JP3711604B2

JP3711604B2 - ターボチャージャのハウジング構造

Info

Publication number: JP3711604B2
Application number: JP33916995A
Authority: JP
Inventors: 幸雄高橋; 尚昭小池
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1995-12-26
Filing date: 1995-12-26
Publication date: 2005-11-02
Anticipated expiration: 2015-12-26
Also published as: EP0781908A3; EP0781908A2; JPH09177557A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボチャージャのハウジング構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ターボチャージャのハウジング構造は、図５に示すように、タービンロータａを収容するタービンハウジングｂと、コンプレッサインペラｃを収容するコンプレッサハウジングｄと、これらタービンロータａとコンプレッサインペラｃとを連結する回転軸ｅの軸受ｆを収容するベアリングハウジングｇの３構成からなっている。
【０００３】
タービンハウジングｂとベアリングハウジングｇとは、その接合部がピンｈにより位置決めされ、接合部外周がクランプｉに押えられて接合されている。ベアリングハウジングｇとコンプレッサハウジングｄとは、ボルトｊにより締結されて接合されている。
【０００４】
ベアリングハウジングｇ内には、当該ハウジングｇの回転軸孔内に収容されたジャーナルベアリングｆ₁と、その端部に設けられたスラストベアリングｆ₂とが組み込まれる。ジャーナルベアリングｆ₁は、円筒状のフルフロートベアリングからなり、ラジアル方向の力を支持する。スラストベアリングｆ₂は、回転軸ｅに固定されたリング状の第１部材ｆａと、これに係合しハウジングｇに固定された第２部材ｆｂとからなり、スラスト方向の力を支持する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のようなターボチャージャのハウジング構造では、ハウジング全体が３構成（タービンハウジングｂ、ベアリングハウジングｇ、コンプレッサハウジングｄ）となっており、その内部にジャーナルベアリングｆ₁とスラストベアリングｆ₂とを夫々組み付けるようにしているため、部品点数が多く、組立工数が増えてしまう。
【０００６】
また、ベアリングハウジングｇの内部にラジアルおよびスラストベアリングｆ₁、ｆ₂を夫々組み付けることは、ベアリングハウジングｇ内に細々とした加工が要求されるため、軸受廻りの精度を確保しずらく、組付難度が高い。すなわち、ハウジングｂ，ｇ，ｄ同志の接合のように比較的精度が要求されない組立ライン上にて、高精度部品（ジャーナルベアリングｆ₁とスラストベアリングｆ₂）を組み付けることとなるため、合理的とはいえない。
【０００７】
また、タービンハウジングｂとベアリングハウジングｇとが分割されていたため、これらの接合部ｋからの排ガスのリークを零にすることが困難であった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の事情を考慮して創案された本発明は、タービンロータを収容するタービンハウジングと回転軸の軸受を収容するベアリングハウジングとを一体化した一体化ハウジングを備え、該一体化ハウジングの内部に、上記回転軸の軸受をユニット化したベアリングユニットを収容し、該ベアリングユニットと上記一体化ハウジングの内部との間に、鍔状の係合部材を介設することで、該ベアリングユニットの周りにリング状の空間を形成したものである。
本発明によれば、タービンハウジングとベアリングハウジングとを一体化しているので、部品点数が減って組立性が向上すると共に、タービンハウジングとベアリングハウジングとの間のガスリークもなくなる。
また、高精度及びクリーン性が要求されるベアリングユニットを予め別の組立ラインで製作しておき、これを一体化ハウジングに組み付けることができるので、組付の容易化と軸受周りの部品の高精度化とを両立できる。
また、ベアリングユニットの周りにリング状の空間を形成しているので、ベアリングユニット周りの排油性が向上し、タービンロータ又はコンプレッサインペラ側へのオイル漏れを抑制できる。
【０００９】
上記係合部材の内部に、上記ベアリングユニット内に軸支される上記回転軸に給油するための潤滑油通路を設けてもよい。
【００１０】
上記ベアリングユニットは、上記係合部材を介して上記一体化ハウジング内に支持される円筒状のベアリングボックスと、該ベアリングボックス内に収容され、内部に上記回転軸が挿通される円筒状のセミフローティングベアリングと、該セミフローティングベアリングにその内周面と外周面とを連通して形成された穴とを備え、上記潤滑油通路から供給された潤滑油が上記穴を通過して上記回転軸に供給されるようになっていてもよい。
【００１１】
上記タービンロータが外径一定のタービン翼を有し、その外径に合わせて上記一体化ハウジングの排ガス吐出口が形成されていてもよい。こうすれば、タービンロータを一体化ハウジングの排ガス吐出口から挿入して組み込むことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図面を用いて説明する。
【００１３】
図１に示すように、このターボチャージャのハウジング構造は、タービンハウジングとベアリングハウジングとを一体化し、一体化ハウジング１とした点に特長を有する。一体化ハウジング１は、タービンロータ２を収容するタービンハウジング部１ａとベアリングユニット３を収容するベアリングハウジング部１ｂとから構成されている。
【００１４】
タービンハウジング部１ａには、その内部に収容されたタービンロータ２を駆動する排ガスの流入口４と吐出口５とが形成されている。ベアリングハウジング部１ｂには、その内部に取り付けられたベアリングユニット３に給油する潤滑油の流入口６と吐出口７が形成されている。ベアリングユニット３は、詳しくは後述するがタービンロータ２とコンプレッサインペラ８とを接続する回転軸９の軸受をユニット化したものである。
【００１５】
かかる一体化ハウジング１には、冷却水の流入口と吐出口（共に図示せず）が形成されている。冷却水は、一体化ハウジング１のタービンロータ２の背面部に位置してリング状またはループ状に形成された冷却水通路１０を通過し、排ガスにより加熱されたタービンロータ２の熱を吸収することにより、タービンロータ２からベアリングユニット３に伝わる熱を遮断する。すなわち、本実施形態ではこれら冷却水および冷却水通路１０が、特許請求の範囲第３項の断熱手段に相当する。
【００１６】
なお、断熱手段はこれに限らず、図２に示すように一体化ハウジング１のタービンハウジング部１ａとベアリングハウジング部１ｂとの接続部１ｃを括れ状とし、その空間１１に空気断熱層を形成するようにしてもよい。さらに、この空間１１内にこれを埋めるように断熱材（図示せず）を巻き付けてもよく、タービンハウジング部１ａの背面部１ｄに放熱フィン（図示せず）を設けてもよい。また、図１に示す冷却水通路１０に冷却水の代りに潤滑油を流すようにしてもよい。
【００１７】
一体化ハウジング１のベアリングハウジング部１ｂは、タービンハウジング部１ａと反対側の端部が開口されており、その開口部１２から上記ベアリングユニット３が挿入されるようになっている。ベアリングユニット３は、円筒状に形成されたベアリングボックス１３と、その内部に収容された円筒状のセミフローティングベアリング１４とを有している。セミフローティングベアリング１４は、スラストピン１５によってベアリングボックス１３に回転止め及び位置決めがなされ、その内部に回転軸９が挿入されるようになっている。
【００１８】
セミフローティングベアリング１４とベアリングボックス１３との間、セミフローティングベアリング１４と回転軸９との間には、それぞれ所定の油膜を確保できる間隙が形成され、回転軸９およびベアリング１４が潤滑油によってフローティングされるようになっている。ベアリングボックス１３の外周には、図３にも示すように鍔状の係合部材１６が一体的に設けられている。係合部材１６は、ベアリングユニット３を開口部１２から一体化ハウジング１内に挿入した際、一体化ハウジング１内に円状に凹設された段差部１７に突き当たって位置決めされる。
【００１９】
鍔状係合部材１６の内部には、潤滑油通路１８が形成されている。潤滑油通路１８は、その一端が鍔状係合部材１６の一側面に開口されて一体化ケーシング１の潤滑油流入口６と連通し、他端がベアリングボックス１３の内周面に開口されている。これにより、一体化ケーシング１の潤滑油流入口６に導かれた潤滑油は、係合部材１６内の潤滑油通路１８を通ってベアリングボックス１３内に導かれ、セミフローティングベアリング１４に形成された穴１９を通って回転軸９側に導かれ、セミフローティングベアリング１４およびベアリングボックス１３の両端部から排出され、最終的に一体化ケーシング１の潤滑油吐出口７から排油される。
【００２０】
鍔状係合部材１６の一部（ターボチャージャを車両に取り付けたとき重力方向下方となる部分）には、図３にも示すように切欠部２０が形成されている。切欠部２０は、鍔状の係合部材１６によって二室に仕切られたベアリングハウジング部１ｂ内の一室２１内に充満する潤滑油を吐出口７から排出するために形成される。なお、図３中、２２は潤滑油通路１８の開口部、２３は係合部材１６の係合位置を決めるスプリングピン２４の係合孔である。
【００２１】
ベアリングユニット３を一体化ハウジング１内に収容した後には、タービンロータ２とこれと一体的な回転軸９を、一体化ハウジング１の排ガス吐出口５から挿入する。本実施形態におけるタービンロータ２は、図１に示すように外径Ｄが一定のタービン翼２ａを有する斜流タービンであるため、そのタービンロータ２の外径Ｄに合わせて排ガス吐出口５の口径を成形すれば、一体化ケーシング１であっても当該タービンロータ２を排ガス吐出口５から挿入して組み込むことができる。
【００２２】
なお、図４に示すように挿入方向奥側のロータ外径Ｄｘの方が手前側のロータ外径Ｄｙより大きな通常のラジアルタービンロータ２ｘ（または斜流タービンロータ：二点鎖線で示す）の場合は、その最大外径Ｄｘに合わせて一体化ハウジング１の排ガス吐出口５の口径Ｘを成形し、その排ガス出口５から当該ロータ２ｘを挿入した後、タービンロータ２ｘの外径のカーブに合わせて成形された専用のエクスデューサ用ライナ部材２５を排ガス出口５から挿入するようにすればよい。このライナ部材２５は、排ガス吐出口５に形成された環状の段差部２６に係合して位置決めされる。
【００２３】
このようにしてタービンロータ２または２ａを一体化ハウジング１に組み込むと、タービンロータ２と一体的な回転軸９がベアリングユニット３のセミフローティングベアリング１４を貫通する。その後、貫通した回転軸９に形成された段差部２７にスラスト受部材２８を取り付ける。段差部２７は、セミフローティングベアリング１４の端面と面一になる位置に形成されている。回転軸９に生じるスラスト力は、このスラスト受部材２８およびその反対側に位置する回転軸の拡径部２９が、それぞれセミフローティングベアリング１４の端面に当接することによってなされる。
【００２４】
その後、一体化ケーシング１の開口部１２に、シールプレート３０をボルト３１によって取り付ける。シールプレート３０は、潤滑油を内部にシールすると共に、ベアリングユニット３の係合部１６を段差部１７との間に挟み込むものである。また、シールプレート３０のベアリングユニット３側の面には、凹部３２が形成されており、ベアリングユニット３の収容室の一部を形成するようになっている。シールプレート３０の取付後、回転軸９の先端部にコンプレッサインペラ８をナット３３で取り付け、最後にコンプレッサケーシング３４をボルト３５によって取り付けて組み立て完成となる。
【００２５】
以上の構成からなるターボチャージャのハウジング構造によれば、タービンハウジングとベアリングハウジングとが一体化されて一体化ハウジング１となっているので、タービンハウジングとベアリングハウジングとの連結部品・組立等が必要なくなる。すなわち、部品点数が減って組立性が向上し、組み立ての自動化が容易となる。また、従来問題となっていたタービンハウジングとベアリングハウジングとの間のガスリークもなくなる。
【００２６】
回転軸９の軸受をユニット化したベアリングユニット３を、一体化ハウジング１の内部にコンプレッサハウジング３４側の開口部１２から挿入して取り付けるようにしたので、高精度およびクリーン性が要求されるベアリングユニット３を予め別の組立ラインで製作しておき、これを一体化ハウジング１に組み付けるようにすれば、組付が容易になると共に軸受廻りの高精度を確保できる。すなわち、高精度部品（ベアリングユニット３）の分離と組立サブライン化により、低コストかつ高精度のターボチャージャを製造できる。
【００２７】
ベアリングユニット３を別体としたので、図５に示すもののように細々とした孔加工（ジャーナルベアリングｆ₁（フルフローティングタイプ）の支持孔や潤滑油通路孔等）が一切不要となり、低コストで製造できる。すなわち、ベアリングユニット３取付前の一体化ハウジング１内にはベアリングユニット３を収容するための広々としたスペースがあり、そのスペースに繋げて一体化ハウジング１の端部に開口部１２が開けられているため、一体化ハウジング１を鋳造する際の中子形状が簡単となり、容易に低コストで鋳造できる。なお、鋳造後、精度が必要となる部分（段差部１７や孔部３６等）には切削加工が施される。
【００２８】
一体化ハウジング１に、タービンロータ２の背面部に位置させて、断熱手段（冷却水通路１０、断熱空間１１等）を設けたので、排ガスにより熱せられたタービンロータ２からベアリングユニット３に伝わる熱を遮断でき、ベアリングユニット３の熱劣化を抑制できる。また、一体化ハウジング１内に鍔状の係合部材１６を介してベアリングユニット３を浮かせるようにして支持させたので、高温のタービンロータ２からベアリングユニット３（軸受部）までの伝熱経路が図５に示すものより長くなり、ベアリングユニット３の温度上昇が抑制される。
【００２９】
ベアリングユニット３を鍔状の係合部材１６を介して一体化ハウジング１に取り付けるようにしたので、ベアリングユニット３の周りに広々としたリング状の空間を確保でき、ベアリングユニット３廻りの排油性が改良される。すなわち、図５に示すようにベアリングｆ₁，ｆ₂周りに十分な空間がとれないタイプでは、潤滑油吐出口７からエンジンへ戻る排油パイプが何等かの原因により閉塞し且つタービンロータ２またはコンプレッサインペラ８の部分が負圧になったときに（スロットルを絞ったとき等に生じる）、その急激な圧力差によってベアリングハウジング部１ｂ内の潤滑油が回転軸９と孔部３６の隙間からタービンロータ２またはコンプレッサインペラ８側へオイル漏れを起こしやすくなるが、図１に示す本実施形態のものでは、ベアリングユニット３の周りに広々としたリング状の空間が確保されるので、圧力バランスが取りやすくなり、かかるオイル漏れを抑制できるのである。
【００３０】
なお、ベアリングユニット３部分は、図１に示すセミフローティングベアリング１４に限定されるものではなく、図５のようなフルフローティングタイプのジャーナルベアリングｆ₁とスラストベアリングｆ₂の組合構造であってもよい。要は、これらベアリングｆ₁、ｆ₂がユニットとして一体化され、アッセンブリとして後付けできればよいのである。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば次のような優れた効果を発揮できる。
【００３２】
（１）組立性が向上すると共にタービンハウジングとベアリングハウジングとの間のガスリークを防止できる。
【００３３】
（２）軸受部の精度の確保と組立性の向上とを両立できる。
【００３４】
（３）ベアリングユニットの周りに形成されたリング状の空間によりベアリングユニット周りの排油性が向上するので、タービンロータ又はコンプレッサインペラ側へのオイル漏れを抑制できる。
【００３５】
(4)請求項４記載の発明によれば、タービンロータを一体化ハウジングの排ガス吐出口から挿入して組付けることができるので、組立性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に示すターボチャージャのハウジング構造の側断面図である。
【図２】別の実施形態を示すターボチャージャのハウジング構造の側断面図である。
【図３】図１中のベアリングユニットを図中左方から見た図である。
【図４】ラジアルタービンロータを用いた場合を示すタービン部分の拡大図である。
【図５】従来例を示すターボチャージャのハウジング構造の側断面図である。
【符号の説明】
１一体化ハウジング
１ａタービンハウジング部
１ｂベアリングハウジング部
２タービンロータ
２ａタービン翼
３ベアリングユニット
５排ガス吐出口
９回転軸
１０断熱手段としての冷却水通路
１１断熱手段としての空間
１３ベアリングボックス
１４セミフローティングベアリング
１６係合部材
１８潤滑油通路
１９穴
Ｄ外径

Claims

タービンロータを収容するタービンハウジングと回転軸の軸受を収容するベアリングハウジングとを一体化した一体化ハウジングを備え、該一体化ハウジングの内部に、上記回転軸の軸受をユニット化したベアリングユニットを収容し、該ベアリングユニットと上記一体化ハウジングの内部との間に、鍔状の係合部材を介設することで、該ベアリングユニットの周りにリング状の空間を形成したことを特徴とするターボチャージャのハウジング構造。
上記係合部材の内部に、上記ベアリングユニット内に軸支される上記回転軸に給油するための潤滑油通路を設けた請求項１記載のターボチャージャのハウジング構造。
上記ベアリングユニットは、上記係合部材を介して上記一体化ハウジング内に支持される円筒状のベアリングボックスと、該ベアリングボックス内に収容され、内部に上記回転軸が挿通される円筒状のセミフローティングベアリングと、該セミフローティングベアリングにその内周面と外周面とを連通して形成された穴とを備え、上記潤滑油通路から供給された潤滑油が上記穴を通過して上記回転軸に供給されるようになっている請求項２記載のターボチャージャのハウジング構造。
上記タービンロータが外径一定のタービン翼を有し、その外径に合わせて上記一体化ハウジングの排ガス吐出口が形成された請求項１〜３記載のターボチャージャのハウジング構造。