JP5958058B2 - オイルシール構造及び過給機 - Google Patents

Description

本発明は、過給機のタービン側のオイルシール構造及び過給機に関する。

従来、舶用、自動車用等の内燃機関では、その排気エネルギーを利用して駆動させられ、内燃機関の給気圧力を高めて内燃機関の出力を増大させるターボチャージャ（過給機）が知られている。

過給機は、一般にベアリングハウジングを挟んで配置された圧縮機（コンプレッサ）とタービンとからなり、圧縮機はコンプレッサインペラを、タービンはタービンインペラをそれぞれ内蔵している。コンプレッサインペラとタービンインペラとは、ベアリングハウジングで支持された連結軸（シャフト）によって互いに連結されている。これにより、エンジン等の内燃機関の排ガスでタービンインペラが回転駆動され、この回転力が連結軸によってコンプレッサインペラに伝達され、コンプレッサインペラで空気が圧縮されて、内燃機関への給気圧力が高められるようになっている。すなわち、過給されるようになっている。

このような過給機では、軸受ユニットを潤滑する潤滑油がタービン側の排ガスに混入すると潤滑油が消耗し、さらに潤滑油が燃焼して白煙が発生する問題があった。そこで、過給機のオイルシール性能を向上し、油漏れを防止する手段として、例えばタービン軸に設けられた円板状のスリンガの上部に堰部を設け、これによって潤滑油がタービン側の排ガスに混入するのを防止したオイルシール構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２８９０５２号公報

しかしながら、前記のオイルシール構造では、スリンガの上部のみに堰部を設けているので、軸受部から吹き出る潤滑油を防ぎきれず、タービンインペラまで潤滑油が漏れる可能性が高く、潤滑油の消耗、白煙の発生を十分に抑制できなかった。

本発明は前記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、タービン側へ漏れ出る潤滑油の量を大幅に低減することができる、過給機のタービン側のオイルシール構造、及び過給機を提供することにある。

本発明のオイルシール構造は、タービンインペラを一端に有するタービン軸と、軸受を有し該軸受によって前記タービン軸を回転可能に支持するベアリングハウジングと、を備えた過給機のタービン側のオイルシール構造であって、
前記タービンインペラと前記ベアリングハウジングとの間に挿入されて、これらの間をシールする円環状のシールリングと、
前記タービンインペラの前記シールリングが挿入された位置より前記軸受側に設けられた円環状の鍔部と、
前記タービン軸の前記鍔部より前記軸受側に設けられた円環状のスリンガと、
前記ベアリングハウジングの、少なくとも前記鍔部から前記スリンガまでに対向する位置に形成されたオイル切り空間部と、
前記オイル切り空間部の前記スリンガ側の内側壁の外周側が前記鍔部側の内側壁側に突出したことにより、前記スリンガの少なくとも一部に対向する段差面を形成した第１堰部と、
前記オイル切り空間部の前記鍔部側の内側壁の内周側が前記スリンガ側の内側壁側に突出したことにより、前記オイル切り空間部の外周面に対向する段差面を形成するとともに、前記鍔部の少なくとも一部に対向する第２堰部と、を備えることを特徴とする。

また、前記オイルシール構造において、前記第２堰部の段差面は、前記第１堰部の段差面より前記タービン軸側に位置させられていることが好ましい。
また、前記オイルシール構造において、前記第２堰部には、その前記第１堰部側に向く面に、周方向に沿って凹部が形成されていることが好ましい。

本発明の過給機は、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タービン部と、該タービン部にタービン軸を介して接続されて、該タービン部の回転駆動力により駆動され気体を圧縮して前記内燃機関に供給する圧縮部とを備える過給機であって、前記オイルシール構造を備えることを特徴とする。

本発明のオイルシール構造によれば、鍔部からスリンガまでに対向する位置に形成されたオイル切り空間部に、スリンガの少なくとも一部に対向する段差面を形成した第１堰部と、オイル切り空間部の外周面に対向する段差面を形成するとともに、鍔部の少なくとも一部に対向する第２堰部とを備えているので、軸受側から漏れ出、スリンガの遠心力によってオイル切り空間部に飛散してきた潤滑油を、第１堰部の段差面で堰き止め、シールリング側に飛散するのを抑制することができる。また、第１堰部の外側を通ってオイル切り空間部内に流入した潤滑油については、特にオイル切り空間部の外周面に衝突し、跳ね返ってタービン軸側に飛散する潤滑油に対しては第２堰部の段差面でその勢いを弱め、シールリング側に飛散するのを抑制することができる。さらに、オイル切り空間部の外周面に衝突することなく、直接鍔部側に飛散してくる潤滑油に対しても、第２堰部が鍔部の少なくとも一部に対向し、したがって鍔部の外周を覆っているので、シールリング側に飛散するのを抑制することができる。
よって、タービン側へ漏れ出る潤滑油の量を大幅に低減することができる。
また、本発明の過給機によれば、前記オイルシール構造を備えることにより、タービン側へ漏れ出る潤滑油の量を大幅に低減することができる。

本発明に係るオイルシール構造を備えた過給機の概略構成図である。 図１の要部拡大図であり、本発明のオイルシール構造の第１実施形態を示す図である。 図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。 本発明のオイルシール構造の第２実施形態を示す要部拡大図である。 本発明のオイルシール構造の第３実施形態を示す要部拡大図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るオイルシール構造及びこれを備えた過給機の実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、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。

図１は、本発明に係るオイルシール構造を備えた過給機の概略構成図であり、図１において符号１０は過給機である。この過給機１０は、内燃機関（図示せず）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り、タービン軸１２、コンプレッサインペラ１４、ベアリングハウジング１６等を備えて構成されている。なお、図１では、タービンハウジング及びコンプレッサハウジングについては、図示を省略している。

タービン軸１２は、タービンインペラ１１を一端（図１中左端）に有した回転軸である。本実施形態では、タービンインペラ１１はタービン軸１２に一体的に形成されているが、本発明はこれに限定されず、タービンインペラ１１を別に取り付ける構成であってもよい。
コンプレッサインペラ１４は、タービン軸１２の他端（図１中右端）に、軸端ナット（図示せず）によって一体に回転するよう、連結されている。

ベアリングハウジング１６は、ラジアル軸受１７（軸受）を有しており、該ラジアル軸受１７によってタービン軸１２を回転可能に支持している。ラジアル軸受１７は、タービン側とコンプレッサ側の軸受メタルであり、好ましくは中空円筒形のフローティングメタル、又はセミフローティングメタルである。また、タービン軸１２は、スラスト軸受２０によって軸方向に移動しないように支持されている。スラスト軸受２０は、タービン軸１２と共に回転する円板状の１対のスラストカラー２０ａと、スラストカラー２０ａの間に把持されてベアリングハウジング１６に固定されたスラストベアリング２０ｂと、からなっている。

このような構成によって過給機１０は、エンジン（内燃機関）の排ガスでタービンインペラ１１を回転駆動し、この回転力をタービン軸１２を介してコンプレッサインペラ１４に伝達し、コンプレッサインペラ１４で空気を圧縮してエンジンに過給するようになっている。
以下、コンプレッサ側の構造は説明を省略する。

図２は図１の要部拡大図であり、本発明のオイルシール構造の第１実施形態を示す図である。
ベアリングハウジング１６には、タービン軸１２を収容、保持するための内部孔１６ａが設けられており、この内部孔１６ａのタービンインペラ１１側は、該タービンインペラ１１とタービン軸１２との連結部、すなわちタービン軸１２の側端部を回転可能に収容するタービン側開口部１６ｂとなっている。

このタービン側開口部１６ｂ内には、ベアリングハウジング１６とタービンインペラ１１の端部（タービン軸１２側の端部）との間に、これらの間をシールする円環状のシールリング１９が挿入されている。
また、タービンインペラ１１の前記シールリング１９が挿入された位置より前記ラジアル軸受１７側、本実施形態ではタービン軸１２の側端部に、タービン軸１２の軸心を中心とする円環状の鍔部２１が設けられている。

さらに、タービン軸１２の、鍔部２１より前記ラジアル軸受１７側には、円環状のスリンガ２２が設けられている。スリンガ２２は、鍔部２１に隣接して配置された外周溝形成部２２ａと、この外周溝形成部２２ａに連接し、かつタービン軸１２の外径より大径の円環部２２ｂとを有したもので、円環部２２ｂの外周部が外周溝形成部２２ａより外側に位置するよう、円環部２２ｂの方が外周溝形成部２２ａに比べて大径に形成されている。

また、ベアリングハウジング１６には、前記タービン側開口部１６ｂに隣接して、オイル切り空間部２３が形成されている。オイル切り空間部２３は、鍔部２１からスリンガ２２に至るまでの間、さらにスリンガ２２よりさらにラジアル軸受１７側までの一部の箇所に対向する位置に、形成された略円環状の空間部である。

このオイル切り空間部２３は、スリンガ２２よりさらにラジアル軸受１７側に位置する箇所にて、ベアリングハウジング１６の内部孔１６ａに連通している。したがって、ラジアル軸受１７を潤滑する潤滑油が内部孔１６ａを通ってタービンインペラ１１側に漏れ出ようとした際、潤滑油は、まずオイル切り空間部２３に向かうようになっている。

オイル切り空間部２３には、第１堰部２４と第２堰部２５とが設けられている。第１堰部２４は、オイル切り空間部２３のスリンガ２２側に形成されたもので、スリンガ２２側の内側壁２３ａの外周側（オイル切り空間部２３の外周面２３ｂ側）が、鍔部２１側の内側壁２３ｃ側に突出して形成された略環状の部位である。このようにスリンガ２２側の内側壁２３ａの外周側が突出していることにより、この第１堰部２４は、スリンガ２２の半径方向外方に位置してこのスリンガ２２の外周面、本実施形態ではスリンガ２２の一部である円環部２２ｂに対向する、段差面２４ａを形成している。

第２堰部２５は、オイル切り空間部２３の鍔部２１側に形成されたもので、鍔部２１側の内側壁２３ｃの内周側（オイル切り空間部２３の外周面２３ｂと反対の側）が、スリンガ２２側の内側壁２３ａ側に突出して形成された略環状の部位である。このように鍔部２１側の内側壁２３ｃの内周側が突出していることにより、この第２堰部２５は、オイル切り空間部２３の外周面２３ｂに対向する段差面２５ａを形成している。また、鍔部２１の半径方向外方に位置して、この鍔部２１の外周面の少なくとも一部に対向している。すなわち、この第２堰部２５は、鍔部２１の外周面に対して僅かな隙間をあけて配置されている。
ここで、本実施形態では、図２に示したように第２堰部２５の段差面２５ａは、タービン軸１２の半径方向において第１堰部２４の段差面２４ａとほぼ同じレベル（距離）に形成されている。

オイル切り空間部２３の下方は、図１に示すように潤滑油の排出流路１５に開放されている。したがって、オイル切り空間部２３に流入（飛散）した潤滑油のほとんどは、後述するようにオイル切り空間部２３を流れ出て、排出流路１５に排出されるようになっている。

なお、この過給機１０では、シールリング１９より半径方向外方において、タービンインペラ１１とベアリングハウジング１６の間に遮熱板２６が設けられている。遮熱板２６は、ベアリングハウジング１６のタービンインペラ１１側に向く面に取り付けられた円環状のもので、高熱のタービンハウジング側から、冷却されることで比較的低温となっているベアリングハウジング１６側に熱が伝わるのを抑制するものである。

このような構成の過給機１０におけるオイルシール構造にあっては、オイル切り空間部２３に第１堰部２４、第２堰部２５を形成したことにより、ラジアル軸受１７からタービン側へ漏れ出る潤滑油が、シールリング１９を超えてタービン側へ漏れるのを確実に抑制することができる。

すなわち、ラジアル軸受１７からタービン側へ漏れ出た潤滑油の大半は、内部孔１６ａを通ってスリンガ２２の円環部２２ｂに衝突し、この円環部２２ｂの回転による遠心力によって半径方向外方、すなわちオイル切り空間部２３に向けて飛散させられる。このようにしてオイル切り空間部２３に飛散してきた潤滑油は、スリンガ２２の円環部２２ｂに対向する第１堰部２４の段差面２４ａで堰き止められ、跳ね返されることにより、シールリング１９側に飛散するのが抑制される。その結果、跳ね返された潤滑油は下方に落下し、オイル切り空間部２３を流れ出て排出流路１５に排出される。

また、円環部２２ｂの回転による遠心力によってオイル切り空間部２３に飛散した潤滑油の一部は、図２中矢印で示すように段差面２４ａに衝突することなく、したがってこれに跳ね返されることなくオイル切り空間部２３の外周面２３ｂにまで飛散する。そして、図２のＡ−Ａ線矢視断面図である図３中に矢印で示すように、外周面２３ｂで跳ね返され、再度タービン軸１２側（鍔部２１側）に飛散する。その際、跳ね返された潤滑油は、図２、図３中に矢印で示すように第２堰部２５の段差面２５ａに衝突することにより、その勢いが弱められ、段差面２５ａの周方向に沿って流れ落ちることにより、シールリング１９側に飛散するのが抑制される。その結果、段差面２５ａを流れ落ちた潤滑油は下方に落下し、オイル切り空間部２３を流れ出て排出流路１５に排出される。

さらに、オイル切り空間部２３の外周面２３ｂに衝突することなく、直接鍔部２１側に飛散してくる潤滑油は、鍔部２１とこれの外周を覆っている第２堰部２５との間を通り抜けることなく、いずれかに衝突することにより、シールリング１９側に飛散するのが抑制される。その結果、この潤滑油も下方に落下し、オイル切り空間部２３を流れ出て排出流路１５に排出される。

したがって、本実施形態のオイルシール構造によれば、オイル切り空間部２３に第１堰部２４と第２堰部２５とを備えたことにより、タービン側へ漏れ出る潤滑油の量を大幅に低減することができる。
また、このようなオイルシール構造を備えた過給機１０にあっては、タービン側へ漏れ出る潤滑油の量を大幅に低減することができる、優れたものとなる。

図４は、本発明のオイルシール構造の第２実施形態を示す要部拡大図である。
図４に示したオイルシール構造が、図２に示したオイルシール構造と異なるところは、図２に示したオイルシール構造では第２堰部２５の段差面２５ａと第１堰部２４の段差面２４ａとがほぼ同じレベルに形成されているのに対し、図４に示したオイルシール構造では、第２堰部３０の段差面３０ａが、第１堰部２４の段差面２４ａよりタービン軸１２側に位置させられている点である。

すなわち、本実施形態では、図４に示すように第２堰部３０が、図２に示した第２堰部２５に比べ、鍔部１１側の内側壁２３ｃの、より内周側（オイル切り空間部２３の外周面２３ｂと反対の側）だけが突出して形成されている。このようにオイル切り空間部２３の外周面２３ｂと反対の側、すなわち鍔部２１側に偏って形成されていることにより、第２堰部３０の段差面３０ａは、第１堰部２４の段差面２４ａよりタービン軸１２側、つまり鍔部２１側に位置させられている。

本実施形態のオイルシール構造にあっては、オイル切り空間部２３に第１堰部２４、第２堰部３０を形成するとともに、第２堰部３０の段差面３０ａを、第１堰部２４ａの段差面２４ａよりタービン軸１２側（鍔部２１側）に位置させているので、ラジアル軸受１７からタービン側へ漏れ出る潤滑油が、シールリング１９を超えてタービン側へ漏れるのをより確実に抑制することができる。

すなわち、オイル切り空間部２３に飛散する潤滑油の一部は、第１堰部２４の段差面２４ａで堰き止められ、跳ね返されるが、跳ね返された潤滑油の一部は、図４中矢印で示すようにオイル切り空間部２３の内側壁２３ｃ側に飛散する。その際、第２堰部３０の段差面３０ａが第１堰部２４の段差面２４ａより鍔部２１側に位置させられているので、内側壁２３ｃ側に飛散した潤滑油の一部は、第２堰部３０の段差面３０ａに衝突する。その結果、段差面３０ａに衝突した潤滑油はその勢いが弱められ、シールリング１９側に飛散するのが抑制される。これにより、段差面３０ａに衝突した潤滑油は例えば段差面３０ａを流れ落ちて下方に落下し、オイル切り空間部２３を流れ出て排出流路１５に排出される。

その他の潤滑油の流れは、第１実施形態と概ね同じである。
したがって、本実施形態のオイルシール構造によれば、オイル切り空間部２３に第１堰部２４、第２堰部３０を形成するとともに、第２堰部３０の段差面３０ａを、第１堰部２４ａの段差面２４ａよりタービン軸１２側（鍔部２１側）に位置させているので、タービン側へ漏れ出る潤滑油の量を大幅に低減することができる。
また、このようなオイルシール構造を備えた過給機にあっては、タービン側へ漏れ出る潤滑油の量を大幅に低減することができる、優れたものとなる。

なお、本実施形態では、第１実施形態に対して第２堰部３０を鍔部２１側に形成することにより、第２堰部３０の段差面３０ａを第１堰部２４の段差面２４ａより鍔部２１側に位置させているが、逆に、第１実施形態に対して第１堰部をオイル切り空間部２３の外周面２３ｂ側に形成することにより、第２堰部の段差面を第１堰部の段差面より鍔部２１側に位置させるようにしてもよい。

図５は、本発明のオイルシール構造の第３実施形態を示す要部拡大図である。
図５に示したオイルシール構造が図２に示したオイルシール構造と異なるところは、図５に示したオイルシール構造では第２堰部２５に凹部３１が形成されている点である。

すなわち、本実施形態では、図５に示すように第２堰部２５の第１堰部２４側に向く面２５ｂに、その周方向、すなわち鍔部２１の外周に沿うようにして、溝状の凹部３１が形成されている。本実施形態では、図５に示すように凹部３１の断面形状は半円状になっている。ただし、凹部３１の断面形状は半円状に限ることなく、Ｖ字状やＵ字状など種々の形状が採用可能である。また、その開口幅については、特に限定されないものの、第２堰部２５の第１堰部２４側に向く面２５ｂの幅の、１／４〜１／２程度であるのが好ましい。また、深さについても特に限定されないものの、第２堰部２５の突出高さの、１／１０〜１／２程度であるのが好ましい。

本実施形態のオイルシール構造にあっては、オイル切り空間部２３に第１堰部２４、第２堰部３０を形成するとともに、第２堰部２５の第１堰部２４側に向く面２５ｂに溝状の凹部３１を形成しているので、ラジアル軸受１７からタービン側へ漏れ出る潤滑油が、シールリング１９を超えてタービン側へ漏れるのをより確実に抑制することができる。

すなわち、オイル切り空間部２３に飛散する潤滑油の一部は、第１堰部２４の段差面２４ａで堰き止められ、跳ね返されるが、跳ね返された潤滑油の一部は、図５中矢印で示すようにオイル切り空間部２３の内側壁２３ｃ側に飛散し、第２堰部２５の第１堰部２４側に向く面２５ｂに衝突する。その際、面２５ｂに衝突した潤滑油の一部は、該面２５ｂに形成された凹部３１内に衝突することでその勢いが弱められ、シールリング１９側に飛散するのが抑制される。これにより、凹部３１内に衝突した潤滑油は下方に落下し、オイル切り空間部２３を流れ出て排出流路１５に排出される。

その他の潤滑油の流れは、第１実施形態と概ね同じである。
したがって、本実施形態のオイルシール構造によれば、オイル切り空間部２３に第１堰部２４、第２堰部３０を形成するとともに、第２堰部２５の第１堰部２４側に向く面２５ｂに溝状の凹部３１を形成しているので、タービン側へ漏れ出る潤滑油の量を大幅に低減することができる。
また、このようなオイルシール構造を備えた過給機にあっては、タービン側へ漏れ出る潤滑油の量を大幅に低減することができる、優れたものとなる。

なお、本実施形態では、第１実施形態と同様に第２堰部２５の段差面２５ａを第１堰部２４の段差面２４ａとほぼ同じレベルに位置させているが、第２実施形態のように、第２堰部の段差面を第１堰部２４の段差面２４ａより鍔部２１側に位置させてもよい。また、図５中破線二点鎖線で示すように、逆に、第２堰部２５の段差面２５ａを第１堰部２４の段差面２４ａよりオイル切り空間部２３の外周面２３ｂ側に位置させるようにしてもよい。

このように、第２堰部２５の段差面２５ａを第１堰部２４の段差面２４ａよりオイル切り空間部２３の外周面２３ｂ側に位置させた場合には、凹部３１についても、オイル切り空間部２３の外周面２３ｂ側に位置させる。このように構成すると、オイル切り空間部２３に飛散し、第１堰部２４の段差面２４ａで堰き止められて跳ね返された潤滑油は、第２堰部２５の第１堰部２４側に向く面２５ｂにより衝突し易くなり、凹部３１内にもより衝突し易くなる。これにより、第１堰部２４の段差面２４ａで堰き止められて跳ね返された潤滑油は、その多くが凹部３１によって勢いが弱められ、シールリング１９側に飛散するのが抑制される。よって、タービン側へ漏れ出る潤滑油の量が大幅に低減する。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
例えば、前記凹部３１については、一つでなく、複数形成するようにしてもよい。また、前記面２５ｂに独立した小さな凹部を多数形成し、これによって該面２５ｂを凹凸面とすることで、該面２５ｂに衝突する潤滑油の勢いを吸収し、シールリング１９側に飛散するのを抑制するようにしてもよい。

１０…過給機、１１…タービンインペラ、１２…タービン軸、１６…ベアリングハウジング、１７…ラジアル軸受（軸受）、１９…シールリング、２１…鍔部、２２…スリンガ、２３…オイル切り空間部、２３ａ…スリンガ側の内側壁、２３ｂ…外周面、２３ｃ…鍔部側の内側壁、２４…第１堰部、２４ａ…段差面、２５…第２堰部、２５ａ…段差面、２５ｂ…面、３０…第２堰部、３０ａ…段差面、３１…凹部

Claims (3)

1. タービンインペラを一端に有するタービン軸と、軸受を有し該軸受によって前記タービン軸を回転可能に支持するベアリングハウジングと、を備えた過給機のタービン側のオイルシール構造であって、
   前記タービンインペラと前記ベアリングハウジングとの間に挿入されて、これらの間をシールする円環状のシールリングと、
   前記タービンインペラの前記シールリングが挿入された位置より前記軸受側に設けられた円環状の鍔部と、
   前記タービン軸の前記鍔部より前記軸受側に設けられた円環状のスリンガと、
   前記ベアリングハウジングの、少なくとも前記鍔部から前記スリンガまでに対向する位置に形成されたオイル切り空間部と、
   前記オイル切り空間部の前記スリンガ側の内側壁の外周側が前記鍔部側の内側壁側に突出したことにより、前記スリンガの少なくとも一部に対向する段差面を形成した第１堰部と、
   前記オイル切り空間部の前記鍔部側の内側壁の内周側が前記スリンガ側の内側壁側に突出したことにより、前記オイル切り空間部の外周面に対向する段差面を形成するとともに、前記鍔部の少なくとも一部に対向する第２堰部と、を備え、
   前記第２堰部には、その前記第１堰部側に向く面に、周方向に沿って凹部が形成されていることを特徴とするオイルシール構造。
2. 前記第２堰部の段差面は、前記第１堰部の段差面より前記タービン軸側に位置させられていることを特徴とする請求項１記載のオイルシール構造。
3. 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タービン部と、該タービン部にタービン軸を介して接続されて、該タービン部の回転駆動力により駆動され気体を圧縮して前記内燃機関に供給する圧縮部とを備える過給機であって、
   請求項１又は２に記載のオイルシール構造を備えることを特徴とする過給機。

Images