JP4775477B2

JP4775477B2 - 過給機

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Publication number: JP4775477B2
Application number: JP2009152237A
Authority: JP
Inventors: 惣彦谷垣; 俊彦北沢; 聡石井; 好則磯部; 嘉幸宮城
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2023-11-06
Also published as: JP2009264388A

Description

本発明は、内燃機関の給気圧力を高め機関の出力を増大する過給機及びその製造方法に係り、圧縮効率の向上と共に生産性の向上を可能としたものである。

自動車等に用いられる内燃機関には、燃焼効率を向上させる為に過給機が装備され、該過給機は排気ガスのエネルギを利用して空気を圧縮し、内燃機関に給気する様になっている。

前記過給機は、排気ガスにより回転されるタービン部と、空気を吸入圧縮するコンプレッサ部から構成される。図１１により概略を説明する。図１１中、１はタービン部、２は軸受部、３はコンプレッサ部を示している。

軸受ハウジング４の一端側にタービンハウジング５が設けられ、他端側にコンプレッサハウジング６が設けられ、前記軸受ハウジング４には回転軸７が回転自在に設けられ、該回転軸７の一端部にタービン翼車８が設けられている。前記回転軸７の他端部にコンプレッサ翼車９が設けられている。前記タービン翼車８は耐熱鋼等の耐熱材料が用いられ、前記コンプレッサ翼車９には軽量材質であるアルミニウム等が用いられる。

前記タービンハウジング５の円周部所要位置には、排気ガス入口１１が設けられ、該排気ガス入口１１には内燃機関（図示せず）の排気ガスが導かれる。前記タービンハウジング５の前記回転軸７と同軸上に排気ガス出口１２が設けられ、該排気ガス出口１２は排気筒（図示せず）等に接続されている。

前記コンプレッサハウジング６の前記回転軸７と同軸上には吸気口１３が設けられ、該吸気口１３より外気が吸引される。前記コンプレッサハウジング６の円周所要位置には吐出口１４が設けられ、該吐出口１４は内燃機関（図示せず）の給気口に接続されている。

高温、高圧の排気ガスが前記排気ガス入口１１より流入し、前記タービン翼車８を回転させて前記排気ガス出口１２より排気される。前記タービン翼車８の回転により前記回転軸７を介して前記コンプレッサ翼車９が回転され、前記吸気口１３より外気が吸入され、外気は前記コンプレッサ翼車９の回転で圧縮され、昇圧した外気が前記吐出口１４を経て内燃機関（図示せず）に供給される。

前記コンプレッサ部３に於いて、前記コンプレッサハウジング６内部の前記コンプレッサ翼車９の周囲には昇圧室１５が形成され、前記吸気口１３から吸引された外気は前記コンプレッサ翼車９の回転により圧縮され、前記昇圧室１５を経て前記吐出口１４から吐出される。この為、前記吸気口１３と前記昇圧室１５間で圧力差が生じ、前記コンプレッサハウジング６の前記吸気口１３から前記昇圧室１５に至る湾曲部（シュラウド部）１６で前記コンプレッサ翼車９に最も接近した部分が圧力境界部となっている。

該シュラウド部１６と前記コンプレッサ翼車９との間隙をできるだけ少なくすることが、圧力境界部での漏れを少なくし、前記コンプレッサ部３の圧縮効率を向上させることができる。

従って、設計時、製作時に於いて前記コンプレッサ翼車９と前記シュラウド部１６との間隙をできるだけ少なくする様な努力がなされている。一方で、前記コンプレッサ翼車９は回転体であり、又偏心があった場合、前記シュラウド部１６と接触する可能性がある。又、前記タービン部１側からの熱伝導により熱膨張による変位も考えられ、間隙を少なくした場合、前記コンプレッサ翼車９と前記シュラウド部１６とが接触することもある。上記した様に、前記コンプレッサ翼車９はアルミニウムで製作されており、該コンプレッサ翼車９と前記シュラウド部１６との接触があると、前記コンプレッサ翼車９が損傷してしまう。

この為、特許文献１に示される様に、前記シュラウド部１６の前記コンプレッサ翼車９と接触する可能性がある部分に軟質の滑り部材を設け、該滑り部材と前記コンプレッサ翼車９とが接触しても、前記滑り部材が切削或は変形する様にして前記コンプレッサ翼車９が損傷しない様にしてある。

特許文献１では、図１２に見られる様に滑り部材１７をシュラウド部１６に取付ける場合、該シュラウド部１６に溝１８を刻設し、該溝１８に拡縮可能なＣリング１９を嵌設し、該Ｃリング１９を介して前記滑り部材１７を前記シュラウド部１６に固定している。

上記特許文献１では、滑り部材１７とシュラウド部１６との固定をＣリング１９で行っており、部品点数が多くなっている。又、組立て工程で予めＣリング１９を滑り部材１７に嵌めておき、前記Ｃリング１９を狭めながら前記滑り部材１７をシュラウド部１６に嵌合させているので、人手作業を必要とし、又作業性が悪いという問題を有している。

更に、前記過給機の稼働、停止により、前記滑り部材１７は加熱、冷却が繰返され、該滑り部材１７の経時変化、或は熱サイクルによる膨張、収縮の繰返しで、コンプレッサハウジング６と滑り部材１７との密着性が低下し、該滑り部材１７のガタツキが発生する虞れがある。

更に、コンプレッサハウジング６と滑り部材１７との密着性が低下すると、前記コンプレッサ翼車９の回転に追従して前記滑り部材１７が回転し、該滑り部材１７が摩耗して、該滑り部材１７がコンプレッサハウジング６から外れる虞れが生じる。

特開平１１−１７３１５３号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、経時変化、熱サイクルによる滑り部材の密着性の低下、ガタツキの発生、更に回転を抑制し、過給機の性能を維持しようとするものである。

本発明は、コンプレッサハウジングのシュラウド部に凹部を形成し、該凹部を充足する様に滑り部材を形成し、該滑り部材は一部が欠切された本体部と欠切部を充足する駒とを具備し、前記滑り部材は少なくとも本体部が弾性変形可能であり、前記本体部は弾性変形を利用して周方向に縮小させて前記凹部に嵌装され、前記駒は嵌装された前記本体部の欠切部に嵌込まれる過給機に係るものである。

又本発明は、コンプレッサハウジングのシュラウド部に凹部を形成すると共に該凹部の先端部に溝部が形成され、前記凹部を充足する様に滑り部材を形成し、該滑り部材は外周部に半径方向に弾性変形可能な薄肉円筒部を具備すると共に該薄肉円筒部は先端部に鉤部を有し、前記薄肉円筒部を弾性変形させて前記滑り部材を前記凹部に嵌装し、前記滑り部材が嵌装された状態で前記鉤部が前記溝部に係合する過給機に係るものである。

以上述べた如く本発明によれば、コンプレッサハウジングのシュラウド部に凹部を形成し、該凹部を充足する様に滑り部材を形成し、該滑り部材は一部が欠切された本体部と欠切部を充足する駒とを具備し、前記滑り部材は少なくとも本体部が弾性変形可能であり、前記本体部は弾性変形を利用して周方向に縮小させて前記凹部に嵌装され、前記駒は嵌装された前記本体部の欠切部に嵌込まれるので、或はコンプレッサハウジングのシュラウド部に凹部を形成すると共に該凹部の先端部に溝部が形成され、前記凹部を充足する様に滑り部材を形成し、該滑り部材は外周部に半径方向に弾性変形可能な薄肉円筒部を具備すると共に該薄肉円筒部は先端部に鉤部を有し、前記薄肉円筒部を弾性変形させて前記滑り部材を前記凹部に嵌装し、前記滑り部材が嵌装された状態で前記鉤部が前記溝部に係合するので、組立て作業が簡単でコストの低減を図れる等の優れた効果を発揮する。

本発明が適用される過給機を示す一部を断面した全体図である。本発明の第１の参考例を示す説明図である。同前第１の参考例を示す断面図である。本発明の第２の参考例を示す断面図である。図４のＡ部拡大図である。同前第２の参考例を示す部分図である。本発明の第３の参考例を示す断面図である。本発明の第４の参考例を示す説明図である。本発明の第１の実施例を示す断面図である。本発明の第２の実施例を示す断面図である。過給機の概略図である。従来例を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

図１は本発明が実施される過給機の概略を示すものであり、図１中、図１１中で示したものと同等のものには同符号を付してある。又、図１は、コンプレッサ部３部分のみを破断してある。

図２、図３により第１の参考例について説明する。

該第１の参考例では、滑り部材を射出成形で設ける場合を示している。

コンプレッサハウジング６のシュラウド部１６部分に滑り部材２０を射出成形により設けることで、該滑り部材２０を単体として設けた場合に比べて、部品製作時の誤差、組立誤差をなくすことができ、部品点数が減少すると共に更に該滑り部材２０の人手による組立て作業が省略できる。

前記コンプレッサハウジング６のシュラウド部１６に滑り部材射出用の凹部２１を形成する。該凹部２１の所要箇所（図示では凹部２１の先端部）に溝部２３を形成する。該溝部２３を形成することで、前記凹部２１に局部的な太径部が形成される。又、前記コンプレッサハウジング６の軸心と直交する前記凹部２１の凹部端面２１ｂには所要間隔（例えば円周４等分）で回転抑止穴２２が形成されている。

図中、３１，３２は成形型であり、前記成形型３１は前記コンプレッサハウジング６に反吸気口１３側（図２左方）から嵌合される様になっており、前記コンプレッサ翼車９と同様な外形形状を有し、中心部には樹脂挿入孔２８が穿設され、該樹脂挿入孔２８は前記コンプレッサハウジング６に向って径が減少するテーパ孔となっている。

前記成形型３１は前記コンプレッサハウジング６に反吸気口１３側から嵌合可能であり、前記成形型３１は前記凹部２１部分を除き、前記コンプレッサハウジング６の前記シュラウド部１６に連続する吸気口壁面２６及び前記シュラウド部１６に連続するデフューザ部壁面２７にそれぞれ密着可能である。前記成形型３１を前記コンプレッサハウジング６に嵌合することで、前記凹部２１が樹脂充填用の空間となる。

前記成形型３２は、前記吸気口１３側から前記コンプレッサハウジング６に嵌入され、前記成形型３２はフランジ部３２ａを有し、断面が山高帽状をしており、前記吸気口１３に嵌入した状態では、先端部が前記吸気口１３の内壁に液密に密着し、前記フランジ部３２ａが前記吸気口１３の入口端に当接して先端面３２ｂの位置決めがなされる様になっている。

而して、図３に示される様に、前記成形型３１、成形型３２をそれぞれコンプレッサハウジング６に嵌合させると前記成形型３１の先端面３１ａと前記先端面３２ｂ間には僅か隙間が空き、円板状の間隙３３が形成され、該間隙３３は全周に亘って前記凹部２１に連通する。又、前記樹脂挿入孔２８は前記間隙３３の中心に連通している。又、前記成形型３１と前記デフューザ部壁面２７との間には、空気は流通するが、樹脂は流通しない僅かな間隙が形成される。

前記樹脂挿入孔２８より溶融された樹脂を注入する。前記間隙３３に達した樹脂は、前記間隙３３の中心から外周に向って放射状に広がり、前記凹部２１及び前記回転抑止穴２２を充填する。樹脂が充填されることと対応して空気は前記成形型３１と前記デフューザ部壁面２７との僅かな間隙を通って前記昇圧室１５に排出される。

注入される樹脂は、軟質で前記コンプレッサ翼車９が接触しても、該コンプレッサ翼車９を損傷しない材質、例えば熱可塑性のポリイミド系の樹脂が用いられる。

樹脂が硬化すると、前記成形型３１、前記成形型３２を取外す。その後、樹脂のバリ等を除去する。

前記凹部２１で硬化した樹脂は、滑り部材２０となり、該滑り部材２０は前記溝部２３により径が局部的に太くなっており、前記滑り部材２０は軸心方向の変位が拘束され、更に前記回転抑止穴２２を充填した樹脂は前記滑り部材２０から突出し、前記回転抑止穴２２に嵌合する突起となり、前記滑り部材２０の回転変位を拘束する。而して、該滑り部材２０は前記コンプレッサハウジング６より外れることがなく、回転もしない。

上記第１の参考例に於いて、注入する樹脂の流れは、前記間隙３３の中心から前記昇圧室１５に向う放射状方向の一様流れとなっており、前記凹部２１に充填された樹脂は均質となっており、部分的な特性の変化が生じない。

特に、通常樹脂には方向性があり、成形時の樹脂の流れ方向と、流れ方向と直角な方向とでは線膨張率が異なる。本参考例に使用する樹脂も方向性を有しているが、成形時の樹脂の流れ方向が一様であるので、前記凹部２１に充填された樹脂が固化する時の形状が安定し、更に前記滑り部材２０が加熱冷却された場合に、真円を維持して膨張、収縮が行われる。

更に、該滑り部材２０が均質に成形されることで、引張り伸び、曲げ強度等の機械的性質の改善も図れる。

而して、前記過給機の稼働、停止により、前記滑り部材２０が加熱、冷却を繰返しても、該滑り部材２０は前記溝部２３に嵌合し、前記回転抑止穴２２に係合しているので、前記滑り部材２０のガタツキ、回転が抑止される。

尚、第１の参考例で、前記樹脂挿入孔２８を前記成形型３１に設けたが、前記成形型３２に設けてもよいことは言う迄もない。

図４〜図６は第２の参考例を示している。

該第２の参考例に於いて、凹部２１の先端部に溝部２３が形成され、更に、前記凹部２１の周面２１ａに回転抑止溝３５を形成する。該回転抑止溝３５はコンプレッサハウジング６の軸心と平行であり、前記周面２１ａの所要箇所、例えば円周４等分した位置に設けられている。

滑り部材２０を前記凹部２１に設ける手段は、第１の参考例と同様、成形型３１，３２を用いて前記凹部２１に樹脂を射出成形する。該凹部２１に樹脂が充填されると共に前記回転抑止溝３５にも樹脂が充填される。従って、成形された前記滑り部材２０は図６に見られる様に、前記溝部２３に嵌合する抜止め部３６、前記回転抑止溝３５に嵌合する回転止め部３７が形成される。

而して、成形された前記滑り部材２０は、前記抜止め部３６により前記滑り部材２０が前記コンプレッサハウジング６から外れることを防止し、前記回転止め部３７は前記滑り部材２０が前記コンプレッサハウジング６に対して回転することを防止する。又、前記回転止め部３７は滑り部材２０の半径方向に突出する様に設けられる為、過給機が加熱、冷却された場合の前記コンプレッサハウジング６と前記滑り部材２０の膨張係数の相違により、前記コンプレッサハウジング６と前記滑り部材２０間で熱膨張差が生じても、該滑り部材２０の熱膨張が前記コンプレッサハウジング６によって拘束されることがなく、前記滑り部材２０は真円を維持して熱膨張を行う。

図７は、第３の参考例を示している。

該第３の参考例では、第１の参考例で示した溝部２３の代りに回転抑止手段及び抜止め手段として螺旋溝又は螺子溝３８を形成したものである。該螺子溝３８は周面２１ａの中途部に形成され、好ましくは前記コンプレッサ翼車９の回転方向に対して逆螺子になっている。

尚、滑り部材２０を設ける手段は前述したと同様に射出成形で行われる。

前記螺子溝３８が前記周面２１ａの中途部に形成されることで、前記螺子溝３８自体が前記滑り部材２０の軸心方向の変位を拘束する抜止めとして機能する。又、該滑り部材２０に回転変位が生じた場合、前記螺子溝３８の作用により前記滑り部材２０は軸心方向の変位を生じる。軸心方向の変異は前記螺子溝３８を挾む非ネジ部により抑止される。従って、前記滑り部材２０の回転も抑止される。尚、前記螺子溝３８の螺旋方向を前記コンプレッサ翼車９の回転方向に対して逆螺子とすることで、前記滑り部材２０の回転変位の方向は、該滑り部材２０を締込む方向となり、ガタツキを抑制する効果も発揮される。

図８は、第４の参考例を示している。

該第４の参考例では、凹部２１の中心と溝部２３の中心とを偏心させたものである。

前記凹部２１の中心と前記溝部２３の中心が偏心することで、滑り部材２０の回転が抑止され、該滑り部材２０の抜止めは前記溝部２３に抜止め部３６が嵌合することで抑止される。尚、偏心形状とする代りに前記凹部２１又は溝部２３の外形形状を６角形、８角形等の多角形状としてもよい。

図９は第１の実施例を示している。

上記した参考例では、滑り部材２０を前記凹部２１に設ける手段として射出成形を用いたが、該第１の実施例では、予め成形された滑り部材３９を前記凹部２１に嵌着する様にしたものである。

前記滑り部材３９は、円環の一部が欠切されたＣリング状の本体部４１と、欠切部４２を充足し、完全な円環を形成する駒４３から構成される。前記本体部４１は、合成樹脂の弾性を利用して円周方向に拡縮可能となっている。又、該本体部４１、前記駒４３は図６で示した前記滑り部材２０と同一断面を有し、更に前記本体部４１は抜止め部３６、回転止め部３７を有している。図示していないが、凹部２１には溝部２３、回転抑止溝３５が形成されている。

前記滑り部材３９のコンプレッサハウジング６への取付けは、先ず前記本体部４１を取付ける。該本体部４１を周方向に縮小し、前記回転止め部３７と前記回転抑止溝３５（図４参照）とを位置合せし、前記抜止め部３６を前記溝部２３に嵌合させる。前記本体部４１は弾性により復元して、前記凹部２１に納り、前記回転止め部３７は前記回転抑止溝３５に嵌合する。次に、前記駒４３を前記欠切部４２に嵌合し、前記駒４３と前記本体部４１とは接着剤等により一体化する。

前記コンプレッサハウジング６に取付けられた前記滑り部材３９は、前記抜止め部３６と溝部２３の嵌合で抜けが抑止され、前記回転止め部３７と回転抑止溝３５との嵌合で回転が抑止される。

図１０は第２の実施例を示しており、滑り部材が設けられている部分の断面を示している。

シュラウド部１６に形成される凹部２１には、先端部に溝部２３が形成され、又、前記凹部２１のコンプレッサハウジング６の軸心と直交する凹部端面２１ｂには所要間隔（例えば円周４等分）で回転抑止穴２２が形成され、該回転抑止穴２２は半径方向に延びる長孔となっている。

滑り部材４４は完全な円環形状をしており、前記凹部２１を充足し、吸気口壁面２６とデフューザ部壁面２７とを曲面で滑らかに連続する形状を有している。又、前記滑り部材４４は吸気口１３側から（図１参照）、円筒状のスリット溝４５が設けられ、周面に薄肉円筒部４６が形成される。該薄肉円筒部４６は先端部に鉤部４７を有し、該鉤部４７は前記溝部２３の角部に係合可能となっている。

前記凹部端面２１ｂに密着可能な滑り部材端面４４ａには前記回転抑止穴２２と対応する位置に突起４８が突設されている。該突起４８は前記回転抑止穴２２と嵌合し、周方向の移動が拘束され、半径方向の移動が許容される様になっている。

前記滑り部材４４を前記コンプレッサハウジング６に取付ける場合は、前記突起４８と前記回転抑止穴２２の位置合せを行い、前記滑り部材４４を前記凹部２１に押込む。前記薄肉円筒部４６が半径方向に縮小し、前記滑り部材４４が前記凹部２１に嵌込まれる。前記薄肉円筒部４６が弾性により復元して前記鉤部４７が前記溝部２３の角部に係合して抜止め機能を発揮する。又、前記突起４８が前記回転抑止穴２２に嵌合することで、前記滑り部材４４の回転方向の変位が拘束される。

尚、前記薄肉円筒部４６の変形を容易にする為、該薄肉円筒部４６に軸心方向のスリットを形成し、該薄肉円筒部４６を複数の片に分割してもよい。

該第２の実施例であると、前記滑り部材４４の取付け作業は、前記凹部２１に嵌込むだけの作業となり、作業性が著しく向上する。

尚、滑り部材４４の回止めについては、凹部２１の周面に前記回転止め部３７（図６参照）を形成してもよい等、種々考えられる。

１タービン部
２軸受部
３コンプレッサ部
４軸受ハウジング
５タービンハウジング
６コンプレッサハウジング
７回転軸
９コンプレッサ翼車
１６シュラウド部
２０滑り部材
２１凹部
２２回転抑止穴
２３溝部
２８樹脂挿入孔
３１成形型
３２成形型
３３間隙
３５回転抑止溝
３６抜止め部
３８螺子溝
４３駒
４４滑り部材
４５スリット溝
４６薄肉円筒部
４７鉤部
４８突起

Claims

コンプレッサハウジングのシュラウド部に凹部を形成し、該凹部を充足する様に滑り部材を形成し、該滑り部材は一部が欠切された本体部と欠切部を充足する駒とを具備し、前記滑り部材は少なくとも本体部が弾性変形可能であり、前記本体部は弾性変形を利用して周方向に縮小させて前記凹部に嵌装され、前記駒は嵌装された前記本体部の欠切部に嵌込まれることを特徴とする過給機。
コンプレッサハウジングのシュラウド部に凹部を形成すると共に該凹部の先端部に溝部が形成され、前記凹部を充足する様に滑り部材を形成し、
該滑り部材は外周部に半径方向に弾性変形可能な薄肉円筒部を具備すると共に該薄肉円筒部は先端部に鉤部を有し、前記薄肉円筒部を弾性変形させて前記滑り部材を前記凹部に嵌装し、前記滑り部材が嵌装された状態で前記鉤部が前記溝部に係合することを特徴とする過給機。