JP2015522134A - 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、軸受ハウジング（２）と、軸受ハウジング（２）に取り付けられたシャフト（５）と、シャフト（５）に配置されるタービンホイール（６）と、シャフト（５）に配置されるコンプレッサホイール（７）と、タービンホイール（６）又はコンプレッサホイール（７）の後壁（８）と外側面（１１）との間のホイール側空間（１０）であって、軸受ハウジング（２）の後壁（８）に対面するホイール側空間（１０）とを備え、軸受ハウジング（２）の外側面（１１）に、回転する後壁（８）によって発生された流れを乱すための少なくとも１つの溝（１３、１８）が形成される、排気ガスターボチャージャ（１）に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載の排気ガスターボチャージャに関する。

従来の排気ガスターボチャージャは、シャフトが回転運動可能に取り付けられるハウジングを有する。タービンホイールはシャフトの一方の端部に着座する。コンプレッサホイールはシャフトの他方の端部に着座する。軸受ハウジングの内部は、オイルで通常充填され、コンプレッサホイール及びタービンホイールに対してシールされる。タービンホイール及びコンプレッサホイールの本質的な構成要素はブレードである。タービンホイールでは、ブレードは排気ガスによって衝突される。コンプレッサホイールにおいて、ブレードは内燃機関用の給気を圧縮する。ブレードの反対側で、タービンホイール及びコンプレッサホイールの両方は後壁を有する。後壁は、軸受ハウジングの外側面の反対側に位置する。軸受ハウジングの前記外壁と、タービンホイール又はコンプレッサホイールの後壁との間の間隙又は空間は、通常、ホイール側空間と称される。コンプレッサホイール及びタービンホイールの回転中、回転流れがそれぞれのホイール側空間に発生され、この回転流れは、ある動作範囲において、ホイール側空間の半径方向内側領域に又はシャフトに負圧をもたらす可能性がある。前記負圧により、オイルは、シールを介して軸受ハウジングの内部からホイール側空間内に吸い込まれる。空気とオイルは、コンプレッサ及びタービンの流れ導き構成要素に沿ってエンジン内に及び／又は排気システム内に輸送されるので、前記漏洩オイルは、厳しい環境規制のため回避しなければならない排気ガス値の著しい悪化をもたらす。

本発明の目的は、製造及び組立が廉価である一方で、可能な限り最高の効率でかつ可能な限り環境的に適合できる方法で操作することができる排気ガスターボチャージャを提供することである。特に、軸受ハウジングからホイール側空間内へのオイル漏洩を有効に防止することが求められる。

この目的は、請求項１の特徴によって達成される。従属請求項は、本発明の好ましい改良形態に関する。

本発明によれば、溝が、タービンホイール又はコンプレッサホイールの後壁に対面する軸受ハウジングの外側面に形成される。前記溝は、回転する後壁によって発生された流れを乱すために役立つ。流れの前記破壊又は偏向の結果、ホイール側空間の半径方向内側の領域の圧力が増大され、これによって、軸受ハウジングの内部からホイール側空間内への漏洩が低減される。

タービン又はコンプレッサホイールの後壁と軸受ハウジングの外側面との間の隙間は、排気ガスターボチャージャでは極めて小さい。軸受ハウジングの外側面に対するホイールの後壁の削り取りの危険を高めないように、本発明によれば、流れを乱すために突出要素が何ら使用されないことが意図される。その代わりに、本発明による溝のみが使用される。

溝は、特にポケットの形態である。すなわち、溝は、軸受ハウジングの壁部のアパーチュアではなく、むしろポケット又は窪部又は凹部である。

外側面の個々の溝又は多数の溝は、多様な形状を取り得る。簡単な一実施形態では、溝は、シャフトの全周の周りに円形に形成される。

一代替例では、溝はらせん形状であることが意図される。前記らせん形状は、特に好ましくはタービンホイール及びコンプレッサホイールのシャフトの回転方向と逆方向に、内側から外側に向かって開口する。らせん形状の前記設計の結果、後壁が回転するときに向流が発生される。したがって、流れるガスは、らせん形状によってホイール側空間の半径方向内側の領域内に戻される。

さらに、好ましくは、複数の半径方向外側に延びる溝を外側面に配置することが意図される。前記半径方向外側に延びる溝は、シャフトの周りに「光線のように」配置される。半径方向外側に延びる溝が湾曲して延び、さらに流れ方向に又は流れ方向と逆方向に傾斜し得ることが特に意図される。

別の実施形態では、溝は円切片形状である。したがって、効率的に流れを乱すために複数の円切片形状の溝を円周に沿って直列に配置することが可能であることが好ましい。

上述の溝の異なる実施形態は、複数の異なる溝が軸受ハウジングの外側面に形成されるように、容易に互いに組み合わせることが可能である。

試験では、本発明による溝により、動作箇所に応じて、従来の装置に対して２．５〜８％の圧力増大をホイール側空間の半径方向内側の領域に獲得することができることが示されている。これにより、効率的に、軸受ハウジングの内部からホイール側空間内へのオイル漏洩が防止される。

本発明のさらなる詳細、利点及び特徴は、図面を参照して例示的な実施形態の以下の説明から明らかになる。

すべての例示的な実施形態のための本発明による排気ガスターボチャージャの単純化した概略図である。 第１の例示的な実施形態による本発明による排気ガスターボチャージャの詳細図である。 第２の例示的な実施形態による本発明による排気ガスターボチャージャの詳細図である。 第３の例示的な実施形態による本発明による排気ガスターボチャージャの詳細図である。 第４の例示的な実施形態による本発明による排気ガスターボチャージャの詳細図である。

図１は、すべての例示的な実施形態のための排気ガスターボチャージャ１の一般的な構造の単純化した概略図を示している。排気ガスターボチャージャ１は、シャフト５が取り付けられるハウジング２を備える。タービンホイール６はシャフト５の一方の端部に着座する。コンプレッサホイール７はシャフト５の他方の端部に着座する。コンプレッサホイール７及びタービンホイール６は、各々、後壁８及びブレード９を有する。タービンホイール６は、排気ガスの流れによって衝突される。このようにして、タービンホイール６、シャフト５及びコンプレッサホイール７が回転される。コンプレッサホイール７は内燃機関用の給気を圧縮する。

軸受ハウジング２の内部は、オイル又はオイル／空気混合気で充填され、タービンホイール６及びコンプレッサホイール７を収容する空間に対してシールされる。

タービンホイール６及びコンプレッサホイール７の後壁８は、各々、軸受ハウジング２の外側面１１の反対側に位置する。外側面１１と後壁８との間に、両側で、各々、１つのホイール側空間１０が画定される。

さらに、図１は、シャフト５に沿った軸方向１４を示している。半径方向１５は、軸方向１４に対して直角に延びる。円周方向１６は、軸方向１４の周りに延びる。

排気ガスターボチャージャ１の動作中、後壁８は、ホイール側空間１０の外側面１１に対して回転する。このようにして、回転流れ場がホイール側空間に発生され、半径方向外側に方向付けられたガス流がホイール後側に沿って発生される。これにより、ホイール側空間１０内の圧力低下がもたらされる。軸受ハウジング２の内部に対してターボチャージャのいくつかの動作箇所に発生する負の圧力勾配の結果、軸受ハウジング２に対するシャフト５のシールにより漏れが生じ、オイル漏洩が起きる。本発明によれば、前記オイル漏洩は最大可能な程度に防止される。

図２〜図５は、タービンホイール６及び／又はコンプレッサホイール７の側面の後壁８の反対側に位置する外側面１１の構造の４つの異なる例示的な実施形態を示している。同一又は機能的に同一の構成要素は、例示的な実施形態のすべてにおいて同一の参照番号によって示されている。

図２によれば、外側面１１に、全周の周りに形成される円形溝１３が配置される。タービンホイール６又はコンプレッサホイール７は、外側面１１に設けられた縁部１７内で移動する。

さらに、外側面１１はシャフト凹部１２を有する。シャフト５は前記シャフト凹部１２を通して延びる。組立状態では、前記シャフト凹部１２に、ホイール側空間１０に対して軸受ハウジング２の内部をシールするためのシールが配置される。

図３は、らせん形状の溝１３を有する外側面１１を示している。この場合、溝１３は対数らせんに従う。らせん体は、シャフト５の回転方向と逆方向に、内側から外側に向かって開口する。図示した実施例では、シャフト５は、このように時計回りに回転するであろう。したがって、らせん形状の溝１３は反時計回りに開口する。

図３は、別の３つの溝１８を示している。前記別の溝１８は、各々円切片形状である。３つの円切片形状の溝１８は、円周方向１６に直列に配置される。溝１３の内側端部は、口部１９を介して別の溝１８の１つの中に至る。内側溝の目的は、流れを減速させ、このように流れ場を乱すことなく静圧を増大することである。

図４は、複数（実施例では１２）の半径方向外側に延びる溝１３を有する外側面１１を示している。溝１３は半径方向１５に延びる。このことは、前記溝が円周方向１６よりも半径方向１５に延びることを意味する。すでに図３に示した円切片形状の別の溝１８が、さらに図４に示されている。

図４の溝１３は湾曲形状である。このことは、各々の個々の溝が円周方向１６に湾曲していることを意味する。

図５は、同様に、１２の半径方向外側に延びる溝１３と、３つの別の円切片形状の溝１８とを有する外側面１１を示している。図４と対照的に、図５の溝１３は、半径方向に湾曲し、同様に円周方向１６に傾斜している。前記傾斜は、溝１３の外縁の第１の箇所２０及び第２の箇所２１が、シャフト５の中心点を通した直線上に位置しないことを意味する。

図２、図４及び図５に示した溝１３及び別の溝１８の実施形態は、主に、ホイール側空間１０の半径方向外側に方向付けられた流れを乱すために使用される。図３のらせん形状の溝１３によって、流れは、質量流がらせん形状の溝１３を介してホイール側空間１０の半径方向内側の領域に至るように方向転換される。溝の数、位置、深さ及び形状は、それぞれの用途に関するＣＦＤ計算及び試験手順によって最適化できることが好ましい。

本発明の上述の説明に加えて、本発明の追加の開示のために図１〜５の本発明の概略図が明示的に本明細書により参照される。

１ 排気ガスターボチャージャ
２ 軸受ハウジング
３ タービンハウジング
４ コンプレッサハウジング
５ シャフト
６ タービンホイール
７ コンプレッサホイール
８ 後壁
９ ブレード
１０ ホイール側空間
１１ 外側面
１２ シャフト凹部
１３ 溝
１４ 軸方向
１５ 半径方向
１６ 円周方向
１７ 縁部
１８ 別の溝（円切片形状）
１９ 口部
２０ 第１の箇所
２１ 第２の箇所

Claims (10)

1. − 軸受ハウジング（２）と、
   − 前記軸受ハウジング（２）に取り付けられたシャフト（５）と、
   − 前記シャフト（５）に配置されるタービンホイール（６）と、
   − 前記シャフト（５）に配置されるコンプレッサホイール（７）と、
   − 前記タービンホイール（６）又は前記コンプレッサホイール（７）の後壁（８）と外側面（１１）との間のホイール側空間（１０）であって、前記軸受ハウジング（２）の前記後壁（８）に対面するホイール側空間（１０）と
   を備える排気ガスターボチャージャ（１）であって、
   − 前記軸受ハウジング（２）の前記外側面（１１）に、前記回転する後壁（８）によって発生された流れを乱すための少なくとも１つの溝（１３、１８）が形成される、
   排気ガスターボチャージャ（１）。
2. 前記溝（１３、１８）がポケットの形態である請求項１に記載の排気ガスターボチャージャ。
3. 前記溝（１３）が前記シャフトの全周の周りに円形に形成される請求項１又は２に記載の排気ガスターボチャージャ。
4. 複数の円切片形状の溝（１８）を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気ターボチャージャ。
5. 前記溝（１３）がらせん形状である請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気ガスターボチャージャ。
6. 前記らせん形状が、前記シャフト（５）の回転方向と逆方向に、内側から外側に向かって開口する請求項５に記載の排気ガスターボチャージャ。
7. 半径方向外側に延びる複数の溝（１３）を特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の排気ターボチャージャ。
8. 前記半径方向外側に延びる溝（１３）が湾曲して延びる請求項７に記載の排気ガスターボチャージャ。
9. 前記シャフト（５）が前記軸受ハウジング（２）の前記外側面（１１）を通して延び、シールが前記シャフト（５）と前記外側面（１１）との間に配置される請求項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。
10. 前記少なくとも１つの溝（１３、１８）を有する前記外側面（１１）が、前記軸受ハウジング（２）のカバーに形成される請求項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。

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