(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジンに供給される空気を過給する過給機において、
ベアリングハウジング内にベアリングを介して回転可能に設けられたロータ軸と、
前記ベアリングハウジングの一方側のコンプレッサハウジング内に設けられ、前記ロータ軸の一端部に連結されたコンプレッサインペラと、
前記ベアリングハウジングの他方側のタービンハウジング内に設けられ、前記ロータ軸の他端部に連結されたタービンインペラと、を備え、
前記ロータ軸の少なくとも一部を、前記コンプレッサハウジング側に向かうにつれて外径が徐々に小さくなるテーパ部に形成すると共に、このテーパ部の外周側に位置するベアリングについて、前記テーパ部に当接するようにベアリングの内周面を前記コンプレッサハウジング側に向かうにつれて内径が徐々に小さくなるように形成し、前記ロータ軸のテーパ部の中心軸線は、ロータ軸の中心軸線と一致するように構成し、
前記ロータ軸のテーパ部の外周面とベアリングの内周面との当接部分は、前記テーパ部におけるコンプレッサハウジング側の端縁からテーパ部の途中部までに設定したことを特徴とする過給機。
【請求項２】
前記テーパ部を、前記ロータ軸におけるタービンインペラの近傍に配置したことを特徴とする請求項１に記載の過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用過給機等の過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、エンジンに供給される空気を過給する過給機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に記載された過給機は、中央側に配置されたベアリングハウジングと、該ベアリングハウジングの一方側に配置されたコンプレッサハウジングと、前記ベアリングハウジングの他方側に配置されたタービンハウジングとを備えている。また、ベアリングハウジング内にはベアリングを介して回転可能にロータ軸が設けられ、該ロータ軸の一端部にはコンプレッサインペラが連結され、他端部にはタービンインペラが連結されている。
【０００４】
ここで、タービンハウジング内に取り入れた排気ガスがタービンインペラ側へ供給されると、排気ガスのエネルギーによってタービンインペラを回転させ、ロータ軸を介してコンプレッサインペラを連動して一体的に回転させることができる。これにより、コンプレッサハウジング内に吸入した空気を圧縮して、エンジンに供給される空気を過給することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−７０５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、近年は、コンプレッサインペラの高圧力比・高回転化に伴ってロータ軸に掛かるスラスト荷重が増大する傾向にある。このスラスト荷重が大きくなると、前記ベアリングのうちのスラスト軸受の温度が上昇し、過給機の耐久性が低下するおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は、コンプレッサインペラの高圧力比・高回転化に伴ってロータ軸に掛かるスラスト荷重が増大しても、高い耐久性を維持することができる過給機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジンに供給される空気を過給する過給機において、ベアリングハウジング内にベアリングを介して回転可能に設けられたロータ軸と、前記ベアリングハウジングの一方側のコンプレッサハウジング内に設けられ、前記ロータ軸の一端部に連結されたコンプレッサインペラと、前記ベアリングハウジングの他方側のタービンハウジング内に設けられ、前記ロータ軸の他端部に連結されたタービンインペラと、を備え、前記ロータ軸の少なくとも一部を、前記コンプレッサハウジング側に向かうにつれて外径が徐々に小さくなるテーパ部に形成すると共に、このテーパ部の外周側に位置するベアリングについて、前記テーパ部に当接するようにベアリングの内周面を前記コンプレッサハウジング側に向かうにつれて内径が徐々に小さくなるように形成し、前記ロータ軸のテーパ部の中心軸線は、ロータ軸の中心軸線と一致するように構成し、
前記ロータ軸のテーパ部の外周面とベアリングの内周面との当接部分は、前記テーパ部におけるコンプレッサハウジング側の端縁からテーパ部の途中部までに設定したことを特徴とする過給機。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、コンプレッサインペラの高圧力比・高回転化に伴ってロータ軸に掛かるスラスト荷重が増大しても、このスラスト荷重の一部がロータ軸のテーパ部に作用する反力によって打ち消されるため、前記ベアリングのうちのスラスト軸受に入力される。スラスト荷重の増大を抑制することができる。このため、コンプレッサインペラが高圧力比・高回転化になっても、過給機の高い耐久性を維持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る車両用過給機の側断面図である。
【図２】図１におけるロータ軸の近傍を拡大した断面図である。
【図３】ロータ軸のタービン側軸受部が第１のベアリングから受ける反力を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態について図１から図３を参照して説明する。なお、図面中、「Ｆ」は前方向、「Ｒ」は後方向を指してある。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態に係る車両用過給機の側断面図である。
【００１３】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る車両用過給機１は、エンジン（図示省略）からの排気ガスのエネルギーを利用して、エンジンに供給される空気を過給するものである。そして、車両用過給機１の具体的な構成等は、以下のようになる。
【００１４】
車両用過給機１は、前方側に配置されたコンプレッサハウジング３と、中央側に配置されたベアリングハウジング５と、後方側に配置されたタービンハウジング７とを有する。即ち、ベアリングハウジング５の前方側（一方側）にはコンプレッサハウジング３が配設され、後方側（他方側）にはタービンハウジング７が配設されている。
【００１５】
前記コンプレッサハウジング３には、前方側に向けて開口する空気吸入口９が形成され、該空気吸入口９はディフューザ流路１１を介してコンプレッサスクロール流路１３に連通されている。空気吸入口９は、エアクリーナー（図示省略）に接続可能である。また、前記ディフューザ流路１１は、ベアリングハウジング５とコンプレッサハウジング３との間に形成されており、圧縮された空気を昇圧する。そして、コンプレッサスクロール流路１３は、コンプレッサインペラ１５を外周から取り囲むように、コンプレッサハウジング１５内に環状に繋がって形成されている。また、コンプレッサインペラ１５は、前記空気吸入口９の開口部の内方に配置され、細径の取付軸１７とナット１９を介してベアリングハウジング５内に配置されたロータ軸２１に締結されている。このコンプレッサインペラ１５は、取付軸１７に取り付けられたコンプレッサホイール２３と、該コンプレッサホイール２３の外周側に配置されたコンプレッサブレード２５とが一体形成されたものである。
【００１６】
前記ベアリングハウジング５には、複数のベアリングに潤滑油を供給するオイル供給通路２７が形成されており、ベアリングハウジング５内は、所定の温度以下に管理されている。また、ベアリングハウジング５の下端部には、前記潤滑油を車両用過給機１の外部に排出する排出穴７３が形成されている。なお、潤滑油の流れについては後述する。
【００１７】
また、ベアリングハウジング５の内部には、前後方向に貫通して延びる挿通孔２９が形成されており、該挿通孔２９内にロータ軸２１が第１〜第３のベアリング３１，３３，３５を介して回転可能に挿入されている。そして、第２のベアリング３３と第３のベアリング３５との間にはスラストカラー３７が設けられている。
【００１８】
前記タービンハウジング７には、排気ガスを取り入れるガス取入口（図示省略）が形成されており、このガス取入口は、エンジンの排気マニホールド（図示省略）に接続可能である。また、タービンハウジング７の内部には、タービンスクロール流路３９がタービンインペラ４１を囲むように環状に形成されており、このタービンスクロール流路３９は、ガス取入口に連通してある。更に、タービンハウジング７には、排気ガスを排出するガス排出口４３が後方側に向けて形成されており、このガス排出口４３は、タービンスクロール流路３９に連通しており、排気触媒（図示省略）に接続可能である。また、タービンインペラ４１は、タービンホイール４５と、該タービンホイール４５の外周側に配置されたタービンブレード４７とが一体形成されたものである。ロータ軸２１は、タービンホイール４５に一体形成されており、タービンホイール４５の前端部から前方に向けて延びている。前記タービンホイール４５およびタービンブレード４７は、前記ガス排出口４３の開口部の内方に配置され、ロータ軸２１は、ベアリングハウジング５内に配置されている。
【００１９】
図２は、図１におけるロータ軸の近傍を拡大した断面図である。
【００２０】
図２に示すように、ロータ軸２１の後端部（タービンホイール４５の根本部）には、前方側（コンプレッサハウジング３側）に向かうにつれて外周面４９ａの外径が徐々に小さくなって先細りする略円錐台状のタービン側軸受部（テーパ部）４９が形成されている。このように、タービン側軸受部４９を、前記ロータ軸２１におけるタービンホイール４５の近傍に配置している。また、ロータ軸２１の前端部には、前後方向に沿って外径が同一径に形成された円筒状のコンプレッサ側軸受部５１が設けられており、ロータ軸２１の中央部には、これらのタービン側軸受部４９およびコンプレッサ側軸受部５１よりも細径に形成された連結部５３とが設けられ、これらのタービン側軸受部４９、連結部５３およびコンプレッサ側軸受部５１は、ともに一体に形成されている。なお、ベアリングハウジング５の下部には、潤滑油を車両用過給機１の外部に排出する排油穴７１，７２が形成されている。また、タービン側軸受部４９の後方側（タービンホイール４５側）には、工具逃げ部７４、オイルスリンガー７５、オイルスリンガー溝７６が形成されている。
【００２１】
一方、ロータ軸２１の外周側には、円筒状に形成されて前後方向に延びる第１のベアリング３１が配設されている。この第１のベアリング３１は銅から形成されており、ボルト５５を介してベアリングハウジング５に回転不能な状態で支持されている。第１のベアリング３１における後端部には、ロータ軸２１のタービン側軸受部４９に係合する後側当接部５７が形成され、前端部には、ロータ軸２１のコンプレッサ側軸受部５１に係合する前側当接部５９が形成されている。そして、これらの後側当接部５７と前側当接部５９との間には中間部６１が形成されており、この中間部６１の内周面とロータ軸２１の連結部５３の外周面との間には、ロータ軸２１の径方向に所定の間隙が形成されている。また、第１のベアリング３１の後側当接部５７の内周面５７ａは、前方側に向かうにつれて内径が徐々に小さくなっており、ロータ軸２１のタービン側軸受部４９に当接可能に構成されている。
【００２２】
さらに、第１のベアリング３１の前側当接部５９の内周面５９ａは、前後方向に沿った内径が同一に形成されており、ロータ軸２１のコンプレッサ側軸受部５１に当接可能に構成されている。これによって、ロータ軸２１の径方向（ラジアル方向）にかかるラジアル荷重を受けるラジアルベアリングとして機能する。
【００２３】
そして、前記第２のベアリング３３および第３のベアリング３５は、ロータ軸２１の軸方向（スラスト方向）にかかるスラスト荷重を受けるスラストベアリングとして機能する。
【００２４】
ここで、潤滑油の流れについて説明する。
【００２５】
まず、前述したオイル供給通路２７を介してそれぞれのベアリング３１，３３，３５に潤滑油が供給される。
【００２６】
ベアリング３３，３５に供給された潤滑油は、排油穴７２および排出穴７３を介して車両用過給機１の外部に排出される。
【００２７】
また、タービン側軸受部４９に供給された潤滑油は、大部分が排油穴７１を介して車両用過給機１の外部に排出されるが、残りの潤滑油は、オイルスリンガー７５を介してオイルスリンガー溝７６に流れたのち、排出穴７３から車両用過給機１の外部に排出される。
【００２８】
図３は、ロータ軸のタービン側軸受部が第１のベアリングから受ける反力を示す説明図である。
【００２９】
ロータ軸２１のタービン側軸受部４９は、テーパ角θに形成されており、ロータ軸２１のタービン側軸受部４９の外周面４９ａと第１のベアリング３１の後側当接部５７の内周面５７ａとの間には、潤滑油の油膜が形成される。このように、本実施形態によるロータ軸２１は、いわゆるセミフロートタイプに構成されている。
【００３０】
ここで、図１に示すように、コンプレッサハウジング３における空気吸入口９における空気圧は大気圧のＰ１であり、コンプレッサスクロール流路１３における空気圧はＰ２である。Ｐ２は、Ｐ１よりも昇圧されているため、Ｐ２＞Ｐ１となっている。従って、コンプレッサインペラ１５には、前方に向けてスラスト方向に荷重Ｔｃが掛かる。一方、タービンハウジング７におけるガス排出口４３における空気圧は大気圧のＰ３であり、タービンスクロール流路３９における空気圧はＰ４である。Ｐ４は、Ｐ３よりも昇圧されているため、Ｐ４＞Ｐ３となっている。従って、タービンインペラ４１には、後方に向けてスラスト方向に荷重Ｔｔが掛かる。そして、荷重Ｔｃは荷重Ｔｔよりも大きいため、ロータ軸２１には、前方側（コンプレッサハウジング３側）に向けてスラスト荷重Ｔｒが掛かっている。このスラスト荷重Ｔｒは、Ｔｃとｔｒとの差：（Ｔｃ−Ｔｔ）である。
【００３１】
すると、図２，３に示すように、ロータ軸２１のタービン側軸受部４９の外周面４９ａは、第１のベアリング３１における後側当接部５７の内周面５７ａから油膜を介して反力Ｐを受ける。この反力Ｐは、タービン側軸受部４９の外周面４９ａに対して面直方向に作用する。なお、反力Ｐは、ロータ軸２１のスラスト方向（軸方向）の成分：Ｐ・ｓｉｎθと、ロータ軸２１のラジアル方向（径方向内側）の成分：Ｐ・ｃｏｓθと、の合力である。このうち、スラスト方向（軸方向）の成分：Ｐ・ｓｉｎθがロータ軸２１が受けるスラスト荷重Ｔｒの一部を分担して受ける。なお、テーパ角θが大きくなるにつれてロータ軸２１のスラスト方向（軸方向）の成分：Ｐ・ｓｉｎθも大きくなる。
【００３２】
次いで、本実施形態による作用効果を説明する。
【００３３】
（１）本実施形態による車両用過給機１は、エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジンに供給される空気を過給する過給機１において、ベアリングハウジング５内に第１のベアリング３１（ベアリング）を介して回転可能に設けられたロータ軸２１と、前記ベアリングハウジング５の前方側（一方側）のコンプレッサハウジング３内に設けられ、前記ロータ軸２１の前端部（一端部）に連結されたコンプレッサインペラ１５と、前記ベアリングハウジング５の後方側（他方側）のタービンハウジング７内に設けられ、前記ロータ軸２１の後端部（他端部）に連結されたタービンインペラ４１と、を備え、前記ロータ軸２１の少なくとも一部を、前記コンプレッサハウジング３側に向かうにつれて外径が徐々に小さくなるタービン側軸受部（テーパ部）４９に形成すると共に、このタービン側軸受部４９の外周側に位置する第１のベアリング３１について、前記タービン側軸受部４９に当接するように第１のベアリング３１の内周面を前記コンプレッサハウジング３側に向かうにつれて内径が徐々に小さくなるように形成している。
【００３４】
前記ロータ軸２１には、コンプレッサハウジング３に向かうスラスト荷重Ｔｒが掛かるため、ロータ軸２１のタービン側軸受部４９にはタービンハウジング７側に向かう反力Ｐ・ｓｉｎθが作用する。従って、コンプレッサインペラ１５の高圧力比・高回転化に伴ってロータ軸２１のスラスト荷重Ｔｒが増大しても、このスラスト荷重Ｔｒの一部がロータ軸２１のタービン側軸受部４９に作用する前記反力Ｐ・ｓｉｎθによって打ち消されるため、スラスト軸受に入力するスラスト荷重の増大を抑制することができる。このため、過給機１の内部の温度が上昇することを抑制し、温度上昇に伴う各構成部品の高温腐食も抑えられるため、コンプレッサインペラ１５が高圧力比・高回転化になっても、過給機１の耐久性を維持させることができる。
【００３５】
（２）また、前記タービン側軸受部（テーパ部）４９を、前記ロータ軸２１におけるタービンインペラ４１の近傍に配置しているため、タービンインペラ４１の回転を安定化させることができる。
【００３６】
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。
【符号の説明】
【００３７】
１      車両用過給機（過給機）
３      コンプレッサハウジング
５      ベアリングハウジング
７      タービンハウジング
１５    コンプレッサインペラ
２１    ロータ軸
３１    第１のベアリング（ベアリング）
４１    タービンインペラ
４９  タービン側軸受部（テーパ部）
【図１】
0005609217.tif 000002
【図２】
0005609217.tif 000003
【図３】
0005609217.tif 000004