(57)【要約】【課題】  タービン軸を支持する軸受装置の温度上昇を抑制し、過給器の耐久性低下を抑制することができる過給器を提供する。【解決手段】  本発明の過給器１は、一端部にタービンホイール２が固定されるとともに他端部にコンプレッサインペラ４が固定されたタービン軸３と、タービン軸３を回転自在に支持する軸受装置５と、軸方向両端面からタービンホイール２及びコンプレッサインペラ４を露出させた状態で、軸受装置５を内部に収納した軸受ハウジング６とを備えている。軸受ハウジング６には、コンプレッサインペラ４によって圧縮された圧縮空気を、タービン軸３におけるタービンホイール２と軸受装置５との間に位置する中間部分に導き、当該中間部分を送風冷却する送風通路５０が形成されている。【選択図】      図６
2011174477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部にタービンホイールが固定されるとともに他端部にコンプレッサインペラが固定されたタービン軸と、
前記タービン軸を回転自在に支持する軸受装置と、
軸方向両端面から前記タービンホイール及びコンプレッサインペラを露出させた状態で、前記軸受装置を内部に収納した軸受ハウジングと、を備えた過給器において、
前記軸受ハウジングには、前記コンプレッサインペラによって圧縮された圧縮空気を、前記タービン軸における前記タービンホイールと前記軸受装置との間に位置する中間部分に導き、当該中間部分を送風冷却する送風通路が形成されていることを特徴とする過給器。
【請求項２】
前記中間部分の内部には、前記圧縮空気が導入される中空室が形成されている請求項１に記載の過給器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給器に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等のエンジンには、排気ガスの圧力を利用してエンジンに送り込む空気を圧縮し、出力を高める過給器が用いられているものがある。このような過給器には、一端部にタービンホイールが固定されるとともに他端部にコンプレッサインペラが固定されたタービン軸と、前記タービン軸を回転自在に支持する軸受装置と、軸方向両端面から前記タービンホイール及びコンプレッサインペラを露出させた状態で、前記軸受装置を内部に収納した軸受ハウジングと、を備えたターボチャージャーがある。
前記ターボチャージャーは、タービンホイールによって排気ガスの圧力を回転力に変換し、タービン軸によってタービンホイールと一体回転するコンプレッサインペラによって、エンジンに送り込む空気を圧縮するように構成されている。タービンホイールは、上述のように高温の排気ガスに直接曝されるため、非常に高い温度になる。温度上昇したタービンホイールの熱は、軸受装置に伝達して軸受装置の温度をも上昇させ、当該軸受装置の潤滑状態を悪化させて焼き付きの原因となり、その耐久性を低下させる。このため、上記過給器では、通常、軸受装置を収納する軸受ハウジング内部に、エンジンオイルや、エンジンの冷却水等を循環させることによって軸受装置を冷却するように構成されている。
また、上記のような冷却機構に加え、タービンホイールと軸受ハウジングとの間に遮熱板を配置し、タービンホイールの熱が軸受ハウジングを介して軸受装置に伝達するのを防止する、といった方策も採られていた（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１０６５６９号公報（図１）
【特許文献２】特開平７−１８９７２４号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来例では、冷却水による冷却や遮熱板によって軸受装置の極端な温度上昇は抑えられるものの、軸受装置の耐久性維持の観点からみると、十分に温度上昇が抑えられているとは言えず、軸受装置の耐久性の低下を抑制すべく、軸受装置の温度上昇をさらに効果的に抑制する方策が嘱望されていた。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、タービン軸を支持する軸受装置の温度上昇を効果的に抑制し、耐久性の低下を抑制することができる過給器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】
【０００５】
本発明は、一端部にタービンホイールが固定されるとともに他端部にコンプレッサインペラが固定されたタービン軸と、前記タービン軸を回転自在に支持する軸受装置と、軸方向両端面から前記タービンホイール及びコンプレッサインペラを露出させた状態で、前記軸受装置を内部に収納した軸受ハウジングと、を備えた過給器において、前記軸受ハウジングには、前記コンプレッサインペラによって圧縮された圧縮空気を、前記タービン軸における前記タービンホイールと前記軸受装置との間に位置する中間部分に導き、当該中間部分を送風冷却する送風通路が形成されていることを特徴としている。
上記のように構成された過給器によれば、タービンホイールからタービン軸に伝わった熱がタービン軸の中間部分に達して当該中間部分の温度が上昇した場合にも、中間部分をコンプレッサからの圧縮空気によって冷却することができる。すなわち、タービンホイールから伝わる熱を軸受装置に到達する前に冷却することができるので、軸受装置に伝達する熱量を減少させることができ、この結果、軸受装置の温度上昇を効果的に抑制できる。
【０００６】
前記中間部分の内部には、前記圧縮空気が導入される中空室が形成されているものであることが好ましい。
この場合、中間部分に導かれる圧縮空気を、中空室の内側面に接触させることができるため、中間部分に対して、圧縮空気が接触する接触面積を増加させることができる。このため、より効果的に中間部分を冷却でき、軸受装置に伝達する熱量をさらに減少させることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の過給器によれば、タービン軸を支持する軸受装置の温度上昇を効果的に抑制できるので、当該過給器の耐久性の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】参考例１に係る過給器の断面図である。
【図２】軸受ハウジングと、タービンハウジングとの接続部分を拡大して示した断面図である。
【図３】参考例２に係る過給器の要部断面図である。
【図４】参考例３に係る過給器の要部断面図である。
【図５】参考例３に係る過給器の変形例を示した要部断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態である過給器の断面図である。
【図７】第１の実施形態である過給器の変形例を示した要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は参考例１に係る過給器の断面図である。
図１において、この過給器１は、自動車のエンジンに用いられる、いわゆるターボチャージャーであり、一端部にエンジンの排気ガスの圧力を回転力に変換するタービンホイール２が固定されるとともに、他端部に空気を圧縮するためのコンプレッサインペラ４が固定されたタービン軸３と、このタービン軸３を回転自在に支持する軸受装置５と、この軸受装置５を内部に収納する軸受ハウジング６とを有している。
【００１０】
軸受ハウジング６は、外周がほぼ円柱形状とされた本体部６ａを有しており、その径方向中心部には、軸線Ｃを中心とした中心孔６ｂ１が形成されたジャーナル６ｂが設けられている。この中心孔６ｂ１には、上記のようにタービン軸３を回転自在に支持する軸受装置５が配置されている。
軸受装置５は、上記のように中心孔６ｂ１に配置されて、軸受ハウジング６の内部に収納されており、中心孔６ｂ１に挿入されたスリーブ５ａと、このスリーブ５ａの内周側に軸方向に所定の間隔を空けて配置された一対の転がり軸受５ｂ等によって構成されている。軸受装置５は、この一対の転がり軸受５ｂによって、タービン軸３を軸線Ｃ回りに回転可能に支持している。
また、軸受ハウジング６は、その本体部６ａの一端面６ａ１からタービンホイール２を露出させるとともに、他端面６ａ２からコンプレッサインペラ４を露出させた状態で、軸受装置５を収納している。
【００１１】
軸受ハウジング６の本体部６ａの内部には、冷却水ジャケット６ｃが形成されている。この冷却水ジャケット６ｃは、内部にエンジンの冷却水が導入される水路であり、ジャーナル６ｂの外周側を取り囲むように螺旋状に形成されている。また、本体部６ａには、冷却水ジャケット６ｃにエンジンの冷却水を導入、排出するための図示しない給排水口が形成されており給排水口からエンジンの冷却水を給排することで、冷却水ジャケット６ｃの内部で冷却水を循環させ、この冷却水によって、軸受ハウジング６、及び、ジャーナル６ｂに配置された軸受装置５を冷却するように構成されている。
また、本体部６ａの内部には、冷却水ジャケット６ｃの他、軸受装置５に供給するための潤滑油が貯留されたタンク部６ｄも形成されている。このタンク部６ｄに貯留された潤滑油は、図示しない潤滑油供給機構によって、軸受装置５に供給できるように構成されている。軸受装置５は、このタンク部６ｄの潤滑油のみで潤滑される。
【００１２】
また、軸受ハウジング６の本体部６ａの一端部側及び他端部側の外周面には、それぞれ、径方向外方に延びる第１及び第２のフランジ部６ｅ，６ｆが形成されている。第２のフランジ部６ｆには、本体部６ａの他端面６ａ２で露出するコンプレッサインペラ４を囲むコンプレッサハウジング７が固定されている。コンプレッサハウジング７には、エンジンに吸入される空気を圧縮するための圧縮流路が形成されており、コンプレッサインペラ４が回転することによって、外気を圧縮流路に吸入し圧縮する。
一方、第１のフランジ部６ｅには、本体部６ａの一端面６ａ１で露出するタービンホイール２を囲むタービンハウジング８が固定されている。タービンハウジング８には、エンジンの排気ガスの流路が形成されており、この流路で流速が高められた排気ガスによって、タービンホイール２を回転させる。
【００１３】
図２は、軸受ハウジング６と、タービンハウジング８との接続部分を拡大して示した断面図である。タービンハウジング８は、その一端部に、本体部６ａの第１のフランジ部６ｅに突き合わされたフランジ部８ａが形成されている。タービンハウジング８の一端面外周部に位置するフランジ部８ａのフランジ面８ａ１と、軸受ハウジング６の一端面６ａ１外周部に位置する第１のフランジ部６ｅのフランジ面６ｅ１との間には、後述するタービンホイール２からの熱を遮蔽する遮熱部材１０が介在している。さらにフランジ部８ａの周縁には、フランジ面８ａ１から軸方向に突出した環状の突出部８ａ２が形成されている。この突出部８ａ２の先端は、第１のフランジ部６ｅのフランジ面６ｅ１に当接しており、軸受ハウジング６に対するタービンハウジング８の軸方向位置の位置決めがなされる。
また、フランジ部８ａ、及び第１のフランジ部６ｅの外周側には、これら両フランジ部８ａ，６ｅを突き合わせた状態で両者を固定するクランプ９が装着されている。このクランプ９は、ほぼ全周にわたって両フランジ部８ａ，６ｅを軸方向に互いに突き合わせる方向に押し付けており、このクランプ９によって、軸受ハウジング６とタービンハウジング８とは、強固に固定されている。
【００１４】
ここで、タービンホイール２とタービン軸３との固定部分の態様について詳述する。
図２において、タービン軸３の一端部外周面には、タービンホイール２が接触状態で外嵌している小径外周面３１が形成されている。また、小径外周面３１の軸受ハウジング６側には、傾斜面３３を介して繋げられた、小径外周面３１よりも大径の大径外周面３２が形成されている。
【００１５】
一方、タービンホイール２には、その回転中心である軸心Ｃを中心とした中心孔２０が形成されており、この中心孔２０にタービン軸３が挿入されている。
中心孔２０の内周面側には、タービン軸３の小径外周面３１が接触状態で挿入され溶接等によって固定された軸支持部としての小径内周面２１が形成されている。この小径内周面２１は、軸方向位置がタービン軸３の小径外周面３１とほぼ一致する位置に設けられている。小径内周面２１の軸受ハウジング６側には、傾斜面２３を介して繋げられた、小径内周面２１よりも大径の大径内周面２２が形成されている。
この大径内周面２２の内径は、タービン軸３の大径外周面３２の外径よりも大径に形成されており、大径内周面２２と、大径外周面３２との間に、円筒状隙間Ｓを形成している。中心孔２０の大径内周面２２と、タービン軸３の大径外周面３２との間に形成された円筒状隙間Ｓは、タービン軸３の傾斜面３３、及び中心孔２０の傾斜面２３によって形成される底部から、軸方向に沿って延び、その端部が軸受ハウジング６側に向かって開口している。
【００１６】
また、図２に示すように、タービンホイール２は、本体部６ａの一端面６ａ１に対して所定寸法をもって軸方向に離間した状態で配置されており、この両者の間には、空間Ｋが設けられている。従って、上記の軸受ハウジング６側に向かって開口している円筒状隙間Ｓは、空間Ｋと繋がっている。
なお、空間Ｋは、この空間Ｋに存在する空気層によって、排気ガスを受けることで昇温するタービンホイール２から軸受ハウジング６に向かって放射される熱を遮蔽することができる。
【００１７】
これら互いに繋がる空間Ｋ及び円筒状隙間Ｓには、上述の遮熱部材１０が配置されている。遮熱部材１０は、空間Ｋに配置された本体部１０ａと、この本体部１０ａから軸方向に延ばされることで円筒状隙間Ｓに配置された筒状部１０ｂとを有している。
【００１８】
遮熱部材１０は、例えば、耐熱性の高い金属材料からなる板材等をプレス成形することによって、本体部１０ａと筒状部１０ｂとが一体形成されている。本体部１０ａは、上記のように空間Ｋに配置されることで、タービンホイール２と軸受ハウジング６との間を遮熱する部材であり、空間Ｋに位置する円盤部１０ａ１と、この円盤部１０ａ１の周縁から軸受ハウジング６の第１のフランジ部６ｅに向かって延びる筒部１０ａ２と、この筒部１０ａ２から、径方向外方に折り曲げられて第１のフランジ部６ｅのフランジ面６ｅ１に当接している折曲部１０ａ３とが形成されている。
【００１９】
この本体部１０ａの外周縁となる折曲部１０ａ３は、上述したように、タービンハウジング８に設けられたフランジ部８ａのフランジ面８ａ１と、第１のフランジ部６ｅのフランジ面６ｅ１との間で挟持されている。この折曲部１０ａ３の厚みは、フランジ面８ａ１と、フランジ面６ｅ１との間で形成される隙間の幅寸法よりもわずかに厚く形成されており、折曲部１０ａ３は、両フランジ面８ａ１，６ｅ１によって挟持されることで、両フランジ面８ａ１，６ｅ１に接触した状態で強固に保持されている。遮熱部材１０は、上記のように折曲部１０ａ３を両フランジ面８ａ１，６ｅ１で挟持されることで、タービンハウジング８と、軸受ハウジング６との間で固定され、空間Ｋ及び円筒状隙間Ｓに配置される。
また、タービンハウジング８と、軸受ハウジング６とで、折曲部１０ａ３を挟持することで、両者間に折曲部１０ａ３（遮熱部材１０）を介在させることができるので、タービンハウジング８から軸受ハウジング６への熱伝導の効率を低下させることができる。このため、タービンハウジング８が排気ガスに曝されることで高い温度となったとしても、当該タービンハウジング８から軸受ハウジング６及び軸受装置５に伝達する熱量を減少させることができる。
【００２０】
折曲部１０ａ３に繋がる筒部１０ａ２は、第１のフランジ部６ｅのフランジ面６ｅ１から一端面６ｂに繋がる側面部６ａ３に外嵌するように形成されている。
円盤部１０ａ１は、その中心にタービン軸３が挿通された孔部１０ａ４が形成されている。この円盤部１０ａ１は、タービンホイール２と軸受ハウジング６との間に配置され、タービンホイール２からの放熱を遮断している。
円盤部１０ａ１の孔部１０ａ４の周縁には、当該周縁を基端として、上記筒状部１０ｂが、軸方向タービンホイール２側に向かって延ばされている。筒状部材１０ｂは、タービン軸３の大径外周面３２を覆うように円筒状隙間Ｓに配置されており、その先端は、円筒状隙間Ｓを構成している傾斜面２３，３３の近傍まで延ばされている。このように筒状部材１０ｂは、円筒状隙間Ｓの軸方向ほぼ全域に亘って配置されており、タービン軸３とタービンホイール２との間を遮熱する。
【００２１】
上記のように構成された過給器１によれば、タービンホイール２の中心孔２０とタービン軸３の大径外周面３２との間に円筒状隙間Ｓが形成されているので、例えば、中心孔２０の内周面が、軸方向全域に亘ってタービン軸３の外周面に接触し固定されている場合と比較して、タービンホイール２とタービン軸３との接触面積を減少させることができる。これにより、排気ガスによって昇温するタービンホイール２と、タービン軸３との間における熱伝導の効率を低下させることができ、タービン軸３を介して軸受装置５に伝達する熱量を減少させることができる。この結果、軸受装置５の温度上昇を抑制することができ、過給器１の耐久性の低下を抑制することができる。
【００２２】
また、上記参考例１では、遮熱部材１０の筒状部１０ｂによって、熱源であるタービンホイール２の中心孔２０の大径内周面２２からタービン軸３の大径外周面３２に向かって放射される熱を遮蔽するとともに、円筒状隙間Ｓ内における空気の対流による伝熱を防止できるので、タービン軸３の温度上昇を抑制できる。また、遮熱部材１０の本体部１０ａによって、タービンホイール２から軸受ハウジング６に向かって放射される熱を遮蔽し、軸受ハウジング６の温度上昇を抑制できる。以上のように、遮熱部材１０によって、タービンホイール２から放射される熱による軸受ハウジング６及びタービン軸３の温度上昇を抑制できるので、軸受ハウジング６及びタービン軸３を介して、軸受装置５に伝達する熱量をより減少させることができ、過給器１の耐久性の低下をより効果的に抑制することができる。
【００２３】
図３は、参考例２に係る要部断面図である。参考例２と参考例１との主な相違点は、タービンホイール２の中心孔２０の小径内周面２１と、タービン軸３の小径外周面３１との間に、円環状のスリーブ４０を介在している点である。その他の点については、参考例１と同様なので説明を省略する。
スリーブ４０は、ジルコニア等の低熱伝導材料を用いて形成されており、タービンホイール２とタービン軸３とは、低熱伝導材料からなるスリーブ４０を介在して固定されている。このため、本参考例２の過給器１によれば、参考例１のように、小径内周面２１と、小径外周面３１とを直接接触させて固定した場合と比較して、タービンホイール２からタービン軸３への熱伝導の効率を低下させることができ、その結果、タービン軸３を介して軸受装置５に伝達する熱量をより減少させることができる。
【００２４】
図４は、参考例３に係る過給器１の要部断面図である。参考例３と参考例１との主な相違点は、タービン軸３の一端部に、当該タービン軸３の先端面３４に開口し軸方向に延びる孔部３５が形成されている点である。
この場合、孔部３５は、タービン軸３の一端部の内部で空隙を構成するので、このタービン軸３一端部における実質的な熱容量を減少させることができる。このため、タービンホイール２からタービン軸３に伝達する熱量を減少させることができ、この結果、軸受装置５に伝達する熱量を減少させることができる。
また、図５に示すように、孔部３５には、当該孔部３５の内部を埋める埋込部材３６が挿嵌されていてもよい。この埋込部材３６は、ジルコニア等の低熱伝導部材を用いて形成される。この場合においても上記と同様、タービン軸３一端部における実質的な熱容量を減少させることができる。さらに、この埋込部材３６によって、孔部３５を設けたことによって、薄肉になるタービン軸３一端部の強度が低下するのを抑制できる。
【００２５】
図６は、本発明の第１の実施形態である過給器１の断面図である。本実施形態と参考例１との主な相違点は、軸受ハウジング６の内部に、コンプレッサインペラ４によって圧縮された圧縮空気をタービン軸３に導く送風通路５０が設けられている点、及び、タービン軸３とタービンホイール２とが一体形成されるとともにタービン軸３の内部に前記圧縮空気が導入される中空室６１が形成されている点である。
【００２６】
送風通路５０は、コンプレッサハウジング７に囲まれた軸受ハウジング６の本体部６ａの他端面６ａ２に開口する開口部５１を一端に有するとともに、本体部６ａに形成されタービン軸３が挿通された軸孔６ａ４の内周面に開口する開口部５２を他端に有しており、コンプレッサハウジング７内と、軸孔６ａ４の内周面側とを連通している。
軸孔６ａ４の内周側には、タービン軸３におけるタービンホイール２と軸受装置５との間に位置する中間部６０が位置している。この中間部６０には、上述の中空室６１が形成されている。中空室６１は、タービン軸３の端面から軸心に沿って形成された孔部６４の開口をプラグ６５によって閉塞することで形成される。
また、中間部６０には、軸方向が開口部５２と一致する周溝６２がその外周面に形成されるとともに、この周溝６２の底部と、中空室６１とを連通する多数の連通孔６３が周方向に並べて形成されている。
さらに本体部６ａの内部には、軸孔６ａ４の内周面に開口する開口部７１と、本体部６ａの外部に開口する開口部７２とを有する排気通路７０が形成されている。開口部７１は、軸孔６ａ４において、開口部５２に対して軸方向位置がほぼ同一でかつ軸心を挟んだ反対側に設けられている。
【００２７】
上記構成の過給器１では、コンプレッサハウジング７内の圧縮空気は、開口部５１から送風通路５０に導入され、開口部５２から軸孔６ａ４の内周側に導かれて、中間部６０を送風冷却する。そして、軸孔６ａ４の内周側に導かれた圧縮空気は、周溝６２及び連通孔６３を通じて中空室６１にも導入される。そして、この圧縮空気は、同じく周溝６２及び連通孔６３を通じて、排気通路７０の開口部７１に導かれ、当該排気通路７０を介して開口部７２から外部に排気される。
なお、周溝６２の軸方向両側には、圧縮空気が軸受装置５や、タービンホイール２側に洩れないようにシール部材が設けられている。
【００２８】
上記構成の過給器によれば、タービンホイール２からの熱がタービン軸３の中間部６０に達して当該中間部６０の温度が上昇した場合にも、中間部６０をコンプレッサインペラ４からの圧縮空気によって送風冷却することができる。すなわち、タービンホイール２から伝わる熱を軸受装置５に到達する前に冷却することができるので、軸受装置５に伝達する熱量を減少させることができる。この結果、軸受装置５の温度上昇を効果的に抑制でき、過給器１の耐久性の低下を抑制することができる。
また、本実施形態では、中間部６０に導かれる圧縮空気を、中空室６１の内側面に接触させることができるため、中間部６０に対して、圧縮空気が接触する接触面積を増加させることができる。このため、より効果的に中間部６０を冷却でき、軸受装置５に伝達する熱量をさらに減少させることができる。
【００２９】
なお、本発明の過給器は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、中心孔２０に大径内周面２２、タービン軸３の外周面に大径外周面３２を形成することで、円筒状隙間Ｓを形成したが、例えば、中心孔２０もしくはタービン軸３いずれか一方の周面のみに異径の周面を形成することで、円筒状隙間Ｓを形成することもできる。
また、上記第１の実施形態において、圧縮空気を導入する態様については図示の形態に限定されるものではなく、圧縮空気をタービン軸に導くことができればいかなる態様でもよい。また、第１の実施形態においては、タービンホイール２とタービン軸３とを一体に形成したが、図７に示すように、参考例と同様に、タービンホイール２とタービン軸３とを別体とし、両者の間に円筒状隙間Ｓを形成した構成とすることもできる。
【符号の説明】
【００３０】
１      過給器
２      タービンホイール
３      タービン軸
４      コンプレッサインペラ
５      軸受装置
６      軸受ハウジング
６ａ１  一端面
８      タービンハウジング
１０    遮熱部材
１０ａ  本体部
１０ｂ  筒状部
２０    中心孔
２１    小径内周面（軸支持部）
３４    先端面
３５    孔部
３６    埋込部材
４０    スリーブ
５０    送風通路
６０    中間部
６１    中空室
Ｓ      円筒状隙間
【図１】
2011174477.tif 000003
【図２】
2011174477.tif 000004
【図３】
2011174477.tif 000005
【図４】
2011174477.tif 000006
【図５】
2011174477.tif 000007
【図６】
2011174477.tif 000008
【図７】
2011174477.tif 000009