(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連結軸で同軸に連結されたタービンインペラ及びコンプレッサインペラと、連結軸を支持する軸受ハウジングと、タービンインペラを囲むタービンハウジングと、コンプレッサインペラを囲むコンプレッサハウジングとからなる排気タービン過給機において、
前記軸受ハウジングは、連結軸のタービン側ラジアル軸受を内蔵するタービン側ハウジングと、連結軸のオイルシールを備えコンプレッサインペラに対向する壁部を有する中空のコンプレッサ側ハウジングとからなり、前記ハウジングは互いに密着して水密に連結されており、
前記コンプレッサ側ハウジングのうちタービン側ハウジング側の面は、オイルシールより上方に設けられた噴射孔と、オイルシールより下方に設けられた排油口とを備え、
前記噴射孔は、少量の潤滑油を噴射してコンプレッサインペラに対向する壁部内面に達し広く飛散するように小径に形成され、前記排油口は、空洞内の潤滑油が空洞内に充満しないように大きく形成されて排油合流口に連通しており、
前記コンプレッサインペラに対向する壁部は、前記潤滑油により冷却されることにより、当該壁部とコンプレッサインペラとの隙間にある空気に対し冷却効果を発揮することができるように薄肉に形成されている、ことを特徴とする排気タービン過給機。
【請求項２】
前記タービン側ハウジングとコンプレッサ側ハウジングとの間にスラスト軸受が配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の排気タービン過給機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、コンプレッサインペラの冷却機構を備えた排気タービン過給機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の性能向上のために、図４に示すような排気タービン過給機が広く用いられている。この排気タービン過給機は、連結軸１で同軸に連結されたタービンインペラ２とコンプレッサインペラ３、連結軸１を支持する軸受ハウジング４、タービンインペラ２を囲むタービンハウジング５、及びコンプレッサインペラ３を囲むコンプレッサハウジング６からなり、内燃機関の排ガスでタービンインペラ２を回転させ、その駆動力でコンプレッサインペラ３を回転駆動して、内燃機関に供給する空気を圧縮（過給）するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の排気タービン過給機において、コンプレッサインペラで圧縮された空気は、例えば２００〜２２０℃の高温空気となり、この空気がコンプレッサインペラと軸受ハウジングとの隙間で渦流れによる円盤摩擦で発熱して更に高温（例えば、２１５℃以上）になり、この高温空気によりコンプレッサハウジングの背面が過熱（例えば１９０℃以上に）される問題点があった。
【０００４】
すなわち、コンプレッサインペラは通常、アルミニウム製であり、２００℃以上の高温では許容応力が低下するため、使用限界（最高回転数）が低下する問題点があり、そのため、従来からコンプレッサインペラを冷却することが望まれていた。
かかる要望を満たすため、コンプレッサで圧縮した空気を、インタークーラ等で冷却し、その冷却空気をコンプレッサインペラの背面（軸受ハウジングとの隙間）に供給してインペラを冷却する手段が提案され、一部で実施されている。しかし、この冷却手段では、インタークーラが不可欠となり、全体の構造が複雑で大型になり、かつ圧縮した空気を用いるので流量低下となりコンプレッサの性能が低下する問題点があった。
【０００５】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、インタークーラ等を用いることなく、コンプレッサインペラを冷却でき、小型で構造が簡潔であり、かつコンプレッサ性能を低下させない冷却機構を備えた排気タービン過給機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
潤滑油を用いてコンプレッサインペラを冷却しようとすると、シールを設けていても運転時の圧力変動によりシールを通して潤滑油が圧縮空気に混入しやすく、内燃機関（エンジン）で混入した潤滑油が燃焼して、大気汚染の要因となるおそれがある。本発明は、この問題を本質的に解決するため、コンプレッサインペラに対向する部分に袋状のジャケットを設け、その内部に潤滑油を噴射して広く飛散させ、少量の潤滑油で内面から対向面を冷却し、かつ内部に溜まった潤滑油を連結軸のシールに接することなく排出するようにしたものである。
【０００７】
すなわち、本発明によれば、連結軸で同軸に連結されたタービンインペラ及びコンプレッサインペラと、連結軸を支持する軸受ハウジングと、タービンインペラを囲むタービンハウジングと、コンプレッサインペラを囲むコンプレッサハウジングとからなる排気タービン過給機において、前記軸受ハウジングは、連結軸のタービン側ラジアル軸受を内蔵するタービン側ハウジングと、連結軸のオイルシールを備えコンプレッサインペラに対向する壁部を有する中空のコンプレッサ側ハウジングとからなり、前記ハウジングは互いに密着して水密に連結されており、前記コンプレッサ側ハウジングのうちタービン側ハウジング側の面は、オイルシールより上方に設けられた噴射孔と、オイルシールより下方に設けられた排油口とを備え、前記噴射孔は、少量の潤滑油を噴射してコンプレッサインペラに対向する壁部内面に達し広く飛散するように小径に形成され、前記排油口は、空洞内の潤滑油が空洞内に充満しないように大きく形成されて排油合流口に連通しており、前記コンプレッサインペラに対向する壁部は、前記潤滑油により冷却されることにより、当該壁部とコンプレッサインペラとの隙間にある空気に対し冷却効果を発揮することができるように薄肉に形成されている、ことを特徴とする排気タービン過給機が提供される。
【０００８】
上記本発明の構成によれば、噴射孔が、潤滑油を噴射してコンプレッサインペラに対向する内面に達するように小径に形成され、排油口が、空洞内の潤滑油が空洞内に充満しないように大きく形成されているので、コンプレッサインペラに対向する薄肉に形成された壁面を少量の低温（例えば約８０℃）の潤滑油により直接冷却することができ、この面を冷却することにより、コンプレッサインペラと軸受ハウジングとの隙間にある高温空気を冷却し、コンプレッサインペラの温度上昇を間接的に抑制することができる。この場合、例えばコンプレッサインペラの対向面は、約１５０℃前後に冷却され、高温空気は約２００℃程度となり、コンプレッサインペラは１８０℃前後になって、従来より１０〜２０℃程度低温にすることができる。
【０００９】
また上述した構成では、排気タービン過給機の軸受に従来から用いている潤滑油をコンプレッサインペラの冷却に用いるので、インタークーラ等を用いたり、別系統の冷却油や冷却水を用いる場合と比較して、インタークーラのない従来の排気タービン過給機と同等の大きさ（小型）でしかも簡単な構造とすることができる。また、圧縮空気を使用しないのでコンプレッサ性能を高く保持することができる。
【００１０】
更に、中空のコンプレッサ側ハウジングのタービン側ハウジングに接する面に設けられた噴射孔と排油口が、噴射孔はオイルシールより上方に、排油口は、オイルシールより下方に設けられているので、コンプレッサインペラの間接冷却に用いた潤滑油が連結軸のオイルシールに接することがなく、また、空洞内の潤滑油は少量のため、排油孔から出た潤滑油が排油合流口で軸受部からの排油と合流しても、排油は円滑に行われるため、運転時に圧力変動が生じても潤滑油が圧縮空気に混入することがない。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記タービン側ハウジングとコンプレッサ側ハウジングとの間にスラスト軸受が配置される。この構成により、外径の大きいスラスト軸受を容易に組み込むことができ、かつスラスト軸受に供給される潤滑油の飛沫をコンプレッサ側ハウジングのオイルシールでシールすることができ、潤滑油の圧縮空気への混入を防止することができる。また、この構成によりタービン側ハウジングも潤滑油で冷却する場合でも、タービン側に供給する油供給孔を容易に加工することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付して使用する。
図１は、本発明による排気タービン過給機の全体断面図てあり、図２はその部分拡大図である。図１において、排気タービン過給機１０は、連結軸１で同軸に連結されたタービンインペラ２及びコンプレッサインペラ３と、連結軸１を支持する軸受ハウジング４と、タービンインペラ２を囲むタービンハウジング５と、コンプレッサインペラ３を囲むコンプレッサハウジング６とからなる。かかる構成は、図４に示した従来の排気タービン過給機と同様である。
【００１３】
図１及び図２において、本発明の排気タービン過給機 １０では、軸受ハウジング４が、連結軸１のラジアル軸受１１を内蔵するタービン側ハウジング１２と、連結軸１のオイルシール１３を備えコンプレッサインペラに対向する壁部を有する中空のコンプレッサ側ハウジング１４とからなる。２つのハウジング１２，１４は、ボルト１５により互いに密着して連結されており、かつその間に挟持されたＯリング１６により潤滑油が圧縮空気に混入しないように水密にシールしている。
【００１４】
また、図２に示すように、コンプレッサ側ハウジング１４は袋状のジャケットを有する中空であり、そのコンプレッサインペラ３に対向する側（壁部）１４ａが潤滑油により冷却されることによりこの壁部とコンプレッサハウジングとの隙間にある空気に対し冷却効果を発揮することができるように薄肉に形成されている。また、コンプレッサ側ハウジング１４のタービン側ハウジング１２に接する側１４ｂには、オイルシール１３より上方に噴射孔１７ａが、オイルシール１３より下方に排油口１７ｂが設けられている。
【００１５】
また、タービン側ハウジング１２は、コンプレッサ側ハウジング１４の噴射孔１７ａに連通する油供給路１２ａと、排油口１７ｂに連通する油排出路１２ｂとを有する。油供給路１２ａには外部より比較的低温（例えば約８０℃前後）の油が潤滑油ポンプ（図示せす）より十分な圧力で圧送されている。また、油排出路１２ｂは、使用済の潤滑油を自重により外部に排出するようになっている。
【００１６】
コンプレッサ側ハウジング１４の噴射孔１７ａは、潤滑油を噴射してコンプレッサインペラ３に対向する内面に達するように十分小径に形成されている。また、排油口１７ｂは、空洞内の潤滑油が空洞内に充満しないように十分大きく形成されている。
【００１７】
また、図２に示すように本発明の排気タービン過給機１０では、タービン側ハウジング１２とコンプレッサ側ハウジング１４との間にスラスト軸受７が配置されている。この構成により、外径の大きいスラスト軸受７を容易に組み込むことができ、かつスラスト軸受７に供給される潤滑油の飛沫をコンプレッサ側ハウジングのオイルシール１３でシールすることができ、潤滑油の圧縮空気への混入を防止することができる。また、この構成によりタービン側ハウジング１２も潤滑油で冷却する場合でも、図に例示するようにタービン側に供給する油供給孔１２ｃ，１２ｄを容易に加工することができる。
【００１８】
図３は、本発明の別の実施形態を示す図２と同様の部分拡大図である。この図に示すように、タービン側ハウジング１２とコンプレッサ側ハウジング１４の連結位置を変えてもよい。なお、この図で１８はラビリンスである。
【００１９】
上述したように本発明の構成によれば、噴射孔１７ａが、潤滑油を噴射してコンプレッサインペラ３に対向する側１４ａの内面に達するように小径に形成され、排油口１７ｂが、空洞内の潤滑油が空洞内に充満しないように大きく形成されているので、コンプレッサインペラに対向する薄肉に形成された壁面１４ａを低温（例えば約８０℃）の潤滑油により直接冷却することができ、この面を冷却することにより、コンプレッサインペラ３と軸受ハウジング（すなわち、コンプレッサ側ハウジング１４）との隙間にある高温空気を冷却し、この空気によりコンプレッサインペラ３の温度が上昇するのを抑制することができる。この場合、例えばコンプレッサインペラ３の対向面は、約１５０℃前後に冷却され、高温空気は約２００℃程度となり、コンプレッサインペラ３は１８０℃前後になって、従来より１０〜２０℃程度低温にすることができる。
【００２０】
また上述した構成では、排気タービン過給機の軸受に従来から用いている潤滑油をコンプレッサインペラ３の冷却に用いるので、インタークーラ等を用いたり、別系統の冷却油や冷却水を用いる場合と比較して、インタークーラのない従来の排気タービン過給機と同等の大きさ（小型）でしかも簡単な構造とすることができる。また、圧縮空気を使用しないのでコンプレッサ性能を高く保持することができる。
【００２１】
更に、中空のコンプレッサ側ハウジング１４のタービン側ハウジング１２に接する面に設けられた噴射孔１７ａと排油口１７ｂが、噴射孔１７ａはオイルシール１３より上方に、排油口１７ｂは、オイルシール１３より下方に設けられているので、コンプレッサインペラ３の間接冷却に用いた潤滑油が連結軸のオイルシール１３に接することがなく、運転時に圧力変動が生じても潤滑油が圧縮空気に混入することがない。
【００２２】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２３】
【発明の効果】
上述したた本発明の排気タービン過給機により、インペラ背面の空間にある空気を冷却することにより、間接的にインペラの冷却が可能になり、インペラが冷却されることにより、許容応力の低下を避けることができ、インペラの材質を変更することなく、回転数を上げることができる。また、性能には影響を及ぼすことのない潤滑油を用いて冷却するために、性能低下がない。
【００２４】
従って、本発明の排気タービン過給機は、インタークーラ等を用いることなく、コンプレッサインペラを冷却でき、小型で構造が簡潔であり、かつコンプレッサ性能を低下させないばかりでなく、運転時に圧力変動が生じても潤滑油が圧縮空気に混入することがない、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による排気タービン過給機の全体組立断面図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】本発明の別の実施形態を示す図２と同様の部分拡大図である。
【図４】従来の排気タービン過給機の側面断面図である。
【符号の説明】
１  連結軸
２  タービンインペラ
３  コンプレッサインペラ
４  軸受ハウジング
４ａ  排油合流口
５  タービンハウジング
６  コンプレッサハウジング
７  スラスト軸受
１０  排気タービン過給機
１１  ラジアル軸受
１１ａ  タービン側ラジアル軸受
１２  タービン側ハウジング
１２ａ  油供給路
１２ｂ  油排出路
１２ｃ，１２ｄ  油供給孔
１３  オイルシール
１４  コンプレッサ側ハウジング
１５  ボルト
１６  Ｏリング
１７ａ  噴射孔
１７ｂ  排油孔
１８  ラビリンス
【図１】
0003606293.tif 000002
【図２】
0003606293.tif 000003
【図３】
0003606293.tif 000004
【図４】
0003606293.tif 000005