JP2009243299A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】コンプレッサインペラ２３の許容応力の低下を抑制して、ターボチャージャ１の寿命を十分に延ばすこと。
【解決手段】ベアリングハウジング３におけるコンプレッサインペラ２１の背面（コンプレッサハブ２３の背面）に対向する部位に、冷却水を流通させる冷却水路３５が円周方向へ沿って設けられ、冷却水路３５は、冷却水を循環供給する冷却水供給源３７に接続可能であること。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジンに供給される空気を過給するターボチャージャに関する。

近年、ターボチャージャについては種々の開発がなされており、先行技術に係るターボチャージャ（特許文献１及び特許文献２参照）の構成等について簡単に説明すると、次のようになる。

即ち、先行技術に係るターボチャージャは、ベアリングハウジングを具備しており、このベアリングハウジングには、タービン軸がベアリングを介して回転可能に設けられている。また、ベアリングハウジングの一側には、タービンハウジングが設けられており、このタービンハウジング内には、タービンインペラが設けられてあって、このタービンインペラは、タービン軸の一端部に一体的に連結してある。更に、ベアリングハウジングの他側には、コンプレッサハウジングが設けられており、このコンプレッサハウジング内には、コンプレッサインペラが設けられてあって、このコンプレッサインペラは、タービン軸の他端部に一体的に連結してある。

従って、タービンハウジング内に取り入れた排気ガスがタービンインペラ側へ供給されると、排気ガスのエネルギーによってタービンインペラを回転駆動させることができ、コンプレッサインペラをタービン軸を介して連動して回転駆動させることができる。これにより、コンプレッサハウジング内に取り入れた空気をコンプレッサインペラによって圧縮して、エンジンへ供給される空気を過給することができる。
特開２００５−４２５８８号公報 特開２００６−１３２３８６号公報

ところで、近年、ターボチャージャの高圧力比及び高回転化に伴って、コンプレッサインペラの出口側の温度が高くなる共に、所謂円盤摩擦によってコンプレッサインペラとベアリングハウジングの間の温度が高くなる。そのため、ターボチャージャの運転中に、コンプレッサインペラの温度が高くなって、コンプレッサインペラの許容応力の低下を招き、ターボチャージャの寿命を十分に延ばすことが困難になるという問題がある。

そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成のターボチャージャを提供することを目的とする。

本発明の特徴は、エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジンに供給される空気を過給するターボチャージャにおいて、ベアリングハウジングと、前記ベアリングハウジングにベアリングを介して回転可能に設けられたタービン軸と、前記ベアリングハウジングの一側に設けられたタービンハウジングと、前記タービンハウジング内に設けられ、前記タービン軸の一端部に一体的に連結したタービンインペラと、前記ベアリングハウジングの他側に設けられたコンプレッサハウジングと、前記コンプレッサハウジング内に設けられ、前記タービン軸の他端部に一体的に連結したコンプレッサインペラと、を具備し、前記コンプレッサインペラの背面に対向する部位に、冷却水を流通させる冷却水路が円周方向へ沿って設けられ、前記冷却水路は、冷却水を循環供給する冷却水供給源に接続可能であることを要旨とする。

本発明の特徴によると、前記タービンハウジング内に取り入れた排気ガスが前記タービンインペラ側へ供給されると、排気ガスのエネルギーによって前記タービンインペラを回転駆動させることができ、前記コンプレッサインペラを前記タービン軸を介して連動して回転駆動させることができる。これにより、前記コンプレッサハウジング内に取り入れた空気を前記コンプレッサインペラによって圧縮して、前記エンジンへ供給される空気を過給することができる（前記ターボチャージャの運転動作）。

また、前記ターボチャージャの運転中に、前記冷却水供給源からの冷却水を前記冷却水路に流通させることにより、前記ベアリングハウジングと前記コンプレッサインペラの間の空気を十分に冷却する。これにより、前記コンプレッサインペラを背面側から十分に冷却することができる（前記ターボチャージャの冷却作用）。

本発明よれば、前記ターボチャージャの運転中に、前記コンプレッサインペラを背面側から十分に冷却することができるため、前記コンプレッサインペラの許容応力の低下を抑制して、前記ターボチャージャの寿命を十分に延ばすことができる。

本発明の第１実施形態について図１及び図２を参照して説明する。

ここで、図１は、第１実施形態に係るターボチャージャの断面図、図２は、第１実施形態に係るターボチャージャの要部の拡大断面図である。なお、図面中、「Ｆ」は、前方向を指し、「Ｒ」は、後方向を指してある。

図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係るターボチャージャ１は、エンジン（図示省略）からの排気ガスのエネルギーを利用して、エンジンに供給される空気を過給するものである。そして、ターボチャージャ１の具体的な構成等は、以下のようになる。

ターボチャージャ１は、ベアリングハウジング３を具備しており、このベアリングハウジング３内には、複数のベアリング５が設けられてあって、複数のベアリング５には、前後方向へ延びたタービン軸７が回転可能に設けられており、換言すれば、ベアリングハウジング３には、タービン軸７がベアリング５を介して回転可能に設けられている。

ベアリングハウジング３の後側には、タービンハウジング９が設けられている。また、タービンハウジング９内には、タービンインペラ１１が設けられており、このタービンインペラ１１は、タービン軸７の後端部（一端部）に一体的に連結されている。ここで、タービンインペラ１１は、タービン軸７の後端部に一体的に連結されたタービンハブ１３と、このタービンハブ１３の外周面に等間隔に設けられた複数枚のタービンブレード１５とを備えている。

タービンハウジング９の適宜位置には、排気ガスを取り入れるガス取入口（図示省略）が形成されており、このガス取入口は、エンジンのシリンダ（図示省略）に接続可能である。また、タービンハウジング９の内部には、タービンスクロール流路１７がタービンインペラ１１を囲むように形成されており、このタービンスクロール流路１７は、ガス取入口に連通してある。更に、タービンハウジング９の後側（換言すれば、タービンインペラ１１の出口側）には、排気ガスを排出するガス排出口１９が形成されており、このガス排出口１９は、タービンスクロール流路１７に連通してあって、排気ガス浄化装置（図示省略）に接続可能である。

ベアリングハウジング３の前側（他側）には、コンプレッサハウジング２１が設けられている。また、コンプレッサハウジング２１内には、コンプレッサインペラ２３が設けられており、このコンプレッサインペラ２３は、タービン軸７の前端部（他端部）に一体的に連結されている。ここで、コンプレッサインペラ２３は、タービン軸７の前端部に一体的に連結されたコンプレッサハブ２５と、このコンプレッサハブ２５の外周面に等間隔に設けられた複数枚のコンプレッサブレード２７とを備えている。

コンプレッサハウジング２１の前側（換言すれば、コンプレッサインペラ２３の入口側）には、空気を取り入れる空気取入口２９が形成されており、この空気取入口２９は、エアクリーナー（図示省略）に接続可能である。また、ベアリングハウジング３とコンプレッサハウジング２１の間におけるコンプレッサインペラ２３の出口側には、圧縮された空気を昇圧する環状のディフューザ流路３１が形成されており、このディフューザ流路３１は、空気取入口２９に連通してある。更に、コンプレッサハウジング２１の内部には、コンプレッサスクロール流路３３がコンプレッサインペラ２３を囲むように形成されており、このコンプレッサスクロール流路３３は、ディフューザ流路３１に連通してある。そして、コンプレッサハウジング２１の適宜位置には、圧縮された空気を排出する空気排出口（図示省略）が形成されており、この空気排出口は、コンプレッサスクロール流路３３に連通してあって、エンジンのシリンダに接続可能である。

ベアリングハウジング３におけるコンプレッサハブ２５の背面の径方向外側部分に対向する部位には、冷却水を流通させる１つ又は複数（１つのみ図示）の第１冷却水路３５が円周方向へ沿って設けられており、第１冷却水路３５は、冷却水を循環供給するエンジンの冷却水循環回路等の冷却水供給源３７に接続可能である。また、ベアリングハウジング３におけるタービンインペラ１１の出口近傍には、冷却水を流通させる１つ又は複数（１つのみ図示）の第２冷却水路３９が円周方向へ沿って設けられており、この第２冷却水路３９は、第１冷却水路３５に連絡水路（図示省略）を介して連通してあって、冷却水供給源３７に接続可能である。

続いて、第１実施形態の作用及び効果について説明する。

ガス取入口からタービンハウジング９内に取り入れた排気ガスがタービンスクロール流路１７を経由してタービンインペラ１１側へ供給されると、排気ガスのエネルギーによってタービンインペラ１１を回転駆動させることができ、コンプレッサインペラ２３をタービン軸７を介して連動して回転駆動させることができる。これにより、空気取入口２９から取り入れた空気をコンプレッサインペラ２３によって圧縮して、ディフューザ流路３１及びコンプレッサスクロール流路３３を経由して空気排出口から排出することができ、エンジンのシリンダへ供給される空気を過給することができる（ターボチャージャ１の運転動作）。

ターボチャージャ１の運転中に、冷却水供給源３７からの冷却水を第１冷却水路３５に流通させることにより、ベアリングハウジング３とコンプレッサハブ２５の間の空気を十分に冷却する。これにより、コンプレッサインペラ２３をコンプレッサハブ２５の背面側から十分に冷却することができる。

なお、冷却水供給源３７からの冷却水を第２冷却水路３９を経由して第２冷却水路３９に流通させることにより、ベアリングハウジング３の後側部分（タービンインペラ１１側部分）の温度上昇を抑えることができる（ターボチャージャ１の冷却作用）。

従って、第１実施形態によれば、ターボチャージャ１の運転中に、コンプレッサインペラ２３をコンプレッサハブ２５の背面側から十分に冷却することができるため、コンプレッサインペラ２３の許容応力の低下を抑制して、ターボチャージャ１の寿命を十分に延ばすことができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について図３を参照して説明する。

ここで、図３は、第２実施形態に係るターボチャージャの要部の拡大断面である。

図３に示すように、第２実施形態に係るターボチャージャ４１は、第１実施形態に係るターボチャージャ１と略同じ構成を有しており、第２実施形態の係るターボチャージャ４１の構成のうち、第１実施形態に係るターボチャージャ１の構成と異なる部分について説明する。なお、第２実施形態に係るターボチャージャ４１における複数の構成要素のうち、第１実施形態に係るターボチャージャ１における構成要素と対応するものについては、図中に同一番号を付して、説明を省略する。

ベアリングハウジング３の外周面の前側部分（他側部分）には、径方向へ延びた環状のシールプレート４３が設けられている。そして、コンプレッサハウジング２１は、シールプレート４３の外周面に設けられており、換言すれば、ベアリングハウジング３の前側（他側）にシールプレート４３を介して設けられている。また、ベアリングハウジング３とシールプレート４３は、断熱されるように局所的に接触している。更に、ベアリングハウジング３の外周面とシールプレート４３の内周面との境界部分Ｂは、コンプレッサインペラ２３の外周縁よりも径方向内側に位置するようになっている。

続いて、第２実施形態の作用及び効果について説明する。

第２実施形態についても、第１実施形態と同様の作用を奏する他に、ベアリングハウジング３とシールプレート４３が断熱されるように局所的に接触しているため、ディフューザ流路３１の温度が高くなっても、ベアリングハウジング３の前側部分の温度上昇を抑えることができる。これにより、冷却水を第１冷却水路３５流通させるだけで、コンプレッサインペラ２３をコンプレッサハブ２５の背面側から十分かつ効率よく冷却することができる。

また、ベアリングハウジング３の外周面とシールプレート４３の内周面との境界部分Ｂがコンプレッサインペラ２３の外周縁よりも径方向内側に位置するようになっているため、ベアリングハウジング３とシールプレート４３の間で断熱されるようにしても、ディフューザ流路３１における空気流の乱れを抑えることができる。

従って、第２実施形態によれば、ディフューザ流路３１における空気流の乱れを抑えつつ、コンプレッサインペラ２３をコンプレッサハブ２５の背面側から十分かつ効率よく冷却することができるため、第１実施形態の効果をより一層向上させることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について図４及び図５を参照して説明する。

ここで、図４及び図５は、第３実施形態に係るターボチャージャの要部の拡大断面である。

図４に示すように、第３実施形態に係るターボチャージャ４５は、第２実施形態に係るターボチャージャ４１と略同じ構成を有しており、第３実施形態の係るターボチャージャ４５の構成のうち、第２実施形態に係るターボチャージャ４１の構成と異なる部分について説明する。なお、第３実施形態に係るターボチャージャ４１における複数の構成要素のうち、第２実施形態に係るターボチャージャ４１における構成要素と対応するものについては、図中に同一番号を付して、説明を省略する。

ベアリングハウジング３は、コンプレッサハブ２５の背面の径方向外側部分に対向する部位に、円周方向へ延びた１つ又は複数（１つのみ図示）の水路構成部材４７を備えており、水路構成部材４７の内側には、第１冷却水路３５に相当する第１冷却水路４９が形成されている。また、第１冷却水路４９の縁部は、Ｏリング５１によって防水処理が施されている。更に、図５に示すように、水路構成部材４７の断面形状をパイプ状に構成することにより、Ｏリング５１を省略しても構わない。

ここで、第３実施形態においても、第２実施形態と同様の作用及び効果を奏するものである。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。

第１実施形態に係るターボチャージャの断面図である。 第１実施形態に係るターボチャージャの要部の拡大断面である。 第２実施形態に係るターボチャージャの要部の拡大断面である。 第３実施形態に係るターボチャージャの要部の拡大断面である。 第３実施形態に係るターボチャージャの要部の拡大断面である。

符号の説明

１ ターボチャージャ
３ ベアリングハウジング
５ ベアリング
７ タービン軸
９ タービンハウジング
１１ タービンインペラ
２１ コンプレッサハウジング
２３ コンプレッサインペラ
３５ 第１冷却水路
３７ 冷却水供給源
３９ 第２冷却水路
４１ ターボチャージャ
４３ シールプレート
４５ ターボチャージャ
４７ 水路構成部材
４９ 第１冷却水路

Claims (5)

1. エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジンに供給される空気を過給するターボチャージャにおいて、
   ベアリングハウジングと、
   前記ベアリングハウジングにベアリングを介して回転可能に設けられたタービン軸と、
   前記ベアリングハウジングの一側に設けられたタービンハウジングと、
   前記タービンハウジング内に設けられ、前記タービン軸の一端部に一体的に連結したタービンインペラと、
   前記ベアリングハウジングの他側に設けられたコンプレッサハウジングと、
   前記コンプレッサハウジング内に設けられ、前記タービン軸の他端部に一体的に連結したコンプレッサインペラと、を具備し、
   前記コンプレッサインペラの背面に対向する部位に、冷却水を流通させる冷却水路が円周方向へ沿って設けられ、前記冷却水路は、冷却水を循環供給する冷却水供給源に接続可能であることを特徴とするターボチャージャ。
2. 前記冷却水路は、前記ベアリングハウジングにおける前記コンプレッサインペラの背面に対向する部位に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ。
3. 前記ベアリングハウジングの外周面の他側部分に、径方向へ延びた環状のシールプレートが設けられ、前記コンプレッサハウジングは、前記ベアリングハウジングの他側に前記シールプレートを介して設けられ、
   前記ベアリングハウジングと前記シールプレートは、断熱されるように局所的に接触していることを特徴とする請求項２に記載のターボチャージャ。
4. 前記ベアリングハウジングの外周面の他側部分に、径方向へ延びた環状のシールプレートが設けられ、前記コンプレッサハウジングは、前記ベアリングハウジングの他側に前記シールプレートを介して設けられ、
   前記ベアリングハウジングと前記シールプレートは、断熱されるように局所的に接触しており、
   前記ベアリングハウジングは、前記コンプレッサインペラの背面に対向する部位に円周方向へ延びた水路構成部材を備え、前記水路構成部材の内側に、前記冷却水路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ。
5. 前記ベアリングハウジングの外周面と前記シールプレートの内周面との境界部分は、前記コンプレッサインペラの外周縁よりも径方向内側に位置していることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のターボチャージャ。

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