WO2019142498A1 - 翼車、シャフト付き翼車、過給機、及び、翼車の製造方法 - Google Patents
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- G01M1/30—Compensating imbalance
- G01M1/34—Compensating imbalance by removing material from the body to be tested, e.g. from the tread of tyres
Definitions
- the present disclosure relates to an impeller, a shafted impeller, a turbocharger, and a method of manufacturing an impeller.
- the thickness of the connecting portion with the blade in the main body may be increased.
- the mass of the impeller tends to increase, and the amount of displacement of the mass balance relative to the rotation axis tends to increase.
- a larger amount of correction by the balance correction unit is required, and more space is required to form the balance correction unit. Therefore, it is conceivable to secure a space for forming the balance correction unit by enlarging the impeller.
- the mass of the impeller may be further increased.
- the present disclosure suppresses the increase in mass, and can provide a sufficient space for forming the balance correction portion, a impeller with a shaft, a turbocharger, and a method of manufacturing the impeller. explain.
- the impeller according to an aspect of the present disclosure is an impeller, and includes a main body having a rotational axis, and a blade provided on an outer peripheral surface of the main body, the main body having a first axial direction
- a hollow portion is formed at the first end, and an inner wall surface of the hollow portion is provided with an axis of rotation, the first end and the second end opposite to the first end to which the shaft is attached.
- a balance correction unit is formed to correct the mass balance of the impeller.
- a method of manufacturing a wheel according to an aspect of the present disclosure is a method of manufacturing a wheel, having a rotation axis and having a first end opposite to the first end in the rotation axis direction and a shaft attached
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing a turbocharger according to an embodiment of the present disclosure.
- FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG.
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG.
- FIG. 4 is a partial enlarged view of FIG.
- FIG. 5 is a cross-sectional view showing an impeller portion of a turbocharger according to a modification.
- 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI of FIG.
- the impeller according to an aspect of the present disclosure is an impeller, and includes a main body having a rotational axis, and a blade provided on an outer peripheral surface of the main body, the main body having a first axial direction
- a hollow portion is formed at the first end, and an inner wall surface of the hollow portion is provided with an axis of rotation, the first end and the second end opposite to the first end to which the shaft is attached.
- a balance correction unit is formed to correct the mass balance of the impeller.
- a hollow portion is formed in the main body portion, and the balance correction portion is formed on the inner wall surface of the hollow portion.
- the balance correction portion is formed on the inner wall surface of the hollow portion.
- the balance correction portion is formed on the side of the hollow portion. In this case, the balance correction unit can be formed more efficiently.
- the balance correction portion is formed on the bottom of the hollow portion. In this case, the balance correction unit can be formed more easily.
- the hollow portion has a polygonal shape in a cross section perpendicular to the rotation axis.
- the hollow portion when attaching, for example, the shaft to the impeller, the hollow portion can be used as the holding portion.
- the increase in mass of the impeller is suppressed as compared with the case where the holding portion is enlarged to secure the space for holding the impeller. can do.
- a shafted impeller according to an aspect of the present disclosure includes the above-described impeller and a shaft attached to a second end of the main body. In this case, it is possible to provide a shaft-equipped impeller provided with an impeller capable of achieving the effects as described above.
- a turbocharger includes the above-described impeller and a shaft attached to a second end of the main body. In this case, it is possible to provide a turbocharger equipped with a impeller capable of achieving the effects as described above.
- a method of manufacturing a wheel according to an aspect of the present disclosure is a method of manufacturing a wheel, having a rotation axis and having a first end opposite to the first end in the rotation axis direction and a shaft attached
- the hollow portion is formed at the first end of the main body portion in the second step, and the balance correction portion is formed on the inner wall surface of the hollow portion in the third step.
- the supercharger 1 shown in FIG. 1 is mounted on, for example, an engine for a car.
- the supercharger 1 includes a turbine 10 and a compressor 20.
- the turbine 10 includes a turbine housing 11 and a turbine impeller 12 (blade wheel) housed in the turbine housing 11.
- the compressor 20 includes a compressor housing 21 and a compressor impeller 22 (wheel) housed in the compressor housing 21.
- the turbine impeller 12 and the compressor impeller 22 are fixed to each other via a shaft 32.
- the shaft 32 extends along the rotation axis X direction, and is rotatable around the rotation axis X.
- the turbine impeller 12 is provided at a first end 32 a of the shaft 32, and the compressor impeller 22 is provided at a second end 32 b of the shaft 32.
- the turbine impeller 12, the compressor impeller 22, and the shaft 32 constitute a rotor assembly (rotor assembly with a shaft) 2.
- the turbine impeller 12 and the shaft 32 constitute a turbine shaft (shafted impeller) 3.
- a bearing housing 31 is provided between the turbine housing 11 and the compressor housing 21.
- the shaft 32 is rotatably supported by the bearing housing 31.
- the bearing housing 31 is provided with a radial bearing 33 for rotatably supporting the shaft 32 and a pair of thrust bearings 34.
- the shaft 32, the turbine impeller 12 and the compressor impeller 22 rotate as an integral rotating body.
- the turbine housing 11 is provided with an exhaust gas inlet channel (not shown) and an exhaust gas outlet channel 16. Exhaust gas discharged from an internal combustion engine (not shown) flows into the spiral scroll passage 15 provided in the turbine housing 11 through the inlet passage to rotate the turbine impeller 12 and then the outlet passage It flows out of the turbine housing 11 through 16.
- the compressor housing 21 is provided with a suction flow path 25 and a discharge flow path (not shown). As described above, when the turbine impeller 12 rotates, the compressor impeller 22 rotates via the shaft 32. By the rotation of the compressor impeller 22, external air is sucked through the suction passage 25, passes through the scroll passage, and is discharged from the discharge passage. The compressed air discharged from the discharge flow passage is supplied to the internal combustion engine.
- variable nozzle unit 40 that controls the flow passage area (flow rate) of the exhaust gas supplied to the turbine impeller 12 is provided.
- the variable nozzle unit 40 includes a plurality of variable nozzles 41 arranged at intervals in the circumferential direction around the rotation axis X, and a first nozzle ring arranged on both sides of the variable nozzles 41 in the rotation axis X direction. 42 and a second nozzle ring 43.
- the variable nozzle unit 40 further has a plurality of link members 45 fixed to the plurality of variable nozzles 41 and extending radially outward, and a drive ring 46 engaged with the radially outer end of the link member 45 .
- variable nozzle unit 40 driving of a motor or a cylinder (not shown) or the like is transmitted through the power transmission mechanism 49 to rotate the drive ring 46 in the circumferential direction to engage with the drive ring 46, respectively.
- the plurality of link members 45 rotate in the circumferential direction.
- the plurality of variable nozzles 41 fixed to the plurality of link members 45 rotate (rock).
- the variable nozzle unit 40 can control the exhaust gas flow rate from the upstream scroll flow passage 15 side to the downstream turbine impeller 12 side by controlling the rotation amounts of the plurality of variable nozzles 41.
- the turbine impeller 12 includes a main body portion 13 and a blade portion 14.
- the main body 13 is rotatable about the rotation axis X.
- the main body 13 has a first end 13a in the rotation axis X direction, a second end 13b opposite to the first end 13a to which the shaft 32 is attached, and an outer peripheral surface 13c on which the blade 14 is provided. It contains.
- the main body portion 13 is formed so as to gradually decrease the outer diameter thereof from the first end 13a toward the second end 13b.
- the wing portion 14 is provided on the outer peripheral surface 13 c of the main body portion 13.
- the turbine impeller 12 is provided with a plurality of vanes 14.
- the plurality of blades 14 are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the main body 13.
- the main body portion 13 and the blade portion 14 are integrally formed.
- the main body 13 and the shaft 32 are fixed, for example, by welding the second end 13 b of the main body 13 and the first end 32 a of the shaft 32 to each other.
- the material of the turbine impeller 12 is, for example, a nickel-based superalloy or the like.
- a columnar hollow portion 13 d is formed at the first end 13 a of the main body portion 13.
- the hollow portion 13d is open at the first end 13a of the main body portion 13, and extends along the rotation axis X from the first end 13a to the second end 13b.
- the hollow portion 13d is defined by the side surface 13e and the bottom surface 13f.
- the side surface 13 e extends along the rotation axis X.
- the bottom surface 13 f is orthogonal to the rotation axis X.
- the hollow portion 13 d has a polygonal shape in a cross section perpendicular to the rotation axis X.
- the hollow portion 13 d has, for example, a hexagonal shape in a cross section perpendicular to the rotation axis X.
- the size (for example, the diameter of the circumscribed circle of a hexagon) in the cross section perpendicular to the rotation axis X of the hollow portion 13 d, the length in the rotation axis X direction, and the like can be set as needed.
- illustration of the blade part 14 is abbreviate
- a balance correction portion 13g is formed on the inner wall surface of the hollow portion 13d.
- the balance correction unit 13 g is formed to correct the mass balance of the turbine impeller 12 with respect to the rotation axis X.
- the balance correction part 13g may be formed at one place on the inner wall surface of the hollow part 13d, or may be formed at a plurality of places.
- Mass balance refers to the mass distribution of a substance relative to a predetermined reference position. For example, when the mass distribution of the turbine impeller 12 in the rotational direction about the rotational axis X with respect to the rotational axis X is not uniform, it is said that the mass balance of the turbine impeller 12 with respect to the rotational axis X is shifted. When the mass balance is out of alignment, it is conceivable to correct the mass balance, for example, by removing a part of the substance.
- the balance correction portion 13g is formed, for example, on the side surface 13e of the hollow portion 13d.
- the balance correction unit 13 g may extend, for example, from the first end 13 a to the second end 13 b along the rotation axis X.
- the position, depth, shape, length in the direction of the rotation axis X, and the like of the balance correction unit 13g on the side surface 13e can be set according to the amount of mass balance deviation.
- a balance correction portion 13 h is formed at the outer edge of the second end 13 b of the main body portion 13.
- the balance correction portion 13 h is formed on the surface (the back surface of the turbine impeller 12) opposite to the outer peripheral surface 13 c of the main body portion 13 provided with the blade portion 14.
- the balance correction unit 13 h corrects the mass balance of the turbine impeller 12 in the rotation axis X direction together with the balance correction unit 13 g.
- the compressor impeller 22 includes a main body 23 and blades 24.
- the main body portion 23 has a rotation axis X.
- the main body portion 23 has a first end 23 a in the direction of the rotation axis X, a second end 23 b opposite to the first end 23 a to which the shaft 32 is attached, and an outer peripheral surface 23 c on which the blade portion 24 is provided. It contains.
- the main body portion 23 and the shaft 32 are fixed, for example, by screwing together a female screw formed inside the main body portion 23 and a male screw formed at the second end 32 b of the shaft 32.
- the material of the compressor impeller 22 is, for example, an aluminum alloy or the like.
- a hollow portion 23 d is formed at the first end 23 a of the main body portion 23.
- the hollow portion 23 d is defined by the side surface 23 e and the bottom surface 23 f.
- the hollow portion 23d is the same as the hollow portion 13d of the turbine impeller 12, and the detailed description thereof will be omitted.
- a balance correction portion 23g is formed on the inner wall surface of the hollow portion 23d.
- the balance correction unit 23g is the same as the balance correction unit 13g of the turbine impeller 12, and the detailed description thereof will be omitted.
- a balance correction part 23h is formed at the outer edge of the second end 23b of the main body 23, a balance correction part 23h is formed.
- the balance correction unit 23 h is the same as the balance correction unit 13 h of the turbine impeller 12, and the detailed description thereof will be omitted.
- the hollow portion 13d is formed in the main body portion 13, and the balance correction portion 13g is formed on the side surface 13e of the hollow portion 13d.
- a sufficient space for forming the balance correction unit 13g can be secured.
- the mass of the impeller increases and the amount of mass balance deviation also tends to increase.
- a larger amount of correction by the balance correction unit is required compared to before the increase in mass, and more space is required to form the balance correction unit. Therefore, for example, it is conceivable to secure a space for forming the balance correction unit by lengthening the first end of the main body of the impeller.
- the main body becomes longer, the mass of the impeller is further increased, the correction amount by the balance correction portion is required more, and the space for forming the balance correction portion is further required.
- the amount of overhang also increases, and the load on the bearing that supports the rotor assembly increases.
- the hollow portion 13d is formed at the first end 13a of the main body portion 13, and the balance correction portion 13g is formed at the side surface 13e of the hollow portion 13d.
- a sufficient space for forming the balance correction portion 13 g can be secured without lengthening the first end 13 a of the main body portion 13.
- the mass of the turbine impeller 12 can be reduced rather than suppressing the increase of the mass of the turbine impeller 12.
- the side surface 13 e or the bottom surface 13 f of the hollow portion 13 d can be used as a reference surface of the turbine impeller 12. More specifically, for example, by inserting a jig into the hollow portion 13d and bringing the outer peripheral surface of the jig into contact with the side surface 13e, alignment between the jig and the shaft 32 can be performed via the side surface 13e. it can. Thereby, alignment with turbine impeller 12 and shaft 32 can be performed. Thus, stable bonding between the turbine impeller 12 and the shaft 32 can be realized. Such an effect is similarly exhibited in the compressor impeller 22. The above alignment may be performed via the bottom surface 13f of the hollow portion 13d.
- a balance correction portion 13g is formed on the side surface 13e of the hollow portion 13d. According to this configuration, the balance correction unit 13g can be formed more efficiently. That is, the balance correction unit 13g is formed at a position farther from the rotation axis X, as compared to, for example, the bottom surface 13f. As a result, the balance correction unit 13g can be made smaller if the same mass balance deviation occurs.
- a correction amount (for example, mass of a portion to be scraped off) m by the balance correction unit 13 g, a distance r between the balance correction unit 13 g and the rotation axis X (hereinafter referred to as a rotation radius) r, an external force F, and the turbine impeller 12
- the equation mr F / ⁇ 2 holds for the angular velocity ⁇ of
- the external force F and the angular velocity ⁇ are constant, the larger the rotation radius r, the smaller the correction amount m. That is, the correction amount m can be reduced by increasing the rotation radius r.
- the balance correction portion 13g When the balance correction portion 13g is formed on the side surface 13e, the radius of rotation r is larger than when the balance correction portion 13g is formed on the bottom surface 13f, so that the balance correction portion 13g can be made smaller. Therefore, the balance correction part 13g can be formed more efficiently.
- the correction amount m decreases, the amount of scraping off in the turbine impeller 12 also decreases, so the strength (reliability) of the turbine impeller 12 is improved. Such an effect is similarly exhibited in the compressor impeller 22.
- the hollow portion 13 d has a hexagonal shape in a cross section perpendicular to the rotation axis X. According to this configuration, when attaching, for example, the shaft 32 to the turbine impeller 12, the hollow portion 13d can be used as a holding portion.
- the mass of the turbine impeller 12 is greater than in the case where the holding portion is enlarged to secure a space for holding the turbine impeller 12. It is possible to suppress the increase. Such an effect is similarly exhibited in the compressor impeller 22.
- the turbine shaft 3 includes a turbine impeller 12 and a shaft 32. According to this configuration, it is possible to provide the turbine shaft 3 provided with the turbine impeller 12 capable of achieving the effects as described above.
- the supercharger 1 includes a turbine impeller 12 and a shaft 32. In this case, it is possible to provide the turbocharger 1 provided with the turbine impeller 12 capable of achieving the effects as described above.
- the method of manufacturing the turbine impeller 12 includes a first step of forming the main body portion 13 and the blade portion 14, a second step of forming the hollow portion 13d, and a third step of forming the balance correction portion 13g. There is.
- the first step the hollow portion 13 d and the balance correction portion 13 g are not formed in the main body portion 13.
- the main body portion in which the hollow portion 13 d and the balance correction portion 13 g are not formed is also referred to as the main body portion 13.
- the main body portion 13 and the wing portion 14 are integrally formed by, for example, a previously prepared mold.
- the hollow portion 13 d is formed at the first end 13 a of the main body portion 13.
- the hollow portion 13 d is formed, for example, by electrical discharge machining so that the center line thereof overlaps with the rotation axis X.
- the shaft 32 is fixed to the second end 13 b of the main body 13 to obtain the turbine shaft 3.
- the turbine impeller 12 is held, for example, by inserting a predetermined jig into the hollow portion 13d.
- the turbine shaft 3 is set in a balance correction device, and is rotated at a predetermined rotational speed about the rotation axis X.
- the balance correction unit 13g and the balance correction unit 13h are formed based on the measurement result.
- the balance correction unit 13g and the balance correction unit 13h are formed, for example, by electrical discharge machining.
- the compressor impeller 22 is also manufactured similar to the turbine impeller 12.
- the hollow portion 13d is formed in the first end 13a of the main body 13 in the second step, and the balance correction is performed on the inner wall surface of the hollow portion 13d in the third step.
- the portion 13g is formed.
- a sufficient space for forming the balance correction unit 13g can be secured.
- FIG. 5 and 6 are views showing a modified example of the turbine impeller 12A.
- a hollow portion 13j is formed at the first end 13a, and a balance correction portion 13n is formed on the inner wall surface of the hollow portion 13j.
- the hollow portion 13 j has a hexagonal shape in a cross section perpendicular to the rotation axis X. According to this configuration, when the turbine impeller 12A is attached to, for example, the shaft 32, the turbine impeller 12A can be more easily held via the hollow portion 13j.
- the balance correction portion 13 n is formed not on the side surface 13 k of the hollow portion 13 j but on the bottom surface 13 m of the hollow portion 13 j. According to this configuration, the balance correction unit 13 n can be formed more easily. That is, the balance correction part 13 n can be formed more easily than when the balance correction part is formed on the side surface.
- the hollow portion 13d has a hexagonal shape, but in the cross section perpendicular to the rotation axis X, the hollow portion 13d has, for example, an octagonal shape or a dodecagonal shape It may have a polygonal shape.
- the hollow portion 13 d may have various shapes such as a circular shape in a cross section perpendicular to the rotation axis X.
- the balance correction unit 13 g may have various shapes such as, for example, a rectangular shape in a cross section perpendicular to the rotation axis X.
- the rotor assembly 2 may have at least the compressor impeller 22 of the turbine impeller 12 and the compressor impeller 22.
- the hollow portion and the balance correction portion may not be formed in any one of the turbine impeller 12 and the compressor impeller 22.
- the compressor impeller 22 is rotationally driven by, for example, a motor.
- the main body 13 and the shaft 32 are fixed by welding the second end 13 b of the main body 13 and the first end 32 a of the shaft 32 to each other, but the present invention is not limited thereto.
- a through hole is formed in the main body 13 along the rotation axis X direction, and the first end 32 a of the shaft 32 is inserted into the through hole from the second end 13 b of the main body 13 and fixed to the main body 13. May be In this case, the portion of the shaft 32 inserted into the through hole of the main body 13 constitutes a part of the main body 13.
- the hollow portion 13 d may be formed on the end face of the shaft 32 on the first end 32 a side in the rotation axis X.
- the hollow portion 13 d is formed so that the center line thereof is overlapped with the rotation axis X, but the hollow portion 13 d has a cross section perpendicular to the rotation axis X, for example. It may be formed so as to overlap with the center of mass of the turbine impeller 12 at. In this case, an increase in the amount of correction by the balance correction unit 13g can be more effectively suppressed.
- the hollow portion 13d is formed by electric discharge machining
- the hollow portion 13d may be formed by, for example, a mold together with the main body portion 13 and the blade portion 14.
- the first step and the second step are the same combined process.
- mold parts for forming the hollow portion 13d are added.
- the hollow portion 13 d and the balance correction portion 13 g may be formed by machining.
- the balance correction of the turbine impeller 12 may be performed using the bottom surface 13 f of the hollow portion 13 d. That is, the bottom surface 13f corresponds to the balance correction unit. In this case, the balance of the turbine impeller 12 is corrected by adjusting the position of the bottom surface 13f of the hollow portion 13d (the depth of the hollow portion 13d). In other words, the second and third steps are performed simultaneously. As a result, since the hollow portion 13 d can be formed and the balance can be corrected, the manufacturing process can be simplified.
- supercharger 1 may be mounted, for example in the engine for ships.
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Abstract
翼車は、翼車であって、回転軸線を有する本体部と、本体部の外周面に設けられた羽根部と、を備え、本体部は、回転軸線方向における第1端と、第1端とは反対側に位置しシャフトが取り付けられる第2端と、を含み、第1端には、中空部が形成されており、中空部の内壁面には、回転軸線に対する翼車のマスバランスを修正するためのバランス修正部が形成されている。
Description
本開示は、翼車、シャフト付き翼車、過給機、及び、翼車の製造方法に関する。
本体部及び羽根部を備え、回転軸線を中心に回転可能な翼車が知られている(例えば、特許文献1参照)。このような翼車には、回転軸線に対するマスバランスを修正するためのバランス修正部が形成されている。
上述したような翼車では、強度を確保するために、例えば本体部における羽根部との接続部の肉厚を厚くする場合がある。肉厚が厚くなると、翼車の質量が増え、回転軸線に対するマスバランスのずれ量も増える傾向にある。これに伴って、バランス修正部による修正量がより多く必要とされ、バランス修正部を形成するためのスペースがより多く必要とされる。そこで、翼車を大きくすることによって、バランス修正部を形成するためのスペースを確保することが考えられる。しかし、翼車が大きくなると、翼車の質量が更に増えてしまうおそれがある。
本開示は、質量が増えることを抑制すると共に、バランス修正部を形成するための十分なスペースを確保することができる翼車、シャフト付き翼車、過給機、及び、翼車の製造方法を説明する。
本開示の一態様に係る翼車は、翼車であって、回転軸線を有する本体部と、本体部の外周面に設けられた羽根部と、を備え、本体部は、回転軸線方向における第1端と、第1端とは反対側に位置しシャフトが取り付けられる第2端と、を含み、第1端には、中空部が形成されており、中空部の内壁面には、回転軸線に対する翼車のマスバランスを修正するためのバランス修正部が形成されている。
本開示の一態様に係る翼車の製造方法は、翼車の製造方法であって、回転軸線を有し、回転軸線方向における第1端と第1端とは反対側に位置しシャフトが取り付けられる第2端とを含む本体部と、本体部の外周面に設けられた羽根部とを形成する第1工程と、第1端に、中空部を形成する第2工程と、中空部の内壁面に、回転軸線に対する翼車のマスバランスを修正するためのバランス修正部を形成する第3工程と、を備える。
本開示によれば、質量が増えることを抑制すると共に、バランス修正部を形成するための十分なスペースを確保することができる。
本開示の一態様に係る翼車は、翼車であって、回転軸線を有する本体部と、本体部の外周面に設けられた羽根部と、を備え、本体部は、回転軸線方向における第1端と、第1端とは反対側に位置しシャフトが取り付けられる第2端と、を含み、第1端には、中空部が形成されており、中空部の内壁面には、回転軸線に対する翼車のマスバランスを修正するためのバランス修正部が形成されている。
この翼車では、本体部には中空部が形成されており、バランス修正部は、中空部の内壁面に形成されている。これにより、バランス修正部を形成するための十分なスペースを確保することができる。しかも、バランス修正部を形成するためのスペースを確保するために、例えば本体部を大きくする場合に比べて、翼車の質量が増えることを抑制することができる。よって、この翼車によれば、質量が増えることを抑制すると共に、バランス修正部を形成するための十分なスペースを確保することができる。
いくつかの態様において、バランス修正部は、中空部の側面に形成されている。この場合、バランス修正部をより効率的に形成することができる。
いくつかの態様において、バランス修正部は、中空部の底面に形成されている。この場合、バランス修正部をより簡易に形成することができる。
いくつかの態様において、中空部は、回転軸線に垂直な断面において多角形状を呈している。この場合、翼車に例えばシャフトを取り付ける際に、中空部を保持部として利用することができる。これにより、例えば本体部の外周面を保持部として利用する場合であって、翼車を保持するスペースを確保するために保持部を大きくする場合に比べて、翼車の質量が増えることを抑制することができる。
本開示の一態様に係るシャフト付き翼車は、上記翼車と、本体部の第2端に取り付けられたシャフトと、を備える。この場合、上述したような効果を奏することができる翼車を備えたシャフト付き翼車を提供することができる。
本開示の一態様に係る過給機は、上記翼車と、本体部の第2端に取り付けられたシャフトと、を備える。この場合、上述したような効果を奏することができる翼車を備えた過給機を提供することができる。
本開示の一態様に係る翼車の製造方法は、翼車の製造方法であって、回転軸線を有し、回転軸線方向における第1端と第1端とは反対側に位置しシャフトが取り付けられる第2端とを含む本体部と、本体部の外周面に設けられた羽根部とを形成する第1工程と、第1端に、中空部を形成する第2工程と、中空部の内壁面に、回転軸線に対する翼車のマスバランスを修正するためのバランス修正部を形成する第3工程と、を備える。
この翼車の製造方法では、第2工程において、本体部の第1端に中空部を形成し、第3工程において、中空部の内壁面に、バランス修正部を形成する。これにより、バランス修正部を形成するための十分なスペースを確保することができる。しかも、バランス修正部を形成するためのスペースを確保するために、例えば本体部を大きくする場合に比べて、翼車の質量が増えることを抑制することができる。よって、この翼車の製造方法によれば、翼車の質量が増えることを抑制すると共に、バランス修正部を形成するための十分なスペースを確保することができる。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
図1を参照して、本開示の一実施形態に係る過給機について説明する。図1に示される過給機1は、例えば自動車用のエンジンに搭載される。過給機1は、タービン10とコンプレッサ20とを備えている。タービン10は、タービンハウジング11と、タービンハウジング11に収容されたタービンインペラ12(翼車)と、を備えている。コンプレッサ20は、コンプレッサハウジング21と、コンプレッサハウジング21に収容されたコンプレッサインペラ22(翼車)と、を備えている。タービンインペラ12とコンプレッサインペラ22とは、シャフト32を介して互いに固定されている。シャフト32は、回転軸線X方向に沿って延びており、回転軸線Xを中心に回転可能である。タービンインペラ12は、シャフト32の第1端32aに設けられており、コンプレッサインペラ22は、シャフト32の第2端32bに設けられている。タービンインペラ12、コンプレッサインペラ22、及びシャフト32は、ロータアッセンブリ(RotorAssembly)(シャフト付き翼車)2を構成する。タービンインペラ12及びシャフト32は、タービン軸(シャフト付き翼車)3を構成する。
タービンハウジング11とコンプレッサハウジング21との間には、ベアリングハウジング31が設けられている。シャフト32は、ベアリングハウジング31に回転自在に支持されている。ベアリングハウジング31には、シャフト32を回転自在に支持するラジアルベアリング33および一対のスラストベアリング34が設けられている。シャフト32、タービンインペラ12およびコンプレッサインペラ22は、一体の回転体として回転する。
タービンハウジング11には、排気ガスの入口流路(図示せず)および排気ガスの出口流路16が設けられている。内燃機関(図示せず)から排出された排気ガスが、入口流路を通じてタービンハウジング11内に設けられた渦巻状のスクロール流路15に流入し、タービンインペラ12を回転させ、その後、出口流路16を通じてタービンハウジング11外に流出する。
コンプレッサハウジング21には、吸入流路25および吐出流路(図示せず)が設けられている。上記のようにタービンインペラ12が回転すると、シャフト32を介してコンプレッサインペラ22が回転する。コンプレッサインペラ22の回転によって、外部の空気が吸入流路25を介して吸入され、スクロール流路を通り、吐出流路から吐出される。吐出流路から吐出された圧縮空気は、上記の内燃機関に供給される。
タービンハウジング11内には、タービンインペラ12へ供給される排気ガスの流路面積(流量)を制御する可変ノズルユニット40が設けられている。可変ノズルユニット40は、回転軸線Xを中心とした周方向に間隔をおいて配置された複数の可変ノズル41と、これらの可変ノズル41の回転軸線X方向の両側に配置された第1ノズルリング42および第2ノズルリング43と、を有する。可変ノズルユニット40は、さらに、複数の可変ノズル41に固定されて径方向外側に延びる複数のリンク部材45と、リンク部材45の径方向外側の端部に係合する駆動リング46と、を有する。
可変ノズルユニット40では、モータまたはシリンダ(図示せず)等の駆動が動力伝達機構49を介して伝達されることによって、駆動リング46が周方向に回転することで、駆動リング46にそれぞれ係合している複数のリンク部材45が周方向に回転する。これにより、複数のリンク部材45に対してそれぞれ固定された複数の可変ノズル41が回転(揺動)する。可変ノズルユニット40は、複数の可変ノズル41の回転量を制御することで、上流のスクロール流路15側から下流のタービンインペラ12側への排気ガス流量を制御可能である。
次に、タービンインペラ12及びコンプレッサインペラ22について、更に詳細に説明する。図2に示されるように、タービンインペラ12は、本体部13と、羽根部14と、を備えている。本体部13は、回転軸線Xを中心に回転可能である。本体部13は、回転軸線X方向における第1端13aと、第1端13aとは反対側に位置しシャフト32が取り付けられる第2端13bと、羽根部14が設けられる外周面13cと、を含んでいる。本体部13は、第1端13aから第2端13bに向かって、その外径が漸増した後漸減するように形成されている。
羽根部14は、本体部13の外周面13cに設けられている。タービンインペラ12は、複数の羽根部14を備えている。複数の羽根部14は、本体部13の周方向に沿って互いに等間隔で配列されている。本体部13と羽根部14とは、一体的に形成されている。本体部13とシャフト32とは、例えば本体部13の第2端13bとシャフト32の第1端32aとが互いに溶接されることによって固定されている。タービンインペラ12の材質は、例えばニッケル基超合金等である。
本体部13の第1端13aには、柱状の中空部13dが形成されている。中空部13dは、本体部13の第1端13aにおいて開放しており、回転軸線Xに沿って第1端13aから第2端13bに向かって延在している。中空部13dは、側面13eと底面13fとにより画成されている。側面13eは、回転軸線Xに沿って延在している。底面13fは、回転軸線Xに直交している。図3に示されるように、中空部13dは、回転軸線Xに垂直な断面において多角形状を呈している。中空部13dは、回転軸線Xに垂直な断面において、例えば六角形状を呈している。中空部13dの回転軸線Xに垂直な断面における大きさ(例えば、六角形の外接円の直径)、及び回転軸線X方向における長さ等については、必要に応じて設定することができる。なお、図3においては、羽根部14の図示が省略されている。
中空部13dの内壁面には、バランス修正部13gが形成されている。バランス修正部13gは、回転軸線Xに対するタービンインペラ12のマスバランスを修正するために形成されている。バランス修正部13gは、中空部13dの内壁面の1箇所に形成されていてもよく、複数個所に形成されていてもよい。マスバランスとは、所定の基準位置に対する物質の質量分布のことをいう。例えば、回転軸線Xに対して回転軸線Xを中心とした回転方向におけるタービンインペラ12の質量分布が均一ではない場合には、回転軸線Xに対するタービンインペラ12のマスバランスがずれているという。マスバランスがずれているときには、例えば物質の一部を削り取ることによって、マスバランスを修正することが考えられる。
バランス修正部13gは、例えば中空部13dの側面13eに形成されている。バランス修正部13gは、例えば回転軸線Xに沿って第1端13aから第2端13bに向かって延在してもよい。側面13eにおけるバランス修正部13gの位置、深さ、形状、及び回転軸線X方向における長さ等については、マスバランスのずれ量に応じて設定することができる。なお、本体部13の第2端13bの外縁部には、バランス修正部13hが形成されている。バランス修正部13hは、羽根部14が設けられた本体部13の外周面13cとは反対側の面(タービンインペラ12の背面)に形成されている。バランス修正部13hは、バランス修正部13gと共に、回転軸線X方向におけるタービンインペラ12のマスバランスを修正する。
図4に示されるように、コンプレッサインペラ22は、本体部23と、羽根部24と、を備えている。本体部23は、回転軸線Xを有している。本体部23は、回転軸線X方向における第1端23aと、第1端23aとは反対側に位置しシャフト32が取り付けられる第2端23bと、羽根部24が設けられる外周面23cと、を含んでいる。本体部23とシャフト32とは、例えば本体部23の内部に形成されたメネジとシャフト32の第2端32bに形成されたオネジとが互いに螺合されることによって固定されている。コンプレッサインペラ22の材質は、例えばアルミニウム合金等である。
本体部23の第1端23aには、中空部23dが形成されている。中空部23dは、側面23eと底面23fとにより画成されている。中空部23dは、タービンインペラ12の中空部13dと同様であり、その詳細な説明については省略する。中空部23dの内壁面には、バランス修正部23gが形成されている。バランス修正部23gは、タービンインペラ12のバランス修正部13gと同様であり、その詳細な説明については省略する。なお、本体部23の第2端23bの外縁部には、バランス修正部23hが形成されている。バランス修正部23hは、タービンインペラ12のバランス修正部13hと同様であり、その詳細な説明については省略する。
以上説明したように、タービンインペラ12では、本体部13には中空部13dが形成されており、バランス修正部13gは、中空部13dの側面13eに形成されている。これにより、バランス修正部13gを形成するための十分なスペースを確保することができる。しかも、バランス修正部を形成するためのスペースを確保するために、例えば本体部を大きくする場合に比べて、タービンインペラの質量が増えることを抑制することができる。よって、タービンインペラ12によれば、質量が増えることを抑制すると共に、バランス修正部13gを形成するための十分なスペースを確保することができる。このような効果は、コンプレッサインペラ22においても同様に奏される。なお、このような効果は、コンプレッサインペラ22に比べて、大きい質量を有するタービンインペラ12において特に顕著となる。
近年、過給機において、タービンインペラ12又はコンプレッサインペラ22のような翼車の小型化が求められている。翼車を小型化しつつ吐出量(例えば、コンプレッサインペラ22による空気の圧縮量)を確保するためには、翼車の高周速化(例えば、30万rpm程度)が考えられる。翼車が高周速化されると、高周速化される前に比べて翼車の強度を向上させる必要がある。翼車の強度を向上させるためには、例えば翼車における強度が比較的弱い部分(例えば本体部における羽根部との接続部)の肉厚を厚くすることが考えられる。肉厚が厚くなると、翼車の質量が増え、マスバランスのずれ量も増える傾向にある。これに伴って、質量が増える前に比べて、バランス修正部による修正量がより多く必要とされ、バランス修正部を形成するためのスペースがより多く必要とされる。そこで、例えば、翼車の本体部の第1端を長くすることによって、バランス修正部を形成するためのスペースを確保することが考えられる。しかし、本体部が長くなると、翼車の質量が更に増えてしまい、バランス修正部による修正量が更に多く必要とされ、バランス修正部を形成するためのスペースが更に多く必要とされる。しかも、本体部が長くなると、オーバーハング量も増え、ロータアッセンブリを支持するベアリングに掛かる負荷が増えてしまう。ここで、本体部を長くせずに、翼車における他のスペースにおいて、バランス修正部を形成することが考えられる。しかしながら、このような場合において、例えば、本体部における羽根部との接続部等にまでバランス修正部が達すると、当該接続部の強度が低下してしまい、翼車の高周速化が難しくなるおそれがある。以上のように、過給機においては、小型化に伴う高速化が求められることによって、上述したような課題があった。
そこで、本開示のタービンインペラ12では、上述したように本体部13の第1端13aに中空部13dが形成されており、バランス修正部13gは、中空部13dの側面13eに形成されている。これにより、例えば本体部13の第1端13aを長くすることなく、バランス修正部13gを形成するための十分なスペースを確保することができる。しかも、タービンインペラ12の質量が増えることを抑制するどころか、タービンインペラ12の質量を減少させることができる。
タービンインペラ12では、中空部13dが形成されているため、タービンインペラ12に例えばシャフト32を取り付ける際に、中空部13dの側面13e又は底面13fをタービンインペラ12の基準面とすることができる。より具体的には、例えば治具を中空部13dに挿入し、治具の外周面を側面13eに接触させることによって、側面13eを介して、治具とシャフト32との位置合わせを行うことができる。これにより、タービンインペラ12とシャフト32との位置合わせを行うことができる。よって、タービンインペラ12とシャフト32との安定した接合を実現することができる。このような効果は、コンプレッサインペラ22においても同様に奏される。なお、上記位置合わせは、中空部13dの底面13fを介して行われてもよい。
タービンインペラ12では、バランス修正部13gが、中空部13dの側面13eに形成されている。この構成によれば、バランス修正部13gをより効率的に形成することができる。すなわち、バランス修正部13gは、例えば底面13fに形成されている場合に比べて、回転軸線Xからより遠い位置に形成されている。これにより、同程度のマスバランスのずれが生じた場合において、バランス修正部13gをより小さくすることができる。より具体的には、バランス修正部13gによる修正量(例えば削り取られる部分の質量)m、バランス修正部13gと回転軸線Xとの距離(以下、回転半径という)r、外力F、及びタービンインペラ12の角速度ωの間では、式mr=F/ω2が成り立つ。ここで、外力F及び角速度ωが一定であるとき、回転半径rが大きければ大きいほど修正量mは小さくなる。つまり、回転半径rを大きくすれば、修正量mを小さくすることができる。バランス修正部13gが側面13eに形成されていると、バランス修正部13gが底面13fに形成されている場合に比べて、回転半径rが大きくなるため、バランス修正部13gを小さくすることができる。従って、バランス修正部13gをより効率的に形成することができる。また、修正量mが小さくなると、タービンインペラ12における削り取られる量も小さくなるため、タービンインペラ12の強度(信頼性)が向上される。このような効果は、コンプレッサインペラ22においても同様に奏される。
タービンインペラ12では、中空部13dが、回転軸線Xに垂直な断面において六角形状を呈している。この構成によれば、タービンインペラ12に例えばシャフト32を取り付ける際に、中空部13dを保持部として利用することができる。これにより、例えば本体部13の外周面13cを保持部として利用する場合であって、タービンインペラ12を保持するスペースを確保するために保持部を大きくする場合に比べて、タービンインペラ12の質量が増えることを抑制することができる。このような効果は、コンプレッサインペラ22においても同様に奏される。
タービン軸3は、タービンインペラ12と、シャフト32と、を備えている。この構成によれば、上述したような効果を奏することができるタービンインペラ12を備えたタービン軸3を提供することができる。
過給機1は、タービンインペラ12と、シャフト32と、を備えている。この場合、上述したような効果を奏することができるタービンインペラ12を備えた過給機1を提供することができる。
次に、タービンインペラ12の製造方法について説明する。タービンインペラ12の製造方法は、本体部13と羽根部14とを形成する第1工程と、中空部13dを形成する第2工程と、バランス修正部13gを形成する第3工程と、を備えている。なお、第1工程においては、本体部13に中空部13d及びバランス修正部13gが形成されていない。ここでは、説明の便宜のために、中空部13d及びバランス修正部13gが形成されていない本体部も本体部13という。
まず、例えば予め用意された金型によって、本体部13及び羽根部14を一体的に形成する。続いて、本体部13の第1端13aに中空部13dを形成する。中空部13dは、その中心線が回転軸線Xと重なるように、例えば放電加工によって形成される。続いて、本体部13の第2端13bにシャフト32を固定して、タービン軸3を得る。この際、タービンインペラ12は、例えば所定の治具を中空部13dに挿入することによって保持される。続いて、タービン軸3をバランス修正用の装置にセットし、回転軸線Xを中心に所定の回転速度で回転させる。これにより、タービン軸3におけるマスバランスのずれ量を測定する。続いて、当該測定結果に基づいて、バランス修正部13g及びバランス修正部13hを形成する。バランス修正部13g及びバランス修正部13hは、例えば放電加工によって形成される。コンプレッサインペラ22も、タービンインペラ12と同様に製造される。
以上説明したように、タービンインペラ12の製造方法では、第2工程において、本体部13の第1端13aに中空部13dを形成し、第3工程において、中空部13dの内壁面に、バランス修正部13gを形成する。これにより、バランス修正部13gを形成するための十分なスペースを確保することができる。しかも、バランス修正部を形成するためのスペースを確保するために、例えば本体部を大きくする場合に比べて、タービンインペラの質量が増えることを抑制することができる。よって、タービンインペラ12の製造方法によれば、タービンインペラ12の質量が増えることを抑制すると共に、バランス修正部13gを形成するための十分なスペースを確保することができる。このような効果は、コンプレッサインペラ22においても同様に奏される。
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は、上述した実施形態に限定されるものではない。なお、以下では、タービンインペラ12側を例に説明するが、コンプレッサインペラ22側においても同様である。
図5及び図6は、変形例のタービンインペラ12Aを示す図である。タービンインペラ12Aの本体部13Aにおいては、第1端13aに中空部13jが形成されており、中空部13jの内壁面にバランス修正部13nが形成されている。図5及び図6に示されるように、中空部13jは、回転軸線Xに垂直な断面において、ヘクサロビュラ状を呈している。この構成によれば、タービンインペラ12Aを例えばシャフト32に取り付ける際に、中空部13jを介してタービンインペラ12Aをより容易に保持することができる。バランス修正部13nは、中空部13jの側面13kではなく、中空部13jの底面13mに形成されている。この構成によれば、バランス修正部13nをより簡易に形成することができる。すなわち、バランス修正部を側面に形成する場合に比べて、バランス修正部13nを形成し易い。
中空部13dが、回転軸線Xに垂直な断面において、例えば六角形状を呈している例を示したが、中空部13dは、回転軸線Xに垂直な断面において、例えば八角形状又は十二角形状等の多角形状を呈していてもよい。中空部13dは、回転軸線Xに垂直な断面において、例えば円形状等の様々な形状を呈していてもよい。
バランス修正部13gは、回転軸線Xに垂直な断面において、例えば四角形状等の様々な形状を呈していてもよい。
ロータアッセンブリ2は、タービンインペラ12及びコンプレッサインペラ22のうち少なくともコンプレッサインペラ22を有していてもよい。ロータアッセンブリ2が、タービンインペラ12及びコンプレッサインペラ22を有している場合に、タービンインペラ12及びコンプレッサインペラ22の何れか一方には、中空部及びバランス修正部が形成されていなくてもよい。ロータアッセンブリ2が、タービンインペラ12を有していない場合に、コンプレッサインペラ22は、例えばモータにより回転駆動される。
本体部13とシャフト32とは、例えば本体部13の第2端13bとシャフト32の第1端32aとが互いに溶接されることによって固定されている例を示したが、これに限定されない。本体部13には、回転軸線X方向に沿った貫通孔が形成され、シャフト32の第1端32aが本体部13の第2端13bから当該貫通孔に挿入されて本体部13に固定されていてもよい。この場合、シャフト32における本体部13の当該貫通孔に挿入された部分は、本体部13の一部を構成する。中空部13dは、回転軸線Xにおけるシャフト32の第1端32a側の端面に形成されていてもよい。
タービンインペラ12の製造方法において、中空部13dが、その中心線が回転軸線Xと重なるように形成される例を示したが、中空部13dは、その中心線が例えば回転軸線Xに垂直な断面におけるタービンインペラ12の質量中心と重なるように形成されてもよい。この場合、バランス修正部13gによる修正量が増えることをより有効に抑制することができる。
中空部13dが、放電加工によって形成される例を示したが、中空部13dは、本体部13及び羽根部14と共に、例えば金型によって形成されてもよい。この場合、タービンインペラ12の製造方法において、第1工程と第2工程とは、併合された同一の工程となる。また、中空部13dを形成するための金型部品が増設される。中空部13d及びバランス修正部13gは、機械加工によって形成されてもよい。
タービンインペラ12のバランス修正は、中空部13dの底面13fを用いて実施されてもよい。つまり、底面13fがバランス修正部に相当する。この場合、中空部13dの底面13fの位置(中空部13dの深さ)を調整することによって、タービンインペラ12のバランス修正が実施される。言い換えれば、第2工程と第3工程とが、同時に実施される。これにより、中空部13dを形成すると共にバランス修正を実施することができるため、製造工程がより簡易となる。
過給機1が自動車用のエンジンに搭載される例を示したが、過給機1は、例えば船舶用のエンジンに搭載されてもよい。
本開示によれば、質量が増えることを抑制すると共に、バランス修正部を形成するための十分なスペースを確保することができる。
1 過給機
2 ロータアッセンブリ
3 タービン軸
12 タービンインペラ(翼車)
22 コンプレッサインペラ(翼車)
13,23 本体部
13a,23a 第1端
13b,23b 第2端
13c,23c 外周面
13d,13j,23d 中空部
13e,13k,23e 側面
13f,13m,23f 底面
13g,13n,23g バランス修正部
14,24 羽根部
32 シャフト
X 回転軸線
2 ロータアッセンブリ
3 タービン軸
12 タービンインペラ(翼車)
22 コンプレッサインペラ(翼車)
13,23 本体部
13a,23a 第1端
13b,23b 第2端
13c,23c 外周面
13d,13j,23d 中空部
13e,13k,23e 側面
13f,13m,23f 底面
13g,13n,23g バランス修正部
14,24 羽根部
32 シャフト
X 回転軸線
Claims (7)
- 翼車であって、
回転軸線を有する本体部と、
前記本体部の外周面に設けられた羽根部と、を備え、
前記本体部は、前記回転軸線方向における第1端と、前記第1端とは反対側に位置しシャフトが取り付けられる第2端と、を含み、
前記第1端には、中空部が形成されており、
前記中空部の内壁面には、前記回転軸線に対する前記翼車のマスバランスを修正するためのバランス修正部が形成されている、翼車。 - 前記バランス修正部は、前記中空部の側面に形成されている、請求項1に記載の翼車。
- 前記バランス修正部は、前記中空部の底面に形成されている、請求項1又は2に記載の翼車。
- 前記中空部は、前記回転軸線に垂直な断面において多角形状を呈している、請求項1~3の何れか一項に記載の翼車。
- 請求項1~4の何れか一項に記載の翼車と、
前記本体部の前記第2端に取り付けられたシャフトと、を備える、シャフト付き翼車。 - 請求項1~4の何れか一項に記載の翼車と、
前記本体部の前記第2端に取り付けられたシャフトと、を備える、過給機。 - 翼車の製造方法であって、
回転軸線を有し、前記回転軸線方向における第1端と前記第1端とは反対側に位置しシャフトが取り付けられる第2端とを含む本体部と、前記本体部の外周面に設けられた羽根部とを形成する第1工程と、
前記第1端に、中空部を形成する第2工程と、
前記中空部の内壁面に、前記回転軸線に対する前記翼車のマスバランスを修正するためのバランス修正部を形成する第3工程と、を備える、翼車の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2018007326A JP2021055541A (ja) | 2018-01-19 | 2018-01-19 | 翼車、シャフト付き翼車、過給機、及び、翼車の製造方法 |
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