JP2010168968A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】振動の増大を抑えて潤滑油の流出を抑制するターボチャージャを提供する。
【解決手段】複数の翼３７がディスク３６に設けられてなるコンプレッサインペラ３５を収容するコンプレッサインペラ室３１Ｓと、そのコンプレッサインペラ室３１Ｓの側壁である連結ハウジング１１ｂに設けられた挿通孔１３に挿通されて、コンプレッサインペラ室３１Ｓ外では流体軸受けに回転可能に支持されており、コンプレッサインペラ室３１Ｓ内ではコンプレッサインペラ３５に連結されてコンプレッサインペラ３５を回転可能に支持する回転シャフト１２とを備えたターボチャージャ１０であって、ディスク３６の周面を囲うリング４１がコンプレッサインペラ室３１Ｓの側壁である連結ハウジング１１ｂに設けられており、ディスク３６の径方向外側には、ディスク３６の周面とリング４１の内周面とにより構成されたラビリンス４０を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、タービンインペラとコンプレッサインペラとを連結する駆動シャフトが流体軸受によって回転可能に支持されたターボチャージャに関する。

内燃機関の吸気効率を高めるターボチャージャでは、内燃機関からの排気がタービンインペラを回転させ、タービンインペラとコンプレッサインペラとを連結する駆動シャフトがこのタービンインペラの回転をコンプレッサインペラの回転へと変換する。そしてコンプレッサインペラが回転することにより吸気通路の吸気が内燃機関の燃焼室内へと強制的に送り込まれる。こうしたターボチャージャを利用した過給システムには、内燃機関の運転領域に応じた過給を実現させるために２つのターボチャージャを用いた２ステージターボシステムが知られている。この２ステージターボシステムの構成の一例を図５に示す。

図５における内燃機関１００の吸排気系には、容量が大きい低圧段ターボチャージャ１０１と容量が小さい高圧段ターボチャージャ１０２とが吸気通路１０３及び排気通路１０６に直列に接続される態様で２ステージターボシステムが構成されている。この２ステージターボシステムには高圧段ターボチャージャ１０２のコンプレッサインペラ１０２ａがバイパスされるかたちで第１切替弁１０４を有した第１バイパス通路１０５が吸気通路１０３に接続されている。また高圧段ターボチャージャ１０２のタービンインペラ１０２ｂがバイパスされるかたちで第２切替弁１０７を有した第２バイパス通路１０８が排気通路１０６に接続されている。さらに低圧段ターボチャージャ１０１のタービンインペラ１０１ｂがバイパスされるかたちで第３切替弁１０９を有した第３バイパス通路１１０が排気通路１０６に接続されている。そして運転領域に応じたＥＣＵ１１１からの制御信号が上記切替弁の各々に入力されて、これに応答した上記各切替弁の開閉動作により２つのターボチャージャの各々が選択的にその過給動作を実行する。

例えば低速・軽負荷運転領域のような排気圧力の低い運転領域では、第１及び第２切替弁１０４，１０７が閉じて第３切替弁１０９が開くかたちの開閉動作が各切替弁で実行されて第３バイパス通路１１０が選択された態様で排気経路が構成される。そして容量の小さい高圧段ターボチャージャ１０２が選択的に作動して低い排気圧力に適した良好な過給特性が得られることとなる。これに対して高速運転領域のような排気圧力の高い運転領域では、第１及び第２切替弁１０４，１０７が開いて第３切替弁１０９が閉じるかたちの開閉動作が各切替弁で実行されて第２バイパス通路１０８が選択された態様で排気経路が構成される。そして容量の大きい低圧段ターボチャージャ１０１が選択的に作動して高い排気圧力に適した良好な過給特性が得られることとなる。

ところで、上記タービンインペラ１０２ｂの回転をコンプレッサインペラ１０２ａへ伝達する駆動シャフトの軸受には、所定圧力の潤滑油を駆動シャフトに向けて吐出させて駆動シャフトの外周に流体層を形成する流体軸受が一般に用いられている。このような流体軸受を用いたターボチャージャにおいては、流体軸受が設けられたハウジング内と各インペラが収納されたインペラ室内との圧力差によって潤滑油の一部が駆動シャフトを伝ってインペラ室へ流出してしまうことが懸念される。特に、上述の２ステージターボシステムが採用される場合にあっては、内燃機関の運転領域のうちで低圧段ターボチャージャ１０１が積極的に回転しない運転領域があるために、そのハウジング内とインペラ室との圧力差がより大きくなり、上述した潤滑油の流出がより顕著になる虞がある。

詳述すると、上述の２ステージターボシステムが低速・軽負荷運転領域に応じた過給動
作を実行するときには、上述の第３バイパス通路１１０を利用した排気通路が構成されて、低圧段ターボチャージャ１０１のタービンインペラ１０１ｂに対しては内燃機関１００からの排気が積極的に吹付けられないこととなる。これに対して、その低圧段ターボチャージャ１０１のコンプレッサインペラ１０１ａに対しては、上述の高圧段ターボチャージャ１０２が作動し続けるために、図示しない吸気口からの吸気が常に供給され続けることとなる。つまり低圧段ターボチャージャ１０１においては、そのタービンインペラ１０１ｂが積極的に回転していないにもかかわらず、これに連結されたコンプレッサインペラ１０１ａに対しては吸気が供給され続けることとなる。その結果、高圧段ターボチャージャ１０２が過給動作を実行する上で低圧段ターボチャージャ１０１のコンプレッサインペラ１０１ａが単なる流路抵抗として機能してしまい、このコンプレッサインペラ１０１ａがその周囲に大きな圧力損失を発生させることとなる。そして、潤滑油が供給されるハウジング内とインペラ室内との間の圧力差が拡大してしまい、上述した潤滑油の流出がより一層発生し易い状態となってしまう。

そこで、こうした流体軸受を利用したターボチャージャにおいては、上述した潤滑油の流出が抑制されるべく各種の提案がなされている。その一つとしては、流体軸受が設けられたハウジングを通り抜けてインペラ室内のインペラに連結された駆動シャフトがハウジングとインペラ室との間でシール性を発現するシールリングに挿通されるかたちの構成が知られている。またその他、特許文献１のように、駆動シャフトの周面に設けられた凸部とハウジングとがラビリンスを形成し、ハウジング内から駆動シャフトを伝わって流出しようとする潤滑油に対し、その潤滑油の圧力損失を上記ラビリンスが増大させる提案もなされている。

実開平４−９３７２６号公報

ところで、特許文献１のように駆動シャフトとハウジングとの間にラビリンスが形成されるためには、ラビリンスの構成要素となる凸部を設けるスペースが別途駆動シャフトの外周面に必要となり、こうしたスペースの分だけ駆動シャフトがその軸方向に長くならざるをえなくなる。そして、このように駆動シャフトがその軸方向に延長された構成にあっては、駆動シャフトの端部に連結されたインペラの位置が駆動シャフトの延長分だけ流体軸受から必然的に遠ざかることとなる。その結果、例えば作動中のターボチャージャにおいて駆動シャフトが振動する際には、駆動シャフトが延長された分だけ駆動シャフトの端部における振幅が拡大することになり、駆動シャフトにおける振動増大は当然のこと、ターボチャージャ全体でその振動を増大させてしまうこととなる。

本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、その目的は、振動の増大を抑えて潤滑油の流出を抑制するターボチャージャを提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、複数の翼がディスクに設けられてなるインペラを収容するインペラ室と、前記インペラ室の側壁に設けられた挿通孔に挿通されて、前記インペラ室外では流体軸受けに回転可能に支持されており、前記インペラ室内では前記インペラに連結されて前記インペラを回転可能に支持する回転シャフトとを備えたターボチャージャであって、前記ディスクの周面を囲う周壁が前記インペラ室の前記側壁に設けられており、前記ディスクの径方向外側には、前記ディスクの周面と前記周壁の内周面とにより構成され
たラビリンスを備えることを要旨とする。

こうした構成からなるターボチャージャによれば、インペラ室の外側から挿通孔を通してインペラ室へ流入しようとする潤滑油に関し、ディスクの周面と周壁の内周面とにより構成されるラビリンスがその潤滑油の圧力損失を増大させることとなる。その結果、回転シャフトの回転の円滑化を図るための流体軸受けの潤滑油がこうしたラビリンスによりインペラ室へ流入し難くなる。そのうえインペラの構成要素であるディスクの径方向外側にこうしたラビリンスが設けられることから、回転シャフトの軸方向における長さに関してはラビリンスを設けることに際して何ら変更が必要とされなくなる。つまり回転シャフトがその軸方向に長くなる場合にあってはその振動が増大することとなるが、上述した構成であればこのような振動の増大が抑えられつつ潤滑油の流出が抑制されることとなる。しかもターボチャージャのサイズに関しては回転シャフトの軸方向への大型化が抑えられることにもなるため、小型化や軽量化が要求される車両等に対してもこうしたターボチャージャが適用可能になる。

請求項２に記載の発明は、前記ディスクの周面と前記周壁の内周面との各々が、前記回転シャフトの軸心を含む断面内にて段差を有したかたちをなす段差面であって、一方の前記段差面の凸部が他方の前記段差面の凹部に入り込むかたちで前記ラビリンスを構成することを要旨とする。

上述したラビリンスはその構成要素である２つの面の少なくとも一方が段差面であることにより構成可能になる。この点、上述の構成からなるターボチャージャによれば、ラビリンスの構成要素である２つの面、つまりディスクの周面と周壁の内周面とが共に段差面であることから、一方の面のみが段差面である構成に比べて、より複雑なラビリンスが容易に構成可能となり、ひいては上述した潤滑油の流出が一層に抑制可能となる。また一方の面のみが段差面である構成においては、ラビリンスを構成するための複雑な段差がその一方の面に集中することとなるが、上述したようにラビリンスの構成要素が対向する凹部と凸部とに分割される構成であれば、ラビリンスを構成するための複雑な段差が２つの面に分割されることとなり、こうした面に対する加工負荷もディスク側と周壁側とに分割可能となる。それゆえ同じ圧力損失を発現させるラビリンスが構成される上では、一方の面のみが段差面である構成に比べて、その一方の面に対して構造の複雑化が抑えられることにもなる。

請求項３に記載の発明は、前記周壁が、前記インペラ室の側壁に取り付けられて前記ディスクの前記周面を囲む環状のリングからなることを要旨とする。
インペラ室を構成する側壁は、それに要求される機械的及び熱的な耐久性を満たすために鋳造技術を利用した鋳物製からなる場合も少なくない。この点、上記の構成からなるターボチャージャによれば、こうした側壁とは別部材であるリングによって周壁が構成されるため、そもそもインペラ室を構成する側壁に対してはラビリンスを構成するための微細な加工が必要とされなくなる。そのため上述した鋳物製の側壁のように、その製造技術上の制約から微細な加工が困難となる側壁であれ、こうした構成であれば上述のラビリンスが構成可能になる。

請求項４に記載の発明は、前記周壁の内周面である前記リングの内周面が、前記回転シャフトの軸心を含む断面内にて前記回転シャフトの径方向内側に延びる凸状のリング凸部を有し、前記ディスクの周面が、前記回転シャフトの軸心を含む断面内にて前記リング凸部よりも前記側壁の側で前記回転シャフトの径方向内側に延びるディスク凸部を有し、前記ラビリンスが、前記リング凸部と前記ディスク凸部とから構成されることを要旨とする。

こうした構成からなるターボチャージャによれば、インペラを挟んで側壁と対向する側から見て、リングに設けられたリング凸部がディスクに設けられたディスク凸部を覆うかたちとなる。上述したラビリンスによる圧力損失機能がディスクの全周にわたり均一に発現されるためには、ディスクの周面と周壁の内周面との間の距離がその周方向において均一であることが要求される。つまりディスクの周面と周壁の内周面との間に相対的な高い位置精度が要求される。上述の構成からなるターボチャージャであれば、回転シャフトに連結されたディスクが上述の側壁に組み付けられた状態からであっても、そのディスクに設けられた凸部が障害となることなく、その側壁に対してリングが取り付け可能であり、ディスクの径方向外側にラビリンスが構成可能となる。したがってディスクに対する周壁の位置精度がこうした取り付け性能により向上可能にもなり、ディスクの周面と周壁の内周面との間に相対的な高い位置精度が実現可能となる。ひいてはディスクの全周にわたり圧力損失機能の均一化が図れることとなる。

請求項５に記載の発明は、前記リング凸部が前記リングの全周にわたり径方向に等幅となるかたちであり、前記ディスク凸部が前記ディスクの全周にわたり径方向に等幅となるかたちであることを要旨とする。

こうした構成からなるターボチャージャによれば、リンク凸部やディスク凸部がその全周にわたり径方向に簡単な構造をなすため、径方向に複雑な構造をなす凸部に比べて、その製造過程における加工負荷が大幅に軽減可能となり、またその加工精度の向上が可能にもなる。ひいてはターボチャージャの製造過程における組み付け性能が向上可能となり、またディスクの全周にわたり圧力損失機能の均一化が図れることとなる。

請求項６に記載の発明は、前記リング凸部が前記リングの全周にわたり径方向内側に幅広となるかたちであり、前記ディスク凸部が前記ディスクの全周にわたり径方向外側に幅広となるかたちであることを要旨とする。

こうした構成からなるターボチャージャによれば、リング凸部やディスク凸部が径方向に等幅である場合に比べてラビリンスの経路長が長くなるため、その長くした分だけ圧力損失が高められることとなり、潤滑油の流出がより確実に抑制可能になる。

本発明の一実施形態にかかるターボチャージャの断面構造を示す断面図。 同実施形態にかかるラビリンスの断面構造を示す断面図。 （ａ），（ｂ）同実施形態の変更例にかかるラビリンスの断面構造を示す断面図。 （ａ），（ｂ）同実施形態の変更例にかかるラビリンスの断面構造を示す断面図。 ２ステージターボシステムの概略構成の一例を示した構成図。示す概略構成図。

以下、本発明を具体化したターボチャージャの一実施形態について図１〜図２を参照して説明する。図１は、本実施形態のターボチャージャの断面構造を示した断面図である。
図１に示されるように、ターボチャージャ１０は、センターハウジング１１がタービンハウジング２１とコンプレッサハウジング３１とに挟まれるかたちで、これらセンターハウジング１１、タービンハウジング２１及びコンプレッサハウジング３１が組み付けられて一体化されている。タービンハウジング２１の内部には、センターハウジング１１が隔壁となるかたちでタービンインペラ室２１Ｓが区画されており、またコンプレッサハウジング３１の内部には、センターハウジング１１が隔壁となるかたちでコンプレッサインペ
ラ室３１Ｓが区画されている。

タービンハウジング２１には、内燃機関の上流側排気管に接続されて排気をターボチャージャ１０内に取り入れる排気入口通路２２と、この排気入口通路２２を流れる排気をタービンインペラ室２１Ｓに向けて流通させる排気中間通路２３と、内燃機関の下流側排気管に接続されて排気中間通路２３からの排気をターボチャージャ１０外に送り出す排気ポート２４とが設けられている。

コンプレッサハウジング３１には、内燃機関の上流側吸気管に接続されてターボチャージャ１０内に吸気を取り入れる吸気ポート３２と、吸気ポート３２から送り込まれた吸気をコンプレッサインペラ室３１Ｓに向けて流通させる吸気中間通路３３と、内燃機関の下流側吸気管に接続されて吸気中間通路３３からの吸気をターボチャージャ１０外に送り出す吸気出口通路３４とが設けられている。

センターハウジング１１は、略円筒状をなす軸受けハウジング１１ａと、この軸受けハウジング１１ａとコンプレッサハウジング３１とを連結する略円盤状の連結ハウジング１１ｂとから構成されており、この連結ハウジング１１ｂによって前記コンプレッサインペラ室３１Ｓの側壁が構成されている。こうした構成からなるセンターハウジング１１の内部には、中心軸Ｃを中心に回転可能に支持された多段円柱状の回転シャフト１２がセンターハウジング１１に設けられた挿通孔１３に挿通されてコンプレッサインペラ室３１Ｓの内部からタービンインペラ室２１Ｓまでを繋ぐかたちで配設されている。この回転シャフト１２は、そのタービンハウジング２１の側に配設された軸受１４ａと、そのコンプレッサハウジング３１側に配設された軸受１４ｂとからなる一対の軸受部１４によって中心軸Ｃを中心に回転可能に支持されている。これらの軸受１４ａ，１４ｂは、所謂流体軸受であって、センターハウジング１１に形成された図示されない供給通路を通してその外部に配設された図示されないオイルポンプから所定圧力の潤滑油が供給される。こうした軸受１４ａ，１４ｂでは、その内周面と回転シャフト１２との間、及びその外周面とセンターハウジング１１との間に供給された潤滑油によって流体層が形成され、この流体層により回転シャフト１２が回転可能に支持されている。なお本実施形態では、この中心軸Ｃに沿う方向を軸方向、軸方向を中心とした回転シャフト１２の回転方向を周方向、軸方向と直交する方向を径方向という。

センターハウジング１１の内部において、軸受１４ｂとコンプレッサインペラ室３１Ｓとの間の部分には、軸受１４ｂ側から順にスラストカラー１５とシーリングカラー１７とが設けられている。このスラストカラー１５は、回転シャフト１２と一体となって回転するとともに、スラストディスク１６と係合することによって、回転シャフト１２の軸方向の移動を規制するスラスト軸受を構成している。シーリングカラー１７は、スラストカラー１５と同じく回転シャフト１２と一体となって回転し、その外周面には周方向に沿うかたちの環状の溝部が設けられている。シーリングカラー１７に設けられたこの溝部には、センターハウジング１１に配設された同じく周方向に沿うかたちの環状のシールリング１８が嵌挿されている。そしてこのシールリング１８とシーリングカラー１７との間におけるシール機能により、センターハウジング１１内に供給された潤滑油のコンプレッサインペラ室３１Ｓ内への流出が軽減されることとなる。なお、こうしたシーリングカラー１７とシールリング１８とは軸受１４ａとタービンインペラ２５との間にも設けられており、センターハウジング１１内に供給された潤滑油のタービンインペラ室２１Ｓ内への流出も同じくして軽減される。

回転シャフト１２におけるタービンハウジング２１側の端部には、タービンインペラ室２１Ｓに収容されるかたちのタービンインペラ２５が取付けられている。タービンインペラ２５のディスク２６は、排気が案内される凹曲面状の斜面を有してセンターハウジング
１１からタービンハウジング２１に向けて軸方向に延びる円錐台状をなしており、回転シャフト１２の端部に連結されている。このディスク２６の斜面には、径方向に広がる複数の翼２７がそのディスク２６の周方向に沿って等間隔に配設されている。そして、排気入口通路２２に供給された排気は、排気中間通路２３を通過してタービンインペラ２５の翼２７に衝突してタービンインペラ２５を回転させる。その後、排気入口通路２２に供給された排気は、ディスク２６の斜面に沿って流れるかたちに流動して、タービンインペラ２５からその軸方向下流側（センターハウジング１１側とは逆側）に流出し、排気ポート２４を介して下流側排気管に流れ込む。

一方、回転シャフト１２におけるコンプレッサハウジング３１側の端部には、コンプレッサインペラ３５が取り付けられている。コンプレッサインペラ３５のディスク３６は、吸気が案内される凹曲面状の斜面を有してセンターハウジング１１からコンプレッサハウジング３１に向けて軸方向に延びる円錐台状をなしており、回転シャフト１２の端部に連結されている。このディスク３６の斜面には、これもまた径方向に広がる複数の翼３７がディスク３６の周方向に沿って等間隔に配設されている。そして吸気ポート３２に供給された吸気は、回転シャフト１２を介してタービンインペラ２５と連動して回転するコンプレッサインペラ３５の翼３７により径方向外側に送り出され、ディスク３６の斜面に沿って流れるかたちに流動して、吸気中間通路３３を通して吸気出口通路３４から下流側吸気管に流れ込む。この吸気管へと戻される過程において吸気は圧縮されることになる。

ところで、上述の構成からなるターボチャージャを上述した２ステージターボシステムの低圧段ターボチャージャ１０１に適用した場合には、内燃機関の低速・低負荷運転領域において、センターハウジング１１内とコンプレッサインペラ室３１Ｓ内との間の圧力差、すなわちシールリング１８の両側面における圧力差が拡大してしまい、軸受１４ｂに供給される潤滑油が挿通孔１３を通してコンプレッサインペラ室３１Ｓへ流出することが懸念される。そこで本実施形態では、シールリング１８の両側面における圧力差が低減されて、軸受部１４における潤滑油がコンプレッサインペラ室３１Ｓへ流出し難くするために、コンプレッサインペラ３５のディスク３６の径方向外側にラビリンス４０が設けられている。このラビリンス４０は、センターハウジング１１の収容凹部１１ｃにねじ止め固定されてディスク３６の周面を囲う環状のリング４１の内周面とそのディスク３６の周面とによって構成されている。図２は、こうして構成されるラビリンス４０の断面構造を拡大して示した断面図である。

図２に示されるように、コンプレッサインペラ３５におけるディスク３６は、そのディスク３６に設けられた翼３７よりもさらに径方向外側に延びるかたちにその周縁の一部が形成されており、ディスク３６に設けられた翼３７の径方向外側の端面３７ｓよりもさらに径方向外側に位置するかたちにそのディスク３６の周面３６ｓが配置されている。このディスク３６の周面３６ｓは、ディスク３６の背面３６ａとは反対側からディスク３６の周縁がその全周にわたり切欠かれたかたちに構成されてなる段差面であり、回転シャフト１２の軸心を含む断面内にて径方向外側に延びる段差であるディスク凸部３６ｐを有している。ディスク３６の周面３６ｓを構成するこのディスク凸部３６ｐは、軸方向におけるその幅が径方向で一定となるかたちをなす。そしてこうしたディスク凸部３６ｐが周面３６ｓの一部に形成されることにより、同ディスク凸部３６ｐから見た凹部が周面３６ｓの全周にわたりその翼３７の側に形成される。

こうしたディスク３６を囲うリング４１は、その軸方向における厚みがディスク３６の周縁部における軸方向の厚みよりも大きくなるかたちで構成されており、その全体が収容凹部１１ｃに収容されている。そしてコンプレッサインペラ室３１Ｓ内に露出されるリング４１の表面が、ディスク３６の周縁部における斜面ならびに上記吸気中間通路３３の内表面と面一となるかたちで、このリング４１は吸気通路の一部を担っている。こうした構
成からなるリング４１によれば、コンプレッサインペラ３５から送り出される吸気に対し、その通路の一部を担うリング４１が何ら抵抗として作用することがない。そのためコンプレッサインペラ３５を囲うかたちでリング４１が取り付けられるものの、こうしたリング４１の軸方向における厚さに拘わらず、ターボチャージャ１０には円滑な吸気動作を実行させることが可能となる。

こうした構成からなるリング４１の内周部は、ディスク３６の周縁よりもさらに径方向内側に延びるかたちにその一部が形成されており、ディスク３６に設けられたディスク凸部３６ｐと軸方向で重なるかたちにそのリング４１の内周面４１ｓが配置されている。このリング４１の内周面４１ｓは、ディスク３６の背面３６ａの側からリング４１の内周部がその全周にわたり切欠かれたかたちに構成されてなる段差面であり、回転シャフト１２の軸心を含む断面内にて径方向外側に延びる段差であるリング凸部４１ｐを有している。リング４１の内周面４１ｓを構成するこのリング凸部４１ｐは、軸方向におけるその幅が径方向で一定となるかたちをなす。そしてこうしたリング凸部４１ｐが内周面４１ｓの一部に形成されることにより、同リング凸部４１ｐから見た凹部が内周面４１ｓの全周にわたりそのセンターハウジング１１の側に形成される。

上述したディスク３６の周面３６ｓとリング４１の内周面４１ｓとは、一方の段差面の凸部が他方の前記段差面の凹部に入り込むかたちで上記のラビリンス４０を構成している。具体的には、軸方向から見て重畳するかたちに配置されたこれらディスク凸部３６ｐとリング凸部４１ｐとが、軸方向及び径方向に微少な距離を空けて離間することにより、コンプレッサインペラ３５の全周にわたるラビリンス４０が構成されている。

こうした構成からなるラビリンス４０は、センターハウジング１１の内部に設けられた軸受部１４とコンプレッサインペラ室３１Ｓとの間の流路の抵抗として機能する。つまりディスク３６の背面３６ａとセンターハウジング１１（連結ハウジング１１ｂ）との間のクリアランスである空間４２と、コンプレッサインペラ室３１Ｓとの間において、流体である潤滑油が流通する際の抵抗としてこのラビリンス４０は機能する。こうしたラビリンスの機能は、センターハウジング１１内とコンプレッサインペラ室３１Ｓ内との間に圧力差がある場合に、この間を流動し得る潤滑油の圧力損失を増大させて、コンプレッサインペラ室３１Ｓへの潤滑油の流出を抑制させる。

そのうえこうした構成のラビリンス４０によれば、コンプレッサインペラ３５の構成要素であるディスク３６の径方向外側に同ラビリンス４０が設けられることから、回転シャフト１２の軸方向における長さに関しては同ラビリンス４０を設けることに際して何ら変更が必要とされなくなる。つまり回転シャフト１２がその軸方向に長くなる場合にあってはコンプレッサインペラ３５の振動が増大することとなるが、上述した構成であればこのような振動の増大が抑えられつつ潤滑油の流出が抑制されることとなる。また、仮に回転シャフト１２の周面にこうしたラビリンスを形成した場合には回転シャフト１２そのものの長さが軸方向へ長くならざるを得ず、その長くした分だけセンターハウジング１１を軸方向に大きくしなければならず、ターボチャージャ１０の大型化という問題を招いてしまう。この点、上述した構成であれば回転シャフト１２の軸方向への長軸化が抑えられることにもなるため、小型化や軽量化が要求される車両等に対してもこうしたターボチャージャ１０が適用可能になる。

なお、上述したラビリンス４０はその構成要素である２つの面である周面３６ｓと内周面４１ｓとの一方が段差面であることによっても構成可能になる。この点、上述の構成からなるターボチャージャ１０によれば、ラビリンス４０の構成要素である２つの面である周面３６ｓと内周面４１ｓとが共に段差面であることから、一方の面のみが段差面である構成に比べて、上述したような微細なラビリンス４０が容易に構成可能となり、ひいては
上述した潤滑油の流出が一層に抑制可能となる。しかも一方の面のみが段差面である構成においては、ラビリンス４０を構成するための複雑な段差がその一方の面に集中することとなるが、上述したようにラビリンス４０の構成要素が対向する凹部と凸部とに分割される構成であれば、ラビリンス４０を構成するための複雑な段差が２つの面に分割されることとなり、こうした面に対する加工負荷もディスク３６の側とリング４１の側とに分割可能となる。それゆえ同じ圧力損失を発現させるラビリンス４０が構成される上では、一方の面のみが段差面である構成に比べて、その一方の面に対して構造の複雑化が抑えられることにもなる。

上述した構成からなるリング４１においては、コンプレッサインペラ３５を挟んでセンターハウジング１１と対向する側から見て、そのリング凸部４１ｐがディスクに設けられたディスク凸部３６ｐをディスク３６の全周で覆うかたちとなる。そしてこうしたリング４１がセンターハウジング１１に対してねじ５３によりねじ止め固定されることとなる。それゆえ回転シャフト１２に連結されたディスク３６が上述のセンターハウジング１１に組み付けられた状態からであっても、そのディスク３６に設けられたディスク凸部３６ｐが障害となることなく、同センターハウジング１１に対してリング４１が取り付け可能となり、ディスク３６の径方向外側にラビリンス４０が構成可能となる。

上述したラビリンス４０による圧力損失機能がディスク３６の全周にわたり均一に発現されるためには、ディスク３６の周面３６ｓとリング４１の内周面４１ｓとの間の距離がその周方向において均一であることが要求される。つまりディスク３６の周面３６ｓとリング４１の内周面４１ｓとの間に相対的な高い位置精度が要求される。この点、上述の構成からなるターボチャージャ１０であれば、コンプレッサインペラ３５がセンターハウジング１１に組み付けられた状態からであってもコンプレッサハウジング３１の側からリング４１が取り付け可能であることから、ディスク３６に対するリング４１の位置精度がこうした取り付け性能により向上可能になる。それゆえディスク３６の周面３６ｓとリング４１の内周面４１ｓとの間に相対的な高い位置精度が実現可能となり、ひいてはディスク３６の全周にわたり圧力損失機能の均一化が図れることとなる。

ちなみに、上述したような機能を発現するラビリンスはコンプレッサインペラ３５の背面３６ａとセンターハウジング１１との間に構成可能であるが、こうした構成ではコンプレッサインペラ３５がセンターハウジング１１に取り付けられる際にラビリンスの構成要素が視認不能となってしまう。そのためコンプレッサインペラ３５がセンターハウジング１１に取り付けられる際の作業性が著しく低下してしまうことは当然のこと、上述した高い位置精度さえ得られなくなってしまう。これに対して上述した構成によれば、ディスク３６の周面３６ｓとリング４１の内周面４１ｓとの間に相対的な高い位置精度が実現可能となり、こうした位置精度を得るための作業性が向上されることにもなる。

以上説明したように、本実施形態におけるターボチャージャ１０によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態によれば、コンプレッサインペラ室３１Ｓの外側から挿通孔１３を通して同コンプレッサインペラ室３１Ｓへ流入しようとする潤滑油に関し、ディスク３６の周面３６ｓとリング４１の内周面４１ｓとにより構成されるラビリンス４０がその潤滑油の圧力損失を増大させることとなる。その結果、回転シャフト１２の回転の円滑化を図るための流体軸受けの潤滑油がこうしたラビリンス４０によりコンプレッサインペラ室３１Ｓへ流入し難くなる。

そのうえディスク３６の径方向外側にこうしたラビリンス４０が設けられることから、回転シャフト１２の軸方向における長さに関してはラビリンス４０を設けることに際して何ら変更が必要とされなくなる。つまり回転シャフト１２がその軸方向に長くなる場合に
あってはその振動が増大することとなるが、上述した構成であればこのような振動の増大が抑えられつつ潤滑油の流出が抑制されることとなる。

しかもターボチャージャ１０のサイズに関しては回転シャフト１２の軸方向への大型化が抑えられることにもなるため、小型化や軽量化が要求される車両等に対してもこうしたターボチャージャ１０が適用可能になる。

（２）上記実施形態によれば、ラビリンス４０の構成要素であるディスク３６の周面３６ｓとリング４１の内周面４１ｓとが共に段差面であることから、一方の面のみが段差面である構成に比べて、より複雑なラビリンスが容易に構成可能となり、ひいては上述した潤滑油の流出が一層に抑制可能となる。

また上述したようにラビリンス４０の構成要素が対向する凹部と凸部とに分割される構成であれば、ラビリンス４０を構成するための複雑な段差が２つの面に分割されることとなり、こうした面に対する加工負荷もディスク３６側とリング４１側とに分割可能となる。それゆえ同じ圧力損失を発現させるラビリンス４０が構成される上では、一方の面のみが段差面である構成に比べて、その一方の面に対して構造の複雑化が抑えられることにもなる。

（３）上記実施形態によれば、コンプレッサインペラ室３１Ｓの側壁とは別部材であるリング４１によってラビリンス４０が構成されるため、そもそもコンプレッサインペラ室３１Ｓを構成する側壁に対してはラビリンス４０を構成するための微細な加工が必要とされなくなる。そのため製造技術上の制約から微細な加工が困難となる側壁であれ、こうした構成であれば上述のラビリンス４０が構成可能になる。

（４）上記実施形態によれば、回転シャフト１２に連結されたディスク３６がセンターハウジング１１に組み付けられた状態からであっても、そのディスク３６に設けられたディスク凸部３６ｐが障害となることなく、そのセンターハウジング１１に対してリング４１が取り付け可能であり、ディスク３６の径方向外側にラビリンス４０が構成可能となる。したがってディスク３６に対するリング４１の位置精度がこうした取り付け性能により向上可能にもなり、ディスク３６の周面３６ｓとリング４１の内周面４１ｓとの間に相対的な高い位置精度が実現可能となる。ひいてはディスクの全周にわたり圧力損失機能の均一化が図れることとなる。

尚、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態においては、コンプレッサインペラ３５に設けられたディスク凸部３６ｐとリング４１に設けられたリング凸部４１ｐとの各々が径方向に等幅である。これに限らず、ラビリンス４０を構成する上では、例えば上述したディスク凸部３６ｐとリング凸部４１ｐとが径方向において幅広となるかたちであってもよい。図３（ａ）（ｂ）はこうした変更例の一例を示す図であって、上記実施形態で説明された図２に対応する図である。

図３（ａ）に示されるように、例えばコンプレッサインペラ３５に設けられたディスク凸部３６ｐが径方向外側に向かって幅広となるかたちをなし、リング４１に設けられたリング凸部４１ｐが径方向内側に向かって幅広となるかたちであってもよい。あるいは図３（ｂ）に示されるように、例えばコンプレッサインペラ３５に設けられたディスク凸部３６ｐが径方向内側に向かって幅広となるかたちをなし、リング４１に設けられたリング凸部４１ｐが径方向外側に向かって幅広となるかたちであってもよい。こうした構成よれば、ディスク凸部３６ｐやリング凸部４１ｐが径方向に等幅に構成される場合に比べ、ラビリンス４０における経路長が長くなり、その長くした分だけコンプレッサインペラ室３１
Ｓと空間４２との間における流路抵抗が高くなるため、流体である潤滑油の流出がより確実に抑制されることとなる。

・上記実施形態においては、コンプレッサインペラ室３１Ｓの側壁である連結ハウジング１１ｂとは別体であるディスク３６の周面３６ｓとリング４１の内周面４１ｓとによってラビリンス４０が構成される。これに限らず、ラビリンス４０を構成する上では、例えば側壁である連結ハウジング１１ｂに設けられた収容凹部１１ｃの内周面とディスク３６の周面３６ｓとによってラビリンスが構成されるかたちであってもよい。図４（ａ）（ｂ）はこうした変更例の一例を示す図であって、上記実施形態で説明された図２に対応する図である。

図４（ａ）に示されるように、例えばディスク３６の周面３６ｓは、ディスク３６の背面３６ａの側からディスク３６の周縁がその全周にわたり切欠かれたかたちに構成されてなる段差面であり、回転シャフト１２の軸心を含む断面内にて径方向外側に延びる段差であるディスク凸部３６ｐを有している。そしてこうしたディスク凸部３６ｐが周面３６ｓの一部に形成されることにより、同ディスク凸部３６ｐから見た凹部が周面３６ｓの全周にわたりそのセンターハウジング１１の側に形成されている。

一方、連結ハウジング１１ｂに設けられた収容凹部１１ｃの内周面は、その内周部がディスク３６の側から全周にわたり切欠かれたかたちに構成されてなる段差面であり、回転シャフト１２の軸心を含む断面内にて径方向内側に延びる段差である側壁凸部１１ｐを有している。そしてこうした側壁凸部１１ｐが内周面の一部に形成されることにより、同側壁凸部１１ｐから見た凹部が内周面の全周にわたりそのコンプレッサインペラ３５の側に形成されている。

上述したディスク３６の周面３６ｓと収容凹部１１ｃの内周面とは、一方の段差面の凸部が他方の前記段差面の凹部に入り込むかたちで上記のラビリンス４０を構成している。つまり軸方向から見て重畳するかたちに配置されたこれらディスク凸部３６ｐと側壁凸部１１ｐとが、軸方向及び径方向に微少な距離を空けて離間することにより、コンプレッサインペラ３５の全周にわたるラビリンス４０が構成されている。こうした構成からなるターボチャージャ１０によれば、コンプレッサインペラ３５がセンターハウジング１１に組み付けられるだけでラビリンス４０が構成可能となり、また上述したリング４１を利用する場合に比べて、ラビリンス４０を構成する上での部品点数が低減可能となる。

・あるいは図４（ｂ）に示されるように、例えばディスク３６の周面３６ｓは、回転シャフト１２の軸心を含む断面内にてその軸方向の中間部分が径方向外側に延びる段差であるディスク凸部３６ｐを有している。そしてこうしたディスク凸部３６ｐが周面３６ｓの一部に形成されることにより、同ディスク凸部３６ｐから見た凹部が周面３６ｓの全周にわたりその翼３７の側とそのセンターハウジング１１の側とに形成される。

上述したディスク３６の周面３６ｓは、リング４１の内周面４１ｓ及び収容凹部１１ｃの内周面に対して、一方の段差面の凸部が他方の前記段差面の凹部に入り込むかたちで上記のラビリンス４０を構成している。具体的には、軸方向から見て重畳するかたちに配置されたこれらディスク凸部３６ｐ、リング凸部４１ｐ、及び収容凹部１１ｃの周壁が、軸方向及び径方向に微少な距離を空けて離間することにより、コンプレッサインペラ３５の全周にわたるラビリンス４０が構成されている。こうした構成によれば、空間４２からコンプレッサインペラ室３１Ｓまでの流路形状が回転シャフト１２の軸心を含む断面内にてより複雑化されることとなり、空間４２とコンプレッサインペラ室３１Ｓとの間で流体が流通する際の抵抗がさらに高められることとなる。それゆえコンプレッサインペラ室３１Ｓへの潤滑油の流出がより確実に抑制されることとなる。

・上記実施形態においては、コンプレッサインペラ室３１Ｓの側壁である連結ハウジング１１ｂに収容凹部１１ｃが設けられて、この収容凹部１１ｃの内部にリング４１が収容されるかたちで同リング４１が連結ハウジング１１ｂに取り付けられる。こうした構成に限らず、コンプレッサインペラ３５のディスク３６における周面が周壁であるリング４１の内周面４１ｓにより囲まれるかたちであれば、上述した収容凹部１１ｃが割愛されて、平滑面となる連結ハウジング１１ｂの内面に上述したリング４１が取り付けられる構成であってもよい。

・上記実施形態においては、コンプレッサインペラ室３１Ｓにラビリンス４０が設けられているが、これに限らずタービンインペラ室２１Ｓあるいはタービンインペラ室２１Ｓとコンプレッサインペラ室３１Ｓとの双方にラビリンス４０が設けられる構成であってもよい。

Ｃ…中心軸、１０…ターボチャージャ、１１…センターハウジング、１１ａ…軸受けハウジング、１１ｂ…連結ハウジング、１１ｃ…収容凹部、１１ｐ…側壁凸部、１２…回転シャフト、１３…挿通孔、１４…軸受部、１４ａ…軸受、１４ｂ…軸受、１５…スラストカラー、１６…スラストディスク、１７…シーリングカラー、１８…シールリング、２１…タービンハウジング、２１Ｓ…タービンインペラ室、２２…排気入口通路、２３…排気中間通路、２４…排気ポート、２５…タービンインペラ、２６…ディスク、２７…翼、３１…コンプレッサハウジング、３１Ｓ…コンプレッサインペラ室、３２…吸気ポート、３３…吸気中間通路、３４…吸気出口通路、３５…コンプレッサインペラ、３６…ディスク、３６ａ…背面、３６ｐ…ディスク凸部、３６ｓ…周面、３７…翼、３７ｓ…端面、４０…ラビリンス、４１…リング、４１ｐ…リング凸部、４１ｓ…内周面、４２…空間、５３…ねじ、１００…内燃機関、１０１…低圧段ターボチャージャ、１０１ａ…コンプレッサインペラ、１０１ｂ…タービンインペラ、１０２…高圧段ターボチャージャ、１０２ａ…コンプレッサインペラ、１０２ｂ…タービンインペラ、１０３…吸気通路、１０４…第１切替弁、１０５…第１バイパス通路、１０６…排気通路、１０７…第２切替弁、１０８…第２バイパス通路、１０９…第３切替弁、１１０…第３バイパス通路、１１１…ＥＣＵ。

Claims (6)

1. 複数の翼がディスクに設けられてなるインペラを収容するインペラ室と、
   前記インペラ室の側壁に設けられた挿通孔に挿通されて、前記インペラ室外では流体軸受けに回転可能に支持されており、前記インペラ室内では前記インペラに連結されて前記インペラを回転可能に支持する回転シャフトと
   を備えたターボチャージャであって、
   前記ディスクの周面を囲う周壁が前記インペラ室の前記側壁に設けられており、前記ディスクの径方向外側には、前記ディスクの周面と前記周壁の内周面とにより構成されたラビリンスを備えることを特徴とするターボチャージャ。
2. 前記ディスクの周面と前記周壁の内周面との各々が、前記回転シャフトの軸心を含む断面内にて段差を有したかたちをなす段差面であって、一方の前記段差面の凸部が他方の前記段差面の凹部に入り込むかたちで前記ラビリンスを構成する
   請求項１に記載のターボチャージャ。
3. 前記周壁が、前記インペラ室の側壁に取り付けられて前記ディスクの前記周面を囲む環状のリングからなる
   請求項１又は２に記載のターボチャージャ。
4. 前記周壁の内周面である前記リングの内周面が、前記回転シャフトの軸心を含む断面内にて前記回転シャフトの径方向内側に延びる凸状のリング凸部を有し、
   前記ディスクの周面が、前記回転シャフトの軸心を含む断面内にて前記リング凸部よりも前記側壁の側で前記回転シャフトの径方向内側に延びるディスク凸部を有し、
   前記ラビリンスが、前記リング凸部と前記ディスク凸部とから構成される
   請求項３に記載のターボチャージャ。
5. 前記リング凸部が前記リングの全周にわたり径方向に等幅となるかたちであり、
   前記ディスク凸部が前記ディスクの全周にわたり径方向に等幅となるかたちである
   請求項４に記載のターボチャージャ。
6. 前記リング凸部が前記リングの全周にわたり径方向内側に幅広となるかたちであり、
   前記ディスク凸部が前記ディスクの全周にわたり径方向外側に幅広となるかたちである
   請求項４に記載のターボチャージャ。

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