JP2009264177A

JP2009264177A - ターボチャージャ

Info

Publication number: JP2009264177A
Application number: JP2008112591A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Mori; 博史森
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2008-04-23
Filing date: 2008-04-23
Publication date: 2009-11-12

Abstract

【課題】アクセルに対する加速レスポンスが良好で、燃焼室数に関わらず、吸気圧力の変動を小さくし、且つ、圧力の高い状態を維持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】ターボチャージャ１０ａは、タービン３０のタービンホイール１４ａとコンプレッサ４０のコンプレッサホイール１５とを連結する回転軸１７ａと、タービンホイール１４ａとの間に、係合子としてローラ５４又はスプラグを備えた一方向クラッチ５０を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に使用されるターボチャージャに関する。

従来のターボチャージャ１０は、図２に示すように、タービンハウジング１１とコンプレッサハウジング１２とがベアリングハウジング１３を介して一体に連結されている。また、タービンハウジング１１内のタービンホイール１４と、コンプレッサハウジング１２内のコンプレッサホイール１５とは、ベアリングハウジング１３内にて複数の軸受１６により回転自在に支持された回転軸１７によって連結される。タービンホイール１４は、溶接等によって回転軸１７の一端に連結され、コンプレッサホイール１５は、スラストブッシュ１８，１９を挟んで、ナット２０により回転軸１７の他端に連結される。

そして、エンジンの排気ガスの圧力によってタービンホイール１４を回転させることにより回転軸１７を介してコンプレッサホイール１５を回転させ、吸気圧力を高めてエンジンにこの過給された空気を供給している。

また、回転軸１７は高速で回転するため、軸受１６を潤滑する必要があり、ベアリングハウジング１３にはオイル供給路２１が形成されている。また、複数の軸受１６が配置される回転軸１７の軸方向両側には、回転軸１７とコンプレッサハウジング１２、及び回転軸１７とベアリングハウジング１３との間にオイルシール２２を設け、オイル供給路２１と吸気通路及び排気通路とを仕切っている。

さらに、図２に示したターボチャージャ１０のタービンハウジング１１は、ハウジング内に隔壁２３を形成して独立した２つのスクロールを形成しており、排気干渉を防止して応答速度を向上している。

ここで、排気工程から排出されるガスは、密度の高い部分と低い部分とが連続した圧力波となっており、タービンホイール１４は排気圧力が高いときには高速で回転し、低いときには低速で回転する。この回転変動はコンプレッサホイール１５と直結した回転軸１７にも伝達されるため、コンプレッサホイール１５で圧縮される吸気にも圧力変動が発生する。

燃焼室に吸入する空気量を制御し、大量の空気を吸入させるには、その元となるコンプレッサからの圧縮空気に圧力変動が少ないほうが制御しやすい。そこで、従来、吸気側にダンピングボリュームという空気溜めを設けて圧力変動を吸収したり、排気側では、パルスコンバータと呼ばれる排気の順序を考慮してマニホールドのグループ分けを行い、排気圧の平滑化を図ることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、他の従来技術として、一方向クラッチを使用した排気ターボチャージャが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００５−１１３８７１号公報特開２００６−９０１７４号公報

ところで、吸気側に設けられるダンピングボリュームは、アクセルに対する加速レスポンスに悪影響を及ぼし、アクセルペダルを踏んでスロットルバルブを開いても、ダンピングボリュームに吸収された空気の動きは緩慢で、マニホールドに直ちに入りにくいため、エンジントルクの立ち上がりが遅くなる。また、ピーク圧力も吸収されて低減する。

また、排気側に設けられるパルスコンバータは、エンジンの燃焼室の数が少なくなると位相の違う排気そのものが存在せず、統合できないためその効果が低減してしまう。

さらに、特許文献２に記載の排気ターボチャージャにおいては、一方向クラッチの具体的な構成や材料についてなんら開示されていない。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、アクセルに対する加速レスポンスが良好で、燃焼室数に関わらず、吸気圧力の変動を小さくし、且つ、圧力の高い状態を維持することができ、高速で使用されるターボチャージャを提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）内燃機関の排気通路に配設されるタービンと、内燃機関の吸気通路に配設されて該タービンによって回転駆動されるコンプレッサと、を備えるターボチャージャであって、
前記タービンと前記コンプレッサとの間には、前記タービンのタービンホイールと前記コンプレッサのコンプレッサホイールとを連結する回転軸周りに配置され、係合子としてローラ又はスプラグを備えた一方向クラッチを有することを特徴とするターボチャージャ。
（２）前記一方向クラッチは、前記係合子を保持する、金属材料からなる保持器をさらに有し、前記一方向クラッチのクラッチ内輪が嵌合されるスリーブは、鋳鉄からなることを特徴とする（１）に記載のターボチャージャ。

本発明のターボチャージャによれば、タービンとコンプレッサとの間には、タービンとコンプレッサとの間には、タービンのタービンホイールとコンプレッサのコンプレッサホイールとを連結する回転軸周りに配置され、係合子としてローラ又はスプラグを備えた一方向クラッチを有するので、吸気圧力の変動を小さくし、且つ、圧力の高い状態を維持することができる。これにより、吸気側ではダンピングボリュームを無くす、又は、小さくすることができ、アクセルに対する加速レスポンスを高めることができる。また、圧力の高い状態で燃焼室に吸気できることから、より高い出力を得ることができる。加えて、排気側では、パルスコンバータが不要となる他、燃焼室数の少ないエンジンでも排気圧力変動を吸収できるため、ターボチャージャの効果を十分に発揮することができる。また、係合子としてローラ又はスプラグを備えた一方向クラッチを有するので、高速で使用されるターボチャージャに適した構成となる。

また、一方向クラッチの保持器は、プラスチックより耐熱性に優れる金属材料、例えば、金属の焼結材料とし、また、一方向クラッチのクラッチ内輪が嵌合されるスリーブは、高温環境で機械的特性変化が少ない鋳鉄を用いるので、ターボチャージャの高速、且つ高温環境下でも好適な一方向クラッチが得られる。

以下、本発明の一実施形態に係るターボチャージャについて図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、タービンホイールとコンプレッサホイールとの間に一方向クラッチを配置した点にあり、その他の構成は図２で示した従来構造と概略同様である。このため、従来構造と同一部分又は同等部分については同一符号を付して、説明を省略或は簡略化する。

本実施形態のターボチャージャ１０ａも、内燃機関の排気通路に配設されるタービン３０と、内燃機関の吸気通路に配設されてタービン３０によって回転駆動されるコンプレッサ４０と、を備える。タービン３０は、ツインフロータービンハウジング１１とタービンホイール１４ａとから構成され、コンプレッサ４０は、コンプレッサハウジング１２とコンプレッサホイール１５とから構成される。

タービン３０のタービンホイール１４ａとコンプレッサ４０のコンプレッサホイール１５とは、ベアリングハウジング１３内で軸受１６により回転自在に支持された回転軸１７ａによって連結されている。回転軸１７ａは、中空のタービンホイール１４ａとコンプレッサホイール１５内を貫通するような軸方向長さを持って形成され、回転軸１７ａの軸方向一端の外周面とタービンホイール１４ａの内周面との間には、一方向クラッチ５０と、一方向クラッチ５０を軸方向にて挟むように一対の転がり軸受５１とが配置されている。

一方向クラッチ５０は、タービンホイール１４ａが回転軸１７ａに対して所定の方向に相対回転する傾向となる場合のみ、回転軸１７ａに回転力を伝達しており、排気圧力が減少しタービン３０の回転数が低下した場合には、一方向クラッチ５０の係合が解除されてコンプレッサ４０は慣性力で回転し続けるため、回転数の減少は少なくなり、吸気の圧力変動も小さくなる。また、排気圧力が上昇した場合には、一方向クラッチ５０が係合し、タービン３０の加速度をコンプレッサ４０に伝達する。

なお、一方向クラッチ５０は、図１に示すクラッチ外輪５２、クラッチ内輪５３、係合子であるローラ５４、クラッチ保持器５５、付勢部材（図示せず）を備えたローラクラッチであってもよく、他の公知のものであってもよい。また、高速で使用されるターボチャージャ１０ａの用途に好適な一方向クラッチとしては、係合子として、スプラグが使用されるディスエンゲージタイプのスプラグクラッチであってもよい。また、回転軸１７ａとクラッチ内輪５３との間には、クラッチ内輪５３が嵌合されるスリーブ（図示せず）が設けられてもよい。その場合、高温環境で機械的特性変化が少ない鋳鉄が使用され、さらに、クラッチ保持器５５を、プラスチックより耐熱性に優れる、例えば、金属の焼結材料とすることで、ターボチャージャが使用される高速、且つ、高温環境下でも好適な一方向クラッチ５０が得られる。

また、転がり軸受５１も、タービンホイール１４ａに加わるラジアル荷重を支承して、タービンホイール１４ａと回転軸１７ａとの相対回転を可能とするものであればよく、本実施形態の深溝玉軸受に限らず、ニードルころ軸受や円すいころ軸受であってもよい。また、転がり軸受５１は、一方向クラッチ５０の軸方向片側のみに配置されてもよく、また、２個より多く配置されてもよい。

このように、本実施形態のターボチャージャ１０ａによれば、タービン３０とコンプレッサ４０との間に、係合子としてローラ５４を有する一方向クラッチ５０を設けることで、吸気圧力の変動を小さくし、且つ、圧力の高い状態を維持することができる。これにより、従来のターボチャージャと比べて、吸気側ではダンピングボリュームを無くす、又は、小さくすることができ、アクセルに対する加速レスポンスを高めることができる。また、圧力の高い状態で燃焼室に吸気できることから、より高い出力を得ることができる。加えて、排気側では、パルスコンバータが不要となる他、燃焼室数の少ないエンジンでも排気圧力変動を吸収できるため、ターボチャージャの効果を十分に発揮することができる。また、係合子としてローラ５４を備えたローラクラッチ５０を有するので、高速で使用されるターボチャージャ１０ａに適した構成となる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

また、本発明の一方向クラッチは、タービンとコンプレッサ間に設けられればよく、図１に示したタービンホイールと回転軸との間の他、コンプレッサホイールと回転軸との間や、回転軸を分割した構造として分割した回転軸間に設けられてもよく、タービンとコンプレッサの各ホイール間であればその位置は限定されない。

本発明の一実施形態に係るターボチャージャの断面図である。従来のターボチャージャの断面図である。

符号の説明

１０ａターボチャージャ
１１タービンハウジング
１２コンプレッサハウジング
１３ベアリングハウジング
１４ａタービンホイール
１５コンプレッサホイール
１６軸受
５０一方向クラッチ
５１転がり軸受

Claims

内燃機関の排気通路に配設されるタービンと、内燃機関の吸気通路に配設されて該タービンによって回転駆動されるコンプレッサと、を備えるターボチャージャであって、
前記タービンと前記コンプレッサとの間には、前記タービンのタービンホイールと前記コンプレッサのコンプレッサホイールとを連結する回転軸周りに配置され、係合子としてローラ又はスプラグを備えた一方向クラッチを有することを特徴とするターボチャージャ。
前記一方向クラッチは、前記係合子を保持する、金属材料からなる保持器をさらに有し、前記一方向クラッチのクラッチ内輪が嵌合されるスリーブは、鋳鉄からな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。