JP6246847B2 - インペラ背面冷却構造及び過給機 - Google Patents

Description

本発明は、インペラ背面冷却構造及び過給機に関する。

内燃機関で高い燃焼エネルギーを得るための補助装置として、過給機が広く用いられている。例えば排気タービン式過給機は、内燃機関の排ガスでタービンロータを回転させ、その駆動力でコンプレッサインペラを回転させることにより、内燃機関に供給する空気を圧縮するように構成されている。

また、過給機におけるコンプレッサインペラを長寿命化する技術として、コンプレッサインペラの背面に冷却空気を吹き付けて、コンプレッサインペラの背面を冷却する技術が知られている。この方法では、内燃機関の掃気管（給気管）からバイパスされた冷却空気を利用するため、冷却空気温度に制約があり、且つ、冷却空気をコンプレッサインペラの背面に直接吹き付けるため、コンプレッサインペラのスラスト力を増大させる問題があった。

特許文献１には、かかる問題を解決するための過給機が開示されている。特許文献１の過給機には、軸受ケーシングのうちコンプレッサインペラに対向する壁部を有するコンプレッサ側ハウジングに、中空部分が設けられている。そして、コンプレッサ側ハウジングに設けられた噴射孔から上記壁部に向けて中空部分に潤滑油が噴射されることにより、上記壁部が潤滑油によって冷却される。このため、上記壁部とコンプレッサインペラとの間の高温空気が冷却され、冷却された空気によってコンプレッサインペラを冷却することができる。

かかる構成によれば、冷却空気をコンプレッサインペラに吹き付けることなくコンプレッサインペラを冷却できるため、コンプレッサインペラのスラスト力の増大を抑制できる。

特許第３６０６２９３号公報

特許文献１に記載の過給機では、中空部分を有するコンプレッサ側ハウジングが一つの部材で構成されているため、中空部分を鋳造以外の方法で形成することが困難であり、中空部分に製造上の制約が生じやすい。このため、コンプレッサインペラの背面を効率的に冷却するための構造を上記中空部分に設けることが困難であり、コンプレッサインペラを長寿命化する効果は限定的となりやすい。

本発明は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、コンプレッサインペラの背面を効率的に冷却し、コンプレッサインペラの長寿命化を実現可能なインペラ背面冷却構造、及びこれを備える過給機を提供することである。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るインペラ背面冷却構造は、過給機におけるコンプレッサインペラの背面を冷却するためのインペラ背面冷却構造であって、前記コンプレッサインペラの背面に隙間を介して対向する第１部材と、液体状の冷却媒体が流れる冷却通路(20)を前記第１部材との間に形成する第２部材と、を備える。

上記（１）に記載のインペラ背面冷却構造によれば、冷却通路を流れる液体によって第１部材が冷却され、冷却された第１部材によってコンプレッサインペラの背面と第１部材との隙間の空気が冷却される。したがって、該隙間の冷却された空気によってコンプレッサインペラの背面を冷却することができる。

このため、冷却空気をコンプレッサインペラの背面に吹き付けなくともコンプレッサインペラの背面を冷却できるため、コンプレッサインペラのスラスト力の増大を抑制できる。

また、第１部材及び第２部材の二つの部材によって冷却通路が形成されるため、一つの部材に冷却通路としての中空部分が形成される従来構成（特許文献１）と比較して、冷却通路に製造上の制約が生じにくい。このため、コンプレッサインペラの背面を効率的に冷却するために冷却通路にフィン等の構造を設けることが容易となる。したがって、コンプレッサインペラの背面を効率的に冷却し、コンプレッサインペラの長寿命化を実現することが可能となる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のインペラ背面冷却構造において、前記第１部材は、前記冷却通路に面する少なくとも一つのフィンを備える。

上記（２）に記載のインペラ背面冷却構造によれば、冷却通路を流れる液体と第１部材のフィンとの熱交換により、コンプレッサインペラの背面に対向する第１部材が効率的に冷却される。このため、上記隙間の空気を介して、コンプレッサインペラの背面を効率的に冷却することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のインペラ背面冷却構造において、前記第２部材は、前記冷却通路に面する少なくとも一つのフィンを備える。

上記（３）に記載のインペラ背面冷却構造によれば、冷却通路を流れる液体と第２部材のフィンとの熱交換により、第２部材が効率的に冷却される。これにより、第２部材に隣接する第１部材も効率的に冷却することができるため、上記隙間の空気を介して、コンプレッサインペラの背面を効率的に冷却することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）に記載のインペラ背面冷却構造において、前記第１部材は、前記コンプレッサインペラと反対側の面に溝部を有し、前記第２部材は、前記溝部を覆う蓋部を有し、前記冷却通路は、前記溝部と前記蓋部とによって形成され、前記少なくとも一つのフィンは、前記溝部に向かって突出するように前記蓋部に設けられる。

上記（４）に記載のインペラ背面冷却構造によれば、冷却通路を構成する溝部と蓋部のうち蓋部がフィンを有しているため、溝部の内側にフィンを設ける場合よりもフィンの製造を容易に行うことができる。例えば、平板状の部材にフィンを溶接等で接合することにより、第２部材を容易に製造することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（４）の何れか１項に記載のインペラ背面冷却構造において、前記第１部材、前記第２部材、前記溝部及び前記少なくとも一つのフィンは、それぞれ、前記コンプレッサインペラの回転軸線の周りに環状に形成されている。

上記（５）に記載のインペラ背面冷却構造によれば、環状のフィンによって、該フィンが設けられた上記部材がコンプレッサインペラの周方向における広範囲に亘って効率的に冷却される。このため、コンプレッサインペラの背面を効率的に冷却することができる。

（６）上記（５）に記載のインペラ背面冷却構造において、前記少なくとも一つのフィンは、前記コンプレッサインペラの径方向に貫通する少なくとも一つの開口部を有する。

上記（６）に記載のインペラ背面冷却構造によれば、冷却通路を流れる液体が、開口部を介して環状のフィンの内周側から外周側へ（又はその逆へ）移動可能となるため、環状のフィンの内周側と外周側の両方に液体を均一に行きわたらせることができる。したがって、第１部材及び第２部材が効率的に冷却されるため、上記隙間の空気を介してコンプレッサインペラの背面を効率的に冷却することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）に記載のインペラ背面冷却構造において、前記少なくとも一つのフィンは、前記コンプレッサインペラの径方向に配列された複数の環状のフィンを含み、前記複数の環状のフィンの各々は、前記コンプレッサインペラの径方向に貫通する少なくとも一つの開口部を有し、前記複数の環状のフィンが有する前記開口部の各々は、前記コンプレッサインペラの径方向に沿って列状に配置される。

上記（７）に記載のインペラ背面冷却構造によれば、冷却通路の液体と複数のフィンとの熱交換によって、該フィンが設けられた部材（第１部材又は第２部材）が効率的に冷却される。また、このように複数のフィンを設けた場合においても、冷却通路を流れる液体を、上記径方向に列状に配置された開口部を介して、環状のフィンの内周側と外周側の両方に均一に行きわたらせることができる。したがって、第１部材及び第２部材が効率的に冷却されるため、上記隙間の空気を介してコンプレッサインペラの背面を効率的に冷却することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れか１項に記載のインペラ背面冷却構造において、前記第１部材又は前記第２部材は、前記冷却通路に前記液体を供給するための供給開口を含み、前記第１部材又は前記第２部材は、前記冷却通路から前記液体を排出するための排出開口を含み、前記供給開口は、前記コンプレッサインペラの回転軸線よりも上方に位置し、前記排出開口は、前記コンプレッサインペラの回転軸線よりも上方、且つ、前記コンプレッサインペラの回転軸線を含む鉛直面に対して前記供給開口と反対側に位置する。

上記（８）に記載のインペラ背面冷却構造によれば、冷却通路の液体は、排出開口の高さ位置（コンプレッサインペラの回転軸線よりも上方）まで溜まって初めて排出開口から排出されることとなる。また、供給開口から供給された液体は、基本的には周方向に沿って一方向（供給開口から冷却通路の底部を経由して排出開口に向かう方向）に流れるため、上記構成であれば冷却通路内に液体の滞留領域も生じにくい。

したがって、過給機の運転時において、冷却通路における少なくとも排出開口の高さ位置まで液体が溜まった状態で、供給開口から排出開口へ周方向における広い範囲に亘ってスムーズに液体を流すことができる。これにより、第１部材及び第２部材が効率的に冷却されるため、コンプレッサインペラの背面を効率的に冷却することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（８）に記載のインペラ背面冷却構造において、前記第１部材又は前記第２部材は、前記コンプレッサインペラの周方向において前記供給開口よりも前記冷却通路の頂部側且つ前記排出開口よりも前記頂部側の位置に、前記冷却通路を仕切るように前記コンプレッサインペラの径方向に沿って延在する仕切部を有する。

上記（９）に記載のインペラ背面冷却構造によれば、液体が冷却通路の頂部まで溜まった状態においても、供給開口から頂部を介して排出開口へ向かう流れが生じることを仕切部によって防ぐことができるため、供給開口から供給された液体の流れ方向を、周方向に沿って一方向（供給開口から冷却通路の底部を介して排出開口へ向かう方向）に限定することができる。

したがって、過給機の運転時において、液体が冷却通路の頂部まで溜まった状態においても、供給開口から排出開口へ周方向における広い範囲に亘ってスムーズに液体を流すことができる。これにより、第１部材及び第２部材が効率的に冷却されるため、上記隙間の空気を介してコンプレッサインペラの背面を効率的に冷却することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れか１項に記載のインペラ背面冷却構造において、冷却通路を流れる上記液体は油である。

上記（１０）に記載のインペラ背面冷却構造によれば、冷却通路に流すための液体の供給系統を上述した軸受装置に使用する潤滑油と共通化することができる。これにより、簡易な構成で、コンプレッサインペラの背面を効率的に冷却することができる。

（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係る過給機は、コンプレッサインペラと、上記（１）乃至（１０）の何れか１項に記載のインペラ背面冷却構造とを備える。

上記（１１）に記載の過給機によれば、上記（１）乃至（１０）の何れか１項に記載のインペラ背面冷却構造を備えているため、コンプレッサインペラの背面を効率的に冷却し、コンプレッサインペラ及び過給機の長寿命化を実現することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、コンプレッサインペラの背面を効率的に冷却し、コンプレッサインペラの長寿命化を実現可能なインペラ背面冷却構造、及びこれを備える過給機が提供される。

一実施形態に係る過給機１００（１００Ａ）の全体構成を示す概略断面図である。 過給機１００（１００Ａ）におけるコンプレッサインペラ８の背面近傍の部分拡大図である。 過給機１００（１００Ａ）における蓋部材２２をコンプレッサインペラ８の回転軸線Ｏに沿って視た図である。 図３に示した蓋部材２２のＡＡ断面の一例を示す図である。 図３に示した蓋部材２２のＢ方向視図である。 蓋部材２２の変形例を示す図である。 蓋部材２２の変形例を示す図である。 蓋部材２２の変形例を示す図である。 他の実施形態にかかる過給機１００（１００Ｂ）におけるコンプレッサインペラ８の背面近傍の部分拡大図である。 他の実施形態にかかる過給機１００（１００Ｃ）におけるコンプレッサインペラ８の背面近傍の部分拡大図である。 他の実施形態にかかる過給機１００（１００Ｄ）におけるコンプレッサインペラ８の背面近傍の部分拡大図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、一実施形態に係る過給機１００（１００Ａ）の全体構成を示す概略断面図である。
過給機１００は、排気タービン式過給機（ターボチャージャ）である。過給機１００は、タービンロータ２と、タービンロータ２を収容するタービンケーシング４と、タービンロータ２にシャフト６を介して連結されたコンプレッサインペラ８と、コンプレッサインペラ８を収容するコンプレッサケーシング１０と、シャフト６を支持する軸受装置１２と、軸受装置１２を収容する軸受ケーシング１４とを備えている。

以下の説明では、シャフト６の回転軸線Ｏ方向（タービンロータ２及びコンプレッサインペラ８の回転軸線Ｏ方向）を単に「軸線方向」といい、シャフト６の径方向（タービンロータ２及びコンプレッサインペラ８の径方向）を単に「径方向」ということとする。

図１に示すように、軸受装置１２は、ラジアル軸受１２ａ，１２ｂと、スラスト軸受１２ｃと、を含む。また、軸受ケーシング１４の内部には、ラジアル軸受１２ａ，１２ｂとスラスト軸受１２ｃとに潤滑油を供給するための潤滑油供給路１６が形成されている。不図示のポンプから供給された潤滑油は、潤滑油供給路１６の入口１６ａから潤滑油供給路１６に流入し、ラジアル軸受１２ａ，１２ｂ又はスラスト軸受１２ｃを通過し、潤滑油供給路１６の出口１６ｂから排出される。ラジアル軸受１２ａ，１２ｂは、それぞれ、軸受ケーシング本体１５の軸受台部１５ａ，１５ｂによって支持されている。

図２は、図１におけるコンプレッサインペラ８の背面近傍の部分拡大図である。
図１及び図２の少なくとも一方に示すように、軸受ケーシング１４は、軸受ケーシング本体１５、油ラビリンス２３、内側サポート１７（軸受サポート）、外側サポート１８、及び蓋部材２２を含む。図１及び図２に示す形態では、外側サポート１８（第１部材）及び蓋部材２２（第２部材）が、コンプレッサインペラ８の背面８ａを冷却するためのインペラ背面冷却構造７０（７０Ａ）を構成する。

軸受ケーシング本体１５は、軸線方向における一端側でコンプレッサケーシング１０にボルト５０ａにより締結されており、軸線方向における他端側でタービンケーシング４にボルト５０ｂにより締結されている。

油ラビリンス２３は、シャフト６に固定されたスリーブ３０及びスラストカラー３１の一部を囲うように、シャフト６の回転軸線Ｏの周りに環状に形成されており、コンプレッサケーシング１０内の空気通路７側への上記潤滑油の漏洩を抑制する。油ラビリンス２３は、コンプレッサインペラ８の背面８ａに隙間９を介して対向して設けられている。

内側サポート１７は、油ラビリンス２３の外周面に嵌合するように、シャフト６の回転軸線Ｏの周りに環状に形成されている。内側サポート１７は、コンプレッサインペラ８の背面８ａに隙間９を介して対向して設けられている。内側サポート１７は、ボルト５０ｃによって軸受ケーシング本体１５に締結されている。内側サポート１７とスラスト軸受１２ｃとはボルト５０ｄで締結されており、スラスト軸受１２ｃは内側サポート１７によって支持されている。

外側サポート１８は、内側サポート１７の外周面に嵌合するように、シャフト６の回転軸線Ｏの周りに環状に形成されている。外側サポート１８は、コンプレッサインペラ８の背面８ａに隙間９を介して対向する背面対向部４６と、コンプレッサインペラ８の出口８ｂとコンプレッサケーシング１０のスクロール流路４０との間のディフューザ流路４２に面するディフューザ壁部４４と、外側サポート１８の表面のうちコンプレッサインペラ８と反対側の面１９（外側サポート１８のうち軸線方向においてディフューザ流路４２と反対側の面）にシャフト６の回転軸線Ｏの周りに延設された環状の溝部２６と、を含む。また、外側サポート１８は、溝部２６に対して外周側に位置し、シャフト６の回転軸線Ｏの周りに環状に形成された外周側壁部４５と、溝部２６に対して内周側に位置し、シャフト６の回転軸線Ｏの周りに環状に形成された内周側壁部４７と、内周側壁部４７のコンプレッサインペラ８と反対側の面４９から突出する突出部５１とを含む。外側サポート１８は、径方向においてスラスト軸受１２ｃよりも外側に設けられており、溝部２６よりも径方向における外側でボルト５０ｅによって軸受ケーシング本体１５に締結されている。なお、上記構成によれば、外側サポート１８と内側サポート１７とが別部材で構成されているため、過給機１００のメンテナンス時において、外側サポート１８を軸受ケーシング本体１５から取り外すことなく、内側サポート１７のみ軸受ケーシング本体１５から取り外すことができる。これにより、内側サポート１７に支持されるスラスト軸受１２ｃ等のメンテナンスが容易となっている。

蓋部材２２は、溝部２６を覆うようにシャフト６の回転軸線Ｏの周りに環状に形成されている。蓋部材２２は、上記潤滑油が流れる環状の冷却通路２０を外側サポート１８の溝部２６との間に形成する蓋部２８を有する。蓋部材２２は、ピン４８によって軸受ケーシング本体１５に固定されている。蓋部材２２は、外側サポート１８と軸受ケーシング本体１５とがボルト５０ｅによって締結されることで、外側サポート１８と軸受ケーシング本体１５とに軸線方向に挟持される。図示する例示的形態では、冷却通路２０は、径方向において、スラスト軸受１２ｃおよびボルト５０ｃより外側に設けられており、コンプレッサインペラ８の出口８ｂ（コンプレッサインペラ８の外周縁）より内側の位置から該出口８ｂより外側の位置に亘って存在する。

かかる構成では、冷却通路２０を流れる潤滑油によって外側サポート１８が冷却され、冷却された外側サポート１８によってコンプレッサインペラ８の背面８ａと外側サポート１８との隙間９の空気が冷却される。したがって、隙間９の冷却された空気によってコンプレッサインペラ８の背面８ａを冷却することができる。

このため、冷却空気をコンプレッサインペラ８の背面８ａに吹き付けなくともコンプレッサインペラ８の背面８ａを冷却できるため、コンプレッサインペラ８のスラスト力の増大を抑制できる。

また、外側サポート１８及び蓋部材２２の二つの部材によって冷却通路２０が形成されるため、一つの部材に冷却通路としての中空部分が形成される従来構成（特許文献１）と比較して、冷却通路２０の形状等に製造上の制約が生じにくい。このため、コンプレッサインペラ８の背面８ａを効率的に冷却するために冷却通路２０にフィン等の構造を容易に設けることができる。これにより、コンプレッサインペラ８の背面８ａを効率的に冷却し、コンプレッサインペラ８の長寿命化を実現することができる。

なお、図２に示す形態では、冷却通路２０を流れる潤滑油がコンプレッサケーシング１０内の空気通路７側に漏れないように、外側サポート１８と軸受ケーシング本体１５との間に挟持されたＯリング６０，６２が設けられている。図示する形態では、Ｏリング６０は径方向において溝部２６よりも外側且つボルト５０ｅよりも内側であって、外側壁部４５の外周面に形成されているシール溝に設けられている。Ｏリング６２は径方向において溝部２６よりも内側且つボルト５０ｃよりも外側であって、突出部５１の外周面に形成されているシール溝に設けられている。また、図示する形態では、スラスト軸受１２ｃに供給された潤滑油がコンプレッサケーシング１０内の空気通路７側に漏れないように、油ラビリンス２３と内側サポート１７との間及び内側サポート１７と軸受ケーシング本体１５との間にＯリング６４，６６が設けられている。

また、図２に示す形態では、冷却通路２０を流れる冷却媒体として軸受装置１２に供給される潤滑油を用いた。この場合、過給機１００の軸受用の潤滑油を流用でき、あらたに冷却媒体を用意する必要がない。また、過給機１００の所掌範囲内の改造（設計変更）のみで済むため、改造（設計変更）が容易である。このため例えば過給機１００が船に設置される場合には、船側から冷却媒体の配管などを接続しなくともよい。

図３は、図２に示した蓋部材２２をコンプレッサインペラ８の回転軸線Ｏに沿って視た図である。図４は、図３に示した蓋部材２２のＡＡ断面図である。図５は、図３に示した蓋部材２２のＢ方向視図である。

一実施形態では、図１及び図３〜図５に示すように、蓋部材２２は、冷却通路２０に面する複数のフィン２４を有する。フィン２４の各々は、軸線方向に沿ってコンプレッサインペラ８側に向かって突出するように蓋部２８に設けられている。

かかる構成によれば、冷却通路２０を流れる潤滑油と蓋部材２２との熱交換により、蓋部材２２が効率的に冷却される。これにより、蓋部材２２に隣接する外側サポート１８も効率的に冷却することができるため、外側サポート１８によって冷却された隙間９の空気によってコンプレッサインペラ８の背面８ａを冷却することができる。

また、蓋部材２２がフィン２４を有しているため、溝部２６にフィン２４を設ける場合よりもフィン２４の製造を容易に行うことができる。例えば、平板状の環状部材２５にフィン２４を溶接等で接合することにより、蓋部材２２を容易に製造することができる。

一実施形態では、例えば図３に示すように、複数のフィン２４の各々は、シャフト６の回転軸線Ｏの周りに形成された環状のフィンであり、複数のフィン２４は、径方向に配列されている。

これにより、コンプレッサインペラ８の周方向における広範囲に亘って蓋部材２２が効率的に冷却されるため、蓋部材２２を介して外側サポート１８を効率的に冷却することができる。このため、外側サポート１８によって冷却された隙間９の空気によってコンプレッサインペラ８の背面８ａを冷却することができる。

一実施形態では、図３〜図５に示すように、複数の環状のフィン２４の各々は、コンプレッサインペラ８の径方向に貫通する複数の開口部３２を有する。図示する形態では、複数の環状のフィン２４が有する開口部３２の各々は、コンプレッサインペラ８の径方向に沿って列状に配置されている。また、図示する形態では、回転軸線Ｏの周りの角度位置について鉛直上方の角度位置を０度とすると、複数の環状のフィン２４の各々は、９０度、１８０度及び２７０度の角度位置に開口部３２を有する。

かかる構成によれば、冷却通路２０を流れる潤滑油が、開口部３２を介して環状のフィン２４の内周側から外周側へ（又はその逆へ）移動可能となるため、環状のフィン２４の内周側と外周側の両方に潤滑油を均一に行きわたらせることができる。これにより、外側サポート１８及び蓋部材２２が効率的に冷却されるため、外側サポート１８によって冷却された隙間９の空気によってコンプレッサインペラ８の背面８ａを冷却することができる。また、複数の開口部３２が径方向に列状に配置されているため、環状のフィン２４の内周側と外周側の両方に均一に行きわたらせる効果を高めることができる。

一実施形態では、図３に示すように、蓋部材２２は、冷却通路２０に潤滑油を供給するための供給開口３４と、冷却通路２０から潤滑油を排出するための排出開口３６とを含む。また、供給開口３４は、コンプレッサインペラ８の回転軸線Ｏよりも上方に位置し、排出開口３６は、コンプレッサインペラ８の回転軸線Ｏよりも上方、且つ、コンプレッサインペラ８の回転軸線Ｏを含む鉛直面Ｖに対して供給開口３４と反対側に位置する。図示した実施形態では、供給開口３４および排出開口３６は、少なくとも複数のフィン２４（図示した実施形態では最も外側のフィン２４および最も内側のフィン２４を除いた４つのフィン２４）に跨って開口している。なお、ここでの「上方」とは、過給機１００が船上に設置される場合には、船体が傾いていない状態での「上方」を意味する。すなわち、過給機１００の設置面に直交する上下方向についての「上方」を意味する。

かかる構成では、冷却通路２０の潤滑油は、排出開口３６の高さ位置（コンプレッサインペラ８の回転軸線Ｏよりも上方）まで溜まって初めて排出開口３６から排出されることとなる。また、供給開口３４から冷却通路２０に供給された潤滑油は、基本的には周方向に沿って一方向（図３おける矢印ｄ１に示す方向、すなわち供給開口３４から冷却通路２０の底部２０ｂを経由して排出開口３６に向かう方向）に流れるため、上記構成であれば冷却通路２０内に潤滑油の滞留領域も生じにくい。

したがって、過給機１００の運転時において、冷却通路２０における少なくとも排出開口３６の高さ位置まで潤滑油が溜まった状態で、矢印ｄ１に示すように供給開口３４から排出開口３６へ周方向における広い範囲に亘ってスムーズに潤滑油を流すことができる。これにより、外側サポート１８及び蓋部材２２が効果的に冷却されるため、コンプレッサインペラ８の背面８ａを効果的に冷却することができる。

一実施形態では、図３に示すように、蓋部材２２は、仕切部３８を有する。仕切部３８は、コンプレッサインペラ８の周方向において供給開口３４よりも冷却通路２０の頂部２０ｔ側且つ排出開口３６よりも頂部２０ｔ側の位置に、冷却通路２０を仕切るようにコンプレッサインペラ８の径方向に沿って延在する。図示する形態では、仕切部３８は、冷却通路２０の頂部に設けられている。

かかる構成によれば、潤滑油が冷却通路の頂部２０ｔまで溜まった状態においても、図３における矢印ｄ２の流れ（供給開口３４から頂部２０ｔを介して排出開口３６へ向かう流れ）が生じることを仕切部３８によって防ぐことができるため、供給開口３４から供給された潤滑油の流れ方向を、周方向に沿って一方向（上記ｄ１方向）に限定することができる。

したがって、過給機１００の運転時において、潤滑油が冷却通路の頂部２０ｔまで溜まった状態においても、矢印ｄ１に示すように供給開口３４から排出開口３６へ周方向における広い範囲に亘ってスムーズに潤滑油を流すことができる。これにより、外側サポート１８及び蓋部材２２が効果的に冷却されるため、コンプレッサインペラ８の背面８ａを効果的に冷却することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

例えば、上述した形態では、冷却通路２０を流れる冷却媒体として軸受装置１２に供給される潤滑油を例示したが、冷却通路２０を流れる潤滑油に限らず、水等の他の液体状の冷却媒体であってもよい。例えば、冷却媒体として、内燃機関を冷却するジャケット冷却水の一部を利用してもよい。

また、図３〜図５に示した形態では、蓋部材２２に供給開口３４及び排出開口３６が設けられていたが、供給開口３４と排出開口３６の一方又は両方を、蓋部材２２とともに冷却通路２０を形成する外側サポート１８に設けてもよい。

また、図３〜図５に示した形態では、開口部３２は、環状のフィン２４の基端２４ｐから先端２４ｔまでの全範囲に亘って開口していたが、本発明はかかる形態に限定されない。幾つかの実施形態では、図６〜図８に示すように、開口部３２は、環状のフィン２４の基端２４ｐから先端２４ｔまでの範囲のうち一部の範囲のみ開口していてもよい。すなわち、図６に示すように、環状のフィン２４の先端２４ｔ側の一部のみ開口していてもよいし、図７に示すように、環状のフィン２４の基端２４ｐ側の一部のみ開口していてもよいし、図８に示すように、環状のフィン２４の基端２４ｐと先端２４ｔとの中間部分のみ開口していてもよい。

例えば、上述した形態では、内側サポート１７と外側サポート１８とは別体で（別部材すなわち別部品で）構成されていたが、他の実施形態では、図９に示すように、これらの部材に代えて、これらの部材を一体化した（一部材すなわち一部品として構成された）環状部材５０を過給機１００が備えていてもよい。

図９に示す形態では、環状部材５０は、油ラビリンス２３の外周面に嵌合している。環状部材５０は、コンプレッサインペラ８の背面８ａに隙間９を介して対向する背面対向部４６と、コンプレッサインペラ８の出口８ｂとコンプレッサケーシング１０のスクロール流路４０との間のディフューザ流路４２に面するディフューザ壁部４４と、コンプレッサインペラ８と反対側の面１９にシャフト６の回転軸線Ｏの周りに設けられた環状の溝部２６と、を含む。この場合、過給機１００は、図３〜図５を用いて説明した蓋部材２２と同様のものを備えている。図９に示す形態では、環状部材５０（第１部材）及び蓋部材２２（第２部材）が、コンプレッサインペラ８の背面８ａを冷却するためのインペラ背面冷却構造７０（７０Ｂ）を構成する。

図９に示す形態では、環状部材５０と蓋部材２２とによって形成される冷却通路２０を流れる潤滑油によって環状部材５０が冷却され、冷却された環状部材５０によってコンプレッサインペラ８の背面８ａと環状部材５０との隙間９の空気が冷却される。したがって、隙間９の冷却された空気によってコンプレッサインペラ８の背面８ａを冷却し、コンプレッサインペラ８の長寿命化を実現することができる。また、内側サポート１７及び外側サポート１８を一体化した環状部材５０に冷却通路２０が形成されており、冷却通路２０が形成される環状部材５０が径方向における広い範囲（図示する形態では、径方向において、スラスト軸受１２ｃの外周縁１２ｃ１より内側から、コンプレッサインペラ８の出口８ｂより外側（ディフューザ流路４２に設けられたディフューザ翼５２の外側端５２ａより外側）まで延在しているため、図２に示す形態と比較して、コンプレッサインペラ８の背面８ａを冷却する効果を高めることができる。

なお、図９に示す形態では、図２における内側サポート１７と外側サポート１８に代えて、これらの部材を一体化した環状部材５０を備えているため、冷却通路２０及びスラスト軸受１２ｃからコンプレッサケーシング１０内の空気通路７側へ潤滑油が漏れる経路が少ない。このため、潤滑油の漏れを防止するためのＯリング（封止部材）の数を減らすことができる。

また、図２等に示した形態では、フィン２４を備える蓋部材２２と軸受ケーシング本体１５とは別体で（別部材すなわち別部品で）で構成されていたが、他の形態では、図１０に示すように、これらの部材を一体化した軸受ケーシング本体１５を過給機１００が備えていてもよい。図１０に示す形態では、外側サポート１８（第１部材）及び軸受ケーシング本体１５（第２部材）が、コンプレッサインペラ８の背面８ａを冷却するためのインペラ背面冷却構造７０（７０Ｃ）を構成する。

かかる形態では、外側サポート１８と軸受ケーシング本体１５とによって冷却通路２０が形成される。かかる構成によっても、図２に示した形態と同様に、コンプレッサインペラ８の背面８ａを冷却し、コンプレッサインペラ８の長寿命化を実現することができる。

また、図２等に示した形態では、蓋部材２２がフィン２４を有していたが、他の形態では、図１１に示すように、外側サポート１８がフィン２４を有していてもよい。図１１に示す形態では、外側サポート１８（第１部材）及び軸受ケーシング本体１５（第２部材）が、コンプレッサインペラ８の背面８ａを冷却するためのインペラ背面冷却構造７０（７０Ｄ）を構成する。図１１に示す形態では、複数のフィン２４が、外側サポート１８の溝部２６の底面２７（上述の面１９の一部）から、軸線方向に沿ってタービンロータ２側に（コンプレッサインペラ８から離れる方向に）突設されている。また、外側サポート１８と軸受ケーシング本体１５とによって冷却通路２０が形成されている。

かかる形態では、コンプレッサインペラ８の背面８ａに対向する外側サポート１８がフィン２４を有しているため、冷却通路２０を流れる潤滑油とフィン２４との熱交換により、コンプレッサインペラ８の背面８ａに対向する外側サポート１８が効果的に冷却される。このため、上記隙間９の空気を介して、コンプレッサインペラ８の背面８ａを効果的に冷却することができる。

また、本発明は、上述した排気タービン式過給機（ターボチャージャ）に限らず、内燃機関の出力軸からベルト等を介して取り出した動力によって圧縮機を駆動する機械式の過給機（スーパーチャージャ）にも適用することができる。

２ タービンロータ
４ タービンケーシング
６ シャフト
８ コンプレッサインペラ
８ａ 背面
８ｂ 出口
９ 隙間
１０ コンプレッサケーシング
１２ 軸受装置
１２ａ，１２ｂ ラジアル軸受
１２ｃ スラスト軸受
１２ｃ１
１４ 軸受ケーシング
１５ 軸受ケーシング本体
１６ 潤滑油供給路
１６ａ 入口
１６ｂ 出口
１７ 内側サポート
１８ 外側サポート
１９ 面
２０ 冷却通路
２０ｂ 底部
２０ｔ 頂部
２２ 蓋部材
２３ 油ラビリンス
２４ フィン
２４ｐ 基端
２４ｔ 先端
２５ 環状部材
２６ 溝部
２７ 底面
２８ 蓋部
３０ スリーブ
３１ スラストカラー
３２ 開口部
３４ 供給開口
３６ 排出開口
３８ 仕切部
４０ スクロール流路
４２ ディフューザ流路
４４ ディフューザ壁部
４６ 背面対向部
４８ ピン
５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ ボルト
５２ ディフューザ翼
５２ａ 外側端
６０，６０，６２，６２，６４，６６ Ｏリング
１００ 過給機
Ｏ 回転軸線
Ｖ 鉛直面
ｄ１，ｄ２ 矢印

Claims (9)

1. コンプレッサインペラの背面に隙間を介して対向する第１部材と、
   液体状の冷却媒体が流れる冷却通路を前記第１部材との間に形成する第２部材と、を備え、
   前記第１部材は、前記冷却通路に面する少なくとも一つのフィンを備え、
   前記第１部材、前記第２部材、前記溝部及び前記少なくとも一つのフィンは、それぞれ、前記コンプレッサインペラの回転軸線の周りに環状に形成され、
   前記少なくとも一つのフィンは、前記コンプレッサインペラの径方向に貫通する少なくとも一つの開口部を有し、
   前記少なくとも一つのフィンは、前記コンプレッサインペラの径方向に配列された複数の環状のフィンを含み、
   前記複数の環状のフィンの各々は、前記コンプレッサインペラの径方向に貫通する少なくとも一つの開口部を有し、
   前記複数の環状のフィンが有する前記開口部の各々は、前記コンプレッサインペラの径方向に沿って列状に配置され、
   前記複数の環状のフィンが有する前記開口部の各々は、前記コンプレッサインペラの回転軸線を含む鉛直面に対して直交する方向に沿って列状に配置される、インペラ背面冷却構造。
2. コンプレッサインペラの背面に隙間を介して対向する第１部材と、
   液体状の冷却媒体が流れる冷却通路を前記第１部材との間に形成する第２部材と、を備え、
   前記第２部材は、前記冷却通路に面する少なくとも一つのフィンを備え、
   前記第１部材、前記第２部材、前記溝部及び前記少なくとも一つのフィンは、それぞれ、前記コンプレッサインペラの回転軸線の周りに環状に形成され、
   前記少なくとも一つのフィンは、前記コンプレッサインペラの径方向に貫通する少なくとも一つの開口部を有し、
   前記少なくとも一つのフィンは、前記コンプレッサインペラの径方向に配列された複数の環状のフィンを含み、
   前記複数の環状のフィンの各々は、前記コンプレッサインペラの径方向に貫通する少なくとも一つの開口部を有し、
   前記複数の環状のフィンが有する前記開口部の各々は、前記コンプレッサインペラの径方向に沿って列状に配置され、
   前記複数の環状のフィンが有する前記開口部の各々は、前記コンプレッサインペラの回転軸線を含む鉛直面に対して直交する方向に沿って列状に配置される、インペラ背面冷却構造。
3. 前記第１部材は、前記コンプレッサインペラと反対側の面に溝部を有し、
   前記第２部材は、前記溝部を覆う蓋部を有し、
   前記冷却通路は、前記溝部と前記蓋部とによって形成され、
   前記少なくとも一つのフィンは、前記蓋部に設けられた、請求項２に記載のインペラ背面冷却構造。
4. 前記第１部材又は前記第２部材は、前記冷却通路に前記液体を供給するための供給開口を含み、
   前記第１部材又は前記第２部材は、前記冷却通路から前記液体を排出するための排出開口を含み、
   前記供給開口は、前記コンプレッサインペラの回転軸線よりも上方に位置し、
   前記排出開口は、前記コンプレッサインペラの回転軸線よりも上方、且つ、前記コンプレッサインペラの回転軸線を含む鉛直面に対して前記供給開口と反対側に位置する、請求項１又は２に記載のインペラ背面冷却構造。
5. 前記第１部材又は前記第２部材は、前記コンプレッサインペラの周方向において前記供給開口よりも前記冷却通路の頂部側且つ前記排出開口よりも前記頂部側の位置に、前記冷却通路を仕切るように前記コンプレッサインペラの径方向に沿って延在する仕切部を有する、請求項４に記載のインペラ背面冷却構造。
6. 前記液体は油である、請求項１又は２に記載のインペラ背面冷却構造。
7. 前記第１部材は、前記コンプレッサインペラと反対側の面に溝部を有し、
   前記第２部材は、
   前記溝部を覆う平板状の蓋部と、
   前記蓋部に溶接された前記冷却通路に面する少なくとも一つのフィンと、を含み、
   前記冷却通路は、前記溝部と前記蓋部とによって形成される、請求項２に記載のインペラ背面冷却構造。
8. コンプレッサインペラと、
   前記コンプレッサインペラを収容するコンプレッサケーシングと、
   前記コンプレッサインペラに連結されたシャフトと、
   前記シャフトを支持する軸受装置であって、スラスト軸受を含む軸受装置と
   前記軸受装置を収容する軸受ケーシングと、
   前記コンプレッサインペラの背面に隙間を介して対向する第１部材、及び液体状の冷却媒体が流れる冷却通路を前記第１部材との間に形成する第２部材、を備える、インペラ背面冷却構造と、を備える過給機であって、
   前記軸受ケーシングは、
   軸線方向における一端側で前記コンプレッサケーシングに連結される軸受ケーシング本体と、
   前記スラスト軸受を支持し、第１ボルトによって前記軸受ケーシングに締結され、且つ、前記第１部材とは別体に形成された内側サポートと、を含み、
   前記第１部材は、前記内側サポートの外周面に嵌合し、径方向において前記スラスト軸受よりも外側に設けられており、且つ、前記溝部よりも径方向における外側で前記軸受ケーシング本体に第２ボルトによって締結されている、過給機。
9. 前記第１部材は、前記溝部と、前記溝部に対して外周側に位置し、前記シャフトの回転軸線の周りに環状に形成された外周側壁部と、前記溝部に対して内周側に位置し、前記シャフトの回転軸線の周りに環状に形成された内周側壁部と、前記内周側壁部の前記コンプレッサインペラと反対側の面から突出する突出部と、を含み、
   前記インペラ背面冷却構造は、
   径方向において前記溝部よりも内側且つ前記第１ボルトよりも外側であって、前記突出部の外周面と前記軸受ケーシング本体との間に設けられた第１シール部材と、
   径方向において前記溝部よりも外側且つ第２ボルトよりも内側であって、前記外側壁部の外周面と前記軸受ケーシング本体との間に設けられた第２シール部材と、をさらに備える、請求項８に記載の過給機。

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