JP3711604B2 - ターボチャージャのハウジング構造 - Google Patents
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Description
【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 (4)
- 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。
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