JP2005214094A

JP2005214094A - 過給機

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Publication number: JP2005214094A
Application number: JP2004022590A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Inoue; 智裕井上
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2024-01-30
Also published as: JP4432511B2

Abstract

【課題】筐体の内部で流体軸受けの周りに内部空間が設けられている過給機において、上記流体軸受けに使用された流体を、効率良く回収する。
【解決手段】筐体３の内部で流体軸受け７を介して筐体３に対して回転する回転軸部材５と、コンプレッサ９と、タービン１１とを備え、筐体３の内部で流体軸受け７の周りに内部空間１３が設けられている過給機１において、流体軸受け７から内部空間１３まで貫通している貫通孔３７を具備し、流体軸受け７から、流体軸受け７で使用された流体を筐体３の外部に排出するために内部空間１３と連結して筐体３に設けられている流体排出孔の開口部１５に向かって、回転軸部材５の回転中心軸ＣＬ１の延伸方向と斜めに交差する方向で、貫通孔３７が、延伸して形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、過給機に係り、特に、過給機の回転軸部材を支持する流体軸受けに使用された流体を効率良く回収するものに関する。

図２は、従来の過給機１００の概略構成を示す図である。

従来、回転軸部材１０２を支持する流体軸受１０４に使用された潤滑油等の流体を、タービン１０６側に設けられた空間１０８と、切り欠き１１０等とを介して、筐体１１２の内部空間１１４に排出する構成の過給機１００が知られている。（たとえば特許文献１参照）。
実開５７−１１９１６５号公報

ところで、上記従来の過給機１００では、回転軸部材１０２のタービン１０６側の端部１０２Ａだけでなく、コンプレッサ１１６側の端部１０２Ｂ側からも、流体軸受け１０４からの流体を回収する必要がある。そして、上記両端部から内部空間１１４に排出された流体を、筐体１１２の外部に効率良く排出するために、開口部１１８が、上記各端部１０２Ａ、１０２Ｂの中間部に設けられている。

また、上記切り欠き１１０は、上記回転軸部材１０２の回転中心軸の延伸方向に直角な方向に延伸しているので、流体軸受け１０４から排出された流体が、矢印ＡＲ１１もしくはＡＲ１３の方向（上記回転軸部材１０２の回転中心軸の延伸方向に直角な方向等）に勢い良く排出される。

そして、上記矢印ＡＲ１１やＡＲ１３の方向には、開口部１１８が存在していないので、上記矢印ＡＲ１１やＡＲ１３の方向に排出された流体は、内部空間１１４の内壁１１４Ａにぶつかる。

ここで、排出された流体が少量なら特に問題はないが、回転軸部材１０２はたとえば１分間に１０万回転しており、したがって、排出される流体の量は多くしかも流速も速い。

そこで、上記排出された流体が、内部空間１１４の内壁１１４Ａにぶつかり跳ね返って、リング状に形成された空間（奥側に形成されている空間）１１４Ｂの部位にたまり、開口部１１８のほうには排出されにくく、上記流体軸受け１０２に使用された流体を、効率良く排出できないという問題がある。

上記問題は、近年の高効率化の要求に応じた過給機において一層顕著になってきている。なぜなら、過給機の高効率化のために、回転軸部材１０２の回転数を一層速くし流体軸受け１０４に使用する流体の流量を多くしているからである。

また、上記問題は、コンプレッサ１１６側においても発生する場合がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、筐体と、この筐体の内部で流体軸受けを介して上記筐体に対して回転する回転軸部材と、この回転軸部材の一端部に設けられたコンプレッサと、上記回転軸部材の他端部に設けられたタービンとを備え、上記筐体の内部で上記流体軸受けの周りに内部空間が設けられている過給機において、上記流体軸受けに使用された流体を、効率良く回収することができる過給機を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、筐体と、この筐体の内部で流体軸受けを介して上記筐体に対して回転する回転軸部材と、この回転軸部材の一端部に設けられたコンプレッサと、上記回転軸部材の他端部に設けられたタービンとを備え、上記筐体の内部で上記流体軸受けの周りに内部空間が設けられている過給機において、上記流体軸受けから上記内部空間まで貫通している貫通孔を具備し、上記流体軸受けから、上記流体軸受けで使用された流体を上記筐体の外部に排出するために上記内部空間と連結して上記筐体に設けられている流体排出孔の開口部に向かって、上記回転軸部材の回転中心軸の延伸方向と斜めに交差する方向で、上記貫通孔が、延伸して形成されている過給機である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の過給機において、上記筐体は一体的に形成されており、上記貫通孔は、上記開口部および／または上記タービンを設置するための貫通孔から機械加工によって形成可能な形状である過給機である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の過給機において、上記貫通孔は、上記タービン側の上記流体軸受け端部およびこの近傍から上記内部空間まで貫通している孔である過給機である。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の過給機において、上記流体軸受けは、上記筐体に対して僅かに移動するように外径で係合しているブッシュを備え、このブッシュの内径で上記回転軸部材を回転自在に支持しているセミフロート式のものであり、上記流体軸受けの上記タービン側の部位であって、上記内部空間と上記ブッシュの上記タービン側の端部との間の部位には、上記ブッシュと上記筐体との間および上記ブッシュと上記回転軸部材との間から出てきた流体を一次的に蓄えることができる小さなリング状の空間が設けられており、上記貫通孔が、上記リング状の空間と、上記ブッシュの上記タービン側の部位とにまたがって形成されている過給機である。

請求項５に記載の発明は、筐体と、この筐体の内部で流体軸受けを介して上記筐体に対して回転する回転軸部材と、この回転軸部材の一端部に設けられたコンプレッサと、上記回転軸部材の他端部に設けられたタービンとを備え、上記筐体の内部で上記流体軸受けの周りに内部空間が設けられている過給機において、上記タービン側の上記流体軸受け端部およびこの近傍から上記内部空間まで貫通している貫通孔を有し、この貫通孔は、上記流体軸受けに使用された流体を上記流体軸受けの外部に搬出する際、上記タービンから離反する方向の速度成分を上記流体が含むような形状に形成された貫通孔である過給機である。

本発明によれば、筐体と、この筐体の内部で流体軸受けを介して上記筐体に対して回転する回転軸部材と、この回転軸部材の一端部に設けられたコンプレッサと、上記回転軸部材の他端部に設けられたタービンとを備え、上記筐体の内部で上記流体軸受けの周りに内部空間が設けられている過給機において、上記流体軸受けに使用された流体を、効率良く回収することができるという効果を奏する。

図1は、本発明の実施形態に係る過給機１の概略構成を示す断面図である。

過給機１は、たとえば、ピストンエンジン等の過給機として使用されるものであり、筐体３を備える。

上記筐体３の内部には、上記筐体３に対して回転する回転軸部材５が設けられており、上記回転軸部材５は、流体軸受け７を介して、上記筐体３に対して回転自在になっている。

上記回転軸部材５の一端部側５Ａには、遠心式のコンプレッサ９が設けられており、上記回転軸部材５の他端部側５Ｂには遠心式タービン１１が設けられている。より詳しく説明すると、上記コンプレッサ９のコンプレッサ羽根９Ａと上記タービン１１のタービン羽根１１Ａと上記回転軸部材５とは、一体的に形成され、いっしょに回転するようになっている。

そして、過給機１は、上述したように、レシプロエンジンまたはロータリエンジンに使用され、たとえば、４サイクルピストンエンジンから出てきた高温高圧の排気ガスで上記タービン１１を回転駆動し、この回転によって上記コンプレッサ９を回転駆動し、このコンプレッサ９の回転によって得られた圧縮空気を、上記エンジンに供給するようになっている。

なお、上記圧縮空気は、上記エンジンのシリンダ内での燃料の燃焼に供され、この燃焼によって上記高温高圧の排気ガス（上記タービン１１を回転駆動する燃焼ガス）が排出されるものである。

また、上記筐体３の内部であって、上記流体軸受け７の周りに内部空間１３が設けられている。

上記内部空間１３は、上記回転軸部材５の回転中心軸ＣＬ１の延伸方向で、上記タービン側部位１３Ａ（リング状の奥側部位１３Ａ）と、上記コンプレッサ側部位１３Ｂと、中央部１３Ｃとにより形成されている。上記中央部１３Ｃに、開口部１５が設けられている。

上記タービン側部位１３Ａが形成されている理由は、上記流体軸受け７から出てきた流体（たとえばオイル等の潤滑油）が、タービン１１側に漏れ出すことを防止するためである。すなわち、上記タービン側部位１３Ａが形成されていることにより、上記流体軸受け７の端部（タービン１１側の端部）から出てきた流体が、タービン１１側に漏れ出さないようになっている。なお、上記コンプレッサ側部位１３Ｂも同様の理由で形成されている。

また、上記タービン側部位１３Ａとタービン１１との間には、流体の漏れを防止するためのリング状のシール部材１２が設けられており、上記コンプレッサ側部位１３Ｂとコンプレッサ９との間には、流体の漏れを防止するためのリング状のシール部材１４が設けられている。

次に、流体軸受け７について詳しく説明する。

流体軸受け７は、上記回転軸部材５がこの回転中心軸ＣＬ１の延伸方向に移動することを防止するためのスラスト軸受け１７と、上記回転軸部材５がこの回転中心軸ＣＬ１の延伸方向に対して直交する方向に移動することを防止するためのラジアル軸受け１９とによって構成されている。なお、上記スラスト軸受け１７は、一般的に、温度上昇の少ないコンプレッサ９側に設けられている。

上記スラスト軸受け１７は、上記回転軸部材５に一体的に設けられたリング状の部材２１を備え、このリング状の部材２１は、上記筐体３に一体的に設けられたリング状の各部材２３、２５によって、挟みこまれている。

なお、上記部材２１と上記部材２３との間には、リング状の僅かな隙間Ｇ１が形成されており、上記部材２１と上記部材２５との間には、リング状の僅かな隙間Ｇ３が形成されている。

上記筐体３に設けられた貫通孔２７を介して、上記エンジンの潤滑油が供給され、この供給された潤滑油が、上記各隙間Ｇ１、Ｇ３に送られて、流体軸受け１７が形成され、上記各隙間Ｇ１、Ｇ３から出てきた流体が、たとえば、矢印ＡＲ１や矢印ＡＲ５で示すように、開口部１５に向かって排出されるようになっている。

上記ラジアル軸受け１９は、円筒形状のブッシュ２９を備え、このブッシュ２９の両端部（回転中心軸ＣＬ１の延伸方向における両端部）２９Ａ、２９Ｂ側の各外径が、上記筐体３に設けられた円柱形状の孔３１に係合している。ここで、上記各両端部２９Ａ、２９Ｂ側における上記ブッシュ２９の外径は、上記孔３１の内径よりも僅かに小さくなっており、上記筐体３と上記ブッシュ２９との間には、薄い円筒状の隙間Ｇ５が形成されている。

また、上記ブッシュ２９の両端部２９Ａ、２９Ｂ側の各内径が、上記円柱形状の回転軸部材５に係合している。ここで、上記各両端部２９Ａ、２９Ｂ側における上記ブッシュ２９の内径は、上記回転軸部材５の外径よりも僅かに大きくなっており、上記回転軸部材５と上記ブッシュ２９との間には、薄い円筒状の隙間Ｇ７が形成されている。

なお、上記ブッシュ２９の中央部の外径側にはリング状の空間ＳＰ１が形成され、内径側には、リング状の空間ＳＰ３が形成されている。また、上記各空間ＳＰ１、ＳＰ３は、ブッシュ２９に設けた貫通孔２８により、互いが連通している。

また、上記ブッシュ２９は、ピン３３によって支持されている。そして、上記ブッシュ２９は、上記筐体３に対して僅かに移動するようになっており、上記ブッシュ２９の内径で上記回転軸部材５が回転自在になっている。このように構成されている軸受けをセミフロート式軸受けという。

なお、上記セミフロート式軸受けから、上記ピン３３を削除し、筐体３に対して、ブッシュ２９を回転自在にした構成ものをフルフロート式軸受けという。本実施形態では、セミフロート式のもので説明しているが、フルフロート式の流体軸受けであっても、本実施形態を適用することができる。

また、上記流体軸受け７の上記タービン１１側の部位であって、上記内部空間１３（内部空間１３Ａ）と上記ブッシュ２９の上記タービン１１側の端部２９Ｂとの間の部位には、上記ブッシュ２９と上記筐体３との間および上記ブッシュ２９と上記回転軸部材５との間（隙間Ｇ５、Ｇ７）から出てきた流体（流体軸受け７に使用された流体）を一次的に蓄えることができる小さなリング状の空間３５が設けられている。

そして、上記貫通孔２７を介して供給された流体の一部が、各空間ＳＰ１、ＳＰ３を通り、各隙間Ｇ５、Ｇ７を通るときにラジアル軸受け（コンプレッサ９側のラジアル軸受け）１９を構成し、他の流体が、各空間ＳＰ１、ＳＰ３を通り、各隙間Ｇ５、Ｇ７を通るときにラジアル軸受け（タービン１１側のラジアル軸受け）１９を構成する。

なお、タービン１１側のラジアル軸受け１９を構成した流体が、リング状の空間３５や貫通孔３７を通って、矢印ＡＲ３のように搬出される。一方、コンプレッサ９側のラジアル軸受け１９を構成した流体は、スラスト軸受け１７に供給され、矢印ＡＲ１や矢印ＡＲ５で示すように搬出される。

そして、排出された流体は、エンジンに戻され、貫通孔２７を介して再び供給されるようになっている。

ここで、貫通孔３７について説明すると、貫通孔３７は、上記タービン１１側の上記流体軸受け７から上記内部空間１３まで貫通している孔であり、上述したように、上記流体軸受け７に使用された流体を上記流体軸受け７の外部に搬出するための貫通孔である。

また、貫通孔３７は、上記流体軸受け７から、上記流体軸受け７で使用された流体を上記筐体３の外部に排出するために上記内部空間１３と連結して上記筐体３に設けられている流体排出孔の開口部１５に向かって、上記回転軸部材５の回転中心軸ＣＬの延伸方向と斜めに交差する方向で、直線状に延伸して形成されている。

換言すれば、上記貫通孔３７は、上記タービン１１側の上記流体軸受け７の端部およびこの近傍から上記内部空間１３まで貫通しており、上記貫通孔３７は、上記流体軸受け７に使用された流体を上記流体軸受け７の外部に搬出する際、上記タービン１１から離反する方向の速度成分を上記流体が含むような形状に形成されているということができる。

また、上記筐体３は、たとえば鋳造により１つの部品として一体的に形成されており、上記貫通孔３７は、上記開口部１５や上記タービン１１を設けるために筐体３に設けられている貫通孔３８から機械加工（たとえば、ドリル加工やエンドミル加工）によって形成可能な形状でになっている。

なお、上記貫通孔３７を上記開口部１５のみから加工し形成できるようにしてもよいし、上記貫通孔３７を貫通孔３８のみから加工し形成できるようにしてもよいし、上記貫通孔３７を開口部１５と貫通孔３８との両方から加工し形成できるようにしてもよい。

また、上記貫通孔３７は、上記リング状の空間３５と、上記ブッシュ２９の上記タービン側の部位２９Ｂとにまたがって形成されている。

すなわち、上記１つの貫通孔３７が直線状に設けられているとすると、上記貫通孔３７を通して、上記筐体３の開口部１５から、上記リング状の空間３５と上記ブッシュ２９の外側の側面の一部（上記タービン１１側の端面近傍の部位２９Ｂ）とが、覗けるようになっている。

過給機１によれば、上記流体軸受け７から、上記開口部１５に向かって、上記回転軸部材５の回転中心軸ＣＬ１の延伸方向と斜めに交差する方向で、上記貫通孔３７が延伸して形成されているので、上記貫通孔３７から排出された流体が、従来の過給機１００のように回転軸部材５の回転中心軸ＣＬ１にほぼ直角な方向であって上記開口部１５に向かう方向（図１で示す上記リング状の空間３５から下方に向かう方向；図２に矢印ＡＲ１１で示す方向）に排出されることを防止することができる。

そして、上記下方向への排出がされなくなることにより、たとえば奥側の空間１３Ａと開口部１５との間における流体の流れを阻害する部分（流体が筐体３の内壁に勢いよくぶつかることによって生成される障壁）が形成されにくくなり、奥側の空間１３Ａ等に流体が滞留することを防ぐことができ、上記流体軸受け７に使用された流体を、効率良く回収することができる。すなわち、筐体３の外部へ効率良く流体を排出することができる。

さらに、奥側の空間１３Ａへ流体が滞留することを防ぐことができるので、タービン１１への流体の漏れを防ぐことができる。

また、過給機１によれば、上記筐体３が一体的に形成されており、上記貫通孔３７は、上記開口部１５や上記タービン１１を設けるための貫通孔３８から機械加工によって形成可能な形状であるので、分割するよりも安価に筐体３を製造することができると共に、上記貫通孔３７を形成することが容易になっている。

また、従来の筐体をそのまま使用して、貫通孔３７を形成するようにすれば、筐体に大きな設計変更を施すことなく、たとえば、筐体が鋳物である場合には、木型等を変更することなく、流体を効率良く排出可能な過給機を提供することができる。

また、上記開口部１５から機械加工によって形成可能な形状であれば、上記貫通孔３７の形態（大きさや回転軸部材５の回転中心軸ＣＬ１に対する交差角度）を自由にすることができる。

ところで、上述したように、流体軸受け７のうちのスラスト軸受け１７は、コンプレッサ９側に設けられていいる。したがって、コンプレッサ９側の流体軸受け端部から排出される流体は、上記スラスト軸受け１７を形成しているリング状の部材２３とこの部材に形成されているリング状の凹部（コンプレッサとは反対側に形成されている凹部）２３Ａとによって、開口部１５に向けて排出されやすくなっている。したがって、タービン１１側に設けたような貫通孔３７を、コンプレッサ９側に設ける必要性は少ない。

これに、対して、タービン１１側では、スラスト軸受け１７を形成している上記部材２３が存在せず、流体軸受け７から排出された流体が、上記タービン１１の側に行きやすい。

したがって、上述したようにタービン１１側に貫通孔３７を好適に設けることにより、タービン１１への流体の漏れを防ぐことができる。

また、過給機１によれば、上記流体軸受け７の上記タービン１１側の部位に、流体軸受け７に使用された流体を一次的に蓄えることができる小さなリング状の空間３５を設けてあるので、この空間３５で流体を一時的に回収することができ、また、流体軸受け７を、セミフロート式のものとしているので、フルフロート式のものに比べて安価に流体軸受けを形成することができ、さらに、上記貫通孔３７を、上記リング状の空間３５と上記ブッシュ２９の上記タービン側の部位２９Ｂとにまたがって形成することができるで、貫通孔３７の径を大きくすることができ、貫通孔３７を加工形成しやすいと共に、一層効率良く流体を排出することができる。

なお、フルフロート式のものでは、上述のようにまたがった貫通孔３７を形成すると、ブッシュ２９の外径も滑り対偶をなしているので、流体軸受けの一部が損なわれることになり、好ましくないが、ブッシュ２９の外径が滑り対偶をなしていないセミフロート式の軸受けでは、上述のようにまたがって貫通孔３７を形成しても問題はほとんど無い。

なお、上記実施形態では、スラスト軸受け１７がコンプレッサ９側に設けられているが、タービン１１側にスラスト軸受け１７を設けてもよい。この場合は、上記貫通孔３７は、コンプレッサ９側に設けられることになる。

本発明の実施形態に係る過給機の概略構成を示す断面図である。従来の過給機の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１過給機
３筐体
５回転軸部材
７流体軸受け
９コンプレッサ
１１タービン
１３内部空間
１５開口部
２９ブッシュ
３５空間
３７貫通孔

Claims

筐体と、この筐体の内部で流体軸受けを介して上記筐体に対して回転する回転軸部材と、この回転軸部材の一端部に設けられたコンプレッサと、上記回転軸部材の他端部に設けられたタービンとを備え、上記筐体の内部で上記流体軸受けの周りに内部空間が設けられている過給機において、
上記流体軸受けから上記内部空間まで貫通している貫通孔を具備し、上記流体軸受けから、上記流体軸受けで使用された流体を上記筐体の外部に排出するために上記内部空間と連結して上記筐体に設けられている流体排出孔の開口部に向かって、上記回転軸部材の回転中心軸の延伸方向と斜めに交差する方向で、上記貫通孔が、延伸して形成されていることを特徴とする過給機。
請求項１に記載の過給機において、
上記筐体は一体的に形成されており、上記貫通孔は、上記開口部および／または上記タービンを設置するための貫通孔から機械加工によって形成可能な形状であることを特徴とする過給機。
請求項１または請求項２に記載の過給機において、
上記貫通孔は、上記タービン側の上記流体軸受け端部およびこの近傍から上記内部空間まで貫通している孔であることを特徴とする過給機。
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の過給機において、
上記流体軸受けは、上記筐体に対して僅かに移動するように外径で係合しているブッシュを備え、このブッシュの内径で上記回転軸部材を回転自在に支持しているセミフロート式のものであり、
上記流体軸受けの上記タービン側の部位であって、上記内部空間と上記ブッシュの上記タービン側の端部との間の部位には、上記ブッシュと上記筐体との間および上記ブッシュと上記回転軸部材との間から出てきた流体を一次的に蓄えることができる小さなリング状の空間が設けられており、
上記貫通孔が、上記リング状の空間と、上記ブッシュの上記タービン側の部位とにまたがって形成されていることを特徴とする過給機。
筐体と、この筐体の内部で流体軸受けを介して上記筐体に対して回転する回転軸部材と、この回転軸部材の一端部に設けられたコンプレッサと、上記回転軸部材の他端部に設けられたタービンとを備え、上記筐体の内部で上記流体軸受けの周りに内部空間が設けられている過給機において、
上記タービン側の上記流体軸受け端部およびこの近傍から上記内部空間まで貫通している貫通孔を有し、この貫通孔は、上記流体軸受けに使用された流体を上記流体軸受けの外部に搬出する際、上記タービンから離反する方向の速度成分を上記流体が含むような形状に形成された貫通孔であることを特徴とする過給機。