JP2014152634A - 過給機 - Google Patents

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

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。

特開平１−９６４２９号公報

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。

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。 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。

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

Claims (2)

1. 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。
2. 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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