特許第6248628号(P6248628)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6248628
(24)【登録日】2017年12月1日
(45)【発行日】2017年12月20日
(54)【発明の名称】過給機
(51)【国際特許分類】
   F02B 39/00 20060101AFI20171211BHJP
【FI】
   F02B39/00 S
   F02B39/00 D
   F02B39/00 H
   F02B39/00 T
【請求項の数】3
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2013-273185(P2013-273185)
(22)【出願日】2013年12月27日
(65)【公開番号】特開2015-127517(P2015-127517A)
(43)【公開日】2015年7月9日
【審査請求日】2016年10月25日
(73)【特許権者】
【識別番号】000000099
【氏名又は名称】株式会社IHI
(74)【代理人】
【識別番号】110000936
【氏名又は名称】特許業務法人青海特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】飯塚 国彰
(72)【発明者】
【氏名】江口 雅俊
(72)【発明者】
【氏名】浅田 容司
(72)【発明者】
【氏名】鍵本 修
(72)【発明者】
【氏名】石川 兼司
(72)【発明者】
【氏名】高橋 和臣
(72)【発明者】
【氏名】駿河 陽平
(72)【発明者】
【氏名】片山 卓
(72)【発明者】
【氏名】安居 麻子
(72)【発明者】
【氏名】北沢 俊彦
【審査官】 川口 真一
(56)【参考文献】
【文献】 国際公開第2013/180959(WO,A1)
【文献】 特開平07−189724(JP,A)
【文献】 特開2005−226470(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F02B 39/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
シャフトを回転自在に軸支する軸受が収容されるベアリングハウジングと、該シャフトの一端に設けられたタービンインペラが収容されるタービンハウジングとが互いに締結され、該ベアリングハウジングと該タービンハウジングとの締結力により、該タービンインペラ側から該ベアリングハウジング側への熱を遮断する遮熱板の保持部が保持される過給機であって、
前記ベアリングハウジングには、該ベアリングハウジングの壁面もしくは該ベアリングハウジングに固定された部材で構成され、前記保持部との間にシール面を形成する第1シール部が設けられ、
前記タービンハウジングには、前記保持部との間にシール面を形成する第2シール部が設けられ、
前記遮熱板は、前記保持部が、前記シャフトの軸方向において、前記第1シール部と前記第2シール部との間に位置して保持され、
前記保持部は、前記第2シール部に対して、前記第1シール部よりも前記シャフトの径方向外側まで接触しており、
前記タービンハウジングのうち、前記保持部における前記シャフトの径方向外側の端部が臨む部位に、該シャフトの径方向外側に向かって窪む逃げ部が形成されていることを特徴とする過給機。
【請求項2】
前記ベアリングハウジングは、
前記第1シール部における前記シャフトの径方向外側の端部に連続して形成され、該シャフトの径方向外側ほど、該シャフトの軸方向に前記タービンインペラから離隔する離隔部を有することを特徴とする請求項1に記載の過給機。
【請求項3】
前記離隔部は、平面であることを特徴とする請求項2に記載の過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、タービンインペラ側からベアリングハウジング側への熱を遮断する遮熱板を備える過給機に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、一端にタービンインペラが設けられ他端にコンプレッサインペラが設けられたシャフトが、ベアリングハウジングに回転自在に軸支された過給機が知られている。こうした過給機をエンジンに接続し、エンジンから排出される排気ガスによってタービンインペラを回転させるとともに、このタービンインペラの回転によって、シャフトを介してコンプレッサインペラを回転させる。こうして、過給機は、コンプレッサインペラの回転に伴い空気を圧縮してエンジンに過給する。
【0003】
特許文献1に記載のように、過給機には、タービンインペラとベアリングハウジングとの間に環状の遮熱板(バックプレート)が配されており、タービンインペラからベアリングハウジング側への伝熱が抑えられる。遮熱板の外周部には環状のフランジ部が形成されており、フランジ部がタービンハウジングとベアリングハウジングに挟まれている。遮熱板のフランジ部がタービンハウジングに密着してシールすることで、タービンハウジングとベアリングハウジングの当接部から過給機外への排気ガス漏洩を抑えている。また、遮熱板とベアリングハウジングとの間には空気などの気体が内包された断熱空間が形成されており、断熱空間は、遮熱板とともに、タービンインペラからベアリングハウジング側への伝熱を抑えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2009−228446号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記の断熱空間を大きくするほど、タービンインペラからベアリングハウジング側への伝熱が抑えられる。しかし、断熱空間を大きくとると、フランジ部の径方向の幅が小さくなってしまう。その結果、フランジ部とタービンハウジングとのシール長さが短くなってしまい、エンジンの稼働条件によっては、遮熱板による排気ガス漏洩の抑制効果が薄れてしまう可能性があった。言い換えれば、フランジ部とベアリングハウジングとのシール長さを十分に確保すると、断熱空間が小さくなって、遮熱板による遮熱効果が薄れてしまう可能性があった。
【0006】
本発明の目的は、遮熱板による排気ガス漏洩の抑制効果および遮熱効果をともに向上することが可能となる過給機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明の過給機は、シャフトを回転自在に軸支する軸受が収容されるベアリングハウジングと、シャフトの一端に設けられたタービンインペラが収容されるタービンハウジングとが互いに締結され、ベアリングハウジングとタービンハウジングとの締結力により、タービンインペラ側からベアリングハウジング側への熱を遮断する遮熱板の保持部が保持される過給機であって、ベアリングハウジングには、ベアリングハウジングの壁面もしくはベアリングハウジングに固定された部材で構成され、保持部との間にシール面を形成する第1シール部が設けられ、タービンハウジングには、保持部との間にシール面を形成する第2シール部が設けられ、遮熱板は、保持部が、シャフトの軸方向において、第1シール部と第2シール部との間に位置して保持され、保持部は、第2シール部に対して、第1シール部よりもシャフトの径方向外側まで接触しており、タービンハウジングのうち、保持部におけるシャフトの径方向外側の端部が臨む部位に、シャフトの径方向外側に向かって窪む逃げ部が形成されていることを特徴とする。
【0008】
ベアリングハウジングは、第1シール部におけるシャフトの径方向外側の端部に連続して形成され、シャフトの径方向外側ほど、シャフトの軸方向にタービンインペラから離隔する離隔部を有してもよい。
【0009】
離隔部は、平面であってもよい。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、遮熱板による排気ガス漏洩の抑制効果および遮熱効果をともに向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1】過給機の概略断面図である。
図2図1の破線部分の抽出図である。
図3】比較例を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な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寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の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、本発明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、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【0014】
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、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を備えて構成される。この過給機本体1は、ベアリングハウジング2と、ベアリングハウジング2の左側に締結機構3によって連結されるタービンハウジング4と、ベアリングハウジング2の右側に締結ボルト5によって連結されるシールプレート6と、シールプレート6の右側に締結ボルト7によって連結されるコンプレッサハウジング8と、が一体化されて形成されている。
【0015】
ベアリングハウジング2のタービンハウジング4近傍の外周面には、ベアリングハウジング2の径方向に突出する突起2aが設けられている。また、タービンハウジング4のベアリングハウジング2近傍の外周面には、タービンハウジング4の径方向に突出する突起4aが設けられている。ベアリングハウジング2とタービンハウジング4は、突起2a、4aを締結機構3によってバンド締結して固定される。締結機構3は、突起2a、4aを挟持するGカップリングで構成される。
【0016】
ベアリングハウジング2には、過給機Cの左右方向に貫通する軸受孔2bが形成されており、この軸受孔2bに設けられた軸受10によって、シャフト12が回転自在に軸支されている。シャフト12の左端部(一端)にはタービンインペラ9が一体的に固定されており、このタービンインペラ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12の右端部(他端)にはコンプレッサインペラ11が一体的に固定されており、このコンプレッサインペラ11がコンプレッサハウジング8内に回転自在に収容されている。
【0017】
コンプレッサハウジング8には、過給機Cの右側に開口するとともに不図示のエアクリーナに接続される吸気口13が形成されている。また、締結ボルト7によってシールプレート6とコンプレッサハウジング8が連結された状態では、これらシールプレート6とコンプレッサハウジング8の対向面によって、空気を昇圧するディフューザ流路14が形成される。このディフューザ流路14は、シャフト12の径方向内側から外側に向けて環状に形成されており、上記の径方向内側において、コンプレッサインペラ11を介して吸気口13に連通している。
【0018】
また、コンプレッサハウジング8には、ディフューザ流路14よりもシャフト12の径方向外側に位置する環状のコンプレッサスクロール流路15が設けられている。コンプレッサスクロール流路15は、不図示のエンジンの吸気口と連通するとともに、ディフューザ流路14にも連通している。したがって、コンプレッサインペラ11が回転すると、吸気口13からコンプレッサハウジング8内に空気が吸気されるとともに、当該吸気された空気は、コンプレッサインペラ11の翼間を流通する過程において遠心力の作用により増速され、ディフューザ流路14およびコンプレッサスクロール流路15で昇圧されてエンジンの吸気口に導かれることとなる。
【0019】
タービンハウジング4には、過給機Cの左側に開口するとともに不図示の排気ガス浄化装置に接続される吐出口16が形成されている。また、タービンハウジング4には、流路17と、この流路17よりもシャフト12(タービンインペラ9)の径方向外側に位置する環状のタービンスクロール流路18a、18bとが設けられている。タービンスクロール流路18a、18b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が導かれる不図示のガス流入口と連通するとともに、上記の流路17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18a、18bに導かれた排気ガスは、流路17およびタービンインペラ9を介して吐出口16に導かれるとともに、その流通過程においてタービンインペラ9を回転させることとなる。
【0020】
ここでは、過給機Cは、2つのタービンスクロール流路18a、18bを有する。低速域においては、2つのタービンスクロール流路18a、18bのうちの一方にのみ排気ガスを流入させることで、タービンインペラ9を回転させるために十分な排気ガスの圧力を確保する。
【0021】
そして、上記のタービンインペラ9の回転力は、シャフト12を介してコンプレッサインペラ11に伝達されることとなり、コンプレッサインペラ11の回転力によって、上記のとおりに、空気が昇圧されてエンジンの吸気口に導かれることとなる。
【0022】
また、タービンインペラ9とベアリングハウジング2との隙間には、遮熱板19が配されている。遮熱板19は、タービンインペラ9側からベアリングハウジング2側への熱を遮断する。
【0023】
図2は、図1の破線A部分の抽出図である。図2に示すように、タービンハウジング4のベアリングハウジング2側には、ベアリングハウジング2が嵌合する嵌合孔4bが形成されている。そして、ベアリングハウジング2とタービンハウジング4は、ベアリングハウジング2がタービンハウジング4の嵌合孔4bに嵌合した状態で、締結機構3によって互いに締結されている。
【0024】
ベアリングハウジング2においては、タービンハウジング4の嵌合孔4bに嵌合する部位の外周面2cよりタービンインペラ9側で外径が小さくなっており、その外径差から段差面2d(第1接触部)が形成されている。段差面2dは、ベアリングハウジング2の壁面であって、シャフト12の径方向外側においてタービンハウジング4の一部である嵌合孔4bの内周面に臨む。
【0025】
また、タービンハウジング4のうち、嵌合孔4bの内周面のタービンインペラ9側には、嵌合孔4bの内周面に連続し、嵌合孔4bの内周面よりも、シャフト12の径方向内側に突出する突出部4cが形成されている。
【0026】
そして、タービンハウジング4の突出部4cのうち、ベアリングハウジング2の段差面2d側の端面4d(第2接触部)と、ベアリングハウジング2の段差面2dは、シャフト12の径方向の位置が一部重なっている。端面4dは、段差面2dよりもシャフト12の径方向外側まで延在する。
【0027】
遮熱板19は、環状に形成されており、タービンインペラ9に対向する対向部19aを有する。対向部19aの径方向外側には、対向部19aの外径側からシャフト12の軸方向に、タービンインペラ9から離隔する方向に延在する円筒部19bが形成されている。
【0028】
遮熱板19の対向部19aと円筒部19b、および、ベアリングハウジング2によって、空気などの気体が内包された断熱空間Hが形成されており、断熱空間Hは、遮熱板19とともに、タービンインペラ9からベアリングハウジング2側への伝熱を抑えている。
【0029】
そして、円筒部19bのうち、対向部19aと逆側の端には、円筒部19bからシャフト12の径方向外側に向かって延在するフランジ部19c(保持部)が設けられている。フランジ部19cは、シャフト12の軸方向において段差面2dと端面4dとの間に位置して、ベアリングハウジング2の段差面2dと、タービンハウジング4の突出部4cの端面4dに挟持されており、ベアリングハウジング2およびタービンハウジング4を締結する締結機構3の締結力によって保持される。なお、端面4dと段差面2dについてシャフト12の径方向の位置が重なる長さは、遮熱板19を挟持する面の径方向長さであり、遮熱板19の保持力が確保される範囲内において、任意である。
【0030】
すなわち、遮熱板19は、フランジ部19cにおけるベアリングハウジング2側の面が、段差面2dに接触し、フランジ部19cにおけるタービンハウジング4側の面が、端面4dに接触している。
【0031】
図3は、比較例を説明するための説明図である。比較例において、遮熱板Sとベアリングハウジング2とで囲繞された断熱空間Hを大きくするほど、タービンインペラ9からベアリングハウジング2側への伝熱が抑えられる。しかし、単純に断熱空間Hを大きく確保しようとすると、円筒部Roの外径が大きくなるとともにフランジ部Fの径方向の幅が小さくなり、フランジ部Fとタービンハウジング4とのシール長さが短くなってしまう。
【0032】
一方で、断熱空間Hは比較的圧力が低い低圧部となり易く、フランジ部19cと段差面2dとの間を通って、締結機構3側から排気ガスが漏れ出る可能性は低くなる。そのため、フランジ部19cと段差面2dとのシール長さは、必ずしもフランジ部19cと端面4dとのシール長さと同じである必要はなく、両者に差があってもよい。具体的には、フランジ部19cと段差面2dのシール長さは、フランジ部19cと端面4dとのシール長さよりも短くて構わない。
【0033】
そこで、本実施形態では、図2に示すように、段差面2dよりも、端面4dをシャフト12の径方向外側まで延在させるとともに、フランジ部19cを、端面4dに対して、段差面2dよりもシャフト12の径方向外側まで接触させる。
【0034】
フランジ部19cは、円筒部19bとフランジ部19cの弾性力によって、端面4dに押圧されている。そのため、シャフト12の径方向の位置が段差面2dよりも外側であって、段差面2d側からフランジ部19cへの押圧力がなくとも、フランジ部19cと端面4dのシール性は確保される。ここで、フランジ部19cを端面4dに押圧する弾性力をより大きくするため、フランジ部19cを、シャフト12の径方向外側ほど、タービンハウジング4(突出部4c)側に向かうように傾斜させて形成してもよい。
【0035】
こうして、フランジ部19cと端面4dとのシール長さを確保することで、断熱空間Hを大きく確保しつつ、遮熱板19による排気ガス漏洩の抑制効果および遮熱効果をともに向上することが可能となる。
【0036】
また、ベアリングハウジング2においては、段差面2dにおけるシャフト12の径方向外側の端部に連続して、面取り部2e(離隔部)が形成されている。面取り部2eは、シャフト12の径方向外側ほど、図2中、右側(シャフト12の軸方向にタービンインペラ9から離隔する向き)に傾斜する平面となっている。
【0037】
上記のように、ベアリングハウジング2は、タービンハウジング4の嵌合孔4bに嵌合される。このとき、面取り部2eを形成しておくことで、ベアリングハウジング2とタービンハウジング4の嵌合が容易となる。しかし、面取り部2eを形成する分だけ、段差面2dのシャフト12の径方向外側の長さが短くなってしまう。
【0038】
本実施形態では、段差面2dよりも、端面4dをシャフト12の径方向外側まで延在させ、フランジ部19cに、端面4dに対して、段差面2dよりもシャフト12の径方向外側まで接触させる。そのため、面取り部2eを形成しても、フランジ部19cと端面4dとのシール長さを十分に確保することが可能となる。こうして、ベアリングハウジング2とタービンハウジング4の嵌合を容易としつつ、遮熱板19による排気ガス漏洩の抑制効果および遮熱効果をともに向上することが可能となる。
【0039】
また、タービンハウジング4には、嵌合孔4bと端面4dとが連続する部分に、逃げ部4eが形成されている。逃げ部4eは、シャフト12の径方向外側に向かって窪む部位であって、フランジ部19cは、シャフト12の径方向外側の端部が、逃げ部4eに臨んでいる。
【0040】
遮熱板19は、タービンインペラ9側からの熱を受けて高温となると、熱膨張によって径方向外側に伸長する。そのため、フランジ部19cを、嵌合孔4bの内周面ぎりぎりの位置まで配してしまうと、フランジ部19cが熱膨張したとき、嵌合孔4bの内周面に押し付けられて、遮熱板19が変形してしまう。
【0041】
逃げ部4eを設けることで、フランジ部19cが熱膨張したとき、嵌合孔4bの内周面に押し付けられる事態を回避しつつ、フランジ部19cと端面4dとのシール長さを十分に確保することが可能となる。
【0042】
上述した実施形態では、第1接触部は、ベアリングハウジング2の壁面である段差面2dである場合について説明した。しかし、第1接触部は、ベアリングハウジング2ではなく、ベアリングハウジング2に固定された他の部材で構成されてもよい。
【0043】
また、上述した実施形態では、遮熱板19のフランジ部19cは、段差面2dと端面4dに挟持される場合について説明した。しかし、遮熱板19のフランジ部19cは、段差面と端面それぞれに接触するものの、段差面と端面に挟持されていなくてもよい。
【0044】
また、上述した実施形態では、ベアリングハウジング2に面取り部2eが形成されている場合について説明したが、ベアリングハウジング2をタービンハウジング4に嵌合する作業性が確保される範囲において、面取り部2eの形状や大きさは任意であり、面取り部2eを形成しなくてもよい。
【0045】
また、上述した実施形態では、離隔部は、平面で構成される面取り部2eを例に挙げて説明したが、離隔部は、平面に限らず、シャフト12の径方向外側ほど、シャフト12の軸方向にタービンインペラ9から離隔すれば、R形状や湾曲形状であってもよい。ここで、面取り部2eのような面取り形状を形成する場合、簡易な機械加工を用いることができるため、加工性がよい。
【0046】
また、上述した実施形態では、タービンハウジング4に逃げ部4eが形成されている場合について説明したが、逃げ部4eは必須の構成ではない。
【0047】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる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発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【0048】
本発明は、タービンインペラ側からベアリングハウジング側への熱を遮断する遮熱板を備える過給機に利用することができる。
【符号の説明】
【0049】
C 過給機
1 過給機本体
2 ベアリングハウジング
2d 段差面(第1接触部)
2e 面取り部(離隔部)
4 タービンハウジング
4d 端面(第2接触部)
4e 逃げ部
9 タービンインペラ
10 軸受
12 シャフト
19 遮熱板
19c フランジ部(保持部)
図1
図2
図3