JP5695082B2 - 排気ガスターボ過給機のシャフト組立体 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に記載の排気ガスターボ過給機のシャフト組立体に関する。

従来技術による前記タイプのシャフト組立体は、シャフト組立体に曲げ応力又は拘束力をもたらす静的な過剰決定性（ｓｔａｔｉｃ ｏｖｅｒｄｅｔｅｒｍｉｎａｃｙ）の問題を有する。次に、このことは、シャフト組立体の弾性の望ましくない低減を生じ、同様にこれにより不均衡をもたらす可能性がある。さらに、実際の車両運転では、排気ガスターボ過給機は高い加速度及び温度にさらされる。これにより圧縮機ホイールのねじ接続部に極端な力を発生させ、この結果、遡及的沈下が同様に生じることがある。

前記プロセスの結果として、ロータ又はシャフト組立体の不均衡が次に変化し、これにより、車両の望ましくないノイズの原因となることがある。

したがって、本発明の目的は、運転中に生じる不均衡及び関連の妨害ノイズの低減を可能にする請求項１の前文に記載の排気ガス後処理システムのシャフト組立体を提供することである。

前記目的は、請求項１の特徴によって達成される。

シャフトナットが、旋削された凹部を有するので、シャフト組立体の膨張長さが増大され、このことは、単独で、冒頭に述べた目的の達成に著しく寄与する。

従属請求項は本発明の有利な改良形態に関する。

特に好ましい一実施形態では、シャフトナットは、外径の拡大によって圧縮機ホイールとの接触面の拡大を提供するハウジング領域を有し、この拡大した接触面により、接触圧力の低減及びより大きな予荷重力の実現が可能になる。

シールスリーブの通路凹部の旋削された凹部によって、シールスリーブがその重心を中心に僅かに傾斜すること、及び両側に均一に静止することが可能になる。このことは、ねじ接続部の可能な限り最大の接触面、したがって接触圧力の低減という利点をもたらす。センタリングの中央位置、あるいは旋削された凹部又は内径に関して拡大される内部領域の間の中央領域の結果、発生しえる不均衡に対するシールスリーブの影響は変化しないままである。

同様に、圧縮機ホイールは、軸方向に可能な限り短く設計することが好ましく、すなわち、ブレード前縁を越えて軸方向に突出する圧縮機ホイールの部分は可能な限り短く設計される。

特に、アルミニウム合金が圧縮機ホイールの材料用に使用される場合、アルミニウムの熱膨張係数（約２．３３）が鋼の熱膨張係数の２倍であることを考慮すべきである。このようにして、公知の圧縮機ホイールに対して圧縮機ホイールを短くすることによって、シャフト組立体の応力を低減することができる。

シャフト、又はシャフト及びタービンホイールから構成されたロータには、シャフトの優れた可撓性をもたらす２つのくびれた部分が設けられることが好ましい。シャフト組立体の構成要素の熱膨張を補償することもでき、これにより、可塑化、したがって不均衡の変動を回避すること可能にする。

それにもかかわらず、最小の孔フレアを有する点において、支持領域の範囲まで圧縮機ホイールを、依然として、可能な限り最良の方法でセンタリングすることができる。

本発明のさらなる詳細、利点及び特徴は、添付図面に基づく例示的な実施形態の以下の説明から明らかになる。

本発明による排気ガスターボ過給機の断面斜視図である。 本発明によるシャフト組立体の側面図である。 本発明によるシャフト組立体のシャフトナットの斜視図である。 図３Ａによるシャフトナットの断面図である。 本発明によるシャフト組立体の圧縮機ホイールの側面図である。 本発明によるシャフト組立体のシールスリーブの断面図である。 本発明によるシャフト組立体のロータの側面図である。

図１の断面斜視図は、タービンハウジング３９と、軸受ハウジング４と、スパイラル圧縮機１３を有する圧縮機ハウジング１０とを有する排気ガスターボ過給機１を示している。

軸受ハウジング４の内部にシャフト５が配置され、このシャフト５のタービン側端部にタービンホイール２が締結され、またタービン側端部の反対側端部に圧縮機ハウジング１０のハウジング内部空間１１の圧縮機ホイール１２が締結される。タービンホイール２及びこれに締結された圧縮機ホイール１２と共に排気ガスターボ過給機のロータを形成するシャフト５は、軸受ハウジング４内に形成された２つのオイル供給ライン８、９を介して潤滑油が供給される２つの浮動スリーブ軸受６、７によって軸受ハウジング４に支持される。

図２は、排気ガスターボ過給機１の本発明によるシャフト組立体１Ａの側面図を示しており、タービンホイール２はシャフト５のタービン側端部に締結され、圧縮機ホイール１２はシャフト５の他方の端部に締結されている。この場合、圧縮機ホイール１２を締結するために、ストッパディスク３７、シールスリーブ１４及び圧縮機ホイール１２が、シャフト５の自由端領域１６よりも大きな直径を有するシャフト５の領域３８までシャフト５の自由端領域１６に押し付けられるか又は取り付けられる。圧縮機ホイール１２、シールスリーブ１４及びストッパディスク３７は、シャフトナット１５によってロータに固定される。この場合、くびれた部分３３、３４及び支持領域３５、３６（図５参照）もシャフト５の端部領域１６に設けられる。

図３Ａの斜視図から理解できるように、シャフトナット１５は第１のハウジング領域２４に、圧縮機ホイール１２に対面する端部側接触面２１を有する。大きな接触面２１のため、低減された接触圧力又はより大きな予荷重力がシャフトナットと圧縮機ホイール１２との間に得られる。図３Ｂの断面図から理解できるように、シャフトナット１５は、直径Ｄ_３を有する第１の領域２４と、直径Ｄ_４を有する第２の領域２２とに分割される部分１９を有する。領域２２には、直径Ｄ_５を有する第３の領域２３が隣接している。この場合、直径Ｄ_３は直径Ｄ_４よりも大きく、次に、この直径Ｄ_４は直径Ｄ_５よりも大きい。圧縮機ホイール１２に隣接する部分１９において、シャフトナット１５は、雌ねじ１７に隣接しかつ雌ねじ直径Ｄ_１よりも大きい内径Ｄ_２を有する旋削された凹部１８を有し、この内径Ｄ_２は、第１の領域２４で部分的に第２の領域２２内まで延びる。対照的に、雌ねじ１７は、第３の領域２３で部分的に第２の領域２２内まで延びる。シャフトナット１５の旋削された凹部１８により、雄ねじ５内への雌ねじ１７の係合長さの短縮、したがってシャフトナット１５の膨張長さの増大がもたらされる。

図４の斜視図は、圧縮機ホイール１２を示しており、その構造長さは、従来の圧縮機ホイールに対してハブを短くすることによって形成される。この場合、ハブの開始部の平面は、ほぼブレード根元部の丸みの距離のみだけブレード前縁の平面を越えて軸方向に突出する。圧縮機ホイール１２の短い構造長さは、加熱の際に構成要素のより小さな長さの膨張をもたらす。シャフト組立体の応力をさらに低減するために、本発明によるシャフト組立体の圧縮機ホイール１２は、アルミニウム合金が鋼の熱膨張係数の２倍の熱膨張係数を有するため、アルミニウム合金から製造されることが好ましい。

図５のシールスリーブ１４の断面図から詳細に理解できるように、シールスリーブ１４は、通路凹部２６を有するスリーブハウジング２５を有する。通路凹部２６は２つの端部領域２７、２８を有し、それらの内径Ｄ_６、Ｄ_７は、端部領域２７と２８との間に配置される通路凹部２６の中央領域２９の内径Ｄ_８よりも大きい。この場合、シールスリーブ１４の中央領域２９の長さＬ_３は、端部領域２７、２８の長さＬ_１、Ｌ_２よりも大きいことが好ましいが、長さＬ_１、Ｌ_２は同一であることが好ましい。同様に図５から理解できるように、各々の場合に、直径が連続的に増大する１つの移行領域３０及び３１が端部領域２７及び２８と中央領域２９との間に設けられる。旋削された凹部によって中央領域２９に対して拡大される内径Ｄ_６とＤ_７のため、シールスリーブ１４は、シャフト５におけるその重心を中心に傾斜し、これによって、均一にかつ曲げ応力なしに両側に静止することができる。

図６の側面図は、本発明によるシャフト組立体１Ａのロータを示している。図６から理解できるように、シャフト５は、この場合、タービンホイール２の方向から見たときに、連続的に一定の直径を有するシャフト領域３８を有し、このシャフト領域３８には、圧縮機ホイール１２用の軸受領域３２が隣接する。軸受領域３２は、外径Ａ_１及びＡ_２をそれぞれ有する２つのくびれた部分３３及び３４を有し、また外径Ａ_３及びＡ_４をそれぞれ有する２つの支持領域３５及び３６を有し、この支持領域３５及び３６は、くびれた部分３３、３４に隣接するか又は隣接して配置される。この場合、圧縮機ホイール１２は支持領域３５及び３６でセンタリングされ、一方、くびれた部分３３及び３４はシャフト５の弾性及び熱膨張又は可撓性を著しく向上させ、この結果、シャフト組立体の構成要素の熱膨張がより良く補償される。

本開示を補足するために、本発明の上述の開示に加えて、この場合、図１〜図６の本発明の概略図が明示的に参照される。

１ 排気ガスターボ過給機
１Ａ シャフト組立体
２ タービンホイール
３ 圧縮機
４ 軸受ハウジング
５ シャフト
６、７ 浮動スリーブ軸受
８、９ オイル供給ライン
１０ 圧縮機ハウジング
１１ ハウジング内部空間
１２ 圧縮機ホイール
１３ スパイラル圧縮機
１４ シールスリーブ
１５ シャフトナット
１６ シャフトの自由端領域
１７ 雌ねじ
１８ 旋削された凹部
１９ 部分
２０ 移行領域
２１ 接触面
２２、２３、２４ 領域
２５ スリーブハウジング
２６ 通路凹部
２７、２８ 通路凹部の端部領域
２９ 中央領域
３０、３１ 移行領域
３２ 軸受領域
３３、３４ くびれた部分
３５、３６ 支持領域
３７ ストッパディスク
３８ シャフト領域
３９ タービンハウジング
４０ ハブの開始部の平面
４１ ブレード前縁平面
Ｒ ブレード根元部の丸み

Claims (11)

1. 排気ガスターボ過給機（１）のシャフト組立体（１Ａ）であって、
   シャフト（５）を有し、
   前記シャフト（５）の一方の端部に接続してロータを形成することができるタービンホイール（２）を有し、
   前記シャフト（５）の他方の端部に接続することができる圧縮機ホイール（１２）を有し、
   前記タービンホイール（２）に対面する前記圧縮機ホイール（１２）の側の前記シャフト（５）に配置することができるシールスリーブ（１４）を有し、
   雌ねじ（１７）によって前記シャフト（５）の自由端領域（１６）にねじ止めして前記圧縮機ホイール（１２）を固定することができるシャフトナット（１５）を有する、
   シャフト組立体（１Ａ）において、
   前記シャフトナット（１５）が、前記圧縮機ホイール（１２）に隣接する部分（１９）に、前記雌ねじ（１７）に隣接しかつ雌ねじ直径（Ｄ_１）よりも大きな内径（Ｄ_２）を有する旋削された凹部（１８）を有し、
   前記シャフト（５）が、旋削された凹部（１８）の前記雌ねじ（１７）よりも小さな外径（Ａ _２ ）を有するくびれた部分（３４）を有する、
   シャフト組立体（１Ａ）。
2. 前記旋削された凹部（１８）が、連続的に増大する直径を有する移行領域（２０）を介して前記雌ねじ（１７）に隣接する、請求項１に記載のシャフト組立体（１Ａ）。
3. 前記圧縮機ホイール（１２）に隣接する前記シャフトナット（１５）の前記部分（１９）が、接触面（２１）を有する領域（２４）を有し、前記領域（２４）の外径（Ｄ_３）が隣接領域（２２、２３）の外径（Ｄ_４、Ｄ_５）よりも大きい、請求項１又は２に記載のシャフト組立体（１Ａ）。
4. 前記シールスリーブ（１４）が、２つの端部領域（２７、２８）を有する通路凹部（２６）を有するスリーブハウジング（２５）を有し、前記２つの端部領域（２７、２８）の内径（Ｄ_６、Ｄ_７）が、前記端部領域（２７、２８）の間に配置された中央領域（２９）の内径（Ｄ_８）よりも大きい、請求項１に記載のシャフト組立体（１Ａ）。
5. 前記端部領域（２７、２８）の長さ（Ｌ_１、Ｌ_２）が等しい、請求項４に記載のシャフト組立体（１Ａ）。
6. 前記中央領域（２９）の長さ（Ｌ_３）が前記端部領域（２７、２８）の長さ（Ｌ_１、Ｌ_２）よりも大きい、請求項５に記載のシャフト組立体（１Ａ）。
7. 各々の場合に、連続的に増大する直径を有する１つの移行領域（３０および３１）が前記端部領域（２７、２８）と前記中央領域（２９）との間に設けられる、請求項４〜６のいずれか１項に記載のシャフト組立体（１Ａ）。
8. 前記シャフト（５）が、前記自由端領域（１６）から前記タービンホイール（２）の方向に延びる前記圧縮機ホイール（１２）用の軸受領域（３２）を有し、前記軸受領域（３２）が２つのくびれた部分（３３、３４）を備え、前記２つのくびれた部分（３３、３４）の外径（Ａ１及びＡ２）が、前記くびれた部分（３３、３４）に隣接する支持領域（３５、３６）の外径（Ａ３及びＡ４）よりも小さい、請求項１に記載のシャフト組立体（１Ａ）。
9. 前記圧縮機ホイール（１２）がアルミニウム合金で構成される、請求項１に記載のシャフト組立体（１Ａ）。
10. ストッパディスク（３７）が前記シールスリーブ（１４）と前記シャフト（５）のシャフト領域（３８）との間に配置される、請求項１に記載のシャフト組立体（１Ａ）。
11. 前記圧縮機ホイール（１２）のハブの開始部の平面（４１）が、ほぼブレード根元部の丸み（Ｒ）の距離だけブレード前縁平面（４０）から離れて位置する、請求項１に記載のシャフト組立体（１Ａ）。
    
    

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