JPS61167128A

JPS61167128A - タ−ボチヤ−ジヤの潤滑油流出防止装置

Info

Publication number: JPS61167128A
Application number: JP698485A
Authority: JP
Inventors: Michihiko Kawase; 川瀬　道彦
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1985-01-18
Filing date: 1985-01-18
Publication date: 1986-07-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は機関を過給するターボチャージャにおいて、回
転軸破損時に潤滑油の流出を防止する装置に関する。

（従来の技術）内燃機関の出力向上を１指して吸気を過給Ｊることは良
（知られているが、このために機関の排気■ネルギを利
用して過給を行うターボテ１１−ジャがある（例えば「
ターボチャージャの理論と実際」桜井一部訳、鉄道日本
相　昭和５６年７月１日発行　参照）。

このターボチャージャの構造について第４図にもとづい
て説明する。

機関の排気ガスを受けて回転覆る排気タービン１は、タ
ービンハウジング２の内部にタービンロータ３が配置さ
れ、このタービンロータ３と回転軸４を介して同軸上に
吸気コンプレン１ノ′５のインペラ６が連結され、ター
ビンロータ３と一体的にインペラ６がコンプレッサハウ
ジング７の内部で回転し、図示しない機関吸気通路に空
気を過給する。前記回転軸４はベアリングハウジング８
にフロートメタル９．１０を介して回転自由に支持され
、このフロー１へメタル９．１０にはベアリングハウジ
ング８に形成した潤滑油の供給通路１１を経由して機関
の潤滑油の一部が供給される。フロートメタル９．１０
を潤滑した油は、ベアリングハウジング８の出口部１２
から機関のオイルパンへと還流される。

回転軸４の吸気コンプレッサ５側にはスラストカラー１
３が取イ」られ、ベアリングハウジング８に固定したス
ラス１〜メタル１４に接触して回転軸４が軸方向に移動
しないように保持している。

また回転軸４の排気タービン１側にはリング溝１７が形
成され、このリング溝１７にシールリング１５が嵌合し
、ベアリングハウジング８の内周どの間からタービンロ
ータ３側に潤滑油が流出しないようにシールしている。

なお、タービンロータ３のもつ熱が直接的に軸受側に伝
達されることのないように、タービンロータ３の背面に
位置して、ベアリングハウジング８にはヒートインシコ
レータ１６が取付られている。

ターボチャージャのタービンロータ３の回転は機関の運
転条件にもよるが、毎分致方回転にも上４し、そのため
回転軸４の軸受部、つまりフロートメタル９．１０には
多量の潤滑油を供給する必要があり、通常は機関の潤滑
油を利用してこの一部を供給通路１１からフロートメタ
ル９．１０に送り込むことにより、回転軸４が焼き例（
ことのないように強制潤滑している。

（発明が解決しようとする問題点）前記タービン［］−夕３は高温の排気ガスに接触するた
め、耐熱性や高温強度の必要から耐熱合金を用いるのが
普通であるが、ターボラグや高温特性の改善をはかるう
えから、従来の耐熱合金よりも軽量でかつ耐熱性に優れ
た、窒化珪素、吹止珪素等のセラミックスを用いてター
ビンロータ３を製作することが提案されている（例えば
特開昭５７−８８２０１号公報参照）。

この場合、回転軸４の一部もタービンロータ３と一体の
セラミックスで形成されており、途中に金属のシャフト
が接合されるようになっている。　　　　゛ところがこ
のようにセラミックスで形成したタービンロータ３は、
耐熱合金に比べて耐衝撃性に＝　　４　　− やや８点があり、このため激しい振動や衝撃が加わると
、極端な場合には、タービンロータ３や回転軸４の一部
が破損することも想定される。

万一、回転軸４がト記リング溝１７の部分から破損する
ようなことがあると、シールリング１５は軸方向への拘
束を受はイｆい構造のため、シールリング１５が排気タ
ービン側に離脱したりして、フロートメタル９に供給さ
れていた潤滑油は排気タービン１側へ多量に流出し、タ
ーボチャージヤと潤滑油を共用する機関（原動機）が潤
滑油不足に陥るという不具合を生じる。

本発明はこのような問題を解決することを目的とする。

（問題点を解決Ｊるための手段）この発明は、少なくとも排気タービンのタービンロータ
と、このタービンロータに吸気コンプレッサのインペラ
を連結する回転軸の一部をセラミックス月利で形成し、
この回転軸を支持する軸受と、この軸受にｆｉｌｌ滑油
を供給する手段を備えたターボチャージＶにおいて、前
記回転軸に軸受よりもタービンロータ側に位置してリン
グ渦を形成し、このリング溝にシールリングを嵌合する
と共に、このリング溝とタービンロータの間に位置して
回転軸に環状のノツチ〈切欠き）を形成する。

（作用）したがって、タービンロータに激しい振動や衝撃が加わ
ると回転軸が破損することがあるが、この場合回転軸の
ノツチの部分に応力が集中Ｊるため、ノツチの部分から
破損するようになる。このため、リング溝の部分から破
損することはなくなり、シールリングがリング溝から離
脱することが防１１ニされる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図はターボチャージＶのタービンロータ３と回転軸
２０を示しており、タービンロータ３は翼部２１、ボス
部２２ともセラミックスにより形成されている。

回転軸２０はタービンロータ３側の大径部２３および軸
受（）［ｌ−トメタル）９により支持されるジャーナル
部２４が同じくセラミックスにより一体形成され、その
途中に金属軸２５が接合されると其に、大径部２３にシ
ールリング１５（第４図参照）を１■合するリング溝１
７が形成され−Ｃいる。

そして、このリング溝１７の外側つまりリング溝１７と
タービンロータ３の間に位冒して回転軸２０の大径部２
３に環状のノツチ２６が形成される。

このノツチ２６は幅の秋いスリン１〜状の溝で、底部２
７が小さな曲率となるように形成される。

なお、リング溝１７の底部、底角部は緩かな曲率に設定
される。また、回転軸２０の大径部２３とジャーナル部
２４との段付部も緩かな曲率で形成される。その他の構
成については第４図と同様である。

このよう４Ｔ構成において、タービンロータ３に何らか
の原因により破損に了るような激しい振動等が加わった
場合、第２図のようにタービンロータ３の重心Ｇに生じ
るアンバランス力をＦとすると、回転軸２０の各部には
以下のような曲げ応力を生じる。

タービン［ｌ−夕３の重心Ｇからノツチ２６、リング溝
１７、軸受９の端部までの各距離を℃７、ヱ２　、Ｌ　
、ノツチ２６、リング溝１７、軸受９の各軸部の半径を
す、、ｂ２．、ｂ、、ノツチ２６、リング溝１７による
各応力集中率をα５、α２どすると、各部における曲げ
モーメント・は、Ｍ、−Ｆヱ、、Ｍ２＝Ｆヱ、　、Ｍ３
−Ｆｆ！、。

となり、ノツチ２６の軸部に生じる最大曲げ応力は、 σ１＝α＋　×’Ｉ　Ｍ　＋　／π１，３゜−αＩＸ’
１．Ｆ！、Ｉ／π１，３．・・・（１）リング溝１７の
軸部に生じる最大曲げ応力は、σ２−α２Ｘ４．Ｍ２／
π１）３２ −α２×４Ｆえ、／πｌ、２２・・・（２）軸受９端部
の軸部に生じる最大曲げ応力は、σ、−＝−４Ｍ、／π
ｌ、　２３＝　４　Ｆえ、７π１）３３　　　・・・（３）となる
。

したがって、σ１がσ２、σ、よりも大きくなるように
すれば、タービンロータ３に破損に至る力Ｆが加わった
ときには、回転軸２０は常にノツチ２６の部分から破損
することになる。

ここで、ｌ＋　＝１５ｎ＋ｍ、　ｂ　２＝６．５ｍｍ、
α２−２．２２、え。＝　２５ｍｍ、、　ｂ　３＝　５
ｍｍどするとσ２＝０．１５４Ｆ、σ３＝０．２５５Ｆ
どなり、Ｊｌｉ＋＝１２ｍ＋＋＋、ｂ　、＝５．５ｍｍ
としてσ、と較べると、σ、〉σ３となるためには、σ
、＝０．０５６α＋Ｆ＞σ３＝０．２５５Ｆ、°、　　
α＋＞４．６を満たせば良い。

そして、このとき大径部２３の半径Ｂ＝８．５ｍｍ、ノ
ツチ２６の底部２７の曲率半径ρ−０，１ｍｍとすると
、ノツチ２６の深さく１＋＝Ｂｌ）＋＝２ｍｍからｄ　
、／Ｂ＝０．２３５、曲率半径ρ−０゜１ｍｍからρ／
Ｂ−０，０１１が算出され、各種実験式に基づく応力集
中率のグラフより、α、−５゜７が選定されることが確
認されている。

即ち、回転軸２０のリング溝１７とタービン［ｌ−ツタ
３の間に応力集中率が高くなる環状のノツチ２６を形成
したことで、タービンロータ３に破損に至るアンバラン
ス力Ｆが加わったとしても、回転軸２０はリング溝１７
の部分あるいは軸受９の端部から破損するようなことは
なく、常にノツチ２６の部分から破損するのである。

これににす、回転軸２０の破損時にリング溝１７からシ
ールリング１５が離脱することを防止でき、したがって
軸受９に供給されている潤滑油がタービンロータ３側へ
と流出する心配はなく、潤滑油不足によるエンジントラ
ブル等を確実に回避できる。

ところで、この実施例では、ノツチ２６の深さｄ、とリ
ング溝１７の深さｄ２　（−Ｂ−ｂ、）を同−深さく２
ｍｍ）にしたが、ノツチ２６における応力集中率α、が
大きいため、ノツチ２６の深ざｄ、をリング溝１７の深
さｄ２よりも浅くすることができ、ざらに応力集中率α
、を大きく選定ずれば、即ち、ノツチ底部の曲率を小と
すればノッチ２６の深さｄ、を一段と浅くすることも可
能となる。

したがって、ノツチ２６を形成する場合、セラミックス
によりタービンロータ３ど一体形成された回転軸２０に
、ダイヤモンドカッタ等によって切削加工するが、その
切込代は少なくて済み、加工が極めて容易となる。

第３図は本発明の仙の実施例を示すもので、回転軸２０
の大径部２３に断面がＶ型形状の環状のノツチ２８を形
成したものである。

この場合、ノツチ２８における応力集中率を大きく取る
ことが容易である。

（発明の効果）以上のにうに本発明によれば、回転軸のリング溝とター
ビンロータとの間に応力が集中しやすい環状のノツチを
形成したので、回転軸が破損するときにリング溝の部分
から破損することはな（、軸受への潤滑油が排気タービ
ン側に流出するのを確実に防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す要部断面図、第２図はそ
の詳細図、第３図は本発明の他の実施例を示す部分詳細
図、第４図は従来例の断面図である。１・・・排気タービン、３・・・タービン［１−夕、５
・・・吸気］ンプレッサ、９・・・軸受、１１・・・供
給通路、１５・・・シールリング、１７・・・リング溝
、２ｏ・・・回転軸、２６・・・ノツチ、２８・・・ノ
ツチ。

Claims

【特許請求の範囲】

少なくとも排気タービンのタービンロータと、このター
ビンロータに吸気コンプレッサのインペラを連結する回
転軸の一部をセラミックス材料で形成し、この回転軸を
支持する軸受と、この軸受に潤滑油を供給する手段を備
えたターボチャージャにおいて、前記回転軸に軸受より
もタービンロータ側に位置してリング溝を形成し、この
リング溝にシールリングを嵌合すると共に、このリング
溝とタービンロータの間に位置して回転軸に環状のノッ
チを形成したことを特徴とするターボチャージャの潤滑
油流出防止装置。