JP2020026749A - 過給機用のコンプレッサハウジング - Google Patents

Abstract

【課題】ブレードの破損や変形を防止して圧縮効率の向上を図ることができる過給機用のコンプレッサハウジングを提供する。【解決手段】過給機用のコンプレッサハウジング１は、ハウジング本体２０、滑り部材３０及び保持部４０を備える。ハウジング本体２０は、インペラ１０を収容可能に構成された筒状の収容部２１を有する。滑り部材３０は、収容部２１に配設されるとともに、内周面がインペラ１０に対向するシュラウド面３１を形成している。保持部４０は、ハウジング本体２０に対して滑り部材３０をインペラ１０の軸心１０ａを中心に回転可能に保持している。【選択図】図１

Description

本発明は、過給機用のコンプレッサハウジングに関する。

自動車のターボチャージャ等の過給機に用いられるコンプレッサ（圧縮機）は、インペラを収容可能に構成されていると共に、インペラに向けて空気を吸い込む吸気口と、インペラの外周側において周方向に形成され、インペラから吐き出された空気を導入するスクロール室と、インペラに対向するシュラウド面とを備えたコンプレッサハウジングを有している。

上記構成のコンプレッサにおいては、インペラのブレードとコンプレッサハウジングのシュラウド面との間の隙間をできる限り小さくすることで、コンプレッサの圧縮効率を高めることができる。
ところが、この隙間を小さくし過ぎると、例えば振動やインペラ回転軸の振れ等によってインペラのブレードがコンプレッサハウジングのシュラウド面に接触した場合に、インペラが損傷してしまうおそれがある。

そこで、従来、コンプレッサハウジングのシュラウド面を形成する部分にインペラのブレードよりも軟質な樹脂等で構成された滑り部材を取り付けた構造が提案されている（特許文献１）。
これによれば、振動やインペラ回転軸の振れ等によってインペラのブレードがコンプレッサハウジングのシュラウド面に接触しても、そのシュラウド面を形成する部分に取り付けた滑り部材が削れることによりインペラの破損や変形を防止し、インペラのブレードとコンプレッサハウジングのシュラウド面との間の隙間をおおよそ小さいままで維持される。

特開２０１４−０７０６２８号公報

しかしながら、更なる圧縮効率の向上を図るためにインペラのブレードとシュラウド面との隙間を一層小さくした場合や、万が一インペラの回転軸の振れが想定よりも大きくなった場合にはブレードが滑り部材を削る際の抵抗（切削抵抗）が過大となり、ブレードが破損や変形して、圧縮効率が低下するおそれがある。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、ブレードの破損や変形を防止して、更に圧縮効率の向上を図ることができる過給機用のコンプレッサハウジングを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、インペラを収容可能に構成された筒状の収容部を有するハウジング本体と、
上記収容部の内周面と上記インペラの外周面との間に配設されるとともに、その内周面が上記インペラに対向するシュラウド面を形成する環状の滑り部材と、
上記ハウジング本体に対して上記滑り部材を上記インペラの軸心を中心に回転可能に保持する保持部と、
を備える、過給機用のコンプレッサハウジングにある。

上記過給機用のコンプレッサハウジングによれば、滑り部材はインペラの軸心を中心に回転可能に保持されているため、インペラのブレードが滑り部材に接触すると滑り部材はインペラと共回りすることができる。これにより、滑り部材の切削抵抗を小さくし又は無くすことができる。その結果、ブレードの破損や変形を防止して、圧縮効率の低下を防ぐことができる。そして、滑り部材とインペラのブレードとの隙間を更に小さくすることができるため、圧縮効率の向上を図ることができる。

以上のごとく、本発明によれば、ブレードの破損や変形を防止して、更に圧縮効率の向上を図ることができる過給機用のコンプレッサハウジングを提供することができる。

実施例１における、過給機用のコンプレッサハウジングを備えるターボチャージャの断面図。 図１における、過給機用のコンプレッサハウジングの断面斜視図。 図１における、過給機用のコンプレッサハウジングの断面拡大図。 図１における、IV-IV線位置での断面図。 変形例１における、過給機用のコンプレッサハウジングの断面拡大図。 変形例２における、過給機用のコンプレッサハウジングの断面図。 変形例２における、過給機用のコンプレッサハウジングの断面斜視図。 変形例３における、過給機用のコンプレッサハウジングの断面斜視図。 変形例３における、過給機用のコンプレッサハウジングの断面拡大図。 図９における、XII-XII線位置での断面図。 変形例４における、過給機用のコンプレッサハウジングの断面斜視図。 変形例４における、過給機用のコンプレッサハウジングの断面拡大図。 実施例２における、過給機用のコンプレッサハウジングの断面図。 実施例２における、過給機用のコンプレッサハウジングの断面斜視図。 実施例２における、過給機用のコンプレッサハウジングの断面拡大図。 変形例５における、過給機用のコンプレッサハウジングの断面斜視図。 変形例５における、過給機用のコンプレッサハウジングの断面図。 変形例６における、過給機用のコンプレッサハウジングの断面斜視図。 変形例６における、過給機用のコンプレッサハウジングの断面図。 変形例６における、過給機用のコンプレッサハウジングの断面拡大図。 変形例７における、過給機用のコンプレッサハウジングの断面斜視図。 変形例７における、過給機用のコンプレッサハウジングの断面図。

上記保持部は、互いに回転可能に支持された内輪と外輪とを備える軸受を含み、上記軸受は、上記滑り部材と上記内周凹部との間に介在するとともに、上記外輪は上記内周凹部内に固定され、上記内輪は上記滑り部材に固定されていることが好ましい。この場合は、軸受により滑り部材の滑らかな回転が可能となるため、より一層滑り部材の切削抵抗を小さくし又は無くすことができ、圧縮効率の向上が図られる。

上記保持部は、上記収容部の内周面に沿ってリング状に形成されるとともに上記記収容部に軸方向に沿って圧入されるリング状部材を含み、上記収容部は、上記リング状部材の圧入方向前側面に対向する対向面を有し、上記圧入方向前側面と上記対向面との間に空間部が形成されており、上記滑り部材は、径方向外側に突出した鍔部を有し、該鍔部は上記空間部に遊嵌されていることとすることができる。この場合は、リング状部材によって滑り部材が回転可能な状態で抜け止めされることとなり、内輪や外輪を有する軸受を設ける場合に比べて部品点数を削減することができる。

上記滑り部材は、上記シュラウド面の一部を形成するとともに、上記保持部に回転可能に保持された第１滑り部材と、上記シュラウド面の他の部分を形成するとともに上記収容部内における上記第１滑り部材よりも吸気側と反対側の位置に固定されて上記第１滑り部材が吸気側と反対側に移動することを規制する第２滑り部材とを含む構成とすることができる。この場合には、インペラの破損や変形が生じやすい吸気側に位置する第１滑り部材が回転可能となっているため、インペラの破損や変形を効果的に防止することができる。

上記第１滑り部材と上記第２滑り部材との間には上記シュラウド面に開口したスリットが形成されており、該スリットから上記第１滑り部材と上記収容部の内周面との間の空間を介して上記第１滑り部材の吸気側に吸気を戻す還流通路が形成されていることが好ましい。この場合は、還流通路により、滑り部材の軸方向の中間部の空気をインペラ入口近傍に戻すことができるため、コンプレッサのサージ領域を縮小してコンプレッサ作動範囲を拡大することができる。

（実施例１）
上記過給機用のコンプレッサハウジングの実施例につき、図１〜図４を用いて説明する。
本例の過給機用のコンプレッサハウジング１（以下、「コンプレッサハウジング１」ともいう）は、図１に示すように、ハウジング本体２０、滑り部材３０及び保持部４０を備える。
ハウジング本体２０は、インペラ１０を収容可能に構成された筒状の収容部２１を有する。
滑り部材３０は、収容部２１に配設されるとともに、内周面がインペラ１０に対向するシュラウド面３１を形成している。
保持部４０は、ハウジング本体２０に対して滑り部材３０をインペラ１０の軸心１０ａを中心に回転可能に保持している。

以下、本例のコンプレッサハウジング１について詳述する。
図１に示すコンプレッサハウジング１は、自動車のターボチャージャ（過給機）に用いられるコンプレッサ（圧縮機）の外殻を形成するものである。なお、本例では、軸方向をＸとして、軸方向Ｘのうち、インペラ１０から吸気口１１に向かう方向を吸気側方向Ｘ１又はＸ１方向とし、インペラ１０からセンターハウジング２に向かう方向をセンターハウジング方向Ｘ２又はＸ２方向とする。また、インペラ１０の軸心１０ａに直交するとともに、軸心１０ａを中心とする円の半径方向を径方向Ｙとする。

ハウジング本体２０は、アルミニウム製の重力鋳造品により構成されており、図１、図２に示すように、吸気口１１、吸気通路１２、スクロール室１３及び収容部２１を備えている。
吸気口１１及び吸気通路１２は、筒状を成している筒状部２３によって形成されている。スクロール室１３は、インペラ１０の外周側において周方向に形成され、インペラ１０から吐き出された空気を導入するように構成されている。収容部２１は、略筒状に形成されて、その内側にインペラ１０が収容されている。収容部２１の内周面２１ａとインペラ１０の外周面との間には滑り部材３０が配置されている。

滑り部材３０の形成材料は、テフロン（登録商標）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂等を採用することができ、本例ではポリイミド樹脂である。図１、図２、図３に示すように、滑り部材３０は、環状を成しており、その内周面の全域がインペラ１０に対向するシュラウド面３１を形成している。さらに、滑り部材３０は、筒状の円筒部３５と、円筒部３５のＸ２方向の端部に径方向外側に拡径されて形成された拡径部３６とを備える。拡径部３６は滑り部材３０の全周方向に形成されている。

図３、図４に示すように、滑り部材３０における円筒部３５の外周面３５１と、収容部２１の内周面２１ａとの間に保持部４０が設けられている。本例では、保持部４０は互いに回転可能に支持された内輪４１と外輪４２とを備えた軸受４０ａからなる。図３に示すように、軸受４０ａは、内輪４１と外輪４２との間にはボール状の転動体４３が介在した玉軸受である。なお、転動体４３は図示しない保持器により保持されている。内輪４１及び外輪４２はリング状をなしている。そして、内輪４１と外輪４２とは転動体４３を介して、軸心１０ａを中心に相対的に回転可能となっている。内輪４１は滑り部材３０を射出成形する際に、滑り部材３０における円筒部３５の外周面３５１に接合されている。一方、外輪４２は収容部２１に圧入されて内周面２１ａに接合されてハウジング本体２０に固定されている。そして、図３に示すように、滑り部材３０は内輪４１にのみ接しており、滑り部材３０の外周面３５１、３６１はいずれも収容部２１の内周面２１ａから離間して隙間４５が形成されている。

図１に示すように、ハウジング本体２０のＸ２方向には、センターハウジング２が位置しており、センターハウジング２のハウジング本体２０に対向する端面２ａとハウジング本体２０との間には、インペラ１０側からスクロール室１３へつながる流体通路となるディフューザ部１４が形成されている。ハウジング本体２０において、端面２ａと対向する面がディフューザ面２４となっている。

また、図１に示すように、インペラ１０は、ハウジング本体２０の滑り部材３０の内周面（シュラウド面３１）側に配置されており、回転軸１５に取り付けられて軸心１０ａを中心に回転可能となっている。また、インペラ１０は、ハブ１６と、その外周面から周方向に並んで突出した複数のブレード１７とを備える。滑り部材３０のシュラウド面３１に対向して複数のブレード１７が配置されている。

本例の過給機用のコンプレッサハウジング１を備えるコンプレッサでは、図１に示すように、インペラ１０の回転により、吸気口１１から吸気通路１２を通じて吸い込まれた給気は、インペラ１０のブレード１７によって加速されてディフューザ部１４に送られる。そして、当該給気は、ディフューザ部１４において昇圧されて、スクロール室１３へと送り込まれる。

次に、本例の過給機用のコンプレッサハウジング１における作用効果について、詳述する。
本例の過給機用のコンプレッサハウジング１では、滑り部材３０はインペラ１０の軸心１０ａを中心に回転可能に保持されているため、インペラ１０のブレード１７が滑り部材３０に接触すると滑り部材３０はインペラ１０と共回りすることができる。これにより、滑り部材３０の切削抵抗を小さくし又は無くすことができる。その結果、ブレード１７の破損や変形を防止して圧縮効率の低下を防止することができる。そして、滑り部材３０とインペラ１０のブレード１７との隙間を更に小さくすることができるため、圧縮効率の向上を図ることができる。

また、本例では保持部４０は、互いに回転可能に支持された内輪４１と外輪４２とを備える軸受４０ａを含み、軸受４０ａは、滑り部材３０と収容部２１との間に介在するとともに、外輪４２は収容部２１内に固定され、内輪４１は滑り部材３０に固定されている。これにより、軸受４０ａにより滑り部材３０の滑らかな回転が可能となるため、より一層滑り部材３０の切削抵抗を小さくし又は無くすことができ、圧縮効率の向上が図られる。

なお、本例では、保持部４０として、一つの軸受４０ａが備えられることとしたが、これに限らず、複数の軸受４０ａが備えられていてもよい。

また、変形例１として、図５に示すように、軸受４０ａが内輪４１と外輪４２との間にリップシール４４を有していてもよい。リップシール４４は内輪４１の外側面と外輪４２の内側面とに亘って形成され、内輪４１と外輪４２との空間を覆うとともに転動体４３を密閉するように設けられている。これにより、隙間４５を通じて圧縮空気が吸気側の吸気通路１２に流れ込むことが防止されるため、圧縮効率の低下が発生しない。

なお、本実施例では、軸受４０ａとしてボール状の転動体４３を有する玉軸受を採用したが、これに替えて、図６、図７に示す変形例２のように、軸受４０ａとして円柱状の転動体４３を有するころ軸受を採用してもよい。この場合も本例と同等の作用効果を奏する。

また、本実施例では、保持部４０として、内輪４１及び外輪４２とボール状の転動体４３を有する軸受４０ａを採用したが、これに替えて、図８、図９、図１０に示す変形例３のように、保持部４０が、円柱状の転動体４３を直接滑り部材３０と収容部２１との間に介在させてなる軸受４０ａと、滑り部材３０を回転可能な状態で抜け止めするリング状部材４６とからなることとしてもよい。

変形例３では、図９に示すように、収容部２１は滑り部材３０の円筒部３５が配置される円筒収容部２５と、滑り部材３０の拡径部３６が配置される拡径収容部２６とを有する。滑り部材３０の拡径部３６には、更に径方向外側に突出した鍔部３２が備えられる。本例では、鍔部３２は拡径部３６の全周において形成されている。

リング状部材４６は、ハウジング本体２０と同様にアルミニウム製である。リング状部材４６は、滑り部材３０の拡径部３６の径方向外側に配置されるとともに、拡径収容部２６に圧入されている。そして、収容部２１は、リング状部材４６の外周面４６３に圧接される内周面２６１と、リング状部材４６の圧入方向前側面４６２に対向する対向面２６２とを有する。リング状部材４６はＸ１方向前側に切り欠き部４６１を有しており、リング状部材４６の圧入方向前側面４６２が拡径収容部２６の対向面２６２に当接した状態で、リング状部材４６と対向面２６２との間に鍔部３２よりも大きい空間部４６５が形成されている。

図９に示すように、滑り部材３０が収容部２１に配設された状態で、リング状部材４６を拡径収容部２６に圧入することにより、鍔部３２が空間部４６５に位置して遊嵌された状態となる。その結果、滑り部材３０はリング状部材４６により所定量以上軸方向Ｘに移動することが規制されて抜け止めされる。そして、滑り部材３０の円筒部３５と収容部２１との間には円柱状の転動体４３が設けられており、これにより、滑り部材３０は軸心１０ａを中心に回転可能となっている。その結果、当該変形例３においても、実施例１の場合と同様の作用効果を奏するとともに、リング状部材４６を必要とするが内輪４１と外輪４２が不要となるため、部品点数を少なくすることができる。

また、図１１、図１２に示す変形例４のように、上記変形例３において、転動体４３を有しない構成としてもよい。変形例４では、図１２に示すように、収容部２１の対向面２６２と収容部２１に圧入されたリング状部材４６の圧入方向前側面４６２との間の空間部４６５に鍔部３２が遊嵌された状態となっている。これにより、滑り部材３０の全体が収容部２１内に遊嵌された状態となっているとともに、リング状部材４６により滑り部材３０が軸方向Ｘに所定量以上移動することが規制されて抜け止めされている。当該変形例４によれば、変形例３と同等の作用効果を奏するとともに、さらに転動体４３が不要となるため、部品点数を一層少なくすることができる。

以上のごとく、本実施例及び各変形例によれば、ブレード１７の破損や変形を防止して、圧縮効率の向上を図ることができる過給機用のコンプレッサハウジング１を提供することができる。

（実施例２）
本例では、実施例１の場合に替えて、図１３〜図１５に示すように、滑り部材３０が、シュラウド面３１の一部を形成するとともに保持部４０に回転可能に保持された第１滑り部材３２１と、シュラウド面３１の他の部分を形成するとともに収容部２１内の第１滑り部材３２１よりもＸ２方向の位置に固定されて第１滑り部材３２１がＸ２方向に移動することを規制する第２滑り部材３２２とからなる。なお、本例において実施例１と同等の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。

図１３、図１４に示すように、第１滑り部材３２１は円筒形をなしており、第１滑り部材３２１と収容部２１との間には保持部４０として軸受４０ａが設けられている。図１５に示すように、外輪４２は、内輪４１よりも軸方向Ｘの長さが若干長くなっている。第１滑り部材３２１は、内輪４１に射出成形されて第１滑り部材３２１の内周面３２１ａと内輪４１の内周面４１ａとが接合された状態で、内輪４１に固定されている。第２滑り部材３２２は、外輪４２に射出成形されて外輪４２のＸ２方向の端部４２ｂに固定されている。そして、外輪４２は収容部２１内にＸ１方向に圧入されており、外輪４２に対して転動体４３を介して内輪４１が軸心１０ａを中心に回転可能な状態となっている。外輪４２の圧入方向前側面４２ａは、収容部２１において圧入方向前側面４２ａに対向する対向面２１ｂに当接している。これにより、第２滑り部材３２２の軸方向Ｘの位置決めがなされている。

図１５に示すように、第１滑り部材３２１と第２滑り部材３２２とは互いに軸方向Ｘに離間しており、両者の間にスリット４５１が形成されている。また、第１滑り部材３２１は収容部２１の対向面２１ｂとも離間して両者の間に隙間４５２がされている。そして、滑り部材３０の軸方向Ｘの中間部に位置するスリット４５１とインペラ入口近傍に位置する隙間４５２とが軸受４０ａ内の空間を介して連通している。これにより、矢印Ｐで示すように、スリット４５１から、第１滑り部材３２１と収容部２１の間の空間を介して第１滑り部材３２１よりも吸気側の吸気通路１２に吸気を戻す還流通路４５３が形成されている。

本例の過給機用のコンプレッサハウジング１によれば、滑り部材３０は、保持部４０に回転可能に保持された第１滑り部材３２１と、第１滑り部材３２１よりもＸ２方向の位置に固定されて第１滑り部材３２１がＸ２方向に移動することを規制する第２滑り部材３２２とを含む。これにより、インペラ１０の破損や変形が生じやすい吸気側に位置する第１滑り部材３２１が回転可能となっているため、インペラ１０の破損や変形を効果的に防止することができる。なお、本例においても実施例１と同等の作用効果を奏することができる。

また、本例では還流通路４５３により、滑り部材３０の軸方向Ｘの中間部の空気をインペラ入口近傍に戻すことができるため、コンプレッサのサージ領域を縮小してコンプレッサ作動範囲を拡大することができる。

なお、本実施例では、軸受４０ａとして、ボール状の転動体４３を有する玉軸受を採用したが、これに替えて、図１６、図１７に示す変形例５のように、軸受４０ａとして円柱状の転動体４３を有するころ軸受を採用してもよい。この場合も本例と同等の作用効果を奏する。

また、本実施例では、保持部４０として、内輪４１及び外輪４２とボール状の転動体４３を有する軸受４０ａを採用したが、これに替えて、図１８、図１９及び図２０に示す変形例６のように、保持部４０が、円柱状の転動体４３を直接第１滑り部材３２１と収容部２１との間に介在させてなる軸受４０ａと、第２滑り部材３２２を固定するリング状部材４６とからなることとしてもよい。

図２０に示すように、第２滑り部材３２２はリング状部材４６内に圧入され、リング状部材４６は収容部２１の拡径収容部２６内に圧入されている。これにより、滑り部材３０の鍔部３２が拡径収容部２６の対向面２６２とリング状部材４６とによって挟持されている。なお、鍔部３２の外縁と拡径収容部２６の内周面２６１とは離間して両者の間に空間部４６４が形成されている。当該変形例６によれば、実施例１と同等の作用効果を奏するとともに、部品点数が削減されコスト面で有利となる。

また、図２１、図２２に示す変形例７のように、上記変形例３において、転動体４３を有しない構成としてもよい。変形例７では、図２２に示すように、第２滑り部材３２２がリング状部材４６により拡径収容部２６内に固定され、第１滑り部材３２１が円筒収容部２５内に遊嵌された状態となっているとともに第２滑り部材３２２により第１滑り部材３２１が軸方向Ｘに所定量以上移動することが規制されて抜け止めされている。変形例７によれば、変形例６と同等の作用効果を奏するとともに、転動体４３が不要となるため、部品点数を一層少なくすることができる。

本発明は上記各実施例及び各変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施例に適用することが可能である。

１ コンプレッサハウジング
１０ インペラ
１０ａ 軸心
１３ スクロール室
２０ ハウジング本体
２１ 収容部
２１ａ 内周面
２４ ディフューザ面
３０ 滑り部材
３１ シュラウド面
３２ 鍔部
４０ 保持部
４０ａ 軸受
４１ 内輪
４２ 外輪
４３ 転動体
４６ リング状部材

Claims (5)

1. インペラを収容可能に構成された筒状の収容部を有するハウジング本体と、
   上記収容部の内周面と上記インペラの外周面との間に配設されるとともに、その内周面が上記インペラに対向するシュラウド面を形成する環状の滑り部材と、
   上記ハウジング本体に対して上記滑り部材を上記インペラの軸心を中心に回転可能に保持する保持部と、
   を備える、過給機用のコンプレッサハウジング。
2. 上記保持部は、互いに回転可能に支持された内輪と外輪とを備える軸受を含み、
   上記軸受は、上記滑り部材と上記収容部の内周面との間に介在するとともに、上記外輪は上記収容部の内周面に固定され、上記内輪は上記滑り部材に固定されている、請求項１に記載の過給機用のコンプレッサハウジング。
3. 上記保持部は、上記収容部の内周面に沿ってリング状に形成されるとともに上記収容部に軸方向に沿って圧入されたリング状部材を含み、
   上記収容部は、上記リング状部材の圧入方向前側面に対向する対向面を有し、上記圧入方向前側面と上記対向面との間に空間部が形成されており、
   上記滑り部材は径方向外側に突出した鍔部を有し、
   該鍔部は上記空間部に遊嵌されている、請求項１又は２に記載の過給機用のコンプレッサハウジング。
4. 上記滑り部材は、上記シュラウド面の一部を形成するとともに上記保持部に回転可能に保持された第１滑り部材と、上記シュラウド面の他の部分を形成するとともに上記収容部内における上記第１滑り部材よりも吸気側と反対側の位置に固定されて上記第１滑り部材が吸気側と反対側に移動することを規制する第２滑り部材とを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の過給機用のコンプレッサハウジング。
5. 上記第１滑り部材と上記第２滑り部材との間には上記シュラウド面に開口したスリットが形成されており、該スリットから上記第１滑り部材と上記収容部の内周面との間の空間を介して上記第１滑り部材の吸気側に吸気を戻す還流通路が形成されている、請求項４に記載の過給機用のコンプレッサハウジング。

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