JP6248628B2 - 過給機 - Google Patents

Description

本発明は、タービンインペラ側からベアリングハウジング側への熱を遮断する遮熱板を備える過給機に関する。

従来、一端にタービンインペラが設けられ他端にコンプレッサインペラが設けられたシャフトが、ベアリングハウジングに回転自在に軸支された過給機が知られている。こうした過給機をエンジンに接続し、エンジンから排出される排気ガスによってタービンインペラを回転させるとともに、このタービンインペラの回転によって、シャフトを介してコンプレッサインペラを回転させる。こうして、過給機は、コンプレッサインペラの回転に伴い空気を圧縮してエンジンに過給する。

特許文献１に記載のように、過給機には、タービンインペラとベアリングハウジングとの間に環状の遮熱板（バックプレート）が配されており、タービンインペラからベアリングハウジング側への伝熱が抑えられる。遮熱板の外周部には環状のフランジ部が形成されており、フランジ部がタービンハウジングとベアリングハウジングに挟まれている。遮熱板のフランジ部がタービンハウジングに密着してシールすることで、タービンハウジングとベアリングハウジングの当接部から過給機外への排気ガス漏洩を抑えている。また、遮熱板とベアリングハウジングとの間には空気などの気体が内包された断熱空間が形成されており、断熱空間は、遮熱板とともに、タービンインペラからベアリングハウジング側への伝熱を抑えている。

特開２００９−２２８４４６号公報

上記の断熱空間を大きくするほど、タービンインペラからベアリングハウジング側への伝熱が抑えられる。しかし、断熱空間を大きくとると、フランジ部の径方向の幅が小さくなってしまう。その結果、フランジ部とタービンハウジングとのシール長さが短くなってしまい、エンジンの稼働条件によっては、遮熱板による排気ガス漏洩の抑制効果が薄れてしまう可能性があった。言い換えれば、フランジ部とベアリングハウジングとのシール長さを十分に確保すると、断熱空間が小さくなって、遮熱板による遮熱効果が薄れてしまう可能性があった。

本発明の目的は、遮熱板による排気ガス漏洩の抑制効果および遮熱効果をともに向上することが可能となる過給機を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の過給機は、シャフトを回転自在に軸支する軸受が収容されるベアリングハウジングと、シャフトの一端に設けられたタービンインペラが収容されるタービンハウジングとが互いに締結され、ベアリングハウジングとタービンハウジングとの締結力により、タービンインペラ側からベアリングハウジング側への熱を遮断する遮熱板の保持部が保持される過給機であって、ベアリングハウジングには、ベアリングハウジングの壁面もしくはベアリングハウジングに固定された部材で構成され、保持部との間にシール面を形成する第１シール部が設けられ、タービンハウジングには、保持部との間にシール面を形成する第２シール部が設けられ、遮熱板は、保持部が、シャフトの軸方向において、第１シール部と第２シール部との間に位置して保持され、保持部は、第２シール部に対して、第１シール部よりもシャフトの径方向外側まで接触しており、タービンハウジングのうち、保持部におけるシャフトの径方向外側の端部が臨む部位に、シャフトの径方向外側に向かって窪む逃げ部が形成されていることを特徴とする。

ベアリングハウジングは、第１シール部におけるシャフトの径方向外側の端部に連続して形成され、シャフトの径方向外側ほど、シャフトの軸方向にタービンインペラから離隔する離隔部を有してもよい。

離隔部は、平面であってもよい。

本発明によれば、遮熱板による排気ガス漏洩の抑制効果および遮熱効果をともに向上することが可能となる。

過給機の概略断面図である。 図１の破線部分の抽出図である。 比較例を説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、過給機Ｃの概略断面図である。以下では、図１に示す矢印Ｌ方向を過給機Ｃの左側とし、矢印Ｒ方向を過給機Ｃの右側として説明する。図１に示すように、過給機Ｃは、過給機本体１を備えて構成される。この過給機本体１は、ベアリングハウジング２と、ベアリングハウジング２の左側に締結機構３によって連結されるタービンハウジング４と、ベアリングハウジング２の右側に締結ボルト５によって連結されるシールプレート６と、シールプレート６の右側に締結ボルト７によって連結されるコンプレッサハウジング８と、が一体化されて形成されている。

ベアリングハウジング２のタービンハウジング４近傍の外周面には、ベアリングハウジング２の径方向に突出する突起２ａが設けられている。また、タービンハウジング４のベアリングハウジング２近傍の外周面には、タービンハウジング４の径方向に突出する突起４ａが設けられている。ベアリングハウジング２とタービンハウジング４は、突起２ａ、４ａを締結機構３によってバンド締結して固定される。締結機構３は、突起２ａ、４ａを挟持するＧカップリングで構成される。

ベアリングハウジング２には、過給機Ｃの左右方向に貫通する軸受孔２ｂが形成されており、この軸受孔２ｂに設けられた軸受１０によって、シャフト１２が回転自在に軸支されている。シャフト１２の左端部（一端）にはタービンインペラ９が一体的に固定されており、このタービンインペラ９がタービンハウジング４内に回転自在に収容されている。また、シャフト１２の右端部（他端）にはコンプレッサインペラ１１が一体的に固定されており、このコンプレッサインペラ１１がコンプレッサハウジング８内に回転自在に収容されている。

コンプレッサハウジング８には、過給機Ｃの右側に開口するとともに不図示のエアクリーナに接続される吸気口１３が形成されている。また、締結ボルト７によってシールプレート６とコンプレッサハウジング８が連結された状態では、これらシールプレート６とコンプレッサハウジング８の対向面によって、空気を昇圧するディフューザ流路１４が形成される。このディフューザ流路１４は、シャフト１２の径方向内側から外側に向けて環状に形成されており、上記の径方向内側において、コンプレッサインペラ１１を介して吸気口１３に連通している。

また、コンプレッサハウジング８には、ディフューザ流路１４よりもシャフト１２の径方向外側に位置する環状のコンプレッサスクロール流路１５が設けられている。コンプレッサスクロール流路１５は、不図示のエンジンの吸気口と連通するとともに、ディフューザ流路１４にも連通している。したがって、コンプレッサインペラ１１が回転すると、吸気口１３からコンプレッサハウジング８内に空気が吸気されるとともに、当該吸気された空気は、コンプレッサインペラ１１の翼間を流通する過程において遠心力の作用により増速され、ディフューザ流路１４およびコンプレッサスクロール流路１５で昇圧されてエンジンの吸気口に導かれることとなる。

タービンハウジング４には、過給機Ｃの左側に開口するとともに不図示の排気ガス浄化装置に接続される吐出口１６が形成されている。また、タービンハウジング４には、流路１７と、この流路１７よりもシャフト１２（タービンインペラ９）の径方向外側に位置する環状のタービンスクロール流路１８ａ、１８ｂとが設けられている。タービンスクロール流路１８ａ、１８ｂは、不図示のエンジンの排気マニホールドから排出される排気ガスが導かれる不図示のガス流入口と連通するとともに、上記の流路１７にも連通している。したがって、ガス流入口からタービンスクロール流路１８ａ、１８ｂに導かれた排気ガスは、流路１７およびタービンインペラ９を介して吐出口１６に導かれるとともに、その流通過程においてタービンインペラ９を回転させることとなる。

ここでは、過給機Ｃは、２つのタービンスクロール流路１８ａ、１８ｂを有する。低速域においては、２つのタービンスクロール流路１８ａ、１８ｂのうちの一方にのみ排気ガスを流入させることで、タービンインペラ９を回転させるために十分な排気ガスの圧力を確保する。

そして、上記のタービンインペラ９の回転力は、シャフト１２を介してコンプレッサインペラ１１に伝達されることとなり、コンプレッサインペラ１１の回転力によって、上記のとおりに、空気が昇圧されてエンジンの吸気口に導かれることとなる。

また、タービンインペラ９とベアリングハウジング２との隙間には、遮熱板１９が配されている。遮熱板１９は、タービンインペラ９側からベアリングハウジング２側への熱を遮断する。

図２は、図１の破線Ａ部分の抽出図である。図２に示すように、タービンハウジング４のベアリングハウジング２側には、ベアリングハウジング２が嵌合する嵌合孔４ｂが形成されている。そして、ベアリングハウジング２とタービンハウジング４は、ベアリングハウジング２がタービンハウジング４の嵌合孔４ｂに嵌合した状態で、締結機構３によって互いに締結されている。

ベアリングハウジング２においては、タービンハウジング４の嵌合孔４ｂに嵌合する部位の外周面２ｃよりタービンインペラ９側で外径が小さくなっており、その外径差から段差面２ｄ（第１接触部）が形成されている。段差面２ｄは、ベアリングハウジング２の壁面であって、シャフト１２の径方向外側においてタービンハウジング４の一部である嵌合孔４ｂの内周面に臨む。

また、タービンハウジング４のうち、嵌合孔４ｂの内周面のタービンインペラ９側には、嵌合孔４ｂの内周面に連続し、嵌合孔４ｂの内周面よりも、シャフト１２の径方向内側に突出する突出部４ｃが形成されている。

そして、タービンハウジング４の突出部４ｃのうち、ベアリングハウジング２の段差面２ｄ側の端面４ｄ（第２接触部）と、ベアリングハウジング２の段差面２ｄは、シャフト１２の径方向の位置が一部重なっている。端面４ｄは、段差面２ｄよりもシャフト１２の径方向外側まで延在する。

遮熱板１９は、環状に形成されており、タービンインペラ９に対向する対向部１９ａを有する。対向部１９ａの径方向外側には、対向部１９ａの外径側からシャフト１２の軸方向に、タービンインペラ９から離隔する方向に延在する円筒部１９ｂが形成されている。

遮熱板１９の対向部１９ａと円筒部１９ｂ、および、ベアリングハウジング２によって、空気などの気体が内包された断熱空間Ｈが形成されており、断熱空間Ｈは、遮熱板１９とともに、タービンインペラ９からベアリングハウジング２側への伝熱を抑えている。

そして、円筒部１９ｂのうち、対向部１９ａと逆側の端には、円筒部１９ｂからシャフト１２の径方向外側に向かって延在するフランジ部１９ｃ（保持部）が設けられている。フランジ部１９ｃは、シャフト１２の軸方向において段差面２ｄと端面４ｄとの間に位置して、ベアリングハウジング２の段差面２ｄと、タービンハウジング４の突出部４ｃの端面４ｄに挟持されており、ベアリングハウジング２およびタービンハウジング４を締結する締結機構３の締結力によって保持される。なお、端面４ｄと段差面２ｄについてシャフト１２の径方向の位置が重なる長さは、遮熱板１９を挟持する面の径方向長さであり、遮熱板１９の保持力が確保される範囲内において、任意である。

すなわち、遮熱板１９は、フランジ部１９ｃにおけるベアリングハウジング２側の面が、段差面２ｄに接触し、フランジ部１９ｃにおけるタービンハウジング４側の面が、端面４ｄに接触している。

図３は、比較例を説明するための説明図である。比較例において、遮熱板Ｓとベアリングハウジング２とで囲繞された断熱空間Ｈを大きくするほど、タービンインペラ９からベアリングハウジング２側への伝熱が抑えられる。しかし、単純に断熱空間Ｈを大きく確保しようとすると、円筒部Ｒｏの外径が大きくなるとともにフランジ部Ｆの径方向の幅が小さくなり、フランジ部Ｆとタービンハウジング４とのシール長さが短くなってしまう。

一方で、断熱空間Ｈは比較的圧力が低い低圧部となり易く、フランジ部１９ｃと段差面２ｄとの間を通って、締結機構３側から排気ガスが漏れ出る可能性は低くなる。そのため、フランジ部１９ｃと段差面２ｄとのシール長さは、必ずしもフランジ部１９ｃと端面４ｄとのシール長さと同じである必要はなく、両者に差があってもよい。具体的には、フランジ部１９ｃと段差面２ｄのシール長さは、フランジ部１９ｃと端面４ｄとのシール長さよりも短くて構わない。

そこで、本実施形態では、図２に示すように、段差面２ｄよりも、端面４ｄをシャフト１２の径方向外側まで延在させるとともに、フランジ部１９ｃを、端面４ｄに対して、段差面２ｄよりもシャフト１２の径方向外側まで接触させる。

フランジ部１９ｃは、円筒部１９ｂとフランジ部１９ｃの弾性力によって、端面４ｄに押圧されている。そのため、シャフト１２の径方向の位置が段差面２ｄよりも外側であって、段差面２ｄ側からフランジ部１９ｃへの押圧力がなくとも、フランジ部１９ｃと端面４ｄのシール性は確保される。ここで、フランジ部１９ｃを端面４ｄに押圧する弾性力をより大きくするため、フランジ部１９ｃを、シャフト１２の径方向外側ほど、タービンハウジング４（突出部４ｃ）側に向かうように傾斜させて形成してもよい。

こうして、フランジ部１９ｃと端面４ｄとのシール長さを確保することで、断熱空間Ｈを大きく確保しつつ、遮熱板１９による排気ガス漏洩の抑制効果および遮熱効果をともに向上することが可能となる。

また、ベアリングハウジング２においては、段差面２ｄにおけるシャフト１２の径方向外側の端部に連続して、面取り部２ｅ（離隔部）が形成されている。面取り部２ｅは、シャフト１２の径方向外側ほど、図２中、右側（シャフト１２の軸方向にタービンインペラ９から離隔する向き）に傾斜する平面となっている。

上記のように、ベアリングハウジング２は、タービンハウジング４の嵌合孔４ｂに嵌合される。このとき、面取り部２ｅを形成しておくことで、ベアリングハウジング２とタービンハウジング４の嵌合が容易となる。しかし、面取り部２ｅを形成する分だけ、段差面２ｄのシャフト１２の径方向外側の長さが短くなってしまう。

本実施形態では、段差面２ｄよりも、端面４ｄをシャフト１２の径方向外側まで延在させ、フランジ部１９ｃに、端面４ｄに対して、段差面２ｄよりもシャフト１２の径方向外側まで接触させる。そのため、面取り部２ｅを形成しても、フランジ部１９ｃと端面４ｄとのシール長さを十分に確保することが可能となる。こうして、ベアリングハウジング２とタービンハウジング４の嵌合を容易としつつ、遮熱板１９による排気ガス漏洩の抑制効果および遮熱効果をともに向上することが可能となる。

また、タービンハウジング４には、嵌合孔４ｂと端面４ｄとが連続する部分に、逃げ部４ｅが形成されている。逃げ部４ｅは、シャフト１２の径方向外側に向かって窪む部位であって、フランジ部１９ｃは、シャフト１２の径方向外側の端部が、逃げ部４ｅに臨んでいる。

遮熱板１９は、タービンインペラ９側からの熱を受けて高温となると、熱膨張によって径方向外側に伸長する。そのため、フランジ部１９ｃを、嵌合孔４ｂの内周面ぎりぎりの位置まで配してしまうと、フランジ部１９ｃが熱膨張したとき、嵌合孔４ｂの内周面に押し付けられて、遮熱板１９が変形してしまう。

逃げ部４ｅを設けることで、フランジ部１９ｃが熱膨張したとき、嵌合孔４ｂの内周面に押し付けられる事態を回避しつつ、フランジ部１９ｃと端面４ｄとのシール長さを十分に確保することが可能となる。

上述した実施形態では、第１接触部は、ベアリングハウジング２の壁面である段差面２ｄである場合について説明した。しかし、第１接触部は、ベアリングハウジング２ではなく、ベアリングハウジング２に固定された他の部材で構成されてもよい。

また、上述した実施形態では、遮熱板１９のフランジ部１９ｃは、段差面２ｄと端面４ｄに挟持される場合について説明した。しかし、遮熱板１９のフランジ部１９ｃは、段差面と端面それぞれに接触するものの、段差面と端面に挟持されていなくてもよい。

また、上述した実施形態では、ベアリングハウジング２に面取り部２ｅが形成されている場合について説明したが、ベアリングハウジング２をタービンハウジング４に嵌合する作業性が確保される範囲において、面取り部２ｅの形状や大きさは任意であり、面取り部２ｅを形成しなくてもよい。

また、上述した実施形態では、離隔部は、平面で構成される面取り部２ｅを例に挙げて説明したが、離隔部は、平面に限らず、シャフト１２の径方向外側ほど、シャフト１２の軸方向にタービンインペラ９から離隔すれば、Ｒ形状や湾曲形状であってもよい。ここで、面取り部２ｅのような面取り形状を形成する場合、簡易な機械加工を用いることができるため、加工性がよい。

また、上述した実施形態では、タービンハウジング４に逃げ部４ｅが形成されている場合について説明したが、逃げ部４ｅは必須の構成ではない。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、タービンインペラ側からベアリングハウジング側への熱を遮断する遮熱板を備える過給機に利用することができる。

Ｃ 過給機
１ 過給機本体
２ ベアリングハウジング
２ｄ 段差面（第１接触部）
２ｅ 面取り部（離隔部）
４ タービンハウジング
４ｄ 端面（第２接触部）
４ｅ 逃げ部
９ タービンインペラ
１０ 軸受
１２ シャフト
１９ 遮熱板
１９ｃ フランジ部（保持部）

Claims (3)

1. シャフトを回転自在に軸支する軸受が収容されるベアリングハウジングと、該シャフトの一端に設けられたタービンインペラが収容されるタービンハウジングとが互いに締結され、該ベアリングハウジングと該タービンハウジングとの締結力により、該タービンインペラ側から該ベアリングハウジング側への熱を遮断する遮熱板の保持部が保持される過給機であって、
   前記ベアリングハウジングには、該ベアリングハウジングの壁面もしくは該ベアリングハウジングに固定された部材で構成され、前記保持部との間にシール面を形成する第１シール部が設けられ、
   前記タービンハウジングには、前記保持部との間にシール面を形成する第２シール部が設けられ、
   前記遮熱板は、前記保持部が、前記シャフトの軸方向において、前記第１シール部と前記第２シール部との間に位置して保持され、
   前記保持部は、前記第２シール部に対して、前記第１シール部よりも前記シャフトの径方向外側まで接触しており、
   前記タービンハウジングのうち、前記保持部における前記シャフトの径方向外側の端部が臨む部位に、該シャフトの径方向外側に向かって窪む逃げ部が形成されていることを特徴とする過給機。
2. 前記ベアリングハウジングは、
   前記第１シール部における前記シャフトの径方向外側の端部に連続して形成され、該シャフトの径方向外側ほど、該シャフトの軸方向に前記タービンインペラから離隔する離隔部を有することを特徴とする請求項１に記載の過給機。
3. 前記離隔部は、平面であることを特徴とする請求項２に記載の過給機。

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