JP5141262B2

JP5141262B2 - 過給機

Info

Publication number: JP5141262B2
Application number: JP2008012179A
Authority: JP
Inventors: 隆麻村野; 史典岩城
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2008-01-23
Filing date: 2008-01-23
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2028-01-23
Also published as: JP2009174358A

Description

本発明は、内燃機関の出力増大、燃焼効率の向上の為設けられる過給機に関するものである。

内燃機関の出力増大、燃焼効率の向上の為、過給機が設けられ、該過給機は、排気ガスのエネルギを利用して駆動されるタービンと、該タービンと同軸に設けられ圧縮した空気を内燃機関に給気するコンプレッサとを有する。

内燃機関の一層の出力増大、燃焼効率の向上の為、過給機に対してより高い圧力比が要求されるが、過給機の構造上から得られる圧力比には限界があった。

図８に於いて、従来の過給機について説明する。

過給機１は、回転軸２を共有するタービン３とコンプレッサ４によって構成されている。

前記回転軸２は軸受ハウジング５に軸受６を介して回転自在に支持され、前記回転軸２の一端にはタービン翼車７が設けられ、他端には例えばアルミ合金製のコンプレッサ翼車８が設けられている。

前記回転軸２と前記タービン翼車７とは一体物であり、又前記回転軸２の他端部が前記コンプレッサ翼車８を貫通している。前記回転軸２の他端部の突出する部分には螺子部９が形成され、該螺子部９にナット１１が螺着され、該ナット１１が締付けられることで前記コンプレッサ翼車８が前記回転軸２に固着される。

前記タービン翼車７は前記軸受ハウジング５に取付けられたタービンハウジング１２に収納され、前記コンプレッサ翼車８は前記軸受ハウジング５に取付けられたコンプレッサハウジング１３に収納されている。

前記タービン翼車７、前記タービンハウジング１２等によって前記タービン３が構成され、前記コンプレッサ翼車８、前記コンプレッサハウジング１３等によって前記コンプレッサ４が構成される。

前記タービンハウジング１２は排気ガス流入口１４、排気ガス流出口１５を有し、前記排気ガス流入口１４には内燃機関からの排気ガスが流入し、前記排気ガス流出口１５からは排気エネルギによって前記タービン翼車７を回転した後の排気ガスが排気される。

前記コンプレッサハウジング１３は、吸入口１６、吐出口１７を有し、前記コンプレッサ翼車８が前記回転軸２を介して前記タービン翼車７により回転されることで、前記吸入口１６より吸入した空気を圧縮し、前記吐出口１７より圧縮空気を内燃機関に給気する。

前記コンプレッサ４から給気する空気の圧力比を高くすることで、内燃機関の出力増大、燃焼効率の向上が図れる。又、圧力比を高くする為には、前記コンプレッサ翼車８をより高速で回転させる必要がある。

ところが、前記コンプレッサ翼車８が高速で回転すると、該コンプレッサ翼車８には大きな遠心力が作用する。特に、前記コンプレッサ翼車８の前記回転軸２が貫通する孔の前記コンプレッサ翼車８の最大径部位置Ｍに該当する個所には遠心力に起因する大きな応力が発生する。

図７は、前記コンプレッサ翼車８を回転させた場合に該コンプレッサ翼車８のディスク部８ａに発生する最大応力との比の分布を示したものであり、前記回転軸２が貫通する孔８ｃの前記コンプレッサ翼車８の最大径部８ｄに該当する個所の応力が最大となっていることが分かる。

この為、前記コンプレッサ翼車８の回転数は、前記最大径部８ｄに発生する応力が許容値以下であることに制約され、回転数を大きくして前記最大径部８ｄの応力が許容値を超えた場合は、前記コンプレッサ翼車８が破損する虞れがあった。

特開２００５−３０３８２号公報

特開２００５−３３０８１６号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、コンプレッサ翼車を高速回転した場合に遠心力による応力を低減させ、前記コンプレッサ翼車の高速回転を可能とし、圧力比の増大を図るものである。

本発明は、タービン翼車から延出する回転軸の先端にコンプレッサ翼車が設けられ、前記回転軸が軸受ハウジングに回転自在に支持され、前記タービン翼車はタービンハウジングに収納され、前記コンプレッサ翼車はコンプレッサハウジングに収納された過給機であって、前記回転軸の先端部に嵌合軸部と螺子部が形成され、前記嵌合軸部が前記コンプレッサ翼車に嵌合すると共に前記螺子部が該コンプレッサ翼車に螺着して前記回転軸と前記コンプレッサ翼車が連結され、前記螺子部に螺合する螺子穴は、該螺子穴の最深位置が前記コンプレッサ翼車の最大径位置に到達しない様に、該コンプレッサ翼車に穿設された過給機に係るものである。

又本発明は、前記嵌合軸部は前記回転軸に対して小径であり、該回転軸と前記コンプレッサ翼車間にスラストカラー、スラスト軸受が挾設され、該スラスト軸受を介してスラスト荷重が前記軸受ハウジングに支持されると共に前記スラスト軸受に形成された導通油路を介して前記スラストカラー、前記スラスト軸受間に潤滑油が供給される様構成した過給機に係るものである。

又本発明は、前記コンプレッサ翼車の先端部には治具が着脱可能であり、該治具を介して前記コンプレッサ翼車が回転され、前記回転軸に螺着される様構成した過給機に係るものである。

本発明によれば、タービン翼車から延出する回転軸の先端にコンプレッサ翼車が設けられ、前記回転軸が軸受ハウジングに回転自在に支持され、前記タービン翼車はタービンハウジングに収納され、前記コンプレッサ翼車はコンプレッサハウジングに収納された過給機であって、前記回転軸の先端部に嵌合軸部と螺子部が形成され、前記嵌合軸部が前記コンプレッサ翼車に嵌合すると共に前記螺子部が該コンプレッサ翼車に螺着して前記回転軸と前記コンプレッサ翼車が連結され、前記螺子部に螺合する螺子穴は、該螺子穴の最深位置が前記コンプレッサ翼車の最大径位置に到達しない様に、該コンプレッサ翼車に穿設されたので、前記コンプレッサ翼車の回転時に該コンプレッサ翼車の内部に発生する応力が低減し、前記コンプレッサ翼車の高速回転が可能となり、圧力比の増大が図れる。

又本発明によれば、前記嵌合軸部は前記回転軸に対して小径であり、該回転軸と前記コンプレッサ翼車間にスラストカラー、スラスト軸受が挾設され、該スラスト軸受を介してスラスト荷重が前記軸受ハウジングに支持されると共に前記スラスト軸受に形成された導通油路を介して前記スラストカラー、前記スラスト軸受間に潤滑油が供給される様構成したので、簡単な構造で前記スラスト荷重を支持し得ると共に前記スラストカラー、前記スラスト軸受間に潤滑油の供給が可能となる。

又本発明によれば、前記コンプレッサ翼車の先端部には治具が着脱可能であり、該治具を介して前記コンプレッサ翼車が回転され、前記回転軸に螺着される様構成したので、前記コンプレッサ翼車を前記回転軸に締込む作業で、大きな締付けトルクを付与した場合にも、前記コンプレッサ翼車に損傷を与えることがない等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

図１、図２に於いて本発明が実施される過給機の一例について説明する。

尚、図１、図２に於いて、図８中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

タービン翼車７と一体に形成された回転軸２は、軸受６を介して軸受ハウジング５に回転自在に支持される。前記回転軸２の前記軸受６より更に延出する部分は、前記回転軸２に対して小径の嵌合軸部２１及び該嵌合軸部２１より小径の螺子部２２によって構成されている。

コンプレッサ翼車８のディスク部８ａには盲螺子穴２３が穿設され、該盲螺子穴２３（螺子２３の下穴も含めて）の最深位置は、前記コンプレッサ翼車８の最大径位置Ｍに到達しない様に設定されている。又、前記盲螺子穴２３の開口端部には前記盲螺子穴２３より大径の嵌合部穴部２４が形成されている。

前記該螺子部２２にコンプレッサ翼車８が螺着され、前記嵌合軸部２１に前記嵌合部穴部２４が嵌合することで、前記回転軸２と前記コンプレッサ翼車８との芯が合致する様になっている。

前記ディスク部８ａのタービン翼車７側の端面と前記回転軸２の端面との間には、該回転軸２側からスラストカラー２５、スペーサリング２６、スラストカラー２７、油切り２８が介設され、又前記スラストカラー２５と前記スラストカラー２７との間に設けられるスラスト軸受２９は前記軸受ハウジング５に固定される。

前記コンプレッサ翼車８を前記螺子部２２に締込み、固着することで、前記コンプレッサ翼車８と前記回転軸２、前記スラストカラー２５、前記スペーサリング２６、前記スラストカラー２７、前記油切り２８が一体化して回転する。

前記軸受ハウジング５には給油口３１が穿設され、更に該給油口３１に連通し、複数に分岐した導通油路３２が設けられ、該導通油路３２の一部は前記軸受６に開口し、一部は前記スラスト軸受２９を通って前記スペーサリング２６の外周面に開口する。従って、給油された潤滑油の一部は前記導通油路３２を経て前記スペーサリング２６の外周面、更に前記スラスト軸受２９と前記スラストカラー２５，２７との相対する面に供給される様になっている。

而して、前記スラスト軸受２９と前記スラストカラー２５，２７との間が潤滑され、前記回転軸２に作用するスラスト荷重は前記スラスト軸受２９を介して前記軸受ハウジング５に支持される様になっている。

次に、前記コンプレッサ翼車８を前記回転軸２に螺着する場合について説明する。

図３に示す様に、前記ディスク部８ａの吸入口１６側の先端部（以下先端部）には、同一円周上に複数の凹部３４が穿設されている。本実施の形態では、前記凹部３４は円周６等分した位置に穿設された断面円の穴を示している。

前記凹部３４は、前記コンプレッサ翼車８を回転させる場合の治具を着脱可能とするものであり、又該治具を介してトルクを伝達する手段となる。

図４、図５は、治具３５を示しており、該治具３５は、鋼製、或は鉄系の合金鋼で製作されており、６角形状の頭部３６と該頭部３６より突出する６本の連結子３７とを有しており、該連結子３７は断面が円であり、円周６等分した位置にあり、前記凹部３４と嵌脱可能となっている。

前記コンプレッサ翼車８を前記回転軸２に締込む場合は、前記連結子３７を前記凹部３４に嵌合させ、前記治具３５を前記ディスク部８ａの先端部に装着する。前記頭部３６にスパナ等の工具を掛けて回転力を与える。前記治具３５を介して前記コンプレッサ翼車８が回転され、前記螺子部２２に螺着され、更に締込まれる。前記コンプレッサ翼車８取付け後は、前記治具３５は除去する。

前記連結子３７の本数は、締込む際のトルクの大きさによって決定する。高強度の前記治具３５を介して、前記コンプレッサ翼車８を締付けるので、前記治具３５が損傷することがなく、又、トルクは前記連結子３７によって分散して伝達されるので、前記コンプレッサ翼車８を損傷させることがなく、又該コンプレッサ翼車８に充分な締付け力を与えることができる。尚、前記連結子３７の本数は前記コンプレッサ翼車８材質がアルミ等であることを考慮すると６本又は６本より多いことが望ましい。

又、前記治具３５と前記ディスク部８ａとの係合の態様としては、前記凹部３４を中心に穿設された６角穴とし、前記連結子３７を中心に突設し、又断面を６角としてもよい。

本発明の様に、前記回転軸２の端部を前記コンプレッサ翼車８に貫通させないで、前記盲螺子穴２３に螺着し、又前記コンプレッサ翼車８に穿設する前記盲螺子穴２３の最深位置を前記コンプレッサ翼車８の最大径位置Ｍに到達しない様にしたので、遠心力が最大となる部分は中実となり、遠心力によって発生する応力は均一に分散され、特定の部位に応力が集中することが避けられる。

図６は、本発明で前記コンプレッサ翼車８を回転させた場合に該コンプレッサ翼車８のディスク部８ａに発生する応力と従来のコンプレッサ翼車８に発生する最大応力との比の分布を示したものであり、盲螺子穴２３の最深位置が最大径位置Ｍに達していないことから、最大径部分での応力が分散し、最大応力は前記ディスク部８ａの内部で広範囲に亘って生じ、従来に比べ著しく低くなっていることが分る。尚、前記コンプレッサ翼車８の回転数は、本発明と従来例とは同一として応力分布を求めている。

従って、本発明では、前記コンプレッサ翼車８の回転数を大幅に増大しても、該コンプレッサ翼車８の破損を防止することができる。即ち、圧力比を大幅に高めることができる。

次に、コンプレッサ翼車８の回転バランスを調整する場合について説明する。

前記ディスク部８ａの先端部の一部３８を切除するか、或は先端部の周囲近傍に穴３９を穿設し、該穴３９に比重の大きい金属の部材、例えば銅線等を埋込む。

前記ディスク部８ａの先端部露出部分には、締付けの為の工具等が掛ることがないので、前記一部３８を切除する際の制約がなく、回転バランスの調整は容易である。

本発明の実施の形態に係る過給機の断面図である。該過給機に於ける回転軸とコンプレッサ翼車との連結部の拡大断面図である。該コンプレッサ翼車の先端部の側面図である。該コンプレッサ翼車の先端部に嵌合可能な治具の側面図である。該治具の正面図である。本発明に係るコンプレッサ翼車を回転させた場合に発生する応力分布を示す説明図である。従来の過給機のコンプレッサ翼車を回転させた場合に発生する応力分布を示す説明図である。従来の過給機の断面図である。

符号の説明

１過給機
２回転軸
３タービン
４コンプレッサ
７タービン翼車
８コンプレッサ翼車
８ａディスク部
１３コンプレッサハウジング
２１嵌合軸部
２２螺子部
２３盲螺子穴
２４嵌合部穴部
２５スラストカラー
２６スペーサリング
２７スラストカラー
２８油切り
２９スラスト軸受
３１給油口
３２導通油路
３４凹部
３５治具
３７連結子

Claims

タービン翼車から延出する回転軸の先端にコンプレッサ翼車が設けられ、前記回転軸が軸受ハウジングに回転自在に支持され、前記タービン翼車はタービンハウジングに収納され、前記コンプレッサ翼車はコンプレッサハウジングに収納された過給機であって、前記回転軸の先端部に嵌合軸部と螺子部が形成され、前記コンプレッサ翼車の先端部には複数の凹部が穿設され、該複数の凹部を介して前記コンプレッサ翼車に治具が離脱可能に嵌合され、該治具に工具を掛けて回転力を与えることで前記コンプレッサ翼車にトルクが伝達され、前記嵌合軸部が前記コンプレッサ翼車に嵌合すると共に前記螺子部が該コンプレッサ翼車に螺着して前記回転軸と前記コンプレッサ翼車が連結され、前記螺子部に螺合する螺子穴は、該螺子穴の最深位置が前記コンプレッサ翼車の最大径位置に到達しない様に、該コンプレッサ翼車に穿設されたことを特徴とする過給機。
前記嵌合軸部は前記回転軸に対して小径であり、該回転軸と前記コンプレッサ翼車間にスラストカラー、スラスト軸受が挾設され、該スラスト軸受を介してスラスト荷重が前記軸受ハウジングに支持されると共に前記スラスト軸受に形成された導通油路を介して前記スラストカラー、前記スラスト軸受間に潤滑油が供給される様構成した請求項１の過給機。