JP2013526672A - 排気ガスターボチャージャ - Google Patents

Abstract

本発明は、排気ガスターボチャージャ（１）であって、コンプレッサ（２）を有し、タービン（３）を有し、軸受ハウジング（４）であって、一方の端部でコンプレッサ（２）に接続され、他方のタービン側端部（５）でタービン（３）に接続され、タービン側端部（５）にオイル収集チャンバ（６）を有し、かつロータシャフト（８）用のすべり軸受装置（７）を有する軸受ハウジング（４）を有し、すべり軸受装置（７）が、内側軸受面と外周面とを有するコンプレッサ側軸受（９’）を備え、またコンプレッサ側軸受（９’）から軸方向に間隔を空けられ、かつ内側軸受面（１１）と外周面（１２）とを有するタービン側軸受（１０’）を備え、コンプレッサ側軸受（９’）及びタービン側軸受（１０’）が異なる設計である、排気ガスターボチャージャ（１）に関する。

Description

本発明は、請求項１の前文に記載の排気ガスターボチャージャに関する。

汎用排気ガスターボチャージャでは、タービン側の半径方向軸受ブッシュの外側及び内側の軸受幅は、軸受ハウジングの軸受孔内に軸方向に配置される。この場合、軸受間隔は、２つの軸受ブッシュの軸方向中心の間の間隔である。前記軸受間隔は、内側及び外側の潤滑油間隙の設計によっても大部分決定されるロータの安定性に相当の影響を及ぼす。

他方、よりコンパクトな設置空間に対する要求のため可能な限り小さい軸受空間が必要とされ、このことは軸受の安定性に悪影響を及ぼす。

したがって、本発明の目的は、少なくともほぼ同一の軸受ハウジング寸法を維持しつつ、ロータ安定性及び音響特性の改善も可能にする、請求項１の前文に規定されたタイプの排気ガスターボチャージャを提供することである。

前記目的は、請求項１の特徴によって達成される。

少なくとも実質的にコンプレッサ側軸受及びタービン側軸受が同一の設計である従来技術と対照的に、本発明は、音響効果と同時にロータの動力学に関してロータシャフトの軸受装置の改良を達成するために、等しくない荷重の結果として異なる軸受がタービン側及びコンプレッサ側に設けられるという認識に基づいている。コンプレッサホイール及びタービンホイールの異なる質量、及び軸受点からのそれらの間隔のため、ロータ全体は、軸受点の間の幾何学的中心に位置しない質量中心を有し、したがって、等しくない軸受荷重がもたらされる。

この場合、軸受の音響特性は、油膜に発生されるサブハーモニック振動によって決定される。油膜の特性は、次に軸受の幾何学的な寸法によって決定される。軸受の可変の構成要素は、基本的に、取り付けられるべきロータシャフト、軸受の軸受ブッシュ、及び本発明による排気ガスターボチャージャの軸受装置の軸受ブッシュが配置される軸受ハウジング又はそれらの軸受ハウジング領域である。

このため、第一に基本的に、軸受ブッシュが配置される領域内のロータシャフトのシャフト直径を軸受の間のシャフト部分に対し特に大きく変更することが可能である。このため、軸受の間の領域から進んで僅かに斜角を付けた表面を設けることが可能であり、この斜角表面により、シャフト直径の漸増が可能になる。代わりに、シャフト直径の段階的増大を可能にするシャフト肩部を設けることが同様に可能である。

軸受ブッシュ自体は、コンプレッサ及びタービンの外径及び／又は内径に関してコンプレッサ側及びタービン側において異なる設計でもよい。したがって、コンプレッサ側又はタービン側の外径及び／又は内径は、各々の場合に他方の側に対し増大又は減少させることが可能である。

同様に、内側及び／又は外側の軸受幅を異なって設計することが可能である。

最後に、軸受面の形状を異なって設計してもよい。例えば、溝を軸受面の一方（例えばコンプレッサ側に）に形成することが可能であり、一方、他方の軸受面（この場合、タービン側軸受面）は、溝なしに、すなわち平滑面で形成することができる。各々の場合に他方の側に溝を設けるか又は省略することが当然同様に可能である。同様に、溝を軸受ブッシュの外周面に設けることが考えられる。この場合も、コンプレッサ側又はタービン側に溝が設けられるか、あるいは溝なしに外周面に形成される。

最後に、軸受ブッシュ用の軸受ハウジングの収容孔は、コンプレッサ側及びタービン側で異なって設計してもよい。このことは、再び収容孔の直径、収容孔の幅及び収容孔の形状に関係し、ここで、コンプレッサ側又はタービン側に溝を設け、各々の場合に他方の側に溝を形成しないことが再び可能である。このため、オイル供給孔が外に開くその部分的な円周領域で、鎌状溝を軸受ハウジング孔に設けることが好ましい。

従属請求項は、本発明の有利な改良に関する。

タービン側のオイル収集チャンバの軸方向延長部は、ロータを取り付けるために利用されるので、軸受ハウジングの寸法を変更する必要なしに、内側の軸受間隔（ロータと軸受ブッシュとの間）を大きくすることが可能である。この場合、軸受ブッシュの内側の軸受面の全幅は変更されないが、２つの軸受表面領域に分割されることが好ましい。このために必要なロータ上の設置空間は、ロータの接触肩部を改変することによって達成することができる。

同様に、改良されたロータ安定性を利用して、軸受ハウジングの寸法を低減することが可能である（軸受間隔の低減）。

軸受装置の組立を簡略化するために、軸受ブッシュを対称設計とすることも可能である。

本発明のさらなる詳細、利点及び特徴は、添付図面に基づき例示的な実施形態の次の説明から明らかになるであろう。

本発明による排気ガスターボチャージャの第１の実施形態の僅かに単純化した概略図である。 図１の円で囲まれたタービン側軸受ブッシュの拡大斜視図である。 図２による軸受ブッシュの断面図である。 本発明による排気ガスターボチャージャの第２の実施形態の図１に対応する図面である。 図４の円で囲まれたタービン側軸受ブッシュの図２に対応する図面である。 図５による軸受ブッシュの図３に対応する断面図である。 本発明による排気ガスターボチャージャの第３の実施形態の図１に対応する図面である。 タービン側軸受ブッシュの代替実施形態の図２と図５に対応する図面である。 図８による軸受ブッシュの図３と図６に対応する断面図である。 本発明による排気ガスターボチャージャの第４の実施形態の図１に対応する図面である。 本発明による排気ガスターボチャージャの第５の実施形態の図１に対応する図面である。 本発明による排気ガスターボチャージャの第６の実施形態の図１に対応する図面である。 本発明による排気ガスターボチャージャの第７の実施形態の図１に対応する図面である。 本発明による排気ガスターボチャージャの第８の実施形態の図１に対応する図面である。 本発明による排気ガスターボチャージャの第９の実施形態の図１に対応する図面である。

本発明による排気ガスターボチャージャ１の第１の実施形態について、図１〜図３に基づき以下に説明する。排気ガスターボチャージャ１は、図１に単純化して概略的に示されている。前記排気ガスターボチャージャ１は、コンプレッサ２、タービン３及び軸受ハウジング４を有する。軸受ハウジング４は、一方の端部でコンプレッサ２に接続され、他方のタービン側端部５でタービン３に接続されている。軸受ハウジング４は、タービン側端部５のオイル収集チャンバ６と、ロータシャフト８用の軸受装置７を備え、この場合、軸受装置７はコンプレッサ側軸受ブッシュを有し、この軸受ブッシュから軸方向に間隔を空けて、タービン側軸受ブッシュ１０を有する。図２と図３から理解できるように、タービン側軸受ブッシュ１０は内側軸受面１１と外周面１２とを有する。

図１の円で囲まれた領域で示されるように、タービン側軸受ブッシュ１０はオイル収集チャンバ６の領域に延在する。軸受ブッシュ１０の軸方向延長のためのオイル収集チャンバ６の利用は、ロータと軸受ブッシュとの間の内側軸受間隔の増大の結果として、ロータの安定性が改良される利点を有する。

図３に示したように、内側軸受面１１は、２つの間隔を空けた軸受面領域１３、１４に分割され、ここで、軸受面領域１３、１４は、半径方向外側に凹設された隙間１５によって互いに分離される。２つの軸受面領域１３、１４への分割にもかかわらず、軸受ブッシュの軸受面の全幅は変化しないままである。「半径方向外側」という定義は、ここでは、ターボチャージャ１の長手方向軸線Ｌに対して直角である（図１参照）矢印Ｒの方向のオフセットを意味すると理解されるべきである。

第２の実施形態では、タービン側軸受ブッシュ１０は、図８に示したように、連続的な外周面１２を有する対称設計である。

図５に示したように、別の実施形態において、タービン側軸受ブッシュ１０は、肩部１６によって２つの外周面領域１７、１８に分割された外周面１２によって形成される。

図１０〜図１５に基づき説明する本発明による排気ガスターボチャージャ１の次の実施形態において、対応する技術的な特徴は、前記対応する特徴に関して上の説明が参照可能であるように、先行実施形態と同一の参照番号によって示される。

図１０は、軸受ブッシュ９と１０の内径及び外径の変化を示している。コンプレッサ側（軸受ブッシュ９）の直径の増大の結果、内側潤滑間隙はより大きくされ、外側間隙はより小さくされる。

図１１は、軸方向に平行の軸方向溝又は軸方向に螺旋状に延びる溝の形成による、内側軸受面１１の変形形態を有する軸受ブッシュ９と１０を示している。

図１２は、油膜に対する軸受ハウジング孔の可能な影響を示している。第一に、コンプレッサ側及びタービン側の軸受点９’と１０’における直径は、異なるように選択することが可能であり、第二に、外側軸受点の幅には図１３に示したように影響を及ぼすことができる。図１４は、鎌状溝２０による軸受面形状の修正を示している。この場合、軸受点孔の一方の円周セグメントに、供給オイルのより優れた分布のための溝が偏心機械加工によってオイル供給孔の領域に形成される。

図１５は、内側の潤滑間隙に影響を及ぼすためのロータシャフト８の異なる幾何学的形状を示している。この場合、シャフト８は、軸受点９’、１０’において変更された直径を有することが可能であり、この変更された直径は、段部２１によって又は円錐形の移行部２２によって実現される。

図示した可能なすべての変化は、異なる設計が各々の場合にコンプレッサ側及びタービン側で実現されるように、限定なしに組み合わせることが可能である。

さらに、軸受ブッシュ９、１０は、図１、図４及び図７に示したように、スペーサ１９によってロータシャフト８に沿って軸方向に間隔を空けて保持される。

本発明の上述の開示に加えて、図１〜図１５の概略図が明白に参照される。

１ 排気ガスターボチャージャ
２ コンプレッサ
３ タービン
４ 軸受ハウジング
５ タービン側端部
６ オイル収集チャンバ
７ 軸受装置／すべり軸受装置
８ ロータシャフト
９ コンプレッサ側軸受ブッシュ
９’ コンプレッサ側軸受／軸受点
９” 軸受ハウジングのコンプレッサ側収容孔
１０ タービン側軸受ブッシュ
１０’ タービン側軸受／軸受点
１０” 軸受ハウジングのタービン側収容孔
１１ 内側軸受面
１２ 外周面
１３、１４ 間隔を空けた軸受面領域
１５ 凹設された隙間
１６ 肩部
１７、１８ 外周面領域
１９ スペーサ装置
２０ 鎌状溝
２１ 段部
２２ 円錐形移行部
Ｒ 隙間１５のオフセット方向
Ｌ 長手方向軸線

Claims (16)

1. 排気ガスターボチャージャ（１）であって、
   −コンプレッサ（２）を有し、
   −タービン（３）を有し、
   −軸受ハウジング（４）であって、
   −一方の端部で前記コンプレッサ（２）に接続され、他方のタービン側端部（５）で前記タービン（３）に接続され、
   −前記タービン側端部（５）にオイル収集チャンバ（６）を有し、
   −ロータシャフト（８）用のすべり軸受装置（７）を有する軸受ハウジング（４）を有し、
   ・前記すべり軸受装置が、内側軸受面と外周面とを有するコンプレッサ側軸受（９’）を備え、
   ・また前記コンプレッサ側軸受（９’）から軸方向に間隔を空けられ、かつ内側軸受面（１１）と外周面（１２）とを有するタービン側軸受（１０’）を備え、
   −前記コンプレッサ側軸受（９’）及び前記タービン側軸受（１０’）が異なる設計である、
   排気ガスターボチャージャ（１）。
2. 前記コンプレッサ側軸受（９’）の領域の前記ロータシャフト（８）の外径及び／又は前記タービン側軸受（１０’）の領域の前記ロータシャフト（８）の外径が、前記軸受（９’、１０’）の間の前記ロータシャフトの直径よりも大きい、請求項１に記載の排気ガスターボチャージャ（１）。
3. 前記直径の拡張が、僅かな斜角の提供によって又はシャフト肩部の提供によって実現される、請求項２に記載の排気ガスターボチャージャ（１）。
4. 前記コンプレッサ側軸受（９’）が軸受ブッシュ（９）を有し、前記軸受ブッシュの外径が前記タービン側軸受ブッシュ（１０）の外径よりも大きいか又は小さい、請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気ガスターボチャージャ（１）。
5. 前記コンプレッサ側軸受ブッシュ（９）の外径が前記タービン側軸受ブッシュ（１０）の外径よりも大きいか又は小さい、請求項４に記載の排気ガスターボチャージャ（１）。
6. 前記軸受ブッシュ（９、１０）の前記内側及び／又は外側の軸受幅（１２、１３、１４、１７）が異なる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の排気ガスターボチャージャ（１）。
7. 前記軸受ブッシュ（９、１０）の前記内側軸受面（１１）及び／又は前記外側軸受面（１７）が異なる設計であり、前記コンプレッサ側又は前記タービン側において前記軸受面に溝が特に設けられる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の排気ガスターボチャージャ（１）。
8. 前記軸受ハウジング（４）の前記軸受ブッシュ（９、１０）用の収容孔（９”、１０”）が、特に孔径及び／又は孔幅に関して異なる設計である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の排気ガスターボチャージャ（１）。
9. 前記軸受ハウジング（４）の前記収容孔の内面（４）が異なる設計であり、円周セグメントに配置された鎌状溝（２０）が前記内面に特に設けられる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の排気ガスターボチャージャ（１）。
10. 前記タービン側軸受ブッシュ（１０）が前記オイル収集チャンバ（６）の領域に延在する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の排気ガスターボチャージャ（１）。
11. 前記内側軸受面（１１）が、２つの間隔を空けた軸受面領域（１３、１４）に分割される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の排気ガスターボチャージャ（１）。
12. 前記軸受面領域（１３、１４）が、半径方向外側に凹設された隙間（１５）によって互いに分離される、請求項１１に記載の排気ガスターボチャージャ（１）。
13. 前記タービン側軸受ブッシュ（１０）が、連続的な外周面（１２）を有する対称設計である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の排気ガスターボチャージャ（１）。
14. 前記タービン側軸受ブッシュ（１０）が、肩部（１６）によって２つの外周面領域（１７、１８）に分割された外周面（１２）を有する非対称の設計である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の排気ガスターボチャージャ（１）。
15. 前記軸受ブッシュ（９、１０）が、スペーサ装置（１９）によって前記ロータシャフト（８）に沿って軸方向に間隔を空けて保持される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の排気ガスターボチャージャ（１）。
16. スペーサ装置（１９）によって軸方向に間隔を空けた前記軸受ブッシュ（９、１０）が、１つの構成要素を形成するために組み合わされる、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の排気ガスターボチャージャ（１）。

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