JP2010512481A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

本発明は、ロータシャフト（６）の一方の端部に固定されたコンプレッサホイール（９）を有するコンプレッサ（８）と、タービンホイール（５）を含むタービンロータ（１０）を有するタービン（２）であって、タービンホイール（５）が、ロータシャフト（６）の連結部（１２）に連結できる連結ジャーナル（１７）を有するタービン（２）と、タービンロータ（１０）に設けた少なくとも１つのピストンリング溝（１１、１１’）とを備えたターボチャージャに関する。ピストンリング溝（１１、１１’）は連結ジャーナル（１７）上に配置される。

Description

本発明は、請求項１の前段に記載のターボチャージャに関する。

一般的なタイプのターボチャージャは、欧州特許出願公開第１ ６２１ ７７４Ａ２号明細書から公知である。

そのようなターボチャージャの場合、ピストンリングの溝またはスロットは、必ずロータシャフトに配置されてきた。この場合に、１つのピストンリングに対してスロットを１つ設けるか、または１つのスロット内にピストンリングを２つ配置することが可能である。タービンホイールに隣接するピストンリングスロットは、構造上、タービンホイールからの距離を最小限にする必要があり、かつタービンホイール背面の連結ジャーナルは、軸方向に可能な限り短くされるので、シャフト領域に２つのスロットを導入する場合、これまでは、断面に関してシャフトの強度が弱くなったり、またはシャフトが軸方向に延長されたりしていたが、これは、結果的に、ロータベアリングの安定性に多大な悪影響を及ぼす。タービンホイールおよびロータシャフトが溶接で連結されている場合、溶接点の近辺は材料特性が一様でないために、スロットを配置するのに適さないので、これまで、ピストンリングスロットを任意の所望する態様で配置することが不可能であった。

上記に鑑み、本発明の目的は、請求項１の前段に記載の、内燃機関用のターボチャージャを開発することであり、このターボチャージャは、ピストンリングスロットを配置することで、ロータの軸方向長さを増やすことなく、この構成の強度低下を回避できるようにするタービンロータを有する。

本発明によるターボチャージャに関して言えば、この目的は、請求項１の特徴部によって達成することができる。独立して論じることができる対象であるタービンロータに関して言えば、この目的は、請求項５の特徴部によって達成することができる。

したがって、本発明によるタービンホイール設計を用いると、必要なだけの複数のピストンリング溝をタービンホイールの素材内に完全に一体化させることができる。その結果、先行技術の欠点がなくなる。本発明による設計の利点は、すべてのピストンリング溝が、一方で、ロータシャフトの素材と比較して耐熱性がより高い素材内に置かれ、他方で、ロータシャフトとタービンホイールの間の連結面から離れて相応に配置されることであり、これによって、タービンロータ全体の強度が高まる。

本発明のさらなる詳細、利点、および特徴が以下の例示的な実施形態の説明と図面から明らかになる。

本発明によるターボチャージャの部分破断斜視図を示している。 ２つのピストンリング溝を備えたタービンロータの断面図を示している。

図１には、本発明によるターボチャージャ１が部分破断図で示してある。

ターボチャージ１は、排気ガス導入開口３と排気ガス排出開口４とを含むタービン２を有する。

さらに、タービンホイール５がロータシャフト６の一方の端部に固定されて、タービン２のタービンハウジング内に配置されている。

図１にはブレード７だけを見ることができるが、複数のブレードが、タービンハウジング内で排気ガス導入開口３とタービンホイール５の間に配置されている。

さらに、ターボチャージャ１は、コンプレッサホイール９を含むコンプレッサ８を有し、コンプレッサホイール９は、ロータシャフト６のもう一方の端部に固定されて、コンプレッサ８のコンプレッサハウジング内に配置されている。

当然のことながら、本発明によるターボチャージャ１はまた、ベアリングハウジングユニットを備えたベアリングハウジングなどの、ターボチャージャを構成する他のすべての通常部品を有するが、これら通常部品は、本発明の原理の説明には不要であるので、以下に説明することはしない。

図２には、タービンロータ１０の一部が断面図で示してあり、この断面図は、タービンホイール５の突出した一体型連結ジャーナル１７上に、ピストンリング溝１１、１１’を設けた本発明による構成を含むロータシャフト６およびタービンホイール５を示している。タービンホイール５をこのように設計した結果として、構造上必要なピストンリング溝１１、１１’がすべて、ロータシャフト６の合金材料と比較して耐熱性がより高い、タービンホイール５の素材内に形成された点において成果が得られた。同じ素材内にピストンリング溝１１、１１’があるこの構成により、その溝に挿入される（この図には示していない）各ピストンリングに対する摩擦条件が同じになる。図２に見られるが、ピストンリング溝１１、１１’の位置決めによって、さらに、ロータシャフト６と第１のピストンリング溝１１の間の連結面Ａを必要な距離だけ離すことによって、タービンロータ１０の構成全体の強度が大幅に高くなる。したがって、ピストンリング溝１１、１１’の硬度または硬度ピークが低くなるといった、ロータシャフト６とタービンホイール５を連結する接合加工に起因する不利益な影響を、先行技術と比較して、大幅になくすことができる。

同様に図２の断面図から分かるように、タービンホイール５は円筒状の空洞１５を有し、連結ジャーナル１７のシャフト側軸端面１４からタービンホイール５のホイール背面１３まで測定した空洞の深さＬは、連結ジャーナル１７の長さＢよりも短い。

ロータシャフト６とタービンホイール５は、摩擦溶接または電子ビーム溶接のいずれかを用いて、連結面Ａで相互連結することができる。図２の断面図から分かるように、ロータシャフト６は、短いシャフト突出部１６を有する。電子ビーム溶接を用いた接合加工に対して、タービンホイール５の連結ジャーナル１７に関する本発明による設計は、連結ジャーナル１７をシャフト突出部１６に簡単に圧入できるという利点を有し、連結面Ａにおける２つの部品の素材厚さまたは肉厚に起因する、溶接加工時の応力発生と、その結果として起こり得るクラックの形成との危険性を最小限にすることができる。

本開示の補足として、図１および図２にある本発明の図解が明示的に参照される。

１ ターボチャージャ／排気ガスターボチャージャ
２ タービン
３ 排気ガス導入開口
４ 排気ガス排出開口
５ タービンホイール
６ ロータシャフト
７ ブレード
８ コンプレッサ
９ コンプレッサホイール
１０ タービンロータ
１１、１１’ ピストンリング溝
１２ 連結部
１３ ホイール背面
１４ シャフト側端面
１５ 空洞
１６ シャフト突出部
１７ 連結ジャーナル
Ａ 連結面
Ｌ 空洞の（凹部の）深さ
Ｂ 連結ジャーナルの長さ

Claims (6)

1. ロータシャフト（６）の一方の端部に固定されたコンプレッサホイール（９）を有するコンプレッサ（８）と、
   タービンホイール（５）を含むタービンロータ（１０）を有し、前記タービンホイール（５）が、前記ロータシャフト（６）の連結部（１２）に連結できる連結ジャーナル（１７）を有するタービン（２）と、
   前記タービンロータ（１０）に設けた少なくとも１つのピストンリング溝（１１、１１’）とを備えたターボチャージャ（１）であって、
   前記ピストンリング溝（１１、１１’）が前記連結ジャーナル（１７）上に配置されたことを特徴とするターボチャージャ。
2. 連結面（Ａ）が、最も近接したピストン溝（１１、１１’）から所定の距離離れて、前記ロータシャフト（６）と前記タービンホイール（５）の間に配置されたことを特徴とする、請求項１に記載のターボチャージャ。
3. 前記タービンホイール（５）の前記連結ジャーナル（１７）は円筒状の空洞（１５）を有し、その空洞の深さ（Ｌ）は、前記ロータシャフト（６）のシャフト側軸端面（１４）から前記タービンホイール（５）のホイール背面（１３）まで測定した、前記連結ジャーナル（１７）の長さ（Ｂ）よりも短いことを特徴とする、請求項１に記載のターボチャージャ。
4. 前記タービンホイール（５）と前記ロータシャフト（６）は、摩擦溶接を用いるか、または電子ビーム溶接を用いて連結されることを特徴とする、請求項１に記載のターボチャージャ。
5. ロータシャフト（６）の連結部（１２）に連結できる連結ジャーナル（１７）を有するタービンホイール（５）を備えた、ターボチャージャ（１）のタービンロータ（１０）であって、
   少なくとも１つのピストンリング溝（１１、１１’）を前記連結ジャーナル（１７）上に配置したことを特徴とする、ターボチャージャ（１）のタービンロータ（１０）。
6. 請求項２〜４の特徴部のうちの１つを特徴とする、ターボチャージャ（１）のタービンロータ（１０）。
   

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