JP2012132412A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】翼体が設置されるノズルプレートを備えるターボチャージャにおいて、インペラハウジングとベアリングハウジングとノズルプレートとの位置決め誤差を抑制する。
【解決手段】インペラハウジング１ａ、ベアリングハウジング４ａ及びノズルプレート２ａに設けられる位置決め溝１０と、インペラハウジング１ａの位置決め溝１０ａ、ベアリングハウジング４ａの位置決め溝１０ｂ及びノズルプレート２ａの位置決め溝１０ｃの全てに嵌合されてインペラハウジング１ａ、ベアリングハウジング４ａ及びノズルプレート２ａの周方向の位置決めを行う位置決めピン２０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターボチャージャに関するものである。

従来から、車両には、燃費向上及び出力向上のためにターボチャージャが搭載される場合がある。
このターボチャージャは、特許文献１に示すように、タービンとコンプレッサとを備えており、タービンにおいて排気ガスに含まれるエネルギを回転動力として回収し、この回収した回転動力を用いてコンプレッサにおいて内燃機関に供給する空気を圧縮するものである。

このようなターボチャージャとしては、流体を整流するための翼体をインペラ周りに複数備えることによって性能の向上を図ったものがある。
そして、このような翼体を備えるターボチャージャは、インペラを収容するインペラハウジングと、インペラと接続されるシャフトを収容するベアリングハウジングと、インペラ周りに配置される複数の翼体を支持すると共にインペラハウジング及びベアリングハウジングと嵌合されるノズルプレートとを備える。

特開２００８−２１５０８３号公報

上述のようなノズルプレートを有するターボチャージャにおいては、例えば、インペラハウジングとベアリングハウジングとを第１の位置決めピンにて位置決めし、ベアリングハウジングとノズルプレートとを第２位置決めピンにて位置決めしている。
つまり、従来、ノズルプレートを有するターボチャージャにおいては、インペラハウジングとベアリングハウジングとノズルプレートとの位置決めを行うにあたり、複数の位置決めピンを行っている。

しかしながら、位置決めピンと、当該位置決めピンを嵌合する位置決め溝との間には、位置決め溝に位置決めピンを嵌合させるのに必要な隙間が設けられている。このため、当該隙間の分、インペラハウジングとベアリングハウジングとノズルプレートとの位置決めに誤差が生じる。
そして、位置決めピンを複数用いる場合には、上記誤差が大きくなり、ノズルプレートの位相がインペラハウジングに対して大きくずれる恐れがある。

上述の翼体と、インペラハウジング内の流路との位置関係は、ターボチャージャの性能に影響を与える。このため、ノズルプレートの位相がインペラハウジングに対して、本来あるべき角度から大きくずれた場合には、ターボチャージャの性能が低下する恐れがある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、翼体が設置されるノズルプレートを備えるターボチャージャにおいて、インペラハウジングとベアリングハウジングとノズルプレートとの位置決め誤差を抑制することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の発明は、インペラを収容するインペラハウジングと、上記インペラと接続されるシャフトを収容するベアリングハウジングと、上記インペラ周りに配置される複数の翼体を支持すると共に上記インペラハウジング及び上記ベアリングハウジングと嵌合されるノズルプレートとを備えるターボチャージャであって、上記インペラハウジング、上記ベアリングハウジング及び上記ノズルプレートに設けられる位置決め溝と、上記インペラハウジングの上記位置決め溝、上記ベアリングハウジングの上記位置決め溝及び上記ノズルプレートの上記位置決め溝の全てに嵌合されて上記インペラハウジング、上記ベアリングハウジング及び上記ノズルプレートの周方向の位置決めを行う位置決めピンとを備えるという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記インペラハウジングの上記位置決め溝、上記ベアリングハウジングの上記位置決め溝及び上記ノズルプレートの上記位置決め溝の少なくともいずれかが、上記位置決めピンの軸方向と直交する断面形状において開口の幅が上記位置決めピンの直径よりも狭く設定されているという構成を採用する。

第３の発明は、上記第２の発明において、上記開口の幅が狭く設定された位置決め溝が、上記ノズルプレート及び上記ベアリングハウジングのいずれかあるいは両方に設けられているという構成を採用する。

第４の発明は、上記第１〜第３のいずれかの発明において、上記位置決めピンは、中空で、径方向に圧縮されて上記位置決め溝に嵌合されるスプリングピンであるという構成を採用する。

本発明によれば、単一の位置決めピンが、インペラハウジングの位置決め溝、ベアリングハウジングの位置決め溝及びノズルプレートの位置決め溝の全てに嵌合される。このため、当該位置決めピンを１つのみ用いることによって、インペラハウジングとベアリングハウジングとノズルプレートとの位置決めを行うことができる。
したがって、本発明によれば、複数の位置決めピンを用いてインペラハウジングとベアリングハウジングとノズルプレートとの位置決めを行う従来のターボチャージャと比較して、インペラハウジングとベアリングハウジングとノズルプレートとの位置決め誤差を抑制することが可能となる。

本発明の第１実施形態のターボチャージャの概略構成を示す断面図である。 本発明の第１実施形態のターボチャージャが備える位置決め溝の模式図である。 本発明の第２実施形態のターボチャージャの概略構成を示す模式図である。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明に係るターボチャージャの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

図１（ａ）は、本実施形態のターボチャージャＳ１の概略構成を示す断面図である。
本実施形態のターボチャージャＳ１は、自動車に搭載される小型のものであり、自動車のエンジンから排気される排気ガスに含まれるエネルギを回転動力として回収し、当該回転動力を用いてエンジンに供給する空気を圧縮するものである。
そして、本実施形態のターボチャージャＳ１は、図１（ａ）に示すように、タービン１と、ノズル機構２と、コンプレッサ３と、軸部４とを備えている。

タービン１は、排気ガスに含まれるエネルギを回転動力として回収するものであり、タービンハウジング１ａ（インペラハウジング）と、タービンインペラ１ｂ（インペラ）とを備えている。

タービンハウジング１ａは、タービン１の外形を形作る中空部材であり、内部にスクロール流路１ａ１と、インペラ収容空間１ａ２と、接続流路１ａ３とが設けられている。
スクロール流路１ａ１は、エンジンから排気された排気ガスをターボチャージャＳ１の内部に取り込むための流路であり、タービンインペラ１ｂの回転軸を中心として当該タービンインペラ１ｂを囲んで設けられている。
インペラ収容空間１ａ２は、タービンインペラ１ｂを収容する領域であり、タービンインペラ１ｂの回転軸方向から見てタービンハウジング１ａの中央部に設けられている。なお、図１（ａ）に示すように、タービンハウジング１ａには排気ガスを排出するための排気口１ａ４が設けられており、インペラ収容空間１ａ２は、当該排気口１ａ４と接続されている。
接続流路１ａ３は、スクロール流路１ａ１とインペラ収容空間１ａ２との間に設けられた流路である。なお、接続流路１ａ３は、図１（ａ）に示すように、タービンハウジング１ａの内壁面と、ノズル機構２が備える後述するノズルプレート２ａとの間に設けられており、ノズルプレート２ａに固定されたノズル翼２ｂ（翼体）が配置される流路である。

タービンインペラ１ｂは、上述のようにインペラ収容空間１ａ２内に収容され、スクロール流路１ａ１から接続流路１ａ３を通過して供給される排気ガスによって回転駆動されるラジアルインペラである。

ノズル機構２は、スクロール流路１ａ１からタービンインペラ１ｂに供給される排気ガスを接続流路１ａ３にて整流するものであり、ノズルプレート２ａと、複数のノズル翼２ｂとを備えている。

ノズルプレート２ａは、ノズル翼２ｂを設置するための円板形状のプレートであり、中央部にタービンインペラ１ｂを挿通可能なように開口が設けられている。
また、ノズルプレート２ａは、タービンインペラ１ｂの回転軸方向から見て、タービンインペラ１ｂよりも大径に設定されており、タービンインペラ１ｂから食み出した領域にノズル翼２ｂが設けられている。
なお、本実施形態のターボチャージャＳ１においてノズルプレート２ａは、タービンインペラ１ｂと、軸部４の後述するベアリングハウジング４ａとの間に介挿されており、タービン１から軸部４への熱の伝達を抑制するための遮熱板としても機能する。

ノズル翼２ｂは、タービンインペラ１ｂに対して供給される排気ガスを接続流路１ａ３において整流するものであり、タービンインペラ１ｂの回転軸方向から見て、当該回転軸を中心として等間隔かつ環状に複数配列されている。
なお、ノズル翼２ｂは、隣り合うノズル翼２ｂ同士の間に隙間流路（ノズル）を形成する。そして、排気ガスは、当該隙間流路を通過することによって整流される。

また、本実施形態のターボチャージャＳ１においては、ノズルプレート２ａをタービンハウジング１ａ側に押圧して付勢する皿バネ５を備えている。
この皿バネ５は、ノズルプレート２ａとベアリングハウジング４ａとの間に介挿されており、ノズルプレート２ａをタービンハウジング１ａ側に付勢することによってノズル翼２ｂをタービンハウジング１ａの内壁に押し付け、これによってノズル翼２ｂとタービンハウジング１ａとの間における隙間を小さくするものである。

コンプレッサ３は、タービン１によって得られた回転動力を用いてエンジンに供給される空気を圧縮するものであり、コンプレッサハウジング３ａと、コンプレッサインペラ３ｂとを備えている。

コンプレッサハウジング３ａは、コンプレッサ３の外形を形作る中空部材であり、内部にスクロール流路３ａ１と、インペラ収容空間３ａ２と、接続流路３ａ３とが設けられている。
スクロール流路３ａ１は、コンプレッサインペラ３ｂによって圧縮された空気をエンジンに案内するための流路であり、コンプレッサインペラ３ｂの回転軸を中心として当該コンプレッサインペラ３ｂを囲んで設けられている。
インペラ収容空間３ａ２は、コンプレッサインペラ３ｂを収容する領域であり、コンプレッサインペラ３ｂの回転軸方向から見てコンプレッサハウジング３ａの中央部に設けられている。なお、図１（ａ）に示すように、コンプレッサハウジング３ａには空気を取り込むための吸入口３ａ４が設けられており、インペラ収容空間３ａ２は、当該吸入口３ａ４と接続されている。
接続流路３ａ３は、スクロール流路３ａ１とインペラ収容空間３ａ２との間に設けられた流路である。

コンプレッサインペラ３ｂは、上述のようにインペラ収容空間３ａ２内に収容され、タービンインペラ１ｂから軸部４を介して伝達される回転動力によって回転駆動されるラジアルインペラである。
そして、コンプレッサインペラ３ｂは、吸入口３ａ４から取り込んだ空気を圧縮し、接続流路３ａ３を介してスクロール流路３ａ１に送り込む。

軸部４は、タービン１で回収された回転動力をコンプレッサ３に伝達するものであり、タービン１とコンプレッサ３との間に配置されている。
そして、軸部４は、図１（ａ）に示すように、ベアリングハウジング４ａと、シャフト４ｂとを備えている。

ベアリングハウジング４ａは、軸部４の外形を形作る中空部材であり、内部にシャフト４ｂを収容するシャフト収容空間４ａ１を有している。
このベアリングハウジング４ａは、タービンハウジング１ａとコンプレッサハウジング３ａとの間に配置されており、これらのタービンハウジング１ａとコンプレッサハウジング３ａとに固定されている。
なお、ベアリングハウジング４ａの内部には、シャフト４ｂの潤滑及び冷却を行う潤滑油の流路が形成されており、ベアリングハウジング４ａは、当該潤滑油の供給及び回収装置（不図示）と接続されている。

シャフト４ｂは、ベアリングハウジング４ａのシャフト収容空間４ａ１内に収容されており、不図示の軸受によって軸支されている。
このシャフト４ｂは、一端がタービンインペラ１ｂと接続され、他端がコンプレッサインペラ３ｂと接続されている。そして、シャフト４ｂは、タービンインペラ１ｂの回転に伴って回転し、同時にコンプレッサインペラ３ｂを回転させる。

そして、本実施形態のターボチャージャＳ１では、タービンハウジング１ａ、ベアリングハウジング４ａ及びノズルプレート２ａに設けられる位置決め溝１０と、タービンハウジング１ａの位置決め溝１０ａ、ベアリングハウジング４ａの位置決め溝１０ｂ及びノズルプレート２ａの位置決め溝１０ｃの全てに嵌合されてタービンハウジング１ａ、ベアリングハウジング４ａ及びノズルプレート２ａの周方向の位置決めを行う位置決めピン２０とを有している。

タービンハウジング１ａに設けられる位置決め溝１０ａは、図２（ａ）に示すように、位置決めピン２０の軸方向から見て、位置決めピン２０の上側を上方から囲っており、内壁面が位置決めピン２０の周面に合わせて湾曲している。

ベアリングハウジング４ａに設けられる位置決め溝１０ｂは、図２（ｂ）に示すように、位置決めピン２０の軸方向から見て、位置決めピン２０の下側を下方から支えている。
そして、本実施形態のターボチャージャＳ１では、位置決めピン２０の軸方向と直交する断面形状（図２に示す形状）において、開口１０ｂ１の幅が位置決めピン２０の直径よりも狭く設定されている。
つまり、ベアリングハウジング４ａに設けられる位置決め溝１０ｂは、嵌合された位置決めピン２０が開口１０ｂ１を介して抜け出さないように形状設定されている。

ノズルプレート２ａに設けられる位置決め溝１０ｃは、図２（ｃ）に示すように、位置決めピン２０の軸方向から見て、位置決めピン２０の下側を下方から支えている。
そして、本実施形態のターボチャージャＳ１では、位置決めピン２０の軸方向と直交する断面形状（図２に示す形状）において、開口１０ｃ１の幅が位置決めピン２０の直径よりも広く設定されている。

なお、タービンハウジング１ａに設けられる位置決め溝１０ａとベアリングハウジング４ａに設けられる位置決め溝１０ｂとは、タービンハウジング１ａとベアリングハウジング４ａとが嵌合された際には、位置決めピン２０の断面形状よりも僅かに径の大きい円形の嵌合穴を形成する。そして、当該嵌合穴に位置決めピン２０が嵌合される。

また、タービンハウジング１ａに設けられる位置決め溝１０ａとノズルプレート２ａに設けられる位置決め溝１０ｃとは、タービンハウジング１ａとノズルプレート２ａとが嵌合された際には、位置決めピン２０の断面形状よりも僅かに径の大きい円形の嵌合穴を形成する。そして、当該嵌合穴に位置決めピン２０が嵌合される。

つまり、本実施形態のターボチャージャＳ１では、タービンハウジング１ａと、ベアリングハウジング４ａと、ノズルプレート２ａとが嵌合された際には、位置決め溝１０ａ〜１０ｃによって形成される嵌合穴が１つ形成される。そして、当該嵌合穴に位置決めピン２０が挿入されて嵌合される。

位置決めピン２０は、位置決め溝１０ａ〜１０ｃにて形成される嵌合穴に挿入して配置されることによって位置決め溝１０ａ〜１０ｃに嵌合されている。このような位置決めピン２０は、タービンハウジング１ａと、ベアリングハウジング４ａと、ノズルプレート２ａとの周方向（タービンインペラ１ｂの回転軸を中心とする回転方向）における位置決めを行い、タービンハウジング１ａと、ベアリングハウジング４ａと、ノズルプレート２ａとの周方向への位置ズレを抑制するためのものである。

この位置決めピン２０は、略円柱形状を有しており、中心軸をタービンインペラ１ｂの回転軸方向に沿わせて配置されている。
そして、本実施形態のターボチャージャＳ１においては、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である図１（ｂ）に示すように、位置決めピン２０が周方向に１つのみ設けられている。

このような構成を有する本実施形態のターボチャージャＳ１においては、エンジンより排気ガスがタービン１に供給されると、排気ガスは、タービンインペラ１ｂに供給される。
タービンインペラ１ｂに排気ガスが供給されると、排気ガスの流れによってタービンインペラ１ｂが回転駆動され、これによって排気ガスに含まれるエネルギが回転動力として回収される。
なお、エネルギが回収された排気ガスは、排気口１ａ４を介してターボチャージャＳ１の外部に排出される。

タービンインペラ１ｂが回転駆動されると、シャフト４ｂを介してコンプレッサインペラ３ｂに回転動力が伝達され、これによってコンプレッサインペラ３ｂが回転駆動される。
この結果、吸入口３ａ４から取り込まれた空気がコンプレッサインペラ３ｂによって圧縮され、圧縮空気が接続流路３ａ３及びスクロール流路３ａ１を介してエンジンに供給される。

なお、このような構成を有する本実施形態のターボチャージャＳ１を組み立て時において、タービンハウジング１ａと、ベアリングハウジング４ａと、ノズルプレート２ａとを嵌合させる場合には、まずベアリングハウジング４ａの位置決め溝１０ｂに対して、タービンインペラ１ｂの回転軸方向から位置決めピン２０を挿入して配置する。

続いて、ノズルプレート２ａをベアリングハウジング４ａに対して嵌合する。ここでは、位置決め溝１０ｃを先にベアリングハウジング４ａに嵌合された位置決めピン２０に合わせてノズルプレート２ａとベアリングハウジング４ａとを嵌合する。

続いて、タービンハウジング１ａをベアリングハウジング４ａ及びノズルプレート２ａに対して嵌合する。ここでは、位置決め溝１０ａを先に配置された位置決めピン２０に合わせてタービンハウジング１ａをベアリングハウジング４ａ及びノズルプレート２ａに対して嵌合する。

このような本実施形態のターボチャージャＳ１によれば、単一の位置決めピン２０が、タービンハウジング１ａの位置決め溝１０ａ、ベアリングハウジング４ａの位置決め溝１０ｂ及びノズルプレート２ａの位置決め溝１０ｃの全てに嵌合される。このため、当該位置決めピン２０を１つのみ用いることによって、タービンハウジング１ａとベアリングハウジング４ａとノズルプレート２ａとの位置決めを行うことができる。
したがって、本実施形態のターボチャージャＳ１によれば、複数の位置決めピンを用いてタービンハウジングとベアリングハウジングとノズルプレートとの位置決めを行う従来のターボチャージャと比較して、タービンハウジング１ａとベアリングハウジング４ａとノズルプレート２ａとの位置決め誤差を抑制することが可能となる。

このようにタービンハウジング１ａとベアリングハウジング４ａとノズルプレート２ａとの位置決め誤差を抑制することによって、タービンハウジング１ａ内の舌部（スクロール流路１ａ１の端部位置）とノズル翼２ｂとの位置関係を正確に合わせることが可能となり、ターボチャージャとしての性能の向上を図ることが可能となる。

また、本実施形態のターボチャージャＳ１においては、上述のように、ベアリングハウジング４ａに設けられた位置決め溝１０ｂの開口１０ｂ１の幅が位置決めピン２０の直径よりも狭く設定されている。
このため、組立て時において、位置決めピン２０が脱落することを抑止することができる。
なお、ノズルプレート２ａの位置決め溝１０ｃの開口の幅を位置決めピン２０の直径よりも狭く設定することによっても同様の効果が得られる。
また、タービンハウジング１ａの位置決め溝１０ａの開口の幅を位置決めピン２０の直径よりも狭く設定することによっても同様の効果が得られるが、先にノズルプレート２ａとベアリングハウジング４ａが嵌合されるため、ノズルプレート２ａの位置決め溝１０ｃの開口の幅あるいはベアリングハウジング４ａの位置決め溝１０ｂの開口の幅を位置決めピン２０の直径よりも狭く設定する方が組立時における作業性の向上が図れる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図３（ａ）は、本実施形態のターボチャージャＳ２の概略構成を示す断面図である。また図３（ｂ）は、本実施形態のターボチャージャＳ２が備える位置決めピン３０の正面図である。

これらの図に示すように、本実施形態のターボチャージャＳ２は、中空のスプリングピンを位置決めピン３０として備えている。
この位置決めピン３０は、図３（ｂ）に示すように、周方向の一部が切り欠かれると共に可撓性を有しており、径方向に圧縮させることができる。

そして、本実施形態のターボチャージャＳ２は、上述のような位置決めピン３０が径方向に圧縮されて位置決め溝１０ａ〜１０ｃに嵌合されている。
このような本実施形態のターボチャージャＳ２によれば、位置決めピン３０が元の形状に復元しようとする復元力によって位置決めピン３０が位置決め溝１０ａ〜１０ｃの内壁面に押さえつけられ、これによって位置決めピン３０の脱落をより確実に防止することが可能となる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、本発明の翼体としてノズルプレート２ａに固定されたノズル翼２ｂを有する固定翼式のターボチャージャＳ１，Ｓ２を挙げて説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、可動翼式ターボチャージャに適用することも可能である。

また、上記実施形態においては、ノズルプレート２ａをタービン１に配置し、タービンハウジング１ａと、ベアリングハウジング４ａと、ノズルプレート２ａとを位置決めピン２０で位置決めする構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、ノズルプレートをコンプレッサ３に配置し、コンプレッサハウジング３ａ（インペラハウジング）と、ベアリングハウジング４ａと、ノズルプレートとを位置決めピンで位置決めする構成を採用することもできる。

また、例えば、位置決めピン２０に加えて、強度を向上させるためのピンをタービンハウジング１ａと、ベアリングハウジング４ａと、ノズルプレート２ａとのいずれかあるいは複数に嵌合させるようにしても良い。

Ｓ１，Ｓ２……ターボチャージャ、１……タービン、１ａ……タービンハウジング（インペラハウジング）、１ｂ……タービンインペラ、２……ノズル機構、２ａ……ノズルプレート、２ｂ……ノズル翼（翼体）、３……コンプレッサ、３ａ……コンプレッサハウジング、４……軸部、４ａ……ベアリングハウジング、１０（１０ａ〜１０ｃ）……位置決め溝、２０，３０……位置決めピン

Claims (4)

1. インペラを収容するインペラハウジングと、前記インペラと接続されるシャフトを収容するベアリングハウジングと、前記インペラ周りに配置される複数の翼体を支持すると共に前記インペラハウジング及び前記ベアリングハウジングと嵌合されるノズルプレートとを備えるターボチャージャであって、
   前記インペラハウジング、前記ベアリングハウジング及び前記ノズルプレートに設けられる位置決め溝と、
   前記インペラハウジングの前記位置決め溝、前記ベアリングハウジングの前記位置決め溝及び前記ノズルプレートの前記位置決め溝の全てに嵌合されて前記インペラハウジング、前記ベアリングハウジング及び前記ノズルプレートの周方向の位置決めを行う位置決めピンと
   を備えることを特徴とするターボチャージャ。
2. 前記インペラハウジングの前記位置決め溝、前記ベアリングハウジングの前記位置決め溝及び前記ノズルプレートの前記位置決め溝の少なくともいずれかは、前記位置決めピンの軸方向と直交する断面形状において開口の幅が前記位置決めピンの直径よりも狭く設定されていることを特徴とする請求項１記載のターボチャージャ。
3. 前記開口の幅が狭く設定された位置決め溝は、前記ノズルプレート及び前記ベアリングハウジングのいずれかあるいは両方に設けられていることを特徴とする請求項２記載のターボチャージャ。
4. 前記位置決めピンは、中空で、径方向に圧縮されて前記位置決め溝に嵌合されるスプリングピンであることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載のターボチャージャ。

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