JP2019052546A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油の泡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、潤滑油Ｏの泡Ｏ１を抑制可能な消泡部Ｄ１〜Ｄ８を備えることを特徴とする。このターボチャージャ１によると、泡Ｏ１を抑制することができる。このため、コンプレッサインペラ５１側に負圧が発生しても、潤滑油Ｏが、コンプレッサインペラ５１側にリークするのを、抑制することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、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は、コンプレッサインペラとタービンインペラとを連結している。ターボチャージャのベアリングハウジングには、スラスト軸受およびジャーナル軸受が配置されている。スラスト軸受およびジャーナル軸受は、油膜を介して、回転軸を回転可能に支持している。油膜形成後の潤滑油は、ベアリングハウジングのドレイン部から外部に流出する。

特開２０１７−０８２８０６号公報

しかしながら、ドレイン部に泡混じりの潤滑油が溜まる場合がある。当該潤滑油は、ベアリングハウジング内部をせり上がる。このため、コンプレッサインペラ側に負圧が発生した場合、潤滑油がコンプレッサインペラ側にリークしやすくなる。そこで、本発明は、潤滑油の泡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、潤滑油の泡を抑制可能な消泡部を備えることを特徴とする。ここで、「泡を抑制可能」には、泡の発生を抑制できること、既に発生した泡を破泡できること、のうち少なくとも一方が含まれる。

本発明のターボチャージャによると、潤滑油の泡を抑制することができる。

本発明のターボチャージャの一実施形態の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。 図２の枠ＩＩＩ内の拡大図である。 その他の実施形態のターボチャージャの軸方向拡大断面図である。

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。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２に、図１の枠ＩＩ内の拡大図を示す。図１、図２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、リテーナ６０と、デフレクタ６１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、消泡部Ｄ１〜Ｄ８と、を備えている。

図１に示すように、ベアリングハウジング９０の内部には、油路９０１ａと、回収部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。ベアリングハウジング９０は鋳物である。

図２に示すように、油路９０１ａおよび回収部９０１ｂには、潤滑油Ｏが流れている。ベアリングハウジング９０の内部空間のうち、油路９０１ａは、ジャーナル軸受３、スラスト軸受４よりも上流側に配置されている。一方、回収部９０１ｂは、ジャーナル軸受３、スラスト軸受４よりも下流側に配置されている。回収部９０１ｂは、ジャーナル軸受３、スラスト軸受４から流出した潤滑油Ｏを回収している。回収部９０１ｂは、ドレイン部９０１ｃを備えている。ドレイン部９０１ｃは、ベアリングハウジング９０の下壁に開口している。ドレイン部９０１ｃは、回収した潤滑油Ｏを、ベアリングハウジング９０の外部（下側空間）に排出している。

前側（軸方向一方）または後側（軸方向他方）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。軸受収容部９０２ｂは、軸受収容部９０２ａの前側に配置されている。リテーナ収容部９０３は、軸受収容部９０２ｂの前側に配置されている。

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。スラスト軸受４は、軸受本体４０と、摺動部４１と、油路４２と、を備えている。スラスト軸受４は、後述するデフレクタ６１の後側（タービンインペラ５２側）に並置されている。摺動部４１の前後方向両面には、摺動面４３が配置されている。前後一対の摺動面４３は、油膜を介して、後述するスラストカラー５３に摺接している。軸受本体４０は、摺動部４１の径方向外側に配置されている。油路４２は、油路９０１ａと、前後一対の摺動面４３と、の間に配置されている。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（軸方向）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。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。スラストカラー５３は、回転軸５０の外周面に取り付けられている。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、回転軸５０の外周面に環装されている。カラーターボシールリング５４は、コンプレッサインペラ５１とスラストカラー５３とにより、前後方向から挟持されている。

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。周壁部６０１は、前後方向に延在する円筒状を呈している。周壁部６０１と、リテーナ収容部９０３との間には、Ｏリング６０１ａが配置されている。底壁部６００は、周壁部６０１の前側開口を封止している。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の径方向内側には、カラーターボシールリング５４が回転可能に配置されている。ボス部６００ａとカラーターボシールリング５４との間には、隙間Ｈが区画されている。隙間Ｈ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、ボス部６００ａの内周面に圧接している。リテーナ６０と後述するデフレクタ６１との間には、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。後述するカラーターボシールリング５４は、デフレクタ本体６１０の径方向中心を、前後方向に貫通している。

舌部６１１は、デフレクタ本体６１０の下縁から、後下側（ドレイン部９０１ｃ側）に延出している。すなわち、舌部６１１は、前上側から後下側に延在している。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とドレイン部９０１ｃとは連通している。

消泡部Ｄ１〜Ｄ８は、フッ素樹脂製であって、膜状を呈している。消泡部Ｄ１〜Ｄ８は、撥油性を有する撥油膜である。このため、潤滑油Ｏは、消泡部Ｄ１〜Ｄ８に付着しにくい。潤滑油Ｏは、油滴となり、消泡部Ｄ１〜Ｄ８を転動、流下しやすい。消泡部Ｄ１は、軸受本体４０の前面（前側の摺動面４３の径方向外側部分）に配置されている。消泡部Ｄ２は、デフレクタ６１の後面（スラスト軸受４側の表面）に配置されている。消泡部Ｄ３は、舌部６１１の前面（シール室Ａ側の表面）に配置されている。消泡部Ｄ４は、デフレクタ本体６１０の前面（シール室Ａ側の表面）に配置されている。消泡部Ｄ５は、底壁部６００の底面６００ｃ（回転軸５０よりも下側の部分）に配置されている。消泡部Ｄ６は、周壁部６０１の内周面６０１ｂ（回転軸５０よりも下側の部分）に配置されている。消泡部Ｄ７は、周壁部６０１の開口面（後端面）６０１ｃ（回転軸５０よりも下側の部分）に配置されている。消泡部Ｄ８は、回収部９０１ｂに配置されている。

＜潤滑油の流れ＞
次に、本実施形態のターボチャージャにおける潤滑油の流れについて簡単に説明する。図２に示すように、ターボチャージャ１の駆動時つまり回転部５の回転時において、潤滑油Ｏ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Ｏは、回収部９０１ｂで回収され、ドレイン部９０１ｃからベアリングハウジング９０の外部に排出される。

＜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。潤滑油Ｏがベアリングハウジング９０の内部を流動する際、潤滑油Ｏに泡（流体（気体（例えば空気）、液体（例えば水）など）が内在する泡）が発生してしまう場合がある。泡の発生場所としては、例えば、潤滑油Ｏが飛散する起点である摺動面４３の径方向外縁や、摺動面４３から飛散した潤滑油Ｏが勢いよく衝突するデフレクタ本体６１０の後面などが挙げられる。泡混じりの潤滑油Ｏは、ドレイン部９０１ｃに滞留し、徐々にせり上がり、シール室Ａに進入する。このため、シール室Ａにおける潤滑油Ｏの液面は、高くなりやすい。

この際、図１に示すコンプレッサインペラ５１側に負圧が発生すると、シール室Ａからコンプレッサインペラ５１側に、隙間Ｈを介して、泡混じりの潤滑油Ｏが吸い込まれやすくなる。すなわち、潤滑油Ｏが、隙間Ｈを経由して、コンプレッサインペラ５１側にリークしやすくなる。

この点、図２に示すように、本実施形態のターボチャージャ１には、消泡部Ｄ１〜Ｄ８が配置されている。図３に、図２の枠ＩＩＩ内の拡大図を示す。図３に示すように、潤滑油Ｏは、スラスト軸受４の摺動面４３から、径方向外側に飛散する。飛散した潤滑油Ｏの一部は、軸受本体４０の前面に付着しようとする。しかしながら、当該部分には消泡部Ｄ１が配置されている。消泡部Ｄ１は、撥油性を有している。このため、潤滑油Ｏは、油滴となり、重力により、消泡部Ｄ１を流れ落ちる。よって、当該部分に泡Ｏ１が発生するのを、抑制することができる。あるいは、発生した泡Ｏ１を破壊することができる。

また、摺動面４３から飛散した潤滑油Ｏの一部は、デフレクタ６１の後面に付着しようとする。しかしながら、当該部分には消泡部Ｄ２が配置されている。消泡部Ｄ２は、撥油性を有している。このため、潤滑油Ｏは、油滴となり、重力により、消泡部Ｄ２を流れ落ちる。よって、当該部分に泡Ｏ１が発生するのを、抑制することができる。あるいは、発生した泡Ｏ１を破壊することができる。

また、仮に、ドレイン部９０１ｃに合流した潤滑油Ｏに泡Ｏ１（図３に、模式的に円で示す。実際の泡Ｏ１の形状、大きさ、配置、分布等を限定するものではない）が含まれている場合、泡Ｏ１混じりの潤滑油Ｏがドレイン部９０１ｃから流れ落ちずに、ドレイン部９０１ｃに付着しようとする。しかしながら、当該部分には消泡部Ｄ８が配置されている。消泡部Ｄ８は、撥油性を有している。このため、潤滑油Ｏは、油滴となり、重力により、消泡部Ｄ８を流れ落ちる。よって、ドレイン部９０１ｃに泡Ｏ１混じりの潤滑油Ｏが残留するのを、抑制することができる。

また、仮に、ドレイン部９０１ｃから泡Ｏ１混じりの潤滑油Ｏがせり上がる場合、泡Ｏ１混じりの潤滑油Ｏが回収部９０１ｂ（ドレイン部９０１ｃより上側の部分）に、付着しようとする。しかしながら、当該部分にも消泡部Ｄ８が配置されている。このため、回収部９０１ｂに泡Ｏ１混じりの潤滑油Ｏが残留するのを、抑制することができる。

また、仮に、回収部９０１ｂから泡Ｏ１混じりの潤滑油Ｏがせり上がる場合、泡Ｏ１混じりの潤滑油Ｏがリテーナ６０の周壁部６０１の開口面６０１ｃ（詳しくは、開口面６０１ｃのうち、ドレイン部９０１ｃに最も近い部分（下側部分））に付着しようとする。しかしながら、当該部分には消泡部Ｄ７が配置されている。消泡部Ｄ７は、撥油性を有している。このため、せり上がってきた潤滑油Ｏ中の泡Ｏ１は破泡し、重力により、消泡部Ｄ７を流れ落ちる。よって、開口面６０１ｃに泡Ｏ１混じりの潤滑油Ｏが残留するのを、抑制することができる。

また、仮に、開口面６０１ｃから泡Ｏ１混じりの潤滑油Ｏがせり上がり、排出口Ｂを通過する際、泡Ｏ１混じりの潤滑油Ｏが周壁部６０１の内周面６０１ｂ（詳しくは、内周面６０１ｂのうち、ドレイン部９０１ｃに最も近い部分（下側部分））、舌部６１１の前面に付着しようとする。しかしながら、内周面６０１ｂには消泡部Ｄ６が、舌部６１１の前面には消泡部Ｄ３が、各々配置されている。消泡部Ｄ６、Ｄ３は、各々撥油性を有している。このため、せり上がってきた潤滑油Ｏ中の泡Ｏ１は破泡し、重力により、消泡部Ｄ６、Ｄ３を流れ落ちる。よって、排出口Ｂ付近（内周面６０１ｂ、舌部６１１の後面）に泡Ｏ１混じりの潤滑油Ｏが残留するのを、抑制することができる。

また、仮に、排出口Ｂ付近から泡Ｏ１混じりの潤滑油Ｏがせり上がり、シール室Ａに流れ込む際、泡Ｏ１混じりの潤滑油Ｏが底壁部６００の底面（後面）６００ｃ（詳しくは、底面６００ｃのうち、ドレイン部９０１ｃに最も近い部分（下側部分））、デフレクタ本体６１０の前面（詳しくは、前面のうち、ドレイン部９０１ｃに最も近い部分（下側部分））に付着しようとする。しかしながら、底面６００ｃには消泡部Ｄ５が、デフレクタ本体６１０の前面には消泡部Ｄ４が、各々配置されている。消泡部Ｄ５、Ｄ４は、各々撥油性を有している。このため、せり上がってきた潤滑油Ｏ中の泡Ｏ１は破泡し、重力により、消泡部Ｄ５、Ｄ４を流れ落ちる。よって、シール室Ａ（底面６００ｃ、デフレクタ本体６１０の前面）に泡Ｏ１混じりの潤滑油Ｏが残留するのを、抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態のターボチャージャ１には、消泡部Ｄ１〜Ｄ８が配置されている。このため、図３に示すように、泡Ｏ１の発生を抑制することができる。また、発生した泡Ｏ１を破壊することができる。したがって、回収部９０１ｂ、排出口Ｂ、シール室Ａにおける、泡Ｏ１つまり潤滑油Ｏの液面を下げることができる。よって、コンプレッサインペラ５１側に負圧が発生しても、潤滑油Ｏが、隙間Ｈを経由して、コンプレッサインペラ５１側にリークするのを、抑制することができる。

また、他の回転機械と比較して、ターボチャージャ１の回転軸５０の回転数（回転速度）は高い。このため、摺動面４３から飛散する潤滑油Ｏに泡Ｏ１が発生しやすい。この点、本実施形態のターボチャージャ１には、消泡部Ｄ１〜Ｄ８が配置されている。このため、確実に泡Ｏ１の発生を抑制することができる。また、発生した泡Ｏ１を破壊することができる。

また、泡Ｏ１（気体）は、潤滑油Ｏ（液体）と比較して、密度が小さい。このため、泡Ｏ１を含む潤滑油Ｏは、泡Ｏ１を含まない潤滑油Ｏと比較して、コンプレッサインペラ５１側の負圧により、隙間Ｈに吸い込まれやすい。この点、本実施形態のターボチャージャ１には、消泡部Ｄ１〜Ｄ８が配置されている。このため、潤滑油Ｏが、隙間Ｈを経由して、コンプレッサインペラ５１側にリークするのを、抑制することができる。

また、ベアリングハウジング９０は鋳物である。このため、回収部９０１ｂの表面の鋳肌は粗い。したがって、回収部９０１ｂには、泡Ｏ１混じりの潤滑油Ｏが付着しやすい。この点、図２に示すように、回収部９０１ｂには、消泡部Ｄ８が配置されている。このため、泡Ｏ１の発生を抑制することができる。また、発生した泡Ｏ１を破壊することができる。

＜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。

消泡部Ｄ１〜Ｄ８の配置場所、配置数、配置面積、形状、膜厚、材質などは特に限定しない。図４に、その他の実施形態のターボチャージャの軸方向拡大断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。図４に示すように、消泡部Ｄ１〜Ｄ７（図２参照）は配置しなくてもよい。すなわち、ベアリングハウジング９０の回収部９０１ｂだけに、消泡部Ｄ８を配置してもよい。また、図３に示す消泡部Ｄ１を、軸受本体４０の後面に配置してもよい。また、図２に示す消泡部Ｄ８を、回収部９０１ｂ中、ドレイン部９０１ｃだけに配置してもよい。また、図２に示す消泡部Ｄ４〜Ｄ７を、回転軸５０よりも上側の部分に配置してもよい。

消泡部Ｄ１〜Ｄ８の材質は特に限定しない。消泡部Ｄ１〜Ｄ８が撥油性を有する撥油膜の場合、消泡部Ｄ１〜Ｄ８の材料としては、例えば、フッ素樹脂、シリコン樹脂などが挙げられる。フッ素樹脂としては、例えば、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）、ＰＦＡ（四フッ化エチレンペルフルオロアルコキシビニルエーテル共重合体）、ＥＴＦＥ（四フッ化エチレン・エチレン共重合体）、ＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）、ＥＣＴＦＥ（クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体）などが挙げられる。

消泡部Ｄ１〜Ｄ８が親油性を有する親油膜の場合、消泡部Ｄ１〜Ｄ８の材料としては、酸化チタン、樹脂（ただし、撥油性を有する樹脂（フッ素樹脂、シリコン樹脂など）を除く）などが挙げられる。なお、消泡部Ｄ１〜Ｄ８が親油性を有する場合、消泡部Ｄ１〜Ｄ８に潤滑油Ｏがなじむことにより、泡Ｏ１の発生を抑制することができる。また、発生した泡Ｏ１を破壊することができる。複数の消泡部Ｄ１〜Ｄ８の一部が撥油膜、残部が親油膜であってもよい。単一の消泡部Ｄ１〜Ｄ８の一部が撥油膜、残部が親油膜であってもよい。

消泡部Ｄ１〜Ｄ８は膜状でなくてもよい。例えば、消泡部Ｄ１〜Ｄ８を形成する材料により、軸受本体４０、リテーナ６０、デフレクタ６１などが形成されていてもよい。泡Ｏ１の発生場所は特に限定しない。例えば、潤滑油Ｏが流動する油路９０１ａや回収部９０１ｂにおいて、流路断面積が急激に拡張する部分（負圧が発生する部分）であってもよい。

消泡部Ｄ１〜Ｄ８のうち、消泡部Ｄ１、Ｄ２は、主に、泡の発生自体を抑制している。消泡部Ｄ３〜Ｄ８は、主に、発生した泡を破泡している。このように、ターボチャージャ１に配置する消泡部Ｄ１〜Ｄ８のタイプ（発生抑制タイプ、破泡タイプ）は特に限定しない。どちらか片方のタイプの消泡部Ｄ１〜Ｄ８だけを用いてもよい。また、双方のタイプの消泡部Ｄ１〜Ｄ８を併用してもよい。また、単一の消泡部Ｄ１〜Ｄ８が、発生抑制機能、破泡機能を併有していてもよい。

例えば、破泡タイプの消泡部Ｄ３〜Ｄ８は、少なくともドレイン部９０１ｃの真上部分に配置すればよい。また、消泡部Ｄ３〜Ｄ８は、回転軸５０よりも下側部分に配置すればよい。また、発生抑制タイプの消泡部Ｄ１、Ｄ２は、前側または後側から見て、摺動面４３の径方向外側部分に配置すればよい。

図２に示すデフレクタ６１は配置しなくてもよい。この場合、摺動面４３から飛散した潤滑油Ｏは、リテーナ６０の内周面６０１ｂ、底面６００ｃに衝突しやすい。このため、内周面６０１ｂ、底面６００ｃに全面的に消泡部Ｄ５、Ｄ６を配置すればよい。

スラスト軸受４の構成は特に限定しない。図２に示すスラスト軸受の内周面４４は、有端環状であってもよい。すなわち、スラスト軸受４は、円環状でも、馬蹄状（Ｃ字状）であってもよい。また、軸受本体４０と摺動部４１とが別体であってもよい。また、ベアリングハウジング９０は鋳物でなくてもよい。消泡部Ｄ１〜Ｄ８を、他の回転機械（スーパーチャージャ、コンプレッサ、ポンプなど）に配置してもよい。すなわち、ターボチャージャ１から独立して、消泡部Ｄ１〜Ｄ８を用いてもよい。

１：ターボチャージャ、３：ジャーナル軸受、４：スラスト軸受、５：回転部、４０：軸受本体、４１：摺動部、４２：油路、４３：摺動面、４４：内周面、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、６００：底壁部、６００ａ：ボス部、６００ｂ：リングシール、６００ｃ：底面、６０１：周壁部、６０１ａ：Ｏリング、６０１ｂ：内周面、６０１ｃ：開口面、６１０：デフレクタ本体、６１１：舌部、９０１ａ：油路、９０１ｂ：回収部、９０１ｃ：ドレイン部、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、Ｄ１〜Ｄ８：消泡部、Ｈ：隙間、Ｏ：潤滑油、Ｏ１：泡

Claims (6)

1. 潤滑油の泡を抑制可能な消泡部を備えるターボチャージャ。
2. 回転軸と、
   前記回転軸に作用する軸方向のスラスト荷重を支持する摺動面を有するスラスト軸受と、
   前記摺動面から流出した前記潤滑油を回収する回収部を有するベアリングハウジングと、
   を備え、
   前記消泡部は、前記回収部に配置される請求項１に記載のターボチャージャ。
3. 前記回収部は、前記潤滑油を外部に排出するドレイン部を有し、
   前記消泡部は、前記ドレイン部に配置される請求項２に記載のターボチャージャ。
4. 前記消泡部は、撥油性を有する撥油膜である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のターボチャージャ。
5. 前記消泡部は、親油性を有する親油膜である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のターボチャージャ。
6. 前記ベアリングハウジングは、鋳物である請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のターボチャージャ。

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