JP3755965B2 - 過給機のオイル洩れ防止装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用のターボチャージャのような高速回転をする過給機において、吸気を加圧するコンプレッサのシャフトに設けられたオイルシール部から潤滑用のオイルが洩れ出るのを防止する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ターボチャージャの一般的な構造を図７に示す。コンプレッサハウジング１とタービンハウジング２とを接続するベアリングハウジング３内に、シャフト４をベアリング５に装着した状態で配置し、シャフト４がベアリングハウジング３内で高速回転をすることができるようにする。シャフト４の一端にはコンプレッサハウジング１内に納まるようにインペラ６がナット７によって取り付けられると共に、他端にはタービンハウジング２内に納まるようにタービンロータ８が接続される。
【０００３】
シャフト４のコンプレッサハウジング１側には、スラストブッシュ９がシャフト４と共に回転するように取り付けられ、ベアリングハウジング３に図示しないピンによって固定されたスラストベアリング１０の給油孔１１から、スラストブッシュ９内へオイルが供給される。スラストベアリング１０はリテーナ１２を介してスナップリング１３によって軸方向に固定される。スラストベアリング１０を潤滑した後のオイルがインペラ６側へ洩れ出ないように、シャフト４にはそれと一体になって回転するカラー１４がリテーナ１２によって覆われる部分に取り付けられる。リテーナ１２の内部にはスラストベアリング１０と概ね平行にデフレクタ１５が固定され、それによって、リテーナ１２の内部にシール室１６と呼ぶ空間が区画形成される。
【０００４】
シャフト４に取り付けられたカラー１４の外周の一部を小さな間隙をおいて覆うように、ハウジング側に固定されているリテーナ１２の中央には中心筒部１７が形成されており、この中心筒部１７の一部には更に内側に向かって突出するシールリング１８が取り付けられている。このシールリング１８は、カラー１４に形成された環状の溝１９の中に挿入されて、環状の溝１９の各面との間に小さな間隙を残して接触しないようにリテーナ１２によって支持されている。
【０００５】
スラストブッシュ９とスラストベアリング１０との間を潤滑した後のオイルの一部は、ハウジング側に固定されたデフレクタ１５と、シャフト４と共に回転するカラー１４との間に形成された隙間を通って軸方向にシール室１６へ流入するが、そのオイルが直接にシールリング１８とカラー１４の環状の溝１９との隙間へ流入しないように、図９にも明示したように、カラー１４の環状の溝１９よりもスラストベアリング１０寄りの部分には鍔部２０が形成されている。そして、デフレクタ１５の下部はオイル案内用の舌片２１となっていて、リテーナ１２との間にオイル排出口２２を形成しており、オイル排出口２２はベアリング５やスラストベアリング１０の下部に形成された潤滑室２３に合流している。
【０００６】
従って、前記オイルの一部は鍔部２０の潤滑室２３側の側面２４に対し粘性によって付着して連れ回りをすることにより遠心力を与えられて、図１０中に矢印３１によって示したように、鍔部２０の側面２４から半径方向に振り飛ばされるので、オイルが軸方向に環状の溝１９まで伝って行くことは阻止される。また、カラー１４の鍔部２０によって振り飛ばされたオイルは、リテーナ１２の外周壁２８によって受け止められ、重力によって外周壁２８に沿って流下することによりオイル排出口２２に集められて、ベアリング５やスラストベアリング１０を潤滑してから潤滑室２３へ落ちるドレンオイルと合流して図示しないオイル溜へ戻る。（従来技術については特開昭５５−１０１７１３０号公報、又は特開平６−３１７１７１号公報等を参照。）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、従来のターボチャージャにおいてもカラー１４に設けられている鍔部２０は、オイルが軸方向に伝って来たときに、潤滑室２３側の側面２４にオイルを粘性によって付着させて連れ回りをさせ、遠心力を発生させて振り飛ばすことにより、更に軸方向に環状の溝１９の方へオイルが伝って行くのを阻止しようとするものであるが、図１０に示したように、鍔部２０の外周面２５とインペラ６側の側面２６は、それに接触するシール室１６内の空気に対して、側面２４がオイルに対してするのと同様な作用をするので、空気は粘性によって鍔部２０の外周面２５とインペラ６側の側面２６に付着して連れ回りをする。しかし、空気はオイルに較べて単位体積の質量が小さいので、半径方向に振り飛ばされるような運動成分はあまり発生せず、図１０に矢印２７によって示したように、連れ回りによって直接に生じるところの、シャフト４の回転方向（矢印２９）と同じ回転方向の旋回流の運動成分の方が強く生じる。
【０００８】
図１０に示したように、鍔部２０の回転によってシール室１６内に生じる空気の旋回流２７は、カラー１４の鍔部２０によって振り飛ばされたオイルがリテーナ１２の外周壁２８に付着した後に、重力によってオイル排出口２２の方へ流下しようとするのを多少とも妨げる作用をする。即ち、外周壁２８に付着したオイルは空気の旋回流２７によって誘引され、オイル排出口２２へ流出しないで、外周壁２８の内面に沿って旋回流２７と同じ回転方向に流動しようとするために、そのオイルに重力の作用が加わることにより、シール室１６の下部には図１０中に参照符号３０によって示したような形のオイルの滞留部が生じる。
【０００９】
シール室１６内に空気の旋回流２７が生じることによって、シール室１６では外周部分の圧力よりもカラー１４の近傍の中心部分の圧力の方が低くなるので、外周壁２８に付着したオイルがオイル排出口２２へ流出しないで、リテーナ１２の壁面伝いに中心部分のカラー１４の方向へ、それも環状の溝１９の方向へ流れようとする傾向が生じる。そのため、図１０に示したような厚いオイルの滞留部３０が生じたときは、滞留部３０のうちでもシール室１６の中心部分に最も近いところから、破線の矢印３２によって示したような中心部分に向かうオイルの流れも生じるようになる。
【００１０】
シール室１６内における空気の旋回流２７は、シャフト４の回転数が高くなるほど強くなるので、シャフト４が高速回転する状態、即ち、このターボチャージャによって過給を受ける図示しない内燃機関の高負荷時においては、前述のような理由でシール室１６の中心部分に向かって流れてカラー１４の環状の溝１９付近に滞留するオイルの量が増加する。このようにして環状の溝１９の付近に溜まったオイルは、運転中にインペラ６の背面の圧力がシール室１６の中心部分の圧力よりも低くなったときに、環状の溝１９とシールリング１８との隙間を通ってコンプレッサハウジング１内へ洩れ出て内燃機関に吸入され、燃焼室において一部は燃焼するが、オイルは一般に難燃性であるから大部分は燃えないで排気ガスと共に大気中へ放出されるので、そのオイルが大気汚染の原因になるだけでなくターボチャージャにおいてはオイルの欠乏を来すことになる。
【００１１】
本発明は、従来技術における前述のような問題に対処して、ターボチャージャのような過給機において、ベアリングハウジングとコンプレッサハウジングとの境界部分のシャフトに設けられたカラーの鍔部がオイルを振り飛ばす所謂「飛散作用」を妨げることなしに、カラーに設けられた環状の溝と協働するシールリングの付近へオイルが侵入するのを防止することができ、それによってベアリングハウジング内にある潤滑用のオイルが、コンプレッサハウジングとの境界部分からコンプレッサ側へ洩れ出るのを確実に防止することができるような、改良された過給機のオイル洩れ防止装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された過給機のオイル洩れ防止装置を提供する。
【００１５】
請求項１に記載されたオイル洩れ防止装置においては、特に、シール室内に中心部分から外周方向に向かって１個以上の隔壁を取り付けた点に特徴がある。隔壁は直接にシール室内における空気の旋回流を抑制するが、それだけではなく、鍔部によって振り飛ばされたオイルがシール室の中心部分の方へ戻らないように案内する作用をする。より具体的に、隔壁は、それに衝突する空気の旋回流及び振り飛ばされたオイルをシール室の外周方向へそらすように、シール室の半径方向に対して傾斜しているのがよく、更に、それに衝突するオイルを通過させるために、外周側においてリテーナの外周壁の内面との間に通路を形成していることが望ましい。このようにして空気の旋回流が抑制されるため、オイルが旋回流によってシール室の中心部分に向かって流れるのが阻止され、シールリングを超えてオイルがコンプレッサハウジング側へ洩れ出ることが防止される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明による過給機のオイル洩れ防止装置の第１実施形態の要部を図１に基づいて説明する。このオイル洩れ防止装置は、従来技術として先に説明した図７に示すようなターボチャージャにおけるコンプレッサハウジング１とベアリングハウジング３の境界部分において、図８から図１０に示したような従来のオイル洩れ防止装置、即ち、シャフト４に取り付けられたカラー１４に形成されている鍔部２０と、鍔部２０によって振り飛ばされるオイルを受け止めるためにリテーナ１２及びデフレクタ１５によって構成されたシール室１６と、やはりカラー１４に形成された環状の溝１９と、それと協働するようにリテーナ１２側に設けられたシールリング１８とからなるオイル洩れ防止装置の代わりに用いられるものであるから、従来技術におけるものと実質的に同じ構成部分については、本発明の実施形態においても同じ参照符号を付すことによって、重複する詳細な説明を省略することにする。
【００１７】
図１に示す第１実施形態の特徴として、リテーナ１２の中心筒部１７の先端が図９に示した従来例よりも軸方向に長く延びて、カラー１４の鍔部２０に近接してそれを丁度全部覆うような形の薄肉のオーバラップ部３３を一体に形成していることである。言うまでもなく、オーバラップ部３３は中心筒部１７とは別体のものとして製作し、中心筒部１７の先端に溶接等の方法で取り付けてもよい。オーバラップ部３３の先端面３４は鍔部２０の潤滑室２３側の側面２４を超えないように、しかし、オーバラップ部３３が鍔部２０のインペラ６側の側面２６と外周面２５を実質的に完全に覆うことができるように、オーバラップ部３３が軸方向に突出する長さを定めて、オーバラップ部３３が鍔部２０の回転による側面２４のオイルの飛散作用を妨げないようにする。
【００１８】
第１実施形態においては、このようにリテーナ１２の中心筒部１７の延長としてオーバラップ部３３を設けるので、鍔部２０の回転によるオイルの飛散作用は従来のものと同様に行われて、シャフト４に沿って軸方向にベアリングハウジング３側からコンプレッサハウジング１側へ伝わるオイルを振り飛ばし、リテーナ１２の外周壁２８によってオイルを集めて、重力によって流下させることにより何の支障もなくオイル排出口２２から排出させることができる。それと同時に、鍔部２０の外周面２５やインペラ６側の側面２６は、シール室１６内の空気を旋回させようとするが、それらの部分がオーバラップ部３３によって覆われて、内部にきわめて小さな空間が形成されているに過ぎないので、実質的に空気の旋回流と呼び得るようなものは発生しない。従って、空気の旋回流による誘引作用によってオイルがシール室１６の中心部分に集まったり、そのオイルがシールリング１８の部分からコンプレッサハウジング１側へ洩れ出るようなこともない。
【００１９】
図２は、図１によって説明した第１実施形態の変形例としての第２実施形態のオイル洩れ防止装置の要部を示したものである。鍔部２０の外周面２５とオーバラップ部３３の内周面３５との間の隙間が狭いほど、そこに空気の旋回流が発生してもシール室１６内のオイルの流れに及ぼす影響が小さくなるので、図２に示す第２実施形態においては、オーバラップ部３３の内周面３５を先端に向かって縮径するテーパー面として形成することにより、オーバラップ部３３の先端と鍔部２０が接触しない程度に、シール室１６に対する鍔部２０の外周面２５とオーバラップ部３３の内周面３５との隙間の開口面積を小さくしている点に特徴がある。これによって、第２実施形態のオイル洩れ防止装置は、第１実施形態のそれよりも更に高いオイル洩れ防止効果を奏する。
【００２０】
図３は、やはり第１実施形態の変形例としての第３実施形態のオイル洩れ防止装置の要部を示すもので、第２実施形態のそれと異なる点は、オーバラップ部３３の内周面３６が、先端に向かって拡径するテーパー面として形成していることである。このようにすることで、鋳造によってオーバーラップ部３３をリテーナ１２と一体のものとして製作するときに、オーバーラップ部３３が鋳型を抜く方向に拡がっているので製作が容易になる。
【００２１】
図４から図６は本発明の第４実施形態としてのオイル洩れ防止装置の構造と、その作動を示したものである。図４又は図５から明らかなように、第４実施形態においては第１実施形態から第３実施形態のオイル洩れ防止装置とは異なって、リテーナ１２とデフレクタ１５によって形成されたシール室１６内に、半径方向とは僅かに異なる方向の１個以上の隔壁３７を設けている点に特徴がある。図５の断面図においてシャフト４の回転方向が矢印２９によって示す方向であれば、隔壁３７を唯１個だけ設ける場合には、図５に示したように隔壁３７をＹ軸とＸ軸によって区画される右下の第２象限の領域に設けるのが最も適当で、それに次ぐものは右上の第１象限の領域に設ける場合である。しかし、本発明を実施する場合には、図５における左下の第３象限や、左上の第４象限の領域に隔壁３７を設けることもあり得る。なお、図４は第１象限又は第４象限に設けた場合を例示している。
【００２２】
半径方向に近い方向に隔壁３７を設けた第１の目的は、前述のように鍔部２０の回転によってシール室１６内に生じる空気の旋回流を強制的に抑止することにあるが、それだけではなく、第２の目的として、鍔部２０によってオイルが振り飛ばされて空気の旋回流と共に隔壁３７に当たるときに、そのオイルと空気の旋回流を可及的に外周方向へ、それもシール室１６の下方へそらして、オイルはオイル排出口２２（図７及び図８参照）の方へ導くことにより、オイルがシール室１６の中心部分へ近づくのを阻止することにある。
【００２３】
従って、隔壁３７は、図５や図６に示すように、シール室１６の半径方向に位置決めされておらず、それに衝突するオイルや空気の旋回流をシール室１６の外周方向へそらすために半径方向に対して若干の角度だけ傾斜している。隔壁３７は、鍔部２０の回転によってオイルの飛散作用と同時に生じる空気の旋回流が隔壁３７に当たる方向（入射方向）、即ち、旋回流の流線が当たる点におけるシャフト４を中心とする円に対する接線方向を示す矢印３８が、隔壁３７の法線３９よりもシール室１６の内周側となるようにするのがよい。それによって、空気の旋回流やその流れに乗って隔壁３７に当たるオイルは中心方向４２に向かうことがなく、外周方向４３へそらされるので、中心部分のシールリング１８等へオイルが回るのを防止することができる。
【００２４】
この場合、図から明らかなように、少なくとも隔壁３７の外周側には、リテーナ１２の外周壁２８との間にオイルを通過させる通路４０を設けるのがよい。通路４０は鍔部２０によって振り飛ばされたオイルが外周壁２８に付着した後に、重力によって外周壁２８伝いにオイル排出口２２の方へ流下するのを許すためのものである。それにより、隔壁３７を設けたことによって外周壁２８の内面にオイルが停滞するのを防止することができる。
【００２５】
このようにして、本発明の第４実施形態のオイル洩れ防止装置は、隔壁３７を設けることによって空気の旋回流を抑制すると共に、中心部分のシールリング１８の付近へオイルが流入するのを阻止して、外部へのオイル洩れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の要部の構造を示す縦断正面図である。
【図２】本発明の第２実施形態の要部の構造を示す縦断正面図である。
【図３】本発明の第３実施形態の要部の構造を示す縦断正面図である。
【図４】本発明の第４実施形態の要部の構造を示す縦断正面図である。
【図５】第４実施形態の要部の構造を示す横断側面図である。
【図６】第４実施形態の作動を示す要部の横断側面図である。
【図７】一般的なターボチャージャの全体構造を示す縦断正面図である。
【図８】図７の一部を拡大して示す縦断正面図である。
【図９】従来例の要部の構造を示す縦断正面図である。
【図１０】従来例の要部の作動を示すもので、図８のＸ−Ｘ線における横断側面図である。
【符号の説明】
１…コンプレッサハウジング
３…ベアリングハウジング
４…シャフト
５…ベアリング
６…インペラ
１０…スラストベアリング
１１…給油孔
１２…リテーナ
１４…カラー
１５…デフレクタ
１６…シール室
１７…リテーナ１２に形成された中心筒部
１８…中心筒部１７に設けられたシールリング
１９…カラー１４に設けられた環状の溝
２０…カラー１４に設けられた鍔部
２２…オイル排出口
２３…潤滑室
２４…鍔部２０の潤滑室２３側の側面
２５…鍔部２０の外周面
２６…鍔部２０のインペラ６側の側面
２７…空気の旋回流を示す矢印
２８…リテーナ１２の外周壁
３０…オイルの滞留部
３３…オーバラップ部
３４…オーバラップ部３３の先端面
３５，３６…オーバラップ部３３の内周面
３７…隔壁
３８…空気の旋回流が当たる方向（円の接線方向）
３９…法線
４０…通路

Claims (3)

1. 過給機のシャフトを支持するベアリング部を潤滑するオイルが前記シャフト伝いにベアリングハウジング側からコンプレッサハウジング側へ洩れ出るのを阻止するために、前記ベアリングハウジングと前記コンプレッサハウジングとの境界部分において前記シャフトに取り付けられて一体として回転するカラーと、前記カラーの少なくとも一部を覆うシール室を形成するために前記コンプレッサハウジング側に取り付けられたリテーナと、同じく前記ベアリングハウジング側に取り付けられたデフレクタと、前記ベアリングハウジング側から前記コンプレッサハウジング側へ軸方向に伝って来たオイルを半径方向に振り飛ばすために前記シール室内において前記カラーに形成された鍔部と、同じく前記カラーに形成された環状の溝と、前記カラーに形成された前記環状の溝に対応して前記リテーナの中心筒部から内側へ突出するように設けられたシールリングと、更に、前記シール室の内部における空気の旋回流を抑制するために、前記シール室内において中心部分から外周方向に向かって取り付けられた１個以上の隔壁とを具えていることを特徴とする過給機のオイル洩れ防止装置。
2. 前記隔壁が、それに衝突する空気の旋回流及び振り飛ばされたオイルを前記シール室の外周方向へそらすように、前記シール室の半径方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載された過給機のオイル洩れ防止装置。
3. 前記隔壁が、前記リテーナの外周壁に沿って流れるオイルを通過させるために、少なくとも外周側において前記リテーナの外周壁の内面との間に通路を形成していることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載された過給機のオイル洩れ防止装置。

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