JP2020516801A - 排気タービン式過給機のための軸受構造部及び排気タービン式過給機 - Google Patents

Abstract

本発明は排気タービン式過給機のための軸受構造部に関する。該軸受構造部（１）は、前記排気タービン式過給機（２）の回転体アセンブリの連結回転軸が挿通される挿通孔を備えており、該軸受構造部（１）は前記連結回転軸を軸支する軸受部材を保持するように構成されており、潤滑油を前記軸受部材に供給するための潤滑油循環流路が形成されており、該軸受構造部（１）の中に潤滑油流路が形成されており、該軸受構造部（１）の構成部品の温度を低下させるために、冷却液の貫流流路を構成している冷却ジャケット（９）が備えられている。本発明によれば、前記冷却ジャケット（９）は、冷却液流路（１０）と、流入流路（１１）と、流出流路（１２）とを含んでおり、前記流入流路（１１）は第１流路接続部（１７）において前記冷却液流路（１０）に流路接続しており、前記流出流路（１２）は第２流路接続部（１８）において前記冷却液流路（１０）に接続して貫流流路を構成しており、前記冷却液流路（１０）に突条部（１４：１６）が備えられている。【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１の前段部分に記載した種類の排気タービン式過給機のための軸受構造部に関する。本発明は更に、請求項９の前段部分に記載した種類の排気タービン式過給機に関する。

排気タービン式過給機のための軸受構造部は広く知られている。排気タービン式過給機の軸受構造部は、排気タービン式過給機の回転体アセンブリを軸支しており、その回転体アセンブリは、コンプレッサ羽根車と、このコンプレッサ羽根車と一体回転するように連結回転軸を介してこのコンプレッサ羽根車に連結されたタービン羽根車とを含んでいる。軸受構造部は連結回転軸を軸支するための軸受を備えており、その軸受には様々な種類のものがある。多くの場合、アキシャル軸受とラジアル軸受との両方の機能を兼ね備えた滑り軸受が用いられている。また、特に摩擦に関して好適な軸支を可能とするべくローラ軸受が用いられることもある。かかる軸受構造部は、コンプレッサ羽根車を収容している吸気流通部と、タービン羽根車を収容している排気流通部との間に設けられている。

今日では、排気タービン式過給機は、ディーゼルエンジン車であるとガソリンエンジン車であるとを問わず、略々いかなる種類の自動車にも好適に用い得るものとなっている。エンジンのたゆまぬ改良の結果として、また特に、低燃費化のための改良が絶え間なく続けられた結果として、最近では、エンジンの排気温度は非常な高温となるに至っており、その高温の排気が、さほどの温度低下を来すこともなく、排気タービン式過給機の排気流通部に流入している。

流入する排気が高温であることから排気流通部が熱せられ、そこから更に壁部の熱伝導により軸受構造部が熱せられる。しかるに軸受構造部は、軸受を潤滑する潤滑油がその中を流れるように構成されており、それゆえ軸受構造部には冷却を施す必要がある。その冷却のために水冷ジャケットが備えられている。水冷ジャケットのうちには鋳造により製作されるものもあれば、金属板製の部品として製作されるものもある。水冷ジャケットを用いることで軸受構造部及び／または排気流通部の中に冷却水を流すことができる。

特許文献１（ドイツ特許出願公開公報DE 10 2008 011 258 A1号）に、排気タービン式過給機のための軸受構造部が開示されている。この軸受構造部の水冷ジャケットは、この軸受構造部とタービンハウジングとを少なくとも部分的に囲繞する形状の金属板製ジャケットとされている。この金属板製ジャケットには、冷却水が漏れないように封止するのが容易でないという問題がある。

ドイツ特許出願公開公報DE 10 2008 011 258 A1号

本発明の目的は、改良した水冷ジャケットを備えた排気タービン式過給機のための軸受構造部を提供することにある。また更なる目的は、改良した排気タービン式過給機を提供することにある。

本発明によれば、上記目的は請求項１に記載した特徴を備えた排気タービン式過給機のための軸受構造部により達成される。また本発明によれば、上記更なる目的は請求項９に記載した特徴を備えた排気タービン式過給機により達成される。従属請求項は本発明の好適且つ重要な構成上の特徴を備えた特に有利な構成例を記載したものである。

本発明に係る排気タービン式過給機のための軸受構造部は、前記排気タービン式過給機の回転体アセンブリの連結回転軸が挿通される挿通孔を備えている。該軸受構造部は前記連結回転軸を軸支する軸受部材を保持するように構成されており、潤滑油を前記軸受部材に供給するための潤滑油循環流路が、少なくとも部分的に該軸受構造部の中に形成されている。該軸受構造部の構成部品の温度を低下させるために、冷却液の貫流流路を構成している冷却ジャケットが備えられている。本発明によれば、前記冷却ジャケットは、冷却液流路と、流入流路と、流出流路とを含んでおり、前記流入流路は第１流路接続部において前記冷却液流路に流路接続しており、前記流出流路は第２流路接続部において前記冷却液流路に接続して貫流流路を構成しており、前記冷却液流路に突条部が備えられている。前記突条部により得られる利点は、冷却液の流れを好適に配分し得ることにあり、この利点は前記突条部を前記流路接続部に対向する位置に設けることで特に顕著となる。冷却液の流れの好適な配分は、前記第１流路接続部に対向する位置と前記第２流路接続部に対向する位置との各々に前記突条部を設けることで更に優れたものとなり、また、冷却液の流れが好適に配分されることで、冷却液による冷却能力が向上する。そして、冷却液による冷却能力が向上することによって、温度がより均一化されることから、前記軸受構造部に発生する熱応力が顕著に低下するという利点が得られる。更にその結果として、前記軸受構造部の使用寿命が伸び、ひいては、前記軸受構造部を備えた排気タービン式過給機の使用寿命が伸びることにもなる。

冷却能力を更に向上させるには、前記突条部が、良好な流れ状態が得られるように湾曲形状に形成された突条部正面表面を有するようにする。ここでいう突条部正面表面とは、前記突条部の表面のうち、前記流路接続部に対向しており、しかも前記流路接続部に最も近接している部分の表面である。こうしておけば、前記冷却液流路へ流入する冷却液の流れに剥離が生じるという問題が生じない。また、前記流出流路の近傍領域に設ける前記突条部についても同様に、当該突条部が、良好な流れ状態が得られるように湾曲形状に形成された突条部正面表面を有するようにすることで、流出する冷却液の流れを、渦が発生しない流れにすることができる。

別の１つの構成例によれば、前記突条部は台形の断面形状を有しており、このようにすることで、前記冷却液流路に、また特に前記冷却液流路のうちの前記流入流路の近傍部分に、冷却液の非流動領域が発生するのを回避することができ、もって、冷却能力を更に向上させることができる。これに対して、前記突条部の断面形状を長方形にした場合には、冷却液の流速によっては当該突条部の近傍部分に冷却液の非流動領域が発生するおそれがあり、なぜならば、冷却液がその流速で当該突条部の突条部正面表面に衝突して、その突条部正面表面から両側へ分かれて流れる際に、その突条部正面表面の延展方向へ放たれるように流れが剥離するからである。

また、前記突条部が突条部側方表面を有しており、該突条部側方表面と冷却液流路底部表面との間を接続する接続表面が形成されており、該接続表面が湾曲形状に形成されているようにすることで、冷却液による冷却能力を更に向上させることができる。

また、前記流路接続部が、良好な流れ状態が得られるように湾曲形状に形成された周縁部を有するようにすることで、冷却液による冷却能力を更に向上させることができる。

別の１つの構成例によれば、前記冷却ジャケットはロストフォーム鋳造法により製作されたものとしている。この場合、前記冷却ジャケットを前記軸受構造部に完全に一体化することができ、従って冷却液の漏れが決して生じない構造とすることができる。

本発明の第２の局面は、請求項１乃至８の何れか１項記載の軸受構造部を備えた排気タービン式過給機に関するものである。かかる排気タービン式過給機の利点は、改良によって従来の軸受構造部と比べてより冷却能力が向上した前記軸受構造部を備えているため、排気の温度が同じである場合に排気タービン式過給機の使用寿命を格段に長くすることができ、また、排気タービン式過給機の使用寿命が既に十分に長い場合には排気タービン式過給機へ供給する排気の燃焼温度をより高温にすることができる。それによって例えば、エンジンの効率をより高めることなども可能となる。

本発明の更なる利点、特徴、及び細部構成については、以下に示す好適な実施の形態についての説明を参照し、また添付図面を参照することにより明らかとなる。以上の説明中で言及した様々な特徴及びそれら特徴の組合せ、並びに、添付図面に関連した以下の説明中で言及し、及び／または、図面中に示す様々な特徴及びそれら特徴の組合せは、それら説明ないし図面に示した通りの組合せで利用し得るばかりでなく、それとは異なる組合せで利用することもでき、また、個々の特徴を単独で利用することも可能なものであって、そのように特徴を利用した場合でも本発明の範囲から逸脱するものではない。

本発明に係る軸受構造部と本発明に係る排気タービン式過給機の排気流通部とを示した縦断面図である。 本発明に係る軸受構造部の断面を示した切断斜視図である。 上記軸受構造部の冷却水流入部の近傍領域を示した切断斜視図である。 上記軸受構造部の冷却水流入部に設けられた突条部の近傍領域を示した切断斜視図である。 上記軸受構造部の冷却水流出部に設けられた突条部の近傍領域を示した切断斜視図である。 本発明に係る軸受構造部の水冷ジャケットのコアの斜視図である。

図１にその構成を示したのは、本発明に係る軸受構造部１であり、これは本発明に係る排気タービン式過給機２の軸受構造部である。軸受構造部１は、回転体アセンブリ（不図示）の連結回転軸（不図示）が挿通される挿通孔４を備えており、挿通孔４は縦方向軸心（回転軸心）３に沿って延在している。また、挿通孔４は連結回転軸を軸支する軸受部材（不図示）を保持するように構成されている。軸受部材は軸受構造部の中を流れる潤滑油によって潤滑されており、その潤滑油は潤滑油循環流路１３を介して軸受構造部１へ流入しまた軸受構造部１から流出するようにしてある。

軸受構造部１は、排気タービン式過給機２の排気流通部５に隣接して設けられている。排気流通部５は、回転体アセンブリのタービン羽根車（不図示）を羽根車チャンバ６の中に収容するように構成されている。羽根車チャンバ６は排気流通部５の渦巻流路７の下流側に形成されており、渦巻流路７から羽根車チャンバ６へ排気が流れる貫流流路が形成されている。渦巻流路７の上流側には、排気流通部５の流入流路（不図示）が形成されており、この流入流路は排気流通部５へ気体を流入させるための流路であって、流入する気体は通常、エンジン（不図示）の排気そのものである。羽根車チャンバ６の下流側には、流出流路８が形成されており、この流出流路８が羽根車チャンバ６に接続することで貫流流路が構成されている。

排気流通部５はエンジン（不図示）に接続されており、そのエンジンの排気が流入流路を介して渦巻流路７へ流入して、タービン羽根車を駆動する。エンジンの動作中には、排気流通部５の中を貫流して流れる排気によってこの排気流通部５の構成部材が熱せられて高温になっている。エンジンの動作中には更に、軸受構造部１の構成部材もまた高温になっており、それは、軸受構造部１が、排気流通部５に隣接して設けられているために間接的にではあるが高温の排気の流れの影響を受けるからである。

軸受構造部１を冷却するために、冷却ジャケット９が備えられており、この冷却ジャケット９は挿通孔４を少なくとも部分的に覆う形状に形成されている。この冷却ジャケット９は、排気流通部５に近接した位置に配設される軸受を冷却するのに特に適した位置に備えられており、その軸受は例えば滑り軸受の形態のラジアル軸受などである。

冷却ジャケット９は、全周形の形状に（換言するならば円環形の形状に）形成された冷却液流路１０を備えていると共に、更に、流入流路１１と流出流路１２とを備えており、それら流入流路１１及び流出流路１２は冷却液流路１０に接続して貫流流路を構成している。流入流路１１は、冷却液を冷却液流路１０へ流入させるために設けられている流路である。流出流路１２は、加熱された冷却液を冷却液流路１０から冷却循環流路へ流出させるために設けられており、流出した冷却液は、その冷却循環流路において冷却温度にまで冷却された後に、流入流路１１を通って再び冷却液流路１０へ流入する。

流入流路１１へ冷却液を流入させる接続要素（不図示）と、流出流路１２から冷却液を流出させる接続要素（不図示）とを取付けるために、軸受構造部１には、それら接続要素の各々に１つずつが対応した２つの取付部１４が備えられており、それら取付部は孔部の形態に形成されている。

図２は、本発明に係る軸受構造部１の横断面を、排気流通部５を眺める方向で見た切断斜視図である。冷却液流路１０に第１突条部１５と第２突条部１６とが備えられており、それら突条部１５、１６は回転軸心を間に挟んで互いに反対側に位置している。第１突条部１５は流入流路１１の流路接続部に形成されており、第２突条部１６は流出流路１２の流路接続部に形成されている。より詳しくは、流入流路１１と冷却液流路１０との接続箇所に第１流路接続部１７が形成されており、この第１流路接続部１７の下流側であってこの第１流路接続部１７に対向する位置に、第１突条部１５が形成されている。また、流出流路１２と冷却液流路１０との接続箇所に第２流路接続部１８が形成されており、この第２流路接続部１８の上流側であってこの第２流路接続部１８に対向する位置に、第２突条部１６が形成されている。

各々の突条部１５、１６は、良好な流れ状態が得られるように湾曲形状に形成されており、即ち、各々の流路接続部１７、１８に対向している表面である突条部正面表面１９が湾曲形状に形成されると共に、突条部側方表面２０と冷却液流路底部表面２１との間を接続する接続表面２４も湾曲形状に形成されている。また、各々の突条部１５、１６は、台形の断面形状２５を有する。

図３は、軸受構造部１のうちの冷却液流入部の近傍部分を取出して示した切断斜視図であり、同図には流入流路１１の断面が示されている。この図３から明らかなように、第１突条部１５は、流入流路１１を冷却液流路１０に接続して貫流流路を構成している第１流路接続部１７に、対向する位置に設けられている。

図４及び図５は、第１突条部１５及び第２突条部１６の夫々の近傍を流れる冷却液の流線の具体例を説明するための図である。流入流路１１から流入する冷却液は、冷却液流路１０の内壁表面２６に沿って流れ、その際に、第１突条部１５によって配分されて２つの部分流となる。これによって、冷却液流路１０に流入する冷却液の流れは、乱流を発生することのない一定した流れとなる。同様にして、冷却液流路１０から流出する冷却液の流れも、第２突条部１６によって、良好な流れ状態で流出する流れとなる。

冷却ジャケット９は、鋳造法により製作されたものであり、より詳しくは、ロストフォーム鋳造法により製作されたものである。この鋳造法では、反復使用不可のコア２２が用いられ、このコア２２が反復使用不可であるのは、軸受構造部１の熱が冷めた後に、このコア２２が破壊されるからである。図６は、冷却ジャケット９を製作するためのコア２２を示した図であり、同図に条溝の形で示されている部分が突条部１５、１６に対応した部分である。このコア２２は冷却ジャケット９の陰型として形成されている。冷却液流路１０に流入する冷却液の流れ及び冷却液流路１０から流出する冷却液の流れの流れ状態を向上させるために、流路接続部１７、１８についても、良好な流れ状態が得られるように丸みを付けた形状に形成された周縁部２３を有するものとし、それによって、流れの剥離を発生させるおそれのある角の立ったエッジが形成されないようにしている。

冷却液流路１０については、軸受構造部１の冷却に関する所要諸条件に適合するように設計すればよく、また、突条部１５、１６の形成位置、高さ寸法、及び丸み半径については、流体工学的に良好な結果が得られるようにそれらを定めればよい。

Claims (9)

1. 排気タービン式過給機のための軸受構造部であって、該軸受構造部（１）は前記排気タービン式過給機（２）の回転体アセンブリの連結回転軸が挿通される挿通孔（４）を備えており、該軸受構造部（１）は前記連結回転軸を軸支する軸受部材を保持するように構成されており、潤滑油を前記軸受部材に供給するための潤滑油循環流路が形成されており、該軸受構造部（１）の中に潤滑油流路が形成されており、該軸受構造部（１）の構成部品の温度を低下させるために、冷却液の貫流流路を構成している冷却ジャケット（９）が備えられている、軸受構造部において、
   該軸受構造部（１）に形成された前記冷却ジャケット（９）は、該軸受構造部（１）に形成された冷却液流路（１０）と、該軸受構造部（１）において前記冷却ジャケット（９）に接続して貫流流路を構成している流入流路（１１）と、該軸受構造部（１）において前記冷却ジャケット（９）に接続して貫流流路を構成している流出流路（１２）とを含んでおり、前記流入流路（１１）は該軸受構造部（１）に形成された第１流路接続部（１７）において前記冷却液流路（１０）に流路接続しており、前記流出流路（１２）は該軸受構造部（１）に形成された第２流路接続部（１８）において前記冷却液流路（１０）に接続して貫流流路を構成しており、前記冷却液流路（１０）に突条部（１５；１６）が備えられていることを特徴とする軸受構造部。
2. 前記突条部（１５：１６）は、前記流路接続部（１７；１８）に対向する位置に設けられていることを特徴とする請求項１記載の軸受構造部。
3. 前記突条部（１５：１６）は、良好な流れ状態が得られるように湾曲形状に形成された突条部正面表面（１９）を有することを特徴とする請求項１又は２記載の軸受構造部
4. 前記突条部（１５；１６）は、台形の断面形状を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の軸受構造部。
5. 前記突条部（１５：１６）は突条部側方表面（２０）を有しており、該突条部側方表面（２０）と冷却液流路底部表面（２１）との間を接続する接続表面（２４）が形成されており、該接続表面（２４）は湾曲形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の軸受構造部。
6. 前記冷却ジャケット（９）は、該冷却ジャケットの第１流路接続部（１７）に前記第１突条部（１５）が設けられており、該冷却ジャケットの第２流路接続部（１８）に前記第２突条部（１６）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の軸受構造部。
7. 前記流路接続部（１７；１８）は、良好な流れ状態が得られるように湾曲形状に形成された周縁部（２３）を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の軸受構造部。
8. 前記冷却ジャケット（９）はロストフォーム鋳造法により製作されたものであることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の軸受構造部。
9. 排気タービン式過給機であって、該排気タービン式過給機の回転体アセンブリを収容する軸受構造部を備えており、
   前記軸受構造部は請求項１乃至８のいずれ１項記載のごとく構成されていることを特徴とする排気タービン式過給機。

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