JP2794337B2 - 改良したローラベアリングシヤフト支承装置を備えるターボチヤージヤ - Google Patents

改良したローラベアリングシヤフト支承装置を備えるターボチヤージヤ

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JP2794337B2 JP2507668A JP50766890A JP2794337B2 JP 2794337 B2 JP2794337 B2 JP 2794337B2 JP 2507668 A JP2507668 A JP 2507668A JP 50766890 A JP50766890 A JP 50766890A JP 2794337 B2 JP2794337 B2 JP 2794337B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は排気ガスにより駆動される自動車のターボチ
ヤージヤに関する。
（背景技術） ターボチヤージヤの応答性を改良するため、ローリン
グベアリングを使用して、タービンホイールあるいはコ
ンプレツサホイールが装着されたシヤフトを支承するタ
ーボチヤージヤの構成が提案されている。この場合シヤ
フトの他端部を支承するベアリングの内側リングはシヤ
フトに直接装着され、ロータシステムの半径方向の剛性
および曲げ剛性が高められる。ベアリングリングとシヤ
フトとの間の面積が大であるので、ベアリングがシヤフ
トにほぼ等しい温度に達する熱伝達作用が効果的にな
る。排気ガスがタービンホイールに給送され、シヤフト
に極めて高温に達するタービンホイールが直結されてい
るため、ベアリングの内側リングも特にエンジンが停止
しターボチヤージヤのコンプレツサ部を流れる比較的低
温の外気流が遮断され、またベアリングを流れる潤滑オ
イル流が遮断された直後に極めて高温になる。従つて高
温化する非回転部材の温度を水冷却により制限する方法
が提案されているが、依然としてタービンホイールから
ベアリングの内側リングへ熱が伝導して、ベアリングの
内側リング温度が極めて高くなつている。
上述した欠点は高温ベアリングスチールあるいは間隙の
大きなベアリング機構を用いれば解決できよう。この場
合高温ベアリングスチールはコスト高になり、且つ大き
な間隙のベアリング機構によればベアリングの内側及び
外側リング間の温度差をベアリングに損傷を与える事な
く高く出来るが、複雑な弾性保持部材を採用すると共に
予荷重を加える必要がある。弾性部材を用いてベアリン
グに予荷重を与えると共に大きな間隙を有した代表的な
ベアリング機構が米国特許第4,652,219号および米国特
許第4,798,523号に開示されている。
（発明の開示） 本発明によれば、比較的低コストのベアリング材料を
使用でき、また比較的高温の排気ガスを発生する内燃機
関に対しても弾性部材を用いることなくベアリング機構
を使用し得る。本発明においては、ベアリングの内側リ
ングの内径の差に相応する段差を有した段付きシヤフト
が採用される。従つてベアリングとシヤフトとの間の間
隙はベアリングが実際最終組立位置で装着されるまで存
在することになるため、ベアリングのシヤフトへの組立
が容易になる。
本発明の上述並びに他の利点は添付図面に沿い以下の
説明を進めるに応じ明らかとなろう。
（図面の簡単な説明） 第１図は本発明により製造された、ベアリング装置を
備える排気ガス駆動のターボチヤージヤの断面図、第２
図は第１図の点線で囲んだ部分の拡大図である。
（発明を実施するための最良の形態） 図面を参照するに、排気ガスにより駆動され得るター
ボチヤージヤ10には中央ハウジング12と、ボルト16によ
り中央ハウジング12に固定されたタービンハウジング14
と保持リング20によりタービンハウジング14に対し対向
させて中央ハウジング12の他端部に固定されたコンプレ
ツサハウジング18とが包有される。コンプレツサハウジ
ング18の導入部22はフイルタ付空気供給源に連結され、
コンプレツサハウジング18の渦巻導出部24はエンジンの
吸入マニホルドに連結されている。タービンハウジング
14の渦巻導入部26はターボチヤージヤ10を採用するエン
ジンの排気マニホルドに連結され、タービンハウジング
14の導出部28は自動車の排気システムに連結されてい
る。
タービンホイール30はタービンハウジング14内に延び
たシヤフト32の一端部に装着される。タービンホイール
30のタービン羽根34を経て排気ガスが渦巻導入部26から
導出部28へ流動し、タービンホイール30が回転されて、
シヤフト32も回転される。周知の囲い部材36が周知の如
くタービンホイール30と中央ハウジング12との間に配置
され、それらの間の熱伝導を抑止する。コンプレツサホ
イール38はコンプレツサハウジング18内において、ター
ビンホイール30を装着したシヤフト32の他端部に装着さ
れている。コンプレツサホイール38の羽根40を経て空気
が導入部22へ流通される。コンプレツサホイール38の回
転により、空気が圧縮された上渦巻導出部24へ送出され
る。
ベアリングカートリツジ42によりベアリングキヤリア
44内にシヤフト32が回転可能に支承され、ベアリングキ
ヤリア44は中央ハウジング12の一部をなしている。中央
ハウジング12の好適な冷却液流路46はエンジンの冷却液
を中央ハウジング12内へ流動させ、またベアリングカー
トリツジ42から中央ハウジング12のオイル入口流路48お
よびオイルドレイン路50に潤滑するオイルが流動され
る。シヤフト32の、タービンホイール30を装着した端部
近傍には拡大直径部としてのハブ部52が具備される。ハ
ブ部52にはタービン密封部54が支承される。また密封部
56がコンプレツサハウジング18内へのオイルの漏出を防
止するように設けられている。
次に第２図を参照するにベアリングカートリツジ42の
ベアリング外側リング58はベアリングキヤリア44の空洞
部60内に挿入される。ベアリング外側リング58は堅牢で
間断のない部材で形成されており、円周方向に離間され
た第１の組の周知のボールベアリング部材62と同様に円
周方向に離間された第２の組の堅牢なボールベアリング
部材64との間のリンク構造体をなしている。ボールベア
リング部材62、64により、ベアリング外側リング58上で
ベアリング内側リング66が回転可能に支承される。ベア
リング内側リング66はターボチヤージヤの動作中、シヤ
フト32と共に回転することは理解されよう。ボールベア
リング部材62、64には当業者に周知な形状のものが採用
され得る。
シヤフト32には接合面68、70、72が具備されており、
これらの接合面はベアリング内側リング66上の対応する
接合面74、76、78と軽いプレス嵌めで係合して、ベアリ
ング内側リング66とシヤフト32との間に高い半径方向剛
性が得られる。接合面は平滑仕上に正確に加工され、シ
ヤフト上の接合面68、70、72とベアリング内側リング66
上の接合面74、76、78との間に軽いプレス嵌めが得られ
る。ベアリング内側リング66は例えば符号80で示す如く
分割部82、84に分割され、これによりベアリング内側リ
ング66の接合面76は分割部80、84に応じて分割される
が、接合面76がシヤフト32上の接合面70と良好に接合す
ることは理解されよう。シヤフト32には接合面68、70、
72間に位置する中間部86、88が具備される。中間部86、
88はベアリング内側リング66と協働して円周方向に延び
る小さな空隙Ｇが形成され、この空隙はタービンホイー
ル30の温度近傍まで加熱される比較的高温のシヤフト32
と、ベアリング内側リング66との間の熱伝導を遅延させ
る断熱体として機能する。接合面68、74の直径D1は接合
面70、76の直径D2より大で、直径D2自体は接合面72、78
の直径D3より大に設けられる。従つてベアリング内側リ
ング66が接合面70上に取り付けられた場合間隙が増大す
るため、ベアリング内側リング66の接合面74が容易に直
径D2、D3の部分を通過し得、接合面74が接合面68上に位
置するまで抗力が生じない。同様に接合面76は接合面72
を容易に通過し得、接合面76がシヤフト32の接合面70上
に容易に位置せしめられる。
ベアリング内側リング66の端部には円周方向に延び軸
方向に突出する突出部90が形成され、突出部90はハブ部
52とシヤフト32との間に区画された円周方向に延び且つ
半径方向に突出する面92と当接する。突出部90はベアリ
ング内側リング66の端部に皿穴を設けることにより形成
され、空隙Ａが突出部90とシヤフト32との間に形成され
る。従つて突出部90と面92との間の接触面積が最小限に
される。
タービンホイール30の直近に隣接するハブ部52は最高
温度に加熱されるシヤフト32の一部である。従つて突出
部90と面92との間の接触面積を最小にし、シヤフト32か
らベアリング内側リング66内への伝導をできる限り多く
して熱伝導を制限することが望ましいが、この接触面積
を十分に大にしてベアリング内側リング66の端部をオイ
ルドレイン路50と十分に連係させ、シヤフト32に対しベ
アリング内側リング66を軸方向に位置決めして、ホイー
ルに加わる動的力によりシヤフトに加わる曲げモーメン
トを抑止する必要がある。この接触面積はベアリング内
側リング66の端部に皿穴を設けることにより正確に制御
され得る。
更に接合面68と接合面74との間の接合面積を決める距
離ｌも正確に制御する必要がある。接合面はハブ部52に
最至近であるから、接合面68を有するシヤフト32の部分
が接合面70または接合面72を有したシヤフトの部分より
高い温度に加熱される。従つてシヤフトからベアリング
装置への熱伝導を最小限にするため、接合面68、74間の
距離ｌを最小にすることが望ましい。一方距離ｌは十分
な半径方向剛性を装置に与えるべく十分にとる必要もあ
る。従つて接合面68の長さは例えば面研磨法によりシヤ
フト32が製造されるとき正確に制御される。これにより
比較的制御が困難な内部寸法である接合面74を適宜の長
さに充分管理して作成できる。このため接合面74はベア
リング内側リング66の端部に皿穴を設け、次いで研磨仕
上げすることにより効果的に加工できる。
ベアリング内側リング66が符号80の位置で分割されて
いるからシヤフト32上に容易に製造および組立できるこ
とは理解されよう。この場合符号80の位置で分割せず、
ベアリング内側リング66を一体に製造してもよい。この
とき接合面70、76は必要なくなり、除去できる。このよ
うな一体のベアリング内側リング66が使用される場合接
合面68、74、72、78のみが必要になる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−239315（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−132449（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02B 33/00 - 39/16 F01D 25/16

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ハウジング（12、14、18）と、ハウジング
    （12、14、18）に配設され一対の端部を有したシヤフト
    （32）と、ハウジング（12、14、18）内のシヤフト（3
    2）の一端部においてシヤフトと共に回転可能に装着さ
    れたコンプレツサホイール（38）と、ハウジング（12、
    14、18）内のシヤフト（32）の他端部にシヤフトと共に
    回転可能に装着されたタービンホイール（30）と、空気
    をコンプレツサホイール（38）に送る装置と、排気ガス
    をタービンホイール（30）に送りタービンホイールによ
    りシヤフトおよびシヤフト（32）上に装着されたコンプ
    レツサホイール（38）が回転されてコンプレツサホイー
    ル（38）に送られた空気を圧縮する装置と、ハウジング
    （12、14、18）に対し回転可能にシヤフト（32）を装着
    するベアリング装置（42）とを備え、ベアリング装置
    （42）にはベアリング外側リング（58）とベアリング内
    側リング（66）とベアリング内側リング（66）上にベア
    リング外側リング（58）を支承するボールベアリング部
    材（62、64）とが包有され、ボールベアリング部材（6
    2、64）には第１の組のボールベアリング部材（62）と
    第１の組のボールベアリング部材（62）から軸方向に離
    間された第２の組のボールベアリング部材（64）とが含
    まれた排気ガスにより駆動されるターボチヤージヤにお
    いて、ベアリング外側リング（58）は両ボールベアリン
    グ部材が軸方向に離間して保持されるように第１、第２
    の組のボールベアリング部材間において堅牢で間断のな
    いリング構造体をなす部材として設けられ、且つボール
    ベアリング部材にはシヤフト（32）上の対応する接合面
    （68、72）と当接し、シヤフト（32）上のベアリング内
    側リング（66）を支承するベアリング内側リング上の軸
    方向に離間された一対の接合面（74、78）が包有され、
    ベアリング内側リング（66）の一方の接合面（74）の直
    径がベアリング内側リング（66）の他方の接合面（78）
    の直径より大に設けられてなることを特徴とするターボ
    チヤージヤ。
  2. 【請求項２】シヤフト（32）には半径方向に突出するハ
    ブ部（52）が包有され、内側リング（66）の一端部にハ
    ブ部（52）と当接して内側リング（66）をシヤフト（3
    2）に対し軸方向に位置決めする半径方向に延びた係合
    面が具備されてなることを特徴とする請求項１記載の排
    気ガスにより駆動されるターボチヤージヤ。
  3. 【請求項３】シヤフト（32）上の軸方向に離間された接
    合面の一方（68）がハブ部（52）と他方の接合面（72）
    との間に配置され、一方の接合面（68）の直径が他方の
    接合面（72）の直径より大に設けられてなることを特徴
    とする請求項２記載の排気ガスにより駆動されるターボ
    チヤージヤ。
  4. 【請求項４】半径方向に延びる接合面が内側リング（6
    6）の円周方向に延び軸方向に突出する部分（90）上に
    具備され、内側リング（66）の突出部（90）はシヤフト
    （32）と協働してその間に円周方向に延びる空隙を形成
    するように設けられてなることを特徴とする請求項１〜
    ３のいずれか１記載の排気ガスにより駆動されるターボ
    チヤージヤ。
  5. 【請求項５】ベアリング装置（42）には一対の接合面間
    で内側リング（66）上に形成される第３の接合面（76）
    とシヤフト（32）上に形成される接合面（70）とが包有
    されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１
    記載の排気ガスにより駆動されるターボチヤージヤ。
  6. 【請求項６】内側リング（66）は第３の接合面（76）で
    一対の分割部（82、84）に分割され、各分割部（82、8
    4）には第３の接合面（76）の一部が形成され、第３の
    接合面（76）の各一部がシヤフト（32）上の対応する接
    合面と当接されるように設けられてなることを特徴とす
    る請求項５記載の排気ガスにより駆動されるターボチヤ
    ージヤ。
  7. 【請求項７】第３の接合面（76）の直径が他方の接合面
    （78）の直径より大で、一方の接合面（74）の直径より
    小に設けられてなることを特徴とする請求項６記載の排
    気ガスにより駆動されるターボチヤージヤ。
  8. 【請求項８】シヤフト（32）および内側リング（66）に
    はシヤフト（32）に対し軸方向に内側リング（66）の一
    端部を位置決めする協働装置が包有され、一方の接合面
    は内側リング（66）の一端部に隣接して設けてなること
    を特徴とする請求項７記載の排気ガスにより駆動される
    ターボチヤージヤ。
JP2507668A 1989-12-12 1990-05-07 改良したローラベアリングシヤフト支承装置を備えるターボチヤージヤ Expired - Lifetime JP2794337B2 (ja)

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US07/449,280 US5055009A (en) 1989-12-12 1989-12-12 Turbocharger with improved roller bearing shaft support

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