説明

ターボチャージャ

【課題】洗浄を行うようにしたターボチャージャにおいて、洗浄水がタービンインペラの背面側を通ってベアリングハウジング側に浸入するのを抑制し、シーリング部の摩耗(損傷)を防止したターボチャージャを提供する。
【解決手段】回転軸に設けられたタービンインペラ13と、タービンインペラ13を収容するタービンハウジングと、を備える。タービンインペラ13には、その背面13aに、タービンインペラ13の半径方向外方に向く凹部33を有したインペラ段差部31が、タービンインペラ13の周方向に沿って設けられている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ターボチャージャに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、舶用、自動車用等の内燃機関では、その排気エネルギーを利用して駆動させられ、内燃機関の給気圧力を高めて内燃機関の出力を増大させるターボチャージャ(過給機)が知られている。
内燃機関のうち特に舶用内燃機関では、燃料として低質の重油が使用されているため、舶用内燃機関の排気ガス中にはカーボンや硫黄酸化物(硫酸成分)等の燃焼残渣物が含まれている。したがって、このような排気ガスを吸入することにより、舶用内のターボチャージャでは排気ガス中の燃焼残渣物が、タービンハウジングやタービンノズル、タービンインペラに付着するといった問題があった。
【0003】
このような背景のもとに、簡単な構成で、効果的にしかもサーマルショックを引き起こすことなく、回転翼車(タービンインペラ)の洗浄を可能にした過給器(ターボチャージャ)が提供されている(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第4650233号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、前記したような洗浄を行うターボチャージャでは、以下の改善すべき新たな課題がある。
タービンハウジング内を洗浄すべく、タービンハウジング内に洗浄水を供給すると、先に付着したカーボンや硫黄酸化物(硫酸成分)等の燃焼残渣物がタービンハウジングやタービンノズル、タービンインペラから除去され、洗浄水中に移行する。したがって、除去した燃焼残渣物を含有する洗浄水は、そのほとんどが排気ガスとともに排気ガス流出口から排出される。
【0006】
ところが、洗浄水は、僅かではあるがその一部がタービンインペラの背面側を通って回転軸上に達し、タービンハウジングに接続するベアリングハウジング内に浸入してしまう。ベアリングハウジング内に位置する回転軸のタービンハウジング側は、シーリング部によってシールされ、タービンハウジング側と隔てられていることから、前記の洗浄水の一部はこのシーリング部に付着する。
【0007】
しかし、このように洗浄水がシーリング部に付着すると、洗浄水中のカーボン等がシーリング部を摩耗させ(損傷し)てしまう。シーリング部はベアリングハウジングとタービンハウジング間をシールしているので、シーリング部が損傷した場合、ベアリングハウジング内の潤滑油がタービンハウジング側に漏洩する。逆にタービンハウジング側の排気ガスや洗浄水がベアリングハウジング側、そして潤滑油タンクへ混入する。さらには、このような状態が長期化すると、シーリング部を通って前記洗浄水がベアリングハウジング内に流入し、洗浄水中の硫酸(硫酸成分)がベアリングハウジングを腐蝕させてしまうおそれもある。
【0008】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、洗浄を行うようにしたターボチャージャにおいて、洗浄水がタービンインペラの背面側を通ってベアリングハウジング側に浸入するのを抑制し、シーリング部の摩耗(損傷)を防止したターボチャージャを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明のターボチャージャは、回転軸に設けられたタービンインペラと、前記タービンインペラを収容するタービンハウジングと、を備え、
前記タービンインペラには、その背面に、該タービンインペラの半径方向外方に向く凹部を有したインペラ段差部が、該タービンインペラの周方向に沿って設けられていることを特徴とする。
【0010】
また、前記ターボチャージャにおいては、前記タービンインペラの背面に対向して遮熱板が設けられ、前記遮熱板は、前記インペラ段差部の凹部より前記タービンインペラの半径方向外方側に対向する第1面と、前記インペラ段差部の凹部より前記タービンインペラの半径方向内方側に対向する第2面とを有し、該第1面と第2面との間に、前記タービンインペラのインペラ段差部に対向する遮熱板段差部を有していることが好ましい。
【0011】
また、前記ターボチャージャにおいて、前記インペラ段差部には、前記回転軸の軸方向に前記凹部が複数形成されていることが好ましい。
また、前記複数の凹部は、前記タービンインペラの半径方向での位置が互いに異なって形成されていることが好ましい。
【0012】
また、前記ターボチャージャにおいて、前記タービンハウジングには、その排気ガス流入口に、該タービンハウジング内に洗浄水を供給する洗浄水供給手段が設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【0013】
本発明のターボチャージャによれば、タービンインペラの背面に、該タービンインペラの半径方向外方に向く凹部を有したインペラ段差部が、該タービンインペラの周方向に沿って設けられているので、運転中にタービンハウジングの排気ガス流入口から洗浄水が供給され、その一部がタービンインペラの背面側を通って回転軸側に向かうと、この回転軸側に向かう洗浄水は前記インペラ段差部で遮られ、その凹部内に一旦留められる。そして、凹部内に留められ溜められた洗浄水は、タービンインペラの回転による遠心力により、タービンインペラの半径方向外方、すなわち排気ガス流入口側に戻される。
【0014】
したがって、供給された洗浄水の一部がタービンインペラの背面側を通って回転軸側に向かっても、そのほとんどがインペラ段差部によって前記したように排気ガス流入口側に戻されるため、洗浄水がベアリングハウジング内に浸入してシーリング部に付着することにより、シーリング部が摩耗(損傷)したり、ベアリングハウジングが腐蝕することが防止される。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明のターボチャージャの一実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図2】図1に示したターボチャージャの外観、及び洗浄供給手段の概略構成を模式的に示す図である。
【図3】図1に示したターボチャージャの要部拡大断面図である。
【図4】(a)〜(d)はインペラ段差部の形状を示す要部拡大断面図である。
【図5】本発明のターボチャージャの他の実施形態を説明するための要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明のターボチャージャを詳しく説明する。
図1は、本発明のターボチャージャの一実施形態を示す断面図であり、図1中符号1はターボチャージャである。このターボチャージャ1は、図示しないエンジン(内燃機関)からの排気ガスのエネルギーを利用して、エンジンに供給される空気を過給するものである。なお、図1中に示す矢印「F」は前方向を指し、「R」は後方向を指している。
【0017】
また、このターボチャージャ1は、舶用内燃機関に適用されるもの、すなわち舶用のターボチャージャであり、したがってタービンハウジング内に付着した燃焼残渣物等を除去すべく、タービンハウジング内に洗浄水が供給可能に構成されたものである。なお、このような洗浄水の供給は、ターボチャージャ1の運転中において、定期的に、もしくは必要に応じて不定期に行われるようになっている。
【0018】
ターボチャージャ1には、ベアリングハウジング3が備えられており、このベアリングハウジング3内には、複数のベアリング5が設けられている。複数のベアリング5には、前後方向へ延びた回転軸7が回転可能に設けられており、したがってベアリングハウジング3には、ベアリング5を介して回転軸7が回転可能に設けられている。
【0019】
ベアリングハウジング3の後側(矢印R側)には、タービンハウジング11が設けられている。また、タービンハウジング11内には、エンジンの排気ガスのエネルギーを利用して回転するタービンインペラ13が収容されている。タービンインペラ13は、回転軸7の後端部に連結されたタービンハブ15と、タービンハブ15の外周面に設けられた複数のタービンブレード17とを有して構成されている。タービンブレード17は、タービンハブ15の軸方向に延び、かつ径方向外側に向かって延びて配設されたもので、タービンハブ15の周方向に所定間隔をおいて配置されている。
【0020】
タービンハウジング11の適宜位置には、図2に示すように排気ガスを取り入れる排気ガス流入部19が設けられており、この排気ガス流入部19の端部には、排気ガス流入口19aが形成されている。また、排気ガス流入口19aには、排気管21が接続されており、この排気管21には、排気タンク(図示せず)を介してエンジンの排気マニホールド(図示せず)が接続されている。
【0021】
また、図1に示すようにタービンハウジング11の内部には、タービンスクロール流路23がタービンインペラ13を囲むように形成されており、このタービンスクロール流路23は、前記排気ガス流入部19のガス取入口(図示せず)に連通している。さらに、タービンハウジング11の後側には、タービンスクロール流路23に連通して排気ガスを排出するガス排出口25が形成されている。このガス排出口25には、例えば排気ガス浄化装置(図示せず)が接続されている。
【0022】
前記タービンインペラ13は、その背面13a、すなわちタービンハブ15の前記ベアリングハウジング3側の面が、ベアリングハウジング3に設けられた遮熱板27に対向して配置されている。遮熱板27は、ベアリングハウジング3のタービンハウジング11側に向く面に取り付けられた円環状のもので、高熱のタービンハウジング11側から、冷却されることで比較的低温となっているベアリングハウジング3側に熱が伝わるのを抑制するものである。
【0023】
また、ベアリングハウジング3内に位置する回転軸7のタービンハウジング11側には、回転軸7とベアリングハウジング3との間にシーリング部29が設けられている。これにより、ベアリングハウジング3側とタービンハウジング11側との間はシーリング部29によってシールされ、液密に隔てられている。
【0024】
前記タービンインペラ13の背面13aには、図3に示すようにインペラ段差部31が設けられている。インペラ段差部31は、タービンハブ15の半径方向外側と半径方向内側との間の境界部に形成された円環状のもので、半径方向外側の面に対して半径方向内側の面がベアリングハウジング3側に突出していることにより、タービンインペラ13の周方向に沿って形成された段差部である。したがって、このインペラ段差部31は、タービンハブ15(タービンインペラ13)の半径方向外方に向く面を有しており、本実施形態ではこの面に凹部33を有している。
【0025】
凹部33は、円環状のインペラ段差部31の周方向に沿ってその全周に形成されたもので、図4(a)に示すように縦断面視して湾曲した凹面33aが、タービンインペラ13の半径方向外方に向けられて形成配置されたものである。凹部33の深さや幅については、特に限定されることなく、後述するようにこの凹部33内に溜める洗浄水の量に応じて、すなわちタービンインペラ13の背面13a側に流入する洗浄水の量等に応じて、適宜に設計され、形成される。
【0026】
なお、凹部33の凹面33aの形状については、図4(a)に示す湾曲した形状に限定されることなく、例えば図4(b)に示すようにV字状に凹んだ形状や、図4(c)に示すように角形に凹んだ形状など、種々の形状の凹面が採用可能である。
さらに、凹部33は、インペラ段差部31において回転軸7の軸方向に複数形成されていてもよい。例えば凹部33が二つ形成されている場合、これら凹部33、33は、タービンインペラ13の半径方向での位置が同じであってもよく、図4(d)に示すように異なっていてもよい。
【0027】
また、図4(d)では、外側の凹部33が内側の凹部33より、タービンインペラ13の半径方向内方となるように形成しているが、逆に、外側の凹部33が内側の凹部33より、タービンインペラ13の半径方向外方となるように形成してもよい。さらに、凹部33については、三つ以上形成されていてもよい。
【0028】
また、本実施形態では、図2に示すように前記排気管21に、タービンハウジング11内に洗浄水を供給するための洗浄水供給手段40が設けられている。
洗浄水供給手段40は、排気管21の側周面に挿通されて該排気管21内に洗浄水を噴出し供給する一対のノズル42、42と、これらノズル42、42に導水分岐管44、44を介して接続する導水管46と、この導水管46に接続する洗浄水供給源(図示せず)と、を備えて構成されている。導水管46には開閉弁48が設けられ、これら開閉弁48の下流側には調圧弁50、圧力計52が設けられている。また、導水分岐管44には分岐開閉弁54が設けられている。
【0029】
前記一対のノズル42、42は、排気管21の下流端から所定距離Dの位置に、相対向して設けられている。これらノズル42、42は、排気管21の中心線を含む平面に配置され、該中心線に対して該ノズル44の中心線の延長が下流側に向うよう、所要角度α(例えば45°)傾斜して設けられている。
なお、タービンハウジング11のガス排出口25には、排気流出管(図示せず)が接続され、該排気流出管にはドレン管(図示せず)が接続され、該ドレン管にはドレン弁(図示せず)が設けられている。
【0030】
図1に示すようにベアリングハウジング3の前側には、コンプレッサハウジング9が備えられており、このコンプレッサハウジング9内には、回転軸7と一体的に回転するコンプレッサインペラ60が設けられている。コンプレッサインペラ60は、回転軸7に連結したコンプレッサハブ62と、コンプレッサハブ62の外周面に設けられた複数のコンプレッサブレード64とを有して構成されている。コンプレッサブレード64は、コンプレッサハブ62の軸方向に延び、かつ径方向外側に向かって延びて配設されたもので、コンプレッサハブ62の周方向に所定間隔を置いて配置されている。
【0031】
コンプレッサハウジング9の前側(矢印F側)には、空気を取り入れる空気取入口66が形成されている。また、ベアリングハウジング3とコンプレッサハウジング9との間におけるコンプレッサインペラ60の出口側には、圧縮された空気を昇圧する環状のディフューザ流路68が形成されている。このディフューザ流路68は、空気取入口66に連通して形成されている。さらに、コンプレッサハウジング9の内部には、コンプレッサスクロール流路70がコンプレッサインペラ60を囲むように形成されており、このコンプレッサスクロール流路70は、ディフューザ流路68に連通して形成されている。また、コンプレッサハウジング9の適宜位置には、圧縮された空気を排出する空気排出口(図示せず)が形成されており、この空気排出口は、コンプレッサスクロール流路70に連通している。
【0032】
このような構成のターボチャージャ1では、その運転に伴い、エンジン(内燃機関)の排気ガス中のカーボンや硫黄酸化物(硫酸成分)等の燃焼残渣物が、タービンハウジング11やタービンノズル(図示せず)、タービンインペラ13に付着する。そこで、このような燃焼残渣物を除去するべく、洗浄水供給手段40からタービンハウジング11内に洗浄水を供給する。なお、このような洗浄水の供給は、前述したようにターボチャージャ1の運転中において定期的に、もしくは必要に応じて不定期に行う。
【0033】
洗浄水の供給は、洗浄水供給手段40のノズル42、42から排気管21を介して排気ガス流入部19に洗浄水を供給し、これによってタービンハウジング11内に所定の注入圧で洗浄水を供給することで行う。このようにして洗浄水が供給されると、洗浄水はタービンハウジング11内やタービンインペラ13などに付着した燃焼残渣物等を除去し、同伴してガス排出口25から排出される。
【0034】
しかし、一部の洗浄水、例えば供給量の0.1%程度の洗浄水は、直接ガス排出口25から排出されることなく、タービンインペラ13の背面側、すなわちタービンインペラ13と遮熱板27との間を通って回転軸7側に向かう。このように回転軸7側に向かう洗浄水は、例えばタービンインペラ13の背面13aを伝って回転軸7側に向かう。しかし、このようにして回転軸7側に向かう洗浄水は、図3に示したインペラ段差部31で遮られ、その凹部33内に一旦留められる。
【0035】
そして、凹部33内に溜められた洗浄水は、タービンインペラ13の回転による遠心力により、図3中矢印で示すようにタービンインペラ13の半径方向外方、つまり排気ガス流入口19a側となるタービンスクロール流路23側に戻される。すなわち、タービンインペラ13と遮熱板27との間を通ってくる洗浄水の流れは、タービンハウジング11内を流動する過程で失速しているため、タービンインペラ13の回転による遠心力によって飛ばされる洗浄水は、タービンインペラ13と遮熱板27との間を通ってくる洗浄水の流れよりも強くなり、この流れに逆らって容易にタービンスクロール流路23側に戻る。そして、他の洗浄水と合流し、再度タービンハウジング11内の洗浄に供された後、ガス排出口25から排出される。
【0036】
したがって、本実施形態のターボチャージャ1によれば、供給された洗浄水の一部がタービンインペラ13の背面13a側を通って回転軸7側に向かっても、そのほとんどをインペラ段差部31の凹部33によってタービンスクロール流路23に戻すことができるため、洗浄水がベアリングハウジング3内に浸入してシーリング部29に付着することにより、シーリング部29が摩耗(損傷)したり、ベアリングハウジング3が腐蝕することを防止することができる。よって、本実施形態のターボチャージャ1は、耐久性に優れたものとなる。
【0037】
また、図4(d)に示したようにインペラ段差部31に凹部33を二つ(複数)形成した場合には、タービンインペラ13と遮熱板27との間を流入してきた洗浄水を二つの凹部33、33内に確実に留め、タービンスクロール流路23側に戻すことができる。したがって、シーリング部29の摩耗(損傷)やベアリングハウジング3の腐蝕をより確実に防止することができる。
【0038】
次に、本発明のターボチャージャの、他の実施形態を説明する。
図5は、本発明のターボチャージャの、他の実施形態の要部を説明するための図である。図5に示す本実施形態のターボチャージャが、図1〜図3に示した実施形態のターボチャージャ1と異なるところは、タービンインペラ13の背面13aに対向する遮熱板80の形状にある。
【0039】
すなわち、本実施形態のターボチャージャにおける遮熱板80は、インペラ段差部31の凹部33よりタービンインペラ13の半径方向外方側に対向する第1面81と、インペラ段差部31の凹部33よりタービンインペラ13の半径方向内方側に対向する第2面82とを有し、これら第1面81と第2面82との間に、タービンインペラ13のインペラ段差部31に対向する遮熱板段差部83を有している。
【0040】
このような遮熱板80を用いると、タービンインペラ13の背面13aと遮熱板80との間の隙間を充分に狭くすることができる。すなわち、遮熱板の前記背面13aに対向する面が一つの平面で形成されている場合、この平面と段差(インペラ段差部31)を有している背面13aとの間では、段差の低い側、つまりタービンインペラ13の半径方向外方で隙間が広くなってしまう。したがって、背面13aと遮熱板との間の隙間に流入する洗浄水の絶対量が多くなり、その分、インペラ段差部31の側方を通過して回転軸7側に向かう洗浄液の量も多くなる。
【0041】
しかし、本実施形態では、図5に示したように遮熱板80にも段差(遮熱板段差部83)を設け、前記背面13aの、凹部33よりタービンインペラ13の半径方向外方側の面と、これに対向する第1面81との間の隙間を充分に狭くすることができることから、これらの間に流入する洗浄水の絶対量を少なくすることができ、その分、インペラ段差部31の側方を通過して回転軸7側に向かう洗浄液の量も少なくすることができる。
【0042】
また、前記背面13aの、凹部33よりタービンインペラ13の半径方向内方側の面と、これに対向する第2面82との間の隙間も充分に狭くすることができることから、これらの間の内圧を高めることができ、これによって背面13aと遮熱板80との間に洗浄水が流入するのを抑制することができる。
【0043】
さらに、遮熱板段差部83をインペラ段差部31に対向させているので、タービンインペラ13の遠心力によってその半径方向外方に飛ばされた洗浄水の一部が遮熱板段差部83に衝突しても、再度インペラ段差部31側に戻され、凹部33内に溜められるようになる。そのため、この洗浄水は最終的には前記の遠心力によってタービンスクロール流路23に戻されるようになる。
【0044】
このように、本実施形態のターボチャージャにあっては、遮熱板80に遮熱板段差部83を形成し、タービンインペラ13の背面13aと遮熱板80の各面(第1面81、第2面82)との間の隙間を最小限に狭められるようにしたので、前記背面13aと遮熱板80との間を流入する洗浄水の絶対量を少なくし、これによってインペラ段差部31の側方を通過して回転軸7側に向かう洗浄液の量を少なくすることができる。したがって、洗浄水がベアリングハウジング3内に浸入してシーリング部29に付着することにより、シーリング部29が摩耗(損傷)したり、ベアリングハウジング3が腐蝕することをより確実に防止することができる。
【0045】
なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、前記実施形態では洗浄水供給手段を一体に組み付けた場合について説明したが、洗浄水供給手段については、ターボチャージャと別に備えておき、洗浄時に接続することで、洗浄を行えるようにしてもよい。すなわち、本発明のターボチャージャでは、洗浄水供給手段を着脱可能に備えていてもよい。
【0046】
また、前記実施形態では本発明のターボチャージャを舶用のターボチャージャに適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、自動車用等のターボチャージャにも適用可能である。
【符号の説明】
【0047】
1…ターボチャージャ、3…ベアリングハウジング、7…回転軸、11…タービンハウジング、13…タービンインペラ、13a…背面、19…排気ガス流入部、19a…排気ガス流入口、31…インペラ段差部、33…凹部、40…洗浄水供給手段、80…遮熱板、81…第1面、82…第2面、83…遮熱板段差部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転軸に設けられたタービンインペラと、前記タービンインペラを収容するタービンハウジングと、を備え、
前記タービンインペラには、その背面に、該タービンインペラの半径方向外方に向く凹部を有したインペラ段差部が、該タービンインペラの周方向に沿って設けられていることを特徴とするターボチャージャ。
【請求項2】
前記タービンインペラの背面に対向して遮熱板が設けられ、
前記遮熱板は、前記インペラ段差部の凹部より前記タービンインペラの半径方向外方側に対向する第1面と、前記インペラ段差部の凹部より前記タービンインペラの半径方向内方側に対向する第2面とを有し、該第1面と第2面との間に、前記タービンインペラのインペラ段差部に対向する遮熱板段差部を有していることを特徴とする請求項1記載のターボチャージャ。
【請求項3】
前記インペラ段差部には、前記回転軸の軸方向に前記凹部が複数形成されている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。
【請求項4】
前記複数の凹部は、前記タービンインペラの半径方向での位置が互いに異なって形成されていることを特徴とする請求項3記載のターボチャージャ。
【請求項5】
前記タービンハウジングには、その排気ガス流入口に、該タービンハウジング内に洗浄水を供給する洗浄水供給手段が設けられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のターボチャージャ。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2013−92086(P2013−92086A)
【公開日】平成25年5月16日(2013.5.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−233999(P2011−233999)
【出願日】平成23年10月25日(2011.10.25)
【出願人】(000000099)株式会社IHI (5,014)
【Fターム(参考)】