JP2008248706A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】コンプレッサ側への油漏れを防止しつつ、コンプレッサインペラ側シールプレートのコンプレッサインペラと対向する壁面全体を均一に冷却することができ、コンプレッサインペラの背面側への熱の伝達を抑制して冷却性能向上を図り得るターボチャージャを提供する。
【解決手段】軸受ハウジング３に、コンプレッサインペラ８の背面に位置してその外径より大きく形成され且つ圧縮空気のディフューザ部２７を形成するコンプレッサインペラ側シールプレート２０を取り付け、コンプレッサインペラ側シールプレート２０上部に冷却用潤滑油Ｃを吹き付ける供給手段２８と、流下する冷却用潤滑油Ｃをコンプレッサインペラ側シールプレート２０のロータ軸５貫通部下方へ導くガイド手段３０と、冷却用潤滑油Ｃがコンプレッサインペラ側シールプレート２０のロータ軸５貫通部に直接かかることを防ぐ仕切手段２９とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターボチャージャに関するものである。

一般に、ターボチャージャは、タービンとコンプレッサを同一回転軸上に連結し、タービンによってコンプレッサを駆動するようにしたものであって、内燃機関の性能向上のために広く用いられている。

従来におけるターボチャージャの一例を示すものとしては、例えば、特許文献１があり、該特許文献１に開示されたものは、図６及び図７に示される如く、タービンハウジング１とコンプレッサハウジング２との間に軸受ハウジング３が設けられ、前記タービンハウジング１内に配設されるタービンロータ４のロータ軸５が前記軸受ハウジング３内を貫通してコンプレッサハウジング２側へ延びるようベアリング６及びスラストベアリング７により回転自在に支持され、前記ロータ軸５の反タービンロータ４側の端部にコンプレッサインペラ８が前記コンプレッサハウジング２内に配設されるよう嵌着されている。

前記軸受ハウジング３内部には、該軸受ハウジング３内部におけるタービンハウジング１側上部に位置し且つ前記ロータ軸５の上部外周側に同芯状に配設される上部冷却用空間９と、前記軸受ハウジング３内部におけるタービンハウジング１側のロータ軸貫通孔１０近傍に位置し且つ前記上部冷却用空間９に連通するタービン側シール空間１１と、前記軸受ハウジング３内下部に位置し且つ前記上部冷却用空間９及びタービン側シール空間１１に連通する下部排油空間１２とが形成されると共に、上方から下方へ向けロータ軸５の軸線と直交する方向へ延びるよう穿設され且つ冷却用潤滑油Ｃが供給される給油口１３と、該給油口１３に対して交差するよう穿設された給油穴１４と、該給油穴１４と連通するよう穿設され且つ前記上部冷却用空間９内へ向けて冷却用潤滑油Ｃを噴射するジェット孔１５とが形成されている。

又、前記軸受ハウジング３には、コンプレッサインペラ８の背面に位置して該コンプレッサインペラ８の外径と略等しく形成されるコンプレッサインペラ側シールプレート２０´がボルト２１によって取り付けられ、該コンプレッサインペラ側シールプレート２０´には、前記ロータ軸５と同芯となるドーナツ状のコンプレッサインペラ側冷却空間２２´がその下部において前記下部排油空間１２と連通するよう形成されると共に、前記給油口１３から分岐する給油孔２３と連通するよう穿設され且つ前記コンプレッサインペラ側冷却空間２２´上部へ向けて冷却用潤滑油Ｃを噴射するジェット孔２４が形成されている。尚、前記コンプレッサインペラ側シールプレート２０´を貫通するロータ軸５には、シールリング２５が外周部に装填された油切り２６が嵌着されている。

そして、前記ターボチャージャの運転時には、図示していない内燃機関の排ガスがタービンハウジング１に導入され、該排ガスの圧力によってタービンロータ４が回転し、該タービンロータ４の回転がロータ軸５を介してコンプレッサインペラ８へ伝達されることにより、該コンプレッサインペラ８が回転駆動されて、前記内燃機関に供給される空気が圧縮（過給）されるようになっている。

この際、前記軸受ハウジング３の給油口１３には冷却用潤滑油Ｃが供給され、該冷却用潤滑油Ｃは、給油穴１４を経てジェット孔１５から上部冷却用空間９内へ向けて噴射され、該上部冷却用空間９内におけるタービンハウジング１側の壁面に衝突して該壁面を冷却し、タービン側シール空間１１から下部排油空間１２を経て外部へ排出される。

同時に、前記冷却用潤滑油Ｃは、前記軸受ハウジング３の給油口１３から給油孔２３へ分岐し、該給油孔２３と連通するジェット孔２４からコンプレッサインペラ側冷却空間２２´上部へ向けて噴射され、該コンプレッサインペラ側冷却空間２２´内におけるコンプレッサインペラ８側の壁面に衝突して該壁面を冷却し、下部排油空間１２を経て外部へ排出され、これにより、コンプレッサインペラ８とコンプレッサインペラ側シールプレート２０´との隙間にある高温空気が冷却され、コンプレッサインペラ８の温度上昇が間接的に抑制されるようになっている。

尚、前記冷却用潤滑油Ｃは、ベアリング６及びスラストベアリング７にも供給され、該ベアリング６及びスラストベアリング７を潤滑しつつ冷却するようになっている。

又、前記スラストベアリング７へ供給される冷却用潤滑油Ｃのコンプレッサインペラ８側への漏れは、前記シールリング２５が外周部に装填された油切り２６によって防止されるようになっている。
特許第３６０６２９３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたものの場合、軸受ハウジング３の給油口１３より給油孔２３を経てジェット孔２４からコンプレッサインペラ側冷却空間２２´上部へ向けて噴射される冷却用潤滑油Ｃは、図８に示される如く、コンプレッサインペラ側冷却空間２２´内におけるコンプレッサインペラ８側の壁面に沿って、ロータ軸５を取り巻くコンプレッサインペラ側シールプレート２０´の中心部分の外周側を流下して行くため、該コンプレッサインペラ側シールプレート２０´の中心部分の下方位置における壁面には冷却用潤滑油Ｃが行き渡りにくくなり、コンプレッサインペラ側冷却空間２２´内におけるコンプレッサインペラ８側の壁面全体を均一に冷却することが困難となり、冷却性能が低下するという欠点を有していた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、コンプレッサハウジング側への油漏れを防止しつつ、コンプレッサインペラ側シールプレートのコンプレッサインペラと対向する壁面全体を均一に冷却することができ、コンプレッサインペラの背面側への熱の伝達を抑制して冷却性能向上を図り得るターボチャージャを提供しようとするものである。

本発明は、ロータ軸が回転自在に支持される軸受ハウジングに、コンプレッサインペラの背面に位置して該コンプレッサインペラの外径よりも大きく形成され且つコンプレッサハウジングとの間で圧縮空気のディフューザ部を形成するコンプレッサインペラ側シールプレートを取り付けてなるターボチャージャであって、
前記軸受ハウジング側からコンプレッサインペラ側シールプレート上部に対して冷却用潤滑油を吹き付ける供給手段と、
該供給手段によって吹き付けられて流下する冷却用潤滑油をコンプレッサインペラ側シールプレートのロータ軸貫通部下方へ導くガイド手段と
を備えたことを特徴とするターボチャージャにかかるものである。

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

前述の如く構成すると、ターボチャージャの運転時に、冷却用潤滑油は、供給手段により軸受ハウジング側からコンプレッサインペラ側シールプレート上部に対して吹き付けられるが、前記供給手段によって吹き付けられて流下する冷却用潤滑油は、特許文献１に開示されたもののように、コンプレッサインペラ側冷却空間内におけるコンプレッサインペラ側の壁面に沿って、ロータ軸を取り巻くコンプレッサインペラ側シールプレートの中心部分の外周側を単に流下して行くのではなく、ガイド手段によりコンプレッサインペラ側シールプレートのロータ軸貫通部下方へ導かれるため、該コンプレッサインペラ側シールプレートの中心部分の下方位置における壁面にも冷却用潤滑油が行き渡りやすくなり、コンプレッサインペラ側シールプレートの壁面全体を均一に冷却することが可能となり、冷却性能が低下する心配がなくなる。

前記ターボチャージャにおいては、前記ガイド手段を、前記コンプレッサインペラ側シールプレートの少なくとも下半分の壁面に前記ロータ軸貫通部下方へ回り込む形状となるよう突設されるガイドリブによって構成することができる。

又、前記ターボチャージャにおいては、前記ガイド手段を、前記コンプレッサインペラ側シールプレートの少なくとも下半分の壁面に前記ロータ軸貫通部下方へ回り込む形状となるよう凹設されるガイド溝によって構成することもできる。

更に、前記ターボチャージャにおいては、前記供給手段によって吹き付けられた冷却用潤滑油がコンプレッサインペラ側シールプレートのロータ軸貫通部に直接かかることを防ぐようコンプレッサインペラ側シールプレートに形成される仕切手段を備えることができ、このようにすると、前記コンプレッサインペラ側シールプレートのロータ軸貫通部に前記冷却用潤滑油が直接かかることはなく、ロータ軸貫通部からコンプレッサハウジング側への油漏れが生じる心配もなくなる。

又、前記ターボチャージャにおいては、前記仕切手段を、前記ロータ軸と同芯状の筒状体で形成され、且つ前記ロータ軸貫通部外周を取り囲むコンプレッサインペラ側シール空間と該コンプレッサインペラ側シール空間の外周に配設されるコンプレッサインペラ側冷却空間とを画成する仕切部材によって構成することができる。

本発明のターボチャージャによれば、コンプレッサハウジング側への油漏れを防止しつつ、コンプレッサインペラ側シールプレートのコンプレッサインペラと対向する壁面全体を均一に冷却することができ、コンプレッサインペラの背面側への熱の伝達を抑制して冷却性能向上を図り得るという優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１〜図３は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図６〜図８と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図６〜図８に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図１〜図３に示す如く、ロータ軸５が回転自在に支持される軸受ハウジング３に、コンプレッサインペラ８の背面に位置して該コンプレッサインペラ８の外径よりも大きく形成され且つコンプレッサハウジング２との間で圧縮空気のディフューザ部２７を形成するコンプレッサインペラ側シールプレート２０を取り付け、前記軸受ハウジング３側からコンプレッサインペラ側シールプレート２０上部に対して冷却用潤滑油Ｃを吹き付ける供給手段２８と、該供給手段２８によって吹き付けられて流下する冷却用潤滑油Ｃをコンプレッサインペラ側シールプレート２０のロータ軸５貫通部下方へ導くガイド手段３０とを備えた点にある。

本図示例の場合、前記軸受ハウジング３は、軸受ハウジング本体３ａと、該軸受ハウジング本体３ａ内中心部に組み込まれ且つ前記ロータ軸５をベアリング６を介して回転自在に支持するブッシュ３ｂとに分割形成し、該ブッシュ３ｂは、前記軸受ハウジング本体３ａに対しそのコンプレッサインペラ８側の開口部から組み込んでボルト１９により締結し、前記軸受ハウジング本体３ａのコンプレッサインペラ８側の開口部を前記コンプレッサインペラ側シールプレート２０で蓋をするように覆い、該コンプレッサインペラ側シールプレート２０を軸受ハウジング本体３ａに対してボルト２１により締結するようにしてある。尚、前記コンプレッサインペラ側シールプレート２０の外周部には、円環部材３１に圧縮空気を整流するための複数の翼部材３２を配設してなるディフューザ部材３３を皿ネジ３４によって取り付け、該ディフューザ部材３３とコンプレッサハウジング２との間で前記ディフューザ部２７を形成するようにしてある。又、前記軸受ハウジング本体３ａ内部には、該軸受ハウジング本体３ａ内部におけるタービンハウジング１側上部に位置し且つ前記ブッシュ３ｂの上部外周を囲む上部冷却用空間９と、前記軸受ハウジング本体３ａ内部におけるタービンハウジング１側のロータ軸貫通孔１０近傍に位置し且つ前記ブッシュ３ｂによって前記上部冷却用空間９から画成されるタービン側シール空間１１と、前記軸受ハウジング本体３ａ内部におけるブッシュ３ｂの下方に位置し且つ前記上部冷却用空間９及びタービン側シール空間１１に連通する下部排油空間１２とを形成してある。

又、前記冷却用潤滑油Ｃの供給手段２８は、前記軸受ハウジング本体３ａ上部に上方から下方へ向けロータ軸５の軸線と直交する方向へ延びるよう形成された給油口１３と、該給油口１３に連通し且つロータ軸５の軸線と平行な方向へ延びるよう前記ブッシュ３ｂに形成された給油穴１４と、該給油穴１４と連通し且つ後述するコンプレッサインペラ側冷却空間２２内へ向けて冷却用潤滑油Ｃを噴射するジェット孔２４とから構成してある。尚、前記ブッシュ３ｂには、前記給油穴１４と連通し且つ前記上部冷却用空間９内へ向けて冷却用潤滑油Ｃを噴射するジェット孔１５と、前記給油穴１４に対して交差するよう穿設され且つベアリング６に冷却用潤滑油Ｃを供給可能な給油孔１７も形成し、該給油孔１７の前記上部冷却用空間９とオーバーラップする箇所にはプラグ１８をねじ込むことにより、該給油孔１７から前記上部冷却用空間９へ冷却用潤滑油Ｃが流出しないようにしてある。又、前記スラストベアリング７に対しても前記給油穴１４の端部から冷却用潤滑油Ｃを供給するようにしてある。

更に又、前記コンプレッサインペラ側シールプレート２０のガイド手段３０は、該コンプレッサインペラ側シールプレート２０のコンプレッサインペラ側冷却空間２２に対向する下半分の壁面に前記ロータ軸５と同芯状となるよう突設されるガイドリブ３０ａによって構成してある。尚、前記ガイドリブ３０ａは、コンプレッサインペラ側シールプレート２０のコンプレッサインペラ側冷却空間２２に対向する下半分の壁面だけではなく、上半分の壁面にも前記ロータ軸５と同芯状となるよう突設しても良い。又、前記コンプレッサインペラ側シールプレート２０のガイド手段３０は、前述の如く突設されるガイドリブ３０ａによって構成する代わりに、コンプレッサインペラ側シールプレート２０のコンプレッサインペラ側冷却空間２２に対向する少なくとも下半分の壁面に前記ロータ軸５と同芯状となるよう凹設されるガイド溝３０ｂ（図３参照）によって構成することもできる。更に、前記ガイドリブ３０ａ（或いはガイド溝３０ｂ）の本数は、図３に示す如く、二本に限らず、一本としたり、或いは三本以上とすることも可能である。又、前記ガイドリブ３０ａ（或いはガイド溝３０ｂ）は、必ずしも前記ロータ軸５と同芯状とする必要はなく、例えば、同心円ではない円弧形状、楕円形状、或いはＵ字状やＶ字状とすることも可能であり、要は前記ロータ軸５貫通部下方へ回り込む形状であれば良い。

一方、本図示例の場合、前記供給手段２８によって吹き付けられた冷却用潤滑油Ｃがコンプレッサインペラ側シールプレート２０のロータ軸５貫通部に直接かかることを防ぐようコンプレッサインペラ側シールプレート２０に形成される仕切手段２９も備えており、該コンプレッサインペラ側シールプレート２０の仕切手段２９は、前記ロータ軸５と同芯状の筒状体で形成され、且つ前記ロータ軸５貫通部外周を取り囲むコンプレッサインペラ側シール空間３５と該コンプレッサインペラ側シール空間３５の外周に配設されるコンプレッサインペラ側冷却空間２２とを画成する仕切部材２９ａによって構成し、該仕切部材２９ａの端部をスラストベアリング７の外周部に密着させることにより、該スラストベアリング７をブッシュ３ｂに押し付けるように支持している。尚、前記コンプレッサインペラ側シール空間３５の下部は、仕切部材２９ａの下部に形成した切欠部２９ｂを介してコンプレッサインペラ側冷却空間２２と連通するようにしてある。

次に、上記図示例の作用を説明する。

前述の如く構成すると、ターボチャージャの運転時に、冷却用潤滑油Ｃは、供給手段２８、即ち軸受ハウジング本体３ａの給油口１３からブッシュ３ｂ内部の給油穴１４及びジェット孔２４を経て、コンプレッサインペラ側シールプレート２０上部に対して吹き付けられるが、前記供給手段２８によって吹き付けられて流下する冷却用潤滑油Ｃは、特許文献１に開示されたもののように、図８に示される如く、コンプレッサインペラ側冷却空間２２内におけるコンプレッサインペラ８側の壁面に沿って、ロータ軸５を取り巻くコンプレッサインペラ側シールプレート２０´の中心部分の外周側を単に流下して行くのではなく、図３に示す如く、ガイド手段３０のガイドリブ３０ａ（或いはガイド溝３０ｂ）によりコンプレッサインペラ側シールプレート２０のロータ軸５貫通部下方へ導かれるため、該コンプレッサインペラ側シールプレート２０の中心部分の下方位置における壁面にも冷却用潤滑油Ｃが行き渡りやすくなり、コンプレッサインペラ側冷却空間２２内におけるコンプレッサインペラ８側の壁面全体を均一に冷却することが可能となり、冷却性能が低下する心配がなくなる。

しかも、仕切手段２９としてコンプレッサインペラ側シール空間３５とコンプレッサインペラ側冷却空間２２とを画成する仕切部材２９ａが設けられているため、コンプレッサインペラ側シールプレート２０のロータ軸５貫通部に前記冷却用潤滑油Ｃが直接かかることはなく、ロータ軸５貫通部からコンプレッサハウジング２側への油漏れが生じる心配もない。

因みに、本発明者等が行った実験結果によると、ターボチャージャの運転時には、コンプレッサインペラ８の背面側の方が実際に空気が流通する前面側より温度が高くなっていることが計測され、このようにコンプレッサインペラ８の背面側の温度が上昇するのは、圧縮空気が流通する前記ディフューザ部２７を構成するディフューザ部材３３が温度上昇し、その熱がコンプレッサインペラ側シールプレート２０から、該コンプレッサインペラ側シールプレート２０とコンプレッサインペラ８との隙間の空気を経てコンプレッサインペラ８の背面側へ伝わることが原因であると推測される。このため、本図示例の如く、冷却用潤滑油Ｃを供給手段２８により軸受ハウジング３側からコンプレッサインペラ側シールプレート２０上部に対して吹き付けることは、熱の伝達経路を遮断する上で極めて有効となる。

こうして、コンプレッサハウジング２側への油漏れを防止しつつ、コンプレッサインペラ側シールプレート２０のコンプレッサインペラ８と対向する壁面全体を均一に冷却することができ、コンプレッサインペラ８の背面側への熱の伝達を抑制して冷却性能向上を図り得る。

一方、図４及び図５に示す如く、軸受ハウジング３のタービンロータ４側にも、前記ガイド手段３０のガイドリブ３０ａ（或いはガイド溝３０ｂ）と同様のガイドリブ３０ａ´（或いはガイド溝３０ｂ´）を設けても良く、このようにすると、前記ジェット孔１５から上部冷却用空間９内へ向けて噴射され該上部冷却用空間９内におけるタービンロータ４側の壁面に沿って流下する冷却用潤滑油Ｃに関しても、図５に示す如く、前記ガイドリブ３０ａ´（或いはガイド溝３０ｂ´）によりタービンロータ４側の壁面のロータ軸５貫通部下方へ導かれるため、該タービンロータ４側の壁面の中心部分の下方位置にも冷却用潤滑油Ｃが行き渡りやすくなり、タービンロータ４側の壁面全体を均一に冷却することも可能となる。

尚、本発明のターボチャージャは、上述の図示例にのみ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種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す全体概略断面図である。 図１のコンプレッサインペラ側の要部拡大断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。 図１のタービンロータ側の要部拡大断面図である。 図４のＶ−Ｖ矢視図である。 従来におけるターボチャージャの一例を示す全体概略断面図である。 図６の要部拡大断面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視図である。

符号の説明

１ タービンハウジング
２ コンプレッサハウジング
３ 軸受ハウジング
３ａ 軸受ハウジング本体
３ｂ ブッシュ
４ タービンロータ
５ ロータ軸
６ ベアリング
８ コンプレッサインペラ
１２ 下部排油空間
１３ 給油口
１４ 給油穴
２０ コンプレッサインペラ側シールプレート
２２ コンプレッサインペラ側冷却空間
２４ ジェット孔
２５ シールリング
２６ 油切り
２７ ディフューザ部
２８ 供給手段
２９ 仕切手段
２９ａ 仕切部材
２９ｂ 切欠部
３０ ガイド手段
３０ａ ガイドリブ
３０ｂ ガイド溝
３３ ディフューザ部材
３５ コンプレッサインペラ側シール空間
Ｃ 冷却用潤滑油

Claims (5)

1. ロータ軸が回転自在に支持される軸受ハウジングに、コンプレッサインペラの背面に位置して該コンプレッサインペラの外径よりも大きく形成され且つコンプレッサハウジングとの間で圧縮空気のディフューザ部を形成するコンプレッサインペラ側シールプレートを取り付けてなるターボチャージャであって、
   前記軸受ハウジング側からコンプレッサインペラ側シールプレート上部に対して冷却用潤滑油を吹き付ける供給手段と、
   該供給手段によって吹き付けられて流下する冷却用潤滑油をコンプレッサインペラ側シールプレートのロータ軸貫通部下方へ導くガイド手段と
   を備えたことを特徴とするターボチャージャ。
2. 前記ガイド手段を、前記コンプレッサインペラ側シールプレートの少なくとも下半分の壁面に前記ロータ軸貫通部下方へ回り込む形状となるよう突設されるガイドリブによって構成した請求項１記載のターボチャージャ。
3. 前記ガイド手段を、前記コンプレッサインペラ側シールプレートの少なくとも下半分の壁面に前記ロータ軸貫通部下方へ回り込む形状となるよう凹設されるガイド溝によって構成した請求項１記載のターボチャージャ。
4. 前記供給手段によって吹き付けられた冷却用潤滑油がコンプレッサインペラ側シールプレートのロータ軸貫通部に直接かかることを防ぐようコンプレッサインペラ側シールプレートに形成される仕切手段を備えた請求項１〜３のいずれか一つに記載のターボチャージャ。
5. 前記仕切手段を、前記ロータ軸と同芯状の筒状体で形成され、且つ前記ロータ軸貫通部外周を取り囲むコンプレッサインペラ側シール空間と該コンプレッサインペラ側シール空間の外周に配設されるコンプレッサインペラ側冷却空間とを画成する仕切部材によって構成した請求項４記載のターボチャージャ。
   

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