JP5625645B2

JP5625645B2 - シール構造及び過給機

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Publication number: JP5625645B2
Application number: JP2010199822A
Authority: JP
Inventors: 貴之塩屋; 祐一大東; 寛采浦
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2030-09-07
Also published as: JP2012057507A

Description

本発明は、車両用過給機等の過給機におけるインペラ側からベアリング側への排気ガス等のガスの流入を抑制するシール構造等に関する。

一般に、車両用過給機等の過給機は、ベアリングハウジングにベアリングを介して回転可能に設けられたロータ軸（タービン軸）と、ロータ軸の一端部に一体的に連結されかつ排気ガスの圧力のエネルギーを利用して回転力を発生させるタービンインペラと、ロータ軸の他端部に一体的に連結されかつ遠心力を利用して空気を圧縮するコンプレッサインペラとを備えている。また、近年、過給機の性能向上を図るために種々の開発がなされており、その一環として、タービンインペラ側からベアリング側への排気ガスの流入を抑制するシール構造について開発されている（特許文献１参照）。そして、先行技術に係るシール構造の構成等について説明すると、次のようになる。

ベアリングハウジングの一側部には、ロータ軸を嵌挿可能な嵌挿穴が形成されている。また、ロータ軸の外周面には、第１周溝（第１リング溝）が嵌挿穴の内周面に対向して形成されており、ロータ軸の外周面における第１周溝よりもタービンインペラ側には、第２周溝（第２リング溝）が嵌挿穴の内周面に対向して形成されている。そして、第１周溝と第２周溝によって、環状の仕切壁が区画形成されている。

第１周溝には、第１シールリングが嵌入されており、この第１シールリングの外周面は、第１シールリングの弾性力によって嵌挿穴の内周面に圧接してあって、第１シールリングのベアリング側の端面は、排気ガスの圧力によって第１周溝のベアリング側の内壁面に押付けられようになっている。また、第２周溝には、第２シールリングが嵌入されており、この第２シールリングの外周面は、第２シールリングの弾性力によって嵌挿穴の内周面に圧接してあって、第２シールリングのベアリング側の端面は、排気ガスの圧力によって第２周溝の前記ベアリング側の内壁面に押付けられるようになっている。

嵌挿穴の内周面には、第１シールリングのベアリング側への移動を規制するストッパ壁が形成されている。また、ロータ軸における第１シールリングと第２シールリングとの間には、第２シールリングのベアリング側への移動を規制する中間リングが嵌装されている。

従って、第１シールリングの外周面が第１シールリングの弾性力によって嵌挿穴の内周面に圧接してあって、第１シールリングのベアリング側の端面が排気ガスの圧力によって第１周溝のベアリング側の内壁面に押付けられようになっているため、第１シールリングによって嵌挿穴と第１周溝との間をシールすることができる。また、第２シールリングの外周面が第２シールリングの弾性力によって嵌挿穴の内周面に圧接してあって、第２シールリングのベアリング側の端面が排気ガスの圧力によって第２周溝のベアリング側の内壁面に押付けられるようになっているため、第２シールリングによって嵌挿穴と第２周溝との間をシールすることができる。これにより、過給機の運転中に、タービンインペラ側からベアリング側への排気ガスの流入を抑制することができる。

ここで、過給機の運転中に、第１シールリングのベアリング側の端面及び第２シールリングのベアリング側の端面が摩耗しても、ストッパ壁によって第１シールリングのベアリング側への移動が規制されかつ中間リングによって第２シールリングのベアリング側への移動が規制されることにより、第１シールリング及び第２シールリングの摩耗の進行を抑えることができ、シール構造のシール性を長期に亘って十分に確保することができる。

特開２００８−２８６０７９号公報

ところで、前述のように、第１シールリング及び第２シールリングの摩耗の進行を抑えて、シール構造のシール性を長期に亘って十分に確保するには、嵌挿穴の内周面に形成されたストッパ壁の他に、ロータ軸における第１シールリングと第２シールリングとの間に嵌装された中間リングが必要になる。そのため、シール構造の部品点数が増えて、シール構造の構成が複雑化すると共に、過給機の組立作業が煩雑化するという問題がある。

そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成のシール構造等を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴は、ベアリングハウジングにベアリングを介して回転可能に設けられたロータ軸と、前記ロータ軸の端部に一体的に連結されたインペラとを備えた過給機に用いられ、前記インペラ側から前記ベアリング側へのガスの流入を抑制するシール構造であって、前記ベアリングハウジングの側部に前記ロータ軸を嵌挿させるための嵌挿穴が形成され、前記ロータ軸の外周面に第１周溝が前記嵌挿穴の内周面に対向して形成され、前記ロータ軸の外周面における前記第１周溝よりも前記インペラ側に第２周溝が前記嵌挿穴の内周面に対向して形成され、前記第１周溝と前記第２周溝によって環状の仕切壁が区画形成され、前記第１周溝に第１シールリングが嵌入され、前記第１シールリングの外周面が前記第１シールリングの弾性力によって前記嵌挿穴の内周面に圧接し、前記第１シールリングの前記ベアリング側の端面がガスの圧力によって前記第１周溝の前記ベアリング側の内壁面に押付けられようになっており、前記第２周溝に第２シールリングが嵌入され、前記第２シールリングの外周面が前記第２シールリングの弾性力によって前記嵌挿穴の内周面に圧接し、前記第２シールリングの前記ベアリング側の端面がガスの圧力によって前記第２周溝の前記ベアリング側の内壁面に押付けられるようになっており、前記嵌挿穴の内周面に前記第１シールリングの前記ベアリング側への移動を規制するストッパ壁が形成され、前記ストッパ壁が前記第１周溝よりも前記ベアリング側に位置し、前記第１シールリングの幅と前記第２シールリングの幅の合計幅は、前記ストッパ壁の前記インペラ側の壁面から前記第２周溝の前記ベアリング側の内壁面までの所定の軸方向の長さよりも長く設定され、前記合計幅から前記所定の軸方向の長さを引いた差分と、前記第２シールリングの幅との比が０．２〜０．５に設定されていることを要旨とする。

ここで、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「インペラ」とは、ガスの圧力のエネルギーを利用して回転力を発生させるタービンインペラ、遠心力を利用してガスを圧縮するコンプレッサインペラを含む意であって、「ガス」とは、排気ガス、空気（圧縮空気）等を含む意である。また、「形成され」とは、直接的に形成されたことの他に、別部材を介して間接的に形成されたことを含む意である。

第１の特徴によると、前記第１シールリングの外周面が前記第１シールリングの弾性力によって前記嵌挿穴の内周面に圧接してあって、前記第１シールリングの前記ベアリング側の端面がガスの圧力によって前記第１周溝の前記ベアリング側の内壁面に押付けられようになっているため、前記第１シールリングによって前記嵌挿穴と前記第１周溝との間をシールすることができる。また、前記第２シールリングの外周面が前記第２シールリングの弾性力によって前記嵌挿穴の内周面に圧接してあって、前記第２シールリングの前記ベアリング側の端面がガスの圧力によって前記第２周溝の前記ベアリング側の内壁面に押付けられるようになっているため、前記第２シールリングによって前記嵌挿穴と前記第２周溝との間をシールすることができる。これにより、前記過給機の運転中に、前記インペラ側から前記ベアリング側へのガスの流入を抑制することができる。

ここで、前記ストッパ壁が前記第１周溝よりも前記ベアリング側に位置し、前記第１シールリングの幅と前記第２シールリングの幅の合計幅が前記所定の軸方向の長さよりも長く設定されているため、シールリング摩耗状況下においても、前記第２シールリングが前記ストッパ壁よりも前記インペラ側に突出した状態を保つことができる。これにより、前記第２シールリングによって前記嵌挿穴と前記第２周溝との間のシールを確保しつつ、前記第１シールリングによって前記第２シールリングの前記ベアリング側への移動が規制されることになる。よって、先行技術に係るシール構造の中間リングに相当する部材を用いることなく、前記第１シールリング及び前記第２シールリングの摩耗の進行を抑えて、前記シール構造のシール性を長期に亘って十分に確保することができる。なお、シールリング摩耗状況とは、前記第１シールリングの前記ベアリング側の端面及び前記第２シールリングの前記ベアリング側の端面の摩耗の進行によって前記第１シールリングの前記ベアリング側の端面が前記ストッパ壁に当接しかつ前記第２シールリングの前記ベアリング側の端面が前記第１シールリングの前記インペラ側の端面に当接した状況のことをいう。

本発明の第２の特徴は、エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジン側に供給される空気を過給する過給機であって、第１の特徴からなるシール構造を具備したことを要旨とする。

第２の特徴によると、第１の特徴による作用と同様の作用を奏する。

本発明によれば、先行技術に係るシール構造の中間リングに相当する部材を用いることなく、前記第１シールリング及び前記第２シールリングの摩耗の進行を抑えて、前記シール構造のシール性を長期に亘って十分に確保することができるため、前記シール構造の部品点数を減らして、前記シール構造の構成の簡略化及び前記過給機の組立作業の簡略化を図ることができる。

図１は、図５における矢視部Iを示す拡大図である。図２（ａ）は、本発明の実施形態に係るフロントシール構造の要部を示す拡大断面図、図２（ｂ）は、フロントシールリング摩耗状況におけるフロントシール構造の状態を示す拡大断面図、図２（ｃ）は、フロントシールリング摩耗状況におけるフロントシール構造の第２フロントシールリングを示す拡大断面図である。図３は、図５における矢視部IIIを示す拡大図である。図４（ａ）は、本発明の実施形態に係るリアシール構造の要部を示す拡大断面図、図４（ｂ）は、リアシールリング摩耗状況におけるリアシール構造の状態を示す拡大断面図、図４（ｃ）は、リアシールリング摩耗状況におけるリアシール構造の第２リアシールリングを示す拡大断面図である。本発明の実施形態に係る車両用過給機の側断面図である。

本発明の実施形態について図１から図５を参照して説明する。なお、図面中、「ＦＦ」は、前方向、「ＦＲ」は、後方向を指してある。

図５に示すように、本発明の実施形態に係る車両用過給機１は、エンジン（図示省略）からの排気ガスのエネルギーを利用して、エンジンに供給される空気を過給するものである。そして、車両用過給機１の具体的な構成等は、以下のようになる。

車両用過給機１は、ベアリングハウジング３を具備しており、このベアリングハウジング３内には、一対のラジアルベアリング５及び一対のスラストベアリング７が設けられている。また、複数のベアリング５，７には、前後方向へ延びたロータ軸（タービン軸）９が回転可能に設けられており、換言すれば、ベアリングハウジング３には、ロータ軸９が複数のベアリング５，７を介して回転可能に設けられている。そして、ロータ軸９における一対のスラストベアリング７の間には、スラストカラー１１が設けられており、ロータ軸９におけるスラストカラー１１の後側には、油切り１３が設けられている。更に、ベアリングハウジング３の内部には、複数のベアリング５，７に潤滑油を供給する油供給通路１５が形成されており、ベアリングハウジング３内は、所定の低温以下に温度管理されている。

ベアリングハウジング３の前側には、タービンハウジング１７が設けられており、このタービンハウジング１７内には、排気ガスの圧力を利用して回転力（回転トルク）を発生させるタービンインペラ１９が配設されており、このタービンインペラ１９は、ロータ軸９の一端部（前端部）に一体的に連結されている。そして、タービンインペラ１９の具体的な構成は、次のようになる。

タービンハウジング１７内には、タービンホイール２１が配設されており、このタービンホイール２１は、ロータ軸９の一端部に一体的に連結されてあって、タービンインペラ１９の軸心（換言すれば、ロータ軸９の軸心）周りに回転可能である。また、タービンホイール２１の外周面は、タービンインペラ１９の軸方向から径方向外側に向かって延びており、タービンホイール２１の外周面には、複数枚のタービンブレード２３が周方向に間隔を置いて設けられている。

タービンハウジング１７の適宜位置には、排気ガスを取入れるガス取入口（図示省略）が形成されており、このガス取入口は、エンジンの排気マニホールド（図示省略）に接続可能である。また、タービンハウジング１７の内部には、タービンスクロール流路２５がタービンインペラ１９を囲むように形成されており、このタービンスクロール流路２５は、ガス取入口に連通してある。更に、タービンハウジング１７におけるタービンインペラ１９の出口側（タービンハウジング１７の前側）には、排気ガスを排出するガス排出口２７が形成されており、このガス排出口２７は、タービンスクロール流路２５に連通してあって、接続管（図示省略）を介して排気ガス浄化装置（図示省略）に接続可能である。

車両用過給機１は、タービンインペラ１９側からラジアルベアリング５側への排気ガスの流入を抑制するフロントシール構造２９を具備しており、このフロントシール構造２９の具体的な構成は、次のようになる。

図１及び図２（ａ）に示すように、ベアリングハウジング３の前側部には、ロータ軸９の前端部を嵌挿可能なフロント嵌挿穴３１が形成されている。また、ロータ軸９の外周面には、第１フロント周溝（第１フロントリング溝）３３がフロント嵌挿穴３１の内周面に対向して形成されており、ロータ軸９の外周面における第１フロント周溝３３よりもタービンインペラ１９側（前側）には、第２フロント周溝（第２フロントリング溝）３５がフロント嵌挿穴３１の内周面に対向して形成されている。そして、第１フロント周溝３３と第２フロント周溝３５によって、環状のフロント仕切壁３７が区画形成されている。

第１フロント周溝３３には、第１フロントシールリング３９が嵌入されており、この第１フロントシールリング３９の周方向の一部分は、分断されている。また、第１フロントシールリング３９の外周面は、第１フロントシールリング３９の弾性力によってフロント嵌挿穴３１の内周面に圧接してある。また、第１フロントシールリング３９のラジアルベアリング５側（後側）の端面は、排気ガスの圧力によって第１フロント周溝３３のラジアルベアリング５側の内壁面に押付けられており、ロータ軸９の回転によって摩耗するようになっている。

第２フロント周溝３５には、第２フロントシールリング４１が嵌入されており、この第２フロントシールリング４１の周方向の一部分は、分断されている。また、第２フロントシールリング４１の外周面は、第２フロントシールリング４１の弾性力によってフロント嵌挿穴３１の内周面に圧接してある。更に、第２フロントシールリング４１のラジアルベアリング５側の端面は、排気ガスの圧力によって第２フロント周溝３５のラジアルベアリング５側の内壁面に押付けられており、ロータ軸９の回転によって摩耗するようになっている。なお、第２フロントシールリング４１の幅は、フロント仕切壁３７の幅よりも長く設定してある。

フロント嵌挿穴３１の内周面には、第１フロントシールリング３９のラジアルベアリング５側への移動を規制するフロントストッパ壁４３が形成されており、このフロントストッパ壁４３は、第１フロントシールリング３９のラジアルベアリング５側の端面に当接可能である。

なお、第２フロントシールリング４１が第１フロントシールリング３９よりもタービンインペラ１９に対して接近してあるため、第２フロントシールリング４１に働く排気ガスの圧力は、第１フロントシールリング３９に働く排気ガスの圧力よりも高くなっている。また、第２フロントシールリング４１が第１フロントシールリング３９よりもラジアルベアリング５に対して離反してあるため、第２フロントシールリング４１に供給される潤滑油は、第１フロントシールリング３９に供給される潤滑油よりも少なくなっている。これにより、第２フロントシールリング４１のラジアルベアリング５側の端面は、第１フロントシールリング３９のラジアルベアリング５側の端面よりも摩耗し易くなっている。

図２（ｂ）に示すように、第１フロントシールリング３９のラジアルベアリング５側の端面及び第２フロントシールリング４１のラジアルベアリング５側の端面の摩耗の進行によって第１フロントシールリング３９のラジアルベアリング５側の端面がフロントストッパ壁４３に当接（圧接）しかつ第２フロントシールリング４１のラジアルベアリング５側の端面が第１フロントシールリング３９のタービンインペラ１９側（前側）の端面に当接（圧接）したフロントシールリング摩耗状況下において、第２フロントシールリング４１がフロント仕切壁３７よりもタービンインペラ１９側に突出した状態を保っている。換言すれば、フロントシールリング摩耗状況下において、第２フロントシールリング４１の一部分（内フランジ）４１ａが第２フロント周溝３５に嵌入した状態を保っている。ここで、フロントシールリング摩耗状況とは、第１フロントシールリング３９及び第２フロントシールリング４１の摩耗量が最大となった状況であって、設計目標寿命（例えば自動車の走行距離が３０万ｋｍに達した時）まで車両用過給機１を運転させた後の状況のことである。

なお、フロントシールリング摩耗状況になった後は、フロントストッパ壁４３によって第１フロントシールリング３９のラジアルベアリング５側への移動が規制され、第１フロントシールリング３９によって第２フロントシールリング４１のラジアルベアリング５側への移動が規制されているため、第１フロントシールリング３９のラジアルベアリング５側の端面及び第２フロントシールリング４１のラジアルベアリング５側の端面の摩耗の進行が停止するようになっている。また、フロントシールリング摩耗状況になった後においても、第１フロントシールリング３９及び第２フロントシールリング４１は回転しないようになっている。

図２（ｃ）に示すように、フロントシールリング摩耗状況下における第２フロントシールリング４１の突出量（換言すれば、第２フロントシールリング４１の一部分４１ａの長さ）Ｌａと第２フロントシールリング４１の幅Ｌとの比（Ｌａ／Ｌ）は、０．２〜０．５になっている。Ｌａ／Ｌを０．２以上にしたのは、Ｌａ／Ｌを０．２未満にすると、フロントシールリング摩耗状況下における第２フロントシールリング４１の断面二次モーメントを十分に確保することができず、ロータ軸９の回転力によって第２フロントシールリング４１を回転させようとする力（第２フロントシールリング４１の回転トルク）よりも、第２フロントシールリング４１の弾性力によって第２フロントシールリング４１をフロント嵌挿穴３１の内周面に対して固定させようとする力（第２フロントシールリング４１の固定トルク）を大きくすることが困難になるからである。一方、Ｌａ／Ｌを０．５未満にしたのは、Ｌａ／Ｌを０．５よりも大きくすると、それに伴って、フロント仕切壁３７の幅が短くなって、フロント仕切壁３７の強度を十分に確保できなくなるからである。

図５に示すように、ベアリングハウジング３の後側には、コンプレッサハウジング４５が設けられており、このベアリングハウジング３内には、遠心力を利用して空気を圧縮するコンプレッサインペラ４７が配設されており、このコンプレッサインペラ４７は、ロータ軸９の他端部（後端部）に一体的に連結されている。そして、コンプレッサインペラ４７の具体的な構成は、次のようになる。

コンプレッサハウジング４５内には、コンプレッサホイール４９が配設されており、このコンプレッサホイール４９は、ロータ軸９の他端部（後端部）に一体的に連結されてあって、コンプレッサインペラ４７の軸心（換言すれば、ロータ軸９の軸心）周りに回転可能である。また、コンプレッサホイール４９の外周面は、コンプレッサインペラ４７の軸方向から径方向外側に向かって延びており、コンプレッサホイール４９の外周面には、複数枚のコンプレッサブレード５１が周方向に間隔を置いて設けられている。

コンプレッサハウジング４５におけるコンプレッサインペラ４７の入口側（空気の流れ方向から見て上流側）には、空気を取入れる空気取入口５３が形成されており、空気取入口５３は、接続管（図示省略）を介してエアクリーナー（図示省略）に接続可能である。また、コンプレッサハウジング４５内におけるコンプレッサインペラ４７の出口側（コンプレッサハウジング４５の後側）には、圧縮された空気（圧縮空気）を昇圧する環状のディフューザ流路５５が形成されており、このディフューザ流路５５は、空気取入口５３に連通してある。更に、コンプレッサハウジング４５の内部には、コンプレッサスクロール流路５７がコンプレッサインペラ４７を囲むように形成されており、このコンプレッサスクロール流路５７は、ディフューザ流路５５に連通してある。そして、コンプレッサハウジング４５の適宜位置には、圧縮された空気を排出する空気排出口（図示省略）が形成されており、この空気排出口は、コンプレッサスクロール流路５７に連通してあって、エンジンの給気マニホールド（図示省略）に接続可能である。

車両用過給機１は、コンプレッサインペラ４７側からスラストベアリング７側への空気（圧縮空気）の流入を抑制するリアシール構造５９を具備しており、このリアシール構造５９の具体的な構成は、次のようになる。

図３及び図４（ａ）に示すように、ベアリングハウジング３の後側部には、シールプレート６１が設けられており、このシールプレート６１の中央部には、ロータ軸９の後端部を嵌挿可能なリア嵌挿穴６３が形成されており、換言すれば、ベアリングハウジング３の後側部には、リア嵌挿穴６３がシールプレート６１を介して形成されている。また、油切り１３の外周面には、第１リア周溝（第１リアリング溝）６５がリア嵌挿穴６３の内周面に対向して形成されており、換言すれば、ロータ軸９の外周面には、第１リア周溝６５が油切り１３を介して形成されている。更に、油切り１３の外周面におけるロータ軸９の外周面における第１リア周溝６５よりもコンプレッサインペラ４７側（後側）には、第２リア周溝（第２リアリング溝）６７がリア嵌挿穴６３の内周面に対向して形成されており、換言すれば、ロータ軸９の外周面における第１リア周溝６５よりもコンプレッサインペラ４７側には、第２リア周溝６７が油切り１３を介して形成されている。いる。そして、第１リア周溝６５と第２リア周溝６７によって、環状のリア仕切壁６９が区画形成されている。

第１リア周溝６５には、第１リアシールリング７１が嵌入されており、この第１リアシールリング７１の周方向の一部分は、分断されている。また、第１リアシールリング７１の外周面は、第１リアシールリング７１の弾性力によってリア嵌挿穴６３の内周面に圧接してある。また、第１リアシールリング７１のスラストベアリング７側（前側）の端面が圧縮空気の圧力によって第１リア周溝６５のスラストベアリング７側の内壁面に押付けられており、ロータ軸９の回転によって摩耗するようになっている。

第２リア周溝６７には、第２リアシールリング７３が嵌入されており、この第２リアシールリング７３の周方向の一部分は、分断されている。また、第２リアシールリング７３の外周面は、第２リアシールリング７３の弾性力によってリア嵌挿穴６３の内周面に圧接してある。更に、第２リアシールリング７３のスラストベアリング７側の端面は、圧縮空気の圧力によって第２リア周溝６７のスラストベアリング７側の内壁面に押付けられており、ロータ軸９の回転によって摩耗するようになっている。なお、第２リアシールリング７３の幅は、リア仕切壁６９の幅よりも長く設定してある。

リア嵌挿穴６３の内周面には、第１リアシールリング７１のスラストベアリング７側への移動を規制するリアストッパ壁７５が形成されており、このリアストッパ壁７５は、第１リアシールリング７１のスラストベアリング７側の端面に当接可能である。

なお、第２リアシールリング７３が第１リアシールリング７１よりもコンプレッサインペラ４７に対して接近してあるため、第２リアシールリング７３に働く圧縮空気の圧力は、第１リアシールリング７１に働く圧縮空気の圧力よりも高くなっている。また、第２リアシールリング７３が第１リアシールリング７１よりもスラストベアリング７に対して離反してあるため、第２リアシールリング７３に供給される潤滑油は、第１リアシールリング７１に供給される潤滑油よりも少なくなっている。これにより、第２リアシールリング７３のスラストベアリング７側の端面は、第１リアシールリング７１のスラストベアリング７側の端面よりも摩耗し易くなっている。

図４（ｂ）に示すように、第１リアシールリング７１のスラストベアリング７側の端面及び第２リアシールリング７３のスラストベアリング７側の端面の摩耗の進行によって第１リアシールリング７１のスラストベアリング７側の端面がリアストッパ壁７５に当接（圧接）しかつ第２リアシールリング７３のスラストベアリング７側の端面が第１リアシールリング７１のコンプレッサインペラ４７側（後側）の端面に当接（圧接）したリアシールリング摩耗状況下において、第２リアシールリング７３がリア仕切壁６９よりもコンプレッサインペラ４７側に突出した状態を保っている。換言すれば、リアシールリング摩耗状況下において、第２リアシールリング７３の一部分（内フランジ）７３ａが第２リア周溝６７に嵌入した状態を保っている。ここで、リアシールリング摩耗状況とは、第１リアシールリング７１及び第２リアシールリング７３の摩耗量が最大となった状況であって、設計目標寿命（例えば自動車の走行距離が３０万ｋｍに達した時）まで車両用過給機１を運転させた後の状況のことである。

なお、リアシールリング摩耗状況になった後は、リアストッパ壁７５によって第１リアシールリング７１のスラストベアリング７側への移動が規制され、第１リアシールリング７１によって第２リアシールリング７３のスラストベアリング９側への移動が規制されているため、第１リアシールリング７１のスラストベアリング９側の端面及び第２リアシールリング７３のスラストベアリング９側の端面の摩耗の進行が停止するようになっている。また、リアシールリング摩耗状況になった後においても、第１リアシールリング７１及び第２リアシールリング７３は回転しないようになっている。

図４（ｃ）に示すように、リアシールリング摩耗状況下における第２リアシールリング７３の突出量（換言すれば、第２リアシールリング７３の一部分７３ａの長さ）Ｓａと第２リアシールリング７３の幅Ｓとの比（Ｓａ／Ｓ）は、０．２〜０．５になっている。Ｓａ／Ｓを０．２以上にしたのは、Ｓａ／Ｓを０．２未満にすると、リアシールリング摩耗状況下における第２リアシールリング７３の断面二次モーメントを十分に確保することができず、ロータ軸９の回転力によって第２リアシールリング７３を回転させようとする力（第２リアシールリング７３の回転トルク）よりも、第２リアシールリング７３の弾性力によって第２リアシールリング７３をリア嵌挿穴６３の内周面に対して固定させようとする力（第２リアシールリング７３の固定トルク）を大きくすることが困難になるからである。一方、Ｓａ／Ｓを０．５未満にしたのは、Ｓａ／Ｓを０．５よりも大きくすると、それに伴って、リア仕切壁６９の幅が短くなって、リア仕切壁６９の強度を十分に確保できなくなるからである。

続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。

(i)車両用過給機１の運転に関する作用
ガス取入口から取入れた排気ガスをタービンスクロール流路２５を経由してタービンインペラ１９の入口側から出口側（排気ガスの流れ方向から見て上流側から下流側）へ流通させることにより、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させて、ロータ軸９及びコンプレッサインペラ４７をタービンインペラ１９と一体的に回転させることができる。これにより、空気取入口５３から取入れた空気を圧縮して、ディフューザ流路５５及びコンプレッサスクロール流路５７を経由して空気排出口から排出することができ、エンジンに供給される空気を過給することができる。

(ii)フロントシール構造２９に関する作用
第１フロントシールリング３９の外周面が第１フロントシールリング３９の弾性力によってフロント嵌挿穴３１の内周面に圧接してあって、第１フロントシールリング３９のラジアルベアリング５側の端面が排気ガスの圧力によって第１フロント周溝３３のラジアルベアリング５側の内壁面に押付けられようになっているため、第１フロントシールリング３９によってフロント嵌挿穴３１と第１フロント周溝３３との間をシールすることができる。また、第２フロントシールリング４１の外周面が第２フロントシールリング４１の弾性力によってフロント嵌挿穴３１の内周面に圧接してあって、第２フロントシールリング４１のラジアルベアリング５側の端面が排気ガスの圧力によって第２フロント周溝３５のラジアルベアリング５側の内壁面に押付けられるようになっているため、第２フロントシールリング４１によってフロント嵌挿穴３１と第２フロント周溝３５との間をシールすることができる。これにより、車両用過給機１の運転中に、タービンインペラ１９側からラジアルベアリング５側への排気ガスの流入を抑制することができる。

ここで、フロントシールリング摩耗状況下において、第２フロントシールリング４１がフロント仕切壁３７よりもタービンインペラ１９側に突出した状態を保っているため、第２フロントシールリング４１によってフロント嵌挿穴３１と第２フロント周溝３５との間のシールを確保しつつ、第１フロントシールリング３９によって第２フロントシールリング４１のラジアルベアリング５側への移動が規制されることになる。これにより、先行技術に係るシール構造の中間リングに相当する部材を用いることなく、第１フロントシールリング３９及び第２フロントシールリング４１の摩耗の進行を抑えて、フロントシール構造２９のシール性を長期に亘って十分に確保することができる。

また、フロントシールリング摩耗状況下における第２フロントシールリング４１の突出量Ｌａと第２フロントシールリング４１の幅Ｌとの比（Ｌａ／Ｌ）が０．２〜０．５になっているため、フロント仕切壁３７の強度を十分に確保しつつ、第２フロントシールリング４１の固定トルクを第２フロントシールリング４１の回転トルクよりも十分に大きくすることができる。

(iii)リアシール構造５９に関する作用
第１リアシールリング７１の外周面が第１リアシールリング７１の弾性力によってリア嵌挿穴６３の内周面に圧接してあって、第１リアシールリング７１のスラストベアリング７側の端面が圧縮空気の圧力によって第１リア周溝６５のスラストベアリング７側の内壁面に押付けられようになっているため、第１リアシールリング７１によってリア嵌挿穴６３と第１リア周溝６５との間をシールすることができる。また、第２リアシールリング７３の外周面が第２リアシールリング７３の弾性力によってリア嵌挿穴６３の内周面に圧接してあって、第２リアシールリング７３のスラストベアリング７側の端面が圧縮空気の圧力によって第２リア周溝６７のスラストベアリング７側の内壁面に押付けられるようになっているため、第２リアシールリング７３によってリア嵌挿穴６３と第２リア周溝６７との間をシールすることができる。これにより、車両用過給機１の運転中に、コンプレッサインペラ４７側からスラストベアリング７側への圧縮空気の流入を抑制することができる。

ここで、リアシールリング摩耗状況下において、第２リアシールリング７３がリア仕切壁６９よりもコンプレッサインペラ４７側に突出した状態を保っているため、第２リアシールリング７３によってリア嵌挿穴６３と第２リア周溝６７との間のシールを確保しつつ、第１リアシールリング７１によって第２リアシールリング７３のスラストベアリング７側への移動が規制されることになる。これにより、先行技術に係るシール構造の中間リングに相当する部材を用いることなく、第１リアシールリング７１及び第２リアシールリング７３の摩耗の進行を抑えて、リアシール構造５９のシール性を長期に亘って十分に確保することができる。

また、リアシールリング摩耗状況下における第２リアシールリング７３の突出量Ｓａと第２リアシールリング７３の幅Ｌとの比（Ｓａ／Ｓ）が０．２〜０．５になっているため、リア仕切壁６９の強度を十分に確保しつつ、第２リアシールリング７３の固定トルクを第２リアシールリング７３の回転トルクよりも十分に大きくすることができる。

(iv)本発明の実施形態の効果
先行技術に係るシール構造の中間リングに相当する部材を用いることなく、第１シールリング（第１フロントシールリング３９、第１リアシールリング７１）及び第２シールリング（第２フロントシールリング４１、第２リアシールリング７３）の摩耗の進行を抑えて、シール構造（フロントシール構造２９、リアシール構造５９）のシール性を長期に亘って十分に確保することができるため、シール構造２９，５９の部品点数を減らして、シール構造２９，５９の構成の簡略化及び車両用過給機１の組立作業の簡略化を図ることができる。

また、仕切壁（フロント仕切壁３７、リア仕切壁６９）の強度を十分に確保しつつ、第２シールリング４１，７３の固定トルクを第２シールリング４１，７３の回転トルクよりも十分に大きくすることができるため、仕切壁３７，６９にクラック等が発生することを抑制しつつ、ロータ軸９との第２シールリング４１，７３の連れ回りを防止して、シール構造２９，５９のシール性をより一層高めることができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。

１車両用過給機
３ベアリングハウジング
５ラジアルベアリング
７スラストベアリング
９ロータ軸
１３油切り
１７タービンハウジング
１９タービンインペラ
２１タービンホイール
２３タービンブレード
２９フロントシール構造
３１フロント嵌挿穴
３３第１フロント周溝
３５第２フロント周溝
３７フロント仕切壁
３９第１フロントシールリング
４１第２フロントシールリング
４１ａ第２フロントシールリングの一部分（内フランジ）
４３フロントストッパ壁
４５コンプレッサハウジング
４７コンプレッサインペラ
４９コンプレッサホイール
５１コンプレッサブレード
５９リアシール構造
６１シールプレート
６３リア嵌挿穴
６５第１リア周溝
６７第２リア周溝
６９リア仕切壁
７１第１リアシールリング
７３第２リアシールリング
７３ａ第２リアシールリングの一部分
７５リアストッパ壁

Claims

ベアリングハウジングにベアリングを介して回転可能に設けられたロータ軸と、前記ロータ軸の端部に一体的に連結されたインペラとを備えた過給機に用いられ、前記インペラ側から前記ベアリング側へのガスの流入を抑制するシール構造であって、
前記ベアリングハウジングの側部に前記ロータ軸を嵌挿させるための嵌挿穴が形成され、前記ロータ軸の外周面に第１周溝が前記嵌挿穴の内周面に対向して形成され、前記ロータ軸の外周面における前記第１周溝よりも前記インペラ側に第２周溝が前記嵌挿穴の内周面に対向して形成され、前記第１周溝と前記第２周溝によって環状の仕切壁が区画形成され、前記第１周溝に第１シールリングが嵌入され、前記第１シールリングの外周面が前記第１シールリングの弾性力によって前記嵌挿穴の内周面に圧接し、前記第１シールリングの前記ベアリング側の端面がガスの圧力によって前記第１周溝の前記ベアリング側の内壁面に押付けられようになっており、前記第２周溝に第２シールリングが嵌入され、前記第２シールリングの外周面が前記第２シールリングの弾性力によって前記嵌挿穴の内周面に圧接し、前記第２シールリングの前記ベアリング側の端面がガスの圧力によって前記第２周溝の前記ベアリング側の内壁面に押付けられるようになっており、前記嵌挿穴の内周面に前記第１シールリングの前記ベアリング側への移動を規制するストッパ壁が形成され、
前記ストッパ壁が前記第１周溝よりも前記ベアリング側に位置し、前記第１シールリングの幅と前記第２シールリングの幅の合計幅は、前記ストッパ壁の前記インペラ側の壁面から前記第２周溝の前記ベアリング側の内壁面までの所定の軸方向の長さよりも長く設定され、前記合計幅から前記所定の軸方向の長さを引いた差分と、前記第２シールリングの幅との比が０．２〜０．５に設定されていることを特徴とするシール構造。
エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジン側に供給される空気を過給する過給機であって、
請求項１に記載のシール構造を具備したことを特徴とする過給機。