JP5106406B2 - ターボチャージャ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前段部分によるターボチャージャに関する。

このタイプのターボチャージャは、例えば、米国特許第４，４２０，１６０号明細書から知られる。

このターボチャージャは、軸受けハウジングのオイルスペースをコンプレッサスペースに対してシールするためのシール装置を有する。このシール装置には、軸受けハウジングの固定位置に取り付けられるシールリングが設けられる。このシールリングは、回転する対向面に当てがわれてシール効果を発現するシール端面を有する。このため、シール効果を発現させるには、このシールリングの端面と、コンプレッサ軸と共に回転する反対側の対向面との間の機械的な接触が必要になるので、機械的な摩耗、従ってシール効果の劣化が、ターボチャージャの少なくとも一定の運転時間後には不可避である。

従って、本発明の目的は、シール装置を備えた請求項１の前段部分に規定されるタイプのターボチャージャであって、シール面の摩耗を少なくとも大幅に低減する結果としての長い運転時間と、それによる良好なシール効果とを可能にするシール装置を備えたターボチャージャを創出することにある。

この目的は、請求項１および請求項１０の特徴によって実現される。

本発明によるターボチャージャは、具体的には、シール装置を備えており、このシール装置は、軸受けハウジングのオイルスペースをコンプレッサスペースに対してシールするシールリングを有する。このシールリングは軸受けハウジングに配置され、このシールリングには２つの端面が設けられる。この２つの端面には、シール効果を発現させるために、一方の側にディスクの関連する端面が、もう一方の側にはシールブッシュの関連する端面が配備され、このディスクおよびシールブッシュはロータ軸に固定される。

シールリングは、ディスクとシールブッシュとの間に軸方向の遊びを設けてロータ軸に配置されるので、組み立て状態においては、シールリングは、通常、２つの端面のいずれか（すなわちディスクの端面またはシールブッシュの端面）に接触する。ターボチャージャの運転時には、シールリングは、接触位置から解放され、コンプレッサ側と軸受けハウジング側との間に存在する圧力差に応じて、それぞれの関連する端面と共に送り出し間隙を形成する。主としてシールリングの各関連する端面と共に送り出し間隙を形成する送り出し装置によって、空気流れが発生する。この空気流れによって、シールリングの非回転の各固定端面と、ディスクおよびシールスリーブの回転する関連する端面との間に空気クッションが形成されることになる。この空気流れは、第１に、軸受けハウジングからコンプレッサの方向へのオイルの流れを防止し、第２に、シールを構成する端面間の直接的な機械的接触を防止する。この機械的接触の防止によって、ターボチャージャにおける摩耗が本発明に従って少なくとも大幅に低減される。

上記の空気流れは、シールリングの２つの端面に配置されかつ逆方位に向けられる送り出し装置または送り出し構造によって生成されるが、これは、本質的に、コンプレッサ側の送り出し装置が空気を外周から内周に送り込み、あるいは、軸受けハウジング側の送り出し装置が空気を内周から外周に効果的に送り出すことを意味する。具体的には、これは、コンプレッサ側の送り出し装置が、間隙の縮小に伴って、コンプレッサハウジングからの空気を半径方向の外側から半径方向の内側に送り込む、あるいは、軸受けハウジング側の送り出し装置が、間隙の縮小に伴って、空気を内側から半径方向の外側に導く、ということである。両方の場合において、シールリングの内周とシールブッシュとの間の軸の間隙の中に空気が導かれ、従って、空気はコンプレッサ側から軸受けハウジング側に達することができる。これによって、ほぼＵ形状の強制的な空気流れが形成され、この空気流れが、前記のように、シール効果を発現すると共に、反対向きの固定および回転端面間の機械的な接触を防止する。

本発明によるターボチャージャの有利な発展形態が従属請求項２〜９の内容を構成する。

請求項１０および１１においては、本発明のシール装置が、独立に販売し得る物品として規定される。

本発明のさらなる詳細、特徴および利点は、図面を参照した実施例に関する以下の説明から明らかになる。

図１は、本発明によるターボチャージャ１５の一部を示す。ターボチャージャ１５は、ロータ軸１２が取り付けられる軸受けハウジング７を有し、軸受けハウジング７はコンプレッサハウジングに連結されるが、コンプレッサハウジングの内、コンプレッサスペース１４のみが図示されている。ターボチャージャは、通例のように、タービンハウジングを備えたタービンをも当然含むが、このタービンも、コンプレッサ側の全体と同様に図１には表現されていない。これらの部分は本発明の説明には必要ないからである。

図１は、また、全体として参照符号２０で示されるシール装置も示している。このシール装置２０は、軸受けハウジングのオイルスペース１３を、ターボチャージャ１５のコンプレッサハウジング（詳細図示なし）のコンプレッサスペース１４に対してシールする機能を有する。

シール装置２０は、この目的実現のため、軸受けハウジング７に固定すなわち非回転方式で配置されるシールリング１であって、２つの端面１７および１７’を有するシールリング１を含む。この端面１７および１７’は、ディスク９およびシールブッシュ１６のそれぞれの端面１０および１１と協動して、シール装置２０のシール効果を発現する。図１は、ディスク９がコンプレッサスペース１４に隣接して配置されること、および、シールブッシュ１６が２つのフランジ１６Ａおよび１６Ｂを有することを明確に示している。２つのフランジ１６Ａおよび１６Ｂは、図１において選択された表現によれば、シールリング１の右側に互いに間隔を設けて配置される。

フランジ１６Ａおよび１６Ｂは軸方向の軸受け２１をガイドする。また、フランジ１６Ａはディスク９と共に１つの溝を画定し、その溝の中に、シールリング１が、軸方向の遊びすなわちロータ軸１２の長手方向の遊びを設けて嵌め込まれる。

シールリング１は、ディスク９およびフランジ１６Ａによって画定される溝の中に、同様に、環状の間隙を形成する半径方向の遊びＳを設けて嵌め込まれる。

送り出し装置２および３は、それぞれ、シールリング１の端面１７および１７’内に配置される。この場合、送り出し装置２はコンプレッサ側に配置され、送り出し装置３は軸受けハウジング３側に配置される。この送り出し装置は図２および３に見ることができる。図示の実施例においては、これらは、それぞれの隆起部１８および１８’によって縁を付けられる溝１９および１９’によって構成される。この溝１９および１９’は逆方位に向けられる。これは、コンプレッサ側の送り出し装置２が空気を外周から内周に送り込み、一方、軸受けハウジング側の送り出し装置３は空気を内周から外周に送り出すことを意味する。

このため、シールリング１は、軸受けハウジング７に浮動方式で装着される。図１に示す特に好ましい実施形態においては、シールリング１が、エラストマ成型体５の１つの端部領域５Ａに結合され、そのエラストマ成型体５のもう一方の端部領域５Ｂは軸受けハウジング７に固定される。

シールリングと端部領域５Ａとの間の結合は、確実方式、非確実方式または摩擦結合とすることができる。これらの結合方式の組合せも可能である。

図１は、端部領域５Ａが第１保持リング４によってシールリング１に押圧されることも明らかにしている。

エラストマ成型体５のもう一方の端部領域５Ｂは、第２保持リング６によって、軸受けハウジング７の内腔または付加部分８に固定される。この付加部分８は、一種のカバーであり、それによって、図１の図解表現から詳細に分かるように、軸受けハウジング７の開口部を閉鎖することができる。

上記のシール装置２０は、軸受けハウジングのオイルスペース１３をコンプレッサスペース１４に対してシールする。この場合、このシール機能は、それぞれディスク９および環状フランジ１６Ａの同時回転する端面１０および１１の間に配置されるシールリング１によって実現される。組み立て状態においては、シールリング１は、通常、前記２つの端面１０および１１のいずれかに当接する。ターボチャージャの運転時には、コンプレッサ側と軸受けハウジング側との間の圧力差に応じて、関連する送り出し装置２または３が送り出し間隙に発生させる流れによって、シールリング１の固定端面１７と回転端面１１との間に空気クッションが形成されるか、あるいは、固定端面１７’と回転端面１０との間に送り込み効果によって空気クッションが形成される。送り出し装置または送り出し構造２および３は、軸受けハウジングのオイルスペース１３の方向への空気流れを発生させ、この空気流れが、軸受けハウジング７からコンプレッサの方向へのオイルの流出を防止する。

さらに正確に述べると、送り出し装置２が、半径方向の外側から内側へのコンプレッサハウジング７からの空気流れを発生させ、この空気は、続いて、軸の間隙Ｓの中に導かれ、環状フランジ１６ａの領域において内側から外側に導出される。その結果、ほぼＵ形状の強制的な空気流れが形成される。

前記のように、これによって、コンプレッサの方向へのオイルの流出が防止され、さらに、シールリング１の固定端面１７および１７’と、反対側の回転シール面で、ロータ軸１２とディスク９とシールブッシュ１６とによって形成されるロータ軸組立体の回転シール面との間の機械的接触が避けられる。

エラストマ成型体５をシールリング１に押圧する保持リング４は、シールリング１と軸受けハウジング７との間に確実方式でトルクを伝達するための適切な形態（窪み、タング、カム等）を追加して使用することができる。

本発明によるターボチャージャの簡素化された概略的表現である。 軸受けハウジング側から見たシールリングの上面図である。 コンプレッサ側から見た、本発明のシール装置のシールリングの図２に対応する表現である。

符号の説明

１ シールリング
２ 送り出し装置／送り出し構造
３ 送り出し装置／送り出し構造
４ 第１保持リング
５ エラストマ成型体
５Ａ 端部領域
５Ｂ 端部領域
６ 第２保持リング
７ 軸受けハウジング
８ 付加部分／カバー
９ ディスク
１０ 同時回転端面
１１ 同時回転端面
１２ ロータ軸／ロータ組立体
１３ 軸受けハウジングのオイルスペース
１４ コンプレッサスペース
１５ ターボチャージャの一部
１６ シールブッシュ
１６Ａ フランジ
１６Ｂ フランジ
１７ 符号１の端面
１７’ 符号１の端面
１８ 隆起部／空気ガイド隆起部
１８’ 隆起部／空気ガイド隆起部
１９ 溝／空気ガイド溝
１９’ 溝／空気ガイド溝
２０ シール装置
Ｓ 符号１および１６間の遊び

Claims (10)

1. ロータ軸（１２）が取り付けられ、かつ、軸受けハウジングのオイルスペース（１３）を有する軸受けハウジング（７）と、
   前記軸受けハウジング（７）に連結され、かつ、コンプレッサスペース（１４）を有するコンプレッサハウジングと、
   前記軸受けハウジングのオイルスペース（１３）を前記コンプレッサスペース（１４）に対してシールするために設けられるシール装置（２０）であり、前記軸受けハウジング（７）に配置されるシールリング（１）を備えたシール装置（２０）であって、前記シールリング（１）は２つの端面（１７、１７’）を有し、前記２つの端面（１７、１７’）は、前記ロータ軸（１２）に固定されるディスク（９）およびシールブッシュ（１６）のそれぞれの関連する端面（１０、１１）と協動するシール装置（２０）と、
   を含むターボチャージャ（１５）において、
   前記シールリング（１）が、前記ディスク（９）と前記シールブッシュ（１６）との間の前記ロータ軸（１２）に、軸方向の遊びを設けて配置されること、および、
   前記シールリング（１）の端面（１７、１７’）内または端面（１７、１７’）上に、逆方位に向けられる空気送り出し装置（２、３）が配置されること、
   を特徴とするターボチャージャ。
2. 前記ディスク（９）および前記シールブッシュ（１６）が、前記シールリング（１）を配置する溝を画定す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。
3. 前記シールリング（１）が、前記軸受けハウジング（７）に浮動方式で装着されることを特徴とする請求項１または２に記載のターボチャージャ。
4. 前記シールリング（１）が、エラストマ成型体（５）の１つの端部領域（５Ａ）に結合され、前記エラストマ成型体（５）は、そのもう一方の端部領域（５Ｂ）によって前記軸受けハウジング（７）に固定できることを特徴とする請求項３に記載のターボチャージャ。
5. 前記シールリング（１）が、前記エラストマ成型体（５）の１つの端部領域（５Ａ）に、確実方式、非確実方式および摩擦方式によって、あるいは、これらの結合方式の組合せによって結合されることを特徴とする請求項４に記載のターボチャージャ。
6. 前記１つの端部領域（５Ａ）が、第１保持リング（４）によって前記シールリング（１）に押圧されることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のターボチャージャ。
7. 前記もう一方の端部領域（５Ｂ）を、第２保持リング（６）によって前記軸受けハウジング（７）の内腔または前記軸受けハウジング（７）の付加部分（８）に固定できることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載のターボチャージャ。
8. 前記送り出し装置（２、３）が、前記シールリング（１）の端面（１７、１７’）内または端面（１７、１７’）上の溝（１９）の形態であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のターボチャージャ。
9. 前記溝（１９、１９’）が、前記シールリング（１）の端面（１７、１７’）上に配置される空気ガイド用の隆起部（１８、１８’）によって縁を付けられることを特徴とする請求項８に記載のターボチャージャ。
10. 軸受けハウジング（７）と、前記軸受けハウジング（７）に取り付けられるロータ軸（１２）と、前記軸受けハウジング（７）に設けられる軸受けハウジングのオイルスペース（１３）と、コンプレッサスペース（１４）を有するコンプレッサハウジングとを含むターボチャージャ（１５）用のシール装置（２０）であって、２つの端面（１７、１７’）を有するシールリング（１）を備えたシール装置（２０）において、
    前記シールリング（１７）が、前記端面（１７、１７’）内または端面（１７、１７’）上に、逆方位に向けられる空気送り出し装置（２、３）を有すること、および、
    前記シールリング（１）を、前記ターボチャージャ（１５）のディスク（９）とシールブッシュ（１６）との間の前記ターボチャージャ（１５）のロータ軸（１２）に、軸方向の遊びを設けて配置できること、
    を特徴とするシール装置。

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