JP2004116514A - ターボ過給機 - Google Patents

Abstract

　
【課題】ブローバイ現象と、圧縮空気のコンプレッサ側からのアクセスとを低減又は防止すること。
【解決手段】ターボ過給機１は、回転の軸を規定するローター軸５を備える。タービンハウジング２は、排気ガスをタービンハウジングに供給するための少なくとも１つのガス供給流路と、ガス排気ガス排出流路を含んでいる。ローター軸の一方の端部は、タービンハウジング内に突き出ている。タービンローター４が、ローター軸５に取り付けられる。コンプレッサハウジング３は、タービンハウジングに接続され、圧縮される空気を供給するための少なくとも１つの給気流路と、圧縮後の前記空気を送出するための排出流路を含む。ローター軸の他方の端部はコンプレッサハウジング内に突き出し、コンプレッサローター２１を支持する。ローター軸を支持する軸受がある。この軸受はコンプレッサローターの領域内にあり、互いに軸方向に隔てて配置された２つのシールを含む。
【選択図】　図１

Description

　本発明は、回転の軸を規定するローター軸を備えたターボ過給機に関する。

　ローター軸の一方の端部は、排気ガス用の少なくとも１つの供給流路を有するタービンハウジング内に突き出ていて、該ローター軸には少なくとも１つのタービンローターが固定されており、従って回転可能に支持されている。供給流路からの排気ガスはタービンローターの周辺部に給送される。更に、少なくとも１つの給気流路を備えたコンプレッサハウジングがある。このコンプレッサハウジング内に、ローター軸の他方の端部が突き出ている。ローター軸のこの端部には、少なくとも１つのコンプレッサローターが固定されており、その周辺部から圧縮された空気が排出流路に排出される。少なくともコンプレッサローターの領域には軸受装置が設けられるが、この軸受装置はシール装置を備えている。

　この種のターボ過給機では、作動時に「ブローバイ（ｂｌｏｗ−ｂｙ）」と呼ばれる現象が発生する。これは、排気ガス圧が上昇すると、即ち回転数が上がると、排気ガスが、タービンハウジングから不可避に漏出して、タービンハウジングとコンプレッサハウジングの中間にある別の軸受ハウジングに収容されていることが多い軸受の領域に流れ込む傾向が観察されるというものである。同様に、回転数が上がり充填圧が上昇すると、コンプレッサハウジング内に吸い込まれた空気が、コンプレッサ側のシール、例えばピストンリングを超えて軸受又は中間の軸受ハウジングの領域に流れ込む傾向がある。

　更には、充填圧が低く回転数が高いと、空気と、軸受の領域からの排気ガスとの油状混合気がコンプレッサハウジングの方向に流れ、放出挙動が悪化する可能性がある。

　本発明の目的は、上記「ブローバイ（吹き抜け）」現象と、例えば、圧縮空気のコンプレッサ側からのアクセスとを低減又は防止することである。

　本発明は、一般的に、軸受は通常ピストンリングなどのシール装置を既に備えてはいるものの、「ブローバイ」ガスの増加は、とりわけ、コンプレッサ側から発生するという認識に基づいている。

　本発明によれば、上記目的は、シール装置が第１シールの他に間隔を空けて設けられた第２シールを備え、吸気流路が前記第１シールと第２シールの間の中間空間に接続されることで実現される。

　このようにして、ガスは吸い出されることになり、一方では「ブローバイ」効果に対する良好な防護が第２シールによって実現される。
　本出願によれば、吸気流路に真空を提供する真空源は、コンプレッサローター自身の吸気側によって、及び／又は（例えば、噴射ポンプの形態をした）排気ガスを供給する燃焼モータすなわち発動機からの排気ガスダクトによって形成される。代わりに又は追加して、真空源自体を形成するか、又は真空源に接続されているか、何れかの油分分離機を用いてもよい。

　本発明に関する更に詳細なことは、図面に概略的に示している好適な実施形態についての以下の説明から明らかになるであろう。
　図１によれば、ターボ過給機１（中央部のみを図示し、左右部分は省略している）は、従来通り、タービンハウジング部２と、タービンハウジング２に接続されているコンプレッサハウジング部３を有し、双方共に回転軸線Ｒに沿って配置されている。タービンハウジング部２は断面で示され、図示のように、タービンローター４は、回転軸線Ｒの軸周りに回転可能に取り付けられている（回転軸線を中心に回転する軸５に取り付けられている）。タービンローター４は、ハウジング中心部６に支持されたローター軸５の一方の端部に取り付けられている。

　なお、ローター軸の「端部」という用語は、それぞれタービンハウジングに突き出た軸部分（一方の端部）又はコンプレッサハウジングに突き出た軸部分（他方の端部）を意味する。しかしながら、軸を、例えば第１タービンハウジングに向かい合う第２タービンハウジング内まで延ばすことも知られており、この実施形態も本発明の範囲内に含まれる。更に、上記中央部６は、タービンハウジングとコンプレッサハウジングの間の中間の別体の軸受ハウジングを構成してもよい。

　タービンハウジング２は、排気ガスを燃焼発動機からタービンローター４に供給するための、排気ガス供給用の、少なくとも１つの概ね環状に伸張した供給流路９を備えている。タービンローターへの供給は、図示の実施形態では、可変幾何学形状（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）の所謂案内格子のベーン７を通して行われる（それ自体知られているので詳細説明を省略）が、このベーンは、ベーン７を軸旋回させるために軸支持リング又はノズルリング１０によって支持されている調整軸８により、（タービンローター４に対して半径方向又は接線方向に）位置を調整することができるようになっている。また、これとは別に、２つ以上の供給流路を設けてもよく、特に２つ以上のタービンローターが軸５に取り付けられている場合にはそうである。

　このようにして、ローター軸４の他方の端部に取り付けられたコンプレッサローター２１は、タービンローター４により駆動される。このコンプレッサローター２１は、軸方向の給気流路１３’を通して吸気を行い、その空気を圧縮して排出流路１１（排気ガス供給流路９と同様に形成され、コンプレッサローター２１を囲んでいる）を通して吹き出す。類似の構成では、タービンハウジング２は、排気ガス排出流路として働く軸方向流路１３”も有している。

　ローター軸は、ニップルＮが内孔１４及び１５を通して潤滑のために圧力負荷を加える軸受装置１２で支持されている。この圧力負荷は、コンプレッサローターにより圧縮された空気の圧力に部分的には対抗するが、高回転数及び高充填圧では、空気はハウジングの中心部６に流れていく傾向がある。

　これを防止するために、シール装置１６を有する本発明の実施形態が提供されており、これを図１及び図２に示し、以下に説明する。
　図２によれば、シール装置１６（図１参照）は、ハウジング壁と軸方向軸受２３で形成されている。軸方向に支持する場合、固定軸受部２４（これも図１を参照）は、ローター軸５に接続されている２つのローター部材２５、２６の一方と係合する。上記部品２５、２６が別体の部品であるか、或いは、ローター軸部材５に、例えば旋盤加工又はフライス加工などによって対応して成形された共に回転する構成要素であるかは重要ではない。これは、後に論じる溝３０、３０’にも当てはまる。しかしながら、滑らかな軸部材５及び対応して機械加工又はフライス加工された共に回転する部材２５、２６であるのが望ましい。

　軸受ハウジング部２７又はシール領域２２の内壁２８上には、（少なくとも）２つのピストンリング２９、２９’が軸方向に互いに間隔を空けて壁２８にしっかりと取り付けられている。これらピストンリング２９、２９’は、それぞれ、軸５に固定された回転する部材の１つに設けられた溝３０又は３０’に係合し（又は、軸部材５自体に機械加工された溝に係合し）、一種のラビリンスシールを形成している。なお、本発明の範囲内で、リップシールなど他型式のシールを使用することもできる（が、軸５の回転数が高く、それに応じて接触シールは磨耗するので、あまり好ましくはない）。しかしながら、何れの場合でも、以下に説明するように、（少なくとも）２つのシールを互いに間隔を空けて設けることが重要である。

　これら２つのシール装置２９と３０の間には空間３１が残され、この空間３１は、特に軸５上の共に回転する部材の１つ、又は軸５自体に機械加工された溝３２の分だけ拡大されているのが望ましい。この拡大部は、基本的には、軸５の周辺部、又は軸に固定された共に回転する部材を覆って伸張していてもよいが、環状溝として形成されるのが望ましい。このようにして、垂直内孔３３の形態をした吸出し流路（図１）と連結傾斜内孔３４は、図示のように、この空間３１（図２）に存在する可能性のある全てのガスを、ガスに含まれている潤滑油など全ての不純物と共に吸い出すことができる。このガスは、傾斜内孔３４を通ってホースニップル３５に排出され、ホース３６は真空源に繋がっている。

　この真空源は各種考えられる。図１では、三方弁を回すことにより幾つかの可能性が選択できるが、用途によっては、図示の真空源を１つだけ使用する（この場合、弁３７は省略できる）か、又はそのうちの２つだけ（又は他の種類の既知の真空源）を使用するかの何れかで十分である。切換は、例えばローター軸５の回転数の関数、又は排気ガス又は圧縮空気の圧力の関数、又は図１に概略図示しているだけの燃焼モータすなわち発動機Ｍの作動モードの関数として、手動又は自動の何れかで実施することができる。

　このようにして、コンプレッサローター２１の吸込み側を三方弁３７と導管３８により選択することができ、又は代わりに、燃焼発動機Ｍの排気ガス導管３９を選択し、その場合には、燃焼発動機Ｍの排気ガスが、ターボ過給機を通過しないか又は燃焼発動機Ｍから軸方向パイプ１３”を通って排気された後に限って、ホース３６に負圧を発生させるために、例えば噴射ポンプ内に使用され、更に又別のやり方では、油分分離機４０を選択することもできる。そのうちのどの真空源を使用するかは、上記のように、用途及びその他の要因によって決まる。程度の差はあれ、図示の真空源を（浴室の組合わせセットと同様に）２つ組み合わせることができる弁３７を使用することも考えられる。例えば、コンプレッサローター２１に流れるガス内の潤滑油の比率が高いと見込まれる運転条件では油分分離機４０を使用し、ガス内の汚染が低い運転条件では導管３８を選択してもよい。

　本発明の範囲内で多くの変更を行うことができる。例えば、溝３２の拡大部は必ずしも軸５又はその共に回転する部材に形成されなくてもよく、前記実施例ほど好ましいとは言えないが、（代替的又は追加的に）シール領域２２の内壁２８に設けてもよい。

ターボ過給機の主要部分の軸方向横断面図である。 図１のＸ部を詳細に示す拡大図である。

符号の説明

　１　ターボ過給機　　　　　　　　　　　２　タービンハウジング部
　３　コンプレッサハウジング部　　　　　Ｒ　回転の軸
　４　タービンローター　　　　　　　　　５　ローター軸
　６　ハウジング中心部　　　　　　　　　７　ベーン
　９　供給流路　　　　　　　　　　　　　１１　排出流路
　１２　軸受装置　　　　　　　　　　　　１３’　供給流路
　１３”　軸方向流路　　　　　　　　　　１６　シール装置
　２１　コンプレッサローター　　　　　　２３　軸方向軸受
　２４　静止軸受部　　　　　　　　　　　２５、２６　ローター部材
　２７　軸受ハウジング部　　　　　　　　２８　内壁
　２９、２９’ピストンリング　　　　　　３０、３０’溝
　３１　空間　　　　　　　　　　　　　　３２　溝
　３３　垂直内孔　　　　　　　　　　　　３４　傾斜内孔
　３５　ホースニップル　　　　　　　　　３６　ホース
　３７　三方弁　　　　　　　　　　　　　３８　導管
　３９　排気ガス導管　　　　　　　　　　４０　油分分離機
　Ｍ　　燃焼発動機

Claims (11)

1. 　ターボ過給機において、
   　回転軸線を画定し、第１端部と第２端部を有するローター軸手段と、
   　排気ガスをタービンハウジング手段に供給するための少なくとも１つのガス供給流路と、少なくとも１つの排気ガス排出流路とを含んでおり、前記ローター軸手段の前記第１端部が中に突き出ているタービンハウジング手段と、
   　前記ローター軸手段上に共に回転するように取り付けられている少なくとも１つのタービンローターであって、前記排気ガスが供給されて駆動されるようになっているタービンローターと、
   　前記タービンハウジング手段に接続されていて、圧縮されることになる空気を供給するための少なくとも１つの給気流路と、圧縮後に前記空気を送り出すための少なくとも１つの排出流路とを含んでおり、前記ローター軸の前記第２端部が中に突き出ているコンプレッサハウジングと、
   　前記ローター軸手段上に、共に回転して前記給気流路から空気を吸込み前記排出流路に送り出すために、取り付けられている少なくとも１つのコンプレッサローターと、
   　前記ローター軸手段を受け入れ、これと係合し、それによって軸受間隙を形成するための内壁手段を有し、前記コンプレッサローターの領域内に配置されている軸受手段であって、更に、軸方向に互いに間隔を空けて配置され、前記軸受間隙をシールし、間に中間空間を残すように配置されている第１及び第２シール手段を含んでいる軸受手段と、
   　真空源と、
   　前記真空源に接続され、前記中間空間まで延びている吸込み流路と、を備えているターボ過給機。
2. 　前記中間空間は、前記軸受け間隙に比較して、少なくとも部分的には拡大部を形成している、請求項１に記載のターボ過給機。
3. 　前記拡大部は、前記回転軸線の周りで伸張する環状室を形成している、請求項２に記載のターボ過給機。
4. 　前記拡大部は、前記ローター軸手段の溝として形成されている、請求項２に記載のターボ過給機。
5. 　前記ローター軸手段は、軸部材と、前記軸部材に固定され前記軸受手段と共に前記軸受間隙を画定し、前記第１及び第２シール手段と協働する少なくとも１つのローター部材とを備えており、前記ローター部材は前記中間空間で前記拡大部を形成している、請求項２に記載のターボ過給機。
6. 　前記第１及び第２シール手段の少なくとも一方は、前記ローター軸手段と前記軸受手段の一方に取り付けられたピストンリング手段を備えており、前記ローター軸手段と前記軸受手段のもう一方には、溝手段が設けられている、請求項１に記載のターボ過給機。
7. 　前記ピストンリング手段は、前記軸受手段の前記内壁に固定されており、前記軸手段は前記ピストンリング手段が係合する環状溝を備えている、請求項６に記載のターボ過給機。
8. 　前記軸手段は、軸部材と、前記軸部材に固定された少なくとも１つのローター部材を備えており、前記環状溝は前記ローター部材に形成されている、請求項７に記載のターボ過給機。
9. 　前記真空源は、前記給気流路により形成され、且つそれに接続されている、請求項１に記載のターボ過給機。
10. 　排気ガスを燃焼発動機から前記供給流路手段に供給する排気ガスダクトを更に備えており、前記真空源は前記排気ガスダクトにより形成され、且つそれに接続されている、請求項１に記載のターボ過給機。
11. 　前記真空源には、後置されている油分分離機が含まれている、請求項１に記載のターボ過給機。
    
    

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