WO2018110032A1 - ターボチャージャ - Google Patents

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WO2018110032A1
WO2018110032A1 PCT/JP2017/035252 JP2017035252W WO2018110032A1 WO 2018110032 A1 WO2018110032 A1 WO 2018110032A1 JP 2017035252 W JP2017035252 W JP 2017035252W WO 2018110032 A1 WO2018110032 A1 WO 2018110032A1
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housing
turbine
bearing housing
bearing
back plate
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PCT/JP2017/035252
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北村　剛
茨木　誠一
豊隆 吉田
鈴木　浩
幹 惠比寿
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三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社
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    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
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    • F01D25/145—Thermally insulated casings
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present disclosure relates to a turbocharger.
  • the turbocharger comprises a turbocharger body, a compressor, and a turbine.
  • the turbocharger body includes a rotating shaft, and a bearing housing rotatably supporting the rotating shaft via a bearing.
  • the rotating shaft includes a turbine wheel at a first end and a compressor wheel at a second end.
  • the turbine wheel is housed within a turbine housing connected to a bearing housing.
  • the compressor wheel is housed within a compressor housing connected to a bearing housing.
  • Such turbochargers rotate the turbine wheel by means of an exhaust gas flow supplied from the engine into the turbine housing.
  • the compressor wheel provided in the compressor housing rotates to compress air. Air compressed by the compressor is supplied to the engine.
  • At least some embodiments of the present invention aim to provide a turbocharger capable of further suppressing the heat input to the bearing housing from the turbine side.
  • a turbocharger Compressor wheel, A turbine wheel configured to rotate with the compressor wheel; A turbine housing provided to cover the turbine wheel; A bearing rotatably supporting a rotational shaft of the turbine wheel; A bearing housing in which the bearing is housed; One of the turbine housing or the bearing housing includes a fin portion projecting toward the other of the turbine housing or the bearing housing so as to extend along the axial direction of the rotation shaft. A cavity is formed between the turbine housing and the bearing housing on both sides in the radial direction of the rotation shaft with the fin portion interposed therebetween.
  • a fin portion extending along the axial direction of the rotation axis from one of the turbine housing or the bearing housing toward the other, and a cavity is formed on both sides of this fin portion
  • the heat input from the turbine housing to the bearing housing can be suppressed, and the loss of heat energy of the turbocharger can be reduced.
  • the labyrinth effect is generated by the fins and the cavities on both sides thereof, and the sealing performance between the turbine housing and the bearing housing can be improved.
  • the fin portion has a tip in contact with the other of the turbine housing or the bearing housing.
  • the turbocharger further comprises a fastening portion for fastening the turbine housing and the bearing housing,
  • the fastening portion is configured to apply the axial fastening force to the turbine housing and the bearing housing such that a tip end of the fin portion contacts the other of the turbine housing or the bearing housing.
  • the tip of the fin portion contacts the turbine housing or the bearing housing, and the turbine housing is positioned with respect to the bearing housing in the axial direction. it can.
  • the other of the turbine housing or the bearing housing has a groove for receiving the tip of the fin portion.
  • the groove for receiving the tip end of the fin portion is provided in the turbine housing or the bearing housing, the labyrinth effect by the fin portion and the cavity can be enhanced and the sealing performance by the fin portion can be improved.
  • the tip end of the fin portion is in contact with the bottom surface of the groove.
  • the sealability by the fin portion can be further improved.
  • the turbocharger further includes a heat insulating material provided in the groove.
  • heat input from the turbine housing to the bearing housing can be effectively suppressed by providing the heat insulating material in the groove in which the tip end of the fin portion is received.
  • the turbocharger further comprises a filler provided in the groove.
  • the filler prevents the leak of the exhaust gas through the gap between the fin portion and the groove, and the sealing performance is improved. It can be further improved.
  • the turbocharger further comprises a back plate provided on the back side of the turbine wheel,
  • the back plate is One end of the back plate in the radial direction abuts on the turbine housing; It is held between the turbine housing and the bearing housing such that the other end of the back plate in the radial direction abuts on the other of the bearing housings.
  • the back plate is provided on the back side of the turbine wheel, it is possible to further suppress the heat input from the turbine housing to the bearing housing by the heat shielding effect by the back plate. Further, since both ends of the back plate are brought into contact with the turbine housing and the bearing housing, respectively, to hold the back plate, compared with the case where the back plate is held between the turbine housing and the bearing housing, The heat transferred to the bearing housing via the back plate can be reduced.
  • the turbine housing has a first stepped portion for locking the one end of the back plate,
  • the bearing housing has a second step for locking the other end of the back plate.
  • the end portion of the back plate is locked to the first step portion of the turbine housing and the second step portion of the bearing housing, respectively, thereby providing the turbine housing to the bearing housing via the back plate.
  • the back plate can be properly held while suppressing the heat conduction to the back plate.
  • the back plate extends obliquely with respect to the radial direction from the one end of the back plate to the other end in a cross section along the axial direction.
  • the back plate is A first annular portion including the one end and extending in the axial direction along a wall surface of the turbine housing; A second annular portion including the other end and extending in the axial direction along a wall surface of the bearing housing; An intermediate flange portion provided between the first annular portion and the second annular portion so as to connect the first annular portion and the second annular portion; including.
  • the fin portion is an annular fin provided around the rotation axis.
  • the fin portion is an annular fin, the fin portion is continuous in the circumferential direction, and the leak flow which tries to pass through the tip clearance of the fin portion in the radial direction is effectively suppressed can do.
  • the heat input from the turbine housing to the bearing housing can be suppressed, and the loss of thermal energy of the turbocharger can be reduced.
  • FIG.2 (a) is sectional drawing which shows the structure of the fastening part periphery between the turbine housing which concerns on one Embodiment, and a bearing housing
  • FIG.2 (b) is a structure of the backplate in FIG. 2 (a).
  • FIG. It is sectional drawing which shows the structure of the fastening part periphery between the turbine housing which concerns on one Embodiment, and a bearing housing.
  • FIG.4 (a) is sectional drawing which shows the structure of the fastening part periphery between the turbine housing and bearing housing which concerns on one Embodiment
  • FIG.4 (b) is a structure of the back plate in FIG. 4 (a).
  • FIG. FIGS. 5 (a) and 5 (b) are cross-sectional views showing the configuration of a housing having a groove for receiving the tip of a fin portion according to one embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an entire configuration of a turbocharger according to an embodiment.
  • the turbocharger 10 includes a compressor 20 for boosting intake air to an internal combustion engine (not shown), and a turbine 30 driven by the exhaust gas of the internal combustion engine.
  • the compressor 20 includes a compressor wheel 22 and a compressor housing 24 provided so as to cover the compressor wheel 22.
  • the intake air flowing in from the inlet 26 of the compressor 20 is compressed by the compressor wheel 22, flows out from the outlet 28 of the compressor 20, and is led to the internal combustion engine.
  • the turbine 30 includes a turbine wheel 32 and a turbine housing 34 provided so as to cover the turbine wheel 32.
  • the turbine wheel 32 is connected to the compressor wheel 22 via a rotating shaft 33.
  • the turbine wheel 32 rotates with the compressor wheel 22.
  • the exhaust gas flowing in from the inlet portion (scrolling portion) 36 of the turbine 30 is discharged from the outlet portion 38 of the turbine 30 after being worked on the turbine wheel 32.
  • a back plate 70 described later is provided on the back side of the turbine wheel 32.
  • a bearing housing 50 is provided between the compressor housing 24 and the turbine housing 34.
  • the bearing housing 50 is provided with radial bearings 15A, 15B and a thrust bearing 16.
  • the rotating shaft 33 of the turbine wheel 32 is rotatably supported by radial bearings (15A, 15B).
  • an oil deflector 18 is provided on the compressor 20 side of the thrust bearing 16 to prevent the lubricating oil supplied to the radial bearings 15A, 15B and the thrust bearing 16 from flowing into the compressor 20 side.
  • the turbine housing 34 and the bearing housing 50 are fastened by a fastening member 52.
  • the fin portion 60 provided on one of the turbine housing 34 or the bearing housing 50 abuts on the other housing (50, 34), whereby the turbine housing 34 is positioned relative to the bearing housing 50. It may be The fin unit 60 will be described in detail later.
  • the flange 31 of the turbine housing 34 and the flange 53 of the bearing housing 50 are fastened by a clamp 52.
  • a fastening bolt is used to fasten the flange 31 of the turbine housing 34 and the flange 53 of the bearing housing 50.
  • a heat insulating material 51 may be provided between the flange 31 of the turbine housing 34 and the flange 53 of the bearing housing 50 from the viewpoint of suppressing heat transfer via the fastening portion between the two housings (34, 50).
  • FIG.2 (a) is sectional drawing which shows the structure of the fastening part periphery between the turbine housing and bearing housing which concerns on one Embodiment
  • FIG.2 (b) is a structure of back plate 70A in Fig.2 (a).
  • FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a structure around a fastening portion between a turbine housing and a bearing housing according to an embodiment.
  • Fig.4 (a) is sectional drawing which shows the structure of the fastening part periphery between the turbine housing and bearing housing which concerns on one Embodiment
  • FIG.4 (b) is a structure of back plate 70B in FIG. 4 (a).
  • one of the turbine housing 34 or the bearing housing 50 includes fin portions 60 (60A, 60B) extending along the axial direction of the rotation shaft 33. . Fins 60 (60A, 60B) project toward the other of turbine housing 34 or bearing housing 50. The tip of the fin portion 60 (60A, 60B) is in contact with the other of the turbine housing 34 or the bearing housing 50.
  • the fin portion 60 (60A, 60B) is an annular fin provided around the rotation axis 33.
  • the fin portion 60 is continuous in the circumferential direction, and it is possible to effectively suppress the leak flow which is about to pass through the tip clearance of the fin portion 60 in the radial direction.
  • a pair of cavities 80A and 80B are formed on both sides in the radial direction of the fin portion 60 (60A and 60B) of the above configuration.
  • the cavity 80A is formed radially inward of the fin portion 60 between the turbine housing 34 and the bearing housing 50.
  • the cavity 80 B is formed radially outside the fin portion 60 between the turbine housing 34 and the bearing housing 50. That is, the pair of cavities 80A and 80B are formed on both sides in the radial direction of the rotation shaft 33 with the fin portion 60 (60A and 60B) interposed therebetween.
  • the fin portion 60 (60A, 60B) has a constant thickness, but uses fin portions whose thickness in the radial direction decreases toward the tip end. It is also good.
  • the heat input from the turbine housing 34 to the bearing housing 50 is suppressed, and the loss of heat energy of the turbocharger 10 is reduced. it can. Further, a labyrinth effect is generated by the fin portion 60 (60A, 60B) and the cavities 80A, 80B on both sides thereof, and the sealability between the turbine housing 34 and the bearing housing 50 can be improved. In particular, when the tip end of the fin portion 60 (60A, 60B) is brought into contact with the turbine housing 34 or the bearing housing 50 as described above, the high sealing effect by the fin portion 60 can be enjoyed.
  • the fin 60A is provided on the turbine housing 34 so as to project axially toward the bearing housing 50.
  • fins 60B are provided on the bearing housing 50 so as to project axially towards the turbine housing 34.
  • back plates 70 are provided on the back side of the turbine wheel 32, as shown in FIGS.
  • One end of the back plate 70 abuts on the turbine housing 34.
  • the other end of the back plate 70 abuts on the bearing housing 50.
  • the back plate 70 is held between the turbine housing 34 and the bearing housing 50.
  • the heat shielding effect of the back plate 70 can further suppress the heat input from the turbine housing 34 to the bearing housing 50.
  • the back plate 70 by holding the back plate 70 by bringing both ends of the back plate 70 into contact with the turbine housing 34 and the bearing housing 50, respectively, as compared with the case where the back plate is held between the turbine housing and the bearing housing, The heat transferred from the turbine housing 34 to the bearing housing 50 via the back plate 70 can be reduced.
  • the turbine housing 34 has a first step 35 for locking one end of the back plate 70 (70A, 70B).
  • the bearing housing 50 has a second step portion 54 for locking the other end of the back plate 70 (70A, 70B).
  • the back plate 70A has an opening 72 into which the cylindrical portion provided in the bearing housing 50 is fitted. On the outer peripheral side of the opening 72, the back plate 70A is provided continuously in the circumferential direction.
  • the back plate 70A is a cross section along the axial direction of the rotary shaft 33, and the other end (inner peripheral portion 76A) of the back plate 70A on the bearing housing 50 side from one end (outer peripheral portion 74A) of the back plate 70A on the turbine housing 34 side. It extends obliquely with respect to the radial direction so as to be away from the turbine wheel 32 in the axial direction toward the), and has a truncated cone shape as a whole. As shown in FIGS.
  • the outer peripheral portion 74A abuts on the first stepped portion 35 of the turbine housing 34, and the inner peripheral portion 76A is a second stepped portion of the bearing housing 50. It comes in contact with the portion 54.
  • the frusto-conical backplate 70A is held between the turbine housing 34 and the bearing housing 50.
  • the back plate 70B has an opening 72 into which the cylindrical portion provided in the bearing housing 50 is fitted. On the outer peripheral side of the opening 72, the back plate 70B is provided continuously in the circumferential direction.
  • the back plate 70B connects the first annular portion 74B located on the outer peripheral side, the second annular portion 76B located on the inner peripheral side and having the opening 72, and the first annular portion 74B and the second annular portion 76B. And an intermediate flange portion 78B.
  • the back plate 70B has a disc portion formed by the intermediate flange portion 78B, and annular protrusions (74B, 76B) which project in opposite directions to the outer peripheral portion and the inner peripheral portion of the disc portion.
  • the back plate 70B configured as described above is held between the turbine housing 34 and the bearing housing 50, as shown in FIG. 4 (a).
  • the first annular portion 74 ⁇ / b> B of the back plate 70 ⁇ / b> B axially extends along the wall surface of the turbine housing 34 and abuts on the first step portion 35 of the turbine housing 34.
  • the second annular portion 76 ⁇ / b> B axially extends along the wall surface of the bearing housing 50 and abuts on the second step portion 54 of the bearing housing 50.
  • the wall surface of the housing (34, 50) facing the tip of the fin 60 (60A, 60B) is a flat surface.
  • a groove is provided in the housing (34, 50) opposite to the tip of the fin 60 (60A, 60B).
  • FIGS. 5 (a) and 5 (b) are cross-sectional views showing the configuration of a housing having a groove for receiving the tip of a fin portion according to one embodiment.
  • a groove 56 for receiving the tip of the fin portion 60A is formed on the wall surface of the bearing housing 50 facing the fin portion 60A.
  • the tip end of the fin portion 60A is in contact with the bottom surface of the groove 56 so as to improve the sealing performance of the fin portion 60A.
  • the groove 56 of the bearing housing 50 is provided with a thermal insulation 58A or filler 58B.
  • the heat insulating material 58A may be, for example, a heat insulating (heat insulating) material having a thermal conductivity of 0.1 W / m / K or less at normal temperature, and is formed of, for example, a porous body made of a ceramic material be able to.
  • the filling material 58B when the filling material 58B is provided in the groove 56, the leakage of the exhaust gas through the gap between the fin portion 60A and the groove 56 can be prevented by the filling material 58B, and the sealing performance can be improved.
  • the heat insulator 58A and the filler 58B may be used by the same member.
  • the fin 60A is provided on the turbine housing 34 and the groove 56 is provided on the bearing housing 50.
  • the present invention is limited to this example. It is not a thing. That is, the fin portion 60B may be provided on the bearing housing 50, and the turbine housing 34 may be provided with a groove for receiving the tip of the fin portion 60B. In this case, the groove of the turbine housing 34 may be provided with the heat insulating material 58A or the filling material 58B.
  • the fin portion 60 extends along the axial direction of the rotation shaft 33 from one of the turbine housing 34 or the bearing housing 50 toward the other. Is provided to form the cavities 80A and 80B on both sides of the fin portion 60, so that the heat input from the turbine housing 34 to the bearing housing 50 can be suppressed and the loss of thermal energy of the turbocharger 10 can be reduced. . Further, a labyrinth effect is generated by the fin portion 60 and the cavities 80A and 80B on both sides thereof, and the sealability between the turbine housing 34 and the bearing housing 50 can be improved.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes the embodiments in which the above-described embodiments are modified or the embodiments in which these embodiments are appropriately combined.
  • relative or absolute arrangements such as “in a direction”, “along a direction”, “parallel”, “orthogonal”, “center”, “concentric” or “coaxial” are used.
  • the expression is not only to express such an arrangement strictly, but also to indicate a relative displacement or a relative displacement with an angle or distance that can obtain the same function.
  • expressions that indicate that things such as “identical”, “equal” and “homogeneous” are equal states not only represent strictly equal states, but also have tolerances or differences with which the same function can be obtained. It also represents the existing state.
  • expressions representing shapes such as quadrilateral shapes and cylindrical shapes not only represent shapes such as rectangular shapes and cylindrical shapes in a geometrically strict sense, but also uneven portions and chamfers within the range where the same effect can be obtained.
  • the shape including a part etc. shall also be expressed.
  • the expressions “comprising”, “including” or “having” one component are not exclusive expressions excluding the presence of other components.

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Abstract

ターボチャージャは、コンプレッサホイールと、前記コンプレッサホイールとともに回転するように構成されたタービンホイールと、前記タービンホイールを覆うように設けられるタービンハウジングと、前記タービンホイールの回転軸を回転可能に支持する軸受と、前記軸受が収容される軸受ハウジングと、を備える。前記タービンハウジング又は前記軸受ハウジングの一方は、前記回転軸の軸方向に沿って延在するように、前記タービンハウジング又は前記軸受ハウジングの他方に向かって突出するフィン部を含む。前記タービンハウジングと前記軸受ハウジングとの間には、前記フィン部を挟んで前記回転軸の径方向の両側においてそれぞれキャビティが形成される。

Description

ターボチャージャ
　本開示は、ターボチャージャに関する。
　ターボチャージャは、ターボチャージャ本体と、コンプレッサと、タービンと、を備えている。ターボチャージャ本体は、回転軸と、軸受を介して回転軸を回転自在に支持する軸受ハウジングと、を備えている。回転軸は、第一端部側にタービンホイールを備え、第二端部側にコンプレッサホイールを備えている。タービンホイールは、軸受ハウジングに接続されたタービンハウジング内に収容されている。コンプレッサホイールは、軸受ハウジングに接続されたコンプレッサハウジング内に収容されている。
　このようなターボチャージャは、エンジンからタービンハウジング内に供給される排気ガス流によってタービンホイールを回転させる。タービンホイールの回転に伴って、コンプレッサハウジング内に設けられたコンプレッサホイールが回転し、空気を圧縮する。コンプレッサで圧縮された空気は、エンジンに供給される。
　なお、特許文献１には、タービンから軸受ハウジングへの入熱を抑えるため、タービンホイールと軸受ハウジングの軸受との間に、断熱材と、断熱層として機能する空隙と、を備えた構成が開示されている。
特許第４９３１９１７号公報
　上記ターボチャージャにおいては、タービン側から軸受ハウジングへの入熱をさらに抑えることが望まれている。
　上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、タービン側から軸受ハウジングへの入熱をさらに抑制可能なターボチャージャを提供することを目的とする。
（１）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係るターボチャージャは、
　コンプレッサホイールと、
　前記コンプレッサホイールとともに回転するように構成されたタービンホイールと、
　前記タービンホイールを覆うように設けられるタービンハウジングと、
　前記タービンホイールの回転軸を回転可能に支持する軸受と、
　前記軸受が収容される軸受ハウジングと、を備え、
　前記タービンハウジング又は前記軸受ハウジングの一方は、前記回転軸の軸方向に沿って延在するように、前記タービンハウジング又は前記軸受ハウジングの他方に向かって突出するフィン部を含み、
　前記タービンハウジングと前記軸受ハウジングとの間には、前記フィン部を挟んで前記回転軸の径方向の両側においてそれぞれキャビティが形成された
ことを特徴とする。
　上記（１）の構成によれば、タービンハウジング又は軸受ハウジングの一方から他方に向かって回転軸の軸方向に沿って延在するフィン部を設けて、このフィン部の両側にキャビティを形成するようにしたので、タービンハウジングから軸受ハウジングへの入熱を抑制し、ターボチャージャの熱エネルギーの損失を低減できる。また、フィン部及びその両側のキャビティによりラビリンス効果が生じ、タービンハウジングと軸受ハウジングとの間のシール性を向上させることができる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
　前記フィン部は、前記タービンハウジング又は前記軸受ハウジングの前記他方に接触した先端を有する。
　上記（２）の構成によれば、フィン部の先端をタービンハウジング又は軸受ハウジングに接触させるようにしたので、フィン部によるシール効果が向上する。
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
　前記ターボチャージャは、前記タービンハウジングと前記軸受ハウジングとを締結する締結部をさらに備え、
　前記締結部は、前記フィン部の先端が前記タービンハウジング又は前記軸受ハウジングの前記他方に接触するように、前記タービンハウジング及び前記軸受ハウジングに対して前記軸方向の締結力を作用させるように構成される。
　上記（３）の構成によれば、タービンハウジングと軸受ハウジングとの締結状態において、フィン部の先端がタービンハウジング又は軸受ハウジングに接触し、軸受ハウジングに対してタービンハウジングを軸方向に関して位置決めすることができる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
　前記タービンハウジング又は前記軸受ハウジングの前記他方は、前記フィン部の先端を受け入れる溝を有する。
　上記（４）の構成によれば、タービンハウジング又は軸受ハウジングにフィン部の先端を受け入れる溝を設けたので、フィン部及びキャビティによるラビリンス効果を高め、フィン部によるシール性を向上させることができる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
　前記フィン部の前記先端は、前記溝の底面に当接している。
　上記（５）の構成によれば、フィン部の先端が溝の底面に当接することで、フィン部によるシール性をさらに向上させることができる。
（６）幾つかの実施形態では、上記（４）又は（５）の構成において、
　前記ターボチャージャは、前記溝内に設けられた断熱材をさらに備える。
　上記（６）の構成によれば、フィン部の先端が受けられる溝内に断熱材を設けることで、タービンハウジングから軸受ハウジングへの入熱を効果的に抑制することができる。
（７）幾つかの実施形態では、上記（４）乃至（６）の何れかの構成において、
　前記ターボチャージャは、前記溝内に設けられた充填材をさらに備える。
　上記（７）の構成によれば、フィン部の先端を受け入れる溝内に充填材を設けることで、フィン部と溝との隙間を介した排気ガスのリークを充填材によって阻止し、シール性をさらに向上させることができる。
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、
　前記ターボチャージャは、前記タービンホイールの背面側に設けられるバックプレートをさらに備え、
　前記バックプレートは、
　　前記径方向における前記バックプレートの一端が前記タービンハウジングに当接し、
　　前記径方向における前記バックプレートの他端が前記軸受ハウジングの他方に当接する
ように前記タービンハウジング及び前記軸受ハウジング間に保持される。
　上記（８）の構成によれば、タービンホイールの背面側にバックプレートを設けたので、バックプレートによる遮熱効果により、タービンハウジングから軸受ハウジングへの入熱をより一層抑制できる。
　また、バックプレートの両端部をそれぞれタービンハウジング及び軸受ハウジングに当接させてバックプレートの保持を行うようにしたので、バックプレートをタービンハウジングと軸受ハウジングとで挟持する場合に比べて、タービンハウジングからバックプレートを介して軸受ハウジングに伝わる熱を低減できる。
（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の構成において、
　前記タービンハウジングは、前記バックプレートの前記一端を係止するための第１段差部を有し、
　前記軸受ハウジングは、前記バックプレートの前記他端を係止するための第２段差部を有する。
　上記（９）の構成によれば、タービンハウジングの第１段差部と軸受ハウジングの第２段差部とにバックプレートの端部をそれぞれ係止させることで、バックプレートを介したタービンハウジングから軸受ハウジングへの熱伝導を抑制しながら、バックプレートを適切に保持することができる。
（１０）幾つかの実施形態では、上記（８）又は（９）の何れかの構成において、
　前記バックプレートは、前記軸方向に沿った断面において、前記バックプレートの前記一端から前記他端に向かって前記径方向に対して斜めに延在する。
　上記（１０）の構成によれば、バックプレートの両端部をそれぞれタービンハウジング及び軸受ハウジングに当接させてバックプレートを保持する場合（バックプレートをタービンハウジングと軸受ハウジングとで挟持しない場合）であっても、バックプレートを確実に保持することができる。
（１１）幾つかの実施形態では、上記（８）又は（９）の何れかの構成において、
　前記バックプレートは、
　　前記一端を含み、前記タービンハウジングの壁面に沿って前記軸方向に延在する第１環状部と、
　　前記他端を含み、前記軸受ハウジングの壁面に沿って前記軸方向に延在する第２環状部と、
　　前記第１環状部と前記第２環状部とを接続するように、前記第１環状部と前記第２環状部との間に設けられる中間フランジ部と、
を含む。
　上記（１１）の構成によれば、バックプレートの両端部をそれぞれタービンハウジング及び軸受ハウジングに当接させてバックプレートを保持する場合（バックプレートをタービンハウジングと軸受ハウジングとで挟持しない場合）であっても、バックプレートを確実に保持することができる。
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１１）の何れかの構成において、
　前記フィン部は、前記回転軸の周りに設けられる環状フィンである。
　上記（１２）の構成によれば、フィン部が環状フィンであるため、フィン部が周方向に連続しており、フィン部の先端隙間を半径方向に通過しようとするリーク流れを効果的に抑制することができる。
　本発明の少なくとも幾つかの実施形態によれば、タービンハウジングから軸受ハウジングへの入熱を抑制し、ターボチャージャの熱エネルギーの損失を低減できる。
一実施形態に係るターボチャージャの全体構成を示す断面図である。 図２（ａ）は、一実施形態に係るタービンハウジングと軸受ハウジングとの間の締結部周辺の構造を示す断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるバックプレートの構成を示す図である。 一実施形態に係るタービンハウジングと軸受ハウジングとの間の締結部周辺の構造を示す断面図である。 図４（ａ）は、一実施形態に係るタービンハウジングと軸受ハウジングとの間の締結部周辺の構造を示す断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるバックプレートの構成を示す図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、それぞれ、一実施形態に係るフィン部の先端を受け入れる溝を有するハウジングの構成を示す断面図である。
　以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
　図１は、一実施形態に係るターボチャージャの全体構成を示す断面図である。
　同図に示すように、ターボチャージャ１０は、内燃機関（不図示）への吸気を昇圧するためのコンプレッサ２０と、内燃機関の排ガスによって駆動されるタービン３０を備える。
　コンプレッサ２０は、コンプレッサホイール２２と、コンプレッサホイール２２を覆うように設けられるコンプレッサハウジング２４と、を含む。コンプレッサ２０の入口部２６から流入した吸気は、コンプレッサホイール２２によって圧縮され、コンプレッサ２０の出口部２８から流出し、内燃機関に導かれるようになっている。
　一方、タービン３０は、タービンホイール３２と、タービンホイール３２を覆うように設けられるタービンハウジング３４と、を含む。タービンホイール３２は、回転軸３３を介してコンプレッサホイール２２に連結されている。これにより、タービンホイール３２はコンプレッサホイール２２とともに回転するようになっている。タービン３０の入口部（スクロール部）３６から流入した排ガスは、タービンホイール３２に対して仕事をした後、タービン３０の出口部３８から排出されるようになっている。
　なお、タービンホイール３２の背面側には、後述するバックプレート７０が設けられる。
　コンプレッサハウジング２４とタービンハウジング３４との間には、軸受ハウジング５０が設けられている。軸受ハウジング５０には、ラジアル軸受１５Ａ，１５Ｂおよびスラスト軸受１６が設けられている。タービンホイール３２の回転軸３３は、ラジアル軸受（１５Ａ，１５Ｂ）によって回転自在に支持されている。また、スラスト軸受１６よりもコンプレッサ２０側には、オイルディフレクタ１８が設けられており、ラジアル軸受１５Ａ，１５Ｂ及びスラスト軸受１６に供給される潤滑油のコンプレッサ２０側への流入を阻止している。
　タービンハウジング３４と軸受ハウジング５０とは、締結部材５２によって締結されている。この際、タービンハウジング３４又は軸受ハウジング５０の一方に設けられたフィン部６０が他方のハウジング（５０，３４）に当接することで、タービンハウジング３４が軸受ハウジング５０に対して位置決めされるようになっていてもよい。フィン部６０については後で詳述する。
　図１に示す例示的な実施形態では、タービンハウジング３４のフランジ３１と、軸受ハウジング５０のフランジ５３とがクランプ５２によって締結される。他の実施形態では、クランプ５２に替えて締結ボルトを用いて、タービンハウジング３４のフランジ３１と、軸受ハウジング５０のフランジ５３とが締結される。なお、両ハウジング（３４，５０）間の締結部を介した熱移動を抑制する観点から、タービンハウジング３４のフランジ３１と軸受ハウジング５０のフランジ５３との間に断熱材５１を設けてもよい。
　図２（ａ）は、一実施形態に係るタービンハウジングと軸受ハウジングとの間の締結部周辺の構造を示す断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるバックプレート７０Ａの構成を示す図である。図３は、一実施形態に係るタービンハウジングと軸受ハウジングとの間の締結部周辺の構造を示す断面図である。図４（ａ）は、一実施形態に係るタービンハウジングと軸受ハウジングとの間の締結部周辺の構造を示す断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるバックプレート７０Ｂの構成を示す図である。
　幾つかの実施形態では、図２～図４に示すように、タービンハウジング３４又は軸受ハウジング５０の一方は、回転軸３３の軸方向に沿って延在するフィン部６０（６０Ａ，６０Ｂ）を含む。フィン部６０（６０Ａ，６０Ｂ）は、タービンハウジング３４又は軸受ハウジング５０の他方に向かって突出している。フィン部６０（６０Ａ，６０Ｂ）の先端は、タービンハウジング３４又は軸受ハウジング５０の他方に接触している。
　一実施形態では、フィン部６０（６０Ａ，６０Ｂ）は、回転軸３３の周りに設けられる環状フィンである。
　この場合、フィン部６０が周方向に連続しており、フィン部６０の先端隙間を半径方向に通過しようとするリーク流れを効果的に抑制することができる。
　また、上記構成のフィン部６０（６０Ａ，６０Ｂ）の径方向の両側には、一対のキャビティ８０Ａ，８０Ｂが形成される。キャビティ８０Ａは、タービンハウジング３４と軸受ハウジング５０との間においてフィン部６０の径方向内側に形成される。一方、キャビティ８０Ｂは、タービンハウジング３４と軸受ハウジング５０との間においてフィン部６０の径方向外側に形成される。すなわち、一対のキャビティ８０Ａ，８０Ｂが、フィン部６０（６０Ａ，６０Ｂ）を挟んで回転軸３３の径方向の両側に形成される。
　なお、図２～図４に示す例示的な実施形態では、フィン部６０（６０Ａ，６０Ｂ）は一定の厚さを有するが、先端に向かうに従って径方向における厚さが薄くなるフィン部を用いてもよい。
　このように、フィン部６０（６０Ａ，６０Ｂ）の両側にキャビティ８０Ａ，８０Ｂを形成することで、タービンハウジング３４から軸受ハウジング５０への入熱を抑制し、ターボチャージャ１０の熱エネルギーの損失を低減できる。
　また、フィン部６０（６０Ａ，６０Ｂ）及びその両側のキャビティ８０Ａ，８０Ｂによりラビリンス効果が生じ、タービンハウジング３４と軸受ハウジング５０との間のシール性を向上させることができる。特に、上述のとおり、フィン部６０（６０Ａ，６０Ｂ）の先端をタービンハウジング３４又は軸受ハウジング５０に接触させる場合、フィン部６０による高いシール効果を享受できる。
　なお、図２（ａ）及び図４（ａ）に示す例示的な実施形態では、フィン部６０Ａが、軸受ハウジング５０に向かって軸方向に突出するように、タービンハウジング３４に設けられている。これに対し、図３に示す例示的な実施形態では、フィン部６０Ｂが、タービンハウジング３４に向かって軸方向に突出するように、軸受ハウジング５０に設けられている。
　幾つかの実施形態では、図２～図４に示すように、タービンホイール３２の背面側にはバックプレート７０（７０Ａ，７０Ｂ）が設けられる。バックプレート７０の一端は、タービンハウジング３４に当接する。バックプレート７０の他端は、軸受ハウジング５０に当接する。こうして、バックプレート７０は、タービンハウジング３４及び軸受ハウジング５０間に保持される。
　このように、タービンホイール３２の背面側にバックプレート７０を設けることで、バックプレート７０による遮熱効果により、タービンハウジング３４から軸受ハウジング５０への入熱をより一層抑制できる。また、バックプレート７０の両端部をそれぞれタービンハウジング３４及び軸受ハウジング５０に当接させてバックプレート７０の保持を行うようことで、タービンハウジングと軸受ハウジングとでバックプレートを挟持する場合に比べて、タービンハウジング３４からバックプレート７０を介して軸受ハウジング５０に伝わる熱を低減できる。
　図２～図４に示す実施形態では、タービンハウジング３４は、バックプレート７０（７０Ａ，７０Ｂ）の一端を係止するための第１段差部３５を有する。一方、軸受ハウジング５０は、バックプレート７０（７０Ａ，７０Ｂ）の他端を係止するための第２段差部５４を有する。
　こうして、タービンハウジング３４の第１段差部３５と軸受ハウジング５０の第２段差部５４とにバックプレート７０の両端部をそれぞれ係止させることで、バックプレート７０を介したタービンハウジング３４から軸受ハウジング５０への熱伝導を抑制しながら、バックプレート７０を適切に保持することができる。
　図２（ｂ）に示すように、一実施形態では、バックプレート７０Ａは、軸受ハウジング５０に設けられた円筒部が嵌入される開口７２を有する。開口７２の外周側において、バックプレート７０Ａは周方向に連続して設けられている。バックプレート７０Ａは、回転軸３３の軸方向に沿った断面において、バックプレート７０Ａのタービンハウジング３４側の一端（外周部７４Ａ）から、バックプレート７０Ａの軸受ハウジング５０側の他端（内周部７６Ａ）に向かって軸方向においてタービンホイール３２から遠ざかるように、径方向に対して斜めに延在しており、全体として円錐台形状を有する。
　上記構成のバックプレート７０Ａは、図２（ａ）及び図３に示すように、外周部７４Ａがタービンハウジング３４の第１段差部３５に当接し、内周部７６Ａが軸受ハウジング５０の第２段差部５４に当接するようになっている。こうして、円錐台形状のバックプレート７０Ａが、タービンハウジング３４と軸受ハウジング５０との間に保持される。
　他の実施形態では、図４（ｂ）に示すように、バックプレート７０Ｂは、軸受ハウジング５０に設けられた円筒部が嵌入される開口７２を有する。開口７２の外周側において、バックプレート７０Ｂは周方向に連続して設けられている。バックプレート７０Ｂは、外周側に位置する第１環状部７４Ｂと、内周側に位置して開口７２を有する第２環状部７６Ｂと、第１環状部７４Ｂと第２環状部７６Ｂとを接続する中間フランジ部７８Ｂと、を含む。言い換えると、バックプレート７０Ｂは、中間フランジ部７８Ｂによって形成される円板部を有し、当該円板部の外周部及び内周部に互いに反対方向に突出する環状の突出部（７４Ｂ，７６Ｂ）を有する。
　上記構成のバックプレート７０Ｂは、図４（ａ）に示すように、タービンハウジング３４と軸受ハウジング５０との間に保持される。この際、バックプレート７０Ｂの第１環状部７４Ｂが、タービンハウジング３４の壁面に沿って軸方向に延在し、タービンハウジング３４の第１段差部３５に当接している。一方、第２環状部７６Ｂは、軸受ハウジング５０の壁面に沿って軸方向に延在し、軸受ハウジング５０の第２段差部５４に当接している。
　上述の図２～図４に示した実施形態では、フィン部６０（６０Ａ，６０Ｂ）の先端に対向するハウジング（３４，５０）の壁面は平坦面である。しかし、他の幾つかの実施形態では、フィン部６０（６０Ａ，６０Ｂ）の先端に対向するハウジング（３４，５０）に溝が設けられる。
　図５（ａ）及び図５（ｂ）は、それぞれ、一実施形態に係るフィン部の先端を受け入れる溝を有するハウジングの構成を示す断面図である。
　図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、軸受ハウジング５０のフィン部６０Ａに対向する壁面には、フィン部６０Ａの先端を受け入れる溝５６が形成されている。フィン部６０Ａの先端は、溝５６の底面に当接しており、フィン部６０Ａによるシール性を向上させるようになっている。
　図５（ｂ）に示す例示的な実施形態では、軸受ハウジング５０の溝５６には、断熱材５８Ａ又は充填材５８Ｂが設けられている。
　溝５６に断熱材５８Ａを設けた場合、タービンハウジング３４から軸受ハウジング５０への入熱を効果的に抑制することができる。断熱材５８Ａは、例えば常温で熱伝導率０．１Ｗ／ｍ／Ｋ以下の断熱（遮熱）材料を用いることができ、例えば、セラミック系材料、シリカ系材料等からなる多孔質体によって形成することができる。
　一方、溝５６に充填材５８Ｂを設けた場合、フィン部６０Ａと溝５６との隙間を介した排気ガスのリークを充填材５８Ｂによって阻止し、シール性を向上させることができる。
　なお、断熱材５８Ａと充填材５８Ｂとを同一部材によって兼用してもよい。
　また、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示した実施形態では、タービンハウジング３４にフィン部６０Ａを設け、軸受ハウジング５０に溝５６を設ける例を示したが、この例に限定されるものではない。即ち、軸受ハウジング５０にフィン部６０Ｂを設け、タービンハウジング３４にフィン部６０Ｂの先端を受け入れる溝を設けてもよい。この場合、タービンハウジング３４の溝に断熱材５８Ａ又は充填材５８Ｂを設けてもよい。
　上述したように、本発明の幾つかの実施形態によれば、タービンハウジング３４又は軸受ハウジング５０の一方から他方に向かって回転軸３３の軸方向に沿って延在するフィン部６０（６０Ａ，６０Ｂ）を設けて、このフィン部６０の両側にキャビティ８０Ａ，８０Ｂを形成するようにしたので、タービンハウジング３４から軸受ハウジング５０への入熱を抑制し、ターボチャージャ１０の熱エネルギーの損失を低減できる。また、フィン部６０及びその両側のキャビティ８０Ａ，８０Ｂによりラビリンス効果が生じ、タービンハウジング３４と軸受ハウジング５０との間のシール性を向上させることができる。
　本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
　また、本明細書において、「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」、「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。
１０　ターボチャージャ
１５Ａ，１５Ｂ　ラジアル軸受
１６　スラスト軸受
１８　オイルディフレクタ
２０　コンプレッサ
２２　コンプレッサホイール
２４　コンプレッサハウジング
２６　入口部
３０　タービン
３１　フランジ
３２　タービンホイール
３３　回転軸
３４　タービンハウジング
３５　第１段差部
５０　軸受ハウジング
５１　断熱材
５２　締結部材
５４　第２段差部
５６　溝
５８Ａ　断熱材
５８Ｂ　充填材
６０，６０Ａ，６０Ｂ　フィン部
７０，７０Ａ，７０Ｂ　バックプレート
７２　開口
７４Ａ　外周部
７６Ａ　内周部
７４Ｂ　第１環状部
７６Ｂ　第２環状部
７８Ｂ　中間フランジ部
８０Ａ，８０Ｂ　キャビティ

Claims (12)

  1. 　コンプレッサホイールと、
    　前記コンプレッサホイールとともに回転するように構成されたタービンホイールと、
    　前記タービンホイールを覆うように設けられるタービンハウジングと、
    　前記タービンホイールの回転軸を回転可能に支持する軸受と、
    　前記軸受が収容される軸受ハウジングと、を備え、
    　前記タービンハウジング又は前記軸受ハウジングの一方は、前記回転軸の軸方向に沿って延在するように、前記タービンハウジング又は前記軸受ハウジングの他方に向かって突出するフィン部を含み、
    　前記タービンハウジングと前記軸受ハウジングとの間には、前記フィン部を挟んで前記回転軸の径方向の両側においてそれぞれキャビティが形成された
    ことを特徴とするターボチャージャ。
  2. 　前記フィン部は、前記タービンハウジング又は前記軸受ハウジングの前記他方に接触した先端を有することを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ。
  3. 　前記タービンハウジングと前記軸受ハウジングとを締結する締結部をさらに備え、
    　前記締結部は、前記フィン部の先端が前記タービンハウジング又は前記軸受ハウジングの前記他方に接触するように、前記タービンハウジング及び前記軸受ハウジングに対して前記軸方向の締結力を作用させるように構成された
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載のターボチャージャ。
  4. 　前記タービンハウジング又は前記軸受ハウジングの前記他方は、前記フィン部の先端を受け入れる溝を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のターボチャージャ。
  5. 　前記フィン部の前記先端は、前記溝の底面に当接していることを特徴とする請求項４に記載のターボチャージャ。
  6. 　前記溝内に設けられた断熱材をさらに備えることを特徴とする請求項４又は５に記載のターボチャージャ。
  7. 　前記溝内に設けられた充填材をさらに備えることを特徴とする請求項４乃至６の何れか一項に記載のターボチャージャ。
  8. 　前記タービンホイールの背面側に設けられるバックプレートをさらに備え、
    　前記バックプレートは、
    　　前記径方向における前記バックプレートの一端が前記タービンハウジングに当接し、
    　　前記径方向における前記バックプレートの他端が前記軸受ハウジングの他方に当接する
    ように前記タービンハウジング及び前記軸受ハウジング間に保持された
    ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のターボチャージャ。
  9. 　前記タービンハウジングは、前記バックプレートの前記一端を係止するための第１段差部を有し、
    　前記軸受ハウジングは、前記バックプレートの前記他端を係止するための第２段差部を有する
    ことを特徴とする請求項８に記載のターボチャージャ。
  10. 　前記バックプレートは、前記軸方向に沿った断面において、前記バックプレートの前記一端から前記他端に向かって前記径方向に対して斜めに延在することを特徴とする請求項８又は９に記載のターボチャージャ。
  11. 　前記バックプレートは、
    　　前記一端を含み、前記タービンハウジングの壁面に沿って前記軸方向に延在する第１環状部と、
    　　前記他端を含み、前記軸受ハウジングの壁面に沿って前記軸方向に延在する第２環状部と、
    　　前記第１環状部と前記第２環状部とを接続するように、前記第１環状部と前記第２環状部との間に設けられる中間フランジ部と、
    を含むことを特徴とする請求項８又は９に記載のターボチャージャ。
  12. 　前記フィン部は、前記回転軸の周りに設けられる環状フィンであることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載のターボチャージャ。
PCT/JP2017/035252 2016-12-12 2017-09-28 ターボチャージャ WO2018110032A1 (ja)

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