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過給機
説明

過給機

【課題】インペラの回転をより安定的にすることで、インペラの正面側における流体の流れの効率低下を低減する。
【解決手段】過給機1は、ベアリングハウジング2と、ベアリングハウジングに固定されるタービンハウジング4およびコンプレッサハウジング6と、コンプレッサインペラの背面に対向配置されるシールプレート20と、を備える。シールプレートは、タービン軸が貫通する貫通孔20aと、貫通孔からタービン軸の径方向外方に向けてコンプレッサインペラの背面に沿って延在する対向面20bと、対向面に円錐形の座面20cを開口させるとともにタービン軸の軸方向に貫通するネジ孔20cと、を有し、コンプレッサハウジング側からネジ孔に挿通された皿ネジ21によってシールプレートがベアリングハウジングに固定され、皿ネジの頭部21aがネジ孔内に収容される寸法関係を維持している。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、タービンインペラおよびコンプレッサインペラが同軸上に設けられた過給機に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、一端にタービンインペラが設けられ他端にコンプレッサインペラが設けられたタービン軸が、ベアリングハウジングに回転自在に保持された過給機が知られている。こうした過給機を、例えば、エンジンに接続する場合には、エンジンから排出される排気ガスによってタービンインペラを回転させるとともに、このタービンインペラの回転によって、タービン軸を介してコンプレッサインペラを回転させる。
【0003】
このようにしてコンプレッサインペラが回転すると、過給機に設けられた吸気口から流体が吸気されるとともに、当該吸気された流体がディフューザ流路やコンプレッサスクロール流路において昇圧されて、エンジンの吸気口に導かれることとなる。このとき、例えば、特許文献1、2に示される過給機においては、タービンインペラの背面側やコンプレッサインペラの背面側にシールプレートが設けられており、タービンインペラやコンプレッサインペラに導かれた流体が各インペラの背面側に漏れるのを防いで、過給機の効率を向上するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2011−111900号公報
【特許文献2】特開2011−21575号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記の過給機においては、タービンインペラやコンプレッサインペラが回転すると、これら各インペラの外周部近傍において流体の流速が大きくなる。一般的に、流体力学では、流速が大きくなると、圧力は、流速の小さい周囲よりも小さくなることがベルヌーイの式から得られる。そのため、各インペラの回転中は、外周部分を流れる流体の圧力が周辺よりも小さくなるので、当該インペラの背面とシールプレートとの間の空気が、当該インペラおよびシールプレートの中心側から外周部近傍に向けて吸い寄せられる流れが生じる。この流れは、インペラ外周部における主流れである正面側の流れと合流し、下流部へ流れていく。
【0006】
このとき、上記特許文献1に示されるように、シールプレートをベアリングハウジングに固定するボルトが、インペラの背面に対向する位置に設けられていると、ネジ孔やボルトの頭部によって形成される凹凸で、外周近傍に向けて吸い寄せられる背面部の空気の流れに乱れが生じる。このようにして背面部の流れに乱れが生じると、インペラ外周部において、背面側の流れと正面側の流れとが合流して下流へ導かれる際の流れに乱れが生じる要因となり、インペラの効率上好ましくない問題が生じる。
【0007】
本発明の目的は、インペラ背面部の流れをスムーズにして、正面側の流れとの合流を乱れの少ない状態にすることで、インペラの下流側における流体の流れの効率を向上した過給機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、本発明の過給機は、一端にタービンインペラが設けられ他端にコンプレッサインペラが設けられたタービン軸と、前記タービン軸を回転自在に保持するベアリングハウジングと、前記ベアリングハウジングの一端面に固定され、前記タービンインペラが収容されるタービンハウジングと、前記ベアリングハウジングの他端面に固定され、前記コンプレッサインペラが収容されるコンプレッサハウジングと、前記ベアリングハウジングの前記他端面に固定され、前記コンプレッサインペラの背面に対向配置されるシールプレートと、を備え、前記シールプレートは、前記タービン軸が貫通する貫通孔と、前記貫通孔から前記タービン軸の径方向外方に向けて前記コンプレッサインペラの背面に沿って延在する対向面と、前記対向面に円錐形の座面を開口させるとともに前記タービン軸の軸方向に貫通するネジ孔と、を有し、前記コンプレッサハウジング側から前記ネジ孔に挿通された皿ネジによって前記シールプレートが前記ベアリングハウジングに固定され、前記皿ネジの頭部が前記ネジ孔内に収容される寸法関係を維持していることを特徴とする。
【0009】
また、前記シールプレートは、円形の平面の外周近傍に前記ネジ孔が配置されており、前記ネジ孔と前記シールプレートの外周縁との間の肉部が座繰られているとよい。
【0010】
また、前記シールプレートは、円形の平面の外周近傍に前記ネジ孔が配置されており、当該ネジ孔の座面が当該シールプレートの外周縁まで延在しているとよい。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、インペラ背面部の流れをスムーズにして、インペラの下流側における流体の流れの効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】過給機の概略断面図である。
【図2】シールプレートを説明する図である。
【図3】図1の部分拡大図である。
【図4】第1変形例のシールプレートを説明する図である。
【図5】第2変形例のシールプレートを説明する図である。
【図6】第3変形例のシールプレートを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【0014】
図1は、過給機1の概略断面図である。以下では、図に示す矢印F方向を過給機1の前側とし、矢印R方向を過給機1の後側として説明する。図1に示すように、過給機1は、ベアリングハウジング2と、ベアリングハウジング2の前側に締結ボルト3によって連結されるタービンハウジング4と、ベアリングハウジング2の後側に締結ボルト5によって連結されるコンプレッサハウジング6と、を備えている。
【0015】
ベアリングハウジング2には、過給機1の前後方向に貫通する軸受孔2aが形成されており、この軸受孔2aにタービン軸7がベアリングを介して回転自在に支持されている。タービン軸7の前端部にはタービンインペラ8が一体的に連結されており、このタービンインペラ8がタービンハウジング4内に回転自在に収容されている。また、タービン軸7の後端部にはコンプレッサインペラ9が一体的に連結されており、このコンプレッサインペラ9がコンプレッサハウジング6内に回転自在に収容されている。
【0016】
コンプレッサハウジング6には、過給機1の後側に開口するとともに不図示のエアクリーナに接続される吸気口10が形成されている。また、締結ボルト5によってベアリングハウジング2とコンプレッサハウジング6とが連結された状態では、これら両ハウジング2、6の対向面によって、空気を圧縮して昇圧するディフューザ流路11が形成される。このディフューザ流路11は、タービン軸7(コンプレッサインペラ9)の径方向内側から外側に向けて環状に形成されており、上記の径方向内側において、コンプレッサインペラ9を介して吸気口10に連通している。
【0017】
また、コンプレッサハウジング6には、ディフューザ流路11よりもタービン軸7(コンプレッサインペラ9)の径方向外側に位置する環状のコンプレッサスクロール流路12が設けられている。コンプレッサスクロール流路12は、不図示のエンジンの吸気口と連通するとともに、ディフューザ流路11にも連通している。したがって、コンプレッサインペラ9が回転すると、吸気口10からコンプレッサハウジング6内に流体が吸気されるとともに、当該吸気された流体は、ディフューザ流路11およびコンプレッサスクロール流路12で昇圧されてエンジンの吸気口に導かれることとなる。
【0018】
タービンハウジング4には、過給機1の前側に開口するとともに不図示の排気ガス浄化装置に接続される吐出口13が形成されている。また、締結ボルト3によってベアリングハウジング2とタービンハウジング4とが連結された状態では、これら両ハウジング2、4の対向面間に流路14が形成される。この流路14は、タービン軸7(タービンインペラ8)の径方向内側から外側に向けて環状に形成されている。
【0019】
また、タービンハウジング4には、流路14よりもタービン軸7(タービンインペラ8)の径方向外側に位置する環状のタービンスクロール流路15が設けられている。タービンスクロール流路15は、エンジンから排出される排気ガスが導かれる不図示のガス流入口と連通するとともに、上記の流路14にも連通している。したがって、ガス流入口からタービンスクロール流路15に導かれた排気ガスは、流路14およびタービンインペラ8を介して吐出口13に導かれるとともに、その流通過程においてタービンインペラ8を回転させることとなる。そして、上記のタービンインペラ8の回転力は、タービン軸7を介してコンプレッサインペラ9に伝達されることとなり、コンプレッサインペラ9の回転力によって、上記のとおりに、流体が昇圧されてエンジンの吸気口に導かれることとなる。
【0020】
このとき、吸気口10から吸気された流体は、その一部がコンプレッサインペラ9の背面側(図1の前側)に漏れることとなるが、この漏れを低減すべく、本実施形態においては、コンプレッサインペラ9の背面側にシールプレート20が設けられている。このシールプレート20は、ベアリングハウジング2におけるコンプレッサハウジング6との対向面のうち、コンプレッサインペラ9の背面に対向する部分に設けられた段部2bに固定されている。
【0021】
図2は、シールプレート20を説明する図であり、図2(a)は平面図、図2(b)は図2(a)のII(b)−II(b)線断面図である。この図に示すように、シールプレート20は、平面形状が円形に構成されており、その中心にタービン軸7が貫通する貫通孔20aが形成されている。また、シールプレート20は、ベアリングハウジング2に固定されたときに、コンプレッサインペラ9の背面に対面する対向面20bを備えている。この対向面20bは、コンプレッサインペラ9の背面に沿うように、貫通孔20aから径方向外方に向けて滑らかに湾曲する形状をなしている。
【0022】
そして、対向面20bの外周縁近傍には、タービン軸7の軸方向(シールプレート20の厚さ方向)に貫通するネジ孔20cが複数(本実施形態では3つ)設けられている。このネジ孔20cは、タービン軸7の軸方向に貫通するとともに、円錐形の座面20cを対向面20bに開口させている。
【0023】
また、ネジ孔20cの外周には座繰り部20dが設けられており、ネジ孔20cとシールプレート20の外周縁との間の肉部x(図中破線で示す)が座繰られている。仮に、座繰り部20dを設けずに、対向面20bにネジ孔20cを形成した場合には、シールプレート20に薄肉の肉部xが残ることとなり、この肉部xが破損してディフューザ流路11に侵入したり、コンプレッサインペラ9に衝突して当該コンプレッサインペラ9が破損したりするという問題が生じ得る。本実施形態においては、ネジ孔20cとシールプレート20の外周縁との間の肉部xが座繰られているので、上記の問題が生じるおそれがない。
【0024】
図3は、図1の部分拡大図である。この図からも明らかなように、シールプレート20は、皿ネジ21によってベアリングハウジング2に固定される。より詳細に説明すると、ベアリングハウジング2の段部2bにはネジ螺合穴2cが形成されており、シールプレート20のネジ孔20cに皿ネジ21を挿通させてネジ螺合穴2cに螺合させることで、段部2bにシールプレート20が固定される。このとき、皿ネジ21は、平面状の頭部21aがネジ孔20c(座面20c)内に収容される寸法関係を維持している。
【0025】
ここで、厳密な寸法精度を確保できるのであれば、頭部21aが、ネジ孔20cにおける貫通孔20a側に位置する周縁(対向面20b)と面一となることが望ましい。しかし、部品には寸法公差によるばらつきが生じているのが一般的であるため、頭部21aと対向面20bとを同一平面上に設定すると、頭部21aが座面20cよりも突出する可能性がある。この場合、後述するコンプレッサインペラ9の背面側に生じる流れを乱すだけでなく、最悪の場合には、頭部21aがコンプレッサインペラ9に干渉して、当該コンプレッサインペラ9を損傷させてしまう虞がある。したがって、本実施形態においては、上述のように、頭部21aが、座面20c内に収容される寸法関係としている。
【0026】
次に、上記の構成からなるシールプレート20の作用について図3を用いて説明する。コンプレッサインペラ9が回転すると、吸気口10から吸気された流体がディフューザ流路11に導かれるが、このとき、コンプレッサインペラ9の外周部近傍(ディフューザ流路11)において流体の流速が高速になる。一般的に流れ場において流速が大きくなると、その部分の圧力は小さくなることが分かっている。そのため、コンプレッサインペラ9の回転中は、外周部分を流れる流体の圧力が周辺部よりも小さくなるので、当該コンプレッサインペラ9の背面とシールプレート20との間の空気が、図中矢印で示すように、シールプレート20の中心側から外周部近傍に向けて吸い寄せられる。
【0027】
このとき、ネジ孔20cにおいては、対向面20bと座面20cとが滑らかに連続しており、また、皿ネジ21の頭部21aが平面状であることから、流体の流れ方向に対する凹凸が小さくなる。よって、従来に比して、コンプレッサインペラ9の背面側における流体の流れがスムーズとなり、流れの乱れが小さくなる。このように、本実施形態の過給機1によれば、コンプレッサインペラ9の背面側における流体の流れがスムーズになり、コンプレッサインペラ9の正面側の流れとの合流が、乱れの少ない状態で行われることで、合流部より下流部分の流れが改善され、コンプレッサインペラ9の効率が向上する。
【0028】
なお、上記実施形態においては、ネジ孔20cの周囲に座繰り部20dを設けることとしたが、座繰り部20dは必須の構成ではなく、例えば、図4に示す第1変形例のシールプレート30のように構成してもよい。具体的には、シールプレート30は、上記シールプレート20と同様に、その中心にタービン軸7が貫通する貫通孔30aと、この貫通孔30aから径方向外方に向けてコンプレッサインペラ9の背面に沿って延在する対向面30bと、を備えている。
【0029】
そして、対向面30bの外周近傍にタービン軸7の軸方向に貫通するネジ孔30cが複数形成されており、このネジ孔30cの座面30cを対向面30bに開口させている。このとき、ネジ孔30cの座面30cは、シールプレート30の外周縁側において、当該シールプレート30の外周縁まで延在している。この場合には、皿ネジ21の頭部21aと、ディフューザ流路11(ベアリングハウジング2におけるコンプレッサハウジング6との対向面)とが、座面30cを介して滑らかに連続することとなり、コンプレッサインペラ9の背面側の流れと正面側の流れとの合流部より下流部分の流れを一層スムーズにすることができる。
【0030】
また、肉部xが薄肉となり、座繰り部20dを設けることが望ましい場合には、図5に示す第2変形例のように、ベアリングハウジング2の段部2bと、ベアリングハウジング2におけるコンプレッサハウジング6との対向面とが連続する部分に、座面20cに連続する切り欠き部25を設けるとよい。このようにすれば、座繰り部20dを設けながらも、コンプレッサインペラ9の背面側の流れと正面側の流れとの合流部より下流部分の流れを一層スムーズにすることができる。
【0031】
また、上記実施形態においては、シールプレート20をベアリングハウジング2に固定するためのネジ孔20cが3つ設けられており、各ネジ孔20cが周方向に等間隔に配置されている。ただし、ベアリングハウジング2に対するシールプレート20の取付角度(回転位相)が予め定められている場合には、図6に示す第3変形例のシールプレート40のように、隣接するネジ孔40cの間隔が不均等となるように当該ネジ孔40cを形成すればよい。このようにすれば、シールプレート40を誤った角度でベアリングハウジング2に取り付けてしまうおそれがない。なお、この第3変形例のシールプレート40は、ネジ孔40cの位置が、上記実施形態のシールプレート20におけるネジ孔20cの位置と異なる点のみ相違し、他の構成はシールプレート20と同じである。したがって、図6において、符号40aはタービン軸7が貫通する貫通孔を示し、符号40bはコンプレッサインペラ9の背面に対向する対向面を示し、符号40cは座面を示し、符号40dは座繰り部を示している。
【0032】
また、上記実施形態においては、シールプレート20をコンプレッサインペラ9の背面側に設ける場合について説明したが、シールプレート20はタービンインペラ8の背面側、すなわち、ベアリングハウジング2におけるタービンハウジング4との対向面に設けてもよい。この場合には、タービンハウジング4側からネジ孔20cに挿通された皿ネジ21によってシールプレート20がベアリングハウジング2に固定されることとなり、このとき、対向面20bが、貫通孔20aからタービン軸7の径方向外方に向けてタービンインペラ8の背面に沿って延在することとなる。
【0033】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【0034】
本発明は、タービンインペラおよびコンプレッサインペラが同軸上に設けられた過給機に利用することができる。
【符号の説明】
【0035】
1 …過給機
2 …ベアリングハウジング
4 …タービンハウジング
6 …コンプレッサハウジング
7 …タービン軸
8 …タービンインペラ
9 …コンプレッサインペラ
20、30、40 …シールプレート
20a、30a、40a …貫通孔
20b、30b、40b …対向面
20c、30c、40c …ネジ孔
20c、30c、40c …座面
20d、40d …座繰り部
21 …皿ネジ
21a …頭部
x …肉部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
一端にタービンインペラが設けられ他端にコンプレッサインペラが設けられたタービン軸と、
前記タービン軸を回転自在に保持するベアリングハウジングと、
前記ベアリングハウジングの一端面に固定され、前記タービンインペラが収容されるタービンハウジングと、
前記ベアリングハウジングの他端面に固定され、前記コンプレッサインペラが収容されるコンプレッサハウジングと、
前記ベアリングハウジングの前記他端面に固定され、前記コンプレッサインペラの背面に対向配置されるシールプレートと、を備え、
前記シールプレートは、
前記タービン軸が貫通する貫通孔と、
前記貫通孔から前記タービン軸の径方向外方に向けて前記コンプレッサインペラの背面に沿って延在する対向面と、
前記対向面に円錐形の座面を開口させるとともに前記タービン軸の軸方向に貫通するネジ孔と、を有し、
前記コンプレッサハウジング側から前記ネジ孔に挿通された皿ネジによって前記シールプレートが前記ベアリングハウジングに固定され、前記皿ネジの頭部が前記ネジ孔内に収容される寸法関係を維持していることを特徴とする過給機。
【請求項2】
前記シールプレートは、
円形の平面の外周近傍に前記ネジ孔が配置されており、前記ネジ孔と前記シールプレートの外周縁との間の肉部が座繰られていることを特徴とする請求項1記載の過給機。
【請求項3】
前記シールプレートは、
円形の平面の外周近傍に前記ネジ孔が配置されており、当該ネジ孔の座面が当該シールプレートの外周縁まで延在していることを特徴とする請求項1または2記載の過給機。

【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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【図6】
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【公開番号】特開2013−96358(P2013−96358A)
【公開日】平成25年5月20日(2013.5.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−242019(P2011−242019)
【出願日】平成23年11月4日(2011.11.4)
【出願人】(000000099)株式会社IHI (5,014)
【Fターム(参考)】