JPWO2015190356A1 - 過給機 - Google Patents
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Abstract
過給機は、内部空間(S1)が形成されたタービンハウジング(4)と、タービンハウジング(4)に設けられた軸受部(22)と、少なくとも一端が軸受部(22)よりもタービンハウジング(4)の内側に突出した状態で軸受孔22aに回転自在に挿通されたシャフト(23)と、シャフト(23)に固定され、内部空間(S1)に開口する流路を開閉するバルブ(16)と、を備える。軸受部(22)は、タービンハウジング(4)の内壁から突出する突出部(22b)を有する。突出部(22b)の径孔22dは、軸受部(22)の外周面(22c)から軸受孔(22a)までシャフト(23)の径方向に軸受部(22)を貫通している。
Description
本発明は、ハウジングの内部空間に開口する流路を開閉するバルブを備える過給機に関する。
従来、一端にタービンインペラが設けられ他端にコンプレッサインペラが設けられた回転軸が、ベアリングハウジングに回転自在に保持された過給機が知られている。こうした過給機をエンジンに接続し、エンジンから排出される排気ガスによってタービンインペラを回転させるとともに、このタービンインペラの回転によって、回転軸を介してコンプレッサインペラを回転させる。こうして、過給機は、コンプレッサインペラの回転に伴い空気を圧縮してエンジンに送出する。
特許文献1に記載の過給機はバイパス流路を備えている。バイパス流路は、排気ガスの一部を、タービンインペラに通じるタービンスクロール流路を介さずに、タービンハウジングからタービンインペラの下流に流す。すなわち、排気ガスの一部はバイパス流路を経由することで、タービンスクロール流路およびタービンインペラをバイパスする。このバイパス流路は、バルブによって開閉される。バルブはタービンハウジング内に設けられ、シャフトに連結されている。シャフトは、タービンハウジングに設置された軸受部によって回転可能に支持されている。軸受部は、タービンハウジングの内外を貫通するようにタービンハウジングに設置されている。このように、アクチュエータの動力によってシャフトが回転すると、シャフトと一体となってバルブが作動し、このバルブの作動によってバイパス流路が開閉される。
上記のように、過給機のハウジングに軸受部が設けられ、シャフトが軸受部によって回転可能に支持されている場合、排気脈動などの影響により、シャフトがその軸方向に振動し、その結果、騒音が生じる可能性がある。
本発明の目的は、バルブを作動させるシャフトの振動および振動による異音を抑制することが可能な過給機を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明の一態様は過給機であって、内部空間が内部に形成されたハウジングと、ハウジングに設けられ、ハウジングの内部空間とハウジングの外部との間を貫通する軸受孔が形成された軸受部と、少なくとも一端が軸受部よりもハウジングの内側に突出した状態で軸受孔に回転自在に支持されるシャフトと、シャフトに固定され、シャフトの回転に伴って内部空間に開口する流路を開閉するバルブと、を備え、軸受部は、内部空間に面するハウジングの内壁から突出する突出部を有し、突出部には、軸受部の外周面から軸受孔までシャフトの径方向に貫通する径孔が形成されていることを要旨とする。
径孔の貫通方向に直交する径孔の断面積は、軸受孔を形成する軸受部の内周面とシャフトの外周面との間に形成される間隙におけるシャフトの径方向の断面積よりも大きくてもよい。
径孔は、径孔の貫通方向に延伸する延長線と、バルブの可動軌跡範囲とが交差しない位置に設けられていてもよい。
軸受部は円筒状に形成され、径孔は、軸受部の周方向に間隔を隔てて複数設けられており、径孔間の間隔は不均等であってもよい。
本発明によれば、バルブを作動させるシャフトの振動および振動による異音を抑制することが可能となる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
図1は、過給機Cの概略断面図である。以下では、図1に示す矢印Lを過給機Cの左側を示す方向とし、矢印Rを過給機Cの右側を示す方向として説明する。図1に示すように、過給機Cは、過給機本体1を備える。この過給機本体1は、ベアリングハウジング2と、ベアリングハウジング2の左側に締結機構3によって連結されるタービンハウジング4と、ベアリングハウジング2の右側に締結ボルト5によって連結されるコンプレッサハウジング6と、を有する。これらは一体化されている。
ベアリングハウジング2のタービンハウジング4近傍の外周面には、突起2aが設けられている。突起2aは、ベアリングハウジング2の径方向に突出している。また、タービンハウジング4のベアリングハウジング2近傍の外周面には、突起4aが設けられている。突起4aは、タービンハウジング4の径方向に突出している。ベアリングハウジング2とタービンハウジング4は、突起2a、4aを締結機構3によってバンド締結して固定される。締結機構3は、突起2a、4aを挟持する締結バンド(例えばGカップリング)で構成される。
ベアリングハウジング2には、過給機Cの左右方向に貫通する貫通孔2bが形成されている。貫通孔2bには、回転軸7が回転自在に支持されている。回転軸7の左端部にはタービンインペラ8が一体的に固定されている。タービンインペラ8は、タービンハウジング4内に回転自在に収容されている。また、回転軸7の右端部にはコンプレッサインペラ9が一体的に固定されている。コンプレッサインペラ9は、コンプレッサハウジング6内に回転自在に収容されている。
コンプレッサハウジング6には吸気口10が形成されている。吸気口10は、過給機Cの右側に開口し、エアクリーナ(図示せず)に接続する。また、締結ボルト5によってベアリングハウジング2とコンプレッサハウジング6とが連結された状態では、両ハウジング2、6の、互いに対向する対向面が、空気を圧縮して昇圧するディフューザ流路11を形成する。ディフューザ流路11は、回転軸7(コンプレッサインペラ9)の径方向内側から外側に向けて環状に形成されている。ディフューザ流路11は、径方向内側において、コンプレッサインペラ9を介して吸気口10に連通している。
また、コンプレッサハウジング6にはコンプレッサスクロール流路12が設けられている。コンプレッサスクロール流路12は環状に形成され、ディフューザ流路11よりも回転軸7(コンプレッサインペラ9)の径方向外側に位置する。コンプレッサスクロール流路12は、エンジンの吸気口(図示せず)に連通している。また、コンプレッサスクロール流路12は、ディフューザ流路11にも連通している。したがって、コンプレッサインペラ9が回転すると、空気は、吸気口10からコンプレッサハウジング6内に吸引され、ディフューザ流路11およびコンプレッサスクロール流路12で昇圧されてエンジンの吸気口に導かれる。
タービンハウジング4には吐出口13が形成されている。吐出口13は、過給機Cの左側に開口し、排気ガス浄化装置(図示せず)に接続する。タービンハウジング4は、吐出口13を一端として含む内部空間S1を有する。内部空間S1には、後述するバルブ16が配されている。また、タービンハウジング4には、内部流路14と、タービンスクロール流路15とが設けられている。タービンスクロール流路15は環状に形成され、内部流路14よりも回転軸7(タービンインペラ8)の径方向外側に位置する。タービンスクロール流路15は、エンジンの排気マニホールド(図示せず)から排出される排気ガスが導かれるガス流入口17(図2(b)参照)に連通する。また、タービンスクロール流路15は、内部流路14にも連通している。したがって、排気ガスは、ガス流入口17からタービンスクロール流路15に導かれ、内部流路14、タービンインペラ8、および、内部空間S1を介して吐出口13に導かれる。この流通過程において、排気ガスはタービンインペラ8を回転させる。タービンインペラ8の回転力は、回転軸7を介してコンプレッサインペラ9に伝達され、これによりコンプレッサインペラ9は回転する。空気は、このコンプレッサインペラ9の回転力によって昇圧され、エンジンの吸気口に導かれる。
図2(a)及び図2(b)は、タービンハウジング4の外観図である。図2(a)は、タービンハウジング4の吐出口13を正面から見た図である。図2(b)は、タービンハウジング4の側面図である。図2(b)において、ガス流入口17は、タービンハウジング4の大凡下側に開口している。ガス流入口17からタービンスクロール流路15に連通する流路は、タービンスクロール流路15より上流側で分岐している。また、図1に示すように、吐出口13を含む内部空間S1を形成するタービンハウジング4の壁面(内壁)には、この分岐した流路であるバイパス流路18(流路)の出口端18aが形成されている。
排気ガスはガス流入口17から流入し、その一部は、バイパス流路18を介して、タービンインペラ8の下流にある内部空間S1に流出することができる。即ち、排気ガスの一部は、タービンインペラ8やタービンスクロール流路15をバイパスすることができる。
バルブ16は、出口端18aの内径よりも外径の大きい弁体によって構成されている。バルブ16は、バイパス流路18の出口端18aの周囲に形成されたシート面18b(図1参照)に当接することでバイパス流路18を閉じ、シート面18bから離隔することでバイパス流路18を開く。
図2(b)に示すアクチュエータロッド19は、タービンハウジング4の外部に配されている。アクチュエータロッド19の一端は、アクチュエータ(図示せず)に固定されており、アクチュエータロッド19はアクチュエータの動力によって軸方向に作動する。アクチュエータロッド19の他端は、アクチュエータロッド19の軸方向に直交する方向に突出するピンロッド21に固定されている。
リンク板20は、板部材によって構成されている。リンク板20の一端には、リンク孔20aが形成されている。リンク板20のリンク孔20aには、ピンロッド21が、回転自在に挿通(支持)されている。即ち、ピンロッド21は、アクチュエータロッド19に固定され、且つ、リンク板20に回転自在に支持されている。
そのため、図2(b)に示すように、アクチュエータロッド19が、矢印aが示す向きに作動すると、リンク板20は、矢印bが示す向きに揺動する。一方、アクチュエータロッド19が、矢印cが示す向きに作動すると、リンク板20は、矢印dの向きに揺動する。
また、図2(a)に示すように、タービンハウジング4にはハウジング孔4bが形成されている。ハウジング孔4bは、タービンハウジング4の外部(タービンハウジング4のアクチュエータロッド19側)と、タービンハウジング4の内部空間S1との間を貫通する。ハウジング孔4bには、軸受部22が圧入されている。
軸受部22は、円筒状の部材で構成されている。軸受部22は、その一端から他端まで貫通する軸受孔22aを有する。軸受孔22aには、シャフト23が挿通される。また、軸受部22の一端は、内部空間S1を形成するタービンハウジング4の内壁から突出する突出部22bとなっている。軸受部22の他端は、タービンハウジング4の外部に突出している。即ち、軸受部22の一端は内部空間S1に位置し、軸受部22の他端はタービンハウジング4の外部に位置している。
このように、軸受部22の一端がタービンハウジング4の内部空間S1に突出し、軸受部22の他端がタービンハウジング4の外部に突出している。即ち、軸受部22の軸受孔22aは、タービンハウジング4の内部(内部空間S1)とタービンハウジング4の外部との間を貫通している。
上述の通り、シャフト23は軸受部22の軸受孔22aに挿通され、軸受部22によって回転自在に支持されている。シャフト23の一端は、軸受部22よりもタービンハウジング4の内部空間S1側に突出している。即ち、シャフト23は、その一端が内部空間S1に位置した状態で、軸受孔22aに回転自在に支持されている。また、シャフト23の他端は、軸受部22よりも、タービンハウジング4の外側に突出している。シャフト23の他端は、リンク板20の中心近傍に設けられた固定孔20bに挿通された状態で、リンク板20に溶接されている。
取付板24は板部材によって構成され、バルブ16とシャフト23とを連結する。取付板24の一端側にはバルブ16が設けられ、取付板24の他端側にはシャフト23が溶接されている。取付板24とバルブ16の連結構造、および取付板24とシャフト23の連結構造については後に詳述する。
取付板24によって、バルブ16は、シャフト23と共にシャフト23の回転方向に一体回転する。その結果、アクチュエータロッド19が、軸方向(図2(b)中、矢印a、cが示す向き)に作動すると、取付板24の揺動(図2(b)中、矢印b、dが示す向き)に伴って、シャフト23が回転する。そして、シャフト23の回転によって、バルブ16がバイパス流路18の出口端18aを開閉する。
図3(a)〜図3(c)は、取付板24を説明するための図である。図3(a)は、取付板24の斜視図である。図3(b)は、取付板24の側面図である。図3(c)は、取付板24の上面図である。
図3(a)〜図3(c)に示すように、取付板24は、本体部24aと、本体部24aの一端に形成された円筒状の円筒部24bとを有する。円筒部24bには挿通孔24cが設けられ、挿通孔24cにはシャフト23が挿通される。円筒部24bには、露出孔24dが形成されている。露出孔24dは、挿通孔24cの径方向に延伸し、円筒部24bの外部から挿通孔24cに貫通する。挿通孔24cにシャフト23が挿通されると、露出孔24dからシャフト23の一部が露出する。シャフト23が挿通孔24cに挿通された状態で、露出孔24dから、取付板24の円筒部24bがシャフト23に溶接される。
取付板24の本体部24aには本体孔24eが設けられている。本体孔24eは、挿通孔24cの中心軸方向に直交する方向に本体部24aを貫通している。取付板24とバルブ16は、この本体孔24eを介して連結される。
図4は、取付板24へのバルブ16の連結構造を説明するための図であり、取付板24とバルブ16が連結された状態で、取付板24を側面から見た図である。図4に示すように、バルブ16の本体部16aには、突起部16bが形成されている。突起部16bは、シート面18bと当接する当接面16cの反対側から、当接面16cの面方向と直交する方向に突出する。なお、突起部16bは、本体部16aと一体形成されてもよいし、別部材の突起部16bを本体部16aに溶接などで固定してもよい。
バルブ16の本体部16aおよび座金25が取付板24の本体部24aを挟んだ状態で、バルブ16の突起部16bが、取付板24の本体孔24eおよび座金25に挿通される。その後、座金25から突出した突起部16bの先端を加圧変形させてかしめることで、取付板24とバルブ16が連結される。
ところで、シャフト23の回転移動を阻害しないように、シャフト23の軸方向には隙間が形成されている。そのため、排気脈動などの影響により、シャフト23が軸方向や径方向に振動して騒音が生じる場合がある。そこで、本実施形態の軸受部22は、このような振動を抑えるための構造が備えられている。
図5(a)及び図5(b)は、軸受部22とシャフト23を説明するための図である。図5(a)は軸受部22およびシャフト23の中心軸を含む断面図、図5(b)は図5(a)のV(b)矢視図である。
図5(a)及び図5(b)に示すように、軸受部22には径孔22dが形成されている。径孔22dは、軸受部22の外周面22cから軸受孔22aまで、シャフト23の径方向に軸受部22を貫通している。
軸受部22の内周面22fは、軸受孔22aを形成する。シャフト23の外周面23aは所定の間隔をおいて軸受部22の内周面22fに対向する。即ち、シャフト23の外周面23aと軸受部22の内周面22fとの間には間隙が形成される。この間隙におけるシャフト23の径方向の断面積(すなわち、シャフト23の軸方向に垂直な方向の断面積)は、図5(b)に示される間隙S2の面積と等しい。
このとき、径孔22dの貫通方向(図5(a)、(b)中、上下方向)に直交する方向の径孔22dの断面積(径孔22dの貫通方向に直交する径孔22dの断面積)は、図5(b)に示される間隙S2の面積よりも大きい。
図6は、タービンハウジング4に組み付けられた軸受部22を説明するための図である。図6に示すように、径孔22dは、軸受部22の突出部22bに設けられている。なお、上述の通り、突出部22bは、軸受部22のうち、タービンハウジング4の内壁から突出している部位である。
排気ガスは、径孔22dから軸受孔22aに流入し、径孔22dから露出するシャフト23の一部およびその近傍を径方向に押圧する。その結果、シャフト23は、軸受部22の内周面22fのうちの、径孔22dが開口する部位と反対側の部位に押し付けられる。
シャフト23が軸受部22の内周面22fに押し付けられることで、シャフト23の外周面23aと軸受部22の内周面22fとの間に摩擦が生じる。この摩擦によって、シャフト23の軸方向の振動が抑えられる。したがって、シャフト23の振動および振動に伴う異音を抑制することができる。
図6に示すように、径孔22dは、径孔22dの貫通方向に延伸する延長線Lと、バルブ16の可動軌跡範囲(即ち、バルブ16の軌跡によって規定される範囲)Xとが交差しない位置に設けられている。そのため、径孔22dを流通する排気ガスの流量がバルブ16の干渉によって低下することを抑制でき、シャフト23を押圧する押圧力の減少を回避することができる。
図7(a)及び図7(b)は、変形例に係る軸受部32とシャフト23を説明するための図である。図7(a)は軸受部32およびシャフト23の中心軸を含む断面図、図7(b)は図7(a)のVII(b)矢視図である。
図7(a)及び図7(b)に示すように、変形例において、径孔32dは、軸受部32の周方向に間隔を隔てて複数設けられている。そして、径孔32d間の間隔はこの周方向において不均等である。このように、複数の径孔32dを、間隔を不均等にして配置することで、径孔32dを流通する排気ガスがシャフト23を押圧する面積を大きく確保することができ、シャフト23の振動をさらに抑制することができる。このとき、排気ガスによるシャフト23への押圧力が相殺されないように、複数の径孔32dを、シャフト23を挟んだ両側に位置しないように配置するとよい。換言すれば、シャフト23の中心軸に対して対称な位置に径孔32dを配置しないことが望ましい。
本変形例では、径孔32dを軸受部32の周方向に複数設ける場合について説明したが、径孔32dは、シャフト23の軸方向に複数設けられてもよい。この場合、径孔32dを流通する排気ガスがシャフト23を押圧する面積が増加し、一定の方向への押圧力が一層高くなる。即ち、摩擦力の増加によって、シャフト23の振動をさらに抑制することができる。
上述した実施形態では、バイパス流路18の出口端18aを開閉するバルブ16を作動させるための軸受部22、32について説明した。しかしながら、軸受孔22aが過給機Cのハウジングの内外を貫通する構成であれば、他のシャフトを支持する部材に適用してもよい。
具体的には、上述の実施形態は、例えば、コンプレッサハウジング6に設けられ吸気流路をバイパスさせるバイパス流路を開閉するためのシャフトの軸受部に適用することもできる。
また、過給機が、ツインスクロール型過給機である場合、上述の実施形態は、一方のタービンスクロール流路に流入する排気ガスと、他方のタービンスクロール流路に流入する排気ガスとの流量を調整するためのシャフトの軸受部に適用することもできる。
また、上述の実施形態は、エンジンの排気マニホールドに対して直列或いは並列に接続される複数の過給機を備える多段式過給機に適用できる。即ち、上述の実施形態は、多段式過給機内の各過給機のタービンハウジングに流入する排気ガスの流量を調整するためのシャフトの軸受部に適用してもよい。上述の実施形態は、タービンハウジングやコンプレッサハウジングに連結するハウジング(ケーシング)に適用することもできる。
また、上述した実施形態では、径孔22dの貫通方向に直交する径孔22dの断面積は、間隙S2の面積よりも大きく設定されている。しかしながら、この断面積は、間隙S2の面積より小さくてもよい。ただし、径孔22dの貫通方向に直交する径孔22dの断面積を、間隙S2の面積よりも大きくすることで、径孔22dから流通する排気ガスの流れを確保し、シャフト23を押圧する押圧力を十分に発生させることができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明は、ハウジングの内部空間に開口する流路を開閉するバルブを備える過給機に利用することができる。
Claims (4)
- 過給機であって、
内部空間が内部に形成されたハウジングと、
前記ハウジングに設けられ、前記ハウジングの前記内部空間と前記ハウジングの外部との間を貫通する軸受孔が形成された軸受部と、
少なくとも一端が前記軸受部よりも前記ハウジングの内側に突出した状態で前記軸受孔に回転自在に支持されるシャフトと、
前記シャフトに固定され、前記シャフトの回転に伴って前記内部空間に開口する流路を開閉するバルブと、
を備え、
前記軸受部は、前記内部空間に面する前記ハウジングの内壁から突出する突出部を有し、前記突出部には、前記軸受部の外周面から前記軸受孔まで前記シャフトの径方向に貫通する径孔が形成されていることを特徴とする過給機。 - 前記径孔の貫通方向に直交する前記径孔の断面積は、前記軸受孔を形成する前記軸受部の内周面と前記シャフトの外周面との間に形成される間隙における前記シャフトの径方向の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の過給機。
- 前記径孔は、前記径孔の貫通方向に延伸する延長線と、前記バルブの可動軌跡範囲とが交差しない位置に設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の過給機。
- 前記軸受部は円筒状に形成され、
前記径孔は、前記軸受部の周方向に間隔を隔てて複数設けられており、
前記径孔間の前記間隔は不均等であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の過給機。
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