JP2014214700A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】ディフューザ通路におけるデポジットの付着を防止することができるターボチャージャを提供すること。【解決手段】ターボチャージャ１はコンプレッサハウジング２と軸受ハウジング３とを備えている。コンプレッサハウジング２は、シュラウド面２２１とディフューザ面２２２とを有する。軸受ハウジング３は、ディフューザ面２２２に対向する対向面３１１を有する。ディフューザ面２２２及び対向面３１１の少なくともいずれか一方には付着防止部４が設けられている。付着防止部４は、ディフューザ通路１５内の圧縮空気よりも高圧のガスがディフューザ通路１５内に噴出されるように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、コンプレッサハウジングと軸受ハウジングとを備えたターボチャージャに関する。

自動車等に搭載されるターボチャージャは、コンプレッサにおいて吸入した空気を圧縮して内燃機関へ向かって吐出するよう構成されている（特許文献１参照）。
すなわち、ターボチャージャは、インペラが配された空気流路を内側に有するコンプレッサハウジングと、インペラを一端に固定したロータシャフトを回転自在に支持する軸受ハウジングとを備えている。空気流路は、インペラに向けて空気を吸い込む吸気口と、インペラから吐出された圧縮空気が流れ込む吐出スクロール室とを有する。

また、コンプレッサハウジングは、インペラに対向するシュラウド面と、該シュラウド面から吐出スクロール室に向かって延びるディフューザ面とを有する。軸受ハウジングは、コンプレッサハウジングのディフューザ面との間にディフューザ通路を形成する。
そして、ターボチャージャは、インペラから吐出された圧縮空気がディフューザ通路を通過して吐出スクロール室に流れ込み、さらに吐出スクロール室から内燃機関側へ吐出されるよう構成されている。

特開２００２−１８０８４１号公報

例えば、内燃機関には、クランクケース内に発生したブローバイガス（主に未燃焼ガス）を吸気通路に還流させ、クランクケース内やヘッドカバー内を浄化させるブローバイガス還流装置（以下、ＰＣＶという）を備えたものがある。この場合、ブローバイガスに含まれるオイル（オイルミスト）がＰＣＶからターボチャージャにおけるコンプレッサの上流側の吸気通路に流出することがある。

このとき、コンプレッサの出口空気圧力が高いとその出口空気温度も高くなるため、ＰＣＶから流出したオイルが蒸発を起因とする濃縮・高粘度化によってコンプレッサハウジングのディフューザ面やそれに対向する軸受ハウジングの表面等にデポジットとなって堆積することがある。そして、堆積したデポジットによってディフューザ通路が狭められ、ターボチャージャの性能低下を招き、さらには内燃機関の出力低下を招くおそれがある。

そこで、従来は、上述したようなディフューザ通路におけるデポジットの堆積を防止するため、コンプレッサの出口空気温度をある程度抑制していた。そのため、ターボチャージャの性能を充分に発揮することができず、また内燃機関の出力を充分に高めることができなかった。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、ディフューザ通路におけるデポジットの付着を防止することができるターボチャージャを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、インペラが配された空気流路を内側に有するコンプレッサハウジングと、
上記インペラを一端に固定したロータシャフトを回転自在に支持する軸受ハウジングとを備え、
上記空気流路は、上記インペラに向けて空気を吸い込む吸気口と、上記インペラの外周側において周方向に形成され、上記インペラから吐出される圧縮空気を外部へ導く吐出スクロール室とを有し、
上記コンプレッサハウジングは、上記インペラに対向するシュラウド面と、該シュラウド面から上記吐出スクロール室に向かって延びるディフューザ面とを有し、
上記軸受ハウジングは、上記コンプレッサハウジングの上記ディフューザ面に対向すると共に該ディフューザ面との間にディフューザ通路を形成する対向面を有し、
上記コンプレッサハウジングの上記ディフューザ面及び上記軸受ハウジングの上記対向面の少なくともいずれか一方には、デポジットの付着を防止するための付着防止部が設けてあり、
該付着防止部は、上記ディフューザ通路側の表面に開口した微細な噴出孔が多数形成されているとともに、該噴出孔を介して上記ディフューザ通路内の圧縮空気よりも高圧のガスが上記ディフューザ通路内に噴出されるように構成されていることを特徴とするターボチャージャにある（請求項１）。

上記ターボチャージャにおいては、付着防止部はディフューザ通路側の表面に開口した微細な噴出孔を多数有しており、該噴出孔から、ディフューザ通路内の圧縮空気よりも高圧のガスを噴出している。当該ガスの噴出により、付着防止部に飛来してきたデポジットと、付着防止部におけるディフューザ通路側の表面との距離を確保することができる。これにより、デポジットと付着防止部におけるディフューザ通路側の表面と間の分子間力を抑制することができる。そのため、付着防止部に飛来してきたデポジットは、ディフューザ通路を流れる給気によって吹き飛ばされることとなる。その結果、当該デポジットが付着防止部におけるディフューザ通路側の表面に付着することが防止される。

さらに、付着防止部において、ガスが噴出される噴出孔は微細であるため、仮にデポジットが付着防止部に接触したとしても、デポジットは当該噴出孔に入り込みにくい。これによっても、付着防止部におけるディフューザ通路側の表面へのデポジットの付着が防止される。また、噴出孔はディフューザ通路側の表面に設けられるが、当該噴出孔は微細であるため、ディフューザ通路を流れる空気の流れを阻害しない。

なお、コンプレッサの出口温度が比較的低い場合においては、液状のオイルミストがディフューザ通路に飛来することがあるが、液状のオイルミストは、噴出孔から噴出されるガスによってはじかれると共に給気によって吹き飛ばされる。そのため、オイルミストがデポジットとしてディフューザ通路に付着することを防ぐことができる。

以上のごとく、本発明によれば、ディフューザ通路におけるデポジットの付着を防止することができるターボチャージャを提供することができる。

実施例１における、ターボチャージャの断面拡大説明図。 実施例１における、付着防止部を示す断面拡大説明図。 実施例１における、表面形成部を示す断面拡大説明図。 実施例１における、デポジットが付着防止部の表面に飛来してきた状態及び接触した状況を示す断面拡大説明図。 実施例２における、デポジットが付着防止部の表面に飛来してきた状態及び接触した状況を示す断面拡大説明図。

上記ターボチャージャは、自動車等において、内燃機関に圧縮空気を供給することに使用することができる。この場合には、付着防止部の噴出孔から噴出させるガスとして、外気の他に、内燃機関から排出された排ガスを利用することができる。排ガスを利用する場合には、排ガスから不純物を除去するための排ガスフィルタや、高温の排ガスを冷却するための冷却器を使用することができる。

上記ターボチャージャは、付着防止部から噴出されるガスの圧力をディフューザ通路内の圧縮空気の圧力よりも高圧にするための加圧装置（ポンプ）を備えていてもよい。

上記付着防止部は、コンプレッサハウジングのディフューザ面および軸受ハウジングの対向面の少なくとも一方において、周方向全体にわたって環状に設けられていることが好ましい。この場合には、ディフューザ通路におけるデポジットの付着の防止効果が、周方向全体にわたってばらつくことを防ぐことができる。

また、上記付着防止部は、コンプレッサハウジングのディフューザ面および軸受ハウジングの対向面の少なくとも一方において、径方向におけるディフューザ通路の全長の半分以上の長さ領域に形成されていることが好ましい。この場合には、ディフューザ通路へのデポジットの付着を効果的に防ぐことができる。ここで、ディフューザ通路の全長は、ディフューザ面と対向面とが互いに平行に配された領域の径方向の長さである。なお、径方向におけるディフューザ通路の全長にわたって上記付着防止部を形成することもできる。

上記ターボチャージャにおいて、上記噴出孔は、上記付着防止部において上記ディフューザ通路側の表面を覆うように設けられた多孔質体により形成されていることとすることができる（請求項２）。この場合には、多数の微細な噴出孔を容易に形成することができる。上記多孔質体としては、例えば、多孔質の樹脂、金属、セラミックス、グラスファイバ、カーボングラファイト等、またはこれらに準ずる物（例えば、樹脂フィルムを巻いた物、樹脂紙を重ねた物、樹脂糸を編んだ物等）等を用いることができる。

上記ターボチャージャにおいて、上記噴出孔の平均直径が３００ｎｍ以下であることとすることが好ましい（請求項３）。この場合には、デポジットの付着を効果的に防止できる。デポジットの多くは、その大きさ（平均粒径）が３００ｎｍ以上であるため、噴出孔の平均直径を３００ｎｍ以下とすることにより、デポジットが噴出孔に入り込みにくいからである。

上記ターボチャージャにおいて、上記付着防止部は、上記コンプレッサハウジングの上記ディフューザ面及び上記軸受ハウジングの上記対向面の双方に設けられていることとすることができる（請求項４）。この場合には、ディフューザ通路を形成するコンプレッサハウジングのディフューザ面及び軸受ハウジングの対向面のいずれにおいてもデポジットの付着を効果的に防ぐことができる。

また、上記軸受ハウジングは、軸受本体部と、該軸受本体部と上記コンプレッサハウジングとの間に配設されて上記空気流路の一部に面するバックプレートとを別体で有し、該バックプレートに、上記対向面が設けられていてもよい。かかる構成の場合でも、ディフューザ通路におけるデポジットの付着を防止するという上述の効果を充分に得ることができる。なお、上記構成の場合、軸受ハウジングの一部である別体のバックプレートに付着防止部を設けることもできる。

（実施例１）
上記ターボチャージャにかかる実施例について、図１〜図４を用いて説明する。
本例のターボチャージャ１は、図１に示すごとく、インペラ１３が配された空気流路１０を内側に有するコンプレッサハウジング２と、インペラ１３を一端に固定したロータシャフト１４を回転自在に支持する軸受ハウジング３とを備える。
そして、空気流路１０は、インペラ１３に向けて空気を吸い込む吸気口１１と、上記インペラ１３の外周側において周方向に形成され、インペラ１３から吐出される圧縮空気を外部へ導く吐出スクロール室１２とを有する。

同図に示すごとく、コンプレッサハウジング２は、インペラ１３に対向するシュラウド面２２１と、シュラウド面２２１から吐出スクロール室１２に向かって延びるディフューザ面２２２とを有する。
軸受ハウジング３は、コンプレッサハウジング２のディフューザ面２２２に対向すると共にディフューザ面２２２との間にディフューザ通路１５を形成する対向面３１１を有する。

コンプレッサハウジング２のディフューザ面２２２及び軸受ハウジング３の対向面３１１の両方に、デポジットの付着を防止するための付着防止部４が設けられている。図３に示すように、付着防止部４は、ディフューザ通路１５側の表面に開口した微細な噴出孔４５を多数有する。図４に示すように、噴出孔４５を介してディフューザ通路１５内の圧縮空気よりも高圧のガスＧがディフューザ通路１５内に噴出するように構成されている。

本例のターボチャージャ１の構成について、以下に詳述する。
ターボチャージャ１は、ＰＣＶを備えた内燃機関に接続して用いることができる。
図１に示すごとく、ターボチャージャ１は、自動車等の内燃機関から排出される排ガスによってタービンを回転させ、その回転力を利用してコンプレッサにおいて吸入空気を圧縮し、その圧縮空気を内燃機関に送り込むよう構成されている。したがって、ターボチャージャ１は、軸方向において、コンプレッサの外殻を構成するコンプレッサハウジング２と反対側にタービンハウジング（図示略）を備えている。

タービンハウジングの内側には、タービンインペラが配された排ガス流路が形成されている。タービンインペラは、ロータシャフト１４に固定されている。すなわち、ロータシャフト１４によって、コンプレッサのインペラ１３とタービンインペラとが連結されている。これにより、タービンインペラの回転に伴い、コンプレッサのインペラ１３が回転するよう構成されている。

同図に示すごとく、コンプレッサハウジング２は、吸気口１１を形成する筒状の吸気口形成部２１と、シュラウド面２２１及びディフューザ面２２２を形成するシュラウド部２２と、吐出スクロール室１２を形成する吐出スクロール室形成部２３とを有する。シュラウド面２２１は、軸受ハウジング３の対向面３１１に対向するように円環状に形成されている。また、シュラウド面２２１は、軸受ハウジング３の対向面３１１との間にディフューザ通路１５を形成している。

また、コンプレッサハウジング２のシュラウド部２２の内周側には、インペラ１３が配置されている。インペラ１３は、軸端ナット１４１によってロータシャフト１４に固定されるハブ１３１と、ハブ１３１の外周面から突出してなると共に周方向に並んで配置された複数のブレード１３２とを有する。複数のブレード１３２は、コンプレッサハウジング２のシュラウド面２２１に対向して配置されている。

また、コンプレッサハウジング２とタービンハウジングとの間には、ロータシャフト１４を回転自在に軸支する軸受ハウジング３が配置されている。軸受ハウジング３の軸方向の一端側には、略円板状のフランジ部３３が設けられている。フランジ部３３におけるコンプレッサ側の面には、コンプレッサハウジング２のディフューザ面２２２に対向する対向面３１１が円環状に形成されている。

図１に示すごとく、コンプレッサハウジング２と軸受ハウジング３には、それぞれ付着防止部４が設けられている。各付着防止部４は、それぞれ、コンプレッサハウジング２のディフューザ面２２２および軸受ハウジング３の対向面３１１において、周方向全体にわたって環状に設けられている。また、付着防止部４は、ディフューザ面２２２および対向面３１１において、径方向におけるディフューザ通路１５の全長の半分以上の長さ領域に形成されている。

図２に示すように、付着防止部４は、空気タンク部４１と、表面形成部４２とを有する。空気タンク部４１は、コンプレッサハウジング２のディフューザ面２２２および軸受ハウジング３の対向面３１１に円環状に形成された溝部のディフューザ通路１５側を、表面形成部４２で覆うことにより形成された円環状の空間である。空気タンク部４１には、後述のガス供給パイプ５０から供給された排ガスが貯留されている。

図２に示すように、表面形成部４２は、空気タンク部４１が形成されるようにディフューザ面２２２および対向面３１１の上記円環状の溝部を覆っている。表面形成部４２は多孔質体からなり、例えば、多孔質の樹脂、金属、セラミックス、グラスファイバ、カーボングラファイト等、またはこれらに準ずる物（例えば、樹脂フィルムを巻いた物、樹脂紙を重ねた物、樹脂糸を編んだ物等）等からなる。

表面形成部４２は、多数の噴出孔４５を有する。噴出孔４５はディフューザ通路１５側の表面から空気タンク部４１側の表面まで貫通した貫通孔である。噴出孔４５は表面形成部４２においてディフューザ通路１５側の表面に現れて、ディフューザ通路１５内に開口している。

表面形成部４２の噴出孔４５の大きさは特に限定されず、コンプレッサハウジング２の形状、ディフューザ通路１５の形状、過給圧などを考慮して、適宜変更することができる。噴出孔４５の大きさは、例えば、その平均直径が、１０ｎｍ〜３μｍ、好ましくは１００ｎｍ〜１μｍ、より好ましくは３００ｎｍとすることができる。本例では、噴出孔４５の平均直径を３００ｎｍとした。表面形成部４２のディフューザ通路１５側の表面における噴出孔４５の形成密度は、２０〜５０％である。ここで、噴出孔４５の形成密度は、単位面積当たりの噴出孔４５の総面積である。微細な噴出孔４５が多数形成されていることにより、図３に示すように、付着防止部４におけるディフューザ通路１５側の表面は微細な凹凸表面となっている。

図１に示すように、空気タンク部４１には、ガス供給パイプ５０が接続されている。ガス供給パイプ５０はバルブ５１を介して、ＥＧＲ（排気還流）通路５と接続されている。バルブ５１の開閉は、ガス圧力調節部５２により制御されている。ガス圧力調節部５２によってバルブ５１が開くと、内燃機関の排ガスの一部（ＥＧＲガス）がＥＧＲ通路５からガス供給パイプ５０を介して、空気タンク部４１に流入する。これにより、付着防止部４に排ガスが供給される。付着防止部４の空気タンク部４１における排ガス（ＥＧＲガス）の圧力は、ディフューザ通路１５内の圧縮空気の圧力よりも高くなるように、ガス圧力調節部５２によるバルブ５１の開閉に基づいて制御されている。
なお、図示しないが、ＥＧＲ通路５には排ガスフィルタ及び、排ガス冷却用のＥＧＲクーラ（冷却器）が設けられている。

次に、本例のターボチャージャ１における作用効果について、詳述する。
上記ターボチャージャ１においては、付着防止部４はディフューザ通路１５側の表面に開口した微細な噴出孔４５を多数有しており、図４に示すように、噴出孔４５から、ディフューザ通路１５内の圧縮空気よりも高圧のガスＧを噴出している。ガスＧの噴出により、付着防止部４に飛来してきたデポジットＤ１と、付着防止部４におけるディフューザ通路１５側の表面（表面形成部４２の表面）との距離を確保することができる。これにより、デポジットＤ１と付着防止部４におけるディフューザ通路１５側の表面（表面形成部４２の表面）との間の分子間力を抑制することができる。そのため、付着防止部４に飛来してきたデポジットＤ１は、ディフューザ通路１５を流れる給気によって吹き飛ばされることとなる。その結果、デポジットＤ１が付着防止部４におけるディフューザ通路１５側の表面（表面形成部４２の表面）に付着することが防止される。

さらに、付着防止部４において、ガスが噴出される噴出孔４５は微細であるため、図４に示すように、仮にデポジットＤ２が付着防止部４に接触したとしても、デポジットＤ２は噴出孔４５に入り込みにくい。これによっても、付着防止部４におけるディフューザ通路１５側の表面（表面形成部４２の表面）へのデポジットＤ２の付着が防止される。また、噴出孔４５はディフューザ通路１５側の表面に設けられるが、噴出孔４５は微細であるため、ディフューザ通路１５を流れる空気の流れを阻害しない。

さらに、コンプレッサの出口温度が比較的低い場合においては、液状のオイルミストがディフューザ通路１５に飛来することがあるが、液状のオイルミストは、噴出孔４５から噴出されるガスＧによってはじかれると共に給気によって吹き飛ばされる。そのため、オイルミストがデポジットとしてディフューザ通路１５に付着することを防ぐことができる。

上記ターボチャージャ１では、付着防止部４においてディフューザ通路１５側の表面を覆うように表面形成部４２が形成されている。そして、表面形成部４２は多孔質体により形成されている。これにより、表面形成部４２の材質として、適切な大きさの細孔を有する多孔質体を用いることにより、多数の微細な噴出孔４５を容易に形成することができる。

上記ターボチャージャ１では、噴出孔４５の平均直径が３００ｎｍである。デポジットＤ１、Ｄ２の多くは、その大きさ（平均粒径）が３００ｎｍ以上であって、噴出孔４５の平均直径よりも大きいため、デポジットＤ１、Ｄ２が噴出孔４５に入り込みにくいことから、デポジットＤ１、Ｄ２の付着が効果的に防止される。

上記ターボチャージャ１では、付着防止部４は、コンプレッサハウジング２のディフューザ面２２２及び軸受ハウジング３の対向面３１１の双方に設けられている。これにより、ディフューザ面２２２及び対向面３１１のいずれにおいてもデポジットＤ１、Ｄ２の付着を効果的に防ぐことができる。

さらに、付着防止部４は、ディフューザ面２２２および対向面３１１において、周方向全体にわたって環状に設けられている。これにより、ディフューザ通路１５におけるデポジットＤ１、Ｄ２の付着の防止効果が、周方向全体にわたってばらつくことを防ぐことができる。
さらに、付着防止部４は、ディフューザ面２２２および対向面３１１において、径方向におけるディフューザ通路１５の全長の半分以上の長さ領域に形成されている。これにより、ディフューザ通路１５の広い範囲でデポジットＤ１、Ｄ２の付着を効果的に防ぐことができる。

また、上記ターボチャージャ１では、空気タンク部４１内のガスＧの圧力は、ガス圧力調節部５２によって、ディフューザ通路１５内の圧縮空気よりもわずかに高くなるように調整することができる。これにより、付着防止部４の噴出孔４５における単位時間当たりのガス噴出量が小さくなることから、コンプレッサ効率の低下を抑制できる。

以上のごとく、本例によれば、ディフューザ通路１５におけるデポジットの付着を防止することができるターボチャージャ１を提供することができる。

（実施例２）
本例のターボチャージャ１は、図５に示すように、実施例１における表面形成部４２に替えて、表面形成部４２０を備える。表面形成部４２０は、多孔質基部４３と、多孔質基部４３のディフューザ通路１５側の表面に形成される表面多孔層４４とからなる。なお、実施例１の場合と同等の構成要素等には同一の符号を付して、その説明を省略する。

多孔質基部４３及び表面多孔層４４はそれぞれ多孔質体からなり、例えば、多孔質の樹脂、金属、セラミックス、グラスファイバ、カーボングラファイト等、またはこれらに準ずる物（例えば、樹脂フィルムを巻いた物、樹脂紙を重ねた物、樹脂糸を編んだ物等）等からなる。多孔質基部４３は空気タンク部４１側から表面多孔層４４側に貫通する多数の孔（図示せず）を有する。当該孔の平均直径は１μｍ前後であって、後述の表面多孔層４４の噴出孔４５の平均直径よりも充分大きい。そのため、当該孔を通過するガスに対して生じる管摩擦抵抗は非常に小さいものである。多孔質基部４３は後述の表面多孔層４４を付着防止部４に保持するための基材を構成している。

表面多孔層４４は、多数の噴出孔４５を有する。噴出孔４５はディフューザ通路１５側の表面から空気タンク部４１側（多孔質基部４３側）の表面まで貫通した貫通孔である。噴出孔４５は表面形成部４２０の表面多孔層４４においてディフューザ通路１５側の表面に現れて、ディフューザ通路１５内に開口している。

本例のターボチャージャ1によれば、付着防止部４の表面形成部４２０において、多数の微細な噴出孔４５を有している表面多孔層４４が、噴出孔４５よりも充分大きい孔を多数有する多孔質基部４３によって保持されるため、噴出孔４５の通気性を維持しつつ、付着防止部４の機械的強度を向上させることができる。なお、本例のターボチャージャ１においても、実施例１の場合と同様に、図５に示すように、付着防止部４において、デポジットＤ１、Ｄ２の付着が効果的に防止され、実施例１の場合と同等の作用効果を奏する。

１ ターボチャージャ
１０ 空気流路
１１ 吸気口
１２ 吐出スクロール室
１３ インペラ
１４ ロータシャフト
２ コンプレッサハウジング
２２１ シュラウド面
２２２ ディフューザ面
３ 軸受ハウジング
３１１ 対向面
４ 付着防止部
４１ 空気タンク部
４２、４２０ 表面形成部

Claims (4)

1. インペラが配された空気流路を内側に有するコンプレッサハウジングと、
   上記インペラを一端に固定したロータシャフトを回転自在に支持する軸受ハウジングとを備え、
   上記空気流路は、上記インペラに向けて空気を吸い込む吸気口と、上記インペラの外周側において周方向に形成され、上記インペラから吐出される圧縮空気を外部へ導く吐出スクロール室とを有し、
   上記コンプレッサハウジングは、上記インペラに対向するシュラウド面と、該シュラウド面から上記吐出スクロール室に向かって延びるディフューザ面とを有し、
   上記軸受ハウジングは、上記コンプレッサハウジングの上記ディフューザ面に対向すると共に該ディフューザ面との間にディフューザ通路を形成する対向面を有し、
   上記コンプレッサハウジングの上記ディフューザ面及び上記軸受ハウジングの上記対向面の少なくともいずれか一方には、デポジットの付着を防止するための付着防止部が設けてあり、
   該付着防止部は、上記ディフューザ通路側の表面に開口した微細な噴出孔が多数形成されているとともに、該噴出孔を介して上記ディフューザ通路内の圧縮空気よりも高圧のガスが上記ディフューザ通路内に噴出されるように構成されていることを特徴とするターボチャージャ。
2. 請求項１に記載のターボチャージャにおいて、上記噴出孔は、上記付着防止部において上記ディフューザ通路側の表面を覆うように設けられた多孔質体により形成されていることを特徴とするターボチャージャ。
3. 請求項１又は２に記載のターボチャージャにおいて、上記噴出孔の平均直径が３００ｎｍ以下であることを特徴とするターボチャージャ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のターボチャージャにおいて、上記付着防止部は、上記コンプレッサハウジングの上記ディフューザ面及び上記軸受ハウジングの上記対向面の双方に設けられていることを特徴とするターボチャージャ。

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