JP2016205393A - Fluid engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は請求項1のおいて書き部に記載の流体機関に関する。 The present invention relates to a fluid engine according to claim 1.
特許文献1から、コンプレッサとタービンを有するターボチャージャが知られている。当該文献に開示されたターボチャージャのコンプレッサは遠心コンプレッサとして実施されており、当該遠心コンプレッサには圧縮すべき過給気が軸方向に供給され、圧縮された過給気は当該遠心コンプレッサから径方向に流出する。遠心コンプレッサはステータ側のハウジングとロータ側のインペラを有しており、遠心コンプレッサのステータ側のハウジングは、互いに結合された複数のハウジング部分から構成されている。このとき第一のハウジング部分は螺旋形ハウジング部分によって形成され、第二のハウジング部分はいわゆるインサートによって形成され、螺旋形ハウジングとインサートは、互いに隣接するフランジ部分に設けられたネジによって互いに結合されている。ハウジングのインサートと、インペラの径方向外側部分との間に、軸方向隙間が形成されており、当該軸方向隙間は、遠心コンプレッサのできる限り良好な効率を保証するために、できるだけ小さい隙間で正確に調整されなければならない。実践によれば、流体機関におけるこのような軸方向隙間は典型的に、別箇の構成要素を用いて調整される。このような別個の構成要素は調整リングであってよく、当該調整リングは軸方向隙間を調整するために、ステータ側のハウジングに取り付けられる。このような調整リングは非常に正確に製造されなければならない。流体機関が取り付けられている状態で初めて、軸方向隙間を計測することにより、調整リングが十分な正確さを有して製造されたものであるか、また軸方向隙間が十分正確に調整され得たか、を確かめることができる。場合によっては、軸方向隙間を正確に調整するために、調整リングの機械的な処理が必要となる。これにより、全体として流体機関のための取り付けコストが増大する。 From Patent Document 1, a turbocharger having a compressor and a turbine is known. The turbocharger compressor disclosed in this document is implemented as a centrifugal compressor, and supercharging air to be compressed is supplied to the centrifugal compressor in the axial direction, and the compressed supercharging air is radially supplied from the centrifugal compressor. To leak. The centrifugal compressor has a stator-side housing and a rotor-side impeller, and the stator-side housing of the centrifugal compressor is composed of a plurality of housing parts coupled to each other. At this time, the first housing part is formed by a helical housing part, the second housing part is formed by a so-called insert, and the helical housing and the insert are connected to each other by screws provided on adjacent flange parts. Yes. An axial gap is formed between the housing insert and the radially outer part of the impeller, and the axial gap is as small as possible to ensure the best possible efficiency of the centrifugal compressor. Must be adjusted to. In practice, such axial clearances in fluid engines are typically adjusted using separate components. Such a separate component may be an adjustment ring, which is attached to the stator side housing for adjusting the axial clearance. Such an adjustment ring must be manufactured very accurately. Only when the fluid engine is installed, by measuring the axial clearance, whether the adjustment ring is manufactured with sufficient accuracy or the axial clearance can be adjusted sufficiently accurately. Can be confirmed. In some cases, mechanical adjustment of the adjustment ring is required to accurately adjust the axial clearance. This increases the installation cost for the fluid engine as a whole.
比較的小さいコストで、ハウジングとインペラの径方向外側部分との間の軸方向隙間が簡単かつ確実に調整され得る流体機関が求められている。 There is a need for a fluid engine that can easily and reliably adjust the axial clearance between the housing and the radially outer portion of the impeller at a relatively low cost.
上記の点に鑑み、本発明は新式の流体機関を創出することを課題とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to create a new fluid engine.
上記の課題は請求項1に記載の流体機関によって解決される。本発明に係る流体機関は軸方向において互いに対向する面を備える、第一のステータ側のリング構造体と、第二のステータ側のリング構造体と、を有しており、当該互いに対向する面には、周方向において互いに離間するとともに軸方向において延在する突起が形成されており、前記リング構造体は少なくとも二つの画定された相対位置であって、当該相対位置においてリング構造体は当該リング構造体の結合された状態において、それぞれ全体として異なる軸方向の寸法を有している、二つの画定された相対位置の一つにおいて互いに結合されており、リング構造体が互いに結合されている前記相対位置は、互いに結合されたリング構造体の軸方向寸法を介して、ハウジングとインペラの径方向外側部分との間の軸方向隙間の寸法を調整する。 The above problem is solved by the fluid engine according to claim 1. The fluid engine according to the present invention includes a first stator-side ring structure and a second stator-side ring structure, which have surfaces facing each other in the axial direction, and the surfaces facing each other. Are formed with protrusions that are spaced apart from each other in the circumferential direction and extend in the axial direction, and the ring structure has at least two defined relative positions at which the ring structure is the ring. In the coupled state of the structure, the ring structures are coupled to each other at one of two defined relative positions, each having a different axial dimension as a whole. The relative position adjusts the dimension of the axial clearance between the housing and the radially outer portion of the impeller via the axial dimensions of the ring structures joined together. .
ステータ側のリング構造体を介して軸方向隙間は、簡単かつ確実に、正確に調整され得る。周方向におけるリング構造体同士の相対位置は、ステータ側のリング構造体から構成されたステータ側構造体の軸方向の寸法を決定し、相対的周方向位置を適合させることにより、すなわち互いに結合されたリング構造体の軸方向の寸法を適合させることにより、ハウジングとインペラの径方向外側部分との間の軸方向隙間は正確に調整され得る。 The axial clearance can be adjusted easily, reliably and accurately via the ring structure on the stator side. The relative positions of the ring structures in the circumferential direction are determined by determining the axial dimensions of the stator-side structures composed of the stator-side ring structures and matching the relative circumferential positions, i.e. By adapting the axial dimensions of the ring structure, the axial clearance between the housing and the radially outer part of the impeller can be precisely adjusted.
好適に流体機関のハウジングは、互いに結合された複数のハウジング部分を有しており、当該ハウジング部分の一つとインペラの径方向外側部分との間に軸方向隙間が形成され、第一のリング構造体は、流体機関の第一のハウジング部分、特に螺旋形ハウジング部分の不可分の構成要素であり、第二のリング構造体は、第一のハウジング部分と結合された流体機関の第二のハウジング部分、特に螺旋形ハウジング部分と結合されたインサートの不可分の構成要素である。リング構造体が流体機関のハウジング部分の不可分の構成要素であるとき、別箇の構成要素は省略し得る。この点は流体機関の簡単な取り付けと、ハウジングとインペラの径方向外側部分との間の軸方向隙間の調整を行うために特に有利である。 Preferably, the fluid engine housing has a plurality of housing portions coupled to each other, an axial gap is formed between one of the housing portions and the radially outer portion of the impeller, and the first ring structure The body is an integral part of the first housing part of the fluid engine, in particular the helical housing part, and the second ring structure is the second housing part of the fluid engine coupled to the first housing part. In particular, an inseparable component of the insert associated with the helical housing part. When the ring structure is an integral part of the housing portion of the fluid engine, a separate component may be omitted. This is particularly advantageous for simple installation of the fluid engine and adjustment of the axial clearance between the housing and the radially outer part of the impeller.
有利な発展形態によれば、第一のリング構造体は、第二のリング構造体に対向する面に、周方向において互いに離間する段状の突起を有しており、第二のリング構造体は、第一のリング構造体に対向する面に、周方向において互いに離間する段状の突起を有しており、第一の画定された相対位置において、第一のリング構造体の突起が第二のリング構造体の突起に当接するとき、軸方向隙間を低減させるためのリング構造体は、第二の画定された相対位置において、第一のリング構造体の突起が第二のリング構造体の突起同士の間に形成されるセットバックに係合し、かつ、第二のリング構造体の突起が第一のリング構造体の突起同士の間に形成されるセットバックに係合する場合よりも、大きな軸方向の寸法を有している。当該有利な発展形態によれば、リング構造体から構成された、ステータ側の構造体の軸方向の寸法を段階的に変化させること、およびそれとともにハウジングとインペラの径方向外側部分との間の軸方向隙間を段階的に調整することが可能となる。 According to an advantageous development, the first ring structure has stepped protrusions spaced apart from each other in the circumferential direction on the surface facing the second ring structure, and the second ring structure Has stepped protrusions spaced apart from each other in the circumferential direction on the surface facing the first ring structure, and the protrusions of the first ring structure are in the first defined relative position. The ring structure for reducing the axial clearance when abutting the protrusions of the second ring structure is such that the protrusions of the first ring structure are in the second ring structure at a second defined relative position. Than the case where the projection of the second ring structure is engaged with the setback formed between the projections of the first ring structure. Also have a large axial dimension. According to this advantageous development, the axial dimension of the stator-side structure, which is composed of a ring structure, is changed stepwise, and with it between the housing and the radially outer part of the impeller. It becomes possible to adjust the axial clearance stepwise.
代替的な有利な発展形態によれば、第一のリング構造体は、第二のリング構造体に対向する面に、周方向において互いに離間する斜面状の突起を有しており、第二のリング構造体は、第一のリング構造体に対向する面に、周方向において互いに離間する斜面状の突起を有しており、第一のリング構造体の突起が第二のリング構造体の突起に当接するとき、当該リング構造体同士の画定された相対位置を介して、軸方向の寸法、およびそれとともに軸方向隙間は最小寸法と最大寸法の間で無段式に調整可能である。本発明の当該発展形態は、リング構造体から構成された、ステータ側の構造体の軸方向の寸法を、連続的かつ無段式に変化させること、およびそれとともに軸方向隙間を無段式に調整することを可能にする。 According to an alternative advantageous development, the first ring structure has inclined projections spaced apart from one another in the circumferential direction on the surface facing the second ring structure, The ring structure has sloped protrusions spaced from each other in the circumferential direction on a surface facing the first ring structure, and the protrusions of the first ring structure are protrusions of the second ring structure. When abutting, the axial dimension, and the axial clearance along with it, can be adjusted steplessly between the minimum and maximum dimensions via the defined relative positions of the ring structures. The developed form of the present invention is to continuously and continuously change the axial dimension of the stator-side structure composed of a ring structure, and to make the axial clearance stepless. Makes it possible to adjust.
好適に第一のリング構造体と第二のリング構造体は、リング構造体の穴を貫通して延在するネジによって互いに結合されている。これは簡単な組み立てを保証するために有利である。 Preferably, the first ring structure and the second ring structure are joined to each other by screws extending through the holes in the ring structure. This is advantageous to ensure simple assembly.
本発明の好適な発展形態は従属請求項と以下の詳細な説明に記載されている。本発明の実施の形態を図面に基づいてより詳しく説明するが、本発明は当該実施の形態に限定されるものではない。図面に示すのは以下の通りである。 Preferred developments of the invention are described in the dependent claims and in the following detailed description. Embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments. The drawings show the following.
本発明は流体機関、特にターボチャージャのための遠心コンプレッサに関する。しかしながら本発明は当該応用例に限定されていない。本発明は他の遠心コンプレッサおよびラジアルタービンにおいても用いられ得る。 The present invention relates to a centrifugal compressor for a fluid engine, in particular a turbocharger. However, the present invention is not limited to the application example. The invention can also be used in other centrifugal compressors and radial turbines.
図1は、ターボチャージャの部分断面を、遠心コンプレッサ10として形成された流体機関の領域において示している。図1に示された、遠心コンプレッサとして形成された流体機関10は、ステータ側のハウジング11とロータ側のインペラ12を有している。ステータ側のハウジング11は、互いに結合された複数のハウジング部分、すなわち図に示す実施の形態では螺旋形ハウジング部分13と、当該螺旋形ハウジング部分13と結合されたインサート14を有している。螺旋形ハウジング部分13とインサート14とは、互いに隣接したフランジ部分15,16において、互いに結合されており、すなわち、周方向において互いに離間された複数の結合ネジ17であって、好ましくは拡張ネジとして実施されている結合ネジを介して結合されている。
FIG. 1 shows a partial section of a turbocharger in the region of a fluid engine formed as a
図に示す実施の形態、すなわち流体機関がターボチャージャの遠心コンプレッサ10として実施されている実施の形態では、遠心コンプレッサのハウジング11にいわゆる軸受ハウジング18が接続する。
In the embodiment shown in the drawing, that is, the embodiment in which the fluid engine is implemented as a
図1から分かるように、ハウジング11、すなわちハウジング11のインサート14と、インペラ12の径方向外側部分と、の間に、軸方向隙間19が形成されている。当該軸方向隙間19は、流体機関、特に図1に示す遠心コンプレッサ10の高い効率を保証するために、正確に調整されなければならない。本発明は、好適にターボチャージャの遠心コンプレッサとして形成されている流体機関の細部であって、当該流体機関の高い効率を保証するために、軸方向隙間19の簡単かつ確実な調整を可能にする細部に関する。
As can be seen from FIG. 1, an
本発明によれば軸方向隙間19は、ステータ側のリング構造体を介して、簡単かつ確実に調整可能である。すなわち図2は、第一のステータ側のリング構造体20と、第二のステータ側のリング構造体21を示しており、当該リング構造体にはそれぞれ、周方向において互いに離間されているとともに、軸方向において延在する突起22もしくは23が形成されている。当該突起22,23は、リング構造体20,21の軸方向において互いに対向する面24もしくは25に形成されている。リング構造体20,21は、周方向における少なくとも二つの画定された相対位置であって、当該相対位置においてリング構造体20,21は、当該リング構造体が結合された状態においてそれぞれ、異なる軸方向の寸法を有している相対位置の一つにおいて結合されており、リング構造体20,21が互いに結合されている、前記周方向における相対位置は、互いに結合されているリング構造体20,21の軸方向の寸法を決定し、互いに結合されているリング構造体20,21の当該軸方向の寸法を介して、ハウジング11とインペラ12の径方向外側部分との間の軸方向隙間19の寸法が調整される。
According to the present invention, the
好適にステータ側のリング構造体の一つ、例えばリング構造体21は、第一のハウジング部分の構成要素、特に螺旋形ハウジング部分のフランジ部分15の領域における、当該螺旋形ハウジング部分13の構成要素であり、それに対して他方のリング構造体、例えばリング構造体20は、螺旋形ハウジング部分13と結合されたインサート14の不可分の構成要素、すなわち当該インサートのフランジ部分16の領域における不可分の構成要素である。周方向における画定された相対位置であって、当該相対位置においてインサート14がハウジング11の螺旋形ハウジング部分13に取り付けられる相対位置により、インペラ12に対するインサート14の軸方向の相対位置、およびそれとともに軸方向隙間19の寸法が調整される。
Preferably, one of the ring structures on the stator side, for example the
すでに述べたように、フランジ部分15,16の領域において、螺旋形ハウジング部分13とインサート14とはネジ17を介して互いに結合されており、当該ネジ17はリング構造体20,21の穴26,27を貫通して延在している。
As already mentioned, in the region of the
図2および図3は本発明の一の実施を示しており、当該実施において、第一のステータ側のリング構造体20は、第二のステータ側のリング構造体21に対向する軸方向面24において、周方向において互いに離間する段状の突起22であって、それぞれ軸方向における同一の高さもしくは段高さを有する突起を有しており、第二のステータ側のリング構造体21は、第一のステータ側のリング構造体20に対向する軸方向面25に、周方向において互いに離間した段状の突起23であって、同様にそれぞれ軸方向における同一の高さもしくは段高さを有する突起を有している。第一の周方向相対位置において、二つのステータ側のリング構造体20,21の突起22,23が互いに当接するとき、リング構造体20,21から成る構成体は、図3に示されたように、第二の周方向相対位置において、ステータ側のリング構造体21の突起23が、ステータ側のリング構造体20の突起22同士の間に形成されたセットバック28に係合し、それとともにステータ側のリング構造体20の突起22が、ステータ側のリング構造体21の突起23同士の間に形成されたセットバック29に係合するときよりも大きな軸方向の寸法を有している。
2 and 3 show one implementation of the present invention in which the first stator-
リング構造体20の段状突起22とリング構造体21の段状突起23とがそれぞれ、軸方向において同一の高さを有している、図2および図3に示される実施の形態では、ステータ側のリング構造体20,21は、周方向における二つの画定された相対位置において、互いに二つの異なる軸方向の寸法を提供しながら、互いに結合され得る。
In the embodiment shown in FIGS. 2 and 3, the stepped
図2から分かるように、このときリング構造体20の領域内では、リング構造体21に穴27が形成されている数に対して2倍の数の穴26が設けられており、それによりリング構造体20,21が取り得る二つの画定された相対位置において、ネジ17を介して当該リング構造体を機械的な要求を満たすように結合することが可能である。このとき、穴27は例えばネジ穴として実施され、穴26はネジ山のない穴として実施されている。
As can be seen from FIG. 2, at this time, in the region of the
図2および図3に示された実施の形態とは異なり、少なくとも一つのリング構造体20もしくは21に、周方向において隣接する段状の突起が、軸方向において異なる一つより大きい数の段高さもしくは高さを有して形成されており、それによりリング構造体20,21が、周方向における二つより大きな数の画定された相対位置において、互いに二つより大きな数の、可能な異なる軸方向の寸法を提供しながら、互いに結合され得ることが可能である。そのためには、一つのリング構造体に、軸方向において複数の異なる段高さを有する突起が形成されていれば十分であり、他方のリング構造体において、段状の突起は全て、同一の高さを有していてよい。そのとき軸方向において複数の異なる段高さを有するリング構造体において必要とされる穴の数は、他方のリング構造体における穴の数に、リング構造体同士の異なる軸方向の寸法を提供する可能な周方向相対位置の数を乗じたものに相当する。従って例えば一のリング構造体にN個の穴が形成されている場合、他方のリング構造体は、x*Nの穴を有していなければならず、前記の式においてxは、異なる軸方向の寸法を提供する、リング構造体同士20,21の可能な相対位置の数である。
Unlike the embodiment shown in FIGS. 2 and 3, at least one
図2および図3の実施の形態のさらなる変更形態は、以下の通りである。すなわち第一のリング構造体が、第二のリング構造体に対向する軸方向面に、周方向において互いに離間した斜面状もしくは楔状の突起を有しており、第二のリング構造体が、第一のリング構造体に対向する軸方向面に、周方向において互いに離間した、同様に斜面状または楔状の突起を有している。第一のリング構造体のこのような斜面状または楔状の突起が、第二のリング構造体の斜面状または楔状の突起に当接するとき、当該リング構造体同士の画定された周方向相対位置を介して、軸方向の寸法、およびそれとともにハウジング11とインペラ12の間の軸方向隙間19は最小寸法と最大寸法の間で無段式に調整され得る。
Further modifications of the embodiment of FIGS. 2 and 3 are as follows. That is, the first ring structure has sloped or wedge-shaped protrusions spaced apart from each other in the circumferential direction on the axial surface facing the second ring structure, and the second ring structure is On the axial surface facing one ring structure, there are similarly inclined or wedge-shaped projections spaced apart from each other in the circumferential direction. When such sloped or wedge-shaped protrusions of the first ring structure abut against the sloped or wedge-shaped protrusions of the second ring structure, the defined circumferential relative positions of the ring structures are Through this, the axial dimension and the
この場合、両方のリング構造体に同一の数の穴を設けることが可能であろう。すなわち、一のリング構造体に、周方向において互いに離間する、ネジ17を受容するためのネジ穴を設け、他方のリング構造体に、周方向において湾曲して設けられた、長穴として形成されたネジ山のない穴を設ける。
In this case, it would be possible to provide the same number of holes in both ring structures. That is, one ring structure is provided with a screw hole for receiving the
図1に示す遠心コンプレッサ10の好適な実施の形態において、リング構造体21は好適に、インサート14のフランジ部分16の不可分の構成要素である。このときリング構造体20は好適に、螺旋形ハウジング13のフランジ部分15の不可分の構成要素である。インサート14を捻り、それとともに当該インサートのリング構造体を、螺旋形ハウジング13およびそれとともに当該螺旋形ハウジングのリング構造体に対して周方向に捻ることにより、インペラ12に対するインサート14の軸方向の位置が調整され、それによりハウジング11とインペラ12の間の軸方向隙間19が調整され得る。当該相対位置は、二つのハウジング部分13,14を結合するのに役立つ結合ネジ17によって確保され、一のリング構造体において穴はネジ山を有さずに実施され、他方のリング構造体において穴はネジ穴として実施されている。
In the preferred embodiment of the
流体機関を取り付ける際、軸方向隙間19を調整するために、リング構造体20,21に対して周方向における正しい相対位置が見出されていれば、好適にリング構造体の一つにおいて、軸方向隙間の所望の調整を行うための前記の正しい周方向相対位置においてリング構造体を結合する際に必要とされない穴の少なくとも一つは密閉され、それにより例えばメンテナンスによってリング構造体の取り外しが生じる際、当該リング構造体を再び正しい周方向相対位置において取り付けることができる。
If a correct relative position in the circumferential direction is found with respect to the
10 流体機関
11 ハウジング
12 インペラ
13 螺旋形ハウジング部分
14 インサート
15 フランジ部分
16 フランジ部分
17 結合ネジ
18 軸受ハウジング
19 軸方向隙間
20 リング構造体
21 リング構造体
22 突起
23 突起
24 面
25 面
26 穴
27 穴
28 セットバック
29 セットバック
DESCRIPTION OF
Claims (10)
互いに対向する面(24,25)を有する、第一のステータ側のリング構造体(20)および第二のステータ側のリング構造体(21)であって、
前記互いに対向する面には、周方向において互いに離間するとともに軸方向において延在する突起(22,23)が形成されており、
前記リング構造体(20,21)は少なくとも二つの画定された相対位置であって、当該相対位置において前記リング構造体(20,21)は当該リング構造体の結合された状態において、それぞれ全体として異なる軸方向の寸法を有している、相対位置の一つにおいて互いに結合されており、
前記リング構造体(20,21)が互いに結合されている前記相対位置は、互いに結合された前記リング構造体(20,21)の前記軸方向の寸法を介して、前記ハウジング(11)と前記インペラ(12)の前記径方向外側部分との間の前記軸方向隙間の寸法を調整する、第一のステータ側のリング構造体および第二のステータ側のリング構造体を特徴とする流体機関。 A fluid engine having a stator side housing (11) and a rotor side impeller (12), wherein an axial clearance (19) is provided between a radially outer portion of the impeller (12) and an adjacent portion of the housing (11). In the fluid engine in which
A ring structure (20) on the first stator side and a ring structure (21) on the second stator side having opposite faces (24, 25),
Protrusions (22, 23) that are separated from each other in the circumferential direction and extend in the axial direction are formed on the surfaces facing each other,
The ring structure (20, 21) is at least two defined relative positions, and at the relative position, the ring structure (20, 21) as a whole in the coupled state of the ring structure. Are coupled to each other in one of the relative positions, having different axial dimensions;
The relative position where the ring structures (20, 21) are coupled to each other is determined by the axial dimension of the ring structures (20, 21) coupled to each other through the housing (11) and the A fluid engine characterized by a first stator-side ring structure and a second stator-side ring structure that adjusts the dimension of the axial clearance between the radially outer portion of the impeller (12).
第一の相対位置において、前記第一のリング構造体(20)の前記突起(22)が第二のリング構造体(21)の前記突起(23)に当接する場合、前記リング構造体は、第二の相対位置において、前記第一のリング構造体(20)の前記突起(22)が、前記第二のリング構造体(21)の前記突起(23)同士の間に形成されたセットバック(29)に係合し、かつ、前記第二のリング構造体(21)の前記突起(23)が前記第一のリング構造体(28)の前記突起(22)同士の間に形成されたセットバック(28)に係合する場合よりも、大きな軸方向の寸法を有していることを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の流体機関。 The first ring structure (20) has stepped protrusions (22) spaced from each other in the circumferential direction on a surface (24) facing the second ring structure (21), The second ring structure (21) has stepped protrusions (23) spaced from each other in the circumferential direction on the surface (25) facing the first ring structure (20),
When the protrusion (22) of the first ring structure (20) abuts the protrusion (23) of the second ring structure (21) at the first relative position, the ring structure is: A setback in which the protrusion (22) of the first ring structure (20) is formed between the protrusions (23) of the second ring structure (21) at a second relative position. (29) and the projection (23) of the second ring structure (21) is formed between the projections (22) of the first ring structure (28). 5. Fluid engine according to any one of the preceding claims, characterized in that it has a larger axial dimension than when engaging a setback (28).
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