JP2008031949A - 過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】ラジアル軸受の外側にスラスト軸受を備え、供給した潤滑油が軸受部からスムーズに排出して潤滑油による抵抗を低減することができる過給機を提供する
【解決手段】タービン軸１２に作用するスラスト力を回転可能に支持するスラスト軸受３０を備える。スラスト軸受３０は、タービン軸と共に回転する円板状のスラストカラー３２と、スラストカラーの軸方向移動を阻止するタービン側スラストベアリング３４及びコンプレッサ側スラストベアリング３６とからなる。コンプレッサ側スラストベアリング３６は、スラストカラーと接する表面にハウジング内から潤滑油を供給する油供給流路３６ａと、タービン軸が貫通する中空貫通孔の内面に設けられた環状の凹溝３６ｂと、この凹溝内に溜まる潤滑油を下方に落下させる油排出流路３６ｃとを有する
【選択図】図２

Description

本発明は、過給機に関する。

圧縮機により密度を高めた空気を機関（エンジン）に供給することを過給（ｓｕｐｅｒｃｈａｒｇｉｎｇ）といい、このうち排気エネルギにより圧縮機の駆動仕事をまかなうものを排気タービン過給機（ｅｘｈａｕｓｔ‐ｇａｓ ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ）と呼ぶ。

排気タービン過給機は、一般的に、軸受ユニットを挟んで配置された圧縮機（コンプレッサ）とタービンからなり、圧縮機はコンプレッサインペラを、タービンはタービンインペラをそれぞれ内蔵する。コンプレッサインペラとタービンインペラは、軸受ユニットで支持された連結軸（シャフト）で互いに連結されており、エンジンの排ガスでタービンインペラを回転駆動し、この回転力を連結軸を介してコンプレッサインペラに伝達し、コンプレッサインペラで空気を圧縮してエンジンに過給するようになっている。

排気タービン過給機の軸受、及びその給油手段として、特許文献１，２が開示されている。

特許文献１の軸受装置は、図４に示すように、軸受ケース７１のスラスト軸受７２，７３の外周に対応する位置に油溜め用空所７４を設け、この空所７４と軸受台７５と排油口７６とを連通する左右各２個所の排油通路７７を設けたものである。

特許文献２の過給機は、図５に示すように、タービンシャフト８１、ラジアル軸受８２、段付き部８３、オイルドレン８４を有する過給機において、ラジアル軸受の側壁面から段付き部までの距離Ｌを、タービン回転数がエンジンのアイドル運転時のタービン回転数より大きい領域で、ラジアル軸受の端部から移動したオイルが段付き部に非接触となる距離としたものである。

実開昭６０−５２３５２号公報、「排気タービン過給機の軸受装置」 特開２００２−５４４４８号公報、「内燃機関用排気タービン式過給機及び過給システム」

排気タービン過給機では、一般的にタービンインペラに作用する圧力がコンプレッサインペラに作用する圧力より高いため、コンプレッサインペラに向かう方向に大きなスラスト力が発生する。
そのため、排気タービン過給機の回転軸を支持するスラスト軸受には十分な量の潤滑油を供給する必要がある。

しかし、ラジアル軸受のコンプレッサ側外側にスラスト軸受を備える場合、コンプレッサ側の潤滑油流路が複雑なため、供給された潤滑油が軸受部から排出しにくくなり、潤滑油による抵抗が増大するおそれがあった。

本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ラジアル軸受のコンプレッサ側外側にスラスト軸受を備える場合でも、供給した潤滑油が軸受部からスムーズに排出して潤滑油による抵抗を低減することができる過給機を提供することにある。

本発明によれば、タービンインペラを一端に有するタービン軸と、タービン軸で回転駆動されるコンプレッサインペラを備えた過給機であって、
タービン軸に作用するスラスト力を回転可能に支持するスラスト軸受を備え、
該スラスト軸受は、タービン軸と共に回転する円板状のスラストカラーと、該スラストカラーの軸方向移動を阻止するタービン側スラストベアリング及びコンプレッサ側スラストベアリングとからなり、
コンプレッサ側スラストベアリングは、スラストカラーと接する表面にハウジング内から潤滑油を供給する油供給流路と、タービン軸が貫通する中空貫通孔の内面に設けられた環状の凹溝と、該凹溝内に溜まる潤滑油を下方に落下させる油排出流路とを有する、ことを特徴とする過給機が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、コンプレッサ側スラストベアリングとコンプレッサインペラの間を仕切る固定隔壁と、該固定隔壁とコンプレッサ側スラストベアリングとの間に位置しタービン軸と共に回転する油切り部材と、該油切り部材と固定隔壁との間を液密にシールするシール部材とを有し、
前記油切り部材は、コンプレッサ側スラストベアリングの中空貫通孔より大きく、かつタービン軸にほぼ直交する垂直面を有する。

上記本発明の構成によれば、スラスト軸受が、タービン軸と共に回転する円板状のスラストカラーとタービン側スラストベアリング及びコンプレッサ側スラストベアリングとからなるので、タービン側スラストベアリング及びコンプレッサ側スラストベアリングでスラストカラーを把持して、タービン軸に作用する両方向のスラスト力を回転可能に支持することができる。

また、コンプレッサ側スラストベアリングが、スラストカラーと接する表面にハウジング内から潤滑油を供給する油供給流路を有するので、この油供給流路から十分な量の潤滑油を供給することにより、コンプレッサインペラに向かう方向の大きなスラスト力をコンプレッサ側スラストベアリングとスラストカラーの間に介在する潤滑油で低抵抗かつ確実に支持することができる。

さらに、コンプレッサ側スラストベアリングが、タービン軸が貫通する中空貫通孔の内面に設けられた環状の凹溝と、該凹溝内に溜まる潤滑油を下方に落下させる油排出流路とを有するので、中空貫通孔の内面とタービン軸の隙間からコンプレッサ側に流出しようとする潤滑油を環状凹溝で捕捉し、ここに溜まった潤滑油を油排出流路を通して下方にスムーズに落下させることができる。

従って、本発明によれば、ラジアル軸受のコンプレッサ側外側にスラスト軸受を備える場合でも、供給した潤滑油が軸受部からスムーズに排出して潤滑油による抵抗を減らし、シールの性能を確保し、過給機全体の信頼性を高めることができる。

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明の過給機の全体構成図である。この図において、本発明の過給機１０は、タービン軸１２、コンプレッサインペラ１４、およびハウジングを備える。ハウジングは、この例では、ベアリングハウジング１６、タービンハウジング１８、及びコンプレッサハウジング２０からなる。

タービン軸１２は、タービンインペラ１１を一端（図で左端）に有する。この例において、タービンインペラ１１はタービン軸１２に一体的に形成されているが、本発明はこれに限定されず、タービンインペラ１１を別に取り付ける構成であってもよい。

コンプレッサインペラ１４は、タービン軸１２の他端（図で右端）に軸端ナット１５により一体で回転するように連結されている。

ベアリングハウジング１６は、タービン軸１２をラジアル軸受１７で回転可能に支持する。また、タービン軸１２は、スラスト軸受３０により軸方向に移動しないように支持されている。

タービンハウジング１８は、タービンインペラ１１を回転可能に囲み、かつベアリングハウジング１６に連結されている。このタービンハウジング１８は、内部に外部から排ガスが導入されるスクロール室１８ａと、スクロール室１８ａからタービンインペラ１１まで排ガスを案内する環状に形成された流路１８ｂを有する。
さらに、流路１８ｂには、複数のノズル翼１９が周方向に一定の間隔で配置されている。このノズル翼１９は、可変ノズル翼であり、その間に形成される流路面積を変化できることが好ましいが、本発明はこれに限定されず固定ノズル翼であってもよい。
また、流路１８ｂにノズル翼１９の無い形態であってもよい。

コンプレッサハウジング２０は、コンプレッサインペラ１４を回転可能に囲み、かつベアリングハウジング１６に連結されている。このコンプレッサハウジング２０は、内部に圧縮空気が導入されるスクロール室２０ａと、コンプレッサインペラ１４からスクロール室２０ａまで圧縮空気を案内する環状に形成された流路２０ｂを有する。

上述した構成により、エンジンの排ガスでタービンインペラ１１を回転駆動し、この回転力をタービン軸１２を介してコンプレッサインペラ１４に伝達し、コンプレッサインペラ１４で空気を圧縮してエンジンに過給することができる。
図１の例は、過給機の加速を補助するためのモータロータ２２およびモータステータ２４を備える。モータロータ２２は、電動機の回転子であり、モータステータ２４は、電動機の固定子である。モータロータ２２とモータステータ２４によりブラシレスの交流電動機が構成される。
モータロータ２２は、好ましくはタービン軸１２に固定されている。
なお、本発明においては過給機の加速を補助するための電動機は必ずしも必要ではなく、モータロータ２２およびモータステータ２４はなくともよい。

図２は、図１の部分拡大図である。
この図に示すように、本発明のスラスト軸受３０は、タービン軸１２と共に回転する円板状のスラストカラー３２と、スラストカラー３２の軸方向移動を阻止するタービン側スラストベアリング３４及びコンプレッサ側スラストベアリング３６とからなる。

コンプレッサ側スラストベアリング３６は、油供給流路３６ａ、環状の凹溝３６ｂ、及び油排出流路３６ｃを有する。
油供給流路３６ａは、スラストカラー３２と接する表面（図で左面）にベアリングハウジング１６内から潤滑油を供給する機能を有する。
また、環状凹溝３６ｂは、タービン軸１２が貫通する中空貫通孔の内面に設けられている。
さらに、油排出流路３６ｃは、環状凹溝３６ｂ内に溜まる潤滑油を下方に落下させる機能を有する。油排出流路３６ｃは、この例では下方に向けてほぼ鉛直に設けられているが、タービン軸の回転にともない、環状溝部３６ｂにたまる潤滑油にも回転しているため、その回転力によって下方に落下しやすくするために、斜めに開けることも有効である。

図３は、図２と同様の、本発明の別の実施形態図である。
この図においても、スラスト軸受３０は、タービン軸１２と共に回転する円板状のスラストカラー３２と、スラストカラー３２の軸方向移動を阻止するタービン側スラストベアリング（図示せず）及びコンプレッサ側スラストベアリング３６とからなる。
コンプレッサ側スラストベアリング３６の形状はこの図では平板状である。
またコンプレッサ側スラストベアリング３６は、図２と同様の油供給流路３６ａ、環状の凹溝３６ｂ、及び油排出流路３６ｃを有する。油排出流路３６ｃは、この例では下方に向けて斜めに設けられている。
図３は、モータロータ２２およびモータステータ２４がない点で図２の構成と異なるが、その他の構成は図２と同様である。

上述した本発明の構成によれば、スラスト軸受３０が、タービン軸と共に回転する円板状のスラストカラー３２とタービン側スラストベアリング３４及びコンプレッサ側スラストベアリング３６とからなるので、タービン側スラストベアリング３４及びコンプレッサ側スラストベアリング３６でスラストカラー３２を軸方向に把持して、タービン軸１２に作用する両方向のスラスト力を回転可能に支持することができる。

また、コンプレッサ側スラストベアリング３６が、スラストカラー３２と接する表面にハウジング内から潤滑油を供給する油供給流路３６ａを有するので、この油供給流路３６ａから十分な量の潤滑油を供給することにより、コンプレッサインペラに向かう方向の大きなスラスト力をコンプレッサ側スラストベアリング３６とスラストカラー３２の間に介在する潤滑油で低抵抗かつ確実に支持することができる。

さらに、コンプレッサ側スラストベアリング３６が、タービン軸１２が貫通する中空貫通孔の内面に設けられた環状の凹溝３６ｂと、凹溝３６ｂ内に溜まる潤滑油を下方に落下させる油排出流路３６ｃとを有するので、中空貫通孔の内面とタービン軸の隙間からコンプレッサ側に流出しようとする潤滑油を環状凹溝３６ｂで捕捉し、ここに溜まった潤滑油を油排出流路３６ｃを通して下方にスムーズに落下させることができる。

本発明の過給機は、固定隔壁２６、油切り部材２８、及びシール部材２９を有する。
固定隔壁２６は、この例ではベアリングハウジング１６に固定され、コンプレッサ側スラストベアリング３６とコンプレッサインペラの間を仕切る隔壁である。
油切り部材２８は、固定隔壁２６とコンプレッサ側スラストベアリング３６との間に位置し、タービン軸１２に固定され、タービン軸１２と共に回転する。この油切り部材２８は、コンプレッサ側スラストベアリング３６の中空貫通孔より大きく、かつタービン軸１２にほぼ直交する垂直面２８ａを有する。
シール部材２９は、油切り部材２８と固定隔壁２６との間を液密にシールする。

この構成により、環状凹溝３６ｂで捕捉できずに環状凹溝３６ｂを超えてコンプレッサ側に流れ、油切り部材２８の垂直面２８ａまで達した潤滑油を油切り部材２８の高速回転による遠心力で半径方向外方に振り飛ばすことができる。
従って、垂直面２８ａの軸方向反対側に位置するシール部材２９まで達する潤滑油量を大幅に低減することができ、コンプレッサ側のシール部に到達する潤滑油量を減らし、シールの性能を確保し、過給機全体の信頼性を高めることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。

本発明の過給機の全体構成図である。 図１の部分拡大図である。 本発明の別の実施形態図である。 特許文献１の軸受装置の模式図である。 特許文献２の過給機の模式図である。

符号の説明

１０ 過給機、１１ タービンインペラ、１２ タービン軸、
１４ コンプレッサインペラ、１５ 軸端ナット、
１６ ベアリングハウジング、１７ ラジアル軸受、
１８ タービンハウジング、１８ａ スクロール室、１８ｂ 流路、
１９ ノズル翼、２０ コンプレッサハウジング、２０ａ スクロール室、
２０ｂ 流路、２２ モータロータ、２４ モータステータ、
２６ 固定隔壁、２８ 油切り部材、２９ シール部材、
３０ スラスト軸受、３２ スラストカラー、
３４ タービン側スラストベアリング、
３６ コンプレッサ側スラストベアリング、
３６ａ 油供給流路、３６ｂ 凹溝、３６ｃ 油排出流路

Claims (2)

1. タービンインペラを一端に有するタービン軸と、タービン軸で回転駆動されるコンプレッサインペラを備えた過給機であって、
   タービン軸に作用するスラスト力を回転可能に支持するスラスト軸受を備え、
   該スラスト軸受は、タービン軸と共に回転する円板状のスラストカラーと、該スラストカラーの軸方向移動を阻止するタービン側スラストベアリング及びコンプレッサ側スラストベアリングとからなり、
   コンプレッサ側スラストベアリングは、スラストカラーと接する表面にハウジング内から潤滑油を供給する油供給流路と、タービン軸が貫通する中空貫通孔の内面に設けられた環状の凹溝と、該凹溝内に溜まる潤滑油を下方に落下させる油排出流路とを有する、ことを特徴とする過給機。
2. コンプレッサ側スラストベアリングとコンプレッサインペラの間を仕切る固定隔壁と、該固定隔壁とコンプレッサ側スラストベアリングとの間に位置しタービン軸と共に回転する油切り部材と、該油切り部材と固定隔壁との間を液密にシールするシール部材とを有し、
   前記油切り部材は、コンプレッサ側スラストベアリングの中空貫通孔より大きく、かつタービン軸にほぼ直交する垂直面を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の過給機。
   
   

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