JP2017145759A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】環状ピースの外面のうちスクロール室内に露出する表面に変形が生じることを抑制する。
【解決手段】スクロールピース３１におけるスクロール部３３の内部には、環状ピース５１が設けられている。環状ピース５１には、径方向外側に向かって突出するフランジ部５２が設けられている。環状ピース５１のフランジ部５２は、スクロールピース３１のスクロール部３３とベアリングハウジング１０のプレート部１９との間に配置されている。スクロールピース３１のスクロール部３３及びベアリングハウジング１０のプレート部１９は、環状ピース５１のフランジ部５２を間に挟み込んだ状態でボルトＢにより固定されている。環状ピース５１のフランジ部５２とスクロール部３３との間には第１シール部材６１が介在しており、環状ピース５１のフランジ部５２とプレート部１９との間には第２シール部材６２が介在している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターボチャージャに関する。

特許文献１に記載のターボチャージャは、インペラの回転軸を支持する軸受部が収容されるベアリングハウジングと、そのベアリングハウジングに取り付けられて内部にインペラが収容されるコンプレッサハウジングとを備えている。また、特許文献１に記載のコンプレッサハウジングは、インペラの径方向外側において周方向に延びるスクロール室を区画するためのスクロールピースを有している。スクロールピースの内部には、全体として環状をなす環状ピースが固定されている。この環状ピースの外面のうちスクロール室内に露出する表面により、スクロール室の内壁面の形状が規定される。

特開２０１１−２３１７７１号公報

特許文献１に記載のターボチャージャにおいては、コンプレッサハウジングのスクロールピースの内部に環状ピースが圧入により固定されている。そのため、環状ピースをスクロールピースに固定する際には、径方向内側に向かう相応に強い力が環状ピースに作用し、環状ピースに変形が生じるおそれがある。すると、環状ピースの外面のうちスクロール室内に露出する表面に変形が生じて、スクロール室の内壁面が設計したとおりの形状にならないことがある。仮に、このような事態が発生すると、スクロール室内における吸気の流れを妨げるおそれがあり、好ましくない。

上記課題を解決するため、本発明は、インペラの回転軸を支持する軸受部が収容されるベアリングハウジングと、前記ベアリングハウジングに取り付けられて内部にインペラが収容されるコンプレッサハウジングとを備えたターボチャージャにおいて、前記コンプレッサハウジングは、前記インペラの径方向外側において周方向に延びるスクロール室を区画するスクロールピースと、前記スクロールピースの内部に設けられて、前記スクロール室の内壁面の一部を構成する環状の環状ピースとを有し、前記環状ピースには、径方向外側に向かって突出するフランジ部が設けられており、前記スクロールピース及び前記ベアリングハウジングは、前記環状ピースのフランジ部を間に挟み込んだ状態でボルトにより固定されており、前記環状ピースのフランジ部と前記スクロールピースとの間、及び前記環状ピースのフランジ部と前記ベアリングハウジングとの間には、それぞれシール部材が介在していることを特徴とする。

上記の構成によれば、コンプレッサハウジングのスクロールピースに環状ピースを固定する際には、環状ピースのフランジ部に対して厚み方向両側から挟み込む力が作用する。このような力が作用しても、環状ピースが径方向に変形する可能性は低く、環状ピースにおいてスクロール室に露出する表面の形状、すなわち、スクロール室の内壁面の形状に変形が生じるおそれは低い。

また、上記の構成によれば、環状ピースのフランジ部とスクロールピースとの間、環状ピースのフランジ部とベアリングハウジングとの間には、それぞれシール部材が介在されている。そのため、コンプレッサハウジングのスクロールピース、環状ピース、及びベアリングハウジングをボルトで固定しつつも、コンプレッサハウジングの内部の気密性が確保できる。

ターボチャージャの部分断面図。 ターボチャージャの変更例の部分断面図。 ターボチャージャの変更例の部分断面図。

以下、ターボチャージャの一実施形態を図１にしたがって説明する。
図１に示すように、ターボチャージャは、ラジアル軸受１５及びスラスト軸受１６を収容するベアリングハウジング１０と、そのベアリングハウジング１０の一端側（図１において左側の端部）に取り付けられたコンプレッサハウジング３０とを備えている。なお、図示は省略するが、ベアリングハウジング１０の他端側には、内燃機関の排気によって回転するタービンを収容するためのタービンハウジングが取り付けられている。

ベアリングハウジング１０の筒状部１１は、全体として筒状をなしており、その中心軸線上に軸孔１２が設けられている。また、筒状部１１において軸孔１２よりもコンプレッサハウジング３０側にはコンプレッサハウジング３０側に開口する収容凹部１３が設けられている。収容凹部１３は、軸孔１２よりも径が大きい円形状になっているとともに、その中心軸が軸孔１２の中心軸と一致している。

筒状部１１の軸孔１２内には、軸受部としてのラジアル軸受１５が収容されている。また、筒状部１１の収容凹部１３内には、軸受部としてのスラスト軸受１６が収容されている。スラスト軸受１６は、収容凹部１３の底側（図１において右側）に配置されている。収容凹部１３内においてスラスト軸受１６よりもコンプレッサハウジング３０側には、リテーナ１７が収容されている。スラスト軸受１６は、リテーナ１７と収容凹部１３の底面（収容凹部１３と軸孔１２との段差面）とに挟まれることにより収容凹部１３の最も底面側に位置決めされている。

筒状部１１のコンプレッサハウジング３０側には、径方向外側に突出するフランジ状のプレート部１９が設けられている。プレート部１９は、全体として円板状に形成されている。プレート部１９において径方向外側の部分には、プレート部１９を厚み方向に貫通するボルト孔１９ａが設けられている。ボルト孔１９ａは、プレート部１９の周方向において複数（図１ではそのうちの２箇所を図示）設けられている。

筒状部１１の軸孔１２及び収容凹部１３には、回転軸Ａが挿通されている。回転軸Ａの一端部（図１において左側の端部）は、ベアリングハウジング１０からコンプレッサハウジング３０側へと突出している。回転軸Ａは、軸孔１２内のラジアル軸受１５に回転可能に支持されている。また、回転軸Ａの外周面には、カラー１８が取り付けられており、これら回転軸Ａ及びカラー１８が収容凹部１３内のスラスト軸受１６に回転可能に支持されている。なお、回転軸Ａ及びカラー１８は、一体的に回転する。

回転軸Ａの一端部には、回転軸Ａと一体的に回転するインペラ２０が固定されている。インペラ２０は、先端側（図１において左側）ほど径が小さくなるホイール部２１を備えている。ホイール部２１の中心には貫通孔２２が形成されており、この貫通孔２２に回転軸Ａが挿通されている。ホイール部２１の外周面には、外側に向かって突出する複数のブレード２３が設けられている。ブレード２３は、ホイール部２１の周方向において等間隔毎に設けられている。

図１に示すように、コンプレッサハウジング３０は、スクロールピース３１、シュラウドピース４１、及び環状ピース５１の３つのピースで構成されている。これらスクロールピース３１、シュラウドピース４１、及び環状ピース５１は、いずれも同じ材料（例えばアルミニウム合金）で形成されている。

コンプレッサハウジング３０のスクロールピース３１は、筒状をなす吸入口部３２を有している。吸入口部３２においてベアリングハウジング１０側には、吸入口部３２から径方向外側に向かって突出するようにスクロール部３３が設けられている。スクロール部３３は、周方向全体（３６０°）に亘って設けられているとともに、その外径がベアリングハウジング１０におけるプレート部１９の外径とほぼ同一になっている。そして、スクロール部３３は、ベアリングハウジング１０側の面がスクロール室Ｓの内壁面の一部を構成している。すなわち、スクロールピース３１のスクロール部３３は、スクロール室Ｓを区画している。

スクロール部３３において径方向外側の部分には、ボルト穴３３ａが設けられている。ボルト穴３３ａは、スクロール部３３におけるベアリングハウジング１０側の端面から窪むように設けられている。また、ボルト穴３３ａは、ベアリングハウジング１０におけるプレート部１９に設けられたボルト孔１９ａに対応して周方向に複数（図１ではそのうちの２箇所を図示）設けられている。スクロールピース３１における吸入口部３２の内周側には、シュラウドピース４１が取り付けられている。

コンプレッサハウジング３０のシュラウドピース４１は、全体として筒状をなす筒状体４２を有している。筒状体４２においてベアリングハウジング１０とは反対側の部分の外径は、スクロールピース３１における吸入口部３２の内径とほぼ同一になっている。その筒状体４２における端部が吸入口部３２に対して圧入されており、これによりシュラウドピース４１がスクロールピース３１に固定されている。

筒状体４２の内周面のうち、ベアリングハウジング１０側の一部は、ベアリングハウジング１０側に向かうほど内径が大きくなるシュラウド面４３とされている。シュラウド面４３は、インペラ２０におけるブレード２３の径方向外側の縁の形状に対応しており、そのシュラウド面４３がインペラ２０のブレード２３に対向している。

筒状体４２においてベアリングハウジング１０側には、筒状体４２から径方向外側に向かって突出するようにディフューザ部４４が設けられている。ディフューザ部４４は、周方向全体（３６０°）に亘って設けられている。ディフューザ部４４のベアリングハウジング１０側の面は、ベアリングハウジング１０のプレート部１９とは離間している。そして、ディフューザ部４４のベアリングハウジング１０側の面は、インペラ２０から径方向外側に向かって供給される吸気の流れを整流するディフューザ面４４ａとして機能している。また、ディフューザ部４４の径方向外側の端面は、スクロール室Ｓの内壁面の一部を構成している。

スクロールピース３１の内部において、シュラウドピース４１よりも径方向外側には、環状をなす環状ピース５１が設けられている。環状ピース５１の内周面５１ａは、所定の湾曲形状になっている。この環状ピース５１の内周面５１ａは、スクロール室Ｓの径方向外側の内壁面の一部を構成している。

環状ピース５１の外周面には、径方向外側に向かって突出するフランジ部５２が設けられている。フランジ部５２は、周方向全体（３６０°）に亘って設けられている。フランジ部５２は、スクロールピース３１のスクロール部３３とベアリングハウジング１０のプレート部１９との間に挟み込まれている。

環状ピース５１におけるフランジ部５２には、フランジ部５２を厚み方向に貫通するボルト孔５２ａが設けられている。ボルト孔５２ａは、ベアリングハウジング１０におけるプレート部１９に設けられたボルト孔１９ａ、及びスクロールピース３１におけるスクロール部３３に設けられたボルト穴３３ａに対応して周方向に複数（図１ではそのうちの２箇所を図示）設けられている。

ベアリングハウジング１０におけるプレート部１９のボルト孔１９ａ、環状ピース５１におけるフランジ部５２のボルト孔５２ａ、及びスクロールピース３１におけるスクロール部３３のボルト穴３３ａには、ボルトＢが挿通されている。ボルトＢは、ベアリングハウジング１０側から、ボルト孔１９ａ及びボルト孔５２ａを貫通し、先端がボルト穴３３ａにまで至っている。これにより、ベアリングハウジング１０に、コンプレッサハウジング３０（スクロールピース３１及び環状ピース５１）が固定される。具体的には、スクロールピース３１のスクロール部３３及びベアリングハウジング１０のプレート部１９が、環状ピース５１のフランジ部５２を挟み込んだ状態でボルトＢにより固定されている。

環状ピース５１のフランジ部５２と、スクロールピース３１におけるスクロール部３３のベアリングハウジング１０側の端面との間には、第１シール部材６１が介在している。また、環状ピース５１のフランジ部５２と、ベアリングハウジング１０におけるプレート部１９におけるコンプレッサハウジング３０側の面との間には、第２シール部材６２が介在している。この実施形態では、第１シール部材６１及び第２シール部材６２は、いずれも液状ガスケット（ＦＩＰＣ：Ｆｏｒｍｅｄ Ｉｎ Ｐｌａｃｅ Ｇａｓｋｅｔ）である。なお、図１では、第１シール部材６１及び第２シール部材６２を、黒色の太線で図示している。

上記実施形態のターボチャージャの作用及び効果を以下に説明する。
上記実施形態において、ボルトＢを締結して、ベアリングハウジング１０、スクロールピース３１、及び環状ピース５１を固定する際には、環状ピース５１のフランジ部５２には、厚み方向両側から挟み込む力が作用する。したがって、環状ピース５１において、フランジ部５２が厚み方向両側から潰されるような変形は生じ得る。しかしながら、環状ピース５１のフランジ部５２に作用する厚み方向の力は、環状ピース５１の径方向内側に向かう力としては作用しにくい。そのため、ボルトＢを締結することに伴って環状ピース５１のフランジ部５２に対して厚み方向両側から挟み込む力が作用しても、環状ピース５１の内周面５１ａの変形として顕在化する可能性は低い。したがって、スクロール室Ｓの内壁面の形状に変形が生じることを抑制できる。

上記実施形態のように、ベアリングハウジング１０のプレート部１９、スクロールピース３１のスクロール部３３、及び環状ピース５１のフランジ部５２をボルトＢで締結した場合、単にボルトＢで締結するのみでは、各部材の間の隙間を完全に塞ぐことは難しい。仮に、各部材の間の隙間を塞ぐことができたとしても、ボルトＢによる締結力としては非常に大きな力が必要になってしまう。この点、上記実施形態では、環状ピース５１のフランジ部５２と、スクロールピース３１のスクロール部３３との間に、第１シール部材６１が介在しており、環状ピース５１のフランジ部５２と、ベアリングハウジング１０のプレート部１９との間には、第２シール部材６２が介在している。そのため、スクロールピース３１、環状ピース５１、及びベアリングハウジング１０をボルトＢで固定しつつも、コンプレッサハウジング３０の内部の気密性を確保できる。また、その際に、ボルトＢの締結力を過度に大きくする必要がなく、ボルトＢの締結力に起因して、ベアリングハウジング１０やコンプレッサハウジング３０に歪み等が発生することも抑制できる。

ところで、ターボチャージャのスクロール室Ｓには、圧縮（過給）された高温の空気が流通する。したがって、スクロール室Ｓの内壁面の一部（内周面５１ａ）を構成する環状ピース５１も相応に高温になり得る。その一方で、スクロールピース３１は、外部に露出している面が大きいことから、環状ピース５１ほどは高温にはなりにくい。すなわち、コンプレッサハウジング３０においては、スクロールピース３１と環状ピース５１との間に温度差が生じることがある。

ここで、特許文献１に記載のターボチャージャのように、コンプレッサハウジングのスクロールピースの内部に環状ピースが圧入により固定されている場合において両者の間に温度差が生じていると、スクロールピースの熱膨張量と環状ピースの熱膨張量との間にも差が生じる。すると、スクロールピースと環状ピースとの圧入部分において、両者の寸法関係にずれが生じてしまい、圧入による固定強度が低下してしまうおそれがある。

この点、上記実施形態では、コンプレッサハウジング３０におけるスクロールピース３１と環状ピース５１とがボルトＢにより固定されている。そして、熱膨張量の差に起因してスクロールピース３１と環状ピース５１との間の寸法関係に多少のずれが生じても、それに起因して、ボルトＢの締結力が大きく低下するとは考えにくい。したがって、上記実施形態では、スクロールピース３１と環状ピース５１との熱膨張量の差に起因して、両者の固定強度が低下するおそれは低い。

上記実施形態は、以下のように変更することができる。
・ベアリングハウジング１０に収容されている軸受部の構成は、ラジアル軸受１５及びスラスト軸受１６に限らない。例えば、スラスト軸受１６を省略したり、ラジアル軸受１５及びスラスト軸受１６に加えて他の軸受が設けられていたりしてもよい。すなわち、回転軸Ａを回転可能に支持できるのであれば、軸受部やそれに関連する部材の構成は問わない。

・ベアリングハウジング１０におけるプレート部１９の形状は、円板状に限らない。フランジ部５２のボルト孔５２ａ、及びスクロール部３３のボルト穴３３ａに対応する位置にボルト孔１９ａが設けられているならば、例えば四角板状であってもよいし、他の形状であってもよい。

・コンプレッサハウジング３０において、スクロールピース３１、シュラウドピース４１及び環状ピース５１は、同じ材料で形成されていなくてもよい。ただし、これら３つのピースの熱膨張率に過度に大きな差がある場合には、ターボチャージャに温度変化が生じたときに、各ピースの寸法関係にずれが生じることがある。したがって、異なる材料で形成する場合には、互いに熱膨張率の近い材料で形成することが好ましい。

・スクロールピース３１における吸入口部３２の形状は問わない。内燃機関の吸気管に接続可能であり、吸気管からの吸気をインペラ２０を介してスクロール室Ｓに供給できるのであれば、どのような形状であっても採用でき得る。

・コンプレッサハウジング３０においてシュラウドピース４１を省略してもよい。シュラウドピース４１を省略する場合には、スクロールピース３１における筒状体４２の内周面に、インペラ２０のブレード２３に対向するシュラウド面を設ければよい。

・スクロールピース３１に対するシュラウドピース４１の固定態様は圧入に限らない。例えば、スクロールピース３１とシュラウドピース４１とをボルトで固定してもよい。なお、この場合、スクロールピース３１とシュラウドピース４１との間にはシール部材が介在されていることが好ましい。

・第２シール部材６２は、液状ガスケットに限らず、他のシール部材を採用してもよい。例えば、図２に示す例では、ベアリングハウジング１０におけるプレート部１９のコンプレッサハウジング３０側の面には、断面四角形状の凹部１９ｂが設けられている。凹部１９ｂは、ボルト孔１９ａよりも径方向内側において、周方向全体に亘って環状に延びるように設けられている。一方、環状ピース５１におけるベアリングハウジング１０側の面には、ベアリングハウジング１０におけるプレート部１９の凹部１９ｂと同一の断面形状の凹部５２ｂが設けられている。凹部５２ｂは、ベアリングハウジング１０におけるプレート部１９の凹部１９ｂと対向する位置に設けられている。これら凹部１９ｂ及び凹部５２ｂで区画される空間内には、第２シール部材６３としてＯリングが嵌め込まれている。第２シール部材６３は、環状ピース５１とベアリングハウジング１０のプレート部１９との間に挟み込まれつつ、両者の間をシールしている。

なお、図２に示す例のように、環状ピース５１とベアリングハウジング１０のプレート部１９との間の第２シール部材６３としてＯリングを採用した場合、環状ピース５１とベアリングハウジング１０のプレート部１９との位置関係が多少ずれても、シール性は確保できる。したがって、例えば、環状ピース５１の材質とベアリングハウジング１０のプレート部１９の材質とが異なっていて、熱膨張量に違いが生じても、両者の間の密閉性は確保できる。

・第１シール部材６１についても、液状ガスケットに限らず、Ｏリング等の他のシール部材を採用してもよい。なお、第１シール部材６１としてＯリングを採用する場合には、スクロールピース３１におけるスクロール部３３の端面と環状ピース５１との対向面積として、Ｏリングを設けるに足る十分な面積を確保する必要がある。

・上記実施形態では、ボルトＢをベアリングハウジング１０側から挿通したが、コンプレッサハウジング３０側から挿通するようにしてもよい。この場合、スクロールピース３１におけるスクロール部３３のボルト穴３３ａを、スクロール部３３の厚み方向（図１において左右方向）に貫通するボルト孔として形成すればよい。また、ベアリングハウジング１０側から挿通されるボルトＢと、コンプレッサハウジング３０側から挿通されるボルトＢとが混在していてもよい。

・ボルトＢは、必ずしも環状ピース５１におけるフランジ部５２のボルト孔５２ａに挿通されていなくてもよい。例えば、図３に示す例では、環状ピース５１のフランジ部５３の寸法は、径方向外側の先端面がボルトＢ（ボルト穴３３ａ）に至らないように設定されている。また、ベアリングハウジング１０におけるプレート部１９のコンプレッサハウジング３０側の面と、スクロールピース３１におけるスクロール部３３のベアリングハウジング１０側の端面とが、第２シール部材６２を間に介しつつ対向している。

スクロール部３３のベアリングハウジング１０側の端面には、その内周縁に沿うように段差部３３ｂが設けられている。段差部３３ｂは、コンプレッサハウジング３０側に窪んでいるとともに環状ピース５１の内周側に開放している。また、段差部３３ｂの深さ（図３において左右方向の長さ）は、環状ピース５１におけるフランジ部５２の厚みとほぼ同じになっている。この段差部３３ｂには、環状ピース５１のフランジ部５２が嵌め込まれている。そして、環状ピース５１のフランジ部５２は、スクロールピース３１におけるスクロール部３３の段差部３３ｂとベアリングハウジング１０におけるプレート部１９との間に挟み込まれている。このように、環状ピース５１にボルトＢが挿通されていなくても、図３に示す例では、スクロールピース３１及びベアリングハウジング１０は、環状ピース５１のフランジ部５２を間に挟み込んだ状態でボルトＢにより固定されている。

１０…ベアリングハウジング、１５…ラジアル軸受、１６…スラスト軸受、１９…プレート部、１９ａ…ボルト孔、２０…インペラ、３０…コンプレッサハウジング、３１…スクロールピース、３３…スクロール部、３３ａ…ボルト穴、４１…シュラウドピース、５１…環状ピース、５１ａ…内周面、５２…フランジ部、５２ａ…ボルト孔、６１…第１シール部材、６２…第２シール部材。

Claims (1)

1. インペラの回転軸を支持する軸受部が収容されるベアリングハウジングと、前記ベアリングハウジングに取り付けられて内部にインペラが収容されるコンプレッサハウジングとを備えたターボチャージャにおいて、
   前記コンプレッサハウジングは、
   前記インペラの径方向外側において周方向に延びるスクロール室を区画するスクロールピースと、
   前記スクロールピースの内部に設けられて、前記スクロール室の内壁面の一部を構成する環状の環状ピースとを有し、
   前記環状ピースには、径方向外側に向かって突出するフランジ部が設けられており、
   前記スクロールピース及び前記ベアリングハウジングは、前記環状ピースのフランジ部を間に挟み込んだ状態でボルトにより固定されており、
   前記環状ピースのフランジ部と前記スクロールピースとの間、及び前記環状ピースのフランジ部と前記ベアリングハウジングとの間には、それぞれシール部材が介在している
   ことを特徴とするターボチャージャ。

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