JPWO2017163657A1 - 過給機 - Google Patents

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Abstract

過給機は、タービンインペラ9(インペラ)と、タービンインペラ9の径方向外側に設けられたノズルベーン24と、ノズルベーン24が設けられたノズルリング23と、タービンインペラ9の背面9cと、ベアリングハウジング2(ハウジング)の壁部2bとの間に配され、ノズルリング23にノズルベーン24と反対側から接触する外側接触部31c、および、外側接触部31cよりもシャフト8の径方向内側に位置し、ベアリングハウジング2の壁部2bにタービンインペラ9側から接触する内側接触部31dを有する遮熱部材31と、ベアリングハウジング2の壁部2bに設けられ、遮熱部材31の内側接触部31dに接触する被接触部2eよりも遮熱部材31から離隔する側に窪む離隔部2fと、を備える。

Description

本開示は、インペラの背面に遮熱部材が配された過給機に関する。
従来、可変容量型の過給機が普及している。このような過給機では、例えば、特許文献1に示されるように、タービンスクロール流路からタービンインペラに排気ガスを導く流路に、複数のノズルベーンが環状に整列配置される。ノズルベーンは軸部に取り付けられる。軸部がアクチュエータの動力によって回転すると、軸部の回転に伴ってノズルベーンの角度が流路内で変化する。流路幅(所謂ノズルスロート幅)が変化して流路を流通する排気ガスの流量が制御される。
また、タービンインペラの背面とベアリングハウジングとの間には、遮熱部材が配されている。遮熱部材は、ベアリングハウジング側への伝熱を抑制する。遮熱部材は、シャフトの径方向外側が、ノズルベーンの軸部を軸支するノズルリングに接触する。遮熱部材は、シャフトの径方向内側がベアリングハウジングに接触する。
特許第5409741号公報
上記の遮熱部材によって、タービンインペラ側からベアリングハウジングへの伝熱が抑制される。しかし、シャフトを軸支する軸受の性能低下を抑制するため、さらなる伝熱抑制機能の向上が希求されている。
本開示の目的は、伝熱抑制機能を向上することができる過給機を提供することである。
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る過給機は、インペラと、インペラの径方向外側に設けられたノズルベーンと、ノズルベーンが設けられたノズルリングと、インペラの背面と、ハウジングの壁部との間に配され、ノズルリングにノズルベーンと反対側から接触する外側接触部、および、外側接触部よりもインペラの径方向内側に位置し、ハウジングの壁部にインペラ側から接触する内側接触部を有する遮熱部材と、ハウジングの壁部に設けられ、遮熱部材の内側接触部に接触する被接触部よりも遮熱部材から離隔する側に窪む離隔部と、を備える。
ノズルベーンとノズルリングを含み、ハウジングから軸方向に離隔するノズルユニットを備えてもよい。
遮熱部材は、内側接触部よりも外側接触部の方がハウジングの壁部から離隔する湾曲形状であってもよい。
遮熱部材は、内側接触部と外側接触部との間の少なくとも一部が、インペラの背面に沿って延在してもよい。
遮熱部材のうち、内側接触部から外側接触部までの間に形成された屈曲部を備えてもよい。
本開示によれば、伝熱抑制機能を向上することができる。
過給機の概略断面図である。 ノズル駆動機構の分解斜視図である。 ノズル駆動機構の組み付け後の斜視図である。 過給機の断熱構造を説明するための説明図である。 図4の一点鎖線部分の抽出図である。 変形例を説明するための図である。
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。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、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する。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、過給機Cの概略断面図である。以下では、図1に示す矢印L方向を過給機Cの左側として説明する。図1に示す矢印R方向を過給機Cの右側として説明する。図1に示すように、過給機Cは、過給機本体1を備える。過給機本体1は、ベアリングハウジング2(ハウジング)を備える。ベアリングハウジング2の左側には、締結ボルト3によってタービンハウジング4(ハウジング)が連結される。ベアリングハウジング2の右側には、締結ボルト5によってコンプレッサハウジング6が連結される。ベアリングハウジング2、タービンハウジング4、コンプレッサハウジング6は、一体化される。
ベアリングハウジング2には、収容孔2aが形成されている。収容孔2aは、過給機Cの左右方向に貫通する。収容孔2aに収容されたラジアル軸受7(本実施形態では一例として、セミフローティング軸受を図1に示す)によって、シャフト8が回転自在に軸支されている。シャフト8の左端部にはタービンインペラ9(インペラ)が設けられる。タービンインペラ9がタービンハウジング4内に回転自在に収容されている。また、シャフト8の右端部にはコンプレッサインペラ10が設けられる。コンプレッサインペラ10がコンプレッサハウジング6内に回転自在に収容されている。
コンプレッサハウジング6には、吸気口11が形成されている。吸気口11は、過給機Cの右側に開口する。吸気口11は、不図示のエアクリーナに接続される。また、締結ボルト5によってベアリングハウジング2とコンプレッサハウジング6とが連結された状態では、ディフューザ流路12が形成される。ディフューザ流路12は、ベアリングハウジング2とコンプレッサハウジング6の対向面によって形成される。ディフューザ流路12は、空気を昇圧する。ディフューザ流路12は、シャフト8の径方向内側から外側に向けて環状に形成される。ディフューザ流路12は、シャフト8の径方向内側において、コンプレッサインペラ10を介して吸気口11に連通している。
また、コンプレッサハウジング6には、コンプレッサスクロール流路13が設けられている。コンプレッサスクロール流路13は環状である。コンプレッサスクロール流路13は、ディフューザ流路12よりもシャフト8の径方向外側に位置する。コンプレッサスクロール流路13は、不図示のエンジンの吸気口と連通する。コンプレッサスクロール流路13は、ディフューザ流路12にも連通している。したがって、コンプレッサインペラ10が回転すると、吸気口11からコンプレッサハウジング6内に空気が吸気される。当該吸気された空気は、コンプレッサインペラ10の翼間を流通する過程において増速増圧される。増速増圧された空気は、ディフューザ流路12およびコンプレッサスクロール流路13で昇圧(圧力回復)される。昇圧された空気は、エンジンに導かれる。
また、締結ボルト3によってベアリングハウジング2とタービンハウジング4とが連結された状態では、ベアリングハウジング2とタービンハウジング4の対向面間に間隙14が形成される。この間隙14は、流路xが構成される部分である。流路xには、後述するノズルベーン24が配置される。流路xを排気ガスが流通する。間隙14は、シャフト8(タービンインペラ9)の径方向内側から外側に向けて環状に形成されている。
また、タービンハウジング4には、排気口16が形成されている。排気口16は、タービンインペラ9を介してタービンスクロール流路15に連通する。排気口16は、タービンインペラ9の正面に臨む。排気口16は、不図示の排気ガス浄化装置に接続される。
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。ガス流入口には、エンジンから排出される排気ガスが導かれる。タービンスクロール流路15は、上記の流路xにも連通している。したがって、ガス流入口からタービンスクロール流路15に導かれた排気ガスは、流路xおよびタービンインペラ9を介して排気口16に導かれる。すなわち、流路xは、タービンスクロール流路15からタービンインペラ9に向かう流路となっている。排気ガスの流通過程においてタービンインペラ9を回転させる。そして、上記のタービンインペラ9の回転力は、シャフト8を介してコンプレッサインペラ10に伝達される。空気は、コンプレッサインペラ10の回転力によって、昇圧されて、エンジンの吸気口に導かれる。
このとき、タービンハウジング4に導かれる排気ガスの流量が変化すると、タービンインペラ9およびコンプレッサインペラ10の回転量が変化する。エンジンの運転状況によっては、所望の圧力に昇圧された空気をエンジンの吸気口に十分に導くことができなくなる場合がある。そこで、過給機Cには、ノズル駆動機構20(ノズルユニット)が設けられている。
ノズル駆動機構20は、タービンハウジング4の流路xの流路幅(後述するノズルスロート幅)を変化させる。ノズル駆動機構20は、排気ガスの流量に応じて、タービンインペラ9に導かれる排気ガスの流速を変化させる。具体的に、ノズル駆動機構20は、エンジンの回転数が低く排気ガスの流量が少ない場合には、流路xのノズル開度を小さくしてタービンインペラ9に導かれる排気ガスの流速を向上させる。こうして、ノズル駆動機構20は、少ない流量でもタービンインペラ9を回転させることができるようにする。以下に、ノズル駆動機構20の構成について説明する。
図2は、ノズル駆動機構20の分解斜視図である。図2に示すように、ノズル駆動機構20は、プレート21を有する。プレート21には、プレート軸孔21aが形成される。プレート軸孔21aは、プレート21をシャフト8の軸方向(以下、単に軸方向と称す)に貫通する。プレート21は、例えば、シャフト8の軸方向に垂直な断面形状が円となる平板形状となっている。プレート21における外周面側には、プレートピン孔21bが設けられている。プレートピン孔21bは、プレート21を軸方向に貫通する。
プレートピン孔21bは、プレート21の周方向に離隔して複数(ここでは3つ)設けられている。プレートピン孔21bには、それぞれ、ピン22の一端が挿通されている。
ノズルリング23は、プレート21に対してコンプレッサインペラ10側(図1中、右側)に位置する。ノズルリング23は、環状の本体部23bを有する。本体部23bには、挿通孔23aが形成される。挿通孔23aは、本体部23bを軸方向に貫通する。本体部23bのうち、プレート21側には、環状のフランジ部23cが設けられる。フランジ部23cは、本体部23bから径方向外側に突出する。フランジ部23cのうち、プレート21のプレートピン孔21bとの対向部には、リングピン孔23dが形成される。リングピン孔23dは、フランジ部23cを軸方向に貫通する。リングピン孔23dにピン22が挿通される。
ピン22は、第1環状突起22aを有する。第1環状突起22aは、径方向に突出する。第1環状突起22aの外径はプレートピン孔21bの内径よりも大きい。そのため、ピン22がプレートピン孔21bに挿通されると、プレート21におけるノズルリング23との対向面に、第1環状突起22aが当接する。こうして、ピン22のプレートピン孔21bへの挿通位置が定まる。
同様に、ピン22は、第2環状突起22bを有する。第2環状突起22bは、径方向に突出する。第2環状突起22bは、第1環状突起22aより他端側に位置する。第2環状突起22bの外径はリングピン孔23dの内径よりも大きい。そのため、ピン22がリングピン孔23dに挿通されると、ノズルリング23におけるプレート21との対向面に、第2環状突起22bが当接する。こうして、ピン22のリングピン孔23dへの挿通位置が定まる。
このように、ピン22によって、プレート21とノズルリング23との対向間隔が規定される。上記の流路xは、プレート21とノズルリング23が対向する隙間によって形成される。ピン22によって流路xの軸方向の長さが規定される。
また、本体部23bには、軸部孔23h(軸孔)が形成される。軸部孔23hは、本体部23bを軸方向に貫通する。軸部孔23hは、本体部23bの周方向に離隔して複数(ここでは11個)設けられている。
ノズルベーン24は、軸部孔23hと同様、本体部23bの周方向(タービンインペラ9の回転方向)に離隔して複数(ここでは11個)設けられている。翼体24bは、プレート21とノズルリング23との隙間(すなわち、流路x)に位置している。翼体24bからノズルリング23側に突出した軸部24aが軸部孔23hに挿通されて軸支される(片軸持ち)。ノズルベーン24がノズルリング23に設けられる(支持される)。ここでは、軸部24aがノズルリング23によって軸支される場合について説明した。ただし、軸部24aをプレート21側にも延在させるとともに、プレート21に、軸部24aを軸支する孔を形成してもよい。
サポートリング25は、環状部材である。サポートリング25は、サポート軸孔25aを有する。サポート軸孔25aには、ノズルリング23の本体部23bが設けられる。サポート軸孔25aの内周面には、径方向内側に突出する突起部25bが形成される。突起部25bは、リングピン孔23dに合わせて複数(ここでは3つ)形成されている。突起部25bには、サポートピン孔25cが設けられている。サポートピン孔25cは、リングピン孔23dと対向する位置に設けられる。サポートピン孔25cは、突起部25bを軸方向に貫通する。
駆動リングサポート26は、環状部材である。駆動リングサポート26は、サポートリング25に対してノズルリング23のフランジ部23cと反対側(ノズルベーン24に対してプレート21と反対側)に位置する。駆動リングサポート26には、サポートリング25と同様、駆動サポート軸孔26aが形成される。駆動サポート軸孔26aには、ノズルリング23の本体部23bが、図2中、左側から挿通される。また、駆動リングサポート26には、駆動サポートピン孔26bが設けられている。駆動サポートピン孔26bは、サポートピン孔25cと対向する位置に設けられる。駆動サポートピン孔26bは、駆動リングサポート26を軸方向に貫通する。
駆動リングサポート26の外周には、係止部26cが設けられている。係止部26cは、軸方向に、図2中、右側(サポートリング25から離隔する側)に突出する。係止部26cの先端には、屈曲部26dが形成されている。屈曲部26dは、駆動リングサポート26の径方向外側に屈曲する。また、駆動リングサポート26の外周には、サポート突出部26eが形成されている。サポート突出部26eは、径方向外側に突出する。サポート突出部26eは、係止部26cと周方向の位置を異にして配される。
図3は、ノズル駆動機構20の組み付け後の斜視図である。図3に示すように、プレートピン孔21b、リングピン孔23d、サポートピン孔25c、駆動サポートピン孔26b(図2参照)にピン22が挿通され、ピン22の両端がかしめられる。こうして、プレート21、ノズルリング23、サポートリング25、駆動リングサポート26が組み付けられる。
駆動リング27は、環状部材である。駆動リング27は、駆動軸孔27aを有する。駆動軸孔27aは、駆動リング27を軸方向に貫通する。駆動軸孔27aの内径は、駆動リングサポート26の係止部26cよりも大径である。ノズル駆動機構20の組み付け状態において、駆動リングサポート26の係止部26cが駆動軸孔27aの内側に位置する。このとき、屈曲部26dが駆動リング27よりも、図2中、右側に位置している。駆動リング27は、屈曲部26dとサポート突出部26eに挟まれる。駆動リング27は、径方向内側から係止部26cに支持される。
ノズルベーン24の軸部24aのうち、先端部24cは、ノズルリング23の軸部孔23hから突出する。軸部24aの先端部24cは、リンク板28の後述の板孔28aに嵌合する。
リンク板28は、ノズルベーン24と同数設けられる。複数のリンク板28は、それぞれ、本体28bを有する。本体28bには、板孔28a(図2参照)が形成される。板孔28aには、軸部24aの先端部24cが挿通される。ノズルリング23は、ノズルベーン24の翼体24bとリンク板28の本体28bとの間に配される。
リンク板28の本体28bは、駆動リング27の駆動軸孔27a内に配されている。リンク板28には、リンク突起28cが形成されている。リンク突起28cは、本体28bから駆動軸孔27aの内周面に向かって径方向外側に突出する。
駆動リング27のうち、駆動軸孔27aの内周には、嵌合溝27bが設けられる。嵌合溝27bは、径方向外側に窪んでいる。嵌合溝27bは、駆動軸孔27aの周方向に離隔してノズルベーン24と同数設けられている。嵌合溝27bそれぞれにリンク突起28cが嵌合している。リンク板28には、本体28bの板孔28aに挿通された軸部24aの先端部24cがかしめられている。リンク板28と軸部24aが一体回転する。
ここで、駆動リング27には、駆動軸孔27aの内周に、駆動溝27cが1か所設けられている。駆動溝27cは、嵌合溝27bと大凡同形である。駆動溝27cは、嵌合溝27bと周方向の位置を異にする。駆動溝27cには、駆動リンク(不図示)が嵌合される。駆動リンクは、リンク板28と大凡同形である。駆動リング27には、駆動リンクを介して不図示のアクチュエータの動力が伝達される。その結果、駆動リング27は、駆動リングサポート26の係止部26cに支持されて回転(摺動)する。
駆動リング27が回転すると、嵌合溝27bに嵌合するリンク突起28cが駆動リング27に回転方向に押圧される。リンク板28が軸部24aの軸心周りに回転(揺動)する。その結果、リンク板28に固定された軸部24aが回転する。複数のノズルベーン24の翼体24bが同期して、軸部24aとともに回転する。こうして、流路x内で隣り合う翼体24b間の流路幅(所謂ノズルスロート幅)が変化する。すなわち、ノズルベーン24の開度が変化する。隣り合う翼体24b、プレート21、ノズルリング23で形成される流路xの流路面積が変化する。
図4は、過給機Cの断熱構造30を説明するための説明図である。図4には、図1の破線部分を抽出して示す。図4に示すように、サポートリング25の外周端部25dは、ベアリングハウジング2とタービンハウジング4に挟持される。こうして、ノズル駆動機構20は、ベアリングハウジング2およびタービンハウジング4の内部に保持される。
遮熱部材31は、例えば、皿バネ状の弾性部材で構成される。タービンインペラ9は、複数の羽根9aと、インペラ本体9bを有している。インペラ本体9bには、羽根9aが立設される。遮熱部材31は、インペラ本体9bのうち、排気口16(図1参照)と反対側の背面9cに対向して配される。
壁部2bは、ベアリングハウジング2のうち、インペラ本体9bの背面9c側に位置する。壁部2bには、背面9c側に突出する環状突起2cが形成されている。環状突起2cに、ハウジング孔2dが開口している。ハウジング孔2dには、シャフト8が挿通される。
遮熱部材31は、環状の本体部31bを有する。本体部31bには、遮熱孔31aが形成される。遮熱孔31aは、環状突起2cが挿通される。本体部31bの一部は、タービンインペラ9の背面9cと、ベアリングハウジング2の壁部2bの間に位置する。
また、ノズルリング23の挿通孔23aの内周面のうち、図4中、左側(ノズルベーン24側)には、軸孔突起23iが形成される。軸孔突起23iは、径方向内側に突出する。軸孔突起23iは、タービンインペラ9のインペラ本体9bに対し、径方向外側に位置する。軸孔突起23iとインペラ本体9bとの間には、間隙Saが設けられる。
そして、外側接触部31cは、本体部31bのうち、シャフト8の径方向外側の部位である。外側接触部31cは、軸孔突起23iに対し、図4中、右側(リンク板28側、ノズルベーン24と反対側)から接触する。また、内側接触部31dは、本体部31bのうち、外側接触部31cよりシャフト8の径方向内側の部位である。内側接触部31dは、壁部2bの被接触部2eに対し、図4中、左側(タービンインペラ9側)から接触する。すなわち、遮熱部材31は、壁部2bの被接触部2eと軸孔突起23iの間に配置される。遮熱部材31は、シャフト8の軸方向に押圧力を持つように、自然長よりも所定量縮められた(変形した)状態となっている。外側接触部31cが軸孔突起23iに、内側接触部31dが被接触部2eに、それぞれ当接する。
外側接触部31cが軸孔突起23iに押圧され、内側接触部31dが壁部2bの被接触部2eに押圧される。遮熱部材31は、両接触部分を通る排気ガスをシールすることができる。また、遮熱部材31は、排気ガスの熱のベアリングハウジング2側への伝熱を抑制することができる。
また、ベアリングハウジング2の壁部2bには、離隔部2fが形成される。離隔部2fは、被接触部2eより、図4中、右側に窪んで遮熱部材31から離隔している。離隔部2fと遮熱部材31との間に、空間Sbが形成される。
このように、離隔部2fが形成された場合、遮熱部材31から離隔して空間Sbが大きく形成される。そのため、排気ガスの熱のベアリングハウジング2への伝熱抑制機能を向上することが可能となる。
また、例えば、内側接触部31dよりも外側接触部31cの方が、図4に示すように、左側(軸方向のタービンインペラ9側)に位置してもよい。この場合、遮熱部材31は、例えば、内側接触部31dよりも外側接触部31cの方が、ベアリングハウジング2の壁部2bから離隔する湾曲形状である。そのため、空間Sbが大きく確保される。断熱効果を向上することが可能となる。
また、遮熱部材31の本体部31bのうち、外側接触部31cおよび内側接触部31dの間に位置する部位31eは、湾曲してもよい。本体部31bの部位31eは、例えば外側接触部31cおよび内側接触部31dよりも、図4中、左側(タービンインペラ9側)に突出する向きに湾曲してもよい。この場合、空間Sbがさらに大きくなる。断熱効果を向上することが可能となる。
また、本体部31bのうち、外側接触部31cおよび内側接触部31dの間の一部は、例えばタービンインペラ9の背面9cに沿って延在してもよい。ここで、タービンインペラ9と遮熱部材31の接触を防ぐために、タービンインペラ9との間に間隙Scを設ける必要がある。本体部31bの一部をタービンインペラ9の背面9cに沿わせる場合、遮熱部材31とタービンインペラ9が接触しない範囲で、間隙Scを小さく抑えることができる。このため、流路xから間隙Sa、Scを通って背面9c側に流入する排気ガスが抑制される。損失を抑えることが可能となる。
また、タービンインペラ9のインペラ本体9bは、図4中、右側から見た外径(背面9cを正面に捉えた外径)が円形状となっていてもよい(フルディスク)。この場合、インペラ本体9bのうち、軸孔突起23iと対向する対向部9eと軸孔突起23iとの間隙Saは、周方向に大凡一定である。
また、遮熱部材31の本体部31bには、例えば内側接触部31dから外側接触部31cまでの間に複数の屈曲部31fが形成されてもよい。すなわち、遮熱部材31は、複数の弾性要素を組み合わせた弾性部材としてもよい。ここで、例えば、屈曲部が1か所設けられていると、2つの弾性要素が組み合わされた遮熱部材31と考えることができる。ここで、遮熱部材31を構成する各弾性要素の弾性係数は、図4中、上下方向に対する傾斜が大きい(軸方向に平行に近い)ほど、大きい傾向となる。遮熱部材31の軸方向の圧縮変形に対して、遮熱部材31に生じる弾性力が大きく設定可能となる。また、遮熱部材31を構成する各弾性要素は、図4中、上下方向に対する傾斜角度が同一、かつ、径方向内側の端部位置が同一であれば、径方向外側まで延在した方が、遮熱部材31の軸方向の圧縮変形に対して生じる弾性力が小さく設定される。このように、屈曲部31fを設け、複数の弾性要素を組み合わせて、遮熱部材31を形成する場合、遮熱部材31の軸方向の変形に対して生じる弾性力(弾性係数)を所定の大きさに設定することが容易となる。設計自由度を向上することができる。本実施形態では、図4に示すように、一例として屈曲部31f(変曲点)は5か所設けられている。
ここで、遮熱部材31は、過給機Cに組み付けられたとき、ノズル駆動機構20の各部材やベアリングハウジング2、タービンハウジング4の寸法誤差の影響を受ける。この影響により、遮熱部材31は、構造上許容される範囲内で、軸方向の変形量(自然長からの縮み量)にばらつきが生じる。そのため、遮熱部材31の変形量が変われば、遮熱部材31が生じさせる弾性力も変わる。また、遮熱部材31の弾性力が大きすぎれば、運転時にノズル駆動機構20のノズルベーン24の動作に影響を与えてしまうおそれがある。また、遮熱部材31の弾性力が小さすぎれば、外側接触部31cと軸孔突起23i、および、内側接触部31dと壁部2bの被接触部2eのシール性能に影響してしまうおそれがある。そのため、遮熱部材31が生じさせる弾性力のばらつき量が所定範囲に収まるように、遮熱部材31を設計する必要がある。
そこで、遮熱部材31を、所定範囲内の軸方向の変形量の増減に対して、生じる弾性力が線形に増減する(線形関係となる、弾性係数が概ね一定となる)ように、弾性特性を設定してもよい。この場合、軸方向の所定変形量に対して生じる弾性力が概ね一定となるため、運転時に遮熱部材31が生じさせる弾性力を上記の所定範囲に抑えることが容易となる。ここで、遮熱部材31の軸方向の変形量の増減に対して生じる弾性力は、厳密に線型関係でなくてもよい。例えば、遮熱部材31の軸方向の変形量が所定範囲内であるとき、特定の変形量となると急激に弾性力が変化することがなければ、生じる弾性力にばらつき幅があってもよい。
図5は、図4の一点鎖線部分の抽出図である。図5に示すように、例えば、環状突起2cは遮熱孔31aに嵌合してもよい。このとき、環状突起2cのうち、タービンインペラ9の背面9c側(図5中、左側)の先端2gは、遮熱部材31の遮熱孔31aよりも、タービンインペラ9の背面9c側に突出しているとよい。
環状突起2cの先端2gと遮熱孔31aとの(例えば、軸方向の)離間距離を、距離Laとする。また、タービンインペラ9の背面9cと遮熱部材31の本体部31bとの軸方向の最小距離を、距離Lbとする。図5では、タービンインペラ9の背面9cと、遮熱部材31の本体部31bとの軸方向の最小距離の一例を示す。タービンインペラ9の背面9cと、遮熱部材31の本体部31bとの軸方向の距離が最小となる径方向の位置は、図5に示す位置よりも、径方向外側であってもよいし径方向内側であってもよい。
このとき、距離Laは、タービンインペラ9の背面9cと、遮熱部材31の本体部31bとの距離Lbよりも大きくともよい。言い換えれば、ノズルリング23を組み付ける前、遮熱部材31がタービンインペラ9に当接する位置にあるとき、環状突起2cが遮熱孔31aに嵌合してもよい。
この場合、ノズルリング23を組み付ける前、遮熱部材31の遮熱孔31aに環状突起2cを嵌合させた状態で、遮熱部材31がタービンインペラ9の背面9c側に脱落し難くなる。遮熱部材31が安定した状態で他の部材を組み付けることができる。
また、壁部2bのうち、被接触部2eと離隔部2fとの間には、湾曲部2hが形成される。湾曲部2hは、径方向外側ほどタービンインペラ9の背面9cから離隔する向きに湾曲する。図5には、湾曲部2hの一例を示す。ただし、湾曲部2hのうち、被接触部2eとの境界部2iが、図5に示す形状よりも鋭角形状であってもよい。
そして、例えば、被接触部2eは、遮熱部材31の内側接触部31dよりも径方向外側まで延在してもよい。この場合、湾曲部2hは、内側接触部31dよりも径方向外側に位置する。内側接触部31dが境界部2iに接触しない。そのため、境界部2iとの接触による内側接触部31dの局部変形が回避される。内側接触部31dの局部変形によるシール性の低下を回避することができる。
また、湾曲部2hは、例えば、空間Sb側に突出する向きに湾曲していてもよい。例えば、ハウジング孔2dのうち、環状突起2cと反対側の端部2jは、シャフト8から飛散する潤滑油が飛散する空間Sdに開口している。この空間Sdを拡大し、ベアリングハウジング2からタービンインペラ9側への潤滑油のシール性の向上を図る場合がある。湾曲部2hを設けることで、空間Sbと空間Sdとの間の壁部2bの肉厚を確保できる。そのため、空間Sdを拡大するといったように、設計自由度を向上することが可能となる。
また、壁部2bのうち、環状突起2cの基端の外周には、環状溝2kが形成されていてもよい。例えば、環状溝2kが形成されていない場合、内側接触部31dと環状突起2cとの接続部分の応力集中を抑えるため、内側接触部31dから環状突起2cの基端に向かって湾曲面を形成する(R形状とする)ことが考えられる。この場合、遮熱部材31の遮熱孔31aのうち、図5中、右側の端部31gが湾曲面に当接して径方向外側に拡がってしまう(湾曲面に乗り上げてしまう)。
環状溝2kを設けることで、例えば、環状突起2cの基端部分に湾曲面を形成した場合であっても、遮熱孔31aの端部31gの乗り上げを回避することができる。
また、ここでは、例えば、屈曲部31fを、径方向外側から第1屈曲部31f、第2屈曲部31f、第3屈曲部31f、第4屈曲部31f、第5屈曲部31fと称する。図5に示す一例では、第3屈曲部31fは、タービンインペラ9の背面9cおよび離隔部2fの双方と軸方向に対向する。
タービンインペラ9の背面9cは、運転時に生じる遠心力を緩和するために、径方向内側ほど、軸方向において遮熱部材31に近接する向きに傾斜している場合がある。この場合、第3屈曲部31fを設けることで、遮熱部材31をタービンインペラ9の背面9cに沿った形状にすることが容易となる。遮熱部材31とタービンインペラ9の背面9cとの間隙Scが小さく抑えられる。間隙Scへの排気ガスの漏れを抑制することが可能となる。ここでは、第2屈曲部31fと第4屈曲部31fの間に第3屈曲部31fが1つ設けられる場合を例に挙げて説明した。ただし、第2屈曲部31fと第4屈曲部31fの間に複数の屈曲部31fが設けられてもよい。
また、例えば、壁部2bのうち、離隔部2fの径方向外側には、嵌合面2mが形成されてもよい。嵌合面2mは、例えば、軸方向に平行に延在する。嵌合面2mは、ノズルリング23の挿通孔23aの周方向に延在する。言い換えれば、壁部2bには、嵌合面2mを外周面とする環状の突起2nが形成されている。突起2nがノズルリング23の挿通孔23aに嵌合してもよい。この場合、ノズルリング23などをベアリングハウジング2に組み付けるとき、径方向の位置決めが、他の部材を介して行う場合に比べて容易となる。
また、例えば、第2屈曲部31fは、径方向外側ほど、軸方向においてタービンインペラ9から離隔する方向に屈曲している。このとき、例えば、遮熱部材31の第2屈曲部31fは、タービンインペラ9の対向部9e(インペラ本体9bにおける径方向外側の端部)より、径方向外側に位置してもよい。この場合、第2屈曲部31fがタービンインペラ9の対向部9eと軸方向に対向する位置や、対向部9eより径方向内側にある場合に比べて、タービンインペラ9の背面9cと遮熱部材31との間隙Scが小さく抑えられる。間隙Scへの排気ガスの漏れを抑制することが可能となる。
また、例えば、遮熱部材31の第2屈曲部31fは、ノズルリング23の軸孔突起23iより、径方向外側に位置してもよい。この場合、例えば、流体損失をCFD(Computational Fluid Dynamics)などで数値解析するとき、タービンインペラ9の背面9cと遮熱部材31との間隙Scを円環形状に模擬できる。そのため、遮熱部材31の第2の径方向の位置が、ノズルリング23の軸孔突起23iと同じか、軸孔突起23iより径方向内側である場合に比べて、流体損失を容易に精度よく予測することが可能となる。
(変形例)
続いて、変形例におけるノズル駆動機構を説明する。変形例では、上述した実施形態と異なり、変形例のノズル駆動機構に、サポートリング25および駆動リングサポート26が設けられていない。
そして、プレート21とノズルリング23には、ピン22が挿通される。プレート21とノズルリング23は、ピン22の両端がかしめられて組み付けられる。また、ノズルリング23の本体部23bのうち、プレート21と反対側には、円筒部が形成されている。円筒部は、プレート21から離隔する側に突出する。駆動リング27がこの円筒部に回転自在に組み付けられる。ガイドピンで駆動リング27の抜け止めがなされる。ノズルベーン24は、プレート21とノズルリング23の隙間(流路x)に配される。軸部24aがノズルリング23の軸部孔23hに軸支される。軸部24aの先端部24cにリンク板28が固定される。
リンク板28は、延在部を有する。延在部は、本体28bからノズルリング23の径方向外側に延在する。延在部のうち、本体28bと反対側の端部には、係止部が設けられている。係止部は、例えば円柱状である。係止部は、ノズルベーン24側に向かって突出する。
また、駆動リング27の外周面には、嵌合溝が設けられている。嵌合溝は、径方向内側に窪んでいる。リンク板28の係止部は、駆動リング27の嵌合溝内に突出している。
ここで、駆動リング27の外周面には、嵌合溝とは別に駆動溝が形成される。駆動溝に駆動リンクが嵌合される。駆動リング27には、駆動リンクを介して不図示のアクチュエータの動力が伝達される。その結果、駆動リング27は、ノズルリング23の円筒部に支持されて回転(摺動)する。
駆動リング27が回転すると、係止部が駆動リング27に回転方向に押圧される。リンク板28が軸部24aの軸心周りに回転(揺動)する。こうして、リンク板28に固定された軸部24aが回転する。複数のノズルベーン24が同期して軸部24aとともに回転する。こうして、流路xの流路幅が変化する。
図6は、変形例を説明するための図である。図6には、図4に対応する位置の断面を示す。図6に示すように、変形例のノズル駆動機構40(ノズルユニット)では、上述した実施形態と同様、遮熱部材31の外側接触部31cは、ノズルリング23の軸孔突起23iに、リンク板28側から接触する。また、遮熱部材31の内側接触部31dは、ベアリングハウジング2の壁部2bの被接触部2eに、タービンインペラ9側から接触する。
ただし、上述した実施形態と異なり、例えば、ノズルリング23の外周面23fには、突出部43kが設けられている。突出部43kは、本体部23bの径方向外側に突出する。そして、タービンハウジング4には、突出壁部4aが設けられている。突出壁部4aは、シャフト8の径方向内側に突出する。突出部43kは、突出壁部4aに対して、リンク板28側(ベアリングハウジング2側)から当接している。
また、ノズル駆動機構40とベアリングハウジング2が軸方向に離隔している。具体的には、ノズルリング23は、ベアリングハウジング2の嵌合面2mに対して径方向に当接する。ノズルリング23は、軸方向において、タービンインペラ9側に離隔している。同様に、ノズルベーン24およびリンク板28は、ベアリングハウジング2に対し、軸方向において、タービンインペラ9側に離隔している。換言すれば、ベアリングハウジング2は、ノズルリング23に対し、軸方向において、タービンインペラ9側から当接する面を備えない。
遮熱部材31は、ノズルリング23とベアリングハウジング2の間に自然長から縮んだ状態で配置される。遮熱部材31は、外側接触部31cからノズルリング23に対して弾性力を作用させる。遮熱部材31は、ノズルリング23を、プレート21側に押圧する。
ノズルリング23の突出部43kは、遮熱部材31によって、タービンハウジング4の突出壁部4aに押圧される。こうして、ノズルリング23は、ベアリングハウジング2およびタービンハウジング4の内部での位置が保持される。
そして、変形例においても、上述した実施形態と同様に、ベアリングハウジング2の壁部2bに離隔部2fが設けられている。空間Sbを形成して、排気ガスの熱のベアリングハウジング2への伝熱抑制機能を向上することが可能となる。
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、本開示は上記の実施形態に限定されないことは言うまでもない。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、上述した実施形態および変形例では、遮熱部材31は、内側接触部31dよりも外側接触部31cの方がベアリングハウジング2の壁部2bから離隔する湾曲形状である場合について説明した。ただし、遮熱部材31の形状は、これに限られない。例えば、遮熱部材31の内側接触部31dと外側接触部31cは、ベアリングハウジング2の壁部2bからの離間距離が概ね同一でもよい。外側接触部31cよりも内側接触部31dの方がベアリングハウジング2の壁部2bから離隔していてもよい。また、例えば、遮熱部材31は、湾曲形状に限られず、円錐台形状としてもよい。
また、上述した実施形態および変形例では、遮熱部材31のうち、内側接触部31dと外側接触部31cとの間の一部は、タービンインペラ9の背面9cに沿って延在する場合について説明した。ただし、遮熱部材31の形状は、これに限られない。例えば、遮熱部材31は、内側接触部31dと外側接触部31cとの間の一部が、タービンインペラ9の背面9cの形状に沿っていなくてもよい。
また、上述した実施形態および変形例では、遮熱部材31は、内側接触部31dから外側接触部31cまでの間に屈曲部31fを備える場合について説明した。ただし、遮熱部材31は、これに限られない。例えば、遮熱部材31に屈曲部31fが設けられていなくてもよい。
また、上述した実施形態および変形例では、屈曲部31fは、一例として5か所設ける場合について説明した。ただし、屈曲部31fの数は、これに限られない。例えば、3か所や4か所の屈曲部31fを設けてもよい。所定の運転条件などに応じて任意に屈曲部31fの数を設定することができる。また、外側接触部31cと内側接触部31dは、自然長の状態において、軸方向に対して垂直方向でなく、傾斜していてもよい。例えば、ノズルリング23を組み付ける前、外側接触部31cは、径方向外側ほど、軸方向においてタービンインペラ9に近接する向きに傾斜してもよい。また、例えば、ノズルリング23を組み付ける前、内側接触部31dは、径方向内側ほど、軸方向においてタービンインペラ9から離隔する向きに傾斜してもよい。これらの場合、ノズルリング23の組み付け後、外側接触部31cと内側接触部31dは、軸方向に対して概ね垂直方向となるように縮められた状態で、軸孔突起23iと被接触部2eに当接することとなる。
また、上述した実施形態および変形例では、タービンインペラ9のインペラ本体9bは、図4中、右側から見た外径(背面9cを正面に捉えた外径)が円形状(フルディスク)となっている場合について説明した。ただし、インペラ本体9bの形状は,これに限られない。例えば、インペラ本体9bのうち、軸孔突起23iと対向する対向部9eにおいて、隣り合う羽根9aの間の部位に切り欠き部(スキャロップ)を形成していてもよい。ただしフルディスクの場合、隣り合う羽根9aの間の部位に切り欠き部を設ける場合と比べて、軸孔突起23iとインペラ本体9bとの間隙Saが小さく抑えられる。背面9c側への排気ガスの流入が抑制される。損失を抑えることが可能となる。
また、上述した実施形態および変形例では、過給機Cが可変容量型過給機である場合について説明した。ただし、ノズルベーン24が揺動する機構を備えないノズルユニットを搭載した過給機に、上述した構成を適用してもよい。
本開示は、インペラの背面に遮熱部材が配された過給機に利用することができる。
C 過給機
2 ベアリングハウジング(ハウジング)
2b 壁部
2e 被接触部
2f 離隔部
9 タービンインペラ(インペラ)
9c 背面
23 ノズルリング
24 ノズルベーン
31 遮熱部材
31c 外側接触部
31d 内側接触部
31f 屈曲部

Claims (7)

  1. インペラと、
    前記インペラの径方向外側に設けられたノズルベーンと、
    前記ノズルベーンが設けられたノズルリングと、
    前記インペラの背面と、ハウジングの壁部との間に配され、前記ノズルリングに前記ノズルベーンと反対側から接触する外側接触部、および、前記外側接触部よりも前記インペラの径方向内側に位置し、前記ハウジングの壁部に前記インペラ側から接触する内側接触部を有する遮熱部材と、
    前記ハウジングの壁部に設けられ、前記遮熱部材の内側接触部に接触する被接触部よりも前記遮熱部材から離隔する側に窪む離隔部と、
    を備える過給機。
  2. 前記ノズルベーンと前記ノズルリングを含み、前記ハウジングから軸方向に離隔するノズルユニットを備える請求項1に記載の過給機。
  3. 前記遮熱部材は、前記内側接触部よりも前記外側接触部の方が前記ハウジングの壁部から離隔する湾曲形状である請求項1に記載の過給機。
  4. 前記遮熱部材は、前記内側接触部よりも前記外側接触部の方が前記ハウジングの壁部から離隔する湾曲形状である請求項2に記載の過給機。
  5. 前記遮熱部材は、前記内側接触部と前記外側接触部との間の少なくとも一部が、前記インペラの背面に沿って延在する請求項3に記載の過給機。
  6. 前記遮熱部材は、前記内側接触部と前記外側接触部との間の少なくとも一部が、前記インペラの背面に沿って延在する請求項4に記載の過給機。
  7. 前記遮熱部材のうち、前記内側接触部から前記外側接触部までの間に形成された屈曲部を備える請求項1から4のいずれか1項に記載の過給機。
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