JP4028923B2

JP4028923B2 - Turbocharger with sliding member

Info

Publication number: JP4028923B2
Application number: JP34029397A
Authority: JP
Inventors: 正三清水; 清彦江原
Original assignee: 株式会社協立; 正三清水; 清彦江原
Priority date: 1997-12-10
Filing date: 1997-12-10
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2017-12-10
Also published as: JPH11173153A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新気等を圧縮するターボチャージャに関し、特に、コンプレッサインペラ上流の新気通路とコンプレッサハウジングのシュラウド部に形成された吸排出口とを連通するバイパス通路を備えたターボチャージャに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の内燃機関では、より多くの混合気を燃焼させ、機関出力を向上させることを目的として、排気エネルギを利用して新気を圧縮するターボチャージャが用いられている。
【０００３】
このようなターボチャージャとしては、タービンハウジングと、このタービンハウジングに回転自在に内装されるタービンホイールと、前記タービンハウジングに連結されるコンプレッサハウジングと、このコンプレッサハウジングに回転自在に内装されるとともに前記タービンホイールと同軸的に連結されるコンプレッサインペラと、前記コンプレッサインペラへ新気を導く新気通路と、前記コンプレッサインペラに対向する前記コンプレッサハウジング壁面の一部に形成される第１吸排出口と、前記コンプレッサインペラより上流の前記新気通路に臨む第２吸排出口と、前記第１及び第２吸排出口を連通するバイパス通路とを備えたターボチャージャが知られている。
【０００４】
このようなターボチャージャでは、内燃機関の高回転運転時等のように内燃機関が吸入可能な空気量が増加した場合に、前記新気通路内の新気の一部が第２吸排出口を介してバイパス通路へ流れ、次いで第２吸排出口からコンプレッサインペラへ向けて排出されるので、コンプレッサインペラから圧送される空気量は、新気通路を介してコンプレッサインペラへ供給された新気と、バイパス通路を介してコンプレッサインペラへ供給された新気とを加算した量となる。この場合、内燃機関に供給される圧縮空気の量が増加するため、チョーキングが抑制される。
【０００５】
一方、内燃機関の低回転運転時等のように内燃機関が吸入可能な空気量が減少した場合は、前記ターボチャージャでは、シュラウド部近傍の新気の圧力が増加するため、シュラウド部近傍の新気の一部が第１吸排出口を介してバイパス通路へと流れ、次いで第２吸排出口からコンプレッサインペラ上流の新気通路に再循環される。この場合、コンプレッサハウジング内の圧力の過剰な上昇が抑制されるため、サージングが抑制される。
【０００６】
ここで、コンプレッサインペラは、その縁部がコンプレッサハウンジングの壁面に沿うように形成されたブレードを複数備えており、これらブレードとコンプレッサハウンジングのシュラウド部とは、コンプレッサインペラの回転時に接触しないよう構成する必要がある。これは、コンプレッサハウンジングとコンプレッサインペラが接触すると、両者の接触による摩擦熱が発生し、コンプレッサハウンジングやコンプレッサインペラが破損する虞があるからである。
【０００７】
しかし、コンプレッサハウジングとコンプレッサインペラとの隙間が大きくなると、その隙間から新気が漏れて旋回流を生じ、新気を効率良く内燃機関に圧送することができなくなる。特に、内燃機関の機関回転数が低い領域では、十分な排圧が得られず、タービンホイールの回転力が小さくなるので、コンプレッサハウンジング内において新気を十分に圧縮することができないという問題を生じる。
【０００８】
従って、ターボチャージャにおける新気の圧縮効率を向上させるには、コンプレッサハウジングとコンプレッサインペラとの隙間を極力小さくし、新気の漏れを防止する必要がある。
【０００９】
このような要求に対し、コンプレッサハウジングとコンプレッサインペラとの接触を許容することで、コンプレッサハウジングとコンプレッサインペラとのクリアランスを極限まで減少させ、新気の圧縮効率を向上させる技術も開発されている。
【００１０】
例えば、コンプレッサインペラとコンプレッサハウジングとの隙間を減少させることを目的として、コンプレッサインペラのブレード縁部に対向するコンプレッサハウンジング側壁面（シュラウド部）に、アルミやポリエステル樹脂等を混合させた粉末を溶射し、削られ易い皮膜を形成する、いわゆるアブレーダブル溶射を施し、これにより形成された皮膜でコンプレッサハウンジングとコンプレッサインペラとの隙間を減少させたアブレーダブルターボチャージャが知られている。
【００１１】
このようなアブレーダブルターボチャージャによれば、コンプレッサハウジングとコンプレッサインペラの耐久性を犠牲にすることなく、圧縮効率を向上させることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したようなアブレーダブルターボチャージャでは、皮膜の原料となるアルミやポリエステル樹脂を混合させた粉末が高価であるとともに、溶射の加工管理が難しいため加工費用が高価になるという問題がある。
【００１３】
本発明は前記した問題点に鑑みてなされたものであり、圧縮空気のサージングやチョーキングを抑制すべく、コンプレッサインペラ上流の新気通路とコンプレッサハウジングのシュラウド部に形成された吸排出口とを連通するバイパス通路を備えたターボチャージャであって、コンプレッサハウジングやコンプレッサインペラ等の耐久性を犠牲にすることなく高い圧縮効率を得られるターボチャージャを安価に提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を採用した。すなわち、本発明にかかる滑り部材付きターボチャージャは、タービンハウジング内に回転自在に支持されるタービンホイールと、前記タービンハウジングに連結されるコンプレッサハウジングと、前記コンプレッサハウジング内に回転自在に支持されるとともに前記タービンホイールと同軸的に連結されるコンプレッサインペラと、前記コンプレッサインペラへ新気を導く新気通路と、前記コンプレッサインペラに対向する前記コンプレッサハウジング壁面の一部に形成される第１吸排出口と、前記コンプレッサインペラより上流の新気通路に臨む第２吸排出口と、前記第１及び第２吸排出口を連通させるバイパス通路と、を備えたターボチャージャであり、
前記コンプレッサインペラの新気の流入口から流出口にかけての外縁長さLに対し、１／２・L以内の範囲で前記コンプレッサハウジング壁面に溝を形成し、この溝に、前記コンプレッサインペラに接触する寸前までコンプレッサインペラとの対向面を連続して突出させた滑り部材を装着して、この滑り部材とコンプレッサインペラ外縁との隙間を極力小さくしたことを特徴とする。
【００１５】
このように構成された滑り部材付きターボチャージャでは、コンプレッサインペラの外縁と対向するコンプレッサハウジングの内壁に溝を設けるとともに、この溝にコンプレッサインペラと接触する寸前まで突出させた滑り部材を装着することで、コンプレッサハウジングとコンプレッサインペラとのクリアランスを限りなく小さくできる。
【００１６】
そして、コンプレッサインペラの回転時に、コンプレッサインペラと滑り部材とが接触しても、滑り部材の摩擦抵抗が小さいので、摩擦熱が発生せず、コンプレッサインペラが破損することがない。
上記したような滑り部材付きターボチャージャは、シュラウド部の溝に滑り部材を装着するだけでよいので、簡単に製造することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかるターボチャージャの実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００１８】
（１）最初に、ターボチャージャ３０の動作原理を簡単に説明する。ターボチャージャ３０は、通常、図１に示すように、排圧を回転力に変換するタービンホイール３１と、このタービンホイール３１とローターシャフト３５を介して連結されたコンプレッサインペラ３６とによって形成される。そして、これらの部材は、それぞれハウジングによって覆われている。
【００１９】
そして、ターボチャージャ３０は、排気入口３２から流入した排気の排圧によってタービンホイール３１が回転し、エネルギ変換が行われた排気は排気出口３３から排出される。
【００２０】
前記タービンホイール３１の回転力は、ローターシャフト３５を介してコンプレッサインペラ３６に伝わり、新気入口３７から取り入れた新気は、コンプレッサインペラ３６に設けた複数のブレードの間の流路を通り、圧縮されつつ内燃機関へと圧送される。
【００２１】
尚、前記ターボチャージャ３０は、ターボチャージャ３０から内燃機関へ供給される新気の圧力（過給圧）が所定値を越えた場合に、アクチュエータ３４がウエイストゲートバルブ３９を開弁させ、タービンホイール３１より上流の排気をタービンホイール３１の下流へバイパスさせ、タービンホイール３１にかかる排圧を調節することができるようになっている。
【００２２】
（２）次に、本発明にかかる滑り部材付きターボチャージャの実施の形態について図２〜４に基づいて説明する。
この滑り部材付きターボチャージャ１は、図２、３に示すように、内燃機関からの排気を取り入れる排気入口２と、排気を排出する排気出口５と、排気入口２の近傍に配置された排気バイパス６とが形成されるとともに、前記排気入口２から流入した排気の圧力により回転駆動されるタービンホイール３を内装するタービンハウジング４を備えている。
【００２３】
そして、前記ターボチャージャー１は、新気を圧縮するためのコンプレッサインペラ８を回転自在に内装するとともに、新気を取り入れるための新気入口７と、この新気入口７から取り入れられた新気を前記コンプレッサインペラ８へ導く新気通路２３と、前記コンプレッサインペラ８により圧縮された新気を排出するための新気出口１０とが形成されるコンプレッサハウジング９を備えている。
【００２４】
前記タービンハウジング４と前記コンプレッサハウジング９は、連結部材１７により連結され、この連結部材１７は、前記タービンホイール３と前記コンプレッサインペラ８とを同軸的に連結するロータシャフト１１を回転自在に支持している。さらに、前記連結部材１７には、前記ロータシャフト１１の軸受部に潤滑油を供給する潤滑油通路１２が形成される。
【００２５】
次に、タービンホイール３とコンプレッサインペラ８の表面には、複数のブレード１３Ａ、１３Ｂが設けられ、タービンホイール３のブレード１３Ｂは、後端から先端にかけて湾曲した形状を有する。一方、コンプレッサインペラ８のブレード１３Ａは、通常は流線の長さが異なる長インペラ１３Ａと短インペラ１３Ａをそれぞれ交互に配置して形成する。
【００２６】
ここで、流線の長さとは、コンプレッサインペラ８の新気の流入口から流出口にかけた外縁長さをいい、シュラウド長さともいう。尚、コンプレッサインペラ８の外縁部を一般的にコンプレッサインペラシュラウド部といい、このコンプレッサインペラシュラウド部に対向するコンプレッサハウジング９の壁面をシュラウド部１６という。
【００２７】
ところで、ブレード１３Ａの材質は、一般的にアルミを用いるが、タービンホイール３に設けたインペラ１３Ｂは比重の大きい耐熱鋼が用いられる。また、耐熱鋼の代わりに耐熱性が良く比重の小さいセラミックを用いることもある。
【００２８】
次に、コンプレッサハウンジング９のシュラウド部１６には、図４に示すように、周方向に環状の溝１４が設けられ、この溝１４には、ブレード１３Ａと接触する寸前まで突出するよう滑り部材１５が装着されている。
【００２９】
前記滑り部材１５をコンプレッサハウジング９に装着する際、図５〜図６に示すように、筒状の滑り部材１５の外壁に周方向に沿う溝１５ａを形成し、この溝１５ａにＣ型リング２２を嵌着する。続いて、前記コンプレッサハウンジング９のシュラウド部１６には、前記Ｃ型リング２２が嵌合する環状の凹部１４ａを有する溝１４を形成する。そして、前記Ｃ型リング２２が嵌着された滑り部材１５を前記溝１４に挿入する。
【００３０】
その際、前記滑り部材１５は、軸方向の長さが前記溝１４の軸方向の長さと略同一になるよう形成するとともに、内周面１５ｂがコンプレッサインペラ８のブレード１３Ａの縁部と略同一形状で、且つ前記シュラウド部１６より突出するよう形成されるものとする。
【００３１】
このような装着方法によれば、滑り部材１５は、前記Ｃ型リング２２を介して前記溝１４の段部に係止されるので、前記溝１４から抜け落ちることがなく、さらに接着剤を併用すればより一層抜け落ち難くなる。
【００３２】
また、上記した滑り部材１５を形成する方法としては、図７に示すように、Ｃ型リング２２が外嵌された筒体を、シュラウド部１６の溝１４に挿入した後に、前記シュラウド部１６より突出した部位を切削加工して、コンプレッサインペラ８のブレード１３Ａの縁部と略同一形状をなすように形成する方法を例示することができる。この場合、前記滑り部材１５の内壁面は、前記シュラウド部１６よりも若干突出するように形成し、滑り部材１５とコンプレッサインペラ８のブレード１３Ａとのクリアランスが、前記シュラウド部１６と前記ブレード１３Ａとのクリアランスよりも狭くなるようにする。
【００３３】
前記溝１４を設ける範囲は、コンプレッサインペラ８の新気の流入口から流出口にかけた外縁長さＬに対して１／２・Ｌ以内とし、さらに、流出口からこの長さ１／２・Ｌまでとする。
【００３４】
ところで、新気の圧力は、流出口から１／２・Ｌまでの範囲で上昇し、この範囲のクリアランスを十分小さくすれば、ターボチャージャの効率を高めることができる。これとは逆にこの範囲にクリアランスがあるとこの隙間から新気が漏れ、旋回流が生じてターボチャージャの効率を低下させる。
【００３５】
ここで、滑り部材を装着する溝１４を流出口から１／２・Ｌまでにした理由は、圧力が上昇する範囲での新気の漏れを防止すれば十分だからである。
さらに、ブレードの新気の流入側の見かけのクリアランスは、流出側に比較して小さい。このことからコンプレッサインペラ８が十分な回転速度を得るまでの間、コンプレッサインペラ８と滑り部材１５との接触する割合が流入側の方が多くなる。さらに、新気の流出側に比較して流入側は、ブレード１３Ａが薄く、剛性が低いため、接触等による疲労によりブレード１３Ａが破損する可能性がある。
【００３６】
つまり、ブレード１３Ａと滑り部材１５とが接触すると接触面での摩擦力によってコンプレッサインペラ８の回転速度が減衰するとともに、ブレード１３Ａが破損する虞があることから、コンプレッサインペラ８の回転速度を減衰させず、且つ、ブレード１３Ａの破損を防止しつつ、クリアランスを可能な限りゼロにして新気を逃がさずに圧送するという相反する要求を満たすため、流出口から１／２・Ｌまでの範囲に溝１４を形成することが好ましい。
【００３７】
この場合、滑り部材付きターボチャージャ１は、コンプレッサハウジング９とブレード１３Ａとの間の空隙から新気を逃がすことなく内燃機関に新気を圧送することができ、内燃機関の機関回転数が低い領域でも加速性能を向上させることができる。
【００３８】
前記滑り部材１５は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥという）を約５０％（重量）と合成雲母を約５０％（重量）を化学的に結合した樹脂、いわゆるフルオロシント５００で形成される。
【００３９】
フルオロシント５００は、高温においての荷重変形がフッ素樹脂にくらべて非常に少なく、熱的寸法安定性は、アルミニウムに近い。また、線形膨張係数がＰＴＦＥの５分の１であることからはめ合いやクリアランスを考慮に入れなくても良い。
【００４０】
さらに、フルオロシント５００は、極低温から２６０℃までの温度範囲で使用可能であり、温度サイクル中や熱衝撃を与えた後でも、約３４３℃で形状安定性を維持する。さらに、フルオロシント５００の水蒸気の非透過性等の耐薬品性は、テフロンに匹敵する。
【００４１】
また、フルオロシント５００は、ＰＴＦＥの摩擦特性を維持しつつ硬さでは摩擦特性が改良されたＰＴＦＥの３分の１である。フルオロシント５００は、摩擦係数及び摩擦速度が低いという特性を有し、金属材料を磨耗させない。フルオロシント５００の電気的性能は、未充填ＰＴＦＥとほぼ同等である。
【００４２】
ここで図４に戻り、前記コンプレッサハウジング９の内壁面には、前記滑り部材１５が装着されていないシュラウド部１６から新気入口７にかけて筒状のガイド２１が装着される。
【００４３】
その際、前記コンプレッサハウジング９の内壁面には、径の異なる２つの溝２４ａ、２４ｂを連接してなる溝２４を形成する。前記２つの溝２４ａ、２４ｂのうち新気入口７側の溝２４ａの径は、シュラウド１６側の溝２４ｂより径大とし、シュラウド１６側の溝２４ｂの径は、前記溝１４より径小とする。
【００４４】
これに対応して、ガイド２１の外径も、新気入口７側の外径がシュラウド部１６側の外径より径大となり、新気入口７側の外径が前記溝２４ａの内径と略同径となるよう形成されるが、シュラウド部１６側のガイド２１の外径は、前記溝２４ｂよりも径小となるよう形成される。さらに、前記ガイド２１の新気入口７側の軸方向の長さは、前記溝２４ａの軸方向の長さと同一となるよう形成されるが、シュラウド部１６側の軸方向の長さは、前記溝２４より短くなるよう形成される。
【００４５】
このように形成されたガイド２１は、新気入口７側のガイド２１が前記溝２４ａ及び前記溝２４ｂの段差に当接するよう、新気入口７側から前記溝２４に挿入される。このとき、前記ガイド２１のシュラウド部１６側の端部と前記滑り部材１５との間には、環状の溝１８が形成され、前記ガイド２１のシュラウド部１６側の外周面と前記溝２４ｂの内周面との間には、断面環状の空間２０が形成される。
【００４６】
前記溝１８は、本発明にかかる第１吸排出口に相当し（以下、第１吸排出口１８と称する）、前記空間２０は、本発明にかかるバイパス通路に相当する（以下、バイパス通路２０と称する）。
【００４７】
続いて、シュラウド部１６側のガイド２１には、前記バイパス通路２０と前記新気通路２３とを連通すべく、第２吸排出口１９が形成される。
上記した第１及び第２吸排出口１８、１９とバイパス通路２０によれば、内燃機関の高回転運転時等のように内燃機関が吸入可能な空気量が増加した場合に、前記新気通路２３内の新気の一部が第２吸排出口１９からバイパス通路２０へと流れ、次いで第１吸排出口からコンプレッサインペラ８のシュラウド部へ向けて排出されるので、コンプレッサインペラ８から圧送される空気量が増加し、チョーキングが抑制される。
【００４８】
一方、内燃機関の低回転運転時等のように内燃機関が吸入可能な空気量が減少した場合は、コンプレッサインペラ８より下流に位置する圧縮空気の圧力が上昇するため、コンプレッサインペラ８近傍の新気の一部が第１吸排出口１８からバイパス通路２０へ流れ、次いで第２吸排出口から新気通路２３へ戻され、圧縮空気の過剰な昇圧が防止され、サージングが抑制される。
【００４９】
以上述べた実施の形態によれば、サージングやチョーキングを防止すべくバイパス通路が設けられたターボチャージャにおいて、コンプレッサハウジングのシュラウドに滑り部材を設けることにより、コンプレッサハウジングとコンプレッサインペラとのクリアランスを限りなく小さくすることができ、低回転時における圧縮効率を向上させることができる。
【００５０】
さらに、前記滑り部材をフルオロシント５００等の樹脂で形成することにより、ターボチャージャに係るコストを低減させることができる。
また、滑り部材とガイドとを組み合わせて第１及び第２吸排出口やバイパス通路を形成することにより、タービンハウジングに複雑な加工を施す必要がない。
【００５１】
尚、本実施の形態にかかる滑り部材付きターボチャージャは、温度上昇した給気を熱交換機で冷却するインタクーラ付きターボチャージャや給気圧力、排気圧力が過大になるのを防止するウエイストゲート付きターボチャージャ、または過給機の排気タービン入口面積を可変にする可変ターボチャージャ若しくはタービン材料としてセラミックを用いるセラミックターボチャージャとして用いることができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、サージングやチョーキングを防止するためのバイパス通路を備えたターボチャージャにおいて、コンプレッサハウジングに滑り部材を設けることで、コンプレッサハウジングとコンプレッサインペラとのクリアランスを可能な限り小さくすることができるので、新気の漏れによる効率のロスがなく、ターボチャージャの低速域での加速応答性向上を図ることができる。
【００５３】
さらに、滑り部材がコンプレッサインペラのブレードと接触しても、コンプレッサインペラのブレードの磨耗を防止することができ、長時間の使用に耐えることができる。また、摩擦による熱の発生と回転速度の低下をも防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ターボチャージャの動作原理図
【図２】本実施の形態に係るターボチャージャの分解斜視図
【図３】本実施の形態に係るターボチャージャの断面図
【図４】本実施の形態に係るコンプレッサハウジングの拡大図
【図５】（ａ）は滑り部材の側面図、（ｂ）は滑り部材の平面図
【図６】Ｃ型リングの斜視図
【図７】滑り部材の製造方法を説明する図
【符号の説明】
１・・・滑り部材付きターボチャージャ
３・・・タービンホイール
４・・・タービンハウジング
８・・・コンプレッサインペラ
９・・・コンプレッサハウジング
１１・・・ローターシャフト
１３Ａ・・・ブレード
１３Ｂ・・・ブレード
１４・・・溝
１４ａ・・・凹部
１５・・・滑り部材
１５ａ・・・溝
１５ｂ・・・内周面
１６・・・シュラウド部
１８・・・第１吸排出口
１９・・・第２吸排出口
２０・・・バイパス通路
２１・・・ガイド
２２・・・Ｃ型リング
２３・・・新気通路
２４・・・溝[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a turbocharger that compresses fresh air and the like, and more particularly, to a turbocharger that includes a bypass passage that communicates a fresh air passage upstream of a compressor impeller and an intake / exhaust port formed in a shroud portion of a compressor housing.
[0002]
[Prior art]
In an internal combustion engine such as an automobile, a turbocharger that compresses fresh air using exhaust energy is used for the purpose of combusting more air-fuel mixture and improving engine output.
[0003]
Such a turbocharger includes a turbine housing, a turbine wheel rotatably mounted in the turbine housing, a compressor housing coupled to the turbine housing, and a turbine housing rotatably mounted in the compressor housing and the turbine. A compressor impeller that is coaxially connected to a wheel, a fresh air passage that guides fresh air to the compressor impeller, a first intake / exhaust port formed in a part of the wall surface of the compressor housing that faces the compressor impeller, and the compressor There is known a turbocharger including a second intake / exhaust port that faces the fresh air passage upstream from the impeller, and a bypass passage that communicates the first and second intake / exhaust ports.
[0004]
In such a turbocharger, when the amount of air that can be drawn into the internal combustion engine increases, such as during high-speed operation of the internal combustion engine, a part of the fresh air in the fresh air passage passes through the second intake / exhaust port. Flow into the bypass passage, and then discharged from the second intake / exhaust port toward the compressor impeller, the amount of air pumped from the compressor impeller is reduced by the fresh air supplied to the compressor impeller via the fresh air passage and the bypass passage. This is the sum of fresh air supplied to the compressor impeller via. In this case, since the amount of compressed air supplied to the internal combustion engine increases, choking is suppressed.
[0005]
On the other hand, when the amount of air that can be taken in by the internal combustion engine decreases, such as during low-speed operation of the internal combustion engine, the turbocharger increases the pressure of fresh air near the shroud portion. Part of the air flows to the bypass passage through the first intake / exhaust port, and then is recirculated from the second intake / exhaust port to the fresh air passage upstream of the compressor impeller. In this case, since an excessive increase in the pressure in the compressor housing is suppressed, surging is suppressed.
[0006]
Here, the compressor impeller includes a plurality of blades whose edges are formed along the wall surface of the compressor housing, so that the blade and the shroud portion of the compressor housing do not come into contact with each other when the compressor impeller rotates. Must be configured. This is because when the compressor housing and the compressor impeller come into contact with each other, frictional heat is generated due to the contact between the two and the compressor housing or the compressor impeller may be damaged.
[0007]
However, when the gap between the compressor housing and the compressor impeller becomes large, fresh air leaks from the gap to generate a swirling flow, and the fresh air cannot be efficiently pumped to the internal combustion engine. In particular, in a region where the engine speed of the internal combustion engine is low, sufficient exhaust pressure cannot be obtained, and the rotational force of the turbine wheel becomes small, so that the fresh air cannot be sufficiently compressed in the compressor housing. Arise.
[0008]
Therefore, in order to improve the compression efficiency of fresh air in the turbocharger, it is necessary to make the gap between the compressor housing and the compressor impeller as small as possible to prevent the leakage of fresh air.
[0009]
In response to such demands, a technique for reducing the clearance between the compressor housing and the compressor impeller as much as possible by allowing contact between the compressor housing and the compressor impeller has been developed.
[0010]
For example, for the purpose of reducing the gap between the compressor impeller and the compressor housing, powder mixed with aluminum or polyester resin is sprayed on the compressor housing side wall surface (shroud portion) facing the blade edge of the compressor impeller. In addition, there is known an abradable turbocharger in which a so-called abradable spray is formed to form a film that is easily cut, and the gap formed between the compressor housing and the compressor impeller is reduced by the film formed thereby.
[0011]
According to such an abradable turbocharger, the compression efficiency can be improved without sacrificing the durability of the compressor housing and the compressor impeller.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the abradable turbocharger as described above, there is a problem that powder mixed with aluminum or polyester resin which is a raw material of the film is expensive and processing cost is high because it is difficult to manage the process of spraying. .
[0013]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and communicates a fresh air passage upstream of a compressor impeller and an intake / exhaust port formed in a shroud portion of a compressor housing in order to suppress surging and choking of compressed air. An object of the present invention is to provide a turbocharger provided with a bypass passage at a low cost, which can obtain high compression efficiency without sacrificing durability of a compressor housing, a compressor impeller, and the like.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems. That is, a turbocharger with a sliding member according to the present invention is a turbine wheel rotatably supported in a turbine housing, a compressor housing connected to the turbine housing, and rotatably supported in the compressor housing. A compressor impeller that is coaxially connected to the turbine wheel, a fresh air passage that guides fresh air to the compressor impeller, and a first intake / exhaust port formed in a part of the wall surface of the compressor housing that faces the compressor impeller; A turbocharger comprising: a second intake / exhaust port facing a fresh air passage upstream from the compressor impeller; and a bypass passage communicating the first and second intake / exhaust ports;
A groove is formed on the wall surface of the compressor housing within a range of 1/2 · L with respect to the outer edge length L from the fresh air inlet to the outlet of the compressor impeller, and the groove is in contact with the compressor impeller. A sliding member having a surface that faces the compressor impeller continuously protruding to the immediate front is mounted, and the gap between the sliding member and the outer edge of the compressor impeller is minimized .
[0015]
In the turbocharger with a sliding member configured as described above, a groove is provided on the inner wall of the compressor housing that faces the outer edge of the compressor impeller, and a sliding member that protrudes just before contacting the compressor impeller is attached to the groove. The clearance between the compressor housing and the compressor impeller can be reduced as much as possible.
[0016]
Even when the compressor impeller and the sliding member come into contact with each other during rotation of the compressor impeller, the frictional resistance of the sliding member is small, so that no frictional heat is generated and the compressor impeller is not damaged.
The turbocharger with the sliding member as described above can be easily manufactured because it is only necessary to mount the sliding member in the groove of the shroud portion.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a turbocharger according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0018]
(1) First, the operating principle of the turbocharger 30 will be briefly described. As shown in FIG. 1, the turbocharger 30 is generally formed by a turbine wheel 31 that converts exhaust pressure into rotational force, and a compressor impeller 36 that is connected to the turbine wheel 31 via a rotor shaft 35. These members are each covered with a housing.
[0019]
In the turbocharger 30, the turbine wheel 31 is rotated by the exhaust pressure of the exhaust gas flowing from the exhaust inlet 32, and the exhaust gas subjected to energy conversion is discharged from the exhaust outlet 33.
[0020]
The rotational force of the turbine wheel 31 is transmitted to the compressor impeller 36 via the rotor shaft 35, and the fresh air taken in from the fresh air inlet 37 passes through the flow path between the plurality of blades provided in the compressor impeller 36 and is compressed. Then, it is pumped to the internal combustion engine.
[0021]
The turbocharger 30 causes the actuator 34 to open the waste gate valve 39 when the pressure (supercharging pressure) of fresh air supplied from the turbocharger 30 to the internal combustion engine exceeds a predetermined value, and the turbine wheel The exhaust gas upstream of the engine 31 is bypassed downstream of the turbine wheel 31 so that the exhaust pressure applied to the turbine wheel 31 can be adjusted.
[0022]
(2) Next, an embodiment of a turbocharger with a sliding member according to the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 2 and 3, the turbocharger 1 with a sliding member includes an exhaust inlet 2 for taking in exhaust from the internal combustion engine, an exhaust outlet 5 for discharging exhaust, and an exhaust bypass disposed in the vicinity of the exhaust inlet 2. 6 and a turbine housing 4 that houses a turbine wheel 3 that is rotationally driven by the pressure of the exhaust gas flowing in from the exhaust inlet 2.
[0023]
The turbocharger 1 is provided with a compressor impeller 8 for compressing fresh air so as to be freely rotatable, a fresh air inlet 7 for taking in fresh air, and fresh air taken in from the fresh air inlet 7. The compressor housing 9 is formed with a fresh air passage 23 that leads to the compressor impeller 8 and a fresh air outlet 10 that discharges fresh air compressed by the compressor impeller 8.
[0024]
The turbine housing 4 and the compressor housing 9 are connected by a connecting member 17, and the connecting member 17 rotatably supports a rotor shaft 11 that coaxially connects the turbine wheel 3 and the compressor impeller 8. Yes. Further, the connecting member 17 is formed with a lubricating oil passage 12 for supplying lubricating oil to the bearing portion of the rotor shaft 11.
[0025]
Next, a plurality of blades 13A and 13B are provided on the surfaces of the turbine wheel 3 and the compressor impeller 8, and the blade 13B of the turbine wheel 3 has a curved shape from the rear end to the front end. On the other hand, the blade 13A of the compressor impeller 8 is usually formed by alternately arranging long impellers 13A and short impellers 13A having different streamline lengths.
[0026]
Here, the length of the streamline means the outer edge length from the fresh air inlet to the outlet of the compressor impeller 8 and is also called the shroud length. The outer edge portion of the compressor impeller 8 is generally called a compressor impeller shroud portion, and the wall surface of the compressor housing 9 facing the compressor impeller shroud portion is called a shroud portion 16.
[0027]
By the way, the blade 13A is generally made of aluminum, but the impeller 13B provided on the turbine wheel 3 is made of heat-resistant steel having a large specific gravity. Further, instead of heat resistant steel, a ceramic having good heat resistance and low specific gravity may be used.
[0028]
Next, as shown in FIG. 4, the shroud portion 16 of the compressor housing 9 is provided with an annular groove 14 in the circumferential direction, and the sliding member projects to the groove 14 just before contacting the blade 13A. 15 is installed.
[0029]
When the sliding member 15 is attached to the compressor housing 9, as shown in FIGS. 5 to 6, a groove 15a along the circumferential direction is formed on the outer wall of the cylindrical sliding member 15, and a C-shaped ring 22 is formed in the groove 15a. To fit. Subsequently, the shroud portion 16 of the compressor housing 9 is formed with a groove 14 having an annular recess 14a into which the C-shaped ring 22 is fitted. Then, the sliding member 15 fitted with the C-shaped ring 22 is inserted into the groove 14.
[0030]
At that time, the sliding member 15 is formed so that the axial length is substantially the same as the axial length of the groove 14, and the inner peripheral surface 15 b is substantially the same as the edge of the blade 13 </ b> A of the compressor impeller 8. The shape is formed so as to protrude from the shroud portion 16.
[0031]
According to such a mounting method, the sliding member 15 is locked to the step portion of the groove 14 via the C-shaped ring 22, so that it does not fall out of the groove 14, and an adhesive is used together. It will be even more difficult to drop off.
[0032]
Further, as a method of forming the above-described sliding member 15, as shown in FIG. 7, after inserting the cylindrical body with the C-shaped ring 22 fitted into the groove 14 of the shroud portion 16, the shroud portion 16 A method of cutting the projecting portion to form an approximately same shape as the edge of the blade 13A of the compressor impeller 8 can be exemplified. In this case, the inner wall surface of the sliding member 15 is formed so as to protrude slightly from the shroud portion 16, and the clearance between the sliding member 15 and the blade 13A of the compressor impeller 8 is such that the shroud portion 16 and the blade 13A Narrower than the clearance.
[0033]
The range in which the groove 14 is provided is within ½ · L with respect to the outer edge length L from the fresh air inlet to the outlet of the compressor impeller 8, and this length ½ · L from the outlet. Up to.
[0034]
By the way, the pressure of fresh air rises in the range of 1/2 · L from the outlet, and if the clearance in this range is made sufficiently small, the efficiency of the turbocharger can be increased. On the contrary, if there is a clearance in this range, fresh air leaks from this gap, and a swirling flow is generated, reducing the efficiency of the turbocharger.
[0035]
Here, the reason why the groove 14 for mounting the sliding member is set to 1/2 · L from the outlet is that it is sufficient to prevent leakage of fresh air in a range where the pressure increases.
Furthermore, the apparent clearance on the inflow side of fresh air of the blade is smaller than that on the outflow side. From this, until the compressor impeller 8 obtains a sufficient rotational speed, the ratio of contact between the compressor impeller 8 and the sliding member 15 increases on the inflow side. Furthermore, since the blade 13A is thinner and less rigid on the inflow side than on the outflow side of fresh air, the blade 13A may be damaged by fatigue due to contact or the like.
[0036]
That is, when the blade 13A and the sliding member 15 come into contact with each other, the rotational speed of the compressor impeller 8 is attenuated by the frictional force on the contact surface, and the blade 13A may be damaged. Therefore, the rotational speed of the compressor impeller 8 is attenuated. In addition, in order to satisfy the conflicting requirement of pressure-feeding without letting out fresh air with zero clearance as much as possible while preventing damage to the blade 13A, there is a groove in the range from the outlet to 1/2 · L. 14 is preferably formed.
[0037]
In this case, the turbocharger 1 with a sliding member can pump fresh air to the internal combustion engine without letting fresh air escape from the gap between the compressor housing 9 and the blade 13A, and the engine speed of the internal combustion engine is low. But acceleration performance can be improved.
[0038]
The sliding member 15 is formed of, for example, a resin in which about 50% (weight) of polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as PTFE) and about 50% (weight) of synthetic mica are chemically bonded, so-called fluorosint 500. The
[0039]
Fluorosint 500 has very little load deformation at high temperatures compared to fluororesin, and its thermal dimensional stability is close to that of aluminum. In addition, since the linear expansion coefficient is 1/5 of PTFE, it is not necessary to take the fit and clearance into consideration.
[0040]
Furthermore, the fluorocint 500 can be used in a temperature range from a very low temperature to 260 ° C., and maintains its shape stability at about 343 ° C. even during a temperature cycle or after a thermal shock. Furthermore, the chemical resistance such as the impermeability of water vapor of the fluorocint 500 is comparable to that of Teflon.
[0041]
Further, the fluorocint 500 is one third of PTFE whose friction characteristics are improved in hardness while maintaining the friction characteristics of PTFE. Fluorocint 500 has the characteristics that the coefficient of friction and the friction speed are low and does not wear the metal material. The electrical performance of Fluorosint 500 is approximately equivalent to unfilled PTFE.
[0042]
Returning to FIG. 4, a cylindrical guide 21 is mounted on the inner wall surface of the compressor housing 9 from the shroud portion 16 where the sliding member 15 is not mounted to the fresh air inlet 7.
[0043]
At this time, a groove 24 formed by connecting two grooves 24a and 24b having different diameters is formed on the inner wall surface of the compressor housing 9. Of the two grooves 24 a and 24 b, the diameter of the groove 24 a on the fresh air inlet 7 side is larger than the diameter of the groove 24 b on the shroud 16 side, and the diameter of the groove 24 b on the shroud 16 side is smaller than that of the groove 14. .
[0044]
Correspondingly, the outer diameter of the guide 21 is larger than the outer diameter on the shroud portion 16 side, and the outer diameter on the fresh air inlet 7 side is substantially equal to the inner diameter of the groove 24a. Although formed to have the same diameter, the outer diameter of the guide 21 on the shroud portion 16 side is formed to be smaller than that of the groove 24b. Further, the axial length of the guide 21 on the fresh air inlet 7 side is formed to be the same as the axial length of the groove 24a, but the axial length on the shroud portion 16 side is It is formed to be shorter than the groove 24.
[0045]
The guide 21 formed in this way is inserted into the groove 24 from the fresh air inlet 7 side so that the guide 21 on the fresh air inlet 7 side comes into contact with the step of the groove 24a and the groove 24b. At this time, an annular groove 18 is formed between the end portion of the guide 21 on the shroud portion 16 side and the sliding member 15, and the outer peripheral surface of the guide 21 on the shroud portion 16 side and the inner surface of the groove 24b. A space 20 having an annular cross section is formed between the peripheral surface and the peripheral surface.
[0046]
The groove 18 corresponds to a first suction / discharge port according to the present invention (hereinafter referred to as a first suction / discharge port 18), and the space 20 corresponds to a bypass passage according to the present invention (hereinafter referred to as a bypass passage 20). ).
[0047]
Subsequently, a second intake / exhaust port 19 is formed in the guide 21 on the shroud portion 16 side so as to communicate the bypass passage 20 and the fresh air passage 23.
According to the first and second intake / exhaust ports 18 and 19 and the bypass passage 20 described above, when the amount of air that can be sucked into the internal combustion engine increases, such as during high-speed operation of the internal combustion engine, the fresh air passage 23. A part of the fresh air flows from the second intake / exhaust port 19 to the bypass passage 20 and is then discharged from the first intake / exhaust port toward the shroud portion of the compressor impeller 8. Increases and choking is suppressed.
[0048]
On the other hand, when the amount of air that can be sucked by the internal combustion engine, such as during low-speed operation of the internal combustion engine, decreases, the pressure of the compressed air located downstream from the compressor impeller 8 increases. Part of the air flows from the first intake / exhaust port 18 to the bypass passage 20 and then returns from the second intake / exhaust port to the fresh air passage 23 to prevent excessive pressurization of compressed air and suppress surging.
[0049]
According to the embodiment described above, in the turbocharger provided with the bypass passage to prevent surging or choking, the clearance between the compressor housing and the compressor impeller is reduced as much as possible by providing the sliding member on the shroud of the compressor housing. Therefore, the compression efficiency at the time of low rotation can be improved.
[0050]
Furthermore, the cost associated with the turbocharger can be reduced by forming the sliding member with a resin such as fluorocint 500.
Further, by forming the first and second intake / exhaust ports and the bypass passage by combining the sliding member and the guide, it is not necessary to perform complicated processing on the turbine housing.
[0051]
The turbocharger with a sliding member according to the present embodiment includes a turbocharger with an intercooler that cools the supply air whose temperature has risen with a heat exchanger, and a turbocharger with a wastegate that prevents excessive supply air pressure and exhaust pressure. Alternatively, it can be used as a variable turbocharger that makes the exhaust turbine inlet area of the supercharger variable or a ceramic turbocharger that uses ceramic as a turbine material.
[0052]
【The invention's effect】
According to the present invention, in the turbocharger provided with a bypass passage for preventing surging and choking, the clearance between the compressor housing and the compressor impeller can be made as small as possible by providing the sliding member on the compressor housing. Therefore, there is no loss of efficiency due to the leakage of fresh air, and the acceleration response in the low speed region of the turbocharger can be improved.
[0053]
Furthermore, even if the sliding member comes into contact with the blades of the compressor impeller, it is possible to prevent the blades of the compressor impeller from being worn and to withstand long-term use. Moreover, generation of heat due to friction and reduction in rotational speed can also be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an operation principle diagram of a turbocharger. FIG. 2 is an exploded perspective view of a turbocharger according to the present embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view of the turbocharger according to the present embodiment. FIG. 5A is a side view of the sliding member, FIG. 5B is a plan view of the sliding member, FIG. 6 is a perspective view of the C-shaped ring, and FIG. 7 illustrates a method for manufacturing the sliding member. Figure [Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Turbocharger with a sliding member 3 ... Turbine wheel 4 ... Turbine housing 8 ... Compressor impeller 9 ... Compressor housing 11 ... Rotor shaft 13A ... Blade 13B ... Blade 14 ... groove 14a ... recess 15 ... sliding member 15a ... groove 15b ... inner peripheral surface 16 ... shroud portion 18 ... first suction / discharge port 19 ... second suction / discharge port 20 ... Bypass passage 21 ... Guide 22 ... C-shaped ring 23 ... Fresh air passage 24 ... Groove

Claims

タービンハウジング内に回転自在に支持されるタービンホイールと、前記タービンハウジングに連結されるコンプレッサハウジングと、前記コンプレッサハウジング内に回転自在に支持されるとともに前記タービンホイールと同軸的に連結されるコンプレッサインペラと、前記コンプレッサインペラへ新気を導く新気通路と、前記コンプレッサインペラに対向する前記コンプレッサハウジング壁面の一部に形成される第１吸排出口と、前記コンプレッサインペラより上流の新気通路に臨む第２吸排出口と、前記第１及び第２吸排出口を連通させるバイパス通路と、を備えたターボチャージャであり、
前記コンプレッサインペラの新気の流入口から流出口にかけての外縁長さLに対し、１／２・L以内の範囲で前記コンプレッサハウジング壁面に溝を形成し、この溝に、前記コンプレッサインペラに接触する寸前までコンプレッサインペラとの対向面を連続して突出させた滑り部材を装着して、この滑り部材とコンプレッサインペラ外縁との隙間を極力小さくしたことを特徴とする滑り部材付きターボチャージャ。A turbine wheel rotatably supported in the turbine housing, a compressor housing coupled to the turbine housing, and a compressor impeller rotatably supported in the compressor housing and coaxially coupled to the turbine wheel; A fresh air passage for introducing fresh air to the compressor impeller, a first intake / discharge port formed in a part of the wall surface of the compressor housing facing the compressor impeller, and a second air passage facing the fresh air passage upstream of the compressor impeller. A turbocharger comprising an intake / exhaust port and a bypass passage communicating the first and second intake / exhaust ports;
A groove is formed on the wall of the compressor housing within a range of 1/2 · L with respect to the outer edge length L from the fresh air inlet to the outlet of the compressor impeller, and this groove contacts the compressor impeller. A turbocharger with a sliding member, characterized in that a sliding member having a surface that faces the compressor impeller continuously protruding to the front is mounted, and a gap between the sliding member and an outer edge of the compressor impeller is minimized .