JP5625517B2 - 過給機 - Google Patents

Description

本発明は、過給機に関するものである。

内燃機関から排出される排気ガスの流動エネルギーを回転駆動力に変換し、該回転駆動力を用いて空気を圧縮して内燃機関に供給することで、内燃機関の性能（出力や燃費等）を向上させる過給機が知られている。このような過給機では、空気を圧縮する圧縮部（コンプレッサ部）に対して回転駆動力を伝達するための回転軸が設けられている。回転軸は軸受を介して軸受ハウジングに回転自在に支持されている。
圧縮部は、回転軸に固定され回転により気体を径方向外側に送り出すインペラと、該インペラを囲んで設けられるコンプレッサハウジングと、インペラを囲む環状のディフューザをコンプレッサハウジングとの間に形成するとともに軸受とインペラとの間に設けられるシールプレート（ハウジング部材）とを備えている。シールプレートは、軸受に供給される潤滑油がインペラ側に漏出することを防止している。

回転するインペラによって圧縮された空気は、温度が上昇する。その高温の空気がディフューザに流れ込み、コンプレッサハウジング及びシールプレートの温度が上昇する。シールプレートの熱が伝わることで、シールプレートの近傍に設けられているインペラの温度が上昇し、インペラの寿命が短くなるという現象が見られた。
熱によってインペラの寿命が短くなることを防止するため、軸受に供給される潤滑油の一部を冷却用液体としてシールプレートのインペラと逆側の面に供給し、シールプレートを冷却することのできる過給機が特許文献１に開示されている。なお、シールプレートと軸受ハウジングとの間には空間が形成され、潤滑油はこの空間内でシールプレートに向けて供給されることから、過給機の外部への潤滑油の漏出は防止されている。

特開２００８−２４８７０６号公報

ところで、過給機の省スペース化や軽量化のために過給機の小型化が要請されており、従来の過給機に比べて軸受ハウジングが大幅に小型化されつつある。しかしながら、軸受ハウジングが小型化するとシールプレートとの間に空間が形成できず、過給機の外部への潤滑油の漏出を防ぎつつ、シールプレートのインペラと逆側の面に潤滑油を供給することが難しいという課題があった。

本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、軸受ハウジングが小型化しても過給機の外部への冷却用液体の漏出を防ぎつつハウジング部材（シールプレート）に対して冷却用液体を供給し、ハウジング部材を冷却できる過給機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明に係る過給機は、軸受に回転自在に支持される回転軸と、該回転軸に固定され回転により気体を径方向外側に送り出すインペラと、該インペラを囲んで設けられるコンプレッサハウジングと、インペラを囲む環状のディフューザをコンプレッサハウジングとの間に形成するとともに軸受とインペラとの間に設けられるハウジング部材とを備える過給機であって、ハウジング部材には、回転軸の軸線方向でディフューザの軸受側に形成される空間と、該空間におけるディフューザ側の内壁面に冷却用液体を供給する供給口とが設けられている、という構成を採用する。
本発明によれば、ハウジング部材に形成される空間内に冷却用液体が供給されるため、過給機の外部への冷却用液体の漏出が防止される。また、空間は回転軸の軸線方向でディフューザの軸受側に形成されているため、空間におけるディフューザ側の内壁面に冷却用液体を供給することで、高温となるディフューザの近傍を効果的に冷却することが可能となる。

また、本発明に係る過給機は、空間が回転軸の軸線周りに環状に形成されている、という構成を採用する。

また、本発明に係る過給機は、内壁面に、該内壁面に付着し鉛直方向下方に向かう冷却用液体の流れを、鉛直方向下方に向かうに従って水平方向外側に向けるリブが設けられている、という構成を採用する。

また、本発明に係る過給機は、内壁面に、該内壁面に付着し鉛直方向下方に向かう冷却用液体の流れを、回転軸の鉛直方向下側に導く第２リブが設けられ、第２リブは、リブと連続して円弧状に配置されている、という構成を採用する。

また、本発明に係る過給機は、内壁面に、該内壁面に付着し鉛直方向下方に向かう冷却用液体の流れを、回転軸の鉛直方向下側に導く第２リブが設けられている、という構成を採用する。

また、本発明に係る過給機は、供給口に冷却用液体を供給する供給流路を備え、供給流路は、軸受に供給される潤滑油の流れから分岐して供給口に接続され、冷却用液体として、潤滑油が用いられる、という構成を採用する。

また、本発明に係る過給機は、供給口が形成されるとともにハウジング部材に着脱自在に設置される供給口部材を備える、という構成を採用する。

本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明によれば、ハウジング部材に形成される空間内に冷却用液体が供給されるため、過給機の外部への冷却用液体の漏出が防止される。そのため、軸受ハウジングが小型化しても過給機の外部への冷却用液体の漏出を防ぎつつハウジング部材に対して冷却用液体を供給でき、ハウジング部材を冷却できるという効果がある。

本発明の第１の実施形態における過給機の構成を示す垂直断面図である。 本発明の第１の実施形態におけるシールプレートの正面図である。 図１のＡ−Ａ線視断面図である。 図３のＢ−Ｂ線視断面図である。 本発明の第２の実施形態におけるシールプレートの垂直断面図である。 本発明の第１の実施形態におけるシールプレートの一変形例を示す垂直断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図１から図６を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

〔第１実施形態〕
図１は、本実施形態における過給機１の構成を示す垂直断面図である。また、図２は、本実施形態におけるシールプレート４６の正面図（図１の紙面左側から見た図）である。
過給機１は、不図示の内燃機関から排出される燃焼ガスの流動エネルギーを回転駆動力に変換し、この回転駆動力を用いて圧縮された空気を内燃機関に供給することで、内燃機関の性能（出力や燃費等）を向上させるものである。図１に示すように、過給機１は、タービン部２と、軸受部３と、コンプレッサ部４とを備えている。タービン部２、軸受部３及びコンプレッサ部４は、一方向に並んで連結されている。

タービン部２は、内燃機関から排出される燃焼ガスの流動エネルギーを回転駆動力に変換するものである。タービン部２は、燃焼ガスの流動を受けて回転する回転翼であるタービンインペラ２１と、タービンインペラ２１をその回転軸線周りで囲んで設けられるタービンスクロール室２２と、タービンインペラ２１を挟んで軸受部３の逆側に設けられるとともに燃焼ガスが排出されるタービン部排出口２３とを備えている。タービンスクロール室２２及びタービン部排出口２３は、タービンハウジング２４に形成されている。

軸受部３は、タービンインペラ２１に固定される回転軸３１を回転自在に支持するものである。回転軸３１は、タービン部２及び軸受部３の連結方向に延びる軸部材であって、スラスト軸受構造５（軸受）及びラジアル軸受構造６を介して軸受ハウジング３２に回転自在に支持されている。軸受ハウジング３２の径方向に関する外形は、従来の軸受ハウジングよりも小さくなっている。スラスト軸受構造５は、回転軸３１をその軸線Ｌ方向で保持しつつ、回転自在に支持するものである。ラジアル軸受構造６は、回転軸３１を径方向で保持しつつ、回転自在に支持するものである。

軸受ハウジング３２には、スラスト軸受構造５及びラジアル軸受構造６に潤滑油を供給するための流路である給油路３３と、スラスト軸受構造５及びラジアル軸受構造６に供給された後の潤滑油が排出される流路である排油路３４とが形成されている。給油路３３は、回転軸３１の鉛直方向上側に設けられ、排油路３４は、回転軸３１の鉛直方向下側に設けられている。

軸受ハウジング３２の外部には、軸受ハウジング３２と別体で成形される給油管３５及び排油管３６が設けられている。給油管３５は、給油路３３に接続して設けられ、給油路３３に向けて潤滑油を供給する管部材である。給油管３５には、不図示の潤滑油供給装置（オイルポンプ等）が接続されている。給油管３５は、コンプレッサ部４に向けて分岐する複数の分岐給油管３５ａ（供給流路）を有している。排油管３６は、排油路３４に接続して設けられ、スラスト軸受構造５及びラジアル軸受構造６に供給された後の潤滑油を外部に向けて排出するための管部材である。排油管３６は、コンプレッサ部４から集合する集合排油管３６ａを有している。なお、給油管３５及び排油管３６は、屈曲自在なチューブ材であってもよい。

コンプレッサ部４は、回転軸３１を介して伝達されるタービン部２の回転駆動力で駆動されて空気を圧縮し、圧縮した空気を不図示の内燃機関に供給するものである。コンプレッサ部４は、コンプレッサインペラ４１（インペラ）と、コンプレッサ部吸入口４２と、ディフューザ４３と、コンプレッサスクロール室４４とを備えている。

コンプレッサインペラ４１は、回転軸３１に固定される回転翼であって、その回転により外部から吸引した空気を圧縮しつつ径方向外側に送り出すものである。コンプレッサ部吸入口４２は、コンプレッサインペラ４１を挟んで軸受部３の逆側に設けられ、コンプレッサインペラ４１に向けて空気が吸入される吸入口である。ディフューザ４３は、コンプレッサインペラ４１をその回転軸線周りで囲んで設けられる環状の流路であって、コンプレッサインペラ４１の回転により圧縮され送り出された空気が導入される流路である。コンプレッサスクロール室４４は、コンプレッサインペラ４１をその回転軸線周りで囲んで設けられる環状の流路であって、ディフューザ４３と連通して設けられ、圧縮された空気が導入されるとともに不図示の内燃機関に向けて圧縮された空気を送り出すための流路である。

コンプレッサ部吸入口４２及びコンプレッサスクロール室４４は、コンプレッサハウジング４５に形成されている。ディフューザ４３は、コンプレッサハウジング４５とシールプレート４６（ハウジング部材）との間に形成されている。シールプレート４６は、スラスト軸受構造５及びラジアル軸受構造６に供給される潤滑油のコンプレッサインペラ４１側への漏出を防止するための部材であるとともに、コンプレッサハウジング４５と軸受ハウジング３２とを互いに連結させるための円板状の部材である。また、シールプレート４６は、スラスト軸受構造５とコンプレッサインペラ４１との間に設けられ、コンプレッサインペラ４１の背面側（コンプレッサ部吸入口４２と逆側）に近接して設置されている。

シールプレート４６には、ディフューザ４３の軸線Ｌ方向でのスラスト軸受構造５側に形成される環状空間４６ａ（空間）と、環状空間４６ａにおけるディフューザ４３側の内壁面４６ｂに潤滑油（冷却用液体）を供給する供給口４６ｃと、環状空間４６ａに供給された潤滑油を排出する排油口４６ｄとが設けられている。
環状空間４６ａは、軸線Ｌ周りに環状に形成され、径方向での幅はディフューザ４３における径方向での幅以上となっている。本実施形態におけるシールプレート４６は鋳造法を用いて成形されており、環状空間４６ａはその鋳造工程において同時に形成される。内壁面４６ｂは環状空間４６ａにおけるディフューザ４３側の壁面であることから、ディフューザ４３に高温の空気が流れ込むことにより、顕著に温度が上昇する箇所である。

供給口４６ｃは、内壁面４６ｂに対向する位置で、回転軸３１の鉛直方向上側に複数形成されている（図２参照）。また、複数の供給口４６ｃには分岐給油管３５ａがそれぞれ接続されており、供給口４６ｃから内壁面４６ｂに向けて潤滑油が吐出されることで、内壁面４６ｂに潤滑油が供給され付着する構成となっている。なお、供給口４６ｃが、内壁面４６ｂの鉛直方向上側に設けられ下方に向けて開口する構成であってもよい。
排油口４６ｄは、内壁面４６ｂに対向する位置で、回転軸３１の鉛直方向下側に形成されている。また、排油口４６ｄには集合排油管３６ａが接続されており、環状空間４６ａに供給された潤滑油が排油口４６ｄ及び集合排油管３６ａを介して排油管３６に排出される構成となっている。

続いて、本実施形態におけるシールプレート４６について、より詳細に説明する。図３は、図１のＡ−Ａ線視断面図である。また、図４は、図３のＢ−Ｂ線視断面図である。
図３に示すように、環状空間４６ａの内周側壁部４６ｅ及び外周側壁部４６ｆは、いずれも回転軸３１周りに環状に形成されている。
内壁面４６ｂには、内壁面４６ｂに付着し鉛直方向下方に向かう潤滑油の流れを変更させる流動変更用リブ４７が壁面から突出して複数設けられている（図４参照）。流動変更用リブ４７は、回転軸３１を挟んだ両側に例えば２本ずつ設けられ、内周側壁部４６ｅに沿った円弧状に配置されている。また、流動変更用リブ４７が内壁面４６ｂに設けられていることで、シールプレート４６の強度が向上している。

流動変更用リブ４７は、第１リブ４７ａ（リブ）と、第２リブ４７ｂとを有している。
第１リブ４７ａは、鉛直方向において回転軸３１の上側に設けられ、内壁面４６ｂに付着し鉛直方向下方に向かう潤滑油の流れを、鉛直方向下方に向かうに従って水平方向外側（回転軸３１から離間する側）に向けるリブである。第１リブ４７ａは円弧状に配置されているが、例えば直線状に配置されていてもよい。
第２リブ４７ｂは、鉛直方向において回転軸３１の下側に設けられ、内壁面４６ｂに付着し鉛直方向下方に向かう潤滑油の流れを、回転軸３１の鉛直方向下側（又は内周側壁部４６ｅの鉛直方向下側）に導くリブである。第２リブ４７ｂは、第１リブ４７ａと連続して円弧状に配置されている。なお、第２リブ４７ｂが、第１リブ４７ａから離間して配置されていてもよい。第２リブ４７ｂは円弧状に配置されているが、例えば直線状に配置されていてもよい。

続いて、本実施形態における過給機１の動作を説明する。
不図示の内燃機関から排出される燃焼ガスがタービン部２のタービンスクロール室２２に流入する。燃焼ガスはタービンスクロール室２２内を回転軸３１の軸線周りで回転しつつタービンインペラ２１に流入する。燃焼ガスの流入によってタービンインペラ２１は回転し、燃焼ガスはタービン部排出口２３を介して過給機１の外部に排出される。

タービンインペラ２１が回転することで、回転軸３１を介して連結固定されるコンプレッサインペラ４１は回転する。コンプレッサインペラ４１が回転すると、コンプレッサ部吸入口４２が負圧となる。そのため、コンプレッサ部４の外部の空気が吸引され、コンプレッサ部吸入口４２を介してコンプレッサインペラ４１に流入する。回転するコンプレッサインペラ４１で空気は圧縮される。圧縮された空気は、ディフューザ４３に流入する。空気が圧縮されることでその温度は上昇し、ディフューザ４３を形成するコンプレッサハウジング４５及びシールプレート４６の温度も上昇する。コンプレッサインペラ４１で圧縮された空気がコンプレッサスクロール室４４を介して、不図示の内燃機関に供給される。圧縮された空気を供給することで、内燃機関の性能（出力や燃費等）を向上させることができる。
以上で、過給機１の動作が完了する。

次に、本実施形態におけるシールプレート４６に対する冷却動作について説明する。
不図示の潤滑油供給装置の駆動により、潤滑油が給油管３５及び給油路３３を介して、スラスト軸受構造５及びラジアル軸受構造６に供給される。スラスト軸受構造５及びラジアル軸受構造６に潤滑油が供給されることで、回転軸３１の円滑な回転が確保される。
また、潤滑油供給装置の駆動により、潤滑油が分岐給油管３５ａを介して供給口４６ｃから内壁面４６ｂに向けて吐出される。図３に示すように、吐出された潤滑油は内壁面４６ｂに付着して鉛直方向下方に向かって流動する。内壁面４６ｂはディフューザ４３側に設けられていることから、ディフューザ４３に高温の空気が流れ込むことにより、顕著に内壁面４６ｂの温度が上昇する。また、内壁面４６ｂに供給される潤滑油の温度よりも、内壁面４６ｂの温度は１００℃以上高くなっている。そのため、潤滑油の供給・付着により、内壁面４６ｂを冷却でき、シールプレート４６の温度を低下させることができる。シールプレート４６の温度が低下することで、コンプレッサインペラ４１に伝わる熱量が少なくなり、コンプレッサインペラ４１の温度上昇が抑制され、結果としてコンプレッサインペラ４１の寿命を伸ばすことが可能となる。

また、内壁面４６ｂには流動変更用リブ４７が設けられていることから、内壁面４６ｂにおいて潤滑油が届きにくい部分にも潤滑油を行き渡らせることが可能となる。
第１リブ４７ａにより、内壁面４６ｂに付着し鉛直方向下方に向かう潤滑油の流れが、鉛直方向下方に向かうに従って水平方向外側に変更される。そのため、潤滑油の届きにくい部分である水平方向外側にも潤滑油が行き渡り、広い範囲で内壁面４６ｂ及びシールプレート４６を冷却することが可能となる。なお、全ての潤滑油の流れが第１リブ４７ａによって変更されるわけではなく、第１リブ４７ａを乗り越えて鉛直方向下方に向かう流れも存在する。

第２リブ４７ｂにより、内壁面４６ｂに付着し鉛直方向下方に向かう潤滑油の流れが、回転軸３１の鉛直方向下側に導かれる。そのため、潤滑油の届きにくい部分である回転軸３１の鉛直方向下側にも潤滑油が行き渡り、広い範囲で内壁面４６ｂ及びシールプレート４６を冷却することが可能となる。なお、全ての潤滑油の流れが第２リブ４７ｂによって変更されるわけではなく、第２リブ４７ｂを乗り越えて鉛直方向下方に向かう流れも存在する。
第２リブ４７ｂを通過した潤滑油は、外周側壁部４６ｆに到達し、排油口４６ｄ及び集合排油管３６ａを介して排油管３６に排出される。

したがって、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、シールプレート４６に形成される環状空間４６ａ内に潤滑油が供給されるため、過給機１の外部への潤滑油の漏出が防止される。そのため、軸受ハウジング３２が小型化しても過給機１の外部への潤滑油の漏出を防ぎつつシールプレート４６に対して潤滑油を供給でき、シールプレート４６を冷却できるという効果がある。

〔第２実施形態〕
本実施形態におけるシールプレート４６Ａを説明する。
図５は、本実施形態におけるシールプレート４６Ａの垂直断面図である。なお、図５において、図１に示す第１の実施形態の構成要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

シールプレート４６Ａは、環状空間４６ａから外部に向けて貫通する複数の貫通孔を有しており、該貫通孔には供給側スペーサ４８（供給口部材）及び排油側スペーサ４９がそれぞれ着脱自在に設置されている。供給側スペーサ４８には供給口４８ａが形成され、排油側スペーサ４９には排油口４９ａが形成されている。また、供給側スペーサ４８及び排油側スペーサ４９は着脱自在にシールプレート４６Ａに設置されているため、供給側スペーサ４８及び排油側スペーサ４９を交換するのみで供給口４８ａ及び排油口４９ａの口径を変更することができる。よって、環状空間４６ａに供給される潤滑油の量、すなわちシールプレート４６に対する冷却能力を容易に調整することができる。

したがって、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、第１の実施形態によって得られる効果に加え、シールプレート４６に対する冷却能力を容易に調整できるという効果がある。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した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、上記実施形態では、環状空間４６ａは軸線Ｌ周りで環状に形成されているが、これに限定されるものではなく、軸線Ｌ方向でディフューザ４３と対応する箇所の少なくとも一部分に設けられればよい。

また、上記実施形態では、内壁面４６ｂを冷却する冷却用液体として潤滑油が使用されているが、これに限定されるものではなく、例えば冷却水等を用いてもよい。

また、上記実施形態では、シールプレート４６，４６Ａは鋳造法を用いて一体的に成形されているが、これに限定されるものではなく、図６に示すように分割構造としてもよい。図６は、第１の実施形態におけるシールプレート４６の一変形例を示す垂直断面図である。
図６に示すように、シールプレート４６Ｂは、第１プレート部材４６ｇと第２プレート部材４６ｈとが接続されてなるものである。第１プレート部材４６ｇと第２プレート部材４６ｈとの接続には、例えばボルト等の締結部材（図示せず）が使用される。第１プレート部材４６ｇと第２プレート部材４６ｈとの接続により、環状空間４６ａが形成される。

１…過給機、３１…回転軸、３５ａ…分岐給油管（供給流路）、４１…コンプレッサインペラ（インペラ）、４３…ディフューザ、４５…コンプレッサハウジング、４６，４６Ａ，４６Ｂ…シールプレート（ハウジング部材）、４６ａ…環状空間（空間）、４６ｂ…内壁面、４６ｃ…供給口、４７ａ…第１リブ（リブ）、４７ｂ…第２リブ、４８…供給側スペーサ（供給口部材）、５…スラスト軸受構造（軸受）、Ｌ…軸線

Claims (6)

1. 軸受に回転自在に支持される回転軸と、該回転軸に固定され回転により気体を径方向外側に送り出すインペラと、該インペラを囲んで設けられるコンプレッサハウジングと、前記インペラを囲む環状のディフューザを前記コンプレッサハウジングとの間に形成するとともに前記軸受と前記インペラとの間に設けられるハウジング部材とを備える過給機であって、
   前記ハウジング部材には、前記回転軸の軸線方向で前記ディフューザの前記軸受側に形成される空間が設けられ、該空間における前記ディフューザ側の内壁面に冷却用液体を供給する供給口が形成された供給口部材と前記空間から前記冷却用液体を排出する排出口が形成された排出口部材とが着脱自在に設置され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、
   前記空間は、前記回転軸の軸線周りに環状に形成されていることを特徴とする過給機。
3. 請求項１又は２に記載の過給機において、
   前記内壁面には、該内壁面に付着し鉛直方向下方に向かう前記冷却用液体の流れを、鉛直方向下方に向かうに従って水平方向外側に向けるリブが設けられていることを特徴とする過給機。
4. 請求項３に記載の過給機において、
   前記内壁面には、該内壁面に付着し鉛直方向下方に向かう前記冷却用液体の流れを、前記回転軸の鉛直方向下側に導く第２リブが設けられ、
   前記第２リブは、前記リブと連続して円弧状に配置されていることを特徴とする過給機。
5. 請求項１から３のいずれか一項に記載の過給機において、
   前記内壁面には、該内壁面に付着し鉛直方向下方に向かう前記冷却用液体の流れを、前記回転軸の鉛直方向下側に導く第２リブが設けられていることを特徴とする過給機。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の過給機において、
   前記供給口に前記冷却用液体を供給する供給流路を備え、
   前記供給流路は、前記軸受に供給される潤滑油の流れから分岐して前記供給口に接続され、
   前記冷却用液体として、前記潤滑油が用いられることを特徴とする過給機。
   

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