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JP2006242008A - Turbocharger - Google Patents

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Publication number
JP2006242008A
JP2006242008A JP2005055287A JP2005055287A JP2006242008A JP 2006242008 A JP2006242008 A JP 2006242008A JP 2005055287 A JP2005055287 A JP 2005055287A JP 2005055287 A JP2005055287 A JP 2005055287A JP 2006242008 A JP2006242008 A JP 2006242008A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
bearing
water
turbocharger
lubricating
lubricating water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005055287A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Susumu Nakano
晋 中野
Tomoaki Inoue
知昭 井上
Kuniyoshi Tsubouchi
邦良 坪内
Tadaharu Kishibe
忠晴 岸部
Takashi Ikeguchi
隆 池口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2005055287A priority Critical patent/JP2006242008A/en
Publication of JP2006242008A publication Critical patent/JP2006242008A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00Engines or pumps
    • F16C2360/23Gas turbine engines
    • F16C2360/24Turbochargers

Landscapes

  • Supercharger (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)

Abstract

【課題】
応答性を向上させると共に白煙の発生を抑制したターボチャージャーを提供する。
【解決手段】
エンジン13の排ガスによって駆動されるタービン翼車8と、該タービン翼車の回転により空気を圧縮する圧縮機インペラ7と、前記タービン翼車と圧縮機インペラを連結する回転軸1とを備えたターボチャージャー35において、回転軸1の軸受に水潤滑軸受を適用する。そして、水潤滑軸受の潤滑水として、エンジン冷却水の一部を用いる。
【選択図】図1
【Task】
A turbocharger that improves responsiveness and suppresses the generation of white smoke.
[Solution]
A turbo equipped with a turbine impeller 8 driven by exhaust gas from the engine 13, a compressor impeller 7 that compresses air by the rotation of the turbine impeller, and a rotating shaft 1 that connects the turbine impeller and the compressor impeller. In the charger 35, a water-lubricated bearing is applied to the bearing of the rotary shaft 1. And a part of engine cooling water is used as lubricating water of a water-lubricated bearing.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、水潤滑軸受を備えたターボチャージャーに関する。   The present invention relates to a turbocharger provided with a water-lubricated bearing.

従来のターボチャージャーは、軸受ハウジング内に収容された回転軸の一方の端面にタービン翼車が取付けられており、エンジンの排気ガスがこのタービン翼車に吹き付けられることにより、回転軸は回転する。回転軸の他端には圧縮機インペラが取付けられており、この圧縮機インペラの回転により空気が圧縮されエンジンに供給される。   In a conventional turbocharger, a turbine impeller is attached to one end face of a rotating shaft accommodated in a bearing housing, and the rotating shaft rotates when engine exhaust gas is blown onto the turbine impeller. A compressor impeller is attached to the other end of the rotating shaft, and air is compressed by the rotation of the compressor impeller and supplied to the engine.

回転軸はラジアル軸受により回転可能に支持され、ラジアル方向の変位が抑えられている。なお、外部で昇圧された潤滑油はラジアル軸受給油孔から給油口をとおりラジアル軸受に供給される。また、回転軸にはスラスト軸受が設置されており、回転軸に作用するスラスト力を受け止め、回転軸の軸方向の移動を規制する。例えばこのような構成のターボチャージャーは特開2003−166537号公報に記載されている。   The rotating shaft is rotatably supported by a radial bearing, and the radial displacement is suppressed. Note that the externally pressurized lubricating oil is supplied from the radial bearing oil supply hole to the radial bearing through the oil supply port. In addition, a thrust bearing is installed on the rotating shaft, and the thrust force acting on the rotating shaft is received to restrict the axial movement of the rotating shaft. For example, a turbocharger having such a configuration is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-166537.

特開2003−166537号公報JP 2003-166537 A

従来のターボチャージャーでは、軸受の潤滑剤は油を用いていた。油は粘性係数が高いため、ターボチャージャーのように毎分10万回転以上の高速回転する軸受に適用した場合、軸受損失が増大する。アクセルペダルを踏み込んでエンジンへの燃料供給量を増加してエンジン回転数を増加させ、エンジン排気量を増しタービンの回転数を上げ、その結果として圧縮機の回転増加から圧縮機の吐出圧を増加することによってエンジン吸気圧を昇圧し、エンジン動力を増して加速を上げる。この一連の動作の中で、排気ガスの増加から吸気圧の増加そしてエンジンの加速までの応答性の中で、ターボチャージャーの回転性能が与える影響は大きく、とりわけ軸受損失はその主要因となる。   In a conventional turbocharger, oil is used as a lubricant for the bearing. Since oil has a high viscosity coefficient, bearing loss increases when applied to a bearing that rotates at a high speed of 100,000 revolutions per minute or more like a turbocharger. Depress the accelerator pedal to increase the amount of fuel supplied to the engine to increase the engine speed, increase the engine displacement and increase the turbine speed, and consequently increase the compressor discharge pressure from the increased compressor speed. This increases the engine intake pressure and increases the engine power to increase the acceleration. In this series of operations, the turbocharger's rotational performance has a great influence on the responsiveness from the increase of exhaust gas to the increase of intake pressure and the acceleration of the engine, and bearing loss is the main factor.

さらに潤滑剤として油を用いる場合の課題として白煙の発生がある。圧縮機インペラの背面とハウジング面の隙間には、圧縮機の回転に随伴する旋回流れが発生して摩擦円板効果によって回転軸面から圧縮機出口に向かって高くなる静圧勾配が形成される。このため圧縮機背面の回転軸面の圧力は圧縮機出口静圧よりも低下する。この圧力低下は、インペラの半径,回転数、及び出口圧力等で決まる。同様な圧力分布がタービン翼車の背面でも生じるが、圧縮機出口静圧>タービン入口静圧の状態のため、回転軸上に圧縮機側からタービン側に低下する圧力分布が形成される。潤滑剤がこの圧力勾配に押されて軸受部からタービン翼車背面に漏れ出す。ひとたび漏れ出し、翼車背面に付着した潤滑剤は、遠心力によって翼車の外径側に飛ばされ排気ガスに混入し、エンジン排熱によって白煙を発生させてしまう。   Furthermore, generation of white smoke is a problem when using oil as a lubricant. In the gap between the back surface of the compressor impeller and the housing surface, a swirl flow accompanying the rotation of the compressor is generated, and a static pressure gradient is formed which increases from the rotating shaft surface toward the compressor outlet by the friction disk effect. . For this reason, the pressure of the rotating shaft surface on the back surface of the compressor is lower than the static pressure at the compressor outlet. This pressure drop is determined by the radius of the impeller, the rotational speed, the outlet pressure, and the like. A similar pressure distribution also occurs on the rear surface of the turbine impeller. However, since the compressor outlet static pressure> the turbine inlet static pressure, a pressure distribution that decreases from the compressor side to the turbine side is formed on the rotating shaft. The lubricant is pushed by this pressure gradient and leaks from the bearing portion to the rear surface of the turbine impeller. The lubricant that leaks once and adheres to the rear surface of the impeller is blown to the outer diameter side of the impeller by centrifugal force and mixed into the exhaust gas, and white smoke is generated by exhaust heat of the engine.

本発明の目的は、応答性を向上させると共に白煙の発生を抑制したターボチャージャーを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a turbocharger that improves responsiveness and suppresses the generation of white smoke.

上記のターボチャージャーの応答性、及び白煙の発生は、いずれも潤滑剤として油を用いているために引き起こされる課題であった。そこで、本発明においては低粘度の潤滑剤で、しかも温度差による粘度変化が少ない潤滑剤として水を主成分とした水溶液からなる潤滑剤を用いた水潤滑軸受を適用するものである。   Both the responsiveness of the above turbocharger and the generation of white smoke were problems caused by using oil as a lubricant. Accordingly, in the present invention, a water-lubricated bearing using a lubricant composed of an aqueous solution containing water as a main component is applied as a lubricant having a low viscosity and having a small viscosity change due to a temperature difference.

本発明によれば、応答性を向上させると共に白煙の発生を抑制したターボチャージャーを提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the turbocharger which improved responsiveness and suppressed generation | occurrence | production of white smoke.

図1は、本発明の一実施例であるターボチャージャーの軸受潤滑水系統を示した図である。エンジン13の冷却系機器としては、エンジン13の冷却ライン33に冷却水を供給する冷却水ポンプ15,エンジン13を経由した冷却水の熱を大気に放出するラジエタ
14,エンジン13に供給される冷却水の温度を検出するサーモスタット17,このサーモスタット17での冷却水の検出温度に基づいて冷却水流量が切り替えられる流量切り替え弁16を備えている。エンジン13を冷却する冷却ライン33には冷却水ポンプ15によって冷却水が供給される。エンジン冷却部を経由した冷却水は、冷却水配管34によってラジエタ14に導かれる。ラジエタ14に導かれた冷却水は、配管20によって再び冷却水ポンプ15に戻される。ラジエタ14と冷却水ポンプ15の間にはサーモスタット
17によって開閉する流量切り替え弁16を設置している。流量切り替え弁16は、一方がラジエタ14の冷却水出口側の配管20に、他方(出口側)がエンジン冷却部の出口配管19に接続されている。サーモスタット17の作用で、ここを通過する冷却水温度が低い場合には、配管19側を開放して冷却水を直接エンジンに戻し、冷却水温度が上昇したら配管20側を開放してラジエタ14を通過させた冷却水をエンジンに戻すようにする。冷却水は定期的に補給タンク18に注入して、冷却水ラインの冷却水量を保つ。
FIG. 1 is a view showing a bearing lubricating water system of a turbocharger which is an embodiment of the present invention. The cooling system equipment for the engine 13 includes a cooling water pump 15 that supplies cooling water to the cooling line 33 of the engine 13, a radiator 14 that releases heat of the cooling water that has passed through the engine 13 to the atmosphere, and cooling that is supplied to the engine 13. A thermostat 17 that detects the temperature of the water and a flow rate switching valve 16 that switches the flow rate of the cooling water based on the detected temperature of the cooling water at the thermostat 17 are provided. Cooling water is supplied to the cooling line 33 for cooling the engine 13 by the cooling water pump 15. The cooling water that has passed through the engine cooling section is guided to the radiator 14 by the cooling water pipe 34. The cooling water guided to the radiator 14 is returned again to the cooling water pump 15 by the pipe 20. A flow rate switching valve 16 that is opened and closed by a thermostat 17 is installed between the radiator 14 and the cooling water pump 15. One of the flow rate switching valves 16 is connected to the piping 20 on the cooling water outlet side of the radiator 14, and the other (outlet side) is connected to the outlet piping 19 of the engine cooling unit. When the temperature of the cooling water passing through the thermostat 17 is low, the piping 19 side is opened and the cooling water is directly returned to the engine. When the cooling water temperature rises, the piping 20 side is opened and the radiator 14 is opened. Return the passed cooling water to the engine. Cooling water is periodically injected into the replenishing tank 18 to maintain the amount of cooling water in the cooling water line.

ターボチャージャー35は、圧縮機吸入側が吸気ダクト10に接続され、フィルタ9を介して外気を吸入し、昇圧した空気を圧縮機吐出配管28からインタークーラー29を介してエンジン吸気管30に供給する。また、エンジンの排ガスを排気管31からターボチャージャー35のタービン翼車8に供給してタービンを作動させている。タービン翼車8の排ガスは排気ダクト11からマフラー12を介して排出される。   The turbocharger 35 is connected to the intake duct 10 at the compressor suction side, sucks outside air through the filter 9, and supplies the pressurized air from the compressor discharge pipe 28 to the engine intake pipe 30 through the intercooler 29. Further, the exhaust gas of the engine is supplied from the exhaust pipe 31 to the turbine impeller 8 of the turbocharger 35 to operate the turbine. The exhaust gas of the turbine impeller 8 is discharged from the exhaust duct 11 through the muffler 12.

ここで、本実施例ではターボチャージャーの軸受に水潤滑軸受を適用しており、その潤滑剤としてエンジンの冷却水の一部を供給するように構成している。ターボチャージャーのスラスト軸受2とラジアル軸受5a,5bには、冷却水ポンプ15の吐出側から分岐した冷却水分岐管21から、ラジアル軸受潤滑水供給管24a,24b及びスラスト軸受潤滑水供給管25を介して供給される。ターボチャージャーの回転軸は高速回転するため、冷却水分岐管21にはフィルタ22を設置して、冷却水中に含まれる異物を取除いている。また、冷却水分岐管21にオリフィス等の流量調節器23を設置して、軸受に供給する潤滑水流量を設定する。各軸受から排出された軸受排水は配管26,32を介して軸受排水管27で合流して、さらに配管34でエンジン冷却後の冷却水と合流してラジエタ14に供給される。ラジエタ14で熱交換され排熱を除去された冷却水は、再び冷却水ポンプ
15によって、エンジン13とターボチャージャー35に供給される。
In this embodiment, a water-lubricated bearing is applied to the turbocharger bearing, and a part of engine cooling water is supplied as the lubricant. The thrust bearing 2 and the radial bearings 5a and 5b of the turbocharger are provided with radial bearing lubricating water supply pipes 24a and 24b and thrust bearing lubricating water supply pipe 25 from a cooling water branch pipe 21 branched from the discharge side of the cooling water pump 15. Supplied through. Since the rotating shaft of the turbocharger rotates at a high speed, a filter 22 is installed in the cooling water branch pipe 21 to remove foreign matters contained in the cooling water. Further, a flow rate regulator 23 such as an orifice is installed in the cooling water branch pipe 21 to set the flow rate of lubricating water supplied to the bearing. The bearing drainage discharged from each bearing is merged in the bearing drainage pipe 27 via the pipes 26 and 32, and further merged with the cooling water after cooling the engine in the pipe 34 and supplied to the radiator 14. The cooling water whose heat has been exchanged by the radiator 14 and whose exhaust heat has been removed is supplied again to the engine 13 and the turbocharger 35 by the cooling water pump 15.

図5に、ターボチャージャーの軸受潤滑剤に油を用いた場合と、水を用いた場合の、アクセルペダルの踏み込み量とエンジンの加速の関係を示す。油潤滑軸受と比較すると、潤滑剤の粘度よる軸受損失の差から、特にアクセルペダルの踏み込み量の少ない低回転数域での加速性能に大きな差が生じることが分かる。   FIG. 5 shows the relationship between the accelerator pedal depression amount and the engine acceleration when oil is used as the bearing lubricant of the turbocharger and when water is used. Compared to oil-lubricated bearings, it can be seen that there is a large difference in acceleration performance especially in the low speed range where the amount of depression of the accelerator pedal is small, due to the difference in bearing loss due to the viscosity of the lubricant.

上記の本実施例によるターボチャージャーでは、軸受潤滑剤として、水または水溶液を用いるため、水は油に比べてその粘度が1/15から1/30と一桁小さく、軸受損失の大幅な低減が図れ、ターボチャージャーの応答性が著しく改善される。また、粘度自体が小さいため、水温変化による粘度の変化が生じた場合でも、粘度の変化に起因する回転軸振動への影響はほとんどない。さらに、軸受部からの漏れが生じた場合も、排気ガス中で、水蒸気となるため白煙の発生は生じないという効果がある。   In the turbocharger according to the above-described embodiment, water or an aqueous solution is used as a bearing lubricant. Therefore, the viscosity of water is an order of magnitude less than 1/15 to 1/30 that of oil, and the bearing loss is greatly reduced. As a result, the response of the turbocharger is remarkably improved. In addition, since the viscosity itself is small, even when a change in viscosity due to a change in water temperature occurs, there is almost no influence on the rotation shaft vibration due to the change in viscosity. Furthermore, even when leakage from the bearing portion occurs, there is an effect that white smoke is not generated because it becomes water vapor in the exhaust gas.

また、軸受に油潤滑軸受を適用する場合には、エンジンの冷却水系統とは別に潤滑油系統を設ける必要があるが、本実施例のように水潤滑軸受を適用し、エンジンの冷却水を軸受の潤滑水として共用するような潤滑水系統を形成しているので、潤滑水系統のシンプル化を図ることができる。   In addition, when oil-lubricated bearings are applied to the bearings, it is necessary to provide a lubricating oil system separately from the engine cooling water system. Since a lubricating water system that is shared as the lubricating water for the bearing is formed, the lubricating water system can be simplified.

また、本実施例では軸受の潤滑水はラジエタ14によって冷却したものを供給している。すなわち、潤滑水が沸騰した状態、つまり気液が混合した状態で軸受部に供給された場合では、潤滑水が軸受部に十分に行き渡らない可能性があり、潤滑材としての機能を果たせない虞がある。これに対して、本実施例ではラジエタ14で冷却した後の潤滑水を軸受に供給するようにしているので、潤滑水の沸騰を防止することが可能となる。これにより、軸受部には潤滑水が液体の状態で供給されるため、水潤滑軸受が有する潤滑性能の利点を維持することができる。また、従来の油潤滑軸受ではその軸受部で高温により油が硬化する可能性があったが、本実施例では水を潤滑材に用いているため軸受部の水は蒸発することになり、軸受部の信頼性を損なうことも抑制することができる。   In this embodiment, the bearing lubricating water cooled by the radiator 14 is supplied. That is, when the lubricating water is boiled, that is, when it is supplied to the bearing portion in a state where gas and liquid are mixed, there is a possibility that the lubricating water does not sufficiently reach the bearing portion, and the function as a lubricant may not be performed. There is. On the other hand, in the present embodiment, since the lubricating water after being cooled by the radiator 14 is supplied to the bearing, it is possible to prevent boiling of the lubricating water. Thereby, since the lubricating water is supplied to the bearing portion in a liquid state, the advantage of the lubricating performance of the water-lubricated bearing can be maintained. Also, in conventional oil lubricated bearings, there was a possibility that the oil would harden at a high temperature at the bearing portion. However, in this embodiment, since water is used as the lubricant, the water in the bearing portion evaporates, and the bearing It can also suppress that the reliability of a part is impaired.

図6は本発明の他の実施例を示す図である。本実施例は、基本的な構成は図1に示すものと同じであるが、ターボチャージャー35の軸受排水管27に潤滑水タンク37を設置し、その下流側に潤滑水戻しポンプ60を設置している点が異なっている。ここで、図1の構成では軸受排水を配管34に合流させ、ラジエタ側に送るためには、ターボチャージャー35の軸受部から配管34の合流部までの間にヘッド差が必要であるため、ターボチャージャーの取付位置に何らかの制限が生じる可能性がある。そこで、図6の本実施例では、このターボチャージャーの取付位置の制限をなくすため、重力方向に見て軸受排水管27の最下点位置に潤滑水タンク37を設置して、軸受排水は一度ここに溜め、ここから配管34の合流点までは、潤滑水戻しポンプ60によって圧送するようにしたものである。   FIG. 6 is a diagram showing another embodiment of the present invention. In this embodiment, the basic configuration is the same as that shown in FIG. 1, but a lubricating water tank 37 is installed in the bearing drain pipe 27 of the turbocharger 35, and a lubricating water return pump 60 is installed downstream thereof. Is different. Here, in the configuration of FIG. 1, in order to merge the bearing drainage into the pipe 34 and send it to the radiator side, a head difference is required between the bearing part of the turbocharger 35 and the joining part of the pipe 34. There may be some restrictions on the charger mounting position. Therefore, in this embodiment shown in FIG. 6, in order to eliminate the restriction of the mounting position of the turbocharger, a lubricating water tank 37 is installed at the lowest point position of the bearing drain pipe 27 as viewed in the direction of gravity, and the bearing drainage is once performed. The water is stored here, and from here to the confluence of the pipe 34 is pumped by the lubricating water return pump 60.

上記の図1及び図6に示した実施例では、エンジン冷却水をターボチャージャーの軸受潤滑剤として使用しているため、冷却水はエチレングリコール等の不凍液の水溶液になっているが、その粘度は油に比べて一桁低いためターボチャージャーの軸受損失を大幅に低減できる。これにより、急加速時、及び低温時のターボチャージャーの応答性が改善されるという効果がある。また、この潤滑剤が軸受部からタービン側に漏れた場合にも、排熱によって蒸発するため排ガス中に白煙を発生することは無い。   In the embodiment shown in FIG. 1 and FIG. 6 above, the engine coolant is used as a bearing lubricant for the turbocharger. Therefore, the coolant is an aqueous solution of an antifreeze such as ethylene glycol. The bearing loss of the turbocharger can be greatly reduced because it is an order of magnitude lower than oil. This has the effect of improving the responsiveness of the turbocharger at the time of rapid acceleration and at low temperatures. Further, even when this lubricant leaks from the bearing portion to the turbine side, white smoke is not generated in the exhaust gas because it evaporates due to exhaust heat.

図2は本発明を適用したターボチャージャーの構造を示す断面図である。図2に示すように、軸受ハウジング内に収容された回転軸1の右端にはタービン翼車8が取付けられており、図示されないエンジンの排気ガスがこのタービン翼車8に吹き付けられることにより、回転軸1は回転する。回転軸1の左端には圧縮機インペラ7が取付けられており、この圧縮機インペラ7の回転により空気が圧縮され、図示されないエンジンに供給される。回転軸1はラジアル軸受5a,5bにより回転可能に支持され、ラジアル方向の変位が抑えられている。なお、外部で昇圧された水溶液からなる潤滑剤はラジアル軸受給水孔6からラジアル軸受5a,5bに供給される。また、回転軸1にはスラストカラー3が嵌合され、このスラストカラー3はラジアル軸受ハウジング4とスラスト軸受2とともに軸受装置を構成している。   FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a turbocharger to which the present invention is applied. As shown in FIG. 2, a turbine impeller 8 is attached to the right end of the rotary shaft 1 accommodated in the bearing housing, and an engine exhaust gas (not shown) is blown onto the turbine impeller 8 to rotate. The shaft 1 rotates. A compressor impeller 7 is attached to the left end of the rotating shaft 1. Air is compressed by the rotation of the compressor impeller 7 and supplied to an engine (not shown). The rotating shaft 1 is rotatably supported by radial bearings 5a and 5b, and the displacement in the radial direction is suppressed. Note that a lubricant made of an aqueous solution pressurized outside is supplied to the radial bearings 5a and 5b from the radial bearing water supply hole 6. A thrust collar 3 is fitted to the rotary shaft 1, and this thrust collar 3 constitutes a bearing device together with the radial bearing housing 4 and the thrust bearing 2.

図2に用いられるラジアル軸受としては、高速回転体のアンバランスに起因する軸振動の低減に効果的な多円弧軸受を用いる。また、オイルホイップ等の不安定振動が問題に成る場合にはティルティングパッド軸受を用いる。スラスト軸受には耐荷重性の高いテーパラウンド軸受等が用いられる。   As the radial bearing used in FIG. 2, a multi-arc bearing that is effective in reducing shaft vibration caused by unbalance of the high-speed rotating body is used. When unstable vibration such as oil whip becomes a problem, a tilting pad bearing is used. As the thrust bearing, a taper round bearing having a high load resistance is used.

図3は本発明の他の実施例を示した図である。図1の実施例では、ターボチャージャーの軸受潤滑剤はエンジンの冷却水を使用していた。図1に示した冷却水ポンプ15は、通常はエンジンのクランクシャフトから直接動力を得ている。このため、エンジンの回転数によって冷却水の圧送流量も変化する。一方、ターボチャージャー35に設置した水潤滑軸受は、軸受と回転軸との間に水膜を形成して荷重を支えるため、水膜形成に必要な流量が確保されれば、それ以上の水量は不要である。水膜は数十ミクロンと薄いため、潤滑剤に異物が混入すると軸受面をいため軸受破損を起こす。そこで、図3の実施例では、エンジン冷却水との併用による潤滑水純度の劣化を防止することと、必要な潤滑水流量のみを常に一定に供給するように構成した例である。   FIG. 3 is a view showing another embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 1, the turbocharger bearing lubricant uses engine cooling water. The cooling water pump 15 shown in FIG. 1 normally obtains power directly from the engine crankshaft. For this reason, the pumping flow rate of the cooling water also changes depending on the engine speed. On the other hand, the water-lubricated bearing installed in the turbocharger 35 forms a water film between the bearing and the rotary shaft to support the load. It is unnecessary. Since the water film is as thin as several tens of microns, if foreign matter enters the lubricant, the bearing surface will be damaged and the bearing will be damaged. Therefore, the embodiment of FIG. 3 is an example in which the deterioration of the lubricating water purity due to the combined use with the engine cooling water is prevented, and only the necessary lubricating water flow rate is always supplied constantly.

図3に示すように、ターボチャージャーの軸受潤滑水供給系は、潤滑水ポンプ39,潤滑水用ラジエタ38及び潤滑水タンク37が新たに設けられている。潤滑水タンク37に貯えられている水溶液からなる潤滑剤は、潤滑水ポンプ39の作動によって、配管36から潤滑水用ラジエタ38に導かれ、潤滑水ポンプ39の吐出側に設置された冷却水分岐管21を通してターボチャージャーのラジアル軸受潤滑水供給管24a,24b、及びスラスト軸受潤滑水供給管25に供給される。冷却水分岐管21には図1の実施例と同様にフィルタ22,流量調節器23が設置されている。軸受排水は配管26,32から軸受排水管27に合流して再び潤滑水タンク37に戻る。   As shown in FIG. 3, the bearing lubrication water supply system of the turbocharger is newly provided with a lubrication water pump 39, a lubrication water radiator 38, and a lubrication water tank 37. The lubricant composed of the aqueous solution stored in the lubricating water tank 37 is guided to the lubricating water radiator 38 from the pipe 36 by the operation of the lubricating water pump 39, and the cooling water branch installed on the discharge side of the lubricating water pump 39. Through the pipe 21, the turbocharger radial bearing lubricating water supply pipes 24 a and 24 b and the thrust bearing lubricating water supply pipe 25 are supplied. The cooling water branch pipe 21 is provided with a filter 22 and a flow rate regulator 23 as in the embodiment of FIG. The bearing drainage flows from the pipes 26 and 32 to the bearing drainage pipe 27 and returns to the lubricating water tank 37 again.

本実施例ではターボチャージャーの軸受潤滑水は、エンジン冷却水系統とは別の専用の供給ラインを形成しているため、水軸受の水膜形成に必要な流量だけを常に安定して供給できる。さらに、供給ラインが他の冷却水ラインと完全に独立しているため、潤滑水成分と水質を独立して管理できるという効果がある。急加速時の応答性と、白煙の発生防止等は、図1に示した実施例と同様な効果を得ることができる。   In the present embodiment, the bearing lubricating water of the turbocharger forms a dedicated supply line separate from the engine cooling water system, so that only the flow rate necessary for forming the water film of the water bearing can always be stably supplied. Furthermore, since the supply line is completely independent from other cooling water lines, there is an effect that the lubricating water component and the water quality can be managed independently. The responsiveness at the time of sudden acceleration, the prevention of the generation of white smoke, and the like can obtain the same effects as the embodiment shown in FIG.

図3に示す実施例では、軸受潤滑水の粘度を下げるため不凍液等を混ぜない場合も実施できる。この場合は、潤滑水の凍結防止と凍結による配管破損を防止するため、エンジン停止中は、潤滑水供給ラインに残存する水を潤滑水タンク37に落とすことができるよう、配管系で最も高位置となる部分に大気に開放できるバルブを設け、エンジン作動中はバルブを閉じ、エンジン停止中はバルブを開放する。さらに、潤滑水ポンプ39は設置高さが潤滑水タンク37の水面以下になるようにして、潤滑水タンク37に水が戻った場合にも潤滑水ポンプ39には水が残されるようにしておき、ポンプ起動時に空気の混入による、ポンプの動作不良をさける。さらに潤滑水タンク37に図示しないヒータを設置して、エンジン停止中に潤滑水が凍結しないように、周辺温度が氷点を下回る前にヒータを作動させて潤滑水の凍結を防止する。潤滑水に水だけを使用することによって、潤滑水系と軸受部への溶剤の析出を防止することができる。さらに使用する水は、カリウム,カルシウム等の硬質成分を除去した水を使用することが望ましい。   In the embodiment shown in FIG. 3, it is possible to carry out the case where no antifreeze or the like is mixed to reduce the viscosity of the bearing lubricating water. In this case, in order to prevent freezing of the lubricating water and to prevent damage to the piping due to freezing, when the engine is stopped, the highest position in the piping system is provided so that water remaining in the lubricating water supply line can be dropped into the lubricating water tank 37. A valve that can be opened to the atmosphere is provided at the part, and the valve is closed when the engine is operating and opened when the engine is stopped. Further, the installation height of the lubricating water pump 39 is set to be equal to or lower than the surface of the lubricating water tank 37 so that water remains in the lubricating water pump 39 even when the water returns to the lubricating water tank 37. Avoid malfunctions of the pump due to air contamination when starting the pump. Further, a heater (not shown) is installed in the lubricating water tank 37 to prevent the lubricating water from freezing by operating the heater before the ambient temperature falls below the freezing point so that the lubricating water does not freeze while the engine is stopped. By using only water as the lubricating water, it is possible to prevent the solvent from being deposited on the lubricating water system and the bearing portion. Furthermore, it is desirable to use water from which hard components such as potassium and calcium are removed.

図4に本発明の他の実施例を示す。図4は水潤滑軸受を電動−発電機を備えたターボチャージャーに適用した例である。ターボチャージャーの回転軸に電動−発電機を取付け、エンジンの運転状態に応じて、電動−発電機を電動機もしくは発電機として動作させるターボチャージャーが開発されている。電動機として動作させて、低速時のターボチャージャーの過給を助勢したり、発電機として動作させてターボチャージャーに供給される排ガスエネルギーから電力を取出したりするものである。   FIG. 4 shows another embodiment of the present invention. FIG. 4 shows an example in which a water-lubricated bearing is applied to a turbocharger equipped with an electric generator. A turbocharger has been developed in which a motor-generator is attached to a rotating shaft of a turbocharger and the motor-generator is operated as a motor or a generator according to the operating state of the engine. It is operated as an electric motor to assist supercharging of the turbocharger at low speed, or is operated as a generator to extract electric power from exhaust gas energy supplied to the turbocharger.

回転軸1の中央部には永久磁石42とその保持部材43が巻き付けられており、ラジアル軸受5a,5b,スラストカラー3,スラスト軸受2,シール45a,45bが設置されている。また、軸中央部に取付けられている永久磁石42と対峙する位置に、回転軸1を囲むようにステータ40が周方向全域に設置されている。ターボチャージャーのハウジングは、圧縮機ハウジング55とタービンハウジング56を備えている。また、スラスト軸受2及びラジアル軸受5a,5bは軸受ハウジング4a,4b、ステータ40はステータハウジング44を備えている。このステータハウジング44は、軸受ハウジング4a,4b間に挟まれて設置される。   A permanent magnet 42 and its holding member 43 are wound around the central portion of the rotating shaft 1, and radial bearings 5a and 5b, thrust collar 3, thrust bearing 2, and seals 45a and 45b are installed. Further, the stator 40 is installed in the entire circumferential direction so as to surround the rotating shaft 1 at a position facing the permanent magnet 42 attached to the central portion of the shaft. The turbocharger housing includes a compressor housing 55 and a turbine housing 56. The thrust bearing 2 and radial bearings 5 a and 5 b include bearing housings 4 a and 4 b, and the stator 40 includes a stator housing 44. The stator housing 44 is sandwiched and installed between the bearing housings 4a and 4b.

ステータ40は、その外周にステータ冷却ジャケット41が取付けられている。この冷却ジャケット41には、ステータハウジング44に設けられた冷却水供給孔46から冷却水が供給される。ステータ冷却ジャケット41を経由した冷却水は、冷却水排出孔47から外部に排出される。また、ラジアル軸受5a,5bには軸受潤滑水供給孔48a,48bから、スラスト軸受2にはスラスト軸受潤滑水供給孔49から水溶液の潤滑剤が供給される。各軸受部を経由した潤滑剤は潤滑水排出孔50a,50bから外部に排出される。   A stator cooling jacket 41 is attached to the outer periphery of the stator 40. Cooling water is supplied to the cooling jacket 41 from a cooling water supply hole 46 provided in the stator housing 44. The cooling water that has passed through the stator cooling jacket 41 is discharged from the cooling water discharge hole 47 to the outside. Further, the aqueous bearing lubricant is supplied to the radial bearings 5a and 5b from the bearing lubricating water supply holes 48a and 48b, and to the thrust bearing 2 from the thrust bearing lubricating water supply hole 49. The lubricant that passes through the bearings is discharged to the outside through the lubricating water discharge holes 50a and 50b.

さらに、本実施例では水溶液である潤滑剤が軸受部からステータ40側に漏れることによるステータの絶縁破壊を防止するために、ラジアル軸受5a,5bとステータ設置部の間にシール部45a,45bを設けている。具体的には、圧縮機吐出スクロール54の壁面に空けたシール空気導入孔52から、圧縮機の吐出空気の極一部をシール空気として、シール空気導入孔53,53a,53bを通してシール部45aと45bに供給するように構成している。これにより、軸受潤滑剤のステータ部への浸水を防止することが可能となる。なお、軸受部に対する潤滑水の供給は、図1,図3,図6に示した供給系統を備えることによって行うことができる。ステータ外周に取付けたステータ冷却ジャケット41への冷却水の供給についても同様である。   Further, in this embodiment, in order to prevent the dielectric breakdown of the stator due to the lubricant, which is an aqueous solution, leaking from the bearing portion to the stator 40 side, seal portions 45a and 45b are provided between the radial bearings 5a and 5b and the stator installation portion. Provided. Specifically, from the seal air introduction hole 52 vacated in the wall surface of the compressor discharge scroll 54, a part of the discharge air of the compressor is used as the seal air, and the seal portion 45a is passed through the seal air introduction holes 53, 53a, 53b It is configured to supply to 45b. Thereby, it is possible to prevent the bearing lubricant from entering the stator portion. The lubricating water can be supplied to the bearing portion by providing the supply system shown in FIGS. The same applies to the supply of cooling water to the stator cooling jacket 41 attached to the outer periphery of the stator.

本実施例によれば、電動−発電機を備えたターボチャージャーにおいても、水溶液を軸受潤滑剤に使用できるので、ターボチャージャーの応答性及び白煙発生防止に効果がある。   According to this embodiment, even in a turbocharger equipped with a motor-generator, an aqueous solution can be used as a bearing lubricant, which is effective in response of the turbocharger and prevention of white smoke generation.

本発明の一実施例であるターボチャージャの軸受潤滑水系統を示す図。The figure which shows the bearing lubricating water system | strain of the turbocharger which is one Example of this invention. 本発明を適用したターボチャージャーの構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the turbocharger to which this invention is applied. 本発明の他の実施例を示す図。The figure which shows the other Example of this invention. 電動−発電機を備えたターボチャージャーの構造を示す図。The figure which shows the structure of the turbocharger provided with the motor-generator. 本発明の効果を示す図。The figure which shows the effect of this invention. 本発明の他の実施例を示す図。The figure which shows the other Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…回転軸、2…スラスト軸受、3…スラストカラー、4…ラジアル軸受ハウジング、5a,5b…ラジアル軸受、6…ラジアル軸受給水孔、7…圧縮機インペラ、8…タービン翼車、10…吸気ダクト、11…排気ダクト、13…エンジン、14…ラジエタ、15…冷却水ポンプ、16…流量切り替え弁、17…サーモスタット、21…冷却水分岐管、24a,24b…ラジアル軸受潤滑水供給管、25…スラスト軸受潤滑水供給管、27…軸受排水管、29…インタークーラー、30…エンジン吸気管、31…エンジン排気管、35…ターボチャージャー、37…潤滑水タンク、38…潤滑水用ラジエタ、39…循環水ポンプ、40…ステータ、41…ステータ冷却ジャケット、42…永久磁石、45a,45b…シール部、46…冷却水供給孔、47…冷却水排出孔、48a,48b…軸受潤滑水供給孔、49…スラスト軸受潤滑水供給孔、50a,50b…潤滑水排出孔、51…スラスト軸受潤滑水排出孔、53,53a,53b…シール空気導入孔。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotary shaft, 2 ... Thrust bearing, 3 ... Thrust collar, 4 ... Radial bearing housing, 5a, 5b ... Radial bearing, 6 ... Radial bearing water supply hole, 7 ... Compressor impeller, 8 ... Turbine impeller, 10 ... Intake Duct, 11 ... Exhaust duct, 13 ... Engine, 14 ... Radiator, 15 ... Cooling water pump, 16 ... Flow rate switching valve, 17 ... Thermostat, 21 ... Cooling water branch pipe, 24a, 24b ... Radial bearing lubricating water supply pipe, 25 ... thrust bearing lubricating water supply pipe, 27 ... bearing drain pipe, 29 ... intercooler, 30 ... engine intake pipe, 31 ... engine exhaust pipe, 35 ... turbocharger, 37 ... lubricating water tank, 38 ... radiator for lubricating water, 39 ... Circulating water pump, 40 ... stator, 41 ... stator cooling jacket, 42 ... permanent magnet, 45a, 45b ... seal part, 46 ... cooling Supply hole 47 ... Cooling water discharge hole, 48a, 48b ... Bearing lubricating water supply hole, 49 ... Thrust bearing lubricating water supply hole, 50a, 50b ... Lubricating water discharge hole, 51 ... Thrust bearing lubricating water discharge hole, 53, 53a 53b ... Seal air introduction holes.

Claims (8)

エンジンの排ガスによって駆動されるタービン翼車と、該タービン翼車の回転により空気を圧縮する圧縮機インペラと、前記タービン翼車と圧縮機インペラを連結する回転軸とを備えたターボチャージャーにおいて、
前記回転軸の軸受に水潤滑軸受を用いることを特徴とするターボチャージャー。
In a turbocharger comprising a turbine impeller driven by exhaust gas of an engine, a compressor impeller that compresses air by rotation of the turbine impeller, and a rotary shaft that connects the turbine impeller and the compressor impeller.
A turbocharger using a water-lubricated bearing as the bearing of the rotating shaft.
前記水潤滑軸受は、エンジンの冷却水を潤滑水として用いるように構成したことを特徴とする請求項1に記載のターボチャージャー。   The turbocharger according to claim 1, wherein the water-lubricated bearing is configured to use engine cooling water as lubricating water. 前記水潤滑軸受は、ラジエタを経由してエンジン冷却水ポンプから前記エンジンに供給される冷却水の一部が供給され、エンジン冷却水のラジエタ入口に軸受排水が戻されるように構成されたものであることを特徴とする請求項2に記載のターボチャージャー。   The water-lubricated bearing is configured such that a part of cooling water supplied to the engine from an engine cooling water pump is supplied via a radiator, and bearing drainage is returned to the radiator inlet of the engine cooling water. The turbocharger according to claim 2, wherein the turbocharger is provided. 前記ターボチャージャーは、前記軸受排水を溜める潤滑水タンクと、該潤滑水タンクの軸受排水を前記ラジエタ入口に戻して循環させる潤滑水戻しポンプを備えたことを特徴とする請求項3に記載のターボチャージャー。   4. The turbocharger according to claim 3, wherein the turbocharger includes a lubricating water tank that stores the bearing drainage, and a lubricating water return pump that circulates the bearing drainage of the lubricating water tank back to the radiator inlet. 5. Charger. 前記ターボチャージャーは、前記水潤滑軸受の潤滑水を冷却する潤滑水用ラジエタと、該潤滑水用ラジエタで冷却された潤滑水を前記水潤滑軸受に供給する潤滑水ポンプと、軸受排水を溜める潤滑水タンクとを有し、前記軸受排水を潤滑水として循環させる循環経路を形成したことを特徴とする請求項1に記載のターボチャージャー。   The turbocharger includes a radiator for lubricating water that cools the lubricating water of the water-lubricated bearing, a lubricating water pump that supplies the lubricating water cooled by the radiator for lubricating water to the water-lubricated bearing, and a lubricant that accumulates bearing drainage. The turbocharger according to claim 1, further comprising a water tank, wherein a circulation path for circulating the bearing wastewater as lubricating water is formed. 前記ターボチャージャーは、前記潤滑水ポンプの設置高さを前記潤滑水タンクより下方としたことを特徴とする請求項5に記載のターボチャージャー。   The turbocharger according to claim 5, wherein an installation height of the lubricating water pump is set below the lubricating water tank. 前記ターボチャージャーは、前記タービン翼車と圧縮機インペラ間の回転軸に永久磁石を取付け、この永久磁石の外周にステータを設置して構成された電動−発電機を備えると共に、前記回転軸の軸受として回転軸のラジアル方向の変位を抑えるラジアル軸受と、軸方向の変位を抑えるスラスト軸受を設けたものであって、前記ラジアル軸受と永久磁石設置部の間にシール部を設けると共に、該シール部に前記圧縮機インペラの吐出空気の一部を供給するシール空気導入孔を設けたことを特徴とする請求項1に記載のターボチャージャー。   The turbocharger includes a motor-generator configured by attaching a permanent magnet to a rotating shaft between the turbine impeller and a compressor impeller and installing a stator on the outer periphery of the permanent magnet, and the bearing of the rotating shaft. A radial bearing that suppresses the radial displacement of the rotating shaft and a thrust bearing that suppresses the axial displacement, and a seal portion is provided between the radial bearing and the permanent magnet installation portion, and the seal portion The turbocharger according to claim 1, wherein a seal air introduction hole for supplying a part of the discharge air of the compressor impeller is provided in the turbocharger. 前記ターボチャージャーは、フィルタを経由した潤滑水が水潤滑軸受に供給されるように構成したものであることを特徴とする請求項1に記載のターボチャージャー。   The turbocharger according to claim 1, wherein the turbocharger is configured such that lubricating water that has passed through a filter is supplied to a water-lubricated bearing.
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