JPWO2018037441A1 - 斜流式タービンホイール - Google Patents
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Abstract
Description
回転軸に固定されるハブと、
前記ハブの周面に、周方向に間隔を置いて設けられる複数の動翼であって、前記複数の動翼の各々の前縁が、子午面視において、前記前縁と前記回転軸の軸線との距離がチップ側からハブ側に向かうにつれて小さくなる斜縁部を含むように構成される複数の動翼と、を備える斜流式タービンホイールにおいて、
光センサ装置による検出が可能なマーキングが施された平坦状のセンサ検出面を有し、
前記センサ検出面は、子午面視において、前記回転軸の軸線と前記斜縁部の法線とがなす2つの角度のうちの後縁側の角度よりも、前記回転軸の軸線と前記センサ検出面の法線とがなす2つの角度のうちの後縁側の角度の方が小さくなるように、前記ハブの周面または前記複数の動翼のうちの一つである基準動翼の縁部、の少なくとも一方に形成される。
前記基準動翼の前縁は、子午面視において、前記斜縁部に接続し、且つ、前記回転軸の軸線に対して平行な方向に延在する第1平縁部を含み、
前記センサ検出面は前記第1平縁部に形成される。
上記(2)の構成によれば、センサ検出面は、基準動翼の前縁の端部側(後述するハブ側端やチップ側端)の形状を回転軸の軸線に対して平行に形成(第1平縁部)し、この第1平縁部の厚みを利用することにより形成される。斜流式タービンホイールは、高温の排気ガスに晒されることから硬い材料で形成されるものであり、コンプレッサホイールよりも加工性で劣る。ところが、本発明の斜流式タービンホイールは第1平縁部を有するように基準動翼の前縁が形成されるため、センサ検出面を形成するために例えばハブの周面を掘るといったなどの加工の必要はなく、小型の斜流式タービンホイールにも形成可能である。さらに、基準度翼の前縁の端部側に第1平縁部を形成することで、第1平縁部を備えていない従来の斜流式タービンホイールに対する形状の変更の程度を小さくできる。このため、第1平縁部による過給機の性能への影響を抑制しつつ、センサ検出面を容易に形成することができる。
前記基準動翼の前記前縁における前記第1平縁部は、子午面視において、前記前縁のハブ側端を含む位置に形成される。
上記(3)の構成によれば、基準動翼の前縁の端部(ハブ側端)に第1平縁部を形成することによって、第1平縁部による過給機の性能への影響を抑制しつつ、センサ検出面を容易に形成することができる。すなわち、前縁のハブ側端と回転軸との距離は前縁のチップ側端と回転軸との距離よりも短く、回転軸のトルクに及ぼす影響は、前縁のハブ側端の方が前縁のチップ側端よりも小さい。また、ハブ側端を含む位置に形成された第1平縁部は、タービンのスクロール部から供給される排ガスの主流の端にあり、排ガスの流れる量が前縁の斜縁部に比べて小さい部分となる。つまり、ハブ側端を含む位置に第1平縁部を形成する場合には、排ガスの流れが存在する位置(流路)から外れるように形成可能である。
前記基準動翼の前記前縁における前記斜縁部は、子午面視において、直線状に形成される。
上記(4)の構成によれば、直線状に形成された斜縁部を有する基準動翼において、その前縁のハブ側の端部(ハブ側端)に第1平縁部を形成することによって、第1平縁部による過給機の性能への影響を抑制しつつ、センサ検出面を容易に形成することができる。すなわち、直線状に形成された斜縁部におけるハブ側端に最も近い端での接線と回転軸の軸線とのなす鈍角は、円弧状に形成された斜縁部におけるハブ側端に最も近い端での接線と回転軸の軸線とのなす鈍角よりも大きい。これは、斜縁部におけるハブ側端に最も近い端においては、直線状の斜縁部の方が、円弧状の斜縁部よりも、より緩やかに第1平縁部を接続することが可能であることを意味する。換言すれば、直線状の斜縁部を有する基準動翼においては、その前縁のハブ側端に第1平縁部を形成することで、第1平縁部による形状変更量を抑制することができる。
前記基準動翼の前記前縁における前記第1平縁部は、子午面視において、前記前縁のチップ側端を含む位置に形成される。
上記(5)の構成によれば、第1平縁部に形成されるセンサ検出面は、基準動翼の前縁のチップ側の端部(チップ側端)に第1平縁部が形成されることにより、第1平縁部がハブ側の端部(ハブ側端)に形成されるよりも、回転軸から離れた位置に設けられることになる。ここで、光センサ装置は、ターボカートリッジの周囲においてアンバランス検出装置によって回転軸から離れた位置で支持される。この際、基準動翼の前縁のチップ側端に第1平縁部が形成されることにより、光センサ装置は、回転軸のより近傍まで光センサ装置9の支持位置から伸ばすことなく、この支持位置により近い位置で設置することができ、光センサ装置をより安定的に容易に設置することができる。
前記基準動翼の前記前縁における前記斜縁部は、子午面視において、前記前縁のハブ側端とチップ側端とを結ぶ直線に対して凸となる円弧状に形成される。
上記(6)の構成によれば、上記のように円弧状に形成された斜縁部を有する基準動翼において、その前縁のチップ側の端部(チップ側端)に第1平縁部を形成することによって、第1平縁部による過給機の性能への影響を抑制しつつ、センサ検出面を容易に形成することができる。すなわち、上記の円弧状の斜縁部を有する前縁のチップ側端は、チップ側端にいくほど、回転軸の軸線に対して平行に近づく位置である。このため、円弧状の斜縁部のハブ側端に第1平縁部を形成するよりも、そのチップ側端に第1平縁部を形成することにより、性能への影響が大きい前縁の形状の形状変更量を最小限に抑制することができる。
前記基準動翼の前記前縁における前記回転軸の前記軸線に沿った方向の長さをL、
前記第1平縁部における前記回転軸の前記軸線に沿った方向の長さをLa、
と定義した場合に、
La/Lは、1/3以下である。
上記(7)の構成によれば、第1平縁部による過給機の性能への影響を抑制しつつ、光センサ装置の設置の自由度の増大を図ることができる。
前記基準動翼の後縁は、子午面視において、直線状となるように形成される第2平縁部を含み、
前記センサ検出面は、前記第2平縁部に形成される。
上記(8)の構成によれば、センサ検出面は、基準動翼の後縁の少なくとも一部を子午面視において直線状となるように形成(第2平縁部)し、この第2平縁部の厚みを利用することにより形成される。これによって、上記(2)と同様に、第1平縁部による過給機の性能への影響を抑制しつつ、センサ検出面を容易に形成することができる。また、製造コストの低減を図ることもできる。
前記基準動翼のシュラウド側縁部は、子午面視において、前記動翼の後縁に接続し、且つ、前記回転軸の軸線に対して平行な方向に延在する第3平縁部を含み、
前記センサ検出面は、前記第3平縁部に形成される。
上記(9)の構成によれば、センサ検出面は、基準動翼のシュラウド側縁部のうちの後縁と接続する部分の形状を回転軸の軸線に対して平行に形成(第3平縁部)し、この第3平縁部の厚みを利用することにより形成される。特に、基準動翼のシュラウド側縁部は、前縁側から後縁側に向かうに従って、回転軸の軸線に対して平行に近くづく部分であり、第3平縁部を備えない斜流式タービンホイールに対する形状の変更が小さい。このため、上記(2)と同様に、第3平縁部による過給機の性能への影響を抑制しつつ、センサ検出面を容易に形成することができる。また、製造コストの低減を図ることもできる。
前記ハブの周面は、
前記ハブの先端に設けられるボス部によって周方向に沿って形成されるボス領域と、
前記複数の動翼が設けられる領域であって、周方向に沿って形成される動翼設置領域と、
前記ボス領域と前記動翼設置領域との間の領域となる中間領域と、を含んで形成されており、
前記センサ検出面は、前記中間領域に形成された平坦面からなる。
上記(10)の構成によれば、センサ検出面は、ハブの周面における動翼設置領域とボス領域との間の中間領域に部分的な平坦面を形成することによって形成される。一般に光センサ装置は、センサ検出面との距離が数mm以内(1〜2mmなど)になるように、センサ検出面に接近させて設置する必要があるところ、中間領域にセンサ検出面を形成することによって、回転軸の回転に伴って回転する動翼との物理的な干渉を回避しつつ、光センサ装置を設置することができる。
前記マーキングが施された前記センサ検出面の屈折率は、前記センサ検出面以外の前記ハブの周面または前記基準動翼の縁部の屈折率と異なる。
上記(11)の構成によれば、斜流式タービンホイールに形成されたセンサ検出面の検出を光センサ装置によって行うことができる。
前記ハブの背面、又は前記ハブのボス部の少なくとも一方には、切削部からなるアンバランス修正部が形成されている。
上記(12)の構成によれば、アンバランス修正部はハブの背面やボス部となる。つまり、上述したように、本発明のセンサ検出面は、ハブの周面や基準動翼の縁部に形成されるものであり、アンバランス修正作業によってセンサ検出面を削る必要性が生じるような事態を回避することができる。
上記(1)〜(12)のいずれかに記載の斜流式タービンホイールとコンプレッサホイールとを回転軸で結合した回転体と、
前記回転体を回転可能に支持するベアリングを収容するベアリングハウジングと、を備える。
上記(13)の構成によれば、上記(1)と同様な効果を奏する斜流式タービンホイールを備えるターボカートリッジを提供することができる。
回転軸に固定されるハブと、
前記ハブの周面に、周方向に間隔を置いて設けられる複数の動翼であって、前記複数の動翼の各々の前縁が、子午面視において、前記前縁と前記回転軸の軸線との距離がチップ側からハブ側に向かうにつれて小さくなる斜縁部を含むように構成される複数の動翼と、を有する斜流式タービンホイールのアンバランス修正方法であって、
前記斜流式タービンホイールは平坦状のセンサ検出面を有し、
前記センサ検出面は、子午面視において、前記回転軸の軸線と前記斜縁部の法線とがなす2つの角度のうちの後縁側の角度よりも、前記回転軸の軸線と前記センサ検出面の法線とがなす2つの角度のうちの後縁側の角度の方が小さくなるように、前記ハブの周面または前記複数の動翼のうちの一つである基準動翼の縁部、の少なくとも一方に形成されており、
前記斜流式タービンホイールのアンバランス修正方法は、
光センサ装置による検出が可能なマーキングを平坦状のセンサ検出面に施すマーキングステップと、
前記光センサ装置を、前記マーキングが施された平坦状の前記センサ検出面に対面可能に設置するセンサ設置ステップと、を備える。
前記マーキングが施された前記センサ検出面の屈折率は、前記センサ検出面以外の前記ハブの周面または前記基準動翼の縁部の屈折率と異なる。
上記(15)の構成によれば、上記(11)と同様な効果を奏するアンバランス修正方法を提供することができる。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
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」、「具える」、「具備する」、「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。
ターボカートリッジ5はターボチャージャの中核部品であり、斜流式タービンホイール1とコンプレッサホイール54とを回転軸4で一体的に結合した回転体51と、回転体51を回転可能に支持するベアリング52bを収容するベアリングハウジング52とで構成される(図1参照)。そして、ターボカートリッジ5が例えば不図示の自動車のエンジンに設置された際には、ターボカートリッジ5は、エンジンの排気通路に設置される斜流式タービンホイール1がエンジンから排出される排ガスにより回転されることによって、回転軸4で同軸に結合されたコンプレッサホイール54がエンジンの吸気通路において回転し、エンジンへの吸気を圧縮するように構成される。
なお、他の幾つかの実施形態においては、ハブ側端31hを形成する第1平縁部33と、円弧状に形成された斜縁部32とによって、前縁31が形成されていても良い。
上記の構成によれば、第1平縁部33に形成されるセンサ検出面Sは、基準動翼3sの前縁31のチップ側端31cに第1平縁部33が形成されることにより、第1平縁部33がハブ側端31hに形成されるよりも、回転軸4から離れた位置に設けられることになる。ここで、光センサ装置9は、ターボカートリッジ5の周囲においてアンバランス検出装置6によって回転軸4から離れた位置で支持される。この際、基準動翼3sの前縁31のチップ側端31cに第1平縁部33が形成されることにより、光センサ装置9は、回転軸4のより近傍まで光センサ装置9の支持位置から伸ばすことなく、この支持位置により近い位置で設置することができ、光センサ装置9をより安定的に容易に設置することができる。
なお、他の幾つかの実施形態において、チップ側端31cを形成する第1平縁部33と、直線状に形成された斜縁部32とによって、前縁31が形成されていても良い。
上記の構成によれば、第1平縁部33による過給機の性能への影響を抑制しつつ、光センサ装置の設置の自由度の増大を図ることができる。
そして、図9に示されるように、斜流式タービンホイール1のアンバランス修正方法は、マーキングステップ(図9のS1)と、光センサ設置ステップ(図9のS3)と、を備える。以下、アンバランス修正作業の作業対象物がターボカートリッジ5の回転体51であるものとして、斜流式タービンホイール1のアンバランス修正方法を図9の各ステップに沿って説明する。
なお、図4〜図6の斜流式タービンホイール1では、いずれも、子午面視において斜縁部32は直線状に形成されているが、これは単なる例示であり、図4〜図6に示される実施形態において、斜縁部32は円弧状に形成されていても良い。
2 ハブ
22 周面
23 ボス部
24 背面
3 動翼
31 前縁
31c チップ側端
31h ハブ側端
32 斜縁部
32n 斜縁部の法線
33 第1平縁部
34 後縁
35 第2平縁部
36 シュラウド側縁部
37 第3平縁部
3s 基準動翼
4 回転軸
4L 軸線
5 ターボカートリッジ
51 回転体
52 ベアリングハウジング
52b ベアリング
54 コンプレッサホイール
57 給油口
6 アンバランス検出装置
6c コンプレッサ側ハウジング部材
6t タービン側ハウジング部材
61 コンプレッサ側支持機構
62 タービン側支持機構
71 押圧装置
72 押圧ロッド
73 ピストン装置
74 連結部材
75 空気供給配管
76 送風機
77 給油配管
78 支持アーム
8 振動絶縁部材
9 光センサ装置
91 光放射部
91s 光照射面
92 受光部
92s 受光面
S センサ検出面
Sn センサ検出面の法線
d1 回転軸の軸線と前縁のハブ側端との距離
d2 回転軸の軸線と前縁のチップ側端との距離
Rb ボス領域(ハブの周面)
Rc 動翼設置領域(ハブの周面)
Rm 中間領域(ハブの周面)
Claims (15)
- 回転軸に固定されるハブと、
前記ハブの周面に、周方向に間隔を置いて設けられる複数の動翼であって、前記複数の動翼の各々の前縁が、子午面視において、前記前縁と前記回転軸の軸線との距離がチップ側からハブ側に向かうにつれて小さくなる斜縁部を含むように構成される複数の動翼と、を備える斜流式タービンホイールにおいて、
光センサ装置による検出が可能なマーキングが施された平坦状のセンサ検出面を有し、
前記センサ検出面は、子午面視において、前記回転軸の軸線と前記斜縁部の法線とがなす2つの角度のうちの後縁側の角度よりも、前記回転軸の軸線と前記センサ検出面の法線とがなす2つの角度のうちの後縁側の角度の方が小さくなるように、前記ハブの周面または前記複数の動翼のうちの一つである基準動翼の縁部、の少なくとも一方に形成されることを特徴とする斜流式タービンホイール。 - 前記基準動翼の前縁は、子午面視において、前記斜縁部に接続し、且つ、前記回転軸の軸線に対して平行な方向に延在する第1平縁部を含み、
前記センサ検出面は前記第1平縁部に形成されることを特徴とする請求項1に記載の斜流式タービンホイール。 - 前記基準動翼の前記前縁における前記第1平縁部は、子午面視において、前記前縁のハブ側端を含む位置に形成されることを特徴とする請求項2に記載の斜流式タービンホイール。
- 前記基準動翼の前記前縁における前記斜縁部は、子午面視において、直線状に形成されることを特徴とする請求項3に記載の斜流式タービンホイール。
- 前記基準動翼の前記前縁における前記第1平縁部は、子午面視において、前記前縁のチップ側端を含む位置に形成されることを特徴とする請求項2に記載の斜流式タービンホイール。
- 前記基準動翼の前記前縁における前記斜縁部は、子午面視において、前記前縁のハブ側端とチップ側端とを結ぶ直線に対して凸となる円弧状に形成されることを特徴とする請求項5に記載の斜流式タービンホイール。
- 前記基準動翼の前記前縁における前記回転軸の前記軸線に沿った方向の長さをL、
前記第1平縁部における前記回転軸の前記軸線に沿った方向の長さをLa、
と定義した場合に、
La/Lは、1/3以下であることを特徴とする請求項2〜6のいずれか1項に記載の斜流式タービンホイール。 - 前記基準動翼の後縁は、子午面視において、直線状となるように形成される第2平縁部を含み、
前記センサ検出面は、前記第2平縁部に形成されることを特徴とする請求項1に記載の斜流式タービンホイール。 - 前記基準動翼のシュラウド側縁部は、子午面視において、前記動翼の後縁に接続し、且つ、前記回転軸の軸線に対して平行な方向に延在する第3平縁部を含み、
前記センサ検出面は、前記第3平縁部に形成されることを特徴とする請求項1に記載の斜流式タービンホイール。 - 前記ハブの周面は、
前記ハブの先端に設けられるボス部によって周方向に沿って形成されるボス領域と、
前記複数の動翼が設けられる領域であって、周方向に沿って形成される動翼設置領域と、
前記ボス領域と前記動翼設置領域との間の領域となる中間領域と、を含んで形成されており、
前記センサ検出面は、前記中間領域に形成された平坦面からなることを特徴とする請求項1に記載の斜流式タービンホイール。 - 前記マーキングが施された前記センサ検出面の屈折率は、前記センサ検出面以外の前記ハブの周面または前記基準動翼の縁部の屈折率と異なることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の斜流式タービンホイール。
- 前記ハブの背面、又は前記ハブのボス部の少なくとも一方には、切削部からなるアンバランス修正部が形成されていることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の斜流式タービンホイール。
- 請求項1〜12のいずれかに記載の斜流式タービンホイールとコンプレッサホイールとを回転軸で結合した回転体と、
前記回転体を回転可能に支持するベアリングを収容するベアリングハウジングと、を備えることを特徴とするターボカートリッジ。 - 回転軸に固定されるハブと、
前記ハブの周面に、周方向に間隔を置いて設けられる複数の動翼であって、前記複数の動翼の各々の前縁が、子午面視において、前記前縁と前記回転軸の軸線との距離がチップ側からハブ側に向かうにつれて小さくなる斜縁部を含むように構成される複数の動翼と、を有する斜流式タービンホイールのアンバランス修正方法であって、
前記斜流式タービンホイールは平坦状のセンサ検出面を有し、
前記センサ検出面は、子午面視において、前記回転軸の軸線と前記斜縁部の法線とがなす2つの角度のうちの後縁側の角度よりも、前記回転軸の軸線と前記センサ検出面の法線とがなす2つの角度のうちの後縁側の角度の方が小さくなるように、前記ハブの周面または前記複数の動翼のうちの一つである基準動翼の縁部、の少なくとも一方に形成されており、
前記斜流式タービンホイールのアンバランス修正方法は、
光センサ装置による検出が可能なマーキングを平坦状のセンサ検出面に施すマーキングステップと、
前記光センサ装置を、前記マーキングが施された平坦状の前記センサ検出面に対面可能に設置するセンサ設置ステップと、を備えることを特徴とする斜流式タービンホイールのアンバランス修正方法。 - 前記マーキングが施された前記センサ検出面の屈折率は、前記センサ検出面以外の前記ハブの周面または前記基準動翼の縁部の屈折率と異なることを特徴とする請求項14に記載の斜流式タービンホイールのアンバランス修正方法。
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