JP5467667B1

JP5467667B1 - Turbocharger

Info

Publication number: JP5467667B1
Application number: JP2013197889A
Authority: JP
Inventors: 幸徳川本
Original assignee: 幸徳川本
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2033-09-25
Also published as: JP2015063929A

Abstract

【課題】可変2段圧縮可能でありながら、小型軽量化、および接続配管の簡素化を図る。
【解決手段】1つの排気タービン20で駆動される大小のコンプレッサ30,40を備え、小さいコンプレッサは排気タービン軸に直結されて一緒に回転する高圧段コンプレッサを構成し、大きいコンプレッサは排気タービン軸と同一直線上に配置される低圧段コンプレッサを構成し、低圧段コンプレッサ30からエンジンへ空気を供給する低圧段用通路33には分岐路を設けて高圧段コンプレッサ40へ空気を供給する高圧段用通路34とし、低圧段用通路33と高圧段用通路34との間には、低圧段用通路33を閉じて低圧段コンプレッサ30からの空気を高圧段用通路34に導くか、低圧段用通路33を開けて低圧段コンプレッサ30からの空気をエンジンへ向けて導く切替弁50を設け、高圧段コンプレッサとエンジンとの間には2段圧縮用通路43を設けた。
【選択図】図１[PROBLEMS] To reduce the size and weight and simplify connection piping while being capable of variable two-stage compression.
SOLUTION: Large and small compressors 30 and 40 driven by one exhaust turbine 20 are provided, the small compressor is directly connected to the exhaust turbine shaft and constitutes a high-pressure stage compressor that rotates together, and the large compressor is connected to the exhaust turbine shaft. A high-pressure stage passage for supplying air to the high-pressure stage compressor 40 by providing a branch passage in the low-pressure stage passage 33 that constitutes a low-pressure stage compressor arranged on the same straight line and supplies air from the low-pressure stage compressor 30 to the engine 34, between the low pressure stage passage 33 and the high pressure stage passage 34, the low pressure stage passage 33 is closed to guide the air from the low pressure stage compressor 30 to the high pressure stage passage 34, or the low pressure stage passage 33 A switching valve 50 is provided to guide the air from the low-pressure compressor 30 to the engine, and a two-stage compression passage 43 is provided between the high-pressure compressor and the engine.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、内燃機関のターボ過給装置に関する。特に、可変２段圧縮可能なターボ過給装置に関するものである。 The present invention relates to a turbocharger for an internal combustion engine. In particular, the present invention relates to a turbocharger capable of variable two-stage compression.

一般に、内燃機関のターボ過給装置においては、排気ガスタービンで駆動される遠心式圧縮機が１台であり、その１台の圧縮機の特性は、エンジンの使用領域により決まる。
従って、エンジン使用領域に合わせて最適な効率が得られるように圧縮機の特性を設定するのが一般的である。
ところが、エンジン回転数が低い場合には、排気ガス量が充分でないため、排気ガスタービンの軸回転数が低くくなり、排気ガスタービンに直結した圧縮機の回転数も低くなるので圧縮圧力が低くなる。
そのため、エンジン低回転時には空気量不足となり、燃焼が悪化し、燃費も悪化する。 Generally, in a turbocharger for an internal combustion engine, there is one centrifugal compressor driven by an exhaust gas turbine, and the characteristics of the one compressor are determined by the use area of the engine.
Therefore, it is common to set the characteristics of the compressor so as to obtain optimum efficiency in accordance with the engine use area.
However, when the engine speed is low, the amount of exhaust gas is not sufficient, so the shaft speed of the exhaust gas turbine is low, and the speed of the compressor directly connected to the exhaust gas turbine is also low, so the compression pressure is low. Become.
Therefore, when the engine is running at low speed, the amount of air becomes insufficient, combustion worsens, and fuel consumption worsens.

そこで、近年、特許文献１に見られるように、２台のターボ過給機を用いた２ステージターボシステムが提案されている。 Therefore, in recent years, as shown in Patent Document 1, a two-stage turbo system using two turbochargers has been proposed.

特開２０１０−１９６６８１号公報JP 2010-196681 A

上記の２ステージターボシステムでは、２台のターボ過給機を設けるためのスペースが必要であり、大型化、大重量化を招く、各過給機間の接続配管が複雑化する、等の難点がある。
本発明が解決しようとする課題は、可変２段圧縮可能でありながら、小型軽量化、および接続配管の簡素化を図ることができるターボ過給装置を提供することである。 In the above two-stage turbo system, a space for installing two turbochargers is necessary, leading to an increase in size and weight, and complicated connection piping between the respective turbochargers. There is.
The problem to be solved by the present invention is to provide a turbocharger that can be reduced in size and weight and can be simplified in connection piping while being capable of variable two-stage compression.

上記課題を解決するために本発明のターボ過給装置は、
１つの排気タービンと、この排気タービンで駆動される、外径が異なる大小２つのコンプレッサとを備え、
外径の小さいコンプレッサは、その高圧段コンプレッサインペラを排気タービンインペラと背中合わせにして一体的に構成して排気タービンと一緒に回転する高圧段コンプレッサを構成し、
外径の大きいコンプレッサは、前記排気タービンに対し、前記高圧段コンプレッサを排気タービンとの間に介在させた状態で排気タービン軸と同一直線上に配置され排気タービンで駆動される低圧段コンプレッサを構成し、
低圧段コンプレッサからエンジンへ空気を供給する低圧段用通路には分岐路を設けてこの分岐路を前記高圧段コンプレッサへ空気を供給する高圧段用通路とし、
低圧段用通路と高圧段用通路との間には、低圧段用通路を閉じて低圧段コンプレッサからの空気を高圧段用通路に導くか、低圧段用通路を開けて低圧段コンプレッサからの空気をエンジンへ向けて導く切替弁を設け、
高圧段コンプレッサとエンジンとの間には、高圧段コンプレッサからの空気をエンジンへ向けて供給する２段圧縮用通路を設けて、該２段圧縮用通路の一部を前記排気タービンの背部である前記高圧段コンプレッサ側における高圧段コンプレッサインペラの周りに配置し、
前記高圧段コンプレッサと低圧段コンプレッサとを、減速機を介して連結し、
該減速機は、
高圧段コンプレッサに接続される入力軸と、
低圧段コンプレッサに接続される出力軸と、
入力軸の先端部に設けられたドライブコーンと、
入力軸の先端部に対向する、出力軸の先端部に設けられ、前記ドライブコーンの外周面に動力伝達ボールを介して対向する内周面を有するドリブンコーンと、
を備え、
入力軸の先端部とドライブコーンとは、入力軸のトルクが大きくなるほど、ドライブコーンの出力軸側へのスラスト力を大きくするヘリカルスプラインを介して連結されているとともに、
前記ドライブコーンとドリブンコーンとの間において前記動力伝達ボールを保持するボールリテーナが設けられていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the turbocharger of the present invention is
Comprising one exhaust turbine and two large and small compressors driven by this exhaust turbine and having different outer diameters ;
The compressor with a small outer diameter is configured integrally with the high-pressure compressor impeller back to back with the exhaust turbine impeller to form a high-pressure compressor that rotates together with the exhaust turbine,
The compressor having a large outer diameter constitutes a low-pressure stage compressor that is arranged on the same straight line as the exhaust turbine shaft and driven by the exhaust turbine with the high-pressure stage compressor interposed between the exhaust turbine and the exhaust turbine. And
A branch path is provided in the low pressure stage passage for supplying air from the low pressure stage compressor to the engine, and this branch path is used as a high pressure stage passage for supplying air to the high pressure stage compressor.
Between the low-pressure stage passage and the high-pressure stage passage, the low-pressure stage passage is closed and the air from the low-pressure stage compressor is guided to the high-pressure stage passage, or the low-pressure stage passage is opened and the air from the low-pressure stage passage is opened. A switching valve that guides the engine toward the engine
A two-stage compression passage for supplying air from the high-pressure compressor to the engine is provided between the high-pressure compressor and the engine, and a part of the two-stage compression passage is a back portion of the exhaust turbine. Arranged around the high-pressure compressor impeller on the high-pressure compressor side,
The high-pressure stage compressor and the low-pressure stage compressor are connected via a speed reducer,
The speed reducer
An input shaft connected to the high pressure stage compressor;
An output shaft connected to the low pressure compressor;
A drive cone provided at the tip of the input shaft;
A driven cone that is provided at the tip of the output shaft, facing the tip of the input shaft, and has an inner circumferential surface that faces the outer circumferential surface of the drive cone via a power transmission ball;
With
The tip of the input shaft and the drive cone are connected via a helical spline that increases the thrust force toward the output shaft of the drive cone as the torque of the input shaft increases.
A ball retainer for holding the power transmission ball is provided between the drive cone and the driven cone .

このターボ過給装置によれば、次のような作用効果を得ることができる。
エンジン回転数が、中・低回転数であるときには、切替弁を、低圧段用通路を閉じて低圧段コンプレッサからの空気を高圧段用通路に導く側に切り替える。
すると、低圧段コンプレッサからの空気が高圧段用通路を通じて高圧段コンプレッサへ導かれ、高圧段コンプレッサでさらに過給されて２段圧縮用通路を通じてエンジンへ供給される２段圧縮状態となる。
一方、エンジン回転数が、高回転数であるときには、切替弁を、低圧段用通路を開けて低圧段コンプレッサからの空気をエンジンへ向けて導く側に切り替える。
すると、低圧段コンプレッサからの空気が高圧段コンプレッサへ導かれることなく低圧段用通路を経てエンジンへ供給される１段圧縮状態となる。
すなわち、このターボ過給装置によれば、エンジン回転数に応じて切替弁を切り替えるだけで、可変２段圧縮が可能となる。
そして、大小２つのコンプレッサは同一直線状に配置された１つの排気タービンで駆動されるから、小型軽量化、および上述した各通路を形成する接続配管の簡素化を図ることが可能となる。 According to this turbocharger, the following effects can be obtained.
When the engine speed is medium or low, the switching valve is switched to the side that closes the low-pressure stage passage and guides the air from the low-pressure stage compressor to the high-pressure stage passage.
Then, the air from the low-pressure compressor is led to the high-pressure compressor through the high-pressure passage, and is further supercharged by the high-pressure compressor and is supplied to the engine through the two-stage compression passage.
On the other hand, when the engine speed is high, the switching valve is switched to the side that opens the low-pressure stage passage and guides the air from the low-pressure stage compressor toward the engine.
Then, the air from the low-pressure stage compressor is in a one-stage compression state that is supplied to the engine through the low-pressure stage passage without being led to the high-pressure stage compressor.
That is, according to this turbocharger, variable two-stage compression can be performed by simply switching the switching valve in accordance with the engine speed.
Since the two large and small compressors are driven by a single exhaust turbine arranged in the same straight line, it is possible to reduce the size and weight and simplify the connecting pipes forming the above-described passages.

このターボ過給装置においては、
前記高圧段コンプレッサと低圧段コンプレッサとが、減速機を介して連結されている構成となっている。 In this turbocharger,
The high-pressure stage compressor and the low-pressure stage compressor are connected via a speed reducer .

このように構成すると、排気タービンおよび高圧段コンプレッサの回転数に対する低圧段コンプレッサの回転数を適切に設定することが可能となり、高効率に最適なマッチング領域を確保しやすくなる。 If comprised in this way, it will become possible to set appropriately the rotation speed of the low pressure stage compressor with respect to the rotation speed of an exhaust turbine and a high pressure stage compressor, and it will become easy to ensure the optimal matching area | region highly efficient.

このターボ過給装置においては、
前記減速機は、
高圧段コンプレッサに接続される入力軸と、
低圧段コンプレッサに接続される出力軸と、
入力軸の先端部に設けられたドライブコーンと、
入力軸の先端部に対向する、出力軸の先端部に設けられ、前記ドライブコーンの外周面に動力伝達ボールを介して対向する内周面を有するドリブンコーンと、
を備え、
入力軸の先端部とドライブコーンとは、入力軸のトルクが大きくなるほど、ドライブコーンの出力軸側へのスラスト力を大きくするヘリカルスプラインを介して連結されているとともに、
前記ドライブコーンとドリブンコーンとの間において前記動力伝達ボールを保持するボールリテーナが設けられている。 In this turbocharger,
The speed reducer is
An input shaft connected to the high pressure stage compressor;
An output shaft connected to the low pressure compressor;
A drive cone provided at the tip of the input shaft;
A driven cone that is provided at the tip of the output shaft, facing the tip of the input shaft, and has an inner circumferential surface that faces the outer circumferential surface of the drive cone via a power transmission ball;
With
The tip of the input shaft and the drive cone are connected via a helical spline that increases the thrust force toward the output shaft of the drive cone as the torque of the input shaft increases .
A ball retainer for holding the power transmission ball is provided between the drive cone and the driven cone.

このように構成すると、入力軸の先端部とドライブコーンとが、入力軸のトルクが大きくなるほど、ドライブコーンの出力軸側へのスラスト力、すなわち動力伝達ボールに対する圧接力を大きくするヘリカルスプラインを介して連結されているので、入力軸の回転トルク変動に応じて、動力伝達ボールに対する圧接力を自動調節することが可能となり、各回転トルクでの伝達効率を向上させることができる。 With this configuration, the tip of the input shaft and the drive cone pass through a helical spline that increases the thrust force toward the output shaft side of the drive cone, that is, the pressure contact force against the power transmission ball, as the torque of the input shaft increases. Therefore, the pressure contact force against the power transmission ball can be automatically adjusted according to the rotational torque fluctuation of the input shaft, and the transmission efficiency at each rotational torque can be improved.

本発明に係るターボ過給装置の一実施の形態の基本構造図。1 is a basic structural diagram of an embodiment of a turbocharger according to the present invention. 本発明に係るターボ過給装置の一実施の形態の構造図。 1 is a structural diagram of an embodiment of a turbocharger according to the present invention . 減速機の構造図。FIG.

以下、本発明に係るターボ過給装置の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図において、同一部分ないし相当する部分には、同一の符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of a turbocharger according to the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, the same reference numerals are given to the same or corresponding parts.

図１は本発明に係るターボ過給装置の基本構造図である。同図に示すように、このターボ過給装置１０は、１つの排気タービン２０と、この排気タービン２０で駆動される大小２つのコンプレッサ３０，４０とを備えている。なお、本願においてコンプレッサの大小とは、１回転あたりの過給量の大小をいうものとする。 FIG. 1 is a basic structural view of a turbocharger according to the present invention. As shown in the figure, turbo supercharger 10 This is provided with one exhaust turbine 20, the large and small two compressors 30, 40 driven by the exhaust turbine 20. In the present application, the size of the compressor means the amount of supercharging per rotation.

小さいコンプレッサ４０は、排気タービン軸２１に直結されて排気タービン２０と一緒に回転する高圧段コンプレッサ（４０）を構成する。この実施の形態では、更なる小型化を図るために、排気タービンインペラ２２と、高圧段コンプレッサインペラ４２とを背中合わせにして一体的に構成した。 The small compressor 40 is directly connected to the exhaust turbine shaft 21 and constitutes a high-pressure compressor (40) that rotates together with the exhaust turbine 20. In this embodiment, in order to further reduce the size, the exhaust turbine impeller 22 and the high-pressure compressor impeller 42 are integrally configured back to back .

大きいコンプレッサ３０は、排気タービン軸２１と同一直線上に配置され、排気タービン２０で駆動される低圧段コンプレッサ（３０）を構成する。図１に示すものでは、低圧段コンプレッサインペラ３２は、排気タービン軸２１上に設けられているが、低圧段コンプレッサインペラ３２は、後述するように、例えば減速機を介して排気タービン軸２１と同一直線上に配置することができる。 The large compressor 30 is arranged on the same straight line as the exhaust turbine shaft 21 and constitutes a low-pressure stage compressor (30) driven by the exhaust turbine 20. 1, the low-pressure compressor impeller 32 is provided on the exhaust turbine shaft 21, but the low-pressure compressor impeller 32 is the same as the exhaust turbine shaft 21 via a speed reducer, for example, as will be described later. They can be arranged on a straight line.

低圧段コンプレッサ３０からエンジン（図示せず）へ空気を供給する低圧段用通路３３には分岐路（３４）が設けられており、この分岐路（３４）が高圧段コンプレッサ４０へ空気（低圧段コンプレッサ３０で１段圧縮された空気）を供給する高圧段用通路３４を構成している。 A branch path (34) is provided in the low pressure stage passage 33 for supplying air from the low pressure stage compressor 30 to the engine (not shown), and this branch path (34) is supplied to the high pressure stage compressor 40 with air (low pressure stage). A high-pressure stage passage 34 for supplying air compressed by the compressor 30 by one stage is configured.

低圧段用通路３３と高圧段用通路３４との間には、低圧段用通路３３を閉じて低圧段コンプレッサ３０からの空気を矢印Ａ１，Ａ２で示すように高圧段用通路３４に導くか、または、低圧段用通路３３を開けて低圧段コンプレッサ３０からの空気を矢印Ａ１，Ａ４で示すようにエンジンへ向けて導く切替弁５０が設けられている。 Between the low-pressure stage passage 33 and the high-pressure stage passage 34, the low-pressure stage passage 33 is closed and the air from the low-pressure stage compressor 30 is guided to the high-pressure stage passage 34 as indicated by arrows A1 and A2, Alternatively, there is provided a switching valve 50 that opens the low-pressure stage passage 33 and guides the air from the low-pressure stage compressor 30 toward the engine as indicated by arrows A1 and A4.

高圧段コンプレッサ４０とエンジン（図示せず）との間には、高圧段コンプレッサ４０からの空気（２段圧縮された空気）を矢印Ａ３，Ａ４で示すようにエンジンへ向けて供給する２段圧縮用通路４３が設けられている。 Two-stage compression between the high-pressure compressor 40 and the engine (not shown) for supplying air (two-stage compressed air) from the high-pressure compressor 40 toward the engine as indicated by arrows A3 and A4 A service passage 43 is provided.

このターボ過給装置１０によれば、次のような作用効果を得ることができる。
エンジン回転数が、中・低回転数であるときには、切替弁５０を、低圧段用通路３３を閉じて低圧段コンプレッサ３０からの空気を矢印Ａ１，Ａ２で示すように高圧段用通路３４に導く側５２に切り替える。 According to the turbocharger 10, the following operational effects can be obtained.
When the engine speed is medium or low, the switching valve 50 closes the low-pressure stage passage 33 and guides the air from the low-pressure stage compressor 30 to the high-pressure stage passage 34 as indicated by arrows A1 and A2. Switch to side 52.

すると、低圧段コンプレッサ３０からの空気が矢印Ａ１，Ａ２で示すように高圧段用通路３４を通じて高圧段コンプレッサ４０へ導かれ、高圧段コンプレッサ４０でさらに過給されて２段圧縮用通路４３を通じてエンジンへ供給される２段圧縮状態となる。 Then, the air from the low-pressure stage compressor 30 is guided to the high-pressure stage compressor 40 through the high-pressure stage passage 34 as indicated by arrows A 1 and A 2, and is further supercharged by the high-pressure stage compressor 40 and passes through the two-stage compression passage 43. Is in a two-stage compression state.

一方、エンジン回転数が、高回転数であるときには、切替弁５０を、低圧段用通路３３を開けて低圧段コンプレッサ３０からの空気を矢印Ａ１，Ａ４で示すようにエンジンへ向けて導く側５１に切り替える。 On the other hand, when the engine speed is high, the switching valve 50 opens the low-pressure stage passage 33 and directs the air from the low-pressure stage compressor 30 toward the engine as indicated by arrows A1 and A4. Switch to.

すると、低圧段コンプレッサ３０からの空気が高圧段コンプレッサ４０へ導かれることなく、矢印Ａ１，Ａ４で示すように低圧段用通路３３を経てエンジンへ供給される１段圧縮状態となる。 Then, the air from the low-pressure stage compressor 30 is not led to the high-pressure stage compressor 40, and a one-stage compression state is supplied to the engine via the low-pressure stage passage 33 as indicated by arrows A1 and A4.

すなわち、このターボ過給装置によれば、エンジン回転数に応じて切替弁５０を切り替えるだけで、可変２段圧縮が可能となる。
そして、大小２つのコンプレッサ３０，４０は同一直線状に配置された１つの排気タービン２０で駆動されるから、小型軽量化、および上述した各通路３３，３４，４３を形成する接続配管の簡素化を図ることが可能となる。
さらに、高圧段コンプレッサ４０による小流量側と、低圧段コンプレッサ３０による大流量側のレンジを活用することで、高効率な作動範囲を拡大することが可能となる。
切替弁５０はＯＮ／ＯＦＦ制御が可能であり、制御の簡素化を図ってコストダウンを図ることができる。
切替弁５０の切り替えタイミングは、このターボ過給装置１０が取り付けられるエンジンの特性に応じて、適宜設定することができる。 That is, according to this turbocharger, variable two-stage compression can be performed by simply switching the switching valve 50 according to the engine speed.
Since the two large and small compressors 30 and 40 are driven by one exhaust turbine 20 arranged in the same straight line, the size and weight can be reduced, and the connecting pipes forming the passages 33, 34 and 43 described above can be simplified. Can be achieved.
Furthermore, by utilizing the range of the small flow rate side by the high pressure compressor 40 and the range of the large flow rate side by the low pressure compressor 30, it is possible to expand the highly efficient operating range.
The switching valve 50 can be controlled ON / OFF, and the cost can be reduced by simplifying the control.
The switching timing of the switching valve 50 can be appropriately set according to the characteristics of the engine to which the turbocharger 10 is attached.

なお、切替弁５０を、低圧段用通路３３を開けて低圧段コンプレッサ３０からの空気を矢印Ａ１，Ａ４で示すようにエンジンへ向けて導く側５１に切り替える際、切替弁５０を全閉として高圧段用通路３４を完全に閉じてしまうと、高圧段用通路３４内が負圧状態となって高圧段コンプレッサ４０の回転負荷となるおそれがあるため、切替弁５０は全閉とせずに僅かな隙間ｇを開けるようにするのが望ましい。 When the switching valve 50 is switched to the side 51 that opens the low-pressure stage passage 33 and guides the air from the low-pressure stage compressor 30 toward the engine as indicated by arrows A1 and A4, the switching valve 50 is fully closed and the pressure is increased. If the stage passage 34 is completely closed, the inside of the high-pressure stage passage 34 may be in a negative pressure state, which may cause a rotational load on the high-pressure stage compressor 40. Therefore, the switching valve 50 is not fully closed and is slightly closed. It is desirable to open the gap g.

１１はベースフレームであり、このベースフレーム１１に軸受部材１２，１２を介して排気タービン軸２１が回転可能に支持されている。ベースフレーム１１には、軸受け部１３に潤滑油を循環させるための、潤滑油供給路１４と、潤滑油排出路１５とが設けられている。１６はオイルシールである。 Reference numeral 11 denotes a base frame, and an exhaust turbine shaft 21 is rotatably supported by the base frame 11 via bearing members 12 and 12. The base frame 11 is provided with a lubricating oil supply passage 14 and a lubricating oil discharge passage 15 for circulating the lubricating oil through the bearing portion 13. Reference numeral 16 denotes an oil seal.

ベースフレーム１１の一方側には、低圧段コンプレッサケーシング３５が固定されており、このケーシング３５に、空気（大気）Ａの吸入口３６が設けられている。
ベースフレーム１１の他方側には、排気タービンケーシング２５が固定されており、このケーシング２５に、排気ガス入り口２６と、排気ガス出口２７とが設けられている。また、このケーシング２５には、排気ガス入り口２６から排気タービンインペラ２２へ供給される排気ガス量を調整するための可変ノズルベーン２８が設けられている。
ベースフレーム１１は、高圧段コンプレッサ４０のケーシングを構成している。 A low-pressure compressor casing 35 is fixed to one side of the base frame 11, and an air (atmosphere) A suction port 36 is provided in the casing 35.
An exhaust turbine casing 25 is fixed to the other side of the base frame 11, and an exhaust gas inlet 26 and an exhaust gas outlet 27 are provided in the casing 25. The casing 25 is provided with a variable nozzle vane 28 for adjusting the amount of exhaust gas supplied from the exhaust gas inlet 26 to the exhaust turbine impeller 22.
The base frame 11 constitutes a casing for the high-pressure compressor 40.

図２は本発明に係るターボ過給装置の一実施の形態のターボ過給装置１０を示している。
このターボ過給装置１０は、高圧段コンプレッサ４０と低圧段コンプレッサ３０とが、減速機６０を介して連結されている。
このように構成すると、排気タービン２０および高圧段コンプレッサ４０の回転数に対する低圧段コンプレッサ３０の回転数を減速機６０で適切に設定することが可能となり、高効率に最適なマッチング領域を確保しやすくなる。 FIG. 2 shows a turbocharger 10 according to an embodiment of the turbocharger according to the present invention .
In the turbocharger 10, a high-pressure compressor 40 and a low-pressure compressor 30 are connected via a speed reducer 60.
If comprised in this way, it will become possible to set appropriately the rotation speed of the low pressure stage compressor 30 with respect to the rotation speed of the exhaust turbine 20 and the high pressure stage compressor 40 with the reduction gear 60, and it is easy to ensure the optimal matching area | region highly efficient. Become.

図２，図３に示すように、減速機６０は、高圧段コンプレッサ４０に接続される入力軸７０と、低圧段コンプレッサ３０に接続される出力軸８０と、入力軸７０の先端部７１に設けられたドライブコーン７２と、入力軸７０の先端部７１に対向する、出力軸８０の先端部８１に設けられ、ドライブコーン７２の外周面７２ｓに動力伝達ボール９０を介して対向する内周面８２ｓを有するドリブンコーン８２とを備えている。この減速機６０はトラクションドライブ式の減速機である。 As shown in FIGS. 2 and 3, the speed reducer 60 is provided at the input shaft 70 connected to the high-pressure stage compressor 40, the output shaft 80 connected to the low-pressure stage compressor 30, and the tip 71 of the input shaft 70. The drive cone 72 is provided at the tip 81 of the output shaft 80 facing the tip 71 of the input shaft 70, and is opposed to the outer circumference 72 s of the drive cone 72 via the power transmission ball 90. And a driven cone 82 having The reduction gear 60 is a traction drive type reduction gear.

入力軸７０の先端部７１とドライブコーン７２とは、入力軸７０のトルクが大きくなるほど、ドライブコーン７２の、出力軸８０側へのスラスト力Ｓを大きくするヘリカルスプライン７３を介して連結されている。 The tip 71 of the input shaft 70 and the drive cone 72 are connected via a helical spline 73 that increases the thrust force S of the drive cone 72 toward the output shaft 80 as the torque of the input shaft 70 increases. .

このように構成すると、入力軸７０の先端部７１とドライブコーン７２とが、入力軸７０のトルクが大きくなるほど、ドライブコーン７２の出力軸８０側へのスラスト力Ｓ、すなわち動力伝達ボール９０に対する圧接力を大きくするヘリカルスプライン７３を介して連結されているので、入力軸７０の回転トルク変動に応じて、動力伝達ボール９０に対する圧接力を自動調節することが可能となり、各回転トルクでの伝達効率を向上させることができる。 With this configuration, the tip portion 71 of the input shaft 70 and the drive cone 72 are pressed against the thrust force S of the drive cone 72 toward the output shaft 80, that is, the power transmission ball 90, as the torque of the input shaft 70 increases. Since it is connected via a helical spline 73 that increases the force, the pressure contact force against the power transmission ball 90 can be automatically adjusted according to the rotational torque fluctuation of the input shaft 70, and the transmission efficiency at each rotational torque. Can be improved.

動力は、入力軸７０，ドライブコーン７２，動力伝達ボール９０，ドリブンコーン８２，出力軸８０の順で伝達される。
入力軸７０の回転方向と出力軸８０の回転方向は逆になり、排気タービンインペラ２２および高圧段コンプレッサインペラ４２の回転慣性力と、低圧段コンプレッサインペラ３２の回転慣性力とを相殺するように作用する。 The power is transmitted in the order of the input shaft 70, the drive cone 72, the power transmission ball 90, the driven cone 82, and the output shaft 80.
The rotational direction of the input shaft 70 and the rotational direction of the output shaft 80 are reversed, and the rotational inertia force of the exhaust turbine impeller 22 and the high pressure compressor impeller 42 and the rotational inertia force of the low pressure compressor impeller 32 are canceled out. To do.

７４は入力側ケースであり、この入力側ケース７４に軸受け部材７５を介して入力軸７０が回転可能に支持されている。７５は軸受ロックナット、７６はドライブコーン７２の止めナットである。ドライブコーン７２の先端部と止めナット７６との間には隙間Ｃが設けられている。ドライブコーン７２の出力軸８０側への移動範囲は止めナット７６によって規制される。 Reference numeral 74 denotes an input side case, and the input shaft 70 is rotatably supported by the input side case 74 via a bearing member 75. 75 is a bearing lock nut, and 76 is a set nut of the drive cone 72. A gap C is provided between the tip of the drive cone 72 and the locking nut 76. The range of movement of the drive cone 72 toward the output shaft 80 is regulated by a lock nut 76.

８４は出力側ケースであり、この出力側ケース８４に軸受け部材８５を介して出力軸８０が回転可能に支持されている。８６は軸受およびドリブンコーン８２の止めナットである。ドリブンコーン８２は、出力軸８０の先端部８１にスプライン８３で結合されている。
入力側ケース７４は出力側ケース８４に対してボルト７７で締結固定される。 Reference numeral 84 denotes an output side case, and the output shaft 80 is rotatably supported by the output side case 84 via a bearing member 85. Reference numeral 86 denotes a bearing and a nut for the driven cone 82. The driven cone 82 is coupled to the tip 81 of the output shaft 80 by a spline 83.
The input side case 74 is fastened and fixed to the output side case 84 with bolts 77.

減速機６０をターボ過給装置１０に組み込む場合、出力側ケース８４は、図２に示すように、ベースフレーム１１で構成することができる。また、出力軸８０で低圧段コンプレッサインペラ３２の軸を構成することができる。 When the reducer 60 is incorporated in the turbocharger 10, the output side case 84 can be configured by the base frame 11 as shown in FIG. 2. Further, the shaft of the low-pressure compressor impeller 32 can be constituted by the output shaft 80.

図２に示すように、出力側ケース８４ないしベースフレーム１１には、減速機６０内にトラクション油を循環させるための、トラクション油供給路１７と、トラクション油排出路１８とが設けられている。トラクション油供給路１７、トラクション油排出路１８は、減速機６０内にトラクション油を充填した後、図３に示すようにそれぞれプラグ１７ｐ、１８ｐで塞ぐこともできる。１９はオイルシールである。 As shown in FIG. 2, the output side case 84 or the base frame 11 is provided with a traction oil supply path 17 and a traction oil discharge path 18 for circulating the traction oil in the speed reducer 60. The traction oil supply path 17 and the traction oil discharge path 18 can be closed with plugs 17p and 18p, respectively, as shown in FIG. 3 after the reduction gear 60 is filled with traction oil. Reference numeral 19 denotes an oil seal.

動力伝達ボール９０は、スリップを起こしにくいようにドライブコーン７２とドリブンコーン８２とに強く押し付けられる。ボール面にトラクション油があると、油の粘性で最大摩擦力まで力を伝達する。 The power transmission ball 90 is strongly pressed against the drive cone 72 and the driven cone 82 so as not to easily cause a slip. If there is traction oil on the ball surface, the force is transmitted to the maximum frictional force due to the viscosity of the oil.

動力伝達ボール９０は、ボールリテーナ９１で保持されている。その保持構造は、ボールベアリングにおけるボールの保持構造と同様の構造を採用し得る。
ボールリテーナ９１には、ロッド９２が設けられており、このロッド９２が入力側ケース７４にスライド可能に保持されていることで、ボールリテーナ９１および動力伝達ボール９０は、入力軸７０のスラスト方向（Ｓ）に移動可能に入力側ケース７４に取り付けられている。 The power transmission ball 90 is held by a ball retainer 91. The holding structure may employ a structure similar to the ball holding structure in the ball bearing.
The ball retainer 91 is provided with a rod 92. The rod 92 is slidably held by the input side case 74, so that the ball retainer 91 and the power transmission ball 90 are in the thrust direction of the input shaft 70 ( S) is attached to the input side case 74 so as to be movable.

ロッド９２にはばね受部９３が設けられており、このばね受部９３と入力側ケース７４との間にスプリング（圧縮ばね）９５が設けられ、その付勢力によって、動力伝達ボール９０とドライブコーン７２との間に予圧が付与される。
動力伝達ボール９０の個数は３個以上であれば任意であるが、伝達効率を高めるためには３個とするのが望ましい。 The rod 92 is provided with a spring receiving portion 93, and a spring (compression spring) 95 is provided between the spring receiving portion 93 and the input side case 74, and the power transmission ball 90 and the drive cone are urged by the biasing force. A preload is applied between the two.
The number of power transmission balls 90 is arbitrary as long as it is three or more, but is preferably three in order to increase transmission efficiency.

図２に示すように、排気タービンケーシング２５には、排気ガス入り口２６から排気タービンインペラ２２へ供給される排気ガス量を調整するためのウエストゲートバルブ１９が設けられている。 As shown in FIG. 2, the exhaust turbine casing 25 is provided with a waste gate valve 19 for adjusting the amount of exhaust gas supplied from the exhaust gas inlet 26 to the exhaust turbine impeller 22.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において適宜変形実施可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately modified within the scope of the gist of the present invention.

１０：ターボ過給装置
２０：排気タービン
３０：低圧段コンプレッサ
４０：高圧段コンプレッサ
３３：低圧段用通路
３４：分岐路（高圧段用通路）
４３：２段圧縮用通路
５０：切替弁
６０：減速機
７０：入力軸
７１先端部
７２：ドライブコーン
７２ｓ：外周面
７３：ヘリカルスプライン
８０：出力軸
８１：先端部
８２：ドリブンコーン
８２ｓ：内周面
９０：動力伝達ボール 10: Turbocharger 20: Exhaust turbine 30: Low-pressure stage compressor 40: High-pressure stage compressor 33: Low-pressure stage passage 34: Branch path (high-pressure stage passage)
43: Two-stage compression passage 50: Switching valve 60: Reduction gear 70: Input shaft 71 tip 72: Drive cone 72s: Outer peripheral surface 73: Helical spline 80: Output shaft 81: Tip 82: Driven cone 82s: Inner periphery Surface 90: Power transmission ball

Claims

１つの排気タービンと、この排気タービンで駆動される、外径が異なる大小２つのコンプレッサとを備え、
外径の小さいコンプレッサは、その高圧段コンプレッサインペラを排気タービンインペラと背中合わせにして一体的に構成して排気タービンと一緒に回転する高圧段コンプレッサを構成し、
外径の大きいコンプレッサは、前記排気タービンに対し、前記高圧段コンプレッサを排気タービンとの間に介在させた状態で排気タービン軸と同一直線上に配置され排気タービンで駆動される低圧段コンプレッサを構成し、
低圧段コンプレッサからエンジンへ空気を供給する低圧段用通路には分岐路を設けてこの分岐路を前記高圧段コンプレッサへ空気を供給する高圧段用通路とし、
低圧段用通路と高圧段用通路との間には、低圧段用通路を閉じて低圧段コンプレッサからの空気を高圧段用通路に導くか、低圧段用通路を開けて低圧段コンプレッサからの空気をエンジンへ向けて導く切替弁を設け、
高圧段コンプレッサとエンジンとの間には、高圧段コンプレッサからの空気をエンジンへ向けて供給する２段圧縮用通路を設けて、該２段圧縮用通路の一部を前記排気タービンの背部である前記高圧段コンプレッサ側における高圧段コンプレッサインペラの周りに配置し、
前記高圧段コンプレッサと低圧段コンプレッサとを、減速機を介して連結し、
該減速機は、
高圧段コンプレッサに接続される入力軸と、
低圧段コンプレッサに接続される出力軸と、
入力軸の先端部に設けられたドライブコーンと、
入力軸の先端部に対向する、出力軸の先端部に設けられ、前記ドライブコーンの外周面に動力伝達ボールを介して対向する内周面を有するドリブンコーンと、
を備え、
入力軸の先端部とドライブコーンとは、入力軸のトルクが大きくなるほど、ドライブコーンの出力軸側へのスラスト力を大きくするヘリカルスプラインを介して連結されているとともに、
前記ドライブコーンとドリブンコーンとの間において前記動力伝達ボールを保持するボールリテーナが設けられていることを特徴とするターボ過給装置。 Comprising one exhaust turbine and two large and small compressors driven by this exhaust turbine and having different outer diameters ;
The compressor with a small outer diameter is configured integrally with the high-pressure compressor impeller back to back with the exhaust turbine impeller to form a high-pressure compressor that rotates together with the exhaust turbine,
The compressor having a large outer diameter constitutes a low-pressure stage compressor that is arranged on the same straight line as the exhaust turbine shaft and driven by the exhaust turbine with the high-pressure stage compressor interposed between the exhaust turbine and the exhaust turbine. And
A branch path is provided in the low pressure stage passage for supplying air from the low pressure stage compressor to the engine, and this branch path is used as a high pressure stage passage for supplying air to the high pressure stage compressor.
Between the low-pressure stage passage and the high-pressure stage passage, the low-pressure stage passage is closed and the air from the low-pressure stage compressor is guided to the high-pressure stage passage, or the low-pressure stage passage is opened and the air from the low-pressure stage passage is opened. A switching valve that guides the engine toward the engine
A two-stage compression passage for supplying air from the high-pressure compressor to the engine is provided between the high-pressure compressor and the engine, and a part of the two-stage compression passage is a back portion of the exhaust turbine. Arranged around the high-pressure compressor impeller on the high-pressure compressor side,
The high-pressure stage compressor and the low-pressure stage compressor are connected via a speed reducer,
The speed reducer
An input shaft connected to the high pressure stage compressor;
An output shaft connected to the low pressure compressor;
A drive cone provided at the tip of the input shaft;
A driven cone that is provided at the tip of the output shaft, facing the tip of the input shaft, and has an inner circumferential surface that faces the outer circumferential surface of the drive cone via a power transmission ball;
With
The tip of the input shaft and the drive cone are connected via a helical spline that increases the thrust force toward the output shaft of the drive cone as the torque of the input shaft increases.
A turbocharger , wherein a ball retainer for holding the power transmission ball is provided between the drive cone and the driven cone .