的な車両用過給機の模式図である。なお、図面中、「Ｆ」は、前方向、「Ｒ」は、後方向を指してある。

図４に示すように、一般的な車両用過給機１０１は、ベアリングハウジング１０３を具備しており、このベアリングハウジング１０３には、ロータ軸（タービン軸）１０５が複数のベアリング（一対のラジアルベアリング１０７及び一対のスラストベアリング１０９）を介して回転可能に設けられている。また、ベアリングハウジング１０３の前側（一側）には、コンプレッサハウジング１１１が設けられており、このコンプレッサハウジング１１１内には、コンプレッサインペラ１１３が設けられてあって、このコンプレッサインペラ１１３は、ロータ軸１０５の前端部（一端部）に一体的に連結されている。更に、ベアリングハウジング１０３の後側（他側）には、タービンハウジング１１５が設けられており、このタービンハウジング１１５内には、タービンインペラ１１７が設けられてあって、このタービンインペラ１１７は、ロータ軸１０５の後端部（他端部）に一体的に連結されている。

従って、タービンハウジング１１５内に取り入れた排気ガスがタービンインペラ１１７側へ供給されると、排気ガスのエネルギーによってタービンインペラ１１７を回転させることができ、コンプレッサインペラ１１３をロータ軸１０５を介して連動して回転（一体的に回転）させることができる。これにより、コンプレッサハウジング１１１内に吸入した空気を圧縮して、エンジンに供給される空気を過給することができる。

ロータ軸１０５にコンプレッサインペラ１１３を取付けるために、一般的な車両用過給機１は、次のような構成を有している。

即ち、コンプレッサインペラ１１３におけるコンプレッサホイール（コンプレッサハブ）１１９の中心部には、貫通穴１２１が形成されている。また、ロータ軸１０５の前端側（一端側）には、取付軸１２３が縮径して形成されており、この取付軸１２３は、コンプレッサホイール１１９の貫通穴１２１に嵌挿可能であって、取付軸１２３の先端側には、雄ねじ部１２５が形成されている。そして、取付軸１２３の雄ねじ部１２５には、コンプレッサホイール１１９をロータ軸１０５の段差部１０５ａ側へ押圧する六角形の締結ナット１２７が螺合して設けられている。

なお、特許文献１に示す先行技術に係る過給機にあっては、ロータ軸にコンプレッサインペラを取付けるために、コンプレッサホイールの中央部に、ねじ穴（雌ねじ部）が形成されると共に、ロータ軸の一端側に縮径して形成された取付軸の先端側に、コンプレッサホイールのねじ穴に螺合可能な雄ねじ部が形成されている。

米国特許第５１７６４９７号明細書

ところで、車両用過給機１０１の運転中に、コンプレッサホイール１１９の中心部には遠心力によって大きな応力が働き、コンプレッサインペラ１１３の疲労強度を十分に確保するには、コンプレッサホイール１１９の貫通穴１２１の面祖度（貫通穴１２１の内周面の面祖度）を高める必要がある。一方、コンプレッサホイール１１９の貫通穴１２１の面祖度を高めると、コンプレッサホイール１１９の穴仕上げ加工の時間が長くなり、車両用過給機１０１の生産性を向上させることが困難になる。つまり、コンプレッサインペラ１１３の疲労強度を十分に確保しつつ、車両用過給機１０１の生産性を向上させることは容易でないという問題がある。

なお、特許文献１に示す先行技術に係る過給機についても、同様の問題が生じる。

そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の過給機を提供することを目的とする。

本発明の特徴は、エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジンに供給される空気を過給する過給機において、ベアリングハウジングにベアリングを介して回転可能に設けられたロータ軸と、前記ベアリングハウジングの一側に設けられたコンプレッサハウジングと、前記コンプレッサハウジング内に回転可能に配設され、前記ロータ軸の一端部に一体的に連結されたコンプレッサインペラと、前記ベアリングハウジングの他側に設けられたタービンハウジングと、前記タービンハウジング内に配設され、前記ロータ軸の他端部に一体的に連結されたタービンインペラと、具備し、前記コンプレッサインペラは、中実のコンプレッサホイール（コンプレッサハブ）と、前記コンプレッサホイールの外周面に間隔を置いて一体形成された複数枚のコンプレッサブレードと、前記コンプレッサホイールの基端面に同軸上に一体形成され、前記ロータ軸の一端部にねじ機構によって同軸上に一体的に連結可能な取付軸と、を備えたことを要旨とする。

なお、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、ブラケット等の介在部材を介して間接的に設けられたことを含む意であって、同様に、「配設され」とは、直接的に配設されたことの他に、ブラケット等の介在部材を介して間接的に配設されたことを含む意である。

本発明の特徴によると、前記タービンハウジング内に取り入れた排気ガスが前記タービンインペラ側へ供給されると、排気ガスのエネルギーによって前記タービンインペラを回転させることができ、前記コンプレッサインペラを前記ロータ軸を介して連動して回転（一体的に回転）させることができる。これにより、前記コンプレッサハウジング内に吸入した空気を圧縮して、前記エンジンに供給される空気を過給することができる（通常の作用）。

また、前記コンプレッサホイールの基端面に前記取付軸が同軸上に一体形成され、前記取付軸が前記ロータ軸の一端部に前記ねじ機構によって同軸上に一体的に連結可能であるため、前記コンプレッサホイールの中心部に貫通穴又はねじ穴（雌ねじ部）等の穴を形成することなく、前記コンプレッサホイールを前記ロータ軸に取付けることができる（特有の作用）。

本発明によれば、前記コンプレッサホイールの中心部に貫通穴又はねじ穴等の穴を形成することなく、前記コンプレッサホイールを前記ロータ軸に取付けることができるため、換言すれば、前記過給機の製造工程の中から前記コンプレッサホイールの穴加工を省略することができるため、前記コンプレッサインペラの疲労強度を十分に確保しつつ、前記過給機の生産性を向上させることができる。

図３における矢視部Iの拡大図である。 図１における矢視部IIの拡大図である。 本発明の実施形態に係る車両用過給機の側断面図である。 一般的な車両用過給機の模式図である。

本発明の実施形態について図１から図４を参照して説明する。なお、図面中、「Ｆ」は、前方向、「Ｒ」は、後方向を指してある。

図１及び図３に示すように、本発明の実施形態に係る車両用過給機１は、エンジン（図示省略）からの排気ガスのエネルギーを利用して、エンジンに供給される空気を過給するものである。そして、車両用過給機１の具体的な構成等は、以下のようになる。

車両用過給機１は、ベアリングハウジング３を具備しており、このベアリングハウジング３内には、一対のラジアルベアリング５及び一対のスラストベアリング７が設けられてあって、複数のベアリング５，７には、前後方向へ延びたロータ軸（タービン軸）９が回転可能に設けられており、換言すれば、ベアリングハウジング３には、ロータ軸９が複数のベアリング５，７を介して回転可能に設けられている。また、ロータ軸９における一対のスラストベアリング７の間には、スラストカラー１１が設けられており、ロータ軸９におけるスラストカラー１１の前側には、油切り１３が設けられている。更に、ベアリングハウジング３の内部には、複数のベアリング５，７に潤滑油を供給する油供給通路１５が形成されており、ベアリングハウジング３内は、所定の低温以下に温度管理されている。

ベアリングハウジング３の前側（一側）には、コンプレッサハウジング１７が設けられており、このコンプレッサハウジング１７内には、コンプレッサインペラ１９が設けられており、このコンプレッサインペラ１９は、ロータ軸９の前端部（一端部）に一体的に連結されている。なお、コンプレッサインペラ１９の構成要素については、後述する。

コンプレッサハウジング１７におけるコンプレッサインペラ１９の入口側（コンプレッサハウジング１７の前側）には、空気を吸入する空気吸入口２１が形成されており、この空気吸入口２１は、エアクリーナー（図示省略）に接続可能である。また、ベアリングハウジング３とコンプレッサハウジング１７の間におけるコンプレッサインペラ１９の出口側には、圧縮された空気を昇圧する環状のディフューザ流路２３が形成されており、このディフューザ流路２３は、空気吸入口２１に連通してある。更に、コンプレッサハウジング１７の内部には、コンプレッサスクロール流路２５がコンプレッサインペラ１９を囲むように形成されており、このコンプレッサスクロール流路２５は、ディフューザ流路２３に連通してある。そして、コンプレッサハウジング１７の適宜位置には、圧縮された空気を吐出する空気吐出口（図示省略）が形成されており、この空気吐出口は、コンプレッサスクロール流路２５に連通してあって、エンジンの吸気マニホールド（図示省略）に接続可能である。

ベアリングハウジング３の後側（他側）には、タービンハウジング２７が設けられており、このタービンハウジング２７内には、タービンインペラ２９が設けられている。そして、タービンインペラ２９の構成要素について説明すると、タービンハウジング２７内には、タービンホイール（タービンハブ）３１が設けられており、このタービンホイール３１は、ロータ軸９の後端部（他端部）に一体的に連結されている。また、タービンホイール３１の外周面は、タービンインペラ２９の軸方向から径方向外側に向かって延びており、タービンホイール３１の外周面には、複数枚のタービンブレード３３が周方向に間隔を置いて設けられている。

タービンハウジング２７の適宜位置には、排気ガスを取り入れるガス取入口（図示省略）が形成されており、このガス取入口は、エンジンの排気マニホールド（図示省略）に接続可能である。また、タービンハウジング２７の内部には、タービンスクロール流路３５がタービンインペラ２９を囲むように形成されており、このタービンスクロール流路３５は、ガス取入口に連通してある。更に、タービンハウジング２７におけるタービンインペラ２９の出口側（タービンハウジング２７の後側）には、排気ガスを排出するガス排出口３７が形成されており、このガス排出口３７は、タービンスクロール流路３５に連通してあって、排気触媒（図示省略）に接続可能である。

次に、コンプレッサインペラ１９の構成要素、及びロータ軸９にコンプレッサインペラ１９を取付けるための構成について説明する。

図１及び図２に示すように、コンプレッサハウジング１７内には、中実のコンプレッサホイール（コンプレッサハブ）３９が配設されており、このコンプレッサホイール３９の外周面は、コンプレッサインペラ１９の軸方向から径方向外側に向かって延びている。また、コンプレッサホイール３９の外周面には、複数枚のコンプレッサブレード４１が周方向に間隔を置いて一体形成されている。更に、コンプレッサホイール３９の基端面（後端面）には、取付軸４３が同軸上（コンプレッサホイール３９と同軸上）に一体形成されている。

ロータ軸９の前端面（一端面）には、円形の嵌合凹部４５が同軸上（ロータ軸９と同軸上）に形成されており、ロータ軸９の嵌合凹部４５の底面（奥面）には、ねじ穴（雌ねじ部）４７が同軸上（ロータ軸９と同軸上）に形成されている。また、取付軸４３には、先端側（後端側）には、嵌合凹部４５に嵌合可能な円筒部（ストレート部）４９が縮径して形成されており、この円筒部４９の先端側には、ねじ穴４７に螺合可能な雄ねじ部５１が縮径して形成されている。換言すれば、取付軸４３には、先端側から、雄ねじ部５１及び円筒部４９が順次形成されている。更に、取付軸４３における円筒部４９の基端側の段差部４３ａは、ロータ軸９の前端面に圧接されており、取付軸４３の円筒部４９及び雄ねじ部５１は、所定の低温以下に温度管理されたベアリングハウジング３内に位置している。

ここで、ロータ軸９のねじ穴４７と取付軸４３の雄ねじ部５１によってねじ機構５３が構成され、取付軸４３は、ねじ機構５３によってロータ軸９の前端部に同軸上（ロータ軸９と同軸上）に一体的に連結可能である。なお、ロータ軸９のねじ穴４７と取付軸４３の雄ねじ部５１によってねじ機構５３が構成される代わりに、ロータ軸９の前端側に形成された雄ねじ部（図示省略）と、取付軸４３の先端面に形成されたねじ穴（図示省略）によって別のねじ機構が構成されるようにしても構わない。

続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。

ガス取入口からタービンハウジング２７内に取り入れた排気ガスがタービンスクロール流路３５を経由してタービンインペラ２９側へ供給されると、排気ガスのエネルギーによってタービンインペラ２９を回転させることができ、コンプレッサインペラ１９をロータ軸９を介して連動して回転（換言すれば、一体的に回転）させることができる。これにより、空気吸入口２１からコンプレッサインペラ１９側に取り入れた空気を圧縮して、ディフューザ流路２３及びコンプレッサスクロール流路２５を経由して空気吐出口から吐出することができ、エンジンに供給される空気を過給することができる（車両用過給機１の通常の作用）。

また、コンプレッサホイール３９の基端面に取付軸４３が同軸上に一体形成され、取付軸４３がロータ軸９の前端部にねじ機構５３によって同軸上に一体的に連結可能であるため、コンプレッサホイール３９の中心部に貫通穴又はねじ穴（雌ねじ部）等の穴を形成することなく、コンプレッサホイール３９をロータ軸９に取付けることができる（特有の作用（１））。

更に、コンプレッサホイール３９の基端面に取付軸４３が同軸上に一体形成され、取付軸４３の先端側に嵌合凹部４５に嵌合可能な円筒部４９が縮径して形成されているため、図４に示すような一般的な車両用過給機１０１におけるコンプレッサホイール１１９の貫通穴１２１の内周面を仕上げる場合に比べて、取付軸４３の円筒部４９の外周面を容易かつ高精度に仕上げることできる（特有の作用（２））。

また、取付軸４３の一部（円筒部４９及び雄ねじ部５１）が所定の低温以下に温度管理されたベアリングハウジング３内に位置しているため、車両用過給機１の運転中に、ロータ軸９と取付軸４３との熱膨張差を少なくして、ロータ軸９における被締結部としての円筒部４９に過大な引張応力が発生することを防止することができる（特有の作用（３））。

本発明の実施形態によれば、コンプレッサホイール３９の中心部に貫通穴又はねじ穴等の穴を形成することなく、コンプレッサホイール３９をロータ軸９に取付けることができるため、換言すれば、車両用過給機１の製造工程の中からコンプレッサホイール３９の穴加工を省略することができるため、コンプレッサインペラ１９の疲労強度を十分に確保しつつ、車両用過給機１の生産性を向上させることができる。

また、一般的な車両用過給機１０１におけるコンプレッサホイール１１９の貫通穴１２１の内周面を仕上げる場合に比べて、取付軸４３の円筒部４９の外周面を容易かつ高精度に仕上げることできるため、コンプレッサインペラ１９の高いバランス性能を確保して、コンプレッサインペラ１９の振動を抑制することができる。

更に、コンプレッサホイール３９は中実であって、車両用過給機１の運転中に、ロータ軸９と取付軸４３との熱膨張差を少なくして、ロータ軸９の円筒部４９（被締結部）に過大な引張応力が発生することを防止することができるため、コンプレッサインペラ１９の耐久性、換言すれば、車両用過給機１の耐久性を向上させることができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。

１ 車両用過給機
３ ベアリングハウジング
５ ラジアルベアリング
７ スラストベアリング
９ ロータ軸
１５ 油供給通路
１７ コンプレッサハウジング
１９ コンプレッサインペラ
２７ タービンハウジング
２９ タービンインペラ
３１ タービンホイール
３３ タービンブレード
３９ コンプレッサホイール
４１ コンプレッサブレード
４３ 取付軸
４３ａ 段差部
４５ 嵌合凹部
４７ ねじ穴（雌ねじ部）
４９ 円筒部
５１ 雄ねじ部
５３ ねじ機構

Claims (3)

1. エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジンに供給される空気を過給する過給機において、
   ベアリングハウジングにベアリングを介して回転可能に設けられたロータ軸と、
   前記ベアリングハウジングの一側に設けられたコンプレッサハウジングと、
   前記コンプレッサハウジング内に回転可能に配設され、前記ロータ軸の一端部に一体的に連結されたコンプレッサインペラと、
   前記ベアリングハウジングの他側に設けられたタービンハウジングと、
   前記タービンハウジング内に配設され、前記ロータ軸の他端部に一体的に連結されたタービンインペラと、具備し、
   前記コンプレッサインペラは、
   中実のコンプレッサホイールと、
   前記コンプレッサホイールの外周面に間隔を置いて一体形成された複数枚のコンプレッサブレードと、
   前記コンプレッサホイールの基端面に同軸上に一体形成され、前記ロータ軸の一端部にねじ機構によって同軸上に一体的に連結可能な取付軸と、を備えたことを特徴とする過給機。
2. 前記ロータ軸の一端面に円形の嵌合凹部が形成され、前記ロータ軸の前記嵌合凹部の底面にねじ穴が形成され、前記取付軸の先端側に前記嵌合凹部に嵌合可能な円筒部が形成され、前記円筒部の先端側に前記ねじ穴に螺合可能な雄ねじ部が形成され、
   前記ねじ機構が前記ロータ軸の前記ねじ穴と前記取付軸の前記雄ねじ部から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の過給機。
3. 前記取付軸の前記円筒部及び前記雄ねじ部が前記ベアリングハウジング内に位置していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の過給機。

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