JP2015086705A

JP2015086705A - ターボチャージャのオイルドレン構造

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Publication number: JP2015086705A
Application number: JP2013223025A
Authority: JP
Inventors: 晴登浦; Haruto Ura; 貴幸古田; Takayuki Furuta
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2033-10-28
Also published as: JP6028713B2

Abstract

【課題】軸受潤滑後のオイルをドレン穴から迅速に排出させ、ドレン穴以外からのオイルの漏出を有効に抑制できるターボチャージャのオイルドレン構造を提供する。【解決手段】コンプレッサホイールとタービンホイール６を連結するタービンシャフト５を回転自在に支持する強制潤滑式の軸受装置７と、軸受装置７を収納するとともに強制潤滑後のオイルを外部に排出させるドレン穴１２ｄが形成されたハウジング２と、強制潤滑後のオイルをタービンシャフト５に対し交差しつつコンプレッサホイール４側からドレン穴１２ｄ側に向けて流下させるオイル案内面３４ａを有するデフレクタ３０とを備えたターボチャージャのオイルドレン構造であって、デフレクタ３０は、強制潤滑後のオイルがオイル案内面３４ａを通過して流出する流出側部分３４ｃに流出方向で凹状をなす切欠き３４ｂを有し、その切欠き３４ｂが、鉛直方向でドレン穴１２ｄと重なる範囲内に位置している。【選択図】図５

Description

本発明は、ターボチャージャのオイルドレン構造に関し、特にベアリングハウジング内の軸受部の強制潤滑後のオイルを外部に排出させるターボチャージャのオイルドレン構造に関する。

内燃機関に装備されるターボチャージャ、例えば排気ターボチャージャにおいては、高速回転するタービンシャフトを強制潤滑式の軸受を介してハウジングに支持させることにより、タービンシャフトの周りの軸受摺動部に油膜を形成し、タービンシャフトを高速回転可能にしているものが多い。

その場合、ターボチャージャには、軸受摺動部から溢れ出たり遠心力で飛ばされたりするオイルを捕集しつつ、その捕集オイルをベアリングハウジング内に流下させるデフレクタが装着されている。

従来のターボチャージャとしては、例えばオイルポンプにより加圧されたオイルの一部が軸受の摺動部に供給され、その摺動部から溢れ出るオイルがデフレクタの上面を通ってドレン穴に排出されるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−０８７７２５号公報

しかしながら、上述のような従来のターボチャージャのオイルドレン構造では、軸受の潤滑を終えたオイルがタービンシャフト等の回転体の周囲から流下したり遠心力によって放出されたりする際にオイルが回転体に連れ回る状態となり、デフレクタの上面に達するオイルが回転体の回転方向に偏向された流れの方向性を有するものとなる。

そのため、ベアリングハウジング内のドレン室内に流入するオイルがドレン穴の周りを旋回し、ドレン穴から外部に迅速に排出されずにドレン穴の周りに長く滞留してしまう場合があった。

よって、軸受部の構造の簡素化やターボチャージャのダウンサイズ化に伴うハウジングの縮小（ドレン室の縮小）や周辺艤装スペースの制約等により、ドレン穴径の拡大が困難な場合に、ドレン穴を通したオイルの自然排出が十分でないためにドレン室内の油面が上昇してしまう可能性があった。

そして、オイルの液面が大きく上昇してしまうと、デフレクタによってベアリングハウジング内に流下させたオイルが、デフレクタの背面側に逆流してしまうため、コンプレッサホイール側でのオイルの漏出（回転摺動するシールリング部等からの漏出）が懸念されていた。

そこで、本発明は、軸受潤滑後のオイルをベアリングハウジング内のドレン穴から迅速に排出させ、ドレン穴以外からのオイルの漏出を有効に抑制することができるターボチャージャのオイルドレン構造を提供することを目的とする。

本発明に係るターボチャージャのオイルドレン構造は、上記目的達成のため、コンプレッサホイールとタービンホイールを連結するタービンシャフトを回転自在に支持する強制潤滑式の軸受と、前記軸受を収納するとともに前記強制潤滑後のオイルを外部に排出させるドレン穴が形成されたハウジングと、前記強制潤滑後のオイルを前記タービンシャフトに対し交差しつつ前記コンプレッサホイール側から前記ドレン穴側に向かう方向に向けて流下させるオイル案内面を有するデフレクタと、を備えたターボチャージャのオイルドレン構造であって、前記デフレクタは、前記強制潤滑後のオイルが前記オイル案内面を通過して流出する流出側部分に該流出の方向で凹状をなす切欠きを有し、該切欠きが、鉛直方向で前記ドレン穴と重なる範囲内に位置していることを特徴とする。

この構成により、強制潤滑後のオイルがデフレクタのオイル案内面から流出するとき、その流出オイルの一部によってドレン穴内に直接的に落ち込むオイルの流れが形成されるとともに、ドレン穴の周囲に流下し旋回しようとするオイルの流れが、ドレン穴内に落ち込むオイルの流れに引き寄せられる。したがって、ベアリングハウジング内に流入した強制潤滑後のオイルがドレン穴を通して外部に迅速に排出されることになり、ドレン穴以外からのオイルの漏出が有効に抑制されることとなる。

すなわち、ターボチャージャの軸受部を潤滑したオイルが、ドレン室内に入ってドレン穴の周囲を旋回する流れとドレン穴内に落ち込む方向に偏向されたオイルの流れとを含むので、ドレン性が向上し、ドレン穴以外からのオイルの漏出が有効に抑制される。

しかも、デフレクタの一部を切欠くので、低コストに、かつ、最小限のスペースでオイルのドレン性を向上させることができる。

なお、前記デフレクタの前記流出側部分は、前記ドレン穴の径方向に延びる第１縁部と、該第１縁部に対して前記流出の方向より前記ドレン穴から離れる側に方向付けられた第２縁部とが９０度以上の交差角をなして交差する凹形状をなしていてもよい。

このようにすると、ドレン穴の周囲に流下し旋回しようとするオイルの流れをドレン穴内に落ち込むオイルの流れによってドレン穴内に引き寄せる効果を高めることができ、ドレン性が向上する。

本発明によれば、軸受潤滑後のオイルをベアリングハウジング内のドレン穴から迅速に排出させ、ドレン穴以外からのオイルの漏出を有効に抑制することができるターボチャージャのオイルドレン構造を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るターボチャージャのオイルドレン構造の要部を直交する２面で切った組合せの断面図である。本発明の一実施形態に係るターボチャージャの縦断面図である。本発明の一実施形態に係るターボチャージャのオイルドレン構造におけるデフレクタをオイル案内面側から見た斜視図である。本発明の一実施形態に係るターボチャージャのオイルドレン構造におけるデフレクタおよびドレン穴の鉛直上方から見た配置説明図である。本発明の一実施形態に係るターボチャージャのオイルドレン構造におけるドレン室周辺の構成を示す要部片側斜視断面図である。比較例のターボチャージャのオイルドレン構造におけるデフレクタおよびドレン穴の鉛直上方から見た配置説明図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

（一実施形態）
図１および図２は、本発明の一実施形態に係るドレン構造を有するターボチャージャを示しており、図３にそのデフレクタを、図４および図５にそのデフレクタおよびドレン穴の付近を示している。なお、本実施形態は、本発明を車両の走行駆動源となる内燃機関（以下、単にエンジンという）に装備されるターボチャージャに適用したものである。

まず、そのターボチャージャの全体構成について説明する。

図１および図２に示すように、本実施形態のターボチャージャ１（過給機）は、ハウジング２と、ハウジング２内に収納されたロータ３とを備えており、ロータ３は、コンプレッサホイール４およびタービンホイール６をタービンシャフト５により一体に連結して構成されている。

ハウジング２は、コンプレッサホイール４を回転自在に収納しつつ吸気通路の一部を形成するコンプレッサハウジング１１と、タービンシャフト５を軸受装置７を介して回転自在に支持するベアリングハウジング１２と、タービンホイール６を回転自在に収納しつつ排気通路の一部をスクロール通路として形成するタービンハウジング１３とによって構成されている。そして、ハウジング２とタービンシャフト５との間には、コンプレッサホイール４およびタービンホイール６の近傍でそれぞれタービンシャフト５の周囲の隙間（回転摺動隙間）をシールするシールリング部８，９が設けられている。

このターボチャージャ１においては、エンジンの排気通路上に配置されたタービンホイール６がエンジンの排気のエネルギによって回転するとき、エンジンの吸気通路の途中に配置されたコンプレッサホイール４がタービンシャフト５を介して回転駆動され、このコンプレッサホイール４の遠心圧縮作用により、吸気通路内の空気が正圧に加圧されてエンジンに過給されるようになっている。

軸受装置７は、それぞれ強制潤滑式のラジアル軸受２１およびスラスト軸受２２によって構成されている。

ラジアル軸受２１は、ハウジング２とタービンシャフト５の間に挿入されたベアリングスリーブ２１ａを有しており、潤滑・冷却用のオイルによりベアリングスリーブ２１ａの内外周面上にそれぞれ油膜を形成することで、ハウジング２とタービンシャフト５の間に浮動軸受を構成している。

スラスト軸受２２は、タービンシャフト５を跨ぐようにコンプレッサハウジング１１とベアリングハウジング１２の間で挟圧保持された略馬蹄形のスラスト軸受板２２ａと、そのスラスト軸受板２２ａの中心部の両面に対向する略コの字断面の環状のスラストカラー２２ｂとによって構成されており、スラスト軸受板２２ａには強制潤滑用のオイル通路２２ｃが形成されている。

具体的には、ラジアル軸受２１のベアリングスリーブ２１ａは、タービンシャフト５との間に略円筒状の内側オイル通路２１ｂを形成する一方、ベアリングハウジング１２との間に略円筒状の外側オイル通路２１ｃを形成している。また、ベアリングスリーブ２１ａには、内側オイル通路２１ｂおよび外側オイル通路２１ｃを連通させる複数の連通路２１ｄが形成されている。

また、スラスト軸受板２２ａのオイル通路２２ｃは、下流端側でスラストカラー２２ｂに向かって開口するとともに、上流端側でベアリングハウジング１２に形成されたオイル供給通路２３に連通しており、このオイル供給通路２３は、外側オイル通路２１ｃを取り囲むベアリングハウジング１２の軸穴内周壁面１２ｈ上にも開口している。

さらに、オイル供給通路２３には、エンジン運転時に図外のオイルポンプにより加圧された潤滑・冷却用のオイルが導入されるようになっており、このオイル供給通路２３からのオイルによってラジアル軸受２１およびスラスト軸受２２のそれぞれの回転摺動部位が潤滑および冷却されるようになっている。

ラジアル軸受２１およびスラスト軸受２２の強制潤滑に供された後のオイルは、スラスト軸受２２を収納するベアリングハウジング１２の軸穴内周壁面１２ｈの両端側から、ベアリングハウジング１２のドレン室１２ｃ内に流出するとともに、スラスト軸受２２のスラスト軸受板２２ａとスラストカラー２２ｂの間の回転摺動隙間からコンプレッサハウジング１１側にも流出する。

一方、コンプレッサホイール４とスラスト軸受２２の間には、シールリング部８を保持するシールリングリテーナ２５が設けられており、シールリングリテーナ２５のスラスト軸受２２側には、略円板状のオイルそらし板であるデフレクタ３０が装着されている。

このデフレクタ３０は、シールリングリテーナ２５より十分に大径に形成されており、シールリングリテーナ２５の片面側を覆うことで、スラスト軸受２２側から流出する強制潤滑後のオイルがコンプレッサホイール４側の回転摺動部位に入るのを阻止する機能を有している。

図１ないし図４に示すように、デフレクタ３０は、その所定半径より外周側の部分でスラスト軸受２２のスラスト軸受板２２ａと共に、コンプレッサハウジング１１のリテーナプレート部分１４とベアリングハウジング１２との間に挟圧保持されている。

また、図３に示すように、デフレクタ３０は、タービンシャフト５およびシールリングリテーナ２５の内端部が貫通する中心穴３１と、複数の締結ボルト４１（図１参照）が貫通する複数のボルト穴３２とを有している。

さらに、デフレクタ３０は、スラスト軸受２２のスラスト軸受板２２ａの一面側でスラストカラー２２ｂの一端部を収納する凹部３３と、凹部３３の下端部からベアリングハウジング１２のドレン室１２ｃ内に向かって斜下方に延びる舌片部３４と、凹部３３の外方で前記所定半径より外周側の部分を構成する平板部３５と有している。

デフレクタ３０の舌片部３４は、ベアリングハウジング１２のドレン室１２ｃの内方側まで延びており、その舌片部３４の先端側の下方側（鉛直方向の下方側）には、強制潤滑後のオイルを外部に排出させるドレン穴１２ｄが形成されている。

このドレン穴１２ｄは、ベアリングハウジング１２のドレン室１２ｃの内底側で漏斗状に傾斜する環状傾斜面１２ｅの下端側に開口しており、図示しないリターン通路を通してエンジン下部のオイルパン内に連通している。

また、デフレクタ３０の舌片部３４は、スラスト軸受２２側から流出する際にスラスト軸受板２２ａと連れ回りながら流下したり遠心力で放出されたりする強制潤滑後のオイルを、タービンシャフト５に対して交差しつつコンプレッサホイール４側からドレン穴１２ｄ側に向かう図３および図４中の矢印ＦＬ方向に向けて流下させる、オイル案内面３４ａを有している。

さらに、デフレクタ３０の舌片部３４は、強制潤滑後のオイルがオイル案内面３４ａを通過して流出する流出側部分３４ｃに、ドレン穴１２ｄの径方向に延びる第１縁部３４ｄと、その第１縁部３４ｄに対して流出方向である矢印ＦＬ方向よりドレン穴１２ｄから外れる側に方向付けられた第２縁部３４ｅとを有している。

舌片部３４は、これら第１縁部３４ｄおよび第２縁部３４ｅにより、舌状の先端側の輪郭形状３４ｆに対してオイルの流出方向で凹状をなす切欠き３４ｂを形成しており、この切欠き３４ｂは、図４に示すように、鉛直方向においてドレン穴１２ｄと重なる範囲内に位置している。

より具体的には、舌片部３４の流出側部分３４ｃに近いドレン穴１２ｄの図４中の左上側で、第１縁部３４ｄがドレン穴１２ｄの内方側に入り込むとともに、第２縁部３４ｅがドレン穴１２ｄの図４中の上縁部付近に沿って延びている。そして、オイル案内面３４ａを通過するオイルが、第１縁部３４ｄおよび第２縁部３４ｅのうちいずれかの上方を通ってドレン室１２ｃ内に流下し、そのオイルの少なくとも一部によってドレン穴１２ｄ内に直接に落ち込む流れが形成されるようになっている。なお、図２に示すように、ベアリングハウジング１２のタービンホイール６側の端部近傍には、ウォータジャケット１２ｊが形成されている。

次に、作用について説明する。

上述のように構成された本実施形態のターボチャージャのオイルドレン構造においては、ターボチャージャ１の運転時に軸受装置７のラジアル軸受２１およびスラスト軸受２２に強制潤滑用のオイルが供給され、強制潤滑後のオイルが、ベアリングハウジング１２の軸穴内周壁面１２ｈの両端側からドレン室１２ｃ内に流出するとともに、スラスト軸受２２のスラスト軸受板２２ａとスラストカラー２２ｂの間の回転摺動隙間からも流出する。

このとき、スラスト軸受２２から流出するオイルがスラストカラー２２ｂと連れ回りながら遠心力で放出されたり流下したりするので、デフレクタ３０に当たってベアリングハウジング１２のドレン室１２ｃ内に流入するオイルは、ベアリングハウジング１２の軸穴内周壁面１２ｈの両端側からドレン室１２ｃ内に流出するオイルと合流しつつ、ドレン室１２ｃ内を旋回し、ドレン穴１２ｄを通して外部に排出される。

いま、エンジンの排気エネルギが増加してタービンホイール６の回転数［ｒｐｍ］が上昇したとすると、タービンシャフト５の回転数が増すとともに、図外のオイルポンプからオイル供給通路２３に供給されるオイルの流量や圧力が増加する。また、スラスト軸受２２から流出するオイルの量も増加し、ドレン室１２ｃ内におけるオイルの旋回も強まる傾向となる。

ここで、仮に、デフレクタ３０に代えて、図６に示すように切欠きのない舌片部５４を有する比較例のデフレクタ５０を使用したとすると、ドレン室１２ｃ内のオイルがドレン穴１２ｄの周りで旋回・滞留する時間が長くなり、ドレン室１２ｃ内の油面が上昇する可能性がある。

しかし、本実施形態では、スラスト軸受２２より放出されるオイルがドレン室１２ｃ内に単に旋回流として流れ込むのではなく、デフレクタ３０の舌片部３４に切欠き３４ｂを通して直接ドレン穴１２ｄに向けて排出される流れが形成される。すなわち、本実施形態では、デフレクタ３０を介してドレン室１２ｃ内に排出されるオイルのうち、直接ドレン穴１２ｄに直接に流入する割合が増える。

しかも、本実施形態では、デフレクタ３０の舌片部３４のオイル案内面３４ａを通過して切欠き３４ｂからドレン室１２ｃ内に落とし込まれるオイルが、その表面張力によって、ドレン穴１２ｄの周囲の旋回流をドレン穴１２ｄの内方側に引き込む作用をなすことで、ドレン室１２ｃ内を旋回するオイルがドレン穴１２ｄに流入し易くなる。その結果、油面上昇によるシールリング部８からのオイルの漏出を有効に抑制することができる。

したがって、ターボチャージャ１において、ドレン穴１２ｄを小さくし、ドレン室１２ｃの容積を狭くしなければならないような場合でも、強制潤滑後のオイルがドレン室１２ｃ内を旋回・滞留する時間を十分に短縮し、ドレン室１２ｃ内における油面上昇を有効に抑えることができる。

その結果、ドレン室１２ｃ内の油面が上昇して、デフレクタ３０の背面側にオイルが流入してコンプレッサホイール４側のシールリング部８にオイルが浸入するようなことが生じ難くなる。

このように、本実施形態では、強制潤滑後のオイルがデフレクタ３０のオイル案内面３４ａから流出するとき、その流出オイルの一部によってドレン穴１２ｄ内に直接的に落ち込むオイルの流れが形成されるとともに、ドレン穴１２ｄの周囲に流下し旋回しようとするオイルの流れが、ドレン穴１２ｄ内に落ち込むオイルの流れに引き寄せられる。

すなわち、デフレクタ３０のオイル案内面３４ａ上を通過するオイルが、ドレン室１２ｃ内に入ってドレン穴１２ｄの周囲を旋回する流れとドレン穴１２ｄ内に落ち込む方向に偏向された流れとを含むので、ドレン穴１２ｄを通したオイルのドレン性が向上する。

したがって、ベアリングハウジング１２内に流入した強制潤滑後のオイルがドレン穴１２ｄを通して外部に迅速に排出されることになり、コンプレッサホイール４側のシールリング部８等からのオイルの漏出が有効に抑制されることとなる。

しかも、本実施形態では、デフレクタ３０の一部に切欠き３４ｂを形成するので、低コストに、かつ、最小限のスペースでドレン室１２ｃからのオイルのドレン性を向上させることができる。

このように、本実施形態によれば、軸受潤滑後のオイルをベアリングハウジング１２内のドレン穴１２ｄから迅速に排出させ、コンプレッサホイール４側のシールリング部８等からのオイルの漏出を有効に抑制することができるターボチャージャのオイルドレン構造を提供することができる。

加えて、第１縁部３４ｄおよび第２縁部３４ｅを形成することで、ドレン穴１２ｄの周囲に流下し旋回しようとするオイルの流れをドレン穴１２ｄ内に落ち込むオイルの流れによってドレン穴１２ｄ内に引き寄せる効果を高めることができる。

なお、上述の一実施形態においては、デフレクタ３０の舌片部３４の第１縁部３４ｄと第２縁部３４ｅとが、図４中で約９０度の交差角をなしていた。しかし、第１縁部３４ｄと第２縁部３４ｅとは、９０度以上または９０度以下の交差角をなしていてもよい。

また、切欠き３４ｂは、オイルの流出方向で凹状をなすものとしたが、舌片部３４を貫通する少なくとも１つの穴で構成されてもよい。

さらに、上述の一実施形態では、デフレクタ３０の舌片部３４のオイル案内面３４ａを略平坦な面として図示したが、矢印ＦＬ方向に向かうオイルの流れを形成する凹凸、例えば溝を形成したりしてもよい。

以上のように、本発明は、軸受潤滑後のオイルをベアリングハウジング内のドレン穴から迅速に排出させ、ドレン穴以外からのオイルの漏出を有効に抑制することができるターボチャージャのオイルドレン構造を提供することができる。このような本発明は、ベアリングハウジング内の軸受部の強制潤滑後のオイルを外部に排出させるターボチャージャのオイルドレン構造全般に有用である。

１…ターボチャージャ（過給機）、２…ハウジング、３…ロータ、４…コンプレッサホイール、５…タービンシャフト、６…タービンホイール、７…軸受装置、８，９…シールリング部、１１…コンプレッサハウジング、１２…ベアリングハウジング、１２ｃ…ドレン室、１２ｄ…ドレン穴、１２ｅ…環状傾斜面、１２ｈ…軸穴内周壁面、１３…タービンハウジング、１４…リテーナプレート部分、２１…ラジアル軸受（強制潤滑式の軸受）、２１ａ…ベアリングスリーブ、２１ｂ…内側オイル通路、２１ｃ…外側オイル通路、２１ｄ…複数の連通路、２２…スラスト軸受（強制潤滑式の軸受）、２２ａ…スラスト軸受板、２２ｂ…スラストカラー、２２ｃ…オイル通路、２３…オイル供給通路、２５…シールリングリテーナ、３０…デフレクタ、３１…中心穴、３３…凹部、３４…舌片部、３４ａ…オイル案内面、３４ｂ…切欠き、３４ｃ…流出側部分、３４ｄ…第１縁部、３４ｅ…第２縁部、３４ｆ…先端側の輪郭形状、３５…平板部、４１…締結ボルト

Claims

コンプレッサホイールとタービンホイールを連結するタービンシャフトを回転自在に支持する強制潤滑式の軸受と、前記軸受を収納するとともに前記強制潤滑後のオイルを外部に排出させるドレン穴が形成されたハウジングと、前記強制潤滑後のオイルを前記タービンシャフトに対し交差しつつ前記コンプレッサホイール側から前記ドレン穴側に向かう方向に向けて流下させるオイル案内面を有するデフレクタと、を備えたターボチャージャのオイルドレン構造であって、
前記デフレクタは、前記強制潤滑後のオイルが前記オイル案内面を通過して流出する流出側部分に該流出の方向で凹状をなす切欠きを有し、該切欠きが、鉛直方向で前記ドレン穴と重なる範囲内に位置していることを特徴とするターボチャージャのオイルドレン構造。