JP2012132413A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】インペラ周りに複数の翼体が配置されるターボチャージャの製造コストを低減する。
【解決手段】翼体２ｂを支持する支持部２ａ１と、インペラハウジング１ａとベアリングハウジング４ａとに狭持される被狭持部２ａ２と、を有するノズルプレート２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。

ところで、タービン及びコンプレッサは、内部に回転駆動されるインペラを備えている。そして、上述のようなターボチャージャにおいては、例えば、特許文献１及び特許文献２に示すように、タービンあるいはコンプレッサにおける流体の整流を行う翼体がインペラ周りに複数配置されることがある。

特開２００８−２１５０８３号公報 特開２００９−１４４５４６号公報

一般的に、上述の翼体は、インペラに接続するシャフトを挿通可能とする開口を中央に有した環状のノズルプレートに設けられている。
そして、このノズルプレートが位置決めピンや皿バネを用いて、インペラを収容するインペラハウジングやシャフトを収容するベアリングハウジングに位置決めされて固定されている。

しかしながら、翼体をインペラ周りに配置する場合には、上述のように位置決めピンや皿バネを必要とすることから部品点数が増加してしまい、製造コストの増加を招く。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、インペラ周りに複数の翼体が配置されるターボチャージャの製造コストを低減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とを備えるターボチャージャであって、上記翼体を支持する支持部と、上記インペラハウジングと上記ベアリングハウジングとに狭持される被狭持部と、を有するノズルプレート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、上記ノズルプレートが、上記支持部と上記被狭持部との間に配置されると共に上記支持部を上記インペラハウジング側に付勢することによって上記翼体を上記インペラハウジングに押し付ける付勢部を有するという構成を採用する。

第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記ノズルプレートが、上記インペラと上記ベアリングハウジングとの間に配置されて上記インペラ側から上記ベアリングハウジングへの伝熱を抑制する遮熱部を有するという構成を採用する。

第４の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、上記被狭持部が、上記インペラの回転軸方向に上記インペラハウジングと上記ベアリングハウジングとによって狭持されているという構成を採用する。

第５の発明は、上記第１〜第４いずれかの発明において、上記被狭持部が、上記インペラの回転軸を中心として全周に亘って設けられているという構成を採用する。

本発明によれば、翼体が設けられるノズルプレートが、インペラハウジングとベアリングハウジングとによって狭持される被狭持部を有している。
このため、ノズルプレートの被狭持部をインペラハウジングとベアリングハウジングとによって狭持することによって、位置決めピンや皿バネを用いることなくノズルプレートの位置決め及び固定を行うことができる。
したがって、本発明によれば、位置決めピンや皿バネを用いてノズルプレートの位置決めや固定を行っていた従来のターボチャージャと比較して、部品点数を削減することができる。
よって、本発明によれば、インペラ周りに複数の翼体が配置されるターボチャージャの製造コストを低減することが可能となる。

本発明の一実施形態におけるターボチャージャの概略構成を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態におけるターボチャージャが備えるノズル機構の斜視図である。

図１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。

図２は、ノズル機構２の斜視図である。以下の説明は、図１及び図２を参照しつつ行う。
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が設けられるプレートであり、中央部にタービンインペラ１ｂに接続されるシャフト４ｂが挿通可能なように開口が設けられた環状形状を有している。
そして、本実施形態のノズルプレート２ａは、図１及び図２に示すように、支持部２ａ１と、被狭持部２ａ２と、付勢部２ａ３と、遮熱部２ａ４とを有し、これらの支持部２ａ１と、被狭持部２ａ２と、付勢部２ａ３と、遮熱部２ａ４とが一体的となって構成されている。

支持部２ａ１は、ノズル翼２ｂが固定される部位であり、環状に形状設定されている。この支持部２ａ１は、図１に示すように、ノズルプレート２ａがターボチャージャＳ１の内部に組みつけられた状態では、接続流路１ａ３の流路壁の一部を構成する。

被狭持部２ａ２は、タービンハウジング１ａと後述のベアリングハウジング４ａ（図１参照）とによって狭持される部位である。
この被狭持部２ａ２は、ノズルプレート２ａの最外周に設けられており、タービンインペラ１ｂの回転軸を中心として全周に亘って設けられている。
なお、本実施形態のターボチャージャＳ１において、被狭持部２ａ２は、表裏面をタービンインペラ１ｂの回転軸方向に向けて設けられており、タービンハウジング１ａとベアリングハウジング４ａとによって上記回転軸方向から狭持されている。

付勢部２ａ３は、支持部２ａ１と被狭持部２ａ２との間に設けられた部位であり、支持部２ａ１をタービンハウジング１ａ側に付勢することによって、支持部２ａ１のタービンハウジング１ａ側に設けられたノズル翼２ｂをタービンハウジング１ａ（シュラウドが設けられている場合には当該シュラウド）に対して押し付けるものである。
この付勢部２ａ３は、可撓性を有しており、ノズルプレート２ａがターボチャージャＳ１に組みつけられていない状態では、被狭持部２ａ２の表面に対して支持部２ａ１の表面がノズルプレート２ａの外周側に僅かに傾斜するように姿勢設定されている。
そして、付勢部２ａ３は、ノズルプレート２ａがターボチャージャＳ１に組みつけられた際にノズル翼２ｂがタービンハウジング１ａの内壁面に当接されて押し込まれることによって変形し、その復元力によってノズルプレート２ａを付勢する。

遮熱部２ａ４は、支持部２ａ１よりも更に内周側に設けられる部位であり、環状に形状設定されている。
この遮熱部２ａ４は、タービンインペラ１ｂとベアリングハウジング４ａとの間に配置されており、タービンインペラ１ｂ側からベアリングハウジング４ａへの伝熱を抑制するものである。

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。

図１に戻り、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。

そして、本実施形態のターボチャージャＳ１においてベアリングハウジング４ａは、タービンハウジング１ａと共にノズルプレート２ａの被狭持部２ａ２を狭持しつつ、タービンハウジング１ａに対してカップリングによって強固に接続されている。

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。

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。

そして、本実施形態のターボチャージャＳ１では、ノズル翼２ｂが設けられるノズルプレート２ａが、タービンハウジング１ａとベアリングハウジング４ａとによって狭持される被狭持部２ａ２を有している。
このため、ノズルプレート２ａの被狭持部２ａ２をタービンハウジング１ａとベアリングハウジング４ａとによって狭持することによって、位置決めピンや皿バネを用いることなくノズルプレート２ａの位置決め及び固定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、位置決めピンや皿バネを用いてノズルプレートの位置決めや固定を行っていた従来のターボチャージャと比較して、部品点数を削減することができる。
よって、本実施形態のターボチャージャＳ１によれば、製造コストを低減す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、ノズルプレート２ａが支持部２ａ１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に押し付ける付勢部２ａ３を有している。
このため、常にノズル翼２ｂがタービンハウジング１ａに対して押さえつけられた状態を維持することができる。この結果、ノズル翼２ｂとタービンハウジング１ａとの間に隙間が生じることを防止し、ノズル翼２ｂにおける排気ガスの整流効果を高めターボチャージャＳ１の性能を向上させることができる。

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は、タービンインペラ１ｂとベアリングハウジング４ａとの間に配置されてタービンインペラ１ｂ側からベアリングハウジング４ａへの伝熱を抑制する遮熱部２ａ４を有する。
このため、部品点数を増やすことなくベアリングハウジング４ａの過熱を防止することができる。

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の被狭持部２ａ２がタービンハウジング１ａとベアリングハウジング４ａとによって上記回転軸方向から狭持されている。
このため、ノズルプレート２ａがタービンインペラ１ｂの回転軸方向に変位することを防止することができ、ノズルプレート２ａとタービンインペラ１ｂとの位置関係が崩れて性能が低下することを防止することができる。

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の被狭持部２ａ２がタービンインペラ１ｂの回転軸を中心として全周に亘って設けられている。
このため、タービンハウジング１ａとベアリングハウジング４ａとの間の隙間の全域に被狭持部２ａ２が介挿されることとなり、タービンハウジング１ａとベアリングハウジング４ａとの間のシール性を向上させることができる。

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、被狭持部を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とで狭持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が付勢部２ａ３を備え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、付勢部２ａ３を備えない構成を採用することも可能である。この場合には、付勢部２ａ３に換えて、支持部２ａ１と被狭持部２ａ２とを連結する連結部を設ければ良い。

また、上記実施形態においては、ノズルプレート２ａが遮熱部２ａ４を備え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、遮熱部２ａ４を備えない構成を採用することも可能である。
例えば、コンプレッサインペラ３ｂからベアリングハウジング４ａへの伝熱については通常問題とならないため、上述のようにノズルプレート２ａをコンプレッサ３に配置する場合には、遮熱部２ａ４を備えない構成を採用することができる。

また、上記実施形態においては、被狭持部２ａ２がタービンインペラ１ｂの回転軸周りの全周に亘って設けられている構成を採用した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、被狭持部２ａ２がタービンインペラ１ｂの回転軸周りに分散して複数設けられる構成を採用することもできる。

また、上記実施形態においては、被狭持部２ａ２が、タービンインペラ１ｂの回転軸方向に狭持され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、被狭持部の表裏面をタービンインペラ１ｂの半径方向に向けて設け、当該被狭持部をタービンインペラ１ｂの半径方向からタービンハウジング１ａとベアリングハウジング４ａとによって狭持する構成を採用することもできる。

Ｓ１……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、２ａ１……支持部、２ａ２……被狭持部、２ａ３……付勢部、２ａ４……遮熱部、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

Claims (5)

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とを備えるターボチャージャであって、
   前記翼体を支持する支持部と、前記インペラハウジングと前記ベアリングハウジングとに狭持される被狭持部と、を有するノズルプレートを備えることを特徴とするターボチャージャ。
2. 前記ノズルプレートは、前記支持部と前記被狭持部との間に配置されると共に前記支持部を前記インペラハウジング側に付勢することによって前記翼体を前記インペラハウジングに押し付ける付勢部を有す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. 前記ノズルプレートは、前記インペラと前記ベアリングハウジングとの間に配置されて前記インペラ側から前記ベアリングハウジングへの伝熱を抑制する遮熱部を有することを特徴とする請求項１または２記載のターボチャージャ。
4. 前記被狭持部は、前記インペラの回転軸方向に前記インペラハウジングと前記ベアリングハウジングとによって狭持されてい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。
5. 前記被狭持部は、前記インペラの回転軸を中心として全周に亘って設けられていることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のターボチャージャ。

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