JP2016044617A - ターボチャージャ用のコンプレッサハウジング - Google Patents

Abstract

【課題】コンプレッサの性能を向上させることができるターボチャージャ用のコンプレッサハウジングを提供すること。
【解決手段】吸気口１１と吐出スクロール室１２とを有するコンプレッサハウジング１。コンプレッサハウジング１はスクロールピース２とシュラウドピース３とを組み合わせてなる。スクロールピース２はスクロール壁面形成部２１と嵌合保持部２２とを有する。シュラウドピース３は、シュラウド面３１１及びディフューザ面３１２を形成するシュラウド本体部３１と、シュラウド本体部３１から軸方向先端側に延びる環状の嵌入部３２と、嵌入部３２からさらに軸方向先端側に延びる筒状部３３とを有する。シュラウドピース３は、嵌入部３２をスクロールピース２の嵌合保持部２２に嵌入させるとともに、筒状部３３をスクロールピース２よりも軸方向先端側に突出させている。筒状部３３が吸気口１１を形成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターボチャージャ用のコンプレッサハウジングに関する。

自動車のターボチャージャに用いられるコンプレッサは、インペラを収容可能に構成されたコンプレッサハウジングを有する。コンプレッサハウジングは、インペラに向けて空気を吸い込む吸気口、インペラから吐き出された空気を外部へ導く吐出スクロール室、その他、インペラを収容する部分、ディフューザ部等を有する。

かかるコンプレッサハウジングとして、互いに別部材であるスクロールピースとシュラウドピースとを組み合わせて構成したものがある（例えば、特許文献１）。スクロールピースは、吐出スクロール室の壁面の一部を形成するスクロール壁面形成部と、吸気口を形成する吸気口形成部とを、一体的に有する。シュラウドピースは、インペラに対向するシュラウド面と、シュラウド面から吐出スクロール室に向かって延びるディフューザ面とを有するとともに、スクロールピースに嵌入される嵌入部を有する。

そして、スクロールピースの吸気口形成部の内側に、シュラウドピースの嵌入部を嵌入することにより、シュラウドピースとスクロールピースとが互いに組み合わされ、コンプレッサハウジングを構成している。

特開２０１４−６２４９２号公報

しかしながら、上記のように、シュラウドピースとスクロールピースとを互いに組み付けてなるコンプレッサハウジングにおいては、以下のような課題がある。
すなわち、スクロールピースの吸気口形成部の内側にシュラウドピースの嵌入部を嵌入した状態においては、吸気口形成部の内壁面に、嵌入部の先端部が配置されることとなる。つまり、吸気口の内壁面に段差が形成されることとなる。そうすると、吸気口から吸入された空気のうち、吸気口の内壁面に沿って流れる空気が段差部、すなわち嵌入部の先端部に衝突して、気流の乱れが生じることとなる。その結果、吸気口からの空気の吸い込みが円滑に行われ難く、コンプレッサの性能向上が困難となる。

かかる問題を抑制するために、上記の段差を小さくすることも考えられるが、その場合、嵌入部の肉厚を小さくすることとなる。そうすると、スクロールピースとシュラウドピースとの間の固定力が充分に得られなくなるおそれがある。したがって、嵌入部の肉厚を小さくして段差を小さくする手法には限界がある。

また、スクロールピースの吸気口形成部の内壁面に、嵌入部の肉厚分の段差を設けておき、スクロールピースにシュラウドピースを組み付けた際に、吸気口の内壁面の段差がなくなるようにすることも考えられる。ところが、吸気口形成部の内壁面に段差を設ける場合、軸方向の寸法公差を考慮して、段差部と嵌入部の先端部との干渉を防ぐべく、両者の間に隙間を設ける必要がある。そうすると、結局、この隙間によって気流の乱れが生じることになるうえ、隙間に金属粉などの異物が入り込むおそれもある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、コンプレッサの性能を向上させることができるターボチャージャ用のコンプレッサハウジングを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、インペラを収容可能に構成されていると共に、上記インペラに向けて空気を吸い込む吸気口と、上記インペラの外周側において周方向に形成され、上記インペラから吐き出された空気を外部へ導く吐出スクロール室とを有する、ターボチャージャ用のコンプレッサハウジングにおいて、
互いに別部材として形成されたスクロールピースとシュラウドピースとを組み合わせてなり、
上記スクロールピースは、上記吐出スクロール室の壁面の一部を形成するスクロール壁面形成部と、該スクロール壁面形成部の内側において上記シュラウドピースを嵌合保持する嵌合保持部とを有し、
上記シュラウドピースは、上記インペラに対向するシュラウド面及び該シュラウド面から上記吐出スクロール室に向かって延びるディフューザ面を形成するシュラウド本体部と、該シュラウド本体部から軸方向先端側に延びる環状の嵌入部と、該嵌入部からさらに軸方向先端側に延びる筒状部とを有し、
上記シュラウドピースは、上記嵌入部を上記スクロールピースの上記嵌合保持部に嵌入させるとともに、上記筒状部を上記スクロールピースよりも軸方向先端側に突出させており、
上記筒状部が、上記吸気口を形成していることを特徴とするターボチャージャ用のコンプレッサハウジングにある。

上記コンプレッサハウジングにおいては、上記シュラウドピースが、上記シュラウド本体部と上記嵌入部と上記筒状部とを有する。そして、筒状部が、上記吸気口を形成している。つまり、吸気口を形成する筒状部と、シュラウド面を形成するシュラウド本体部とが、一部材であるシュラウドピースにおいて一体化されている。それゆえ、吸気口の内壁面からシュラウド面に至るまで、部材の継ぎ目が配されることがなく、吸気口の内壁面からシュラウド面までの間に段差が形成されることを防ぐことができる。

これにより、吸気口から吸い込まれた空気は、インペラまで円滑に導入されることとなり、その間において気流の乱れが生じることを防ぐことができる。そのため、コンプレッサの性能を向上させることができる。

以上のごとく、本発明によれば、コンプレッサの性能を向上させることができるターボチャージャ用のコンプレッサハウジングを提供することができる。

実施例１における、コンプレッサハウジングを用いたターボチャージャのコンプレッサ部分の断面説明図。 実施例１における、コンプレッサハウジングの断面図であって、図３のII−II線矢視断面図。 実施例１における、先端側から見たコンプレッサハウジングの平面図。 実施例１における、スクロールピースとシュラウドピースの断面図。 実施例２における、コンプレッサハウジングを用いたターボチャージャのコンプレッサ部分の断面説明図。 比較例１における、コンプレッサハウジングを用いたターボチャージャのコンプレッサ部分の断面説明図。 比較例２における、コンプレッサハウジングを用いたターボチャージャのコンプレッサ部分の断面説明図。

本明細書においては、インペラの回転軸の方向を軸方向といい、軸方向における吸気口の開口側を先端側、その反対側を基端側という。

また、上記筒状部は上記嵌入部よりも外径が小さいことが好ましい。この場合には、スクロールピースに対するシュラウドピースの組み付けを容易にすることができる。すなわち、スクロールピースにシュラウドピースを組み付けるにあたっては、筒状部を、スクロールピースの嵌合保持部に対して、その基端側から先端側へ向かって挿通し、嵌入部を嵌合保持部に嵌入させる。ここで、上記のように、筒状部の外径が嵌入部の外径よりも小さいため、円滑に筒状部を嵌合保持部に挿通することができる。
また、筒状部の外径が嵌入部の外径よりも小さいことにより、嵌入部の肉厚を厚くしつつ、筒状部の肉厚を薄くしやすい。その結果、シュラウドピースとスクロールピースとの間の固定力を低下させることなく、シュラウドピースの軽量化を図ることができる。

（実施例１）
上記ターボチャージャ用のコンプレッサハウジングの実施例につき、図１〜図４を用いて説明する。
本例のコンプレッサハウジング１は、図１に示すごとく、インペラ１３を収容可能に構成されていると共に、インペラ１３に向けて空気を吸い込む吸気口１１と、インペラ１３の外周側において周方向に形成され、インペラから吐き出された空気を外部へ導く吐出スクロール室１２とを有する。

コンプレッサハウジング１は、図２〜図４に示すごとく、互いに別部材として形成されたスクロールピース２とシュラウドピース３とを組み合わせてなる。
スクロールピース２は、吐出スクロール室１２の壁面の一部を形成するスクロール壁面形成部２１と、スクロール壁面形成部２１の内側においてシュラウドピース３を嵌合保持する嵌合保持部２２とを有する。

シュラウドピース３は、シュラウド本体部３１と、シュラウド本体部３１から軸方向先端側に延びる環状の嵌入部３２と、嵌入部３２からさらに軸方向先端側に延びる筒状部３３とを有する。シュラウド本体部３１は、インペラ１３に対向するシュラウド面３１１及びシュラウド面３１１から吐出スクロール室１２に向かって延びるディフューザ面３１２を形成している。

図２に示すごとく、シュラウドピース３は、嵌入部３２をスクロールピース２の嵌合保持部２２に嵌入させるとともに、筒状部３３をスクロールピース２よりも軸方向先端側に突出させている。
そして、筒状部３３が、吸気口１１を形成している。

シュラウドピース３は、シュラウド本体部３１の外周側に、吐出スクロール室１２の壁面の一部を構成する内周壁面３１３を有する。内周側壁面３１３は、スクロールピース２のスクロール壁面形成部２１の内側面２１１と滑らかにつながっている。また、スクロールピース２は、スクロール壁面形成部２１の外側に、スクロール外周部２３を有する。
また、コンプレッサハウジング１は、吐出スクロール室１２からの圧縮空気を吐出する吐出ポート１５を有する。吐出ポート１５は、スクロールピース２に形成されている。

コンプレッサハウジング１は、ターボチャージャの一部を構成するコンプレッサの外郭部品である。そして、図１に示すごとく、コンプレッサハウジング１の基端側に、バックプレート４が取り付けられる。バックプレート４は、ディフューザ面３１２に対向する対向面４１と、スクロール外周部２３に嵌入される外縁部４２と、吐出スクロール室１２に面する外周側凹面４３とを備えている。

外周側凹面４３は、対向面４１と滑らかにつながっている。バックプレート４がコンプレッサハウジング１に取り付けられたとき、外周側凹面４３は、スクロール壁面形成部２１の内側面２１１と滑らかにつながる。また、対向面４１とディフューザ面３１２との間に、インペラ１３から吐出された圧縮空気が吐出スクロール室１２へ向かう通路であるディフューザ部１６が形成される。

ターボチャージャ１は、自動車等の内燃機関から排出される排ガスによってタービンを回転させ、その回転力を利用してコンプレッサにおいて吸入空気を圧縮し、その圧縮空気を吐出ポート１５から内燃機関に送り込むよう構成されている。したがって、ターボチャージャ１は、図示を省略してあるが、軸方向において、コンプレッサの外殻を構成するコンプレッサハウジング１と反対側に、タービンハウジングを備えている。タービンハウジングの内側には、タービンインペラが配された排ガス流路が形成されている。タービンインペラは、ロータシャフト１４に固定されている。すなわち、ロータシャフト１４によって、コンプレッサのインペラ１３とタービンインペラとが連結されている。これにより、タービンインペラの回転に伴い、コンプレッサのインペラ１３が回転するよう構成されている。

そして、ロータシャフト１４を回転自在に軸支する軸受ハウジング５が、コンプレッサハウジング１とタービンハウジングとの間に配置されている。軸受ハウジング５における軸方向の一端（先端）に略円板状のバックプレート４が固定されている。

コンプレッサハウジング１を構成するスクロールピース２及びシュラウドピース３は、例えばアルミニウム製のダイキャスト品により構成することができる。
スクロールピース２は、図３に示すごとく、全体形状を略円環状に形成してなり、嵌合保持部２２の内側に、円形の開口部を有し、この開口部の内周面２２１がシュラウドピース３の嵌入部３２の外周面と圧接している。また、図２、図４に示すごとく、嵌合保持部２２の基端側には、基端側を向いた基端当接面２２２を有し、該基端当接面２２２がシュラウドピース３のシュラウド本体部３１に当接している。

シュラウドピース３は、図４に示すごとく、筒状部３３と嵌入部３２とを、軸方向に連続して形成してなり、これらは円筒状に形成されている。筒状部３３の内径と嵌入部３２の内径とは同一であり、筒状部３３の内周面と嵌入部３２の内周面とは、一定の直径にて連続して形成されている。ただし、筒状部３３の内周面の先端部には、先端側へ行くほど外側へ広がるテーパ面３３１が形成されている。

そして、筒状部３３及び嵌入部３２の内周面は、シュラウド面３１１に滑らかにつながり、シュラウド面３１１は、筒状部３３及び嵌入部３２の内周面から外側へ広がるように形成されていると共に、その外周側のディフューザ面３１２に滑らかにつながるように形成されている。すなわち、筒状部３３の先端部からディフューザ面３１２に至るまで、シュラウドピース３の内側面は、滑らかに連続して形成されている。

筒状部３３は、コンプレッサハウジング１の吸気口１１を形成するため、図２に示すごとく、吸気口１１の内壁面１１１からシュラウド面３１１、ディフューザ面３１２に至るまで、コンプレッサハウジング１における空気流路の内面は、滑らかに形成されることとなる。

また、図４に示すごとく、シュラウドピース３は、筒状部３３の外周面と嵌入部３２の外周面との間に、段差部３４を有する。すなわち、筒状部３３の外径は嵌入部３２の外径よりも小さい。上述のごとく、筒状部３３の内径と嵌入部３２の内径とは同一であるため、嵌入部３２の肉厚は、筒状部３３の肉厚よりも大きいこととなる。また、シュラウド本体部３１の外径は、嵌入部３２の外径よりもさらに大きくなっており、シュラウド本体部３１１の外周面に、上述のごとく、吐出スクロール室１２の壁面の一部を構成する内周壁面３１３が形成されている。また、シュラウド本体部３１の先端側に、スクロールピース２に当接する先端当接面３１４が形成されている。つまり、図２に示すごとく、シュラウドピース３の先端当接面３１４は、スクロールピース２の基端当接面２２２に当接している。

次に、コンプレッサハウジング１の組み立て方法の一例を説明する。
まず、ダイキャストによって、図４に示すごとく、スクロールピース２及びシュラウドピース３をそれぞれ成型する。そして、スクロールピース２の嵌合保持部２２の内周面２２１と、シュラウドピース３の嵌入部３２の外周面とを、それぞれ切削する。

次いで、シュラウドピース３の筒状部３３を、スクロールピース２の嵌合保持部２２に対して、その基端側から先端側へ向かって挿通する。さらに、シュラウドピース３の先端当接面３１４が、スクロールピース２の基端当接面２２２に当接するまで、スクロールピース２に対してシュラウドピース３を先端側に押し込むことにより、嵌入部３２を嵌合保持部２２に圧入する。この圧入は、例えば、焼嵌め等の手段を用いることができる。

図２に示すごとく、基端当接面２２２に先端当接面３１４を当接させることにより、スクロールピース２とシュラウドピース３との間の軸方向の位置決めが正確になされる。また、これにより、シュラウドピース３の内周側壁面３１３と、スクロールピース２のスクロール壁面形成部２１の内側面２１１との間に隙間ができないように、吐出スクロール室１２の内壁面が連続的に形成される。

そして、シュラウドピース３の筒状部３３が、スクロールピース２よりも先端側へ突出した状態となる。これにより、筒状部３３が吸気口１１を構成することとなる。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記コンプレッサハウジング１においては、シュラウドピース３が、シュラウド本体部３１と嵌入部３２と筒状部３３とを有する。そして、筒状部３３が、吸気口１１を形成している。つまり、吸気口１１を形成する筒状部３３と、シュラウド面３１１を形成するシュラウド本体部３１とが、一部材であるシュラウドピース３において一体化されている。それゆえ、吸気口１１の内壁面１１１からシュラウド面３１１に至るまで、部材の継ぎ目が配されることがなく、吸気口１１の内壁面１１１からシュラウド面３１１までの間に段差が形成されることを防ぐことができる。

つまり、コンプレッサハウジング１における吸気口１１からシュラウド面３１１に至るまで、空気流路の内面が滑らかに連続している。これにより、吸気口１１から吸い込まれた空気は、インペラ１３まで円滑に導入されることとなり、その間において気流の乱れが生じることを防ぐことができる。そのため、コンプレッサの性能を向上させることができる。

また、筒状部３３は嵌入部３２よりも外径が小さいため、スクロールピース２に対するシュラウドピース３の組み付けを容易にすることができる。すなわち、筒状部３３を、スクロールピース２の嵌合保持部２２に対して、その基端側から先端側へ向かって挿通する際、円滑に筒状部３３を嵌合保持部２２に挿通し、嵌入部３２を嵌合保持部２２に嵌入することができる。また、筒状部３３の外径が嵌入部３２の外径よりも小さいことにより、嵌入部３２の肉厚を厚くしつつ、筒状部３３の肉厚を薄くしやすい。その結果、シュラウドピース３とスクロールピース２との間の固定力を低下させることなく、シュラウドピース３の軽量化を図ることができる。

以上のごとく、本例によれば、コンプレッサの性能を向上させることができるターボチャージャ用のコンプレッサハウジングを提供することができる。

（実施例２）
本例は、図５に示すごとく、軸受ハウジング５０の一部として形成されたバックプレート４に、コンプレッサハウジング１を組み付けた例である。すなわち、実施例１において示した軸受ハウジング５とバックプレート４とを一体的に形成している。
コンプレッサハウジング１の構成自体は、実施例１と同様である。
なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
本例の場合にも、実施例１と同様の作用効果を奏する。

（比較例１）
本例は、図６に示すごとく、吸気口１１を、スクロールピース９２の一部によって形成したコンプレッサハウジング９の例である。
本例のコンプレッサハウジング９は、互いに別部材として形成されたスクロールピース９２とシュラウドピース９３とを組み合わせてなる。

そして、スクロールピース９２は、吸気口１１を形成する筒状の吸気口形成部９２０と、吐出スクロール室１２の壁面の一部を形成するスクロール壁面形成部９２１とを有する。
また、シュラウドピース９３は、シュラウド面３１１及びディフューザ面３１２を形成するシュラウド本体部９３１と、シュラウド本体部９３１から軸方向先端側に延びてスクロールピース９２に嵌入される筒状の嵌入部９３２とを有する。

そして、嵌入部９３２を吸気口形成部９２０の内側に嵌入することにより、シュラウドピース９３とスクロールピース９２とが嵌合して、コンプレッサハウジング９が構成されている。

なお、バックプレート４、インペラ１３等、コンプレッサハウジング９以外の構成については、実施例１に示したものと同様である。また、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例の場合、嵌入部９３２の先端部９３３が、吸気口形成部９２０の内側に配置されることとなる。つまり、嵌入部９３２の先端部９３３が、吸気口１１の内壁面に、段差を形成することとなる。そうすると、吸気口１１から吸入された空気のうち、吸気口１１の内壁面に沿って流れる空気が段差部、すなわち嵌入部９３２の先端部９３３に衝突して、気流の乱れが生じることとなる。その結果、吸気口１１からの空気の吸い込みが円滑に行い難く、コンプレッサの性能向上が困難となる。

（比較例２）
本例は、図７に示すごとく、スクロールピース９２の吸気口形成部９２０の内壁面に、嵌入部９３２の肉厚分の段差９２４を設けた、コンプレッサハウジング９０の例である。
その他は、比較例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、比較例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、比較例１と同様の構成要素等を表す。

本例の場合、スクロールピース９２にシュラウドピース９３を組み付けた際に、吸気口１１の内径は、嵌入部９３２の部分と、吸気口形成部９２０の部分とにおいて、同等とすることができる。ところが、吸気口形成部９２０の内壁面に段差９２４を設ける場合、軸方向の寸法公差を考慮して、段差９２４と嵌入部９３２の先端部９３３との干渉を防ぐべく、両者の間に隙間９４を設ける必要がある。そうすると、結局、この隙間９４によって気流の乱れが生じることになるうえ、隙間９４に金属粉などの異物が入り込むおそれもある。

実施例１及び実施例２のコンプレッサハウジング１によれば、上述したように、比較例１、２に示したような課題を解決することができる。
なお、本発明は、上記実施例に限られるものではなく、種々の態様を採用しうる。
例えば、スクロールピース２の嵌合保持部２２の内周面２２１と、シュラウドピース３の嵌入部３２の外周面との間に、Ｏリング、ＦＩＰＧ（Formed in Place Gasket）等のシール部材を介在させることもできる。これにより、スクロールピース２とシュラウドピース３との界面からの空気漏れを確実に防ぐことができる。

１ コンプレッサハウジング
１１ 吸気口
１２ 吐出スクロール室
１３ インペラ
２ スクロールピース
２１ スクロール壁面形成部
２２ 嵌合保持部
３ シュラウドピース
３１ シュラウド本体部
３１１ シュラウド面
３１２ ディフューザ面
３２ 嵌入部
３３ 筒状部

Claims (2)

1. インペラを収容可能に構成されていると共に、上記インペラに向けて空気を吸い込む吸気口と、上記インペラの外周側において周方向に形成され、上記インペラから吐き出された空気を外部へ導く吐出スクロール室とを有する、ターボチャージャ用のコンプレッサハウジングにおいて、
   互いに別部材として形成されたスクロールピースとシュラウドピースとを組み合わせてなり、
   上記スクロールピースは、上記吐出スクロール室の壁面の一部を形成するスクロール壁面形成部と、該スクロール壁面形成部の内側において上記シュラウドピースを嵌合保持する嵌合保持部とを有し、
   上記シュラウドピースは、上記インペラに対向するシュラウド面及び該シュラウド面から上記吐出スクロール室に向かって延びるディフューザ面を形成するシュラウド本体部と、該シュラウド本体部から軸方向先端側に延びる環状の嵌入部と、該嵌入部からさらに軸方向先端側に延びる筒状部とを有し、
   上記シュラウドピースは、上記嵌入部を上記スクロールピースの上記嵌合保持部に嵌入させるとともに、上記筒状部を上記スクロールピースよりも軸方向先端側に突出させており、
   上記筒状部が、上記吸気口を形成していることを特徴とするターボチャージャ用のコンプレッサハウジング。
2. 上記筒状部は上記嵌入部よりも外径が小さいことを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ用のコンプレッサハウジング。

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