JP4821765B2 - 過給機 - Google Patents

Description

本発明は、タービンハウジングとコンプレッサハウジングとの間に位置するベアリングハウジングに供給されたオイルがタービンハウジング内へ漏出することを防止した過給機に関するものである。

周知のように、過給機は、タービンとコンプレッサとが同一回転軸上に配置され、タービン内のタービンインペラとコンプレッサ内のコンプレッサインペラが駆動シャフトで連結されて、タービンインペラが排気ガス等により回動すると駆動シャフトを介してコンプレッサインペラが回動し、空気等が圧縮されるように構成されている。また、タービンとコンプレッサとの間に配置されて駆動シャフト等を収容するベアリングハウジング内においては、駆動シャフトやこれを軸支するベアリングを円滑に回転させると共にこれらを冷却するためにオイルが供給されるが、前記オイルが駆動シャフトの周辺からタービン内に漏出して過給機の性能が低下しないように種々の対策がなされている。

例えば、下記特許文献１に記載される過給機（所謂オイルジェット方式）は、ベアリングハウジングの内部に、回転軸を支持する軸支持部と、ベアリングハウジング上部に設けられたオイル供給孔に連通して駆動シャフトの軸方向に延在するオイル給油孔と、タービンハウジング側の上部の上部冷却用空間と、タービンハウジングのシール部手前の回転軸の外周に設けられたスリンガーを囲むタービン側シール空間とが備えられ、オイル供給孔から上部冷却用空間へ連通するオイルジェット孔を斜め上方に向けて穿設している。すなわち、オイルジェット孔を斜め上方に向けて穿設することで、タービン側シール空間を広く取ることができるようにし、タービン側シール空間を構成する壁面に反射してシール部に達するオイル量を減らして、ベアリングハウジングからタービンハウジング内へのオイルの漏出を防止している。

また、下記特許文献２に記載されるシール構造は、コンプレッサハウジングとベアリングハウジングとを区画するシーリングブレートにラビリンス構造を採用したものであって、コンプレッサ側に位置する第一の板状体とタービン側に位置する第二の板状体によって内部に空隙部を形成した中空円盤形のラビリンスブレートをコンプレッサハウジングとベアリングハウジングとの間に設けたものである。この構成により、各板状体における雰囲気温度差を利用してラビリンスブレードを軸方向に湾曲させて、シャフトの外周面とラビリンスブレードの円孔部とのクリアランスを調整してオイルの漏出を防止している。
なお、下記特許文献１、２のようにオイル漏出を防止する技術として下記特許文献３から５のものがある。
特開平７−１７４０２９号公報 特開平７−１１９４７７号公報 特開２００４−６８８２０号公報 特開平１１−２１３６号公報 特開２００６−８３７７９号公報

ところで、上記特許文献１に記載される過給機のように、上部冷却用空間が設けられる構成のものでは、円弧状の仕切部によって上部冷却用空間とタービン側シール空間とを仕切って、仕切部の周方向端部近傍において上部冷却用空間と下部の空間を連通させるのが一般であるが、過給機１を高回転で稼働させると仕切部の両端部近傍におけるオイルが駆動シャフト及びスリンガーの旋風等によってタービン側シール空間に巻き込まれて、タービンハウジングのシール部に至りタービン内に漏出してしまうという問題があった。
また、上記特許文献２におけるシール構造は、その構成が複雑なものであるので、スペース上の制約がある小型の過給機に採用することが難しく、また、採用したとしても装置全体が大形化してしまうと共に、製作コスト及び製作工程的に不利であるという問題があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、簡易な構成でタービン内へのオイルの漏出を防止し、オイル漏出によって性能が損なわれることがない過給機を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、ベアリングハウジングを中に挟んでこの両側にタービンハウジングとコンプレッサハウジングとが設けられ、これら各ハウジングの内部に駆動シャフトが挿通され、前記タービンハウジング内における前記駆動シャフトにタービンインペラが設けられると共に前記コンプレッサハウジング内における前記駆動シャフトにコンプレッサインペラが設けられ、前記ベアリングハウジング内における冷却又は潤滑用のオイルを流通させる流路の一部が前記タービンハウジング側上部に備えられたオイル冷却室により形成され、前記オイル冷却室と前記駆動シャフト周囲のタービン側シール空間とを仕切る略円弧状の仕切部が設けられ、前記上部冷却室のオイルが前記仕切部の周方向における両端部近傍から流出する過給機において、前記両端部のうち、少なくとも一方が、前記駆動シャフトの反対側のベアリングケーシング内壁面に近接する近接端部となっていることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の過給機において、前記近接端部近傍におけるオイルの流出方向は、前記駆動シャフトの回転方向と反対方向であることを特徴とするものである。

本発明によれば、ベアリングハウジング内のオイルの流路の一部を形成するオイル冷却室とタービン側シール空間とを仕切る仕切部の両端部の少なくとも一方が、駆動シャフトの反対側のベアリングケーシング内壁面に近接する近接端部となっているので、近接端部近傍のタービン側オイルシール空間が広くなり、また、オイルが流出する位置が駆動シャフトから離間して、オイル冷却室から流れ出るオイルがタービン側シール空間に巻き込まれることがない。これにより、簡易な構成でタービン内へのオイルの漏出を防止することができ、性能が損なわれることのない過給機を提供することができる。

また、本発明によれば、近接端部近傍におけるオイルの流出方向が、駆動シャフトの回転方向と反対方向であるので、オイルを巻き込み易い端部近傍におけるオイルの巻き込みを防止して、効率的にタービン内へのオイルの漏出を防止することができる。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態である過給機１の全体構成を示す断面図であり、図２は、過給機１の一部拡大図である。なお、この過給機１は、所謂オイルリターン方式の過給機であり、車両の内燃機関に適用されるものである。

図１に示すように、過給機１は、タービンインペラ２と、コンプレッサインペラ３と、これらタービンインペラ２とコンプレッサインペラ３とが固定された駆動シャフト４と、これらを収容するハウジング５とから概略構成されている。

タービンインペラ２と駆動シャフト４とは溶接により一体化され、コンプレッサインペラ３と駆動シャフト４とはナット６を介して結合されている。また、ハウジング５は、タービンインペラ２が収容されるタービンハウジング７と、駆動シャフト４のベアリング等が収容されるベアリングハウジング８と、ベアリングハウジング８とコンプレッサハウジング１０とを区画するシールプレート９と、コンプレッサインペラ３が収容されるコンプレッサハウジング１０とが順に連結された構成からなる。

過給機１は、駆動シャフト４とこれを支持するベアリング等とを円滑に摺動させるため、また、これらとハウジング５とを冷却させるために、ベアリングハウジング８の内部にオイルＯが給油される。そのため、ベアリングハウジング８の上部には、外部からオイルＯを供給するための給油口１１が、ベアリングハウジング８の下部には、内部からオイルＯを排出するための排油口１２が備えられている。なお、図中は破線の矢印は、オイルＯの流れを示している。

ベアリングハウジング８の内部には、駆動シャフト４が挿通されてコンプレッサ側の径が大きく形成される軸支持部１３と、この軸支持部１３の周囲を取り巻く排油室１４と、軸支持部１３の上部においてこの軸支持部１３に沿って穿孔されて、給油口１１に直交するように連通する第一給油孔１５とが備えられている。

軸支持部１３には、タービン側にフローティングメタル（ベアリング）１６が、コンプレッサ側にフローティングメタル１７が設けられている。このフローティングメタル１６，１７は、周面に複数の貫通孔を備える円筒部材であり、これらを介して駆動シャフト４がラジアル方向に支持され、回動可能になっている。すなわち、後述の第二給油孔２２及び第三給油孔２３からフローティングメタル１６，１７にオイルＯが供給されるとフローティングメタル１６，１７と軸支持部１３との間及び駆動シャフト４とフローティングメタル１６，１７との間にオイルＯが行き渡り、高い回転数でも駆動シャフト４を円滑に回転させることが可能である。なお、フローティングメタル１６，１７は、軸支持部１３に設けられるリテーニングリング１６ａや軸受スペーサ１７ａ等により軸方向に移動ができないようになっている。

排油室１４は、排油口１２に連通する下部排油空間１８、軸支持部１３のタービン側の上部を囲む上部冷却用空間１９、駆動シャフト４とタービンインペラ２との接続部外周に設けられたスリンガー２０を囲むタービン側シール空間２１を備えている。

図３は、図２におけるIII−III断面図であり、図４は、過給機１の一部断面図である。
図３に示すように、上部冷却用空間（上部冷却室）１９は、駆動シャフト４，軸支持部１３（図２参照）及びスリンガー２０を円弧状に囲繞するようにベアリングハウジング８の上部に備えられた空間である。上部冷却用空間１９は、タービン側に断面が略円弧状の仕切部１９ａが設けられることによって、タービン側シール空間２１と仕切られ、仕切部１９ａの周方向の近接端部１９ｂ、端部１９ｃに沿って形成された長孔１９Ｂ，１９Ｃを介して上部冷却用空間１９と下部排油空間１８とが連通するようになっている。また、図４に示すように、上部冷却用空間１９のコンプレッサ側において、後述のオイル戻し孔２５と連通している。

仕切部１９ａの近接端部１９ｂは、端部１９ｃよりもベアリングハウジング内壁面８ｃに近接するように形成されたものであり、近接した長さ分だけ長孔１９Ｂが長孔１９Ｃよりも小さいものとなっている。

タービン側シール空間２１は、上記仕切部１９ａによって形成される半円弧状のものであり、スリンガー２０の上側半分ほどを囲繞するように、上部冷却用空間１９と下部排油空間１８との間に備えられたものである。なお、スリンガー２０は、コンプレッサ側からタービン側に向かって駆動シャフト４を伝わってきたオイルＯをその半径方向に吹き飛ばすものである。

このような構成により、上記仕切部１９ａは、スリンガー２０及び後述のシール部４０を避けるようにして上部冷却用空間１９のオイルＯを下部排油空間１８に排出させると共に、スリンガー２０によりその半径方向の上側に吹き飛ばされたオイルＯを駆動シャフト４側の壁面に衝突させた後に下部排油空間１８へと流下させる。

第一給油孔１５は、第一給油孔１５からフローティングメタル１６，１７へオイルＯを供給する第二給油孔２２及び第三給油孔２３と、フローティングメタル１６，１７に供給されたオイルＯを下部排油空間１８へと排出させる排油穴２４とが備えられている。

図５は、図２におけるＶ−Ｖ断面図であり、図４は、図３におけるVI−VI断面図である。ベアリングハウジング８の内部には、スラストベアリング取付面８ａ中央付近から上部冷却用空間１９に向けて斜めに連通するオイル戻し孔２５ａ，２５ｂが備えられている。このオイル戻し孔２５ａ，２５ｂは、駆動シャフト４の回転中心軸から同一の距離に、かつ、上下方向において同一の位置に開口している。

図１及び図２に戻って、駆動シャフト４のスラスト方向の荷重は、タービン側スラストベアリング（以下、「Ｔ側スラストベアリング」という。）２６、スラストカラー２７及びコンプレッサ側スラストベアリング（以下、Ｃ側スラストベアリングという。）３０により支持される。

Ｔ側スラストベアリング２６は、軸支持部１３にコンプレッサ側から取り付けられたものであり、フローティングメタル１７のコンプレッサ側端面及びベアリングハウジング８の平面８ｂに当接されるように配置される。
また、駆動シャフト４に固定されたスラストカラー２７は、Ｃ側スラストベアリング３０が、不図示のネジにより、スラストベアリング取付面８ａに固定されることにより、Ｔ側スラストベアリング２６とＣ側スラストベアリング３０に挟まれるようにして配置される。
すなわち、スラストカラー２７が駆動シャフト４に生じる軸方向の荷重をＴ側スラストベアリング２６とＣ側スラストベアリング３０とに伝え、Ｔ側スラストベアリング２６とＣ側スラストベアリング３０が駆動シャフト４に加わる空気圧力、ガス圧力や振動による軸方向の力を支える構成となっている。

図７は、Ｃ側スラストベアリング３０を示す図であって、図７（ａ）は上面図、図７（ｂ）は正面図、図７（ｃ）は図７（ａ）におけるｃ−ｃ断面図であり、図８は、図７（ａ）におけるVIII−VIII断面図である。

図７（ａ）に示すように、Ｃ側スラストベアリング３０はディスク状の部材であり、内面３１及び外面３２の中心付近には、後述の油きり４２を介して駆動シャフト４が挿入される挿入孔３３が貫通している。また、内面３１には外周側に位置してベアリングハウジング８のスラストベアリング取付面８ａに密接する当接面３１ａと、挿入孔３３の周囲に位置しスラストカラー２７に当接してこれと摺動する４つのパッド３１ｂとが設けられている。

当接面３１ａの上部には、Ｃ側スラストベアリング３０の外周に沿って略半円弧状に第一オイル溝３４が形成されており、小判形状の溝であって第一オイル溝３４よりも深い溝を有するポケット溝３５（３５ａ，３５ｂ）が第一オイル溝３４に沿ってほぼ等間隔に５つ設けられている。この５つのポケット溝３５のうち、Ｃ側スラストベアリング３０の上部であって、第一給油孔１５（図５参照）に対応した位置に設けられるポケット溝３５ａ以外のポケット溝３５ｂには、図７（ａ）及び図８に示すように、パッド３１ｂに連通するオイル供給口３６が設けられている。
また、図７（ａ）に示すように、当接面３１ａの下部には扇形状に、図６に示すように、厚さ方向にテーパ状に形成されたオイル貯留部３７が設けられている。

パッド３１ｂは、スラストカラー２７と当接してこれと摺動する扇形のものであり、各パッド３１ｂの摺動面には上記オイル供給口３６が開口し、各パッド３１ｂ間には二段に形成された溝が設けられている。

当接面３１ａとパッド３１ｂの間には、略円弧状に第二オイル溝３８が形成されており、上記オイル貯留部３７と各パッド３１ｂ間の４つの溝とに連通している。また、第二オイル溝３８には、上記ベアリングハウジング８における２つのオイル戻し孔２５ａ，２５ｂの流出口２５ａ，２５ｂに対応する位置に、その面積を大きくした２つの通油溝３８ａ，３８ｂが備えられている。

このＣ側スラストべアリング３０は、図７（ａ）に示すように、スラストベアリング取付面８ａに当接することで、ベアリング流路ｒを形成する。すなわち、ベアリング流路ｒは、第一給油孔１５からスラストベアリング３０のポケット溝３５ａに供給されたオイルＯが、第一オイル溝３４を経て各ポケット溝３５ｂに至った後に、各ポケット溝３５ｂに形成されたオイル供給口３６に流入してパッド３１ｂのオイル供給口３６から流出し、主に各パッド３１ｂ間に形成された二段に形成された溝を経由して、第二オイル溝３８とオイル貯留部３７とが形成する環状の流路を流れる一連の流路である。

また、上記に示した構成により、ベアリングハウジング８内には、第一流路Ｒ１及び第二流路Ｒ２が形成されている。
第一流路Ｒ１は、図２に示すように、給油口１１から給油されて第一給油孔１５に至ったオイルＯが、第二給油孔２２及び第三給油孔２３を経た後に軸支持部１３に流入して、排油穴２４を介して下部排油空間１８に至り排油口１２から排出されるものである。
第二流路Ｒ２は、第一給油孔１５のコンプレッサ方向に流れたオイルＯがスラストベアリング３０とベアリングハウジング８とにより形成されるベアリング流路ｒを経た後にオイル戻し孔２５に流入して上部冷却用空間１９に至り、長孔１９Ｂ，１９Ｃから下部排油空間１８に流れ落ちて排油口１２から排出されるものである。

図１に戻って、符号４０はベアリングハウジング８のタービン側に形成されたシール部であり、４１はベアリングハウジング８のコンプレッサ側に形成されたシール部である。
シール部４０は、スリンガー２０に形成された溝部４２とベアリングハウジング８に固定されたシールリング４３とによって、コンプレッサ内部にオイルＯが漏出しないようになっている。

次に、上記の構成からなる過給機１の動作について説明する
内燃機関の比較的高温な排ガスによりタービンインペラ２が回転すると、その回転力が駆動シャフト４を介してコンプレッサインペラ３に伝達される。そして、コンプレッサインペラ３の回転に伴って圧縮された空気が内燃機関に供給される。駆動シャフト４の回転数は、例えば数万〜数１０万ｒｐｍである。

タービンインペラ２の回転と共に、車両が備える不図示の圧力装置によりベアリングハウジング８の内部にオイルＯが供給される。
まず、オイルＯは、図１及び図２に示すように、給油口１１に流入した後に第一給油孔１５に至り、その流れは第一流路Ｒ１及び第二流路Ｒ２に分かれる。第一流路Ｒ１に流れたオイルＯは、上述したように、第二給油孔２２及び第三給油孔２３を経て、軸支持部１３に流入した後に排油穴２４を介して下部排油空間１８に至り排油口１２から排出される。

一方、第二流路Ｒ２に流れたオイルＯは、図７（ａ）に示すように、第二流路Ｒ２の一部であるベアリング流路ｒを経て、ベアリングハウジング８のオイル戻し孔２５ａ，２５ｂにほぼ同一の量だけ流入し、上部冷却用空間１９に流入する。

上部冷却用空間１９に流入したオイルＯは、図３に示すように仕切部１９ａの上面をその周方向の長孔１９Ｂ，１９Ｃに向かって、ベアリングハウジング８を冷却しながら流れていく。
そして、近接端部１９ｂ及び端部１９ｃに達したオイルＯは、オイルＯがタービン側シール空間２１に巻き込まれることはなく、下部排油空間１８に流れ落ち、排油口１２から排出される（図１、図２参照）。

このようにして、過給機１は安定して稼働し、コンプレッサインペラ３の回転に伴って圧縮された空気が内燃機関に安定して供給される。

以上説明したように、過給機１によれば、仕切部１９ａの両端部の一方が近接端部１９ｂとなっているので、オイル冷却室１９から流れ出るオイルＯがタービン側シール空間２１に巻き込まれてシール部４０に至ることがない。すなわち、仮に両端部が端部１９ｃのように駆動シャフト４側に設けられていると、駆動シャフト４及びスリンガー２０が高回転であるために、この回転に伴う旋風等によりオイルＯがタービン側シール空間２１に巻き込まれ、スリンガー２０のタービン側に付着してシール部４０に至ったり、シール部４０に吹き飛ばされたりして、シール部４０からオイルＯが漏出してしまう。

しかしながら、過給機１によれば、仕切部１９ａの一方が近接端部１９ｂとなっているので、タービン側シール空間２１が広くなり、また、オイルＯが流出する位置が駆動シャフト４から離間して、駆動シャフト４及びスリンガー２０の回転に伴う旋風等によってもオイル冷却室１９から流れ出るオイルＯがタービン側オイル空間２１に巻き込まれることがない。

また、仕切部１９ａの両端部のうち、オイルＯが駆動シャフト４の回転方向に逆らうようにして流れ落ちる一方が近接端部１９ｂとなっているので、オイルＯの巻き込みを効率的に防止することができる。すなわち、オイルＯが流れ落ちる方向が駆動シャフト４の回転方向と反対方向の場合には、スリンガー２０等の回転に伴う旋風等の方向に逆らうことになりオイルＯがタービン側シール空間２１に巻き込まれ易い。一方、オイルＯが駆動シャフト４の回転方向と同じ方向に流れ落ちる場合には、オイルＯがスリンガー２０等の回転に伴う旋風等の方向に逆行しないので、オイルＯはそのまま流れ落ちてタービン側シール空間２１に巻き込まれにくい。従って、オイルＯが駆動シャフト４の回転方向と反対方向に流れ落ちる一方の端部を近接端部１９ｂとすれば、オイルＯの巻き込みを効率的に防止することができ、高い効果でオイルの漏出を防止することが可能となる。

なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上記実施形態においては、仕切部１９ａの両端部のうち一方を近接端部１９ｂとしたが、他方の端部１９ｃを近接端部としても一定の効果が期待できる。もちろん両端部を近接端部として形成してもよい。

また、上記実施形態においては、所謂オイルリターン方式に本発明を適用したが、所謂オイルジェット方式に適用してもよい。

本発明の一実施形態における過給機１の全体構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態における過給機１の一部拡大図である。 本発明の一実施形態における過給機１の断面図であって、図２におけるIII−III断面図である。 本発明の一実施形態における過給機１の一部断面図である。 本発明の一実施形態における過給機１の断面図であって、図２におけるＶ−Ｖ断面図である。 本発明の一実施形態における過給機１の断面図であって、図５におけるVI−VI断面図である。 本発明の一実施形態における過給機１のＣ側スラストベアリング３０を示す図である。 本発明の一実施形態におけるＣ側スラストベアリング３０の断面図であって、図７におけるVIII−VIII断面図である。

符号の説明

１…過給機
２…タービンインペラ
３…コンプレッサインペラ
４…駆動シャフト
７…タービンハウジング
８…ベアリングハウジング
１０…コンプレッサハウジング
１９…上部冷却用空間
１９ａ…仕切部
１９ｂ…近接端部
１９ｃ…端部
２１…タービン側シール空間
Ｏ…オイル
Ｒ１…第一流路（流路）
Ｒ２…第二流路（流路）
ｒ…ベアリング流路（流路）

Claims (2)

1. ベアリングハウジングを中に挟んでこの両側にタービンハウジングとコンプレッサハウジングとが設けられ、これら各ハウジングの内部に駆動シャフトが挿通され、前記タービンハウジング内における前記駆動シャフトにタービンインペラが設けられると共に前記コンプレッサハウジング内における前記駆動シャフトにコンプレッサインペラが設けられ、
   前記ベアリングハウジング内における冷却又は潤滑用のオイルを流通させる流路の一部が前記タービンハウジング側上部に備えられたオイル冷却室により形成され、
   前記オイル冷却室と前記駆動シャフト周囲のタービン側シール空間とを仕切る略円弧状の仕切部が設けられ、前記上部冷却室のオイルが前記仕切部の周方向における両端部近傍から流出する過給機において、
   前記両端部のうち、少なくとも一方が、前記駆動シャフトの反対側のベアリングケーシング内壁面に近接する近接端部となっていることを特徴とする過給機。
2. 請求項１に記載の過給機において、
   前記近接端部近傍におけるオイルの流出方向は、前記駆動シャフトの回転方向と反対方向であることを特徴とする過給機。

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