JP2011021545A - ターボチャージャのコンプレッサ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの容量の変更によりコンプレッサインペラを交換する場合にも、軸受ハウジングを交換する必要のないターボチャージャのコンプレッサ構造を提供する。
【解決手段】コンプレッサインペラ８とディフューザ１５を備えたターボチャージャのコンプレッサ構造であって、ディフューザ１５を軸受ハウジング３側に着脱自在に取付けると共に、コンプレッサインペラ８の直径Ｄ１をエンジンの容量の変更に伴い変更するべくコンプレッサインペラ８を交換する場合も、ディフューザ１５の軸受ハウジング３側に対する取付け位置をコンプレッサインペラ８交換前と交換後で換えることなく同一位置とし、コンプレッサインペラ８を直径Ｄ１の異なるものに交換する場合も、軸受ハウジング３を交換することなく対応し得るようにした。
【選択図】図２

Description

本発明はターボチャージャのコンプレッサ構造に関するものである。

ターボチャージャでは、搭載するエンジンの容量に合わせてコンプレッサインペラ径を変更することがある。而して、従来はコンプレッサインペラ径を変更すると、コンプレッサインペラを収納するコンプレッサハウジングとタービンインペラを収納するタービンハウジングとの間に配置されてロータ軸を支持する軸受が配置された軸受ハウジングも交換する必要があった。

従来のターボチャージャの一例は図５、図６に示されており、図中、１はタービンハウジング、２はコンプレッサハウジング、３はタービンハウジング１とコンプレッサハウジング２を接続する軸受ハウジングである。タービンハウジング１、軸受ハウジング３、コンプレッサハウジング２には、ロータ軸４が挿通されており、ロータ軸４は、軸受ハウジング３内に収納されて装着されたブッシュ５に嵌入された軸受６に回転可能に内嵌合されている。

ロータ軸４のタービンハウジング１側端部には、外周にタービンインペラ本体７ａが固設されたタービンロータ７ｂが一体的に固設されている。而して、タービンインペラ本体７ａ及びタービンロータ７ｂによりタービンインペラ７が形成されており、タービンインペラ７はタービンハウジング１内に収納されている。

ロータ軸４のコンプレッサハウジング２側には、コンプレッサインペラ本体８ａを備えたコンプレッサロータ８ｂが外嵌され固定されており、コンプレッサインペラ本体８ａ及びコンプレッサロータ８ｂにより、コンプレッサインペラ８が形成されている。而して、コンプレッサインペラ８はコンプレッサハウジング２内に収納されており、コンプレッサインペラ本体８ａ及びコンプレッサロータ８ｂの最大の外径部は同一径である。

コンプレッサロータ８ｂの軸線方向背面側であるタービンインペラ７側には、ロータ軸４に遊嵌されて軸受ハウジング３内に設置された、ブロック状のコンプレッサ側シール部材９が設けられて、軸受ハウジング３に対しボルトにより固設されている。又、コンプレッサ側シール部材９の内周側には、ロータ軸４に外嵌されたシールリング１０が外嵌されて固設されており、シールリング１０とコンプレッサロータ８ｂ側に位置する軸受６との間には、ロータ軸４に外嵌されたスラスト軸受１１が配置されている。又、スラスト軸受１１とシールリング１０との間、スラスト軸受１１と当該スラスト軸受１１に近接して設けられた軸受６との間には、夫々、ロータ軸４に外嵌、固定されたスラストカラー１２，１３が配置されている。

而して、ターボチャージャの運転時には、ロータ軸４の軸線方向へ向けて作用するスラスト力は、スラスト軸受１１により支持されるようになっており、スラスト軸受１１で支持されたスラスト力は、スラスト軸受１１から軸受ハウジング３に伝えられ支持されるようになっている。又、スラスト軸受１１はロータ軸４に固定されたスラストカラー１２，１３に対し当接面において摺動し得るようになっている。これによって、ロータ軸４に加わる空気圧力、ガス圧や振動によるスラスト方向の力が支えられるようになっている。

コンプレッサハウジング２と軸受ハウジング３との対向面間に形成された流路１４には、コンプレッサインペラ８の外径よりも径方向外方に位置するよう、ディフューザ１５が設けられている。ディフューザ１５は、コンプレッサインペラ本体８ａ側から吐出されて流路１４を流れる空気の運動エネルギーを圧力に変換するためのものである。なお、コンプレッサロータ８ｂにおけるコンプレッサインペラ本体８ａ側の凹曲面部８ｂ'の延長線は、流路１４を形成する軸受ハウジング３側の壁面３ａに対し滑らかに連なるよう形成されている。

ディフューザ１５は流路１４内に周方向へ一定間隔で配置された翼状の複数のディフューザ本体１５ａと、該ディフューザ本体１５ａが一体的に取付けらた環状の取付け部材１５ｂを備えている。而して、ディフューザ１５の取付け部材１５ｂは、コンプレッサハウジング２の流路１４に面した側に形成した凹部１６に収納されており、コンプレッサハウジング２の内側面に対しボルト１７により固定されている。

図５中、１８はコンプレッサハウジング２と軸受ハウジング３を締結するためのボルト、１９はコンプレッサロータ８ｂをロータ軸４に対して固定するためにロータ軸４に螺合されたナット、２０は軸受ハウジング３とタービンハウジング１を締結するためのボルト、２１はコンプレッサ側シール部材９を軸受ハウジング３に締結するためのボルトである。又、軸受ハウジング３やブッシュ５には、特に符号は付してはいないが、軸受６やスラスト軸受１１等の潤滑や冷却のために、外部から潤滑油を供給し排出させ得るよう油路が設けられている。

図５のタービンハウジング１において、エンジンの燃焼室から排出される排気等のガスが入口部１ａから出口部１ｂ側に向かって矢印Ａ方向へ向かって流通する際、このガスのエネルギーによってタービンインペラ７が回転駆動される。而して、このタービンインペラ７の回転がロータ軸４を通じてコンプレッサインペラ８に伝達され、当該コンプレッサインペラ８が回転される。コンプレッサハウジング２内では、その入口部２ａから流入する吸気がコンプレッサインペラ８の回転による遠心力の作用によりディフューザ１５に送給される。而して、この吸気はディフューザ１５において高圧、低速の流れに変換された後、渦巻き状のスクロール通路２ｂを通じてエンジンの燃焼室に送給される。

上述のターボチャージャにおいて、エンジンの容量の変更に際しては、コンプレッサインペラ８を変更後のエンジンの容量に合わせて変更する必要がある。

この場合は、先ずコンプレッサハウジング２と軸受ハウジング３を締結しているボルト１８を取り除いてディフューザ１５が取付けられている状態のコンプレッサハウジング２を軸受ハウジング３から取外し、ナット１９をロータ軸４の先端から取外し、コンプレッサインペラ８を、ロータ軸４の軸線方向へタービンロータ７ｂとは反対側へ向け引抜くことにより、ロータ軸４から取外す。

次いで、ボルト２１を取外してコンプレッサ側シール部材９を、ロータ軸４の軸線方向へタービンロータ７ｂとは反対側へ向け引抜くことにより、ロータ軸４から取外し、スラストカラー１２、スラスト軸受１１、スラストカラー１３も同様にして引抜いてロータ軸４から取外し、更にボルト２０を取外して軸受ハウジング３を、ロータ軸４の軸線方向へタービンロータ７ｂとは反対側へ向け引抜くことにより、ロータ軸４から取外し、更に又、同様にしてブッシュ５や軸受６をロータ軸４から取外す。

外径の異なる新たなコンプレッサインペラ８のロータ軸４への取付けは、取外す場合の手順とは略逆の手順により行われ、コンプレッサインペラ８をロータ軸４に嵌合してナット１９をロータ軸４先端のねじ部に螺合し、新たなディフューザ１５を取り付けたコンプレッサハウジング２（コンプレッサハウジング２自体はもとのもので良い。）を軸受ハウジング３に対しボルト１８により締結することにより、交換した新たなコンプレッサロータ８ｂの組付け作業が終了する。

上述のように、コンプレッサインペラ８をエンジンの容量に対応して、直径の異なるコンプレッサインペラ８に交換する際に、軸受ハウジング３をも交換しなければならないのは次の理由による。すなわち、コンプレッサロータ８ｂの凹曲面部８ｂ'の延長線を、流路１４の軸受ハウジング３側の壁面３ａに対し滑らかに連なるようにするためには、コンプレッサインペラ８の外周部において、コンプレッサロータ８ｂを図６に示すように、軸受ハウジング３側に位置させなければならず、このためには、軸受ハウジング３におけるコンプレッサロータ８ｂの背面に面する側には、コンプレッサロータ８ｂの外周部を収めることができるよう、壁面３ａに対し凹んだ凹部３ｂを設けて、コンプレッサロータ８ｂの外周部をこの凹部３ｂ内に位置するようコンプレッサインペラ８を配置する必要があり、且つ、コンプレッサロータ８ｂの外周部と凹部３ｂの内周との間の隙間Ｃ１を所定の間隔に形成する必要がある。

従って、隙間Ｃ１を所定の間隔に保持するためには、コンプレッサインペラ８を交換してその直径Ｄ１を換えた場合は、コンプレッサインペラ８の直径Ｄ１に合わせて軸受ハウジング３も凹部３ｂの内径を換えたものにする必要がある。

又、コンプレッサにディフューザを備えたターボチャージャが開示された先行技術文献としては、例えば、特許文献１がある。特許文献１のターボチャージャにおいては、その断面図に示すように、コンプレッサハウジングの流路の中途部に一体的にディフューザが設けられており、流路のディフューザ入側の部分は、コンプレッサインペラの外周部外方において、ロータ軸軸心と平行な方向の幅が狭くなるよう絞られて段状部を有している。

特開２００２−２６６７９７号公報

しかしながら、図５に示すターボチャージャのコンプレッサにおいては、前述のように、コンプレッサインペラ８を交換した場合は、軸受ハウジング３をも交換する必要がある。この場合、コンプレッサインペラ８は比較的小さい部品であるため、複数の直径Ｄ１の異なるものを準備することは容易であり、コストも然程要しないが、軸受ハウジング３は鋳物製で大きく重いため、凹部３ｂの内径が異なる複数のものを準備するためには、多大な労力とコストを必要としていた。

なお、特許文献１のターボチャージャのコンプレッサは、コンプレッサインペラの外径を変更するためのものではなく、従って、軸受ハウジングの交換とは何等関連性はない。

本発明は、上述の実情に鑑み、エンジンの容量の変更によりコンプレッサインペラを交換する場合にも、軸受ハウジングを交換する必要のないターボチャージャのコンプレッサ構造を提供することを目的としてなしたものである。

請求項１のターボチャージャのコンプレッサ構造は、コンプレッサハウジング内にロータ軸に対し着脱可能に設けられたコンプレッサインペラと、該コンプレッサインペラからの空気を高圧で低速の流れに変換するディフューザを備えたターボチャージャのコンプレッサ構造であって、前記ディフューザを軸受ハウジング側に着脱自在に取付けると共に、前記コンプレッサインペラの直径を変更するために、該コンプレッサインペラを交換する場合も、前記ディフューザの軸受ハウジング側に対する取付け位置を前記コンプレッサインペラの交換前と交換後で換えることなく同一位置とし、前記コンプレッサインペラを直径の異なるものに交換する場合も、軸受ハウジングを交換することなく対応し得るようにしたものである。

請求項２のターボチャージャのコンプレッサ構造は、エンジンの容量の変更に伴いコンプレッサインペラを交換し得るようにしたものである。

請求項３のターボチャージャのコンプレッサ構造は、ディフューザを軸受ハウジングに取付けたコンプレッサ側シール部材に取付けたものである。

請求項４のターボチャージャのコンプレッサ構造においては、ディフューザのディフューザ本体を取付ける取付け部材のディフューザ本体に対する接続面は、コンプレッサ側シール部材の流路に対向した面よりもコンプレッサハウジング側に突出しており、且つ、前記取付け部材のコンプレッサハウジング側に突出した部分の内周縁部の内径は、取付け部材のコンプレッサ側シール部材に形成した凹部に嵌合した部分の内周縁部の内径よりも大径に形成されているものである。

請求項５のターボチャージャのコンプレッサ構造においては、ディフューザのディフューザ本体を取付ける取付け部材のディフューザ本体に対する接続面は、コンプレッサ側シール部材の流路に対向した面よりもコンプレッサハウジング側に突出しており、且つ、前記取付け部材のコンプレッサハウジング側に突出した部分の内周縁部の内径は、取付け部材のコンプレッサ側シール部材に形成した凹部に嵌合した部分の内周縁部の内径よりも小径に形成されているものである。

本発明のターボチャージャのコンプレッサ構造によれば、コンプレッサインペラを直径の異なるものに交換する場合においても、軸受ハウジングは交換することなくそのまま使用できるため、コンプレッサインペラを交換する場合の労力が少なくて省力化、省人化が可能であり、又、多数の軸受ハウジングを準備する必要がなく、製作コストやメンテナンスコストの低減が可能となる、等種々の優れた効果を奏し得る。

本発明のターボチャージャのコンプレッサ構造の実施例１を説明するためのターボチャージャの断面図である。 図１のコンプレッサインペラ及びディフューザの部分の拡大図である。 本発明のターボチャージャのコンプレッサ構造の実施例２を説明するためのコンプレッサインペラ及びディフューザの部分の拡大図である。 本発明のターボチャージャのコンプレッサ構造の実施例３を説明するためのコンプレッサインペラ及びディフューザの部分の拡大図である。 従来のターボチャージャの断面図である。 図５のコンプレッサインペラ及びディフューザの部分の拡大図である。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。

図１、図２は本発明を実施するための実施例１である。実施例１のターボチャージャの基本的な構成は図５、図６に示す従来のものと略同一であり、各部品の形状、寸法は多少異なっていても、機能が同一の場合は図５、図６に示す従来のものと同一の符号が付してある。而して、本図示例の特徴とするところは、図１に示す如く、軸受ハウジング３のコンプレッサハウジング２側側面にボルト２１を介して締結されたコンプレッサ側シール部材９を、従来の図５に示すものより大径としてプレート状にし、ディフューザ１５を、図５に示す従来のものとは異なり、コンプレッサハウジング２の軸受ハウジング３側側面ではなく、コンプレッサ側シール部材９のコンプレッサハウジング２側側面に取付けるようにし、エンジン容量の変更に合わせてコンプレッサインペラ８の直径を変更した場合に、コンプレッサインペラ８の直径に対応して軸受ハウジング３を変更しなくても良いようにした点にある。

すなわち、この実施例１では、コンプレッサ側シール部材９のコンプレッサハウジング２に面した側において、径方向外周部にコンプレッサ側シール部材９の外周部を切除した形状の凹部９ａを設け、この凹部９ａにボルト２１の頭が位置するよう、コンプレッサ側シール部材９を軸受ハウジング３に締結している。又コンプレッサ側シール部材９のコンプレッサハウジング２に面した側において、同様にコンプレッサ側シール部材９の外周部を切除して凹部９ａに連なる凹部９ｂを設け、該凹部９ｂにディフューザ１５の取付け部材１５ｂを設置させ、ディフューザ本体１５ａがコンプレッサハウジング２の流路１４内に位置する状態で、取付け部材１５ｂを介しディフューザ１５をボルト１７により、コンプレッサ側シール部材９に締結させるようにしている。ボルト１７により、ディフューザ１５をコンプレッサ側シール部材９に締結した場合、ボルト１７の頭は流路１４内に突出しないようになっている。

図２に示すように、ディフューザ１５における取付け部材１５ｂのディフューザ本体１５ａに対する接続面は、コンプレッサ側シール部材９の流路１４に対向した面よりもコンプレッサハウジング２側に突出しており、且つ、コンプレッサロータ８ｂの凹曲面部８ｂ'は取付け部材１５ｂの流路１４に対向した面に滑らかに連なっている。

又、取付け部材１５ｂの、内周縁部においてコンプレッサハウジング２側に突出した部分の内周縁部の内径は、取付け部材１５ｂの凹部９ｂに嵌合した部分の内周縁部の内径Ｄ２よりも小径に形成されており、コンプレッサロータ８ｂの外周縁部と取付け部材１５ｂの流路１４に対向した部分の内周縁部との間の隙間Ｃ１と、コンプレッサインペラ８の直径（外径）Ｄ１との比率２×Ｃ１／Ｄ１は、実験によると、０．００５〜０．０３（０．５％〜３％）の範囲とするのが良い。

更に、取付け部材１５ｂのコンプレッサハウジング２側に突出した部分の、コンプレッサ側シール部材９に対向した内周側縁面と、該内周側縁面に対向したコンプレッサ側シール部材９の側面との間には、隙間Ｃ２が形成されており、前記内周側縁面はコンプレッサロータ８ｂの背面側の凹曲面８ｂ"に対し滑らかに連なっている。

なお、軸受ハウジング３はエンジンの容量を変更しても交換しないようにしているため、軸受ハウジング３の凹部が形成された部分の外径は、エンジンの容量に対応してコンプレッサインペラ８の直径Ｄ１を変更した場合も同一であり、取付け部材１５ｂの凹部９ｂに嵌合した部分の径方向の長さも、エンジンの容量に対応してコンプレッサインペラ８のＤ１を変更した場合においても変更はなく、同一である。しかし、ディフューザ本体１５ａの取付け部材１５ｂに対する取付け位置やディフューザ本体１５ａの径方向長さはエンジンの容量を変更した場合は、変更することになり、新たなディフューザ１５が必要となる。

次に、上記実施例１の作動を説明する。
エンジンを運転した場合のターボチャージャの運転は、図５の従来のものと同様に行われるため、説明は省略する。

実施例１のターボチャージャにおいて、コンプレッサインペラ８をエンジンの容量に合わせて変更する場合は、先ずコンプレッサハウジング２と軸受ハウジング３を締結しているボルト１８を取外してコンプレッサハウジング２を軸受ハウジング３から取外し、ナット１９をロータ軸４から取外し、コンプレッサインペラ８を、ロータ軸４の軸線方向へタービンロータ７ｂとは反対側へ向け引抜くことにより、コンプレッサインペラ８をロータ軸４から取外す。

次いで、ボルト１７を取外して、ディフューザ１５をコンプレッサ側シール部材９から取外す。ディフューザ１５を取外す際には、取付け部材１５ｂのコンプレッサハウジング２側に突出している部分と、コンプレッサ側シール部材９との間に形成されている隙間Ｃ２にディフューザ１５取外し用の治具を引っ掛けることにより行うと、取外し易い。

次いで、交換すべき新たなコンプレッサインペラ８に対応した新たなディフューザ１５をコンプレッサ側シール部材９の所定位置に設置してボルト１７によりコンプレッサ側シール部材９に対して締結し、直径Ｄ１の異なる新たなコンプレッサインペラ８をロータ軸４に対して嵌め込み所定位置に外嵌し、ロータ軸４の先端ねじ部にナット１９を螺合してコンプレッサインペラ８をロータ軸４に固定し、最後にエンジンの容量を変更する前と同じコンプレッサハウジング２をボルト１８により軸受ハウジング３に締結し、交換した新たなコンプレッサインペラ８の組付け作業が終了する。

実施例１によれば、コンプレッサインペラ８を直径Ｄ１の異なるものに交換する場合においても、軸受ハウジング３は交換することなくそのまま使用できるため、コンプレッサインペラ８を交換する場合の労力が少なくて省力化、省人化が可能であり、又、多数の軸受ハウジング３を準備する必要がなく、製作コストやメンテナンスコストの低減が可能となる。

図３は本発明の実施例２であり、例えば、実施例１に示すコンプレッサインペラ８を交換して実施例２のコンプレッサインペラ８が取付けられたりする。実施例２の実施例１と異なるところは、コンプレッサインペラ８の直径（外径）Ｄ１が図２の場合よりも大径の場合の例である。而して、本図示例においては、取付け部材１５ｂの内周縁部において、コンプレッサハウジング２側に突出した部分の内径は、取付け部材１５ｂの凹部９ｂに嵌合した部分の内周縁部の内径Ｄ２よりも大径に形成されている。この場合も、コンプレッサインペラ８の外周縁部と取付け部材１５ｂの流路１４に対向した部分の内周縁部との間の隙間Ｃ１と、コンプレッサインペラ８の直径（外径）Ｄ１との比率２×Ｃ１／Ｄ１は、実験によると、０．００５〜０．０３（０．５％〜３％）の範囲とするのが良い。

而して、本図示例のターボチャージャにおいても、コンプレッサインペラ８を交換する場合の手順は図１、図２の場合と同様であり、効果も実施例１と同一である。

図４は本発明の実施例３であり、例えば、実施例１、実施例２に示すコンプレッサインペラ８を交換して実施例３のコンプレッサインペラ８が取付けられたりする。実施例３のコンプレッサインペラ８の形状は実施例１のコンプレッサインペラ８（図２参照）と似ているが、実施例１と異なるところは、コンプレッサインペラ８の直径（外径）Ｄ１が図２の場合よりも小径で、取付け部材１５ｂの流路１４に対向した部分の内径も図１の場合よりも小さいことである。この場合も、コンプレッサインペラ８の外周縁部と取付け部材１５ｂの流路１４に対向した部分の内周縁部との間の隙間Ｃ１と、コンプレッサインペラ８の直径（外径）Ｄ１との比率２×Ｃ１／Ｄ１は、実験によると、０．００５〜０．０３（０．５％〜３％）の範囲とするのが良い。

而して、本図示例のターボチャージャにおいても、コンプレッサインペラ８を交換する場合の手順は図１、図２、図３の場合と同様であり、効果も実施例１と同一である。

なお、本発明のターボチャージャのコンプレッサ構造は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

２ コンプレッサハウジング
３ 軸受ハウジング
４ ロータ軸
８ コンプレッサインペラ
９ コンプレッサ側シール部材
１４ 流路
１５ ディフューザ
１５ａ ディフューザ本体
１５ｂ 取付け部材
Ｄ１ 直径
Ｄ２ 内径

Claims (5)

1. コンプレッサハウジング内にロータ軸に対し着脱可能に設けられたコンプレッサインペラと、該コンプレッサインペラからの空気を高圧で低速の流れに変換するディフューザを備えたターボチャージャのコンプレッサ構造であって、前記ディフューザを軸受ハウジング側に着脱自在に取付けると共に、前記コンプレッサインペラの直径を変更するために、該コンプレッサインペラを交換する場合も、前記ディフューザの軸受ハウジング側に対する取付け位置を前記コンプレッサインペラの交換前と交換後で換えることなく同一位置とし、前記コンプレッサインペラを直径の異なるものに交換する場合も、軸受ハウジングを交換することなく対応し得るようにしたことを特徴とするターボチャージャのコンプレッサ構造。
2. エンジンの容量の変更に伴いコンプレッサインペラを交換し得るようにした請求項１に記載のターボチャージャのコンプレッサ構造。
3. ディフューザを軸受ハウジングに取付けたコンプレッサ側シール部材に取付けた請求項１又は２に記載のターボチャージャのコンプレッサ構造。
4. ディフューザのディフューザ本体を取付ける取付け部材のディフューザ本体に対する接続面は、コンプレッサ側シール部材の流路に対向した面よりもコンプレッサハウジング側に突出しており、且つ、前記取付け部材のコンプレッサハウジング側に突出した部分の内周縁部の内径は、取付け部材のコンプレッサ側シール部材に形成した凹部に嵌合した部分の内周縁部の内径よりも大径に形成されている請求項１乃至３の何れかに記載のターボチャージャのコンプレッサ構造。
5. ディフューザのディフューザ本体を取付ける取付け部材のディフューザ本体に対する接続面は、コンプレッサ側シール部材の流路に対向した面よりもコンプレッサハウジング側に突出しており、且つ、前記取付け部材のコンプレッサハウジング側に突出した部分の内周縁部の内径は、取付け部材のコンプレッサ側シール部材に形成した凹部に嵌合した部分の内周縁部の内径よりも小径に形成されている請求項１乃至３の何れかに記載のターボチャージャのコンプレッサ構造。

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