JP2014238009A - 過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油によるメカロスを低減する。
【解決手段】過給機は、セミフローティングメタル８と、過給機本体に形成され、軸受孔２ａの内周面２１のうち、タービン軸７の軸方向に互いに離間する位置にそれぞれ一端１９ａ、２０ａを開口させて、セミフローティングメタルに潤滑油を供給する少なくとも２つの供給路１９、２０と、を備え、セミフローティングメタルは、タービン軸が挿通される挿通孔２３と、挿通孔の内周面２３ａのうち、２つの供給路それぞれに対して、タービン軸の径方向に対向する位置に形成され、タービン軸を軸支する２つの軸受面２６、２７と、供給路の開口から軸受面に向かって本体部２２を貫通して潤滑油を軸受面に流入させる油孔２８、２９と、本体部のうち２つの軸受面の間に設けられ、軸受面を潤滑した潤滑油を挿通孔から外部に排油する排油孔３４と、を有する。
【選択図】図２

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軸支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には軸受孔が形成され、当該軸受孔の中には軸受が配される。軸受は、タービン軸が挿通される挿通孔を有し、その内周面にラジアル荷重を受ける軸受面が形成される。特許文献１に記載の過給機には、このような軸受の一種であり、タービン軸の回転方向の移動が規制されたセミフローティングメタルが設けられている。

特開２０１２−１９３７０９号公報

過給機の小型化が進められる中、空気の圧縮能力を維持するため、コンプレッサインペラやタービン軸の高速回転化が求められている。特許文献１に記載されているようなセミフローティングメタルは、高速回転においても高い安定性を有するが、潤滑油による機械損失（メカロス）が大きくなってしまう。そのため、セミフローティングメタルによるメカロスを低減させる技術の開発が希求されている。

本発明の目的は、潤滑油によるメカロス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、過給機本体内に形成された軸受孔と、軸受孔に収容されたセミフローティングメタルと、セミフローティングメタルによって回転自在に軸支され、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と、過給機本体に形成され、軸受孔の内周面のうち、タービン軸の軸方向に互いに離間する位置にそれぞれ一端を開口させて、セミフローティングメタルに潤滑油を供給する少なくとも２つの供給路と、を備え、セミフローティングメタルは、タービン軸の軸方向および回転方向の移動が規制された状態で軸受孔内に収容される本体部と、本体部に形成され、タービン軸が挿通される挿通孔と、挿通孔の内周面のうち、２つの供給路それぞれに対して、タービン軸の径方向に対向する位置に形成され、タービン軸を軸支する２つの軸受面と、供給路の開口から軸受面に向かって本体部を貫通して潤滑油を軸受面に流入させる油孔と、本体部のうち２つの軸受面の間に設けられ、軸受面を潤滑した潤滑油を挿通孔から外部に排油する排油孔と、を有することを特徴とする。

セミフローティングメタルの本体部の軸受面には、油孔の軸受面側の端部が開口するとともに、挿通孔の軸方向に延在する内周溝が設けられていてもよい。

セミフローティングメタルの本体部のうち、軸受孔に対向する外周面には、油孔の外周面側の端部が開口するとともに、挿通孔の周方向に延在する外周溝が設けられていてもよい。

軸受孔の隔壁を貫通し、排油孔から流出した潤滑油を、軸受孔から外部に排油する排出孔をさらに備え、軸受孔は、セミフローティングメタルが配される部位よりもタービンインペラ側に設けられ、セミフローティングメタルが配される部位よりも内径が大きく、軸受面を潤滑した後の潤滑油が留まる貯油部を有し、タービン軸は、セミフローティングメタルの挿通孔に挿通された部位よりも外径が大きく形成され、貯油部よりタービンインペラ側に配され、貯油部からタービンインペラ側への潤滑油の流れを抑制するフランジ部を有し、排出孔が形成された軸受孔の隔壁のうち、排出孔よりもタービンインペラ側に設けられ、隔壁を貯油部から軸受孔の外部に貫通し、貯油部から潤滑油が排出される貫通孔をさらに備えてもよい。

本発明によれば、潤滑油によるメカロス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。 セミフローティングメタルを説明するための説明図である。

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、図に示す矢印Ｌ方向を過給機Ｃの左側とし、矢印Ｒ方向を過給機Ｃの右側として説明する。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の左側に締結ボルト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の右側に締結ボルト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の左右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、タービン軸７を回転自在に軸支するセミフローティングメタル８が設けられている。タービン軸７の左端部にはタービンインペラ９が一体的に固定されており、このタービンインペラ９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の右端部にはコンプレッサインペラ１０が一体的に固定されており、このコンプレッサインペラ１０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の右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１１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、空気を昇圧するディフューザ流路１２が形成される。このディフューザ流路１２は、タービン軸７（コンプレッサインペラ１０）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１０を介して吸気口１１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１２よりもタービン軸７（コンプレッサインペラ１０）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１３が設けられている。コンプレッサスクロール流路１３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１２にも連通している。したがって、コンプレッサインペラ１０が回転すると、吸気口１１からコンプレッサハウジング６内に空気が吸気されるとともに、当該吸気された空気は、コンプレッサインペラ１０の翼間を流通する過程において遠心力の作用により増速され、ディフューザ流路１２およびコンプレッサスクロール流路１３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、タービンインペラ９よりもタービン軸７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１４が形成されている。また、タービンハウジング４には、タービンインペラ９を介してタービンスクロール流路１４に連通するとともに、タービンインペラ９の正面に臨み、不図示の排気ガス浄化装置に接続される吐出口１５が形成されている。

また、締結ボルト３によってベアリングハウジング２とタービンハウジング４とが連結された状態では、これら両ハウジング２、４の対向面間に隙間１６が形成される。この隙間１６は、排気ガスが流通する可変流路ｘが構成される部分であり、タービン軸７の径方向内側から外側に向けて環状に形成されている。

タービンスクロール流路１４は、エンジンから排出される排気ガスが導かれる不図示のガス流入口と連通するとともに、上記の隙間１６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１４に導かれた排気ガスは、可変流路ｘおよびタービンインペラ９を介して吐出口１５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９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９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１０に伝達されることとなり、コンプレッサインペラ１０の回転力によって、上記のとおりに、空気が昇圧されてエンジンの吸気口に導かれることとなる。

エンジンの運転状況によっては、タービンハウジング４に導かれる排気ガスの流量が変化すると、タービンインペラ９およびコンプレッサインペラ１０の回転量が変化して、昇圧された流体をエンジンの吸気口に安定的に導くことができなくなる場合がある。そこで、この隙間１６には、タービンハウジング４とベアリングハウジング２との対向面に固定され、タービンスクロール流路１４と吐出口１５との連通開度を可変とする可変静翼機構１７が設けられている。

可変静翼機構１７は、排気ガスの流量に応じて、タービンインペラ９に導かれる排気ガスの流速を変化させる。具体的に、可変静翼機構１７は、エンジンの回転数が低く排気ガスの流量が少ない場合には、可変流路ｘの開度を小さくしてタービンインペラ９に導かれる排気ガスの流速を向上し、少ない流量でもタービンインペラ９を十分に回転させることができるようにするものである。

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り、図１中、破線の四角で囲われた部分を示す。以下、図２を参照しながら、軸受孔２ａ内に収容されたセミフローティングメタル８によるタービン軸７の支持構造について説明する。

供給路１８は、ベアリングハウジング２に形成された孔で構成され、ベアリングハウジング２の外部から軸受孔２ａに潤滑油を供給する。詳細には、供給路１８を構成する孔は分岐しており、分岐した２つの供給路１９、２０は、軸受孔２ａの内周面２１のうち、タービン軸７の軸方向に互いに離間する位置にそれぞれ一端１９ａ、２０ａを開口させて、セミフローティングメタル８に潤滑油を供給する。

ここで、供給路１９の一端１９ａ（開口）は、軸受孔２ａの内周面２１のうち、タービン軸７の軸方向の中心よりタービンインペラ９側（図２中、左側）に設けられ、供給路２０の一端２０ａ（開口）は、軸受孔２ａの内周面２１のうち、タービン軸７の軸方向の中心よりコンプレッサインペラ１０側（図２中、右側）に設けられる。

セミフローティングメタル８は、略円筒状の環状部材で構成される本体部２２を有する。本体部２２には、タービン軸７の軸方向に貫通する挿通孔２３が形成されており、本体部２２は、挿通孔２３にタービン軸７が挿通された状態で、軸受孔２ａに収容されている。

また、本体部２２にはピン孔２４が設けられている。ピン孔２４は、挿通孔２３の内周面２３ａから、本体部２２の軸受孔２ａに対向する外周面２２ａまで貫通する。そして、ベアリングハウジング２には、軸受孔２ａの内周面２１から径方向外側まで、軸受孔２ａを形成する隔壁２ｃを貫通するとともに、軸受孔２ａに収容された本体部２２のピン孔２４に対向するネジ孔２ｂが形成されている。

ピン２５は、ネジ溝が切られたネジ部２５ａを有し、ネジ部２５ａがネジ孔２ｂに螺合すると共に、先端側がセミフローティングメタル８のピン孔２４に挿通される。こうして、セミフローティングメタル８は、軸受孔２ａに対して、タービン軸７の軸方向および回転方向の移動が規制される。

挿通孔２３の内周面２３ａには、タービン軸７の軸方向の両端側それぞれに軸受面２６、２７が形成されている。軸受面２６、２７は、それぞれ、供給路１９、２０の一端１９ａ、２０ａに対して、タービン軸７の径方向に対向する位置に配される。

油孔２８、２９は、それぞれ、本体部２２の外周面２２ａのうち、供給路１９、２０の一端１９ａ、２０ａに対向する部位から、軸受面２６、２７まで本体部２２を貫通する。すなわち、油孔２８、２９は、それぞれ、本体部２２のうち、供給路１９、２０の一端１９ａ、２０ａに対向する部位における本体部２２の周方向に複数設けられる。

そして、油孔２８、２９は、それぞれ、供給路１９、２０の一端１９ａ、２０ａから流出した潤滑油を軸受面２６、２７に流入させる。

図３は、セミフローティングメタル８を説明するための説明図であり、図３（ａ）には、図２におけるセミフローティングメタル８を抽出して示し、図３（ｂ）には、図３（ａ）のＩＩＩ（ｂ）‐ＩＩＩ（ｂ）線断面を示す。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、油孔２８は、本体部２２のうち、上記の供給路１９の一端１９ａに対向する位置の挿通孔２３の周方向に亘って等間隔に４つ設けられる。油孔２９は、油孔２８と同様、本体部２２のうち、上記の供給路２０の一端２０ａに対向する位置の挿通孔２３の周方向に亘って等間隔に４つ設けられる。

２つの軸受面２６、２７は、油孔２８、２９から流入した潤滑油によって、タービン軸７との間に油膜を保持し、当該油膜圧力によってタービン軸７の径方向の荷重を受け、タービン軸７を回転自在に軸支する。

また、図３（ｂ）に示すように、セミフローティングメタル８の本体部２２の外周面２２ａには、挿通孔２３の周方向に延在する外周溝３０が設けられており、この外周溝３０に、油孔２８の外周面２２ａ側の端部２８ａが開口している。なお、図３（ａ）からも明らかなように、外周面２２ａには、油孔２９側にも、外周溝３０と同様、挿通孔２３の周方向に延在する外周溝３１が設けられており、この外周溝３１に、油孔２９の外周面２２ａ側の端部２９ａが開口している。外周溝３０は、４つの油孔２８の端部２８ａを本体部２２の周方向に連通する。同様に、外周溝３１は、４つの油孔２９の端部２９ａを本体部２２の周方向に連通する。

また、セミフローティングメタル８の本体部２２の軸受面２６、２７には、それぞれ、挿通孔２３の軸方向に延在する内周溝３２、３３が設けられており、この内周溝３２、３３に、図３（ａ）に示すように、油孔２８、２９の軸受面２６、２７側の端部２８ｂ、２９ｂが開口している。内周溝３２、３３は、油孔２８、２９と同数、すなわち、４つずつ、挿通孔２３の周方向に等間隔に形成され、それぞれが、軸受面２６、２７におけるタービン軸７の軸方向の全長に亘って延在している。

そのため、供給路１９、２０から供給された潤滑油は、外周溝３０、３１によってすべての油孔２８、２９に行き渡り、各油孔２８、２９から本体部２２における挿通孔２３の内周面２３ａ側に流入する。そして、内周面２３ａに到達した潤滑油は、内周溝３２、３３によって軸受面２６、２７におけるタービン軸７の軸方向の全長に行き渡り、タービン軸７の回転につれ回ることで軸受面２６、２７全面を潤滑する。

排油孔３４は、本体部２２のうち２つの軸受面２６、２７の間に設けられた孔であって、本体部２２をタービン軸７の径方向に貫通し、軸受面２６、２７を潤滑した潤滑油を挿通孔２３から本体部２２の外部に排油する。

図２に示すように、排出孔３５は、ベアリングハウジング２における軸受孔２ａの隔壁２ｃをタービン軸７の径方向に貫通する孔であって、排油孔３４に対向し、排油孔３４から流出した潤滑油を、隔壁２ｃの鉛直下方に形成された排油空間２ｄ（軸受孔２ａの外部）に排油する。ここで、排出孔３５は、貫通方向がタービン軸７の径方向に対して傾斜していてもよく、潤滑油の排油性を向上させるために、排出孔３５の貫通方向を適宜変更してもよい。

また、軸受孔２ａには、セミフローティングメタル８が配される部位よりもタービンインペラ９側に貯油部３６が設けられている。貯油部３６は、セミフローティングメタル８が配される部位よりも内径が大きく形成された部位であって、軸受面２６を潤滑した後の潤滑油が一時的に留まる。

タービン軸７のうち、貯油部３６のタービンインペラ９側にはフランジ部３７が形成されている。フランジ部３７は、セミフローティングメタル８の挿通孔２３に挿通された部位よりも外径が大きく形成され、タービン軸７の径方向に延在した部位である。そして、軸受孔２ａをタービンインペラ９側に流れる潤滑油の一部がフランジ部３７に衝突し、貯油部３６に滞留する。こうして、フランジ部３７は、貯油部３６からタービンインペラ９側への潤滑油の流れを抑制する。

貫通孔３８は、排出孔３５が形成された隔壁２ｃのうち、排出孔３５よりもタービンインペラ９側に設けられた孔であって、隔壁２ｃを貯油部３６から排油空間２ｄに貫通する。そして、貫通孔３８を通って、貯油部３６に滞留した潤滑油が当該貯油部３６から排出される。

上述したように、本実施形態の過給機Ｃは、２つに分岐した供給路１９、２０によって、セミフローティングメタル８の本体部２２の油孔２８、２９に直接潤滑油が供給され、軸受面２６、２７それぞれに潤滑油が流入する。そのため、少ない潤滑油でも十分な潤滑性を確保するとともに、油量を抑えることで潤滑油によるメカロスを低減することが可能となる。さらに、本体部２２の挿通孔２３から排油孔３４および排出孔３５を介して潤滑油が排出されるため、排油性が向上し、さらなるメカロスの低減を実現することができる。

また、貯油部３６、フランジ部３７、および、貫通孔３８によって、軸受孔２ａからタービンインペラ９側に流出する潤滑油を排油空間２ｄに導くことで、タービンインペラ９側への潤滑油の漏れを抑制しつつ、さらなる排油性の向上およびメカロスの低減が可能となる。

また、セミフローティングメタル８の本体部２２には、外周溝３０、３１および内周溝３２、３３が形成されていることから、潤滑油が効率的に軸受面２６、２７に行き渡るとともに、エンジンおよび過給機Ｃの停止時においては、外周溝３０、３１および内周溝３２、３３が潤滑油を一時的に貯留する。そのため、エンジンおよび過給機Ｃの始動時において、外周溝３０、３１および内周溝３２、３３に貯留された潤滑油が軸受面２６、２７に供給されるため、潤滑油の不足を回避し、潤滑性を確保することが可能となる。

上述した実施形態では、セミフローティングメタル８には、外周溝３０、３１、および、内周溝３２、３３が形成される場合について説明したが、外周溝３０、３１、および、内周溝３２、３３は、必須の構成ではない。すなわち、セミフローティングメタル８に、外周溝３０、３１、および、内周溝３２、３３のいずれか一方、または、両方が形成されていなくてもよい。

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
２ｃ 隔壁
７ タービン軸
８ セミフローティングメタル
９ タービンインペラ
１０ コンプレッサインペラ
１９、２０ 供給路
１９ａ、２０ａ 一端
２１ 内周面
２２ 本体部
２２ａ 外周面
２３ 挿通孔
２３ａ 内周面
２６、２７ 軸受面
２８、２９ 油孔
２８ａ、２８ｂ、２９ａ、２９ｂ 端部
３０、３１ 外周溝
３２、３３ 内周溝
３４ 排油孔
３５ 排出孔
３６ 貯油部
３７ フランジ部
３８ 貫通孔

Claims (4)

1. 過給機本体と、
   前記過給機本体内に形成された軸受孔と、
   前記軸受孔に収容されたセミフローティングメタルと、
   前記セミフローティングメタルによって回転自在に軸支され、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と、
   前記過給機本体に形成され、前記軸受孔の内周面のうち、前記タービン軸の軸方向に互いに離間する位置にそれぞれ一端を開口させて、前記セミフローティングメタルに潤滑油を供給する少なくとも２つの供給路と、
   を備え、
   前記セミフローティングメタルは、
   前記タービン軸の軸方向および回転方向の移動が規制された状態で前記軸受孔内に収容される本体部と、
   前記本体部に形成され、前記タービン軸が挿通される挿通孔と、
   前記挿通孔の内周面のうち、前記２つの供給路それぞれに対して、前記タービン軸の径方向に対向する位置に形成され、該タービン軸を軸支する２つの軸受面と、
   前記供給路の開口から前記軸受面に向かって前記本体部を貫通して潤滑油を該軸受面に流入させる油孔と、
   前記本体部のうち２つの前記軸受面の間に設けられ、前記軸受面を潤滑した潤滑油を前記挿通孔から外部に排油する排油孔と、
   を有することを特徴とする過給機。
2. 前記セミフローティングメタルの前記本体部の前記軸受面には、前記油孔の該軸受面側の端部が開口するとともに、前記挿通孔の軸方向に延在する内周溝が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の過給機。
3. 前記セミフローティングメタルの前記本体部のうち、前記軸受孔に対向する外周面には、前記油孔の該外周面側の端部が開口するとともに、前記挿通孔の周方向に延在する外周溝が設けられ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。
4. 前記軸受孔の隔壁を貫通し、前記排油孔から流出した潤滑油を、該軸受孔から外部に排油する排出孔をさらに備え、
   前記軸受孔は、
   前記セミフローティングメタルが配される部位よりも前記タービンインペラ側に設けられ、該セミフローティングメタルが配される部位よりも内径が大きく、前記軸受面を潤滑した後の潤滑油が留まる貯油部を有し、
   前記タービン軸は、
   前記セミフローティングメタルの前記挿通孔に挿通された部位よりも外径が大きく形成され、前記貯油部より前記タービンインペラ側に配され、該貯油部から該タービンインペラ側への潤滑油の流れを抑制するフランジ部を有し、
   前記排出孔が形成された前記軸受孔の隔壁のうち、該排出孔よりも前記タービンインペラ側に設けられ、該隔壁を前記貯油部から該軸受孔の外部に貫通し、該貯油部から潤滑油が排出される貫通孔をさらに備える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。

Images