WO2020079969A1 - 可変容量型過給機 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a variable capacity supercharger.
- the turbine of the supercharger described in Patent Document 1 includes a variable nozzle unit (variable capacity mechanism).
- a plurality of movable nozzle vanes are provided in a gas passage that connects the scroll passage and the turbine impeller. By rotating these nozzle vanes, the cross-sectional area of the gas flow path is adjusted.
- the variable nozzle unit has a first nozzle ring and a second nozzle ring.
- a plurality of nozzle vanes are arranged between the first and second nozzle rings.
- the second nozzle ring faces the scroll channel, and the second nozzle ring forms a part of the inner wall of the scroll channel.
- a shield plate is arranged between the second nozzle plate of the variable nozzle mechanism and the scroll chamber.
- the outer peripheral portion of the shield plate is in contact with the step portion of the flange portion of the second nozzle plate.
- an insert shroud that constitutes a part of the inner surface of the scroll is attached to the inner peripheral portion of the turbine casing.
- the nozzle plate of the variable nozzle mechanism is supported inside the insert shroud.
- the nozzle plate body of the nozzle mechanism is provided between the first intermediate plate and the second intermediate plate. A first nozzle space is formed between the nozzle plate body and the first intermediate plate, and a second nozzle space is formed between the nozzle plate body and the second intermediate plate.
- the turbine housing has a wall portion that covers the side surface of the second nozzle ring facing the scroll passage.
- the wall portion that is a part of the turbine housing axially faces the second nozzle ring.
- the wall portion radially protrudes into the scroll passage and forms a part of the inner wall of the scroll passage.
- the present disclosure describes a variable capacity supercharger that can simplify the shape of a core for molding a turbine housing.
- a variable displacement supercharger is a turbine impeller including a plurality of blades, a turbine housing that houses the turbine impeller, and faces a scroll passage and a blade of the turbine impeller.
- a turbine housing including a cylindrical portion having a shroud surface and an exhaust gas outflow passage, a variable capacity mechanism attached to the turbine housing, the first plate and the second plate facing each other, the first plate and the A variable capacity mechanism including a plurality of variable nozzle blades arranged between the second plates, wherein the second plate is arranged closer to the exhaust gas outflow passage than the first plate;
- a cover member that is arranged to face the second plate in the axial direction and forms a part of the scroll flow path, the inner peripheral end being arranged along the cylindrical portion of the turbine housing.
- a cover member including an outer peripheral end disposed in the scroll passage, the cover member being attached to the turbine housing so that a gap is formed between the cover member and the second plate.
- the shape of the core for molding the turbine housing is simplified.
- This structure in which a part of the turbine housing is replaced with a cover member suppresses an increase in manufacturing cost. Further, pressure equilibrium (pressure balance) is maintained on both sides of the cover member in the axial direction.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of a variable displacement supercharger according to an embodiment of the present disclosure.
- FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG.
- FIG. 3 is a cross-sectional view of the turbine of the variable displacement supercharger of FIG. 1 cut perpendicularly to the axis, and is a diagram schematically showing the shape of the scroll passage.
- FIG. 4 is a perspective view showing the cover member as seen from the base surface (first end surface) side.
- FIG. 5 is a perspective view showing the cover member as seen from the second end face side.
- FIG. 6 is a front view of the cover member.
- FIG. 7 is a sectional view taken along the line VII-VII of FIG.
- a variable displacement supercharger is a turbine impeller including a plurality of blades, a turbine housing that houses the turbine impeller, and faces a scroll passage and a blade of the turbine impeller.
- a turbine housing including a cylindrical portion having a shroud surface and an exhaust gas outflow passage, a variable capacity mechanism attached to the turbine housing, the first plate and the second plate facing each other, the first plate and the A variable capacity mechanism including a plurality of variable nozzle blades arranged between the second plates, wherein the second plate is arranged closer to the exhaust gas outflow passage than the first plate;
- a cover member that is arranged to face the second plate in the axial direction and forms a part of the scroll flow path, the inner peripheral end being arranged along the cylindrical portion of the turbine housing.
- a cover member including an outer peripheral end disposed in the scroll passage, the cover member being attached to the turbine housing so that a gap is formed between the cover member and the second plate.
- the cover member attached to the turbine housing faces the second plate in the axial direction.
- This cover member forms a part of the scroll channel. Since a part of the scroll passage is formed by a member separate from the turbine housing, the shape of the turbine housing is simplified. In particular, the cylindrical portion having the shroud surface does not project outward in the radial direction and does not have a wall portion like the turbine housing described in Patent Document 1. Therefore, the shape of the core for molding the turbine housing (scroll passage) is simplified. No undercut or standing core is required when manufacturing the core. This structure in which a part of the turbine housing (a part having a complicated shape) is replaced with a cover member suppresses an increase in manufacturing cost.
- a gap is formed between the cover member and the second plate.
- This structure allows the gap to communicate with the scroll channel. Therefore, not only high pressure is applied to the cover member only on the scroll channel side, but also some pressure is applied to the second plate side. As a result, pressure equilibrium (pressure balance) is maintained on both sides of the cover member in the axial direction.
- the diameter of the outer peripheral edge of the cover member is equal to or greater than the diameter of the second plate. In this case, the cover member can completely cover the second plate.
- the turbine housing is formed so as to be continuous in the cylindrical portion in the axial direction to form another part of the scroll flow passage on the outer peripheral side and on the inner peripheral side on the downstream side of the turbine wheel.
- a tubular portion that forms the exhaust gas outflow passage is included, the tubular portion includes an annular step surface that is formed so as to face the second plate, and the cover member is between the inner peripheral edge and the outer peripheral edge.
- a base surface is formed on the first end surface of the cover member in the axial direction, and the base surface contacts the step surface of the turbine housing.
- the base surface is provided as a seating surface, and the attachment state (posture) of the cover member is stable.
- the second end surface of the cover member which is located on the side opposite to the base surface in the axial direction, is open toward the second plate. In this case, the weight of the cover member is reduced. That is, the cup-shaped cover member having the hollow inside and the second end surface opened contributes to weight reduction of the entire supercharger.
- the cover member has a base surface having an outer diameter smaller than a diameter of an outer peripheral end of the cover member, and a slope portion formed between the outer peripheral end and the base surface and facing the scroll passage, including.
- the cover member since the cover member includes the base surface as the seating surface and the sloped surface facing the scroll passage, the shape of the scroll passage can be adjusted arbitrarily.
- the outer diameter of the base surface of the cover member is constant in the circumferential direction, is equal to the outer circumference of the step surface of the tubular portion of the turbine housing at least in a portion in the circumferential direction, and the slope portion is in the circumferential direction. At least in part, it smoothly continues to the first outer peripheral surface of the tubular portion that forms another part of the scroll channel.
- the cover member since the cover member has a symmetrical shape, it is easy to manufacture the cover member.
- there is no step between the turbine housing and the cover member in a part of the circumferential direction the gas flows smoothly.
- the outer diameter of the base surface of the cover member changes in the circumferential direction is equal to the outer circumference of the step surface of the tubular portion of the turbine housing in substantially the entire area in the circumferential direction, and the inclined surface portion is in the circumferential direction.
- the outer peripheral surface of the tubular portion forming another part of the scroll flow passage smoothly continues. In this case, since there is no step between the turbine housing and the cover member in almost the entire area in the circumferential direction, the gas flows smoothly.
- the cover member includes an inner cylindrical portion that is formed along a cylindrical portion of the turbine housing and has an inner peripheral end, and the inner cylindrical portion is fitted to the second outer peripheral surface of the cylindrical portion to thereby form the turbine housing. Is attached to. In this case, the mounting state (posture) of the cover member is further stabilized.
- variable displacement supercharger 1 shown in FIG. 1 is applied to an internal combustion engine of a ship or a vehicle, for example.
- the variable capacity supercharger 1 includes a turbine 2 and a compressor 3.
- the turbine 2 includes a turbine housing 4 and a turbine impeller 6 housed in the turbine housing 4.
- the turbine housing 4 includes a scroll passage 16 that extends circumferentially around the turbine impeller 6.
- the compressor 3 includes a compressor housing 5 and a compressor wheel 7 housed in the compressor housing 5.
- the compressor housing 5 includes a scroll passage 17 that extends in the circumferential direction around the compressor wheel 7.
- the turbine impeller 6 is provided at the first end of the rotating shaft 14, and the compressor impeller 7 is provided at the second end of the rotating shaft 14.
- a bearing housing 13 is provided between the turbine housing 4 and the compressor housing 5.
- the rotating shaft 14 is rotatably supported by the bearing housing 13 via the bearing 15, and the rotating shaft 14, the turbine impeller 6 and the compressor impeller 7 rotate about the rotation axis H as an integral rotating body 12.
- the turbine housing 4 is provided with an exhaust gas inlet 8 (see FIG. 3) and an exhaust gas outflow passage 10.
- Exhaust gas discharged from an internal combustion engine flows into the turbine housing 4 through the exhaust gas inlet, flows into the turbine impeller 6 through the scroll passage 16, and rotates the turbine impeller 6. After that, the exhaust gas flows out of the turbine housing 4 through the exhaust gas outflow passage 10.
- the compressor housing 5 is provided with a suction port 9 and a discharge port (not shown).
- the compressor impeller 7 rotates via the rotating shaft 14.
- the rotating compressor impeller 7 sucks external air through the suction port 9, compresses it, and discharges it from the discharge port through the scroll flow path 17.
- the compressed air discharged from the discharge port is supplied to the above-mentioned internal combustion engine.
- the turbine 2 is a variable capacity turbine, and a plurality of variable nozzle vanes 23 are provided in a gas inflow passage 21 that connects the scroll passage 16 and the turbine impeller 6.
- a plurality of variable nozzle vanes 23 are arranged on a circumference centered on the rotation axis H, and each variable nozzle vane 23 rotates about a rotation axis parallel to the rotation axis H.
- the gas inflow passage 21 allows the gas flowing from the scroll passage 16 to the turbine impeller 6 to pass therethrough.
- the turbine 2 includes a variable nozzle unit (variable capacity mechanism) 25 as a drive mechanism for rotating the variable nozzle blade 23 as described above.
- the variable nozzle unit 25 is arranged between the turbine housing 4 and the bearing housing 13 joined to the turbine housing 4.
- the variable nozzle unit 25 is attached to the turbine housing 4.
- the variable nozzle unit 25 is sandwiched and fixed by the turbine housing 4 and the bearing housing 13, for example.
- variable nozzle unit 25 will be described below.
- axial direction or “axial direction”, “radial direction”, “circumferential direction”, etc.
- the rotational axis H direction of the turbine impeller 6 and the radial axis based on the rotational axis H are respectively referred to.
- Direction and circumferential direction Further, in the direction of the rotation axis H, the side closer to the turbine 2 may be simply referred to as “turbine side”, and the side closer to the compressor 3 may be simply referred to as “compressor side”.
- the variable nozzle unit 25 includes a first nozzle ring (first plate) 31 and a second nozzle ring (second plate) 32 facing each other, and a plurality of variable nozzle units 25 arranged between the first nozzle ring 31 and the second nozzle ring 32.
- the first nozzle ring 31 and the second nozzle ring 32 each have an annular shape centered on the rotation axis H and are arranged so as to surround the turbine impeller 6. That is, the first nozzle ring 31 and the second nozzle ring 32 are arranged around the rotation axis H.
- the region sandwiched between the first nozzle ring 31 and the second nozzle ring 32 constitutes the gas inflow path 21 described above.
- the second nozzle ring 32 is arranged closer to the exhaust gas outflow passage 10 than the first nozzle ring 31. In other words, the second nozzle ring 32 is arranged farther from the bearing housing 13 than the first nozzle ring 31.
- the rotary shaft 23a of each variable nozzle vane 23 is rotatably inserted in the bearing hole of the first nozzle ring 31.
- the first nozzle ring 31 cantilevers each variable nozzle vane 23, for example.
- a ring-shaped support ring 41 is fixed to the compressor side of the first nozzle ring 31 (the side opposite to the variable nozzle unit 25), and a ring-shaped drive ring support is further provided to the compressor side of the support ring 41.
- a member (not shown) is fixed.
- Each of the first nozzle ring 31, the second nozzle ring 32, the support ring 41, and the drive ring support member 43 is provided with a plurality of (for example, three) pin holes. By arranging these pin holes in a line and inserting the connecting pin 35 into these pin holes, the first nozzle ring 31, the second nozzle ring 32, the support ring 41, and the drive ring support member 43 are connected to each other. It
- the support ring 41 and the drive ring support member 43 are caulked together with the first nozzle ring 31 by the compressor-side portion of the connecting pin 35. Further, two flange portions for positioning the first nozzle ring 31 and the second nozzle ring 32 are provided on the turbine side portion of the connecting pin 35, and the dimension between the two flange portions is high. By being manufactured with high accuracy, the dimensional accuracy of the gas inflow path 21 in the axial direction is secured. By attaching the drive ring 28 to the drive ring support member 43, the drive ring 28 is supported rotatably around the rotation axis H.
- the drive ring 28 is a member that transmits a driving force to the variable nozzle blade 23 that is input from the outside, and is made of, for example, one member made of a metal material.
- the drive ring 28 has a ring shape extending on a circumference centered on the rotation axis H, and rotates about the rotation axis H by receiving a driving force from the outside.
- the levers 29 are attached to the rotary shafts 23a of the respective variable nozzle vanes 23, and are arranged inside the drive ring 28 at equal intervals on the circumference.
- variable nozzle unit 25 a portion composed of the first nozzle ring 31, the second nozzle ring 32, the support ring 41, and the connecting pin 35 is fixed to the turbine housing 4 and rotates the plurality of variable nozzle blades 23. It is movably supported.
- the turbine impeller 6 includes a hub 6a attached to the first end of the rotary shaft 14 and a plurality of blades 6b formed so as to project from the hub 6a.
- the plurality of blades 6b have, for example, the same shape and size, and are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
- the turbine housing 4 has a cylindrical portion 46 having a shroud surface 46 a facing the plurality of blades 6 b of the turbine impeller 6, and an axially continuous portion of the cylindrical portion 46. And a formed cylindrical portion 44.
- the tubular portion 44 is formed on the side of the cylindrical portion 46 opposite to the variable nozzle unit 25 (the side opposite to the compressor 3). That is, the cylindrical portion 46 is arranged closer to the first nozzle ring 31 than the tubular portion 44.
- the tubular portion 44 forms the exhaust gas outflow passage 10 on the downstream side of the turbine impeller 6 on the inner peripheral side.
- the tubular portion 44 includes a first outer peripheral surface 44b on the outer peripheral side.
- the first outer peripheral surface 44b forms a part of the scroll passage 16 (another part formed by the turbine housing 4).
- the cylindrical portion 46 includes a shroud surface 46a on the inner peripheral side and a second outer peripheral surface 46b on the outer peripheral side.
- the second outer peripheral surface 46b faces the inner cylindrical portion 52 of the cover member 50 and the inner peripheral surface of the second nozzle ring 32 in the radial direction.
- the radial thickness of the tubular portion 44 is larger than the radial thickness of the cylindrical portion 46 in most of the circumferential direction.
- the cylindrical portion 46 does not have a portion that projects in the radial direction.
- the second outer peripheral surface 46b of the cylindrical portion 46 is, for example, a cylindrical surface having a constant diameter.
- the diameter of the second outer peripheral surface 46b of the cylindrical portion 46 may be slightly reduced toward the tip thereof (that is, closer to the compressor 3).
- the variable capacity supercharger 1 includes a disc-shaped cover member 50 that is arranged on the outer side in the radial direction of the cylindrical portion 46 and forms a part of the scroll passage 16.
- the cover member 50 is separate from the turbine housing 4.
- the cover member 50 is made of metal, for example.
- the cover member 50 is made of stainless steel (for example, SUS316 or the like), for example.
- the cover member 50 may have heat resistance to the temperature of exhaust gas (850 to 980 ° C. as an example), for example.
- the cover member 50 may have corrosion resistance with respect to components of exhaust gas, for example.
- the cover member 50 is made of a material different from that of the turbine housing 4.
- the cover member 50 is formed by, for example, known sheet metal working.
- the cover member 50 is formed by, for example, pressing or drawing.
- the cover member 50 faces the second nozzle ring 32 in the axial direction.
- the cover member 50 covers the side surface of the second nozzle ring 32 (the side surface opposite to the side surface facing the first nozzle ring 31).
- the diameter of the cover member 50 is substantially equal to the diameter of the second nozzle ring 32.
- the doughnut-shaped cover member 50 includes an inner peripheral end 54 arranged along the cylindrical portion 46 of the turbine housing 4 and an outer peripheral end 56 arranged in the scroll passage 16.
- the diameter of the outer peripheral edge 56 of the cover member 50 is constant.
- the diameter of the outer peripheral end 56 of the cover member 50 is equal to the diameter of the second nozzle ring 32.
- the cover member 50 includes a first end surface P1 and a second end surface P2 in the axial direction (see FIG. 7).
- the first end surface P1 faces the tubular portion 44 of the turbine housing 4, and the second end surface P2 faces the second nozzle ring 32.
- the cover member 50 includes a base surface 51 that extends between the inner peripheral end 54 and the outer peripheral end 56 to form the first end surface P1.
- the base surface 51 has, for example, an annular shape having a flat surface orthogonal to the rotation axis H.
- the base surface 51 of the cover member 50 has an outer diameter smaller than the diameter of the outer peripheral end 56.
- the cover member 50 includes a slope portion 53 formed between the outer peripheral end 56 and the base surface 51 and facing the scroll passage 16.
- the cover member 50 further includes an inner cylindrical portion 52 formed along the cylindrical portion 46 of the turbine housing 4 and having the inner peripheral end 54 described above.
- the inner cylindrical portion 52 has a cylindrical shape having a constant inner diameter.
- the cover member 50 is attached to the turbine housing 4 by fitting the inner cylindrical portion 52 thereof to the second outer peripheral surface 46b of the cylindrical portion 46 of the turbine housing 4.
- the cover member 50 is attached to the turbine housing 4 by, for example, press fitting.
- the tubular portion 44 of the turbine housing 4 includes an annular step surface 44a formed so as to face the second nozzle ring 32.
- the step surface 44a has, for example, a flat annular shape orthogonal to the rotation axis H.
- the base surface 51 of the cover member 50 is in contact with the step surface 44 a of the tubular portion 44.
- the flat base surface 51 is in flat contact with the step surface 44a, for example.
- the second end surface P2 of the cover member 50 located axially opposite to the base surface 51 is open toward the second nozzle ring 32.
- the cover member 50 has a cup shape opened toward the second nozzle ring 32.
- Such a cover member 50 contributes to weight reduction of the turbine housing 4 while forming a part of the scroll passage 16. Since the weight of the cover member 50 is also reduced, the cover member 50 contributes to the weight reduction of the entire variable displacement supercharger 1.
- the cover member 50 is not in contact with the second nozzle ring 32 of the variable nozzle unit 25. In other words, the cover member 50 is axially separated from the variable nozzle unit 25. More specifically, as shown in FIG. 2, the cover member 50 is attached to the turbine housing 4 so that a gap S is formed between the cover member 50 and the second nozzle ring 32. Between the open second end surface P2 of the cover member 50 and the second nozzle ring 32 that faces the second end surface P2 in the axial direction, for example, a gap S having a constant thickness in the axial direction, that is, a space is formed. ing. In this way, the cover member 50 allows the exhaust gas flowing through the scroll passage 16 to flow into the gap S (however, the gap S is not the exhaust gas passage).
- the outer diameter (the position of the outer peripheral edge 51 a) of the base surface 51 of the cover member 50 is constant in the circumferential direction, and the turbine housing 4 has a constant outer diameter. It is equal to the outer circumference of the step surface 44a of the tubular portion 44 at least in a part in the circumferential direction.
- the inclined surface portion 53 is smooth without any step on the first outer peripheral surface 44b of the tubular portion 44 forming a part of the scroll passage 16 (another part formed by the turbine housing 4) in the part in the circumferential direction. In succession.
- the position of the outer peripheral edge 51 a of the base surface 51 is the first outer circumference of the tubular portion 44 in a portion A 1 on the opposite side of the rotation axis H from the position where the tongue portion 22 is formed. It may be aligned with the surface 44b. The position of the outer peripheral edge 51 a of the base surface 51 may be aligned with the first outer peripheral surface 44 b of the tubular portion 44 at the position where the tongue portion 22 is formed.
- the position of the outer peripheral edge 51a of the base surface 51 may be aligned with the first outer peripheral surface 44b of the tubular portion 44 at one or more other positions in the circumferential direction different from these positions. Further, the outer peripheral edge 51a of the base surface 51 may be formed along a non-circular shape (asymmetrical shape) L as shown by an imaginary line in FIG.
- the slope 53 includes a recess 53 a connected to the outer peripheral edge 51 a of the base surface 51 and a protrusion 53 c connected to the outer periphery of the slope 53.
- the slope portion 53 has an inflection point 53b between the concave portion 53a and the convex portion 53c.
- the end surface 53d of the inclined surface portion 53 may protrude so as to come closer to the second nozzle ring 32 than the end surface 52a of the inner tubular portion 52.
- the end surface 52a of the inner tubular portion 52 may be recessed inward of the cover member 50 from the end surface 53d of the inclined surface portion 53.
- the annular end surface 53d of the inclined surface portion 53 may be formed so as to be located on one virtual plane.
- the virtual plane corresponds to the above-mentioned second end surface P2, and is parallel to, for example, the side surface of the second nozzle ring 32 (the side surface located opposite to the side surface facing the first nozzle ring 31).
- a C-shaped seal member 60 is attached between the inner peripheral surface of the second nozzle ring 32 and the second outer peripheral surface 46b of the cylindrical portion 46.
- the seal member 60 may have a shape that is opened in the axial direction toward the gap S. The seal member 60 exerts a radial urging force on the cylindrical portion 46 and the second nozzle ring 32.
- variable capacity supercharger 1 When assembling the variable capacity supercharger 1, first, the cover member 50 is attached to the turbine housing 4. The variable nozzle unit 25 in which the seal member 60 is fitted is attached to the integrated turbine housing 4 and cover member 50.
- the cover member 50 attached to the turbine housing 4 faces the second nozzle ring 32 in the axial direction.
- the cover member 50 forms a part of the scroll channel 16. Since a part of the scroll passage 16 is formed by a member separate from the turbine housing 4, the shape of the turbine housing 4 is simplified. In particular, the cylindrical portion 46 having the shroud surface 46a does not project outward in the radial direction and does not have a wall portion like the turbine housing described in Patent Document 1 described above. Therefore, the shape of the core for molding the turbine housing 4 (scroll passage 16) is simplified. No undercut or standing core is required when manufacturing the core.
- a gap S is formed between the cover member 50 and the second nozzle ring 32.
- This structure allows the gap S to communicate with the scroll passage 16. Therefore, with respect to the cover member 50, not only high pressure is applied only to the scroll passage 16 side, but also some pressure is applied to the second nozzle ring 32 side. As a result, pressure equilibrium (pressure balance) is maintained on both sides of the cover member 50 in the axial direction. Further, it is not necessary to design the turbine housing 4 exclusively for each outer diameter of the second nozzle ring 32. It is not necessary to prepare a plurality of material molds, and only the shape of the cover member 50 needs to be adjusted.
- the cover member 50 can completely cover the second nozzle ring 32.
- the second nozzle ring 32 is preferably made of sheet metal (press). However, the press tends to have less freedom in shape. On the other hand, in terms of fluid performance, the higher the degree of freedom of the shape, the less loss can be designed. Therefore, by covering the entire surface of the second nozzle ring 32 with a thin plate cover that has a higher degree of freedom in shape than a thick plate press, it is possible to design a scroll flow path with less loss.
- a base surface 51 is formed on the axial first end surface P1 of the cover member 30, and the base surface 51 contacts the step surface 44a of the turbine housing 4.
- the base surface 51 is provided as a seating surface, and the attachment state (posture) of the cover member 50 is stable.
- the cover member 50 whose second end face P2 is open toward the second nozzle ring 32 is lightweight. That is, the cup-shaped cover member 50 having a hollow inside contributes to weight reduction of the entire supercharger.
- the cover member 50 includes the base surface 51 as a seating surface and the slope portion 53 facing the scroll passage 16, the shape of the scroll passage 16 is arbitrarily adjusted by changing the shape of the slope portion 53. can do.
- the cover member 50 has a symmetrical shape, the cover member 50 can be easily manufactured. In addition, since there is no step between the turbine housing 4 and the cover member 50 in a part of the circumferential direction, the gas flows smoothly.
- the outer diameter of the base surface 51 of the cover member 50 may change in the circumferential direction. That is, the base surface 51 does not have to have a symmetrical shape.
- the outer diameter of the base surface 51 of the cover member 50 may be equal to the first outer peripheral surface 44b of the tubular portion 44 of the turbine housing 4 over substantially the entire area in the circumferential direction.
- the slope portion 53 of the cover member 50 is provided on the first outer peripheral surface 44b of the tubular portion 44 forming a part of the scroll passage 16 (another part formed by the turbine housing 4) in substantially the entire circumferential direction. , It may be smoothly continuous without a step. In this case, since there is no step between the turbine housing 4 and the cover member 50 over substantially the entire area in the circumferential direction, the gas flows smoothly.
- the outer diameter of the base surface 51 of the cover member 50 (the position of the outer peripheral edge 51a) does not have to be equal to the first outer peripheral surface 44b of the tubular portion 44 of the turbine housing 4 in substantially the entire circumferential direction. That is, even if the outer peripheral edge 51a of the base surface 51 projects radially outward from the first outer peripheral surface 44b or is recessed radially inward from the first outer peripheral surface 44b in substantially the entire circumferential direction. Good.
- the base surface 51 or the inclined surface portion 53 of the cover member 50 may be provided with one or more holes.
- the cover member 50 is not intended for fluid sealing.
- the cover member 50 may be formed with a plurality of holes having a diameter of about 2 to 3 mm.
- the size of the hole may be, for example, twice the plate thickness or more, and may be one third or less of the radial length of the slope 53.
- the inner tubular portion 52 of the cover member 50 does not have to be press-fitted into the tubular portion 46.
- the inner cylindrical portion 52 and the like of the cover member 50 may be attached to the cylindrical portion 46 by snap fitting.
- a part of the inner cylinder portion 52 or the base surface 51 may be welded to the turbine housing 4.
- the cover member 50 may be attached to the turbine housing 4 by electromagnetic molding, which is a known technique.
- the structure for attaching the cover member 50 to the turbine housing 4 may be another structure.
- the inner tubular portion 52 may not be formed on the cover member 50.
- the slope portion 53 of the cover member 50 may have a configuration different from that of the slope portion 53 of the above embodiment.
- the slope 53 may be a slope corresponding to a part of the conical surface. In that case, in each of the cross sections corresponding to FIGS. 1, 2, and 7, the slope portion 53 is not curved but linear. The slope portion 53 may not be formed on the cover member 50.
- the second end surface P2 of the cover member 50 may not be open.
- a wall portion may be provided on the second end surface P2 of the cover member 50.
- the first end surface P1 of the cover member 50 may be opened without forming the base surface 51.
- the cover member 50 may be made of a single flat plate (annular disc).
- the axial thickness of the gap S formed between the second end surface P2 of the cover member 50 and the second nozzle ring 32 may change in the circumferential direction (rather than constant).
- the base surface 51 of the cover member 50 may not be in contact with the step surface 44a of the tubular portion 44.
- the diameter of the outer peripheral end 56 of the cover member 50 may be larger than the diameter of the second nozzle ring 32 or smaller than the diameter of the second nozzle ring 32. Even when the diameter of the outer peripheral end 56 of the cover member 50 is larger than the diameter of the second nozzle ring 32, the outer peripheral end 56 of the cover member 50 is different from the side surface of the second nozzle ring 32 (the side surface facing the first nozzle ring 31). Axial with respect to the opposite side surface). The outer peripheral end 56 of the cover member 50 does not extend to a position facing the outer peripheral portion of the second nozzle ring 32 in the radial direction.
- the seal member 60 between the cover member 50 and the cylindrical portion 46 may have another shape other than the C-shape.
- the seal member may be omitted. When the seal member is omitted, a gap is formed between the inner peripheral surface of the second nozzle ring 32 and the second outer peripheral surface 46b of the cylindrical portion 46.
- cover member 50 has a sheet metal shape
- present invention is not limited to this.
- the cover member 50 may be, for example, a machined piece.
- the boundary surface between the cover member 50 and the turbine housing 4 may move to the exhaust gas outflow passage 10 side (that is, the side opposite to the compressor 3) as compared with the above embodiment.
- the volume covered by the cover member 50 is further increased, and the area of the turbine housing 4 is reduced.
- the boundary surface may be located closer to the outlet side than the trailing edge of the blade 6b of the turbine impeller 6 in the axial direction.
- most (half or more) of the wall surface shape on the inner peripheral side of the scroll passage 16 may be formed by the cover member 50.
- the shape of the core for molding the turbine housing is simplified. This structure in which a part of the turbine housing is replaced with a cover member suppresses an increase in manufacturing cost. Further, pressure equilibrium (pressure balance) is maintained on both sides of the cover member in the axial direction.
- Variable Capacity Supercharger 2 Turbine 3
- Compressor 4 Turbine Housing 6
- Compressor Impeller 10 Exhaust Gas Outflow Channel 13
- Bearing Housing 14 Rotating Shaft 16 Scroll Channel 21 Gas Inflow Channel 23
- Variable Nozzle Blade 25 Variable Nozzle unit (variable capacity mechanism) 31 1st nozzle ring (1st plate) 32 2nd nozzle ring (2nd plate) 44 Cylindrical portion 44a Step surface 44b First outer peripheral surface 46 Cylindrical portion 46a Shroud surface 46b Second outer peripheral surface 50
- Cover member 51 Base surface 51a Outer peripheral edge 52
- Inner peripheral end 56 Outer peripheral end H Rotation axis P1 First end face P2 Second end face S Gap
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Abstract
可変容量型過給機は、スクロール流路と、タービン翼車の羽根に対面するシュラウド面を持った円筒部と、排気ガス流出流路とを含むタービンハウジングと、タービンハウジングに取り付けられ、互いに対面する第1プレートおよび第2プレートと、第1プレートおよび第2プレートの間に配置された複数の可変ノズル翼とを含む可変容量機構と、円筒部の径方向外側に配置されて第2プレートに軸方向に対面し、スクロール流路の一部を形成するカバー部材とを備える。カバー部材は、カバー部材と第2プレートとの間に隙間が形成されるように、タービンハウジングに取り付けられている。
Description
本開示は、可変容量型過給機に関する。
可変容量型過給機として、特許文献1~4に記載された技術が知られている。たとえば、特許文献1に記載された過給機のタービンは、可変ノズルユニット(可変容量機構)を備える。スクロール流路とタービン翼車とを接続するガス流路に、複数の可動のノズルベーン(可変ノズル翼)が設けられている。これらの複数のノズルベーンが回動することで、ガス流路の断面積が調整される。可変ノズルユニットは、第1ノズルリングおよび第2ノズルリングを有する。これらの第1および第2ノズルリングの間に、複数のノズルベーンが配置されている。第2ノズルリングは、スクロール流路に面しており、第2ノズルリングがスクロール流路の内壁の一部を形成している。
特許文献2に記載された過給機では、可変ノズル機構の第2ノズルプレートとスクロール室との間に、遮蔽板が配置されている。遮蔽板の外周部は、第2ノズルプレートのフランジ部の段差部に接している。特許文献3に記載された過給機では、タービンケーシングの内周部に、スクロールの内面の一部を構成するインサートシュラウドが取り付けられている。可変ノズル機構のノズルプレートは、このインサートシュラウドの内部に支持される。特許文献4に記載された過給機では、ノズル機構のノズルプレート本体が、第1中間プレートと第2中間プレートとの間に設けられている。ノズルプレート本体と第1中間プレートとの間に、第1ノズル空間が形成され、ノズルプレート本体と第2中間プレートとの間に、第2ノズル空間が形成されている。
特許文献1に記載された過給機において、スクロール流路に面する第2ノズルリングの側面をカバーする壁部を、タービンハウジングが有する構造が考えられる。この構造において、タービンハウジングの一部である壁部が、第2ノズルリングに軸方向に対面する。この壁部は、スクロール流路内に径方向に突出して、スクロール流路の内壁の一部を形成する。そのようなタービンハウジング(スクロール流路)を成型するための中子は、その壁部のための複雑な形状を有する。したがって、その中子を製造する際に、アンダカットまたは置き中子(placed core)が必要とされる。このことは、製造コストの増大を招き得る。
本開示は、タービンハウジングを成型するための中子の形状を単純化することができる可変容量型過給機を説明する。
本開示の一態様に係る可変容量型過給機は、複数の羽根を含むタービン翼車と、タービン翼車を収納するタービンハウジングであって、スクロール流路と、タービン翼車の羽根に対面するシュラウド面を持った円筒部と、排気ガス流出流路とを含むタービンハウジングと、タービンハウジングに取り付けられた可変容量機構であって、互いに対面する第1プレートおよび第2プレートと、第1プレートおよび第2プレートの間に配置された複数の可変ノズル翼とを含み、第2プレートが第1プレートよりも排気ガス流出流路の近くに配置された可変容量機構と、円筒部の径方向外側に配置されて第2プレートに軸方向に対面し、スクロール流路の一部を形成するカバー部材であって、タービンハウジングの円筒部に沿って配置された内周端と、スクロール流路内に配置された外周端と、を含むカバー部材と、を備え、カバー部材は、カバー部材と第2プレートとの間に隙間が形成されるように、タービンハウジングに取り付けられている。
本開示の一態様によれば、タービンハウジングを成型するための中子の形状が単純化されている。タービンハウジングの一部がカバー部材に置き換えられたこの構造は、製造コストの増大を抑制する。さらに、カバー部材の軸方向の両側における圧力平衡(圧力バランス)が保たれる。
本開示の一態様に係る可変容量型過給機は、複数の羽根を含むタービン翼車と、タービン翼車を収納するタービンハウジングであって、スクロール流路と、タービン翼車の羽根に対面するシュラウド面を持った円筒部と、排気ガス流出流路とを含むタービンハウジングと、タービンハウジングに取り付けられた可変容量機構であって、互いに対面する第1プレートおよび第2プレートと、第1プレートおよび第2プレートの間に配置された複数の可変ノズル翼とを含み、第2プレートが第1プレートよりも排気ガス流出流路の近くに配置された可変容量機構と、円筒部の径方向外側に配置されて第2プレートに軸方向に対面し、スクロール流路の一部を形成するカバー部材であって、タービンハウジングの円筒部に沿って配置された内周端と、スクロール流路内に配置された外周端と、を含むカバー部材と、を備え、カバー部材は、カバー部材と第2プレートとの間に隙間が形成されるように、タービンハウジングに取り付けられている。
この可変容量型過給機によれば、タービンハウジングに取り付けられたカバー部材が、第2プレートに軸方向に対面する。このカバー部材が、スクロール流路の一部を形成する。スクロール流路の一部が、タービンハウジングとは別体の部材で形成されるので、タービンハウジングの形状が単純化される。特に、シュラウド面を持った円筒部は、径方向の外方に張り出すことがなく、特許文献1に記載されたタービンハウジングのような壁部を持たない。よって、タービンハウジング(スクロール流路)を成型するための中子の形状が単純化されている。その中子を製造する際には、アンダカットまたは置き中子は不要である。タービンハウジングの一部(複雑な形状を有する部分)が、カバー部材に置き換えられたこの構造は、製造コストの増大を抑制する。また、カバー部材と第2プレートとの間には、隙間が形成されている。この構造は、隙間をスクロール流路に連通させる。よって、カバー部材に対し、スクロール流路側のみに高い圧力が加わるのではなく、第2プレート側にもいくらかの圧力が加わる。その結果として、カバー部材の軸方向の両側における圧力平衡(圧力バランス)が保たれる。
いくつかの態様において、カバー部材の外周端の直径は、第2プレートの直径と等しいかまたは第2プレートの直径よりも大きい。この場合、カバー部材は第2プレートを完全に覆うことができる。
いくつかの態様において、タービンハウジングは、円筒部に軸方向に連続するように形成されて、外周側においてスクロール流路の別の一部を形成すると共に内周側においてタービン翼車の下流側の排気ガス流出流路を形成する筒状部を含み、筒状部は、第2プレートに対面するように形成された環状の段面を含み、カバー部材は、内周端と外周端との間に延在して軸方向の第1端面を形成し、筒状部の段面に当接する環状のベース面を含む。この場合、カバー部材の軸方向の第1端面にはベース面が形成され、ベース面がタービンハウジングの段面に当接する。ベース面が着座面として提供され、カバー部材の取付状態(姿勢)が安定する。
いくつかの態様において、カバー部材のベース面とは軸方向の反対側に位置する第2端面は、第2プレートに向けて開放されている。この場合、カバー部材が、軽量化される。すなわち、内部が中空とされ、第2端面が開放されたカップ形状のカバー部材は、過給機全体の軽量化に寄与する。
いくつかの態様において、カバー部材は、カバー部材の外周端の直径よりも小さい外径を有するベース面と、外周端とベース面との間に形成されてスクロール流路に面する斜面部と、を含む。この場合、カバー部材が、着座面としてのベース面と、スクロール流路に面する斜面部とを含むので、スクロール流路の形状を任意に調整することができる。
いくつかの態様において、カバー部材のベース面の外径は、周方向において一定であり、タービンハウジングの筒状部の段面の外周と少なくとも周方向の一部分において等しく、斜面部は、周方向の少なくとも一部分において、スクロール流路の別の一部を形成する筒状部の第1外周面に滑らかに連続する。この場合、カバー部材は対称な形状を有するので、カバー部材の製造が容易である。また周方向の一部分において、タービンハウジングとカバー部材との間で段差がないため、ガスがスムーズに流れる。
いくつかの態様において、カバー部材のベース面の外径は、周方向において変化しており、タービンハウジングの筒状部の段面の外周と周方向の略全域において等しく、斜面部は、周方向の略全域において、スクロール流路の別の一部を形成する筒状部の外周面に滑らかに連続する。この場合、周方向の略全域において、タービンハウジングとカバー部材との間で段差がないため、ガスがスムーズに流れる。
いくつかの態様において、カバー部材は、タービンハウジングの円筒部に沿って形成され、内周端を持つ内筒部を含み、内筒部が円筒部の第2外周面に嵌まることでタービンハウジングに取り付けられている。この場合、カバー部材の取付状態(姿勢)がより一層安定する。
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に示される可変容量型過給機1は、例えば、船舶や車両の内燃機関に適用されるものである。図1に示されるように、可変容量型過給機1は、タービン2とコンプレッサ3とを備えている。タービン2は、タービンハウジング4と、タービンハウジング4に収納されたタービン翼車6と、を備えている。タービンハウジング4は、タービン翼車6の周囲において周方向に延びるスクロール流路16を含んでいる。コンプレッサ3は、コンプレッサハウジング5と、コンプレッサハウジング5に収納されたコンプレッサ翼車7と、を備えている。コンプレッサハウジング5は、コンプレッサ翼車7の周囲において周方向に延びるスクロール流路17を含んでいる。
タービン翼車6は回転軸14の第1端に設けられており、コンプレッサ翼車7は回転軸14の第2端に設けられている。タービンハウジング4とコンプレッサハウジング5との間には、ベアリングハウジング13が設けられている。回転軸14は、軸受15を介してベアリングハウジング13に回転可能に支持されており、回転軸14、タービン翼車6およびコンプレッサ翼車7が一体の回転体12として回転軸線H周りに回転する。
タービンハウジング4には、排気ガス流入口8(図3参照)および排気ガス流出流路10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、排気ガス流入口を通じてタービンハウジング4内に流入し、スクロール流路16を通じてタービン翼車6に流入し、タービン翼車6を回転させる。その後、排気ガスは、排気ガス流出流路10を通じてタービンハウジング4外に流出する。
コンプレッサハウジング5には、吸入口9および吐出口(図示せず)が設けられている。上記のようにタービン翼車6が回転すると、回転軸14を介してコンプレッサ翼車7が回転する。回転するコンプレッサ翼車7は、吸入口9を通じて外部の空気を吸入し、圧縮して、スクロール流路17を通じて吐出口から吐出する。吐出口から吐出された圧縮空気は、前述の内燃機関に供給される。
続いて、タービン2について更に詳細に説明する。タービン2は可変容量型タービンであり、スクロール流路16とタービン翼車6とを接続するガス流入路21には、複数の可変ノズル翼23が設けられている。複数の可変ノズル翼23が回転軸線Hを中心とする円周上に配置されており、各々の可変ノズル翼23は回転軸線Hに平行な回動軸線周りに回動する。ガス流入路21は、スクロール流路16からタービン翼車6に流入するガスを通過させる。上記のように可変ノズル翼23が回動することで、タービン2に導入される排気ガスの流量に応じて、ガス流路の断面積(スロート面積)が最適に調整される。
上記のように可変ノズル翼23を回動させるための駆動機構として、タービン2は、可変ノズルユニット(可変容量機構)25を備えている。可変ノズルユニット25は、タービンハウジング4と、タービンハウジング4に接合されたベアリングハウジング13との間に配置されている。可変ノズルユニット25は、タービンハウジング4に取り付けられている。可変ノズルユニット25は、たとえば、タービンハウジング4とベアリングハウジング13とによって、挟み込まれて固定されている。
以下、可変ノズルユニット25について説明する。以下の説明において、単に「軸方向」または「軸線方向」、「径方向」、「周方向」等と言うときには、それぞれ、タービン翼車6の回転軸線H方向、回転軸線Hを基準とする径方向および周方向を意味するものとする。また、回転軸線H方向において、タービン2に近い側を単に「タービン側」と言い、コンプレッサ3に近い側を単に「コンプレッサ側」と言う場合がある。
可変ノズルユニット25は、互いに対面する第1ノズルリング(第1プレート)31および第2ノズルリング(第2プレート)32と、第1ノズルリング31および第2ノズルリング32の間に配置された複数の可変ノズル翼23とを有している。第1ノズルリング31と第2ノズルリング32とは、それぞれ、回転軸線Hを中心とする円環状を成しており、タービン翼車6を囲むように配置されている。すなわち、第1ノズルリング31と第2ノズルリング32とは、回転軸線Hの周りに配置されている。第1ノズルリング31と第2ノズルリング32とで挟まれた領域が、前述のガス流入路21を構成する。第2ノズルリング32が、第1ノズルリング31よりも排気ガス流出流路10の近くに配置されている。言い換えれば、第2ノズルリング32が、第1ノズルリング31よりも、ベアリングハウジング13から遠い側に配置されている。第1ノズルリング31の軸受孔には、各可変ノズル翼23の回動軸23aが回転可能に挿通されている。第1ノズルリング31は、たとえば、各可変ノズル翼23を片持ちで軸支している。
第1ノズルリング31のコンプレッサ側(可変ノズルユニット25とは反対側)には、円環板状のサポートリング41が固定され、更にサポートリング41のコンプレッサ側には、リング状をなす駆動リングサポート部材(図示せず)が固定されている。第1ノズルリング31、第2ノズルリング32、サポートリング41および駆動リングサポート部材43には、それぞれ複数(たとえば3つ)ずつのピン孔が設けられている。これらのピン孔が一列に並べられ、これらのピン孔に連結ピン35が挿通されることで、第1ノズルリング31、第2ノズルリング32、サポートリング41および駆動リングサポート部材43が互いに連結される。
サポートリング41および駆動リングサポート部材43は、連結ピン35のコンプレッサ側の部分により、第1ノズルリング31に対して共カシメされる。また、連結ピン35のタービン側の部分には、第1ノズルリング31および第2ノズルリング32をそれぞれ位置決めするための2つの鍔部が設けられており、2つの鍔部の間の寸法が高精度に作製されることで、ガス流入路21の軸線方向の寸法精度が確保されている。駆動リングサポート部材43に駆動リング28が取り付けられることで、駆動リング28が回転軸線H周りで回動可能に支持される。
駆動リング28は、外部から入力される可変ノズル翼23への駆動力を伝達する部材であり、例えば金属材料により一部材で形成されている。駆動リング28は、回転軸線Hを中心とする円周上に延在するリング状をなしており、外部からの駆動力を受けて回転軸線H周りに回動する。レバー29は各可変ノズル翼23の回動軸23aにそれぞれ取り付けられ、駆動リング28の内側で円周上に等間隔に配置されている。
このような可変ノズルユニット25のうち、第1ノズルリング31、第2ノズルリング32、サポートリング41、および連結ピン35からなる部分が、タービンハウジング4に固定され、複数の可変ノズル翼23を回動可能に軸支している。
以下、図1および図2を参照して、可変ノズルユニット25と、タービンハウジング4と、それらの周辺の構造について説明する。図2に示されるように、タービン翼車6は、回転軸14の第1端に取り付けられたハブ6aと、ハブ6a上から突出するように形成された複数の羽根6bとを含む。複数の羽根6bは、たとえば、同じ形状および大きさを有しており、周方向に等間隔に配置されている。
図1および図2に示されるように、タービンハウジング4は、タービン翼車6の複数の羽根6bに対面するシュラウド面46aを持った円筒部46と、円筒部46に軸方向に連続するように形成された筒状部44とを含む。筒状部44は、円筒部46の可変ノズルユニット25とは反対側(コンプレッサ3とは反対側)に形成される。すなわち、円筒部46は、筒状部44よりも第1ノズルリング31の近くに配置される。
筒状部44は、内周側において、タービン翼車6の下流側の排気ガス流出流路10を形成する。筒状部44は、外周側において、第1外周面44bを含む。この第1外周面44bは、スクロール流路16の一部(タービンハウジング4によって形成される別の一部)を形成する。円筒部46は、内周側においてシュラウド面46aを含み、外周側において第2外周面46bを含む。第2外周面46bは、カバー部材50の内筒部52および第2ノズルリング32の内周面に対して径方向に対面する。筒状部44の径方向の厚みは、周方向の大部分において、円筒部46の径方向の厚みよりも大きい。
本実施形態では、円筒部46は、径方向に突出する部分を有しない。円筒部46の第2外周面46bは、たとえば一定の直径を有する円筒面である。若しくは、円筒部46の第2外周面46bの直径は、その先端に向かうにつれて(すなわちコンプレッサ3に近づく)僅かに縮小されてもよい。
可変容量型過給機1は、円筒部46の径方向外側に配置されてスクロール流路16の一部を形成する円板状のカバー部材50を備える。このカバー部材50は、タービンハウジング4とは別体になっている。カバー部材50は、たとえば金属製である。カバー部材50は、たとえばステンレス製(たとえばSUS316等)である。カバー部材50は、たとえば、排気ガスの温度(一例として、850~980℃)に対して、耐熱性を備えてもよい。カバー部材50は、たとえば、排気ガスの成分に対して、耐食性を備えてもよい。カバー部材50は、タービンハウジング4とは異なる材料からなる。カバー部材50は、たとえば公知の板金加工によって成形される。カバー部材50は、たとえばプレス加工または絞り加工等によって成形される。
カバー部材50は、第2ノズルリング32に軸方向に対面している。カバー部材50は、第2ノズルリング32の側面(第1ノズルリング31に対面する側面とは反対に位置する側面)を覆っている。カバー部材50の直径は、第2ノズルリング32の直径と略等しくなっている。より詳細には、ドーナツ状のカバー部材50は、タービンハウジング4の円筒部46に沿って配置された内周端54と、スクロール流路16内に配置された外周端56とを含む。たとえば、カバー部材50の外周端56の直径は、一定である。カバー部材50の外周端56の直径は、第2ノズルリング32の直径と等しい。
カバー部材50は、軸方向において、第1端面P1および第2端面P2を含む(図7参照)。第1端面P1はタービンハウジング4の筒状部44に対面しており、第2端面P2は第2ノズルリング32に対面している。カバー部材50は、内周端54と外周端56との間に延在して第1端面P1を形成するベース面51を含む。ベース面51は、たとえば回転軸線Hに直交する平坦な表面を有する円環状をなす。カバー部材50のベース面51は、外周端56の直径よりも小さい外径を有する。図2および図4~図7に示されるように、カバー部材50は、外周端56とベース面51との間に形成されてスクロール流路16に面する斜面部53を含む。カバー部材50は、さらに、タービンハウジング4の円筒部46に沿って形成され、上記の内周端54を持つ内筒部52を含む。内筒部52は一定の内径を有する円筒状をなす。そして、カバー部材50は、その内筒部52がタービンハウジング4の円筒部46の第2外周面46bに嵌まることで、タービンハウジング4に取り付けられている。カバー部材50は、たとえば圧入によって、タービンハウジング4に取り付けられている。
一方、タービンハウジング4の筒状部44は、第2ノズルリング32に対面するように形成された環状の段面44aを含む。この段面44aは、たとえば回転軸線Hに直交する平坦な円環状をなす。カバー部材50のベース面51は、この筒状部44の段面44aに当接している。平坦なベース面51が、たとえば段面44aに対して、平面状に当接している。これによって、カバー部材50の位置が決定されてもよい。
図2、図5、および図7に示されるように、カバー部材50のベース面51とは軸方向の反対側に位置する第2端面P2は、第2ノズルリング32に向けて開放されている。言い換えれば、カバー部材50は、第2ノズルリング32に向けて開放されたカップ形状をなす。このようなカバー部材50は、スクロール流路16の一部を形成しつつも、タービンハウジング4の軽量化に寄与している。カバー部材50の軽量化も図られているため、カバー部材50は、可変容量型過給機1の全体の軽量化に寄与している。
カバー部材50は、可変ノズルユニット25の第2ノズルリング32には接していない。言い換えれば、カバー部材50は、可変ノズルユニット25からは軸方向に隔離されている。より具体的には、図2に示されるように、カバー部材50は、カバー部材50と第2ノズルリング32との間に隙間Sが形成されるように、タービンハウジング4に取り付けられている。カバー部材50の開放された第2端面P2と、第2端面P2に軸方向に対面する第2ノズルリング32との間には、たとえば軸方向に一定の厚みを有する隙間Sすなわち空間が形成されている。このように、カバー部材50は、スクロール流路16を流れる排気ガスが隙間S内に流入することを許容する(ただし、隙間Sは、排気ガスの流路ではない)。
さらにより詳しくは、図2、図4、および図7に示されるように、カバー部材50のベース面51の外径(外周縁51aの位置)は、周方向において一定であり、タービンハウジング4の筒状部44の段面44aの外周と少なくとも周方向の一部分において等しい。斜面部53は、周方向の当該一部分において、スクロール流路16の一部(タービンハウジング4によって形成される別の一部)を形成する筒状部44の第1外周面44bに、段差なく滑らかに連続する。この位置関係および形状は、たとえば、図2に表れた上下一対の外周縁51aおよび斜面部53のうち、回転軸線Hよりも上の外周縁51aおよび斜面部53によって示されている。たとえば、図3に示されるように、舌部22が形成された位置とは回転軸線Hに関して反対側の一部分A1において、ベース面51の外周縁51aの位置が、筒状部44の第1外周面44bに対して整列(aligned)してもよい。なお、舌部22が形成された位置において、ベース面51の外周縁51aの位置が、筒状部44の第1外周面44bに対して整列してもよい。これらの位置とは異なる周方向の他の1つまたは複数の位置において、ベース面51の外周縁51aの位置が、筒状部44の第1外周面44bに対して整列してもよい。また、ベース面51の外周縁51aは、図3に仮想線で示されるような非円形(非対称の形状)Lに沿うように形成されてもよい。
図7に示されるように、斜面部53は、ベース面51の外周縁51aに接続された凹部53aと、斜面部53の外周に接続された凸部53cとを含む。斜面部53は、凹部53aと凸部53cとの間に変曲点53bを持つ。斜面部53の端面53dは、内筒部52の端面52aよりも第2ノズルリング32に近づくように突出していてもよい。言い換えれば、内筒部52の端面52aが、斜面部53の端面53dよりカバー部材50の内方に引っ込んでいてもよい。斜面部53の円環状の端面53dは、1つの仮想平面上に位置するように形成されてもよい。その仮想平面は、上記の第2端面P2に相当し、たとえば、第2ノズルリング32の側面(第1ノズルリング31に対面する側面とは反対に位置する側面)に平行である。
図2に示されるように、第2ノズルリング32の内周面と円筒部46の第2外周面46bとの間には、たとえばC字状のシール部材60が取り付けられている。このシール部材60は、隙間Sに向けて軸方向に開放された形状を有してもよい。シール部材60は、円筒部46および第2ノズルリング32に対して、径方向の付勢力を及ぼす。
可変容量型過給機1の組立時には、まずタービンハウジング4に、カバー部材50が取り付けられる。一体化されたタービンハウジング4およびカバー部材50に対し、シール部材60が嵌め込まれた可変ノズルユニット25が、取り付けられる。
この可変容量型過給機1によれば、タービンハウジング4に取り付けられたカバー部材50が、第2ノズルリング32に軸方向に対面する。このカバー部材50が、スクロール流路16の一部を形成する。スクロール流路16の一部が、タービンハウジング4とは別体の部材で形成されるので、タービンハウジング4の形状が単純化される。特に、シュラウド面46aを持った円筒部46は、径方向の外方に張り出すことがなく、上述の特許文献1に記載されたタービンハウジングのような壁部を持たない。よって、タービンハウジング4(スクロール流路16)を成型するための中子の形状が単純化されている。その中子を製造する際には、アンダカットまたは置き中子は不要である。タービンハウジング4の一部(複雑な形状を有する部分)が、カバー部材50に置き換えられたこの構造は、製造コストの増大を抑制する。また、カバー部材50と第2ノズルリング32との間には、隙間Sが形成されている。この構造は、隙間Sをスクロール流路16に連通させる。よって、カバー部材50に対し、スクロール流路16側のみに高い圧力が加わるのではなく、第2ノズルリング32側にもいくらかの圧力が加わる。その結果として、カバー部材50の軸方向の両側における圧力平衡(圧力バランス)が保たれる。また、第2ノズルリング32の外径ごとに合わせてタービンハウジング4を専用設計する必要がない。複数の素材型を準備する必要がなく、カバー部材50の形状を調整するだけで済む。
カバー部材50の外周端56の直径が第2ノズルリング32の直径と等しいので、カバー部材50は第2ノズルリング32を完全に覆うことができる。第2ノズルリング32は、板金(プレス)で作られることが望ましい。しかし、プレスでは形状の自由度が少なくなる傾向にある。一方で流体性能的には、形状の自由度が高いほど、損失の少ない形状を設計できる。よって、厚板プレスに比べて形状の自由度が高い薄板カバーで第2ノズルリング32の全面を覆うことにより、損失の少ないスクロール流路を設計することができる。
カバー部材30の軸方向の第1端面P1にはベース面51が形成され、ベース面51がタービンハウジング4の段面44aに当接する。ベース面51が着座面として提供され、カバー部材50の取付状態(姿勢)が安定している。
第2端面P2が第2ノズルリング32に向けて開放されたカバー部材50は、軽量化されている。すなわち、内部が中空とされたカップ形状のカバー部材50は、過給機全体の軽量化に寄与する。
カバー部材50が、着座面としてのベース面51と、スクロール流路16に面する斜面部53とを含むので、斜面部53の形状を変更することにより、スクロール流路16の形状を任意に調整することができる。
カバー部材50は対称な形状を有するので、カバー部材50の製造が容易である。また周方向の一部分において、タービンハウジング4とカバー部材50との間で段差がないため、ガスがスムーズに流れる。
カバー部材50の内筒部52が円筒部46の第2外周面46bに嵌まっているので、カバー部材50の取付状態(姿勢)がより一層安定している。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。たとえば、カバー部材50のベース面51の外径(外周縁51aの位置)が、周方向において変化していてもよい。すなわち、ベース面51は対称な形状でなくてもよい。その場合に、カバー部材50のベース面51の外径が、タービンハウジング4の筒状部44の第1外周面44bと周方向の略全域において等しくてもよい。カバー部材50の斜面部53は、周方向の略全域において、スクロール流路16の一部(タービンハウジング4によって形成される別の一部)を形成する筒状部44の第1外周面44bに、段差なく滑らかに連続してもよい。この場合、周方向の略全域において、タービンハウジング4とカバー部材50との間で段差がないため、ガスがスムーズに流れる。
カバー部材50のベース面51の外径(外周縁51aの位置)が、タービンハウジング4の筒状部44の第1外周面44bと周方向の略全域において等しくなくてもよい。すなわち、周方向の略全域において、ベース面51の外周縁51aが、第1外周面44bよりも径方向外方に突出するか、第1外周面44bよりも径方向内方に引っ込んでいてもよい。
カバー部材50のベース面51または斜面部53には、1つ又は複数の孔部が形成されてもよい。カバー部材50は、流体シールが目的ではない。たとえば、カバー部材50に2~3mm程度の直径を有する複数の孔部が形成されてもよい。この場合の孔部の大きさは、たとえば、板厚の2倍以上であってもよく、かつ、斜面部53の径方向の長さの3分の1以下であってもよい。
また、カバー部材50は、その内筒部52が円筒部46に圧入されなくてもよい。カバー部材50は、その内筒部52等が円筒部46にスナップフィットにより取り付けられてもよい。カバー部材50は、内筒部52またはベース面51の一部がタービンハウジング4に対して溶接されてもよい。カバー部材50は、公知の技術である電磁成形によってタービンハウジング4に取り付けられてもよい。カバー部材50をタービンハウジング4に取り付けるための構造は、他の構造であってもよい。カバー部材50に、内筒部52が形成されなくてもよい。
カバー部材50の斜面部53は、上記実施形態の斜面部53とは違う構成を有してもよい。斜面部53は、円錐面の一部に相当する斜面であってもよい。その場合、図1、図2、図7に相当する各断面においては、斜面部53は湾曲せず直線状である。カバー部材50に、斜面部53が形成されなくてもよい。
カバー部材50の第2端面P2が開放されていなくてもよい。カバー部材50の第2端面P2に、壁部が設けられてもよい。また、ベース面51が形成されず、カバー部材50の第1端面P1が開放されてもよい。カバー部材50は、単一の平板(環状の円板)からなってもよい。カバー部材50の第2端面P2と第2ノズルリング32との間に形成された隙間Sの軸方向の厚みが、(一定ではなく)周方向において変化してもよい。
カバー部材50のベース面51が、筒状部44の段面44aに当接していなくてもよい。カバー部材50の外周端56の直径は、第2ノズルリング32の直径より大きくてもよく、第2ノズルリング32の直径より小さくてもよい。カバー部材50の外周端56の直径が第2ノズルリング32の直径より大きい場合でも、カバー部材50の外周端56は、第2ノズルリング32の側面(第1ノズルリング31に対面する側面とは反対に位置する側面)に対して軸方向に離間する。カバー部材50の外周端56は、第2ノズルリング32の外周部に径方向で対面する位置にまで延びない。カバー部材50と円筒部46(第2外周面46b)との間のシール部材60が、C字状ではない別の形状をなしてもよい。シール部材が、省略されてもよい。シール部材が省略される場合には、第2ノズルリング32の内周面と円筒部46の第2外周面46bとの間には、間隙が形成される。
上記実施形態では、カバー部材50が板金形状である場合について説明したが、これに限られない。カバー部材50が、たとえば機械加工ピースであってもよい。
カバー部材50とタービンハウジング4との境界面が、上記実施形態よりも排気ガス流出流路10側(すなわちコンプレッサ3とは反対側)に移動してもよい。この場合、カバー部材50が受け持つ容積が、より一層大きくなり、タービンハウジング4の領域は小さくなる。たとえば、その境界面が、軸方向において、タービン翼車6の羽根6bの後縁よりも出口側に位置してもよい。言い換えれば、スクロール流路16の内周側の壁面形状の大部分(半分以上)が、カバー部材50によって形成されてもよい。カバー部材50がタービンハウジング4に対してより深い位置まで形成されることにより、一層の軽量化が図られる。
本開示のいくつかの態様によれば、タービンハウジングを成型するための中子の形状が単純化されている。タービンハウジングの一部がカバー部材に置き換えられたこの構造は、製造コストの増大を抑制する。さらに、カバー部材の軸方向の両側における圧力平衡(圧力バランス)が保たれる。
1 可変容量型過給機
2 タービン
3 コンプレッサ
4 タービンハウジング
6 タービン翼車
6b 羽根
7 コンプレッサ翼車
10 排気ガス流出流路
13 ベアリングハウジング
14 回転軸
16 スクロール流路
21 ガス流入路
23 可変ノズル翼
25 可変ノズルユニット(可変容量機構)
31 第1ノズルリング(第1プレート)
32 第2ノズルリング(第2プレート)
44 筒状部
44a 段面
44b 第1外周面
46 円筒部
46a シュラウド面
46b 第2外周面
50 カバー部材
51 ベース面
51a 外周縁
52 内筒部
53 斜面部
54 内周端
56 外周端
H 回転軸線
P1 第1端面
P2 第2端面
S 隙間
2 タービン
3 コンプレッサ
4 タービンハウジング
6 タービン翼車
6b 羽根
7 コンプレッサ翼車
10 排気ガス流出流路
13 ベアリングハウジング
14 回転軸
16 スクロール流路
21 ガス流入路
23 可変ノズル翼
25 可変ノズルユニット(可変容量機構)
31 第1ノズルリング(第1プレート)
32 第2ノズルリング(第2プレート)
44 筒状部
44a 段面
44b 第1外周面
46 円筒部
46a シュラウド面
46b 第2外周面
50 カバー部材
51 ベース面
51a 外周縁
52 内筒部
53 斜面部
54 内周端
56 外周端
H 回転軸線
P1 第1端面
P2 第2端面
S 隙間
Claims (8)
- 複数の羽根を含むタービン翼車と、
前記タービン翼車を収納するタービンハウジングであって、スクロール流路と、前記タービン翼車の前記羽根に対面するシュラウド面を持った円筒部と、排気ガス流出流路とを含む前記タービンハウジングと、
前記タービンハウジングに取り付けられた可変容量機構であって、互いに対面する第1プレートおよび第2プレートと、前記第1プレートおよび前記第2プレートの間に配置された複数の可変ノズル翼とを含み、前記第2プレートが前記第1プレートよりも前記排気ガス流出流路の近くに配置された前記可変容量機構と、
前記円筒部の径方向外側に配置されて前記第2プレートに軸方向に対面し、前記スクロール流路の一部を形成するカバー部材であって、前記タービンハウジングの前記円筒部に沿って配置された内周端と、前記スクロール流路内に配置された外周端と、を含む前記カバー部材と、を備え、
前記カバー部材は、前記カバー部材と前記第2プレートとの間に隙間が形成されるように、前記タービンハウジングに取り付けられている、可変容量型過給機。 - 前記カバー部材の前記外周端の直径は、前記第2プレートの直径と等しいかまたは前記第2プレートの直径よりも大きい、請求項1に記載の可変容量型過給機。
- 前記タービンハウジングは、前記円筒部に前記軸方向に連続するように形成されて、外周側において前記スクロール流路の別の一部を形成すると共に内周側において前記タービン翼車の下流側の前記排気ガス流出流路を形成する筒状部を含み、前記筒状部は、前記第2プレートに対面するように形成された環状の段面を含み、
前記カバー部材は、前記内周端と前記外周端との間に延在して前記軸方向の第1端面を形成し、前記筒状部の前記段面に当接する環状のベース面を含む、請求項1または2に記載の可変容量型過給機。 - 前記カバー部材の前記ベース面とは前記軸方向の反対側に位置する第2端面は、前記第2プレートに向けて開放されている、請求項3に記載の可変容量型過給機。
- 前記カバー部材は、前記カバー部材の前記外周端の直径よりも小さい外径を有する前記ベース面と、前記外周端と前記ベース面との間に形成されて前記スクロール流路に面する斜面部と、を含む、請求項3または4に記載の可変容量型過給機。
- 前記カバー部材の前記ベース面の前記外径は、周方向において一定であり、前記タービンハウジングの前記筒状部の前記段面の外周と少なくとも前記周方向の一部分において等しく、
前記斜面部は、前記周方向の少なくとも前記一部分において、前記スクロール流路の前記別の一部を形成する前記筒状部の第1外周面に滑らかに連続する、請求項5に記載の可変容量型過給機。 - 前記カバー部材の前記ベース面の前記外径は、周方向において変化しており、前記タービンハウジングの前記筒状部の前記段面の外周と前記周方向の略全域において等しく、
前記斜面部は、前記周方向の略全域において、前記スクロール流路の前記別の一部を形成する前記筒状部の外周面に滑らかに連続する、請求項5に記載の可変容量型過給機。 - 前記カバー部材は、前記タービンハウジングの前記円筒部に沿って形成され、前記内周端を持つ内筒部を含み、前記内筒部が前記円筒部の第2外周面に嵌まることで前記タービンハウジングに取り付けられている、請求項1~7のいずれか一項に記載の可変容量型過給機。
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