JP2014238010A - 過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油によるメカロスを低減する。
【解決手段】過給機は、タービン軸７が挿通される軸孔２４ｂが形成された本体部２４ａを有し、本体部が２つのフルフローティングメタル８、９の間に位置して軸受孔内に固定されるスペーサ２４を備え、スペーサの２つの当接面２４ｇ、２４ｈと軸受孔との摩擦抵抗によって、スペーサの本体部が軸受孔内に固定され、本体部に形成される軸孔は、本体部の軸方向中心側に位置する大径孔部２６と、大径孔部よりも本体部の軸方向両端側に位置し、大径孔部よりも内径の小さい小径孔部２７、２８とを有し、小径孔部は、少なくとも一部が、当接面の径方向内側に位置しており、タービン軸は、スペーサの軸孔内に位置し、２つのフルフローティングメタルに軸支される部位よりも外径が小さい小径部７ａを有し、小径部は、少なくともスペーサの小径孔部に対向する部分まで延在している。
【選択図】図３

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保持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には軸受孔が形成され、当該軸受孔の中には軸受が配される。軸受は、タービン軸が挿通される挿通孔を有し、その内周面などにラジアル荷重を受ける軸受面が形成される。特許文献１に記載の過給機では、このような軸受の一種であり、タービン軸の回転に伴って連れ回る２つのフルフローティングメタルが設けられている。両フルフローティングメタルの間には、タービン軸が挿通される挿通孔を有するスペーサが配され、当該スペーサによって、両フルフローティングメタルの近接方向（軸方向）の移動が規制されている。

特許第３１２５２２７号公報

過給機の小型化が進められる中、空気の圧縮能力を維持するため、コンプレッサインペラやタービン軸の高速回転化が求められている。特許文献１に記載されているようなフルフローティングメタルは機械損失（メカロス）が小さいことが特徴に挙げられるものの、フルフローティングメタルであっても、さらなる過給機の性能向上の要望に伴い、潤滑油によるメカロス改善が課題となっている。

本発明の目的は、潤滑油によるメカロスを低減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、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と、過給機本体内に形成された軸受孔と、軸受孔に互いに離間して配され、タービン軸が挿通されてタービン軸を回転自在に軸支する２つの軸受と、タービン軸が挿通される軸孔が形成された本体部を有し、本体部が２つの軸受の間に位置して軸受孔内に固定されるスペーサと、を備え、スペーサは、軸受孔の内周面と対向する本体部の外周面に形成されるとともに、タービン軸の軸方向に互いに離間して配された２つの当接面を有し、２つの当接面と軸受孔との摩擦抵抗によって、本体部が軸受孔内に固定され、本体部に形成される軸孔は、本体部の軸方向中心側に位置する大径孔部と、大径孔部よりも本体部の軸方向両端側に位置し、大径孔部よりも内径の小さい小径孔部とを有し、小径孔部は、少なくとも一部が、当接面の径方向内側に位置しており、タービン軸は、スペーサの軸孔内に位置し、２つの軸受に軸支される部位よりも外径が小さい小径部を有し、小径部は、少なくともスペーサの小径孔部に対向する部分まで延在していることを特徴とする。

小径孔部は、両端側から大径孔部に向かって内径が大きくなる傾斜部を有してもよい。

本発明によれば、潤滑油によるメカロスを低減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。 図２のうち、タービン軸、フルフローティングメタル、および、スペーサを抽出した図である。

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の左側に締結機構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のタービンハウジング４近傍の外周面には、ベアリングハウジング２の径方向に突出する突起２ａが設けられている。また、タービンハウジング４のベアリングハウジング２近傍の外周面には、タービンハウジング４の径方向に突出する突起４ａが設けられている。ベアリングハウジング２とタービンハウジング４は、突起２ａ、４ａを締結機構３によってバンド締結して固定される。締結機構３は、突起２ａ、４ａを挟持するＧカップリングで構成される。

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２ｂが形成されており、この軸受孔２ｂに、タービン軸７を回転自在に軸支するフルフローティングメタル８、９（軸受）が設けられている。タービン軸７の左端部にはタービンインペラ１０が一体的に固定されており、このタービンインペラ１０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の右端部にはコンプレッサインペラ１１が一体的に固定されており、このコンプレッサインペラ１１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、空気を昇圧するディフューザ流路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１１）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１１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１１）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、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１３にも連通している。したがって、コンプレッサインペラ１１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１１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１３およびコンプレッサスクロール流路１４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１０よりもタービン軸７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１５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１０を介してタービンスクロール流路１５に連通するとともに、タービンインペラ１０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１６が形成されている。

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中、破線の四角で囲われた部分を示す。以下、図２を参照しながら、軸受孔２ｂ内に収容されたフルフローティングメタル８、９によるタービン軸７の支持構造について説明する。

供給路１８は、ベアリングハウジング２に形成された孔で構成され、ベアリングハウジング２の外部から軸受孔２ｂに潤滑油を供給する。詳細には、供給路１８を構成する孔は分岐しており、分岐した２つの供給路１９、２０は、軸受孔２ｂの内周面２１のうち、タービン軸７の軸方向に互いに離間する位置に一端１９ａ、２０ａを開口させる。

ここで、供給路１９の一端１９ａは、軸受孔２ｂの内周面２１のうち、タービン軸７の軸方向の中心よりタービンインペラ１０側（図２中、左側）に設けられ、供給路２０の一端２０ａは、軸受孔２ｂの内周面２１のうち、タービン軸７の軸方向の中心よりコンプレッサインペラ１１側（図２中、右側）に設けられる。

フルフローティングメタル８、９は、環状部材で構成される。フルフローティングメタル８、９には、フルフローティングメタル８、９の軸方向に貫通する挿通孔８ａ、９ａが形成されており、挿通孔８ａ、９ａにタービン軸７が挿通された状態で、軸受孔２ｂに収容されている。

軸受孔２ｂにおいて、フルフローティングメタル８は、供給路１９の一端１９ａに対向する位置に配され、フルフローティングメタル９は、供給路２０の一端２０ａに対向する位置に配される。

油孔８ｂ、９ｂは、供給路１９、２０の一端１９ａ、２０ａに対向する位置のタービン軸７の周方向に複数設けられた孔で構成される。油孔８ｂ、９ｂは、フルフローティングメタル８、９の外周面８ｃ、９ｃから内周面８ｄ、９ｄまで、タービン軸７の径方向にフルフローティングメタル８、９を貫通する。供給路１９、２０から供給された潤滑油は、フルフローティングメタル８、９の外周面８ｃ、９ｃに行き渡るとともに、油孔８ｂ、９ｂを通ってフルフローティングメタル８、９の内周面８ｄ、９ｄにも行き渡る。

そして、フルフローティングメタル８、９は、タービン軸７の回転に伴う潤滑油の流れによってタービン軸７より低速で回転し、タービン軸７および軸受孔２ｂに対してすべり運動を生じさせると共に、タービン軸７および軸受孔２ｂとの間に油膜圧力を生じさせる。こうして、フルフローティングメタル８、９は、それぞれの外周面８ｃ、９ｃおよび内周面８ｄ、９ｄを軸受面として、タービン軸７を回転自在に軸支する。

軸受孔２ｂのうち、フルフローティングメタル８が配された部位よりタービンインペラ１０側（図２中、左側）の端部には、環状部材である留め具２２が配され、留め具２２によって、フルフローティングメタル８のタービンインペラ１０側への移動が規制される。

また、軸受孔２ｂのうち、フルフローティングメタル９が配された部位よりコンプレッサインペラ１１側（図２中、右側）には、タービン軸７の軸方向の荷重を受けるスラスト軸受２３が配され、スラスト軸受２３によって、フルフローティングメタル９のコンプレッサインペラ１１側への移動が規制される。

スペーサ２４（間座）は、環状部材で構成される本体部２４ａを有する。本体部２４ａには、タービン軸７の軸方向に貫通する軸孔２４ｂが形成されている。スペーサ２４には、タービン軸７の軸方向の両端面２４ｃ、２４ｄから中心側に向かって外径が大きく傾斜するテーパ部２４ｅ、２４ｆが形成されている。

スペーサ２４の当接面２４ｇ、２４ｈは、テーパ部２４ｅ、２４ｆそれぞれからタービン軸７の軸方向の中心側に向かって延在する本体部２４ａの外周面２４ｉであり、２つの当接面２４ｇ、２４ｈの間の外周面２４ｉは、当接面２４ｇ、２４ｈよりも外径が小さく形成されている。すなわち、スペーサ２４の当接面２４ｇ、２４ｈは、タービン軸７の軸方向に互いに離間して配される。

そして、当接面２４ｇ、２４ｈは、軸受孔２ｂの内周面２１と対向し、当該内周面２１に当接して、内周面２１から圧縮方向の荷重を受ける。当接面２４ｇ、２４ｈと軸受孔２ｂの内周面２１との間には摩擦抵抗が生じる。ここで生じる摩擦抵抗は、潤滑油の連れ回りやフルフローティングメタル８、９の回転力に抗して、スペーサ２４の回転や移動を規制させる程度の大きさとなっている。

こうして、当接面２４ｇ、２４ｈは、２つの当接面２４ｇ、２４ｈと軸受孔２ｂの内周面２１との摩擦抵抗によって、本体部２４ａが軸受孔２ｂ内に固定される。つまり、当接面２４ｇ、２４ｈは、スペーサ２４と軸受孔２ｂとの間に摩擦抵抗が生じさせることで、軸受孔２ｂ内の所定の位置にスペーサ２４を保持するためのものといえる。

そして、スペーサ２４は、軸孔２４ｂにタービン軸７が挿通された状態で、本体部２４ａがフルフローティングメタル８、９の間に位置して軸受孔２ｂ内に固定される。

フルフローティングメタル８は、留め具２２とスペーサ２４とによって挟まれ、フルフローティングメタル９は、スペーサ２４とスラスト軸受２３とによって挟まれている。こうして、フルフローティングメタル８、９は、タービン軸７の軸方向の移動が規制されるとともに、フルフローティングメタル８、９の間隔がスペーサ２４のタービン軸７の軸方向の長さ以上に維持される。

スペーサ２４の本体部２４ａには、タービン軸７の軸方向の中心側に排油孔２４ｊが形成されている。排油孔２４ｊは、本体部２４ａをタービン軸７の径方向に貫通し、フルフローティングメタル８、９を潤滑した後、スペーサ２４の軸孔２４ｂ内に流入した潤滑油を、本体部２４ａの外部に排油する。

排出孔２５は、ベアリングハウジング２における軸受孔２ｂの隔壁２ｃをタービン軸７の径方向に貫通する孔であって、排油孔２４ｊに対向し、排油孔２４ｊから流出した潤滑油を、隔壁２ｃの鉛直下方に形成された排油空間２ｄ（軸受孔２ｂの外部）に排油する。

図３は、図２のうち、タービン軸７、フルフローティングメタル８、９、および、スペーサ２４を抽出した図である。図３に示すように、タービン軸７は、スペーサ２４の軸孔２４ｂ内に位置する小径部７ａを有している。小径部７ａは、タービン軸７のうち、フルフローティングメタル８、９に軸支される部位よりも外径が小さい。すなわち、小径部７ａは、タービン軸７のうち、フルフローティングメタル８、９の間に位置し、フルフローティングメタル８、９に軸支される部位よりも外径が小さい部分を示す。小径部７ａには、タービン軸７の軸方向の位置によって外径が連続的に変化するテーパ部分も含まれる。

スペーサ２４の本体部２４ａに形成される軸孔２４ｂは、大径孔部２６と、小径孔部２７、２８とを有する。大径孔部２６は、本体部２４ａの軸方向（タービン軸７の軸方向）における中心側に位置する。また、小径孔部２７、２８は、大径孔部２６よりも本体部２４ａの軸方向の両端側（端面２４ｃ側、および、端面２４ｄ側）にそれぞれ形成された、大径孔部２６よりも内径が小さい部位である。

タービン軸７の小径部７ａや、スペーサ２４の大径孔部２６を設けることで、タービン軸７とスペーサ２４の径方向の間隔を大きくすることができる。すると、軸孔２４ｂ内に流入する潤滑油の粘性抵抗によるメカロスを低減することができる。しかし、要求される曲げ剛性を確保するため、小径部７ａの外径を小さくするには限度がある。例えば、小径部７ａは、タービン軸７のうち、フルフローティングメタル８、９に軸支される部位に対し、８〜２０％程度小さく、望ましくは、１０％程度小さく成形されるとよい。

また、スペーサ２４は、軸受孔２ｂ内に圧入されるなどして、当接面２４ｇ、２４ｈと軸受孔２ｂとの摩擦抵抗が高められ、軸受孔２ｂ内で位置が固定されている。そのため、スペーサ２４の強度を維持するため、当接面２４ｇ、２４ｈの径方向内側の肉厚を薄くするには限度がある。

本実施形態では、スペーサ２４の小径孔部２７、２８の一部は、当接面２４ｇ、２４ｈの径方向内側に位置している。すなわち、大径孔部２６の径方向外側に位置する部位よりも、当接面２４ｇ、２４ｈの一部における径方向内側に位置する部位の方が、肉厚が厚く形成されている。そのため、当接面２４ｇ、２４ｈの径方向内側の部位の強度が十分に確保されている。

そして、スペーサ２４の軸孔２４ｂ内に配されるタービン軸７の小径部７ａは、タービン軸７の軸方向において、少なくともスペーサ２４の小径孔部２７、２８に対向する部分まで延在している。理解を容易とするため、図３において、スペーサ２４の小径孔部２７、２８と大径孔部２６との境界を破線で示し、タービン軸７の小径部７ａにおけるタービン軸７の軸方向の両端を一点鎖線で示す。

このように、当接面２４ｇ、２４ｈの径方向内側の肉厚を厚くした分、タービン軸７側の外径を小さくすることで、タービン軸７とスペーサ２４の径方向の間隔を確保し、潤滑油の粘性抵抗によるメカロスを低減することが可能となる。

また、小径孔部２７、２８は、それぞれ、両端側から大径孔部２６に向かって内径が大きくなる傾斜部２７ａ、２８ａを有する。傾斜部２７ａ、２８ａは、タービン軸７の軸方向の中心側が大径孔部２６に連続している。

そのため、傾斜部２７ａ、２８ａを設けない場合に比較して、大径孔部２６と小径孔部２７、２８との境界部分への応力集中が抑制される。その分、スペーサ２４の当接面２４ｇ、２４ｈの径方向内側の肉厚を薄くして、潤滑油の粘性抵抗によるメカロスを低減することが可能となる。

上述した実施形態では、小径孔部２７、２８は、傾斜部２７ａ、２８ａを有する場合について説明したが、傾斜部２７ａ、２８ａを有さず、大径孔部２６と小径孔部２７、２８との境界部分に外径の差によって形成される段差が形成されていてもよい。

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、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
２ｂ 軸受孔
７ タービン軸
７ａ 小径部
８、９ フルフローティングメタル（軸受）
１０ タービンインペラ
１１ コンプレッサインペラ
２１ 内周面
２４ スペーサ
２４ａ 本体部
２４ｂ 軸孔
２４ｇ、２４ｈ 当接面
２４ｉ 外周面
２６ 大径孔部
２７、２８ 小径孔部
２７ａ、２８ａ 傾斜部

Claims (2)

1. 過給機本体と、
   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と、
   前記過給機本体内に形成された軸受孔と、
   前記軸受孔に互いに離間して配され、前記タービン軸が挿通されて該タービン軸を回転自在に軸支する２つの軸受と、
   前記タービン軸が挿通される軸孔が形成された本体部を有し、該本体部が前記２つの軸受の間に位置して前記軸受孔内に固定されるスペーサと、
   を備え、
   前記スペーサは、
   前記軸受孔の内周面と対向する前記本体部の外周面に形成されるとともに、前記タービン軸の軸方向に互いに離間して配された２つの当接面を有し、該２つの当接面と該軸受孔との摩擦抵抗によって、該本体部が該軸受孔内に固定され、
   前記本体部に形成される前記軸孔は、該本体部の軸方向中心側に位置する大径孔部と、該大径孔部よりも該本体部の軸方向両端側に位置し、該大径孔部よりも内径の小さい小径孔部とを有し、該小径孔部は、少なくとも一部が、前記当接面の径方向内側に位置しており、
   前記タービン軸は、
   前記スペーサの前記軸孔内に位置し、前記２つの軸受に軸支される部位よりも外径が小さい小径部を有し、該小径部は、少なくとも前記スペーサの小径孔部に対向する部分まで延在していることを特徴とする過給機。
2. 前記小径孔部は、両端側から前記大径孔部に向かって内径が大きくなる傾斜部を有することを特徴とする請求項１に記載の過給機。

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