JP2009057850A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】構造を簡素化して、部品点数を低減し、製造及び組付作業を容易に行い、コストを低減することができるターボチャージャを提供する。
【解決手段】センタハウジング１１の左端面にスラスト受板２０を接合固定し、これと第１隙間ｇ１をもって対向するように、前記タービン１８の背面にスラスト板２１を接合固定し、第１スラスト空気軸受Ｓ１を形成する。センタハウジング１１の右端面にスラスト受板２２を接合固定し、これと第２隙間ｇ２をもって対向するように、前記インペラ１９の背面にスラスト板２３を接合固定し、第２スラスト空気軸受Ｓ２を形成する。前記第１隙間ｇ１にはタービンハウジング１３の排気通路１２の排気ガスの一部を取り込むように、第２隙間ｇ２にはコンプレッサハウジング１５の吸気通路１４の吸入空気の一部を取り込むように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のエンジンの出力を排気量を変えたりしないで増大させるため、エンジンに送り込む空気を排気のエネルギーにより圧縮するようにしたターボチャージャに関する。

従来、この種のターボチャージャとして、特許文献１に開示されたものが提案されている。このターボチャージャは、センタハウジングの一端面に排気通路を有するタービンハウジングを接合固定し、他端面に吸気通路を有するコンプレッサハウジングを接合固定している。又、センタハウジングの収容孔の内周面にラジアルベアリング及びスラストベアリングを介してロータ軸を回転可能に支持している。さらに、前記ロータ軸の一端部に前記排気通路内に収容されるタービンを嵌合固定し、ロータ軸の他端部に前記吸気通路に収容されるインペラを嵌合固定している。前記ロータ軸の中間部にはスラストランナが嵌合固定され、該スラストランナの軸方向の二つの垂直面と対向する対向面を有する軸受プレートが前記センタハウジングのインペラ側の端部に形成された収容空間に収容されている。

ところが、上記従来のスラスト軸受構造は、スラストランナ及び軸受プレートが必要なため、部品点数が多くなり、製造及び組付作業が面倒で、コストの低減を図ることができないという問題があった。又、スラストランナ及び軸受プレートがロータ軸の軸方向に配列されているので、センターハウジングの軸方向の長さ寸法を大きくする必要があり、ターボチャージャを小型化することができないという問題があった。

一方、特許文献２には、センタハウジングの両端面と、前記タービン及びインペラの背面との間に隙間を設け、この隙間に外部圧縮空気供給源から高圧の圧縮された空気を供給して、前記タービン及びインペラを静圧により支持する軸受構造が提案されている。
特開２００３−３３６６３０号公報 特開昭６１−７０１３７号公報

ところが、特許文献２に開示されたターボチャージャのスラスト空気軸受装置は、別途用意された圧縮空気供給源から高圧力の空気を供給するようになっていたので、構造が複雑になり、部品点数が増大し、製造及び組付作業が面倒で、コストの低減を図ることができないという問題があった。

本発明は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、構造を簡素化して、部品点数を低減し、製造及び組付作業を容易に行い、コストを低減することができるターボチャージャを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、センタハウジングの一端面に排気通路を有するタービンハウジングを接合固定し、他端面に吸気通路を有するコンプレッサハウジングを接合固定し、センタハウジングの収容孔の内周面にラジアルベアリングを介してロータ軸を回転可能に支持し、該ロータ軸の一端部に前記排気通路内に収容されるタービンを嵌合固定し、ロータ軸の他端部に前記吸気通路に収容されるインペラを嵌合固定したターボチャージャにおいて、前記センタハウジングの一端面と、前記タービンの背面との間に第１スラスト空気軸受用の第１隙間を設け、センタハウジングの他端面と、前記インペラの背面との間に第２スラスト空気軸受用の第２隙間を設け、前記第１隙間に前記排気通路の排気ガスの一部を供給して動圧を発生させ、前記第２隙間に前記吸気通路内で圧縮された圧縮空気の一部を供給して動圧を発生させるように構成したことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記タービンの背面には、前記第１隙間に排気ガスを該タービンの外周側から取り込むための第１溝が形成され、前記インペラの背面には、前記第２隙間に圧縮空気をインペラ側から取り込むための第２溝が形成されていることを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、前記タービン又はロータ軸には第１隙間内の空気を前記排気通路に還流するための第１還流路が形成され、インペラ又はロータ軸には、前記第２隙間内の空気を吸気通路に還流するための第２還流路が形成されていることを要旨とする。

（作用）
この発明はセンタハウジングの一端面と、タービンの背面との間に第１スラスト空気軸受用の第１隙間を設け、センタハウジングの他端面と、インペラの背面との間に第２スラスト空気軸受用の第２隙間を設けたので、スラストランナを別途設ける必要がなく、ターボチャジャの軸方向の寸法を短くすることができる。又、この発明は、第１隙間に排気通路の排気ガスの一部を供給して動圧を発生させ、第２隙間に吸気通路内で圧縮された圧縮空気の一部を供給して動圧を発生させるように構成したので、圧縮空気供給源を別途用意する必要がなくなる。

この発明によれば、ターボチャジャの軸方向の寸法を短くすることができるので、小型化を図ることができる。又、この発明は圧縮空気供給源を別途用意する必要がないので、構造を簡素化して、部品点数を低減し、製造及び組付作業を容易に行い、コストを低減することができる。

以下、本発明を具体化したターボチャージャの一実施形態を図１〜図５に従って説明する。
図１に示すように、横円筒状をなす収容孔１１ａを形成したセンタハウジング１１の左端面には排気通路１２を有するタービンハウジング１３が接合固定されている。前記センタハウジング１１の右端面には吸気通路１４を有するコンプレッサハウジング１５が接合固定されている。前記センタハウジング１１の収容孔１１ａには複数のラジアルベアリング１６を介してロータ軸１７が回転可能に支持されている。前記ロータ軸１７の左端部にはタービン１８が嵌合固定され、タービンハウジング１３内に収容されている。前記ロータ軸１７の右端部にはインペラ１９が嵌合固定され、コンプレッサハウジング１５内に収容されている。

前記センタハウジング１１の左端面にはスラスト受板２０が図示しない複数のボルトによって接合固定されている。前記タービン１８の背面には前記スラスト受板２０と第１隙間ｇ１（例えば５〜２０μｍ）をもって対向するスラスト板２１が図示しない複数のボルトによって接合固定されている。前記スラスト板２１には図３に示すように円弧状の第１溝２１ａが形成されている。前記第１隙間ｇ１には、タービンハウジング１３の排気通路１２に供給された高圧力の排気ガスの一部が供給されるようになっている。前記ロータ軸１７には第１隙間ｇ１内の空気を前記排気通路１２に還流するためのオリフィス機能を有する第１還流路１７ａが形成されている。この実施形態では前記第１還流路１７ａ、スラスト受板２０、スラスト板２１及び第１隙間ｇ１によって第１スラスト空気軸受Ｓ１が構成されている。

前記センタハウジング１１の他端面にはスラスト受板２２が図示しない複数のボルトによって接合固定されている。前記インペラ１９の背面には前記スラスト受板２２と第２隙間ｇ２（例えば５〜２０μｍ）をもって対向するスラスト板２３が図示しない複数のボルトによって接合固定されている。前記スラスト板２３には図５に示すように円弧状の第２溝２３ａが形成されている。前記第２隙間ｇ２には、コンプレッサハウジング１５の吸気通路１４に吸い込まれて高圧力に圧縮された吸入空気の一部が供給されるようになっている。ロータ軸１７には、前記第２隙間ｇ２内の空気を低圧状態の吸気通路１４に還流するためのオリフィス機能を有する第２還流路１７ｂが形成されている。この実施形態では前記第２還流路１７ｂ、スラスト受板２２、スラスト板２３及び第２隙間ｇ２等によって第２スラスト空気軸受Ｓ２が構成されている。

次に、前記のように構成されたターボチャージャの動作について説明する。
図１において、エンジンの高圧の排気ガスがタービンハウジング１３の排気通路１２に供給されると、タービン１８が回転され、これによってロータ軸１７及びインペラ１９が回転される。インペラ１９の回転により吸気通路１４を通じてエンジンに送り込まれる空気が圧縮され、空気が気化器側に強制的に圧送され、エンジンの吸気効率を向上することができる。

前記タービンハウジング１３の排気通路１２には高圧の排気ガスが供給されるので、前記タービン１８、ロータ軸１７及びインペラ１９は例えば１分間に数万〜十数万回の範囲で高速で回転される。前記ロータ軸１７及びスラスト板２１が高速回転されると、前記排気通路１２内の排気ガスの一部はスラスト板２１に形成された第１溝２１ａの作用によって、第１隙間ｇ１の外周側から中心側に取り込まれ、第１隙間ｇ１内に所定圧力の空気の動圧が発生し、ロータ軸１７に対し図１において右方向へ作用するスラスト荷重が受承される。第１隙間ｇ１内の動圧空気は前記第１還流路１７ａから排気通路１２に還流される。一方、前記インペラ１９の回転によって吸気通路１４に取り込まれて圧縮された吸入空気の一部は、スラスト板２３に形成された第２溝２３ａの作用によって前記第２隙間ｇ２の外周部からその中心に取り込まれ、第２隙間ｇ２内に所定圧力の空気の動圧が発生し、インペラ１９に対し図１において左方向へ作用するスラスト荷重が受承される。第２隙間ｇ２内の動圧空気は前記第２還流路１７ｂから吸気通路１４に還流される。

上記実施形態のターボチャージャによれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、前記センタハウジング１１の両端部にスラスト受板２０，２２を接合固定し、タービン１８に接合固定されたスラスト板２１と前記スラスト受板２０の間に第１隙間ｇ１を設け、前記インペラ１９の背面に接合固定されたスラスト板２３と前記スラスト受板２２との間に第２隙間ｇ２を設けた。又、前記第１隙間ｇ１に対しタービンハウジング１３の排気通路１２の排気ガスの一部を供給し、第２隙間ｇ２に対し前記コンプレッサハウジング１５の吸気通路１４の吸入空気の一部を供給するようにした。このため、センタハウジング１１、タービン１８及びインペラ１９に第１スラスト空気軸受Ｓ１及び第２スラスト空気軸受Ｓ２を構成する部品としての機能を兼用するとともに、第１及び第２隙間ｇ１，ｇ２に別途用意した圧縮空気供給源から圧縮空気を供給する必要がないので、構造を簡素化し、部品点数を低減し、製造及び組付作業を容易に行い、コストを低減することができる。

（２）上記実施形態では、前記スラスト板２１に対し第１溝２１ａを形成するとともに、前記スラスト板２３に対し第２溝２３ａを形成したので、第１隙間ｇ１内への排気ガスの取り込みを効果的に行うことができるとともに、第２隙間ｇ２への吸入空気の取り込みを効果的に行うことができ、第１及び第２スラスト空気軸受Ｓ１，Ｓ２の軸受機能を適正に発揮することができる。

（３）上記実施形態では、前記ロータ軸１７に第１隙間ｇ１内の空気を排気通路１２へ還流するオリフィス機能を有する第１還流路１７ａを設け、第２隙間ｇ２内の空気を吸気通路１４に還流するオリフィス機能を有する第２還流路１７ｂを設けたので、第１隙間ｇ１及び第２隙間ｇ２内で発生する空気の動圧を安定化することができ、両スラスト空気軸受Ｓ１，Ｓ２の軸受機能をさらに適正に発揮することができる。

（４）上記実施形態では、前記センタハウジング１１の両端面にスラスト受板２０，２２を接合固定したので、ラジアルベアリング１６の外側面を遮蔽してスラスト力を受ける面積を広く設定することができる。

（５）上記実施形態では、タービン１８にスラスト板２１を接合し、インペラ１９にスラスト板２３を接合するようにしたので、スラスト板２１，２３が単体の状態において、第１溝２１ａ及び第２溝２３ａを容易に形成することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・円弧状の前記第１溝２１ａ及び第２溝２３ａに代えて、図６（ａ）に示すように、スラスト板２１（又はスラスト板２３）にヘリングボーン状の第１溝２１ｂ（第２溝２３ｂ）を形成したり、同図（ｂ）に示すようにステップ状の第１溝２１ｃ（第２溝２３ｃ）を放射状に形成したりしてもよい。

・図７に示すように、ロータ軸１７に形成された第１還流路１７ａに代えて、前記タービン１８に第１還流路１８ａを形成してもよい。ロータ軸１７に形成された第２還流路１７ｂに代えて、前記インペラ１９に第２還流路１９ａを形成してもよい。

・図示しないが、前記スラスト受板２０に対し前記スラスト板２１に形成された第１溝２１ａと同様の機能を有する第１溝を形成してもよい。前記スラスト板２１を省略し、前記タービン１８の背面に前記スラスト板２１の第１溝２１ａと同様の機能を有する第１溝を形成してもよい。又、前記スラスト受板２２に対し前記スラスト板２３に形成された第２溝２３ａと同様の機能を有する第２溝を形成してもよい。前記スラスト板２３を省略し、前記インペラ１９の背面に前記スラスト板２３の第２溝２３ａと同様の機能を有する第２溝を形成してもよい。

・前記ラジアルベアリング１６に代えて、空気軸受、磁気軸受或いはその他の軸受を用いてもよい。
・前記スラスト受板２０，２２を省略してもよい。この場合には、ラジアルベアリング１６に代えて、センタハウジング１１の両端面の面積を広くすることが可能な空気軸受を用いるのが望ましい。

・前記ロータ軸１７の第１還流路１７ａ及び第２還流路１７ｂを省略してもよい。
（技術的思想）
以下、前記各実施形態から把握される請求項以外の技術的思想について説明する。

（１）請求項１〜３のいずれか一項において、前記タービンの背面及びインペラの背面には、スラスト板がそれぞれ接合固定され、両スラスト板に第１溝及び第２溝が形成されていることを特徴とするターボチャージャ。

（２）請求項１〜３及び上記（１）項のいずれか一項において、前記センタハウジング１１の両端面には、スラスト受板がそれぞれ接合固定されていることを特徴とするターボチャージャ。

この発明のターボチャージャを具体化した１実施形態を示す中央部縦断面図。 ターボチャージャの第１スラスト空気軸受の部分拡大断面図。 スラスト板の斜視図。 ターボチャージャの第２スラスト空気軸受の部分拡大断面図 スラスト板の斜視図。 （ａ），（ｂ）は、この発明の別の実施形態を示すスラスト板の斜視図。 この発明の別の実施形態を示すターボチャージャの中央部縦断面図。

符号の説明

ｇ１…第１隙間、ｇ２…第２隙間、１１…センタハウジング、１１ａ…収容孔、１２…排気通路、１３…タービンハウジング、１４…吸気通路、１５…コンプレッサハウジング、１６…ラジアルベアリング、１７…ロータ軸、１７ａ…第１還流路、１７ｂ…第２還流路、１８…タービン、１９…インペラ、２１ａ…第１溝、２３ａ…第２溝。

Claims (3)

1. センタハウジングの一端面に排気通路を有するタービンハウジングを接合固定し、他端面に吸気通路を有するコンプレッサハウジングを接合固定し、センタハウジングの収容孔の内周面にラジアルベアリングを介してロータ軸を回転可能に支持し、該ロータ軸の一端部に前記排気通路内に収容されるタービンを嵌合固定し、ロータ軸の他端部に前記吸気通路に収容されるインペラを嵌合固定したターボチャージャにおいて、
   前記センタハウジングの一端面と、前記タービンの背面との間に第１スラスト空気軸受用の第１隙間を設け、センタハウジングの他端面と、前記インペラの背面との間に第２スラスト空気軸受用の第２隙間を設け、前記第１隙間に前記排気通路の排気ガスの一部を供給して動圧を発生させ、前記第２隙間に前記吸気通路内で圧縮された圧縮空気の一部を供給して動圧を発生させるように構成したことを特徴とするターボチャージャ。
2. 請求項１において、前記タービンの背面には、前記第１隙間に排気ガスを該タービンの外周側から取り込むための第１溝が形成され、前記インペラの背面には、前記第２隙間に圧縮空気をインペラ側から取り込むための第２溝が形成されていることを特徴とするターボチャージャ。
3. 請求項１又は２において、前記タービン又はロータ軸には第１隙間内の空気を前記排気通路に還流するための第１還流路が形成され、インペラ又はロータ軸には、前記第２隙間内の空気を吸気通路に還流するための第２還流路が形成されていることを特徴とするターボチャージャ。

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