WO2010137576A1 - インペラホイール、及び、ターボチャージャ - Google Patents

インペラホイール、及び、ターボチャージャ Download PDF

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impeller wheel
turbocharger
contact
turbine
hub
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Inventor
智裕 井上
高橋　幸雄
Original Assignee
株式会社Ihi
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/30—Vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/165—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for radial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially parallel to the rotor centre line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/20—Specially-shaped blade tips to seal space between tips and stator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers

Definitions

  • the present invention relates to an impeller wheel such as a turbine impeller wheel used in a turbocharger mounted on a vehicle or the like, and a turbocharger using the impeller wheel.
  • General turbochargers include Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-265844 (Patent Document 1), Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-56791 (Patent Document 2), and Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-62603 (Patent Document 3). ).
  • the turbine impeller wheel generates rotational force (rotational torque) using the pressure energy of the exhaust gas.
  • Turbine impeller wheels are usually precision cast bodies [high-precision cast (compact)].
  • the turbine impeller wheel has a hub that is rotatably provided in the turbine housing of the turbocharger.
  • the hub is integrally connected to the end of the rotor shaft of the turbocharger, and the outer peripheral surface of the hub is gently inclined from the axial direction of the turbine impeller wheel toward the radially outward direction.
  • a plurality of turbine blades are integrally projected in the circumferential direction at intervals from the outer peripheral surface of the hub. The ridge edge of each turbine blade extends along the shroud (inner wall surface) of the turbine housing.
  • the exhaust gas taken into the turbine housing is circulated from the inlet [inlet] of the turbine impeller wheel to the outlet [outlet] (from the upstream to the downstream of the turbine impeller wheel along the flow direction of the exhaust gas).
  • a rotational force is generated by the pressure energy of the exhaust gas, and the rotor shaft is rotated integrally with the turbine impeller wheel.
  • the clearance between the edge of the turbine blade and the shroud of the turbine housing is usually set in consideration of the amount of deformation of the turbine impeller wheel during high temperature and high speed rotation.
  • an object of the present invention is to provide an impeller wheel that can control the contact between the blades of the impeller wheel and the shroud of the housing to sufficiently ensure the normal operation of the turbocharger and prevent its own problems. There is to do. It is another object of the present invention to provide a turbocharger using the impeller wheel that can sufficiently ensure normal operation of the turbocharger and prevent its own problems.
  • a first feature of the present invention is a turbocharger impeller wheel formed by sintering a compact formed by a metal powder molding method, and is provided rotatably in a housing of the turbocharger.
  • a hub that is integrally connected to the rotor shaft of which the outer peripheral surface is inclined radially outward from the axial direction, and a ridge edge that is integrally formed in the circumferential direction at a distance from the outer peripheral surface of the hub.
  • a plurality of blades extending along a shroud (inner wall surface) of the housing, and contact fins that are allowed to contact the shroud are integrally formed on the whole or part of the ridge edge of each blade.
  • An impeller wheel is provided.
  • the “impeller wheel” includes a turbine impeller wheel that generates a rotational force (rotational torque) using the pressure energy of exhaust gas and a compressor impeller wheel that compresses air using a centrifugal force.
  • “provided” includes not only the case of being provided directly but also the case of being provided indirectly via an intervening member such as a bracket.
  • the “housing” includes a member that is regarded as a part of the housing, such as a shroud ring of a variable nozzle unit.
  • the impeller wheel is formed by sintering a molded body by a metal powder molding method, and the contact fins are integrally formed over the entire or part of the ridge edge of each blade (that is, (Each contact fin is integrally formed on the entire edge or part of the edge of each blade by metal powder molding method, which is superior to precision casting to form thin-walled parts.) It can be set to be thin enough to lack. Thereby, the impact between the contact fin and the shroud is reduced, and the clearance between the blade edge and the shroud can be minimized.
  • a second feature of the present invention is a turbocharger that supercharges air supplied to the engine using the energy of exhaust gas from an internal combustion engine, and includes the impeller wheel of the first feature.
  • a turbocharger characterized by that is provided.
  • the clearance between the blade edge and the shroud can be reduced as much as possible while reducing the impact caused by the contact between the contact fin and the shroud of the housing, the normal operation of the turbocharger can be sufficiently ensured.
  • the impeller wheel performance (turbocharger performance) can be improved by suppressing the relative flow (so-called clearance flow) from the pressure surface to the suction surface of the blade.
  • FIG. 2 is an enlarged sectional view taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 2 is a view corresponding to FIG. 1 showing another aspect of the turbine impeller.
  • FIG. 5 is an overall cross-sectional view of the turbocharger of FIG. 4.
  • the vehicle turbocharger 1 As shown in FIGS. 4 and 5, the vehicle turbocharger 1 according to the present embodiment supercharges (compresses) the air supplied to the engine using the energy of the exhaust gas of the internal combustion engine (not shown). ) A specific configuration of the turbocharger 1 will be described below.
  • the turbocharger 1 includes a bearing housing 3.
  • a radial bearing 5 and a pair of thrust bearings 7 are provided in the bearing housing 3.
  • the bearings 5 and 7 are rotatably provided with a rotor shaft (turbine shaft) 9 extending in the left-right direction. That is, the rotor shaft 9 is rotatably provided to the bearing housing 3 via the bearings 5 and 7.
  • a compressor housing 11 is provided on the right side of the bearing housing 3.
  • a compressor impeller wheel 13 that compresses air using centrifugal force is rotatably provided in the compressor housing 11. Specific components of the compressor impeller wheel 13 will be described.
  • a compressor hub 15 is provided in the compressor housing 11.
  • the compressor hub 15 is integrally connected to the right end portion of the rotor shaft 9, and can rotate around the axis C (axis of the rotor shaft 9) C of the compressor impeller wheel 13. Further, the outer peripheral surface of the compressor hub 15 is gently inclined from the axial direction of the compressor impeller wheel 13 (compressor hub 15) toward the radially outer side.
  • a plurality of compressor blades 17 project integrally from the outer peripheral surface of the compressor hub 15 in the circumferential direction at intervals. A ridge edge of each compressor blade 17 extends along a shroud (inner wall surface) of the compressor housing 11.
  • An air intake 19 is formed at the inlet of the compressor impeller wheel 13 in the compressor housing 11 (upstream of the compressor impeller wheel 13 along the air flow direction).
  • the air intake 19 can be connected to an air cleaner (not shown) via a connecting pipe (not shown).
  • an annular diffuser flow path 21 that pressurizes compressed air between the bearing housing 3 and the compressor housing 11 at the outlet of the compressor impeller wheel 13 (downstream of the compressor impeller wheel 13 along the air flow direction). Is formed.
  • the diffuser channel 21 communicates with the air intake 19.
  • a compressor scroll passage 23 is formed in the compressor housing 11 so as to surround the compressor impeller 13.
  • the compressor scroll channel 23 communicates with the diffuser channel 21.
  • An air discharge port (not shown) for discharging the compressed air is formed at an appropriate position of the compressor housing 11.
  • the air discharge port communicates with the compressor scroll passage 23 and can be connected to an air supply manifold (not shown) of the engine.
  • a turbine housing 25 is provided on the left side of the bearing housing 3.
  • a turbine impeller wheel 27 that generates a rotational force (rotational torque) using the pressure energy of the exhaust gas is rotatably provided in the turbine housing 25. Specific components of the turbine impeller wheel 27 will be described later.
  • a vane unit 29 is provided in the turbine housing 25 so as to surround the turbine impeller wheel 27. Specific components of the vane unit 29 will be described.
  • a nozzle ring 31 is provided on the radially outer side of the turbine impeller wheel 27 in the turbine housing 25 via an attachment ring 33.
  • a shroud ring 35 is integrally and spaced apart from the nozzle ring 31 via a plurality of (only one shown) connecting pins 37.
  • the nozzle ring 31 and the shroud ring 35 are regarded as a part of the turbine housing 25.
  • a plurality of vanes 39 are provided in the circumferential direction at intervals between the nozzle ring 31 and the shroud ring 35.
  • Each vane 39 is rotatable (swingable) about an axis parallel to the axis C of the turbine impeller wheel 27.
  • the vane shaft 41 of the vane 39 is connected by the synchronization mechanism 43 and swings in conjunction with the vane shaft 41.
  • a link shaft 45 is rotatably provided at the lower left portion of the bearing housing 3.
  • the right end of the link shaft 45 is connected to an actuator (not shown) that synchronously swings the vane 39 via the lever 47, and the left end is connected to the synchronization mechanism 43.
  • a gas inlet (not shown) for taking in exhaust gas is formed at an appropriate position of the turbine housing 25.
  • the gas inlet can be connected to an exhaust manifold (not shown) of the engine.
  • a turbine scroll passage 49 is formed in the turbine housing 25 so as to surround the turbine impeller 27.
  • the turbine scroll passage 49 communicates with the gas intake and can take in the exhaust gas.
  • a gas discharge port 51 for discharging exhaust gas is formed at the outlet of the turbine impeller wheel 27 in the turbine housing 25 (downstream of the turbine impeller wheel 27 along the flow direction of the exhaust gas).
  • the gas discharge port 51 communicates with the turbine scroll channel 49 and can be connected to an exhaust gas purification device (not shown) via a connection pipe (not shown).
  • the turbine impeller 27 is formed by sintering a molded body by a metal powder injection molding method (MIM method).
  • MIM method metal powder injection molding method
  • the turbine impeller 27 is an injection process in which a mixture of metal powder and a binder is injected into an injection mold (not shown) to form a molded body, and a degreasing process in which the binder contained in the molded body is degreased. It is manufactured through a sintering process in which the degreased compact is fired and sintered.
  • the turbine impeller wheel 27 includes a turbine hub 53 provided in the turbine housing 25.
  • the turbine hub 53 is integrally connected to the left end of the rotor shaft 9 and is rotatable around the axis C (axis of the rotor shaft 9) C of the turbine impeller wheel 27. Further, the outer peripheral surface of the turbine hub 53 is gently inclined from the axial direction of the turbine impeller wheel 27 (turbine hub 53) toward the radially outward direction.
  • a plurality of turbine blades 55 are integrally projected from the outer peripheral surface of the turbine hub 53 in the circumferential direction at intervals.
  • the edge of each turbine blade 55 extends along the shroud (inner wall surface) of the shroud ring 35.
  • contact fins 57 that allow contact with the shroud of the shroud ring 35 are integrally formed over the entire ridge edge of each turbine blade 55.
  • the contact fins 57 are unevenly distributed on the opposite side of the turbine hub 53 (the turbine impeller wheel 27) in the rotation direction D (the rear side in the rotation direction D).
  • the surface of each contact fin 57 on the rotation direction D side (the front side in the rotation direction D) of the turbine hub 53 is a curved surface (arc shape) that gradually increases in thickness toward the main body of the turbine blade 55.
  • the ridge edge on the rotation direction D side (front side in the rotation direction D) of the contact fin 57 is a curved surface (arc shape). Is concave toward the opposite side of the rotational direction D (the rear side in the rotational direction D).
  • the contact fins 57 are formed over the entire area of the ridge edge of each turbine blade 55.
  • the inside of the ridge edge of each turbine blade 55 (the center of the turbine hub 53).
  • Side: outlet side / downstream side in exhaust gas flow direction: tip side of impeller wheel 27) may be formed only on the portion.
  • the contact fins 57 are provided only on a part of the ridge edge of the turbine blade 55 in this way, the manufacturing becomes easier and the productivity is easier than the case where the contact fins 57 are provided in the entire region of the turbine blade 55. improves. Although the contact fins 57 are provided over the entire region rather than part of the ridge edge of the turbine blade 55, the effect on the fluid performance is greater. Ultimately, however, the shape is a trade-off between the effect on the fluid performance and the productivity. It is determined. Further, it is more effective that the contact fins 57 are provided on the outlet side than the inlet side in the exhaust gas flow direction. This is because the differential pressure between the one side and the other side across the turbine blade 55 is larger on the outlet side, and a more remarkable effect can be obtained by reducing the clearance of the portion where the differential pressure is large. .
  • the exhaust gas pressure energy of the exhaust gas is made to flow from the inlet of the turbine impeller wheel 27 to the outlet (from upstream to downstream of the turbine impeller wheel 27 along the flow of the exhaust gas) through the exhaust gas taken into the turbine scroll passage 49 from the gas inlet.
  • the rotor shaft 9 and the compressor impeller 13 can be rotated integrally with the turbine impeller wheel 27 by generating a rotational force (rotational torque).
  • the air taken in from the air intake port 19 can be compressed by the compressor impeller wheel 13 and discharged from the air discharge port via the diffuser flow path 21 and the compressor scroll flow path 23, and the air supplied to the engine Can be supercharged.
  • the turbine impeller wheel 27 is formed by sintering a compact by a metal powder molding method, and the entire or inner edge of each turbine blade 55 (the center of the turbine hub 53).
  • each contact fin 57 can be set to a thickness that can be easily chipped by contact with the shroud ring 35. Thereby, the impact between the contact fin 57 and the shroud ring 35 can be reduced, and the clearance between the edge of the turbine blade 55 and the shroud ring 35 can be minimized.
  • the contact fins 57 are unevenly distributed on the side opposite to the rotation direction D of the turbine wheel 53 (the rear side in the rotation direction D), and the rotation direction D side of the turbine wheel 53 in each contact fin 57 (the front side in the rotation direction D). Since the curved surface gradually becomes thicker toward the main body of the turbine blade 55 (arc shape), even if each contact fin 57 contacts the shroud ring 35, a part of each contact fin 57 is Most of the contact fins 57 remain only by chipping (wearing) (the entire contact fins 57 are not broken from the base end) [specific action by the turbocharger 1 (turbine impeller wheel 27)].
  • the clearance between the ridge edge of the turbine blade 55 and the shroud ring 35 can be reduced as much as possible while reducing the impact caused by the contact between the contact fins 57 and the shroud ring 35. Further, it is possible to improve the performance of the turbine impeller wheel 27 (the performance of the turbocharger 1) by suppressing the clearance flow from the pressure surface to the suction surface of the turbine blade 55 while ensuring sufficient operation. In particular, even if each contact fin 57 comes into contact with the shroud ring 35, most of the contact fin 57 remains even if a part of the contact fin 57 is missing, so that the clearance flow is stably suppressed and the performance of the turbine impeller 27 is improved. More can be achieved.
  • the present invention is not limited to the description of the above embodiment.
  • the present invention can be implemented in various modes such as applying the technical idea applied to the turbine impeller wheel 27 to the compressor impeller wheel 13 or a turbocharger that does not include a variable nozzle unit.
  • the scope of rights encompassed by the present invention is not limited to the above embodiment.

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Abstract

　ターボチャージャ用インペラホイールは、金属粉末成形法による成形体を焼結して形成され、前記ターボチャージャのハウジング内に回転可能に設けられ、前記ターボチャージャのロータ軸に一体的に連結された、外周面が軸方向から径方向外方に向けて傾斜するハブと、前記ハブの外周面から間隔を置いて周方向に一体形成された、稜縁が前記ハウジングのシュラウドに沿って延びる複数のブレードと、を備えている。前記各ブレードの前記稜縁の全域又は一部に、前記シュラウドとの接触が許容される接触フィンが、一体形成されている。上記インペラホイールによれば、各接触フィンをシュラウドとの接触で簡単に欠ける程度の薄さに設定することができるので、接触フィンとシュラウドとの接触時における衝撃が緩和されつつ、ブレードの稜縁とシュラウドとの間のクリアランスを極力小さくすることができる。　

Description

インペラホイール、及び、ターボチャージャ
　本発明は、車両等に搭載されるターボチャージャに用いられるタービンインペラホイール等のインペラホイール、及び、該インペラホイールを利用したターボチャージャに関する。
　車両用ターボチャージャにおけるタービンインペラホイール（インペラホイールの一例）の一般的な構成について説明する。一般的なターボチャージャは、日本国特開２０００－２６５８４４号公報（特許文献１）、日本国特開２００７－５６７９１号公報（特許文献２）、及び、特開平１１－６２６０３号公報（特許文献３）に開示されている。
　タービンインペラホイールは、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させるものである。タービンインペラホイールは、通常、精密鋳造成形体[high-precision cast (compact)]である。また、タービンインペラホイールは、ターボチャージャのタービンハウジング内に回転可能に設けられたハブを有している。このハブは、ターボチャージャのロータ軸の端部に一体的に連結されており、ハブの外周面は、タービンインペラホイールの軸方向から径方向外方に向けてなだらかに傾斜されている。更に、ハブの外周面からは複数のタービンブレードが間隔を置いて周方向に一体的に突設されている。各タービンブレードの稜縁は、タービンハウジングのシュラウド（内壁面）に沿って延びている。
　従って、タービンハウジング内に取入れられた排気ガスは、タービンインペラホイールの入口[inlet]から出口[outlet]（排気ガスの流れ方向に沿ってタービンインペラホイールの上流から下流）に流通される。この結果、排気ガスの圧力エネルギーによって回転力が発生され、ロータ軸がタービンインペラホイールと一体的に回転される。
　高温・高速回転時のタービンインペラホイールの変形量が大きくなって、タービンブレードの稜縁がタービンハウジングのシュラウドに接触すると、その接触の衝撃によってロータ軸の軸振れ[axial runout]が生じ、ターボチャージャの正常な動作が損なわれることがある。このため、通常、高温・高速回転時のタービンインペラホイールの変形量を考慮して、タービンブレードの稜縁とタービンハウジングのシュラウドとの間のクリアランスが設定される。
　一方、タービンブレードの稜縁とタービンハウジングのシュラウドとのクリアランスが大きくなると、タービンブレードの正圧面から負圧面への相対的な流れ（いわゆる、クリアランスフロー）が増大する。クリアランスフローが増大すると、隣接するタービンブレード間のエネルギー損失が大きくなり、タービンインペラホイールの性能（ターボチャージャの性能）が低下する。
　つまり、ターボチャージャの正常な動作を十分に確保した上で、タービンインペラホイールの不具合も防止することは容易ではない。
　そこで、本発明の目的は、インペラホイールのブレードとハウジングのシュラウドとの接触を制御してターボチャージャの正常な動作を十分に確保しつつ、それ自身の不具合も防止することのできるインペラホイールを提供することにある。また、本発明の目的は、ターボチャージャの正常な動作を十分に確保しつつ、それ自身の不具合も防止することのできる上記インペラホイールを利用したターボチャージャを提供することにある。
　本発明の第１の特徴は、金属粉末成形法による成形体を焼結して形成された、ターボチャージャ用インペラホイールであって、前記ターボチャージャのハウジング内に回転可能に設けられ、前記ターボチャージャのロータ軸に一体的に連結された、外周面が軸方向から径方向外方に向けて傾斜するハブと、前記ハブの外周面から間隔を置いて周方向に一体形成された、稜縁が前記ハウジングのシュラウド（内壁面）に沿って延びる複数のブレードと、を備え、前記各ブレードの前記稜縁の全域又は一部に、前記シュラウドとの接触が許容される接触フィンが、一体形成されていることを特徴とするインペラホイールを提供する。
　なお、「インペラホイール」には、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させるタービンインペラホイールや、遠心力を利用して空気を圧縮するコンプレッサインペラホイールが含まれる。また、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「設けられ」とは、直接的に設けられる場合の他に、ブラケット等の介在部材を介して間接的に設けられる場合を含む。さらに、「ハウジング」とは、例えば、可変ノズルユニットのシュラウドリング等、前記ハウジングの一部としてとらえられる部材も含む。
　上記第１の特徴によれば、インペラホイールが金属粉末成形法による成形体を焼結して形成され、各ブレードの稜縁の全域又は一部に接触フィンが一体形成されているので（すなわち、精密鋳造に比べて薄肉部の形成に優れた金属粉末成形法によって各ブレードの稜縁の全域又は一部に接触フィンが一体形成されているので）、各接触フィンをシュラウドとの接触で簡単に欠ける程度の薄さに設定することができる。これにより、接触フィンとシュラウドとの接触時における衝撃が緩和されつつ、ブレードの稜縁とシュラウドとの間のクリアランスを極力小さくすることができる。
　本発明の第２の特徴は、内燃エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジンに供給される空気を過給するターボチャージャであって、上記第１の特徴のインペラホイールを備えている、ことを特徴とするターボチャージャを提供する。
　上記第２の特徴によれば、上記第１の特徴のインペラホイールによる作用を奏するターボチャージャを実現できる。
　本発明によれば、接触フィンとハウジングのシュラウドとの接触による衝撃を緩和しつつ、ブレードの稜縁とシュラウドとのクリアランスを極力小さくできるので、ターボチャージャの正常な動作を十分に確保した上で、ブレードの正圧面から負圧面への相対的な流れ（いわゆる、クリアランスフロー）を抑えて、インペラホイールの性能（ターボチャージャの性能）を向上させることができる。
本発明の一実施形態に係るインペラホイールの要部（図４における矢視部Ｉ）の拡大図断面である。 図１におけるＩＩ－ＩＩ線に沿った拡大断面図である。 タービンインペラの別態様を示す図１相当図である。 本発明の一実施形態に係るターボチャージャの要部（図５における矢視部ＩＶ）の拡大断面図である。 図４のターボチャージャの全体断面図である。
　本発明の車両用ターボチャージャの一実施形態について、図１から図５を参照して説明する。なお、図面中、「Ｌ」は、左方向を指し、「Ｒ」は、右方向を指してある。これらの方向は、説明を容易にするために定義されたものであって、使用形態を制限するものではない。
　図４及び図５に示されるように、本実施形態に係る車両用ターボチャージャ１は、内燃エンジン（図示省略）の排気ガスのエネルギーを利用して、エンジンに供給される空気を過給（圧縮）する。ターボチャージャ１の具体的な構成等を以下に説明する。
　ターボチャージャ１は、ベアリングハウジング３を備えている。ベアリングハウジング３内には、ラジアルベアリング５、及び、一対のスラストベアリング７が設けられている。ベアリング５，７には、左右方向に延びるロータ軸（タービン軸）９が回転可能に設けられている。すなわち、ロータ軸９は、ベアリング５，７を介して、ベアリングハウジング３に回転可能に設けられている。

　ベアリングハウジング３の右側には、コンプレッサハウジング１１が設けられている。コンプレッサハウジング１１内には、遠心力を利用して空気を圧縮するコンプレッサインペラホイール１３が回転可能に設けられている。コンプレッサインペラホイール１３の具体的な構成要素について説明する。コンプレッサハウジング１１内には、コンプレッサハブ１５が設けられている。コンプレッサハブ１５は、ロータ軸９の右端部に一体的に連結されており、コンプレッサインペラホイール１３の軸心（ロータ軸９の軸心）Ｃ周りに回転可能である。また、コンプレッサハブ１５の外周面は、コンプレッサインペラホイール１３（コンプレッサハブ１５）の軸方向から径方向外方に向けてなだらかに傾斜されている。更に、コンプレッサハブ１５の外周面からは複数のコンプレッサブレード１７が間隔を置いて周方向に一体的に突設されている。各コンプレッサブレード１７の稜縁は、コンプレッサハウジング１１のシュラウド（内壁面）に沿って延びている。
　コンプレッサハウジング１１におけるコンプレッサインペラホイール１３の入口（空気の流れ方向に沿ってコンプレッサインペラホイール１３の上流）には、空気取入口１９が形成されている。空気取入口１９は、接続管（図示省略）を介してエアクリーナー（図示省略）に接続可能である。また、コンプレッサインペラホイール１３の出口（空気の流れ方向に沿ってコンプレッサインペラホイール１３の下流）には、ベアリングハウジング３とコンプレッサハウジング１１の間に、圧縮された空気を昇圧する環状のディフューザ流路２１が形成されている。ディフューザ流路２１は、空気取入口１９に連通している。更に、コンプレッサハウジング１１の内部には、コンプレッサスクロール流路２３が、コンプレッサインペラ１３を囲むように形成されている。コンプレッサスクロール流路２３は、ディフューザ流路２１に連通している。そして、圧縮された空気を排出する空気排出口（図示省略）がコンプレッサハウジング１１の適宜位置に形成されている。空気排出口は、コンプレッサスクロール流路２３に連通しており、エンジンの給気マニホールド（図示省略）に接続可能である。
　ベアリングハウジング３の左側には、タービンハウジング２５が設けられている。タービンハウジング２５内には、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させるタービンインペラホイール２７が回転可能に設けられている。なお、タービンインペラホイール２７の具体的な構成要素については、後述する。
　タービンハウジング２５内には、ベーンユニット２９がタービンインペラホイール２７を囲むように設けられている。ベーンユニット２９の具体的な構成要素について説明する。タービンハウジング２５内のタービンインペラホイール２７の径方向外側には、取付リング３３を介してノズルリング３１が設けられている。ノズルリング３１には、複数（１つのみ図示）の連結ピン３７を介して、シュラウドリング３５が一体的かつ離隔して設けられている。ノズルリング３１及びシュラウドリング３５は、タービンハウジング２５の一部としてとらえられる。また、ノズルリング３１とシュラウドリング３５の間には、複数のベーン３９が間隔を置いて周方向に設けられている。各ベーン３９は、タービンインペラホイール２７の軸心Ｃに平行な軸心周りに回動可能（揺動可能）である。ベーン３９のベーン軸４１は、上述した特許文献１に記載されているように、同期機構４３によって連結されており、連動して揺動する。
　なお、ベアリングハウジング３の左側下部には、リンク軸４５が回動可能に設けられている。リンク軸４５の右端は、レバー４７を介して、ベーン３９を同期揺動させるアクチュエータ（図示省略）に接続されており、左端は、同期機構４３に接続されている。
　タービンハウジング２５の適宜位置には、排気ガスを取入れるガス取入口（図示省略）が形成されている。ガス取入口は、エンジンの排気マニホールド（図示省略）に接続可能である。また、タービンハウジング２５の内部には、タービンスクロール流路４９が、タービンインペラ２７を囲むように形成されている。タービンスクロール流路４９は、ガス取入口に連通しており、排気ガスを取入可能である。更に、タービンハウジング２５におけるタービンインペラホイール２７の出口（排気ガスの流れ方向に沿ってタービンインペラホイール２７の下流）には、排気ガスを排出するガス排出口５１が形成されている。ガス排出口５１は、タービンスクロール流路４９と連通しており、接続管（図示省略）を介して排気ガス浄化装置（図示省略）に接続可能である。
　続いて、タービンインペラホイール２７の具体的な構成について説明する。
　図１及び図２に示すように、タービンインペラ２７は、金属粉末射出成形法（ＭＩＭ工法）による成形体を焼結して形成されている。具体的には、タービンインペラ２７は、射出成形金型（図示省略）内に金属粉末とバインダとの混合物を射出して成形体を成形する射出工程、成形体に含まれるバインダを脱脂する脱脂工程、脱脂後の成形体を焼成して焼結させる焼結工程を経ることによって製造される。
　タービンインペラホイール２７は、タービンハウジング２５内に設けられたタービンハブ５３を備えている。タービンハブ５３は、ロータ軸９の左端に一体的に連結されており、タービンインペラホイール２７の軸心（ロータ軸９の軸心）Ｃ周りに回転可能である。また、タービンハブ５３の外周面は、タービンインペラホイール２７（タービンハブ５３）の軸方向から径方向外方に向けてなだらかに傾斜されている。
　タービンハブ５３の外周面からは複数のタービンブレード５５が間隔を置いて周方向に一体的に突設されている。各タービンブレード５５の稜縁は、シュラウドリング３５のシュラウド（内壁面）に沿って延びている。そして、図１に示されるように、各タービンブレード５５の稜縁の全域にわたって、シュラウドリング３５のシュラウド（タービンハウジング２５のシュラウド）との接触を許容する接触フィン５７が一体形成されている。また、図２に示されるように、各接触フィン５７は、タービンハブ５３（タービンインペラホイール２７）の回転方向Ｄの反対側（回転方向Ｄにおいて後方側）に偏在されている。各接触フィン５７のタービンハブ５３の回転方向Ｄ側（回転方向Ｄにおいて前方側）の面は、タービンブレード５５の本体に向けて徐々に厚肉となる曲面（円弧状）とされている。
　換言すれば、図２における接触フィン５７の断面形状において、接触フィン５７の回転方向Ｄ側（回転方向Ｄにおいて前方側）の稜縁は曲面（円弧状）とされており、また、その曲面形状は、回転方向Ｄの反対側（回転方向Ｄにおいて後方側）に向けて凹状とされている。なお、本実施形態では、接触フィン５７は、各タービンブレード５５の稜縁の全域にわたって形成されたが、図３に示されるように、各タービンブレード５５の稜縁の内側（タービンハブ５３の中心側：排ガスの流れ方向における出口側・下流側：インペラホイール２７の先端側）部分にのみ形成されても良い。このように接触フィン５７をタービンブレード５５の稜縁の一部分にのみ設ける構成とすれば、接触フィン５７をタービンブレード５５の全域に設ける構成とする場合よりも、製作が容易になり、生産性が向上する。なお、接触フィン５７をタービンブレード５５の稜縁の一部分に設けるより全域に設けた方が流体性能に対する効果は大きいが、最終的には、流体性能に対する効果と生産性とのトレードオフで形状が決定される。また、接触フィン５７は、排ガスの流れ方向における入口側よりも出口側に設けられる方が効果的である。なぜなら、タービンブレード５５を挟んで一側と他側との間の差圧は出口側の方がより大きく、差圧の大きい部分のクリアランスを小さくする方がより顕著な効果を得られるからである。
　続いて、本実施形態のターボチャージャ１の作用及び効果について説明する。
　ガス取入口からタービンスクロール流路４９に取入れた排気ガスをタービンインペラホイール２７の入口から出口（排気ガスの流れに沿ってタービンインペラホイール２７の上流から下流）に流通させることによって排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させ、タービンインペラホイール２７と一体的に、ロータ軸９及びコンプレッサインペラ１３を回転させることができる。これにより、空気取入口１９から取入れた空気をコンプレッサインペラホイール１３によって圧縮してディフューザ流路２１及びコンプレッサスクロール流路２３を経由して空気排出口から排出させることができ、エンジンに供給される空気を過給することができる。
　ここで、排気ガスの流量が少ない場合（すなわち、エンジン回転数が低い場合）には、アクチュエータによってベーン３９を閉じ方向に同期揺動させ、タービンインペラホイール２７に供給される排気ガスの流速を高くしてタービンインペラホイール２７の仕事量を十分に確保する。一方、排気ガスの流量が多い場合（すなわち、エンジン回転数が高い場合）には、アクチュエータによってベーン３９を開き方向に同期揺動させ、ベーン３９のスロート面積を大きくしてタービンインペラホイール２７に多くの排気ガスを供給する。このようにして、排気ガスの流量に関係なく、タービンインペラホイール２７によって回転力を十分かつ安定的に発生させることができる。［ターボチャージャ１による通常の作用］
　上述のターボチャージャ１による通常の作用に加えて、タービンインペラホイール２７が金属粉末成形法による成形体を焼結して形成され、各タービンブレード５５の稜縁の全域又は内側（タービンハブ５３の中心側：排ガスの流れ方向における出口側・下流側インペラホイール２７の先端側）部分のみに接触フィン５７が一体形成されているので、各接触フィン５７をシュラウドリング３５との接触で簡単に欠ける程度の薄さに設定することができる。換言すれば、精密鋳造に比べて薄肉部の形成に優れた金属粉末成形法によって各タービンブレード５５の稜縁の全域又は内側（タービンハブ５３の中心側：排ガスの流れ方向における出口側・下流側：インペラホイール２７の先端側）部分のみに接触フィン５７が一体形成されているので、各接触フィン５７をシュラウドリング３５との接触で簡単に欠ける程度の薄さに設定することができる。これにより、接触フィン５７とシュラウドリング３５との接触時における衝撃が緩和されつつ、タービンブレード５５の稜縁とシュラウドリング３５と間のクリアランスを極力小さくすることができる。
　また、各接触フィン５７がタービンホイール５３の回転方向Ｄの反対側（回転方向Ｄにおいて後方側）に偏在され、各接触フィン５７におけるタービンホイール５３の回転方向Ｄ側（回転方向Ｄにおいて前方側）の面がタービンブレード５５の本体に向けて徐々に厚肉となる曲面（円弧状）とされているので、各接触フィン５７がシュラウドリング３５と接触しても、各接触フィン５７の一部が欠ける（磨耗する）だけで、各接触フィン５７の大部分は残る（接触フィン５７全体がその基端から折れることがない）［ターボチャージャ１（タービンインペラホイール２７）による特有の作用］。
　従って、本実施形態によれば、接触フィン５７とシュラウドリング３５との接触による衝撃を緩和しつつ、タービンブレード５５の稜縁とシュラウドリング３５とのクリアランスを極力小さくできるので、ターボチャージャ１の正常な動作を十分に確保した上で、タービンブレード５５の正圧面から負圧面へのクリアランスフローを抑えて、タービンインペラホイール２７の性能（ターボチャージャ１の性能）を向上させることができる。特に、各接触フィン５７がシュラウドリング３５と接触しても、各接触フィン５７の一部が欠けるだけで大部分が残るので、クリアランスフローを安定的に抑えて、タービンインペラ２７の性能の向上をより一層図ることができる。
　なお、本発明は、上記実施形態の説明に限られるものではない。例えば、本発明は、タービンインペラホイール２７に適用した技術的思想をコンプレッサインペラホイール１３に適用したり、可変ノズルユニットを備えないターボチャージャに適用したりする等、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、上記実施形態に限定されない。

Claims (4)

  1. 　金属粉末成形法による成形体を焼結して形成された、ターボチャージャ用インペラホイールであって、
    　前記ターボチャージャのハウジング内に回転可能に設けられ、前記ターボチャージャのロータ軸に一体的に連結された、外周面が軸方向から径方向外方に向けて傾斜するハブと、
    　前記ハブの外周面から間隔を置いて周方向に一体形成された、稜縁が前記ハウジングのシュラウドに沿って延びる複数のブレードと、を備え、
    　前記各ブレードの前記稜縁の全域又は一部に、前記シュラウドとの接触が許容される接触フィンが、一体形成されていることを特徴とするインペラホイール。
  2. 　前記各接触フィンが、前記ハブの回転方向の反対側に偏在されており、前記各接触フィンの前記ハブの回転方向側の面が、前記ブレードの本体に向けて徐々に厚肉となる曲面とされていることを特徴とする請求項１に記載のインペラホイール。
  3. 　前記各ブレードの前記稜縁の一部が、前記ハブの中心側の部分であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインペラホイール。
  4. 　内燃エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジンに供給される空気を過給するターボチャージャにおいて、
    　請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のインペラホイールを備えたことを特徴とするターボチャージャ。
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