JP5504867B2 - インペラ取付構造及び過給機 - Google Patents

Description

本発明は、車両用過給機等の過給機におけるロータ軸にコンプレッサインペラを取付けるためのインペラ取付構造等に関する。

一般的な車両用過給機の概略構成、一般的な車両用過給機におけるインペラ取付構造等について図４を参照して説明する。ここで、図４は、一般的な車両用過給機の模式図である。なお、図面中、「Ｆ」は、前方向、「Ｒ」は、後方向を指してある。

図４に示すように、一般的な車両用過給機１０１は、ベアリングハウジング１０３を具備しており、このベアリングハウジング１０３には、ロータ軸（タービン軸）１０５が複数のベアリング（一対のラジアルベアリング１０７及び一対のスラストベアリング１０９）を介して回転可能に設けられている。また、ベアリングハウジング１０３の前側（一側）には、コンプレッサハウジング１１１が設けられており、このコンプレッサハウジング１１１内には、コンプレッサインペラ１１３が設けられてあって、このコンプレッサインペラ１１３は、ロータ軸１０５の前端部（一端部）に一体的に連結されている。更に、ベアリングハウジング１０３の後側（他側）には、タービンハウジング１１５が設けられており、このタービンハウジング１１５内には、タービンインペラ１１７が設けられてあって、このタービンインペラ１１７は、ロータ軸１０５の後端部（他端部）に一体的に連結されている。

従って、タービンハウジング１１５内に取り入れた排気ガスがタービンインペラ１１７側へ供給されると、排気ガスのエネルギーによってタービンインペラ１１７を回転させることができ、コンプレッサインペラ１１３をロータ軸１０５を介して連動して回転（換言すれば、一体的に回転）させることができる。これにより、コンプレッサハウジング１１１内に吸入した空気を圧縮して、エンジンに供給される空気を過給することができる。

ロータ軸１０５にコンプレッサインペラ１１３を取付けるためのインペラ取付構造１１９の構成は、次のようになる。

即ち、ロータ軸１０５の前端側（一端側）には、取付軸１２１が縮径して形成されており、この取付軸１２１は、ロータ軸１０５の一部を構成するものである。また、取付軸１２１は、コンプレッサインペラ１１３におけるコンプレッサホイール（コンプレッサハブ）１２３の中央部に形成した貫通穴１２５に嵌挿可能であって、取付軸１２１の先端側には、雄ねじ部１２１ｓが形成されている。そして、取付軸１２１の雄ねじ部１２１ｓには、コンプレッサホイール１２３をロータ軸１０５の段差部Ｂ側へ押圧する六角形の締結ナット１２７が螺合して設けられている。

従って、取付軸１２１をコンプレッサインペラ１１３におけるコンプレッサホイール１２３の貫通穴１２５に挿通させる。そして、締結ナット１２７を締め付けて、コンプレッサホイール１２３をロータ軸１０５の段差部Ｂ側へ押圧する。これにより、ロータ軸１０５にコンプレッサインペラ１１３を取付けることができる。

なお、本発明に関連する先行技術として特許文献１及び特許文献２に示すものがある。

特開２００４−８４５９１号公報 特開平１０−３３１６５３号公報

ところで、近年、車両用過給機１０１の性能向上の要請に応じて、コンプレッサインペラ１１３は高圧力比・高回転化する傾向にある。一方、コンプレッサインペラ１１３が高圧力比・高回転化すると、それに伴い、コンプレッサハウジング１１１内の温度が高くなり、取付軸１２１とコンプレッサインペラ１１３との熱膨張差によって、取付軸１２１における段差部Ｂと締結ナット１２７の間の部分（換言すれば、取付軸１２１の被締結部分）に過大な引張応力が発生することがある。つまり、取付軸１２１の被締結部分に過大な引張応力が発生することを防止しつつ、過給機１０１の性能向上を図ることは容易でないという問題がある。

そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成のインペラ取付構造及び過給機を提供することを目的とする。

本発明の特徴は、過給機におけるロータ軸にコンプレッサインペラを取付けるためのインペラ取付構造において、前記ロータ軸の一端側に縮径して形成され、前記コンプレッサインペラにおけるコンプレッサホイール（コンプレッサハブ）の中央部に形成した貫通穴に嵌挿可能であって、先端側に雄ねじ部が形成され、前記ロータ軸の一部を構成する取付軸と、前記取付軸の前記雄ねじ部に螺合して設けられ、前記コンプレッサインペラを前記ロータ軸の段差部側へ押圧する締結ナットと、を具備し、前記締結ナットは、前記コンプレッサホイールの先端面に前記貫通穴と同心上に形成した円形の挿入凹部に挿入され、内側に前記取付軸の前記雄ねじ部に螺合可能な雌ねじ部が形成されたナットスリーブと、前記ナットスリーブの先端側に一体形成され、前記コンプレッサホイールの先端面に当接し、前記取付軸の先端部を覆う中実のナットヘッドとを備え、前記ナットスリーブの基端面が前記コンプレッサインペラにおけるコンプレッサブレードの前縁よりも前記コンプレッサホイールの基端側に位置していることを要旨とする。

なお、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、ブラケット等の介在部材を介して間接的に設けられたことを含む意である。

本発明の第１の特徴によると、前記取付軸を前記コンプレッサホイールの前記貫通穴に挿通させる。そして、前記ナットスリーブを前記コンプレッサホイールの前記挿入凹部に挿入させて、前記締結ナットを締め付けることにより、前記コンプレッサホイールを前記ロータ軸の段差部側へ押圧する。これにより、前記ロータ軸に前記コンプレッサインペラを取付けることができる。

ここで、前記ナットスリーブが前記コンプレッサホイールの前記挿入凹部に挿入され、前記ナットスリーブの内側に前記取付軸の前記雄ねじ部に螺合可能な前記雌ねじ部が形成されているため、前記取付軸における前記段差部と前記締結ナットの間の部分（換言すれば、前記取付軸の被締結部分）を前記コンプレッサホイールの前記挿入凹部の深さ（奥行き長さ）に相当する分だけ短くすることができる。

本発明の第２の特徴は、エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジンに供給される空気を過給する過給機において、第１の特徴からなるインペラ取付構造を具備したことを要旨とする。

第２の特徴によると、第１の特徴による同様の作用を奏する。

本発明によれば、前記ロータ軸の前記被締結部分の長さを前記コンプレッサホイールの前記挿入凹部の深さに相当する分だけ短くすることができるため、前記コンプレッサインペラの高圧力比・高回転化（換言すれば、前記過給機の高圧力比・高回転化）に伴い、前記コンプレッサハウジング内の温度が高くなっても、前記取付軸と前記コンプレッサインペラとの熱膨張差を少なくすることができる。よって、前記取付軸の前記被締結部分に過大な引張応力が発生することを防止しつつ、前記過給機の性能向上を図ることができる。

図３における矢視部Iの拡大図である。 図１における矢視部IIの拡大図である。 本発明の実施形態に係る車両用過給機の側断面図である。 一般的な車両用過給機の模式図である。

本発明の実施形態について図１から図３を参照して説明する。なお、図面中、「Ｆ」は、前方向、「Ｒ」は、後方向を指してある。

図１及び図３に示すように、本発明の実施形態に係る車両用過給機１は、エンジン（図示省略）からの排気ガスのエネルギーを利用して、エンジンに供給される空気を過給するものである。そして、車両用過給機１の具体的な構成等は、以下のようになる。

車両用過給機１は、ベアリングハウジング３を具備しており、このベアリングハウジング３内には、一対のラジアルベアリング５及び一対のスラストベアリング７が設けられてあって、複数のベアリング５，７には、前後方向へ延びたロータ軸（タービン軸）９が回転可能に設けられており、換言すれば、ベアリングハウジング３には、ロータ軸９が複数のベアリング５，７を介して回転可能に設けられている。また、ロータ軸９における一対のスラストベアリング７の間には、スラストカラー１１が設けられており、ロータ軸９におけるスラストカラー１１の前側には、油切り１３が設けられている。

ベアリングハウジング３の前側（一側）には、コンプレッサハウジング１５が設けられており、このコンプレッサハウジング１５内には、コンプレッサインペラ１７が設けられている。そして、コンプレッサインペラ１７の構成要素について説明すると、コンプレッサハウジング１５内には、コンプレッサホイール（コンプレッサハブ）１９が設けられており、コンプレッサホイール１９は、ロータ軸９の前端部（一端部）に一体的に連結してある。また、コンプレッサホイール１９の外周面は、コンプレッサインペラ１７の軸方向から径方向外側に向かって延びており、コンプレッサホイール１９の外周面には、複数枚のコンプレッサブレード２１が周方向に間隔を置いて設けられている。

コンプレッサハウジング１５におけるコンプレッサインペラ１７の入口側（コンプレッサハウジング１５の前側）には、空気を吸入する空気吸入口２３が形成されており、この空気吸入口２３は、エアクリーナー（図示省略）に接続可能である。また、ベアリングハウジング３とコンプレッサハウジング１５の間におけるコンプレッサインペラ１７の出口側には、圧縮された空気を昇圧する環状のディフューザ流路２５が形成されており、このディフューザ流路２５は、空気吸入口２３に連通してある。更に、コンプレッサハウジング１５の内部には、コンプレッサスクロール流路２７がコンプレッサインペラ１７を囲むように形成されており、このコンプレッサスクロール流路２７は、ディフューザ流路２５に連通してある。そして、コンプレッサハウジング１５の適宜位置には、圧縮された空気を吐出する空気吐出口（図示省略）が形成されており、この空気吐出口は、コンプレッサスクロール流路２７に連通してあって、エンジンの吸気マニホールド（図示省略）に接続可能である。

ベアリングハウジング３の後側（他側）には、タービンハウジング２９が設けられており、このタービンハウジング２９内には、タービンインペラ３１が設けられている。そして、タービンインペラ３１の構成要素について説明すると、タービンハウジング２９内には、タービンホイール（タービンハブ）３３が設けられており、このタービンホイール３３は、ロータ軸９の後端部（他端部）に一体的に連結されている。また、タービンホイール３３の外周面は、タービンインペラ３１の軸方向から径方向外側に向かって延びており、タービンホイール３３の外周面には、複数枚のタービンブレード３５が周方向に間隔を置いて設けられている。

タービンハウジング２９の適宜位置には、排気ガスを取り入れるガス取入口（図示省略）が形成されており、このガス取入口は、エンジンの排気マニホールド（図示省略）に接続可能である。また、タービンハウジング２９の内部には、タービンスクロール流路３７がタービンインペラ３１を囲むように形成されており、このタービンスクロール流路３７は、ガス取入口に連通してある。更に、タービンハウジング２９におけるタービンインペラ３１の出口側（タービンハウジング２９の後側）には、排気ガスを排出するガス排出口３９が形成されており、このガス排出口３９は、タービンスクロール流路３７に連通してあって、排気触媒（図示省略）に接続可能である。

次に、ロータ軸９にコンプレッサインペラ１７を取付けるためのインペラ取付構造４１の構成について説明する。

図１及び図２に示すように、ロータ軸９の前端側（一端側）には、取付軸４３が縮径して形成されており、この取付軸４３は、ロータ軸９の一部を構成するものである。また、取付軸４３は、コンプレッサホイール１９の中央部に形成した貫通穴４５に嵌挿可能であって、取付軸４３の先端側には、雄ねじ部４３ｓが形成されている。

取付軸４３の雄ねじ部４３ｓには、コンプレッサホイール１９をロータ軸９の段差部Ｂ側へ押圧する締結ナット４７が螺合して設けられている。そして、締結ナット４７の構成要素について説明すると、コンプレッサホイール１９の先端面に貫通穴４５と同心上に形成した円形の嵌入凹部（挿入凹部の一例）４９には、ナットスリーブ５１が嵌入（挿入の一例）されており、このナットスリーブ５１の内側には、取付軸４３の雄ねじ部４３ｓに螺合可能な雌ねじ部５１ｓが形成されている。また、ナットスリーブ５１の先端部には、取付軸４３の先端部を覆う六角形の中実のナットヘッド５３が一体形成されている。ここで、ナットスリーブ５１の基端面（換言すれば、締結ナット４７の座面）は、コンプレッサブレード２１の前縁よりもコンプレッサホイール１９の基端側（後側）に位置してあって、コンプレッサホイール１９の嵌入凹部４９の底面（奥面）に当接するようになっている。

なお、コンプレッサホイール１９と締結ナット４７の間にガスケット等のシール材が設けられるようにしても構わない。

続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。

（車両用過給機１全般に関する作用）
ガス取入口からタービンハウジング２９内に取り入れた排気ガスがタービンスクロール流路３７を経由してタービンインペラ３１側へ供給されると、排気ガスのエネルギーによってタービンインペラ３１を回転させることができ、コンプレッサインペラ１７をロータ軸９を介して連動して回転（換言すれば、一体的に回転）させることができる。これにより、空気吸入口２３からコンプレッサインペラ１７側に取り入れた空気を圧縮して、ディフューザ流路２５及びコンプレッサスクロール流路２７を経由して空気吐出口から吐出することができ、エンジンに供給される空気を過給することができる。

（インペラ取付構造４１に関する作用）
取付軸４３をコンプレッサホイール１９の貫通穴４５に挿通させる。そして、ナットスリーブ５１をコンプレッサホイール１９の嵌入凹部４９に嵌入させて、締結ナット４７を締め付けることにより、コンプレッサホイール１９をロータ軸９の段差部Ｂ側へ押圧する。これにより、ロータ軸９にコンプレッサインペラ１７を取付けることができる。

ここで、ナットスリーブ５１がコンプレッサホイール１９の嵌入凹部４９に嵌入され、ナットスリーブ５１の内側に取付軸４３の雄ねじ部４３ｓに螺合可能な雌ねじ部５１ｓが形成され、ナットスリーブ５１の基端面がコンプレッサブレード２１の前縁よりもコンプレッサホイール１９の基端側に位置しているため、締結ナット４７による締結力を十分に確保した上で、取付軸４３における段差部Ｂと締結ナット４７の間の部分（換言すれば、取付軸４３の被締結部分）をコンプレッサホイール１９の挿入凹部４９の深さ（奥行き長さ）に相当する分だけ短くすることができる。

（本発明の実施形態の効果）
従って、本発明の実施形態によれば、締結ナット４７による締結力を十分に確保した上で、取付軸４３の被締結部分をコンプレッサホイール１９の挿入凹部４９の深さに相当する分だけ短くすることができるため、コンプレッサインペラ１７の高圧力比・高回転化（換言すれば、車両用過給機１の高圧力比・高回転化）に伴い、コンプレッサハウジング１５内の温度が高くなっても、取付軸４３とコンプレッサインペラ１７との熱膨張差を少なくすることができる。よって、取付軸４３の被締結部分に過大な引張応力が発生することを防止しつつ、車両用過給機１の性能向上を図ることができる。

また、ナットヘッド５３によって取付軸４３の先端部を覆っているため、所謂低圧ループ−ＥＧＲ方式によって排気ガスをエンジンに再循環させるようにした場合でも、取付軸４３の先端部が排気ガス環境下に熱暴露されることはなく、ロータ軸９の耐久性向上を図ることができる。

更に、ナットヘッド５３が中実であるため、バランス修正の切削部としての削り代を十分に確保することができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。

１ 車両用過給機
３ ベアリングハウジング
９ ロータ軸（タービン軸）
１５ コンプレッサハウジング
１７ コンプレッサインペラ
１９ コンプレッサホイール
２１ コンプレッサブレード
２９ タービンハウジング
３１ タービンインペラ
３３ タービンホイール
３５ タービンブレード
４１ インペラ取付構造
４３ 取付軸
４３ｓ 雄ねじ部
４５ 貫通穴
４７ 締結ナット
４９ 嵌入凹部（挿入凹部）
５１ ナットスリーブ
５１ｓ 雌ねじ部
５３ ナットヘッド
Ｂ 段差部

Claims (3)

1. 過給機におけるロータ軸にコンプレッサインペラを取付けるためのインペラ取付構造において、
   前記ロータ軸の一端側に縮径して形成され、前記コンプレッサインペラにおけるコンプレッサホイールの中央部に形成した貫通穴に嵌挿可能であって、先端側に雄ねじ部が形成され、前記ロータ軸の一部を構成する取付軸と、
   前記取付軸の前記雄ねじ部に螺合して設けられ、前記コンプレッサインペラを前記ロータ軸の段差部側へ押圧する締結ナットと、を具備し、
   前記締結ナットは、
   前記コンプレッサホイールの先端面に前記貫通穴と同心上に形成した円形の挿入凹部に挿入され、内側に前記取付軸の前記雄ねじ部に螺合可能な雌ねじ部が形成されたナットスリーブと、
   前記ナットスリーブの先端側に一体形成され、前記コンプレッサホイールの先端面に当接し、前記取付軸の先端部を覆う中実のナットヘッドとを備え、
   前記ナットスリーブの基端面が前記コンプレッサインペラにおけるコンプレッサブレードの前縁よりも前記コンプレッサホイールの基端側に位置していることを特徴とするインペラ取付構造。
2. 前記ナットスリーブの基端面が前記コンプレッサホイールの前記挿入凹部の底面に当接するようになっていることを特徴とする請求項１に記載のインペラ取付構造。
3. エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジンに供給される空気を過給する過給機において、
   請求項１又は請求項２に記載のインペラ取付構造を具備したことを特徴とする過給機。

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