JP4826417B2 - 過給器 - Google Patents
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Description
前記ターボチャージャーは、タービンホイールによって排気ガスの圧力を回転力に変換し、タービン軸によってタービンホイールと一体回転するコンプレッサインペラによって、エンジンに送り込む空気を圧縮するように構成されている。タービンホイールは、上述のように高温の排気ガスに直接曝されるため、非常に高い温度になる。温度上昇したタービンホイールの熱は、軸受装置に伝達して軸受装置の温度をも上昇させ、当該軸受装置の潤滑状態を悪化させて焼き付きの原因となり、その耐久性を低下させる。このため、上記過給器では、通常、軸受装置を収納する軸受ハウジング内部に、エンジンオイルや、エンジンの冷却水等を循環させることによって軸受装置を冷却するように構成されている。
また、上記のような冷却機構に加え、タービンホイールと軸受ハウジングとの間に遮熱板を配置し、タービンホイールの熱が軸受ハウジングを介して軸受装置に伝達するのを防止する、といった方策も採られていた(例えば、特許文献1,2参照)。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、タービン軸を支持する軸受装置の温度上昇を効果的に抑制し、耐久性の低下を抑制することができる過給器を提供することを目的とする。
この場合、遮熱部材の固定が容易となる。また、温度が上昇するタービンハウジングと、軸受ハウジングとで遮熱部材を挟持することで、両者間に遮熱部材を介在させることができる。このため、タービンハウジングから軸受ハウジングへの熱伝導の効率を低下させ、この結果、軸受装置に伝達する熱量を減少させることができる。
この場合、低熱伝導材料からなるスリーブによって、タービンホイールからタービン軸への熱伝導の効率を低下させ、タービン軸を介して軸受装置に伝達する熱量を減少させることができる。
この場合、孔部は、タービン軸の一端部の内部で空隙を構成するので、この一端部における実質的な熱容量を減少させることができる。このため、タービンホイールからタービン軸に伝達する熱量を減少させることができ、この結果、軸受装置に伝達する熱量を減少させることができる。
図1において、この過給器1は、自動車のエンジンに用いられる、いわゆるターボチャージャーであり、一端部にエンジンの排気ガスの圧力を回転力に変換するタービンホイール2が固定されるとともに、他端部に空気を圧縮するためのコンプレッサインペラ4が固定されたタービン軸3と、このタービン軸3を回転自在に支持する軸受装置5と、この軸受装置5を内部に収納する軸受ハウジング6とを有している。
軸受装置5は、上記のように中心孔6b1に配置されて、軸受ハウジング6の内部に収納されており、中心孔6b1に挿入されたスリーブ5aと、このスリーブ5aの内周側に軸方向に所定の間隔を空けて配置された一対の転がり軸受5b等によって構成されている。軸受装置5は、この一対の転がり軸受5bによって、タービン軸3を軸線C回りに回転可能に支持している。
また、軸受ハウジング6は、その本体部6aの一端面6a1からタービンホイール2を露出させるとともに、他端面6a2からコンプレッサインペラ4を露出させた状態で、軸受装置5を収納している。
また、本体部6aの内部には、冷却水ジャケット6cの他、軸受装置5に供給するための潤滑油が貯留されたタンク部6dも形成されている。このタンク部6dに貯留された潤滑油は、図示しない潤滑油供給機構によって、軸受装置5に供給できるように構成されている。軸受装置5は、このタンク部6dの潤滑油のみで潤滑される。
一方、第1のフランジ部6eには、本体部6aの一端面6a1で露出するタービンホイール2を囲むタービンハウジング8が固定されている。タービンハウジング8には、エンジンの排気ガスの流路が形成されており、この流路で流速が高められた排気ガスによって、タービンホイール2を回転させる。
また、フランジ部8a、及び第1のフランジ部6eの外周側には、これら両フランジ部8a,6eを突き合わせた状態で両者を固定するクランプ9が装着されている。このクランプ9は、ほぼ全周にわたって両フランジ部8a,6eを軸方向に互いに突き合わせる方向に押し付けており、このクランプ9によって、軸受ハウジング6とタービンハウジング8とは、強固に固定されている。
図2において、タービン軸3の一端部外周面には、タービンホイール2が接触状態で外嵌している小径外周面31が形成されている。また、小径外周面31の軸受ハウジング6側には、傾斜面33を介して繋げられた、小径外周面31よりも大径の大径外周面32が形成されている。
中心孔20の内周面側には、タービン軸3の小径外周面31が接触状態で挿入され溶接等によって固定された軸支持部としての小径内周面21が形成されている。この小径内周面21は、軸方向位置がタービン軸3の小径外周面31とほぼ一致する位置に設けられている。小径内周面21の軸受ハウジング6側には、傾斜面23を介して繋げられた、小径内周面21よりも大径の大径内周面22が形成されている。
この大径内周面22の内径は、タービン軸3の大径外周面32の外径よりも大径に形成されており、大径内周面22と、大径外周面32との間に、円筒状隙間Sを形成している。中心孔20の大径内周面22と、タービン軸3の大径外周面32との間に形成された円筒状隙間Sは、タービン軸3の傾斜面33、及び中心孔20の傾斜面23によって形成される底部から、軸方向に沿って延び、その端部が軸受ハウジング6側に向かって開口している。
なお、空間Kは、この空間Kに存在する空気層によって、排気ガスを受けることで昇温するタービンホイール2から軸受ハウジング6に向かって放射される熱を遮蔽することができる。
また、タービンハウジング8と、軸受ハウジング6とで、折曲部10a3を挟持することで、両者間に折曲部10a3(遮熱部材10)を介在させることができるので、タービンハウジング8から軸受ハウジング6への熱伝導の効率を低下させることができる。このため、タービンハウジング8が排気ガスに曝されることで高い温度となったとしても、当該タービンハウジング8から軸受ハウジング6及び軸受装置5に伝達する熱量を減少させることができる。
円盤部10a1は、その中心にタービン軸3が挿通された孔部10a4が形成されている。この円盤部10a1は、タービンホイール2と軸受ハウジング6との間に配置され、タービンホイール2からの放熱を遮断している。
円盤部10a1の孔部10a4の周縁には、当該周縁を基端として、上記筒状部10bが、軸方向タービンホイール2側に向かって延ばされている。筒状部材10bは、タービン軸3の大径外周面32を覆うように円筒状隙間Sに配置されており、その先端は、円筒状隙間Sを構成している傾斜面23,33の近傍まで延ばされている。このように筒状部材10bは、円筒状隙間Sの軸方向ほぼ全域に亘って配置されており、タービン軸3とタービンホイール2との間を遮熱する。
スリーブ40は、ジルコニア等の低熱伝導材料を用いて形成されており、タービンホイール2とタービン軸3とは、低熱伝導材料からなるスリーブ40を介在して固定されている。このため、本実施形態の過給器1によれば、第1の実施形態のように、小径内周面21と、小径外周面31とを直接接触させて固定した場合と比較して、タービンホイール2からタービン軸3への熱伝導の効率を低下させることができ、その結果、タービン軸3を介して軸受装置5に伝達する熱量をより減少させることができる。
この場合、孔部35は、タービン軸3の一端部の内部で空隙を構成するので、このタービン軸3一端部における実質的な熱容量を減少させることができる。このため、タービンホイール2からタービン軸3に伝達する熱量を減少させることができ、この結果、軸受装置5に伝達する熱量を減少させることができる。
また、図5に示すように、孔部35には、当該孔部35の内部を埋める埋込部材36が挿嵌されていてもよい。この埋込部材36は、ジルコニア等の低熱伝導部材を用いて形成される。この場合においても上記と同様、タービン軸3一端部における実質的な熱容量を減少させることができる。さらに、この埋込部材36によって、孔部35を設けたことによって、薄肉になるタービン軸3一端部の強度が低下するのを抑制できる。
軸孔6a4の内周側には、タービン軸3におけるタービンホイール2と軸受装置5との間に位置する中間部60が位置している。この中間部60には、上述の中空室61が形成されている。中空室61は、タービン軸3の端面から軸心に沿って形成された孔部64の開口をプラグ65によって閉塞することで形成される。
また、中間部60には、軸方向が開口部52と一致する周溝62がその外周面に形成されるとともに、この周溝62の底部と、中空室61とを連通する多数の連通孔63が周方向に並べて形成されている。
さらに本体部6aの内部には、軸孔6a4の内周面に開口する開口部71と、本体部6aの外部に開口する開口部72とを有する排気通路70が形成されている。開口部71は、軸孔6a4において、開口部52に対して軸方向位置がほぼ同一でかつ軸心を挟んだ反対側に設けられている。
なお、周溝62の軸方向両側には、圧縮空気が軸受装置5や、タービンホイール2側に洩れないようにシール部材が設けられている。
また、本参考例では、中間部60に導かれる圧縮空気を、中空室61の内側面に接触させることができるため、中間部60に対して、圧縮空気が接触する接触面積を増加させることができる。このため、より効果的に中間部60を冷却でき、軸受装置5に伝達する熱量をさらに減少させることができる。
また、上記参考例において、圧縮空気を導入する態様については図示の形態に限定されるものではなく、圧縮空気をタービン軸に導くことができればいかなる態様でもよい。また、参考例においては、タービンホイール2とタービン軸3とを一体に形成したが、図7に示すように、第1の実施形態と同様に、タービンホイール2とタービン軸3とを別体とし、両者の間に円筒状隙間Sを形成した構成とすることもできる。
2 タービンホイール
3 タービン軸
4 コンプレッサインペラ
5 軸受装置
6 軸受ハウジング
6a1 一端面
8 タービンハウジング
10 遮熱部材
10a 本体部
10b 筒状部
20 中心孔
21 小径内周面(軸支持部)
34 先端面
35 孔部
36 埋込部材
40 スリーブ
50 送風通路
60 中間部
61 中空室
S 円筒状隙間
Claims (5)
- 回転中心と同心の中心孔が設けられたタービンホイールと、
前記中心孔に挿入されるとともに、一端部が前記中心孔に設けられた軸支持部に固定されたタービン軸と、
前記タービン軸を回転自在に支持する軸受装置と、
軸方向一端面から前記タービンホイールを露出させた状態で、前記軸受装置を内部に収納した軸受ハウジングと、
前記軸受ハウジングの軸方向一端面に固定され前記タービンホイールを囲うタービンハウジングと、を備えた過給器であって、
前記中心孔と、前記タービン軸の外周面との間に、一端が前記軸受ハウジング側に向かって開口する円筒状隙間が形成されており、
前記軸受ハウジングの軸方向一端面と、前記タービンホイールとの間に配置されて両者間を遮熱する本体部と、この本体部から前記タービン軸の外周側を覆うように前記円筒状隙間に配置され、前記タービン軸と前記タービンホイールとの間を遮熱する筒状部と、を有する遮熱部材をさらに備えていることを特徴とする過給器。 - 前記遮熱部材の本体部の外周縁が、前記軸受ハウジングの一端面外周部と前記タービンハウジングの一端面外周部との間で挟持されている請求項1に記載の過給器。
- 前記中心孔と、前記タービン軸の外周面との間に、低熱伝導率材料からなるスリーブを介在している請求項1に記載の過給器。
- 前記タービン軸の一端部には、当該タービン軸の一端面に開口し軸方向に延びる孔部が形成されている請求項1に記載の過給器。
- 前記孔部には、低熱伝導材料からなり当該孔部内部を埋める埋込部材が挿嵌されている請求項4に記載の過給器。
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