JP2014025396A

JP2014025396A - 過給機

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Publication number: JP2014025396A
Application number: JP2012165807A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Saiura; 寛采浦; Shinichi Kaneda; 真一金田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2014-02-06
Anticipated expiration: 2032-07-26
Also published as: JP5983147B2

Abstract

【課題】軸受部が配される軸受孔の排油性を向上し、インペラ側への潤滑油の漏れを低減する。
【解決手段】過給機は、軸受孔２ａに対してタービン軸の径方向に連通し、軸受部を潤滑した潤滑油を、軸受孔から排出する貫通孔２ｄと、軸受孔からタービン軸を伝ってタービンインペラに向かう潤滑油が、タービン軸の回転に伴って飛散する飛散空間２６と、冷却油が流通する冷却油路３０と、軸受部を潤滑した潤滑油、および、過給機本体を冷却した冷却油が滴下して導かれる排油空間２ｅと、壁部から排油空間に突出して設けられるとともに、飛散空間から排出された潤滑油を上面３１ａに滴下させ、下面３１ｂ側に冷却油路における排油空間への連通部３０ａを位置させる仕切り部３１と、を備え、仕切り部の突出方向の先端３１ｃは、タービン軸の軸方向の位置が、貫通孔の鉛直下側の端部２ｇよりもタービンインペラ側に位置している。
【選択図】図３

Description

本発明は、軸受孔に潤滑油が供給される過給機に関する。

従来、一端にタービンインペラが設けられ他端にコンプレッサインペラが設けられたタービン軸が、ベアリングハウジングに回転自在に保持された過給機が知られている。こうした過給機をエンジンに接続し、エンジンから排出される排気ガスによってタービンインペラを回転させるとともに、このタービンインペラの回転によって、タービン軸を介してコンプレッサインペラを回転させる。こうして、過給機は、コンプレッサインペラの回転に伴い空気を圧縮してエンジンに送出する。

ベアリングハウジングは、タービン軸の軸方向に軸受孔が貫通し、この軸受孔に軸受部が配されている。そして、ベアリングハウジング外から軸受孔に、タービン軸と軸受部を潤滑させる潤滑油が供給される。軸受部を潤滑した後の潤滑油は、軸受孔の両端から軸受孔の外に排出される。例えば、特許文献１には、軸受孔のタービンインペラ側に排油路が設けられ、当該排油路から軸受部を潤滑した後の潤滑油が排油される。また、ベアリングハウジングに冷却用の冷却油の油路（冷却油路）が設けられ、高温になるベアリングハウジングのタービンインペラ側を冷却する構成が記載されている。

冷却油路は、ベアリングハウジングの内部のタービンインペラ側において、潤滑油の排油路の径方向外方に環状に設けられる。冷却油路と排油路は、鉛直下方において一つの排油空間に連通し、ベアリングハウジングの外に排油される。このとき、冷却油路から排油空間へ導かれる冷却油と、排油路から排油空間へ導かれる潤滑油とが干渉すると、双方の排油性が低下してしまう。そこで、排油空間における冷却油と潤滑油との干渉を防ぐべく、冷却油路と排油路とを仕切る仕切り部が設けられ、当該仕切り部によって冷却油と潤滑油の流れの干渉を抑制している。

実開昭６３−１０２９３３号公報

軸受孔の端部から排油路に導かれる潤滑油が多量である場合、排油路に導かれた潤滑油がタービン軸を伝ってタービンインペラに到達する、潤滑油漏れが生じるおそれがある。そこで、ベアリングハウジングに、軸受孔と連通し当該軸受孔から鉛直下方に潤滑油を排出する貫通孔を設け、排油路に導かれる潤滑油の量を低減させることがある。しかしながら、貫通孔の鉛直下方には、上記の仕切り部が位置するため、貫通孔から排出される潤滑油の流れが、仕切り部によって阻害され、貫通孔からの排油性が低下するおそれがある。

そして、貫通孔からの排油性が低下すると、軸受孔の端部から噴き出す潤滑油量が増加して、結局、コンプレッサインペラ側やタービンインペラ側へ潤滑油が漏れ出してしまうこととなる。

本発明の目的は、軸受部が配される軸受孔の排油性を向上し、インペラ側への潤滑油の漏れを低減することが可能となる過給機を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の過給機は、過給機本体と、前記過給機本体に形成された軸受孔と、前記軸受孔に回転自在に挿通され、一端にタービンインペラが設けられるとともに他端にコンプレッサインペラが設けられたタービン軸と、前記軸受孔に収容され前記タービン軸を回転自在に軸支する軸受部と、前記軸受部に潤滑油を供給する潤滑油路と、前記過給機本体に形成され、前記軸受孔に対して前記タービン軸の径方向に連通し、前記軸受部を潤滑した潤滑油を、該軸受孔から排出する貫通孔と、前記過給機本体内に設けられ、前記軸受孔と前記タービン軸のタービンインペラとの間に位置し、該軸受孔から該タービン軸を伝って前記タービンインペラに向かう潤滑油が、該タービン軸の回転に伴って飛散する飛散空間と、前記過給機本体に形成され、該過給機本体を冷却する冷却油が流通する冷却油路と、前記飛散空間、前記貫通孔、および、前記冷却油路と連通し、前記軸受部を潤滑した潤滑油、および、前記過給機本体を冷却した冷却油が滴下して導かれる排油空間と、前記飛散空間を区画形成する前記過給機本体の壁部のうち、該飛散空間よりも前記タービンインペラ側の壁部から前記排油空間に突出して設けられるとともに、該飛散空間から排出された潤滑油を上面に滴下させ、当該上面と反対側に位置する下面側に、前記冷却油路における前記排油空間への連通部を位置させる仕切り部と、を備え、前記仕切り部の突出方向の先端は、前記タービン軸の軸方向の位置が、前記貫通孔の鉛直下側の端部よりも前記タービンインペラ側に位置していることを特徴とする。

前記軸受孔の前記コンプレッサインペラ側に配され、前記タービン軸のスラスト荷重を受けるスラスト軸受をさらに備え、前記潤滑油路および前記冷却油路は、前記スラスト軸受に連通し、該スラスト軸受を潤滑した後の潤滑油が冷却油として前記冷却油路を流通してもよい。

前記仕切り部は、基端側から先端側に向かって鉛直下方に傾斜していてもよい。

本発明によれば、軸受部が配される軸受孔の排油性を向上し、インペラ側への潤滑油の漏れを低減することが可能となる。

過給機の概略断面図である。図１のベアリングハウジング内部の部分拡大図である。冷却油路を説明するための説明図である。冷却油および潤滑油の流れを説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、過給機Ｃの概略断面図である。以下では、図１に示す矢印Ｆ方向を過給機Ｃの前側とし、矢印Ｒ方向を過給機Ｃの後側として説明する。図１に示すように、過給機Ｃは、過給機本体１を備えて構成される。この過給機本体１は、ベアリングハウジング２と、ベアリングハウジング２の前側に締結ボルト３によって連結されるタービンハウジング４と、ベアリングハウジング２の後側に締結ボルト５によって連結されるコンプレッサハウジング６と、が一体化されて形成されている。

ベアリングハウジング２には、過給機Ｃの前後方向（タービン軸７の軸方向）に貫通する軸受孔２ａが形成されており、この軸受孔２ａに収容された軸受部２０によって、タービン軸７が回転自在に軸支されている。タービン軸７の前端部（一端）にはタービンインペラ８が一体的に固定されており、このタービンインペラ８がタービンハウジング４内に回転自在に収容されている。また、タービン軸７の後端部（他端）にはコンプレッサインペラ９が一体的に固定されており、このコンプレッサインペラ９がコンプレッサハウジング６内に回転自在に収容されている。

コンプレッサハウジング６には、過給機Ｃの後側に開口するとともに不図示のエアクリーナに接続される吸気口１０が形成されている。また、締結ボルト５によってベアリングハウジング２とコンプレッサハウジング６とが連結された状態では、これら両ハウジング２、６の対向面によって、空気を圧縮して昇圧するディフューザ流路１１が形成される。このディフューザ流路１１は、タービン軸７（コンプレッサインペラ９）の径方向内側から外側に向けて環状に形成されており、上記の径方向内側において、コンプレッサインペラ９を介して吸気口１０に連通している。

また、コンプレッサハウジング６には、ディフューザ流路１１よりもタービン軸７（コンプレッサインペラ９）の径方向外側に位置する環状のコンプレッサスクロール流路１２が設けられている。コンプレッサスクロール流路１２は、不図示のエンジンの吸気口と連通するとともに、ディフューザ流路１１にも連通している。したがって、コンプレッサインペラ９が回転すると、吸気口１０からコンプレッサハウジング６内に流体が吸気されるとともに、当該吸気された流体は、ディフューザ流路１１およびコンプレッサスクロール流路１２で昇圧されてエンジンの吸気口に導かれることとなる。

タービンハウジング４には、過給機Ｃの前側に開口するとともに不図示の排気ガス浄化装置に接続される吐出口１３が形成されている。また、タービンハウジング４には、流路１４と、この流路１４よりもタービン軸７（タービンインペラ８）の径方向外側に位置する環状のタービンスクロール流路１５とが設けられている。タービンスクロール流路１５は、不図示のエンジンの排気マニホールドから排出される排気ガスが導かれるガス流入口と連通するとともに、上記の流路１４にも連通している。したがって、ガス流入口からタービンスクロール流路１５に導かれた排気ガスは、流路１４およびタービンインペラ８を介して吐出口１３に導かれるとともに、その流通過程においてタービンインペラ８を回転させることとなる。そして、上記のタービンインペラ８の回転力は、タービン軸７を介してコンプレッサインペラ９に伝達されることとなり、コンプレッサインペラ９の回転力によって、上記のとおりに、流体が昇圧されてエンジンの吸気口に導かれることとなる。

図２は、図１のベアリングハウジング２内部の部分拡大図であり、図１中、破線の四角で囲まれた部分を示す。以下、図２を参照しながら、過給機本体１内に収容された軸受部２０によるタービン軸７の支持構造について説明する。

本実施形態において、軸受部２０は、ラジアル軸受２１と、スラスト軸受２２とで構成される。ベアリングハウジング２の軸受孔２ａのうち、径が小さい部位にラジアル軸受２１が配され、コンプレッサインペラ９側の径が大きい部位にスラスト軸受２２が配される。

ラジアル軸受２１は、タービン軸７との間ですべり運動を生じさせるとともに、タービン軸７との間に油膜圧力を生じさせる所謂セミフローティングメタルで構成される。ラジアル軸受２１には、軸方向に貫通する挿通孔２１ａと、軸方向に垂直な方向に貫通するピン孔２１ｂと、が設けられている。また、ベアリングハウジング２には、軸受孔２ａの径方向外側から内側に貫通するとともに、軸受孔２ａに収容されたラジアル軸受２１のピン孔２１ｂに対向するネジ孔２ｂが形成されている。このネジ孔２ｂには、ピン２１ｃが螺合して固定されるが、このピン２１ｃの先端を、ラジアル軸受２１のピン孔２１ｂに挿通させることで、ラジアル軸受２１の回転方向および軸方向の移動が規制されている。

そして、ラジアル軸受２１は、コンプレッサインペラ９側（図２中、右側）と、タービンインペラ８側（図２中、左側）における、内周面２１ｄ、２１ｅが、それぞれ挿通孔２１ａに挿通されるタービン軸７とのすべり面となり、外周面２１ｆ、２１ｇと軸受孔２ａの間を流れる潤滑油によって、振動が抑制される。

スラスト軸受２２は、タービン軸７のコンプレッサインペラ９側に固定されたスラストカラー２３の軸方向の両側に１つずつ配され、タービン軸７の軸方向の荷重を受ける。

潤滑油路２４は、ベアリングハウジング２（過給機本体１）の外部から軸受部２０まで連通する孔を含んで構成され、ベアリングハウジング２の外部から軸受部２０に潤滑油を供給する。

軸受部２０のうち、ラジアル軸受２１に供給された潤滑油は、軸受孔２ａのタービン軸７の軸方向の両端側から排出され、軸受孔２ａのコンプレッサインペラ９側に排出された潤滑油は、スラスト軸受２２を潤滑して鉛直下方に排出される。

一方、軸受孔２ａのタービンインペラ８側に排出された潤滑油は、タービン軸７を伝ってスリンガ２５に到達する。スリンガ２５は、具体的には、タービン軸７のうち、タービンインペラ８と軸受孔２ａとの間に位置し、タービン軸７の径方向に環状に突出する突出部位であって、潤滑油をタービン軸７の径方向に飛散させる。

また、ベアリングハウジング２内のスリンガ２５の周囲には、飛散空間２６が形成されている。飛散空間２６は、軸受孔２ａとタービン軸７のタービンインペラ８との間に位置する。スリンガ２５の回転に伴い、軸受孔２ａからタービン軸７を伝ってタービンインペラ８に向かう潤滑油が飛散空間２６に飛散する。

スリンガ２５の鉛直上方に飛散した潤滑油は、飛散空間２６を区画形成するベアリングハウジング２の内壁を伝い、スリンガ２５の鉛直下方に飛散した潤滑油と共に排油路２ｃを流下する。

また、ベアリングハウジング２には、軸受孔２ａに対してタービン軸７の径方向に連通し、鉛直下方に開口する貫通孔２ｄが設けられており、軸受孔２ａに導かれた潤滑油が、この貫通孔２ｄからも鉛直下方に排出されるようにしている。

また、本実施形態では、上記の軸受部２０を潤滑する潤滑油が流れる油路の他に、ベアリングハウジング２を冷却する冷却油が流通する冷却油路が設けられている。ここでは、理解を容易とするため潤滑油と冷却油と表現を分けているが、双方は同じ成分の油であり、循環して使用される。

図３は、冷却油路３０を説明するための説明図であり、図１中、一点鎖線で示す四角で囲まれた部分を示す。図３（ａ）には、ベアリングハウジング２の断面の一部を抽出して示し、図３（ｂ）には、図３（ａ）のＩＩＩ（ｂ）−ＩＩＩ（ｂ）線断面を示す。

冷却油路３０は、図３に示すように、ベアリングハウジング２の内部のタービンインペラ８側において、排油路２ｃのタービン軸７の径方向外方に環状に設けられる。冷却油路３０は、図３（ａ）中、破線で示す流路によってスラスト軸受２２が配される部分に連通しており、スラスト軸受２２を潤滑した後の潤滑油が、冷却油として流通する。

また、冷却油路３０は、鉛直下方において排油空間２ｅに連通する。排油空間２ｅは、飛散空間２６、貫通孔２ｄ、および、冷却油路３０と連通しており、軸受部２０を潤滑した潤滑油、および、ベアリングハウジング２を冷却した冷却油が滴下して導かれる。そして、排油空間２ｅに導かれた潤滑油および冷却油は、排油空間２ｅの鉛直下方の開口２ｆからベアリングハウジング２の外に排油される。

仕切り部３１は、飛散空間２６を区画形成するベアリングハウジング２の壁部のうち、飛散空間２６よりもタービンインペラ８側の壁部２６ａから排油空間２ｅに突出して設けられ、基端側から先端側に向かって鉛直下方に傾斜している。

そして、仕切り部３１は、軸受孔２ａの端部から飛散空間２６に排出され、排油路２ｃを流れてきた潤滑油を上面３１ａに滴下させ、当該上面３１ａと反対側に位置する下面３１ｂ側に、冷却油路３０における排油空間２ｅへの連通部３０ａを位置させる。

当該仕切り部３１によって、冷却油路３０から排油空間２ｅへ導かれる冷却油と、軸受孔２ａの端部から飛散空間２６および排油路２ｃを介して排油空間２ｅへ導かれる潤滑油との流れの干渉が抑制されると共に、仕切り部３１が傾斜しているため、冷却油と潤滑油を速やかに排油空間２ｅの開口２ｆに導くことが可能となる。

図４は、冷却油および潤滑油の流れを説明するための説明図であり、図４（ａ）には、本実施形態のベアリングハウジング２の図３（ａ）に対応する位置の断面を示し、図４（ｂ）には、比較例のベアリングハウジングＢの図３（ａ）に対応する位置の断面を示す。

図４（ｂ）に示すように、比較例においては、仕切り部Ｓの先端Ｓ_１が、貫通孔Ｐの開口の鉛直下方まで到達している。そのため、貫通孔Ｐからの潤滑油の流れ（図４（ｂ）中、矢印ａで示す）と、排油路Ｅからの潤滑油の流れ（図４（ｂ）中、矢印ｂで示す）とが互いに干渉し、軸受孔Ｈからの潤滑油の排油性が低下するおそれがある。

一方、本実施形態では、図４（ａ）に示すように、仕切り部３１の先端３１ｃは、タービン軸７の軸方向の位置が、貫通孔２ｄの鉛直下側の端部２ｇよりもタービンインペラ８側に位置している。図３（ａ）に、端部２ｇのうち、タービンインペラ８側の端の位置から鉛直下方に延長した線Ｌを示す。

そして、仕切り部３１の上面３１ａを伝った、排油路２ｃの潤滑油の流れ（図４（ａ）中、矢印ｂで示す）は、貫通孔２ｄの端部２ｇよりもタービンインペラ８側において仕切り部３１から鉛直下方に向かう。

そのため、排油路２ｃの潤滑油の流れは、貫通孔２ｄから排出される潤滑油の流れ（図４（ａ）中、矢印ａで示す）に干渉しにくく、軸受孔２ａの排油性が向上する。こうして、タービンインペラ８側やコンプレッサインペラ９側への潤滑油の漏れが抑制される。

上述した実施形態では、スラスト軸受２２を潤滑した後の潤滑油が冷却油として冷却油路３０に導かれる場合について説明したが、冷却油は、潤滑油とは別の経路で冷却油路３０に導かれてもよい。

また、上述した実施形態では、軸受部２０が、ラジアル軸受２１とスラスト軸受２２の両方で構成される場合について説明したが、軸受部２０は、セミフローティングメタル（ラジアル軸受２１）のみで構成され、セミフローティングメタルの軸方向の端面がスラスト軸受として機能してもよい。

また、上述した実施形態では、ラジアル軸受２１がセミフローティングメタルで構成される場合について説明したが、ラジアル軸受２１は、フルフローティングメタルや転がり軸受で構成されてもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、軸受孔に潤滑油が供給される過給機に利用することができる。

Ｃ …過給機
１ …過給機本体
２ …ベアリングハウジング
２ａ …軸受孔
２ｄ …貫通孔
２ｅ …排油空間
２ｇ …端部
７ …タービン軸
８ …タービンインペラ
９ …コンプレッサインペラ
２０ …軸受部
２１ …ラジアル軸受（軸受部）
２２ …スラスト軸受
２４ …潤滑油路
３０ …冷却油路
３０ａ …連通部
３１ …仕切り部
３１ａ …上面
３１ｂ …下面
３１ｃ …先端

Claims

過給機本体と、
前記過給機本体に形成された軸受孔と、
前記軸受孔に回転自在に挿通され、一端にタービンインペラが設けられるとともに他端にコンプレッサインペラが設けられたタービン軸と、
前記軸受孔に収容され前記タービン軸を回転自在に軸支する軸受部と、
前記軸受部に潤滑油を供給する潤滑油路と、
前記過給機本体に形成され、前記軸受孔に対して前記タービン軸の径方向に連通し、前記軸受部を潤滑した潤滑油を、該軸受孔から排出する貫通孔と、
前記過給機本体内に設けられ、前記軸受孔と前記タービン軸のタービンインペラとの間に位置し、該軸受孔から該タービン軸を伝って前記タービンインペラに向かう潤滑油が、該タービン軸の回転に伴って飛散する飛散空間と、
前記過給機本体に形成され、該過給機本体を冷却する冷却油が流通する冷却油路と、
前記飛散空間、前記貫通孔、および、前記冷却油路と連通し、前記軸受部を潤滑した潤滑油、および、前記過給機本体を冷却した冷却油が滴下して導かれる排油空間と、
前記飛散空間を区画形成する前記過給機本体の壁部のうち、該飛散空間よりも前記タービンインペラ側の壁部から前記排油空間に突出して設けられるとともに、該飛散空間から排出された潤滑油を上面に滴下させ、当該上面と反対側に位置する下面側に、前記冷却油路における前記排油空間への連通部を位置させる仕切り部と、
を備え、
前記仕切り部の突出方向の先端部は、前記タービン軸の軸方向の位置が、前記貫通孔の鉛直下側の端部よりも前記タービンインペラ側に位置していることを特徴とする過給機。
前記軸受孔の前記コンプレッサインペラ側に配され、前記タービン軸のスラスト荷重を受けるスラスト軸受をさらに備え、
前記潤滑油路および前記冷却油路は、前記スラスト軸受に連通し、該スラスト軸受を潤滑した後の潤滑油が冷却油として前記冷却油路を流通することを特徴とする請求項１に記載の過給機。
前記仕切り部は、基端側から先端側に向かって鉛直下方に傾斜していることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の過給機。