JP2013155669A

JP2013155669A - ターボ過給機

Info

Publication number: JP2013155669A
Application number: JP2012016870A
Authority: JP
Inventors: Masato Sawashita; 真人澤下
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2013-08-15

Abstract

【課題】回転軸をフローティングメタルで保持しているターボ過給機において、回転軸の回転精度を向上させると共に回転抵抗を低減させる。
【解決手段】フローティングメタル１４は、センター軸受け部１５にオイル層を介して嵌まっている。回転軸３は、軸方向と半径方向とに僅かに移動し得る状態でフローティングメタル１４の内部に嵌まっており、回転軸３とフローティングメタル１４との間にもオイルが充満している。オイルはフローティングメタル１４の両端から流出する。フローティングメタル１４の両端面１４ａ，１４ｂとこれらが対向したフランジ２２，２３の端面２２ａ，２３ａとをテーパ面に形成している。回転軸３は、テーパ面のガイド作用でフローティングメタル１４と同心に保持される。また、フローティングメタル１４とフランジ２２，２３との間に常にオイルが流れることにより、摺動抵抗を無くしてエネルギロスを防止できる。
【選択図】図２

Description

本願発明は、内燃機関に使用されるターボ過給機に関するものである。

内燃機関に使用されるターボ過給機は、排気ガスで回転するタービン翼と、吸気系の清浄空気を加圧するコンプレッサ翼とを備えており、タービン翼とコンプレッサ翼とを回転軸に固定している。そして、回転軸の軸受け手段として、耐久性や回転の滑らかさ、発熱防止等の点から、ハウジングに設けた軸受け部に油層を介して配置されたフローティングメタル（浮動軸受け）が使用されている。

フローティングメタルと軸受け部との間には隙間がおり、この隙間にオイルが供給されており、また、フローティングメタルの内面と回転軸との間にもオイルが供給されている。従って、フローティングメタルは軸受け部の内部で半径方向にずれ移動することが許容されている。また、フローティングメタルは回転軸に対して軸方向にも多少はスライドするように設定されており、フローティングメタルの両端面の箇所をオイルが流れ得るようになっている。（例えば特許文献１）。

特開平０９−２４２５５３号公報

回転軸はフローティングメタルの内部で半径方向に僅かながらずれ移動し得るが、回転軸がフローティングメタルに対して芯ずれしていると、タービン翼及びコンプレッサ翼も偏心した状態で回転することになり、すると、排気ガスによる駆動性能が悪化したり、清浄空気の圧送性能（過給性能）が悪化したりするおそれがある。

また、回転軸にはフローティングメタルのスライドを規制する一対のフランジを設けており、フローティングメタルとフランジとの間の隙間からオイルが流れ出るようになっているが、従来のフローティングメタルの両端面は軸心と直角に切り揃えられた状態になっていてその面積が小さいため、オイルの流れを遮ってフローティングメタルの端面が回転軸のフランジに当接しやすくなっていた。そして、回転軸のフランジがフローティングメタルの端面に当たると、摺動抵抗が発生するため、過給効率の悪化（エネルギロス）を招来するおそれがある。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

本願発明は、ハウジングに設けた軸受け部に、円筒状のフローティングメタルが、当該フローティングメタルの内外にオイルが充満するようにして配置されており、前記フローティングメタルの内部に、コンプレッサ翼及びタービン翼を固定した回転軸が回転自在に嵌まっており、かつ、前記フローティングメタルは、前記回転軸に一体に又は別体に設けられた一対のフランジの間で若干の寸法だけスライド可能になっているターボ過給機において、前記フローティングメタルの一端面とこの一端面が対向した一方のフランジの端面、及び、前記フローティングメタルの他端面とこの他端面が対向した他方のフランジの端面を、互いに重なり合うテーパ面に形成している。

さて、タービン翼には排気ガスの圧力がかかるが、車両用内燃機関の場合、排気ガスの圧力は内燃機関の運転状態に応じて大きく変動するものであり、また、ターボ過給機自体も内燃機関の運転状況に応じて駆動がＯＮ・ＯＦＦされたり、排気ガスの供給量が調整されたりする。このように排気ガスが不断に変動することにより、回転軸には軸方向に振れ動かそうとする外力が頻繁に作用している。また、車両用内燃機関の場合、走行に伴う振動や揺れによっても、回転軸はその軸方向に振れ動かされるような作用を受ける。

しかるに、本願発明では、フローティングメタルの両面と回転軸のフランジの端面とが互いに嵌まり合うテーパ構造になっているため、回転軸が軸方向のいずれの方向に移動しても、回転軸はフローティングメタルと同心になるように自動調節される。このため、回転軸の芯ずれに起因した駆動性能悪化や過給性能悪化を防止できる。

また、フローティングメタルの端面と回転軸のフランジとをテーパ形状にしたことにより、フローティングメタルの端面とフランジの端面との接触面積が大きくなるため、当該フローティングメタルの端面とフランジの端面との間にオイルが常に流れている状態を保持することができて、回転軸に周到抵抗が発生することを防止できる。これにより、エネルギロスを無くせると共に、ターボ過給機の過給性能を向上させることができる。

さて、流速を持ったオイル層はフローティングメタルをフランジから離反させようとする抵抗として作用するが、本願発明のようにフローティングメタルの両端面と両フランジとをテーパ面で嵌め合わせる構造を採用すると、オイルの流れによる動圧が、フローティングメタルを軸方向に離反させようとする分力と半径方向に離反させようとする分力とに分かれる。

そして、フローティングメタルの両端がテーパ構造になっているため、フローティングメタルを軸方向に離反させるようとするオイルの動圧がフローティングメタルをその両端から押すように作用することにより、スラスト軸受けの役割を果たして、フローティングメタルの軸方向の動きを規制する作用を発揮する。他方、フローティングメタルを半径方向（放射方向）に押す分力は周方向に均等に作用するため、フローティングメタルの軸心を軸受け部の軸心と同心に保持するように作用する。

このように、本願発明によると、フローティングメタルの両端がテーパ状の動圧を持ったオイル層で支持されることにより、オイル層がスラスト方向と半径方向との軸受け機能を発揮するため、フローティングメタルの回転軸方向のずれ移動を阻止できると共に、軸受け部と同心に自動的に保持する調芯機能を的確に発揮し得る。

本願発明を適用した排気ターボ過給機の縦断正面図である。（Ａ）は図１の部分拡大図、（Ｂ）（Ｃ）は作用を示す部分拡大図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は排気ガスで駆動されるターボ過給機に適用しており、ターボ過給機は、排気ガスで駆動されるタービン翼１と、エアクリーナから送られた清浄空気を加圧するコンプレッサ翼２とを有しており、両者は回転軸３の一端寄り部と他端寄り部とに固定されている。なお、本実施形態の回転軸３は単一構造になっているが、回転軸３を複数本のパーツで構成することも可能である。

ターボ過給機は、更に、タービン翼１を囲うタービンハウンジグ４と、コンプレッサ翼２を囲うコンプレッサハウジング５と、これらタービンハウンジグ４とコンプレッサハウジング５との間に介在したセンターハウジング６とを有している。タービンハウンジグ４には環状の駆動通路７とこれに連通した排気ガス出口通路８とを形成し、コンプレッサハウジング５には、清浄空気が入る入口通路９と、これに連通した環状の圧縮通路１０とを形成している（正確には、圧縮通路１０は、コンプレッサハウジング５とセンターハウジング６とで構成されている。）。

駆動通路７と圧縮通路１０は周方向に向かって断面積が変化しており、駆動通路７にはその大径の流入口に排気ガスが流入し、図１に黒抜き矢印で示すように、仕事をした排気ガスは回転軸３と同心の出口通路８から排出される。他方、清浄空気は、回転軸３と同心の入口通路９から流入して、圧縮通路１０における大径の流出口から排出される。なお、タービンハウンジグ４とセンターハウジング６とはかしめ方式のホルダー１１で一体に締結されており、コンプレッサハウジング５とセンターハウジング６とはボルト１２で締結されている。

センターハウジング６には、円筒形のフローティングメタル１４を介して回転軸３を回転自在に保持するセンター軸受け部１５と、回転軸３のうちタービン翼１が取り付けられている端部を回転自在に保持する第１サイド軸受け部１６と、回転軸３のうちコンプレッサ翼２が取り付けられている側の部位を回転自在に保持する第２サイド軸受け部１７とを形成している。

第１サイド軸受け部１６では回転軸３は直接に支持されているが、第２サイド軸受け１７では、回転軸３は、アウターブッシュ１８及びその内側に嵌まったインナーブッシュ１９を介して支持されている。インナーブッシュ１９は回転軸３に固定されており、インナーブッシュ１９とアウターブッシュ１８との間にオイルシール２０を介在させている。また、回転軸３のうち第１サイド軸受け部１６に嵌まっている箇所にも、オイルシール２０を装着している。

センター軸受け部１５とフローティングメタル１４との間には若干の隙間が空いており、また、回転軸３とフローティングメタル１４との間にはオイル溜まり部２１を形成している。オイル溜まり部２１は、フローティングメタル１４の内周面と回転軸３の外周面とに環状凹所形成することで設けている。オイル溜まり部２１を挟んだ両側の部位においても、回転軸３とフローティングメタル１４との間に若干の隙間を設けている。

回転軸３のうちタービン翼１の側に位置した部位は他の部位よりも大径になっており、この端部に、フローティングメタル１４の一端面１４ａに当接し得る第１フランジ２２（一方のフランジ）が形成されている。そして、フローティングメタル１４の一端面１４ａと第１フランジ２２の端面１４ａとを、互いに嵌まり合うテーパ面に形成している。このテーパ面は、タービン翼１の方向に向かって外径が拡大している。

他方、回転軸３に固定したインナーブッシュ１９には、フローティングメタル１４がコンプレッサ翼２の方向に移動することを規制する第２フランジ２３（他方のフランジ）を形成している。フローティングメタル１４の長さは、回転軸３のフランジ２２とインナーブッシュ１９のフランジ２３との間隔寸法より若干短くしており、このため、フローティングメタル１４は軸方向にも若干は移動し得る。

そして、フローティングメタル１４の他端面１４ｂと、第２フランジ２３のうちフローティングメタル１４と対向した端面２３ａと、互いに嵌まり合い得る（重なり合い得る）テーパ面に形成している。このテーパ面は、コンプレッサ翼２の方に向かって外径が拡大している。第２フランジ２３は請求項に記載した他方のフランジに該当する。

センターハウジング６には、センター軸受け部１５を囲うようにオイル通路２４が形成されており、オイル通路２４には、オイル入口とオイル出口（いずれも図示せず）を設けている。従って、フローティングメタル１４はオイルに漬かった状態になっている。

オイルは粘性があるため、フローティングメタル１４は回転軸３と一緒に連れ回転しようとする。そこで、フローティングメタル１４にその内外に貫通する回り止め穴２５を空ける一方、センターハウジング６のセンター軸受け部１５には、回り止め穴２５に嵌まるストッパーピン２６を装着している。

なお、ストッパーピン２６の外径は回り止め穴２５の内径よりも所定量小さく設定されており、フローティングメタル１４が軸方向へ所定量以上移動することを規制している。これにより、フローティングメタル１４は、回転軸３が軸方向へ所定量以上移動することを規制するスラスト軸受の役割も果たしている。

回転軸３は様々な理由で軸方向に移動させられる外力を受けるが、回転軸３がコンプレッサ翼２の方向に移動すると、図２（Ｂ）に示すように、フローティングメタル１４の他端面１４ｂと第２フランジ２３のテーパ面２３ａとが嵌まり合うことで、回転軸３はフローティングメタル１４と同心に保持される。逆に、回転軸３がタービン翼１の方向に移動すると、図２（Ｃ）に示すように、フローティングメタル１４の一端面１４ｂと第１フランジ２２のテーパ面２２ａとが嵌まり合うことで、回転軸３はフローティングメタル１４と同心に保持される。

従って、回転軸３はフローティングメタル１４と同心に保持される。また、フローティングメタル１４の端面１４ａ，１４ｂとフランジ２２，２３の面２２ａ，２３ａとをテーパ面に形成したことで、それらテーパ面１４ａ，１４ｂ，２２ａ，２３ａの面積は大きくなって、フローティングメタル１４の端面及びフランジ２２，２３の端面がオイルに触れる面積も大きくなるため、例えばフローティングメタル１４が第１フランジ２２に重なり合うように移動しても、フローティングメタル１４と第１フランジ２２との間でオイルの流れが遮断されることはない。すなわち、フローティングメタル１４の端面１４ａ，１４ｂとフランジ２２，２３との間には常にオイルの層が介在している。このため、回転軸３の回転に摺動抵抗が発生することはなくて、エネルギロスの発生を防止できる。

上記のとおり、オイルは常にフローティングメタル１４の両端から流れているが、オイルの流れにより、フローティングメタル１４の端面１４ａ，１４ｂとフランジ２２，２３の端面２２ａ，２３ａとの間は均等な間隔に保持される傾向を呈する。つまり、フローティングメタル１４の両端面とフランジ２２，２３の端面２２ａ，２３ａとをテーパ面に形成したことにより、オイルの流れが回転軸３をフローティングメタル１４と同心に保持しようと作用する。従って、フローティングメタル１４が軸方向にスライドすることとは関係なく、回転軸３はフローティングメタル１４と同心に保持される。この点も本願発明の利点である。

上記の実施形態ではインナーブッシュに第２フランジ２３を形成したが、回転軸を２本の部材で構成して、一方の部材に第１フランジを一体に形成し、他方の部材に第２フランジを一体に形成するといったことも可能である。逆に、一対のフランジを回転軸との両方を回転軸とは別体の構成として、これらを回転軸に取り付けることも可能である。

本願発明は、内燃機関のターボ過給機に適用できる。従って、産業上、利用できる。

１タービン翼
２コンプレッサ翼
３回転軸
４タービンハウンジグ
５コンプレッサハウジング
６センターハウジング
７駆動通路
１０圧縮通路
１４フローティングメタル
１４ａ，１４ｂテーパの端面
１５センター軸受け部
１６第１サイド軸受け部
１７第２サイド軸受け部
１８アウターブッシュ
１９インナーブッシュ
２２第１フランジ（一方のフランジ）
２２ａ第１フランジのテーパ面
２３インナーブッシュに設けた第２フランジ（他方のフランジ）
２３ａ第２フランジのテーパ面

Claims

ハウジングに設けた軸受け部に、円筒状のフローティングメタルが、当該フローティングメタルの内外にオイルが充満するようにして配置されており、前記フローティングメタルの内部に、コンプレッサ翼及びタービン翼を固定した回転軸が回転自在に嵌まっており、かつ、前記フローティングメタルは、前記回転軸に一体に又は別体に設けられた一対のフランジの間で若干の寸法だけスライド可能になっている構成であって、
前記フローティングメタルの一端面とこの一端面が対向した一方のフランジの端面、及び、前記フローティングメタルの他端面とこの他端面が対向した他方のフランジの端面を、互いに重なり合うテーパ面に形成している、
ターボ過給機。