JP5173602B2 - 過給機 - Google Patents

Description

本発明は、舶用や発電用の大型ディーゼル機関等に適用される過給機に関する。

従来、内燃機関の燃焼用空気を圧縮し、密度の高い空気を燃焼室内へ強制的に送り込む過給機が知られており、たとえば舶用や発電用の大型ディーゼル機関においても広く使用されている。このような過給機は、燃焼用空気を圧縮する圧縮機及び圧縮機の駆動源となる過給機タービンが同軸とされ、ハウジング内に収納されて一体に回転する。なお、過給機タービンは、内燃機関の排気ガスが保有するエネルギにより駆動される。
圧縮機及び過給機タービンが同軸の過給機においては、ハウジング内に衝撃センサを設けておき、基準値以上の衝撃を検出した場合に異常信号を出力することによって給油制御手段を動作させる技術が開示されている。この場合の給油制御手段としては、オイルポンプから回転軸の軸受に対する潤滑油の供給を抑制あるいは停止するための電磁バルブである。（たとえば、特許文献１参照）
特開平５−３２１６８７号公報

ところで、舶用や発電用の大型ディーゼル機関では、ディーゼル機関自体及び／または過給機の開放整備を行う際、機関室内の空気が機関に入り、過給機タービンを通って煙突から排出される。通常、機関室内は換気ファンによって外気を室内に送入しているので、換気ファンを運転した状態では上述した空気量が多くなる。
また、煙突内の熱による空気の上昇気流は、前述した空気の流れを助長する。このような空気の流れは、過給機タービンを通過する際にタービンを付勢するので、過給機ロータ（同軸に連結された過給機タービン及び圧縮機の回転体）が低い速度で回転することとなる。

このようにして過給機ロータが回転する場合でも、過給機に潤滑油が供給されている場合には何ら問題は発生しない。
しかし、ディーゼル機関の開放時には、主潤滑油ポンプを停止して作業を実施する必要があるため、過給機に対する潤滑油の供給も止まることになる。従って、上述した要因により過給機ロータが回転すると、たとえ低速であっても潤滑油の供給を受けられない軸受に損傷を生じることがある。すなわち、開放整備を行う際に過給機ロータが低速回転する過給機においては、潤滑油不足による軸受の損傷が懸念される。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、開放整備を行う際に過給機ロータが低速回転する過給機において、潤滑油不足による軸受の損傷を防止した過給機を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の請求項１に係る過給機は、ハウジング内に収納した過給機タービン及び圧縮機の軸部が連結され、前記ハウジング内の軸受台に設置した軸受が前記軸部を回転自在に支持するとともに、前記過給機タービンにより駆動される前記圧縮機が内燃機関の燃焼用空気を圧縮して燃焼室に供給する過給機において、主潤滑油ポンプに連結されて前記軸受に潤滑油を供給する主潤滑油系統と、前記軸受台の底部に設けられて前記軸受を潤滑した後に自然落下する潤滑油を常に所定量だけ滞留させる油溜まりと、前記主潤滑油ポンプの停止時に運転されるとともに前記油溜まりの底面と略一致するように取り付けられている補助潤滑油ポンプに連結されて前記油溜まりに滞留している潤滑油を前記軸受に供給して循環させる補助潤滑油系統と、を備えている。
また、本発明の請求項２に係る過給機は、ハウジング内に収納した過給機タービン及び圧縮機の軸部が連結され、前記ハウジング内の軸受台に設置した軸受が前記軸部を回転自在に支持するとともに、前記過給機タービンにより駆動される前記圧縮機が内燃機関の燃焼用空気を圧縮して燃焼室に供給する過給機において、主潤滑油ポンプに連結されて前記軸受に潤滑油を供給する主潤滑油系統と、前記軸受台の底部に設けられて前記軸受を潤滑した後に自然落下する潤滑油を常に所定量だけ滞留させる油溜まりと、前記主潤滑油ポンプの停止時に運転される補助潤滑油ポンプに連結されて前記油溜まりに滞留している潤滑油を前記軸受に供給して循環させる補助潤滑油系統と、を備え、前記補助潤滑油ポンプは、前記内燃機関及び／または過給機の開放整備を行う際に運転されて前記軸受に潤滑油を供給する。

請求項１に記載の過給機によれば、主潤滑油ポンプに連結されて軸受に潤滑油を供給する主潤滑油系統と、軸受台の底部に設けられて軸受を潤滑した後に自然落下する潤滑油を常に所定量だけ滞留させる油溜まりと、主潤滑油ポンプの停止時に運転されるとともに油溜まりの底面と略一致するように取り付けられている補助潤滑油ポンプに連結されて油溜まりに滞留している潤滑油を前記軸受に供給して循環させる補助潤滑油系統とを備えているので、主潤滑油ポンプが停止した場合であっても、軸受に対して補助潤滑油ポンプによる潤滑油の供給が可能になる。
また、請求項２に記載の過給機によれば、主潤滑油ポンプに連結されて軸受に潤滑油を供給する主潤滑油系統と、軸受台の底部に設けられて軸受を潤滑した後に自然落下する潤滑油を常に所定量だけ滞留させる油溜まりと、主潤滑油ポンプの停止時に運転される補助潤滑油ポンプに連結されて油溜まりに滞留している潤滑油を軸受に供給して循環させる補助潤滑油系統と、を備え、補助潤滑油ポンプは、内燃機関及び／または過給機の開放整備を行う際に運転されて軸受に潤滑油を供給するので、機関室内の空気流入等に起因して過給機タービンのロータが低速回転するような場合であっても、軸受に対して補助潤滑油系統の補助潤滑油ポンプから潤滑油を供給することができる。
このような補助潤滑油系統は、補助潤滑油ポンプが過給機内の油溜まりから潤滑油を吸入して軸受に供給するとともに、軸受を潤滑した後の潤滑油が油溜まりに落下するので、油溜まりの潤滑油が過給機内を循環して完結するものとなる。

上記の発明において、前記補助潤滑油ポンプは、前記主潤滑油系統内を流れる潤滑油の圧力が所定値以下に低下した場合に自動起動されるので、主潤滑油ポンプの停止時に補助潤滑油ポンプを確実に起動して軸受に対する潤滑油の供給を行うことができる。
上記の発明において、前記補助潤滑油ポンプは、前記内燃機関及び／または過給機の開放整備を行う際に運転されて前記軸受に潤滑油を供給するので、機関室内の空気流入等に起因して過給機タービンのロータが低速回転するような場合であっても、軸受に対して補助潤滑油系統から潤滑油を供給することができる。
また、本発明に係る過給機の潤滑油供給方法は、過給機タービン及び圧縮機を連結する軸部を回転自在に支持しているハウジング内の軸受台に設置した軸受に対し、潤滑油を供給する過給機の潤滑油供給方法であって、前記軸受台の底部に油溜まりを設けて前記軸受を潤滑した後に自然落下する潤滑油を常に所定量だけ滞留させておき、内燃機関及び／または前記過給機の開放整備に伴って主潤滑油ポンプの運転が停止された場合に、補助潤滑油ポンプの運転により前記油溜まり内の潤滑油が過給機内を循環して前記軸受に供給される。
このような過給機の潤滑油供給方法によれば、軸受台の底部に油溜まりを設けて軸受を潤滑した後に自然落下する潤滑油を常に所定量だけ滞留させておき、内燃機関及び／または過給機の開放整備に伴って主潤滑油ポンプの運転が停止された場合に、補助潤滑油ポンプの運転により油溜まり内の潤滑油が過給機内を循環して軸受に供給されるようにしたので、主潤滑油ポンプが停止した場合であっても、軸受に対して補助潤滑油ポンプによる潤滑油の供給が可能になる。

上述した本発明によれば、たとえばディーゼル機関の開放時等において主潤滑油ポンプを停止して作業を実施する必要がある場合、主潤滑油系統から過給機に対する潤滑油の供給が停止されても補助潤滑油系統から過給機の軸受に潤滑油を供給することができる。従って、機関室内の空気流入等に起因して過給機ロータが低速回転するような場合であっても、軸受に対して補助潤滑油系統から潤滑油を供給することができるので、軸受損傷の発生を防止または抑制することができる。
すなわち、ディーゼル機関自体及び／または過給機の開放整備を行う際、過給機ロータが低速回転する過給機において、潤滑油不足により軸受損傷が生じることを確実に防止または抑制することができる。

以下、本発明に係る過給機の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示す過給機１は、内燃機関の吸気系に設置されて燃焼用空気を圧縮し、内燃機関本来の吸気量を超える混合気を吸入・爆発させることにより、見かけの排気量を超える出力を得るための装置である。
過給機１は、過給機タービン２及び圧縮機３の軸部４が連結され、後述するハウジング５内に収納された過給機ロータ（同軸に連結された過給機タービン２及び圧縮機３の回転体）が一体に回転する。過給機タービン２は、内燃機関から排出される排気ガスを導入し、排気ガスのエネルギ（温度及び圧力）を利用して高速回転する。この過給機タービン２は、同軸の圧縮機３を回転させる駆動源となる。

圧縮機３は、過給機タービン２を駆動源として回転し、内燃機関の燃焼用空気を吸引して圧縮する。この圧縮機３が圧縮した燃焼用空気は、内燃機関の吸気系を通って燃焼室に供給される。

図１は過給機１の概要を示す構成図であり、図２において過給機タービン２及び圧縮機３を連結する軸部４の断面を示している。
図示の過給機１は、ハウジング５に設けた軸受台６の内部に軸部４が収納され、水平に配置されている。この軸部４は、ハウジング５の軸受台６に設置した軸受７によって回転自在に支持されている。すなわち、過給機タービン２と圧縮機３との中間部には軸受台６が設けられ、この軸受台６に設置した軸受７が軸部４を回転自在に支持している。

軸受台６の上方には、軸受７に供給するための潤滑油を溜めておく空間として、ヘッドタンク８が設けられている。このヘッドタンク８には、図示しない主潤滑油ポンプに連結されて主潤滑油系統を形成する主潤滑油配管９が接続されている。そして、ヘッドタンク８内には、ヘッドタンク８内の潤滑油を軸受７に導く潤滑油流路１０，１１が形成されている。すなわち、過給機１の運転時には主潤滑油ポンプも運転されるので、ヘッドタンク８内には潤滑油が満たされており、この潤滑油は、開口位置の高さが異なる潤滑油流路１０，１１を通って軸受７まで確実に供給されるようになっている。
ところで、過給機１の運転を停止した場合、主潤滑油ポンプの運転も停止される。しかし、過給機ロータはしばらくの間惰性で回転するため、主潤滑油ポンプの停止後においても、ヘッドタンク８内に溜まった潤滑油を有効に利用して軸受７を潤滑することが必要となる。従って、高さが異なる潤滑油流路１０，１１を設けておき、ヘッドタンク８内の潤滑油残量が多い状態では、入口高さの高い潤滑油流路１０から全ての軸受７に潤滑油を供給し、ヘッドタンク８内の潤滑油残量が少ない状態では、入口高さの低い潤滑油流路１１から温度の高い過給機タービン２側の軸受７にのみ潤滑油を供給する。

軸受台６の下方には油溜まり１２となる空間が形成されており、軸受７を潤滑した後の潤滑油が自然落下することにより、常に所定量だけ滞留させておくことができるようになっている。この油溜まり１２には、図示しない主潤滑油ポンプに潤滑油を供給する潤滑油タンク（不図示）まで潤滑油を戻して回収する潤滑油回収配管１３が接続されている。この潤滑油回収配管１３は、油溜まり１２内に所定量の潤滑油を常に滞留させておくため、油溜まり底面１２ａから所定の油面高さを形成する位置に接続されている。すなわち、油溜まり１２は、底面１２ａから所定の高さを有する壁部１２ｂを有しているので、潤滑油回収配管１３は、壁部１２ｂの上端部に接続されている。
なお、図中の符号１４は、潤滑油を軸受７から油溜まり１２へ落下させる出口開口、１５は油溜まり１２の空気抜きである。

また、油溜まり１２には、主潤滑油ポンプの停止時に運転される補助潤滑油ポンプ２０が設けられている。この補助潤滑油ポンプ２０は、油溜まり１２の底面１２ａと略一致するように取り付けられている。そして、補助潤滑油ポンプ２０に連結され、油溜まり１２内の潤滑油をヘッドタンク８まで導く補助潤滑油配管２１が設けられている。この補助潤滑油配管２１の適所には、主潤滑油ポンプの運転時にヘッドタンク８から補助潤滑油ポンプ２０へ潤滑油が逆流することを防止する逆止弁２２が設けられている。
従って、補助潤滑油ポンプ２０の運転時には、油溜まり１２内の潤滑油が補助潤滑油配管２１を通ってヘッドタンク８へ供給され、さらに、ヘッドタンク８の底面に開口する潤滑油流路１１を通って軸受７に供給される。

上述した主潤滑油配管９の適所には、主潤滑油ポンプから供給される潤滑油の圧力を検出するため、圧力スイッチ等の圧力センサ３０が設けられている。この圧力センサ３０で検出した圧力値等の検出信号は、補助潤滑油ポンプ２０のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御装置３１に入力される。すなわち、補助潤滑油ポンプ２０は、主潤滑油配管９内を流れる潤滑油の圧力が所定値以下に低下した場合、圧力センサ３０の検出信号に基づいて制御装置３１により自動起動される。
また、主潤滑油配管９の適所には、必要に応じて圧力計３２や温度計３３が設けられ、主潤滑油配管９内を流れる潤滑油の状況を目視で判断できるようになっている。

このように、上述した過給機１は、ハウジング５内に収納した過給機タービン２及び圧縮機３の軸部４が連結され、ハウジング５内の軸受台６に設置した軸受７が軸部４を回転自在に支持するとともに、過給機タービン２により駆動される圧縮機３が内燃機関の燃焼用空気を圧縮して燃焼室に供給する装置である。そして、本発明の過給機１は、主潤滑油ポンプに連結されて軸受７に潤滑油を供給する主潤滑油系統と、軸受台６の底部に設けられて軸受７を潤滑した後に落下する潤滑油を所定量だけ滞留させる油溜まり１２と、主潤滑油ポンプの停止時に運転される補助潤滑油ポンプ２０に連結されて油溜まり１２に滞留している潤滑油を軸受７に供給する補助潤滑油系統とを備えている。

図示の過給機１における主潤滑油系統は、主潤滑油ポンプに連結された主潤滑油配管９と、ヘッドタンク８と、潤滑油流路１０，１１と、軸受７と、出口開口１４と、油溜まり１２と、潤滑油回収配管１３と、潤滑油タンクとにより形成される閉回路の潤滑油循環経路である。
また、図示の過給機１における補助潤滑油系統は、補助潤滑油ポンプ２０と、補助潤滑油配管２１、逆止弁２２と、ヘッドタンク８と、潤滑油流路１１と、軸受７と、出口開口１４と、油溜まり１２とにより形成される閉回路の潤滑油循環経路である。

従って、上述した過給機１では、主潤滑油ポンプに連結されて軸受７に潤滑油を供給する主潤滑油系統と、軸受台６の底部に設けられて軸受７を潤滑した後に落下する潤滑油を所定量だけ滞留させる油溜まり１２と、主潤滑油ポンプの停止時に運転される補助潤滑油ポンプ２０に連結されて油溜まり１２に滞留している潤滑油を軸受７に供給する補助潤滑油系統とを備えているので、主潤滑油ポンプが停止した場合には、軸受７に対して補助潤滑油ポンプ２０による潤滑油の供給が可能になる。

すなわち、本発明の過給機１では、補助潤滑油ポンプ２０が過給機１内の油溜まり１２から潤滑油を吸入して軸受７に供給するとともに、軸受７を潤滑した後の潤滑油が油溜まり１２に落下するので、油溜まり１２の潤滑油が過給機１内を循環して完結する補助潤滑油系統が形成されている。
そして、補助潤滑油ポンプ２０は、主潤滑油配管９を流れる潤滑油の圧力が所定値以下に低下した場合に自動起動されるので、主潤滑油ポンプの停止時に補助潤滑油ポンプ２０を確実に起動して軸受７に対する潤滑油の供給を行うことができる。

この結果、たとえば舶用ディーゼル機関の開放時等において、主潤滑油ポンプを停止してメンテナンス等の作業を実施する必要がある場合、主潤滑油系統から過給機１に対する潤滑油の供給が停止されても補助潤滑油系統から過給機１の軸受７に潤滑油を供給することができる。すなわち、機関室内の空気流入等に起因して過給機タービン２のロータが低速回転するような場合であっても、軸受７に対して補助潤滑油系統から潤滑油を供給することができ、従って、軸受損傷の発生を防止または抑制することができる。換言すれば、ディーゼル機関自体及び／または過給機１の開放整備を行う際、ハウジング５内の過給機ロータが低速回転する過給機１において、潤滑油不足により軸受損傷が生じることを確実に防止または抑制することができる。

ところで、上述した過給機１は、舶用の大型ディーゼル機関に限定されることはなく、発電用のディーゼル機関等を含む各種の内燃機関に適用可能である。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

過給機の概要を示す構成図である。 本発明に係る過給機の一実施形態を示す要部の断面図（図１の軸部断面）である。

符号の説明

１ 過給機
２ 過給機タービン
３ 圧縮機
４ 軸部
５ ハウジング
６ 軸受台
７ 軸受
８ ヘッドタンク
９ 主潤滑油配管
１２ 油溜まり
２０ 補助潤滑油ポンプ
２１ 補助潤滑油配管
３０ 圧力センサ
３１ 制御装置

Claims (5)

1. ハウジング内に収納した過給機タービン及び圧縮機の軸部が連結され、前記ハウジング内の軸受台に設置した軸受が前記軸部を回転自在に支持するとともに、前記過給機タービンにより駆動される前記圧縮機が内燃機関の燃焼用空気を圧縮して燃焼室に供給する過給機において、
   主潤滑油ポンプに連結されて前記軸受に潤滑油を供給する主潤滑油系統と、
   前記軸受台の底部に設けられて前記軸受を潤滑した後に自然落下する潤滑油を常に所定量だけ滞留させる油溜まりと、
   前記主潤滑油ポンプの停止時に運転されるとともに前記油溜まりの底面と略一致するように取り付けられている補助潤滑油ポンプに連結されて前記油溜まりに滞留している潤滑油を前記軸受に供給して循環させる補助潤滑油系統と、
   を備えていることを特徴とする過給機。
2. ハウジング内に収納した過給機タービン及び圧縮機の軸部が連結され、前記ハウジング内の軸受台に設置した軸受が前記軸部を回転自在に支持するとともに、前記過給機タービンにより駆動される前記圧縮機が内燃機関の燃焼用空気を圧縮して燃焼室に供給する過給機において、
   主潤滑油ポンプに連結されて前記軸受に潤滑油を供給する主潤滑油系統と、
   前記軸受台の底部に設けられて前記軸受を潤滑した後に自然落下する潤滑油を常に所定量だけ滞留させる油溜まりと、
   前記主潤滑油ポンプの停止時に運転される補助潤滑油ポンプに連結されて前記油溜まりに滞留している潤滑油を前記軸受に供給して循環させる補助潤滑油系統と、を備え、
   前記補助潤滑油ポンプは、前記内燃機関及び／または過給機の開放整備を行う際に運転されて前記軸受に潤滑油を供給することを特徴とする過給機。
3. 前記補助潤滑油ポンプは、前記主潤滑油系統内を流れる潤滑油の圧力が所定値以下に低下した場合に自動起動されることを特徴とする請求項１または２に記載の過給機。
4. 前記補助潤滑油ポンプは、前記内燃機関及び／または過給機の開放整備を行う際に運転されて前記軸受に潤滑油を供給することを特徴とする請求項１または３に記載の過給機。
5. 過給機タービン及び圧縮機を連結する軸部を回転自在に支持しているハウジング内の軸受台に設置した軸受に対し、潤滑油を供給する過給機の潤滑油供給方法であって、
   前記軸受台の底部に油溜まりを設けて前記軸受を潤滑した後に自然落下する潤滑油を常に所定量だけ滞留させておき、
   内燃機関及び／または前記過給機の開放整備に伴って主潤滑油ポンプの運転が停止された場合に、補助潤滑油ポンプの運転により前記油溜まり内の潤滑油が過給機内を循環して前記軸受に供給されることを特徴とする過給機の潤滑油供給方法。

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