JP2014047700A

JP2014047700A - ターボ過給機

Info

Publication number: JP2014047700A
Application number: JP2012191016A
Authority: JP
Inventors: Masato Sawashita; 真人澤下
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2014-03-17

Abstract

【課題】フローティングメタルをピンで回り止めしているターボ過給機において、回転軸の折損等の不測の事態が生じたときにタービン翼がハウジングに衝突することを、簡単な構造で防止する。
【解決手段】回転軸３はフローティングメタル１４に挿通されており、フローティングメタル１４は回り止めピン３５によって連れ回転が阻止されている。回転軸３にはストッパー手段として機能する段差面３２が形成されており、回り止めピン３５の先端部３５ａを回転軸の段差面３２に近接させている。第５隙間３６の溝幅Ｅ５を第１隙間２９の溝幅Ｅ１よりも小さい寸法に設定しているため、例えばナット２７が緩んでもタービン翼１がハウジング４に当たることはなく、大きな事故に至ることを防止できる。
【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。

このフローティングメタルは、油層を介してハウジングの軸受け部に保持されているに過ぎないため、回転軸と一緒に連れ回転しようとする傾向を呈する。そこで、例えば特許文献１に開示されているように、フローティングメタルにその内周と外周とに貫通した回り止め穴を設け、ハウジングの軸受け部に設けた回り止めピンを回り止め穴に嵌め入れることで、フローティングメタルの連れ回転を防止している。

特開平９−２４２５５３号公報

さて、コンプレッサ翼の回転端面とハウジングとの間、及びタービン翼の端面とハウジングとの間には僅かながら隙間が存在している。他方、特許文献１の図３，４に表示されているように、コンプレッサ翼は回転軸にナットで締め付け固定されているが、回転軸は機関の運転による熱膨張と機関停止による収縮とが交互に繰り返されるため、僅かながらナットが緩むことが懸念される。そして、排気ガスはタービン翼を通って軸方向に抜けるようになっているため、ナットが緩んだり回転軸が折損したりすると、タービン翼がコンプレッサ翼と反対側に押されて高速回転しながらハウジングに接触し、大きなトラブルを招来する虞がある。

本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、ナットの緩みや回転軸の折損等の不測の事態が生じても、タービン翼やコンプレッサ翼がハウジングに接触することを防止して安全性を確保せんとするものである。

本願発明のターボ過給機は、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を配置しており、前記フローティングメタルの内部に、その両側に突出した回転軸が挿通されており、前記回転軸の一端部にはタービン翼を固定して他端部にはコンプレッサ翼を固定しており、前記タービン翼とハウジングとの間、及びコンプレッサ翼とハウジングとの間には、前記回転軸の軸方向の隙間が形成されている一方、前記フローティングメタルにはその内外に貫通した回り止め穴が空いており、前記ハウジングに固定した回り止めピンを回り止め穴に挿入している、という基本構成である。

そして、上記基本構成において、前記回り止めピンの先端はフローティングメタルの内部に入り込んでいて前記回転軸に向けて延びており、前記回転軸に、当該回転軸が一端部の方向に移動すると前記回り止めピンに当接する第１ストッパー部か、又は、当該回転軸が他端部の方向に移動すると前記回り止めピンに当接する第２ストッパー部を設け、これらストッパー部と回り止めピンとの間に、前記タービン翼とハウジングとの間の隙間の幅寸法又は前記コンプレッサ翼とハウジングとの間の幅寸法よりも小さい幅寸法の隙間を空けている。

本願発明では、回転軸に第１ストッパー部を設けると、タービン翼及びコンプレッサ翼が回転軸の一端部の方向に移動してハウジングに接触することを防止でき、回転軸に第２ストッパー部を設けると、タービン翼及びコンプレッサ翼が回転軸の他端部の方向に移動してハウジングに接触することを防止できる。従って、ナットの緩みや回転軸の折損のような不測の事態が生じてもターボ過給機やコンプレッサ翼がハウジングに衝突することを阻止して、高い安全性を確保することができる。そして、フローティングメタルの回り止めのピンを利用してターボ過給機又はコンプレッサ翼の移動を規制するものであるため、部材点数の増加を招来することもない。

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）と（Ｃ）は更に（Ａ）の部分拡大図、（Ｄ）は別例を示す図である。

(1).全体構成
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、全体構成を説明する。本実施形態のターボ過給機は、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と同心の地口通路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は直接に支持しているが、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とアウターブッシュ１８との間には、オイルシールを設けている。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。

図２に示すように、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２１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２２を形成している。また、オイル溜まり部２２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２３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には、フローティングメタル１４の一端面に当接し得るフランジ２４が形成されている。他方、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フランジ２５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２４とインナーブッシュ１９のフランジ２５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。

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２６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。図示していないが、センター軸受け部１５にはフローティングメタル１４に向けて開口したオイル供給穴を設けている。

回転軸３の一端部３ａはタービン翼１に強制嵌合で嵌着している。他方、回転軸３のうちフローティングメタル１４からコンプレッサ翼３の方に突出した部分はフローティングメタル１４に嵌まっている部分に対して小径部になっており、このため、回転軸３にはインナーブッシュ１９が当接する断面面３ｂが形成されている。そして、回転軸３の他端部３ｃにナット２７をねじ込むことにより、コンプレッサ翼２とインナーブッシュ１９とを回転軸３に固定している。

図２に明示するように、タービン翼１とタービンハウジング４との間には第１隙間２８が空いており、タービン翼１とタービンハウジング４との間には第１隙間２８が空いており、タービン翼１とセンターハウジング６との間には第２隙間２９が空いており、コンプレッサ翼２とセンターハウジング６及びアウターブッシュ１８との間には第３隙間３０が空いており、コンプレッサ翼２とコンプレッサハウジング５との間には第４隙間３１が空いている（これらの隙間２８〜３１は、図１には表示していない。）。

(2).第１実施形態の要部
回転軸３のうちフローティングメタル１４に嵌まっている部分は、その左右両端部を除いて小径に形成されている（換言すると、回転軸３に横長の環状溝が形成されている。）。このため、回転軸３のうちフローティングメタル１４に嵌まっている部分には、コンプレッサ翼２の側に位置した左段差面３２とタービン翼１の側に位置した右段差面３３とが形成されている。

そして、フローティングメタル１４のうち回転軸３の左段差面３２の近傍部に回り止め穴３４を形成し、この回り止め穴３４には、センター軸受け部１５に挿通固定した回り止めピン３５の先端部を嵌め込んでいる。回り止めピン３５はボルトを使用しており、先端部はきっちりと位置決めされている。

また、回り止めピン３５の先端部３５ａは回転軸３の左段差面３２に近接しており、回転軸３の左３５と回転軸３の先端部３５ａとの間には第５隙間３６が空いている。従って、本実施形態では回転軸３の左段差面３２が請求項に記載した第１ストッパー部になっている。左段差面３２はテーパ面になっており、そこで、回り止めピン３５の先端部３５ａも先窄まりのテーパ面になっている。回り止めピン３５の外周面と回り止め穴３４の内周面との間にも隙間が空いている。

さて、図１に黒抜き矢印で示すように、排気ガスは回転軸３の一端部３ａの延長線の方向に流れる。このため、タービン翼１は排気ガスによって白抜き矢印３７の方向に押され気味になっており、このため、ナット２７が緩んだり回転軸３が例えばコンプレッサ翼１の箇所で折損したりすると、タービン翼１がタービンハウジング４の方向にずれ動いて、螺旋状の端面がタービンハウジング４に激しく衝突してしまい、重大な事故を招来する虞がある。

しかるに、本実施形態では、回転軸３の左段差面３２と回り止めピン３５の先端部３５ａとの間に形成されている第５隙間３６の軸方向の幅寸法Ｅ５が、タービン翼１とセンターハウジング６との間に形成されている第２隙間２９の軸方向の幅寸法Ｅ１よりも小さい寸法に設定されているため、ナット２７が緩んだり回転軸が折損したりしても、タービン翼１が回転しながらタービンハウジング４に激しく当たることはなくて、重大な事故に至ることを防止できる。

本実施形態の場合、Ｅ５をコンプレッサ翼２とセンターハウジング６及びアウターブッシュ１８とに形成され第３隙間３０の軸方向の幅寸法Ｅ３より小さい寸法に設定しておくことにより、コンプレッサ翼２がセンターハウジング６に干渉することを防止できる。なお、コンプレッサ翼２には駆動力が作用していないのに対して、タービン翼１には排気ガスの圧力が回転動力として作用しているため、タービン翼１がタービンハウジング４に衝突することの問題が大きい。従って、ターボ過給機では、タービンハウジング４へのタービン翼１の衝突を防止する必要性は高い。

回転軸３の左段差面３２をストッパー部と成すことに代えて又はこれに加えて、回転軸の右段差面３３を第２ストッパー部と成すことも可能であり、この場合は、第５隙間３６の幅寸法Ｅ５を第２隙間２９の幅寸法Ｅ２より小さい寸法に設定しておくことにより、タービン翼１がセンターハウジング６に衝突することを防止できると共に、第５隙間３６の幅寸法Ｅ５を第４隙間３１の幅寸法Ｅ４より小さい寸法に設定しておくことにより、コンプレッサ翼２がコンプレッサハウジング５に衝突することを防止できる。

また、図２（Ｄ）に別例として示すように、回転軸３に回り止めピン３５の先端部に対応した環状溝３８を形成することにより、１本の回り止めピン３５に対応して、第１ストッパー部としての左段差面３２と第２ストッパー部としての右段差面３３とを形成しても良いのであり、この場合は、回転軸３のいずれの方向の動きも１本の回り止めピン３５で規制することができる。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、ハウジングの形態やタービン翼の形態、コンプレッサ翼の形態などは様々に具体化できる。回り止めピンはねじ込み式である必要はなく、強制嵌合等でハウジングに取り付けてもよい。ストッパー手段としては、外向きに張り出したフランジを採用す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
２７ナット
２８オイル供給穴
２８〜３１第１〜第４の隙間
３２第１ストッパー部としての左段差面
３３第２ストッパー部とて機能し得る右段差面
３４回り止め穴
３５回り止めピン
３６第５隙間

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を配置しており、前記フローティングメタルの内部に、その両側に突出した回転軸が挿通されており、前記回転軸の一端部にはタービン翼を固定して他端部にはコンプレッサ翼を固定しており、前記タービン翼とハウジングとの間、及びコンプレッサ翼とハウジングとの間には、前記回転軸の軸方向の隙間が形成されている一方、
前記フローティングメタルにはその内外に貫通した回り止め穴が空いており、前記ハウジングに固定した回り止めピンを回り止め穴に挿入している構成であって、
前記回り止めピンの先端はフローティングメタルの内部に入り込んでいて前記回転軸に向けて延びており、前記回転軸に、当該回転軸が一端部の方向に移動すると前記回り止めピンに当接する第１ストッパー部か、又は、当該回転軸が他端部の方向に移動すると前記回り止めピンに当接する第２ストッパー部を設け、これらストッパー部と回り止めピンとの間に、前記タービン翼とハウジングとの間の隙間の幅寸法又は前記コンプレッサ翼とハウジングとの間の幅寸法よりも小さい幅寸法の隙間を空けている、
ターボ過給機。