JP2016017419A

JP2016017419A - 過給機

Info

Publication number: JP2016017419A
Application number: JP2014139301A
Authority: JP
Inventors: 幸一米澤; Koichi Yonezawa; 竜大須賀; Ryu Osuga
Original assignee: Toyota Motor Corp; Otics Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Otics Corp
Priority date: 2014-07-07
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2016-02-01
Anticipated expiration: 2034-07-07
Also published as: EP2966280A1; CN105317540A; CN105317540B; JP6062888B2; US9874140B2; US20160003259A1; EP2966280B1

Abstract

【課題】流路抵抗の増大を抑制することができる過給機を提供する。【解決手段】コンプレッサハウジング１３にシールプレート１４を組み付けて吸気通路１６を形成し、コンプレッサ回転軸線を含んだ断面におけるコンプレッサハウジング１３のスクロール室１６ｅの壁面１３ｄの曲率半径がスクロール室１６ｅの排気方向下流側の出口１６ｆに向かうに連れて大きくなるように形成した過給機１０において、シールプレート１４におけるコンプレッサハウジング１３とのプレート側接続部１４ｄがコンプレッサ回転軸線方向に突出し、コンプレッサ回転軸線を含んだ断面において吸気通路１６におけるスクロール室１６ｅと連続するシールプレート１４の内面の曲率半径をスクロール室１６ｅの出口に向かうに連れて大きくなるよう構成している。【選択図】図１

Description

本発明は、コンプレッサハウジングにシールプレートを組み付けて吸気通路を形成した過給機に関する。

従来、内燃機関により駆動される車両においては、内燃機関の出力を増大させるための過給機を搭載したものがある。この過給機は、内燃機関から排出される排気ガスからエネルギーを取得し、その排気エネルギーにより内燃機関に供給される吸気を過給するよう構成されている。

また、コンプレッサハウジングにシールプレートを組み付けて吸気通路を形成した過給機にあっては、吸気通路におけるコンプレッサハウジングのスクロール室とシールプレートとが滑らかに連続されているものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４６９７４９２号公報

しかしながら、上述のような従来の過給機にあっては、コンプレッサハウジングの周方向におけるスクロール室の曲率半径が出口に向かうに連れて大きくなるものである場合、コンプレッサハウジングとシールプレートとの連続面に吸気通路方向と直交する方向（カウンタ方向）に段差面が存在していると、流路抵抗が発生するという問題があった。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、流路抵抗の増大を抑制することができる過給機を提供することを目的とする。

本発明に係る過給機は、上記目的達成のため、コンプレッサハウジングにシールプレートを組み付けて吸気通路を形成し、コンプレッサ回転軸線を含んだ断面における前記コンプレッサハウジングのスクロール室壁面の曲率半径が前記スクロール室の排気方向下流側の出口に向かうに連れて大きくなるように形成した過給機において、前記シールプレートにおける前記コンプレッサハウジングとのプレート側接続部が前記コンプレッサ回転軸線方向に突出し、前記コンプレッサ回転軸線を含んだ断面において前記吸気通路における前記スクロール室と連続する前記シールプレートの内面の曲率半径を前記スクロール室の出口に向かうに連れて大きくなるよう構成する。

この構成により、コンプレッサハウジングとシールプレートとの連続面に吸気通路方向と直交する方向（カウンタ方向）に段差面が存在していないため、例えば、非対称形状のスクロール室を有する過給機であっても、流路抵抗の増大を抑制することができる。

本発明によれば、流路抵抗の増大を抑制した過給機を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る過給機におけるコンプレッサ回転軸線を含んだコンプレッサの拡大断面図である。本発明の実施の形態に係る過給機におけるコンプレッサハウジングとシールプレートとの分解斜視図である。本発明の実施の形態に係る過給機におけるコンプレッサの側面図である。本発明の実施の形態に係る過給機について図３におけるそれぞれＡ−Ｚ線，Ｂ−Ｚ線，Ｃ−Ｚ線…及びＨ−Ｚ線に沿う拡大断面図である。本発明の実施の形態に係る過給機におけるコンプレッサハウジングとシールプレートとの接続部分の一例を示し、（Ａ）は図３のＡ−Ｚ線に沿う拡大断面図、（Ｂ）は要部の拡大断面図である。本発明の実施の形態に係る過給機に関し、スクロール室を成形する際のスクロール中子と金型との関係を示し、（Ａ）は図３のＡ−Ｚ線に対応する位置の断面図、（Ｂ）は要部の拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、本実施の形態の過給機（全体は図示していない）１０は、例えば、可変容量型のターボチャージャであって、車両の内燃機関として搭載されてディーゼルエンジンの一部を構成している。なお、本実施の形態に係る過給機は、ディーゼルエンジンに限らず、例えば、ガソリンやエタノールなどの液体を燃料とする内燃機関における過給機であってもよい。

本実施の形態に係る過給機１０は、ベアリング及びベアリングハウジング（共に図示せず）に回転可能に保持されるとともに一端にタービンホイール（図示せず）を連結された回転軸１１と、回転軸１１の他端に連結されたコンプレッサホイール１２と、コンプレッサハウジング１３と、シールプレート１４と、を含んで構成されている。なお、コンプレッサホイール１２とコンプレッサハウジング１３とにより吸気通路１６を有するコンプレッサ１７が構成されている。

回転軸１１は、一端にタービンホイールが連結され、他端にコンプレッサホイール１２が連結されている。したがって、回転軸１１は、図示しない排気装置から排出される排気ガスにより回転するタービンホイールの駆動力をコンプレッサホイール１２に伝達するようになっている。

したがって、タービンホイールの回転速度の可変に応じて、コンプレッサホイール１２の回転速度を可変することができるようになっている。このため、コンプレッサ１７により圧縮される吸入空気の過給圧が可変できるようになっている。また、コンプレッサ１７は、上流側で導入した吸入空気をコンプレッサホイール１２の回転により圧縮して下流側のエンジン吸気通路（図示せず）に供給するようになっている。

コンプレッサホイール１２の外周部には複数の羽根状のブレード１２ａが均等間隔で設けられている。コンプレッサホイール１２は、隣接する各ブレード１２ａ間に吸入空気が通過する通路が形成されている。この通路は、吸入空気の吸入方向上流側から吸入方向下流側に向けて徐々にその通路断面積が小さくなるように設定されている。

このように構成されたコンプレッサホイール１２は、回転軸１１を介して回転することにより、吸入方向上流側から吸気方向下流側に供給される吸入空気に遠心力を付与して径方向に加速させるようになっている。

コンプレッサハウジング１３は、アルミニウム合金のダイカスト製若しくは重力鋳造製であり、図示左側の一方の端部が上流側の吸気管（図示せず）と連結されるとともに、図示右側の他方の端部に、図２，図３に示すようにシールプレート１４が連結される。したがって、コンプレッサハウジング１３は、シールプレート１４を介してベアリングハウジングに連結されるようになっている。

また、コンプレッサハウジング１３には、コンプレッサホイール１２を収容するよう、回転軸１１の軸方向に延在する筒状部１３ａが形成されている。この筒状部１３ａの軸方向におけるタービン側の端部には、回転軸１１の軸線方向と直交する方向に環状に突出したフランジ部１３ｂが形成されている。さらに、コンプレッサハウジング１３には、フランジ部１３ｂを環状に取り巻くように外壁部１３ｃが形成されている。

また、吸気通路１６は、導入通路１６ａと、整流路１６ｂと、ホイール室１６ｃと、ディフューザ通路１６ｄと、スクロール室１６ｅと、をこの吸気通路順に備える。

導入通路１６ａは、筒状部１３ａによって画成されるとともに上流側の吸気通路（図示せず）と連通され、吸入空気をコンプレッサホイール１２に向けて導入させるようになっている。

ホイール室１６ｃは、筒状部１３ａによって画成されるとともに導入通路１６ａと連通し、内部にコンプレッサホイール１２を収容するようになっている。

ディフューザ通路１６ｄは、コンプレッサハウジング１３とシールプレート１４との間によって形成されている。具体的には、ディフューザ通路１６ｄは、フランジ部１３ｂとこのフランジ部１３ｂと対向するシールプレート１４とによって画成されている。また、ディフューザ通路１６ｄは、吸入方向上流の一端側でホイール室１６ｃと連通し、吸入方向下流の他端側でスクロール室１６ｅと連通している。

これにより、ディフューザ通路１６ｄは、コンプレッサホイール１２で加圧及び加速された吸入空気をスクロール室１６ｅに流通させるようになっている。さらに、ディフューザ通路１６ｄは、導入通路１６ａやスクロール室１６ｅの通路断面積に比べて、その通路断面積が小さく設定されている。

一方で、ディフューザ通路１６ｄは、ホイール室１６ｃから径方向に延在する環状の通路であるため、吸入方向上流側から吸入方向下流側に向かうに従い、環状の通路断面積が徐々に増大するようになっている。

したがって、ディフューザ通路１６ｄは、ホイール室１６ｃからスクロール室１６ｅに供給される吸入空気の流速を次第に低下させるようになっている。すなわち、ディフューザ通路１６ｄは、コンプレッサホイール１２により径方向に加速された吸入空気を減速させるようになっている。

スクロール室１６ｅは、ホイール室１６ｃの径方向の外方を渦巻状に囲み、吸入方向上流の一端側でディフューザ通路１６ｄと連通し、吸入方向下流の他端側が出口１６ｆとなっている。また、スクロール室１６ｅの曲率半径は、図３においてＡ−Ｚ線，Ｂ−Ｚ線，Ｃ−Ｚ線…及びＨ−Ｚ線のそれぞれに沿う断面図として、図４（Ａ）〜（Ｈ）に示すように、スクロール室１６ｅの出口１６ｆに向かうに連れて大きくなるように形成している。すなわち、スクロール室１６ｅの開口断面積がスクロール室１６ｅの出口１６ｆに向かうに連れて広くなっている。これにより、スクロール室１６ｅは、ホイール室１６ｃからディフューザ通路１６ｄを介して吸入方向の下流側の吸気装置（図示せず）に吸入空気を過給するようになっている。

シールプレート１４は、図２に示すように、略円盤形状を呈しており、その中心には回転軸１１が貫通する貫通穴１４ａが形成されている。また、シールプレート１４には、図示しないボルト等によってベアリングハウジングに固定するネジ穴１４ｂが形成されている。さらに、シールプレート１４には、外壁部１３ｃの終端と係合する係合溝１４ｃが形成されている。

これにより、コンプレッサハウジング１３の外壁部１３ｃは、スクロール室１６ｅの壁面１３ｄをフランジ部１３ｂの先端から始まってフランジ部１３ｂの先端付近に回り込んで終わる断面環状としている。したがって、ディフューザ通路１６ｄの通路下流端、すなわち、スクロール室１６ｅの通路上流端は、壁面１３ｄの始終端に至る曲面形状の回り込み量によって定まる。

ここで、コンプレッサハウジング１３に対してシールプレート１４が接する部位には、ハウジング側接続部１３ｅとプレート側接続部１４ｄとが位置している。

具体的には、図５に示すように、コンプレッサハウジング１３の外壁部１３ｃにおける終端がスクロール室１６ｅに関して通路上流端としてのハウジング側接続部１３ｅとなっている。また、シールプレート１４の係合溝１４ｃの内方端がディフューザ通路１６ｄに関して通路下流端としてのプレート側接続部１４ｄとなっている。

プレート側接続部１４ｄは、コンプレッサハウジング１３のハウジング側接続部１３ｅに対してスクロール室１６ｅ（吸気通路１６）側に突出している。また、吸気通路１６におけるスクロール室１６ｅと連続するシールプレート１４の内面１４ｅのうち、プレート側接続部１４ｄにおける内面１４ｆの曲率半径をスクロール室１６ｅの出口１６ｆに向かうに連れて大きくなるように構成している。なお、プレート側接続部１４ｄにおけるハウジング側接続部１３ｅは、例えば、面取り加工等によってプレート側接続部１４ｄの先端に対して製造バラツキを含めて０．０〜１．８ｍｍだけ凹ませている。これにより、プレート側接続部１４ｄと接するハウジング側接続部１３ｅが凹み、結果的にプレート側接続部１４ｄがハウジング側接続部１３ｅに対してスクロール室１６ｅ側に突出する。

すなわち、シールプレート１４におけるコンプレッサハウジング１３とのプレート側接続部１４ｄが回転軸１１に沿う方向に突出し、コンプレッサ回転軸線を含んだ断面において吸気通路１６におけるスクロール室１６ｅと連続するシールプレート１４の内面の曲率半径をスクロール室１６ｅの出口に向かうに連れて大きくなるよう構成している。

また、コンプレッサハウジング１３の曲面形状は非軸対称であり、図５（Ｂ）に示すように、出ロに向かうに連れて回転軸１１の軸線（水平軸）からの角度θが大きくなる。したがって、スクロール室１６ｅのうち、シールプレート１４側の形状は非軸対称であり、コンプレッサハウジング１３側の曲面形状と略同等にすることが流路効率の観点から望ましい。

したがって、本実施の形態においては、スクロール室１６ｅの曲率半径が出口１６ｆに向かうに連れて大きくなるとともに、プレート側接続部１４ｄにおける内面１４ｆの曲率半径（面取り角度）においても出口１６ｆに向かうに連れて大きくなっている。

これにより、コンプレッサハウジング１３に形成されるスクロール室１６ｅの曲面形状の一部をシールプレート１４のプレート側接続部１４ｄで補完することができ、スクロール室１６ｅの曲面形状を維持することができる。

ところで、コンプレッサハウジング１３を成形する際には、図６（Ａ）に示すように、スクロール室１６ｅを形成するためのスクロール中子２０の位置精度を確保する必要があるために、スクロール中子２０をディフューザ側（図示右側）にはみ出させた状態で金型２１と位置決めしている。

この場合、スクロール中子２０を設置するための巾木配置スペースを確保するために、シールプレート１４の嵌合径を拡大させると、その拡大させた分のスクロール室１６ｅの曲面形状が実質的に削除されることとなる。

ここで、スクロール室１６ｅを形成するためのスクロール中子２０の位置精度が向上したとしても、実際には製造時に成形誤差等のバラツキがある。

このため、図６（Ｂ）に示すように、コンプレッサハウジング１３とシールプレート１４との間で吸気通路と直交する方向（カウンタ方向）の段差が発生し、流路効率が低下してしまうという問題が生じていた。

そこで、スクロール室１６ｅの曲面形状をシールプレート１４側で補完するとともに、コンプレッサハウジング１３のシールプレート１４との嵌合部に非軸対称な面取りを設計をすることで、製造時のバラツキに起因する流路抵抗の増大を抑制するようにしている。

なお、この面取りは、上述したハウジング側接続部１３ｅにおける内壁面の曲率半径を出口１６ｆに向かうに連れて大きくすることで形成している。

上記の構成においては、排気に伴うタービンホイールの回転速度の可変に応じて、コンプレッサホイール１２の回転速度を可変しつつ、コンプレッサ１７により圧縮される吸入空気の過給圧も可変されて出口１６ｆから排出される。

また、コンプレッサ１７は、上流側で導入した吸入空気をコンプレッサホイール１２の回転により圧縮して下流側のエンジン吸気通路（図示せず）に供給する。

この際、吸入空気は、導入通路１６ａ、整流路１６ｂ、ホイール室１６ｃ、ディフューザ通路１６ｄ、スクロール室１６ｅの順で吸気通路１６を通過する。

そして、ディフューザ通路１６ｄからスクロール室１６ｅへと至る通路中の空気は、流路抵抗の増大を抑制しつつ、プレート側接続部１４ｄにより効率よくスクロール室１６ｅへと導入する。

以上のように、本実施の形態に係る過給機は、コンプレッサハウジング１３にシールプレート１４を組み付けて吸気通路１６を形成し、コンプレッサ回転軸線を含んだ断面におけるコンプレッサハウジング１３のスクロール室１６ｅの壁面１３ｄの曲率半径がスクロール室１６ｅの排気方向下流側の出口１６ｆに向かうに連れて大きくなるように形成した過給機１０において、シールプレート１４におけるコンプレッサハウジング１３とのプレート側接続部１４ｄが回転軸１１方向に突出し、コンプレッサ回転軸線を含んだ断面において吸気通路１６におけるスクロール室１６ｅと連続するシールプレート１４の内面の曲率半径をスクロール室１６ｅの出口に向かうに連れて大きくなるよう構成していることにより、流路抵抗の増大を抑制した過給機を提供することができる。

なお、本実施の形態に係る過給機においては、３ピースコンプレッサハウジングや２ピースコンプレッサハウジングでもよい。また、シールプレート１４は、ベアリングハウジングと一体でもよい。

以上説明したように、本発明に係る過給機は、コンプレッサハウジングとシールプレートとの連続面に吸気通路方向と直交する方向（カウンタ方向）に段差面が存在していないため、流路抵抗の増大を抑制することができるという効果を有し、コンプレッサハウジングにシールプレートを組み付けて吸気通路を形成した過給機全般に有用である。

１０…過給機、１１…回転軸（コンプレッサ回転軸）、１３…コンプレッサハウジング、１３ｄ…壁面、１３ｅ…ハウジング側接続部、１４…シールプレート、１４ｄ…プレート側接続部、１６…吸気通路、１６ｅ…スクロール室、１６ｆ…出口

Claims

コンプレッサハウジングにシールプレートを組み付けて吸気通路を形成し、コンプレッサ回転軸線を含んだ断面における前記コンプレッサハウジングのスクロール室壁面の曲率半径が前記スクロール室の排気方向下流側の出口に向かうに連れて大きくなるように形成した過給機において、
前記シールプレートにおける前記コンプレッサハウジングとのプレート側接続部が前記コンプレッサ回転軸線方向に突出し、
前記コンプレッサ回転軸線を含んだ断面において前記吸気通路における前記スクロール室と連続する前記シールプレートの内面の曲率半径を前記スクロール室の出口に向かうに連れて大きくなるよう構成したことを特徴とする過給機。