JP2019074087A - ターボチャージャ用マルチピース圧縮機ハウジング - Google Patents
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Abstract
【課題】製造コストを削減し、品質を高めるためのターボチャージャ用マルチピース圧縮機ハウジングを提供する。【解決手段】ターボチャージャ用圧縮機ハウジング200は、外側ハウジング構造体202、内側ハウジング構造体204および後方ハウジング構造体206を含む。外側ハウジング構造体202は、第1管状部分202aおよび半径方向外側に延長される第1半径方向部分202bを含む。内側ハウジング構造体204は、第2管状部分204aおよび半径方向外側に延長される第2半径方向部分を含む。外側ハウジング構造体202、内側ハウジング構造体204および後方ハウジング構造体206は、互いに分離して形成され、互いに結合される。再循環空洞218は、第1管状部分202aと第2管状部分204aとの間に半径方向に画定される。ボリュート208は、第1半径方向部分202bと外側半径方向部分によって協働的に形成される。【選択図】図3
Description
本発明は、ターボチャージャに関し、より詳細には、製造コストを削減し、品質を高めるためのターボチャージャ用マルチピース圧縮機ハウジングに関する。
ターボチャージャは、エンジンに供給される吸気圧力を増加させるために使用される強制誘導装置である。圧縮機ホイールは、例えば、電気モータ、エンジンからの排気ガス、または、電気モータと排気ガスによって駆動され、エンジンへの供給のために吸気を加圧する。エンジンは、吸気を加圧することによって、他の類似した自然吸気内燃機関に比べ、増加した動力出力を有することができる。
圧縮機ホイールは、圧縮機ハウジング内で回転し、周辺空気を吸入して圧縮空気を外へ排出させる。圧縮機ハウジングは、一般的に流出口として機能するボリュート、ボリュートから軸方向に延長される流入口およびボリュートに囲まれ、流入口とボリュートとの間で連動されるホイール空洞を含む。圧縮機ホイールが空洞内で回転するにつれ、周辺空気は、圧縮機ホイールのインデューサ端部から流入口を通って軸方向に吸い込まれ、圧縮機ホイールのエクスデューサ端部でボリュートを通して半径方向に排出される。
圧縮機ハウジングは、一般的に単一構成要素がボリュートと流入口を形成する一体の構造を有している。ボリュートの複雑な形状は、一般的に圧縮機ハウジングが砂型鋳造技術を使用して製造され、例えば、表面を仕上げて異なる特徴部を形成するために2次機械加工(例えば、鋳造完了後の機械加工)が要求できるということを必要とする。例えば、バー(bur)および/または他の欠陥を除去するために、ボリュートの内側部分の表面が鋳造工程後に加工されてもよい。さらに、砂粒子のような残留物は、鋳造工程中に圧縮機ハウジング上に蓄積されてもよい。例えば、圧縮機ハウジングの空洞から残留物を除去することは、困難であり得るし、時間もかなり掛かり得る。さらに、砂型鋳造は、再使用が可能な金型の使用を禁止する相対的に遅い工程であり、これは、砂型鋳造工程のコストを増加させ得るし、砂型鋳造工程中、誤差の可能性を増加させ得る。
本明細書においては、ターボチャージャ用マルチピース圧縮機ハウジングの態様、特徴、要素、実施例および実施形態が開示され、ターボチャージャは、このようなマルチピース圧縮機ハウジングを含む。
一態様において、ターボチャージャ用圧縮機ハウジングは、外側ハウジング構造体、内側ハウジング構造体および後方ハウジング構造体を含む。外側ハウジング構造体は、第1管状部分および第1管状部分の半径方向外側に延長される第1半径方向部分を含む。内側ハウジング構造体は、第2管状部分および第2管状部分の半径方向外側に延長される第2半径方向部分を含む。後方ハウジング構造体は、内側半径方向部分および内側半径方向部分の半径方向外側に延長される外側半径方向部分を含む。外側ハウジング構造体、内側ハウジング構造体および後方ハウジング構造体は、互いに分離して形成され、互いに結合される。再循環空洞は、第1管状部分と第2管状部分との間で半径方向に画定される。ボリュートは、第1半径方向部分と外側半径方向部分によって協働的に形成される。
第1管状部分と第2管状部分は、空洞で空気をホイール空洞に連通する流入開口および管状通路を有する流入口を協働的に形成してもよい。ボリュートは、第1半径方向部分、第2半径方向部分および外側半径方向部分によって、協働的に形成されてもよい。第1半径方向部分は、ボリュートの前方部分を形成することができ、第2半径方向部分は、ボリュートの内側部分を形成することができ、外側半径方向部分は、ボリュートの後方部分を形成することができる。外側ハウジング構造体は、円筒状でありながら、外側ハウジング構造体と内側ハウジング構造体との間でシールを形成するために内側ハウジング構造体が収容される第1凹部を画定することができ、円筒状でありながら、外側ハウジング構造体と後方ハウジング構造体との間に別のシールを形成するために後方ハウジング構造体が収容される第2凹部を画定することができる。
別の態様において、ターボチャージャ組立体用圧縮機ハウジング組立体は、外側シェル、インサートおよび後方ハウジング構造体を含む。外側シェルは、互いに同心の外周面および内周面を有する流入口部分を含む。インサートには、互いに同心の別の外周面および別の内周面を有する流入口部分を含む。スロットは、他の内周面を通って他の外周面まで延長される。後方ハウジング構造体は、外側シェルに連結される。ボリュート部分は、後方ハウジング構造体および外側シェルによって画定される。再循環空洞は、外側シェルおよびインサートによって画定される。スロットは、再循環空洞内に開口を形成する。
さらなる態様において、ターボチャージャは、駆動源、シャフト、圧縮機ホイールおよび圧縮機ホイールハウジングを含む。シャフトは、駆動源に結合され、駆動源によって回転される。圧縮機ホイールは、シャフトに結合され、シャフトによって回転される。圧縮機ホイールハウジングは、外側ハウジング構造体、内側ハウジング構造体、および後方ハウジング構造体を含む。外側ハウジング構造体は、第1管状部分および第1管状部分の半径方向外側に延長される第1半径方向部分を含む。内側ハウジング構造体は、第2管状部分および第2管状部分の半径方向外側に延長される第2半径方向部分を含む。後方ハウジング構造体は、内側半径方向部分および内側半径方向部分の半径方向外側に延長される外側半径方向部分を含む。外側ハウジング構造体、内側ハウジング構造体および後方ハウジング構造体は、互いに分離して形成され、互いに結合される。再循環空洞は、第1管状部分と第2管状部分との間で半径方向に画定される。ボリュートは、第1半径方向部分と外側半径方向部分によって協働的に形成される。ホイール空洞は、内部から圧縮機ホイールが回転する内側半径方向部分と内側ハウジング構造体によって協働的に形成される。
本開示は、添付された図とともに読むと、以下の詳細な説明から最もよく理解される。一般的な慣行にしたがって、図の様々な特徴は、正確な縮尺で作図されたものではないことが強調される。逆に、様々な特徴の寸法は、明確にするために任意に拡大または縮小される。
本明細書においては、複数の構成要素からなるターボチャージャ用圧縮機ハウジングの実施形態が開示される。複数の構成要素から形成されることによって、単一構造を有する圧縮機ハウジングを製造することに伴う困難を回避することができる。例えば、圧縮機ハウジングの複数の構成要素は、砂型鋳造と比較し、より速いサイクル時間およびダイの再使用を提供することのできるダイカスト鋳造および/または射出成形で製造されてもよい。複数の構成要素はまた(例えば、ボリュート内に)単一構造を有する圧縮機ハウジングよりも高品質(例えば、表面仕上げ、微細な細部構造など)を有し、および/またはより容易に加工されてもよい。
本発明の原理による、ターボチャージャのマルチピースまたは分割された圧縮機ハウジングが提供される。マルチピース圧縮機ハウジングは、単一構造を有する圧縮機ハウジングに対する落し込み式(dropfit)代替品として適合されてもよい。例えば、マルチピース圧縮機ハウジングは、単一構造を有する圧縮機ハウジングと同一であるか、実質的に同一の方式でターボチャージャに連結するのに適合されてもよい。マルチピース圧縮機ハウジングは、単一構造を有する圧縮機ハウジングと比較し、マルチピース構成によって、改善された製造可能性から改善された性能(例えば、効率)を提供することができる。
例えば、圧縮機ハウジングは、圧縮機ハウジングの様々な構造的特徴要素によって個別的にまたは協働的に形成され得る様々な機能的特徴部を含む。圧縮機ハウジングの機能的特徴部は、例えば、空気を収容するための流入口、空気を圧縮するために圧縮機ホイールが回転するホイール空洞、圧縮された空気が排出されるボリュート(volute)を含む。圧縮機ハウジングの機能的特徴部はまた、再循環チャンバおよび騒音減衰特徴部を含むことができる。圧縮機ハウジングの機能的特徴部を形成する構造的構成要素は、外側ハウジング構造体、内側ハウジング構造体および後方ハウジング構造体を含む。いくつかの実施形態において、流入口は、外側ハウジング構造体と内側ハウジング構造体によって形成され、ホイール空洞は、内側ハウジング構造体と後方ハウジング構造体によって形成され、またボリュートは、外側ハウジング構造体、内側ハウジング構造体および後方ハウジング構造体によって形成される。再循環空洞は、外側ハウジング構造体と内側ハウジング構造体によって形成されてもよい。騒音減衰特徴部は、外側ハウジング構造体によって形成されてもよい。
構造的構成要素は、ダイまたは、射出モールドのような再使用可能な工具で形成されてもよい。構造的構成要素は、後続の機械加工(例えば、研磨、仕上げ、ねじ切りなど)のための接近を提供する開放構造をさらに有してもよい。例えば、開放構造は、機械加工のために工具設備側に向くことができる(例えば、アンダーカット表面を有しないことによって平面側に向かってまたは平面と平行で、このような平面から離れない)表面を有する開放構造を含む。その結果、複数の構造的構成要素を有する圧縮機ハウジングは、機能的には、類似しているが、単一構造を有する圧縮機ハウジングと比較して改善された品質(例えば、表面仕上げ)、減少されたコストおよび/または減少された時間で製造することができる。
図1は、ターボチャージャ100の部分断面斜視図を概略的に図示し、本発明の原理による圧縮機ハウジングは、使用されるのに適合されてもよい(例えば、図2〜図6Bに示している圧縮機ハウジング200)。図示のように、ターボチャージャ100は、内燃機関(図示せず)とともに使用される排気ガス駆動強制誘導装置である。ターボチャージャ100は、タービンハウジング120内にあるタービンホイール110を含み、タービンホイールは、駆動源としての機能を行う。タービンハウジング120は、内燃機関から排気ガスを受けるための排気ガス流入口122を含む。排気ガスは、排気ガス流出口123からタービンハウジング120を出る前に、排気ガス流入口122からタービンホイール110に送られる。ウエストゲート124は、タービンハウジング120に取り付けられることができ、排気ガスの一部または全部がタービンホイール110をバイパスすることを許容する。ウエストゲート124は、電動リニアアクチュエータ130によって開放位置と閉鎖位置との間で移動可能である。あるいは、電気モータのような別の駆動源の代わりに、または追加的にターボチャージャ100が単独でまたはタービンホイールとともに使用されてもよい。
ターボチャージャ100は、圧縮機ハウジング150の空洞内に位置する圧縮機ホイール140を含む。圧縮機ハウジング150は、空気流出口を形成するボリュート154および空気流入口152を含む。吸気は、吸気流入口152から圧縮機ホイール140に送られ、ここで吸気は、圧縮機ホイール140の回転によって加圧される。次いで、空気は、ボリュート154を通って圧縮機ハウジング150を出て内燃機関に供給される。
圧縮機ホイール140の回転は、タービンホイール110の回転によって駆動される。特に、タービンホイール110と圧縮機ホイール140各々は、シャフト160に連結される。シャフト160は、実質的に剛性部材であってもよいし、シャフト160に対するタービンホイール110と圧縮機ホイール140の回転を防止する方式でタービンホイール110と圧縮機ホイール140がシャフト160に連結されてもよい。その結果、圧縮機ホイール140は、タービンホイール110の回転に応じて、タービンホイール110と一致して回転することができる。
シャフト160が極めて高い回転速度で軸受ハウジング170に対して自由に回転できるようにシャフト160は、軸受ハウジング170内に支持される。軸受ハウジング170、タービンハウジング120および圧縮機ハウジング150は、シャフト160の回転軸に沿って配置される。特に、軸受ハウジング170は、タービンハウジング120と圧縮機ハウジング150との間に配置される。軸受ハウジング170の第1端部は、タービンハウジング120に連結され、軸受ハウジング170の第2端部は、圧縮機ハウジング150に連結される。軸受ハウジング170は、潤滑および/または冷却特徴部を組み込むことができる。
軸受ハウジング170は、空洞を画定し、空洞には、シャフト160とスラスト軸受190を含む。空洞は、オイルシール板180(例えば、カバー、閉鎖部)によって閉鎖されてもよい。シャフト160、スラスト軸受190、およびオイルシール板180は、タービンホイール110から軸受ハウジング170への軸方向力(例えば、軸方向荷重)を協働的に伝達する機能を行い、それによって、シャフト160をシャフトハウジング170に対して軸方向に位置決めする。
図2および図3を参照すると、本発明の原理による圧縮機ハウジング200が概略的に示されている。圧縮機ハウジング200は、圧縮機ハウジング150の代わりにターボチャージャ100とともに使用するのに適合されてもよい。圧縮機ハウジング200は、空気流入口212、圧縮機ホイール140が中で回転するホイール空洞216および空気流出口214に延長されるボリュート208を形成する。圧縮機ハウジング200は、再循環空洞218および騒音減衰特徴部220(例えば、騒音減衰装置または「NAD」)をさらに含む。空気流入口212は、吸気を軸方向に収容する。ホイール空洞216は、圧縮機ホイール140に対応する表面プロファイルを有し、空気流入口212から軸方向に空気を収容し、空気をボリュート208に半径方向に排出する。ボリュート208は、圧縮機ホイール140の周りに円周方向に延長され、空気流出口214に到達するまで大きさ(例えば、直径)が徐々に増加する断面形状(例えば、円形)を有する空洞を形成する。圧縮機ハウジング200のこれらの特徴および他の特徴が以下でさらに詳細に論議される。圧縮機ハウジング200はまた、マルチピース圧縮機ハウジングまたは圧縮機ハウジング組立体と称されてもよい反面に、ボリュート208は、ボリュート部分と称されてもよく、空気流入口212は流入口部分と称されてもよい。
圧縮機ハウジング200は、外側ハウジング構造体202(例えば、外側シェル又は前方カバー)、内側ハウジング構造体204(例えば、インサート)および後方ハウジング構造体206(例えば、後方カバー)を含む構造的構成要素によって形成される。外側ハウジング構造体202、内側ハウジング構造体204および後方ハウジング構造体206は、互いに分離して形成され、互いに結合されて圧縮機ハウジング200を形成する構造体(例えば、単一部材)である。以下でさらに詳細に説明するように、空気流入口212は、外側ハウジング構造体202および内側ハウジング構造体204によって協働的に形成され、ホイール空洞216は、内側ハウジング構造体204および後方ハウジング構造体206によって協働的に形成され、ボリュート208は、外側ハウジング構造体202、内側ハウジング構造体204、および後方ハウジング構造体206によって協働的に形成される。ボリュート208は、単一構造を有するハウジングのボリュートと同一であるか、実質的に同一の特徴を提供するのに適合される。例えば、ボリュート208は、単一構造を有する圧縮機ハウジングのボリュートと周辺空気を放出するための同一のまたは改善された効率を提供するのに適合される。再循環空洞218は、外側ハウジング構造体202および内側ハウジング構造体204によって協働的に形成される。騒音減衰特徴部220は、外側ハウジング構造体202によって形成される。
外側ハウジング構造体202、内側ハウジング構造体204および後方ハウジング構造体206は、協働的に相互連結されるよう適合され、圧縮機ハウジング200を形成および/または画定する。例えば、外側ハウジング構造体202は、内側ハウジング構造体204および後方ハウジング構造体206を収容するのに適合される。内側ハウジング構造体204は、外側ハウジング構造体202の内側部分に確実に嵌合し、結合するのに適合される。例えば、内側ハウジング構造体204の軸方向面は、外側ハウジング構造体202の対応する面と嵌合するように適合される。後方ハウジング構造体206体は、後方ハウジング構造体206の外側部分に確実に嵌合および結合するのに適合され、これらの間で内側ハウジング構造体204を囲む。例えば、後方ハウジング構造体206の外側プロファイルは、外側ハウジング構造体202の内側プロファイルと嵌合するように適合される。外側ハウジング構造体202、内側ハウジング構造体204および後方ハウジング構造体206のこのような態様および他の態様が以下でさらに詳細に論議される。
図4Aおよび図4Bは、本発明の原理による外側ハウジング構造体202を概略的に示す。外側ハウジング構造体202は、一般的に管状部分202aおよび管状部分202aから半径方向外側に延長される半径方向部分202bを含み、これらの部分は、単一または一体の構造として形成される。管状部分202aは、空気流入口212の一部分を形成し、その中に収容された内側ハウジング構造体204を有し、再循環空洞218を画定する。管状部分202aはまた、騒音減衰特徴部220を形成してもよい。管状部分202aと半径方向部分202bとの間で延長される中間部分202cは、内側ハウジング構造体204と嵌合し、これに結合される。半径方向部分202bは、ボリュート208の一部分を形成し、後方ハウジング構造体206が収容された凹部をさらに画定する。外側ハウジング構造体202のこのような態様および他の態様が以下でさらに詳細に論議される。外側ハウジング構造体202はまた、外側シェルまたは外側ハウジング部材と称されてもよい。管状部分202aは、また流入口部分と称されてもよい。半径方向部分202bは、またボリュート部分と称されてもよい。
外側ハウジング構造体202の管状部分202aは、吸気が圧縮機ハウジング200に最初に入る空気流入口212の第1部分212a(例えば、開口)を形成する。例えば、管状部分202aは、空気源のホースに連結するのに適合される。管状部分202aの外周面222は、空気源のホースに結合されてもよい(例えば、ホースをその上に収容する)。空気流入口212の第1部分212aは、内側ハウジング構造体204の反対側に面する外側ハウジング構造体202の側面上に配置される。
外側ハウジング構造体202の管状部分202aは、また再循環空洞218の一部分を画定する。管状部分202aは、内周面224を含む。内側ハウジング構造体204の管状部分204aは、管状部分202a内に収容される。以下でさらに詳細に説明されているように、再循環空洞218は、外側ハウジング構造体202の管状部分202aの内周面224と内側ハウジング構造体204の管状部分204aの外周面226との間に形成される。外側ハウジング構造体202の管状部分202aの外周面222および内周面224は、互いに同心または実質的に同心であってもよい(例えば、管状部分は、一定の壁厚さを有する)。再循環空洞218のさらなる態様が、内側ハウジング構造体204に関連して以下で論議される。
外側ハウジング構造体202の管状部分202aは、騒音減衰特徴部220をさらに形成してもよい。空気流入口212の第1部分212aは、騒音減衰特徴部220を含むと考慮することができる。騒音減衰特徴部220は、図1の圧縮機ホイール140のようなターボチャージャ100の構成要素によって生じる騒音(例えば、圧縮機ホイール140の回転中に生じたブレード騒音)および空気流入口212の第1部分212aを通って吸い込まれる空気によって生じた騒音(例えば、極めて高いまたはホイッスルのような騒音、または他の騒音)を減少および/または除去するように適合される。
騒音減衰特徴部220は、空気流入口212の遠位端部(例えば、第1端部または前方端部、あるいは入口)に配置され、空気流入口212の第1部分212aの周りに円周方向に延長される。いくつかの実施形態において、騒音減衰特徴部220は、フック形状である。例えば、騒音減衰特徴部220は、管状部分202aの周りに円周方向に延長され、管状部分202aの内周面224の半径方向内側に延長され、(例えば、後方ハウジング構造体206に向かって)軸方向後方に突出する。いくつかの実施形態において、騒音減衰特徴部220のフック形状は、空気流入口212に吸い込まれる周りの空気の乱流を減少させるのに適合される。空気流入口212内に引き込まれる周りの空気の乱流が制御されることによって、空気流入口212に吸い込まれる周りの空気に関連する騒音は、減少および/または除去される。
騒音減衰特徴部220のフック形状は、ターボチャージャ100の空気流入口212から出る騒音を減少または除去するのに適合された凹部228を画定する。例えば、凹部228は、所定の可聴周波数を減少させるのに適合することができ、空気流入口212を出る音波を他の方向に送るのに適合することができ、空気流入口212を出る騒音を他の適切な形態で減少および/または除去するのに適合することができ、および/またはこれらの組み合わせに適合することもできる。
上記で言及されているように、外側ハウジング構造体202の中間部分202cは、内側ハウジング構造体204と嵌合して結合するように適合される。例えば、図示のように、外側ハウジング構造体202の中間部分202cは、内側ハウジング構造体204の中間部分204cが収容される凹部を画定する。凹部は、例えば、円筒状であってもよいし、内周面224より大きい直径を有する内周面230内に半径方向に画定されてもよい。内周面230は、内周面224と同軸であってもよく、より短い軸方向距離に延長されてもよい。
凹部は、内周面224から内周面230に向かって外側に延長される第1軸方向−対向面232(例えば、半径方向内側、軸方向前方または後方対向面)によってさらに画定されてもよい。外側ハウジング構造体202の第1軸方向−対向面232は、内側ハウジング構造体204の第1軸方向−対向面234(例えば、軸方向前方、半径方向内側または前方対向面)を収容するように構成されてもよく、(例えば、内側ハウジング構造体204を半径方向に位置決めするように)階段型であってもよい。
中間部分202cは、さらに後方ハウジング構造体206側に向かう第2軸方向−対向面236(例えば、半径方向外側、軸方向後方または後方対向面)を含む。軸方向−対向面234は、内側ハウジング構造体204の半径方向部分204bの第2軸方向−対方面238(例えば、半径方向外側、軸方向後方または前方対向面)を収容する。第2軸方向−対向面238は、例えば、実質的に平面および/または管状部分202aの軸に実質的に垂直であってもよい。
外側ハウジング構造体202は、さらに内側ハウジング構造体204の対応特徴部に関連する整列および/または結合特徴部を含むことができる。例えば、管状部分202aの後方部分および/または中間部分202cは、1つ以上の配向ポケット240を含むことができる。配向ポケット240は、第1軸方向−対向面232から離れて軸方向に延長され、内周面224から半径方向外側に延長される凹部である。配向ポケット240は、内側ハウジング構造体204の中間部分204cを嵌合的に収容する凹部を画定する内周面230の半径方向内側に終結することができる。配向ポケット240は、例えば、外側ハウジング構造体202に連結および/または固定されるとき、内側ハウジング構造体204の対応配向ボス242を収容することによって内側ハウジング構造体204を適切な方向(例えば、回転位置)に案内するように適合される。
外側ハウジング構造体202は、さらに内側ハウジング構造体204を外側ハウジング構造体に結合するためのファスナを収容するように構成される。外側ハウジング構造体202は、ファスナを収容するための1つ以上のねじ付ボア244(例えば、3つ)を含む。例えば、ねじ付ボア244は、円周方向に離隔され、配向ポケット240の半径方向外側に配置される。ねじ付ボア244は、(例えば、外側ハウジング構造体202の中間部分202cで)軸方向に第2軸方向−対向面236内に延長される。
上記で言及されているように、外側ハウジング構造体202はまた、ボリュート208の一部分(例えば、前方部分)を形成する。例えば、外側ハウジング構造体202の半径方向部分202bは、ボリュート208の空洞210の前方表面を画定する内側面246を含む。例えば、ボリュート208は、圧縮機ホイール140の周りに円周方向に延長され、(例えば、覆う)軸を有する断面形状を有する反面に、外側ハウジング構造体202の半径方向部分202bの内側面246は、ボリュート208の断面形状の軸の周りに円周方向に延長される(例えば、約160度以上であって、これは、圧縮機ホイール140の周りの異なる位置で変化することができる)。内側面246は、例えば、ボリュート208の空洞210を画定する最前方表面を形成することができる。ボリュート208の空洞210はまた、ボリュート空洞と称されてもよい。
以下でさらに詳細に論議されるように、内側ハウジング構造体204および後方ハウジング構造体206の表面は、ボリュート208の内側および後方部分を画定する。ボリュート208に沿った様々な位置(例えば、すべての位置)において、内側ハウジング構造体204は、内側ハウジング構造体204と後方ハウジング構造体206によって形成される円周方向部分より、ボリュートの断面形状のより大きい円周方向部分を形成することができる。
上記で言及されているように、外側ハウジング構造体202はまた、後方ハウジング構造体206を収容し、これに結合するための凹部を画定する。凹部は、円筒状であってもよく、内周面252内に画定されてもよい。例えば、外側ハウジング構造体202の半径方向部分202bは、後方に(すなわち、空気流入口212から離れて)延長され、内周面252を画定する環状部分250を含む。内周面252は、階段型であってもよい(例えば、後方に移動しながら直径が増加)、後方ハウジング構造体206の外周面254と大きさおよび形状面に対応する。
外側ハウジング構造体202は、前記外側ハウジング構造体202の外周縁の周りに半径方向に配置され、一般的なファスナの一部分を収容するように適合された1つ以上の固定ボア256をさらに含む。例えば、固定ボア256は、一般的なファスナのねじ形部分を収容するために螺合することができ、例えば、圧縮機ハウジング200をターボチャージャ100の別の部分(例えば、軸受ハウジング170)に固定することができる。
いくつかの実施形態において、外側ハウジング構造体202は、1つの固定で加工されるよう適合される。例えば、外側ハウジング構造体202は、ダイカスト工程によって形成された後、機械加工工程の間、1つの位置に保持される。さらに、または代替的に、外側ハウジング構造体202は、砂型鋳造工程を使用せず、機械加工されるように適合される。さらに、外側ハウジング構造体202は、内側面246(すなわち、ボリュート208の空洞210を画定)が開放され、外側ハウジング構造体202の製造中に生じる表面仕上げ工程中に表面仕上げ工具によって接近可能に形成される。この文脈で使用されているような用語「開放」は、内側面246が機械加工のために工具設備側に向くことができるように(そして工具設備から離れないように)単一軸方向に面する内側面246を指すことができる。このような配置は、単一構造を有するハウジングで可能なものより大きい表面仕上げ特性を許容することができる。したがって、圧縮機ハウジング200は、単一構造を有するハウジングよりも大きい作動効率を有することができる。
図5Aおよび図5Bは、概して本発明の原理による内側ハウジング構造体204を概略的に示す。上記で言及されているように、内側ハウジング構造体204は、概して管状部分204aおよび管状部分204aから半径方向外側に延長される半径方向部分204bを含み、これらの部分は、1つのまたは単一構造、あるいは部材として形成される。内側ハウジング構造体204は、管状部分204aと半径方向部分204bとの間に延長され、これらの部分と連続的に形成された中間部分204cをさらに含む。内側ハウジング構造体204の管状部分204aは、外側ハウジング構造体202の管状部分202aと協働的に空気流入口212および再循環空洞218を形成する。半径方向部分204bは、後方ハウジング構造体206と協働的にホイール空洞216を画定する。内側ハウジング構造体204の半径方向部分204bは、外側ハウジング構造体202および後方ハウジング構造体206と協働的にボリュート208を形成する。内側ハウジング構造体204はまた、インサートまたは内側ハウジング部材と称されてもよい。管状部分204aはまた、流入口部分と称されてもよい。半径方向部分はまた、ボリュート部分と称されてもよい。
内側ハウジング構造体204の管状部分204aは、空気流入口212の第2部分212bを画定する。空気流入口212の第2部分212bは、外側ハウジング構造体202の管状部分202aの前方端部によって形成された空気流入口212の第1部分212a(例えば、開口)の軸方向後方に配置された管状通路である。より詳細には、空気流入口212の第2部分212bは、内側ハウジング構造体204の管状部分204aの内周面258によって画定される。吸気流は、空気流入口212を通って(すなわち、第1部分212a、そしてその後第2部分212bを通って)ホイール空洞216に流れる。
内側ハウジング構造体204の管状部分204aはまた、再循環空洞218を画定する。再循環空洞218は、空気流入口212の近位端部および遠位端部(例えば、空気流入口212の第1部分212aの開口に近い近位およびホイール空洞216に近い遠位)と連通される。再循環空洞218は、空気流入口212を通ってホイール空洞216に進んである空気が空気流入口212の第1部分212aに向かって前方に軸方向に循環し、空気流入口212の第2部分212bの管状通路内に戻ることを可能とする。再循環空洞218は、内側ハウジング構造体204の管状部分204aの外周面226と外側ハウジング構造体202の管状部分202aの内周面224との間の空気流入口212の第2部分212bの半径方向外側に配置される。内側ハウジング構造体204の管状部分204aの外周面226および内周面258は、互いに同心であってもよい。外周面226はまた、外側ハウジング構造体202の管状部分202aの内周面224と同心であってもよく、再循環空洞218がその軸の周りで円周方向におよび/または軸に沿って軸方向に移動する実質的に一定の幅を有する。
空気は、内側ハウジング構造体204によって形成された第1周囲開口260を通って再循環空洞218に入り、(例えば、騒音減衰特徴部220によって)空気流入口212の第1部分212aと(例えば、内側ハウジング構造体204の管状部分204aの軸方向端部によって)空気流入口212の第2部分212bとの間に画定された第2周囲開口262を通って再循環空洞218から出る。
第1周囲開口260は、例えば、内側ハウジング構造体204の管状部分204aの周りに円周方向に、そして管状部分を通って半径方向に(すなわち、内周面258から外周面226まで)延長される再循環スロットとして形成される。第1周囲開口260は、ホイール空洞216に近接して配置され、圧縮機ホイール140から離れて再循環空洞218内に流動する空気のための経路を提供する。これは、圧縮機ホイール140がサージング(surging)することを防止することができる。第1周囲開口260はまた、再循環スロットまたは再循環空洞流入口と称されてもよい。
第2周囲開口262は、例えば、外側ハウジング構造体202の端部と内側ハウジング構造体204の端部との間のギャップとして形成される。周囲開口262のギャップは、外側ハウジング構造体202の騒音減衰特徴部220と内側ハウジング構造体204の管状部分204aの遠位端部との間で軸方向および/または半径方向に延長される。第2周囲開口262は、圧縮機ホイール140の軸(例えば、ホイール軸)の周りに全体的に円周方向に、そして騒音減衰特徴部220の内周面からおよび内側ハウジング構造体204の内周面258から半径方向内側に延長され得る。第2周囲開口262はまた、再循環空洞流出口と称されてもよい。
内側ハウジング構造体204は、例えば、ボリュート208の内側部分を形成する外側ハウジング構造体202および後方ハウジング構造体206と協働的にボリュート208を形成する。より詳細には、内側ハウジング構造体204の半径方向部分204bの外周部は、ボリュート208の空洞210の内側部分を画定する外側面272を含む。外側面272は、外側ハウジング構造体202の内側面246に近接し、ここから概略的且つ連続的に延長(例えば、ボリュート208の部分円形断面の形状を協働的に構成するように円滑に遷移)される。外側面272は、外側ハウジング構造体202の内側面246より小さいボリュート208の断面形状の軸(例えば、ボリュート軸)を周りに円周方向に延長される。
内側ハウジング構造体204は、外側ハウジング構造体202に連結および/または固定されるのに適合される。上記で言及されているように、内側ハウジング構造体204は、外側ハウジング構造体202の中間部分202cによって形成された凹部によって受容され、外側ハウジング構造体202の第1軸方向−対向面232および/または第2軸方向−対向面236に対して収容される。より詳細には、内側ハウジング構造体204の中間部分204cは、中間部分202cによって収容される概して円筒状突出部を形成する。中間部分204cは、外側ハウジング構造体202の第1軸方向−対向面232に対して収容された第1軸方−向対向面234を形成し、これに相補的なプロファイルを有し(例えば、階段型)、これは、外側ハウジング構造体202に対して内側ハウジング構造体204を位置決め(例えば、整列)する機能を行うことができる。中間部分204cの外周面264は、外側ハウジング構造体202の中間部分202cによって形成された(例えば、相補的な直径を有する)凹部の内周面230と嵌合するように構成される。
内側ハウジング構造体204および外側ハウジング構造体202は、さらにその間に密封を形成するように構成されてもよい。例えば、内側ハウジング構造体204の中間部分204cの円周面と外側ハウジング構造体202の中間部分202cの円周表面との間にシール部材266(例えば、O−リング)が配置されてもよい。内側ハウジング構造体204は、例えば、外側ハウジング構造体202の中間部分202cの内周面230に対して内部で圧縮されるようにシール部材266が収容された周囲グルーブ268を含むことができる。
内側ハウジング構造体204の半径方向部分204bは、さらに外側ハウジング構造体202の半径方向部分202bに対して収容される。半径方向部分204bは、外側ハウジング構造体202の半径方向部分202bの第2軸方向−対向面236に対して収容された第2軸方向−対向面238を形成する。内側ハウジング構造体204の第2軸方向−対向面238は、外側ハウジング構造体202の半径方向部分202bの第2軸方向−対向面236に相補的なプロファイル(例えば、概略的に平面形)を有する。
上記で言及されているように、内側ハウジング構造体204は、外側ハウジング構造体202の各々の配向ポケット240によって収容されるように周り部分(例えば、外周面226)から突出する1つ以上の配向ボス242を含む。配向ボス242および配向ポケット240は、協働的に作動し、内側ハウジング構造体204が外側ハウジング構造体202に連結および/または固定されるとき、外側ハウジング構造体202に対して内側ハウジング構造体204を適切に整列させる。配向ボス242は、内側ハウジング構造体204の半径方向部分204bの軸方向前方および管状部分204aの半径方向外側に延長される。配向ボスはまた、突出部と称されてもよい。
図3および図5A〜図5Bに示すように、第1周囲開口260は、配向ボス242内に延長されてもよい。その結果、(例えば、空気流入口212の管状通路を形成する)管状部分204aは、配向ボス242によって(例えば、配向ボス242によってのみ)半径方向部分204bに連結される。第1周囲開口260は、例えば、内側ハウジング構造体204の管状部分204aに対して(すなわち、内周面258、外周面226および/または圧縮機ホイール140の軸に対して)垂直ではない角度(例えば、約45度のような、30度〜60度)に延長されてもよい。
内側ハウジング構造体204は、さらに(例えば、ファスナで)外側ハウジング構造体202に連結するように構成される。内側ハウジング構造体204は、一般的なファスナ(例えば、スクリュー)の一部分を収容するのに適合された1つ以上の貫通ボア270(例えば、3つ)を含む。例えば、ファスナ(図示せず)は、貫通ボア270を通過することができ、それに対応する外側ハウジング構造体202(図4A参照)の固定ボア244によって受容することができる。貫通ボア270は、例えば、内側ハウジング構造体204の半径方向部分204bを中心に円周方向に離隔され、この部分を通って軸方向に延長される。
いくつかの実施形態において、内側ハウジング構造体204は、1つの固定で機械加工されるのに適合される。例えば、内側ハウジング構造体204は、機械加工工程の間、1つの位置に保持されてもよい。さらに、または代替的に、内側ハウジング構造体204は、砂媒体を使用せずに加工されるのに適合される。内側ハウジング構造体204は、内側ハウジング構造体204の製造(例えば、ボリュート208の空洞210を画定する外側面272の形成)中に表面仕上げのための接近を提供する開放設計を含む。この文脈で使用されているような用語「開放」は、外側面272が機械加工のために工具設備側に向くことができるように(そして工具設備から離れないように)単一軸方向に面する外側面272を指すことができる。このような配置は、単一構造を有するハウジングで可能なものより大きい表面仕上げ特性を許容することができる。したがって、圧縮機ハウジング200は、単一構造を有するハウジングよりも大きい作動効率を有することができる。
図6Aおよび図6Bは、本発明の原理による後方ハウジング構造体206を概略的に示す。後方ハウジング構造体206は、概して内側半径方向部分206aおよび外側半径方向部分206bを含む。後方ハウジング構造体206は、概して円筒状構造を有してもよい。内側半径方向部分206aは、圧縮機ホイール140のためのホイール空洞216の後方表面を形成する。外側半径方向部分206bは、ボリュート208の別の部分を形成する。外側半径方向部分206bは、外側ハウジング構造体202の半径方向部分202bによって収容される。後方ハウジング構造体206のさらなる態様については、以下でさらに詳細に論議される。内側半径方向部分206aはまた、空洞またはホイール空洞部分と称されてもよい。外側半径方向部分206bはまた、ボリュート部分と称されてもよい。
後方ハウジング構造体206の内側半径方向部分206aは、例えば、その後壁を形成することによって内側ハウジング構造体204と協働してホイール空洞216を画定する。内側半径方向部分206aは、例えば、圧縮機ホイール140の後壁が配置され、圧縮機ホイール140が回転する凹部を形成することができる。内側半径方向部分206aは、シャフトボア274を含み、シャフト160は、このシャフトボアを通って圧縮機ハウジング200内に延長され、圧縮機ホイール140に結合される。
後方ハウジング構造体206の外側半径方向部分206bは、ボリュート208の別の部分を形成する。例えば、外側半径方向部分206bは、外側ハウジング構造体202の半径方向部分の内側面276に近接し、ここから概略的且つ連続的に延長(例えば、ボリュート208の部分円形断面形状を協働的に形成するように円滑に遷移)される内側面246を含むことによってボリュート208の後方部分を形成することができる。内側面276の外側部分は、外側ハウジング構造体204の内側面246より小さい距離と内側ハウジング構造体202の外側面272よりさらに大きな距離でボリュート208の断面形状の軸の周りに円周方向に延長される。半径方向内側に移動しながら、外側半径方向部分206bの内側面276は、真っ直ぐに(例えば、平面になるように半径が増加する)内側ハウジング構造体204の後方軸方−向対向面278から離隔し、空気がホイール空洞216を出て、ボリュート208に入るための半径方向流入口を形成する。
後方ハウジング構造体206の外側半径方向部分206bは、内側面276からそして後方ハウジング構造体206の外周面282に半径方向外側に延長される半径方向チャンネル280(例えば、切開部)をさらに含む。半径方向チャンネル280は、後方ハウジング構造体206が外側ハウジング構造体202に連結および/または固定されるとき、空気流出口214と連通および/または整列される。例えば、図2および図3において上述したように、ボリュート208を通って半径方向に排出された圧縮空気は、空気流出口214を通って圧縮機ハウジング200を出る前に、半径方向チャンネル280を通ってボリュート208の空洞210から出ることができる。
後方ハウジング構造体206は、外側ハウジング構造体202によって収容されるように構成され、外側ハウジング構造体に結合する。上記で言及されているように、後方ハウジング構造体206は、外側ハウジング構造体202の半径方向部分202bによって(例えば、後方に延長される環状部分250によって)画定される凹部によって受容される。いくつかの実施形態において、外周面282は、外側ハウジング構造体202の対応する内側プロファイル(例えば、凹部によって収容されるのに適合され、従って、後方ハウジング構造体206が外側ハウジング構造体202内に確実に嵌合される。例えば、外周面282は、後方ハウジング構造体206が外側ハウジング構造体202に収容されるようにするため、外側ハウジング構造体202の内周面252に対応する形状(例えば、直径)を有することができる。外周面282は、図示のように、軸方向前方に移動する階段方式に直径が減少する階段型であってもよい。シール部材284はまた、後方ハウジング構造体206と外側ハウジング構造体202との間に(例えば、外周面254内の周囲グルーブ286内に)半径方向に配置(例えば、圧縮)されてもよい。いくつかの実施形態において、後方ハウジング構造体206は、外側ハウジング構造体202を介して間接的にのみ(例えば、ここから軸方向に離隔して)内側ハウジング構造体204に結合されてもよい。
後方ハウジング構造体206は、さらにターボチャージャ100の別の部分、例えば、軸受ハウジング170に連結および/または固定するのに適合されてもよい。例えば、後方ハウジング構造体206は、1つ以上の貫通ボア288を含む。貫通ボア288は、一般的なファスナの一部分を収容するのに適合される。例えば、一般的なファスナは、貫通ボア288の第1側(例えば、前方側)に挿入されてもよく、貫通ボア288(例えば、後方)を通過することができる。いくつかの実施形態において、一般的なファスナは、これと嵌合する構造体(例えば、軸受ハウジング)の対応する固定ボアによって収容することができる。
いくつかの実施形態において、後方ハウジング構造体206は、1つの固定で加工されるのに適合される。例えば、後方ハウジング構造体206は、機械加工工程の間、1つの位置に保持される。さらに、または代替的に、後方ハウジング構造体206は、砂媒体を使用せずに機械加工されるように適合される。後方ハウジング構造体206は、後方ハウジング構造体206の製造(例えば、ボリュート208の空洞210を画定する内面276の形成)の間に表面仕上げのための接近を提供する開放設計を含む。この文脈で使用される「開放」という用語は、単一軸方向に向かう内面276を指すことができ、内面276が機械加工のための工具に向かって(そして離れない)向かい合うことができる。このような配置は、単一構造を有するハウジングで可能なものより大きい表面仕上げ特性を許容することができる。したがって、圧縮機ハウジング200は、単一構造を有するハウジングよりも大きい作動効率を有することができる。
本明細書において使用される用語「または」は、排他的な、「または」ではなく包括的な「または」を意味するものと意図される。すなわち、他に明示されないか、文脈上明らかでない限り、「Xは、AまたはBを含む」は、自然的且つ包括的な置換のいずれかを示したことを意図している。すなわち、XがAを含み;XがBを含み;またはXがAおよびBの両方を含むと、上述した例のいずれかによって、「Xは、AまたはBを含む」が満足される。さらに、本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される冠詞「a」および「an」は、他に明示されないか、単数形と指示される文脈上明らかでない限り、一般的に「1つ以上」を意味するものと解釈されるべきである。
さらに、類似の用語が異なる構成要素または特徴を識別するために使用される場合、「第1」、「第2」、「別の」または「その他」のような用語を識別することは、請求範囲におけるそのような構成要素または特徴を区別するのに使用することができる。例えば、外側ハウジング構造体202の管状部分202aは、「第1管状部分」として識別することができる反面に、内側ハウジング構造体204の管状部分204aは、「第2管状部分」として識別することができる。
さらに、説明の簡略化するため、本明細書内の図および説明は、順序または一連のステップあるいは段階を含むことができるが、本明細書に開示された方法の要素は、様々な順序で、または同時に発生することができる。さらに、本明細書に開示された方法の構成要素は、本明細書で明示的に提示および説明されていない他の構成要素とともに発生することができる。さらに、本明細書に説明された方法のすべての要素が、本発明による方法を具現するために要求されるものではない。態様、特徴および要素が特定の組み合わせで本明細書に記載されているが、各々の態様、特徴または要素は、独立的にまたは他の態様、特徴および要素と多様に組み合わせて、またはこれらなしで使用してもよい。
本開示は、特定の実施形態に関連して記載されているが、本開示は、開示された実施形態に限定されるものではなく、逆に、添付された特許請求の範囲内に含まれる様々な変更および均等な構成を含むことを意図するものと理解されるべきであり、この範囲は、法律で許容されるすべての変更および均等な構造を含むように最も広く解釈されるべきであろう。
Claims (15)
- ターボチャージャ(100)用圧縮機ハウジング(200)であって:
第1管状部分(202a)および第1管状部分(202a)の半径方向外側に延長される第1半径方向部分(202b)を有する外側ハウジング構造体(202);
第2管状部分(204a)および第2管状部分(204a)の半径方向外側に延長される第2半径方向部分(204b)を有する内側ハウジング構造体(204);および
内側半径方向部分(206a)および内側半径方向(206a)の半径方向外側に延長される外側半径方向部分(206b)を有する後方ハウジング構造体(206)を含み;
前記外側ハウジング構造体(202)、前記内側ハウジング構造体(204)および前記後方ハウジング構造体(206)は、互いに分離して形成され、互いに結合され、前記再循環空洞(218)は、前記第1管状部分(202a)と前記第2管状部分(204a)との間で半径方向に画定され、ボリュート(208)は、前記第1半径方向部分(202b)および外側半径方向部分(206b)によって協働的に形成される、圧縮機ハウジング(200)。 - 前記第1管状部分(202a)および前記第2管状部分(204a)は、ホイール空洞(216)に空気を伝達する流入開口(212a)および管状通路(212b)を有する流入口212を協働的に形成する、請求項1に記載の圧縮機ハウジング(200)。
- 前記再循環空洞(218)は、前記流入開口(212a)に近接する遠位開口および前記ホイール空洞(216)に近接する近位開口を有する、請求項2に記載の圧縮機ハウジング(200)。
- 前記遠位開口は、前記管状通路(212b)の軸の周りに円周方向に、そして前記外側ハウジング構造体(202)と前記内側ハウジング構造体(204)との間に軸方向に延長される、請求項3に記載の圧縮機ハウジング(200)。
- 前記第1管状部分(202a)は、騒音減衰特徴部(220)を含み、前記遠位開口は、前記騒音減衰特徴部(220)と前記第2管状部分(204a)の前方端部の間にある、請求項4に記載の圧縮機ハウジング(200)。
- 前記近位開口は、前記管状通路(212b)の軸の周りに、そして前記第2管状部分(204a)を通って半径方向に延長される、請求項3に記載の圧縮機ハウジング(200)。
- 前記内側ハウジング構造体(204)は、前記第2管状部分(204a)の半径方向外側に延長される突出部(242)を含み、前記近位開口は、前記突出部(242)に部分的に延長するスロットとして形成される、請求項6に記載の圧縮機ハウジング(200)。
- 前記第2管状部分(204a)は、前記突出部(242)によってのみ、前記第2半径方向部分(204b)に連結される、請求項7に記載の圧縮機ハウジング(200)。
- 前記再循環空洞(218)は、前記管状通路(212b)を囲み、前記第1管状部分(202a)の内周面(202)と前記第2管状部分(204a)の外周面222との間に前記再循環空洞(218)が画定され、前記管状通路(212b)は、前記第2管状部分(204a)の別の内周面(202)によって画定される、請求項3に記載の圧縮機ハウジング(200)。
- 前記ボリュート(208)は、前記第1半径方向部分(202b)、前記第2半径方向部分(204b)および前記外側半径方向部分(206b)によって協働的に形成され;
前記第1半径部分(202b)は、前記ボリュート(208)の前方部分を形成し、前記第2半径方向(204b)は、前記ボリュート(208)の内側部分を形成し、前記外側半径方向部分(206b)は、前記ボリュート(208)の後方部分を形成する、請求項1に記載の圧縮機ハウジング(200)。 - 前記ボリュート(208)は、前記ホイール空洞(216)のホイール軸の周りに円周方向に延長され、ボリュート軸を有する断面形状を有するボリュート空洞(210)を形成して;
前記第1半径部分(204b)は、第1内側面を含み、前記第2半径方向部分(204b)は、外側面(272)を含み、前記外側半径方向部分(206b)は、第2内側面を含み、これらの部分は、協働的に前記ボリュート空洞(210)を画定する、請求項10に記載の圧縮機ハウジング(200)。 - 前記第1内側面は、前記外側面(272)および前記第2内側面より前記ボリュート軸の周りに円周方向に延長される、請求項11に記載の圧縮機ハウジング(200)。
- 前記第2内側は、前記外側面(272)より前記ボリュート軸の周りに円周方向に延長される、請求項12に記載の圧縮機ハウジング(200)。
- 前記外側面(272)は、前記第1内側面に近接し、前記第1内側面は、前記第2内側面に近接し、前記ボリュート(208)の断面形状を協働的に形成する、請求項11に記載の圧縮機ハウジング(200)。
- 前記外側ハウジング構造体(202)は、円筒状であり、外側ハウジング構造体と内側ハウジング構造体との間にシール(266)を形成するため、前記内側ハウジング構造体(204)が収容される第1凹部(268)を画定し、円筒状でありながら、外側ハウジング構造体と後方ハウジング構造体との間に別のシール(284)を形成するため、後方ハウジング構造体(206)が収容される第2凹部(286)を画定する、請求項1に記載の圧縮機ハウジング(200)。
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