JP2004144094A - コンプレッサホイールアッセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】　必要な程度の精度で、経済的に、コンプレッサホイールに十分に狭い孔を機械加工できるコンプレッサホイールアッセンブリを提供すること。
【解決手段】　コンプレッサホイールアッセンブリは、回転シャフト８に取り付けられたコンプレッサホイール７を備え、このシャフト８はホイールの回転軸に沿って設けられた孔を貫通して延在する。孔は、シャフト８の外径よりも大きい内径を有し、筒状のスリーブ２２がシャフト８の周りに同軸に配置されて、これにより、シャフト８を孔の内側に同軸に保持する。
【選択図】図２

Description

　本発明は、回転シャフトに取り付けられるコンプレッサホイールのアッセンブリに関する。特に、この発明は、ターボチャージャのコンプレッサホイールアッセンブリに関する。

　ターボチャージャは、内燃機関の吸気口に大気圧より高い圧力（ブースト圧力）で空気を供給するための周知の装置である。従来のターボチャージャは、タービンハウジング内に、回転可能にシャフトに取り付けられた排気ガス駆動のタービンホイールを本質的に備える。タービンホイールの回転が、上記シャフトの他端に取付けられたコンプレッサホイールをコンプレッサハウジング中で回転させる。上記コンプレッサホイールは、エンジンの吸気マニフォールドに圧縮空気を送り、これにより、エンジンの力を増加させる。上記シャフトは、上記タービンとコンプレッサハウジングの間に接続された中央ベアリングハウジング中に配置されたジャーナルおよびスラスト軸受けに支持されている。

　従来のコンプレッサホイールは、ターボチャージャシャフトの一端を受けるための孔が設けられた中央ハブから伸びるブレードのアレイを備える。上記コンプレッサホイールはナットによって上記シャフトに固定され、このナットは、上記ホイールの孔を貫通して伸びるシャフトの端に螺合して、このホイールをシャフトショルダー（または上記シャフトと共に回転して径方向に伸びる別体の接合部）に押し付けるようにホイールの突出端を圧迫する。

　ターボチャージャの性能に関する最新の要求は、所定の寸法のターボチャージャから増大された空気流を必要とし、その結果、例えば１００，０００ｒｐｍを超えるような回転速度の増大を導いている。そのような高回転速度に適応するため、ターボチャージャのベアリングと、したがって、ターボチャージャシャフトの径とは、最小化されなければならない。

　しかしながら、比較的小さい径のシャフトを用いるのは、従来のコンプレッサホイール取付け用アッセンブリには問題がある。つまり、必要な程度の精度で（上記ホイールが回転方向にバランスする必要がある場合、上記孔は上記軸とホイールの回転に対して同心でなければならない）、コンプレッサホイールに十分に狭い孔を機械加工することは、困難になり得る。上記孔の径が減少するので、これに伴う上記孔の機械加工に必要な工具の寸法の減少と、それゆえ、強度の減少が生じる。要求された精度が達成可能であるとしても、増大する機械加工の時間と、工具の磨耗の問題が、工程の経済的な実行可能性を妨げる場合がある。

　上述の問題は、継続されるターボチャージャの発達が、従来用いられたアルミニウム合金よりも機械加工し難い例えばチタンのような高性能材料の使用を必要とすることにより、悪化する。

　上述の問題を回避する一つの可能な方法に、米国特許第４，７０５，４６３号に開示されるような「孔無し」コンプレッサホイールを用いることがある。このコンプレッサホイールアッセンブリでは、短くされたターボチャージャシャフトのネジ切られた端部を受けるために、コンプレッサホイールに、比較的短いねじ切られた孔のみが設けられている。しかしながら、このようなアッセンブリは、コンプレッサホイールとシャフトとの間のねじ切られた接続、および、そのような接続に固有の隙間が、要求される同心の度合いを維持するのが難しいので、バランスの問題を被り得る。
米国特許第４，７０５，４６３号

　本発明の目的は、上記問題を未然に防ぎ、あるいは、軽減することにある。

　本発明によれば、回転シャフトに取り付けられたコンプレッサホイールを備え、上記シャフトは上記ホイールの回転軸に沿って設けられた孔を貫通して延在するコンプレッサホイールアッセンブリであって、上記孔は、上記コンプレッサホイールを貫通するシャフトの部分の外径よりも大きい内径を有し、上記シャフトの周りの上記孔の内側面とシャフトの外側面との間に、筒状のスリーブが同心に配置されており、これによって、上記シャフトを孔の中に同軸に支持していることを特徴とするコンプレッサホイールアッセンブリが提供される。

　本発明は、上記シャフト孔が、正確な大量生産に適した直径で機械加工されるようにでき、そして、上記孔の直径は、上記スリーブの供給により、上記シャフトの直径に適合するように効果的に減少される。これにより、従来技術における製造の困難が回避される。

　上記スリーブは、コンプレッサホイールに予め嵌められていてもよい。したがって、本発明は、使用されるときにターボチャージャシャフトの一端に取り付けられるターボチャージャのためのコンプレッサホイールを提供し、このコンプレッサホイールは、比較的大きい直径を有して内部を軸方向に貫通する孔を画定すると共に、比較的小さい内径を有する筒状スリーブが設けられており、このスリーブは、上記シャフトの直径と一致するように選択されて、上記孔の中に同軸に配置されている。

　本発明の他の好ましい特徴が、以下の記載から明らかになるであろう。

　本発明の特有の実施形態が、添付の図面を参照して、例示のみによって述べられる。

　まず、図１は、従来の求心型のターボチャージャの基本的な構成部品を示している。このターボチャージャは、中央のベアリングハウジング３を介してコンプレッサ２に結合されたタービン１を備える。このタービン１は、タービンホイール５を収容するタービンハウジング４を備える。同様に、上記コンプレッサ２は、コンプレッサホイール７を収容するコンプレッサハウジング６を備える。上記タービンホイール５とコンプレッサホイール７は、上記ベアリングハウジング３中のベアリングアッセンブリ９に支持された共通のシャフト８の互いに反対側の端に取り付けられている。

　上記タービンハウジング４には、排気ガス入口１０と、排気ガス出口１１が設けられている。上記排気ガス入口１０は、タービンホイール５を取り巻く環状の入口室１２に、入って来る排気ガスを導く。この排気ガスは、上記タービンを通って、上記タービンホイール５と同軸の円形をなす出口開口を介して、出口１１に流れる。上記タービンホイール５の回転が、コンプレッサホイール７を回転させて、このコンプレッサ７が軸方向入口１３を通して空気を吸い込み、環状の出口渦巻１４を介してエンジン吸気口に圧縮空気を供給する。

　コンプレッサホイールアッセンブリの詳細を述べると、上記コンプレッサホイールは、上記シャフト８の一端を受け取る貫通孔が設けられた中央ハブ１６から延在する複数のブレード１５を備える。上記シャフト８は、上記コンプレッサホイール７の突出部から僅かに延びて、ナット１７を受けるためにねじ切られており、このナット１７は、コンプレッサホイール７をスラスト軸受けおよびオイルシールアッセンブリ１８に押し付けるためにコンプレッサホイールの突出部を圧迫する。上記スラスト軸受け／オイルシールアッセンブリの詳細は異なってもよく、コンプレッサホイールの取付けの配列を理解するには重要ではない。要は、ナット１７による押し付け力によって、コンプレッサホイール７がシャフト８に対して滑ることが防止される。

　上述の従来のコンプレッサホイールアッセンブリに関連する問題は、本明細書の序文で述べられている。

　図２は、本発明によるコンプレッサホイールアッセンブリを示している。シャフト８、スラスト軸受けおよびシールアッセンブリ１８、および、押し付けナット１７の詳細は、例えば図１に示すような全く従来のものでよい。

　図２のアッセンブリが、図１のアッセンブリと重大に異なる点は、本発明に従って、コンプレッサホイールの孔２１が比較的大きい（例えば、シャフト８の直径よりも大きい）直径を有し、特に、上記孔２１は、容易に機械加工され、かつ、必要な精度に大量生産できる寸法である。したがって、上記孔２１の直径は、この孔２１への円筒状のスリーブ２２の導入により、シャフト８の直径に効果的に減じられる。上記スリーブ２２は、上記孔２１の内側の直径と一致する外側の直径を有すると共に、上記シャフト８の外側の直径と一致する内側の直径を有する。したがって、上記シャフト８は、上記孔２１の軸に沿って正確に配置され、保持される。

　図２の押し付けナットの配置については、押し付け力が、スリーブを介してではなくて、コンプレッサホイールを介して伝達されることが確実となるように、上記スリーブ２２は、上記孔２１の長さよりも僅かに短く形成されている。

　上記スリーブ２２は、上記コンプレッサホイールと同じ応力を受けないので、上記コンプレッサホイールの材料よりも非常に加工しやすい材料によって製造できる。

　したがって、本発明によって、小さい直径のシャフトにコンプレッサホイールを取り付けるために必要な比較的小さい直径の孔が、高精度に、かつ、容易な製作により提供される。上記スリーブ２２は、より大きい直径のシャフトと同様の方法により、孔２１の内側に嵌合するので、ホイールバランスの結果は、本質的に変化しない。さらに、本発明について、例えばホイール押し付け部品などのようなコンプレッサホイールアッセンブリの他の部品は、変更する必要が無い。

図１は、ターボチャージャの主要な部品と従来のコンプレッサホイールアッセンブリを説明する、従来のターボチャージャの軸方向の断面図である。 図２は、本発明によるコンプレッサホイールアッセンブリの断面図である。

符号の説明

　７　コンプレッサホイール
　８　シャフト
　１７　ナット
　１８　スラスト軸受けおよびオイルシールアッセンブリ
　２１　孔
　２２　スリーブ

Claims (9)

1. 　回転シャフトに取り付けられたコンプレッサホイールを備え、上記シャフトは上記ホイールの回転軸に沿って設けられた孔を貫通して延在するコンプレッサホイールアッセンブリであって、上記孔は、上記コンプレッサホイールを貫通するシャフトの部分の外径よりも大きい内径を有し、上記シャフトの周りの上記孔の内側面とシャフトの外側面との間に、筒状のスリーブが同心に配置されており、これによって、上記シャフトを孔の中に同軸に支持していることを特徴とするコンプレッサホイールアッセンブリ。
2. 　請求項１に記載のコンプレッサホイールアッセンブリにおいて、
   　上記スリーブの軸方向長さは、上記コンプレッサホイールを貫通する孔の軸方向長さよりも短く形成されていることを特徴とするコンプレッサホイールアッセンブリ。
3. 　請求項１または２に記載のコンプレッサホイールアッセンブリにおいて、
   　上記ホイールは、上記シャフトの一端に螺合して上記ホイールに軸方向の押し付け力をかけるナットによって、上記シャフトに保持されていることを特徴とするコンプレッサホイールアッセンブリ。
4. 　請求項３に記載のコンプレッサホイールアッセンブリにおいて、
   　上記ナットは、上記ホイールを隣接物に押し付けて上記シャフトに沿ったホイールの軸方向の動きを妨げるために、上記ホイールの突出部を直接または間接に圧迫していることを特徴とするコンプレッサホイールアッセンブリ。
5. 　請求項１乃至４のいずれか１つに記載のコンプレッサホイールアッセンブリにおいて、　上記スリーブは、上記コンプレッサホイールのシャフトへの組み立てに先立って、上記コンプレッサホイールの孔の中に、圧入されていることを特徴とするコンプレッサホイールアッセンブリ。
6. 　ターボチャージャシャフトの一端に取り付けられて用いられる、ターボチャージャのためのコンプレッサホイールであって、上記コンプレッサホイールは、比較的大きい直径を有して内部を軸方向に貫通する孔を画定すると共に、比較的小さい内径を有する筒状スリーブが設けられており、このスリーブは、上記シャフトの直径と一致するように選択されて、上記孔の中に同軸に配置されていることを特徴とするコンプレッサホイール。
7. 　請求項６に記載のコンプレッサホイールにおいて、
   　上記スリーブの軸方向長さは、上記貫通孔の軸方向長さよりも短く形成されていることを特徴とするコンプレッサホイール。
8. 　請求項１乃至５のいずれか１つに記載のコンプレッサホイールアッセンブリを備えるターボチャージャ。
9. 　請求項６または７に記載のコンプレッサホイールを備えるターボチャージャ。

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