JPH02215931A

JPH02215931A - 過給機

Info

Publication number: JPH02215931A
Application number: JP3710389A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Okamura; 一男岡村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1989-02-15
Filing date: 1989-02-15
Publication date: 1990-08-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、過給機に関し、特に、遠心式のインペラ翼車
を備えた過給機に関する。

（従来の技術）近年、例えば、自動車等の内燃機関においては、低燃費
化と高出力化といった相反する要求を満たすことが求め
られており、こうした要求に応える有効な方法の１つと
して、吸入空気を圧縮してシリンダに供給するいわゆる
過給がある。過給は、エンジン出力の一部によってコン
プレッサを駆動するスーパーチャージャーや排気エネル
ギーの一部によってコンプレッサを駆動するターボチャ
ージャーがあり、本発明に係る過給機は上記スーパーチ
ャージャーおよびターボチャージャーを総称するもので
ある。

第１４図は一例としてターボチャージャーを示す図で、
実開昭５７−１７１１０１号公報に記載されていたもの
である。第１４図において、このターボチャージャーは
、排気エネルギーを受けて回転するタービン翼車１の回
転力を回転軸２によってインペラ翼車３に伝え、このイ
ンペラ翼車３の遠心力により吸入空気を加速、圧縮した
あと図外のシリンダに供給するように構成するとともに
、回転軸２内の軸方向に空気孔４を設け、この空気孔４
の一端をインペラ翼車３の後面側に他端をタービン翼車
１の後面側に連通させて構成している。

この構成によれば、空気孔４両端の圧力差によりインペ
ラ翼車３で圧縮された空気が空気孔４を通過してタービ
ン翼車１の後面側に導かれる結果、回転軸２を介して軸
受部の冷却やタービン翼車１後面へのカーボン等の侵入
を防止できるといった効果が得られる。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このような従来の過給機にあっては、回
転軸の冷却やタービン翼車後面へのカーボン等の侵入防
止といった面の効果は期待できるものの、インペラ翼車
に対しては充分な冷却効果が得られるとは言い難かった
。

すなわち、従来例の冷却空気は圧縮後の空気であり、こ
の圧縮空気の温度は圧縮の程度に相当して高いものであ
るから、この圧縮空気に晒されるインペラ翼車の材質を
決定する際には、上記圧縮空気の温度に耐える材質にし
なければならない。

例えば、インペラ翼車の材料に慣性質量が小さく応答性
に優れた樹脂を採用（近年、この採用要求が強い）しよ
うとした場合に、インペラ翼車に働く遠心応力の最大作
用部位（通常インペラ翼車の後面で回転軸回り付近）に
おいて圧縮空気の温度以下に抑えることが困難となり耐
久性を確保することができなかった。

ここで、インペラ翼車の材料としてアルミ材（例えばＣ
３５５”）を考えると、このＣ３５５の常温での引張強
度は３２．３ｋｇ　ｆ　／龍２であるが、１５０℃の１
０００時間ラブチャ強度は２３．１ｋｇ　ｆ　／　ａｍ
”と低下し、さらに、２００℃になると引張強度でさえ
１１．５ｋｔｆ／、、ｔと一段と低下する。これは、常
温に対しておよそ１／３の強度低下である。一方、こう
した温度上昇に伴う強度の低下は、樹脂の場合には一層
深刻なものとなり、例えば、１００℃以下に冷却できな
いと樹脂の使用は不可能であった。

そこで、本発明は、圧縮前の空気を用いて、特にインペ
ラ翼車の遠心応力の最大作用部位を冷却することにより
、比較的に材料温度の低い樹脂をインペラ翼車の材料に
使用できるようにして応答性に優れた過給機を提供する
ことを目的としている。

（課題を解決するための手段）本発明による過給機は上記目的達成のため、インペラ翼
車の前後面間を貫通して該インペラ翼車を支持する回転
軸を備えた過給機において、前記回転軸のインペラ翼車
前面から軸端までの長さを所定の長さに設定するととも
に、軸端開放でかつ軸方向に連続する軸内通路を該回転
軸内に形成し、該軸内通路は、前記インペラ翼車の後面
付近にて軸の略半径方向に曲げられ、さらに、回転軸外
周とインペラ翼車との間に形成された軸外通路に連絡し
、該軸外通路をインペラ翼車の前面付近に開放させたこ
とを特徴としている。

（作用）本発明では、軸内通路の開放端と軸外通路の開放端との
間の静圧差により両道路内に圧縮前の比較的低温の吸入
空気が流れる。したがって、両道路に接した各部、すな
わち回転軸やインペラ翼車などが低温の吸入空気によっ
て効果的に冷却され、特に、インペラ翼車の遠心応力の
最大作用部位が冷却される結果、インペラ翼車の材質と
して樹脂を用いることが可能となり、応答性の向上が図
られる。

（実施例）以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１〜５図は本発明に係る過給機の第１実施例を示す図
である。

第１〜４図において、１０はインペラ翼車であり、イン
ペラ翼車ｌＯはインペラディスク部１１に多数のインペ
ラ翼１２を一体成形したもので、材質としては、例えば
樹脂を用いている。１３はインペラ翼車１０の前面１０
ａと後面１０ｂとの間を貫通する回転軸で、回転軸１３
の図示を省略した一端（図中右側）は、ターボチャージ
ャーの場合図外のタービン翼車を支持している。なお、
スーパーチャージャーの場合エンジンの駆動軸に連結さ
れている。１３ａは回転軸１３の軸端であり、インペラ
翼車１０の前面ＩＱａからこの軸端１３ａまでの回転軸
１３の長さしは、後述する所定の条件が満足される程度
に長目に設定されている。１４は回転軸１３内に形成さ
れた軸内通路で、この軸内通路１４は軸端１３ａで開放
しかつ軸方向に連続して形成されるとともに、インペラ
翼車１０の後面１０ｂ付近で軸の略半径方向に放射状に
分岐する複数（本実施例では４本）の経路に沿って曲げ
られている。１５は回転軸１３の外周面に形成された軸
方向に連続する複数本（本実施例では４本）の溝状の軸
外通路で、各々の軸外通路１５は上記軸内通路１４の分
岐経路に連絡するとともに、インペラ翼車ｌＯの前面１
０ａ付近に開放している。

なお、１６はシュラウドであり、また、クロスハツチン
グで示した部分りは、遠心応力の最大作用部位である。

このような構成において、タービン翼車の駆動力によっ
てインペラ翼車ｌＯが高速回転すると、吸入空気はイン
ペラ翼１２に沿って加速される。第５図は加速中におけ
る回転軸１３の軸端１３ａから離れたａ点、回転軸１３
の軸端１３ａ付近のｂ点およびインペラ翼車１０の前面
１０ａ付近の０点での空気圧力をそれぞれ示す図である
。この図において、８〜０点の全圧ｐ、、ｐｂ、ｐｃは
、はぼ等しい。すなわち大気圧に相当している。また、
ａ”−ｃ点の流速は、インペラ翼車ｌＯの前面１０ａ付
近が最も高い。これは、インペラ翼１２に沿って高速気
流が発生しているからである。したがって、ａ”−ｃ点
の各静圧は、全圧からその点の動圧を引いた値で与えら
れるから、ａ点において、Ｐ、（すなわち大気圧）、ｂ
点において、となり、ｂ点と０点との間には、＜ＶＣ）に応じた静圧差（ΔＰ）なる、ちなみに、ｖｃは通常１００るから、標準状態の空気の比重ｒとすれば、０点における動圧は、流速の差（ｖｂが生じることとｍ　／　ｓ程度であを１．２３ｋｇ／ｍ３となり、この６．２８ｘｌＯ−”　（ｋｇ　ｆ　／ａＪ
）を大気圧と０点との間の静圧差とみなしても差しつか
えない。

すなわち、この場合ではΔＰ　＝６．２８ｘｌＯ−”　
（ｋｇｆ／−）といった圧力差が、回転軸１３の軸端１
３ａとインペラ翼車１０の前面１０ａとの間に作用し、
これにより、軸内通路１４および軸外通路１５内に空気
が導入されるのである。そして導入された吸入空気は圧
縮前であって温度は外気温相当であるから充分に低く、
その結果、回転軸１３やインペラディスク部１１を冷却
することができ、特に、インペラディスク部１１の遠心
応力の最大作用部位り付近を充分に冷却することができ
る。したがって、インペラ翼車１０に比較的に材料温度
の低い樹脂を用いることができるのである。なお、上記
静圧差ΔＰを所望の大きさにするためにはｂ−ｃ点間距
離（上述のし）を適当な長さに設定すればよい。さらに
、上記静圧差ΔＰの大きさを決定するに際し、軸内通路
１４および軸外通路１５内の圧力損失を考慮すべきこと
は当然のことである。

上記第１実施例では、軸外通路１５を回転軸１３の外周
面に軸方向に沿って形成しているが、これに限るもので
はなく、例えば第６〜９図に本発明に係る過給機の第２
実施例を示すように、インペラディスク部ｌｌ側に軸方
向に沿って複数本（例えば４本）の直線溝２０を形成し
、この直線溝２０を軸外通路としてもよいし、あるいは
、第１Ｏ〜１３図に本発明に係る過給機の第３実施例を
示すように、回転軸１３の外周に螺旋溝３０を形成し、
この螺旋溝３０を軸外通路としてもよい、特に、第２実
施例は、回転軸１３の外径寸法が小さい場合に有効であ
り、また、第３実施例は、螺旋溝３０の回転によって一
種のポンプ作用が得られ冷却空気の導入を促進すること
ができるので好ましいものとなる。

（効果）本発明によれば、圧縮前の空気を用いて、特にインペラ
翼車の遠心応力の最大作用部位を充分に冷却することが
できる。したがって、比較的に材料温度の低い樹脂をイ
ンペラ翼車に使用することができ、応答性に優れた過給
機を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜５図は本発明に係る過給機の第１実施例を示す図
であり、第１図はその要部構成を示す断面図、第２図は
第１図の１−１矢視断面図、第３図は第１図のｎ−ｎ矢
視断面図、第４図は第１図の■−■矢視断面図、第５図
はその各点の空気圧を示す図である。第６〜９図は本発明に係る過給機の第２実施例を示す図
であり、第６図はその要部構成を示す断面図、第７図は
第６図のＩＶ−ｆＶ矢視断面図、第８図は第６図のＶ−
Ｖ矢視断面図、第９図は第６図のＶｌ−ＶＩ矢視断面図
である。第１０〜１３図は本発明に係る過給機の第３実施例を示
す図であり、第１０図はその要部構成を示す断面図、第
１１図は第１Ｏ図の■−■矢視断面図、第１２図は第１
０図の■−■矢視断面図、第１３図は第１０図のＩＸ−
ＩＸ矢視断面図である。第１４図は従来の過給機を示すその断面図である。１０・・・・・・インペラ翼車、１０ａ・・・・・・前面、１０ｂ・・・・・・後面、１３・・・・・・回転軸、１３ａ・・・・・・軸端、１４・・・・・・軸内通路、１５・・・・・・軸外通路、２０・・・・・・直線溝（軸外通路）、３０・・・・・
・螺旋溝（軸外通路）。

Claims

【特許請求の範囲】

インペラ翼車の前後面間を貫通して該インペラ翼車を支
持する回転軸を備えた過給機において、前記回転軸のイ
ンペラ翼車前面から軸端までの長さを所定の長さに設定
するとともに、軸端開放でかつ軸方向に連続する軸内通
路を該回転軸内に形成し、該軸内通路は、前記インペラ
翼車の後面付近にて軸の略半径方向に曲げられ、さらに
、回転軸外周とインペラ翼車との間に形成された軸外通
路に連絡し、該軸外通路をインペラ翼車の前面付近に開
放させたことを特徴とする過給機。