JPWO2013014743A1 - コンプレッサハウジング及び排気タービン過給機 - Google Patents
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Abstract
コンプレッサハウジング(10)は、コンプレッサインペラを囲繞するシュラウド部材(30)と、シュラウド部材(30)の内周面のうちコンプレッサインペラの外周側に位置してこれに対向する対向面(33)に設けられるシール部材(40)とを備える。シール部材(40)は、筒状をなすとともにコンプレッサインペラに対して快削性を有する材料により形成される。シール部材(40)はシュラウド部材(30)の対向面(33)に圧入されている。
Description
本発明は、排気のエネルギによってコンプレッサインペラを回転させて過給を行なう排気タービン過給機、及びコンプレッサインペラを囲繞するコンプレッサハウジングに関する。
従来、この種のコンプレッサインペラ及び排気タービン過給機としては例えば特許文献1に記載のコンプレッサインペラ及び排気タービン過給機(以下、過給機と称する)がある。
特許文献1に記載の過給機のコンプレッサハウジングは、コンプレッサインペラ(8)を囲繞するハウジング本体(9)を備えている。ハウジング本体(9)においてコンプレッサインペラ(8)のブレード(13A)の外周側に位置してこれに対向する対向面(14)には、略円筒状をなすとともにコンプレッサインペラ(8)に対して快削性を有する樹脂材料により形成されるシール部材(15)、所謂アブレーダブルシールが設けられている。
ここで、シール部材(15)の外周面には全周にわたって溝(15a)が形成されている。また、この溝(15a)に対向する対向面(14)には全周にわたって凹部(14a)が形成されている。
ハウジング本体(9)へのシール部材(15)の組み付けに際しては、溝(15a)にスナップリング(22)を嵌合させた状態で、シール部材(15)をハウジング本体(9)の対向面(14)の内周に挿入することで、スナップリング(22)を溝(15a)と凹部(14a)との双方に嵌合させる。このようにしてスナップリング(22)を介して対向面(14)に対してシール部材(15)が組み付けられることで、ハウジング本体(9)からのシール部材の抜け落ちが抑制されるようになっている。
また、従来、ハウジング本体の対向面に溶射によってシール部材を形成する技術や、射出成形によってシール部材を形成する技術がある。
ところが、特許文献1に記載されるシール部材の取付構造の場合には、ハウジング本体の対向面に対してシール部材を組み付けるためにスナップリング等が別途必要となる。
また、ハウジング本体の対向面に対して溶射によってシール部材を形成する場合や射出成形によってシール部材を形成する場合には、対向面に高温の材料を直接流し込むため、ハウジング本体が加熱されることで熱歪みが発生するおそれがある。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ハウジング本体に熱歪みを生じさせることなく、且つ別部材によることなくハウジング本体の対向面に対してシール部材を的確に取り付けることのできるコンプレッサハウジング及び排気タービン過給機を提供することにある。
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、本発明に従うコンプレッサハウジングは、コンプレッサインペラを囲繞するハウジング本体と、ハウジング本体の内周面のうちコンプレッサインペラの外周側に位置してこれに対向する対向面に設けられるシール部材であって筒状をなすとともにコンプレッサインペラに対して快削性を有する材料により形成されるシール部材とを備えるコンプレッサハウジングにおいて、シール部材はハウジング本体の前記対向面に圧入されている。
同構成によれば、シール部材はハウジング本体の対向面に圧入されることによって組み付けられているため、スナップリング等の別部材によることなくシール部材をハウジング本体に取り付けることができる。また、対向面に対して溶射によってシール部材を形成する場合や射出成形によってシール部材を形成する場合とは異なり、ハウジング本体を加熱することなくシール部材を設けることができる。従って、ハウジング本体に熱歪みを生じさせることなく、且つ別部材によることなくハウジング本体の対向面に対してシール部材を的確に取り付けることができる。
この場合、シール部材の外周面には凸部或いは凹部が形成され、ハウジング本体の前記対向面には前記凸部或いは凹部が嵌合する凹部或いは凸部が形成されてなるといった態様が好ましい。
こうした構成によれば、シール部材の外周面に形成された凸部或いは凹部と、ハウジング本体の対向面において上記凸部或いは凹部に対向する凹部或いは凸部とが互いに嵌合されるため、仮にハウジング本体の対向面とシール部材との圧接状態が緩和された場合であっても、シール部材がハウジング本体の対向面から抜け出すことを抑制することができる。
またこの場合、シール部材の前記凸部或いは凹部は、シール部材の径方向においてハウジング本体の前記対向面に圧接する圧接部よりもシール部材の圧入方向前方に位置してなるといった態様が好ましい。
こうした構成によれば、シール部材の外周面とハウジング本体の対向面との間において、シール部材の凸部或いは凹部とハウジング本体の凹部或いは凸部との嵌合位置よりも圧入方向後方がそれぞれの圧接部によってシールされる。このため、シール部材の圧入方向後方から上記嵌合位置に水等が浸入することを好適に抑制することができる。
また、ハウジング本体の前記対向面にはシール部材の圧入方向における同シール部材の位置決めを行なう位置決め部が形成されてなるといった態様が好ましい。
こうした構成によれば、ハウジング本体の対向面に対してシール部材を圧入する際に、同対向面に形成された位置決め部によってシール部材の圧入方向前方への変位が制限されるため、対向面に対するシール部材の位置決めを容易且つ的確に行なうことができる。
この場合、前記位置決め部は、ハウジング本体の前記対向面のうちシール部材との圧接部よりも同シール部材の圧入方向前方に位置する部位が内周側に向けて突出した段差部とされてなるといった態様が好ましい。
こうした構成によれば、ハウジング本体の対向面に形成された段差部にシール部材が当接することによってシール部材の圧入方向前方への変位が制限される。また、段差部とシール部材とが互いに当接することになるため、これらの間を通じて対向面とシール部材の外周面との間に水等が浸入することを好適に抑制することができる。
またこれらの場合、ハウジング本体の前記対向面は、シール部材の軸線方向において前記位置決め部のみがシール部材に接触してなるといった態様が好ましい。
こうした構成によれば、ハウジング本体の対向面に対してシール部材を圧入する際にシール部材の軸線方向において位置決め部や圧接部以外の部位はシール部材に干渉しないため、シール部材の圧入及び位置決めを的確に行なうことができる。
また、ハウジング本体の前記対向面は、シール部材の径方向において前記対向面に圧接する圧接部のみがシール部材の径方向においてシール部材に接触してなるといった態様が好ましい。
こうした構成によれば、ハウジング本体の対向面に対してシール部材を圧入する際にシール部材の径方向において圧接部以外の部位はシール部材に干渉しないため、対向面に対してシール部材の外周面を的確に圧接させることができる。
また、ハウジング本体は、コンプレッサハウジングのスクロール空間を区画する内面を有するスクロール部材と、前記スクロール空間を区画する外周面及び前記対向面を有するシュラウド部材とを含んでなるといった態様が好ましい。
また、上記発明のコンプレッサハウジングを備え、排気のエネルギによってコンプレッサインペラを回転させて過給を行なう排気タービン過給機といった構成が好ましい。
以下、図1及び図2を参照して、本発明に係るコンプレッサハウジング及び排気タービン過給機を具体化した一実施形態について詳細に説明する。
図1に、本実施形態における排気タービン過給機(以下、過給機1と略す)を構成するコンプレッサ2の断面構造を部分的に示す。
以降において、コンプレッサインペラ3の軸線方向Cにおいて図1における右側を基端側と称し、図1における左側を先端側と称する。また各部材の各部分が有する面のうち、先端側に向かう面を先端面と称し、基端側に向かう面を基端面と称することがある。
図1に示すように、過給機1のコンプレッサ2は遠心式圧縮機であり、コンプレッサインペラ3と、コンプレッサインペラ3を囲繞するコンプレッサハウジング10とを備えている。
コンプレッサハウジング10は、スクロール部材20及びシュラウド部材30からなってコンプレッサ2の筐体をなすハウジング本体11と、ハウジング本体11の内周面のうちコンプレッサインペラ3の外周側に位置して同インペラ3に対向する対向面33に設けられるシール部材40とを備えている。
スクロール部材20の内部には断面略円状且つ全体として渦巻き状のスクロール空間Sを区画する内面であるスクロール部21が形成されている。
シュラウド部材30は略円筒状をなすとともに、その外周面にはスクロール部21と共に上記スクロール空間Sを区画するスクロール部31が形成されている。
シュラウド部材30の内周面には、コンプレッサインペラ3の外周側に位置してコンプレッサインペラ3に対向する対向面33が形成されており、この対向面33の先端からはスクロール部材20の内周面を支持する延設部36が延びている。
シール部材40は略円筒状をなしており、コンプレッサインペラ3に対して快削性を有する樹脂材料によって形成されている。すなわち、シール部材40の内周面(シュラウド面)が所謂、アブレーダブルシールとして機能する。シール部材40の軸線方向Cはコンプレッサインペラ3の軸線方向Cと同一である。
ここで、図2を参照して、対向面33に対するシール部材40の固定態様について説明する。
図2に、シュラウド部材30の対向面33及びシール部材40の外周面43を中心とした拡大断面構造を示す。尚、図2(a)は、シール部材40の内周面45が切削加工される前の断面図であり、図2(b)は、シール部材40の内周面45が切削加工された後の断面図である。また、図2(a)及び図2(b)はシール部材40の内周面45の形状が異なっている点以外は同一である。
図2(a)に示すように、シュラウド部材30の対向面33には先端側から順に、先端側段差部33a、先端側拡径部33b、中央段差部33c、凹部33d、及び基端側拡径部33eが形成されている。
先端側拡径部33bは延設部36の内周面よりも拡径されており、延設部36の内周面と先端側拡径部33bとによって形成される段差が先端側段差部33aとされている。
基端側拡径部33eは内周面33の基端に位置するとともに先端側拡径部33bよりも拡径されている。
凹部33dは、シール部材40の軸線方向Cにおいて先端側拡径部33bと基端側拡径部33eとの間に位置し、基端側拡径部33eよりも更に拡径されている。先端側拡径部33bと凹部33dとによって形成される段差が中央段差部33cとされている。尚、先端側拡径部33bと中央段差部33cとの角部は面取りされている。
図2(b)に示すように、シール部材40の外周面43には先端側から順に、縮径部43b、及び縮径部43bよりも拡径された拡径部43cが形成されている。ここで、縮径部43bの外径は対向面33の先端側拡径部33bの内径よりも小さくされている。
拡径部43cには対向面33の凹部33dに嵌合可能な凸部43dと、凸部43dの基端側に位置して対向面33の基端側拡径部33eに圧接される基端側拡径部43eとが形成されている。ここで、凸部43dの最大外径は、凹部33dの内径よりも小さくされている。また、拡径部43cの外径は対向面33の基端側拡径部33eの内径よりも大きく形成されている。
さて、図2(a)、(b)に併せ示すように、シュラウド部材30の対向面33に対して基端側から先端側に向けてシール部材40を圧入することによってシール部材40が組み付けられる。
対向面33に対してシール部材40を圧入する際に、対向面33に形成された先端側段差部33aにシール部材40が当接することによってシール部材40の先端側への変位、すなわち圧入方向前方への変位が制限される。このとき、シール部材40の拡径部43cの先端面とこれに対向する対向面33の中央段差部33cの基端面との間には所定の間隙が存在している。すなわち、対向面33は、シール部材40の軸線方向Cにおいて先端側段差部33aのみがシール部材40に接触している。
またこのとき、シール部材40の凸部43dは対向面33の凹部33dに嵌合されるとともに、シール部材40の基端側拡径部43eの外周面は対向面33の基端側拡径部33eの内周面に圧接される。ここで、対向面33の凹部33dの内周面とシール部材40の凸部43dの外周面との間には所定の間隙が存在するとともに、先端側拡径部33bの内周面と縮径部43bの外周面との間には所定の間隙が存在している。すなわち、対向面33は、シール部材40の径方向Rにおいて基端側拡径部33eのみがシール部材40に接触している。
尚、対向面33に対してシール部材40を圧入した状態(図2(a)参照)から、図2(b)に示すように、シール部材40の内周面45を切削加工することによって内周面45がコンプレッサインペラ3の外周形状に沿った形状とされる。
(作用)
次に、本実施形態の作用について説明する。
次に、本実施形態の作用について説明する。
こうした過給機1では、内燃機関から排出される排気のエネルギによってタービンホイール(図示略)が回転駆動されると、タービンホイールに軸連結されたコンプレッサインペラ3が回転する。これにより、吸気が圧縮されて過給が行なわれる。
また、シール部材40はハウジング本体11(シュラウド部材30)の対向面33に圧入されることにより組み付けられているため、スナップリング等の別部材によることなくシール部材40をシュラウド部材30に取り付けることができる。また、対向面に対して溶射によってシール部材を形成する場合や射出成形によってシール部材を形成する場合とは異なり、シュラウド部材30を加熱することなくシール部材40を設けることができる。
以上説明した本実施形態に係るコンプレッサハウジング及び排気タービン過給機によれば、以下に示す作用効果が得られるようになる。
(1)シール部材40はハウジング本体11を構成するシュラウド部材30の対向面33に圧入されている。こうした構成によれば、ハウジング本体11(シュラウド部材30)に熱歪みを生じさせることなく、且つ別部材によることなくシュラウド部材30の対向面33に対してシール部材40を的確に取り付けることができる。
(2)シール部材40の外周面43には凸部43dが形成されている。また、シュラウド部材30の対向面33には凸部43dが嵌合する凹部33dが形成されている。こうした構成によれば、シール部材40の外周面43に形成された凸部43dと、シュラウド部材30の対向面33において凸部43dに対向する凹部33dとが互いに嵌合されるため、仮に、拡径部43cが基端側拡径部33eに圧接することで得られるシュラウド部材30の対向面33とシール部材40との圧接状態が緩和された場合であっても、シール部材40がシュラウド部材30の対向面33から抜け出すことを抑制することができる。
(3)シール部材40の凸部43dは、シュラウド部材30の対向面33に圧接する基端側拡径部43eよりもシール部材40の軸線方向Cにおいてシール部材40の圧入方向前方に位置している。こうした構成によれば、シール部材40の外周面43とシュラウド部材30の対向面33との間において、シール部材40の凸部43dとシュラウド部材30の凹部33dとの嵌合位置よりも圧入方向後方の部分が、基端側拡径部43eと基端側拡径部33eとが互いに圧接されることによってシールされる。このため、シール部材40の圧入方向後方から上記嵌合位置に水等が浸入することを好適に抑制することができる。
(4)シュラウド部材30の対向面33のうち基端側拡径部33eよりもシール部材40の圧入方向前方に位置する部位が内周側に向けて突出した先端側段差部33aとされている。また、この先端側段差部33aによってシール部材40の圧入方向(軸線方向C)におけるシール部材40の位置決めが行なわれる。こうした構成によれば、シュラウド部材30の対向面33に対してシール部材40を圧入する際に、同対向面33に形成された先端側段差部33aにシール部材40が当接することによってシール部材40の圧入方向前方への変位が制限される。このため、対向面33に対するシール部材40の位置決めを容易且つ的確に行なうことができる。また、先端側段差部33aとシール部材40とが互いに当接することになるため、これらの間を通じて対向面33とシール部材40の外周面43との間に水等が浸入することを好適に抑制することができる。
(5)シュラウド部材30の対向面33は、シール部材40の軸線方向Cにおいて先端側段差部33aのみがシール部材40に接触している。こうした構成によれば、シュラウド部材30の対向面33に対してシール部材40を圧入する際に軸線方向Cにおいて先端側段差部33aや基端側拡径部33e以外の部位がシール部材40に干渉しないため、シール部材40の圧入及び位置決めを的確に行なうことができる。
(6)シュラウド部材30の対向面33は、シール部材40の径方向Rにおいて基端側拡径部33eのみが同径方向Rにおいてシール部材40に接触している。こうした構成によれば、シュラウド部材30の対向面33に対してシール部材40を圧入する際にシール部材40の径方向Rにおいて基端側拡径部33e以外の部位がシール部材40に干渉しないため、対向面33に対してシール部材40の外周面43を的確に圧接させることができる。
(7)シール部材40は縮径部43bを有している。こうした構成によれば、シール部材40の体格が不要に大きくなることを抑制することができる。
(8)シュラウド部材30の対向面33の先端側拡径部33bの内周面とシール部材40の縮径部43bの外周面との間に所定の間隙が存在している。こうした構成によれば、剛性の低い縮径部43bに応力集中が生じることを的確に抑制することができる。
尚、本発明に係るコンプレッサハウジング及び排気タービン過給機は、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
・上記実施形態では、樹脂材料によって形成されるシール部材40について例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。コンプレッサインペラに対して快削性を有する材料であればコンプレッサインペラよりも脆弱な材料、例えば金属材料によってシール部材を形成するようにしてもよい。
・上記実施形態では、ハウジング本体11がスクロール部材20及びシュラウド部材30によって構成されるものについて例示したが、3つ以上の部材からハウジング本体を構成するようにしてもよい。また、ハウジング本体を1つの部材によって構成するようにしてもよい。
・上記実施形態では、対向面33の一部である先端側段差部33aが、シール部材40の圧入方向における同シール部材40の位置決めを行なう位置決め部とされている。これに代えて、位置決め部を対向面とは別部材によって具現化してもよい。
・上記実施形態のように、シール部材の圧入方向におけるシール部材の位置決めを行なう位置決め部を設けることが、対向面に対するシール部材の位置決めを容易且つ的確に行なう上では望ましい。しかしながら、他の手段によってシール部材の位置決めを的確に行なうことができるのであれば、こうした位置決め部を割愛することもできる。
・上記実施形態のように、シール部材40の軸線方向Cにおいて凸部43dを、対向面33に圧接する基端側拡径部43e(圧接部)よりもシール部材40の圧入方向前方、すなわち先端側に位置するものとすることが、基端側から凸部43d及び凹部33dの間に水等が浸入することを好適に抑制する上では望ましい。しかしながら、水等の浸入が問題とならない場合には、シール部材の軸線方向において凸部を圧接部よりも基端側に形成するようにしてもよい。
・上記実施形態では、シール部材40の外周面43に凸部43dが形成され、シュラウド部材30の対向面33に凹部33dが形成されたものについて例示したが、これに代えて、シール部材の外周面に凹部が形成され、シュラウド部材の対向面に凸部が形成されるものとしてもよい。この場合であっても、上記実施形態の作用効果(2)に準じた作用効果を奏することができる。
・上記実施形態及びその変形例のように、シール部材の外周面に凸部或いは凸部を形成するとともにハウジング本体の対向面に凹部或いは凸部を形成し、これらを互いに嵌合させるようにすることが、ハウジング本体からシール部材が抜け出すことを抑制する上では望ましい。しかしながら、このような抜け出しが問題とならない場合には、これら凸部(凹部)及び凹部(凸部)が形成されないものとしてもよい。
1…過給機、2…コンプレッサ、3…コンプレッサインペラ、10…コンプレッサハウジング、11…ハウジング本体、20…スクロール部材、21…スクロール部、30…シュラウド部材、31…スクロール部、33…対向面、33a…先端側段差部(位置決め部、段差部)、33b…先端側拡径部、33c…中央段差部、33d…凹部、33e…基端側拡径部(圧接部)、36…延設部、40…シール部材、43…外周面、43b…縮径部、43c…拡径部、43d…凸部、43e…基端側拡径部(圧接部)、44…先端部、45…内周面。
Claims (9)
- コンプレッサインペラを囲繞するハウジング本体と、ハウジング本体の内周面のうちコンプレッサインペラの外周側に位置してこれに対向する対向面に設けられるシール部材であって筒状をなすとともにコンプレッサインペラに対して快削性を有する材料により形成されるシール部材とを備えるコンプレッサハウジングにおいて、
シール部材はハウジング本体の前記対向面に圧入されてなる
ことを特徴とするコンプレッサハウジング。 - 請求項1に記載のコンプレッサハウジングにおいて、
シール部材の外周面には凸部或いは凹部が形成され、ハウジング本体の前記対向面には前記凸部或いは凹部が嵌合する凹部或いは凸部が形成されてなる
ことを特徴とするコンプレッサハウジング。 - 請求項2に記載のコンプレッサハウジングにおいて、
シール部材の前記凸部或いは凹部は、シール部材の径方向においてハウジング本体の前記対向面に圧接する圧接部よりもシール部材の圧入方向前方に位置してなる
ことを特徴とするコンプレッサハウジング。 - 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のコンプレッサハウジングにおいて、
ハウジング本体の前記対向面にはシール部材の圧入方向における同シール部材の位置決めを行なう位置決め部が形成されてなる
ことを特徴とするコンプレッサハウジング。 - 請求項4に記載のコンプレッサハウジングにおいて、
前記位置決め部は、ハウジング本体の前記対向面のうちシール部材との圧接部よりも同シール部材の圧入方向前方に位置する部位が内周側に向けて突出した段差部とされてなる
ことを特徴とするコンプレッサハウジング。 - 請求項4又は請求項5に記載のコンプレッサハウジングにおいて、
ハウジング本体の前記対向面は、シール部材の軸線方向において前記位置決め部のみがシール部材に接触してなる
ことを特徴とするコンプレッサハウジング。 - 請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載のコンプレッサハウジングにおいて、
ハウジング本体の前記対向面は、シール部材の径方向において前記対向面に圧接する圧接部のみがシール部材の径方向においてシール部材に接触してなる
ことを特徴とするコンプレッサハウジング。 - 請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載のコンプレッサハウジングにおいて、
ハウジング本体は、コンプレッサハウジングのスクロール空間を区画する内面を有するスクロール部材と、前記スクロール空間を区画する外周面及び前記対向面を有するシュラウド部材とを含んでなる
ことを特徴とするコンプレッサハウジング。 - 請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載のコンプレッサハウジングを備え、排気のエネルギによってコンプレッサインペラを回転させて過給を行なう排気タービン過給機。
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