JP6322121B2 - ターボチャージャ用のコンプレッサ構造 - Google Patents

Description

本発明は、ターボチャージャ用のコンプレッサ構造に関する。

自動車等のエンジンルームに搭載されるターボチャージャは、コンプレッサにおいて吸入した空気を圧縮して内燃機関へ向かって吐出するよう構成されている。すなわち、コンプレッサハウジングの内側に形成された空気流路には、インペラから吐出された圧縮空気が流れ込むスクロール室があり、該スクロール室は圧縮空気を吐出ポートへ導き、吐出ポートから圧縮空気を内燃機関側へ吐出するよう構成されている。

特許第４７７８０９７号公報

近年、自動車等のエンジンルームは小型化・狭小化している。そのため、ターボチャージャをエンジンルーム内に設置する際には、限られた空間内に搭載する必要がある。これに伴って、コンプレッサハウジングの吐出ポートの形状が複雑になる傾向がある。そして、かかる複雑な形状に対応するには、コンプレッサハウジングを重力鋳造や低圧鋳造により成形することが考えられる。これらの方法では、いわゆる中子を用いて鋳造を行うことができるため、形状自由度が高く、複雑な形状にも対応することができる。しかしながら、鋳造サイクルが長いため生産性が悪く、コストも高い。また、砂型等を用いると面粗度が大きくなるため、コンプレッサの効率が低下してしまうという問題もある。

これに対し、コンプレッサハウジングをダイキャストにより成形する方法がある。この場合には、重力鋳造や低圧鋳造に比べて鋳造サイクルが短いため生産性が良く、コストも安い。しかしながら、型抜き可能な形状（アンダーカットのない形状）でなければ成形することができないため、形状自由度が低く、複雑な形状に対応することができない。そこで、特許文献１に開示されているように、３つのピース、すなわち、スクロールピースとシュラウドピースと外周環状ピースとを互いに組み付けることにより構成したコンプレッサハウジングがある。これにより、各ピースをダイキャストによって成形しやすい形状としつつ、コンプレッサハウジングのスクロール室の形状自由度を確保している。

しかしながら、特許文献１に記載のコンプレッサハウジングには開示されていないが、従来、吐出ポートはスクロール室から周方向に延びるように設けられたり、スクロール室からロータシャフトの軸方向に対して傾斜する方向に屈曲する中間部を介して設けられたりしている。したがって、吐出ポートを有するスクロールピースを、ダイキャストによって成形するには、中子を利用する必要があったり、スクロール室を成形するダイキャスト型と吐出ポートを形成するダイキャスト型とを別に用意するとともに、型抜き時には両ダイキャスト型を異なる方向に引き抜く必要があったりする。そのため、製造コストが高くなるという問題がある。これに対して、コンプレッサハウジングを構成する各ピースをさらに分割することにより、型抜きを容易にすることも考えられるが、この場合には、部品点数が増えるとともに組み立て工程が煩雑となり、製造コストの増加を招くおそれがあるという問題が生じる。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、製造コストの低減が図られるターボチャージャ用のコンプレッサ構造を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、インペラを収容可能に構成されているとともに、上記インペラに向けて空気を吸い込む吸気口と、上記インペラの外周側において周方向に形成されるとともに、上記インペラから吐き出された空気を流通させるスクロール室と、該スクロール室を流通する空気を外部に排出する吐出ポートと、該吐出ポートと上記スクロール室とを連通させる中間部とを有する、ターボチャージャ用のコンプレッサ構造において、
互いに別部材として形成されたスクロールピース、シュラウドピース及びシールプレートを軸方向に組み付けてなり、
上記スクロールピースは、軸方向に貫通形成される上記吸気口と、該吸気口の外周側において、上記スクロール室における吸気側の壁面を構成する吸気側壁面と、軸方向に貫通形成されるとともに吸気側の端部が上記吐出ポートを構成する貫通部と、上記吸気側壁面から軸方向に対して平行となるように吸気側に屈曲して延設されて上記吐出ポートに滑らかに繋がるとともに上記中間部の内壁面の一部を構成する第１中間壁面とを有し、
上記シュラウドピースは、上記吸気口内に圧入される筒状のシュラウド圧入部と、上記スクロール室における内周側の壁面を構成する内周側壁面と、上記インペラに対向するシュラウド面と、該シュラウド面から上記スクロール室に向かって延びるディフューザ面とを有し
上記シールプレートは、上記スクロール室における外周側の壁面を構成する外周側壁面と、上記貫通部に軸方向に挿入されるように吸気側に突出形成された突出部とを有し、
上記突出部には、上記外周側壁面から軸方向に対して平行となるように吸気側に屈曲して延設されるとともに上記第１中間壁面と対向して上記中間部の内壁面の一部を構成する第２中間壁面が形成されていることを特徴とするターボチャージャ用のコンプレッサ構造にある。

上記ターボチャージャ用のコンプレッサ構造は、スクロールピース、シュラウドピース及びシールプレートが互いに軸方向に組み付けられる。スクロールピースには軸方向に貫通する貫通部が形成されており、該貫通部の吸気側の端部が吐出ポートを構成している。そして、吐出ポートには、スクロール室を形成する吸気側壁面から軸方向に屈曲するように延設された第１中間壁面が滑らかに繋がっている。さらに、貫通部には、シールプレートにおいて組み付け方向と一致する軸方向に突出形成された突出部が挿入されている。突出部には、第１中間壁面に対向する第２中間壁面が形成されている。第１中間壁面及び第２中間壁面が吐出ポートとスクロール室とを連通させる中間部の内壁面を形成している。

これにより、当該吐出ポートを形成するスクロールピース及びシールプレートに、挿入方向、すなわち、軸方向において、型抜き可能な形状（アンダーカットのない形状）とすることができる。そのため、スクロールピースを、重力鋳造や低圧鋳造に替えて、ダイキャストにより成形することができ、製造コストの低減を図ることができる。また、スクロール室を成形するダイキャスト型と吐出ポートを形成するダイキャスト型とを別に用意する必要がないことからも、製造コストの低減を図ることができる。

以上のごとく、本発明によれば、製造コストの低減が図られるターボチャージャ用のコンプレッサ構造を提供することができる。

実施例１におけるコンプレッサ構造の上面。 図１におけるII-II線位置断面図。 図１におけるIII-III線位置断面図。 実施例１におけるコンプレッサ構造の分解斜視図。 実施例１におけるコンプレッサ構造の分解斜視図。

上記ターボチャージャ用のコンプレッサ構造において「周方向」とは上記インペラの回転方向、「軸方向」とは上記インペラの回転軸の方向をいうものとする。また、「吸気側」とは、吸気口の開口側をいい、コンプレッサ構造に収納されるインペラの回転軸となるロータシャフトの軸方向において、コンプレッサ構造側をいうものとする。「吸気側の反対側」には、ロータシャフトを軸受けするセンターハウジングが位置することとなる。

上記第１中間壁面と上記第２中間壁面とは、上記中間部における流路方向に垂直な断面において互いに半円弧状に形成されるとともに、上記断面において上記中間部の内壁面が円形状となるように互い対向していることとすることができる。これにより、中間部は軸方向の断面が略円形となって、軸方向に延びるように形成されることとなる。

（実施例１）
上記ターボチャージャ用のコンプレッサ構造１の実施例につき、図１〜図５を用いて説明する。
図１、図２に示すように、ターボチャージャ用のコンプレッサ構造１は、インペラ１０を収容可能に構成されており、吸気口１１と、スクロール室１２と、吐出ポート１３とを有するとともに、図３に示すように、中間部１４を有する。
吸気口１１は、インペラ１０に向けて空気を吸い込む。
スクロール室１２は、インペラ１０の外周側において周方向に形成されるとともに、インペラ１０から吐き出された空気を流通させる。
吐出ポート１３は、スクロール室１２を流通する空気を外部に排出する。
中間部１４は、図３に示すように、吐出ポート１３とスクロール室１２とを連通させる。
図４、図５に示すように、コンプレッサ構造１は、互いに別部材として形成されたスクロールピース２０、シュラウドピース３０及びシールプレート４０を軸方向に組み付けてなる。

スクロールピース２０は、図１〜図３に示すように、吸気口１１、吸気側壁面２１、貫通部２２及び第１中間壁面２３を有する。
吸気口１１は、軸方向Ｙに貫通形成されている。
吸気側壁面２１は、スクロール室１２における吸気側Ｙ１の壁面を構成している。
貫通部２２は、軸方向Ｙに貫通形成されるとともに、吸気側Ｙ１の端部が吐出ポート１３を構成している。
第１中間壁面２３は、吸気側壁面２１から軸方向Ｙに対して平行となるように屈曲して延設されており、吐出ポート１３に滑らかに繋がっている。換言すると、第１中間壁面２３は、図３に示すように、軸方向Ｙとの平行な平面上において吸気側壁面２１から吸気側Ｙ１に屈曲するように延設されて、吐出ポート１３に滑らかに繋がっている。そして、第１中間壁面２３は、中間部１４の内壁面１４ａの一部を構成している。

シュラウドピース３０は、図２に示すように、シュラウド圧入部３１、内周側壁面３２、シュラウド面３３及びディフューザ面３４を有する。
シュラウド圧入部３１は、筒状に形成され、吸気口１１内に圧入される。
内周側壁面３２は、スクロール室１２における内周側の壁面を構成している。
シュラウド面３３は、インペラ１０に対向している。
ディフューザ面３４は、シュラウド面３３からスクロール室１２に向かって延びている。

シールプレート４０は、図３に示すように、外周側壁面４１と、突出部４２とを有する。
外周側壁面４１は、スクロール室１２における外周側の壁面を構成している。
突出部４２は、貫通部２２に軸方向Ｙに挿入されるように吸気側Ｙ１に突出形成されている。そして、突出部４２には、第１中間壁面２３と対向して中間部１４の内壁面１４ａの一部を構成する第２中間壁面４３が形成されている。第２中間壁面４３は、外周側壁面４１から軸方向Ｙに対して平行となるように吸気側Ｙ１に屈曲して延設されている。換言すると、第２中間壁面４３は、図３に示すように軸方向Ｙとの平行な平面上において外周側壁面４１から吸気側Ｙ１に屈曲するように延設されている。

コンプレッサ構造１の組み立て態様は以下の通りである。
まず、スクロールピース２０にシュラウドピース３０を組み付け、コンプレッサハウジング２（図２参照）を形成する。図示しないセンターハウジングに図示しない軸回り部品を組み付けた後、シールプレート４０をセンターハウジングに組み付ける。その後、インペラ１０、ロータシャフト１５が取り付けられたタービンインペラ（図示せず）を組み付ける。センターハウジングに取り付けたシールプレート４０にコンプレッサハウジング２を、吐出ポート１３の位相を合わせながら組み付ける。これにより、コンプレッサ構造１が完成する。

すなわち、スクロールピース２０、シュラウドピース３０及びシールプレート４０は、図４及び図５に示すように、軸方向Ｙに沿って組み付けられることとなる。図３に示すように、吸気側壁面２１、内周側壁面３２及び外周側壁面４１により、インペラ１０の外側に周方向にスクロール室１２が形成される。

そして、これとともに、突出部４２が貫通部２２に挿入される。図４、図５に示すように、貫通部２２は軸方向Ｙに沿って略円筒状に延びる円筒部２２ａにより形成されている。円筒部２２ａの吸気側Ｙ１の端部は円形に開口しており、吐出ポート１３を形成している。円筒部２２ａの吸気側Ｙ１の反対であるＹ２側の端部近傍は、中心Ｃ側が切り欠かれている。貫通部２２の内側には、図３に示すように、第１中間壁面２３が形成されている。第１中間壁面２３は、吐出ポート１３から吸気側壁面２１に滑らかに繋がるように、吐出ポート１３の開口方向（軸方向Ｙ）から、スクロール室１２の形成方向（軸方向Ｙに直交する周方向）に屈曲している。

突出部４２は、図４、図５に示すように、吸気側Ｙ１に突出しており、突出部４２の外周面４２１は軸方向Ｙに平行な面となっている。図３に示すように、外周面４２１は、貫通部２２を形成する円筒部２２ａの内壁に沿う形状となっている。突出部４２の内側には、第２中間壁面４３が形成されている。第２中間壁面４３は、吸気側Ｙ１の端部から外周側壁面４１に滑らかに繋がるように、軸方向Ｙから、軸方向Ｙに直交する周方向に屈曲している。

突出部４２が貫通部２２に挿入されることにより、第１中間壁面２３と第２中間壁面４３とが対向して、スクロール室１２と吐出ポート１３を連通する中間部１４の内壁面１４ａが形成される。第１中間壁面２３と第２中間壁面４３とは、中間部１４の流路方向に垂直な断面において互いに半円弧状となっており、両者が互いに対向配置されることにより、流路方向に垂直な断面において中間部１４の内壁面１４ａが略円形状に形成される。これにより、中間部１４が管状に形成されることとなる。

中間部１４は、図３に示すように、第１中間壁面２３及び第２中間壁面４３が上述のごとき形状をなしていることにより、中間部１４における吸気側Ｙ１の先端部４２ａにおいて、吐出ポート１３と連通しており、中間部１４の基部（吸気側Ｙ１と反対側Ｙ２の端部）４２ａにおいて、周方向に形成されたスクロール室１２と連通している。そして、中間部１４は、吐出ポート１３からスクロール室１２に滑らかに繋がるように、吐出ポート１３の開口方向（軸方向Ｙ）から、スクロール室１２の形成方向（軸方向Ｙに直交する周方向）に屈曲している。

吐出ポート１３には、スクロール室１２から吐出された圧縮空気を内燃機関に送る配管（図示せず）が接続されている。なお、当該配管と吐出ポート１３との間に変形可能な材料からなる継手が介在していてもよい。

図３に示すように、スクロールピース２０の外周には、スクロールピース２０の全域を周方向に囲む外周部２４が形成されている。外周部２４の吸気側Ｙ１と反対側Ｙ２の端面である外周端面２４ａは平面となっている。
一方、シールプレート４０の外縁には外周方向に突出したフランジ部４４が形成されている。フランジ部４４の吸気側Ｙ１の面は平面状のシール面４４ａとなっている。スクロールピース２０とシールプレート４０との組み付け状態において、外周端面２４ａとシール面４４ａとが密接されて両者の間がシールされている。

シュラウドピース３０には、図２に示すように、シュラウド圧入部３１内に、吸気口１１と連通する吸気通路３５が形成されている。また、シュラウドピース３０におけるディフューザ面３４の反対側（吸気側Ｙ１）の面は、軸方向Ｙにおいて、スクロールピース２０に対向する対向面３６となっている。一方、スクロールピース２０には、図２に示すように、シュラウドピース３０の対向面３６を軸方向Ｙに当接させる当接部２９が形成されている。そして、シュラウドピース３０は、対向面３６をスクロールピース２０の当接部２９に対して軸方向Ｙに当接させることにより、シュラウドピース３０の軸方向Ｙの位置決めがなされている。

次に、本例のコンプレッサ構造１における作用効果について、詳述する。
本例のコンプレッサ構造１によれば、スクロールピース２０、シュラウドピース３０及びシールプレート４０が互いに軸方向Ｙに組み付けられる。スクロールピース２０には軸方向Ｙに貫通する貫通部２２が形成されており、貫通部２２の吸気側Ｙ１の端部が吐出ポート１３を構成している。そして、吐出ポート１３には、スクロール室１２を形成する吸気側壁面２１から軸方向Ｙに屈曲するように延設された第１中間壁面２３が滑らかに繋がっている。さらに、貫通部２２には、シールプレート４０において組み付け方向と一致する軸方向Ｙに突出形成された突出部４２が挿入されている。突出部４２には、第１中間壁面２３に対向する第２中間壁面４３が形成されている。第１中間壁面２３及び第２中間壁４３面が吐出ポート１３とスクロール室１２とを連通させる中間部１４の内壁面１４ａを形成している。

これにより、吐出ポート１３を形成するスクロールピース２０及びシールプレート４０に、挿入方向、すなわち、軸方向Ｙにおいて、型抜き可能な形状（アンダーカットのない形状）とすることができる。そのため、スクロールピース２０を、重力鋳造や低圧鋳造に替えて、ダイキャストにより成形することができ、製造コストの低減を図ることができる。また、スクロール室１２を成形するダイキャスト型と吐出ポート１３を形成するダイキャスト型とを別に用意する必要がないことからも、製造コストの低減を図ることができる。また、従来に比べて、部品点数が増えるものではなく、組み立て工程が煩雑化することもないため、製造コストが増加することもない。

また、本例では、第１中間壁面２３と第２中間壁面４３とは、流路方向に垂直な断面において互いに半円弧状に形成されるとともに、中間部１４の内壁面１４ａが円形状となるように互い対向している。これにより、吐出ポート１３は流路方向に垂直な断面が略円形となって、軸方向Ｙに延びるように管状に形成されることとなるため、吐出ポート１３において圧縮空気の流通が阻害されることを抑制できる。

本例では、スクロールピース２０及びシールプレート４０はいずれもアルミダイキャスト製である。両者の材質が同一であるため、両者の熱膨張係数が一致することから、両者のシール部（外周端面２３ａ及びシール面４４ａ）に隙間が生じにくく、コンプレッサハウジング２の気密性を高めることができる。

以上のごとく、本例によれば、製造コストの低減が図られるターボチャージャ用のコンプレッサ構造１を提供することができる。

１ コンプレッサ構造
１０ インペラ
１１ 吸気口
１２ スクロール室
１３ 吐出ポート
１４ 中間部
２０ スクロールピース
２１ 吸気側壁面
２２ 貫通部
２３ 第１中間壁面
２４ 外周部
３０ シュラウドピース
３１ シュラウド圧入部
３２ 内周側壁面
３３ シュラウド面
３４ ディフューザ面
４０ シールプレート
４１ 外周側壁面
４２ 突出部
４３ 第２中間壁面

Claims (2)

1. インペラを収容可能に構成されているとともに、上記インペラに向けて空気を吸い込む吸気口と、上記インペラの外周側において周方向に形成されるとともに、上記インペラから吐き出された空気を流通させるスクロール室と、該スクロール室を流通する空気を外部に排出する吐出ポートと、該吐出ポートと上記スクロール室とを連通させる中間部とを有する、ターボチャージャ用のコンプレッサ構造において、
   互いに別部材として形成されたスクロールピース、シュラウドピース及びシールプレートを軸方向に組み付けてなり、
   上記スクロールピースは、軸方向に貫通形成される上記吸気口と、該吸気口の外周側において、上記スクロール室における吸気側の壁面を構成する吸気側壁面と、軸方向に貫通形成されるとともに吸気側の端部が上記吐出ポートを構成する貫通部と、上記吸気側壁面から軸方向に対して平行となるように吸気側に屈曲して延設されて上記吐出ポートに滑らかに繋がるとともに上記中間部の内壁面の一部を構成する第１中間壁面とを有し、
   上記シュラウドピースは、上記吸気口内に圧入される筒状のシュラウド圧入部と、上記スクロール室における内周側の壁面を構成する内周側壁面と、上記インペラに対向するシュラウド面と、該シュラウド面から上記スクロール室に向かって延びるディフューザ面とを有し
   上記シールプレートは、上記スクロール室における外周側の壁面を構成する外周側壁面と、上記貫通部に軸方向に挿入されるように吸気側に突出形成された突出部とを有し、
   上記突出部には、上記外周側壁面から軸方向に対して平行となるように吸気側に屈曲して延設されるとともに上記第１中間壁面と対向して上記中間部の内壁面の一部を構成する第２中間壁面が形成されていることを特徴とするターボチャージャ用のコンプレッサ構造。
2. 上記第１中間壁面と上記第２中間壁面とは、上記中間部における流路方向に垂直な断面において互いに半円弧状に形成されるとともに、上記断面において上記中間部の内壁面が円形状となるように互い対向していることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ用のコンプレッサ構造。

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