JP2012229676A - 遮熱板の取付構造及び過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】遮熱板の形状保持強度を高め、且つ遮熱板による遮熱効果を高める。
【解決手段】過給機を構成するタービンハウジング７から軸受ハウジング２側へ張り出した張出部１６を有し、張出部１６と軸受ハウジング２を締結ボルト９により締め付けて一体に組み立てる際に、タービンハウジング７と軸受ハウジング２に形成した挟持部１８により遮熱板１４の外周縁を挟持して同時に固定するようにしている遮熱板の取付構造であって、タービンハウジング７と軸受ハウジング２との間に、タービンインペラ３の背面から外方且つ軸受ハウジング２側へ傾斜して挟持部１８まで延びる空間２３が形成してあり、遮熱板１４が、タービンインペラ３の背面に対応するガス流路形成部２５と、ガス流路形成部２５から空間２３内を非接触で挟持部１８まで延びる傾斜部２６と、傾斜部２６から挟持部１８内に延びるフランジ部２７とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に適用される過給機における遮熱板の取付構造及び過給機に関するものである。

従来から過給機を備えた内燃機関が知られている。過給機は、一端にタービンインペラを有し他端にコンプレッサインペラを有する回転軸が軸受ハウジングの軸受により回転可能に支持され、前記タービンインペラを包囲するタービンスクロールを備えたタービンハウジングが前記軸受ハウジングに組付けられ、又、前記コンプレッサインペラを包囲するコンプレッサスクロールを備えたコンプレッサハウジングが前記軸受ハウジングに組付けられた構成を有している。

前記タービンハウジングを軸受ハウジングに組付けるための構造としては、タービンハウジングの外周部に、タービンインペラの背面よりも軸受ハウジング側へ張り出した張出部を形成し、該軸受ハウジングの張出部と軸受ハウジングの外周部とを、過給機の軸線と平行な締結ボルトからなる締結具によって締結するようにしたものがあり（特許文献１参照）、又、Ｇカップリングと称される締結具によって軸受ハウジングの張出部と軸受ハウジングとを締結するようにしたものがある（特許文献２参照）。

又、前記タービンハウジングはエンジンからの排ガスにより加熱されるが、前記軸受ハウジングは冷却手段（水冷方式等）を備えて軸受を冷却している。従って、前記タービンハウジングと軸受ハウジングとの間には遮熱する必要がある。このため、特許文献１及び２に示す如くタービンインペラの背面位置に遮熱板を設けて、ターピンハウジング側の排ガスが軸受ハウジング側へ漏洩する問題を防止すると共に、タービンハウジングの熱が軸受ハウジング側へ伝熱するのを防止している。

特許文献１及び２に示すように、前記遮熱板は、前記軸受ハウジングと軸受ハウジングを締結具で締結する際に、前記軸受ハウジングと軸受ハウジングとの間に設けた挟持部によって遮熱板の外周縁を挟み込むことにより一緒に固定している。前記挟持部は、前記タービンインペラの背面位置から軸受ハウジング側へ変位（オフセット）して設けられている。このため、タービンインペラの背面に内周側が位置する遮熱板の外周側には、軸受ハウジング側へ９０゜に折り曲げた横曲げ部を設けて該横曲げ部を前記タービンハウジングの内面に形成した円筒部に沿って配置した後、再び外方へ９０゜に折り曲げた縦曲げ部を形成して前記挟持部に導くようにしている。

特開２０１０−０２４９１５号公報 特開２００９−１６７９７１号公報

前記遮熱板は、排ガスによる加熱温度と常温との間で繰り返し使用されるものであり、このため、前記したように９０゜の極端な角度で曲げられた横曲げ部及び縦曲げ部を有する遮熱板では、曲げ部に大きな熱応力が繰り返し作用することにより耐久強度が低下するという問題がある。又、極端な曲げ部を有する遮熱板は、熱歪みによって予想外の変形を起こすことが考えられ、この変形のために遮熱板がタービンインペラ背面に異常に接近したり、或いは、タービンインペラ背面との間隔が極端に大きくなるといった問題を生じる可能性がある。

更に、遮熱板の横曲げ部がタービンハウジングの内部の円筒部に沿って配置されていることから、タービンハウジングと遮熱板が接触し、タービンハウジングの熱が直接遮熱板に伝熱されて遮熱板が加熱され、これによって遮熱板による遮熱効果が低下するという問題がある。

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなしたもので、遮熱板の形状保持強度を高めることができ、且つ、遮熱板による遮熱効果が高められるようにした遮熱板の取付構造及び過給機を提供しようとするものである。

本発明は、過給機を構成するタービンハウジングから軸受ハウジング側へ張り出した張出部を有し、該張出部と前記軸受ハウジングを締結具により締め付けて一体に組み立てる際に、前記タービンハウジングと軸受ハウジングに形成した挟持部により遮熱板の外周縁を挟持して同時に固定するようにしている遮熱板の取付構造であって、
前記タービンハウジングと軸受ハウジングとの間に、タービンインペラの背面から外方且つ軸受ハウジング側へ傾斜して前記挟持部まで延びる空間が形成してあり、
前記遮熱板が、前記タービンインペラの背面に対向するガス流路形成部と、該ガス流路形成部から前記空間内を非接触で前記挟持部まで延びる傾斜部と、該傾斜部から前記挟持部内に延びるフランジ部とを有する
ことを特徴とする遮熱板の取付構造、に係るものである。

上記遮熱板の取付構造において、前記遮熱板の挟持部に挟持されるフランジ部の半径方向の少なくとも１部が、前記張出部と軸受ハウジングを締結する締結具の締結力作用範囲に含まれていることは好ましい。

又、上記遮熱板の取付構造において、前記タービンハウジングの張出部の内側に形成した段部と、該段部に係合するよう軸受ハウジングの外周に突出した突出部とにより前記挟持部が形成してあり、前記締結具は、押え板を介して前記突出部をタービンハウジングに締結する締結ボルトであってもよい。

又、上記遮熱板の取付構造において、前記段部及び突出部が外方に延長され、前記締結ボルトが前記突出部と前記挟持部に配置される遮熱板のフランジ部とを貫通していてもよい。

又、上記遮熱板の取付構造において、前記タービンハウジングの張出部と前記軸受ハウジングの外周には、互いに外方に突出して対向面に挟持部が形成されると共に、該挟持部から軸受ハウジング側へ延びて更に外方へ延びるＬ字形の填め合い部が形成され、且つ反挟持部側に外方へ向かって厚みが減少するよう傾斜する傾斜面が形成された第１と第２の傾斜突部を有しており、前記締結具は、前記第１と第２の傾斜突部の外側に嵌合して前記傾斜面を介し第１の傾斜突部と第２の傾斜突部を引き付けて締結するＧカップリングであってもよい。

本発明は、前記遮熱板の取付構造を備えて、前記遮熱板を前記挟持部に挟み込み、前記タービンハウジングの張出部と前記軸受ハウジングを締結具により締結したことを特徴とする過給機、に係るものである。

本発明の遮熱板の取付構造及び過給機によれば、遮熱板の形状保持強度を高めることができ、且つ、遮熱板による遮熱効果が高められるという優れた効果を奏し得る。

（ａ）は本発明の遮熱板の取付構造の一実施例を示す切断側面図、（ｂ）は（ａ）をＩＩＩ方向から見た矢視図である。 遮熱板の切断側面図である。 本発明を適用した過給機の全体構成の一例を示す縦断側面図である。 挟持部と締結部が半径方向に離れた従来装置と本発明について、タービンハウジングと軸受ハウジングに曲げ荷重を作用させたときと曲げ荷重を開放した時におけるガスのリーク量を計測して比較した線図である。 図１の実施例の変形例を示す切断側面図である。 本発明の遮熱板の取付構造の他の実施例を示す切断側面図である。 本発明の遮熱板の取付構造をノズルベーンを有しない固定容量形の過給機に適用した実施例を示す切断側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。

図３は本発明を適用した過給機１の全体構成の一例を示すもので、２は軸受ハウジングであり、該軸受ハウジング２は、一端にタービンインペラ３を有すると共に他端にコンプレッサインペラ４を有する回転軸５を軸受６により回転可能に支持している。７は、前記タービンインペラ３を包囲するタービンスクロール８を有するタービンハウジングであり、該タービンハウジング７は、過給機１の軸線Ｘと平行な締結ボルト９（締結具）により前記軸受ハウジング２に組み付けて固定されている。１０は、前記コンプレッサインペラ４を包囲するコンプレッサスクロール１１を有するコンプレッサハウジングであり、該コンプレッサハウジング１０は過給機１の軸線Ｘと平行な締結ボルト９（締結具）により前記軸受ハウジング２に組み付けて固定されている。又、前記タービンハウジング７と前記軸受ハウジング２との間には、回転方向の位置決めを行う位置決めピン１３が備えられている。図３では前記タービンインペラ３の外周部とタービンスクロール８との間に開度調節が可能なノズルベーン１５を設けた可変容量形の過給機１の場合を示している。１２は、軸受ハウジング２の冷却手段を構成する冷却水流路、１２ａは軸受６に対する潤滑油供給流路である。

図１、図３に示す如く、前記タービンハウジング７には前記軸受ハウジング２の外周上へ張り出した張出部１６が形成してあり、該張出部１６の内側には段部１７が形成され、又、前記軸受ハウジング２の外周には前記段部１７に対向して挟持部１８を形成する突出部１９が形成されている。更に、前記張出部１６の先端外側部には、前記突出部１９の軸線Ｘ方向の幅に前記遮熱板１４の厚さを加算した寸法と同じ高さに突出した突条２０が形成してあり、前記突出部１９の反挟持部１８側に配置した押え板２１を介して過給機１の軸線Ｘと平行な締結ボルト９（締結具）を前記張出部１６のネジ孔２２にねじ込むことにより、前記押え板２１が前記突条２０と突出部１９を押してタービンハウジング７と軸受ハウジング２を締結するようになっている。

前記タービンハウジング７と軸受ハウジング２との間には、図１に示す如く、タービンインペラ３の背面から外方且つ軸受ハウジング２側へ傾斜して前記挟持部１８まで延びた空間２３を形成しており、この空間２３に、ターピンハウジング７側の排ガスが軸受ハウジング２側へ漏洩する問題を防止し、且つタービンハウジング７の熱が軸受ハウジング２側へ伝熱するのを防止する遮熱板１４を設けている。

前記遮熱板１４は、図１、図２に示す如く、前記タービンインペラ３の背面と軸受ハウジング２との間において、中心に前記回転軸５の貫通孔２４を有して半径方向外方へ延びたガス流路形成部２５と、該ガス流路形成部２５から前記空間２３内を非接触で前記挟持部１８まで延びた傾斜部２６と、該傾斜部２６から前記挟持部１８内に延びたフランジ部２７とを有している。この時、前記傾斜部２６は、ガス流路形成部２５の一部を構成する第１曲り部２６ａと、更に該第１曲り部２６ａから外方へ延びた第２曲り部２６ｂとを有しており、第１曲り部２６ａの軸線Ｘに対する曲り角θ１に対して、第２曲り部２６ｂの曲り角θ２は大きくなっている。尚、前記第１曲り部２６ａ、第２曲り部２６ｂ及びフランジ部２７の曲り部は所要の曲率半径を有した緩やかな曲りとなっている。従って、前記遮熱板１４は、ガス流路形成部２５とフランジ部２７との間が、第１曲り部２６ａ及び第２曲り部２６ｂによって徐々に外方へ開いた浅い食器皿の如き形状を呈している。

又、前記遮熱板１４のフランジ部２７を挟持する挟持部１８の半径方向の少なくとも１部は、前記張出部１６に突出部１９を締結する締結ボルト９による押付力作用部Ａに含まれるようにしている。即ち、前記締結ボルト９により押え板２１を介して締結を行うと、突出部１９には押付力作用部Ａによる押付力が作用し、張出部１６には引張力作用部Ｂによる引っ張り力が作用するので、前記挟持部１８の少なくとも１部が前記押付力作用部Ａの外方に延長されて押付力作用部Ａにかかるようにしている。

次に、上記実施例の作動を説明する。

前記タービンハウジング７と軸受ハウジング２とを組み立てるには、前記タービンハウジング７の張出部１６の内側に備えた段部１７と軸受ハウジング２に備えた突出部１９からなる挟持部１８に前記遮熱板１４のフランジ部２７を配置した状態において、タービンハウジング７と軸受ハウジング２を接近させ、押え板２１を介して締結ボルト９をネジ孔２２にねじ込むことにより締結する。

上記締結ボルト９の締結により、前記遮熱板１４のフランジ部２７は前記挟持部１８により固定され、他のガス流路形成部２５及び傾斜部２６は、前記タービンハウジング７、タービンインペラ３及び軸受ハウジング２に非接触の状態で空間２３に配置される。

ここで、前記遮熱板１４は、図２に示すように、ガス流路形成部２５から第１曲り部２６ａ、第２曲り部２６ｂ及びフランジ部２７に向かって徐々に外方へ開いた食器皿形状を有しているので、形状保持強度が高く、よって、空間２３の所定の位置に確実に保持されるようになる。又、前記したように食器皿形状を有する遮熱板１４は、絞り加工等によって容易に製造することができる。

更に、前記遮熱板１４は、従来のように９０゜の極端な曲り部を有していないため、極端な曲り部に大きな熱応力が繰り返し作用することにより耐久強度が低下するといった問題を低減することができる。

又、従来のように９０゜の極端な曲りを有する遮熱板は、熱歪みによる予想外の変形を起こし、このために遮熱板がタービンインペラ背面に異常に接近したり、或いは、タービンインペラ背面との間隔が極端に大きくなるといった問題を生じる可能性があるが、前記したように食器皿形状の遮熱板１４は従来のような熱歪みによる変形の問題を防止することができる。

更に、従来の遮熱板は、横曲げ部がタービンハウジングの内部の円筒部に沿って配置されていたために、タービンハウジングと遮熱板が接触しタービンハウジングの熱が直接遮熱板に伝熱して遮熱板による遮熱効果が低下するという問題が生じていたが、図１の遮熱板１４はタービンハウジング７に接しているのは挟持部１８のみであり、他のガス流路形成部２５及び傾斜部２６は前記空間２３内に非接触で配置されるので、空間２３の空気による伝熱は著しく小さいため、タービンハウジング７の熱が軸受ハウジング２に伝熱される問題を大幅に低減できる。

又、前記遮熱板１４のフランジ部２７を挟持する挟持部１８の半径方向の少なくとも１部が、前記締結ボルト９による押付力作用部Ａに含まれるようにしているので、締結ボルト９による締結によって前記挟持部１８にモーメントが作用する問題を防止することかできる。例えば、挟持部に対して締結具による押付力作用部Ａが外方へ外れた場合には、締結具による締結によって挟持部にモーメントが作用し、このモーメントによって挟持部における遮熱板によるシール性が低下する問題がある。

図４は、前記したように挟持部に対して締結具による押付力作用部Ａが外方へ外れている場合Ｉ（白抜き部）と、本発明のように挟持部１８の半径方向の少なくとも１部が押付力作用部Ａに含まれるようにした場合ＩＩ（黒塗り部）とにおいて、タービンハウジングと軸受ハウジングとに矢印で示すように曲げ荷重を作用した時（右向き矢印）と曲げ荷重を開放した時（左向き矢印）におけるガスのリーク量を計測したものである。

図４から明らかなように、挟持部に対して押付力作用部Ａが外方へ外れた場合には、挟持部にモーメントが作用することにより、曲げ荷重の増加と共にリーク量が大幅に増加しているのに対し、本発明のように挟持部１８の半径方向の少なくとも１部が押付力作用部Ａに含まれるようにした場合には、挟持部にモーメントが作用しなため、曲げ荷重が変化してもリーク量の変化は極めて小さく、本発明によるとシール効果を大幅に高められることが分かる。

図５は、図１の変形例を示すもので、前記段部１７及び突出部１９を外方へ延長させた形状としており、締結ボルト９が前記突出部１９と挟持部１８に配置された遮熱板１４のフランジ部２７とを貫通するようにしている。図５の実施例によれば、遮熱板１４の固定強度を高めることができ、更に、締結ボルト９の締め付けによって挟持部１８にモーメントが作用する問題を確実に防止することができる。

図６は、前記締結具の他の例を示したもので、タービンハウジング７の張出部１６と前記軸受ハウジング２の外周には、互いに外方へ突出して対向面に挟持部１８を形成すると共に、該挟持部１８から軸受ハウジング２側へ延びた後外方へ延びたＬ字形の填め合い部２８を形成しており、且つ反挟持部１８側には外方へ向かって厚みが減少するよう傾斜した傾斜面２９を備えた第１及び第２の傾斜突部３０ａ，３０ｂを有している。そして、締結具は、前記第１及び第２の傾斜突部３０ａ，３０ｂの外側に嵌合して前記傾斜面２９を介し第１の傾斜突部３０ａと第２の傾斜突部３０ｂを引き付けて締結するＧカップリング３１の場合を示している。３２はＧカップリング３１を締め付ける締付ボルトである。

図６に示す締付ボルト３２でＧカップリング３１（締結具）を締め付けると、第１及び第２の傾斜突部３０ａ，３０ｂの傾斜面２９を介して第１の傾斜突部３０ａと第２の傾斜突部３０ｂが引き付けられてタービンハウジング７と軸受ハウジング２は締結され、これと同時に挟持部１８に配置した遮熱板１４のフランジ部２７が固定される。図６の実施例においても、挟持部１８の半径方向の少なくとも１部は、前記Ｇカップリング３１によって傾斜面２９に作用する押付力作用部Ａに含まれるようにしている。

図６の実施例においても図１の実施例と同様の遮熱効果発揮することができる。

図７は、図１に示した遮熱板の取付構造をノズルベーンを備えない固定用容量形の過給機に適用した場合を示すもので、この実施例においても、前記図１の実施例と同様に作用することができる。

上記各実施例に示した遮熱板の取付構造を備えた過給機によれば、遮熱板の形状保持強度を高めることができ、且つ遮熱板による遮熱効果が高められるので、過給機の性能を向上させることができる。

尚、本発明の遮熱板の取付構造及び過給機は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、種々の過給機に適用できること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 過給機
２ 軸受ハウジング
７ タービンハウジング
９ 締結ボルト（締結具）
１４ 遮熱板
１６ 張出部
１７ 段部
１８ 挟持部
１９ 突出部
２１ 押え板
２３ 空間
２５ ガス流路形成部
２６ 傾斜部
２７ フランジ部
２８ 填め合い部
２９ 傾斜面
３０ａ 第１の傾斜突部
３０ｂ 第２の傾斜突部
３１ Ｇカップリング（締結具）
Ａ 押付力作用部
Ｘ 軸線

Claims (6)

1. 過給機を構成するタービンハウジングから軸受ハウジング側へ張り出した張出部を有し、該張出部と前記軸受ハウジングを締結具により締め付けて一体に組み立てる際に、前記タービンハウジングと軸受ハウジングに形成した挟持部により遮熱板の外周縁を挟持して同時に固定するようにしている遮熱板の取付構造であって、
   前記タービンハウジングと軸受ハウジングとの間に、タービンインペラの背面から外方且つ軸受ハウジング側へ傾斜して前記挟持部まで延びる空間が形成してあり、
   前記遮熱板が、前記タービンインペラの背面に対向するガス流路形成部と、該ガス流路形成部から前記空間内を非接触で前記挟持部まで延びる傾斜部と、該傾斜部から前記挟持部内に延びるフランジ部とを有する
   ことを特徴とする遮熱板の取付構造。
2. 前記遮熱板の挟持部に挟持されるフランジ部の半径方向の少なくとも１部が、前記張出部と軸受ハウジングを締結する締結具の押付力作用部に含まれていることを特徴とする請求項１に記載の遮熱板の取付構造。
3. 前記タービンハウジングの張出部の内側に形成した段部と、該段部に対向するよう軸受ハウジングの外周に突出した突出部とにより前記挟持部が形成してあり、前記締結具は、押え板を介して前記突出部をタービンハウジングに締結する締結ボルトであることを特徴とする請求項１又は２に記載の遮熱板の取付構造。
4. 前記段部及び突出部が外方に延長され、前記締結ボルトが前記突出部と前記挟持部に配置される遮熱板のフランジ部とを貫通していることを特徴とする請求項３に記載の遮熱板の取付構造。
5. 前記タービンハウジングの張出部と前記軸受ハウジングの外周には、互いに外方に突出して対向面に挟持部が形成されると共に、該挟持部から軸受ハウジング側へ延びて更に外方へ延びるＬ字形の填め合い部が形成され、且つ反挟持部側に外方へ向かって厚みが減少するよう傾斜する傾斜面が形成された第１と第２の傾斜突部を有しており、前記締結具は、前記第１と第２の傾斜突部の外側に嵌合して前記傾斜面を介し第１の傾斜突部と第２の傾斜突部を引き付けて締結するＧカップリングであることを特徴とする請求項１又は２に記載の遮熱板の取付構造。
6. 前記請求項１〜５のいずれか１つに記載の遮熱板の取付構造を備えて、前記遮熱板を前記挟持部に挟み込み、前記タービンハウジングの張出部と前記軸受ハウジングを締結具により締結したことを特徴とする過給機。

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