JP5422817B2

JP5422817B2 - 軸方向に固定するためのスリーブエレメント及びエグゾーストターボチャージャ

Info

Publication number: JP5422817B2
Application number: JP2012503904A
Authority: JP
Inventors: ゲルノート・ヘルトヴェック; ヨハネス・ズーフェルト
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-04-07
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: CN102369357B; RU2011144603A; US9091276B2; JP2012522935A; BRPI1015296A2; US20120060496A1; CN102369357A; WO2010115570A1; DE102009016688A1; RU2538430C2

Description

本発明は、請求項１の前提部分に基づく軸方向に固定するためのスリーブエレメント及び請求項４の前提部分に基づく内燃機関のエグゾーストターボチャージャに関する。

この種のスリーブエレメント及びエグゾーストターボチャージャはすでに知られており、図１及び図２に示されている。

図１は、タービンハウジング１２と、ベアリングハウジング１４と、コンプレッサハウジング１６と、を備える、内燃機関のエグゾーストターボチャージャ１０を示している。タービンハウジング１２にはタービンホイール１８が収納され、コンプレッサハウジング１６にはコンプレッサホイール２０が収納されており、これらはシャフト２２によって互いに接続されている。このシャフト２２は、ベアリングハウジング１４のラジアルベアリングブッシュ２４及び２６によって支持されている。シャフト２２の回転軸２８に沿って軸方向に、ラジアルベアリングブッシュ２４及び２６がスペーサスリーブ３０によって固定されている。ラジアルベアリングブッシュ２４と２６、並びにスペーサスリーブ３０は、この場合、回転可能に実施するか、又はトルク耐性に実施することができる。スペーサスリーブ３０は、ラジアルベアリングブッシュ２４と２６との間にあるシャフト２２と同軸に取り付けられる。

図２では、図１と同じエレメントに同じ符号が付けられている。エグゾーストターボチャージャ１０’では、図１のエグゾーストターボチャージャ１０に追加して、回転数センサ３２が設けられており、このセンサは、シャフト２２の回転数を検知することができる。この場合、回転数センサ３２は、例えば、誘導式又は容量式又は磁気式又は光学式などの方法で、例えばシャフト２２上にある平坦部などのマークを検知し、エグゾーストターボチャージャ１０のシャフト２２の現在の回転数を検出することができる。

回転数センサ３２と、ラジアルベアリングブッシュ２４及び２６を軸方向に固定するスペーサスリーブ３０’との同時使用は、このスペーサスリーブ３０’が回転可能に構成されていない場合に可能である。なぜなら、回転可能に支持されているスペーサスリーブの回転数とシャフト２２の回転数とは一致しないためである。シャフト２２の回転数の検知は、エグゾーストターボチャージャ１０’のベアリングハウジング１４の中に十分な大きさのアクセスが障害なく設けられ、スペーサスリーブ３０’の中に十分な大きさの開口部が設けられている場合にのみ可能である。

周知の解決方法の場合、少なくとも１つの開口部を有するこの種のスペーサスリーブ３０’と回転数センサとを組み合わせるには、高い取付けコストがかかり、このことが、この種の構造を備えるターボチャージャのコストを引き上げている。

従って、本発明の課題は、冒頭に述べた種類のスリーブエレメント及びエグゾーストターボチャージャを発展させて、コストの削減を可能にすることである。

この課題は、請求項１の特徴を有する、軸方向に固定するためのスリーブエレメント、及び請求項４の特徴を有する、内燃機関のエグゾーストターボチャージャによって解決される。本発明の適切かつ重要な発展形態を備える有利な実施形態は、従属請求項に示されている。

回転可能なシャフト、詳細にはエグゾーストターボチャージャのシャフトの少なくとも１つのベアリングを軸方向に固定するためのスリーブエレメントは、その外面に少なくとも１つの通過開口部を有し、本発明に基づいて、少なくとも１つの通過開口部が、スリーブエレメントの半径方向に少なくとも部分的にほぼ円錐形の形状を有していることを特徴としている。すなわち、このことは、少なくとも１つの通過開口部がほとんど漏斗型に形成され、この通過開口部が、スリーブエレメントの半径方向に、内側よりも外側へ向かって広がっていることを意味する。

本発明に基づくスリーブエレメントにより、円錐形の通過開口部が回転数センサを取り付ける際のガイド補助として機能するため、エグゾーストターボチャージャにおける回転数検知装置の半径方向への取付けを単純化することができる。

エグゾーストターボチャージャに、シャフト、回転数検知装置、及び例えば２つのラジアルベアリングを取り付ける場合、スリーブエレメントは、ラジアルベアリングの間にシャフトに向かって差し込まれ、エグゾーストターボチャージャのベアリングハウジングの中に完全に挿入される。スリーブエレメントの通過開口部の形状が回転数検知装置の寸法に合わせられていることから、シャフトをエグゾーストターボチャージャのベアリングハウジングの中に取り付ける際には、スリーブエレメントが回転数検知装置取付けのための正しいポジションを有し、維持されることを確実にしなければならない。スペーサスリーブの位置を後で調整する場合、従来技術による解決方法は限定的であり、又はアクセスが困難なためにコストが非常に高くなってしまう。

本発明に基づくスリーブエレメントにより、スリーブエレメントの最適位置からの逸脱が修正される限り、特に、回転数検知装置を半径方向に取り付けることによってスリーブエレメントの角度位置が自動的に正しい位置に回転するため、取付けが大幅に単純化され、それによってコストが低下する。すなわち、この回転数検知装置は、漏斗のように通過開口部に挿入される。この円錐形の実施形態により、スリーブエレメントは自動的に正しい位置に回転し、回転数検知装置に合わせて位置が揃えられる。このことによって、コストのかかる追加作業の必要がないため、組立てに要する時間と、特に経費とが節約される。この結果、同様に、本発明に基づくスリーブエレメントを備えるエグゾーストターボチャージャ全体のコストも削減される。

この点については、本発明に基づくスリーブエレメントが、例えば該当するベアリングハウジングの壁に対してベアリングを支持するために、このベアリングのみを軸方向に固定するのに使用可能であることに留意されたい。

少なくとも１つの通過開口部が、スリーブエレメントの軸方向に少なくとも部分的にほぼ円錐形の形状を有している場合、このスリーブエレメントを軸方向に取付けることによってスリーブエレメントの角度位置が自動的に正しい位置に回転することから、上述したスリーブエレメントの最適位置からの逸脱が、適切な取付け順序で修正可能であるという利点が生じる。適切な取付け順序とは、この場合、まずスリーブエレメントを仮に位置決めし、次に回転数検知装置を取り付け、その上でスリーブエレメントを完全に取り付けるという取付けの流れを意味する。従って、この実施形態により、回転数検知装置の取付けばかりでなく、スリーブエレメント自体の取付けも実施されるため、さらに取付けが単純化され、取付け時間もさらに短縮されることから、結果的に、この種のスリーブエレメントを備えるエグゾーストターボチャージャ全体のコスト削減につながる。

本発明の特に有利な視点では、少なくとも１つの通過開口部が、スリーブエレメントの軸方向にスリーブエレメントの少なくとも１つのエッジまで形成されていることによって、さらなる取付けコストの削減が可能となり、さらにコスト全体も抑制することができる。すなわち、このことは、スリーブエレメントが、本発明に基づいて実施されている、少なくとも軸方向の伸長方向に、閉じられていない少なくとも１つの通過開口部を有していることを意味し、これによって、スペーサスリーブを取り付ける前に回転数検知装置を取り付けることが可能となる。このスペーサスリーブは、円錐形の通過開口部を介して、回転数検知装置に対して軸方向に移動することによって自動的に正しい位置に回転することができる。本発明のこの実施形態は、取付け時間のさらなる削減を意味し、従って取付けコストもさらに減少するため、全体のコストもさらに削減することができる。それでも、このスリーブエレメントによって、エグゾーストターボチャージャのシャフトが最適に支持され、さらにベアリングの軸方向の固定が実施可能であることから、このことは、作動中のエグゾーストターボチャージャのシャフトが極めて高い回転数を有し、摩耗及び選択確率を最小化するために非常に優れたベアリングが要求されるという点において有効である。

回転数検知装置と、エグゾーストターボチャージャのシャフトの少なくとも１つのベアリングを軸方向に固定するためのスリーブエレメントと、を備え、このスリーブエレメントは、その外面に少なくとも１つの通過開口部を有しており、この通過開口部を通って回転数検知装置がスリーブエレメントを通り抜ける、内燃機関のエグゾーストターボチャージャの場合、本発明に基づいて、少なくとも１つの通過開口部が、スリーブエレメントの半径方向に少なくとも部分的にほぼ円錐形の形状を有しているように設定されている。スリーブエレメントの通過開口部が円錐形の実施形態を有していることにより、本発明に基づくスリーブエレメントとの関連ですでに説明した利点が達成可能であり、それはすなわち、回転数検知装置を半径方向に取り付ける際にスリーブエレメントの位置がほぼ自動的に調整されることによって、後の調整作業が回避され、取付けの単純化が可能となり、コストが安くなるということである。

このエグゾーストターボチャージャの特に有利な実施形態は、少なくとも１つの通過開口部が、スリーブエレメントの軸方向に少なくとも部分的にほぼ円錐形の形状を有することを特徴としている。これによって、本発明に基づくスリーブエレメントに関連してすでに説明した全ての利点を、エグゾーストターボチャージャにもそのまま当てはめることができ、取付けのさらなる単純化により、エグゾーストターボチャージャ全体のコスト削減が達成される。

同様のことが、少なくとも１つの通過開口部が、スリーブエレメントの軸方向にスリーブエレメントの少なくとも１つのエッジまで形成されている、もう１つの有利な実施形態にも該当する。すなわち、このスリーブエレメントも、スリーブエレメントの少なくとも１つの軸方向に、閉じられていない少なくとも１つの通過開口部を有しており、これにより、スリーブエレメントを取り付ける前に回転数検知装置を取り付けることが可能となる。本発明に基づくエグゾーストターボチャージャのシャフトの回転数を問題なく検知するため、このスリーブエレメントは、回転数検知装置が通過開口部を介して軸方向に移動することにより、簡単な方法で正しい位置に回転可能であり、これにより、対応する内燃機関の作動ポイントにリアルタイムに適合するための、エグゾーストターボチャージャの効率的かつ効果的な制御が可能になる。この効率的かつ効果的な適合性により、内燃機関の燃費及びＣＯ_２排出を、明らかに軽減することができる。

スリーブエレメントが、少なくとも１つの通過開口部を介し、回転数検知装置を用いて固定されている場合、このことは、追加的な固定エレメントまたは固定措置が廃止される点において、取付けコストのさらなる引き下げにつながり、極めて有利である。回転数検知装置を用いたスリーブエレメントのこのような固定は、この場合、詳細には回転固定に関係する。そのために、スリーブエレメントの通過開口部の形状は、回転数検知装置の寸法に対して有利な比率を選択しなければならない。すなわち、このことは、通過開口部の輪郭又は形状が、回転数検知装置の外部輪郭又は外部形状に、詳細には鋳型のように適合していることを意味している。

本発明に基づくエグゾーストターボチャージャのもう１つの態様では、シャフトの２つのベアリング、詳細にはラジアルベアリングの間にスリーブエレメントが配置されている。このことから、本発明に基づく通過開口部を設定するために比較的大きな範囲を作ることができ、これにより、回転数検知装置の構造及び空間的配置に関して、柔軟性が明らかに向上する。従って、パッケージ問題が解決されることになり、このことは、とりわけ、本発明に基づくエグゾーストターボチャージャを一般的に取り付けるエンジンルームなど、取付けスペースが少ない部分では、極めて有利になることを意味している。

本発明のさらなる利点、特徴及び詳細は、好ましい実施例及び図に基づく以下の説明に示されている。ここまでの説明で述べた特徴及び特徴の組合せ、並びに以下の図の説明で述べられている、及び／又は図の中にのみ示されている特徴及び特徴の組合せは、それぞれに示された特徴の組合せだけではなく、本発明の範囲から出ることなく、その他の組合せ又は単独でも適用可能である。

従来技術に基づき、２つのラジアルベアリングブッシュを軸方向に固定するためのスリーブエレメントを備える内燃機関のエグゾーストターボチャージャの縦断面図である。従来技術に基づき、回転数検知装置と、２つのラジアルベアリングブッシュを軸方向に固定するための、通過開口部を有するスリーブエレメントと、を備える内燃機関のエグゾーストターボチャージャの縦断面図である。回転可能なシャフトの少なくとも１つのベアリングを軸方向に固定するためのスリーブエレメントの斜視図、俯瞰図及び横断面図であり、このスリーブエレメントは、その外面に通過開口部を有し、この通過開口部は半径方向に円錐形に形成されている。回転可能なシャフトの少なくとも１つのベアリングを軸方向に固定するためのスリーブエレメントの斜視図及び俯瞰図であり、このスリーブエレメントは、その外面に通過開口部を有し、この通過開口部はスリーブエレメントの半径方向にも軸方向にも円錐形の形状を有している。回転可能なシャフトの少なくとも１つのベアリングを軸方向に固定するためのスリーブエレメントの斜視図及び俯瞰図であり、このスリーブエレメントは、その外面に通過開口部を有し、この通過開口部は半径方向にも軸方向にも円錐形に形成されており、スリーブエレメントのエッジまで形成されている。

図１及び２は、従来技術に基づき、２つのラジアルベアリングブッシュを軸方向に固定するためのスリーブエレメントを備えるエグゾーストターボチャージャを示し、図３〜５は、エグゾーストターボチャージャの回転数検知装置の取付けを単純化するための、この種のスリーブエレメントの代替の実施形態を示している。

図３は、中空円筒形を有するスリーブエレメント４０を示している。この場合、スリーブエレメント４０は、回転可能なシャフト、詳細にはエグゾーストターボチャージャのシャフトの少なくとも１つのベアリングを軸方向に固定するために働く。しかし、通常、スリーブエレメントは、回転可能なシャフトの２つのベアリングを軸方向に固定するために用いられ、特に、スリーブエレメント４０は、一方の正面４２で一方のベアリングを支持し、他方の正面４４で他方のベアリングを支持しており、それによってこれらのベアリングを軸方向に固定している。

このスリーブエレメント４０は、その外面４６に通過開口部４８を有しており、この通過開口部は、俯瞰図からほぼ長穴の形に形成されている。この通過開口部４８は、エグゾーストターボチャージャのシャフトの回転数を測定する回転数検知装置がこのスリーブエレメント４０を通り抜けられるように設けられている。

スリーブエレメント４０の半径方向からの回転数検知装置の取付けを単純化するため、この通過開口部４８は、半径方向に円錐形の形状を有している。このことは、この通過開口部４８の境界をなす壁５０及び５２が、それぞれ半径方向に、スリーブエレメント４０の横軸５４との角度α／２を有していることを意味している。このことにより、回転数検知装置のガイド補助が作られるため、スリーブエレメント４０は、取付けの際に自動的に正しい角度位置に回転する。

図４は、図３に基づくスリーブエレメント４０の代替のスリーブエレメント４０’の実施形態を示し、このスリーブエレメント４０’は、同様に、その外面４６’に通過開口部４８’を有している。このスリーブエレメント４０’も、シャフトのベアリングを軸方向に固定するために働くことができ、スリーブエレメント４０’の一方の正面４２’と、他方の正面４４’とで、それぞれ１つのベアリングを支持している。

図４で分かるように、通過開口部４８’は、図３の通過開口部４８と同様に半径方向に円錐形の輪郭を有している。さらに、この通過開口部４８’は、スリーブエレメント４０’の縦軸５６に沿って軸方向にも部分的に円錐形の輪郭を有している。この部分は、符号５８で示されている。

図５は、これまでの図に対してもう１つの代替のスリーブエレメント４０”の実施形態を示し、このスリーブエレメントも同様に、その正面４２”と４４”とによって２つのベアリングを軸方向に固定するために用いることができる。

このスリーブエレメント４０”も、その外面４６”に通過開口部４８”を有しており、この通過開口部は、スリーブエレメントの半径方向に円錐形に形成されている。この通過開口部４８”は、スリーブエレメント４０”の縦軸５６”に沿って軸方向にも部分的に円錐形の輪郭を有し、この部分は符号５８’で示されている。図５で分かるように、通過開口部４８”は、スリーブエレメント４０”のエッジ６０まで形成されており、従って、この通過開口部４８”は、軸方向に閉じられていない。これにより、シャフトのベアリングを軸方向に固定するためのスリーブエレメント４０”を用いるターボチャージャの場合、スリーブエレメント４０”を取り付ける前に、すでに回転数検知装置をエグゾーストターボチャージャに取り付けることが可能である。通過開口部４８”の円錐形の実施形態により、スリーブエレメント４０”が回転数検知装置に対して軸方向に移動することによって自動的に正しい位置に回転し、エグゾーストターボチャージャのシャフトの回転数の検知が問題なくできるようになる。

さらに図５で分かるように、通過開口部４８”は、エッジ６０の範囲において丸みの付いた部分６２〜６４を有しており、これにより、回転数検知装置を取り付けるためのガイド補助が軸方向にも作られ、取付けがさらに単純化され、それによってコストも削減される。

１０、１０’ エグゾーストターボチャージャ
１２タービンハウジング
１４ベアリングハウジング
１６コンプレッサハウジング
１８タービンホイール
２０コンプレッサホイール
２２シャフト
２４、２６ベアリング
２８回転軸
３０、３０’、４０、４０’、４０” スリーブエレメント
３２回転数検知装置
４２、４２’、４２” スリーブエレメントの一方の正面
４４、４４’、４４” スリーブエレメントの他方の正面
４６、４６’、４６” スリーブエレメントの外面
４８、４８’、４８” 通過開口部
５０、５２通過開口部の境界をなす壁
５４スリーブエレメントの横軸
５６スリーブエレメントの縦軸
５８円錐形の輪郭
６０エッジ
６２〜６４丸みの付いた部分

Claims

エグゾーストターボチャージャ（１０、１０’）の回転可能なシャフト（２２）の少なくとも１つのベアリング（２４、２６）を軸方向に固定するための、外面（４６、４６’、４６”）に少なくとも１つの通過開口部（４８、４８’、４８”）を有するスリーブエレメント（３０、３０’、４０、４０’、４０”）であって、
少なくとも１つの前記通過開口部（４８、４８’、４８”）が、前記スリーブエレメント（３０、３０’、４０、４０’、４０”）の半径方向に、内側よりも外側へ向かって広がっている漏斗型に形成され、
前記通過開口部（４８、４８’、４８”）が、前記スリーブエレメント（３０、３０’、４０、４０’、４０”）の外側から前記シャフト（２２）へ前記スリーブエレメントの外面を通り抜けるように配置される回転数検知装置を受け入れるように構成されることを特徴とするスリーブエレメント（３０、３０’、４０、４０’、４０”）。
少なくとも１つの前記通過開口部（４８、４８’、４８”）が、前記スリーブエレメント（３０、３０’、４０、４０’、４０”）の軸方向に少なくとも部分的に内側よりも外側へ向かって広がっている漏斗型に形成されることを特徴とする、請求項１に記載のスリーブエレメント（３０、３０’、４０、４０’、４０”）。
少なくとも１つの前記通過開口部（４８、４８’、４８”）が、前記スリーブエレメント（３０、３０’、４０、４０’、４０”）の軸方向に、前記スリーブエレメント（３０、３０’、４０、４０’、４０”）の少なくとも１つのエッジ（６０）まで形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のスリーブエレメント（３０、３０’、４０、４０’、４０”）。
回転数検知装置（３２）と、エグゾーストターボチャージャ（１０、１０’）のシャフト（２２）の少なくとも１つのベアリング（２４、２６）を軸方向に固定するためのスリーブエレメント（３０、３０’、４０、４０’、４０”）と、を備え、該スリーブエレメント（３０、３０’、４０、４０’、４０”）は、前記回転数検知装置を受け入れる少なくとも１つの通過開口部（４８、４８’、４８”）を有しており、前記回転数検知装置は前記スリーブエレメント（３０、３０’、４０、４０’、４０”）の外側から前記シャフト（２２）へ前記スリーブエレメントの外面を通り抜けるように配置される、内燃機関のエグゾーストターボチャージャ（１０、１０’）であって、
少なくとも１つの前記通過開口部（４８、４８’、４８”）が、前記スリーブエレメント（３０、３０’、４０、４０’、４０”）の半径方向に、内側よりも外側へ向かって広がっている漏斗型に形成されることを特徴とするエグゾーストターボチャージャ（１０、１０’）。
少なくとも１つの前記通過開口部（４８、４８’、４８”）が、前記スリーブエレメント（３０、３０’、４０、４０’、４０”）の軸方向に少なくとも部分的に内側よりも外側へ向かって広がっている漏斗型に形成されることを特徴とする、請求項４に記載のエグゾーストターボチャージャ（１０、１０’）。
少なくとも１つの前記通過開口部（４８、４８’、４８”）が、前記スリーブエレメント（３０、３０’、４０、４０’、４０”）の軸方向に、前記スリーブエレメント（３０、３０’、４０、４０’、４０”）の少なくとも１つのエッジ（６０）まで形成されていることを特徴とする、請求項４又は５に記載のエグゾーストターボチャージャ（１０、１０’）。
前記スリーブエレメント（３０、３０’、４０、４０’、４０”）が、少なくとも１つの前記通過開口部（４８、４８’、４８”）を介し、前記回転数検知装置（３２）によって固定されていることを特徴とする、請求項４〜６に記載のエグゾーストターボチャージャ（１０、１０’）。
前記スリーブエレメント（３０、３０’、４０、４０’、４０”）が、前記シャフト（２２）の２つのベアリング（２４、２６）、詳細にはラジアルベアリング（２４、２６）の間に配置されていることを特徴とする、請求項４〜７に記載のエグゾーストターボチャージャ（１０、１０’）。