JP2014152634A - 過給機 - Google Patents
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Abstract
【課題】潤滑油による冷却性能を向上し、シールリングの劣化や、スラッジおよびオイルコーキングの発生を抑制する。
【解決手段】過給機は、ラジアル軸受20と、軸受孔とタービンインペラ9との間に位置する区画壁部26に形成され、タービン軸が挿通される区画孔26aと、タービン軸8の、軸受孔と、区画壁部との間に位置する部位に設けられ、タービン軸の径方向に突出する突出部30と、区画壁部の区画孔よりも鉛直下方に形成され、軸受部を潤滑した後の潤滑油によって区画壁部を冷却する冷却部28と、を備え、冷却部は、少なくとも一部が、軸受孔におけるタービンインペラ側の端部の鉛直下端部29aと、突出部の鉛直下方の端部とを通る結線Lの延長線Eよりも鉛直下方に位置しており、軸受部を潤滑して軸受孔のタービンインペラ側の端部から飛散した潤滑油は、冷却部に沿って流れ落ちる。
【選択図】図2
【解決手段】過給機は、ラジアル軸受20と、軸受孔とタービンインペラ9との間に位置する区画壁部26に形成され、タービン軸が挿通される区画孔26aと、タービン軸8の、軸受孔と、区画壁部との間に位置する部位に設けられ、タービン軸の径方向に突出する突出部30と、区画壁部の区画孔よりも鉛直下方に形成され、軸受部を潤滑した後の潤滑油によって区画壁部を冷却する冷却部28と、を備え、冷却部は、少なくとも一部が、軸受孔におけるタービンインペラ側の端部の鉛直下端部29aと、突出部の鉛直下方の端部とを通る結線Lの延長線Eよりも鉛直下方に位置しており、軸受部を潤滑して軸受孔のタービンインペラ側の端部から飛散した潤滑油は、冷却部に沿って流れ落ちる。
【選択図】図2
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軸支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。
特許文献1に示されるように、過給機には、軸受部が配される空間とタービンインペラが配される空間を区画する区画壁部が形成され、区画壁部にはタービン軸が挿通される区画孔が設けられている。また、過給機のタービン軸を軸支する軸受部には潤滑油が供給される。軸受部を潤滑した潤滑油の一部は、軸受部のタービンインペラ側から流出する。この流出した潤滑油が区画孔からタービンインペラ側に漏れ出ないように、シールリングが配される。軸受部のタービンインペラ側から流出した潤滑油は、区画壁部より軸受部側の空間を鉛直下方に流れ落ちる。
上記の潤滑油は、過給機本体の冷却機能も兼ねているが、潤滑油の漏れを抑制するため、潤滑油の供給量には限界がある。そのため、特に、区画壁部のうち、区画孔より鉛直下方の部分の冷却効果が低下し、運転条件によっては、シールリングが劣化しやすくなったり、高温の区画壁部に沿って流れ落ちることで潤滑油が劣化し、スラッジが発生したりオイルコーキングが発生したりするおそれがあった。
本発明の目的は、潤滑油による冷却性能を向上し、シールリングの劣化や、スラッジおよびオイルコーキングの発生を抑制することが可能な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、前記軸受孔と前記タービンインペラとの間に位置する前記過給機本体の区画壁部に形成され、前記タービン軸が挿通される区画孔と、前記区画孔に配され、該区画孔から前記タービンインペラ側への前記潤滑油の漏れを抑えるシール部と、前記タービン軸の、前記軸受孔と、前記区画壁部との間に位置する部位に設けられ、該タービン軸の径方向に突出する突出部と、前記区画壁部の前記区画孔よりも鉛直下方に形成され、前記軸受部を潤滑した後の潤滑油によって該区画壁部を冷却する冷却部と、を備え、前記冷却部は、少なくとも一部が、前記軸受孔における前記タービンインペラ側の端部の鉛直下端部と、前記突出部の鉛直下方の端部とを通る結線の延長線よりも鉛直下方に位置しており、前記軸受部を潤滑して該軸受孔の該タービンインペラ側の端部から飛散した潤滑油は、前記冷却部に沿って流れ落ちることを特徴とする。
前記冷却部は、前記区画壁部に形成された窪みであってもよい。
本発明によれば、潤滑油による冷却性能を向上し、シールリングの劣化や、スラッジおよびオイルコーキングの発生を抑制することが可能となる。
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、図に示す矢印L方向を過給機Cの左側とし、矢印R方向を過給機Cの右側として説明する。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の左側に締結ボルト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の右側に締結ボルト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の左右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、タービン軸8を回転自在に軸支したり、タービン軸8に作用するスラスト荷重を受けたりする軸受部材7が設けられている。タービン軸8の左端部にはタービンインペラ9が一体的に固定されており、このタービンインペラ9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8の右端部にはコンプレッサインペラ10が一体的に固定されており、このコンプレッサインペラ10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の右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11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、空気を昇圧するディフューザ流路12が形成される。このディフューザ流路12は、タービン軸8(コンプレッサインペラ10)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10を介して吸気口11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12よりもタービン軸8(コンプレッサインペラ10)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13が設けられている。コンプレッサスクロール流路13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12にも連通している。したがって、コンプレッサインペラ10が回転すると、吸気口11からコンプレッサハウジング6内に空気が吸気されるとともに、当該吸気された空気は、コンプレッサインペラ10の翼間を流通する過程において遠心力の作用により増速され、ディフューザ流路12およびコンプレッサスクロール流路13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、タービンインペラ9よりもタービン軸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14が形成されている。また、タービンハウジング4には、タービンインペラ9を介してタービンスクロール流路14に連通するとともに、タービンインペラ9の正面に臨み、不図示の排気ガス浄化装置に接続される吐出口15が形成されている。
また、締結ボルト3によってベアリングハウジング2とタービンハウジング4とが連結された状態では、これら両ハウジング2、4の対向面間に隙間16が形成される。この隙間16は、排気ガスが流通する可変流路xが構成される部分であり、タービン軸8の径方向内側から外側に向けて環状に形成されている。
タービンスクロール流路14は、エンジンから排出される排気ガスが導かれる不図示のガス流入口と連通するとともに、上記の隙間16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14に導かれた排気ガスは、可変流路xおよびタービンインペラ9を介して吐出口15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9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9の回転力は、タービン軸8を介してコンプレッサインペラ10に伝達されることとなり、コンプレッサインペラ10の回転力によって、上記のとおりに、空気が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に導かれる排気ガスの流量が変化すると、タービンインペラ9およびコンプレッサインペラ10の回転量が変化して、十分に昇圧された空気をエンジンの吸気口に安定的に導くことができなくなってしまう場合がある。そこで、タービンハウジング4の隙間16には、タービンハウジング4とベアリングハウジング2との対向面に固定され、タービンスクロール流路14と吐出口15との連通開度を可変する可変静翼機構17が設けられている。
可変静翼機構17は、排気ガスの流量に応じて、タービンインペラ9に導かれる排気ガスの流速を変化させる。具体的に、可変静翼機構17は、エンジンの回転数が低く排気ガスの流量が少ない場合には、可変流路xの開度を小さくしてタービンインペラ9に導かれる排気ガスの流速を向上し、少ない流量でもタービンインペラ9を回転させることができるようにするものである。
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の一点鎖線部分を抽出して示す。以下、図2を参照しながら、軸受孔2aに設けられた軸受部材7によるタービン軸8の支持構造について説明する。
本実施形態において、軸受部材7は、ラジアル軸受20(軸受部)と、スラスト軸受21、22とで構成される。ラジアル軸受20は、所謂セミフローティングメタルで構成され、タービン軸8の軸方向に貫通する挿通孔20aを有し、当該挿通孔20aにタービン軸8が挿通される。また、ラジアル軸受20には、ラジアル軸受20の内周面(挿通孔20a)から外周面まで貫通する孔20bが形成されている。
ベアリングハウジング2には、ベアリングハウジング2の外部から軸受孔2aまで連通する潤滑油路23が設けられている。ラジアル軸受20の内周面は、潤滑油路23から供給され孔20bに流入した潤滑油によって、タービン軸8との間に油膜を保持し、当該油膜圧力によってタービン軸8の径方向の荷重を受ける。
また、ラジアル軸受20には、タービン軸8の軸方向に垂直な方向に貫通するピン孔20eが設けられている。そして、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20のピン孔20eに対向するネジ孔2bが形成されている。
ピン24は、一部にネジ溝が切られ、ネジ孔2bに螺合すると共に、先端側がラジアル軸受20のピン孔20eに挿通される。こうして、ラジアル軸受20は、軸受孔2aに対して、タービン軸8の軸方向および回転方向の移動が規制される。
スラスト軸受21、22は、タービン軸8に固定されたスラストカラー25に対しタービン軸8の軸方向の両側に1つずつ配され、タービン軸8の軸方向の荷重(スラスト荷重)を受ける。
区画壁部26は、ベアリングハウジング2のうち、軸受孔2aとタービンインペラ9との間に位置し、ベアリングハウジング2内の空間とタービンハウジング4内の空間を区画する。区画壁部26には、タービン軸8が挿通される区画孔26aが形成されている。
ラジアル軸受20を潤滑し、軸受孔2aのタービンインペラ9側に排出された潤滑油は、軸受孔2aと区画壁部26の間の空間に飛散し、区画壁部26などのベアリングハウジング2の内壁を伝って、軸受孔2aの鉛直下方に形成された排油路2cを流れ落ちる。
このとき、区画孔26aに潤滑油が到達し、区画孔26aからタービンインペラ9に向けて潤滑油が漏れ出すのを防ぐべく、区画孔26aの内部にはシール部27が設けられている。シール部27はシールリングで構成され、区画孔26aとタービン軸8の隙間を塞ぎ、区画孔26aからタービンインペラ9側への潤滑油の漏れを抑える。
ところで、ベアリングハウジング2のタービンインペラ9側は、高温の排気ガスからの伝熱によってコンプレッサインペラ10側よりも高温になりやすい。特に、ベアリングハウジング2のうち、シール部27の鉛直下方が冷却され難く、高温となってシール部27の劣化が進みやすいという実態がある。そこで、本実施形態では、区画壁部26に冷却部28が設けられている。
図3は、比較例における図2に対応する部分の概略断面図である。図3に示すように、比較例においては、区画壁部Bのうち区画孔Baよりも鉛直下方に位置する部位は平らな壁面となっている。
一方、本実施形態においては、図2に示すように、区画壁部26のうち区画孔26aよりも鉛直下方に、冷却部28が設けられている。冷却部28は、区画壁部26に形成された窪みであって、タービンインペラ9側に陥没した部位である。ここでは、冷却部28は曲面となっている。
冷却部28を設けることで、比較例に対し、区画孔26aよりも鉛直下方に位置する区画壁部26の表面積が大きくなる。そのため、軸受部材7を潤滑した後の潤滑油が表面を流れる距離および時間を長くでき、区画壁部26の冷却効果を増大することが可能となる。
また、軸受孔2aのタービンインペラ9側の端部29には、軸受孔2aのうち、ラジアル軸受20が配された部位よりも径が大きい大径孔2dが、タービン軸8の軸方向に隣接して設けられている。大径孔2dのうち、鉛直下方は開口しており、ラジアル軸受20を潤滑した後の潤滑油が、端部29から排油路2cに向かって流出する。
突出部30は、タービン軸8のうち、軸受孔2aと、区画壁部26との間に位置する部位に設けられ、タービン軸8の径方向に突出する環状のフランジ部である。突出部30は、大径孔2dを形成する壁面のうち、タービンインペラ9側の部位と径方向に対向しており、その径方向の隙間が小さいことから、大径孔2dの開口部分以外から潤滑油が流出し難くなっている。また、突出部30は、軸受孔2aの端部29の周縁と、区画孔26aの周縁とを結ぶ結線上に突出する寸法関係を維持している。これにより、端部29から噴出した潤滑油が、区画孔26aに直接浸入してしまうことがない構成となっている。
これに対して、冷却部28は、軸受孔2aにおけるタービンインペラ9側の端部29の鉛直下端部29aと、突出部30の鉛直下方の端(より詳細には、突出部30の鉛直下方であって、かつ、コンプレッサインペラ10側の端)である端部30aとを通る結線Lの延長線Eよりも鉛直下方に位置している。
そのため、軸受部材7を潤滑して軸受孔2aのタービンインペラ9側の端部29に導かれた後、潤滑油の供給圧によって、図2中、左下側に飛散した潤滑油は、延長線Eよりも鉛直下方に位置する冷却部28に沿って流れ落ちる。
つまり、延長線Eよりも鉛直下方に冷却部28を設けることで、軸受部材7を潤滑して軸受孔2aの端部29から噴出する潤滑油の一部が冷却部28に到達可能となり、冷却部28による冷却効果をさらに高めることが可能となる。
そのため、冷却部28によって潤滑油による冷却性能が向上し、シール部27の劣化や、スラッジおよびオイルコーキングの発生を抑制することが可能となる。
上述した実施形態では、冷却部28を構成する窪みは、曲面に形成される場合について説明したが、冷却部の形状は曲面に限らず、平面を組み合わせた断面矩形状であってもよいし、曲面と平面を組み合わせた形状であってもよい。いずれにしても、冷却部28を窪みとすることで、窪みの具体的な形状に関わらず、潤滑油の流路を大きくして排油性を高めることが可能となる。さらに、冷却部28は、表面積を大きくできれば窪みに限らず、例えば凹凸などでもよい。
また、図2には、冷却部28の全体が結線Lの延長線Eよりも鉛直下方に位置している構成を示した。しかし、冷却部28の少なくとも一部が、結線Lの延長線Eよりも鉛直下方に位置していればよい。
また、図2には、突出部30の径方向の先端形状が、タービン軸8と平行な構成を示したが、突出部30の先端形状を結線Lに平行となるようにしてもよい。また、突出部30の外径は、区画孔26aの内径よりも小さくすることで、タービン軸8のベアリングハウジング2への組み付けが容易となる。
また、上述した実施形態では、軸受部材7は、ラジアル軸受20、スラスト軸受21、22で構成される場合について説明したが、スラスト軸受21、22を設けず、ラジアル軸受20のみで構成されるとしてもよい。
また、上述した実施形態では、ラジアル軸受20は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、ラジアル軸受はフルフローティングメタルで構成されてもよい。
なお、上述した実施形態において、鉛直下方は、過給機Cが、例えば、水平面に置かれた車両などに搭載されているときの姿勢を想定したとき、この姿勢の過給機Cに対し重力が作用する方向であって、図1〜図3においては、図中、下側となる。
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
E …延長線
L …結線
1 …過給機本体
2a …軸受孔
8 …タービン軸
9 …タービンインペラ
10 …コンプレッサインペラ
20 …ラジアル軸受(軸受部)
23 …潤滑油路
26 …区画壁部
26a …区画孔
27 …シール部
28 …冷却部
29 …端部
29a …鉛直下端部
30 …突出部
30a …端部
E …延長線
L …結線
1 …過給機本体
2a …軸受孔
8 …タービン軸
9 …タービンインペラ
10 …コンプレッサインペラ
20 …ラジアル軸受(軸受部)
23 …潤滑油路
26 …区画壁部
26a …区画孔
27 …シール部
28 …冷却部
29 …端部
29a …鉛直下端部
30 …突出部
30a …端部
Claims (2)
- 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、
前記軸受孔と前記タービンインペラとの間に位置する前記過給機本体の区画壁部に形成され、前記タービン軸が挿通される区画孔と、
前記区画孔に配され、該区画孔から前記タービンインペラ側への前記潤滑油の漏れを抑えるシール部と、
前記タービン軸の、前記軸受孔と、前記区画壁部との間に位置する部位に設けられ、該タービン軸の径方向に突出する突出部と、
前記区画壁部の前記区画孔よりも鉛直下方に形成され、前記軸受部を潤滑した後の潤滑油によって該区画壁部を冷却する冷却部と、
を備え、
前記冷却部は、
少なくとも一部が、前記軸受孔における前記タービンインペラ側の端部の鉛直下端部と、前記突出部の鉛直下方の端部とを通る結線の延長線よりも鉛直下方に位置しており、
前記軸受部を潤滑して該軸受孔の該タービンインペラ側の端部から飛散した潤滑油は、前記冷却部に沿って流れ落ちることを特徴とする過給機。 - 前記冷却部は、前記区画壁部に形成された窪みであることを特徴とする請求項1に記載の過給機。
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