JP6684698B2 - ターボチャージャ - Google Patents
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Description
コンプレッサホイールと、
前記コンプレッサホイールとともに回転するように構成されたタービンホイールと、
前記タービンホイールを覆うように設けられるタービンハウジングと、
前記タービンホイールの回転軸を回転可能に支持する軸受と、
前記軸受が収容される軸受ハウジングと、を備え、
前記タービンハウジング又は前記軸受ハウジングの一方は、前記回転軸の軸方向に沿って延在するように、前記タービンハウジング又は前記軸受ハウジングの他方に向かって突出するフィン部を含み、
前記タービンハウジングと前記軸受ハウジングとの間には、前記フィン部を挟んで前記回転軸の径方向の両側においてそれぞれキャビティが形成された
ことを特徴とする。
前記フィン部は、前記タービンハウジング又は前記軸受ハウジングの前記他方に接触した先端を有する。
前記ターボチャージャは、前記タービンハウジングと前記軸受ハウジングとを締結する締結部をさらに備え、
前記締結部は、前記フィン部の先端が前記タービンハウジング又は前記軸受ハウジングの前記他方に接触するように、前記タービンハウジング及び前記軸受ハウジングに対して前記軸方向の締結力を作用させるように構成される。
前記タービンハウジング又は前記軸受ハウジングの前記他方は、前記フィン部の先端を受け入れる溝を有する。
前記フィン部の前記先端は、前記溝の底面に当接している。
前記ターボチャージャは、前記溝内に設けられた断熱材をさらに備える。
前記ターボチャージャは、前記溝内に設けられた充填材をさらに備える。
前記ターボチャージャは、前記タービンホイールの背面側に設けられるバックプレートをさらに備え、
前記バックプレートは、
前記径方向における前記バックプレートの一端が前記タービンハウジングに当接し、
前記径方向における前記バックプレートの他端が前記軸受ハウジングの他方に当接する
ように前記タービンハウジング及び前記軸受ハウジング間に保持される。
また、バックプレートの両端部をそれぞれタービンハウジング及び軸受ハウジングに当接させてバックプレートの保持を行うようにしたので、バックプレートをタービンハウジングと軸受ハウジングとで挟持する場合に比べて、タービンハウジングからバックプレートを介して軸受ハウジングに伝わる熱を低減できる。
前記タービンハウジングは、前記バックプレートの前記一端を係止するための第1段差部を有し、
前記軸受ハウジングは、前記バックプレートの前記他端を係止するための第2段差部を有する。
前記バックプレートは、前記軸方向に沿った断面において、前記バックプレートの前記一端から前記他端に向かって前記径方向に対して斜めに延在する。
前記バックプレートは、
前記一端を含み、前記タービンハウジングの壁面に沿って前記軸方向に延在する第1環状部と、
前記他端を含み、前記軸受ハウジングの壁面に沿って前記軸方向に延在する第2環状部と、
前記第1環状部と前記第2環状部とを接続するように、前記第1環状部と前記第2環状部との間に設けられる中間フランジ部と、
を含む。
前記フィン部は、前記回転軸の周りに設けられる環状フィンである。
同図に示すように、ターボチャージャ10は、内燃機関(不図示)への吸気を昇圧するためのコンプレッサ20と、内燃機関の排ガスによって駆動されるタービン30を備える。
なお、タービンホイール32の背面側には、後述するバックプレート70が設けられる。
図1に示す例示的な実施形態では、タービンハウジング34のフランジ31と、軸受ハウジング50のフランジ53とがクランプ52によって締結される。他の実施形態では、クランプ52に替えて締結ボルトを用いて、タービンハウジング34のフランジ31と、軸受ハウジング50のフランジ53とが締結される。なお、両ハウジング(34,50)間の締結部を介した熱移動を抑制する観点から、タービンハウジング34のフランジ31と軸受ハウジング50のフランジ53との間に断熱材51を設けてもよい。
この場合、フィン部60が周方向に連続しており、フィン部60の先端隙間を半径方向に通過しようとするリーク流れを効果的に抑制することができる。
なお、図2〜図4に示す例示的な実施形態では、フィン部60(60A,60B)は一定の厚さを有するが、先端に向かうに従って径方向における厚さが薄くなるフィン部を用いてもよい。
また、フィン部60(60A,60B)及びその両側のキャビティ80A,80Bによりラビリンス効果が生じ、タービンハウジング34と軸受ハウジング50との間のシール性を向上させることができる。特に、上述のとおり、フィン部60(60A,60B)の先端をタービンハウジング34又は軸受ハウジング50に接触させる場合、フィン部60による高いシール効果を享受できる。
このように、タービンホイール32の背面側にバックプレート70を設けることで、バックプレート70による遮熱効果により、タービンハウジング34から軸受ハウジング50への入熱をより一層抑制できる。また、バックプレート70の両端部をそれぞれタービンハウジング34及び軸受ハウジング50に当接させてバックプレート70の保持を行うようことで、タービンハウジングと軸受ハウジングとでバックプレートを挟持する場合に比べて、タービンハウジング34からバックプレート70を介して軸受ハウジング50に伝わる熱を低減できる。
こうして、タービンハウジング34の第1段差部35と軸受ハウジング50の第2段差部54とにバックプレート70の両端部をそれぞれ係止させることで、バックプレート70を介したタービンハウジング34から軸受ハウジング50への熱伝導を抑制しながら、バックプレート70を適切に保持することができる。
上記構成のバックプレート70Aは、図2(a)及び図3に示すように、外周部74Aがタービンハウジング34の第1段差部35に当接し、内周部76Aが軸受ハウジング50の第2段差部54に当接するようになっている。こうして、円錐台形状のバックプレート70Aが、タービンハウジング34と軸受ハウジング50との間に保持される。
上記構成のバックプレート70Bは、図4(a)に示すように、タービンハウジング34と軸受ハウジング50との間に保持される。この際、バックプレート70Bの第1環状部74Bが、タービンハウジング34の壁面に沿って軸方向に延在し、タービンハウジング34の第1段差部35に当接している。一方、第2環状部76Bは、軸受ハウジング50の壁面に沿って軸方向に延在し、軸受ハウジング50の第2段差部54に当接している。
図5(a)及び図5(b)に示すように、軸受ハウジング50のフィン部60Aに対向する壁面には、フィン部60Aの先端を受け入れる溝56が形成されている。フィン部60Aの先端は、溝56の底面に当接しており、フィン部60Aによるシール性を向上させるようになっている。
溝56に断熱材58Aを設けた場合、タービンハウジング34から軸受ハウジング50への入熱を効果的に抑制することができる。断熱材58Aは、例えば常温で熱伝導率0.1W/m/K以下の断熱(遮熱)材料を用いることができ、例えば、セラミック系材料、シリカ系材料等からなる多孔質体によって形成することができる。
一方、溝56に充填材58Bを設けた場合、フィン部60Aと溝56との隙間を介した排気ガスのリークを充填材58Bによって阻止し、シール性を向上させることができる。
なお、断熱材58Aと充填材58Bとを同一部材によって兼用してもよい。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
15A,15B ラジアル軸受
16 スラスト軸受
18 オイルディフレクタ
20 コンプレッサ
22 コンプレッサホイール
24 コンプレッサハウジング
26 入口部
30 タービン
31 フランジ
32 タービンホイール
33 回転軸
34 タービンハウジング
35 第1段差部
50 軸受ハウジング
51 断熱材
52 締結部材
54 第2段差部
56 溝
58A 断熱材
58B 充填材
60,60A,60B フィン部
70,70A,70B バックプレート
72 開口
74A 外周部
76A 内周部
74B 第1環状部
76B 第2環状部
78B 中間フランジ部
80A,80B キャビティ
Claims (10)
- コンプレッサホイールと、
前記コンプレッサホイールとともに回転するように構成されたタービンホイールと、
前記タービンホイールを覆うように設けられるタービンハウジングと、
前記タービンホイールの回転軸を回転可能に支持する軸受と、
前記軸受が収容される軸受ハウジングと、を備え、
前記タービンハウジング又は前記軸受ハウジングの一方は、前記回転軸の軸方向に沿って延在するように、前記タービンハウジング又は前記軸受ハウジングの他方に向かって突出するフィン部を含み、
前記タービンハウジングと前記軸受ハウジングとの間には、前記フィン部を挟んで前記回転軸の径方向の両側においてそれぞれキャビティが形成され、
前記フィン部の径方向外側において、前記タービンハウジングは第1フランジを有し、
前記フィン部の径方向外側において、前記軸受ハウジングは第2フランジを有し、
前記タービンハウジングの前記第1フランジと前記軸受ハウジングの前記第2フランジとを締結する締結部と、
前記第1フランジと前記第2フランジとの間に設けられるフランジ断熱材と、
をさらに備え、
前記締結部は、前記フィン部の先端が前記タービンハウジング又は前記軸受ハウジングの前記他方に接触するように、前記タービンハウジング及び前記軸受ハウジングに対して前記軸方向の締結力を作用させるように構成され、
前記タービンホイールの背面側に設けられるバックプレートをさらに備え、
前記バックプレートは、
前記径方向における前記バックプレートの一端が前記タービンハウジングに当接し、
前記径方向における前記バックプレートの他端が前記軸受ハウジングの他方に当接する
ように前記タービンハウジング及び前記軸受ハウジング間に保持された
ことを特徴とするターボチャージャ。 - 前記フィン部は、前記タービンハウジング又は前記軸受ハウジングの前記他方に接触した先端を有す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。
- 前記タービンハウジング又は前記軸受ハウジングの前記他方は、前記フィン部の先端を受け入れる溝を有することを特徴とする請求項1又は2に記載のターボチャージャ。
- 前記フィン部の前記先端は、前記溝の底面に当接していることを特徴とする請求項3に記載のターボチャージャ。
- 前記溝内に設けられた断熱材をさらに備えることを特徴とする請求項3又は4に記載のターボチャージャ。
- 前記溝内に設けられた充填材をさらに備えることを特徴とする請求項3乃至5の何れか一項に記載のターボチャージャ。
- 前記タービンハウジングは、前記バックプレートの前記一端を係止するための第1段差部を有し、
前記軸受ハウジングは、前記バックプレートの前記他端を係止するための第2段差部を有する
ことを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載のターボチャージャ。 - 前記バックプレートは、前記軸方向に沿った断面において、前記バックプレートの前記一端から前記他端に向かって前記径方向に対して斜めに延在することを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載のターボチャージャ。
- 前記バックプレートは、
前記一端を含み、前記タービンハウジングの壁面に沿って前記軸方向に延在する第1環状部と、
前記他端を含み、前記軸受ハウジングの壁面に沿って前記軸方向に延在する第2環状部と、
前記第1環状部と前記第2環状部とを接続するように、前記第1環状部と前記第2環状部との間に設けられる中間フランジ部と、
を含むことを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載のターボチャージャ。 - 前記フィン部は、前記回転軸の周りに設けられる環状フィンであることを特徴とする請求項1乃至9の何れか一項に記載のターボチャージャ。
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