JP2013231405A - Turbocharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ターボチャージャに関する。 The present invention relates to a turbocharger.
従来、舶用、自動車用等の内燃機関では、その排気エネルギーを利用して駆動させられ、内燃機関の給気圧力を高めて内燃機関の出力を増大させるターボチャージャ(過給機)が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a turbocharger (supercharger) is known which is driven by using its exhaust energy to increase the supply pressure of the internal combustion engine and increase the output of the internal combustion engine. Yes.
ターボチャージャは、一般にベアリングハウジングを挟んで配置された圧縮機(コンプレッサ)とタービンとからなり、圧縮機はコンプレッサインペラを、タービンはタービンインペラをそれぞれ内蔵している。コンプレッサインペラとタービンインペラとは、ベアリングハウジングにて軸受で支持された回転軸(シャフト)によって互いに連結されている。これにより、エンジン等の内燃機関の排ガスでタービンインペラが回転駆動され、この回転力が回転軸によってコンプレッサインペラに伝達され、コンプレッサインペラで空気が圧縮されて、内燃機関への給気圧力が高められるようになっている。すなわち、過給されるようになっている。 A turbocharger generally includes a compressor (compressor) and a turbine arranged with a bearing housing interposed therebetween, and the compressor incorporates a compressor impeller and the turbine incorporates a turbine impeller. The compressor impeller and the turbine impeller are connected to each other by a rotating shaft (shaft) supported by a bearing in a bearing housing. As a result, the turbine impeller is rotationally driven by the exhaust gas of the internal combustion engine such as an engine, and this rotational force is transmitted to the compressor impeller by the rotating shaft, and the air is compressed by the compressor impeller, thereby increasing the supply pressure to the internal combustion engine. It is like that. That is, it is supercharged.
このようなターボチャージャでは、タービンハウジング側が高熱になることから、冷却されることで比較的低温となっているベアリングハウジング側に熱が伝わるのを抑制するため、円環状の遮熱板が設けられている(例えば、特許文献1参照)。この遮熱板は、その外周縁部がタービンハウジングの取付面とベアリングハウジングの取付フランジとの間に保持されることで、ベアリングハウジングのタービンインペラ側に向く面に取り付けられる。また、この遮熱板は、通常は前記外周縁部より内周側がインペラに向かい、続いて屈曲しあるいは湾曲してインペラから離間する方向に向かうことで頂部を形成している。 In such a turbocharger, since the turbine housing side becomes hot, an annular heat shield is provided in order to prevent heat from being transferred to the bearing housing side, which is cooled at a relatively low temperature. (For example, refer to Patent Document 1). The heat shield plate is attached to the surface of the bearing housing facing the turbine impeller side by holding the outer peripheral edge portion between the attachment surface of the turbine housing and the attachment flange of the bearing housing. Further, this heat shield plate normally forms an apex portion in which the inner peripheral side thereof is directed toward the impeller from the outer peripheral edge portion, and subsequently bent or curved toward the direction away from the impeller.
ところで、前記構造の遮熱板は、鋳造法だけでなく、プレス加工や絞り加工などの板金加工によっても作製される。このような板金加工で作製された遮熱板は、平板を屈曲あるいは湾曲させることで前記頂部を形成するため、該頂部に残留応力が生じる。この残留応力は、加熱されることによって開放されるため、ターボチャージャの運転時には、遮熱板はタービンハウジング側の熱を受けて前記頂部の残留応力を開放する。
ところが、このように頂部でその残留応力が開放されると、頂部の角度が拡がって遮熱板の内周縁側がタービンインペラ側に変位してしまい、タービンインペラに接触してしまうおそれが生じる。
By the way, the heat shield plate having the above structure is manufactured not only by a casting method but also by sheet metal processing such as press working and drawing. Since the heat shield plate manufactured by such sheet metal processing forms the top portion by bending or bending a flat plate, residual stress is generated at the top portion. Since this residual stress is released by being heated, the heat shield plate receives heat from the turbine housing side to release the residual stress at the top when the turbocharger is operated.
However, when the residual stress is released at the top portion in this way, the angle of the top portion is expanded, and the inner peripheral edge side of the heat shield plate is displaced toward the turbine impeller side, which may cause contact with the turbine impeller.
このように残留応力が開放されることによって遮熱板がタービンインペラに接触するのを防止するため、例えば頂部の位置を変えることも考えられる。しかし、タービンインペラに対する頂部の位置やこれらの間隔(クリアランス)は、タービンハウジング側から回転軸側にガス(空気)が漏れたり、燃焼残渣物等の異物が流入するのを抑制するなどの理由で変更することができず、したがって遮熱板がタービンインペラに接触するのを確実に防止するのが困難であるのが現状である。 In order to prevent the heat shield from coming into contact with the turbine impeller by releasing the residual stress in this way, for example, it is conceivable to change the position of the top portion. However, the position of the top of the turbine impeller and the distance (clearance) between them are for the purpose of suppressing the leakage of gas (air) from the turbine housing side to the rotating shaft side and the inflow of foreign matter such as combustion residues. The current situation is that it cannot be changed and therefore it is difficult to reliably prevent the heat shield from contacting the turbine impeller.
本発明は前記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、遮熱板の内周縁側がタービンインペラに接触するのを確実に防止した、ターボチャージャを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a turbocharger that reliably prevents the inner peripheral edge side of the heat shield plate from coming into contact with the turbine impeller. .
本発明のターボチャージャは、回転軸に設けられたタービンインペラと、前記タービンインペラを収容するタービンハウジングと、ベアリングハウジングと、前記タービンインペラの背面に対向して設けられた円環状の遮熱板と、を備え、
前記遮熱板は、その外周縁部が前記タービンハウジングと前記ベアリングハウジングとの間に保持され、前記外周縁部より内周側が、前記タービンインペラに向かい続いて屈曲しあるいは湾曲して前記タービンインペラから離間する方向に向かうとともに前記回転軸に向かうことで第1頂部を形成し、その後前記屈曲しあるいは湾曲した方向と反対の方向に屈曲しあるいは湾曲して前記回転軸側に向かうことで第2頂部を形成していることを特徴とする。
A turbocharger according to the present invention includes a turbine impeller provided on a rotating shaft, a turbine housing that houses the turbine impeller, a bearing housing, and an annular heat shield provided to face the back surface of the turbine impeller. With
The heat shield plate has an outer peripheral edge portion held between the turbine housing and the bearing housing, and an inner peripheral side of the outer peripheral edge portion is bent or curved continuously toward the turbine impeller, so that the turbine impeller The first apex is formed by moving toward the direction away from the rotation axis and toward the rotation axis, and then bending or bending in the direction opposite to the bending or bending direction toward the rotation axis side. It forms the top part, It is characterized by the above-mentioned.
また、前記ターボチャージャにおいて、前記第2頂部は、前記タービンインペラに設けられた、前記回転軸のバランスを修正するためのバランス修正部となる凹部を区画する段差部に対峙して、形成されていることが好ましい。 Further, in the turbocharger, the second top portion is formed opposite to a step portion provided on the turbine impeller and defining a concave portion serving as a balance correcting portion for correcting the balance of the rotating shaft. Preferably it is.
本発明のターボチャージャによれば、遮熱板が、第1頂部より内周側に、第1頂部が屈曲しあるいは湾曲した方向と反対の方向に屈曲しあるいは湾曲する第2頂部を形成しているので、第1頂部の開き角度を、従来の頂部に比べて小さくすることができる。すなわち、従来では、残留応力が開放されて頂部の角度が拡がっても遮熱板の内周縁側がタービンインペラに接触しないように、予め頂部(本発明の第1頂部)の開き角度を小さくしようとしても、その内周縁側がベアリングハウジングに干渉されてしまうため、十分に開き角度を小さくすることができなかった。 According to the turbocharger of the present invention, the heat shield plate forms a second top portion that is bent or curved in a direction opposite to a direction in which the first top portion is bent or curved on the inner peripheral side from the first top portion. Therefore, the opening angle of the first top can be made smaller than that of the conventional top. That is, conventionally, the opening angle of the top portion (the first top portion of the present invention) should be reduced in advance so that the inner peripheral edge side of the heat shield plate does not contact the turbine impeller even when the residual stress is released and the top portion angle increases. However, since the inner peripheral edge side is interfered with the bearing housing, the opening angle cannot be sufficiently reduced.
これに対して本発明では、前記の第2頂部を形成しているので、遮熱板の内周縁側がベアリングハウジングに干渉されるのを防止することができ、したがって第1頂部の開き角度を充分に小さくすることができる。よって、残留応力が開放されて第1頂部の角度が拡がった際にも、遮熱板の内周縁側がタービンインペラに接触しないようにすることができる。
また、加熱されることで第1頂部の残留応力が開放され、第1頂部の角度が拡がった際には、第2頂部もその残留応力が開放されるため、その角度が拡がる。その結果、遮熱板の内周縁側がタービンインペラから離間する方向に変位するため、該内周縁側がタービンインペラに接触することがより確実に防止される。
On the other hand, in the present invention, since the second top portion is formed, it is possible to prevent the inner peripheral edge side of the heat shield plate from being interfered with the bearing housing, and thus the opening angle of the first top portion can be reduced. It can be made sufficiently small. Therefore, even when the residual stress is released and the angle of the first top portion is expanded, the inner peripheral edge side of the heat shield plate can be prevented from contacting the turbine impeller.
Also, when the residual stress at the first top portion is released by heating and the angle at the first top portion is expanded, the residual stress is also released at the second top portion, so that the angle is expanded. As a result, the inner peripheral edge side of the heat shield plate is displaced in a direction away from the turbine impeller, so that the inner peripheral edge side is more reliably prevented from coming into contact with the turbine impeller.
以下、図面を参照して、本発明に係るターボチャージャ(過給機)の実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。 Hereinafter, an embodiment of a turbocharger (supercharger) according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each member is appropriately changed to make each member a recognizable size.
図1は、本発明に係るターボチャージャの一実施形態の概略構成図であり、図1において符号10はターボチャージャである。このターボチャージャ10は、回転軸11、タービンインペラ12、タービンハウジング13、ベアリングハウジング14、遮熱板15等を備えて構成されている。なお、図1では、コンプレッサハウジングについては図示を省略している。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a turbocharger according to the present invention. In FIG. 1,
回転軸11は、タービンインペラ12を一端(図1中左端)に有しており、タービンインペラ12は、タービンハウジング13内に収容されている。本実施形態では、タービンインペラ12は回転軸11に一体的に形成されている。ただし、本発明はこれに限定されることなく、タービンインペラ12を別に取り付ける構成であってもよい。
The rotating
タービンインペラ12は、回転軸11の一端に連結されたタービンハブ16と、タービンハブ16の外周面に設けられた複数のタービンブレード17とを有して構成されている。タービンブレード17は、タービンハブ16の軸方向に延び、かつ径方向外側に向かって延びて配設されたもので、タービンハブ16の周方向に所定間隔をおいて配置されている。
The
また、図1の要部拡大図である図2に示すように、タービンインペラ12の背面12a(タービンハブ16の背面)、すなわちベアリングハウジング14側の面には、その外周部に部分的に凹部16aが形成されている。これにより、この凹部16aとこれより内周側との間には、段差部16bが形成されている。
Further, as shown in FIG. 2, which is an enlarged view of the main part of FIG. 1, a
回転軸11の他端(図1中右端)には、コンプレッサインペラ18が連結されている。コンプレッサインペラ18は、軸端ナット(図示せず)によって回転軸11に固定されたもので、タービンインペラ12と同様に、回転軸11と一体に回転するように構成されている。このコンプレッサインペラ18は、コンプレッサハウジング(図示せず)に収容されている。
A
ベアリングハウジング14は、ラジアル軸受19を有しており、該ラジアル軸受19によって回転軸11を回転可能に支持している。ラジアル軸受19は、タービン側とコンプレッサ側の軸受メタルであり、好ましくは中空円筒形のフローティングメタル、又はセミフローティングメタルである。また、回転軸11は、スラスト軸受20によって軸方向に移動しないように支持されている。スラスト軸受20は、回転軸11と共に回転する円板状の1対のスラストカラー20aと、これらスラストカラー20a、20a間に把持されてベアリングハウジング14に固定されたスラストベアリング20bと、からなっている。
The bearing
このような構成によってターボチャージャ10は、エンジン(内燃機関)の排ガスでタービンインペラ12を回転駆動し、この回転力を回転軸11を介してコンプレッサインペラ18に伝達し、コンプレッサインペラ18で空気を圧縮してエンジンに過給するようになっている。
With such a configuration, the
また、タービンハウジング13とベアリングハウジング14との間には、遮熱板15が配設されている。遮熱板15は円環板状のもので、本実施形態ではプレス加工や絞り加工などの板金加工によって形成されている。この遮熱板15は、図1、図2に示すように鍔状の外周縁部21がタービンハウジング13のシール面(取付面)13aとベアリングハウジング14の取付フランジ14aとの間に挟持されたことにより、タービンインペラ12の回転軸11側を外挿した状態でタービンハウジング13とベアリングハウジング14との間に取り付けられている。すなわち、タービンインペラ12の背面12a(タービンハブ16の背面)に対向して配置されている。
Further, a
この遮熱板15には、前記外周縁部21より内周側にかけて、図2に示すように第1頂部22、第2頂部23が形成されている。第1頂部22は、タービンハウジング13のシール面13aとベアリングハウジング14の取付フランジ14aとの間に挟持された外周縁部21の内周側が、これらの間から引き出された後、タービンインペラ12に向かい、続いて屈曲しあるいは湾曲してタービンインペラ12から離間する方向に向かうとともに回転軸11に向かうことで、形成された角部である。
As shown in FIG. 2, a first
この第1頂部22は、従来の遮熱板に形成されている頂部と概ね同じ位置に形成されたもので、タービンインペラ12に対して所定のクリアランスで近接して配置され、これによってタービンハウジング13側から回転軸11側にガス(空気)が漏れたり、燃焼残渣物等の異物が流入するのが抑制されている。
また、本実施形態では、第1頂部22はその開き角度θ1が、従来の頂部の開き角度に比べて充分に小さくされている。例えば、従来の頂部の開き角度は90°〜100°程度であるのに対し、本実施形態の第1頂部22の開き角度θ1は、70°〜85°程度とされている。
The first
In this embodiment, the opening angle θ1 of the first
ここで、この第1頂部22は前述したようにプレス加工や絞り加工によって形成されているため、内側は圧縮力が作用し、外側は引張力が作用している。そのため、この第1頂部22には残留応力が生じており、後述するように運転時に加熱されることでこの残留応力開放されることにより、前記開き角度θ1が拡がるようになっている。
Here, since the first
第2頂部23は、第1頂部22より(遮熱板15の)内周側がタービンインペラ12から離間する方向に向かうとともに回転軸11に向かった後、前記第1頂部22が屈曲しあるいは湾曲した方向と反対の方向に屈曲して回転軸11側に向かうことで、形成された角部である。この第2頂部23は、第1頂部22の開き角度θ1が小さく形成されたことにより、この第1頂部22の内周側に位置する内周縁部24が、ベアリングハウジング14のタービンインペラ12に対向する面14bに当接し干渉されるのを防ぐためのものである。すなわち、内周縁部24がベアリングハウジング14の前記面14bにもタービンインペラ12にも接触することなく、したがってこれらに干渉されないように、設けられたものである。
The second
したがって、この第2頂部23の開き角度θ2は、第1頂部22の開き角度θ1に応じて適宜に設定される。具体的には、この第2頂部23より(遮熱板15の)内周側が、回転軸11の中心軸に対してほぼ直交するように、前記開き角度θ2が設定されている。
また、本実施形態では、第2頂部23は前記タービンインペラ12の、バランス修正部となる前記凹部16aを区画する段差部16bに対峙して、形成されている。すなわち、第2頂部23は、段差部16bまたはその近傍位置に対向して配置されている。
Therefore, the opening angle θ <b> 2 of the second
Moreover, in this embodiment, the 2nd
さらに、本実施形態では、遮熱板15の内周縁部24は、ベアリングハウジング14のタービンインペラ12に対向する面14bの、タービン側開口部14cの近傍に形成された段部25の外周面上に当接している。これによって遮熱板15は、ベアリングハウジング14のタービンインペラ12に対向する面14bとの間に、中空の断熱部26を形成している。
Further, in the present embodiment, the inner
このような構成のもとに遮熱板15は、運転時に高熱となるタービンハウジング13側から、冷却されることで比較的低温となるベアリングハウジング14側に熱が伝わるのを、抑制するようになっている。
Under such a configuration, the
タービン側開口部14cは、ベアリングハウジング14に形成されたタービン軸12を収容、保持するための内部孔(図示せず)の、タービンハウジング13側に開口した部位である。
このタービン側開口部14c内には、ベアリングハウジング14とタービンインペラ12の端部(タービン軸11側の端部)との間に、これらの間をシールする円環状のシールリング27が挿入されている。これにより、第1頂部22とタービンインペラ12との間を通ってきた燃焼残渣物等の異物などが、ベアリングハウジング14内に流入することが防止されている。
The turbine-
An
このような構成のターボチャージャ10にあっては、遮熱板15が、第1頂部22より(遮熱板15の)内周側に第2頂部23を形成しているので、第1頂部22の開き角度θ1を従来の頂部に比べて小さくすることができる。すなわち、第2頂部23を形成し、これによって遮熱板15の内周縁部24がベアリングハウジングに干渉されるのを防止しているため、第1頂部22の開き角度θ1を充分に小さくすることができる。
そして、このように開き角度θ1を小さくすることにより、ターボチャージャ10の運転時に遮熱板15が加熱されて第1頂部22の残留応力が開放され、第1頂部11の開き角度θ1が拡がっても、遮熱板15の内周縁部24がタービンインペラ12に接触しないようにすることができる。よって、遮熱板15の内周縁部24がタービンインペラ12に接触することを確実に防止することができる。
In the
And by reducing the opening angle θ1 in this way, the
また、加熱されることで第1頂部22の残留応力が開放され、第1頂部22の開き角度θ1が拡がった際には、第2頂部23もその残留応力が開放されるため、その開き角度θ2が拡がる。その結果、遮熱板15の内周縁部24がタービンインペラ12から離間する方向に変位する。よって、該内周縁部24がタービンインペラ12に接触することをより確実に防止することができる。
In addition, when the residual stress of the first
また、第2頂部23を、タービンインペラ12の、バランス修正部となる前記凹部16aを区画する段差部16bに対峙させて形成しているので、第1頂部22と第2頂部23との間隔を充分に確保することができ、したがって第2頂部23より(遮熱板15の)内周側とタービンインペラ12との間隔を充分に確保し、内周縁部24がタービンインペラ12に接触してしまうことをより確実に防止することができる。
Further, since the second
なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
例えば、遮熱板15の形状については、図1、図2に示した形状に限定されることなく、第1頂部と第2頂部とを有していれば、種々の形状が採用可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the shape of the
図3(a)、(b)は、遮熱板の変形例を示す要部(半部)側面図である。
図3(a)に示す遮熱板15aが図1、図2に示した遮熱板15と異なるところは、図3(a)に示す遮熱板15aでは、その内周縁部24に、ベアリングハウジング14側に屈曲しあるいは湾曲する第3頂部28を有している点である。このようにタービンインペラ12から離間する方向に延びる第3頂部28を有していることにより、ターボチャージャ10の運転時に各頂部の残留応力が開放された際に、遮熱板15aの内周縁部24がタービンインペラ12に接触してしまうことをより確実に防止することができる。
3A and 3B are side views of the main part (half part) showing a modification of the heat shield plate.
The
図3(b)に示す遮熱板15bが図1、図2に示した遮熱板15と異なるところは、遮熱板15では第2頂部23が屈曲して形成されているのに対し、図3(b)に示す遮熱板15bでは、第2頂部23bが湾曲して形成されている点である。このように第2頂部23bを湾曲させて形成することにより、屈曲させて第2頂部23を形成する場合に比べ、板金加工を容易にすることができる。
The
また、遮熱板15の形状については、例えばその外周縁部21についても変更することができる。
図4(a)は、遮熱板の別の変形例を示す図であり、外周縁部の拡大側断面図である。この遮熱板の外周縁部21が図1、図2に示した遮熱板15と異なるところは、凸条部29を形成している点である。凸条部29は、鍔状の外周縁部21の周方向に沿ってその全周に形成されたものである。このような凸条部29は、図4(b)に示すようにタービンハウジング13のシール面13aとベアリングハウジング14の取付フランジ14aとの間に外周縁部21が挟持された際、図示しない締結部材の締結力によって凹み、外周縁部21はほぼ平板状となる。これにより、突条部29はメタルシールガスケットとして機能し、タービンハウジング13のシール面13aとベアリングハウジング14の取付フランジ14aとの間からのガス漏れを良好に防止するものとなる。
Moreover, about the shape of the
Fig.4 (a) is a figure which shows another modification of a heat shield, and is an expanded sectional side view of an outer periphery part. The outer
10…ターボチャージャ、11…回転軸、12…タービンインペラ、12a…背面、13…タービンハウジング、14…ベアリングハウジング、15、15a、15b…遮熱板、16…タービンハブ、16a…凹部、16b…段差部、21…外周縁部、22…第1頂部、23、23b…第2頂部、24…内周縁部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記遮熱板は、その外周縁部が前記タービンハウジングと前記ベアリングハウジングとの間に保持され、前記外周縁部より内周側が、前記タービンインペラに向かい続いて屈曲しあるいは湾曲して前記タービンインペラから離間する方向に向かうとともに前記回転軸に向かうことで第1頂部を形成し、その後前記屈曲しあるいは湾曲した方向と反対の方向に屈曲しあるいは湾曲して前記回転軸側に向かうことで第2頂部を形成していることを特徴とするターボチャージャ。 A turbine impeller provided on a rotating shaft, a turbine housing that houses the turbine impeller, a bearing housing, and an annular heat shield provided to face the back of the turbine impeller,
The heat shield plate has an outer peripheral edge portion held between the turbine housing and the bearing housing, and an inner peripheral side of the outer peripheral edge portion is bent or curved continuously toward the turbine impeller, so that the turbine impeller The first apex is formed by moving toward the direction away from the rotation axis and toward the rotation axis, and then bending or bending in the direction opposite to the bending or bending direction toward the rotation axis side. A turbocharger characterized by forming a top.
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