JP2014005788A

JP2014005788A - 過給機

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Publication number: JP2014005788A
Application number: JP2012142660A
Authority: JP
Inventors: Yasuharu Kohata; 康晴木幡; Yoshimitsu Matsuyama; 良満松山
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2014-01-16

Abstract

【課題】軸受部が配される軸受孔から排油孔に向う貫通孔の排油性を向上する。
【解決手段】過給機は、過給機本体と、過給機本体に形成された軸受孔２ａと、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、軸受孔に収容されタービン軸を回転自在に軸支する軸受部と、軸受部に潤滑油を供給する潤滑油供給部と、軸受部を潤滑した後の潤滑油が、過給機本体外に排油される排油孔と、過給機本体に設けられ、軸受孔から排油孔に向けて貫通し、軸受部を潤滑した後の潤滑油を排油孔へ導く貫通孔２９と、を備え、貫通孔のうち、軸受孔側の開口の中心は、タービン軸の軸心の鉛直下方よりも、タービン軸の回転方向にずれている。
【選択図】図３

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保持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過給する。

ベアリングハウジングは、タービン軸の軸方向に軸受孔が貫通し、この軸受孔に軸受部が配されている。そして、ベアリングハウジング外から軸受孔に、タービン軸と軸受部を潤滑させる潤滑油が供給される。軸受部を潤滑した後の潤滑油は、軸受孔より鉛直下方に設けられた排油孔からベアリングハウジング外に排出される。例えば、特許文献１に記載の過給機では、軸受孔の一端側から排油孔に向けて貫通する貫通孔が設けられており、軸受部を潤滑した後の潤滑油が排油孔に導かれる。

実開昭６１−１３４５３５号公報

例えば、上記貫通孔の排油性が低すぎると、軸受部から排油孔へ導かれるはずの潤滑油が、コンプレッサインペラ側やタービンインペラ側に漏れ出してしまうおそれがある。

本発明の目的は、軸受部が配される軸受孔から排油孔に向う貫通孔の排油性を向上することが可能となる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供給部と、前記軸受部を潤滑した後の潤滑油が、前記過給機本体外に排油される排油孔と、前記過給機本体に設けられ、前記軸受孔から前記排油孔に向けて貫通し、前記軸受部を潤滑した後の潤滑油を前記排油孔へ導く貫通孔と、を備え、前記貫通孔のうち、前記軸受孔側の開口の中心は、前記タービン軸の軸心の鉛直下方よりも、該タービン軸の回転方向にずれていることを特徴とする。

前記過給機本体には、前記タービン軸の軸心の鉛直下方に位置するとともに、前記軸受部を潤滑した後の潤滑油を、前記軸受孔から前記排油孔に導く導油孔をさらに備えていてもよい。

前記貫通孔は、前記導油孔よりも前記タービン軸の回転方向前方側に位置しており、前記導油孔よりも小径であってもよい。

前記貫通孔と前記導油孔とは、前記軸受孔側の開口が、前記タービン軸の回転方向において連続していてもよい。

本発明によれば、軸受部が配される軸受孔から排油孔に向う貫通孔の排油性を向上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。図２のベアリングハウジングのＩＩＩ線矢視図である。本実施形態および第１変形例の貫通孔の効果を説明するための説明図である。第２変形例の貫通孔の効果を説明するための説明図である。第３変形例を説明するための図２に対応する部分拡大図である。

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１に示す矢印Ｆ方向を過給機Ｃの前側とし、矢印Ｒ方向を過給機Ｃの後側として説明する。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の前側に締結ボルト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の後側に締結ボルト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の前後方向（タービン軸７の軸方向）に貫通する軸受孔２ａが形成されており、この軸受孔２ａに収容された軸受部２０によって、タービン軸７が回転自在に軸支されている。タービン軸７の前端部（一端）にはタービンインペラ８が一体的に固定されており、このタービンインペラ８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７の後端部（他端）にはコンプレッサインペラ９が一体的に固定されており、このコンプレッサインペラ９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の後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１０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、空気を圧縮して昇圧するディフューザ流路１１が形成される。このディフューザ流路１１は、タービン軸７（コンプレッサインペラ９）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９を介して吸気口１０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１１よりもタービン軸７（コンプレッサインペラ９）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１２が設けられている。コンプレッサスクロール流路１２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１１にも連通している。したがって、コンプレッサインペラ９が回転すると、吸気口１０からコンプレッサハウジング６内に流体が吸気されるとともに、当該吸気された流体は、ディフューザ流路１１およびコンプレッサスクロール流路１２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、過給機Ｃの前側に開口するとともに不図示の排気ガス浄化装置に接続される吐出口１３が形成されている。また、タービンハウジング４には、流路１４と、この流路１４よりもタービン軸７（タービンインペラ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１５とが設けられている。タービンスクロール流路１５は、不図示のエンジンの排気マニホールドから排出される排気ガスが導かれるガス流入口と連通するとともに、上記の流路１４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１５に導かれた排気ガスは、流路１４およびタービンインペラ８を介して吐出口１３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８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８の回転力は、タービン軸７を介してコンプレッサインペラ９に伝達されることとなり、コンプレッサインペラ９の回転力によって、上記のとおりに、流体が昇圧されてエンジンの吸気口に導かれることとなる。

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る。以下、図２を参照しながら、過給機本体１内に収容された軸受部２０によるタービン軸７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２０は、ラジアル軸受２１と、スラスト軸受２２とで構成される。ベアリングハウジング２の軸受孔２ａのうち、径が小さい部位にラジアル軸受２１が配され、径が大きい部位にスラスト軸受２２が配される。

ラジアル軸受２１は、タービン軸７との間ですべり運動を生じさせるとともに、タービン軸７との間に油膜圧力を生じさせるすべり軸受（ブッシュ）で構成される。ラジアル軸受２１には、軸方向に貫通する挿通孔２１ａが設けられている。

ラジアル軸受２１には、軸方向に垂直な方向に貫通する孔が設けられており、不図示のピンが挿通される。かかるピンは、ベアリングハウジング２の軸受孔２ａの内側に設けられた位置決め孔にも挿通されており、ラジアル軸受２１の回転方向および軸方向の移動を規制する。

このように、本実施形態において、ラジアル軸受２１は、ピンによって移動を規制された、所謂セミフローティングメタルとして機能し、挿通孔２１ａにタービン軸７が挿通され、タービン軸７を回転自在に軸支する。

スラスト軸受２２は、タービン軸７のコンプレッサインペラ９側に固定されたスラストカラー２３の軸方向の両側に１つずつ配され、タービン軸７の軸方向の荷重を受ける。

ここでは、軸受部２０が、ラジアル軸受２１とスラスト軸受２２の両方で構成される場合について説明するが、軸受部２０は、ラジアル軸受２１とスラスト軸受２２のいずれか一方のみで構成されてもよい。

潤滑油供給部２４は、ベアリングハウジング２（過給機本体１）の外部から軸受部２０まで連通する孔を含んで構成され、ベアリングハウジング２の外部から軸受部２０に潤滑油を供給する。

シールプレート２５は、タービン軸７が挿通される挿通孔２５ａを有し、挿通孔２５ａにタービン軸７を挿通させた状態でコンプレッサインペラ９の背面９ａに対向配置される。

油切り部２６は、タービン軸７が挿通される円筒状の本体部２６ａを有し、この本体部２６ａの一端が、スラストカラー２３よりもコンプレッサインペラ９側に配されたスラスト軸受２２の中心孔２２ａに挿通され、かつ、その端面がスラストカラー２３に当接した状態でタービン軸７に固定されている。また、本体部２６ａの他端は、シールプレート２５の挿通孔２５ａ内に挿通される寸法関係を維持している。

そして、油切り部２６は、タービン軸７と一体回転し、ベアリングハウジング２から漏れ出した潤滑油を、タービン軸７の回転による遠心力で径方向に飛散させ、シールプレート２５の挿通孔２５ａからコンプレッサインペラ９の背面まで潤滑油が到達するのを抑制するものである。

導油孔２７は、ベアリングハウジング２に設けられ、タービン軸７の軸心の鉛直下方に位置する孔であって、軸受孔２ａにおけるタービン軸７の軸方向の端部２ｂから、ベアリングハウジング２の中心側かつ鉛直下方側に向って、ベアリングハウジング２を貫通する。そして、導油孔２７は、軸受部２０を潤滑した後の潤滑油を、軸受孔２ａから排油孔２８（図１参照）に導く。

排油孔２８は、図１に示すように、軸受部２０を潤滑した後の潤滑油を、鉛直下方に導いてベアリングハウジング２外に排油する孔である。また、潤滑油の一部は、コンプレッサインペラ９側に向うものの、上述した油切り部２６によって飛散し、やがて排油孔２８から排出される。

しかし、導油孔２７による、軸受孔２ａから排油孔２８への排油性が低すぎる場合、軸受孔２ａから油切り部２６に向う潤滑油は、油切り部２６の油切り性能を超える量となる。そして、潤滑油が、シールプレート２５の挿通孔２５ａからコンプレッサインペラ９側に侵入してエンジンに導かれ、燃焼されて白煙が発生してしまうおそれがある。

そこで、本実施形態では、ベアリングハウジング２に貫通孔を備える。図３は、図２のベアリングハウジング２のＩＩＩ線矢視図であって、ベアリングハウジング２以外の構成部材である、コンプレッサハウジング６、タービン軸７、軸受部２０などを除外して示す。

図３（ａ）に示すように、本実施形態の貫通孔２９は、ベアリングハウジング２に設けられ、軸受孔２ａにおける、タービン軸７の軸方向の端部２ｂ（図２、３（ａ）参照）側から、排油孔２８に向けてベアリングハウジング２を貫通する。

詳細には、導油孔２７は、一端が軸受孔２ａに連通し、その一端から、ベアリングハウジング２の中心側かつ鉛直下方側に向って、すなわち、上記の導油孔２７と大凡平行な向きにベアリングハウジング２を貫通する。そして、貫通孔２９は、導油孔２７と同様、軸受部２０を潤滑した後の潤滑油を排油孔２８へ導く。

また、導油孔２７のうち、ベアリングハウジング２の端部２ｂ側（軸受孔２ａ側）の開口の中心は、タービン軸７の軸心の（図３（ａ）の軸受孔２ａの中心位置と同じ）の鉛直下方となっている。一方、貫通孔２９のうち、ベアリングハウジング２の端部２ｂ側（軸受孔２ａ側の開口）の中心は、タービン軸７の軸心の鉛直下方よりも、タービン軸７の回転方向（図３（ａ）中、矢印で示す）にずれている。具体的に、貫通孔２９は、導油孔２７よりもタービン軸７の回転方向の前方側に位置している。また、貫通孔２９は、導油孔２７よりも小径である。

さらに、貫通孔２９と導油孔２７とは、軸受孔２ａ（タービン軸７）側の開口が、タービン軸７の回転方向において連続していてもよい。

また、図３（ｂ）には、第１変形例の貫通孔３９を示す。第１変形例の貫通孔３９は、導油孔２７よりもタービン軸７の回転方向（図３（ｂ）中、矢印で示す）の後方側に位置している。この第１変形例の貫通孔３９も、上記の貫通孔２９と同様に、導油孔２７よりも小径である。また、貫通孔３９は、軸受孔２ａ（タービン軸７）の開口が、タービン軸７の回転方向において連続していてもよい。なお、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、貫通孔２９と貫通孔３９とは、軸受孔２ａの中心を通る垂線を境に対称であり、導油孔２７の形状は図３（ａ）および図３（ｂ）で等しく、また、貫通孔２９、３９の開口面積や流路長も等しい。

また、図３（ｃ）には、第２変形例の貫通孔４９を示す。第２変形例ではベアリングハウジング２に導油孔２７が設けられておらず、軸受孔２ａから排油孔２８に潤滑油を導く流路として、貫通孔４９のみが設けられている。この第２変形例の貫通孔４９は、タービン軸７の軸心の鉛直下方よりも、タービン軸７の回転方向（図３（ｃ）中、矢印で示す）の後方側に位置している。

図４は、本実施形態および第１変形例の貫通孔２９、３９の効果を説明するための説明図である。図４（ａ）には、比較例におけるコンプレッサインペラ９への潤滑油の漏れ量を１００としたとき、本実施形態、および、第１変形例におけるコンプレッサインペラ９への潤滑油の漏れ量を相対的に示した棒グラフを示す。

ここでは、比較例として、図４（ｄ）に示すように、導油孔２７の代わりに、上記の導油孔２７を鉛直下方に広げて溝３７とした場合を例に挙げる。比較例の溝３７は、その流路断面積が、本実施形態の貫通孔２９および導油孔２７の合計流路断面積、および、第１変形例の貫通孔３９および導油孔２７の合計流路断面積と略等しい。

図４（ｂ）のような貫通孔２９を設けた場合、図４（ａ）の凡例ｂに示すように、比較例の凡例ｄに対して、潤滑油の漏れ量が１０％程度まで減少している。また、図４（ｃ）のような貫通孔３９を設けた場合、図４（ａ）の凡例ｃに示すように、比較例の凡例ｄに対して、潤滑油の漏れ量が５０％程度まで減少している。

このように、潤滑油が導かれる流路の断面積が略等しいものの、実際には、導油孔２７と、この導油孔２７に対して、タービン軸７の回転方向にずれた位置に、貫通孔２９、３９を設けた方が、排油性が向上することがわかった。

また、貫通孔２９、３９を比較すると、貫通孔２９の方が潤滑油の漏れ量が少ないことから、貫通孔は、導油孔２７に対して、タービン軸７の回転方向の前方側にずれた位置に設けた方が、後方側にずれた位置に設けるよりも、排油性が高いことがわかった。

また、上述したように、本実施形態の貫通孔２９と導油孔２７は、軸受孔２ａ側の開口が、タービン軸７の回転方向において連続している。そのため、貫通孔２９および導油孔２７と、軸受孔２ａとの連続部分の流路が一体化して大きくなることから、排油性をさらに向上することが可能となる。

同様に、第１変形例の貫通孔３９と導油孔２７についても、軸受孔２ａ側の開口が、タービン軸７の回転方向において連続しており、排油性が向上している。

図５は、第２変形例の貫通孔４９の効果を説明するための説明図である。図５（ａ）には、比較例におけるコンプレッサインペラ９側への潤滑油の漏れ量を１００としたとき、第２変形例の潤滑油の漏れ量を相対的に示した棒グラフを示す。

ここでは、比較例として、図５（ｃ）に示すように、貫通孔を設けず、第２変形例の貫通孔４９と同一の形状、流路断面積（開口面積）の導油孔２７を、タービン軸７の軸心の鉛直下方に位置させた場合を例に挙げる。上述したように、第２変形例では、図５（ｂ）に示すように、導油孔２７を設けず貫通孔４９のみを設けている。この場合、図５（ａ）の凡例ｂに示すように、比較例の凡例ｄに対して、潤滑油の漏れ量が６０％程度まで減少している。

このことから、第２変形例の貫通孔４９は、導油孔２７と流路断面積が大凡等しく、一見、比較例の導油孔２７と排油性が同じと想定されるものの、実際には、導油孔２７に対して、タービン軸７の回転方向にずれた位置に設けられた貫通孔４９の方が、排油性が向上することがわかった。すなわち、軸受孔２ａから排油孔２８に潤滑油を導く流路を構成する孔が、同一の形状、流路断面積（開口面積）であれば、この孔を、タービン軸７の軸心の鉛直下方に位置させるよりも、タービン軸７の軸心の鉛直下方から当該タービン軸７の回転方向にずらして位置させた方が、排油性が向上することとなる。

上述した実施形態では、ラジアル軸受２１が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３１は、図６に示す第３変形例のように、フルフローティングメタルであってもよい。この場合、ラジアル軸受３１は、タービンインペラ８側とコンプレッサインペラ９側にそれぞれ１つずつ配され、タービン軸７の径方向の荷重を受ける。さらに、ラジアル軸受は、ボールベアリングで構成されてもよい。

また、上述した実施形態では、貫通孔２９、３９、４９が、コンプレッサインペラ９側に配される場合について説明したが、貫通孔２９、３９、４９が、タービンインペラ８側に配されてもよい。この場合、貫通孔２９、３９、４９を介して排油性が向上し、タービンインペラ８側への潤滑油の漏れを抑制することが可能となる。

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
１ …過給機本体
２ａ …軸受孔
７ …タービン軸
８ …タービンインペラ
９ …コンプレッサインペラ
２０ …軸受部
２４ …潤滑油供給部
２７ …導油孔
２８ …排油孔
２９、３９、４９ …貫通孔

Claims

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供給部と、
前記軸受部を潤滑した後の潤滑油が、前記過給機本体外に排油される排油孔と、
前記過給機本体に設けられ、前記軸受孔から前記排油孔に向けて貫通し、前記軸受部を潤滑した後の潤滑油を前記排油孔へ導く貫通孔と、
を備え、
前記貫通孔のうち、前記軸受孔側の開口の中心は、前記タービン軸の軸心の鉛直下方よりも、該タービン軸の回転方向にずれていることを特徴とする過給機。
前記過給機本体には、前記タービン軸の軸心の鉛直下方に位置するとともに、前記軸受部を潤滑した後の潤滑油を、前記軸受孔から前記排油孔に導く導油孔をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の過給機。
前記貫通孔は、前記導油孔よりも前記タービン軸の回転方向前方側に位置しており、前記導油孔よりも小径であることを特徴とする請求項２に記載の過給機。
前記貫通孔と前記導油孔とは、前記軸受孔側の開口が、前記タービン軸の回転方向において連続していることを特徴とする請求項３に記載の過給機。