JP5996301B2 - ターボ過給機 - Google Patents

Description

本願発明は、車両用等の内燃機関に使用されるターボ過給機に関するものである。

内燃機関に使用されるターボ過給機は、排気ガスで回転するタービン翼と、吸気系の清浄空気を加圧するコンプレッサ翼とを備えており、タービン翼とコンプレッサ翼とを回転軸に固定している。そして、回転軸の軸受け手段として、耐久性や回転の滑らかさ、発熱防止等の点から、ハウジングに設けた軸受け部に油層を介して配置されたフローティングメタル（浮動軸受け）が使用されている。

このフローティングメタルは、オイル層を介してハウジングの軸受け部に保持されているに過ぎないため、回転軸と一緒に連れ回転しようとする傾向を呈する。そこで、内周と外周とに貫通した回り止め穴を設け、ハウジングの軸受け部に嵌着したストッパーピンを回り止め穴に嵌めることで、連れ回転を防止している（例えば特許文献１）。

特開平０９−２４２５５３号公報

さて、ターボ過給機の本体を構成するハウジングは複雑な内部構造を有することから、一般に鋳砂製鋳型に溶融金属を注入して製造された鋳造品が使用されているが、鋳造に使用した鋳砂が完全に除去されずに内部に残ることがあり得る。また、オイルはオイルポンプでオイルパンから吸い上げられてオイルパンに戻る循環を繰り返すが、オイル循環経路に残っていた異物がターボ過給機のハウジングに流れ込むことも有り得る。

そして、鋳砂や異物がハウジングの内部で浮遊していると、回転軸とフローティングメタルとの間の隙間やフローティングメタルと軸受部との間の隙間などに入り込んで、回転部材の回転を阻止する噛み込み現象を生じる虞があった。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

この改善策として本願請求項１の発明は、
ハウジングに設けた横向きの軸受け部の内部に、オイル層を介して円筒状のフローティングメタルが配置されており、前記フローティングメタルの内部に、一端部にタービン翼を設けて他端部にコンプレッサ翼を設けた回転軸がオイル層を介して回転自在に挿通されている一方、
前記ハウジングにおける軸受部のうち前記フローティングメタルの下方の部位には、回り止め用ストッパーピンが下方から嵌め込まれて固定されており、前記ストッパーピンの上端が前記フローティングメタルの内部に露出している構成において、
前記ストッパーピンは、前記フローティングメタルの内部から異物が落ち込み得るように前記フローティングメタルの内部に向けて略上向きに開口した中空構造に形成されている。
請求項２の発明では、前記ストッパーピンを開口部が窄まった内部形状にしている。

鋳砂のような異物がハウジングの内部でどのような挙動をとるかは、異物の比重や大きさ、オイルの圧力などによってまちまちであるが、一般には、オイルの流れに乗って動き回ると推測され、鋳砂のように比重が大きい異物の場合は、重力で下方に沈もうとする傾向を呈すると推測される。ターボ過給機の運転が停止したり機関の運転で停止したりしてオイルの流れが止まると、異物は下方に流れ落ちると言える。

そして、本願発明では、フローティングメタルの回り止め用のストッパーピンが軸受部の下部において上向きに開口しているため、鋳砂等の異物を、オイルの流れに乗って動く途中でストッパーピンの内部に補集したり、機関の運転停止等によって下方に流れ落ちることでストッパーピンの内部に補集しりすることができる。ストッパーピンの内部ではオイルは静止状態になっているので、異物がいったんストッパーピンの内部に補集されると再び放出されることはないと言える。

このように、本願発明によると、フローティングメタルの回り止めのためのストッパーピンを利用して鋳砂等の異物を補集可能であるため、部材点数を増大させることなく、回転部材の回転不良を防止することが可能になる。

請求項２の構成を採用すると、ストッパーピンの内部に入り込んだ異物が振動等で排出されることを的確に阻止できるため、異物保持機能をより向上させることができる利点がある。また、請求項２の場合、ストッパーピンの上端部（先端部）の外周をテーパ状に形成することも可能であり、この形態を採用すると、ハウジング及びフローティングメタルへのストッパーピンの嵌め込みが容易になる利点がある。

本願発明を適用した排気ターボ過給機の縦断正面図である。 （Ａ）は図１の部分拡大図、（Ｂ）は（Ａ）の部分断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ視断面図、（Ｄ）（Ｅ）変形例を示す図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は排気ガスで駆動されるターボ過給機に適用しており、ターボ過給機は、排気ガスで駆動されるタービン翼１と、エアクリーナから送られた清浄空気を加圧するコンプレッサ翼２とを有しており、両者は回転軸３の一端寄り部（一端部）と他端寄り部（他端部）とに固定されている。なお、回転軸３を複数本のパーツで構成することも可能である。

ターボ過給機は、更に、タービン翼１を囲うタービンハウンジグ４と、コンプレッサ翼２を囲うコンプレッサハウジング５と、これらタービンハウンジグ４とコンプレッサハウジング５との間に介在したセンターハウジング６とを有している。センターハウジング６が請求項に記載した「ハウジング」に該当する。

タービンハウンジグ４には環状の駆動通路７とこれに連通した排気ガス出口通路８とを形成し、コンプレッサハウジング５には、清浄空気が入る入口通路９と、これに連通した環状の圧縮通路１０とを形成している（正確には、圧縮通路１０は、コンプレッサハウジング５とセンターハウジング６とで構成されている。）。

駆動通路７と圧縮通路１０は周方向に向かって断面積が変化しており、駆動通路７にはその大径の流入口に排気ガスが流入し、図１に黒抜き矢印で示すように、仕事をした排気ガスは回転軸３と同心の地口通路８から排出される。他方、清浄空気は、回転軸３と同心の入口通路９から流入して、圧縮通路１０における大径の流出口から排出される。なお、タービンハウンジグ４とセンターハウジング６とはかしめ方式のホルダー１１で一体に締結されており、コンプレッサハウジング５とセンターハウジング６とはボルト１２で締結されている。

センターハウジング６には、円筒形のフローティングメタル１４を介して回転軸３を回転自在に保持するセンター軸受け部１５と、回転軸３のうちタービン翼１が取り付けられている端部を回転自在に保持する第１サイド軸受け部１６と、回転軸３のうちコンプレッサ翼２が取り付けられている側の部位を回転自在に保持する第２サイド軸受け部１７とを形成している。センター軸受け部１５が請求項に記載した「軸受部」に該当する。回転軸１３は概ね水平姿勢になっており、これに伴い、フローティングメタル１４及びセンター軸受け部１５も略水平姿勢（横向き姿勢）になっている。

第２サイド軸受け１７では、回転軸３は、アウターブッシュ１８及びその内側に嵌まったインナーブッシュ１９を介して支持されている。インナーブッシュ１９とアウターブッシュ１８との間には、オイルシールを設けている。回転軸３のうち第１サイド軸受け部１６に嵌まっている箇所にも、オイルシール２０を装着している。

センター軸受け部１５の内周面とフローティングメタル１４の外周面との間には若干の隙間が空いており、また、回転軸３とフローティングメタル１４との間にはオイル溜まり部２１を形成している。また、オイル溜まり部２１を挟んで軸方向の両側の部位においても、回転軸３とフローティングメタル１４との間に若干の隙間を設けている。

回転軸３のうちタービン翼１の側に位置した部位には、フローティングメタル１４の一端面に当接し得るフランジ２２が形成されている。他方、インナーブッシュ１９には、フローティングメタル１４がコンプレッサ翼２の方向に移動することを規制するフランジ２３を形成している。フローティングメタル１４の長さは、回転軸３のフランジ２２とインナーブッシュ１９のフランジ２３との間隔寸法より若干短くしており、このため、フローティングメタル１４は軸方向にも若干は移動し得る。

センターハウジング６には、センター軸受け部１５を囲うようにオイル通路２４が形成されている。オイル通路２４には、オイル入口とオイル出口（いずれも図示せず）を設けている。従って、フローティングメタル１４はオイルに漬かった状態になっている。

オイルは粘性があるため、フローティングメタル１４は回転軸３と一緒に連れ回転しようとする。そこで、フローティングメタル１４に、その内外に貫通（連通）した回り止め穴２５を空ける一方、センターハウジング６におけるセンター軸受け部１５の下部に、上端部が回り止め穴２５に下方から嵌まるストッパーピン２６を、下方から嵌め込んで強制嵌合（固定）している。ストッパーピン２６の下部にはフランジを設けているが、フランジを備えていないストレート形状も採用できる。ストッパーピン２６をねじ方式にして、センター軸受け部１５にねじ込みで固定することも可能である。

既述のようにセンター軸受け部１５を囲うオイル通路２４が形成されているが、図２（Ｃ）に示すように、センター軸受け部１５とフローティングメタル１４とには、オイル通路２４のオイルを回転軸３とフローティングメタル１４との間のオイル溜まり部２１に導くオイル供給穴２９が空いている。オイル供給穴２９とストッパーピン２６とは概ね同じ環状ライン線上に位置していると共に、オイル供給穴２９の開口部と回り止め穴２５の開口部とは近くに位置している。

そして、ストッパーピン２６は、フローティングメタル１４の内部と連通するように上向きに開口した中空構造になっており、図２（Ｂ）（Ｃ）に示す例では、中空部２７はストレート状になっている。鋳砂等の異物２８は、オイル溜まり部２１で回転軸３の軸心回りに周回しながらストッパーピン２６の箇所に至ってストッパーピン２６の内部に補集されたり、ターボ過給機の運転停止や機関の運転停止に伴う下向き流下によってストッパーピン２６の内部に流入したりというように、ストッパーピン２６の内部に補集され得る。これにより、異物２８の噛み込みによる回転軸３の回転不良を防止できる。

異物は広い空間で漂う性質があるので、本実施形態のように回転軸１３とフローティングメタル１４との間にオイル溜まり部２１を設けると、異物２８はオイル溜まり部２１からストッパーピン２６の内部に流入し易くなるため、異物２８の補集機能に優れる利点がある。

さて、オイル供給穴２９からオイルがオイル溜まり部２１に供給されることで、オイル溜まり部２１にはオイルの旋回流が生じる。従って、オイルに混合していた異物がオイル溜まり部２１に流入したり、もともとオイル溜まり部２１に異物２８が浮遊していたりすると、異物２８はオイルの旋回流に乗ってフローティングメタル１４の内周に沿って旋回する傾向を呈する。そして、ストッパーピン２６はフローティングメタル１４の内周面の箇所に開口しているため、異物２８はオイル溜まり部２１の外側に拡散する前に、ストッパーピン２６の内部に補集されやすい。

従って、本実施形態では優れた異物補集機能を発揮する。特に、異物はオイル供給穴２９で形成された旋回流に乗って、オイル供給穴２９の開口部の箇所をぐるぐる回る傾向を呈するため、本実施形態のようにオイル供給穴２９とストッパーピン２６とを略同じ外周ライン上に配置すると、異物補集機能がより一層優れている（特に、鋳砂のように比重が大きい異物２８は同じ位置でぐるぐる回る傾向が高いため、本実施形態は鋳砂のように比重が大きくてトラブルの原因になりやすい異物の補集機能に優れていると言える。

図２（Ｄ）に示す例では、ストッパーピン２６の開口部に上窄まりのくびれ部２７ａを設けている。この構成を採用すると、異物２８はいったんストッパーピン２６の内部に入ると排出されることは殆どないため、異物保持機能に優れている。本実施形態では、ストッパーピン２６の内周と外周との両方をテーパ状に形成している。このため、センター軸受け部１５及びフローティングメタル１４のストッパーピン２６の嵌め込みが容易になる。もとより、内周のみをテーパ状に形成したり、内周と外周とのテーパ角度を変えたりすることも可能である。

図２（Ｅ）に示す例では、くびれ部２７ａをストッパーピン２６の上端より下方に位置せしめ、くびれ部２７ａの上側には上向き拡大部２７ｂを形成し、くびれ部２７ａの下側には上向き拡大部２７ｂを形成している。この実施形態では、異物２８の補集機能（誘い込み機能）と排出防止機能との両方に優れている。この実施形態では、中空部２７をフランジの部位まで延長することで、中空部２７の容積をできるだけ大きくしている。図２（Ａ）に一点鎖線鎖線で示すように、ストッパーピン２６をセンター軸受け部１５の下方に突出した状態に形成することで、中空部２７の容積を大きくすることも可能である。

本願発明は、内燃機関のターボ過給機に適用できる。従って、産業上利用できる。

１ タービン翼
２ コンプレッサ翼
３ 回転軸
４ タービンハウンジグ（請求項のハウジング）
５ コンプレッサハウジング
６ センターハウジング
１４ フローティングメタル
１５ センター軸受け部（請求項の軸受部）
１６ 第１サイド軸受け部
１７ 第２サイド軸受け部
１８ アウターブッシュ
１９ インナーブッシュ
２５ 回り止め穴
２６ ストッパーピン
２７ 中空部
２７ａ くびれ部
２８ 異物

Claims (2)

1. ハウジングに設けた横向きの軸受け部の内部に、オイル層を介して円筒状のフローティングメタルが配置されており、前記フローティングメタルの内部に、一端部にタービン翼を設けて他端部にコンプレッサ翼を設けた回転軸がオイル層を介して回転自在に挿通されている一方、
   前記ハウジングにおける軸受部のうち前記フローティングメタルの下方の部位には、回り止め用ストッパーピンが下方から嵌め込まれて固定されており、前記ストッパーピンの上端が前記フローティングメタルの内部に露出している構成であって、
   前記ストッパーピンは、前記フローティングメタルの内部から異物が落ち込み得るように前記フローティングメタルの内部に向けて略上向きに開口した中空構造に形成されている、
   ターボ過給機。
2. 前記ストッパーピンは、開口部が窄まった内部形状である、
   請求項１に記載したターボ過給機。

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