JP2016056782A - 過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受面への異物の進入を抑制する。
【解決手段】過給機は、ハウジングと、ハウジングに収容され、内周に軸受面１７ｃが形成された中空形状の本体部１７ａを有するセミフローティングメタル１７と、本体部に挿通され、軸受面に対向する対向面８ｂが軸受面に回転自在に軸支されるシャフト８、および、シャフトの両端それぞれに設けられたインペラを有するタービン軸と、シャフトの対向面に形成され、シャフトの回転方向前方側に位置する前壁面２０ａおよびシャフトの回転方向後方側に位置する後壁面２０ｂを含んで構成される逃げ溝と、を備え、後壁面は、シャフトの径方向外側の端部２０ｃよりも径方向内側の方が、シャフトの回転方向後方側に位置する。
【選択図】図３

Description

本発明は、セミフローティングメタルによってシャフトが軸支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シャフトが、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、シャフト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、シャフト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るセミフローティングメタルが設けられている。セミフローティングメタルの内周面には軸受面が形成されており、軸受面に供給された潤滑油の油膜圧力によってシャフトが軸支される。

特開２０１２−１９３７０９号公報

ところで、潤滑油には稀に異物が含まれる場合がある。そのため、潤滑油を供給する際に、異物が軸受面に進入し難くなる機構の開発が希求されている。

本発明の目的は、軸受面への異物の進入を抑制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、ハウジングと、ハウジングに収容され、内周に軸受面が形成された中空形状の本体部を有するセミフローティングメタルと、本体部に挿通され、軸受面に対向する対向面が軸受面に回転自在に軸支されるシャフト、および、シャフトの両端それぞれに設けられたインペラを有するタービン軸と、シャフトの対向面に形成され、シャフトの回転方向前方側に位置する前壁面およびシャフトの回転方向後方側に位置する後壁面を含んで構成される逃げ溝と、を備え、後壁面は、シャフトの径方向外側の端部よりも径方向内側の方が、シャフトの回転方向後方側に位置することを特徴とする。

逃げ溝は、シャフトの回転方向に離隔して複数形成され、複数の逃げ溝におけるシャフトの回転方向の間隔は、不均一であってもよい。

軸受面は、シャフトの軸方向に離隔して２つ形成され、シャフトは、２つの軸受面に対向する２つの対向面と、２つの対向面に対し、シャフトの軸方向の中心側に位置し、対向面よりも外径が小さい小径部と、を有し、２つの対向面のうち少なくともいずれか一方の対向面は、対向する軸受面よりも、２つの対向面の近接方向に延在してもよい。

本発明によれば、軸受面への異物の進入を抑制することが可能となる。

過給機の概略断面図である。 軸受構造を説明するための説明図である。 逃げ溝を説明するための説明図である。 異物の軸方向の動きを説明するための説明図である。 変形例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１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の左側に締結機構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のタービンハウジング４近傍の外周面には、ベアリングハウジング２の径方向に突出する突起２ａが設けられている。また、タービンハウジング４のベアリングハウジング２近傍の外周面には、タービンハウジング４の径方向に突出する突起４ａが設けられている。ベアリングハウジング２とタービンハウジング４は、突起２ａ、４ａを締結機構３によってバンド締結して固定される。締結機構３は、突起２ａ、４ａを挟持する締結バンド（Ｇカップリング）で構成される。

ベアリングハウジング２には軸受構造７が設けられている。具体的に、ベアリングハウジング２には、過給機Ｃの左右方向（シャフト８の軸方向）に貫通する貫通孔２ｂが形成されており、シャフト８は、貫通孔２ｂ内において、軸受構造７によって回転自在に軸支される。軸受構造７については後に詳述する。

シャフト８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、シャフト８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。このように、シャフト８、タービンインペラ９、および、コンプレッサインペラ１０はタービン軸を構成している。

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、シャフト８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よりもシャフト８（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増圧増速され、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、過給機Ｃの左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１４が形成されている。また、タービンハウジング４には、流路１５と、この流路１５よりもシャフト８（タービンインペラ９）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１６とが設けられている。タービンスクロール流路１６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不図示のガス流入口と連通するとともに、上記の流路１５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１６に導かれた排気ガスは、流路１５およびタービンインペラ９を介して吐出口１４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、シャフト８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。

図２は、軸受構造７を説明するための説明図であり、図１の破線部分を抽出して示す。図２に示すように、軸受構造７は、ベアリングハウジング２の貫通孔２ｂ内に収容されたセミフローティングメタル１７を含んで構成される。

セミフローティングメタル１７は、中空円筒形状の本体部１７ａを有し、本体部１７ａにシャフト８が挿通されている。本体部１７ａの内周には軸受面１７ｂ、１７ｃが形成され、両軸受面１７ｂ、１７ｃはシャフト８の軸方向に離隔している。

また、本体部１７ａには、シャフト８の径方向に規制部材の一例としてのピン１８が挿入されており、本体部１７ａは、ピン１８によって、シャフト８の回転方向および軸方向の移動が規制される。

油孔１７ｄは、本体部１７ａの外周面から内周面まで貫通する孔である。ベアリングハウジング２には、ベアリングハウジング２の外部から貫通孔２ｂに潤滑油を導く導油路２ｃが設けられており、導油路２ｃを通じて貫通孔２ｂに導かれた潤滑油が、油孔１７ｄを通って本体部１７ａの内周面側に流入する。

シャフト８には、２つの軸受面１７ｂ、１７ｃに対向する２つの対向面８ａ、８ｂが形成されている。対向面８ａは軸受面１７ｂにシャフト８の径方向に対向し、対向面８ｂは軸受面１７ｃにシャフト８の径方向に対向している。

また、シャフト８のうち、２つの対向面８ａ、８ｂに対してシャフト８の軸方向の中心側には、小径部８ｃが形成されている。小径部８ｃは、対向面８ａ、８ｂよりも外径が小さい。

セミフローティングメタル１７の油孔１７ｄは、シャフト８の小径部８ｃの径方向外側に位置しており、油孔１７ｄから本体部１７ａの内周面側に導かれた潤滑油は、小径部８ｃの径方向外側から軸受面１７ｂ、１７ｃへそれぞれ導かれる。

そして、潤滑油は軸受面１７ｂ、１７ｃに油膜を形成し、潤滑油の油膜圧力によってシャフト８の対向面８ａ、８ｂが回転自在に軸支されることとなる。

また、セミフローティングメタル１７の本体部１７ａは、シャフト８の軸方向の両端の端面１７ｅ、１７ｆがそれぞれスラスト軸受面となっている。具体的に、図２中、左側の端面１７ｅは、シャフト８に形成された環状突起８ｄとシャフト８の軸方向に対向しており、シャフト８に対し、図２中、右側にスラスト荷重が作用すると、環状突起８ｄが端面１７ｅを押圧し、端面１７ｅがスラスト荷重を受ける軸受面として機能する。

一方、図２中、右側の端面１７ｆは、シャフト８に固定された油切り部材１９とシャフト８の軸方向に対向しており、シャフト８に対し、図２中、左側にスラスト荷重が作用すると、油切り部材１９が端面１７ｆを押圧し、端面１７ｆがスラスト荷重を受ける軸受面として機能する。

そして、セミフローティングメタル１７は、上記のようにピン１８によってシャフト８の軸方向の移動が規制されていることから、両端面１７ｅ、１７ｆを介して、シャフト８の軸方向の移動が規制されることとなる。

ところで、軸受面１７ｂ、１７ｃを潤滑する潤滑油には、稀に異物が含まれる場合がある。そこで、本実施形態では、軸受面１７ｂ、１７ｃと対向するシャフト８の対向面８ａ、８ｂに逃げ溝を形成している。対向面８ａに形成された逃げ溝と対向面８ｂに形成された逃げ溝２０は、実質的に等しい構成であることから、以下の説明では、対向面８ｂに形成された逃げ溝２０について詳述し、対向面８ａに形成された逃げ溝については説明を省略する。

図３は、逃げ溝２０を説明するための説明図である。図３中、黒丸は潤滑油に含まれる異物を示す。また、図３（ａ）には、シャフト８およびセミフローティングメタル１７について、図２のＩＩＩ（ａ）−ＩＩＩ（ａ）線断面を示す。

図３（ａ）に示すように、潤滑油中に異物が含まれている場合、異物の軸受面１７ｃへの進入（厳密には、軸受面１７ｃと対向面８ｂとの間への進入）を防ぐ必要がある。そこで、軸受面１７ｃに対向する対向面８ｂに逃げ溝２０が形成されている。逃げ溝２０は、シャフト８の回転方向に離隔して複数、大凡等間隔に形成されている。

図３（ｂ）は、図３（ａ）における破線部分の抽出図である。図３（ｂ）に示すように、逃げ溝２０は、前壁面２０ａおよび後壁面２０ｂを有する。そして、逃げ溝２０を形成する壁面のうち、前壁面２０ａは、シャフト８の回転方向（図３（ａ）中、実線の矢印ａで示す）前方側に位置し、後壁面２０ｂは、シャフト８の回転方向後方側に位置する。

図３（ｄ）には、比較例における前壁面Ｗａ、および、後壁面Ｗｂを示す。図３（ｄ）に示すように、後壁面Ｗｂは、対向面Ｗｃに連続する境界部分Ｘが最もシャフトＳの回転方向後方側に位置している。そして、後壁面Ｗｂは、境界部分ＸからシャフトＳの径方向内側（図３（ｄ）中、破線の矢印ｂで示す）に向かうにしたがって、シャフトＳの回転方向前方側（図３（ｄ）中、白抜き矢印で示す）に延在している。すなわち、後壁面Ｗｂは、シャフトＳの径方向外側の端部Ｗｄよりも径方向内側の方が、シャフトＳの回転方向前方側に位置する。

潤滑油に異物が含まれている場合、図３（ｄ）に実線の矢印ｃで示すように、シャフトＳの回転に伴って、異物がシャフトＳの回転方向後方側に相対移動する。その結果、図３（ｅ）に示すように、後壁面Ｗｂの傾斜によって異物が後壁面ＷｂからシャフトＳの径方向外側に導かれ、軸受面Ｍへ異物が進入してしまうおそれがある。

本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、後壁面２０ｂは、対向面８ｂに連続する境界部分Ｘが最もシャフト８の回転方向前方側に位置している。そして、後壁面２０ｂは、境界部分Ｘからシャフト８の径方向内側（図３（ｂ）中、破線の矢印ｂで示す）に向かうにしたがって、シャフト８の回転方向後方側（図３（ｂ）中、白抜き矢印で示す）に位置している。すなわち、後壁面２０ｂは、シャフト８の径方向外側の端部２０ｃよりも径方向内側の方が、シャフト８の回転方向後方側に位置する。ここで、シャフト８の対向面８ｂと後壁面２０ｂとの境界部分Ｘは、鋭角の角部形状である場合を例に挙げたが、例えば、逃げ溝２０の加工方法などに応じ、面取り形状やＲ形状となっていてもよい。

換言すれば、シャフト８は、対向面８ｂと逃げ溝２０の連続部分のうち、シャフト８の回転方向後方側の部分８ｅが成す角ｄが鋭角となっている。

潤滑油に異物が含まれている場合、図３（ｂ）に実線の矢印ｃで示すように、シャフト８の回転に伴って、異物がシャフト８の回転方向後方側に相対移動する。その結果、図３（ｃ）に示すように、後壁面２０ｂの傾斜によって異物が後壁面２０ｂをシャフト８の径方向内側（すなわち、逃げ溝２０の底側）に導かれる。こうして、軸受面１７ｃへの異物の進入を抑制することが可能となる。

このとき、逃げ溝２０の底面の曲面の曲率半径は、大凡、異物の外径よりも大きく、異物が逃げ溝２０に保持され易くなっている。

図４は、異物の軸方向の動きを説明するための説明図である。図４（ａ）、（ｂ）には、図２の一点鎖線部分を抽出して示し、図４（ｃ）、（ｄ）には、比較例における図４（ａ）、（ｂ）に対応する部位を示す。図４中、異物を黒丸で示す。ここでは、対向面８ａおよび対向面８ｂは、実質的に等しい構成であることから、以下の説明では、対向面８ａについて詳述し、対向面８ｂについては説明を省略する。

比較例においては、図４（ｃ）に示すように、異物がシャフトＳの軸方向に軸受面Ｍに向かって移動すると、図４（ｄ）に示すように、図４（ｄ）中、左側に向かってシャフトＳの外径が漸増する傾斜面Ｓａによって、異物が軸受面Ｍに導かれてしまう。

一方、本実施形態では、対向面８ａは、シャフト８の径方向に対向する軸受面１７ｂよりも、２つの対向面８ａ、８ｂの近接方向（図４（ａ）、（ｂ）中、右側）に延在している。

そのため、図４（ａ）に示すように、異物がシャフト８の軸方向に軸受面１７ｂに向かって移動すると、傾斜面８ｆによって異物が軸受面１７ｂに導かれるものの、軸受面１７ｂよりも手前（図４（ａ）中、右側）で傾斜面８ｆが途切れ、図４（ｂ）に示すように、異物が軸受面１７ｂまで到達せず、シャフト８の回転に伴い周方向に移動して、そのまま押し戻され易い。その結果、軸受面１７ｂへの異物の進入が抑制されることとなる。

上述した実施形態では、逃げ溝２０は、シャフト８の回転方向に離隔して複数形成され、複数の逃げ溝２０におけるシャフト８の回転方向の間隔は大凡等間隔である場合について説明した。しかし、逃げ溝２０は、１つのみ形成してもよい。また、逃げ溝２０を複数設ける場合、図５に示す変形例のシャフト２８ように、逃げ溝２０のシャフト２８の回転方向の間隔は不均一であってもよい。複数の逃げ溝２０について、シャフト２８の回転方向の間隔を不均一とすることで、軸受面１７ｂ、１７ｃに形成される油膜圧力の分布が回転方向に不均一となる。その結果、セミフローティングメタル１７のオイルホワールの発生を抑制することが可能となる。

また、上述した実施形態では、２つの対向面８ａ、８ｂの両方が、シャフト８の径方向に対向する軸受面１７ｃよりも、２つの対向面８ａ、８ｂの近接方向に延在する場合について説明した。しかし、２つの対向面８ａ、８ｂのうち少なくともいずれか一方の対向面８ａ、８ｂが、シャフト８の径方向に対向する軸受面１７ｂ、１７ｃよりも、２つの対向面８ａ、８ｂの近接方向に延在していてもよく、エンジン仕様などに応じて選択することができる。

また、上述した実施形態では、逃げ溝２０をシャフト８の対向面８ａ、８ｂに形成する場合について説明したが、セミフローティングメタル１７の軸受面１７ｂ、１７ｃに逃げ溝２０を形成してもよい。ただし、シャフト８の対向面８ａ、８ｂに逃げ溝２０を設けることで、逃げ溝２０の加工性が向上し、生産性の低下を抑制することが可能となる。

また、上述した実施形態では、セミフローティングメタル１７の本体部１７ａは、シャフト８の軸方向の両端の端面１７ｅ、１７ｆがそれぞれスラスト軸受面となっている場合について説明した。しかし、スラスト軸受をセミフローティングメタル１７とは別体に設けてもよい。

また、上述した実施形態では、２つの対向面８ａ、８ｂそれぞれに逃げ溝２０が形成される場合について説明したが、対向面８ａ、８ｂのうち少なくともいずれか一方の対向面８ａ、８ｂに逃げ溝２０が形成されていればよい。

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、セミフローティングメタルによってシャフトが軸支される過給機に利用することができる。

Ｃ 過給機
２ ベアリングハウジング（ハウジング）
８ シャフト
８ａ 対向面
８ｂ 対向面
８ｃ 小径部
９ タービンインペラ（インペラ）
１０ コンプレッサインペラ（インペラ）
１７ セミフローティングメタル
１７ａ 本体部
１７ｂ 軸受面
１７ｃ 軸受面
２０ 逃げ溝
２０ａ 前壁面
２０ｂ 後壁面
２０ｃ 端部
２８ シャフト

Claims (3)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングに収容され、内周に軸受面が形成された中空形状の本体部を有するセミフローティングメタルと、
   前記本体部に挿通され、前記軸受面に対向する対向面が該軸受面に回転自在に軸支されるシャフト、および、該シャフトの両端それぞれに設けられたインペラを有するタービン軸と、
   前記シャフトの対向面に形成され、該シャフトの回転方向前方側に位置する前壁面および該シャフトの回転方向後方側に位置する後壁面を含んで構成される逃げ溝と、
   を備え、
   前記後壁面は、前記シャフトの径方向外側の端部よりも径方向内側の方が、該シャフトの回転方向後方側に位置することを特徴とする過給機。
2. 前記逃げ溝は、前記シャフトの回転方向に離隔して複数形成され、複数の該逃げ溝における該シャフトの回転方向の間隔は、不均一であることを特徴とする請求項１に記載の過給機。
3. 前記軸受面は、前記シャフトの軸方向に離隔して２つ形成され、
   前記シャフトは、
   ２つの前記軸受面に対向する２つの前記対向面と、
   前記２つの対向面に対し、前記シャフトの軸方向の中心側に位置し、該対向面よりも外径が小さい小径部と、
   を有し、
   前記２つの対向面のうち少なくともいずれか一方の対向面は、対向する前記軸受面よりも、該２つの対向面の近接方向に延在することを特徴とする請求項１または２に記載の過給機。

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