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技術 排気タービン過給機の製造方法及び排気タービン過給機

出願人 トヨタ自動車株式会社株式会社オティックス
発明者 磯谷知之丹羽哲也櫻井雅英
出願日 2012年2月22日 (8年8ヶ月経過) 出願番号 2012-036484
公開日 2013年9月2日 (7年2ヶ月経過) 公開番号 2013-170545
状態 特許登録済
技術分野 過給機
主要キーワード 頭部頂面 固定態様 アウトレットポート 快削性 シュラウド面 ディフューザ通路 ベアリングハウジング コンプレッサ内
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2013年9月2日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

係止部材によってシール部材ハウジング本体に固定することに起因して過給機圧縮効率が低下することを好適に抑制することのできる排気タービン過給機の製造方法及び排気タービン過給機を提供する。

解決手段

排気タービン過給機は、コンプレッサハウジングを構成するハウジング本体(スクロールピース10、シュラウドピース20、及びラジアルピース30)と、ハウジング本体の材料よりも高い快削性を有する材料により形成されるとともにインペラ4に対向するシュラウド面Sを有するシール部材50と、を備えている。この排気タービン過給機の製造方法では、ピン60によりシール部材50をシュラウドピース20に固定した後に、シール部材50と共にピン60を削ることによりシュラウド面Sを形成する。

概要

背景

従来、例えば特許文献1に記載の排気タービン過給機及びその製造方法がある。この排気タービン過給機は、インペラを囲繞するとともにコンプレッサハウジングを構成するハウジング本体と、ハウジング本体に固定されるとともにインペラに対向するシュラウド面を形成するシール部材とを備えている。このシール部材は、所謂アブレーダブルシールであり、ハウジング本体の材料よりも高い快削性を有する材料により形成されている。

ここで、シール部材においてコンプレッサ内における流路となる面には孔が形成されており、この孔及びハウジング本体に形成された穴に対してねじを挿通することによって、ハウジング本体に対してシール部材が固定されている。

概要

係止部材によってシール部材をハウジング本体に固定することに起因して過給機圧縮効率が低下することを好適に抑制することのできる排気タービン過給機の製造方法及び排気タービン過給機を提供する。排気タービン過給機は、コンプレッサハウジングを構成するハウジング本体(スクロールピース10、シュラウドピース20、及びラジアルピース30)と、ハウジング本体の材料よりも高い快削性を有する材料により形成されるとともにインペラ4に対向するシュラウド面Sを有するシール部材50と、を備えている。この排気タービン過給機の製造方法では、ピン60によりシール部材50をシュラウドピース20に固定した後に、シール部材50と共にピン60を削ることによりシュラウド面Sを形成する。

目的

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、係止部材によってシール部材をハウジング本体に固定することに起因して過給機の圧縮効率が低下することを好適に抑制することのできる排気タービン過給機の製造方法及び排気タービン過給機を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
2件

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請求項1

コンプレッサハウジングを構成するハウジング本体と、前記ハウジング本体に固定されるとともにインペラに対向するシュラウド面を有するシール部材であって前記ハウジング本体の材料よりも高い快削性を有する材料により形成されるシール部材と、を備える排気タービン過給機の製造方法であって、係止部材により前記シール部材を前記ハウジング本体に固定した後に、前記シール部材と共に前記係止部材を削ることにより前記シュラウド面を形成することを特徴とする排気タービン過給機。

請求項2

請求項1に記載の排気タービン過給機の製造方法により製造される排気タービン過給機において、前記係止部材は前記ハウジング本体に対して圧入されるピンであることを特徴とする排気タービン過給機。

請求項3

請求項2に記載の排気タービン過給機において、前記ピンは軸部と同軸部よりも外径の大きい頭部とを有し、前記シール部材の周縁が前記ピンの頭部により係止されてなることを特徴とする排気タービン過給機。

請求項4

請求項2又は請求項3に記載の排気タービン過給機において、前記ピンは前記ハウジング本体と熱膨張係数が同一の素材からなることを特徴とする排気タービン過給機。

技術分野

0001

本発明は、排気タービン過給機及びその製造方法に関する。

背景技術

0002

従来、例えば特許文献1に記載の排気タービン過給機及びその製造方法がある。この排気タービン過給機は、インペラを囲繞するとともにコンプレッサハウジングを構成するハウジング本体と、ハウジング本体に固定されるとともにインペラに対向するシュラウド面を形成するシール部材とを備えている。このシール部材は、所謂アブレーダブルシールであり、ハウジング本体の材料よりも高い快削性を有する材料により形成されている。

0003

ここで、シール部材においてコンプレッサ内における流路となる面には孔が形成されており、この孔及びハウジング本体に形成された穴に対してねじを挿通することによって、ハウジング本体に対してシール部材が固定されている。

先行技術

0004

特許第3294491号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ところで、特許文献1に記載の排気タービン過給機では、シール部材においてコンプレッサ内の流路を形成する面にねじを挿通するための孔が形成されている。そのため、ねじの頭部を収容するための凹部と同ねじの頭部との隙間や、同凹部から突き出たねじの頭部によってコンプレッサの流路に段差が生じ、コンプレッサ内の気流乱れることとなる。その結果、過給機圧縮効率が低下するといった問題が生じる。

0006

尚、こうした問題は、ねじによりシール部材を固定するものに限らず、その他の係止部材によってシール部材をハウジング本体に固定するものにおいて同様にして生じる。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、係止部材によってシール部材をハウジング本体に固定することに起因して過給機の圧縮効率が低下することを好適に抑制することのできる排気タービン過給機の製造方法及び排気タービン過給機を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
(1)請求項1に記載の発明は、コンプレッサハウジングを構成するハウジング本体と、前記ハウジング本体に固定されるとともにインペラに対向するシュラウド面を有するシール部材であって前記ハウジング本体の材料よりも高い快削性を有する材料により形成されるシール部材と、を備える排気タービン過給機の製造方法であって、係止部材により前記シール部材を前記ハウジング本体に固定した後に、前記シール部材と共に前記係止部材を削ることにより前記シュラウド面を形成することをその要旨としている。

0008

同構成によれば、シール部材と係止部材とが共に削られることによってシュラウド面が形成されるため、係止部材とシール部材との間の段差がなくなる。このため、コンプレッサ内における流路が滑らかなものとなり、気流が乱れることが抑制されるようになる。したがって、係止部材によってシール部材をハウジング本体に固定することに起因して過給機の圧縮効率が低下することを好適に抑制することができるようになる。

0009

(2)請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の排気タービン過給機の製造方法により製造される排気タービン過給機において、前記係止部材は前記ハウジング本体に対して圧入されるピンであることをその要旨としている。

0010

同構成によれば、係止部材としてのピンをハウジング本体に形成された穴に圧入することによって、シール部材がハウジング本体に固定される。このため、例えば、ねじによりシール部材を固定する構成に比べて、シール部材を固定する工程が簡易なものとなる。

0011

また、頭部頂面工具で回すための溝や穴が設けられたねじの場合には、シール部材と共にねじの頭部を削ってシュラウド面を形成すると、ねじの溝や穴が依然として残るおそれがある。この場合、こうした溝や穴によって気流が乱れることとなる。これに対して、上記構成によれば、ねじのような溝や穴がないため、気流が乱れることが一層好適に抑制されるようになる。

0012

(3)請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の排気タービン過給機において、前記ピンは軸部と同軸部よりも外径の大きい頭部とを有し、前記シール部材の周縁が前記ピンの頭部により係止されてなることをその要旨としている。

0013

同構成によれば、シール部材の周縁がピンの頭部により係止されることによって同シール部材がハウジング本体に対して固定される。このため、例えばシール部材の周縁を外周側に延設するとともに当該延設した部位に貫通孔を形成し、同貫通孔にピンを挿入する構成に比べて、シール部材の径方向における体格を小さくすることができる。これにより、シール部材を小型化することができるようになる。

0014

(4)請求項4に記載の発明は、請求項2又は請求項3に記載の排気タービン過給機において、前記ピンは前記ハウジング本体と熱膨張係数が同一の素材からなることをその要旨としている。

0015

ハウジング本体とピンとの間の熱膨張差が大きいと、これらのうちの一方の熱変形に対して他方が好適に追従しないため、これらの熱膨張及び熱収縮が繰り返されることによってハウジング本体からピンが脱落するおそれがある。

0016

この点、上記構成によれば、ハウジング本体とピンとの間の熱膨張差がなくなるため、これらのうちの一方の熱変形に対して他方が好適に追従するようになる。したがって、ハウジング本体からのピンの脱落を抑制することができるようになる。

図面の簡単な説明

0017

本発明の一実施形態に係る排気タービン過給機について、コンプレッサの断面構造を示す断面図。
図1のシール部材及びピンを中心に拡大して示す拡大断面図。
図1の矢視B方向からのコンプレッサハウジングの平面構造を示す平面図。
ピンが圧入されていない状態におけるシュラウドピース及びシール部材の平面構造を示す平面図。
(a)〜(e)コンプレッサハウジングの断面図であって、シール部材の組み付け及び加工の手順を説明するための断面図。

実施例

0018

以下、図1図5を参照して、本発明を具体化した一実施形態について説明する。
尚、以降において、シャフト2の軸線方向、径方向、周方向を単に、軸線方向A、径方向R、周方向Cと称する。また、軸線方向Aにおいてコンプレッサの入口側(図1における左側)を先端側と称し、ベアリングハウジング40側(図1における右側)を基端側と称する。

0019

図1に示すように、排気タービン過給機のコンプレッサは、シャフト2に連結されたインペラ4と、インペラ4を囲繞するとともにインペラ4の外周側に略環状スクロール通路6を有するコンプレッサハウジング8とを備えている。

0020

シャフト2はベアリングハウジング40の内部に設けられたベアリング42によって回転可能に支持されている。また、シャフト2の基端にはタービンホイールが連結されている。

0021

インペラ4は複数のブレード4aを有している。
コンプレッサハウジング8は、大きくは3つのピーススクロールピース10、シュラウドピース20、及びラジアルピース30)と、これら3つのピース10、20、30とは別体のシール部材50とによって構成されている。尚、これら3つのピース10、20、30は共に同一の金属材料、具体的にはアルミニウムにより形成されている。

0022

スクロールピース10は、円筒状の入口部11、入口部11の基端から外周側に延びるとともにスクロール通路6の先端面を形成するスクロール部12、及びスクロール部12の外周側の端部から基端側に延びる環状の外周壁部13を有している。また、外周壁部13には外周側に突出したフランジ部14が設けられており、フランジ部14には軸線方向Aに沿って貫通する挿通孔14aが形成されている。

0023

シュラウドピース20は、円筒状をなす導入部21、導入部21の基端から外周側に延びるとともにスクロール通路6の内周側の基端面を形成するスクロール部22を有している。ここで、スクロールピース10の入口部11に対して基端側からシュラウドピース20の導入部21が圧入されることによりスクロールピース10に対してシュラウドピース20が組み付けられている。こうして組み付けられた状態において、入口部11の内周面と導入部21の外周面とが圧接されている。

0024

また、シュラウドピース20の内周面には全周にわたって凹部24が形成されている。この凹部24に対して基端側から略円筒状のシール部材50が嵌合されている。シール部材50の内周面及び基端面は曲面状とされ、インペラ4のブレード4aに対向するシュラウド面Sとされている。シュラウドピース20の基端面には挿入穴23が形成されており、挿入穴23に圧入されたピン60によってシュラウドピース20に対してシール部材50が固定されている。尚、ピン60によるシール部材50の固定態様については後に詳述する。

0025

シール部材50は、各ピース10、20、30の材料、すなわちアルミニウムよりも高い快削性を有する材料により形成されている。ちなみに、本実施形態では、シール部材50は樹脂材料により形成されている。

0026

ラジアルピース30は、略円環状をなすとともにスクロール通路6の外周側の基端面を形成するスクロール部32を有している。ここで、ラジアルピース30はスクロールピース10の外周壁部13に対して基端側から圧入されている。

0027

ベアリングハウジング40の先端には、外周側に延びて略円盤状をなすバックプレート部41が設けられている。スクロールピース10の外周壁部13及びラジアルピース30に対して基端側からバックプレート部41が組み付けられた状態でスクロールピース10のフランジ部14にワッシャ72を介してボルト71が挿通されている。このワッシャ72によってフランジ部14と共にこれに隣接するバックプレート部41の周縁が押圧されている。

0028

また、ベアリングハウジング40の先端面とこれに対向するシュラウドピース20の基端面とによってディフューザ通路7が形成されている。
次に、図2図4を参照して、コンプレッサハウジング8の構造について更に詳細に説明する。

0029

図2に示すように、シール部材50は縮径部51と、縮径部51よりも基端側に位置するとともに外径が拡大された拡径部52とを有している。
挿入穴23は、シュラウドピース20の基端面に形成される略円柱状の拡径部23bと、拡径部23bの底面に形成されて先端側に延びる円柱状の縮径部23aとを有している。これら縮径部23aと拡径部23bは同軸上に形成されている。

0030

ピン60は、円柱状の軸部61と同軸部61よりも外径の大きい円柱状の頭部62とを有している。これら軸部61と頭部62とは同軸上に形成されている。
ここで、ピン60によりシール部材50をシュラウドピース20に固定した後に、シール部材50の内周面及び基端面と共にピン60の頭部62を削ることによりシュラウド面Sが形成されている。そして、シュラウドピース20のシュラウド面S及びピン60のシュラウド面Sは連続的な曲面形状とされている。尚、本発明に係るシュラウド面には、シール部材50及びシュラウドピース20においてインペラ4に対向する面に加えて、ディフューザ通路7を区画する面も含まれている。

0031

図4に併せ示すように、シール部材50の外周面の基端側の周縁53には係止凹部54が形成されている。この係止凹部54は挿入穴23の拡径部23bと共に円筒状の凹部を形成している。そして、この円筒状の凹部にピン60の頭部62が収まることにより、シール部材50がピン60により係止される。尚、ピン60はアルミニウムにより形成されている。すなわち、ピン60はシュラウドピース20と熱膨張係数が同一の素材により形成されている。

0032

また、図3に示すように、挿入穴23、係止凹部54、及びピン60は周方向Cにおいて等間隔(120度間隔)にて3つ形成されている。
次に、本実施形態の作用について説明する。

0033

シール部材50とピン60とが共に削られることによってシュラウド面Sが形成されるため、ピン60とシール部材50との間の段差がなくなる。このため、コンプレッサ内における流路が滑らかなものとなり、気流が乱れることが抑制されるようになる。

0034

また、ピン60をシュラウドピース20に形成された挿入穴23に圧入することによって、シール部材50がシュラウドピース20に固定されるため、例えば、ねじによりシール部材を固定する構成に比べて、シール部材50を固定する工程が簡易なものとなる。

0035

また、例えば頭部頂面に工具で回すための溝や穴が設けられたねじの場合には、シール部材と共にねじの頭部を削ってシュラウド面を形成すると、ねじの溝や穴が依然として残るおそれがある。この場合、こうした溝や穴によって気流が乱れることとなる。これに対して、本実施形態によれば、ピン60の頭部62にはねじのような溝や穴がないため、気流が乱れることが一層好適に抑制されるようになる。

0036

ところで、シュラウドピースとピンとの間の熱膨張差が大きいと、これらのうちの一方の熱変形に対して他方が好適に追従しないため、これらの熱膨張及び熱収縮が繰り返されることによってシュラウドピースからピンが脱落するおそれがある。

0037

この点、本実施形態によれば、シュラウドピース20とピン60との間の熱膨張差がなくなるため、これらのうちの一方の熱変形に対して他方が好適に追従するようになる。したがって、シュラウドピース20からピン60が脱落しないようになる。

0038

次に、図5を参照して、本実施形態の排気タービン過給機の製造方法、詳しくはシール部材50の組み付け及び加工の手順について説明する。
シール部材50の組み付け及び加工に先立ち、まずは、スクロールピース10に対して、未だシュラウド面Sの形成されていないシュラウドピース20を基端側から圧入する(図5(a))。

0039

次に、シュラウドピース20に対して、未だシュラウド面Sの形成されていないシール部材を基端側から内挿する(図5(b))。
次に、図5(b)に示すシュラウドピース及びシール部材の基端面に対して、挿入穴23及び係止凹部54を切削加工にて形成する(図5(c))。

0040

次に、図5(c)に示す挿入穴23及び係止凹部54に対して、基端側からピン60を圧入する(図5(d))。
最後に、図5(d)に示すシール部材50の内周面及び基端面、並びにシュラウドピース20の基端面と共にピン60の頭部62の頂面を切削加工にてシュラウド面Sとする。ここでは、シュラウド面Sとインペラ4のブレード4aとのチップクリアランスが所定の大きさとなるように削られる(図5(e))。

0041

以上説明した本実施形態に係る排気タービン過給機の製造方法及び排気タービン過給機によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
(1)排気タービン過給機は、コンプレッサハウジング8を構成するハウジング本体(スクロールピース10、シュラウドピース20、及びラジアルピース30)と、ハウジング本体の材料よりも高い快削性を有する材料により形成されるとともにインペラ4に対向するシュラウド面Sを有するシール部材50と、を備えている。この排気タービン過給機の製造方法では、ピン60によりシール部材50をシュラウドピース20に固定した後に、シール部材50と共にピン60を削ることによりシュラウド面Sを形成するようにしている。こうした構成によれば、ピン60によってシール部材50をシュラウドピース20に固定することに起因して過給機の圧縮効率が低下することを好適に抑制することができるようになる。

0042

(2)ピン60はシュラウドピース20の挿入穴23に対して圧入されている。こうした構成によれば、例えば、ねじによりシール部材を固定する構成に比べて、シール部材50を固定する工程が簡易なものとすることができ、当該工程に要する時間の短縮により製造コストを低減することができるようになる。また、ねじのような溝や穴がないため、気流が乱れることが一層好適に抑制されるようになる。

0043

(3)ピン60は軸部61と同軸部61よりも外径の大きい頭部62とを有している。また、シール部材50の周縁53に形成された係止凹部54がピン60の頭部62により係止されている。こうした構成によれば、シール部材50の周縁53がピン60の頭部62により係止されることによってシール部材50がシュラウドピース20に対して固定される。このため、例えばシール部材の周縁を外周側に延設するとともに当該延設した部位に貫通孔を形成し、同貫通孔にピンを挿入する構成に比べて、シール部材50の径方向における体格を小さくすることができる。これにより、シール部材50を小型化することができ、シール部材50のコストを低減することができるようになる。

0044

(4)ピン60はシュラウドピース20と熱膨張係数が同一の素材により形成されている。こうした構成によれば、シュラウドピース20からのピン60の脱落を抑制することができるようになる。

0045

尚、本発明に係る排気タービン過給機の製造方法及び排気タービン過給機は、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。

0046

・上記実施形態では、コンプレッサハウジングのハウジング本体が3つのピース10、20、30によって構成されるものとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、他に例えばこれらを一体形成するようにしてもよい。

0047

・上記実施形態では、シュラウドピース20及びピン60が共にアルミニウムにより形成されるものとしたが、本発明はこれに限らず、他に例えば、これらを共にステンレス鋼によって形成するようにしてもよい。この場合であっても、上記実施形態の効果(4)に準じた効果を奏することができる。また、ピンをシュラウドピースと熱膨張係数の異なる材料によって形成するようにしてもよい。この場合、シュラウドピースからのピンの脱落を抑制する上ではこれらの材料の熱膨張係数を近づけることが望ましい。

0048

・上記実施形態のように、ピン60の頭部62によりシール部材50の周縁53に形成された係止凹部54を係止する構成とすることが、シール部材50の径方向における体格を小さくする上では望ましい。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、他に例えばシール部材の周縁を外周側に延設するとともに当該延設した部位に貫通孔を形成し、同貫通孔及びシュラウドピースにピンを圧入することによりシュラウドピースに対してシール部材を固定するようにすることもできる。

0049

・本発明に係る係止部材はハウジング本体に対して圧入されるピンに限られるものではなく、溶着接着等の他の態様によってハウジング本体に対して固定されるものとしてもよい。これらの場合であっても、係止部材によりシール部材をハウジング本体に固定した後に、シール部材と共に係止部材を削ることによりシュラウド面を形成するようにすればよい。

0050

2…シャフト、4…インペラ、4a…ブレード、6…スクロール通路、7…ディフューザ通路、8…コンプレッサハウジング、10…スクロールピース、11…入口部、12…スクロール部、13…外周壁部、14…フランジ部、14a…挿通孔、16…アウトレットポート、20…シュラウドピース、21…導入部、22…スクロール部、23…挿入穴、23a…縮径部、23b…拡径部、30…ラジアルピース、32…スクロール部、40…ベアリングハウジング、41…バックプレート部、42…ベアリング、50…シール部材、51…縮径部、52…拡径部、53…周縁、54…係止凹部、60…ピン、61…軸部、62…頭部、71…ボルト、72…ワッシャ、S…シュラウド面。

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