JP2013221471A - Turbo charger - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a turbo charger that has a compact configuration as a whole, has high flexibility of design and has an assist function that facilitates disassembly and reassembly.SOLUTION: By arranging an assist turbine 4 outside an axial direction of a bearing device 3, particularly, between the bearing device 3 and a compressor 5, it is possible to eliminate interference between a turbine member 41 and bearing members 31 and 32 and ensure flexibility of design of the assist turbine 4. Further, the turbine member 41 of the assist turbine 4 can be assembled to a shaft 6 without being restricted by the bearing members 31 and 32, it is possible to detachably incorporate the assist turbine 4, so that it is possible to achieve a turbo charger 1 which is easy to be disassembled and reassembled.

Description

本発明は、自動車のごとき車両に搭載されるエンジン過給システムに用いられるターボチャージャ、とりわけアシスト機能を有するターボチャージャに関する。   The present invention relates to a turbocharger used in an engine supercharging system mounted on a vehicle such as an automobile, and more particularly to a turbocharger having an assist function.

(従来の技術）
一般的なターボチャージャは、排気タービンとコンプレッサとを同軸上に備えており、エンジンの排気ガスのもつエネルギーによってタービンロータを回転させ、このタービンロータにシャフトを介して連結されるコンプレッサインペラを回転させることにより、エンジンの吸入空気を圧縮して燃焼室へ過給し、この過給効果によりエンジンの出力向上を図る基本構成である。 (Conventional technology)
A general turbocharger is provided with an exhaust turbine and a compressor coaxially, and rotates a turbine rotor by the energy of engine exhaust gas, and rotates a compressor impeller coupled to the turbine rotor via a shaft. This is a basic configuration that compresses the intake air of the engine and supercharges it into the combustion chamber, and improves the engine output by this supercharging effect.

しかしながら、エンジンのますますの高性能化要求により、上記のターボチャージャではエンジンの広範な運転領域において必ずしも充分な過給効果が得られないという問題が生じてきた。例えば、排気ガス量の少ない低回転運転領域、および急加速時のごとき過渡運転領域では、過給効果が不足する事態を招くとの指摘である。   However, due to the demand for higher performance of the engine, there has been a problem that the above turbocharger cannot always obtain a sufficient supercharging effect in a wide range of operation of the engine. For example, it is pointed out that a supercharging effect may be insufficient in a low-speed operation region where the amount of exhaust gas is small and a transient operation region such as sudden acceleration.

そこで、このような問題に対処するため、過給効果が不足する運転領域に、コンプレッサを増速回転させる機能（アシスト機能）をターボチャージャに付加する手法が創案され、種々なアシスト付加手法が提案されてきた。とりわけ、有力な付加手法としては、特許文献１に開示されているように、油圧のごとき液圧駆動のアシストタービンをターボチャージャに組み込むことが挙げられる。   Therefore, in order to deal with such problems, a method of adding a function (assist function) for rotating the compressor at a higher speed to the turbocharger in an operation region where the supercharging effect is insufficient has been created, and various assist addition methods have been proposed. It has been. In particular, as an effective addition method, as disclosed in Patent Document 1, a hydraulically driven assist turbine such as a hydraulic pressure is incorporated into a turbocharger.

この特許文献１に記載のターボチャージャは、油を噴射するノズル部材（固定部材）および噴射される油圧により回転駆動されるタービン部材（回転部材）で構成されるアシストタービンを備え、このアシストタービンを軸受装置の内部に組み込んでいるもので、次のごとき具体的な構造を有している。
軸受装置は、排気タービンとコンプレッサとを同軸に連結するシャフトを回転自在に支承し、このシャフトのラジアル荷重を受容するために、軸方向に離間させて配置する一対の軸受部材と、この軸受部材を保持する軸受ハウジングとを有する基本構成である。そこで、この軸受装置にアシストタービンを組み込むに当たり、固定側のノズル部材を軸受ハウジングに取付固定すると共に、回転側のタービン部材を一対の軸受部材間においてシャフトに取付固定している。かくして、必要時に高圧噴射される油でアシストタービンを回転させることにより、コンプレッサの回転を上昇させるアシスト機能を発揮し、過給不足を解消する。 The turbocharger described in Patent Document 1 includes an assist turbine including a nozzle member (fixed member) that injects oil and a turbine member (rotary member) that is rotationally driven by the injected hydraulic pressure. It is incorporated inside the bearing device and has a specific structure as follows.
A bearing device rotatably supports a shaft that coaxially connects an exhaust turbine and a compressor, and a pair of bearing members that are spaced apart in the axial direction to receive a radial load of the shaft, and the bearing member It is the basic composition which has a bearing housing holding. Therefore, when the assist turbine is incorporated in the bearing device, the fixed nozzle member is fixedly attached to the bearing housing, and the rotating turbine member is fixedly attached to the shaft between the pair of bearing members. Thus, by rotating the assist turbine with oil that is injected with high pressure when necessary, an assist function for increasing the rotation of the compressor is exhibited, and the lack of supercharging is solved.

（従来技術の問題点）
ところが、上記のアシストタービン付きターボチャージャは、実用面で次のような問題がある。
（１）軸受ハウジングに保持されている一対の軸受部材の間にタービン部材を配置しているため、タービン部材をあらかじめシャフトに圧入固定した状態で、当該シャフトを軸受ハウジング内に装入せねばならない関係上、タービン部材の外径が制約される。つまり、タービン部材の外径は、軸受部材の組付けを後工程にするにしても、軸受ハウジングの軸受保持用孔の内径より大きくすることができず、タービン部材の径で性能が支配されるアシストタービンの設計自由度が低くならざるを得ない。
（２）アシストタービンを軸受装置に組み込んだ後には、当該アシストタービンを取り外すことができず、ターボチャージャ全体としての分解・再組み立てが事実上不可能となるため、ターボチャージャの最終組付工程（サブアッシ段階）で実施される回転バランス調整作業において不合格となった場合には、分解・再組み立てができずそのまま死蔵品として扱わざるを得ない。また、市場で故障や経年劣化・損耗により修理や部品交換が必要な場合にも、修理や部品交換に応じることができない。 (Problems of conventional technology)
However, the turbocharger with an assist turbine has the following problems in practical use.
(1) Since the turbine member is disposed between the pair of bearing members held in the bearing housing, the shaft must be inserted into the bearing housing in a state where the turbine member is press-fitted and fixed to the shaft in advance. In relation, the outer diameter of the turbine member is restricted. That is, the outer diameter of the turbine member cannot be made larger than the inner diameter of the bearing holding hole of the bearing housing even if the assembly of the bearing member is performed in a later process, and the performance is governed by the diameter of the turbine member. The design flexibility of the assist turbine must be low.
(2) After the assist turbine is installed in the bearing device, the assist turbine cannot be removed, and disassembly and reassembly of the entire turbocharger is virtually impossible. If the rotation balance adjustment work performed in the sub-assistance stage is unsuccessful, it cannot be disassembled and reassembled and must be handled as it is. In addition, even if repair or part replacement is required due to failure, deterioration over time or wear in the market, it is not possible to respond to repair or part replacement.

なお、上記問題を解決するために、軸受装置やアシストタービンの全体構成を部品点数の多い複雑な構造にすることは、回転アンバランス要因の増加による回転バランス調整工数や部品点数の増加による組付工数の増大などを招き、ターボチャージャのコンパクト化・低コスト化に反することになる。   In order to solve the above problems, the overall structure of the bearing device and the assist turbine should have a complicated structure with a large number of parts. This increases the number of man-hours and goes against the downsizing and cost reduction of turbochargers.

特開昭６１−７２８３４号公報JP-A-61-72834

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、アシストタービンの配置を工夫することにより、全体としてコンパクトな構成で、アシストタービンの設計自由度が高く、アシストタービン等の分解・再組み立てが容易なターボチャージャを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to devise the arrangement of the assist turbine, thereby having a compact configuration as a whole and a high degree of freedom in designing the assist turbine. It is to provide a turbocharger that can be easily disassembled and reassembled.

［請求項１の手段］
請求項１に記載の発明によれば、ターボチャージャは、エンジンの排気ガスのもつエネルギーによって回転するタービンロータを有する排気タービンと、タービンロータにより回転駆動されてエンジンの吸入空気を圧縮するコンプレッサインペラを有するコンプレッサと、タービンロータとコンプレッサインペラとを同軸に連結するシャフトと、シャフトを回転自在に支承し、シャフトのラジアル荷重を受容する複数の軸受部材を有する軸受装置と、シャフトを液圧によって回転駆動するタービン部材を有するアシストタービンとを備えるものであって、アシストタービンが、軸受装置の軸方向外側においてシャフト上に配置されており、このシャフトにタービン部材が結合されていることを特徴としている。 [Means of claim 1]
According to the first aspect of the present invention, the turbocharger includes an exhaust turbine having a turbine rotor that is rotated by energy of the exhaust gas of the engine, and a compressor impeller that is rotationally driven by the turbine rotor to compress intake air of the engine. , A shaft that coaxially connects a turbine rotor and a compressor impeller, a bearing device that rotatably supports the shaft and receives a radial load of the shaft, and a shaft that is driven by hydraulic pressure. And an assist turbine having a turbine member that is arranged on the shaft on the axially outer side of the bearing device, and the turbine member is coupled to the shaft.

このような構成にすることにより、アシストタービンは、軸受装置の構成部品（軸受部材）と何ら干渉することがないため、アシストタービン自体の設計を、軸受装置によって制約を受けることなく、自由に行うことができる。
また、アシストタービンを着脱自在に組み込むことができるため、ターボチャージャ全体の分解・再組み立てを可能とし、製作過程での部品の交換組付け、市場での修理・部品交換も容易に行うことができる。しかも、アシストタービンを着脱自在化するために特別な追加部品を要しなく、回転アンバランス要因の増加による回転バランス調整工数や部品点数の増加による組付工数の増大などを招くこともなく、コンパクトで低コストのターボチャージャを実現することができる。 With such a configuration, the assist turbine does not interfere with the components (bearing members) of the bearing device at all. Therefore, the design of the assist turbine itself is freely performed without being restricted by the bearing device. be able to.
In addition, since the assist turbine can be detachably assembled, the entire turbocharger can be disassembled and reassembled, and parts can be replaced and assembled during the manufacturing process, and repairs and parts replacement in the market can be easily performed. . Moreover, no special additional parts are required to make the assist turbine attachable and detachable, and there is no need to increase the rotation balance adjustment man-hours due to an increase in rotational unbalance factors or increase the assembly man-hours due to an increase in the number of parts. A low-cost turbocharger can be realized.

本発明の実施例１によるターボチャージャの全体構成を示す模式的縦断面図である。1 is a schematic longitudinal sectional view showing an overall configuration of a turbocharger according to Embodiment 1 of the present invention. 図１に示すターボチャージャの主要部（サブアッシ）の模式的部分縦断面図である。It is a typical fragmentary longitudinal cross-section of the principal part (sub assembly) of the turbocharger shown in FIG. 図２に示す主要部（サブアッシ）の組付過程の説明に供する模式的分解図である。It is a typical exploded view with which it uses for description of the assembly | attachment process of the principal part (subassembly) shown in FIG.

本発明を実施するための最良の形態は、エンジンの排気ガスのもつエネルギーによって回転するタービンロータを有する排気タービンと、タービンロータにより回転駆動されてエンジンの吸入空気を圧縮するコンプレッサインペラを有するコンプレッサと、タービンロータとコンプレッサインペラとを同軸に連結するシャフトと、シャフトを回転自在に支承し、シャフトのラジアル荷重を受容する複数の軸受部材を有する軸受装置と、シャフトを液圧によって回転駆動するタービン部材を有するアシストタービンとを備えたターボチャージャであって、アシストタービンが、軸受装置の軸方向外側においてシャフト上に配置されており、このシャフトにタービン部材が結合されている。
また、アシストタービンは、特に、コンプレッサと軸受装置との間に配置されている。
そして、シャフトは、一端がタービンロータに固定され、他端にコンプレッサインペラを着脱自在に結合できる結合手段を有すると共に、軸受装置より結合手段側に小径部分を形成する段付部を有しており、コンプレッサインペラおよびタービン部材は、軸方向の一端側が段付部に位置決めされ、軸方向の他端側が結合手段に位置決めされて、シャフトの小径部分に嵌挿されている。
なお、結合手段は、ねじ部と、このねじ部に螺着されるナットで構成されている。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The best mode for carrying out the present invention is an exhaust turbine having a turbine rotor that is rotated by energy of engine exhaust gas, and a compressor having a compressor impeller that is rotationally driven by the turbine rotor and compresses engine intake air. A shaft that coaxially connects the turbine rotor and the compressor impeller, a bearing device that rotatably supports the shaft and receives a radial load of the shaft, and a turbine member that rotationally drives the shaft by hydraulic pressure The assist turbine is disposed on a shaft on the axially outer side of the bearing device, and a turbine member is coupled to the shaft.
The assist turbine is particularly arranged between the compressor and the bearing device.
The shaft has one end fixed to the turbine rotor, the other end having a coupling means for detachably coupling the compressor impeller, and a stepped portion for forming a small diameter portion on the coupling means side from the bearing device. The compressor impeller and the turbine member are inserted into the small diameter portion of the shaft, with one end in the axial direction positioned at the stepped portion and the other end in the axial direction positioned at the coupling means.
The coupling means is composed of a screw portion and a nut screwed to the screw portion.

以下、図面を参照して本発明の具体的な実施形態について説明する。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

［実施例１］
図１〜図３は、本発明の実施例１を説明するためのもので、まず、図１および図２に基づいて本発明が適用されたターボチャージャの全体構成を概説したのち、図３に基づいて本発明の特徴部分を詳説する。なお、図１において、矢印の「天方向、地方向」は、エンジンに搭載された状態での方向を指しており、矢印の「右、左」は、図示の状態を正面としての左右の方向を指している。 [Example 1]
1 to 3 are for explaining the first embodiment of the present invention. First, the overall configuration of a turbocharger to which the present invention is applied is outlined based on FIG. 1 and FIG. Based on this, the characteristic part of the present invention will be described in detail. In FIG. 1, the “heaven direction, ground direction” of the arrow indicates the direction when mounted on the engine, and the “right, left” of the arrow indicates the left and right directions with the illustrated state as the front. Pointing.

（構成）
ターボチャージャ１は、図１に示すように、排気タービン２、軸受装置３、アシストタービン４、およびコンプレッサ５の各機器を主要構成要素として備えている。これらの機器は、同一のシャフト６上において、一端側（右端側）に排気タービン２、他端側（左端側）にコンプレッサ５を位置させて軸方向に順次配置されている。なお、ターボチャージャ１の中枢部分は、後述する組付過程に従って図２に示すサブアッシ１Ａとして組み立てられている。 (Constitution)
As shown in FIG. 1, the turbocharger 1 includes an exhaust turbine 2, a bearing device 3, an assist turbine 4, and a compressor 5 as main components. These devices are sequentially arranged on the same shaft 6 in the axial direction with the exhaust turbine 2 positioned on one end side (right end side) and the compressor 5 positioned on the other end side (left end side). The central portion of the turbocharger 1 is assembled as a sub-assembly 1A shown in FIG. 2 according to an assembly process described later.

排気タービン２は、図示しないエンジンの排気ガスのもつエネルギーによって回転駆動されるもので、タービンロータ２１と、このタービンロータ２１を収納するタービンハウジング２２とから構成されている。
タービンロータ２１は、周方向に複数枚のタービンブレード２１ａが配置され、中央のボス部２１ｂでシャフト６の一端に固定されている。ボス部２１ｂは多角ボルト状頭部２１ｃを有している。
タービンハウジング２２は、タービンロータ２１を取り巻くように渦巻き状に形成されている排気ガス導入通路２２ａと、中央部分から右方に向かって開口する排気ガス吐出通路２２ｂとを有している。 The exhaust turbine 2 is rotationally driven by energy of engine exhaust gas (not shown), and includes a turbine rotor 21 and a turbine housing 22 that houses the turbine rotor 21.
The turbine rotor 21 has a plurality of turbine blades 21a arranged in the circumferential direction, and is fixed to one end of the shaft 6 by a central boss portion 21b. The boss portion 21b has a polygonal bolt-shaped head portion 21c.
The turbine housing 22 has an exhaust gas introduction passage 22 a formed in a spiral shape so as to surround the turbine rotor 21, and an exhaust gas discharge passage 22 b that opens rightward from the center portion.

軸受装置３は、一対の軸受部材３１、３２と、この軸受部材３１、３２を保持する軸受ハウジング３３とから構成されている。
一対の軸受部材３１、３２は、シャフト６を回転自在に支承し、シャフト６のラジアル荷重を受容するもので、オイル潤滑式のフローティングメタルで構成されており、軸受ハウジング３３に対し、軸方向に所定間隔をおいてそれぞれ止め輪３４、３５で抜け止めされて収納されている。
軸受ハウジング３３には、潤滑油が供給されるオイル注入口３３ａが天方向に設けられ、潤滑油が排出されるオイル排出口３３ｂが地方向に設けられている。そして、オイル注入口３３ａから分岐する油路３３ｃ、３３ｄが、それぞれ軸受部材３１、３２の給油口に連結されている。図示しないオイルポンプから給送される潤滑油は、オイル注入口３３ａから油路３３ｃ、３３ｄを経由して軸受部材３１、３２に供給される。 The bearing device 3 includes a pair of bearing members 31 and 32 and a bearing housing 33 that holds the bearing members 31 and 32.
The pair of bearing members 31 and 32 rotatably support the shaft 6 and receive a radial load of the shaft 6. The pair of bearing members 31 and 32 is composed of an oil lubricated floating metal and is axially disposed with respect to the bearing housing 33. Retained by retaining rings 34 and 35 at predetermined intervals, respectively.
The bearing housing 33 is provided with an oil inlet 33a for supplying lubricating oil in the top direction and an oil outlet 33b for discharging the lubricating oil in the ground direction. And the oil paths 33c and 33d branched from the oil injection port 33a are connected to the oil supply ports of the bearing members 31 and 32, respectively. Lubricating oil fed from an oil pump (not shown) is supplied from the oil inlet 33a to the bearing members 31 and 32 via the oil passages 33c and 33d.

そして、排気タービン２と軸受装置３とは、タービンハウジング２２の左方側端と軸受ハウジング３３の右方側端とがインシュレータ７を介して凹凸嵌合しており、止め輪８によって結合されている。また、軸受ハウジング３３とシャフト６との間はシールリング９によって油密にされている。   The exhaust turbine 2 and the bearing device 3 are coupled to each other by a retaining ring 8 such that the left end of the turbine housing 22 and the right end of the bearing housing 33 are indented via an insulator 7. Yes. The bearing housing 33 and the shaft 6 are oil-tight with a seal ring 9.

アシストタービン４は、液圧（例えば油圧）で駆動されるもので、所要の運転領域においてコンプレッサ５を増速回転させるものであり、回転側のタービン部材４１と、固定側のノズル部材４２と、タービン部材４１およびノズル部材４２を収納するアシストハウジング４３とから構成されている。
タービン部材４１は、周方向に複数枚のタービンブレード４１ａを有しており、シャフト６に後述のごとき手段にて取付けられている。
ノズル部材４２は、タービンブレード４１ａの数に応じて設けられた複数の噴孔４２ａを有しており、高圧の潤滑油をタービン部材４１に向けて噴射してタービン部材４１を回転させるもので、アシストハウジング４３に固定されている。
アシストハウジング４３には、油が供給されるオイル注入口４３ａが天方向に設けられており、このオイル注入口４３ａから油路４３ｂを経由してノズル部材４２に油が供給される。この油を排出するためのオイル排出口４３ｃは、軸受ハウジング３３のオイル排出口３３ｂに開放している。 The assist turbine 4 is driven by hydraulic pressure (for example, hydraulic pressure), and rotates the compressor 5 at a speed in a required operation region, and includes a rotation-side turbine member 41, a fixed-side nozzle member 42, An assist housing 43 that accommodates the turbine member 41 and the nozzle member 42 is configured.
The turbine member 41 has a plurality of turbine blades 41a in the circumferential direction, and is attached to the shaft 6 by means as described below.
The nozzle member 42 has a plurality of nozzle holes 42a provided according to the number of turbine blades 41a, and injects high-pressure lubricating oil toward the turbine member 41 to rotate the turbine member 41. It is fixed to the assist housing 43.
The assist housing 43 is provided with an oil inlet 43a to which oil is supplied in the upward direction, and the oil is supplied from the oil inlet 43a to the nozzle member 42 through the oil passage 43b. The oil discharge port 43 c for discharging the oil is open to the oil discharge port 33 b of the bearing housing 33.

アシストタービン４の駆動源である油は、エンジンの潤滑油を活用することができ、アシストタービン４への油の供給は、一例として、図示しないオイルポンプ（軸受装置３の潤滑油用オイルポンプと共用であっても良い）から図示しない蓄圧装置および制御装置を介して行われる。蓄圧装置は、高圧油を貯留しておくものであり、制御装置は、例えば、蓄圧装置・アシストタービン４間の油路を開閉する電磁式開閉弁と、アシスト機能を必要とする運転領域において電磁式開閉弁に油路開放信号を送出する電子装置で構成される。   The oil that is the drive source of the assist turbine 4 can utilize the lubricating oil of the engine, and the oil supply to the assist turbine 4 is, for example, an oil pump (not shown) and an oil pump for the lubricating oil of the bearing device 3. It may be shared) and is performed via a pressure accumulator and a control device (not shown). The pressure accumulator stores high-pressure oil, and the control device is, for example, an electromagnetic on-off valve that opens and closes an oil passage between the pressure accumulator and the assist turbine 4 and an electromagnetic in an operation region that requires an assist function. It consists of an electronic device that sends an oil passage opening signal to the on-off valve.

コンプレッサ５は、排気タービン２により回転駆動されてエンジンの吸入空気を圧縮するもので、コンプレッサインペラ５１と、このコンプレッサインペラ５１を収納するコンプレッサハウジング５２とから構成されている。
コンプレッサインペラ５１は、シャフト６に嵌挿される円錐状の本体部５１ａを有しており、この本体部５１ａには周方向に複数枚のコンプレッサブレード５２ｂが設けられている。
コンプレッサハウジング５２には、中央部分から左方に向かって開口する吸気導入通路５２ａ、渦巻き状のコンプレッサ通路５２ｂ、および、吸気導入通路５２ａとコンプレッサ通路５２ｂとを連通する送出通路５２ｃが形成されている。 The compressor 5 is rotationally driven by the exhaust turbine 2 to compress intake air of the engine, and includes a compressor impeller 51 and a compressor housing 52 that houses the compressor impeller 51.
The compressor impeller 51 has a conical main body 51a inserted into the shaft 6, and a plurality of compressor blades 52b are provided in the circumferential direction on the main body 51a.
The compressor housing 52 is formed with an intake introduction passage 52a that opens leftward from the center portion, a spiral compressor passage 52b, and a delivery passage 52c that connects the intake introduction passage 52a and the compressor passage 52b. .

しかして、アシストタービン４は、軸受装置３の軸方向外側において、特に本実施例では軸受装置３とコンプレッサ５との間においてシャフト６上に配置されている。その配置構造について、図３をも参照しながら以下に説明する。   Thus, the assist turbine 4 is disposed on the shaft 6 outside the bearing device 3 in the axial direction, particularly between the bearing device 3 and the compressor 5 in this embodiment. The arrangement structure will be described below with reference to FIG.

一端（右端）にタービンロータ２１が固定されているシャフト６は、軸受装置３で支承される大径部分６１と、それより他端（左端）側の径の細い小径部分６２と、これらの両部分６１、６２を区画する段付部６３とを有する段付軸になっており、小径部分６２の先端にねじ部６４（結合手段の一例）が形成されている。   The shaft 6 to which the turbine rotor 21 is fixed at one end (right end) includes a large-diameter portion 61 supported by the bearing device 3, a small-diameter portion 62 having a small diameter on the other end (left end) side, and both of these. It has a stepped shaft having a stepped portion 63 that divides the portions 61 and 62, and a screw portion 64 (an example of a coupling means) is formed at the tip of the small diameter portion 62.

シャフト６の小径部分６２には、段付部６３とねじ部６４との間に、アシストタービン４のタービン部材４１、第１のスラストカラー１０、円盤状のスラスト軸受１１、第２のスラストカラー１２、およびコンプレッサ５のコンプレッサインペラ５１が順次嵌挿されており、これらの部品は、最後にナット１３（結合手段の一例）をねじ部６４に締め付けることで、シャフト６の段付部６３に対し軸方向に締付固定されている。かくして、タービン部材４１およびコンプレッサインペラ５１は、軸方向の一端がシャフト６の段付部６３によって位置決めされ、軸方向の他端がシャフト６の結合手段（ねじ部６４およびナット１３）によって位置決めされる。   The small diameter portion 62 of the shaft 6 includes a turbine member 41 of the assist turbine 4, a first thrust collar 10, a disk-shaped thrust bearing 11, and a second thrust collar 12 between the stepped portion 63 and the screw portion 64. , And the compressor impeller 51 of the compressor 5 are sequentially inserted, and these parts are finally attached to the stepped portion 63 of the shaft 6 by tightening the nut 13 (an example of a coupling means) to the screw portion 64. Tightened and fixed in the direction. Thus, in the turbine member 41 and the compressor impeller 51, one end in the axial direction is positioned by the stepped portion 63 of the shaft 6, and the other end in the axial direction is positioned by the coupling means (the screw portion 64 and the nut 13) of the shaft 6. .

軸受装置３とアシストタービン４とは、軸受ハウジング３３の左端側とアシストハウジング４３の右端側とがシールリング１４を介して油密に凹凸嵌合することによって連結されている。
また、アシストタービン４とコンプレッサ５とは、アシストハウジング４３の左端側とコンプレッサハウジング５２の右端側とがシールリング１５を介して気密に凹凸嵌合することによって連結されている。 The bearing device 3 and the assist turbine 4 are coupled by oil-tightly fitting the left end side of the bearing housing 33 and the right end side of the assist housing 43 via the seal ring 14.
The assist turbine 4 and the compressor 5 are connected to each other by fitting the left end side of the assist housing 43 and the right end side of the compressor housing 52 in an airtight manner through the seal ring 15.

なお、アシストタービン４のアシストハウジング４３には、コンプレッサ５側に凹所４３ｄが設けられており、この凹所４３ｄに第１、第２のスラストカラー１０、１２およびスラスト軸受１１を含む関係部品が収納されている。この関係部品は、シャフト６のスラスト荷重を受容するスラスト軸受機構を構成するもので、オイル潤滑式のフローティングメタルをなすスラスト軸受１１は、第１のスラストカラー１０と第２のスラストカラー１２との間に潤滑用の隙間を形成して挟持されている。スラスト軸受１１の外周縁部とスラストカバー１６との間にはバッフルプレート（オイル排出部材）１７を介在させている。   The assist housing 43 of the assist turbine 4 is provided with a recess 43d on the compressor 5 side, and related parts including the first and second thrust collars 10 and 12 and the thrust bearing 11 are provided in the recess 43d. It is stored. This related part constitutes a thrust bearing mechanism that receives the thrust load of the shaft 6, and the thrust bearing 11 that forms an oil lubricated floating metal is composed of a first thrust collar 10 and a second thrust collar 12. A gap for lubrication is formed therebetween and is sandwiched. A baffle plate (oil discharge member) 17 is interposed between the outer peripheral edge of the thrust bearing 11 and the thrust cover 16.

スラストカバー１６は、スラスト軸受機構とコンプレッサ５の内部とを油密に区画する隔壁を兼務しており、内周側がシールリング１８を介して第２のスラストカラー１２の外周面に嵌合すると共に、外周側がシールリング１９を介して凹所４３ｄの内周面に嵌入しており、止め輪２０で抜け止めされている。第２のスラストカラー１２は、左端部がスラストカバー１６より軸方向に突出し、コンプレッサインペラ５１を受け止めている。スラスト軸受機構には、通常、軸受装置３のオイル注入口３３ａから図示しない油路を経由して潤滑油が供給される。   The thrust cover 16 also serves as a partition that oil-tightly partitions the thrust bearing mechanism and the inside of the compressor 5, and the inner peripheral side is fitted to the outer peripheral surface of the second thrust collar 12 via the seal ring 18. The outer peripheral side is fitted into the inner peripheral surface of the recess 43 d through the seal ring 19, and is prevented from coming off by the retaining ring 20. The second thrust collar 12 has a left end protruding in the axial direction from the thrust cover 16 and receives the compressor impeller 51. Lubricating oil is normally supplied to the thrust bearing mechanism from an oil inlet 33a of the bearing device 3 via an oil passage (not shown).

（作用）
次に、本発明の実施例１によるターボチャージャ１の作用を説明する。
ターボチャージャ１は、排気タービン２がエンジンから排出される排気ガスの流路に配置され、コンプレッサ５がエンジンの燃焼室へ空気を供給する吸入空気通路に配置される。
排気ガスが排気タービン２に導入されると、排気ガス導入通路２２ａから流入して排気ガス吐出通路２２ｂから流出する排気ガス流のもつエネルギーによりタービンロータ２１が回転し、シャフト６を介してコンプレッサ５のコンプレッサインペラ５１が回転駆動される。
コンプレッサ５は、コンプレッサインペラ５１の回転により、エンジンの吸入空気を吸気導入通路５２ａから吸い込み、送出通路５２ｃ、コンプレッサ通路５２ｂを経由して加圧圧縮してエンジンの燃焼室に送り込む。かくして、所望の過給効果が得られる。 (Function)
Next, the operation of the turbocharger 1 according to the first embodiment of the present invention will be described.
The turbocharger 1 is disposed in an exhaust gas flow path from which an exhaust turbine 2 is discharged from an engine, and a compressor 5 is disposed in an intake air passage that supplies air to a combustion chamber of the engine.
When the exhaust gas is introduced into the exhaust turbine 2, the turbine rotor 21 is rotated by the energy of the exhaust gas flow that flows into the exhaust gas introduction passage 22 a and flows out of the exhaust gas discharge passage 22 b, and the compressor 5 is connected via the shaft 6. The compressor impeller 51 is driven to rotate.
The compressor 5 sucks engine intake air from the intake air introduction passage 52a by the rotation of the compressor impeller 51, pressurizes and compresses the intake air through the intake passage 52c and the compressor passage 52b, and sends the compressed air to the combustion chamber of the engine. Thus, the desired supercharging effect is obtained.

一方、過給効果が不足する運転領域、例えば、排気ガス量の少ない低回転運転領域、および急加速時のごとき過渡運転領域においては、アシストタービン４に高圧油が供給される。高圧油は、オイル注入口４３ａからノズル部材４２に導かれその噴孔４２ａから噴出してタービン部材４１を回転させる。これにより、シャフト６の回転が上昇し、コンプレッサ５のコンプレッサインペラ５１を増速回転させるため、コンプレッサ５による過給機能が向上し、過給効果不足を補うことができる。   On the other hand, high pressure oil is supplied to the assist turbine 4 in an operation region where the supercharging effect is insufficient, for example, in a low rotation operation region where the amount of exhaust gas is small, and in a transient operation region such as during sudden acceleration. The high-pressure oil is guided from the oil injection port 43a to the nozzle member 42 and is ejected from the nozzle hole 42a to rotate the turbine member 41. As a result, the rotation of the shaft 6 is increased and the compressor impeller 51 of the compressor 5 is rotated at a higher speed, so that the supercharging function by the compressor 5 is improved and the shortage of the supercharging effect can be compensated.

（効果）
上記の構成による実施例１のターボチャージャ１は、以下の効果を奏する。
（１）アシストタービン４を軸受装置３の軸方向外側に配置しているため、タービン部材４１が軸受装置３の軸受部材３１、３２と干渉することがなく、タービン部材４１の外径を自由に選定することができる。アシストタービン４の性能は、一義的にはタービン部材４１の径の大きさに支配されるため、アシストタービン４の諸元を常に所望のアシスト効果が得られるように適宜選定することが可能となる。 (effect)
The turbocharger 1 according to the first embodiment having the above configuration has the following effects.
(1) Since the assist turbine 4 is disposed outside the bearing device 3 in the axial direction, the turbine member 41 does not interfere with the bearing members 31 and 32 of the bearing device 3 and the outer diameter of the turbine member 41 can be freely set. Can be selected. Since the performance of the assist turbine 4 is primarily governed by the size of the diameter of the turbine member 41, the specifications of the assist turbine 4 can be appropriately selected so as to always obtain a desired assist effect. .

（２）アシストタービン４を、特に、軸受装置３とコンプレッサ５との間に配置しているため、熱的にきわめて有利である。つまり、排気タービン２は高熱の排気ガスが導入されるため、構成部品が高価な耐熱材で作製されているのに対し、軸受装置３のスペース分離隔し熱的影響が緩和されるため、構成部品の材質としてはアルミ合金のごとき安価な材料を用いることができ、ターボチャージャ１全体としての価格低減に大きく貢献できる。 (2) Since the assist turbine 4 is disposed between the bearing device 3 and the compressor 5 in particular, it is extremely advantageous thermally. That is, since the exhaust turbine 2 is introduced with high-temperature exhaust gas, the component parts are made of an expensive heat-resistant material, whereas the thermal effect of the space separation of the bearing device 3 is mitigated. An inexpensive material such as an aluminum alloy can be used as the material of the parts, which can greatly contribute to the cost reduction of the turbocharger 1 as a whole.

（３）アシストタービン４を軸受装置３の軸方向外側に配置しているため、アシストタービン４は勿論のこと、ターボチャージャ1全体の分解・再組み立てを容易に行うことができる。この分解・再組み立ての容易性は、製作過程での部品の交換組付け、市場での修理を可能にし、そもそも高価な装置であるターボチャージャ１自体の商品性を大いに向上することができる。 (3) Since the assist turbine 4 is disposed outside the bearing device 3 in the axial direction, not only the assist turbine 4 but also the entire turbocharger 1 can be easily disassembled and reassembled. This ease of disassembly and reassembly enables parts to be replaced and assembled in the manufacturing process and repaired in the market, and the merchantability of the turbocharger 1 itself, which is an expensive device, can be greatly improved.

ここで、上記の分解・再組み立ての容易性について、その一例を図３に示す分解図に基づいて説明する。なお、図中の（ａ）〜（ｅ）は、説明の便宜上、組付過程を工程順に５分割した場合における第１工程〜第５工程を示している。   Here, an example of the ease of disassembly / reassembly will be described based on the exploded view shown in FIG. In addition, (a)-(e) in the figure has shown the 1st process-the 5th process when the assembly | attachment process is divided into 5 in order of a process for convenience of explanation.

まず、第１工程（ａ）において、シャフトアッシ６Ａが用意される。このシャフトアッシ６Ａは、一端（右端）にタービンロータ２１を適宜の固定手段により取付固定したシャフト６、およびこのシャフト６にシールリング９を装着したものである。   First, in the first step (a), the shaft assembly 6A is prepared. This shaft assembly 6A has a shaft 6 with a turbine rotor 21 attached and fixed to one end (right end) by an appropriate fixing means, and a seal ring 9 attached to the shaft 6.

続く第２工程（ｂ）において、シャフトアッシ６Ａに対し、シャフト６の他端（左端）側からインシュレータ７および軸受装置３を嵌め入れ、軸受部材３１、３２をシャフト６の大径部分６１に配置する。この軸受部材３１、３２は、あらかじめ軸受ハウジング３３に装入され、止め輪３４、３５によって抜け止めされている。また、軸受ハウジング３３には、シールリング１４が装着されている。   In the subsequent second step (b), the insulator 7 and the bearing device 3 are fitted into the shaft assembly 6A from the other end (left end) side of the shaft 6, and the bearing members 31 and 32 are disposed in the large-diameter portion 61 of the shaft 6. To do. The bearing members 31 and 32 are inserted in the bearing housing 33 in advance and are prevented from coming off by retaining rings 34 and 35. A seal ring 14 is attached to the bearing housing 33.

次いで、第３工程（ｃ）において、シャフトアッシ６Ａに対し、アシストタービン４を組み込む。具体的には、まずシャフト６の小径部分６２にアシストタービン４を嵌挿し、その際、タービン部材４１をシャフト６の小径部分６２に段付部６３に突き当たるようにして嵌め入れると共に、その上からアシストハウジング４３を嵌挿する。このアシストハウジング４３には、あらかじめノズル部材４２が取付固定されると共に、凹所４３ｄの内外周側にシールリング１５、１９がそれぞれ装着されている。   Next, in the third step (c), the assist turbine 4 is incorporated into the shaft assembly 6A. Specifically, the assist turbine 4 is first inserted into the small-diameter portion 62 of the shaft 6, and at that time, the turbine member 41 is inserted into the small-diameter portion 62 of the shaft 6 so as to abut against the stepped portion 63. The assist housing 43 is inserted. A nozzle member 42 is attached and fixed to the assist housing 43 in advance, and seal rings 15 and 19 are mounted on the inner and outer peripheral sides of the recess 43d, respectively.

そして、第４工程（ｄ）において、シャフトアッシ６Ａに対し、スラスト軸受機構を構成する各部品を組み付ける。具体的には、シャフト６の小径部分６２に、第１のスラストカラー１０、スラスト軸受１１、およびシールリング１８を装着した第２のスラストカラー１２を、順次嵌挿しながら、これらの部品をアシストハウジング４３の凹所４３ｄ内に収納する。同様に、バッフルプレート１７、スラストカバー１６をアシストハウジング４３の凹所４３ｄに嵌め込み、止め輪２０で抜け止めする。   Then, in the fourth step (d), the parts constituting the thrust bearing mechanism are assembled to the shaft assembly 6A. Specifically, the first thrust collar 10, the thrust bearing 11, and the second thrust collar 12 fitted with the seal ring 18 are sequentially inserted into the small diameter portion 62 of the shaft 6, and these components are attached to the assist housing. 43 is accommodated in the recess 43d. Similarly, the baffle plate 17 and the thrust cover 16 are fitted into the recess 43 d of the assist housing 43, and are prevented from being detached by the retaining ring 20.

最後に、第５工程（ｅ）として、コンプレッサ５のコンプレッサインペラ５１をシャフト６の小径部分６２に対し第２のスラストカラー１２に突き当たるようにして嵌挿し、シャフト６をタービンロータ２１の多角ボルト状頭部２１ｃで保持（回り止め）しながら、ナット１３をシャフト６のねじ部６４に締め付ける。これにより、シャフト６に嵌挿してあるタービン部材４１、第１のスラストカラー１０、第２のスラストカラー１２、およびコンプレッサインペラ５１を、段付部６３に対して軸方向から押圧し、シャフト６にしっかりと固定することができる。かくして、図２に示すサブアッシ１Ａが完成する。   Finally, as a fifth step (e), the compressor impeller 51 of the compressor 5 is fitted and inserted into the small diameter portion 62 of the shaft 6 so as to abut against the second thrust collar 12, and the shaft 6 is shaped like a polygonal bolt of the turbine rotor 21. The nut 13 is fastened to the threaded portion 64 of the shaft 6 while being held (stopped) by the head 21c. Thus, the turbine member 41, the first thrust collar 10, the second thrust collar 12, and the compressor impeller 51 that are fitted into the shaft 6 are pressed against the stepped portion 63 from the axial direction, Can be fixed firmly. Thus, the sub-assembly 1A shown in FIG. 2 is completed.

上述のごとく、シャフト６に対して各構成部品を一方向から順次組付ける一方向組付けを実現できると共に、アシストタービン４のタービン部材４１からコンプレッサ５のコンプレッサインペラ５１までのすべての回転部材をシャフト６に対し脱着自在に取付固定することができる。
したがって、図２に示すサブアッシ１Ａの状態で実施する回転バランス調整作業において、調整不良が生じた場合には、ナット１３を外すだけで簡単に良品の部品と交換する対応がとれる。
また、市場で故障や経年劣化・損耗により修理や部品交換が必要な場合にも、ナット１３を脱着するだけの簡単な作業で同様に対応することができる。
なお、図２に示すサブアッシ１Ａに、排気タービン２のタービンハウジング２２およびコンプレッサ５のコンプレッサハウジング５２を組付けることにより、図１に示すターボチャージャ１が完成する。 As described above, one-way assembly in which the components are sequentially assembled from one direction to the shaft 6 can be realized, and all the rotating members from the turbine member 41 of the assist turbine 4 to the compressor impeller 51 of the compressor 5 are shafts. 6 can be detachably attached and fixed.
Therefore, in the rotation balance adjustment work performed in the state of the sub-assembly 1A shown in FIG. 2, when an adjustment failure occurs, it is possible to simply replace the non-defective part by simply removing the nut 13.
In addition, even when repair or replacement of parts is required due to failure, aging or wear in the market, it is possible to cope with the same by simply removing the nut 13.
The turbocharger 1 shown in FIG. 1 is completed by assembling the turbine housing 22 of the exhaust turbine 2 and the compressor housing 52 of the compressor 5 to the sub-assembly 1A shown in FIG.

［変形例］
以上、実施例１について詳述したが、アシストタービン４の配置やシャフト６に設ける着脱自在な結合手段は、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々変更することができるものであり、その一部について説明する。 [Modification]
As described above, the first embodiment has been described in detail, but the arrangement of the assist turbine 4 and the detachable coupling means provided on the shaft 6 can be variously modified without departing from the spirit of the present invention. Will be described.

（１）アシストタービン４の配置は、軸受装置３の軸方向外側であればアシストタービン４の設計自由度を確保できることから、排気タービン２と軸受装置３との間に配置しても良い。この場合には、タービン部材４１を独立してシャフト６に取付けることになるが、図３のシャフトアッシ６Ａの状態で組付けることができるため、タービン部材４１が軸受部材３１、３２と干渉することがなく、シャフト６に対し着脱自在に組付けることもできる。
（２）シャフト６の結合手段は、シャフト６の右端側を雌ねじ付きの筒部とし、頭部付きのボルトで締付固定する手段であっても良い。 (1) The assist turbine 4 may be disposed between the exhaust turbine 2 and the bearing device 3 because the degree of freedom in design of the assist turbine 4 can be ensured as long as the assist turbine 4 is located outside the bearing device 3 in the axial direction. In this case, the turbine member 41 is attached to the shaft 6 independently. However, since the turbine member 41 can be assembled in the state of the shaft assembly 6A in FIG. 3, the turbine member 41 interferes with the bearing members 31 and 32. It can also be attached to the shaft 6 in a detachable manner.
(2) The coupling means of the shaft 6 may be a means in which the right end side of the shaft 6 is a cylindrical portion with a female thread and is fastened and fixed with a bolt with a head.

１…ターボチャージャ、２…排気タービン、３…軸受装置、４…アシストタービン、５…コンプレッサ、６…シャフト、１３…ナット（結合手段）、２１…タービンロータ、３１、３２…軸受部材、４１…タービン部材、５１…コンプレッサインペラ、６１…大径部分、６２…小径部分、６３…段付部、６４…ねじ部（結合手段）。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Turbocharger, 2 ... Exhaust turbine, 3 ... Bearing apparatus, 4 ... Assist turbine, 5 ... Compressor, 6 ... Shaft, 13 ... Nut (connection means), 21 ... Turbine rotor, 31, 32 ... Bearing member, 41 ... Turbine member, 51... Compressor impeller, 61... Large diameter part, 62... Small diameter part, 63.

Claims (4)

エンジンの排気ガスのもつエネルギーによって回転するタービンロータ（２１）を有する排気タービン（２）と、
前記タービンロータ（２１）により回転駆動されて前記エンジンの吸入空気を圧縮するコンプレッサインペラ（５１）を有するコンプレッサ（５）と、
前記タービンロータ（２１）と前記コンプレッサインペラ（５１）とを同軸に連結するシャフト（６）と、
前記シャフト（６）を回転自在に支承し、前記シャフト（６）のラジアル荷重を受容する複数の軸受部材（３１、３２）を有する軸受装置（３）と、
前記シャフト（６）を液圧によって回転駆動するタービン部材（４１）を有するアシストタービン（４）と
を備え、
前記アシストタービン（４）は、前記軸受装置（３）の軸方向外側において前記シャフト（６）上に配置され、前記タービン部材（４１）が前記シャフト（６）に結合されていることを特徴とするターボチャージャ（１）。 An exhaust turbine (2) having a turbine rotor (21) rotated by the energy of the exhaust gas of the engine;
A compressor (5) having a compressor impeller (51) that is rotationally driven by the turbine rotor (21) and compresses intake air of the engine;
A shaft (6) for coaxially connecting the turbine rotor (21) and the compressor impeller (51);
A bearing device (3) having a plurality of bearing members (31, 32) for rotatably supporting the shaft (6) and receiving a radial load of the shaft (6);
An assist turbine (4) having a turbine member (41) for rotationally driving the shaft (6) by hydraulic pressure,
The assist turbine (4) is disposed on the shaft (6) outside in the axial direction of the bearing device (3), and the turbine member (41) is coupled to the shaft (6). Turbocharger (1). 請求項１に記載のターボチャージャ（１）において、
前記アシストタービン（４）は、前記コンプレッサ（５）と前記軸受装置（３）との間に配置されていることを特徴とするターボチャージャ（１）。 The turbocharger (1) according to claim 1,
The turbocharger (1), wherein the assist turbine (4) is disposed between the compressor (5) and the bearing device (3). 請求項２に記載のターボチャージャ（１）において、
前記シャフト（６）は、一端が前記タービンロータ（２１）に固定され、他端に前記コンプレッサインペラ（５１）を着脱自在に結合できる結合手段（１３、６４）を有すると共に、前記軸受装置（３）より前記結合手段（１３、６４）側に小径部分（６２）を形成する段付部（６３）を有しており、
前記タービン部材（４１）および前記コンプレッサインペラ（５１）は、軸方向の一端側が前記段付部（６３）に位置決めされ、軸方向の他端側が前記結合手段（１３、６４）に位置決めされて、前記シャフト（６）の小径部分（６２）に嵌挿されていることを特徴とするターボチャージャ（１）。 The turbocharger (1) according to claim 2,
The shaft (6) has one end fixed to the turbine rotor (21) and the other end having coupling means (13, 64) capable of detachably coupling the compressor impeller (51), and the bearing device (3 ) Has a stepped portion (63) for forming a small diameter portion (62) on the coupling means (13, 64) side,
The turbine member (41) and the compressor impeller (51) are positioned at one end side in the axial direction at the stepped portion (63) and positioned at the other end side in the axial direction at the coupling means (13, 64), A turbocharger (1), wherein the turbocharger (1) is fitted into a small diameter portion (62) of the shaft (6). 請求項３に記載のターボチャージャ（１）において、
前記結合手段（１３、６４）は、ねじ部（６４）と、このねじ部（６４）に螺着されるナット（１３）で構成されており、
前記シャフト（６）の小径部分（６２）に嵌挿された前記タービン部材（４１）および前記コンプレッサインペラ（５１）は、前記段付部（６３）に対し前記ナット（１３）により軸方向に締付固定されていることを特徴とするターボチャージャ（１）。 The turbocharger (1) according to claim 3,
The coupling means (13, 64) includes a screw part (64) and a nut (13) screwed to the screw part (64).
The turbine member (41) and the compressor impeller (51) fitted into the small diameter portion (62) of the shaft (6) are tightened in the axial direction by the nut (13) with respect to the stepped portion (63). A turbocharger (1) characterized by being fixedly attached.

Images