JP2014070529A - ターボ過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸を潤滑するオイル溜まり部を有するターボ過給機において、運転停止後のオイルコーキングの発生を防止しつつ、次の始動時の回転軸の潤滑性を向上させる。
【解決手段】ハンジング６には、運転停止時にオイルを抜くためのオイル逃がし通路３１を形成している。オイル逃がし通路３１に、ばね３３で支持されたボール弁体３２と、感温部材３５でスライドする棒状弁体３４とを設けている。オイルの温度が高いと、運転宙はオイル逃がし通路３１はボール弁体３２で閉じているが、運転停止時にはオイル逃がし通路３１は開いている。オイルの温度が低いと、運転中も運転停止時もオイル逃がし通路３１は閉じているため、運転再開時に回転軸３は的確に潤滑される。
【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オイル溜まり部（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。

さて、ターボ過給機は排気ガスで駆動されるため、長時間駆動し続けているとハウジングも高温になり、このため、機関の運転が停止すると内部に溜まっていたオイルがハウジングの残熱によって変質硬化するオイルコーキング減少が生じて、次の駆動に支障をきたすことがあった。そこで、例えば特許文献１に記載されているように、ハウジングの軸受け部に圧力弁が内蔵されたオイル逃がし通路を設け、運転中はオイルの圧力でオイル逃がし通路を閉じておき、駆動が停止されると圧力弁を開放してオイルをオイル逃がし通路から流下させることが行われている。

実開昭５９−６５９３５号のマイクロフィルム

機関の運転停止によって軸受け部からオイルを除去することはオイルコーキング防止の点からは好ましいが、次の運転はオイルが存在しない状態で開始するため、始動当初の潤滑性が損なわれるという問題がある。すなわち、オイルは潤滑のために充填するものであるが、オイルを除去することは、オイルの機能を阻害してしまうことに他ならないのである。

本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、オイルの本来の機能をできるだけ保持させたターボ過給機を提供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回転軸が挿通したオイル溜まり部を設けていると共に、前記軸受け部のうち前記オイル溜まり部の下方の部位に、オイルをその温度と圧力とに関連してオイル溜まり部から下方に逃がす流量調節手段が設けられている。

そしてこの流量調節手段は、オイルの圧力が所定圧力より高い状態ではオイル温度に関係なく閉じ作動し、オイルの圧力が所定圧力より低い状態では、オイル温度が設定値より低い場合は閉じ作動してオイル温度が設定値より高い場合は開き作動するように設けられている。別の見方をすると、温度が設定値より高い状態では、オイルの圧力が高いと閉じてオイルの圧力が低いと開き、温度が設定値より低い状態では、オイルの圧力に関係なく閉じるようになっている。

オイルコーキング現象はハウジング（或いは回転軸）が高温になることで発生するが、ハウンジングがさほど高温になっていない状態では、オイルがオイル溜まり部に残っていてもオイルコーキング現象は発生しない。そして、ハウジングの温度が高いと機関温度も高く、機関温度が高いとオイルの温度も高いため、機関の運転停止後（ターボ過給機の駆動停止後）にオイルコーキングが発生するか否かはオイルの温度に依存しており、オイルの温度がある程度以下である場合には、ターボ過給機のオイル溜まり部に残留していてもオイルコーンキングの問題は発生しない。

本願発明はかかる知見を利用したものであり、ターボ過給機が駆動されている状態では、オイルの圧力は高くなっているため、オイル温度に関係なく流量調節手段は閉じていてオイル溜まり部にはオイルが充満しており、このため回転軸等の潤滑機能は的確に発揮する。

そして、ターボ過給機の駆動が停止されてオイルの圧力が低下すると、オイル温度が高い場合は流量調節手段が開き作動してオイルが除去されることでオイルコーキング現象を防止できる一方、オイル温度がオイルコーキング現象を生じない程度に低い場合は、オイルはオイル溜まり部に残留したままになって次の駆動時の潤滑を的確に実現できる。従って、本願発明は、オイルコーキングを的確に防止しつつ、駆動開始時の潤滑性をできるだけ向上させることができる。

第１実施形態に係る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）は（Ａ）の要部拡大図、（Ｃ）はオイル逃がし通路を閉じた状態での図である。 第２実施形態の要部断面図である。 第３実施形態の要部断面図である。

(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、ターボ過給機の全体構成を説明する。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。回転軸３は略水平姿勢に配置されている。

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との間にはオイルが溜まる空間２２を形成している。また、空間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。従って、隙間２１，２３と空間２２とでオイル溜まり部が構成されている。

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１９ａ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１９ａ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２６には、オイル入口（図示せず）とオイル出口２６ａ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。また、フローティングメタル１４は、回転軸３に連れ回転しないように図示しないストッパー手段で保持されている。

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。

(2).流量調節手段
既述のとおり回転軸３は略水平姿勢に配置されているが、図２（Ｂ）（Ｃ）に明示するように、センターハウジング６に設けた軸受け部１５のうち回転軸３の下方の部位に、オイルの温度と圧力とに関連してオイルを隙間２１から下方に逃がす流量調節手段３０を設けている。流量調節手段３０は、略鉛直姿勢で隙間２１とオイル通路２６とに開口したオイル逃がし通路３１と、オイル逃がし通路３１の上部に配置したボール弁体３２と、ボール弁体３２を下方から支持するばね３３と、オイル逃がし通路３１をその下部において開閉する軸状弁体３４と、軸状弁体３４を駆動する感温部材３５とを備えている。

ボール弁体３２はオイル逃がし通路３１の上部に余裕を持って嵌まっており、オイル逃がし通路３１のうちボール弁体３２が嵌まっている部分の下部は、下窄まりのテーパ部３１ａになっている。従って、ボール弁体３２の外側からオイルが流下し得ると共に、ボール弁体３２がばね３３に抗して押し下げられると、ボール弁体３２がテーパ部３１ａに当たってオイル逃がし通路３１は閉じられる。

ばね３３はオイル逃がし通路３１の段部３６で支持されており、従って、オイル逃がし通路３１は段部３６を境にして内径が変化している。軸状弁体３４は、オイル逃がし通路３１を横切るように配置されており、弁穴３７に摺動自在に嵌まっている。感温部材３５は丸棒状の形態であり、受熱・放熱によって軸方向に伸びたり縮んだりする。すなわち、軸方向に熱膨張する。

この感温部材３５は、オイル逃がし通路３１を挟んで弁穴３７と反対側において、棒状弁体３４と同心の姿勢に配置されており、弁穴３７と同心に形成された横穴３８に嵌まっている。感温部材３５の先端には円形のスライダー３９が固定されており、スライダー３９に軸状弁体３４が細いロッド４０を介して連結されている。

感温部材３５の基端は横穴３８に外側からねじ込まれたプラグ４１に固定されている。従って、感温部材３５が温度変化で伸縮することによってスライダー３９がスライドし、これにより、軸状弁体３４がスライドしてオイル逃がし通路３１を開閉する。オイル逃がし通路３１の開閉の程度は温度に比例するが、感温部材３５として特定の温度域で膨張率が大きく変化するものを使用することにより、ある狭い温度域を境にして長さが短い状態と長い状態とに大きく変化させることができ、これにより、ある狭い温度域を境にしてオイル逃がし通路３１を全閉状態と全開状態とに切り替えることができる。

以上の構成において、機関が駆動されている状態では、ターボ過給機にはオイルポンプからオイルが正圧で供給されているため、オイルの温度に関係なく、ボール弁体３２がオイルで押されたオイル逃がし通路３１は閉じた状態になっている。このため、感温部材３５の潤滑が支障なく行われる。

他方、機関の運転停止によってオイルの圧力がなくなると、ボール弁体３２はばね３３によって上昇し、オイル逃がし通路３１はボール弁体３２による閉じ状態が解除される。そして、この場合、オイル及びセンターハウジング６がオイルコーキングを招来するほどに高い場合は、感温部材３５は膨張し切っていて、棒状弁体３４は図２（Ｂ）のように前進し切っているため、オイルはオイル逃がし通路３１から下方に流下し、隙間２１，２３や空間２２には残留しない。このためオイルコーキング現象を防止できる。

オイルの温度がオイルコーキング現象を生じる程には高くない場は、感温部材３５が縮んでいることにより、棒状弁体３４が後退してオイル逃がし通路３１を閉じており、このため、機関が停止した状態でも、オイルは隙間２１，２３と空間２３とに残留している。これにより、次の始動時に回転軸３を的確に潤滑できる。なお、オイルの温度が設定値より低い場合は、機関の運転中でもオイル逃がし通路３１は棒状弁体３４によって閉じられている。

(2).他の実施形態・その他
図３（Ａ）に示す第２実施形態と第１実施形態の変形例である。この実施形態では、弁穴３７と横穴３８とは、オイル逃がし通路３１の軸心を挟んだ片側に連続状態で形成されている。また、感温部材３５は筒状ケース４２の底板４２ａに固定されており、筒状ケース４２をその底板４２ａがオイル逃がし通路３１に向くように配置し、感温部材３５の基端に端板４３にロッド４０を固定している。従って、感温部材３５は筒状に形成されている。この実施形態も作用は第１実施形態と同じである。

図４に示す第３実施形態では、ばね３３を感温部材３５で支持している。感温部材３５はセンターハウジング６の下面に固定された受け板４３の上面に固定されており、受け板４３には、オイルを流下させる穴４４が空いている。この実施形態では、オイルの温度が低い状態では、オイルの圧力に関係なくオイル逃がし通路３１はボール弁体３２で閉じられている。

オイルの温度がオイルコーキングを招来する程に高くなると、オイルの圧力に関係なくボール弁体３２とばね３３とのユニット全体が上昇し、機関の運転中はボール弁体３２が押し下げられてオイル逃がし通路３１は閉じられ、機関の運転が停止すると、ボール弁体３２がばね３３で上昇してオイルはオイル逃がし通路３１から下方に除去される。

本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。感温部材としてはバイメタルのような金属を使用することも可能である。ボール弁体に代えて棒状弁や板状弁体を使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
１４ フローティングメタル
１５ 軸受け部
２１ オイル溜まり部を構成する隙間
２２ オイル溜まり部を構成する空間
２３ オイル溜まり部を構成する隙間
３０ 流量調節手段
３１ オイル逃がし通路
３２ ボール弁体
３３ ばね
３４ 棒状弁体
３５ 感温部材

Claims (1)

1. ハウジングに設けた軸受け部に回転軸が挿通したオイル溜まり部を設けていると共に、前記軸受け部のうち前記オイル溜まり部の下方の部位に、オイルをその温度と圧力とに関連してオイル溜まり部から下方に逃がす流量調節手段が、オイルの圧力が所定圧力より高い状態ではオイル温度に関係なく閉じ作動し、オイルの圧力が所定圧力より低い状態では、オイル温度が設定値より低い場合は閉じ作動してオイル温度が設定値より高い場合は開き作動するように設けられている、
   ターボ過給機。

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