JP7505650B2

JP7505650B2 - 過給機

Info

Publication number: JP7505650B2
Application number: JP2023543680A
Authority: JP
Inventors: 大博本間; 健太川満; 能成吉田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2021-08-26
Filing date: 2022-04-08
Publication date: 2024-06-25
Anticipated expiration: 2042-04-08
Also published as: WO2023026581A1; US20240060431A1; DE112022002119T5; CN117321297A; JPWO2023026581A1

Description

本開示は、過給機に関する。本出願は２０２１年８月２６日に提出された日本特許出願第２０２１－１３８２１２号に基づく優先権の利益を主張するものであり、その内容は本出願に援用される。

過給機は、排気ガスの温度低下を抑制するために、断熱材を備える場合がある。例えば、特許文献１に開示される過給機は、過給機のタービンハウジングを囲むカバーと、タービンハウジングの外面との間に断熱材を備える。カバーは、概ね円筒形状を有しており、軸線方向に沿って２つの部分に分割される。２つの部分は、溶接によって互いに結合される。

特開２０２１－７６０７７号公報

過給機のハウジングは、様々な形状を有し得る。したがって、ハウジングの形状によっては、断熱材を収容するカバーをハウジングに対して取り付けることが困難な場合がある。したがって、ハウジングに対するカバーの取付を改良することができる技術の開発が望まれる。

本開示は、上記のような課題を考慮して、ハウジングに対するカバーの取付を改良することができる、過給機を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る過給機は、ハウジングと、各々がハウジングの外面の少なくとも一部を囲う複数のカバーであって、複数のカバーは、少なくとも第１のカバーおよび第２のカバーを含み、複数のカバーの各々は、当該カバーとハウジングの外面との間に断熱材を収容する、複数のカバーと、ハウジングの外面上に直接的に配置され、第１のカバーおよび第２のカバーを連結する連結ピースと、を備え、複数のカバーは、過給機のシャフトの円周方向に沿って配置され、第１のカバーおよび第２のカバーは、それらの間に円周方向の隙間を有し、連結ピースは、円周方向の隙間に配置され、複数のカバーおよび連結ピースによって、ハウジングの周りに閉ループが規定される。

第１のカバー、第２のカバーおよび連結ピースは、同一の金属で形成されてもよい。

本開示によれば、ハウジングに対するカバーの取付を改良することができる。

図１は、実施形態に係る過給機を示す概略的な断面図である。図２は、カバーと共にタービンハウジングを示す斜視図である。図３は、カバー無しにタービンハウジングを示す斜視図である。図４は、カバーと共にタービンハウジングを示す別方向から見た斜視図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す具体的な寸法、材料および数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、実施形態に係る過給機ＴＣを示す概略的な断面図である。例えば、過給機ＴＣは、エンジンに適用される。過給機ＴＣは、ハウジング１と、シャフト７と、タービンインペラ８と、コンプレッサインペラ９と、を備える。

後述するように、タービンインペラ８およびコンプレッサインペラ９は、シャフト７と一体的に回転する。したがって、シャフト７の中心軸線方向、径方向および円周方向は、タービンインペラ８およびコンプレッサインペラ９に共通である。本開示では、これらシャフト７、タービンインペラ８およびコンプレッサインペラ９の中心軸線方向、径方向および円周方向は、他に指示が無い限り、それぞれ単に「中心軸線方向」、「径方向」および「円周方向」と称され得る。

ハウジング１は、ベアリングハウジング２と、タービンハウジング３と、コンプレッサハウジング４と、を含む。中心軸線方向において、ベアリングハウジング２の一方の端部は、Ｇカップリング等の締結機構２１ａによってタービンハウジング３に連結される。中心軸線方向において、ベアリングハウジング２の他方の端部は、締結ボルト等の締結機構２１ｂによってコンプレッサハウジング４に連結される。例えば、ベアリングハウジング２、タービンハウジング３およびコンプレッサハウジング４は、鋳鉄によって形成される。

タービンハウジング３には、複数のカバー３１，３２，３３が取り付けられる。なお、図１には、カバー３３は示されていない。本開示において、カバー３１，３２，３３は、「インシュレータカバー」とも称され得る。カバー３１，３２は、カバー３１，３２とタービンハウジング３の外面３０との間に、断熱材４１，４２を収容する。カバー３１，３２，３３については、詳しくは後述する。

ベアリングハウジング２は、軸受孔２２を含む。軸受孔２２は、ベアリングハウジング２内を中心軸線方向に延在する。軸受孔２２は、一対の転がり軸受５０，６０を収容する。転がり軸受５０，６０は、シャフト７を回転可能に支持する。一対の転がり軸受５０，６０は、中心軸線方向に互いに離間する。

中心軸線方向において、シャフト７の第１の端部には、タービンインペラ８が設けられる。タービンインペラ８は、シャフト７と一体的に回転する。タービンインペラ８は、タービンハウジング３に回転可能に収容される。中心軸線方向において、第１の端部とは反対側のシャフト７の第２の端部には、コンプレッサインペラ９が設けられる。コンプレッサインペラ９は、シャフト７と一体的に回転する。コンプレッサインペラ９は、コンプレッサハウジング４に回転可能に収容される。

コンプレッサハウジング４は、中心軸線方向においてベアリングハウジング２と反対側の端部に、吸気口１０を含む。吸気口１０は、不図示のエアクリーナに接続される。ベアリングハウジング２およびコンプレッサハウジング４は、それらの間にディフューザ流路１１を規定する。ディフューザ流路１１は、径方向の内側から外側に向けて拡がる。ディフューザ流路１１は、環状形状を有する。ディフューザ流路１１は、コンプレッサインペラ９を介して吸気口１０に連通する。

コンプレッサハウジング４は、コンプレッサスクロール流路１２を含む。コンプレッサスクロール流路１２は、ディフューザ流路１１に対して径方向外側に位置する。コンプレッサスクロール流路１２は、ディフューザ流路１１と連通する。また、コンプレッサスクロール流路１２は、不図示のエンジンの吸気口と連通する。

上記のようなコンプレッサハウジング４では、コンプレッサインペラ９が回転すると、吸気口１０からコンプレッサハウジング４内に空気が吸気される。吸気は、コンプレッサインペラ９の翼の間の空間を通る間に、遠心力によって増速される。増速された空気は、ディフューザ流路１１およびコンプレッサスクロール流路１２で加圧される。加圧された空気は、不図示の吐出口から流出し、エンジンの吸気口に導かれる。

タービンハウジング３は、中心軸線方向においてベアリングハウジング２と反対側の端部に、吐出口１３を含む。吐出口１３は、不図示の排気ガス浄化装置に接続される。タービンハウジング３は、連結流路１４を含む。連結流路１４は、径方向の内側から外側に向けて拡がる。連結流路１４は、環状形状を有する。連結流路１４は、タービンインペラ８を介して吐出口１３に連通する。

タービンハウジング３は、タービンスクロール流路１５を含む。タービンスクロール流路１５は、連結流路１４に対して径方向の外側に位置する。タービンスクロール流路１５は、連結流路１４と連通する。また、タービンスクロール流路１５は、不図示のガス流入口と連通する。ガス流入口は、不図示のエンジンの排気マニホールドから排出される排気ガスを受け入れる。

上記のようなタービンハウジング３では、排気ガスは、ガス流入口からタービンスクロール流路１５に導かれ、さらに、連結流路１４およびタービンインペラ８を介して吐出口１３に導かれる。排気ガスは、タービンインペラ８の翼の間の空間を通る間に、タービンインペラ８を回転させる。タービンインペラ８の回転力は、シャフト７を介してコンプレッサインペラ９に伝達される。コンプレッサインペラ９が回転すると、上記のとおりに空気が加圧される。こうして、加圧された空気がエンジンの吸気口に導かれる。

続いて、カバー３１，３２，３３について説明する。

図２は、カバー３１，３２，３３と共にタービンハウジング３を示す斜視図であり、タービンハウジング３の内側、すなわち、ベアリングハウジング２と対向する側を示す。図３は、カバー３１，３２，３３無しにタービンハウジング３を示す斜視図であり、図２と同じ方向からタービンハウジング３を示す。

図２を参照して、上記のように、タービンハウジング３には、複数のカバー３１，３２，３３が取り付けられる。本実施形態では、３つのカバー３１，３２，３３が、タービンハウジング３に取り付けられる。他の実施形態では、３つより多いまたは３つより少ないカバーが、タービンハウジング３に取り付けられてもよい。

カバー３１，３２，３３は、円周方向にタービンハウジング３を囲う。具体的には、カバー３１，３２，３３は、径方向において中心軸線から最も離れたタービンハウジング３の輪郭に沿って、タービンハウジング３を囲う。カバー３１，３２，３３は、円周方向に互いに分割されている。他の実施形態では、カバーは、例えば、中心軸線方向に互いに分割されていてもよい。

図１を参照して、カバー３１，３２，３３の各々は、タービンハウジング３の外面３０と各カバー３１，３２，３３との間に、空間を有する。なお、上記のように、図１には、カバー３３は示されていない。カバー３１は、カバー３１とタービンハウジング３の外面３０との間の空間に、断熱材４１を収容する。また、カバー３２は、カバー３２とタービンハウジング３の外面３０との間の空間に、断熱材４２を収容する。また、図２および図３を参照して、カバー３３（図２）は、カバー３３とタービンハウジング３の外面３０との間の空間に、断熱材４３（図３）を収容する。断熱材４１，４２，４３は、例えば、シリカ繊維およびバインダを含む材料によって形成されてもよい。断熱材４１，４２，４３の材料はこれに限定されず、他の材料が使用されてもよい。例えば、断熱材４１，４２，４３は、カバー３１，３２，３３の内面に固定されてもよく、または、タービンハウジング３の外面３０に固定されてもよい。

図４は、カバー３１，３２，３３と共にタービンハウジング３を示す別方向から見た斜視図であり、タービンハウジング３の外側を示す。すなわち、図４は、図２と反対の方向からタービンハウジング３を示す。第１のカバー３１は、円周方向において第１の端部３１ａおよび第２の端部３１ｂを含む。第２のカバー３２は、円周方向において第１の端部３２ａおよび第２の端部３２ｂを含む。第３のカバー３３は、円周方向において第１の端部３３ａおよび第２の端部３３ｂを含む。

第１のカバー３１は、第２の端部３１ｂにフランジ３１ｃを含む。フランジ３１ｃは、タービンハウジング３の外面３０から離間するように突出し、さらに、突出方向に概ね直角に曲げられている。例えば、フランジ３１ｃは、第１のカバー３１の第２の端部３１ｂの縁部に沿って設けられる。また、第３のカバー３３は、第１の端部３３ａにフランジ３３ｃを含む。フランジ３３ｃは、フランジ３１ｃに対応する形状を有する。すなわち、フランジ３３ｃは、タービンハウジング３の外面３０から離間するように突出し、さらに、突出方向に概ね直角に曲げられている。例えば、フランジ３３ｃは、第３のカバー３３の第１の端部３３ａの縁部に沿って設けられる。本実施形態では、第１のカバー３１および第３のカバー３３は、同じ金属、例えばステンレスによって形成されており、フランジ３１ｃおよびフランジ３３ｃは、溶接によって互いに固定される。フランジ３１ｃおよびフランジ３３ｃの固定手段は溶接に限らず、例えば、ボルト、針金またはフック等の他の固定手段が用いられてもよい。

第２のカバー３２は、第１の端部３２ａにフランジ３２ｃを含む。フランジ３２ｃは、タービンハウジング３の外面３０から離間するように突出し、さらに、突出方向に概ね直角に曲げられている。例えば、フランジ３２ｃは、第２のカバー３２の第１の端部３２ａの縁部に沿って設けられる。また、第３のカバー３３は、第２の端部３３ｂにフランジ３３ｄを含む。フランジ３３ｄは、フランジ３２ｃに対応する形状を有する。すなわち、フランジ３３ｄは、タービンハウジング３の外面３０から離間するように突出し、さらに、突出方向に概ね直角に曲げられている。例えば、フランジ３３ｄは、第３のカバー３３の第２の端部３３ｂの縁部に沿って設けられる。本実施形態では、第２のカバー３２および第３のカバー３３は、同じ金属、例えばステンレスによって形成されており、フランジ３２ｃおよびフランジ３３ｄは、溶接によって互いに固定される。フランジ３２ｃおよびフランジ３３ｄの固定手段は溶接に限らず、他の固定手段が用いられてもよい。

上記のように、第１のカバー３１および第３のカバー３３は、円周方向に連続的に配置され、フランジ３１ｃおよびフランジ３３ｃによって直接的に固定される。同様に、第２のカバー３２および第３のカバー３３は、円周方向に連続的に配置され、フランジ３２ｃおよびフランジ３３ｄによって直接的に固定される。しかしながら、タービンハウジング３は、タービンスクロール流路１５を規定するスクロール壁１６を含む。また、スクロール壁１６には、フランジ１７が設けられる。本実施形態では、これらスクロール壁１６およびフランジ１７の位置に起因して、第１のカバー３１および第２のカバー３２を円周方向に連続して配置することが困難である。したがって、第１のカバー３１および第２のカバー３２は、第１のカバー３１の第１の端部３１ａと、第２のカバー３２の第２の端部３２ｂとの間に、円周方向に隙間ｇを有する。第１のカバー３１の第１の端部３１ａと、第２のカバー３２の第２の端部３２ｂとは、隙間ｇを橋渡しする連結ピース３４によって、互いに間接的に連結される。

図２および図４を参照して、本実施形態では、２つの連結ピース３４が使用される。他の実施形態では、１つのみの連結ピース３４が使用されてもよく、または、３つ以上の連結ピース３４が使用されてもよい。２つの連結ピース３４は、中心軸線方向においてタービンハウジング３の両方の面、例えばスクロール壁１６の両方の面に、タービンスクロール流路１５を挟んで配置される。各連結ピース３４の一方の端部は、第１のカバー３１の第１の端部３１ａに連結され、他方の端部は、第２のカバー３２の第２の端部３２ｂに連結される。本実施形態では、連結ピース３４は、第１のカバー３１および第２のカバー３２と同じ金属、例えばステンレスによって形成されており、溶接によって第１のカバー３１および第２のカバー３２に固定される。連結ピース３４の第１のカバー３１および第２のカバー３２への固定手段は溶接に限らず、例えば、ボルト、針金またはフック等の他の固定手段が用いられてもよい。

連結ピース３４は、タービンハウジング３の外面３０上に直接的に配置される。すなわち、連結ピース３４は、断熱材４１を収容しない。別の観点では、連結ピース３４は、第１のカバー３１および第２のカバー３２を橋渡しするためのみに使用される。例えば、連結ピース３４は、タービンハウジング３の外面３０と接触してもよく、または、外面３０と非接触であってもよく、または、外面３０と部分的に接触してもよい。

上記のように、カバー３１，３２，３３および連結ピース３４は、円周方向に互いに連結され、タービンハウジング３の周りに閉ループを規定する。したがって、カバー３１，３２，３３および連結ピース３４は、タービンハウジング３により強固に巻き付くことができ、これによって、カバー３１，３２，３３は、タービンハウジング３により強固に固定される。

なお、本実施形態では、カバー３１，３２，３３の各々は、上記のカバー３１，３２，３３および連結ピース３４によるタービンハウジング３への巻き付きに加えて、スポット溶接によってタービンハウジング３の外面３０に直接的に固定される。また、連結ピース３４も同様に、スポット溶接によってタービンハウジング３の外面３０に直接的に固定されてもよい。しかしながら、タービンハウジング３の外面３０は鋳肌を含む。カバー３１，３２，３３が鋳肌にスポット溶接される場合、スポット溶接の強度は低くなる場合がある。したがって、過給機ＴＣが長期の使用によって繰り返し熱応力に晒されると、スポット溶接は、タービンハウジング３の外面３０から剥がれる可能性がある。しかしながら、本実施形態では、カバー３１，３２，３３および連結ピース３４が、タービンハウジング３の周りに閉ループを規定するため、鋳肌へのスポット溶接が剥がれる場合にも、カバー３１，３２，３３および連結ピース３４は、引き続きタービンハウジング３に固定される。

以上のような過給機ＴＣは、タービンハウジング３と、各々がタービンハウジング３の外面３０の少なくとも一部を囲う複数のカバー３１，３２，３３であって、複数のカバー３１，３２，３３は、少なくとも第１のカバー３１および第２のカバー３２を含み、複数のカバー３１，３２，３３の各々は、当該カバー３１，３２，３３とタービンハウジング３の外面３０との間に断熱材４１，４２，４３を収容する、複数のカバー３１，３２，３３と、タービンハウジング３の外面３０上に直接的に配置され、第１のカバー３１および第２のカバー３２を連結する連結ピース３４と、を備える。このような構成によれば、タービンハウジング３の形状に起因して、第１のカバー３１および第２のカバー３２を連続的に配置できない場合であっても、連結のためのみに使用される連結ピース３４によって、第１のカバー３１および第２のカバー３２を橋渡しすることができる。したがって、例えば、タービンハウジング３の形状が複雑な場合であっても、連結ピース３４によって、複数のカバーをつなぎ留めることができる。よって、タービンハウジング３に対するカバー３１，３２，３３の取付を改良することができる。

また、過給機ＴＣでは、第１のカバー３１、第２のカバー３２および連結ピース３４は、同一の金属で形成される。したがって、過給機ＴＣが繰り返し熱応力に晒されても、第１のカバー３１、第２のカバー３２および連結ピース３４は、熱膨張に追従することができる。よって、第１のカバー３１、第２のカバー３２および連結ピース３４のタービンハウジング３への取付が緩むことを抑制することができる。また、第１のカバー３１、第２のカバー３２および連結ピース３４を溶接によって連結する場合、溶接の強度を向上することができる。

また、過給機ＴＣでは、複数のカバー３１，３２，３３は、過給機ＴＣのシャフト７の円周方向に沿って配置され、第１のカバー３１および第２のカバー３２は、それらの間に円周方向の隙間ｇを有し、連結ピース３４は、隙間ｇに配置され、複数のカバー３１，３２，３３および連結ピース３４によって、タービンハウジング３の周りに閉ループが規定される。このような構成によれば、カバー３１，３２，３３および連結ピース３４は、タービンハウジング３により強固に巻き付くことができ、これによって、カバー３１，３２，３３が、タービンハウジング３により強固に固定される。また、複数のカバー３１，３２，３３および連結ピース３４によって、タービンハウジング３の周りに閉ループが規定されることから、例えば、鋳肌へのスポット溶接が剥がれる場合にも、カバー３１，３２，３３および連結ピース３４を、引き続きタービンハウジング３に固定することができる。

以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記の実施形態では、連結ピース３４は、タービンハウジング３に取り付けられるカバー３１，３２に適用される。しかしながら、追加的にまたは代替的に、他の実施形態では、連結ピースは、コンプレッサハウジング４に取り付けられる不図示のカバーに適用されてもよい。この場合、コンプレッサハウジング４の外面とカバーとの間には断熱材が収容される一方で、連結ピースは、コンプレッサハウジング４の外面上に直接的に配置される。

３タービンハウジング（ハウジング）
７シャフト
３１第１のカバー
３２第２のカバー
３３第３のカバー
３４連結ピース
４１断熱材
４２断熱材
４３断熱材
ｇ隙間
ＴＣ過給機

Claims

ハウジングと、
各々が前記ハウジングの外面の少なくとも一部を囲う複数のカバーであって、前記複数のカバーは、少なくとも第１のカバーおよび第２のカバーを含み、前記複数のカバーの各々は、当該カバーと前記ハウジングの外面との間に断熱材を収容する、複数のカバーと、
前記ハウジングの外面上に直接的に配置され、前記第１のカバーおよび前記第２のカバーを連結する連結ピースと、
を備え、
前記複数のカバーは、過給機のシャフトの円周方向に沿って配置され、前記第１のカバーおよび前記第２のカバーは、それらの間に前記円周方向の隙間を有し、
前記連結ピースは、前記円周方向の隙間に配置され、前記複数のカバーおよび前記連結ピースによって、前記ハウジングの周りに閉ループが規定される、過給機。
前記第１のカバー、前記第２のカバーおよび前記連結ピースは、同一の金属で形成される、請求項１に記載の過給機。