JP2013002429A - 過給機のタービン側潤滑油シール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】過給機のタービン側に容易に設けることができ、タービン側へ漏れる潤滑油の漏れ量を大幅に低減することができる過給機のタービン側潤滑油シール構造を提供する。
【解決手段】タービン軸１２は、タービンインペラ１１の鍔部１１ａとタービン側軸受メタル１７との間に位置する円環状のスリンガ部１２ａを有する。スリンガ部１２ａは、軸受メタル１７の内径より大きく鍔部１１ａの外径より小さく設定されている。また軸受嵌輪３０は、第２の隙間Δｂを隔ててスリンガ部の外周面を囲む円形孔３２ａを有するオイルディフェンサ部３２と、オイルディフェンサ部３２とタービン側軸受メタル１７との間に位置する中空円筒形状の空洞３４とを有する。空洞３４は、オイルディフェンサ部３２の円形孔３２ａより内径が大きくかつ下方部が潤滑油の排出流路１６ｂに開放されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、タービン側へ漏れる潤滑油の漏れ量を低減する過給機の潤滑油シール構造に関する。

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により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。
以下、排気タービン過給機を単に「過給機」と呼ぶ。

過給機では、軸受ユニットを潤滑する潤滑油がタービン側の排ガスに混入すると潤滑油が消耗し、かつ潤滑油が燃焼して白煙が発生する問題点があった。そこで、過給機のオイルシール性能を向上し、油漏れを防止する手段として、種々のシール構造が従来から提案されている（例えば、特許文献１〜４）。

特開２００８−１８４９４８号公報、「ターボチャージャ」 特開２００９−２４５７６号公報、「電動機付き過給機」 特開２０１０−１２１５８９号公報、「車両用過給機の潤滑油シール構造」 特開２００１−２８９０５２号公報、「ターボ過給機」

上述した特許文献１〜３は、潤滑油がコンプレッサ側の過給空気に混入するのを防止する潤滑油シール構造を開示している。しかし、過給機のコンプレッサ側は、温度が低く、分解が容易であるのに対し、タービン側は、温度が高く、分解が困難である。そのため、コンプレッサ側の潤滑油シール構造を、タービン側に適用するのは、困難であり、タービン側に流出する潤滑油の流量が多く、潤滑油が排ガスに混入して、潤滑油が消耗し、かつ潤滑油が燃焼して白煙が発生する問題点があった。

上述した特許文献４は、潤滑油がタービン側の排ガスに混入するのを防止する潤滑油シール構造を開示している。
しかし、この構造は、タービン軸に設けられた円板状のスリンガ部の上部のみに堰部を設けているので、軸受部から吹き出る潤滑油を防ぎきれず、タービンインペラまで軸受部が漏れる可能性が高く、潤滑油の消耗、白煙の発生を十分に抑制できなかった。

本発明は上述した従来の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、過給機のタービン側に容易に設けることができ、タービン側へ漏れる潤滑油の漏れ量を大幅に低減することができる過給機のタービン側潤滑油シール構造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、タービン軸を回転可能に支持するベアリングハウジングとを備えた過給機のタービン側潤滑油シール構造であって、
ベアリングハウジングに固定された中空円筒形の軸受嵌輪と、
軸受嵌輪の内面に嵌合しタービン軸を回転可能に支持する軸受メタルとを備え、
タービンインペラは、タービン軸側端部に軸心を中心とする円環状の鍔部を有し、
ベアリングハウジングは第１の隙間を隔てて鍔部の外周面を囲む円形孔部を有しており、
さらにタービンインペラとベアリングハウジングの間にその間をシールする円環状のシールリングが挿入されており、
タービン軸は、鍔部と軸受メタルとの間に位置する円環状のスリンガ部を有しており、スリンガ部の外径は、軸受メタルの内径より大きく鍔部の外径より小さく設定されており、
軸受嵌輪は、第２の隙間を隔ててスリンガ部の外周面を囲む円形孔部を有するオイルディフェンサ部と、オイルディフェンサ部と軸受メタルとの間に位置する中空円筒形状の空洞とを有し、空洞は、オイルディフェンサ部より内径が大きくかつ下方部が潤滑油の排出流路に開放されている、ことを特徴とする過給機のタービン側潤滑油シール構造が提供される。

上記本発明の構成によれば、タービン軸が、タービンインペラの鍔部と軸受メタルとの間に位置する円環状のスリンガ部を有しており、スリンガ部の外径は、鍔部の外径より小さく設定されているので、鍔部の外径より大きいベアリングハウジングの円形孔部を通して軸受嵌輪内にスリンガ部を容易に挿入することができ、過給機のタービン側に容易に設けることができる。

また、スリンガ部は、軸受メタルの内径より大きく設定されているので、軸受メタルからタービン側へ漏れる潤滑油をスリンガ部の回転による遠心力で半径方向外方に飛散させ、スリンガ部を超えてタービン側へ漏れるのを抑制することができる。

さらに、軸受嵌輪は、第２の隙間を隔ててスリンガ部の外周面を囲む円形孔部を有するオイルディフェンサ部を有するので、スリンガ部で半径方向外方に飛散した潤滑油が、第２の隙間を通ってタービン側へ漏れるのをオイルディフェンサ部で抑制することができる。

また、軸受嵌輪は、オイルディフェンサ部とタービン側軸受メタルとの間に位置する中空円筒形状の空洞を有し、空洞は、オイルディフェンサ部より内径が大きくかつ下方が潤滑油の排出流路に開放されているので、スリンガ部で半径方向外方に飛散した潤滑油を空洞内に閉じ込め、これを下方から潤滑油の排出流路に排出することができる。

従って、オイルディフェンサ部を超えてタービン側へ漏れる潤滑油の漏れ量を大幅に低減することができる。

本発明によるタービン側潤滑油シール構造を備えた過給機の全体構成図である。 図１の主要部の構成図である。 図２のＩ−Ｉ線における部分矢視図である。 図２のＩ−Ｉ線における別の部分矢視図である。

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、本発明によるタービン側潤滑油シール構造を備えた過給機の全体構成図である。この図において、過給機１０は、タービン軸１２、コンプレッサインペラ１４、およびベアリングハウジング１６を備える。なお、この図では、タービンハウジングとコンプレッサハウジングは、図示を省略している。

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２０により軸方向に移動しないように支持されている。

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ようになっている。

この図において、スラスト軸受２０は、タービン軸１２と共に回転する円板状の１対のスラストカラー２２と、スラストカラー２２の間に把持されベアリングハウジング１６に固定されたスラストベアリング２４とからなる。
以下、コンプレッサ側の構造は説明を省略する。

図２は図１の主要部の構成図である。
この例において、ラジアル軸受１７は、タービン側とコンプレッサ側の軸受メタルであり、好ましくは、中空円筒形のフローティングメタル又はセミフローティングメタルである。
本発明によるタービン側潤滑油シール構造は、ベアリングハウジング１６に固定された中空円筒形の軸受嵌輪３０を備える。この固定は、軸受嵌輪３０が軸方向及び周方向に移動しないように止まり嵌め又は締まり嵌めによるのが好ましい。
タービン側とコンプレッサ側の軸受メタル１７は、軸受嵌輪３０の内面に嵌合し、タービン軸１２を回転可能に支持する。

図２において、タービンインペラ１１は、タービン軸側端部に軸心を中心とする円環状の鍔部１１ａを有する。
また、ベアリングハウジング１６は第１の隙間Δａを隔てて鍔部１１ａの外周面を囲む円形孔部１６ａを有している。第１の隙間Δａは、円形孔部１６ａと鍔部１１ａとが接触しない限りで狭いことが好ましい。
さらにタービンインペラ１１のコンプレッサ側端部とベアリングハウジング１６の間にその間をシールする円環状のシールリング１９が挿入されている。

上述した構成により、タービン側軸受メタル１７からタービン側へ漏れる潤滑油を円環状の鍔部１１ａの回転による遠心力で半径方向外方に飛散させ、鍔部１１ａを超えてタービン側へ漏れるのを抑制することができる。
また、円環状のシールリング１９により、鍔部１１ａを超えてタービン側へ漏れた潤滑油をシールし、シールリング１９を超えてタービン側へ漏れるのを抑制することができる。

図２において、タービン軸１２は、タービンインペラ１１の鍔部１１ａとタービン側軸受メタル１７との間に位置する円環状のスリンガ部１２ａを有している。このスリンガ部１２ａの外径は、軸受メタル１７の内径より大きく、かつタービンインペラ１１の鍔部１１ａの外径より小さく設定されている。

また、軸受嵌輪３０は、オイルディフェンサ部３２と中空円筒形状の空洞３４とを有する。
オイルディフェンサ部３２は、第２の隙間Δｂを隔ててタービン軸１２のスリンガ部１２ａの外周面を囲む円形孔３２ａを有する。

スリンガ部１２ａを超えてタービン側に流れる潤滑油の流量は、第２の隙間Δｂが大きいほど多く、小さいほど少ないので、この隙間の大きさで、スリンガ部１２ａを超えてタービン側に流れる潤滑油（図に破線矢印で示す）の流量を調節することができる。
従って、第２の隙間Δｂは、スリンガ部１２ａとオイルディフェンサ部３２とが接触しない限りで狭いことが好ましい。

また中空円筒形状の空洞３４は、オイルディフェンサ部３２とタービン側軸受メタル１７との間に位置する。

図３は、図２のＩ−Ｉ線における部分矢視図である。
図２、図３に示すように、軸受嵌輪３０の空洞３４は、オイルディフェンサ部３２の円形孔３２ａより内径が大きく、かつ下方部３４ａが潤滑油の排出流路１６ｂに開放されている。

図３において、空洞３４の下方部３４ａは、軸受嵌輪３０の下方を中心とする半円形を有する。
このような下方部３４ａは、軸受嵌輪３０のオイルディフェンサ部３２とタービン側軸受メタル１７との間を、軸受嵌輪３０の下方で回転する工具で除去することで、容易に加工することができる。
この構成により、スリンガ部１２ａで半径方向外方に飛散した潤滑油を空洞３４内に閉じ込め、これを空洞３４の下方部３４ａから潤滑油の排出流路１６ｂにスムースに排出することができる。排出される潤滑油を図に破線矢印で示す。

図４は、図２のＩ−Ｉ線における別の部分矢視図である。この例では、空洞３４の下方部３４ａは、軸受嵌輪３０の下方に位置する三日月形を有する。
このような下方部３４ａは、軸受嵌輪３０のオイルディフェンサ部３２とタービン側軸受メタル１７との間を、往復動する工具で除去することで、容易に加工することができる。
この構成によっても、スリンガ部１２ａで半径方向外方に飛散した潤滑油を空洞３４内に閉じ込め、これを空洞３４の下方部３４ａから潤滑油の排出流路１６ｂにスムースに排出することができる。

また、図３、図４の例において、空洞３４の下方部３４ａに相当する軸受メタル１７の端面、すなわちオイルディフェンサ部３２の軸受メタル１７の下方を切除してもよい。
この構成により、オイルディフェンサ部３２により軸受メタル１７の内面下端より上方においてスリンガ部１２ａの外周面を囲み、軸受メタル１７の下方を潤滑油の排出流路１６ｂに開放することができ、空洞３４から排出流路１６ｂへの潤滑油の排出をスムースにすることができる。

上述した本発明の構成によれば、タービン軸１２が、タービンインペラ１１の鍔部１１ａと軸受メタル１７との間に位置する円環状のスリンガ部１２ａを有しており、スリンガ部１２ａの外径は、鍔部１１ａの外径より小さく設定されているので、鍔部１１ａの外径より大きいベアリングハウジング１６の円形孔部１６ａを通して軸受嵌輪３０内にスリンガ部１２ａを容易に挿入することができ、過給機１０のタービン側に容易に設けることができる。

また、スリンガ部１２ａは、軸受メタル１７の内径より大きく設定されているので、軸受メタル１７からタービン側へ漏れる潤滑油をスリンガ部１２ａの回転による遠心力で半径方向外方に飛散させ、スリンガ部１２ａを超えてタービン側へ漏れるのを抑制することができる。

さらに、軸受嵌輪３０は、第２の隙間Δｂを隔ててスリンガ部１２ａの外周面を囲む円形孔３２ａを有するオイルディフェンサ部３２を有するので、スリンガ部１２ａで半径方向外方に飛散した潤滑油が、第２の隙間Δｂを通ってタービン側へ漏れるのをオイルディフェンサ部３２で抑制することができる。

また、軸受嵌輪３０は、オイルディフェンサ部３２とタービン側軸受メタル１７との間に位置する中空円筒形状の空洞３４を有し、空洞３４は、オイルディフェンサ部３２より内径が大きくかつ下方が潤滑油の排出流路１６ｂに開放されているので、スリンガ部１２ａで半径方向外方に飛散した潤滑油を空洞３４内に閉じ込め、これを下方から潤滑油の排出流路１６ｂに排出することができる。

従って、オイルディフェンサ部３２を超えてタービン側へ漏れる潤滑油の漏れ量を大幅に低減することができる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

１０ 過給機、１１ タービンインペラ、１１ａ 鍔部、
１２ タービン軸、１２ａ スリンガ部、
１４ コンプレッサインペラ、
１６ ベアリングハウジング、
１６ａ 円形孔部、１６ｂ 排出流路、
１７ ラジアル軸受（軸受メタル）、
１９ シールリング、
２０ スラスト軸受、２２ スラストカラー、
２４ スラストベアリング、
３０ 軸受嵌輪、
３２ オイルディフェンサ部、３２ａ 円形孔、
３４ 空洞、３４ａ 下方部

Claims (2)

1. タービンインペラを一端に有するタービン軸と、タービン軸を回転可能に支持するベアリングハウジングとを備えた過給機のタービン側潤滑油シール構造であって、
   ベアリングハウジングに固定された中空円筒形の軸受嵌輪と、
   軸受嵌輪の内面に嵌合しタービン軸を回転可能に支持する軸受メタルとを備え、
   タービンインペラは、タービン軸側端部に軸心を中心とする円環状の鍔部を有し、
   ベアリングハウジングは第１の隙間を隔てて鍔部の外周面を囲む円形孔部を有しており、
   さらにタービンインペラとベアリングハウジングの間にその間をシールする円環状のシールリングが挿入されており、
   タービン軸は、鍔部と軸受メタルとの間に位置する円環状のスリンガ部を有しており、スリンガ部の外径は、軸受メタルの内径より大きく鍔部の外径より小さく設定されており、
   軸受嵌輪は、第２の隙間を隔ててスリンガ部の外周面を囲む円形孔を有するオイルディフェンサ部と、オイルディフェンサ部と軸受メタルとの間に位置する中空円筒形状の空洞とを有し、空洞は、オイルディフェンサ部の円形孔より内径が大きくかつ下方部が潤滑油の排出流路に開放されている、ことを特徴とする過給機のタービン側潤滑油シール構造。
2. オイルディフェンサ部は、軸受メタルの内面下端より上方においてスリンガ部の外周面を囲み、軸受メタルの下方は潤滑油の排出流路に開放されている、ことを特徴とする請求項１に記載のタービン側潤滑油シール構造。