JP6015013B2

JP6015013B2 - 過給機

Info

Publication number: JP6015013B2
Application number: JP2012017902A
Authority: JP
Inventors: 寛采浦; 真一金田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2032-01-31
Also published as: JP2013155688A

Description

本発明は、タービン軸の軸受を潤滑油で潤滑させる過給機に関する。

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設けられた軸受に回転自在に軸支された過給機が知られている。こうした過給機は、ベアリングハウジングの一端面に、タービンインペラが収容されるタービンハウジングが固定され、ベアリングハウジングの他端面に、コンプレッサインペラが収容されるコンプレッサハウジングが固定される。

このタービン軸を軸支する軸受は、タービン軸の振動を吸収するオイルフィルムダンパに保持される。軸受には、高速で回転するタービン軸との摩擦に伴う機械損失や摩耗を低減するため、オイルフィルムダンパの内外を貫通する貫通孔を通って、潤滑油が供給される。例えば、特許文献１では、この潤滑油を高速で回転するタービン軸に当て、タービン軸と共に回転するスリンガが、タービン軸から伝わってきた潤滑油を回転軸の径外方向に飛ばし噴霧化して軸受に供給している。

特開２００９−２０４００５号公報

潤滑油を直接軸受内部に吹き付ける、所謂ジェット給油法では、潤滑油に異物が含まれて軸受の隙間に異物が入り込み、軸受が損傷する可能性がある。この損傷は、過給機の静音性や振動特性の劣化要因となるとともに、過給機の寿命を低下させる。また、ジェット給油法では、潤滑油が軸受内部の転動体に勢いよく当たることで、軸受の回転の抵抗となって機械損失が生じてしまう。

上述した特許文献１の構成であれば、潤滑油に含まれる異物は、タービン軸およびスリンガで弾かれ軸受に到達しない可能性もある。しかし、タービン軸が回転していないときには、潤滑油を軸受に供給すること自体が不可能となってしまう。

本発明の目的は、機械損失を抑制し、過給機の稼働状態にかかわらず軸受に潤滑油を供給可能とし、軸受内部への異物の侵入を抑制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、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、前記ベアリングハウジングの内部に配され、互いに離間して前記タービン軸を回転自在に軸支する２つの軸受と、前記ベアリングハウジングの内部に配され、前記２つの軸受を保持するとともに、前記ベアリングハウジングとの間に油膜を形成するオイルフィルムダンパと、前記オイルフィルムダンパに形成され、該オイルフィルムダンパの外部から前記軸受近傍まで貫通し、潤滑油が内部を流通する貫通孔と、を備え、前記２つの軸受の内輪には、前記タービン軸の軸方向であって該２つの軸受が互いに近接する方向に向かって、該２つの軸受の外輪よりも長く延在し、前記貫通孔から流出する前記潤滑油の流路に位置するテーパ面、または、曲面であって、該貫通孔および該軸受の転動体に臨む導油部が形成されている。

前記２つの軸受の間に配され、弾性力によって該２つの軸受を互いに離間する方向に付勢する間在部をさらに備え、前記間在部は、スプリングと、前記スプリングを前記タービン軸の軸方向の外側から挟み、前記２つの軸受それぞれに接触する２つのスプリング受けと、で構成され、前記スプリング受けは、前記貫通孔に連通するとともに前記導油部に対向する接続孔が設けられていてもよい。

本発明によれば、機械損失を抑制し、過給機の稼働状態にかかわらず軸受に潤滑油を供給可能とし、軸受内部への異物の侵入を抑制することができる。

過給機の概略断面図である。オイルフィルムダンパの内部構造を説明するための説明図である。第１変形例および第２変形例を説明するための説明図である。第３変形例を説明するための説明図である。

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。

各ハウジング２、４、６の内部にはタービン軸７が配される。タービン軸７の前端部（一端）にはタービンインペラ８が一体的に設けられており、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が一体的に設けられており、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。

ベアリングハウジング２には、円筒形状の内周面を形成する配置孔２ａが設けられており、この配置孔２ａに円筒部材で構成されるオイルフィルムダンパ１０が挿入されている。オイルフィルムダンパ１０には、過給機１の前後方向に貫通する軸受孔１０ａが形成されており、この軸受孔１０ａに２つの軸受１１が保持されている。タービン軸７は、２つの軸受１１によって回転自在に軸支される。ここでは、軸受１１は、ラジアル荷重に加えアキシアル荷重を同時に支持可能なアンギュラ玉軸受である。

ベアリングハウジング２に設けられたオイル供給口２ｂから潤滑油が圧入されると、潤滑油は、配置孔２ａを区画形成するベアリングハウジング２の内周面と、オイルフィルムダンパ１０の外周面との間に形成される間隙に導かれ、オイルフィルムダンパ１０とベアリングハウジング２との間に油膜が形成される。オイルフィルムダンパ１０は、この油膜によって軸受１１に軸支されたタービン軸７の振動を抑制する。

そして、オイル供給口２ｂから供給された潤滑油は、オイルフィルムダンパ１０の外周および内部を伝って、ベアリングハウジング２に設けられた排出口２ｃからベアリングハウジング２の外部に排出される。オイルフィルムダンパ１０の内部構造については後に詳述する。

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１２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、ディフューザ流路１３が形成される。このディフューザ流路１３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１２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１３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１４が設けられている。コンプレッサスクロール流路１４は、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１３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１２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１３およびコンプレッサスクロール流路１４で昇圧されて不図示の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の前側に向かって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１５が形成されている。また、タービンハウジング４内には、タービンインペラ８の径方向外側に位置するタービンスクロール流路１６が設けられている。

具体的には、タービンスクロール流路１６は、例えば、エンジン等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。そして、ガス流入口からタービンスクロール流路１６に排気ガスが導かれると、当該排気ガスがガス流入口からタービンスクロール流路１６に沿ってタービン軸７の回転方向に周回しながら、当該タービンスクロール流路１６の径方向内側に導かれる。このようにしてタービンスクロール流路１６の径方向内側に導かれた排気ガスは、タービンインペラ８を介して吐出口１５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、オイルフィルムダンパ１０の内部構造を説明するための説明図である。特に、図２（ａ）は、図１のオイルフィルムダンパ１０近傍の部分拡大図を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）中、左上の軸受１１近傍の部分拡大図を示す。

図２（ａ）に示すように、オイルフィルムダンパ１０には貫通孔１０ｂが設けられる。貫通孔１０ｂは、オイルフィルムダンパ１０の外部から軸受１１近傍まで、タービン軸７の径方向（以下、単に径方向と称す）に貫通し、潤滑油をオイルフィルムダンパ１０の外部から内部へと導く。

また、２つの軸受１１の間には、間在部１７が配される。間在部１７は、２つの軸受１１の間隔を維持するように、例えば、タービン軸７の軸方向（以下、単に軸方向と称す）に圧縮した状態で両軸受１１間に配置され、弾性力によって２つの軸受１１を互いに離間する方向（スラスト方向）に付勢する。本実施形態において、間在部１７は、軸方向に圧縮されたスプリング１８と、スプリング１８を軸方向の外側から挟み、２つの軸受１１それぞれに接触する２つのスプリング受け１９とで構成される。

図２（ｂ）に示すように、スプリング受け１９は、環状部材であり、スプリング１８との対向面１９ａおよび軸受１１との対向面１９ｂがそれぞれ平面となっている。対向面１９ｂは、径方向の肉厚が軸受１１の外輪１１ａと大凡等しく、軸受１１の外輪１１ａと面接触している。

また、スプリング受け１９は、軸受１１の内輪１１ｂと非接触状態を維持している。

スプリング受け１９には、オイルフィルムダンパ１０の貫通孔１０ｂに連通する接続孔１９ｃが形成されており、貫通孔１０ｂに導かれた潤滑油が、接続孔１９ｃを介してスプリング受け１９内に流れ込むように構成されている。

従来用いられていたジェット給油法は、このようにオイルフィルムダンパの内部に導かれた潤滑油を、直接軸受に吹き付ける。ジェット給油法は、仮に、潤滑油に異物が含まれていると、軸受の隙間に異物が入り込んでしまい、軸受が損傷する可能性があるとともに、潤滑油が軸受に勢いよく当たることで、軸受の回転の抵抗となって機械損失が生じるおそれがある。

そこで、軸受１１の内輪１１ｂには導油部１１ｃが形成されている。導油部１１ｃは、タービン軸７の軸方向であって２つの軸受１１が互いに近接する方向に向かって、２つの軸受１１の外輪１１ａよりも長く延在する。本実施形態において、接続孔１９ｃは導油部１１ｃに対向し、導油部１１ｃは、接続孔１９ｃを介し貫通孔１０ｂから流出する潤滑油の流路に位置し、軸受１１の内部の転動体１１ｄおよび貫通孔１０ｂ（接続孔１９ｃ）に臨むテーパ面である。導油部１１ｃは、例えば、貫通孔１０ｂの延長線上、すなわち、貫通孔１０ｂに対して径方向内側に設けられる。

そして、導油部１１ｃは、接続孔１９ｃを介し貫通孔１０ｂから供給された潤滑油を、図２（ｂ）に示す矢印Ａの向きに、例えば、弾いたり飛散させたりすることで、潤滑油を転動体１１ｄに導く。

このように、本実施形態の過給機１は、オイルフィルムダンパ１０の貫通孔１０ｂを通じて、過給機１の稼働状態にかかわらず軸受１１に潤滑油を供給できる。また、一旦、導油部１１ｃで潤滑油を受けるため、潤滑油に異物が混入している場合であっても、異物は例えば潤滑油よりも比重が重い等の理由から潤滑油のように転動体１１ｄに弾かれず、導油部１１ｃに付着する。そして、異物は、導油部１１ｃの回転の遠心力によって、導油部１１ｃを伝ってスプリング受け１９の内周面１９ｄに弾かれる。内周面１９ｄに弾かれた異物は、スプリング受け１９とタービン軸７の隙間を通り、オイルフィルムダンパ１０の落油孔１０ｃを伝って、ベアリングハウジング２の排出口２ｃから排出されることが多い。そのため、過給機１は、軸受１１内部の転動体１１ｄへの異物の侵入が抑制されて、異物に起因する軸受１１の損傷を防ぎ、ひいては静音性や振動特性の劣化を防止するとともに、寿命の低下を抑えることが可能となる。

また、過給機１は、一旦、導油部１１ｃに当たって勢いが弱まった潤滑油が転動体１１ｄに到達するため、転動体１１ｄが直接潤滑油を受ける場合に比べ、軸受１１で生じる機械損失を抑制することが可能となる。

また、スプリング受け１９に接続孔１９ｃを設ける構成により、接続孔１９ｃを導油部１１ｃに近接させることができ、接続孔１９ｃから流出した潤滑油を導油部１１ｃに確実に当てることが可能となる。

ここでは、貫通孔１０ｂおよび接続孔１９ｃが軸方向に対して垂直な方向に直線的に穿孔された構成を例に挙げたが、貫通孔１０ｂおよび接続孔１９ｃは、軸方向に対して、垂直以外の角度で穿孔されてもよいし、例えば屈曲していてもよい。

上述したように、導油部１１ｃをテーパ面とする構成により、過給機１は、外輪１１ａよりも軸方向に長い内輪１１ｂに対し、テーパを付けるといった簡易な加工によって、導油部１１ｃを設けることができ、製造コストを低減できる。

（第１変形例）
図３は、第１変形例および第２変形例を説明するための説明図であって、図２（ｂ）に対応する位置の断面図である。図３（ａ）に示すように、第１変形例における軸受２１の内輪２１ｂに設けられた導油部２１ｃは、上述したようなテーパではなく、接続孔１９ｃを介し貫通孔１０ｂから流出する潤滑油の流路に位置する曲面である。ここでは、特に、軸受２１の外輪２１ａに近接する方向に凸状に突出している。

導油部２１ｃとして、凸方向に突出した曲面を設ける場合、潤滑油が広範囲に飛散するため、軸受２１全体に潤滑油を導くことが可能となる。

（第２変形例）
図３（ｂ）に示すように、第２変形例における軸受３１の内輪３１ｂに設けられた導油部３１ｃは、接続孔１９ｃを介し貫通孔１０ｂから流出する潤滑油の流路に位置する曲面であって、軸受３１の外輪３１ａから内輪３１ｂに近接する方向に凸状となる曲面で構成されている。

導油部３１ｃとして、上記の曲面を設ける場合、導油部３１ｃで弾かれた潤滑油の方向が乱れ難く、潤滑油を効率的に軸受３１の内部の転動体３１ｄに導くことが可能となる。

上述した第１変形例および第２変形例のいずれにおいても、導油部２１ｃ、３１ｃを曲面とする構成により、外輪２１ａ、３１ａよりも軸方向に長い内輪２１ｂ、３１ｂに対し、丸み付けの加工をするといった簡易な処理によって導油部２１ｃ、３１ｃを設けることができ、製造コストを低減できる。

（第３変形例）
図４は、第３変形例を説明するための説明図である。特に、図４（ａ）は、図２（ａ）に対応する位置の断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）中、左上の軸受１１近傍の部分拡大図を示す。

図４（ａ）に示すように、第３変形例における間在部４７は、上述したようなスプリングおよびスプリング受けではなく、金属の円筒体で構成される間座である。また、図４（ｂ）に示すように、間在部４７は、軸受１１の内輪１１ｂと接触して内輪１１ｂと共に回転する。

導油部１１ｃは、上記の実施形態で説明したように、軸受１１の内輪１１ｂに設けられたテーパ面である。そして、導油部１１ｃは、貫通孔１０ｂから流出する潤滑油の流路に位置する。具体的に、導油部１１ｃは、例えば、貫通孔１０ｂの延長線上、すなわち、貫通孔１０ｂに対して径方向内側に設けられ、貫通孔１０ｂに臨むように設けられている。そして、導油部１１ｃは、潤滑油を軸受１１の内部の転動体１１ｄに導く。また、導油部１１ｃはテーパに限らず、第１変形例や第２変形例のように、曲面であってもよい。

第１変形例、第２変形例および第３変形例においても、過給機１は、上述した実施形態の効果と同様、稼働状態にかかわらず軸受１１、２１、３１に潤滑油を供給でき、異物に起因する軸受１１、２１、３１の損傷を防ぎ、ひいては静音特性や振動特性の劣化を防止するとともに、寿命の低下を抑える。さらに、過給機１は、転動体１１ｄ、２１ｄ、３１ｄが直接潤滑油を受ける場合に比べ、軸受１１、２１、３１で生じる機械損失を抑制可能となる。

上述した実施形態および変形例では、軸受１１、２１、３１は、アンギュラ玉軸受を例に挙げたが、過給機１のタービン軸７を回転自在に軸支できれば、その種類は問わない。

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、タービン軸の軸受を潤滑油で潤滑させ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
８ …タービンインペラ
９ …コンプレッサインペラ
１０ …オイルフィルムダンパ
１０ｂ …貫通孔
１１、２１、３１ …軸受
１１ａ、２１ａ、３１ａ …外輪
１１ｂ、２１ｂ、３１ｂ …内輪
１１ｃ、２１ｃ、３１ｃ …導油部
１７、４７ …間在部
１８ …スプリング
１９ …スプリング受け
１９ｃ …接続孔

Claims

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、
前記ベアリングハウジングの内部に配され、互いに離間して前記タービン軸を回転自在に軸支する２つの軸受と、
前記ベアリングハウジングの内部に配され、前記２つの軸受を保持するとともに、前記ベアリングハウジングとの間に油膜を形成するオイルフィルムダンパと、
前記オイルフィルムダンパに形成され、該オイルフィルムダンパの外部から前記軸受近傍まで貫通し、潤滑油が内部を流通する貫通孔と、
を備え、
前記２つの軸受の内輪には、前記タービン軸の軸方向であって該２つの軸受が互いに近接する方向に向かって、該２つの軸受の外輪よりも長く延在し、前記貫通孔から流出する前記潤滑油の流路に位置するテーパ面、または、曲面であって、該貫通孔および該軸受の転動体に臨む導油部が形成されていることを特徴とする過給機。
前記２つの軸受の間に配され、弾性力によって該２つの軸受を互いに離間する方向に付勢する間在部をさらに備え、
前記間在部は、
スプリングと、
前記スプリングを前記タービン軸の軸方向の外側から挟み、前記２つの軸受のそれぞれに接触する２つのスプリング受けと、
で構成され、
前記スプリング受けは、前記貫通孔に連通するとともに前記導油部に対向する接続孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の過給機。