JPH0343454B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はターボチヤージヤのハウジング構
造、詳しくは、タービンホイールを包囲するシユ
ラウドをタービンハウジングから離間させてセン
タハウジングにより位置決めして設け、タービン
ハウジングの熱歪によりシユラウドとタービンホ
イールとのクリアランスが変化することを防止す
るハウジング構造に関する。

（従来の技術） ターボチヤージヤは、特公昭38−7653号公報に
記載されているように、コンプレツサハウジング
とタービンハウジングとをセンタハウジングを介
し接合し、コンプレツサハウジングに収容された
コンプレツサインペラとタービンハウジングに収
容されたタービンホイールとをセンタハウジング
に支持されたシヤフトによつて連結する。このよ
うなターボチヤージヤは、一般に、排気熱の影響
による高温下で作動するため、各ハウジング等を
耐熱材で構成し、また、シヤフトを支持するセン
タハウジングを冷却してシヤフトの焼付を防止す
る。しかしながら、このようなターボチヤージヤ
にあつては、タービンハウジングとセンタハウジ
ングとが大きな面積で直接に接触するためセンタ
ハウジングへの伝熱量が大きく、また、センタハ
ウジングとタービンハウジングとの組立に比較的
大きな公差が許容されるためタービンハウジング
とタービンホイールとの間のクリアランスの正確
な管理が困難であるという欠点があつた。

そこで、本出願人にあつては、特願昭61−
124996号明細書（昭和61年５月30日付提出）等に
おいて、タービンハウジングに該タービンハウジ
ングとセンタハウジングとの間でベースプレート
を嵌着するとともに、このベースプレートにター
ビンハウジング内でのトツププレートを固設して
タービンホイールを包囲し、このタービンホイー
ルに排気を導いてタービンホイールを駆動するタ
ーボチヤージヤを提案している。この先願にかか
るターボチヤージヤは、ベースプレートによつて
センタハウジングへの伝熱を阻止し、また、ター
ビンホイールの外周にトツププレートを同心状に
配置してトツププレートの外周のクリアランス
（ノズル部）をタービンホイールとの間に形成し、
タービンホイールの外周のクリアランスを正確に
管理する。

（この発明が解決しようとする問題点） しかしながら、この先願にかかるターボチヤー
ジヤにあつては、ベースプレートがタービンハウ
ジングに嵌着してベースプレートの外周面がター
ビンハウジングの内周面に適切に密着しているた
め、排気熱によりタービンハウジングが熱歪を生
じると、この熱歪によりベースプレートも歪を生
じ、このベースプレートの歪に影響されてタービ
ンホイールとトツププレートとの同心度が狂うと
いう欠点があつた。すなわち、タービンハウジン
グは、一般に、排気に旋回流を生じさせる螺旋状
のスクロール通路および該スクロール通路に接線
方向を指向して開口する排気の導入口が形成され
て非対称形状を有するため、その熱歪も局部的に
大きく、ベースプレートの歪による同心度の狂い
も大きなものであつた。この結果、タービンホイ
ールとノズル部を形成するトツププレートとの干
渉やタービンホイールの周囲から漏洩する排気量
も増大し、タービン効率を低下させる原因となつ
ていた。

この発明は、上記欠点を鑑みてなされたもの
で、タービンハウジングの熱歪によつてトツププ
レートとタービンホイールとの同心度が狂うこと
を防止したターボチヤージヤのハウジング構造を
提供し、タービンホイールの干渉やタービン効率
の低下を防止することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） この発明にかかるターボチヤージヤのハウジン
グ構造は、コンプレツサインペラが収容されたコ
ンプレツサハウジングとタービンホイールが収容
されたタービンハウジングとをセンタハウジング
を介し接合するとともに、前記タービンハウジン
グ内に前記タービンハウジングとは別部材、かつ
固定ベーンおよび可動ベーンからなる可変ノズル
が環状に配設されたシユラウドを配置して該シユ
ラウドによりタービンホイールを包囲し、該ター
ビンホイールと前記コンプレツサインペラとを前
記センタハウジングに支持されたシヤフトによつ
て連結するターボチヤージヤにおいて、 前記シユラウドおよび前記センタハウジングに
それぞれ嵌合してセンタハウジングと前記シユラ
ウドとの位置を決定する位置合せ部を設けるとと
もに、このシユラウドとタービンハウジングとの
間に径方向に隙間を設けたことを特徴とする。

（作用） この発明にかかるターボチヤージヤのハウジン
グ構造によれば、シユラウドは比較的一定の温度
を維持するセンタハウジングに位置合せ部により
位置決めされて支持されるため、これらシユラウ
ドとタービンホイールとの相対位置がタービンハ
ウジング等の温度によつて影響を受けることも無
い。したがつて、タービンホイールの外周のシユ
ラウドとの間のクリアランスをタービンハウジン
グの熱歪の有無にかかわり無く略一定に保持で
き、タービンホイールの干渉あるいは外周のクリ
アランスを経て漏洩する排気量が増大することも
無く、タービン効率の低下を防止できる。さら
に、タービンハウジングとシユラウドとの間には
径方向に〓間があるため、タービンハウジングが
熱歪を生じてもこのタービンハウジングの熱歪は
隙間により吸収されてシユラウドに歪を生じさせ
ることはない。したがつて、タービンハウジング
の歪の有無にかかわりなくタービンホイールの周
囲のクリアランスが一定に維持され、タービンハ
ウジングの熱歪によつてタービンホイールの干渉
やタービン効率が低下することを防止でき、ま
た、タービンハウジングの剛性をそれ程確保する
必要がなく軽量化を図ることができる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

第１図から第３図はこの発明の一実施例にかか
るターボチヤージヤを表し、第１図が全体の縦断
面図、第２図が第１図の−矢視断面図、第３
図が要部拡大断面図である。

図中、１１は後述するコンプレツサインペラを
回転自在に収容したコンプレツサハウジング、１
２は後述するタービンホイールを回転自在に収容
したタービンハウジング、１３はコンプレツサイ
ンペラとタービンホイールとを連結するシヤフト
を支持したセンタハウジングであり、コンプレツ
サケーシング１１とタービンハウジング１２とは
センタハウジング１３を間に一体的に接合されて
いる。コンプレツサハウジング１１には、図中左
方の開口端に背板１４がボルト１５と取付板１６
とによつて固定され、内部に軸方向通路１７およ
びスクロール通路１８が画成されている。背板１
４はボルト１９によつてセンタハウジング１３と
結合されている。軸方向通路１７は図中左端部が
スクロール通路１８の中心部と連通し、これら通
路１７，１８の連通する部分にシヤフト２０の図
中右端に取り付けられたコンプレツサインペラ２
１が回転自在に収容されている。軸方向通路１７
はは図中右端に吸気を導入する吸気導入口１７ａ
が開口し、また、スクロール通路１８は上方に図
外のエンジンの燃焼室に連絡された吸気導出口
（図示せず）が開口している。

センタハウジング１３には内部に２つの軸受部
２２，２３が形成され、これら軸受部２２，２３
に形成された軸受孔２２ａ，２３ａにそれぞれフ
ロートベアリング２４，２５を介してシヤフト２
０が回転自在に支持されている。シヤフト２０
は、図中右端が背板１４をブツシユ２６を介して
回転自在に貫通してコンプレツサインペラ２１と
結合され、図中左端がタービンホイールに結合さ
れている。なお、２７はワツシヤ、２８はカラ
ー、２９はスラストベアリングであり、これらが
シヤフト２０の段部とブツシユ２６との間に介装
されている。

センタハウジング１３には、また、前記軸受部
２２，２３の上方にフロートベアリング２４，２
５へ潤滑油を供給する給油通路３０が、軸受部２
２，２３の下方に潤滑油を排出する排油通路３１
として機能する空孔３１（排油通路３１と同一符
号を付す）が形成されている。給油通路３０は、
上端が開口した導入孔３０ａと、該導入孔３０ａ
の下端に連通し図中右端がスラストベアリング２
９との摺接面に開口した横孔３０ｂと、該横孔３
０ｂに連通してそれぞれが前記軸受孔２２ａ，２
３ａの周面に開口した２つの分配孔３０ｃ，３０
ｄと、から構成されている。導入孔３０ａは上端
開口が図外のオイルポンプ等の潤滑油供給源に連
絡され、また、空孔３１は下端の開口がオイルパ
ン等に連絡されている。これら給油通路３０およ
び排油通路３１は、潤滑油供給源から供給される
潤滑油をベアリング２４，２５，２９に導いて潤
滑とともに冷却を行い、この後、この潤滑油をオ
イルパン等へ還流させて回収する。なお、３２は
給油通路３０および排油通路３１のタービンハウ
ジング１２側に形成された冷却水のウオータジヤ
ケツトであり、このウオータジヤケツト３２は下
部に注水口が上部に排水口が開口している。この
ウオータジヤケツト３２は、タービンハウジング
１２からの伝熱を阻止し、また、ヒートソークバ
ツク時に冷却水を蒸発させてその気化熱で軸受部
２２，２３を冷却する。

タービンハウジング１２は、スタツドボルト３
３が螺着され、このスタツドボルト３３にナツト
３４により締結された取付板３５によつてセンタ
ハウジング１３に固定されている。このタービン
ハウジング１２は、図中右方の開口端がタービン
ハウジング１２とセンタハウジング１３との間に
外周縁を挟着されたベーン保持部材（シユラウ
ド）３６により閉止され、また、ベーン保持部材
３６にボルト３７によつて固定されたトツププレ
ート（シユラウド）３８が内周部に嵌合してい
る。タービンハウジング１２には、内部にスクロ
ール通路３９と出口通路４０とが画成され、ま
た、スクロール通路３９に接線方向を指向して開
口する排気導入口３９ａおよび出口通路４０の左
端に開口する排気排出口４０ａが形成されてい
る。スクロール通路３９の中央部と出口通路４０
の右端部とは連通し、これら通路３９，４０が連
通する部分にシヤフト２０の左端部に固設された
タービンホイール４１が回転自在に配置されてい
る。

トツププレート３８は、タービンハウジング１
２の出口通路４０の内端部にシールリング４２を
介して嵌入した円筒部３８ａと、該円筒部３８ａ
の外周の軸方向中央部から径方向に一体に延出し
た円板部３８ｂとから構成されている。円筒部３
８ａ内には前述したタービンホイール４１が外周
に所定のクリアランスをもつて回転自在に配置さ
れ、また、円板部３８ｂはスクロール通路３９を
外周路３９ｂと内周路３９ｃとに区画している。
このトツププレート３８は、円板部３８ｂとター
ビンハウジング１２の内壁との間および円筒部３
８ａとタービンハウジング１２の内周壁との間に
それぞれ微少のクリアランスをもつて配置され、
タービンハウジング１２側から円板部３８ｂ、ベ
ーン保持部材３６および後述する遮熱板を貫通し
てベーン保持部材３６に螺合した前述のボルト３
７によつてベーン保持部材３６に固定されてい
る。なお、ボルト３７は、センタハウジング１３
側の端部が遮熱板のセンタハウジング１３側端部
に溶接されて緩みが防止される。

ベーン保持部材３６は、シヤフト２０が回転自
在に貫通した円板部３６ａと、該円板部３６ａの
外周部から軸線方向にトツププレート３８側に向
かつて一体に延出した翼状の４つの固定ベーン４
３とから構成されている。円板部３６ａには、外
周にフランジ３６ｂが、また、センタハウジング
１３側端部に環のボス（位置合せ部）３６ｃが一
体に形成されている。第３図に詳示するように、
フランジ３６ｂは前述のようにタービンハウジン
グ１２とセンタハウジング１３との間に挟着さ
れ、また、ボス３６ｃはセンタハウジング１３の
タービンハウジング１３側端面に形成された位置
合せ孔（位置合せ部）１３ａに嵌入している。こ
のボス３６ｃは、外周部が位置合せ孔１３ａの内
周部と嵌合し、また、フランジ３６ｂのセンタ−
ハウジング側端面が対応するセンタ−ハウジング
に当接している。さらに、このボス３６ｃには内
周部に遮熱板４４が嵌着され、この遮熱板４４と
円板部３６ａとの間に断熱層４４ａを形成してい
る。遮熱板４４は溶接によつてベーン保持部材３
６に固定されている。このベーン保持部材３６
は、円板部３６ａの外周壁およびフランジ３６ｂ
の外周壁とタービンハウジング１２の内周壁との
間にそれぞれクリアランス５９ａ，５９ｂを有
し、ボス３６ｃがセンタハウジング１３の位置合
せ孔１３ａに嵌合して同心度および軸方向の位置
決めされる。なお、第１図中、６０ａはセンタハ
ウジング１３とベーン保持部材３６との回転方向
の位置合せ用のノツクピン、同様に、６０ｂはベ
ーン保持部材３６とトツププレート３８との位置
合せ用のノツクピンである。

固定ベーン４３は、第２図に示すように、部分
円弧状を成し、タービンホイール４１と同心状に
回転方向等間隔に配設されている。これら固定ベ
ーン４３の間には、それぞれ、部分円弧状の４つ
の可動ベーン４５が配置され、これら固定ベーン
４３と可動ベーン４５とによつてそれぞれスクロ
ール通路３９の外周路３９ｂと内周路３９ｃとの
間に４つの可変絞り４６が構成されている。可動
ベーン４５は、それぞれベーン保持部材３６の円
板部３６ａに形成された孔３６ｂを回転自在に貫
通したピン４７に一端が固設され、ピン４７の回
動にともない傾斜して可変絞り４６の流路面積
（開度）を変更する。

ピン４７は、センタハウジング１３側に突出し
た端部が図示しないリンク機構を介してアクチユ
エータに接続され、このアクチユエータにより駆
動される。このリンク機構等は、本出願人が先に
提出した特願昭61−125000号明細書等に詳細に記
載されているため、以下の説明は省略する。

なお、４８は外周縁が遮熱板４４の内周端とセ
ンタハウジング１３の外周壁との間に挟着された
円板状のシールド板、４９はタービンハウジング
１２に螺着した取付用のスタツドボルトであり、
シールド板４８は前述した遮熱板４４とともに排
気熱のセンタハウジング１３への伝熱を阻止す
る。

次に、本実施例の作用を説明する。

このターボチヤージヤは、エンジンの回転速度
が比較的小さく排気の流量も少ない場合、可動ベ
ーン４５が第２図に示すように位置して可変絞り
４６を最小開度とする。このため、排気導入口３
９ａから導入された排気は、スクロール通路３９
の外周路３９ｂから可変絞り４６を経て加速され
て内周路３９ｃ内に流入し、内周路３９ｃ内で旋
回弁を生じてタービンホイール４１を駆動する。
したがつて、コンプレツサインペラ２１が高速で
回転されて吸入を加圧し、エンジンの低速運転時
の過給効果が確保される。

また、エンジンの回転速度が増大して排気の流
量も多くなつた場合には、エンジンの回転速度に
応じ可動ベーン４５が中心方向へ駆動され可変絞
り４６の開度が増大する。このため、排気の流動
抵抗も小さくなり、エンジンの排気背圧を小さく
することができる。そして、前述のように、ター
ビンホイール４１が排気により駆動され、コンプ
レツサインペラ２１が吸気を加圧して過給を行
う。

一方、このターボチヤージヤは、スクロール通
路３９等を流れる排気の熱によりタービンハウジ
ング１２が加熱されてタービンハウジング１２等
が熱膨張を生じるが、ベーン保持部材３６はボス
３６ｃがセンタハウジング１３の位置合せ孔１３
ａに嵌合してセンタハウジング１３を基準に位置
が決定されているため、ベーン保持部材３６およ
び該ベーン保持部材３６に固定されるトツププレ
ート３８がタービンハウジング１２等の熱膨張の
影響を受けることは無く、タービンハウジング１
２等が加熱される運転時にトツププレート３８と
タービンホイール４１との間のクリアランスを一
定に保つことができる。すなわち、センタハウジ
ング１３は潤滑油および冷却水により冷却されて
運転時にも低温状態（約300［℃］以下）を維持
するため、センタハウジング１３の熱膨張（熱
歪）は微少であり、このセンタハウジング１３に
シヤフト２０によつて支持されるタービンホイー
ル４１とセンタハウジング１３にベーン保持部材
３６によつて位置合せされたトツププレート３８
との間のクリアランスが変化することはほとんど
無い。したがつて、トツププレート３８とタービ
ンホイール４１との間のクリアランスの増大によ
る漏洩する排気量の増大、また、クリアランスの
減少によるタービンホイール４１とトツププレー
ト３８との干渉が生じることも無く、タービン効
率を低下させること無くまた芯ずれによるタービ
ンホイールの干渉も無く高い信頼性が得られる。

さらに、このターボチヤージヤにあつては、セ
ンタハウジング１３は非対称形状であるため加熱
時に熱歪が局部的に大きくなるが、ベーン保存部
材３６の外周面とタービンハウジング１２との間
にはクリアランス５９ａ，５９ｂが、また、トツ
ププレート３８とタービンハウジング１２との間
にもクリアランスがあるため、これらクリアラン
ス５９ａ，５９ｂによりタービンハウジング１２
の熱歪が吸収され、このタービンハウジング１２
の熱歪により影響されてトツププレート３８およ
びベーン保持部材３６が歪を生じることは無い。
この事は可動ベーン４５を熱歪に影響されること
なく確実に作動することができる。したがつて、
トツププレート３８とタービンホイール４１との
間のクリアランスはタービンハウジング１２の局
部的な熱歪によつても影響されず、前述のよう
に、タービン効率の低下とともにタービンホイー
ル４１のトツププレート３８との干渉が防止でき
る。さらに可動ベーン４５とベーン保持部材３６
あるいはトツププレート３８とのクリアランスも
熱的影響を受けず、可動ベーン４５の最挟時の排
気ガスリークを最小限に抑える等タービン効率の
低下も防止できる。

なお、述した実施例では、ボス３８ｃを位置合
せ孔１３ａに嵌合させてベーン保持部材３６とセ
ンタハウジング１３との位置合せを行うが、セン
タハウジング１３に遮熱板４４を溶接等で固着
し、もしくはコンプレツサーー側に見られる様な
ヒートインシユレーターを組み込み、この遮熱板
４４をベーン保持部材３６に嵌合させて位置合せ
を行うこともできることは言うまでも無く、ま
た、ノツクピン等を位置合せ部として用いて位置
合せができることも言うまでも無い。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明にかかるターボ
チヤージヤのハウジング構造によれば、シユラウ
ドとタービンハウジングとの間にクリアランスを
設けるとともにシユラウドをセンタハウジングを
基準に位置合せするため、タービンハウジングの
温度にかかわり無くタービンホイールとシユラウ
ドとの間のクリアランスを一定に保持でき、この
クリアランスの変化に起因したタービン効率の低
下およびタービンホイールのシユラウドへの干渉
が防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は本発明の一実施例にかかる
ターボチヤージヤのハウジング構造を示し、第１
図が縦断面図、第２図が第１図の−矢視断面
図、第３図が要部拡大断面図である。 １１…コンプレツサハウジング、１２…タービ
ンハウジング、１３…センタハウジング、１３ａ
…位置合せ孔（位置合せ部）、２０…シヤフト、
２１…コンプレツサインペラ、３６…ベーン保持
部材（シユラウド）、３６ｃ…ボス（位置合せ
部）、３８…スクロール通路、４０…出口通路、
４１…タービンホイール、４３…固定ベーン、４
４…遮熱板、５９ａ，５９ｂ…クリアランス、６
０ａ，６０ｂ…ノツクピン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コンプレツサインペラが収容されたコンプレ
   ツサハウジングとタービンホイールが収容された
   タービンハウジングとをセンタハウジングを介し
   接合するとともに、前記タービンハウジング内に
   前記タービンハウジングとは別部材、かつ固定ベ
   ーンおよび可動ベーンからなる可変ノズルが環状
   に配設されたシユラウドを配置して該シユラウド
   によりタービンホイールを包囲し、該タービンホ
   イールと前記コンプレツサインペラとを前記セン
   タハウジングに支持されたシヤフトによつて連結
   するターボチヤージヤにおいて、 前記シユラウドおよび前記センタハウジングに
   それぞれ嵌合してセンタハウジングと前記シユラ
   ウドとの位置を決定する位置合せ部を設けるとと
   もに、このシユラウドとタービンハウジングとの
   間に径方向の〓間を設けたことを特徴とするター
   ボチヤージヤのハウジング構造。