JP2019078245A

JP2019078245A - 過給機

Info

Publication number: JP2019078245A
Application number: JP2017207526A
Authority: JP
Inventors: 理仁菅原; Michihito Sugawara
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2017-10-26
Filing date: 2017-10-26
Publication date: 2019-05-23

Abstract

【課題】冷却系の能力を引き下げるための構造を簡略化すること。【解決手段】タービンブレード４２ｂの回転力は、ベアリングユニット４２ｃを介してコンプレッサホイール４２ａに伝達される。アルミ製の水冷ベアリングタービン一体ハウジング４２ｄは、ウォータージャケット４２ｌを有してベアリングユニット４２ｃおよびタービンブレード４２ｂを収める。シュラウドピース４２ｍは、アルミよりも高い断熱性を示すセラミックを材料とし、タービンブレード４２ｂの近傍で水冷ベアリングタービン一体ハウジング４２ｄに取り付けられる。【選択図】図２

Description

この発明は、過給機に関し、特に、タービンブレードの回転力をベアリングユニットを介してコンプレッサホイールに伝達する、過給機に関する。

特許文献１によれば、水冷式過給機の冷却水通路は、部材温度が高温になるシュラウド部を有する冷却通路と、当該シュラウド部に比べて部材温度が低いスクロール部を有する冷却通路に分けられる。また、スクロール部を有する冷却通路には、断熱層が形成される。

特開２０１５−４８８１０号公報

特許文献１の技術は、部材温度が高温になるシュラウド部を十分に冷却する一方、部材温度が低いスクロール部には断熱層を設けて冷却水の過渡な受熱を抑制し、ラジエータの冷却不足による冷却効率の低下と部材の過冷却とを防止しようとするものである。しかし、冷却通路を２系統に分け、さらには一方の冷却通路に断熱層を形成する技術は、構造の複雑化とコストアップを引き起こす。

それゆえに、この発明の主たる目的は、冷却系の能力を引き下げるための構造を簡略化できる、過給機を提供することである。

この発明に係る過給機は、タービンブレードの回転力をベアリングユニットを介してコンプレッサホイールに伝達する過給機本体、第１素材を材料とし、ウォータージャケットを有してベアリングユニットおよびタービンブレードを収める水冷ベアリングタービン一体ハウジング、および第１素材の断熱性よりも高い断熱性を示す第２素材を材料とし、タービンブレードの近傍で水冷ベアリングタービン一体ハウジングに取り付けられるシュラウドピースを備える。

タービンブレードの近傍に取り付けられるシュラウドピースの少なくとも一部の断熱性を高めることで、ウォータージャケット内の冷却水の受熱量が抑制される。これによって、冷却系の能力を引き下げるための構造を簡略化できる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

この実施例の車両の要部構成の一部を示す図解図である。過給機の構造の一例を示す図解図である。

図１を参照して、この実施例のエンジン構造１０は、３つの気筒２４を有する４ストローク型のエンジン本体１２を動力源として備える。吸気管１４は、気筒２４の上流の位置で３つに分岐する。一方、排気管３８は、気筒２４の下流の位置で３つから１つに集約される。各気筒２４に設けられた燃焼室２６は、吸気管１４および排気管３８と連通する。ただし、吸気管１４の開口と燃焼室２６との間には吸気バルブ２２が設けられ、排気管３８の開口と燃焼室２６との間には排気バルブ３６が設けられる。

吸気管１４の分岐点には、空気流量を平準化するためのサージタンク１８が設けられる。サージタンク１８よりも上流の位置には、バルブモータ（図示せず）によって開度が調整される単一のスロットルバルブ１６が設けられる。サージタンク１８よりも下流の位置には、吸気管１４に燃料を噴射するインジェクタ２０が設けられる。

インジェクタ２０から噴射された燃料は吸入空気と混合され、混合気は、吸気バルブ２２が開かれたときに燃焼室２６に供給される。供給された混合気は、点火プラグ２８によって燃焼され、燃焼ガスは、排気バルブ３６が開かれたときに燃焼室２６から排出される。

この実施例ではインジェクタ２０を吸気管１４に設けたポート噴射式のエンジン構造を示しているが、インジェクタ２０を燃焼室２６に設け、燃料を直接燃焼室２６に噴射する筒内直噴式のエンジンであっても良い。

コンロッド３２を介してクランクシャフト３４と結合されたピストン３０は、混合気の燃焼によって上下動する。クランクシャフト３４の回転力はドライブシャフト（図示せず）に伝達され、これによって車両（図示せず）が前進または後退する。

この実施例のエンジン構造１０は、エンジン本体１２の外側に設けられた水冷式の過給機４２をさらに備える。過給機本体ＭＢ１は、ベアリングユニット４２ｃと、その両端にそれぞれ装着されたコンプレッサホイール４２ａおよびタービンブレード４２ｂとによって構成される。ここで、コンプレッサホイール４２ａは吸気路に配され、タービンブレード４２ｂは排気路に配される。

これに対応して、スロットルバルブ１６の上流には、吸入空気を冷却するインタークーラ４６が設けられる。また、触媒コンバータ４０は、過給機４２の下流に設けられる。

過給機４２は、詳しくは図２に示すように構成される。ここでは、説明の便宜上、紙面の左右方向にＸ軸を割り当て、紙面の厚み方向にＹ軸を割り当て、紙面の上下方向にＺ軸を割り当てる。

ベアリングユニット４２ｃは、Ｘ軸に沿って延在する主軸ＡＸ１を備える。コンプレッサホイール４２ａは主軸ＡＸ１の一方端に結合され、タービンブレード４２ｂは主軸ＡＸ１の他方端に結合される。このとき、コンプレッサホイール４２ａの裏面は、タービンブレード４２ｂの裏面と向き合う。こうして結合された結果、タービンブレード４２ｂの回転力は、主軸ＡＸ１を介してコンプレッサホイール４２ａに伝達される。

コンプレッサホイール４２ａは、アルミ製のコンプレッサハウジング４２ｅに収められる。これに対して、ベアリングユニット４２ｃおよびタービンブレード４２ｂは、アルミ製の水冷ベアリングタービン一体ハウジング４２ｄに収められる。

コンプレッサハウジング４２ｅは、その左側に形成された開口ＯＰ１と、その上側に形成された開口ＯＰ２とを有する。開口ＯＰ１の奥には、Ｘ軸方向に延在しかつスクロール室ＳＣ１と連通するシュラウド部ＳＨ１が形成される。スクロール室ＳＣ１は、シュラウド部ＳＨ１および開口ＯＰ２の各々と連通するように、コンプレッサハウジング４２ｅの内部に形成される。なお、コンプレッサホイール４２ａは、シュラウド部ＳＨ１の近傍に配される。

上流側の吸気管１４は開口ＯＰ１と結合され、下流側の吸気管１４は開口ＯＰ２と結合される。開口ＯＰ１から取り込まれた吸気は、コンプレッサホイール４２ａの回転によって圧縮された後、スクロール室ＳＣ１を経て開口ＯＰ２から排出される。

水冷ベアリングタービン一体ハウジング４２ｄは、その裏側に形成された開口（図示せず）と、その右側に形成された大口径かつ斜め下向きの開口ＯＰ３とを有する。バイパス（図示せず）およびスクロール室ＳＣ２は、裏側の開口および開口ＯＰ３の各々と連通するように、水冷ベアリングタービン一体ハウジング４２ｄの内部に形成される。

開口ＯＰ３の奥には、バイパスと連通しかつウェイストゲートバルブ４２ｋによって開閉されるウェイストゲート４２ｊと、Ｘ軸方向に延在しかつスクロール室ＳＣ２と連通するシュラウド部ＳＨ２とが形成される。なお、タービンブレード４２ｂは、シュラウド部ＳＨ２の近傍に配される。

シュラウド部ＳＨ２には、セラミック製のシュラウドピース４２ｍが装着される。より詳しくは、シュラウドピース４２ｍは円筒状に形成され、Ｘ軸に沿って延在する姿勢でシュラウド部ＳＨ２に圧入される。タービンブレード４２ｂとのクリアランスは、こうして装着されたシュラウドピース４２ｍによって詰められる。

なお、シュラウドピース４２ｍが必要な理由は、以下のとおりである。つまり、水冷ベアリングタービン一体ハウジング４２ｄを採用する場合は、まずベアリングユニット４２ｃを水冷ベアリングタービン一体ハウジング４２ｄに収め、その後にタービンブレード４２ｂを主軸ＡＸ１の他方端に取り付ける必要がある。

すると、シュラウド部ＳＨ２の外径をタービンブレード４２ｂの外径よりも大きくしなければならない。ただし、そのままではタービンブレード４２ｂを効率よく回転させることができないため、タービンブレード４２ｂを主軸ＡＸ１の他方端に取り付けた後に、シュラウドピース４２ｍがシュラウド部ＳＨ２に圧入される。

上流側の排気管３８は裏側の開口と結合され、下流側の排気管３８は開口ＯＰ３と結合される。裏側の開口から取り込まれた排気は、スクロール室ＳＣ１を経てタービンブレード４２ｂを回転させた後、シュラウド部ＳＨ２を介して開口ＯＰ３に達する。

水冷ベアリングタービン一体ハウジング４２ｄの内部にはまた、ウォータージャケット４２ｌが形成される。ウォータージャケット４２ｌは、水冷ベアリングタービン一体ハウジング４２ｄの下側に取り付けられた給水管４２ｈと連通し、さらに水冷ベアリングタービン一体ハウジング４２ｄの上側に取り付けられた排水管４２ｉと連通する。冷却水は、給水管４２ｈからウォータージャケット４２ｌに供給され、排水管４２ｉから排出される。

冷却水は、エンジン本体１２に加えて水冷ベアリングタービン一体ハウジング４２ｄから受熱し、図示しないラジエータにより冷却されて循環する。この結果、水冷ベアリングタービン一体ハウジング４２ｄの表面温度は、１００℃近傍に抑えられる。

水冷ベアリングタービン一体ハウジング４２ｄのうちベアリングユニット４２ｃの上側の位置および下側の位置には、給油管４２ｆおよび排油管４２ｇがそれぞれ取り付けられる。ベアリングオイルは、給油管４２ｆからベアリングユニット４２ｃに供給され、排油管４２ｇから排出される。

上述のように、水冷ベアリングタービン一体ハウジング４２ｄはアルミを材料として作製される一方、シュラウドピース４２ｍはアルミよりも高い断熱性を示すセラミックを材料として作製される。

排気からの受熱量が大きくかつ温度が高く上昇する部材はシュラウドピース４２ｍであるところ、シュラウドピース４２ｍの材料として断熱性（耐熱性）に優れたセラミックを採用することで、ウォータージャケット４２ｌ内の冷却水の受熱量が抑制される。

冷却水の受熱量の抑制は、ウォータージャケット４２ｌの小型化（ひいては過給機４２の小型化）または流水量の抑制を可能とし、さらには水冷ベアリングタービン一体ハウジング４２ｄの均熱化を可能とする。ウォータージャケット４２ｌの小型化または流水量の抑制は、ラジエータ，クーリングファン，ウォーターポンプなどの冷却系の能力の引き下げ（つまり冷却系の小型化）に貢献する。

つまり、シュラウドピース４２ｍが水冷ベアリングタービン一体ハウジング４２ｄと同様にアルミ製であれば、ウォータージャケット４２ｌからアルミ部材端（＝シュラウドピース４２ｍの内周面）までの距離がシュラウドピース４２ｍの厚みの分だけ長くなり、冷却が必要なアルミ部材の体積も大きくなる。また、大量の排気熱がアルミ部材を経てウォータージャケット４２ｌ内の冷却水に伝達され、冷却水の熱量が増大するため、冷却系に高い能力が求められる。

これに対して、シュラウドピース４２ｍが断熱性に優れたセラミック製であれば、ウォータージャケット４２ｌからアルミ部材端（＝シュラウドピース４２ｍの外周面）までの距離を短くすることができ、上述のように、ウォータージャケット４２ｌの小型化，流水量の抑制，水冷ベアリングタービン一体ハウジング４２ｄの均熱化，冷却系の能力の引き下げが図られる。

なお、この実施例では、シュラウドピース４２ｍとしてセラミック製のものを想定している。しかし、水冷ベアリングタービン一体ハウジング４２ｄよりも高断熱性を示す限り、セラミック以外の材料を用いてシュラウドピース４２ｍを作製するようにしてもよい。

また、この実施例のように高い断熱性を示す単一の材料でシュラウドピース４２ｍを作製する代わりに、水冷ベアリングタービン一体ハウジング４２ｄと略同じ断熱性を示す素材（たとえばアルミ）で鋳造されたシュラウドピースの表面にセラミック塗料などの高断熱性の塗料を塗布するようにしてもよい。

４２ …過給機
４２ａ …コンプレッサホイール
４２ｂ …タービンブレード
４２ｃ …ベアリングユニット
４２ｄ …水冷ベアリングタービン一体ハウジング
４２ｅ …コンプレッサハウジング
４２ｌ …ウォータージャケット
４２ｍ …シュラウドピース

Claims

タービンブレードの回転力をベアリングユニットを介してコンプレッサホイールに伝達する過給機本体、
第１素材を材料とし、ウォータージャケットを有して前記ベアリングユニットおよび前記タービンブレードを収める水冷ベアリングタービン一体ハウジング、および
前記第１素材の断熱性よりも高い断熱性を示す第２素材を材料とし、前記タービンブレードの近傍で前記水冷ベアリングタービン一体ハウジングに取り付けられるシュラウドピースを備える、過給機。