JP2005147029A - Turbocharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ターボチャージャ、特に、タービン羽根の回転をコンプレッサ羽根に伝達するタービン軸がラジアル軸受とスラスト軸受とによって支えられているターボチャージャに関する。 The present invention relates to a turbocharger, and more particularly, to a turbocharger in which a turbine shaft that transmits rotation of a turbine blade to a compressor blade is supported by a radial bearing and a thrust bearing.
内燃機関で発生する排気ガスを利用して過給を行うターボチャージャでは、タービン軸を支持するラジアル軸受やスラスト軸受の潤滑に循環型オイルを使用していた。また、従来、タービン羽根の回転をコンプレッサ羽根に伝達するタービン軸がラジアル軸受とスラスト軸受とによって支えられているハイブリッドチャージャが知られていた(特許文献1参照)。 In turbochargers that perform supercharging using exhaust gas generated in an internal combustion engine, circulating oil is used to lubricate radial bearings and thrust bearings that support the turbine shaft. Conventionally, there has been known a hybrid charger in which a turbine shaft for transmitting rotation of a turbine blade to a compressor blade is supported by a radial bearing and a thrust bearing (see Patent Document 1).
しかしながら、タービン軸を支持するラジアル軸受やスラスト軸受の潤滑に循環型オイルを使用したターボチャージャでは、排気ガスの高温がタービン羽根やタービン軸を経てラジアル軸受やスラスト軸受に伝達されるので、潤滑剤としてのオイルが高温になって十分な潤滑性能を発揮しにくくなり、そのためにラジアル軸受やスラスト軸受の耐用寿命が短くなることがあるという問題があった。また、循環型オイルにはスラッジなどの異物が混入していることがあるために、その異物によってそれらの軸受が損傷を受けてそれらの耐用寿命が短くなることがあるという問題があった。さらに、潤滑剤としてのオイルが白煙の排気となってタービン側へ漏れ出し、その排気が大気を汚染することがあるという問題もあった。これらの問題は、タービン軸の回転速度の高速化を図ることについての障害になる。 However, in a turbocharger that uses circulating oil to lubricate the radial and thrust bearings that support the turbine shaft, the high temperature of the exhaust gas is transmitted to the radial and thrust bearings through the turbine blades and turbine shaft. As a result, it is difficult to achieve sufficient lubrication performance due to the high temperature of the oil, and there is a problem that the service life of the radial bearing and the thrust bearing may be shortened. In addition, since foreign matters such as sludge may be mixed in the circulating oil, there is a problem that the bearings may be damaged by the foreign matters and their service life may be shortened. Furthermore, there is a problem that oil as a lubricant leaks to the turbine side as white smoke exhaust, and the exhaust may pollute the atmosphere. These problems are obstacles to increasing the rotational speed of the turbine shaft.
本発明は、以上の問題に鑑みてなされたものであり、ラジアル軸受又はスラスト軸受の潤滑剤を循環型オイルから空気に変更することができるようにすることによって、ラジアル軸受やスラスト軸受の耐用寿命が短くなることがあるという問題や白煙の発生による大気汚染の問題を解消することのできるターボチャージャを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and by making it possible to change the lubricant of a radial bearing or thrust bearing from circulating oil to air, the service life of the radial bearing or thrust bearing is improved. An object of the present invention is to provide a turbocharger that can solve the problem that the battery life may be shortened and the problem of air pollution caused by the generation of white smoke.
また、本発明は、潤滑剤として用いる空気の漏洩をスラスト軸受によって抑制することが可能なターボチャージャを提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a turbocharger capable of suppressing leakage of air used as a lubricant by a thrust bearing.
本発明に係るターボチャージャは、タービン羽根の回転をコンプレッサ羽根に伝達するタービン軸がラジアル軸受とスラスト軸受とによって支えられているターボチャージャにおいて、上記ラジアル軸受が空気を作動流体とするラジアル動圧軸受であることを特徴としている(請求項1)。 A turbocharger according to the present invention is a turbocharger in which a turbine shaft for transmitting rotation of a turbine blade to a compressor blade is supported by a radial bearing and a thrust bearing, and the radial bearing has a radial dynamic pressure bearing using air as a working fluid. (Claim 1).
上記手段とすれば、ラジアル軸受の潤滑に循環型オイルを用いる必要がなくなり、そのラジアル軸受が空気によって潤滑されるので、高温下でも十分な潤滑性能が発揮され、また、スラッジなどの異物が混入することもないので、ラジアル軸受の耐用寿命が改善される。また、白煙の排気を発生することもなくなる。 By using the above means, it is not necessary to use circulating oil for lubrication of the radial bearing, and the radial bearing is lubricated by air, so that sufficient lubrication performance is exhibited even at high temperatures, and foreign matters such as sludge are mixed. As a result, the service life of the radial bearing is improved. In addition, no white smoke is generated.
本発明では、上記スラスト軸受が空気を作動流体とするスラスト動圧軸受であるという構成を採用することも可能である(請求項2)。
この構成を採用すると、スラスト軸受の潤滑に循環型オイルを用いる必要がなくなり、そのスラスト軸受が空気によって潤滑されるので、高温下でも十分な潤滑性能が発揮される。また、スラッジなどの異物が混入することもないので、スラスト軸受の耐用寿命が改善される。また、白煙の排気を発生することもなくなる。
In the present invention, it is also possible to adopt a configuration in which the thrust bearing is a thrust dynamic pressure bearing using air as a working fluid (claim 2).
When this configuration is adopted, it is not necessary to use circulating oil for lubrication of the thrust bearing, and the thrust bearing is lubricated by air, so that sufficient lubrication performance is exhibited even at high temperatures. Moreover, since the foreign matter such as sludge is not mixed, the service life of the thrust bearing is improved. In addition, no white smoke is generated.
更に、本発明では、上記スラスト動圧軸受がシール機能を有することが望ましい(請求項3)。この構成によれば、スラスト動圧軸受のシール機能によって作動流体としての空気が外部に漏れ出すという事態が抑制又は防止される。 Furthermore, in the present invention, it is desirable that the thrust dynamic pressure bearing has a sealing function. According to this configuration, the situation where air as the working fluid leaks to the outside due to the sealing function of the thrust dynamic pressure bearing is suppressed or prevented.
以上のように、本発明によれば、ラジアル軸受又はスラスト軸受として、空気を作動流体とするラジアル動圧軸受又はスラスト動圧軸受に変更したので、潤滑剤に循環型オイルを用いる必要がなくなってラジアル軸受やスラスト軸受の耐用寿命が短くなることがあるという問題が改善され、併せて、たとえ作動流体としての空気が漏れ出てもその空気には大気汚染の原因となる白煙の成分であるオイルのガスが含まれないために、漏れ出た作動流体によって大気が汚染されるという事態が起こらない。また、スラスト動圧軸受がシール機能を有するものでは、潤滑剤として用いる空気の漏洩がスラスト軸受によって抑制されるので、漏洩した空気が大気を汚染するという事態がいっそう起こりにくくなる。 As described above, according to the present invention, since the radial bearing or the thrust bearing is changed to the radial dynamic pressure bearing or the thrust dynamic pressure bearing using air as a working fluid, there is no need to use a circulating oil as a lubricant. The problem that the service life of radial bearings and thrust bearings may be shortened has been improved, and even if air as a working fluid leaks, the air is a component of white smoke that causes air pollution. Since the oil gas is not included, the situation where the air is polluted by the leaked working fluid does not occur. Further, in the case where the thrust dynamic pressure bearing has a sealing function, leakage of air used as a lubricant is suppressed by the thrust bearing, so that a situation in which the leaked air contaminates the atmosphere is less likely to occur.
図1は本発明の実施形態に係るターボチャージャを概略で示した断面図、図2はラジアル動圧軸受の概略構造を示した説明図、図3はスラスト動圧軸受の概略構造を示した説明図である。 FIG. 1 is a sectional view schematically showing a turbocharger according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory view showing a schematic structure of a radial dynamic pressure bearing, and FIG. 3 is an explanation showing a schematic structure of a thrust dynamic pressure bearing. FIG.
図1のように、この実施形態のターボチャージャは、タービン室2Aに収容されているタービン羽根2の回転がタービン軸1によってコンプレッサ室3Aに収容されているコンプレッサ羽根3に伝達されるようになっている。前記タービン軸1はその2箇所がラジアル動圧軸受4,5でそれぞれ支えられていると共に、タービン羽根2の円板面でなる背面21とコンプレッサ羽根3の円板面でなる背面31とがスラスト動圧軸受6,7によってそれぞれ支えられている。そして、ラジアル動圧軸受4,5やスラスト動圧軸受6,7は、ウォータジャケット8を備えた軸受ハウジング9の内部空間91に配備されている。
As shown in FIG. 1, in the turbocharger of this embodiment, the rotation of the
このターボチャージャにおいて、内燃機関から排出された高温(たとえば800℃程度)の排気ガスG1がタービン室2Aに流入してタービン羽根2を回転させると、そのタービン羽根2の回転がタービン軸1によってコンプレッサ羽根3に伝達される。そして、コンプレッサ羽根3の回転によりコンプレッサ室3A内に吸い込まれたエアA1が圧縮されて、たとえばエンジンの燃焼室などに過給される。また、タービン軸1は2箇所のラジアル動圧軸受4,5が発揮する径方向位置決め作用とスラスト動圧軸受6,7が発揮する軸方向位置決め作用とによって径方向及び軸方向で位置決めされた状態で回転する。
In this turbocharger, when the high-temperature (for example, about 800 ° C.) exhaust gas G1 discharged from the internal combustion engine flows into the
軸受ハウジング9の内部空間91には、自然吸気によって外気を内部空間91に導入するための吸気路92が連通されていて、その吸気路92にフィルタ93が配備されている。そして、前記ラジアル動圧軸受4,5は、吸気路92から内部空間91に導入された空気を作動流体とするラジアル動圧軸受であるのに対し、前記スラスト動圧軸受6,7は、吸気路92から内部空間91に導入された空気を作動流体とするスラスト動圧軸受である。
An
前記ラジアル動圧軸受4,5は、タービン軸1の周囲にそれぞれ隙間S1,S2を隔てて配備されたスリーブ41,51の内周面に形成したラジアル動圧溝42,52とタービン軸1の外表面との間で成立する軸受であり、ハウジング9にスナップリング10や緩衝体103(後述)で固定されている。ラジアル動圧溝42,52は、たとえばV字状又はヘリングボーン状に形成されている。なお、ラジアル動圧溝42,52はタービン軸1の外周面に形成されていてもよい。このラジアル動圧軸受において、タービン軸1が回転すると、ラジアル動圧溝42,52の作用で作動流体としての空気が隙間S1,S2内で動圧を発生し、タービン軸1とスリーブ41,51との間に空気膜が保持されてタービン軸1がスリーブ41,51に非接触で回転する。
The radial dynamic pressure bearings 4, 5 are arranged between the radial dynamic pressure grooves 42, 52 formed on the inner peripheral surfaces of the
また、前記スラスト動圧軸受6,7は、タービン羽根2の背面21やコンプレッサ羽根3の背面31の背部に隙間S3,S4を隔てて配備された環状部材でなる軸受本体61,71を備えていて、それらの軸受本体61,71の上記各背面21,31との対向面にポンプアウト溝62,72が形成されている。なお、ポンプアウト溝62,72は上記各背面21,31に形成されていてもよい。このスラスト動圧軸受6,7では、タービン軸1と共にタービン羽根2やコンプレッサ羽根3が回転すると、ポンプアウト溝62,72の作用で作動流体としての空気が動圧を発生して上記隙間S3,S4に空気膜が保持されるようになり、そのためにタービン軸1がスリーブ41,51に非接触で回転する。また、隙間S3,S4の空気圧がその周囲の圧力よりも高くなることにより、軸受ハウジング9の内部空間91が隙間S3,S4を経てタービン室2Aやコンプレッサ室3Aに漏れ出すことが抑制される。これがスラスト動圧軸受6,7のシール機能であり、このシール機能は一種のメカニカルシール機能としても捉えることができるものである。
The thrust
この実施形態のターボチャージャにおいて、ラジアル動圧軸受4,5やスラスト動圧軸受6,7は、吸気路92を経て軸受ハウジング9の内部空間91内に自然吸気された空気を作動流体として用いるので、その作動流体の温度が高温の排気ガスG1の影響を受けて上昇したとしても、それによって潤滑性能が低下することはない。そのため、ラジアル動圧軸受4,5やスラスト動圧軸受6,7の耐用性が作動流体の潤滑性能を低下によって損なわれるという事態を生じにくい。併せて、軸受ハウジング9の内部空間91内に自然吸気される空気は、フィルター93によって塵芥が除去された清浄な空気であるので、作動流体に含まれる塵芥によってラジアル動圧軸受4,5やスラスト動圧軸受6,7の耐用性が損なわれるという事態も起こりにくい。また、ラジアル動圧軸受4,5やスラスト動圧軸受6,7は、それらのスリーブ41,51及び軸受本体61,71が、回転部としてのタービン軸1、タービン羽根2の背面21、コンプレッサ羽根3の背面31と空気を作動流体として非接触回転するので高速回転特性にも優れているために、タービン軸1の回転速度の高速化にも対処することができるようになる。さらに、ラジアル動圧軸受4,5やスラスト動圧軸受6,7の作動流体が、白煙を生じさせるオイルのガスを含まない空気であるため、たとえ作動流体が軸受ハウジング9の外部に漏れ出ても、漏れ出た作動流体によって大気が汚染されるという事態の起こる余地がなくなるという利点がある。
In the turbocharger of this embodiment, the radial dynamic pressure bearings 4, 5 and the thrust
また、前記スラスト動圧軸受6,7が、上記したようにメカニカルシールに準じるようなシール作用を発揮するので、作動流体としての空気が漏れ出て安全性を損なうという事態が起こりにくくなる。
Further, since the thrust
そのほか、ラジアル動圧軸受4,5やスラスト動圧軸受6、7の作動流体に空気を用いると、軸受ハウジング9にウォータジャケット8を具備させ、そのウォータジャケット8に冷却水を流通させるだけでラジアル動圧軸受4、5やスラスト動圧軸受6、7の冷却を行うことができるという利点もある。
In addition, when air is used as the working fluid for the radial dynamic pressure bearings 4 and 5 and the thrust
ところで、自動車エンジンルームに搭載するターボチャージャでは、外部からの振動がラジアル動圧軸受4,5やスラスト動圧軸受6,7に直接に伝達されなくなるような対策を講じることが要求される。そこで、この実施形態のターボチャージャでは、図1に示したように、高温の排気ガスG1の温度の影響を受けやすいタービン側のラジアル動圧軸受4やスラスト動圧軸受6を、耐高温特性に優れた金属製板ばね101,102を介して軸受ハウジング9に取り付けてあるのに対し、高温の排気ガスG1の温度の影響を受けにくいコンプレッサ側のラジアル動圧軸受5やスラスト動圧軸受7を、Oリングなどのゴム弾性を備えた緩衝体103,104を介して軸受ハウジング9に取り付けてある。こうしておけば、外部からの振動が金属製板ばね101,102や緩衝体103,104により吸収されるので、ラジアル動圧軸受4,5やスラスト動圧軸受6,7に振動が直接に伝わることが抑制される。
By the way, a turbocharger mounted in an automobile engine room is required to take measures to prevent external vibration from being directly transmitted to the radial dynamic pressure bearings 4 and 5 and the thrust
1 タービン軸
2 タービン羽根
3 コンプレッサ羽根
4,5 ラジアル動圧軸受
6,7 スラスト動圧軸受
1
6,7 Thrust dynamic pressure bearing
Claims (3)
上記ラジアル軸受が空気を作動流体とするラジアル動圧軸受であることを特徴とするターボチャージャ。 In a turbocharger in which a turbine shaft that transmits rotation of a turbine blade to a compressor blade is supported by a radial bearing and a thrust bearing,
A turbocharger wherein the radial bearing is a radial dynamic pressure bearing using air as a working fluid.
The turbocharger according to claim 2, wherein the thrust dynamic pressure bearing has a sealing function.
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