JP2018084188A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】コンプレッサインペラ側への潤滑油のリークを抑制可能なターボチャージャを提供することを課題とする。
【解決手段】ターボチャージャ１は、コンプレッサインペラ５１とタービンインペラ５２とを連結する回転軸５０と、油膜を介して回転軸５０を回転可能に支持する軸受４と、回転軸５０の外周面に固定されるリング本体５４０と、リング本体５４０から径方向外側に突出する鍔部５４１と、を有するカラーターボシールリング５４と、リング本体５４０の径方向外側に配置され、カラーターボシールリング５４を回転可能に保持する貫通孔６００ｃを有するリテーナ６０と、を備える。回転軸５０の軸方向一端から軸方向他端に向かう方向を順方向とする。軸受４と鍔部５４１の径方向内端５４２ａと貫通孔６００ｃとは、順方向にこの順番で配置される。鍔部５４１は、根本に対して先端５４３が順方向に配置されている順方向規制部５４１ｂを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、潤滑油がコンプレッサインペラ側にリークするのを抑制するシール部を備えるターボチャージャに関する。

特許文献１に示すように、ターボチャージャの回転軸には、カラーターボシールリングが固定されている。一方、ターボチャージャのベアリングハウジングには、シール室を有するリテーナが固定されている。リテーナは、カラーターボシールリングを、径方向外側から回転可能に支持している。リテーナの軸方向一方には、デフレクタを挟んで、軸受が配置されている。リテーナの軸方向他方には、コンプレッサインペラが配置されている。デフレクタは、軸受の潤滑油がシール室に流れ込むのを抑制している。デフレクタを迂回してシール室に流れ込んだ潤滑油は、自重によりシール室の下側部分に合流する。合流した潤滑油は、ベアリングハウジングの油路に排出される。

特開平９−４１９８２号公報

しかしながら、コンプレッサインペラは、回転軸と共に回転している。このため、コンプレッサインペラの回転に伴い、コンプレッサインペラ側には負圧が発生してしまう場合がある。したがって、シール室に流れ込んだ潤滑油が、負圧により吸引され、コンプレッサインペラ側にリークしてしまうおそれがある。そこで、本発明は、コンプレッサインペラ側への潤滑油のリークを抑制可能なターボチャージャを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のターボチャージャは、コンプレッサインペラとタービンインペラとを連結する回転軸と、油膜を介して直接または間接的に前記回転軸を回転可能に支持する軸受と、前記回転軸の外周面に固定されるリング本体と、前記リング本体から径方向外側に突出する鍔部と、を有するカラーターボシールリングと、前記リング本体の径方向外側に配置され、前記カラーターボシールリングを回転可能に保持する貫通孔を有するリテーナと、を備えるターボチャージャであって、前記回転軸の軸方向一端から軸方向他端に向かう方向を順方向として、前記軸受と前記鍔部の径方向内端と前記貫通孔とは、前記順方向に、この順番で配置され、前記鍔部は、根本に対して先端が前記順方向に配置されている順方向規制部を有することを特徴とする。

軸受の潤滑油がコンプレッサインペラ側にリークするためには、当該潤滑油が、リテーナの貫通孔と、カラーターボシールリングのリング本体と、の間の隙間（以下、「リーク隙間」と称す）を通過する必要がある。また、潤滑油がリーク隙間に流入するためには、カラーターボシールリングの鍔部を径方向外側に迂回する必要がある。

この点、本発明のターボチャージャによると、鍔部の順方向規制部の先端は、根本に対して、順方向（軸受から離れる方向）にずれて配置されている。このため、順方向規制部を迂回する際、潤滑油は、逆方向（順方向の反対方向、軸受に近づく方向）を含む方向に、流動する必要がある。したがって、潤滑油がリーク隙間に流入するのを、抑制することができる。よって、コンプレッサインペラ側への潤滑油のリークを抑制することができる。

本発明の一実施形態であるターボチャージャの軸方向断面図である。 図１の枠ＩＩ内の拡大図である。 （ａ）〜（ｃ）は、その他の実施形態（その１〜その３）のターボチャージャのカラーターボシールリング付近の軸方向断面図である。

以下、本発明のターボチャージャの実施の形態について説明する。

＜ターボチャージャの構成＞
まず、本実施形態のターボチャージャの構成について説明する。なお、以降の図において、前後方向は本発明の「回転軸の軸方向」に、回転軸の後端は本発明の「回転軸の軸方向一端」に、回転軸の前端は本発明の「回転軸の軸方向他端」に、回転軸の後端から前端に向かう方向は本発明の「順方向」に、その反対方向は「逆方向」に、各々対応している。

図１に、本実施形態のターボチャージャの軸方向断面図を示す。図１に示すように、本実施形態のターボチャージャ１は、ジャーナル軸受３と、スラスト軸受４と、回転部５と、シール部６と、ベアリングハウジング９０と、コンプレッサハウジング９１と、タービンハウジング９２と、を備えている。スラスト軸受４は、本発明の「軸受」の概念に含まれる。

ベアリングハウジング９０の内部には、油路９０１ａ、９０１ｂと、軸受収容部９０２ａ、９０２ｂと、リテーナ収容部９０３と、が形成されている。油路９０１ａ、９０１ｂには、潤滑油が流れている。前側または後側から見て、軸受収容部９０２ａは、ベアリングハウジング９０の径方向中心部に配置されている。リテーナ収容部９０３は、ベアリングハウジング９０の前面に凹設されている。軸受収容部９０２ｂは、リテーナ収容部９０３の後側に連なっている。

ジャーナル軸受３は、円筒状を呈している。ジャーナル軸受３は、軸受収容部９０２ａに収容されている。スラスト軸受４は、下側部分が除去された円板状を呈している。スラスト軸受４は、軸受収容部９０２ｂに収容されている。コンプレッサハウジング９１は、ベアリングハウジング９０の前側に配置されている。タービンハウジング９２は、ベアリングハウジング９０の後側に配置されている。

回転部５は、ベアリングハウジング９０に対して、回転可能である。回転部５は、回転軸５０と、コンプレッサインペラ５１と、タービンインペラ５２と、スラストカラー５３と、カラーターボシールリング５４と、を備えている。

回転軸５０は、ベアリングハウジング９０を前後方向に貫通している。回転軸５０は、ジャーナル軸受３により、径方向外側から、回転可能に支持されている。回転軸５０は、スラスト軸受４により、スラストカラー５３を介して、軸方向から、回転可能に支持されている。コンプレッサインペラ５１は、回転軸５０の前端に取り付けられている。タービンインペラ５２は、回転軸５０の後端に連なっている。すなわち、回転軸５０は、コンプレッサインペラ５１とタービンインペラ５２とを連結している。

図２に、図１の枠ＩＩ内の拡大図を示す。図２に示すように、スラストカラー５３は、回転軸５０の外周面に固定されている。スラストカラー５３は、スラスト軸受４により、軸方向から、回転可能に支持されている。カラーターボシールリング５４は、スラストカラー５３の前側に配置されている。カラーターボシールリング５４は、リング本体５４０と、鍔部５４１と、を備えている。リング本体５４０は、円筒状を呈している。リング本体５４０は、回転軸５０の外周面に固定されている。鍔部５４１は、鍔部本体５４１ａと、順方向規制部５４１ｂと、を備えている。鍔部本体５４１ａは、リング状を呈している。鍔部本体５４１ａは、リング本体５４０から径方向外側に突出している。順方向規制部５４１ｂは、円筒状を呈している。順方向規制部５４１ｂは、鍔部本体５４１ａの径方向外端５４２ｂから前側に延在している。順方向規制部５４１ｂの先端（前端）５４３は、順方向規制部５４１ｂの根本（後端）に対して、前側に配置されている。

図１、図２に示すように、シール部６は、リテーナ６０と、デフレクタ６１と、を備えている。リテーナ６０は、ベアリングハウジング９０のリテーナ収容部９０３に配置されている。リテーナ６０は、後側（軸受収容部９０２ｂ側）に開口する有底円筒状を呈している。リテーナ６０は、底壁部６００と、周壁部６０１と、を備えている。底壁部６００の径方向中心には、ボス部６００ａが配置されている。ボス部６００ａには貫通孔６００ｃが形成されている。貫通孔６００ｃは、底壁部６００を前後方向に貫通している。貫通孔６００ｃの径方向内側には、リング本体５４０（詳しくは、リング本体５４０のうち、鍔部本体５４１ａの径方向内端５４２ａよりも前側の部分）が回転可能に配置されている。貫通孔６００ｃとリング本体５４０との間には、リングシール６００ｂが配置されている。リングシール６００ｂは、貫通孔６００ｃの内周面に圧接している。リテーナ６０の内部には、シール室Ａが区画されている。

デフレクタ６１は、デフレクタ本体６１０と、舌部６１１と、を備えている。デフレクタ本体６１０は、シール室Ａを後側から覆っている。デフレクタ本体６１０の外周縁は、周壁部６０１の後縁に、径方向内側から嵌合している。デフレクタ本体６１０の径方向中心には、貫通孔６１０ａが形成されている。貫通孔６１０ａの径方向内側には、リング本体５４０（詳しくは、リング本体５４０のうち、鍔部本体５４１ａの径方向内端５４２ａよりも後側の部分）が回転可能に配置されている。舌部６１１は、デフレクタ本体６１０の下縁から、後下側（油路９０１ｂ側）に延出している。舌部６１１と周壁部６０１の後縁下部との間には、排出口Ｂが区画されている。排出口Ｂを介して、シール室Ａと油路９０１ｂとは連通している。

＜リーク経路＞
次に、本実施形態のターボチャージャのリーク経路について説明する。ターボチャージャ１の駆動時においては、回転部５が回転軸５０の軸心周りに回転する。図１に示すように、潤滑油は、油路９０１ａを経由して、ジャーナル軸受３、スラスト軸受４に供給される。ジャーナル軸受３、スラスト軸受４において使用された潤滑油は、油路９０１ｂを介して、ベアリングハウジング９０から排出される。スラスト軸受４において使用された潤滑油の一部は、図２に示すように、貫通孔６１０ａとリング本体５４０との間の隙間を介して、シール室Ａに流れ込む。図１に示すように、流れ込んだ潤滑油は、排出口Ｂを介して、シール室Ａから油路９０１ｂに排出される。

ここで、コンプレッサインペラ５１は、回転軸５０と共に回転している。このため、コンプレッサインペラ５１の回転に伴い、コンプレッサインペラ５１側には負圧が発生してしまう場合がある。したがって、シール室Ａに流れ込んだ潤滑油の一部が、負圧により吸引され、コンプレッサインペラ５１側にリークしてしまうおそれがある。

すなわち、図２に示すように、スラスト軸受４とスラストカラー５３との間の摺動界面Ｃと、貫通孔６００ｃとリング本体５４０との間のリーク隙間Ｄと、の間には、リーク経路Ｆが形成されている。リーク経路Ｆは、上流側から下流側に向かって、貫通孔６１０ａ内周面とリング本体５４０外周面との間の隙間ｆ１、鍔部本体５４１ａ後面とデフレクタ本体６１０前面との間の隙間ｆ２、鍔部本体５４１ａおよび順方向規制部５４１ｂの径方向外側の空間ｆ３、順方向規制部５４１ｂ前面と底壁部６００後面との間の隙間ｆ４、順方向規制部５４１ｂ内周面とボス部６００ａ外周面との間の隙間（逆流区間）ｆ５、鍔部本体５４１ａ前面とボス部６００ａ後面との間の隙間ｆ６を有している。リーク隙間Ｄに潤滑油が流れ込むと、コンプレッサインペラ５１側に、潤滑油がリークしやすくなる。なお、隙間ｆ１、ｆ２、空間ｆ３以外の経路を辿って、隙間ｆ４に潤滑油が流入する場合もある。

この点、リーク経路Ｆには、隙間ｆ５が設定されている。隙間ｆ５に流入した潤滑油が隙間ｆ６に到達するためには、隙間ｆ５を前側から後側に、つまり逆方向に流動する必要がある。すなわち、潤滑油は、スラスト軸受４からコンプレッサインペラ５１に向かう方向（後側から前側、つまり順方向）に逆流して、隙間ｆ５を流動する必要がある。このため、潤滑油は、リーク隙間Ｄに到達しにくい。

＜作用効果＞
次に、本実施形態のターボチャージャの作用効果について説明する。図２に示すように、摺動界面Ｃの潤滑油がコンプレッサインペラ５１側にリークするためには、当該潤滑油がリーク隙間Ｄを通過する必要がある。また、潤滑油がリーク隙間Ｄに流入するためには、当該潤滑油がリーク経路Ｆを通過する必要がある。

この点、本実施形態のターボチャージャ１によると、順方向規制部５４１ｂの先端（前端）５４３は、順方向規制部５４１ｂの根本（後端）に対して、前側（スラスト軸受４から離れる方向）にずれて配置されている。このため、順方向規制部５４１ｂを迂回する際（隙間ｆ５を通過する際）、潤滑油は、後側（スラスト軸受４に近づく方向）を含む方向に、流動する必要がある。したがって、潤滑油がリーク経路Ｆを通過するのを、抑制することができる。また、潤滑油がリーク隙間Ｄに流入するのを、抑制することができる。よって、コンプレッサインペラ５１側への潤滑油のリークを抑制することができる。

また、本実施形態のターボチャージャ１によると、順方向規制部５４１ｂの先端５４３を、鍔部本体５４１ａの径方向内端５４２ａに対して、前側（順方向）にずらすことにより、簡単に、リーク経路Ｆに隙間（逆流区間）ｆ５を設定することができる。

また、回転部５の回転に伴う遠心力により、シール室Ａの潤滑油は径方向外側に流動しやすい。この点、リーク経路Ｆにおいて、潤滑油は、隙間ｆ４、ｆ６を、径方向内側に流動する必要がある。すなわち、遠心力に抗して、潤滑油が流動する必要がある。この点においても、潤滑油がリーク経路Ｆを通過するのを、抑制することができる。また、潤滑油がリーク隙間Ｄに流入するのを、抑制することができる。加えて、隙間ｆ４と隙間ｆ６との間には、隙間ｆ５が介在している。すなわち、リーク経路Ｆには、潤滑油が流動しにくい区間（隙間ｆ４〜ｆ６）が連続して設定されている。この点においても、潤滑油がリーク経路Ｆを通過するのを、抑制することができる。また、潤滑油がリーク隙間Ｄに流入するのを、抑制することができる。

＜その他＞
以上、本発明のターボチャージャの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

図３（ａ）に、その他の実施形態（その１）のターボチャージャのカラーターボシールリング付近の軸方向断面図を示す。図３（ｂ）に、その他の実施形態（その２）のターボチャージャのカラーターボシールリング付近の軸方向断面図を示す。図３（ｃ）に、その他の実施形態（その３）のターボチャージャのカラーターボシールリング付近の軸方向断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。

図３（ａ）に示すように、鍔部５４１が、鍔部本体５４１ａと、順方向規制部５４１ｂと、逆方向規制部５４１ｃと、を備えていてもよい。逆方向規制部５４１ｃは、円筒状を呈している。逆方向規制部５４１ｃは、鍔部本体５４１ａの径方向外端５４２ｂから後側に延在している。逆方向規制部５４１ｃの先端（後端）５４４は、逆方向規制部５４１ｃの根本（前端）に対して、後側に配置されている。リーク経路Ｆは、鍔部本体５４１ａ後面とデフレクタ６１前面との間の隙間（逆流区間）ｆ７を有している。隙間ｆ７を通過するためには、潤滑油が、後側（逆方向）を含む方向に、流動する必要がある。このため、潤滑油がリーク経路Ｆを通過するのを、抑制することができる。したがって、コンプレッサインペラ５１側への潤滑油のリークを抑制することができる。

また、回転部５の回転に伴う遠心力により、シール室Ａの潤滑油は径方向外側に流動しやすい。このため、隙間ｆ１を抜けシール室Ａに流入した潤滑油は、径方向外側に流動しやすい。この点、リーク経路Ｆの流路断面積は、隙間ｆ７から隙間ｆ１０に向かって小さくなっている。このため、潤滑油が隙間ｆ７から隙間ｆ１０に流入する際の流動抵抗は大きくなる。この点においても、潤滑油がリーク経路Ｆを通過するのを、抑制することができる。また、潤滑油がリーク隙間Ｄに流入するのを、抑制することができる。

図３（ｂ）に示すように、順方向規制部５４１ｂが、鍔部本体５４１ａの径方向外端５４２ｂから、前側かつ径方向外側に延在していてもよい。すなわち、鍔部本体５４１ａに対する順方向規制部５４１ｂの延在角度θ１は特に限定しない。同様に、リング本体５４０に対する鍔部本体５４１ａの延在角度θ２は特に限定しない。リーク経路Ｆは、順方向規制部５４１ｂ前面と底壁部６００後面との間の隙間（逆流区間）ｆ８を有している。隙間ｆ８を通過するためには、潤滑油が、後側（逆方向）を含む方向に、流動する必要がある。このため、潤滑油がリーク経路Ｆを通過するのを、抑制することができる。したがって、コンプレッサインペラ５１側への潤滑油のリークを抑制することができる。

図３（ｃ）に示すように、径方向から見て、鍔部５４１が弧状（前側に開口するＣ字状）に延在していてもよい。鍔部５４１が、鍔部本体５４１ａを有していなくてもよい。鍔部５４１自体が、順方向規制部５４１ｂであってもよい。この場合、径方向内端５４２ａは、順方向規制部５４１ｂの根本に対応する。リング本体５４０に対する鍔部本体５４１ａの延在角度θ２（図３（ｂ）参照）と同様に、リング本体５４０に対する鍔部５４１の延在角度は特に限定しない。リーク経路Ｆは、鍔部５４１前面と底壁部６００後面との間の隙間（逆流区間）ｆ９を有している。隙間ｆ９を通過するためには、潤滑油が、後側（逆方向）を含む方向に、流動する必要がある。このため、潤滑油がリーク経路Ｆを通過するのを、抑制することができる。したがって、コンプレッサインペラ５１側への潤滑油のリークを抑制することができる。

逆流区間（隙間ｆ５、ｆ７〜ｆ９）の延在方向は、後側を含んでいればよい。例えば、後側のみ、後側および径方向外側、後側および径方向内側などの方向に、逆流区間が延在していてもよい。径方向から見た場合の鍔部５４１、鍔部本体５４１ａ、順方向規制部５４１ｂ、逆方向規制部５４１ｃの形状は特に限定しない。直線状、曲線状などであってもよい。

１：ターボチャージャ、３：ジャーナル軸受、４：スラスト軸受（軸受）、５：回転部、６：シール部、５０：回転軸、５１：コンプレッサインペラ、５２：タービンインペラ、５３：スラストカラー、５４：カラーターボシールリング、６０：リテーナ、６１：デフレクタ、９０：ベアリングハウジング、９１：コンプレッサハウジング、９２：タービンハウジング、５４０：リング本体、５４１：鍔部、５４１ａ：鍔部本体、５４１ｂ：順方向規制部、５４１ｃ：逆方向規制部、５４２ａ：径方向内端、５４２ｂ：径方向外端、５４３：先端、５４４：先端、６００：底壁部、６００ａ：ボス部、６００ｂ：リングシール、６００ｃ：貫通孔、６０１：周壁部、６１０：デフレクタ本体、６１０ａ：貫通孔、６１１：舌部、９０１ａ：油路、９０１ｂ：油路、９０２ａ：軸受収容部、９０２ｂ：軸受収容部、９０３：リテーナ収容部、Ａ：シール室、Ｂ：排出口、Ｃ：摺動界面、Ｄ：リーク隙間、Ｆ：リーク経路、ｆ１：隙間、ｆ２：隙間、ｆ３：空間、ｆ４〜ｆ１０：隙間、θ１：延在角度、θ２：延在角度

Claims (2)

1. コンプレッサインペラとタービンインペラとを連結する回転軸と、
   油膜を介して直接または間接的に前記回転軸を回転可能に支持する軸受と、
   前記回転軸の外周面に固定されるリング本体と、前記リング本体から径方向外側に突出する鍔部と、を有するカラーターボシールリングと、
   前記リング本体の径方向外側に配置され、前記カラーターボシールリングを回転可能に保持する貫通孔を有するリテーナと、
   を備えるターボチャージャであって、
   前記回転軸の軸方向一端から軸方向他端に向かう方向を順方向として、
   前記軸受と前記鍔部の径方向内端と前記貫通孔とは、前記順方向に、この順番で配置され、
   前記鍔部は、根本に対して先端が前記順方向に配置されている順方向規制部を有することを特徴とするターボチャージャ。
2. 前記鍔部は、前記径方向内端を有し径方向に延在する鍔部本体と、前記鍔部本体の径方向外端から前記順方向に延在し前記先端を有する前記順方向規制部と、を有する請求項１に記載のターボチャージャ。

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