JP2014043804A

JP2014043804A - 過給機

Info

Publication number: JP2014043804A
Application number: JP2012186112A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Saiura; 寛采浦; Hideyuki Kojima; 英之小島; Yuichi Daito; 祐一大東
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2014-03-13

Abstract

【課題】軸受部が配される軸受孔の排油性を向上し、インペラ側への潤滑油の漏れを低減する。
【解決手段】過給機は、過給機本体と、過給機本体内に回転自在に収容され、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、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、過給機本体に設けられ、タービン軸の軸方向に貫通する孔であって、軸受部を収容する軸受孔２ａと、過給機本体における軸受孔の鉛直下方に形成され、軸受孔に連通するとともに、軸受部を潤滑した潤滑油を、軸受孔から過給機本体の下方に排出するための排油路３５を形成する切り欠き部３０と、を備え、切り欠き部が形成されているタービン軸の軸方向の位置において、排油路の水平方向の幅Ｗ_１は、軸受孔の水平方向のタービン軸の軸心が通る位置の幅Ｗ_２よりも大きい。
【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送出する。

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、軸受孔の両端から軸受孔の外に排出される。例えば、特許文献１には、軸受孔のタービンインペラ側の一端近傍に、切り欠きを設けて軸受部を潤滑した後の潤滑油を軸受孔から排出させる構成が記載されている。

特開２００５−２１４０９４号公報

例えば、上記のような軸受孔からの排油性が低すぎる場合、軸受孔から噴き出した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へ漏れ出す要因となるため、排油性を向上した軸受孔構造の開発が望まれている。

本発明の目的は、軸受部が配される軸受孔の排油性を向上し、インペラ側への潤滑油の漏れを低減することが可能な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、前記過給機本体内に回転自在に収容され、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、前記過給機本体に設けられ、前記タービン軸の軸方向に貫通する孔であって、前記軸受部を収容する軸受孔と、前記過給機本体における前記軸受孔の鉛直下方に形成され、該軸受孔に連通するとともに、前記軸受部を潤滑した潤滑油を、該軸受孔から該過給機本体の鉛直下方に排出するための排油路を形成する切り欠き部と、を備え、前記切り欠き部が形成されている前記タービン軸の軸方向の位置において、前記排油路の水平方向の幅は、前記軸受孔の水平方向の該タービン軸の軸心が通る位置の幅よりも大きいことを特徴とする。

前記切り欠き部が形成されている前記タービン軸の軸方向の位置において、前記軸受孔は、前記タービン軸の軸心よりも鉛直上方側が半環状であって、該タービン軸の軸心よりも鉛直下方側において、水平方向の開口幅が漸増してもよい。

前記過給機本体の前記切り欠き部において、前記排油路を区画形成する壁面のうち、前記タービン軸の回転方向の前方側に位置する壁面は、該回転方向の後方側に位置する壁面よりも、鉛直上方に位置していてもよい。

前記過給機本体の前記切り欠き部において、前記排油路を区画形成する壁面のうち、前記タービン軸の回転方向の前方側に位置する壁面は、該回転方向の後方側に位置する壁面よりも、鉛直方向に対する傾斜角度が大きくてもよい。

本発明によれば、軸受部が配される軸受孔の排油性が向上し、インペラ側への潤滑油の漏れを低減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。切り欠き部を説明するための説明図である。比較例における図３（ｂ）に対応する部分の説明図である。

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所謂セミフローティングメタルで構成される。ラジアル軸受２１には、軸方向に貫通する挿通孔２１ａと、軸方向に垂直な方向に貫通するピン孔２１ｂと、が設けられている。また、ベアリングハウジング２には、軸受孔２ａの径方向外側から内側に貫通するとともに、軸受孔２ａに収容されたラジアル軸受２１のピン孔２１ｂに対向するネジ孔２ｂが形成されている。このネジ孔２ｂには、ピン２１ｃが螺合して固定されるが、このピン２１ｃの先端を、ラジアル軸受２１のピン孔２１ｂに挿通させることで、ラジアル軸受２１の回転方向および軸方向の移動が規制されている。

そして、ラジアル軸受２１は、コンプレッサインペラ９側（図２中、右側）と、タービンインペラ８側（図２中、左側）における、内周面２１ｄ、２１ｅがそれぞれタービン軸７とのすべり面となり、外周面２１ｆ、２１ｇと軸受孔２ａの間を流れる潤滑油によって、振動が抑制される。

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。

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。

ラジアル軸受２１のうち、タービンインペラ８側の内周面２１ｅ、外周面２１ｇを潤滑した潤滑油は、ベアリングハウジング２に設けられた切り欠き部３０などから排出される。

図３は、切り欠き部３０を説明するための説明図である。図３（ａ）は、図２のうち、切り欠き部３０近傍の部分抽出図を示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩ（ｂ）‐ＩＩＩ（ｂ）線矢視図を示す。ただし、図３においては、理解を容易とするためタービン軸７を除外してベアリングハウジング２のみを示す。

図３（ａ）に示すように、軸受孔２ａには、ラジアル軸受２１よりも径が大きく、ラジアル軸受２１が配される中径部３１が設けられると共に、中径部３１のタービンインペラ８側に隣接して、中径部３１よりも径の小さい小径部３２が設けられている。

また、軸受孔２ａには、小径部３２のタービンインペラ８側に隣接して、大径部３３が設けられ、当該大径部３３のタービンインペラ８側に隣接して、大径部３３よりも径の小さい縮径部３４が設けられている。ラジアル軸受２１を潤滑した潤滑油は、中径部３１、小径部３２、大径部３３、縮径部３４の順にタービンインペラ８側に流れる。

大径部３３においては、鉛直下方（図３（ａ）中、下側）に開口３３ａが形成されており、小径部３２から大径部３３に至った潤滑油は、重力に従って開口３３ａから鉛直下方へ排出される。また、タービン軸７の回転による遠心力で、潤滑油の一部はタービン軸７の径方向外方に飛散する。図３（ｂ）に破線で示す大径部３３の内周面３３ｂに飛散した潤滑油は、内周面３３ｂを伝って開口３３ａから鉛直下方へ排出される。

また、縮径部３４は、縮径部３４を形成する壁のうち、大径部３３側の側面３４ａによって、潤滑油の流れの一部を、タービンインペラ８側への流れから鉛直下方への流れに変える。

切り欠き部３０は、図３（ｂ）に示すように、上記の縮径部３４の鉛直下方に形成された切り欠きであって、軸受孔２ａに連通している。そして、切り欠き部３０は、ラジアル軸受２１を潤滑した潤滑油を、軸受孔２ａからベアリングハウジング２の鉛直下方に排出するための排油路３５を形成する。

図４は、比較例における図３（ｂ）に対応する部分の説明図である。図４に示すように、比較例においては、排油路Ｅの水平方向の幅ｗ_１は、当該排油路Ｅの鉛直上方に位置する軸受孔Ｈの水平方向の幅ｗ_２と等しい。この場合、運転状況によっては、潤滑油の排油路Ｅにおける圧力損失が大きくなって、排油性が悪化することがあった。

本実施形態の排油路３５の水平方向の幅Ｗ_１は、図３（ｂ）に示すように、排油路３５（切り欠き部３０）が形成されているタービン軸７の軸方向の位置において、縮径部３４（軸受孔２ａ）の水平方向のタービン軸７の軸心が通る位置の幅Ｗ_２よりも大きい。そのため、排油路３５を区画形成する壁面３６による圧力損失を抑え、軸受孔２ａの排油性を向上することが可能となる。

また、排油路３５（切り欠き部３０）が形成されているタービン軸７の軸方向の位置において、縮径部３４（軸受孔２ａ）は、タービン軸７の軸心よりも鉛直上方側の部位３４ｂが半環状であって、タービン軸７の軸心よりも鉛直下方側の部位３４ｃにおいて、水平方向の開口幅Ｗ_１が漸増する。ここでは、半環状として、中心角が１８０度の円弧の場合を例に挙げて図３（ｂ）に示すが、部位３４ｂの中心角は厳密に１８０度でなくともよい。そのため、タービン軸７の回転による遠心力によって飛散する潤滑油を、効率的に排出することが可能となる。

また、タービン軸７の回転による遠心力によって飛散した潤滑油は、タービン軸７の回転方向にも速度成分を持って流れる。図３（ｂ）、図４において、タービン軸７の回転方向を矢印Ａで示す。

図４に示す比較例においては、排油路Ｅを区画形成する壁面は、タービン軸の回転方向の前方側に位置する壁面Ｅａ、回転方向の後方側に位置する壁面Ｅｂのいずれも、鉛直方向の高さが等しい。この場合、タービン軸の回転方向の前方側に位置する壁面Ｅａに、潤滑油が衝突し、潤滑油の流れに澱みが生じることが予想される。

そこで、図３（ｂ）に示すように、排油路３５を区画形成する壁面３６のうち、タービン軸７の回転方向の前方側に位置する壁面３６ａを、回転方向の後方側に位置する壁面３６ｂよりも、鉛直上方に位置させる。

そのため、壁面３６ａの鉛直方向の位置を上げることで、タービン軸７の軸心の鉛直線に対し、壁面３６ａ側の流路の断面積が拡大し、潤滑油の壁面３６ａへの衝突による圧力損失を抑制して、軸受孔２ａの排油性を向上することが可能となる。

また、壁面３６のうち、タービン軸７の回転方向の前方側に位置する壁面３６ａは、回転方向の後方側に位置する壁面３６ｂよりも、鉛直方向に対する傾斜角度が大きい。換言すれば、壁面３６ａの方が壁面３６ｂよりも、面の向きが水平方向に近く形成されている。

このように、壁面３６ａの向きを水平方向に近づけることで、潤滑油の流れ方向に壁面３６ａの向きが沿い、潤滑油の壁面３６ａへの衝突が抑えられ、軸受孔２ａの排油性を向上することが可能となる。

上述した実施形態では、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したが、軸受部２０は、セミフローティングメタル（ラジアル軸受２１）のみで構成され、セミフローティングメタルの軸方向の端面がスラスト軸受として機能してもよい。

また、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２１は、フルフローティングメタルや転がり軸受で構成されてもよい。

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
２０ …軸受部
３０ …切り欠き部
３３ａ …開口
３５ …排油路
３６ …壁面
３６ａ …壁面
３６ｂ …壁面

Claims

過給機本体と、
前記過給機本体内に回転自在に収容され、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、
前記過給機本体に設けられ、前記タービン軸の軸方向に貫通する孔であって、前記軸受部を収容する軸受孔と、
前記過給機本体における前記軸受孔の鉛直下方に形成され、該軸受孔に連通するとともに、前記軸受部を潤滑した潤滑油を、該軸受孔から該過給機本体の鉛直下方に排出するための排油路を形成する切り欠き部と、
を備え、
前記切り欠き部が形成されている前記タービン軸の軸方向の位置において、前記排油路の水平方向の幅は、前記軸受孔の水平方向の該タービン軸の軸心が通る位置の幅よりも大きいことを特徴とする過給機。
前記切り欠き部が形成されている前記タービン軸の軸方向の位置において、前記軸受孔は、前記タービン軸の軸心よりも鉛直上方側が半環状であって、該タービン軸の軸心よりも鉛直下方側において、水平方向の開口幅が漸増することを特徴とする請求項１記載の過給機。
前記過給機本体の前記切り欠き部において、前記排油路を区画形成する壁面のうち、前記タービン軸の回転方向の前方側に位置する壁面は、該回転方向の後方側に位置する壁面よりも、鉛直上方に位置していることを特徴とする請求項１または２に記載の過給機。
前記過給機本体の前記切り欠き部において、前記排油路を区画形成する壁面のうち、前記タービン軸の回転方向の前方側に位置する壁面は、該回転方向の後方側に位置する壁面よりも、鉛直方向に対する傾斜角度が大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の過給機。