JP2004144096A - Compressor wheel assembly - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compressor wheel assembly for economically machining a sufficiently narrow hole in a compressor wheel with accuracy of a required degree. <P>SOLUTION: This compressor wheel assembly has the compressor wheel 7 installed on a rotary shaft 8. This shaft 8 extends by penetrating through the hole arranged along the rotary shaft of the wheel. The hole has a first shaft directional part 21 having a diameter coincident with a diameter of the shaft and a second shaft directional part 22 having an expanded diameter. An inside surface of the second part of the hole is arranged at an interval in the radial direction from the shaft 8. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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。 The present invention relates to a compressor wheel assembly mounted on a rotating shaft. In particular, the present invention relates to a turbocharger compressor wheel assembly.

　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。 The turbocharger is a well-known device for supplying air to the intake port of the internal combustion engine at a pressure higher than atmospheric pressure (boost pressure). Conventional turbochargers essentially comprise an exhaust gas driven turbine wheel rotatably mounted on a shaft within a turbine housing. Rotation of the turbine wheel rotates a compressor wheel mounted on the other end of the shaft in the compressor housing. The compressor wheel sends compressed air to the intake manifold of the engine, thereby increasing engine power. The shaft is supported by journals and thrust bearings located in a central bearing housing connected between the turbine and the compressor housing.

　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。 Conventional compressor wheels include an array of blades extending from a central hub with holes for receiving one end of a turbocharger shaft. The compressor wheel is fixed to the shaft by a nut, which is screwed into an end of the shaft that extends through a hole in the wheel to rotate the wheel radially with the shaft shoulder (or with the shaft. Squeezing the protruding end of the wheel so that it presses against the extended joint.

　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。 The latest demands on turbocharger performance require increased airflow from a given size turbocharger, which has led to increased rotational speeds, for example, in excess of 100,000 rpm. To accommodate such high rotational speeds, the turbocharger bearings, and thus the diameter of the turbocharger shaft, must be minimized.

　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。 However, the use of a relatively small diameter shaft is problematic for conventional compressor wheel mounting assemblies. In other words, with a necessary degree of accuracy (if the wheel needs to be balanced in the direction of rotation, the hole must be concentric with the rotation of the shaft and the wheel), a sufficiently narrow hole in the compressor wheel is machined. Processing can be difficult. As the diameter of the hole is reduced, there is a concomitant reduction in the size of the tool required to machine the hole, and therefore a reduction in strength. Even though the required accuracy is achievable, increasing machining times and tool wear issues can hinder the economic viability of the process.

　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。 The problems described above are exacerbated by the continuing turbocharger development that requires the use of high performance materials such as titanium, which are less machineable than conventionally used aluminum alloys.

　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 One possible way to avoid the above problems is to use a "holeless" compressor wheel as disclosed in U.S. Pat. No. 4,705,463. In this compressor wheel assembly, only a relatively short threaded hole is provided in the compressor wheel to receive the threaded end of the shortened turbocharger shaft. However, such an assembly suffers from balance problems as the threaded connection between the compressor wheel and the shaft, and the clearance inherent in such a connection, is difficult to maintain the required degree of concentricity. Can suffer.
U.S. Pat. No. 4,705,463

　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。 目的 An object of the present invention is to prevent or mitigate the above problems.

　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びてい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、直径が上記シャフトの直径と一致する第１軸方向部分と、直径が拡大された第２軸方向部分とを有し、上記孔の第２の部分の内側面は、上記シャフトから径方向に間隔を置か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が提供される。 According to the present invention, a compressor wheel assembly comprising a compressor wheel mounted on a rotating shaft, wherein the shaft extends through a hole provided along a rotation axis of the wheel, wherein the hole comprises: A first axial portion having a diameter matching the diameter of the shaft; and a second axial portion having an increased diameter, wherein an inner surface of the second portion of the bore is radially spaced from the shaft. Compressor wheel assembly is provided.

　上記ホイールは、上記孔の第１軸方向部分のみによって、上記シャフトに支持される。上記孔の当該部分は、要求される程度の精度が難なく維持される長さ以上の上記ホイール軸の長さに亘って、要求される直径に機械加工できる。上記孔の残りの部分は、上記シャフトにホイールを同心に取り付けることを妨げないように、簡単に拡大される。 The wheel is supported on the shaft only by the first axial portion of the hole. That portion of the bore can be machined to the required diameter over the length of the wheel axle that is at least as long as the required degree of accuracy is easily maintained. The remainder of the hole is easily enlarged so as not to prevent the wheel from being mounted concentrically on the shaft.

　本発明は、また、上述のように定義された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を提供する。 The invention also provides a turbocharger comprising a compressor wheel assembly as defined above.

　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。 Other preferred features of the present invention will become apparent from the following description.

　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。 Specific embodiments of the present invention will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings, in which:

　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。 First, FIG. 1 shows basic components of a conventional centripetal turbocharger. This turbocharger comprises a turbine 1 connected to a compressor 2 via a central bearing housing 3. The turbine 1 includes a turbine housing 4 that houses a turbine wheel 5. Similarly, the compressor 2 includes a compressor housing 6 that houses a compressor wheel 7. The turbine wheel 5 and the compressor wheel 7 are mounted on opposite ends of a common shaft 8 supported by a bearing assembly 9 in the bearing housing 3.

　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。 タ ー ビ ン The turbine housing 4 is provided with an exhaust gas inlet 10 and an exhaust gas outlet 11. The exhaust gas inlet 10 guides the incoming exhaust gas into an annular inlet chamber 12 surrounding the turbine wheel 5. The exhaust gas flows through the turbine to the outlet 11 through a circular outlet opening coaxial with the turbine wheel 5. The rotation of the turbine wheel 5 causes the compressor wheel 7 to rotate, which draws air through the axial inlet 13 and supplies compressed air to the engine inlet via an annular outlet volute 14.

　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、フランジが設けられたナット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。 To elaborate on the compressor wheel assembly, the compressor wheel includes a plurality of blades 15 extending from a central hub 16 provided with a through hole for receiving one end of the shaft 8. The shaft 8 extends slightly from the protrusion of the compressor wheel 7 and is threaded to receive a flanged nut 17 which connects the compressor wheel 7 to a thrust bearing and an oil seal assembly 18. Compress the protruding part of the compressor wheel to press it against The details of the thrust bearing / oil seal assembly may vary and are not important for understanding the arrangement of the compressor wheel mounting. In short, the pressing force of the nut 17 prevents the compressor wheel 7 from slipping on the shaft 8.

　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。 問題 The problems associated with the conventional compressor wheel assemblies described above have been addressed in the introduction to this specification.

　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。 FIG. 2 shows a compressor wheel assembly according to the present invention. The details of the shaft 8, the thrust bearing and seal assembly 18, and the pressing nut 17 may be entirely conventional, for example as shown in FIG.

　本発明が図１の従来技術のアッセンブリと異なる重要な点は、コンプレッサホイールを貫通する孔が、径方向に切り込まれて、直径が異なる２つの軸方向部分２１および２２を有する点である。第１の軸方向部分２１は、シャフト８の外側の直径と一致する比較的小さい直径を有する。しかし、第２の軸方向部分２２は、内側面がシャフト８から径方向に間隔を置かれるように拡大された直径を有する。したがって、このコンプレッサホイールは、上記孔の第１の部分２１の全長に沿ってのみ、上記シャフト８に支持される。上記孔２２の拡大された部分は、ホイールの応力が少ないところであるホイールの突出領域に形成されており、したがって、上記ホイールの動作に不都合に影響しない。 Importantly, the present invention differs from the prior art assembly of FIG. 1 in that the hole through the compressor wheel has two axial portions 21 and 22 of different diameters cut radially. The first axial portion 21 has a relatively small diameter that matches the outer diameter of the shaft 8. However, the second axial portion 22 has an enlarged diameter such that the inner surface is radially spaced from the shaft 8. Thus, the compressor wheel is supported on the shaft 8 only along the entire length of the first part 21 of the bore. The enlarged portion of the hole 22 is formed in the protruding region of the wheel where the stress of the wheel is low, and therefore does not adversely affect the operation of the wheel.

　このように、本発明に従って、シャフト８に適合するのに必要な比較的小さい直径の孔が、上記コンプレッサホイールに、最大の長さに亘って機械加工され、この最大の長さは、上記ホイールの軸における軸方向長さよりも短いが、必要な精度に難なく機械加工できる長さである。そして、上記ホイールの突出領域に、拡大された直径の第２の部分を機械加工することにより、上記貫通孔が完成する。このように、従来技術において比較的小さい径の孔をコンプレッサホイールの全長に亘って機械加工する試みで直面した問題が、克服される。 Thus, in accordance with the present invention, the relatively small diameter holes required to fit the shaft 8 are machined into the compressor wheel over a maximum length, the maximum length being Is shorter than the axial length of the shaft, but can be machined without difficulty to the required accuracy. Then, a second portion having an enlarged diameter is machined in the protruding region of the wheel to complete the through hole. Thus, the problems encountered in the prior art in attempting to machine relatively small diameter holes throughout the length of the compressor wheel are overcome.

　上記孔の径が拡大された部分２２は、径が小さい部分２１よりも前または後に機械加工されてもよいことが、認識されるであろう。同様に、小径孔がホイールを完全に貫通するように機械加工され、そして、その長さの一部を超えて孔が拡大されてもよい。 さ れ る It will be appreciated that the enlarged diameter portion 22 of the hole may be machined before or after the smaller diameter portion 21. Similarly, a small diameter hole may be machined completely through the wheel and the hole may be enlarged beyond a portion of its length.

　上で述べられ、また、図２に示された発明の実施形態の細部には、変更が加えられてもよいことが認識されるであろう。例えば、上記孔の第１および第２の部分の相対的な長さは、説明されたものと異なってもよい。また、上記孔は、径方向に急激に切り込まれる必要は無く、第１と第２の部分の間に、径が徐々に増大する領域を有してもよい。 It will be appreciated that modifications may be made to the details of the embodiments of the invention described above and shown in FIG. For example, the relative lengths of the first and second portions of the hole may differ from those described. Further, the hole does not need to be sharply cut in the radial direction, and may have a region between the first and second portions where the diameter gradually increases.

　さらなる変更として、貫通孔の径が比較的大きい部分に、筒状のスリーブが嵌め込まれてもよく、上記スリーブは、ホイールの径を、シャフトへのホイールの支持を提供するのに適した内側径を有する。 As a further modification, a cylindrical sleeve may be fitted over the relatively large diameter of the through-hole, the sleeve having an inner diameter suitable for providing wheel support to the shaft. Having.

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。FIG. 1 is an axial cross-sectional view of a conventional turbocharger illustrating major components of the turbocharger and a conventional compressor wheel assembly. 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。FIG. 2 is a sectional view of a compressor wheel assembly according to the present invention.

符号の説明Explanation of reference numerals

　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　第１の軸方向部分
　２２　第２の軸方向部分 7 Compressor wheel 8 Shaft 17 Nut 18 Thrust bearing and oil seal assembly 21 First axial part 22 Second axial part

Claims (8)

　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、直径が上記シャフトの直径と一致する第１軸方向部分と、直径が拡大された第２軸方向部分とを有し、上記孔の第２の部分の内側面は、上記シャフトから径方向に間隔を置か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。 A compressor wheel assembly comprising a compressor wheel mounted on a rotating shaft, said shaft extending through a hole provided along the axis of rotation of said wheel, said hole having a diameter equal to the diameter of said shaft. And a second axial portion having an enlarged diameter, the inner surface of the second portion of the bore being radially spaced from the shaft. A compressor wheel assembly characterized by the following. 　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、
　上記孔の第１と第２の軸方向部分の間に、内側面に径方向の肩部が定義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。 The compressor wheel assembly according to claim 1,
A compressor wheel assembly, wherein a radial shoulder is defined on an inner surface between the first and second axial portions of the bore. 　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、
　上記孔の第１と第２の軸方向部分の間で、孔の直径が徐々に増大す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。 The compressor wheel assembly according to claim 1,
A compressor wheel assembly, wherein the diameter of the hole gradually increases between the first and second axial portions of the hole. 　請求項１乃至３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、
　上記孔の第１の軸方向部分は、上記コンプレッサホイールの１つの軸方向端面から延び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。 The compressor wheel assembly according to any one of claims 1 to 3,
A compressor wheel assembly, wherein the first axial portion of the bore extends from one axial end surface of the compressor wheel. 　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、　筒状のスリーブが、上記シャフトの周りに配置されて、上記孔の第２の部分の表面と、上記シャフトの外側面との間に径方向に延在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。 The compressor wheel assembly according to any one of claims 1 to 4, wherein a cylindrical sleeve is disposed around the shaft, the surface of the second portion of the hole, and the outer surface of the shaft. A compressor wheel assembly extending radially between the compressor wheels. 　予め定められた直径の回転シャフトに取り付ける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、上記シャフトの一端を受けるための軸方向の貫通孔が設けられており、上記貫通孔は、直径が上記シャフトの予め定められた直径と一致する第１の軸方向部分と、直径が上記シャフトの予め定められた直径よりも大きい第２の軸方向部分とを有することを特徴とするコンプレッサホイール。 A compressor wheel for mounting on a rotating shaft having a predetermined diameter, wherein the compressor wheel is provided with an axial through hole for receiving one end of the shaft, and the through hole has a diameter of A compressor wheel having a first axial portion corresponding to a predetermined diameter of the shaft and a second axial portion having a diameter greater than the predetermined diameter of the shaft. 　請求項６に記載のコンプレッサホイールにおいて、
　上記孔の第２の部分の内部に、筒状のスリーブが嵌め込まれており、上記スリーブは、上記孔の第１の部分の直径と一致する内側面の直径を有することを特徴とするコンプレッサホイール。 The compressor wheel according to claim 6,
A compressor wheel, wherein a cylindrical sleeve is fitted inside the second portion of the hole, the sleeve having a diameter on the inner surface that matches the diameter of the first portion of the hole. . 　シャフトの一端に取り付けられて、タービンハウジングの内部で回転するタービンホイールと、上記シャフトの他端に取り付けられて、コンプレッサハウジングの内部で回転するコンプレッサホイールとを備え、上記コンプレッサホイールは、このホイールの第１軸方向面と、このホイールの第２軸方向面との間に延びる軸方向貫通孔を有し、上記第２軸方向面は上記タービンから離れた側に面しているターボチャージャであって、上記孔は、内側の直径が上記シャフトの直径に一致する第１の軸方向部分と、直径が拡大された第２の軸方向部分とを有し、この孔の拡大された直径の部分の内側面は、上記シャフトから径方向に間隔を置かれており、上記シャフトの第１の軸方向部分は、上記コンプレッサホイールの第１の軸方向面から離れて、上記ホイールの第２の軸方向面に向かうように延在していることを特徴とするターボチャージャ。 A turbine wheel attached to one end of the shaft and rotating inside the turbine housing; and a compressor wheel attached to the other end of the shaft and rotating inside the compressor housing, wherein the compressor wheel is A turbocharger having an axial through hole extending between a first axial surface and a second axial surface of the wheel, the second axial surface facing away from the turbine; Wherein the hole has a first axial portion with an inner diameter matching the diameter of the shaft, and a second axial portion with an increased diameter, the enlarged diameter portion of the hole. The inner surface of the compressor is radially spaced from the shaft, and a first axial portion of the shaft is spaced from a first axial surface of the compressor wheel. Te, turbocharger, characterized in that it extends toward the second axial surface of the wheel.
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