(57)【要約】【課題】スクロール室フレームに隣接するフレームとスクロール室フレームとを締結するボルトの破断を効果的に抑制し、それらのフレームを安定的に結合することができる過給機を提供する【解決手段】過給機４は、空気を圧縮するためのインペラ１４と、インペラ１４を収容し空気を案内するための空気案内筒１６と、空気案内筒１６に隣接して設けられ、空気案内筒１６を通過した空気を外部へ案内するためのスクロール室１８を形成するスクロール室フレーム２０と、スクロール室フレーム２０に隣接して設けられるフレーム（２２，４０）と、スクロール室フレーム２０とフレーム（２２，４０）とを締結するボルト（２５，４８）と、ボルト（２５，４８）の頭部（２６，５２）とスクロール室フレーム２０との間に設けられたスペーサ２８と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を圧縮するためのインペラと、
前記インペラを収容し前記空気を案内するための空気案内筒と、
前記空気案内筒に隣接して設けられ、前記空気案内筒を通過した空気を外部へ案内するためのスクロール室を形成するスクロール室フレームと、
前記スクロール室フレームに隣接して設けられる第１フレームと、
前記スクロール室フレームと前記第１フレームとを締結する第１ボルトと、
前記第１ボルトの頭部と前記スクロール室フレームとの間に設けられたスペーサと、
を有する過給機。
【請求項２】
前記スペーサは、スリーブ状に形成されて前記第１ボルトの軸部を囲むように設けられており、
前記スペーサの内径は、前記第１ボルトの頭部径よりも小さい請求項１に記載の過給機。
【請求項３】
前記第１ボルトの軸方向における前記スペーサの寸法は、前記第１ボルトの径方向における前記スペーサの寸法より大きい請求項１又は２に記載の過給機。
【請求項４】
前記過給機が発生する音を低減するためのサイレンサを更に備え、
前記第１フレームは、前記サイレンサのフレームである請求項１〜３のいずれか１項に記載の過給機。
【請求項５】
前記スクロール室フレームに隣接して配置される第２フレームと、
前記スクロール室フレームと前記第２フレームとを締結する第２ボルトと、
前記スクロール室フレームと前記第２フレームとを挟むように構成されたクランプと、を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の過給機。
【請求項６】
前記第２フレームは、前記インペラの回転軸を軸支する軸受部が設けられる軸受フレームである請求項５に記載の過給機。
【請求項７】
前記スクロール室フレームは、
前記スクロール室を形成するスクロール室形成部と、
前記スクロール室フレームと前記軸受フレームとを結合するために前記スクロール室形成部から前記インペラの半径方向外側に向かって延設されたフランジ部と、
を有し、
前記第２ボルトは、前記フランジ部と前記軸受フレームとを締結し、
前記クランプは、前記フランジ部と前記軸受フレームとを挟むよう構成される請求項６に記載の過給機。
【請求項８】
前記クランプは、前記軸受フレームに対して前記スクロール室フレームの前記フランジ部と反対側から押し圧を加える押しボルトを有する請求項７に記載の過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に用いられる過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関に供給する空気を圧縮するための過給機として、空気を圧縮するためのインペラと、インペラを収容し空気を案内するための空気案内筒と、空気案内筒に隣接して設けられ、空気案内筒を通過した空気を外部へ案内するためのスクロール室を形成するスクロール室フレームと、を含むものが用いられている。
特許文献１に記載の過給機には、インペラの一部がバーストして外方に飛散した際に、ジャーナル軸受を潤滑するための潤滑油のヘッドタンクが破損してオイル漏れが発生しないように、コンプレッサのディフューザとヘッドタンクとの間に衝撃吸収隔壁が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１３２４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、過給機においてインペラが破断すると、インペラ破片はインペラの半径方向外側に向かって飛散し、空気案内筒やその周囲のフレーム等に衝突する可能性がある。空気案内筒やその周囲のフレーム等にインペラ破片が衝突すると、空気案内筒に隣接するスクロール室フレームとスクロール室フレームに隣接するフレームとを締結するためのボルトに引張応力が生じ、そのボルトが破断する可能性があった。
この点に関し、特許文献１には、上述のようにインペラの一部が飛散した際に、潤滑油ヘッドタンクを破損させないための構成は記載されているものの、インペラの飛散に起因して上記ボルトが破断する問題及びその解決策については何ら開示されていない。
【０００５】
本発明の幾つかの実施形態の目的は、スクロール室フレームに隣接するフレームとスクロール室フレームとを締結するボルトの破断を効果的に抑制し、それらのフレームの安定的な結合状態を実現することができる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】
【０００６】
本発明の幾つかの実施形態に係る過給機は、
（１）空気を圧縮するためのインペラと、
前記インペラを収容し前記空気を案内するための空気案内筒と、
前記空気案内筒に隣接して設けられ、前記空気案内筒を通過した空気を外部へ案内するためのスクロール室を形成するスクロール室フレームと、
前記スクロール室フレームに隣接して設けられる第１フレームと、
前記スクロール室フレームと前記第１フレームとを締結する第１ボルトと、
前記第１ボルトの頭部と前記スクロール室フレームとの間に設けられたスペーサと、
を有する。
【０００７】
過給機においてインペラが破断すると、インペラ破片はインペラの半径方向外側に向かって飛散し、空気案内筒やその周囲のフレーム等に衝突する可能性がある。空気案内筒やその周囲のフレーム等にインペラ破片が衝突すると、空気案内筒に隣接するスクロール室フレームとスクロール室フレームに隣接する第１フレームとを締結するための第１ボルトに引張応力が生じ、第１ボルトが破断する可能性があった。
【０００８】
これに対し、上記（１）に記載の過給機によれば、第１ボルトの頭部とスクロール室フレームとの間にスペーサが設けられているため、スペーサを設けない場合と比較して、軸部の長さ（首下の長さ）が長い第１ボルトを用いてスクロール室フレームと第１フレームとを締結することができる。したがって、スペーサを設けない場合と比較して、第１ボルトに軸方向の引張荷重がかかった際に第１ボルトが破断することなく伸長できる伸長量を大きくすることができる。これにより、スクロール室フレームと第１フレームとを締結する第１ボルトに対して、上述のようにインペラの破断に起因する引張応力が生じても、第１ボルトの破断を効果的に抑制することができる。すなわち、スクロール室フレームと第１フレームとの安定的な結合状態を実現することができる。
【０００９】
また、上記（１）に記載の過給機を製造するためには、あらたに全ての構成を調達せずとも、既存の過給機に対して、スペーサの追加と第１ボルトの交換を行えばよい。すなわち、上記（１）に記載の過給機は、生産容易性の観点でのメリットもある。
なお、（１）に記載の過給機における「第１フレーム」は、少なくとも、発明を実施するための形態に記載するサイレンサフレームと軸受フレームを含む意味で用いている。また、上記（１）に記載の過給機において、第１ボルトがスタッドボルトである場合には、第１ボルトの頭部とはスタッドボルトに用いるナットを意味する。
【００１０】
幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の過給機において、
（２）前記スペーサは、スリーブ状に形成されて前記第１ボルトの軸部を囲むように設けられており、
前記スペーサの内径は、前記第１ボルトの頭部径よりも小さい。
【００１１】
上記（２）に記載の過給機によれば、第１ボルトの軸部を囲むように設けられたスリーブ状のスペーサによって第１ボルトの頭部を均一に支持しうるので、上述のようにインペラの破断に起因する引張応力が第１ボルトに生じても、第１ボルトの破断を効果的に抑制することができる。したがって、スクロール室フレームとスクロール室に隣接する第１フレームとの安定的な結合状態を実現することができる。
【００１２】
幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の過給機において、
（３）前記第１ボルトの軸方向における前記スペーサの寸法は、前記第１ボルトの径方向における前記スペーサの寸法より大きい。
【００１３】
上記（３）に記載の過給機のように、第１ボルトの軸部の長さを長くするのに適したスペーサを用いることで、第１ボルトに軸方向の引張荷重がかかった際に第１ボルトが破断することなく伸長できる伸長量を容易に大きくすることができる。
【００１４】
これにより、スクロール室フレームと第１フレームとを締結する第１ボルトに対して、上述のようにインペラの破断に起因する引張応力が生じても、第１ボルトの破断を効果的に抑制することができる。したがって、スクロール室フレームとスクロール室フレームに隣接する第１フレームとの安定的な結合状態を実現することができる。
【００１５】
幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の過給機において、
（４）前記過給機が発生する音を低減するためのサイレンサを更に備え、
前記第１フレームは、前記サイレンサのフレームである。
【００１６】
前記（４）に記載の過給機によれば、サイレンサのフレームとスクロール室フレームとを締結する第１ボルトに対して上述のようにインペラの破断に起因する引張応力が生じても、第１ボルトの破断を効果的に抑制することができる。したがって、過給機からのサイレンサの脱落を効果的に抑制することができる。
【００１７】
幾つかの実施形態では、上記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の過給機において、
（５）前記スクロール室フレームに隣接して配置される第２フレームと、
前記スクロール室フレームと前記第２フレームとを締結する第２ボルトと、
前記スクロール室フレームと前記第２フレームとを挟むように構成されたクランプと、を有する。
【００１８】
過給機においてインペラが破断すると、インペラ破片はインペラの半径方向外側に向かって飛散し、空気案内筒やスクロール室フレームに衝突する場合がある。空気案内筒やスクロール室フレームにインペラ破片が衝突すると、スクロール室フレームに隣接して配置される第２フレームとスクロール室フレームとを締結するための第２ボルトに引張応力が生じ、第２ボルトが破断する可能性があった。
これに対し、上記（５）に記載の過給機によれば、スクロール室フレームと第２フレームとを挟むよう構成されたクランプによって、第２ボルトに引張応力が生じることを抑制し、第２ボルトの破断を効果的に抑制することができる。したがって、スクロール室フレームとスクロール室フレームに隣接する第２フレームとの安定的な結合状態を実現することができる。
なお、上記（５）に記載の過給機における「第２フレーム」は、少なくとも、発明を実施するための形態に記載するサイレンサフレームと軸受フレームを含む意味で用いている。
【００１９】
幾つかの実施形態では、上記（５）に記載の過給機において、
（６）前記第２フレームは、前記インペラの回転軸を軸支する軸受部が設けられる軸受フレームである。
【００２０】
上記（６）に記載の過給機によれば、スクロール室フレームと軸受フレームとを締結する第２ボルトに対して上述のようにインペラの破断に起因する引張応力が生じても、第２ボルトの破断を効果的に抑制することができる。したがって、スクロール室フレームと軸受フレームとの安定的な結合状態を実現することができる。
【００２１】
幾つかの実施形態では、上記（６）に記載の過給機において、
（７）前記スクロール室フレームは、
前記スクロール室を形成するスクロール室形成部と、
前記スクロール室フレームと前記軸受フレームとを結合するために前記スクロール室形成部から前記インペラの半径方向外側に向かって延設されたフランジ部と、
を有し、
前記第２ボルトは、前記フランジ部と前記軸受フレームとを締結し、
前記クランプは、前記フランジ部と前記軸受フレームとを挟むよう構成される。
【００２２】
スクロール室形成部からインペラの半径方向外側に向かって延設されたフランジ部と軸受フレームとを結合する構成においては、フランジ部とスクロール室形成部の間のスペースを確保しにくく、第２ボルトの破断を防ぐために第２ボルトの頭部とスクロール室フレームとの間にスペーサを設けることが困難な場合がある。
【００２３】
このような場合であっても、上記（７）に記載の過給機によれば、スクロール室フレームと軸受フレームとを挟むよう構成されたクランプによって第２ボルトに引張応力が生じることを抑制し、第２ボルトの破断を効果的に抑制することができる。したがって、スクロール室フレームと軸受フレームとの安定的な結合状態を実現することができる。
【００２４】
幾つかの実施形態では、上記（７）に記載の過給機において、
（８）前記クランプは、前記軸受フレームに対して前記スクロール室フレームの前記フランジ部と反対側から押し圧を加える押しボルトを有する。
【００２５】
スクロール室形成部からインペラの半径方向外側に向かって延設されたフランジ部と軸受フレームとを結合する構成においては、フランジ部とスクロール室形成部の間のスペースを確保しにくく、第２ボルトの破断を防ぐために第２ボルトの頭部とスクロール室フレームとの間にスペーサを設けることが困難な場合がある。
【００２６】
このような場合であっても、上記（８）に記載の過給機のように、軸受フレームに対してスクロール室フレームのフランジ部と反対側から押し圧を加える押しボルトを設ければ、第２ボルトに引張応力が生じることを簡易な構成で抑制し、第２ボルトの破断を効果的に抑制することができる。したがって、スクロール室フレームと軸受フレームとの安定的な結合状態を簡易な構成で実現することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の幾つかの実施形態によれば、スクロール室フレームに隣接するフレームとスクロール室フレームとを締結するボルトの破断を効果的に抑制し、それらのフレームの安定的な結合状態を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】幾つかの実施形態に係る内燃機関システムの全体構成を示す概略図である。
【図２】幾つかの実施形態に係る過給機の一部の概略断面図である。
【図３】スクロール室フレームとサイレンサフレームとを締結するボルトの周辺の概略断面図である。
【図４】スクロール室フレームが変形してスクロール室フレームと軸受フレームとを締結するボルトに引張応力が生じた状態を示す図である。
【図５】図２におけるＰ方向からスクロール室フレームのフランジ部と軸受フレームのフランジ部とを見た図。
【図６】幾つかの実施形態に係るクランプの構造を説明するための概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３０】
図１は、幾つかの実施形態に係る内燃機関システム１００の全体構成を示す概略図である。
図１に示す内燃機関システム１００は、内燃機関２と、内燃機関２への吸気を加圧する過給機４と、過給機４が有するタービン６によって駆動される発電機８とを備える。
【００３１】
図１に示す過給機４は、内燃機関２への吸気を加圧する遠心式のコンプレッサ１０と、コンプレッサ１０と回転軸１２を介して連結され内燃機関２の排気により駆動されるタービン６と、コンプレッサ１０が発生する音を低減するためのサイレンサ１３とを備えている。
【００３２】
図１に示す過給機４では、このように、内燃機関２の排気により駆動されるタービン６によってコンプレッサ１０を駆動する排気タービン式の過給機（所謂ターボチャージャ）を用いている。他の実施形態に係る過給機４では、内燃機関２の出力軸からベルト等を介して取り出した動力によってコンプレッサ１０を駆動する機械式の過給機（所謂スーパーチャージャ）を用いてもよい。また、内燃機関２としては、例えばディーゼルエンジンやガソリンエンジン等を適宜選択することができる。
【００３３】
次に、過給機４の具体的構成例について図２を用いて以下に説明する。
【００３４】
図２は、幾つかの実施形態に係る過給機４の一部の概略断面図である。
図２に示すコンプレッサ１０は、空気を圧縮するためのインペラ１４と、インペラ１４を収容し空気を案内するための空気案内筒１６と、スクロール室フレーム２０と、軸受フレーム４０とを含む。インペラ１４は、ハブ１５及びハブ１５の周りに設けられた複数の翼１７を含む。スクロール室フレーム２０は、空気案内筒１６に隣接して設けられており、空気案内筒１６を通過した空気を外部へ案内するためのスクロール室１８を形成するスクロール室形成部１９を有する。軸受フレーム４０には、インペラ１４の回転軸１２を軸支する軸受部４４が設けられる。
【００３５】
サイレンサ１３は、スクロール室フレーム２０に隣接して設けられるサイレンサフレーム２２を含む。スクロール室フレーム２０とサイレンサフレーム２２とは、スクロール室フレーム２０のフランジ部２３とサイレンサフレーム２２のフランジ部２４とがボルト２５によって締結されている。ボルト２５の頭部２６とスクロール室フレーム２０との間には、スペーサ２８（図３参照）が設けられている。
【００３６】
軸受フレーム４０とスクロール室フレーム２０とは、軸受フレーム４０のフランジ部４６とスクロール室フレーム２０のフランジ部２９とがボルト４８によって締結されている。
【００３７】
図２に示す過給機４においてインペラ１４が破断すると、インペラ破片はインペラ１４の半径方向外側に向かって飛散し、空気案内筒１６やスクロール室フレーム２０等に衝突する場合がある。
【００３８】
例えば、空気案内筒１６の傾斜部３０にインペラ破片が衝突すると、その衝突の影響で、空気案内筒１６の入り口部３２がサイレンサ１３側へ矢印Ｓ方向（図３参照）に移動してサイレンサフレーム２２の出口部４３に衝突する。これにより、サイレンサフレーム２２のフランジ部２４がスクロール室フレーム２０のフランジ部２３から離れる方向に移動しようとするため、ボルト２５に引張応力が生じる。
【００３９】
このようにボルト２５に引張応力が生じる場合であっても、過給機４によれば、ボルト２５の頭部２６とスクロール室フレーム２０との間にスペーサ２８が設けられているため、スペーサ２８を設けない場合と比較して、軸部３１（図３参照）の長さ（首下の長さ）が長いボルト２５を用いてスクロール室フレーム２０とサイレンサフレーム２２とを締結することができる。したがって、スペーサ２８を設けない場合と比較して、ボルト２５に軸方向の引張荷重がかかった際にボルト２５が破断することなく伸長できる伸長量を大きくすることができる。これにより、スクロール室フレーム２０とサイレンサフレーム２２とを締結するボルト２５に対して、上述のようにインペラ１４の破断に起因する引張応力が生じても、ボルト２５の破断を効果的に抑制することができる。したがって、スクロール室フレーム２０とサイレンサフレーム２２とを安定的に結合し、過給機４からのサイレンサ１３の脱落を効果的に抑制することができる。
【００４０】
図３に示すスペーサ２８は、スリーブ状に形成されてボルト２５の軸部３１を囲むように設けられており、スペーサ２８の内径ｄ１は、ボルト２５の頭部２６の径ｄ２よりも小さい。したがって、スペーサ２８によってボルト２５の頭部２６を均一に支持しうるので、上述のようにインペラ１４の破断に起因する引張応力がボルト２５に生じても、ボルト２５の破断を効果的に抑制することができる。
【００４１】
また、図３に示すボルト２５の軸方向におけるスペーサ２８の寸法ｄ３は、ボルト２５の径方向におけるスペーサ２８の寸法ｄ４より大きい。このように、ボルト２５の軸部３１の長さを長くするのに適したスペーサ２８を用いることで、ボルト２５に軸方向の引張荷重がかかった際にボルト２５が破断することなく伸長できる伸長量を容易に大きくすることができる。これにより、スクロール室フレーム２０とサイレンサフレーム２２とを締結するボルト２５に対して、上述のようにインペラ１４の破断に起因する引張応力が生じても、ボルト２５の破断を効果的に抑制することができる。
【００４２】
図３では、スクロール室フレーム２０とサイレンサフレーム２２とを締結するボルト２５にインペラ１４の破断に起因して引張応力が生じる例を説明したが、スクロール室フレーム２０と軸受フレーム４０とを締結するボルト４８にインペラ１４の破断に起因して引張応力が生じる場合がある。
【００４３】
例えば、図２のディフューザ部５０にインペラ破片が侵入してディフューザ部５０で閊えてしまった場合、このインペラ破片によってディフューザ部５０はインペラ１４の軸方向に押し広げられる。これにより、スクロール室フレーム２０と軸受フレームとは互いに離れる方向の力を受けるため、図４に示すようにスクロール室フレーム２０が変形してボルト４８に引張応力が生じる。
【００４４】
この引張応力によってボルト４８が破断しないように、幾つかの実施形態では、図３を用いて説明したスペーサ２８をボルト４８の頭部５２とスクロール室フレーム２０との間に設けることで、ボルト４８の軸部５３を図４に示すものより長くしてもよい。ただし、図２に示すように、スクロール室フレーム２０のフランジ部２９は、スクロール室形成部１９からインペラ１４の半径方向外側に向かって延設されているため、フランジ部２９とスクロール室形成部１９の間のスペースを確保しにくく、ボルト４８の破断を防ぐためにボルト４８の頭部５２とスクロール室フレーム２０との間にスペーサを設けることが困難な場合がある。
【００４５】
そこで、図２に示す過給機４は、図５及び図６に示すようにスクロール室フレーム２０と軸受フレーム４０とを挟むように構成されたクランプ５４を有する。図５は、図２におけるＰ方向からスクロール室フレーム２０のフランジ部２９と軸受フレーム４０のフランジ部４６とを見た図であり、ボルト４８及びクランプ５４の配置を示している。図６は、クランプ５４の構造を説明するための概略断面図である。
【００４６】
このように、スクロール室フレーム２０のフランジ部２９と軸受フレーム４０のフランジ部４６とを挟むよう構成されたクランプ５４を用いることで、フランジ部２９とスクロール室形成部１９との間に上述のスペーサを設けるための十分なスペースを確保しにくい構成であっても、ボルト４８に引張応力が生じることを抑制し、ボルト４８の破断を効果的に抑制することができる。したがって、スクロール室フレーム２０と軸受フレーム４０とを安定的に結合することができる。
【００４７】
図５及び図６に示すクランプ５４は、軸受フレーム４０に対してスクロール室フレーム２０のフランジ部２９と反対側から押し圧を加える押しボルト５６を有する。これにより、ボルト４８の破断を防ぐ目的で上述のようにボルト４８の頭部５２とスクロール室フレーム２０との間にスペーサを設けることが困難な場合であっても、ボルト４８に引張応力が生じることを簡易な構成で抑制し、ボルト４８の破断を効果的に抑制することができる。したがって、スクロール室フレーム２０と軸受フレーム４０とを簡易な構成で安定的に結合することができる。なお、他の実施形態では、スクロール室フレーム２０のフランジ部２９に対して軸受フレーム４０と反対側から押し圧を加える押しボルトを用いてもよい。
図６を用いて説明した実施形態では、スクロール室フレーム２０と軸受フレーム４０と挟むよう構成されたクランプ５４を例示したが、他の実施形態では、スクロール室フレーム２０とサイレンサフレーム２２とを挟むよう構成されたクランプを用いてもよい。これにより、スクロール室フレーム２０とサイレンサフレーム２２とを安定的に結合することができる。
【符号の説明】
【００４８】
２  内燃機関
４  過給機
６  タービン
８  発電機
１０  コンプレッサ
１２  回転軸
１３  サイレンサ
１４  インペラ
１６  空気案内筒
１７  翼
１８  スクロール室
１９  スクロール室形成部
２０  スクロール室フレーム
２２  サイレンサフレーム
２３，２４，２９，４６  フランジ部
２５，４８  ボルト
２６，５２  頭部
２８  スペーサ
３０  傾斜部
３１  軸部
３２  入り口部
４０  軸受フレーム
４３  出口部
４４  軸受部
５０  ディフューザ部
５４  クランプ
５６  押しボルト
１００  内燃機関システム
ｄ１  内径
ｄ２  径
ｄ３，ｄ４  寸法
【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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