JP5987476B2 - 過給機 - Google Patents

Description

本発明は、タービン軸に作用するスラスト荷重をスラスト軸受で受け止める過給機に関する。

従来、一端にタービンインペラが設けられ他端にコンプレッサインペラが設けられたタービン軸が、ベアリングハウジングに回転自在に保持された過給機が知られている。過給機は、エンジンから排出される排気ガスによってタービンインペラを回転させるとともに、タービンインペラの回転によって、タービン軸を介してコンプレッサインペラを回転させる。

タービン軸には軸方向の荷重（スラスト荷重）が作用する。このスラスト荷重を受け止めるため、スラストカラーとスラスト軸受が設けられる。双方の接触部分の摩擦力は、タービンハウジングに設けられた油路から供給される潤滑油によって低減される。特許文献１には、２つのスラスト軸受の間にスラストカラーを挟んだ構成の過給機が示されている。油路は、ベアリングハウジングの外側からタービン軸の手前までタービン軸に垂直に延在するとともに、軸方向に方向を変えて、スラストカラーの径方向外方を通過し、コンプレッサインペラ側のスラスト軸受（コンプレッサ側軸受）まで到達する。油路に圧入された潤滑油は、コンプレッサ側軸受に設けられた斜め孔を通って、スラストカラーと２つのスラスト軸受との隙間に供給される。

特開２０１１−０１２５７０号公報

スラスト軸受は軸方向の厚みが薄い環状部材であるため、特許文献１のように、斜め孔を穿孔する加工は、難度が高く加工コストの上昇要因となっていた。

本発明の目的は、スラスト軸受とスラストカラーに対し、十分な潤滑油を供給する構造を、簡易かつ低コストで実現することができる過給機を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の過給機は、一端側にタービンハウジングが固定され、他端側にコンプレッサハウジングが固定されたベアリングハウジングと、タービンハウジング内に収容されるタービンインペラが一端に設けられ、コンプレッサハウジング内に収容されるコンプレッサインペラが他端に設けられたタービン軸と、タービン軸に固定されたスラストカラーと、ベアリングハウジング内に設けられ、スラストカラーに対してタービン軸の軸方向に対向するとともに、スラストカラーを介して作用するスラスト荷重を、コンプレッサインペラ側から受けるタービン側軸受と、タービン軸の軸方向に対向するとともに、スラストカラーを介して作用するスラスト荷重を、タービンインペラ側から受けるコンプレッサ側軸受と、を備え、ベアリングハウジングには、当該ベアリングハウジング外側から、タービン側軸受およびコンプレッサ側軸受のうち相対的にベアリングハウジングの内方に位置する軸受まで潤滑油を供給する油路が設けられ、スラストカラーには、タービン軸の軸方向に貫通し、タービン側軸受およびコンプレッサ側軸受のうち相対的にベアリングハウジングの内方に位置する軸受から、相対的にベアリングハウジングの外方に位置する軸受に潤滑油を流通させる補助孔が設けられていることを特徴とする。

前記油路は、前記タービン軸の径方向に延在する主流路と、前記主流路から前記タービン側軸受および前記コンプレッサ側軸受のうち相対的にベアリングハウジングの内方に位置する軸受まで潤滑油を導く分岐路と、を備えて構成されてもよい。

前記タービン側軸受および前記コンプレッサ側軸受のうち相対的にベアリングハウジングの内方に位置する軸受の近傍に設けられ、前記タービン軸のラジアル荷重を受けるラジアル軸受をさらに備え、前記分岐路は、前記タービン側軸受および前記コンプレッサ側軸受のうち相対的にベアリングハウジングの内方に位置する軸受と、前記ラジアル軸受との双方に開口していてもよい。

前記分岐路は、前記タービン軸に沿って形成されてもよい。

前記タービン側軸受および前記コンプレッサ側軸受のうち相対的にベアリングハウジングの内方に位置する軸受には、前記タービン軸の軸方向に貫通し、潤滑油が流通する油孔が設けられ、前記油路は、前記油孔に対向する位置に開口していてもよい。

上記課題を解決するために、本発明の他の過給機は、潤滑油が供給される油路を備えたベアリングハウジングと、ベアリングハウジングに回転自在に挿通されたタービン軸と、タービン軸に固定されたスラストカラーと、スラストカラーに対し、ベアリングハウジングの内方側に位置し、油路から潤滑油が供給される第１のスラスト軸受と、スラストカラーに対し、ベアリングハウジングの外方側に位置する第２のスラスト軸受と、スラストカラーに設けられ、第１のスラスト軸受から第２のスラスト軸受に潤滑油が流通される孔と、を備えることを特徴とする。
第１のスラスト軸受は、油路の開口位置と対向し、スラストカラーに潤滑油が流通される孔を備えてもよい。

本発明によれば、スラスト軸受とスラストカラーに対し、十分な潤滑油を供給する構造を、簡易かつ低コストで実現することができる。

過給機の概略断面図である。 図１のタービン軸近傍の部分拡大図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、過給機１の概略断面図である。以下では、図１に示す矢印Ｆ方向を過給機１の前側とし、矢印Ｒ方向を過給機１の後側として説明する。図１に示すように、過給機１は、ベアリングハウジング２と、ベアリングハウジング２の前（一端）側に締結ボルト３によって連結されるタービンハウジング４と、ベアリングハウジング２の後（他端）側に締結ボルト５によって連結されるコンプレッサハウジング６と、が一体化されて形成されている。

ベアリングハウジング２には、過給機１の前後方向に貫通する軸受孔２ａが形成されており、この軸受孔２ａにタービン軸７がラジアル軸受およびスラスト軸受を介して回転自在に支持されている。タービン軸７の前端部（一端）にはタービンインペラ８が一体的に固定されており、このタービンインペラ８がタービンハウジング４内に回転自在に収容されている。また、タービン軸７の後端部（他端）にはコンプレッサインペラ９が一体的に固定されており、このコンプレッサインペラ９がコンプレッサハウジング６内に回転自在に収容されている。

コンプレッサハウジング６には、過給機１の後側に開口するとともに不図示のエアクリーナに接続される吸気口１０が形成されている。また、締結ボルト５によってベアリングハウジング２とコンプレッサハウジング６とが連結された状態では、これら両ハウジング２、６の対向面によって、空気を圧縮して昇圧するディフューザ流路１１が形成される。このディフューザ流路１１は、タービン軸７（コンプレッサインペラ９）の径方向内側から外側に向けて環状に形成されており、上記の径方向内側において、コンプレッサインペラ９を介して吸気口１０に連通している。

また、コンプレッサハウジング６には、ディフューザ流路１１よりもタービン軸７（コンプレッサインペラ９）の径方向外側に位置する環状のコンプレッサスクロール流路１２が設けられている。コンプレッサスクロール流路１２は、不図示のエンジンの吸気口と連通するとともに、ディフューザ流路１１にも連通している。したがって、コンプレッサインペラ９が回転すると、吸気口１０からコンプレッサハウジング６内に流体が吸気されるとともに、当該吸気された流体は、ディフューザ流路１１およびコンプレッサスクロール流路１２で昇圧されてエンジンの吸気口に導かれることとなる。

タービンハウジング４には、過給機１の前側に開口するとともに不図示の排気ガス浄化装置に接続される吐出口１３が形成されている。また、タービンハウジング４には、流路１４と、この流路１４よりもタービン軸７（タービンインペラ８）の径方向外側に位置する環状のタービンスクロール流路１５とが設けられている。タービンスクロール流路１５は、エンジンの排気口から排出される排気ガスが導かれる不図示のガス流入口と連通するとともに、上記の流路１４にも連通している。したがって、ガス流入口からタービンスクロール流路１５に導かれた排気ガスは、流路１４およびタービンインペラ８を介して吐出口１３に導かれるとともに、その流通過程においてタービンインペラ８を回転させることとなる。そして、上記のタービンインペラ８の回転力は、タービン軸７を介してコンプレッサインペラ９に伝達されることとなり、コンプレッサインペラ９の回転力によって、上記のとおりに、流体が昇圧されてエンジンの吸気口に導かれることとなる。

図２は、図１のタービン軸７近傍の部分拡大図である。図２に示すように、ベアリングハウジング２内には、タービン軸７のスラスト荷重を受けるスラスト軸受７ａが設けられている。スラスト軸受７ａは、タービン軸７に固定されたスラストカラー２０に対し、タービンインペラ８側（図１参照）に配されたタービン側軸受２１と、コンプレッサインペラ９側に配されたコンプレッサ側軸受２２と、を備えて構成される。

スラストカラー２０は、環状部材であって、中央に軸方向に貫通する孔２０ａが設けられ、この孔２０ａにタービン軸７が挿通された状態でタービン軸７に固定され、タービン軸７と一体回転する。

タービン側軸受２１は、環状部材であって、ベアリングハウジング２内の嵌入孔２ｂに嵌め込まれる。タービン側軸受２１の中央には、軸方向に貫通する孔２１ａが設けられており、この孔２１ａにタービン軸７が相対回転自在に挿通されている。そして、タービン側軸受２１は、スラストカラー２０に対してタービン軸７の軸方向に対向するとともに、スラストカラー２０を介して作用するスラスト荷重を、コンプレッサインペラ９側から受ける。

コンプレッサ側軸受２２は、環状部材であって、タービン軸７の軸方向に対向するとともに、スラストカラー２０を介して作用するスラスト荷重を、タービンインペラ８側から受ける。コンプレッサ側軸受２２の中央には、軸方向に貫通する孔２２ａが設けられ、この孔２２ａに油切り部２３が挿通される。

油切り部２３は、軸方向に貫通する貫通孔２３ａが設けられており、貫通孔２３ａにタービン軸７が挿通された状態で、タービン軸７に固定される。このとき、油切り部２３の直径は、コンプレッサ側軸受２２における孔２２ａの内径よりも僅かに小さい寸法関係を維持しており、ベアリングハウジング２内に固定されたコンプレッサ側軸受２２に対して、タービン軸７および油切り部２３が相対回転自在に挿通されている。

油切り部２３の軸方向の一端は、スラストカラー２０に当接し、他端はコンプレッサインペラ９の背面に当接する。つまり、タービン軸７に対して、コンプレッサインペラ９側の端部からスラストカラー２０、油切り部２３およびコンプレッサインペラ９を順次挿通させた状態で、タービン軸７の端部にボルトを締結する。これにより、スラストカラー２０、油切り部２３およびコンプレッサインペラ９は、ボルトの締結力によって、タービン軸７の段部とボルトとの間で軸方向に挟持され、タービン軸７と一体回転することとなる。また、油切り部２３は、スラストカラー２０に当接する一端側よりも、径方向に突出する突起部２３ｂを備えており、この突起部２３ｂを、コンプレッサ側軸受２２とコンプレッサインペラ９との間に位置させている。この突起部２３ｂは、コンプレッサ側軸受２２の孔２２ａを伝って突起部２３ｂに到達した潤滑油を、遠心力によって径方向外方に飛散させ、潤滑油のコンプレッサインペラ９側への侵入を抑制するものである。

ラジアル軸受７ｂは、タービン側軸受２１およびコンプレッサ側軸受２２のうち相対的にベアリングハウジング２の内方に位置する軸受（本実施形態においてはタービン側軸受２１が該当する）の近傍に設けられる。また、ラジアル軸受７ｂは、ベアリングハウジング２内のタービンインペラ８側にも配され、２つのラジアル軸受７ｂによって、タービン軸７のラジアル荷重を受ける。

そして、ベアリングハウジング２には、穿孔加工によって油路２４が形成されている。油路２４は、タービン側軸受２１まで通じており、当該ベアリングハウジング２外側から、タービン側軸受２１まで潤滑油を供給する。

具体的に、油路２４は、タービン軸７の径方向に延在する主流路２４ａと、主流路２４ａから分岐するとともに、タービン軸７の軸方向に沿って延在する分岐路２４ｂと、を含んで構成され、潤滑油は、主流路２４ａから分岐路２４ｂを介してタービン側軸受２１まで導かれる。油路２４を主流路２４ａと分岐路２４ｂとで構成することで、過給機１は、主流路２４ａとは別に、分岐路２４ｂの流路面積を設定でき、タービン側軸受２１、コンプレッサ側軸受２２、および、スラストカラー２０に供給する潤滑油の最適量に応じた設計が容易となる。

また、分岐路２４ｂは、タービン側軸受２１と、ラジアル軸受７ｂとの双方に開口し（開口２４ｃ、２４ｄ）、タービン側軸受２１に潤滑油を供給する孔と、ラジアル軸受７ｂに潤滑油を供給する孔とを、１つの分岐路２４ｂで共用している。そのため、過給機１は、潤滑油の供給用の孔を、タービン側軸受２１とラジアル軸受７ｂそれぞれに設ける場合に比べ、穿孔加工を施す孔の全長を短縮でき、加工コストを低減することが可能となる。

また、分岐路２４ｂは、タービン軸７に沿って形成されるため、分岐路２４ｂが軸方向に対して斜めの孔である場合に比べ、ベアリングハウジング２に対する加工装置の位置決めなどが容易となり、過給機１は、加工時間を短縮し、加工コストを低減することができる。

そして、タービン側軸受２１には、タービン軸７の軸方向に貫通し、潤滑油が流通する油孔２１ｂが設けられる。油路２４は、油孔２１ｂに対向する位置に開口している。油路２４の分岐路２４ｂの開口２４ｃに導かれた潤滑油は、油孔２１ｂを通ってスラストカラー２０およびコンプレッサ側軸受２２に供給される。

また、スラストカラー２０には、タービン軸７の軸方向に貫通し、タービン側軸受２１から、相対的にベアリングハウジング２の外方に位置する軸受（コンプレッサ側軸受２２）に潤滑油を流通させる補助孔２０ｂが設けられている。

そのため、タービン側軸受２１からスラストカラー２０のタービン側軸受２１側の面２０ｃに伝った潤滑油は、補助孔２０ｂを通ってスラストカラー２０の反対側の面２０ｄおよびコンプレッサ側軸受２２に供給される。

こうして、タービン側軸受２１に導かれた潤滑油は、スラストカラー２０およびコンプレッサ側軸受２２まで流れ、スラストカラー２０と、タービン側軸受２１およびコンプレッサ側軸受２２との摩擦を低減する。

このように、過給機１では、コンプレッサ側軸受２２まで潤滑油を導く油路ではなく、タービン側軸受２１まで潤滑油を導く油路２４が形成され、コンプレッサ側軸受２２への斜め孔の穿孔加工をせずとも、ベアリングハウジング２に対する簡易な穿孔加工によって油路２４を形成するだけで、スラストカラー２０、タービン側軸受２１、およびコンプレッサ側軸受２２に対し、十分な潤滑油を供給することが可能となる。

また、上述した実施形態では、タービン側軸受２１に油孔２１ｂ、スラストカラー２０に補助孔２０ｂが設けられる場合について説明した。しかし、油孔２１ｂおよび補助孔２０ｂのいずれか一方または両方を設けずとも、タービン側軸受２１に供給された潤滑油は、タービン側軸受２１やスラストカラー２０の外周を伝って、コンプレッサ側軸受２２まで流れる。そのため、過給機１は、ベアリングハウジング２に対する簡易な穿孔加工によって、タービン側軸受２１、コンプレッサ側軸受２２、および、スラストカラー２０に対し、十分な潤滑油を供給する構造を実現することができる。ただし、本実施形態のように、タービン側軸受２１に油孔２１ｂ、スラストカラー２０に補助孔２０ｂを設けることで、過給機１は、潤滑油の圧力に要するエネルギーを低減することが可能となる。

また、上述した実施形態では、タービン側軸受２１、コンプレッサ側軸受２２およびスラストカラー２０を、コンプレッサインペラ９側に設けることとし、タービン側軸受２１が、コンプレッサ側軸受２２に対して相対的にベアリングハウジング２の内方に位置する場合について説明した。しかしながら、例えば、タービン側軸受２１、コンプレッサ側軸受２２およびスラストカラー２０を、タービンインペラ８側に設けてもよい。この場合には、コンプレッサ側軸受２２が、タービン側軸受２１に対して相対的にベアリングハウジング２の内方に位置することとなる。

また、上述した実施形態では、分岐路２４ｂが、タービン側軸受２１と、ラジアル軸受７ｂとの双方に開口し、タービン側軸受２１に潤滑油を供給する孔と、ラジアル軸受７ｂに潤滑油を供給する孔とを、１つの分岐路２４ｂで共用する場合について説明した。しかし、分岐路２４ｂとは別に、主流路２４ａから分岐し、ラジアル軸受７ｂに潤滑油を供給するための油路である副流路を設けてもよい。この場合、過給機１は、タービン側軸受２１側と、ラジアル軸受７ｂ側とに供給する潤滑油の量を、個別に設定した流路面積によって調整でき、設計が容易となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、タービン軸に作用するスラスト荷重をスラスト軸受で受け止める過給機に利用することができる。

１ …過給機
２ …ベアリングハウジング
４ …タービンハウジング
６ …コンプレッサハウジング
７ …タービン軸
７ａ …ラジアル軸受
８ …タービンインペラ
９ …コンプレッサインペラ
２０ …スラストカラー
２０ｂ …補助孔
２１ …タービン側軸受
２１ｂ …油孔
２２ …コンプレッサ側軸受
２４ …油路
２４ａ …主流路
２４ｂ …分岐路

Claims (7)

1. 一端側にタービンハウジングが固定され、他端側にコンプレッサハウジングが固定されたベアリングハウジングと、
   前記タービンハウジング内に収容されるタービンインペラが一端に設けられ、前記コンプレッサハウジング内に収容されるコンプレッサインペラが他端に設けられたタービン軸と、
   前記タービン軸に固定されたスラストカラーと、
   前記ベアリングハウジング内に設けられ、前記スラストカラーに対して前記タービン軸の軸方向に対向するとともに、前記スラストカラーを介して作用するスラスト荷重を、前記コンプレッサインペラ側から受けるタービン側軸受と、
   前記タービン軸の軸方向に対向するとともに、前記スラストカラーを介して作用するスラスト荷重を、前記タービンインペラ側から受けるコンプレッサ側軸受と、
   を備え、
   前記ベアリングハウジングには、当該ベアリングハウジング外側から、前記タービン側軸受および前記コンプレッサ側軸受のうち相対的に該ベアリングハウジングの内方に位置する軸受まで潤滑油を供給する油路が設けられ、
   前記スラストカラーには、前記タービン軸の軸方向に貫通し、前記タービン側軸受および前記コンプレッサ側軸受のうち相対的に前記ベアリングハウジングの内方に位置する軸受から、相対的に該ベアリングハウジングの外方に位置する軸受に潤滑油を流通させる補助孔が設けられていることを特徴とする過給機。
2. 前記油路は、
   前記タービン軸の径方向に延在する主流路と、
   前記主流路から前記タービン側軸受および前記コンプレッサ側軸受のうち相対的に前記ベアリングハウジングの内方に位置する軸受まで潤滑油を導く分岐路と、を備えて構成されることを特徴とする請求項１記載の過給機。
3. 前記タービン側軸受および前記コンプレッサ側軸受のうち相対的に前記ベアリングハウジングの内方に位置する軸受の近傍に設けられ、前記タービン軸のラジアル荷重を受けるラジアル軸受をさらに備え、
   前記分岐路は、
   前記タービン側軸受および前記コンプレッサ側軸受のうち相対的に前記ベアリングハウジングの内方に位置する軸受と、前記ラジアル軸受との双方に開口していることを特徴とする請求項２記載の過給機。
4. 前記分岐路は、前記タービン軸に沿って形成されることを特徴とする請求項２または３に記載の過給機。
5. 前記タービン側軸受および前記コンプレッサ側軸受のうち相対的に前記ベアリングハウジングの内方に位置する軸受には、前記タービン軸の軸方向に貫通し、潤滑油が流通する油孔が設けられ、
   前記油路は、前記油孔に対向する位置に開口していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の過給機。
6. 潤滑油が供給される油路を備えたベアリングハウジングと、
   前記ベアリングハウジングに回転自在に挿通されたタービン軸と、
   前記タービン軸に固定されたスラストカラーと、
   前記スラストカラーに対し、前記ベアリングハウジングの内方側に位置し、前記油路から潤滑油が供給される第１のスラスト軸受と、
   前記スラストカラーに対し、前記ベアリングハウジングの外方側に位置する第２のスラスト軸受と、
   前記スラストカラーに設けられ、前記第１のスラスト軸受から前記第２のスラスト軸受に潤滑油が流通される孔と、
   を備えることを特徴とする過給機。
7. 前記第１のスラスト軸受は、
   前記油路の開口位置と対向し、前記スラストカラーに潤滑油が流通される孔を備えることを特徴とする請求項６に記載の過給機。

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