JP6070232B2

JP6070232B2 - 過給機

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Publication number: JP6070232B2
Application number: JP2013020600A
Authority: JP
Inventors: 寛采浦; 祐一大東; 智裕井上
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2033-02-05
Also published as: US20140219777A1; US9903226B2; JP2014152635A; CN103967596B; DE102014201547B4; CN103967596A; DE102014201547A1

Description

本発明は、軸受孔に潤滑油が供給される過給機に関する。

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軸支された過給機が知られている。こうした過給機をエンジンに接続し、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、この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。こうして、過給機は、コンプレッサインペラの回転に伴い空気を圧縮してエンジンに送出する。

ベアリングハウジングは、タービン軸の軸方向に軸受孔が貫通し、この軸受孔に軸受部が配されている。そして、ベアリングハウジング外から軸受孔に、タービン軸と軸受部を潤滑させる潤滑油が供給される。軸受部を潤滑した後の潤滑油は、軸受孔の両端から軸受孔の外に排出される。例えば、特許文献１には、軸受孔のタービンインペラ側に排油路が設けられ、当該排油路から軸受部を潤滑した後の潤滑油が排出される構成が記載されている。また、ベアリングハウジングに冷却用の冷却油の油路（冷却油路）が設けられ、高温になるベアリングハウジングのタービンインペラ側を冷却する構成が記載されている。

冷却油路は、ベアリングハウジングの内部のタービンインペラ側において、潤滑油の排油路の径方向外方に環状に設けられる。そして、冷却油路には、例えば、コンプレッサインペラ側の軸受部（ラジアル軸受）を潤滑した潤滑油や、コンプレッサインペラ側に配されたスラスト軸受を潤滑した潤滑油が導かれる。

特開２００９−１２７４３７号公報

ところで、高温時等に冷却性能が不足すると、特に高温になるタービン側において、軸受やシールリング等の部品に焼き付きやへたり等の損傷が生じたり、油路内に残留するオイルの劣化が進むおそれがある。すると、ハウジング内部の壁面等にスラッジが堆積し、さらに冷却性能が低下するという悪循環が生じる場合がある。そのため、過給機においては、さらなる冷却性能の向上が希求されている。

本発明の目的は、潤滑油による冷却性能を向上し、部品の劣化およびスラッジの堆積を抑制することが可能な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、過給機本体と、前記過給機本体に形成された軸受孔と、前記軸受孔に回転自在に挿通され、一端にタービンインペラが設けられるとともに他端にコンプレッサインペラが設けられたタービン軸と、前記軸受孔に収容され、前記タービン軸が挿通される挿通孔を有し、該タービン軸を回転自在に軸支し、該軸受孔内において相対的に前記タービンインペラ側に位置するタービン側軸受部および相対的に前記コンプレッサインペラ側に位置するコンプレッサ側軸受部が、該挿通孔の内周面に形成されるセミフローティングメタルと、前記過給機本体のうち前記軸受孔の径方向外方に設けられ、内部を流通する潤滑油によって該過給機本体を冷却する冷却油路と、前記コンプレッサ側軸受部を潤滑した潤滑油を前記冷却油路に導く第１導油路と、前記冷却油路と前記軸受孔より上方で連通し、前記タービン側軸受部を潤滑した潤滑油を前記冷却油路に導く第２導油路と、を備えたことを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の他の過給機は、過給機本体と、前記過給機本体に形成された軸受孔と、前記軸受孔に回転自在に挿通され、一端にタービンインペラが設けられるとともに他端にコンプレッサインペラが設けられたタービン軸と、前記軸受孔に収容され、前記タービン軸が挿通される挿通孔を有し、該タービン軸を回転自在に軸支し、該軸受孔内において相対的に前記タービンインペラ側に位置するタービン側軸受部および相対的に前記コンプレッサインペラ側に位置するコンプレッサ側軸受部が、該挿通孔の内周面に形成されるセミフローティングメタルと、前記タービン軸と一体回転するスラストカラーと、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配置され、該スラストカラーを介して前記タービン軸のスラスト荷重を受けるスラスト軸受と、前記過給機本体のうち前記軸受孔の径方向外方に設けられ、内部を流通する潤滑油によって該過給機本体を冷却する冷却油路と、前記コンプレッサ側軸受部および前記スラスト軸受のいずれか一方または双方を潤滑した潤滑油を前記冷却油路に導く第１導油路と、前記冷却油路と前記軸受孔より上方で連通し、前記タービン側軸受部を潤滑した潤滑油を前記冷却油路に導く第２導油路と、を備えたことを特徴とする。

前記軸受孔の前記タービンインペラ側に設けられ、前記タービン側軸受部を潤滑した後の潤滑油が留まる貯油部をさらに備え、前記第２導油路は、前記貯油部に連通していてもよい。

本発明によれば、潤滑油による冷却性能を向上し、部品の劣化およびスラッジの堆積を抑制することが可能となる。

過給機の概略断面図である。図１のベアリングハウジング内部の部分拡大図である。冷却油路を説明するための説明図である。比較例における図２に対応する部分の概略断面図である。

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Ｃの概略断面図である。以下では、図に示す矢印Ｌ方向を過給機Ｃの左側とし、矢印Ｒ方向を過給機Ｃの右側として説明する。図１に示すように、過給機Ｃは、過給機本体１を備えて構成される。この過給機本体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の左側に締結ボルト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の右側に締結ボルト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Ｃの左右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８を回転自在に軸支したり、タービン軸８に作用するスラスト荷重を受けたりする軸受部材７が設けられている。タービン軸８の左端部にはタービンインペラ９が一体的に固定されており、このタービンインペラ９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８の右端部にはコンプレッサインペラ１０が一体的に固定されており、このコンプレッサインペラ１０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Ｃの右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１１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、空気を昇圧するディフューザ流路１２が形成される。このディフューザ流路１２は、タービン軸８（コンプレッサインペラ１０）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１０を介して吸気口１１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１２よりもタービン軸８（コンプレッサインペラ１０）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１３が設けられている。コンプレッサスクロール流路１３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１２にも連通している。したがって、コンプレッサインペラ１０が回転すると、吸気口１１からコンプレッサハウジング６内に空気が吸気されるとともに、当該吸気された空気は、コンプレッサインペラ１０の翼間を流通する過程において遠心力の作用により増速され、ディフューザ流路１２およびコンプレッサスクロール流路１３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、タービンインペラ９よりもタービン軸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１４が形成されている。また、タービンハウジング４には、タービンインペラ９を介してタービンスクロール流路１４に連通するとともに、タービンインペラ９の正面に臨み、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、締結ボルト３によってベアリングハウジング２とタービンハウジング４とが連結された状態では、これら両ハウジング２、４の対向面間に隙間１６が形成される。この隙間１６は、排気ガスが流通する可変流路ｘが構成される部分であり、タービン軸８の径方向内側から外側に向けて環状に形成されている。

タービンスクロール流路１４は、エンジン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、上記の隙間１６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１４に導かれた排気ガスは、可変流路ｘおよびタービンインペラ９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９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９の回転力は、タービン軸８を介してコンプレッサインペラ１０に伝達されることとなり、コンプレッサインペラ１０の回転力によって、上記のとおりに、空気が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に導かれる排気ガスの流量が変化すると、タービンインペラ９およびコンプレッサインペラ１０の回転量が変化して、十分に昇圧された空気をエンジンの吸気口に安定的に導くことができなくなってしまう場合がある。そこで、この隙間１６には、タービンハウジング４とベアリングハウジング２との対向面に固定され、タービンスクロール流路１４と吐出口１５との連通開度を可変する可変静翼機構１７が設けられている。

可変静翼機構１７は、排気ガスの流量に応じて、タービンインペラ９に導かれる排気ガスの流速を変化させる。具体的に、可変静翼機構１７は、エンジンの回転数が低く排気ガスの流量が少ない場合には、可変流路ｘの開度を小さくしてタービンインペラ９に導かれる排気ガスの流速を向上し、少ない流量でもタービンインペラ９を回転させることができるようにするものである。

図２は、図１のベアリングハウジング２内部の部分拡大図であり、図１の一点鎖線部分を抽出して示す。以下、図２を参照しながら、軸受孔２ａに設けられた軸受部材７について説明する。

本実施形態において、軸受部材７は、タービン軸８を回転自在に軸支するラジアル軸受２０と、タービン軸８に作用するスラスト荷重を受けるスラスト軸受２１、２２とで構成される。

ラジアル軸受２０は、所謂セミフローティングメタルで構成され、タービン軸８の軸方向に貫通する挿通孔２０ａを有し、当該挿通孔２０ａにタービン軸８が挿通される。また、ラジアル軸受２０には、ラジアル軸受２０の内周面（挿通孔２０ａ）から外周面まで貫通する孔２０ｂが形成されている。

ベアリングハウジング２には、ベアリングハウジング２の外部からラジアル軸受部２０およびスラスト軸受２２それぞれに連通する潤滑油路２３が設けられている。潤滑油路２３から軸受孔２ａに供給された潤滑油は、一部がラジアル軸受２０の外周面と軸受孔２ａとの隙間に流入し、ベアリングハウジング２の冷却やスラスト軸受２１の潤滑などの役割を担う。また、一部の潤滑油は、ラジアル軸受２０の孔２０ｂに流入し、ラジアル軸受２０の内周面に導かれる。

ラジアル軸受２０の内周面には、孔２０ｂから流入した潤滑油によって、タービン軸８との間に油膜を保持し、当該油膜圧力によってタービン軸８の径方向の荷重を受ける軸受面が設けられている。以下、相対的にタービンインペラ９側（図２中、左側）の軸受面をタービン側軸受部２０ｃと称し、相対的にコンプレッサインペラ１０側（図２中、右側）の軸受面をコンプレッサ側軸受部２０ｄと称す。

また、ラジアル軸受２０には、タービン軸８の軸方向に垂直な方向に貫通するピン孔２０ｅが設けられている。そして、ベアリングハウジング２には、軸受孔２ａの径方向外側から内側に貫通するとともに、軸受孔２ａに収容されたラジアル軸受２０のピン孔２０ｅに対向するネジ孔２ｂが形成されている。

ピン２４は、一部にネジ溝が切られ、ネジ孔２ｂに螺合すると共に、先端側がラジアル軸受２０のピン孔２０ｅに挿通される。こうして、ラジアル軸受２０は、軸受孔２ａに対して、タービン軸８の軸方向および回転方向の移動が規制される。

スラストカラー２５は、タービン軸８が挿通される固定孔２５ａを有し、固定孔２５ａにタービン軸８を挿通させた状態で、タービン軸８のうち、ラジアル軸受２０よりコンプレッサインペラ１０側に固定される。

スラスト軸受２１、２２は、スラストカラー２５に対しタービン軸８の軸方向の両側に１つずつ配され、タービン軸８の軸方向の荷重（スラスト荷重）を受ける。スラスト軸受２１、２２は、それぞれタービン軸８の軸方向に貫通する挿通孔２１ａ、２２ａに、タービン軸８が挿通されており、タービン軸８とスラスト軸受２１、２２とが相対回転する関係を有している。

スラスト軸受２１、２２およびスラストカラー２５には、潤滑油路２３から直接、潤滑油が供給されると共に、ラジアル軸受２０のうち、コンプレッサ側軸受部２０ｄを潤滑した潤滑油も供給される。

また、本実施形態では、ベアリングハウジング２を冷却するための冷却油路２６が設けられている。

図３は、冷却油路２６を説明するための説明図であり、図３（ａ）には、ベアリングハウジング２の断面のうち、図１に一点鎖線で示す部分を抽出して示し、図３（ｂ）には、図３（ａ）のＩＩＩ（ｂ）−ＩＩＩ（ｂ）線断面を示す。

冷却油路２６は、図３（ａ）に示すように、ベアリングハウジング２のタービン側において、タービン軸８（軸受孔２ａ）の径方向外方に環状に設けられる。冷却油路２６は、図３（ａ）中、破線で示す第１導油路２７によってスラスト軸受２２が配される部分に連通している。第１導油路２７は、ベアリングハウジング２に設けられた孔であって、潤滑油路２３に対して、タービン軸８の周方向の位置（位相）が異なる位置に２つ設けられる。

そして、第１導油路２７は、コンプレッサ側軸受部２０ｄおよびスラスト軸受２２を潤滑した潤滑油を冷却油路２６に導く。冷却油路２６に、第１導油路２７から導かれた潤滑油が流通することで、ベアリングハウジング２が冷却される。

また、図２に示すように、軸受孔２ａのうち、タービンインペラ９側には貯油部２８が設けられている。貯油部２８は、軸受孔２ａのラジアル軸受２０が配される部分よりも径が大きく形成された部位であって、タービン側軸受部２０ｃを潤滑した後の潤滑油と、ラジアル軸受２０の外周と軸受孔２ａとの隙間に進入し、ベアリングハウジング２を冷却しながらタービンインペラ９側に排出された潤滑油を一時的に貯留する。

なお、ベアリングハウジング２には、貯油部２８とタービンインペラ９との間に排油路２ｃが形成されている。この排油路２ｃによって、貯油部２８（軸受孔２ａ）からタービンインペラ９側へ排出される潤滑油が、過給機Ｃの鉛直下方に導かれることとなり、タービンインペラ９への油漏れが防止される。また、タービン軸８には、貯油部２８を排油路２ｃから遮断するフランジ部８ａが設けられており、このフランジ部８ａによって、貯油部２８から排油路２ｃへの潤滑油の排出を抑制するとともに、貯油部２８に一定の圧力が生じるようにしている。

第２導油路３０は、貯油部２８の上端から、冷却油路２６のうち、軸受孔２ａの鉛直上方に位置する部位に連通する流路である。第２導油路３０は、第１導油路２７に対して、タービン軸８の周方向の位相が異なる位置に設けられている。そして、貯油部２８に溜まった潤滑油は、供給圧に応じて発生した貯油部２８の圧力によって第２導油路３０から冷却油路２６に流れる。

このように、第２導油路３０を設ける構成により、第１導油路２７から導かれる潤滑油に加えて、タービン側軸受部２０ｃを潤滑した潤滑油や、ラジアル軸受２０の外周と軸受孔２ａとの隙間に進入し、ベアリングハウジング２を冷却しながらタービンインペラ９側に排出された潤滑油も、冷却油路２６に導かれることとなる。そのため、冷却油路２６を流通する潤滑油の油量を増加させることができ、冷却性能を向上して、部品の劣化やスラッジの堆積を抑制することが可能となる。

また、貯油部２８に第２導油路３０を連通させ、軸受孔２ａ（貯油部２８）においてタービン側に導かれた潤滑油を冷却油路２６に導く構成により、タービンインペラ９側に排出される潤滑油を減少させることができ、これによりタービンインペラ９への油漏れを低減することが可能となる。

上述した実施形態では、タービン軸８を回転自在に軸支する軸受がセミフローティングメタルで構成される場合について説明したが、図４に示す変形例のラジアル軸受４０のように、タービン軸８を回転自在に軸支する軸受を、所謂フルフローティングメタルで構成してもよい。この場合、ラジアル軸受４０は、軸受孔２ａ内において相対的にタービンインペラ９側に配されたフルフローティングメタルであるタービン側軸受部４０ｃと、相対的にコンプレッサインペラ１０側に配されたフルフローティングメタルであるコンプレッサ側軸受部４０ｄで構成され、タービン軸８の径方向の荷重を受ける。

また、上述した実施形態と同様、軸受孔２ａのうち、タービンインペラ９側には貯油部２８が設けられ、タービン軸８には、貯油部２８を排油路２ｃから遮断するフランジ部８ａが設けられている。そして、貯油部２８に貯留された潤滑油には一定の圧力が生じ、この圧力によって、タービン側軸受部４０ｃを潤滑した潤滑油が、第２導油路３０から冷却油路２６に導かれる。この場合であっても、上述した実施形態と同様、冷却油路２６を流通する潤滑油の油量を確保することができる。ただし、上述した実施形態のように、セミフローティングメタルの方が、フルフローティングメタルよりも、軸受孔２ａ内における潤滑油の油圧が高く維持されるという特性があるため、タービン軸８を軸支する軸受としてセミフローティングメタルを用いた方が、冷却油路２６に導かれる油量を増加させることが可能となる。

また、上述した実施形態では、スラスト軸受２１、２２を設ける場合について説明したが、スラスト軸受２１、２２を設けず、ラジアル軸受２０を構成するセミフローティングメタルによってスラスト荷重を受けてもよい。この場合、第１導油路２７は、コンプレッサ側軸受部２０ｄを潤滑した潤滑油を冷却油路２６に導くこととなる。したがって、第１導油路２７は、コンプレッサ側軸受部２０ｄ、および、スラスト軸受２１、２２のいずれか一方または双方を潤滑した潤滑油を冷却油路２６に導く構成であればよい。

また、上述した実施形態および変形例では、スラストカラー２５をタービン軸８の軸方向の両側から挟んで２つのスラスト軸受２１、２２を設ける場合について説明したが、１つのスラスト軸受をタービン軸８の軸方向の両側から挟んで２つのスラストカラーを設ける構成であってもよい。

また、上述した実施形態および変形例では、第２導油路３０を１つ設ける場合について説明したが、第２導油路３０をタービン軸８の周方向の位相をずらして複数設けてもよい。

また、第２導油路３０のうち、軸受孔２ａ側の端部は、第１導油路２７の軸受孔２ａ側の端部よりもタービンインペラ９側であって、タービン側軸受部２０ｃ、４０ｃを潤滑した潤滑油が流通していれば、その位置は限定されない。ただし、上述した実施形態のように、セミフローティングメタルで構成されたラジアル軸受２０を設けた場合には、タービン側軸受部２０ｃを潤滑した潤滑油よりも、ラジアル軸受２０の外周面と軸受孔２ａとの隙間に導かれた潤滑油の方が低温となっている。したがって、上述した実施形態のように、貯油部２８の上端に第２導油路３０を連通させ、ラジアル軸受２０の外周面と軸受孔２ａとの隙間に導かれた潤滑油を積極的に第２導油路３０に送出するようにすれば、より低温の潤滑油を冷却油路２６に導くことが可能となる。

なお、上述した実施形態および変形例において、鉛直下方は、過給機Ｃが、例えば、水平面に置かれた車両などに搭載されているときの姿勢を想定したとき、この姿勢の過給機Ｃに対し重力が作用する方向であって、図１〜図４においては、図中、下側となる。

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、軸受孔に潤滑油が供給される過給機に利用することができる。

Ｃ …過給機
１ …過給機本体
２ａ …軸受孔
８ …タービン軸
９ …タービンインペラ
１０ …コンプレッサインペラ
２０ …ラジアル軸受（セミフローティングメタル）
２０ａ …挿通孔
２０ｃ、４０ｃ …タービン側軸受部
２０ｄ、４０ｄ …コンプレッサ側軸受部
２１、２２ …スラスト軸受
２５ …スラストカラー
２６ …冷却油路
２７ …第１導油路
２８ …貯油部
３０ …第２導油路

Claims

過給機本体と、
前記過給機本体に形成された軸受孔と、
前記軸受孔に回転自在に挿通され、一端にタービンインペラが設けられるとともに他端にコンプレッサインペラが設けられたタービン軸と、
前記軸受孔に収容され、前記タービン軸が挿通される挿通孔を有し、該タービン軸を回転自在に軸支し、該軸受孔内において相対的に前記タービンインペラ側に位置するタービン側軸受部および相対的に前記コンプレッサインペラ側に位置するコンプレッサ側軸受部が、該挿通孔の内周面に形成されるセミフローティングメタルと、
前記過給機本体のうち前記軸受孔の径方向外方に設けられ、内部を流通する潤滑油によって該過給機本体を冷却する冷却油路と、
前記コンプレッサ側軸受部を潤滑した潤滑油を前記冷却油路に導く第１導油路と、
前記冷却油路と前記軸受孔より上方で連通し、前記タービン側軸受部を潤滑した潤滑油を前記冷却油路に導く第２導油路と、
を備えたことを特徴とする過給機。
過給機本体と、
前記過給機本体に形成された軸受孔と、
前記軸受孔に回転自在に挿通され、一端にタービンインペラが設けられるとともに他端にコンプレッサインペラが設けられたタービン軸と、
前記軸受孔に収容され、前記タービン軸が挿通される挿通孔を有し、該タービン軸を回転自在に軸支し、該軸受孔内において相対的に前記タービンインペラ側に位置するタービン側軸受部および相対的に前記コンプレッサインペラ側に位置するコンプレッサ側軸受部が、該挿通孔の内周面に形成されるセミフローティングメタルと、
前記タービン軸と一体回転するスラストカラーと、
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配置され、該スラストカラーを介して前記タービン軸のスラスト荷重を受けるスラスト軸受と、
前記過給機本体のうち前記軸受孔の径方向外方に設けられ、内部を流通する潤滑油によって該過給機本体を冷却する冷却油路と、
前記コンプレッサ側軸受部および前記スラスト軸受のいずれか一方または双方を潤滑した潤滑油を前記冷却油路に導く第１導油路と、
前記冷却油路と前記軸受孔より上方で連通し、前記タービン側軸受部を潤滑した潤滑油を前記冷却油路に導く第２導油路と、
を備えたことを特徴とする過給機。
前記軸受孔の前記タービンインペラ側に設けられ、前記タービン側軸受部を潤滑した後の潤滑油が留まる貯油部をさらに備え、
前記第２導油路は、前記貯油部に連通していることを特徴とする請求項１または２に記載の過給機。