(57)【要約】【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２０ｃ１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。【選択図】図１
2013096358.tif 000002
【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。
【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２０ｃ１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２０ｃ１）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２０ｃ１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２０ｃ１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２０ｃ１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３０ｃ１を対向面３０ｂに開口させている。このとき、ネジ孔３０ｃの座面３０ｃ１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３０ｃ１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２０ｃ１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４０ｃ１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
２０ｃ１、３０ｃ１、４０ｃ１  …座面
２０ｄ、４０ｄ  …座繰り部
２１   …皿ネジ
２１ａ  …頭部
ｘ     …肉部
【図１】
2013096358.tif 000003
【図２】
2013096358.tif 000004
【図３】
2013096358.tif 000005
【図４】
2013096358.tif 000006
【図５】
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【図６】
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