JP6641584B2 - ターボチャージャー - Google Patents
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Description
この発明は、排気ガスの放熱を抑えて、過給効率を高めることのできるターボチャージャーを提供することを目的とする。
一般に、ターボチャージャーにおけるタービンのスクロール流路は、ガスの流れ方向下流側に向かうほど、流路の断面中心及びタービンホイール側の内周内壁面が径方向内側に寄っていくようにして渦巻き状に形成されている。さらに、スクロール流路を流れるガスは、自由渦である。そのため、スクロール流路を半径位置の外側から入ってきたガスは、径方向内側に行くほど流速が上がる。
これに対し、上記構成によれば、スクロール流路は、ガスの流れ方向の下流側に行くほど、軸線に対して流路の断面中心が径方向外側に離れて位置することとなる。そのため、スクロール流路を流れるガスの流速を下げることができる。このようにガスの流速が下がることで、レイノルズ数が下がって、熱伝達率を低減することができる。したがって、ガスの放熱を抑えて、過給効率を高めることができる。
また、タービンハウジングに設けられたカバー部によって、ノズルマウントの少なくとも一部を覆うことで、スクロール流路内を流れるガスの熱エネルギーが、ノズルマウントを介して軸受ハウジング側に逃げるのを抑えることができる。
更に、カバー部とノズルマウントの間の隙間により、スクロール流路内を流れるガスの熱エネルギーが、ノズルマウントを介して軸受ハウジング側に逃げるのを、さらに確実に抑えることができる。
これにより、ターボチャージャーが大型化するのを抑えつつ、スクロール流路からの放熱量を抑え、過給効率を高めることができる。
これにより、断熱部によって、タービンホイールを経ずに、スクロール流路から排気部に排気ガスの熱エネルギーが逃げてしまうのを抑えることができる。
これにより、シュラウド部を形成する材料よりも熱伝導率の低い空隙(空気)からなる断熱部によって、スクロール流路から排気部に、排気ガスの熱エネルギーが逃げてしまうのを抑えることができる。
このように、空隙に断熱材を充填することで、排気ガスの熱エネルギーが逃げるのを、より確実に抑えることができる。
これによりスクロール流路に面するシュラウド部からノズルプレートに伝わる熱を抑え、スクロール流路における放熱を抑えることができる。
これにより、スクロール流路に面するシュラウド部からノズルプレートに伝わる熱を抑え、スクロール流路における放熱を抑えることができる。
図1に示すように、この実施形態のターボチャージャー10は、ターボチャージャー本体11と、コンプレッサー17と、タービン30と、を備えている。このターボチャージャー10は、例えば、回転軸14が水平方向に延在するような姿勢で自動車等にエンジンの補機として搭載される。
軸受15A,15Bは、軸受ハウジング16の内部に設けられている。軸受15A,15Bは、回転軸14を中心軸C回りに回転自在に支持する。
回転軸14の第一端部14a、第二端部14bは、開口部16a,16bを通して軸受ハウジング16の外部に突出している。
コンプレッサーホイール13は、軸受ハウジング16の外部で、回転軸14の第二端部14bに設けられている。コンプレッサーホイール13は、回転軸14と一体に中心軸C回りに回転する。
コンプレッサーハウジング18は、軸受ハウジング16の他端側に連結されている。コンプレッサーハウジング18は、コンプレッサーホイール13を内部に収容している。
図2に示すように、タービンハウジング31は、軸受ハウジング16の一端側に連結されている。タービンハウジング31は、タービンホイール12を内部に収容している。
タービンハウジング31は、ガス導入部32(図3参照)と、スクロール流路34と、ノズル流路35と、排気部36と、を備えている。
スクロール流路34は、ガス導入部32に連続して、タービンホイール12の径方向外側で周方向に連続して形成されている。スクロール流路34は、タービンホイール12を回転駆動させる排気ガスが周方向に流れる流路を形成する。
ディスク22は、中心軸C方向に一定長を有し、回転軸14の第一端部14aに固定されている。ディスク22は、径方向外側に延びる円盤状をなし、中心軸C方向の一方側に、ディスク面22fを有している。ディスク面22fは、径方向外側に向かうにしたがって、中心軸C方向一方側の排気部36(図2参照)側から中心軸C方向の他方側の軸受ハウジング16側に漸次向かう湾曲面により形成されている。
ブレード23は、ディスク面22fに、中心軸C回りの周方向に間隔をあけて複数が設けられている。
可変ベーン機構50は、ノズルマウント51と、ノズルプレート52と、ベーン53と、駆動部55と、を備えている。
ノズルプレート52は、ノズル流路35においてノズルマウント51と反対側に、ノズルマウント51と間隔を空けて設けられている。これらノズルマウント51とノズルプレート52との間が、ノズル流路35とされている。
ノズルマウント51の径方向内側には、回転軸14の第一端部14aの外周部の隙間を塞ぐバックプレート41が設けられている。
ベーン53の角度が変わると、周方向で互いに隣り合うベーン53の隙間が増減し、これによってノズル流路35を通ってタービンホイール12に送り込まれる排気ガスの量(導入量)が調整される。
図4に示すように、スクロール流路34は、中心軸C(図2参照)にほぼ平行な外周内壁面34aと、ノズルプレート52に対し、軸受ハウジング16とは反対側に形成された、半円凹状に湾曲した湾曲内壁面34bと、湾曲内壁面34bの径方向内側の端部に連続する内周内壁面34cと、を有している。
カバー部60は、径方向内側の先端部60sが、ベーン53と干渉しない位置に設定されている。
空隙71には、例えば、断熱材を充填するようにしてもよい。ここで用いる断熱材は、タービンハウジング31よりも熱伝導率が低い材料から形成されている。具体的には、例えば常温で熱伝導率0.1W/m/K以下の、断熱材料や遮熱材料によって形成することができる。このような材料としては、例えば、セラミック系材料、シリカ系材料等からなる多孔質体やシート材を用いることができる。さらに、このような材料を、金属製のネットで覆うことで断熱材を形成してもよい。
さらに、カバー部60とノズルマウント51との間に、隙間Sを形成することで、スクロール流路34内を流れるガスの熱エネルギーが、ノズルマウント51を介して軸受ハウジング16側に逃げることを、さらに確実に抑えることができる。
ここで、断熱部70は、タービンハウジング31において、スクロール流路34と排気部36とを区画するシュラウド部38に形成された空隙71からなる。これにより、シュラウド部38を形成する材料よりも熱伝導率の低い空隙71(空気)からなる断熱部70によって、スクロール流路34から排気部36側に、排気ガスの熱エネルギーが逃げてしまうのを抑えることができる。
さらに、空隙71に断熱材を充填すれば、排気ガスの熱エネルギーが逃げるのを、より確実に抑えることができる。
上記実施形態では、断熱部70として、空隙71を形成するようにしたが、これに限るものではない。
例えば、図5に示すように、断熱部70として、ノズルプレート52と、シュラウド部38との間に、断熱材73を挟み込むようにしてもよい。
これによりスクロール流路34に面するシュラウド部38からノズルプレート52に伝わる熱を抑え、スクロール流路34における放熱を抑えることができる。
これにより、スクロール流路34に面するシュラウド部38からノズルプレート52に伝わる熱を抑え、スクロール流路34における放熱を抑えることができる。コーティング層74は、ノズルプレート52の全面ではなく、ノズルプレート52とシュラウド部38との接する部分のみに局所的に設けても良い。
この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、設計変更可能である。
例えば、上記したような、ガスの流れ方向に沿って内周内壁面34cが漸次径方向外側に変位しつつ、流路断面積が漸次小さくなるスクロール流路34の形状、カバー部60、断熱部70は、その全てを備えることが必須ではなく、少なくともその一つを備えていればよい。
11 ターボチャージャー本体
12 タービンホイール
13 コンプレッサーホイール
14 回転軸
14a 第一端部
14b 第二端部
15A,15B 軸受
16 軸受ハウジング
16a 開口部
16b 開口部
16t 固定部
17 コンプレッサー
18 コンプレッサーハウジング
22 ディスク
22f ディスク面
23 ブレード
30 タービン
31 タービンハウジング
31s スクロール形成部
31t マウント固定部
32 ガス導入部
34 スクロール流路
34a 外周内壁面
34b 湾曲内壁面
34c 内周内壁面
35 ノズル流路
36 排気部
38 シュラウド部
38a 端部
41 バックプレート
50 可変ベーン機構
51 ノズルマウント
51s 外周端部
52 ノズルプレート
53 ベーン
54 シャフト
55 駆動部
56 ドライブリング
57 リンクアーム
60 カバー部
60f スクロール側面
60r 裏面
60s 先端部
62 凹部
70 断熱部
71 空隙
73 断熱材
74 コーティング層
C 中心軸(軸線)
S 隙間
Claims (7)
- 軸線に沿って延びる回転軸と、
前記回転軸の第一端部側に設けられたタービンホイールと、
前記回転軸の第二端部側に設けられたコンプレッサーホイールと、
前記タービンホイールを収容するタービンハウジングと、
前記タービンハウジングに形成され、前記タービンホイールの径方向外側で周方向に連続し、前記タービンホイールにガスを導くスクロール流路と、
前記スクロール流路から径方向内側に前記ガスを導き、前記タービンホイールに前記ガスを供給するノズル流路と、
前記ノズル流路に設けられ、前記ノズル流路における前記ガスの導入量を調整するベーンと、
前記回転軸を回転可能に支持する軸受ハウジングと、
前記ノズル流路に対して前記軸受ハウジング側に設けられ、前記タービンハウジングに形成されたマウント固定部と前記軸受ハウジングとの間に、外周端部が挟み込まれて保持されたノズルマウントと、
を備え、
前記スクロール流路は、前記タービンホイールに近い側の内周内壁面が前記ガスの流れる周方向の下流に向かって漸次径方向外側に変位しつつ、流路断面積が漸次小さくなるよう形成され、
前記スクロール流路は、前記ガスの流れ方向に沿って前記流路断面積が漸次小さくなるにしたがって、前記スクロール流路の断面中心位置の、前記軸線に沿った方向における前記ノズル流路の径方向外側の位置に対するオフセット寸法が漸次小さくなるよう形成され、
前記タービンハウジングは、前記マウント固定部から径方向内側の前記ノズル流路に向かって延び、前記ノズルマウントの少なくとも一部を覆うカバー部を備え、
前記カバー部と前記ノズルマウントとの間に隙間が形成されているターボチャージャー。 - 前記スクロール流路は、前記ガスの流れ方向に沿った前記径方向外側の外周壁面の前記軸線に対する径方向位置が一定に形成されている請求項1記載のターボチャージャー。
- 前記タービンハウジングに形成され、前記タービンホイールによって送り出される前記ガスの排気部と、
前記スクロール流路から前記排気部に熱が逃げるのを抑える断熱部、をさらに備える請求項1又は2に記載のターボチャージャー。 - 前記断熱部は、前記タービンハウジングにおいて、前記スクロール流路と前記排気部とを区画するシュラウド部に形成された空隙からなる請求項3に記載のターボチャージャー。
- 前記空隙に、断熱材が充填されている請求項4に記載のターボチャージャー。
- 前記ノズル流路に対して前記軸受ハウジングと反対側に設けられたノズルプレートをさらに備え、
前記断熱部は、前記ノズルプレートと、前記タービンハウジングにおいて前記排気部と前記スクロール流路とを区画するシュラウド部との間に挟み込まれた断熱材からなる請求項3に記載のターボチャージャー。 - 前記ノズル流路に対して前記軸受ハウジングと反対側に設けられたノズルプレートをさらに備え、
前記断熱部は、前記ノズルプレートの表面に形成された、断熱材料からなるコーティング層からなる請求項3に記載のターボチャージャー。
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