JP2020537096A - 排気ガス式過給機 - Google Patents
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Abstract
本発明は排気ガス式過給機に関する。該排気ガス式過給機は、特にツインエントリー型タービンハウジング(47)などのマルチエントリー型タービンハウジングと、該マルチエントリー型タービンハウジングの中に回転可能に配設されたタービン羽根車(34)とを備えており、排気ガス流(14;16)が、複数の導入流路(18、26)のうちの少なくとも1つの導入流路と、当該導入流路(18;26)の流出口でありタービン羽根車(34)の回転軸心(44)に関して周方向に最大180°の角度範囲に亘って延在する流路流出口(78;80)とを介して前記タービン羽根車(34)へ導流されることにより、タービン羽根車(34)に対して同軸でタービン羽根車(34)と一体回転するようにタービン羽根車(34)に結合され、軸受(42)に支持された連結回転軸(38)が回転する。本発明によれば、軸受(42)は、複数の軸受面(70、72、74、76)を備えた多面ラジアル滑り軸受であり、それら複数の軸受面の面数は、複数の導入流路(18、26)の流路数と等しいか、または、複数の導入流路(18、26)の流路数の整数倍である。【選択図】図1
Description
本発明は、請求項1の前段に記載した種類の排気ガス式過給機に関する。
特許文献1には、ツインエントリー型タービンハウジングと、この中に回転可能に配設されたタービン羽根車とを備えた、公知の排気ガス式過給機が記載されている。排気ガス流が、複数の導入流路と、それら導入流路の流出口であるところの複数の流路流出口とを介してタービン羽根車へ導流されることにより、タービン羽根車に対して同軸且つタービン羽根車と一体回転するようにタービン羽根車に結合され、軸受に支持された、連結回転軸が回転させられるようにしてある。複数の流路流出口のうちの少なくとも1つの流路流出口は、タービン羽根車の回転軸心に関して周方向に最大180°角度範囲に亘って延在するものである。
特許文献2は、ツインエントリー型タービンハウジングを備えた、また別の排気ガス式過給機に関する特許文献である。
特許文献3には、多面ラジアル滑り軸受として構成された軸受を備えた、公知の排気ガス式過給機が記載されている。その多面ラジアル滑り軸受は、その内周面に互いに同一形状の2つまたは3つの軸受面を備えるものである。また、その多面ラジアル滑り軸受は、浮動ブッシュ軸受として構成されており、軸受ブッシュと軸受ハウジングとの間に緩和機能を提供する外周間隙が画成されている。更に、別の実施形態として、軸受ハウジングに対する軸受ブッシュの相対的な径方向及び傾動方向の可動量を小さく抑えた構成が開示されている。また、別の実施形態では、軸受ハウジングに対する軸受ブッシュの相対的な可動性を径方向だけに限定して許容している。更に別の実施形態では、軸受ブッシュの回転方向の可動範囲を規制するために、軸受ブッシュの外周面に少なくとも1本の溝を形成し、その溝に、軸受ブッシュと軸受ハウジングとを接続する係止部材を係合させるようにしており、これによって、軸受ハウジングの中で軸受ブッシュが殆ど回転しない構造を、比較的低コストで実現している。
特許文献4は、タービン羽根車とコンプレッサ羽根車とを連結する連結回転軸を2つの浮動ブッシュ軸受で支持した排気ガス式過給機に関する特許文献である。それら浮動ブッシュ軸受の軸受ブッシュは、多面ラジアル滑り軸受として構成されており、軸受ハウジングとの間と、連結回転軸との間との夫々に、周方向に延在する間隙が画成されており、それら間隙により、軸受ブッシュの内周面と外周面との両方に潤滑油の油膜が形成される。間隙が形成され油膜が形成されることで、軸受ブッシュに対して連結回転軸が回転すると共に、軸受ハウジングに対して軸受ブッシュが回転するようになっている。また、多面ラジアル滑り軸受の形態に関しては、様々な形態が示唆されており、それらのうちには、二面滑り軸受、三面滑り軸受、四面滑り軸受などが含まれており、いずれも互いに同一形状の軸受面を複数備えたものである。
特許文献5に開示されている排気ガス式過給機は、浮動ブッシュ軸受とした多面ラジアル滑り軸受を備えている。この浮動ブッシュ軸受の軸受ブッシュは、排気ガス式過給機の軸受ハウジングとの間に、周方向に延在する間隙が画成されており、この間隙により、軸受ブッシュの外周面に潤滑油の油膜が形成される。これによって、軸受ブッシュが軸受ハウジングに対して相対的に回転可能とされている。
上述したツインエントリー型タービンハウジングを備えた排気ガス式過給機は、それを自動車のエンジンユニットのコンポーネントとして装備した場合に、パルス過給を行えるという利点をもたらすことが知られている。ただし、パルス過給を行えることそれ自体は良いことであるが、排気ガス式過給機の設計によっては、パルス過給を行うことで不都合が生じることもある。その不都合とは、パルス過給によって振動が発生することであり、この振動は、タービンへ流入する排気ガス流の向きが反復交代することにより発生するものである。従って、振動が発生し、その振動に伴って運転音が発生するおそれがある。そして、エンジンユニットの排気ガス式過給機以外のコンポーネントが発生する騒音が小さければ、この排気ガス式過給機の運転音は耳障りなものとなる。最近ではエンジンユニットの静粛性が向上しているため、排気ガス式過給機の作動音を低く抑えることが求められている。
従って本発明の目的は、パルス過給を行うことが可能であり且つ静粛性に優れた排気ガス式過給機を提供することにある。
上記目的は請求項1に記載した特徴を備えた排気ガス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。
本発明によれば、軸受は、複数の軸受面を備えた多面ラジアル滑り軸受であり、それら複数の軸受面の面数は、複数の導入流路の流路数と等しいか、または、複数の導入流路の流路数の整数倍である。
従って、多面ラジアル滑り軸受の軸受面の面数は、複数の導入流路の流路数に正の整数から成る倍数を乗じた乗算の積として与えられる。また、その倍数は、例えば「1」や「2」などであり、或いはまた「3」や、それより更に大きな倍数としてもよい。
本発明では、マルチエントリー型タービンハウジングにおける多面ラジアル滑り軸受の使用により、複数の導入流路の流路数と複数の軸受面の面数との間に所定の関係を持たせることで、作用方向が反復交代する径方向の荷重を、その荷重の作用方向に対応した軸受面により担持できるようにしている。そのため、多面ラジアル滑り軸受は、径方向の荷重を常に最適に支持できるような寸法及び/又は配置にされている。
本発明に従って、複数の導入流路の流路数と複数の軸受面の面数との比を以上のように定めることにより、起こり得る振動及び摩擦を低減することができる。
軸受の摩耗を低減するため、例えば互いに軸心方向に離隔する2つの軸受に代えて、ただ1つだけの軸受を用いるようにすることも可能であり、そのような構成とすれば、排気ガス式過給機の長さ寸法を短縮でき、即ち、排気ガス式過給機の占有空間の軸心方向寸法を短縮することができる。また、そのような構成とする場合には、コンプレッサ羽根車及びタービン羽根車に作用する軸心方向荷重をアキシャル軸受で吸収するようにしてもよい。或いはまた、連結回転軸を支持するために、タービン羽根車の近傍に1つの多面ラジアル滑り軸受を配設し、また、コンプレッサ羽根車の近傍に一般的な滑り軸受または一般的なローラベアリングを配設して、それら軸受により支持するようにしてもよい。更に、連結回転軸を支持するために、2つの多面ラジアル滑り軸受を用いるようにしてもよく、そのように構成したものも本発明の範囲に含まれる。
複数備えられている導入流路のうちの1つの導入流路の流路流出口がタービン羽根車の回転軸心に関して周方向に最大180°の角度範囲に亘って延在しているマルチエントリー型タービンハウジングを備えた排気ガス式過給機を用いることにより、例えば、ただ1つだけ備えられている導入流路の流路流出口が周方向に360°の角度範囲に亘って延在しているような排気ガス式過給機と比べて、パルス過給をより良好に行うことができる。また、そればかりでなく、2つ備えられている導入流路の夫々の流路流出口のいずれもが周方向にも360°の角度範囲に亘って延在しているようなツインエントリー型タービンハウジングを備えた排気ガス式過給機と比べても、パルス過給をより良好に行うことができる。
タービン羽根車の回転軸心に関して周方向に最大180°の角度範囲に亘って延在する流路流出口を必ずしも2つ備えなくてもよい。例えば、タービン羽根車の回転軸心に関して周方向に略々120°の角度範囲に亘って延在する流路流出口を、120°の角度間隔で3つ備えるようにしてもよい。そして、それらのように、複数の流路流出口を周方向に等角度間隔で配設し、複数の導入流路から流出する夫々の排気ガス流の流出角度を等角度間隔とする場合に、多面ラジアル滑り軸受の複数の軸受面は、それら軸受面の形状が互いに同一形状に形成され、且つ、軸受中心軸心からそれら軸受面までの距離が互いに同一距離であるように形成されているようにすると有利である。
または、複数の流路流出口の配設位置の角度間隔、及び/又は、複数の導入流路から流出する夫々の排気ガス流の流出角度の角度間隔を、非対称的な角度間隔とすることもでき、例えば、3つの流路流出口の配設位置の角度間隔を120°、200°、及び40°とし、合計で360°となるようにしてもよい。
本発明の特に有利な実施形態によれば、連結回転軸に作用する径方向荷重を最適に支持できるようにするために、通常、軸受ハウジングに収容された浮動ブッシュが連結回転軸の回転速度の約半分の回転速度で回転する、多面ラジアル滑り軸受の浮動構成による緩和機能が意図的に除かれている。従って、本発明のこの特に有利な実施形態では、多面ラジアル滑り軸受は、タービンハウジングに対して相対回転不能とされている。それゆえ、多面ラジアル滑り軸受の複数の軸受面は、軸受中心軸心に関するそれら軸受面の周方向位置が軸受ハウジングに対して相対的に固定されており、また、該軸受ハウジングは、マルチエントリー型タービンハウジングに相対回転不能に結合されているか或いはマルチエントリー型タービンハウジングに一体的に形成されており、複数の軸受面のうちの少なくとも1つの軸受面は、排気ガス流の偏流により連結回転軸に作用する径方向荷重が、多面ラジアル滑り軸受が最大の軸受剛性を発揮する荷重支持方向において当該軸受面により支持されるように、配設されている。
特に有利な構成的特徴として、マルチエントリー型タービンハウジングはツインエントリー型タービンハウジングであり、2つの導入流路の2つの流路流出口は、その各々が周方向に180°より僅かに小さい角度の角度範囲に亘って延在しており、また、多面ラジアル滑り軸受は四面滑り軸受であり、軸受中心軸心を含み軸受の内径寸法が最大になる位置を延展する2つの平面が存在しており、それら2つの平面の各々が、軸受中心軸心において、2つの流路流出口の間を区画して延展する区画平面と、約45°の交差角を成して交わっているようにしてもよい。また、当該交差角は、連結回転軸の回転方向とは逆方向へ最大15°まで回転変位させてもよい。
軸受を軸受ハウジングに回転不能に設けることにより、軸受の複数の潤滑油供給流路及びそれらの潤滑油供給口を、前記タービンハウジングに対する適切な相対位置に位置付けることができ、そのため、複雑な内周溝を設けることなく、軸受ハウジングの潤滑油供給流路から多面ラジアル滑り軸受の複数の潤滑油受入口へ潤滑油を分配することが可能となっている。そのようにした場合の本発明の特に有利な1つの実施形態として、多面ラジアル滑り軸受は複数の潤滑油ポケットを備えており、それら潤滑油ポケットは、軸受中心軸心に対して平行に延在し、径方向へ陥凹した複数の陥凹部の1つずつに連通しており、それら複数の陥凹部と、軸受ハウジングに設けられた複数の潤滑油供給流路とは、連結回転軸が回転していても常に互いに位置が揃っているような形態とすることが可能である。
軸受は軸受ハウジングに対する相対的な周方向への移動を行わないように設けられるものであるため、軸受ブッシュを備えることなく、多面ラジアル滑り軸受の複数の軸受面を、軸受ハウジングに直接的に一体形成させることができる。または、多面ラジアル滑り軸受が、軸受ハウジングに対して相対回転不能に軸受ハウジングに取付けられている軸受ブッシュにより構成されていてもよい。
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、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。
図1は、一部のみ示される排気ガス式過給機6が接続される排気系4を備える、いわゆるレシプロエンジン2である内燃機関を示す模式図である。
レシプロエンジン2は直列4気筒エンジンとして構成されており、その4個のシリンダのうちの外側シリンダ8、10(または燃焼室)が第1排気マニホルド12によりまとめられ、共通の第1排気ガス流14が、排気ガス式過給機6の第1導入流路18へ供給される。一方、4個のシリンダのうちの内側シリンダ20、22(または燃焼室)は、第2排気マニホルド24を介してまとめられる。こうして共通の第2排気ガス流16は、排気ガス式過給機6の第2導入流路26へ供給される。
排気ガス式過給機6が作動しているとき、2つの導入流路18、26を介して排気ガス流14、16は、タービン羽根車34へ流入する。これによって、後に詳述するように連結回転軸38及びコンプレッサ羽根車40が回転させられている。その回転の結果として、レシプロエンジン2へ供給される吸気が、コンプレッサ羽根車40によって過給されるのであるが、この過給の過程についての説明は省略する。
排気ガス式過給機6は、コンプレッサハウジング30とタービンハウジング32との間に配設され、それらハウジングにボルトで確実に締結される軸受ハウジング28を含む3分割型のハウジングを備える。図にその一部だけを示すタービンハウジング32の中に、タービン36のタービン羽根車34が回転可能に配設されている。タービン羽根車34は、コンプレッサハウジング30内に回転可能に配設されているコンプレッサ羽根車40と一体回転するよう、連結回転軸38を介してコンプレッサ羽根車40に連結されている。
連結回転軸38は軸受ハウジング28の中で軸受42によって支持されている。また、この連結回転軸38は回転軸心44に沿って延在している。回転軸心44は、本来、軸受42の軸受中心軸心46と一致すべきものであり、従って、回転軸心44と軸受中心軸心46とは同軸に位置すべきものである。連結回転軸38は、潤滑油により潤滑された状態で軸受42の中で回転し、回転しているときには、本来、軸受42とは非接触状態であるべきもの、またひいては、無摩耗状態であるべきものである。
タービンハウジング32は、マルチエントリー型タービンハウジングの1つの構成形態であるツインエントリー型タービンハウジング47として構成されている。ツインエントリー型タービンハウジング47は、第1タービン流入口48と第2タービン流入口50とを備えており、それら2つの流入口は2つの導入流路18、26の各々に連通している。それら2つの導入流路18、26を通って排気ガス流14、16がタービン羽根車34へ流入し、タービン流出口52を通ってツインエントリー型タービンハウジング47の外へ流出する。タービン流出口52はタービン羽根車34と同軸心的に、そして、タービン羽根車34の連結回転軸38とは反対側に位置している。
連結回転軸38は、その一端がタービン羽根車34と一体回転するように固定連結され、その他端がコンプレッサ羽根車40と一体回転するように固定連結されている。連結回転軸38を支持する軸受42は、軸受ブッシュ53として構成されており、この軸受ブッシュ53が軸受ハウジング28に圧入されて相対回転不能に、且つ軸心方向に相対移動不能に固定されている。
図2から明らかなように、軸受42は、四面滑り軸受として構成された多面ラジアル滑り軸受であり、軸受中心軸心46に対して平行に延在する4つの潤滑油ポケットである、第1潤滑油ポケット62、第2潤滑油ポケット64、第3潤滑油ポケット66、及び第4潤滑油ポケット68を備える。軸受42は更に、径方向へ陥凹した4つの陥凹部である、第1陥凹部58、第2陥凹部59、第3陥凹部60、及び第4陥凹部61を備える。陥凹部58、59、60、61は、その各々が4つの潤滑油ポケット62、64、66、68の1つずつに連通している。また、軸受ハウジング28には、4つの潤滑油供給流路である、第1潤滑油供給流路54、第2潤滑油供給流路55、第3潤滑油供給流路56、及び第4潤滑油供給流路57が形成されている。4つの潤滑油供給流路は4つの陥凹部58、59、60、61の夫々に対応しており、そして、互いに対応する潤滑油供給流路と陥凹部とは、互いに位置が揃えられている。以上の構成によれば、径方向へ陥凹した4つの陥凹部58、59、60、61と、それらに対応した4つの潤滑油供給流路54、55、56、57とは、連結回転軸38が回転していても常に互いに位置が揃っているようになるため、排気ガス式過給機6の作動中は、潤滑油の油膜が連結回転軸38の全周に亘って確実に形成され、もって、連結回転軸38が多面ラジアル滑り軸受の4つの軸受面から完全に離れた状態が確実に達成される。ここでいう4つの軸受面とは、第1軸受面70、第2軸受面72、第3軸受面74、及び第4軸受面76であり、それら4つの軸受面は、それら軸受面の形状が互いに同一形状に形成され、且つ、軸受中心軸心46からそれら軸受面までの距離が互いに同一距離であるように形成されている。
このように、四面滑り軸受として構成されている多面ラジアル滑り軸受は4つの軸受面70、72、74、76を備えているため、軸受面70、72、74、76の面数は、夫々に流路流出口78、80を介してタービン36へ排気ガス流14、16を供給する渦巻形に形成された2つの導入流路18、26の流路数の2倍となっている。
導入流路18、26の夫々の流路流出口である第1流路流出口78及び第2流路流出口80は、その各々が、タービン羽根車34の周囲を包囲するようにして、回転軸心44に関して周方向に180°より僅かに小さい角度82の角度範囲に亘って延在している。そのため、それら2つの流路流出口78、80は、回転軸心44に関して互いに180°の角度差をもって位置している。また、それら2つの流路流出口78、80は、2つの舌尖部によって互いから区画されている。ここでの2つの舌尖部とは、第1舌尖部84及び第2舌尖部86であり、それら舌尖部は、例えば、独国特許出願公開第10 2013 021 567 A1号に記載されている公知のタービンにおける舌尖部と同様のものとしてもよい。そのため、2つの流路流出口78、80を実質的に互いから区画し、また、2つの導入流路18、26を実質的に互いから区画する、区画平面92が形成される。なお、舌尖部84、86の近傍領域では、2枚の羽根車羽根90の間を通って、一方の導入流路18ないし26から、他方の導入流路26ないし18へ、僅かな排気ガスが流れて移動する。
特に図3から明らかなように、区画平面92は、軸受42の内径寸法が最大になる位置を延展する第1平面93及び第2平面94と交差する。したがって、区画平面92は、軸受中心軸心46において、2つの平面93、94と約45°の交差角を成して交わっている。
図3は更に、この四面ラジアル滑り軸受の横断面における圧力分布図を示している。同図から明らかなように、軸受圧力の最大圧力(極大圧力)は、区画平面92の面内には位置していない。より正確には、軸受圧力の最大圧力(極大圧力)は、平面98で最大値を持ち、この平面98は、軸受中心軸心46に関して区画平面92から回転変位しており、その変位方向は連結回転軸38の回転方向100と逆方向であり、また、その変位角度は交差角にして約15°である。軸受圧力の最大圧力(極大圧力)は、平面98に直交する別の平面102に2つのさらなる最大値を有する。
本発明の別の構成例に係る排気ガス式過給機(不図示)では、タービンハウジングを3つの導入流路を備えたものとし、多面ラジアル滑り軸受として六面ラジアル滑り軸受を用いている。
Claims (7)
- 特にツインエントリー型タービンハウジング(47)などのマルチエントリー型タービンハウジングと、該マルチエントリー型タービンハウジングの中に回転可能に配設されたタービン羽根車(34)とを備え、排気ガス流(14;16)が、複数の導入流路(18、26)のうちの少なくとも1つの導入流路と、当該導入流路(18;26)の流出口であり前記タービン羽根車(34)の回転軸心(44)に関して周方向に最大180°の角度範囲に亘って延在する流路流出口(78;80)とを介して前記タービン羽根車(34)へ導流されることにより、前記タービン羽根車(34)に対して同軸で前記タービン羽根車(34)と一体回転するように前記タービン羽根車(34)に結合され、軸受(42)に支持された連結回転軸(38)が回転する排気ガス式過給機であって、
前記軸受(42)は、複数の軸受面(70、72、74、76)を備えた多面ラジアル滑り軸受であり、それら複数の軸受面の面数は、前記複数の導入流路(18、26)の流路数と等しいか、または、前記複数の導入流路(18、26)の流路数の整数倍であることを特徴とする排気ガス式過給機。 - 前記複数の軸受面(70、72、74、76)は、形状が互いに同一形状に形成され、且つ、軸受中心軸心(46)からの距離が互いに同一距離であるように形成されている
ことを特徴とする請求項1記載の排気ガス式過給機。 - 前記多面ラジアル滑り軸受の前記複数の軸受面(70、72、74、76)は、軸受中心軸心(46)に関するそれら軸受面の周方向位置が、前記マルチエントリー型タービンハウジングに相対回転不能に結合されているか或いは前記マルチエントリー型タービンハウジングに一体的に形成されている軸受ハウジング(28)に対して、相対的に固定されており、前記複数の軸受面(70、72、74、76)のうちの少なくとも1つの軸受面は、排気ガス流の偏流により前記連結回転軸(38)に作用する径方向荷重が、前記多面ラジアル滑り軸受が最大の軸受剛性を発揮する荷重支持方向において当該軸受面により支持されるように、配設されている
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の排気ガス式過給機。 - 前記マルチエントリー型タービンハウジングは、前記ツインエントリー型タービンハウジング(47)であり、2つの前記導入流路(18、26)の2つの前記流路流出口(78、30)は、その各々が周方向に180°より僅かに小さい角度(82)の角度範囲に亘って延在しており、
前記多面ラジアル滑り軸受は、四面滑り軸受であり、軸受中心軸心(46)を含み前記軸受の内径寸法が最大になる位置を延展する2つの平面(93、94)の各々が、前記軸受中心軸心(46)において、前記2つの流路流出口(78、80)の間を区画して延展する区画平面(92)と、約45°の交差角を成して交わっている
ことを特徴とする請求項3記載の排気ガス式過給機。 - 前記多面ラジアル滑り軸受は、前記軸受ハウジング(28)に対して相対回転不能に前記軸受ハウジング(28)に取付けられている軸受ブッシュ(53)を備える
ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の排気ガス式過給機。 - 前記多面ラジアル滑り軸受は、軸受中心軸心(46)に対して平行に延在する複数の潤滑油ポケット(62、64、66、68)を備え、それら潤滑油ポケットは、その各々が、径方向へ陥凹した複数の陥凹部(58;59;60;61)の1つずつに連通しており、それら複数の陥凹部と、前記軸受ハウジング(28)に設けられた複数の潤滑油供給流路(54;55;56;57)とは、前記連結回転軸(38)が回転していても常に互いに位置が揃う
ことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の排気ガス式過給機。 - 前記多面ラジアル滑り軸受の前記複数の軸受面(70、72、74、76)は、前記軸受ハウジング(28)に直接的に一体形成されている
ことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の排気ガス式過給機。
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