WO2013014743A1

WO2013014743A1 - コンプレッサハウジング及び排気タービン過給機

Info

Publication number: WO2013014743A1
Application number: PCT/JP2011/066875
Authority: WO
Inventors: 知之磯谷
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2011-07-25
Publication date: 2013-01-31
Also published as: CN103748335B; EP2738367A4; CN103748335A; JPWO2013014743A1; EP2738367B1; US9388821B2; JP5664785B2; US20140147256A1; EP2738367A1

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

コンプレッサハウジング及び排気タービン過給機

　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。

特開平１１―１７３１５３号公報

　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。

本発明の一実施形態について、排気タービン過給機を構成するコンプレッサの断面構造を部分的に示す断面図。同実施形態におけるシュラウド部材の対向面及びシール部材の外周面を中心とした断面構造を拡大して示す拡大断面図であって、（ａ）切削加工前の断面図、（ｂ）切削加工後の断面図。

　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。

　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

　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。