(57)【要約】【課題】排気ターボ過給機において、タービン翼の過回転などによって回転軸が折損しても、オイルの漏洩が生じないように最小限度の被害に止める構成とする。【解決手段】回転軸３の一端部を小径部２２と成して、この小径部２２にタービン翼１が溶接で接合（固定）されている。回転軸３のうち、タービンハウジング４の軸受け孔１９に嵌まっている部分は大径部１８になっており、この大径部１８にシール材２１が装着されている。回転軸３に過負荷が掛かった場合は、回転軸３は、大径部１８の外側の小径部２２で折損する。このため、回転軸３を回転自在に保持する軸受け部１２に供給されているオイルが軸受け孔１９から揺曳することはない。従って、整備工場等に自走できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の一端にタービン翼が固定されて、前記回転軸の他端部にコンプレッサ翼が固定されており、前記回転軸の一端部のうち前記タービン翼よりも前記コンプレッサ翼の側に位置した部位を、タービンハウジングに形成された軸受け孔にて回転自在に保持される大径部と成しており、前記大径部にはシール材を装着している構成であって、
前記回転軸の一端部のうち前記タービン翼と大径部との間に、当該回転軸に過大な回転負荷が掛かったときに応力が集中する最弱部を形成している、
排気ターボ過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、内燃機関に使用する排気ターボ過給機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排気ターボ過給機では、タービンハウジングとコンプレッサハウジングと、これらを繋ぐ軸受けハウジングとを有しており、タービンハウジングにはタービン翼が配置されて、コンプレッサハウジングにはコンプレッサタービン翼が配置されており、タービン翼とコンプレッサ翼とは回転軸で連結されている。
【０００３】
軸受けハウジングには、オイルが流れ続けているセミフローティング式の軸受け部を設けていることが多く、回転軸は軸受けハウジングの軸受け部で回転自在に保持されているが、軸受けハウジングの内部への排気ガスの侵入を阻止するために、回転軸のうちタービン翼に近接した部位に、タービンハウジングの軸受け孔に嵌まる大径部を形成して、大径部に形成した縮径部（環状溝）にシール材を装着しており、回転軸のうちタービン翼に嵌入している接続部は、大径部と同じ程度の外径になっていることが多い（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−０７８４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、例えば、タービン翼が過回転したり、コンプレッサ翼とコンプレッサハウジングとの間に異物が噛み込まれたりして、回転軸に過大なねじ力（回転負荷）が作用し、回転軸が折損してしまうことが想定される。
【０００６】
この場合、回転軸がタービンハウジングの軸受け孔の外側（排気ガスの出口側）で折損したらオイルの漏洩はないが、特許文献１のような従来例では、回転軸のうちタービン翼に接続されている部位は、大径部と同様の大きい外径になっているため、回転軸の折損は大径部を挟んでコンプレッサ翼の側で起こることになる。すると、大径部がタービンハウジングの軸受け孔から外れ出て、高熱の部分に触れて白煙が発生したり、オイルの漏洩が続いてエンジンの運転に支障をきたすといった問題が発生するおそれがある。
【０００７】
本願発明は、このような問題の発生を防止すべく成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明の排気ターボ過給機は、
「回転軸の一端にタービン翼が固定されて、前記回転軸の他端部にコンプレッサ翼が固定されており、前記回転軸の一端部のうち前記タービン翼よりも前記コンプレッサ翼の側に位置した部位を、タービンハウジングに形成された軸受け孔にて回転自在に保持される大径部と成しており、前記大径部にはシール材を装着している」
という基本構成において、
前記回転軸の一端部のうち前記タービン翼と大径部との間に、当該回転軸に過大な回転負荷が掛かったときに応力が集中する最弱部を形成している」
という構成が付加されている。
【発明の効果】
【０００９】
本願発明では、タービン翼の過回転等によって回転軸に設計値以上のねじり力（過負荷）が掛かって当該回転軸が折損しても、折損は、タービンハウジングの軸受け孔の外側である大径部とタービン翼との間において発生する。従って、回転軸が折損しても大径部がタービンハウジングの軸受け孔から抜け出ることはなくて、オイルの漏洩は発生しない。
【００１０】
従って、回転軸が折損しても、白煙が発生したりオイル不足でエンジンが運転不能になったりすることはなく、整備工場や販売店などに自力走行することができる。つまり、本願発明は、排気ターボ過給機にフェールセーフ機能を保持させたものであり、これにより、排気ターボ過給機にトラブルが発生しても、高い安全性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】排気ターボ過給機の縦断側面図である。
【図２】（Ａ）は要部の拡大図、（Ｂ）は折損した状態での側断面図である。
【図３】他の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
(1).第１実施形態の基本構成
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、排気ターボ過給機は、排気ガスで駆動されるタービン翼１と、エアクリーナから送られた清浄空気を加圧するコンプレッサ翼２とを有しており、両者は回転軸３の一端と他端部とに固定されている。
【００１３】
ターボ過給機は、タービン翼１を囲うタービンハウジング４と、コンプレッサ翼２を囲うコンプレッサハウジング５と、これらタービンハウジング４とコンプレッサハウジング５との間に介在した軸受けハウジング（センターハウジング）６とを有している。
【００１４】
タービンハウジング４には、環状のタービンスクロール室（駆動室）７と、これに連通した排気ガス排出通路８とが形成されており、コンプレッサハウジング５には、吸気が入る入口通路９と、これに連通した環状のコンプレッサスクロール室１０とが形成されている（正確には、コンプレッサスクロール室１０は、コンプレッサハウジング５とセンターハウジング６とで構成されている。）。
【００１５】
図では省略しているが、タービンスクロール室７の始端には、排気ガスが直進してくる入口通路が接続されている。他方、コンプレッサハウジング５には、圧縮された吸気の排出口が接続されている。軸受けハウジング６には、セミフローティングメタル１１を内蔵した軸受け部１２が形成されており、回転軸３は、オイル層を介してセミフローティングメタル１１の内部を貫通している。また、図面では明瞭に表示していないが、セミフローティングメタル１１と軸受け部１２との間には、油層を形成する隙間が空いている。
【００１６】
軸受けハウジング６の軸受け部１２には、図示しないオイル流入孔からオイルが供給される。セミフローティングメタル１１は、軸受け部１２には、遊びを持った状態で回転不能に嵌まっており、その一部には、オイルが内部に入り込む連通孔が空いている。オイルは軸受け部１２の前後両端から溢れ出ており、溢れ出たオイルは下方に流下して、オイル排出孔１３に接続されたパイプでオイルパン等に戻される。
【００１７】
回転軸３には、セミフローティングメタル１１に対してタービン翼１の側から対向したフランジ１４が一体に形成されていると共に、軸受け部１２に対してコンプレッサ翼２の側から対向したリアインナーシール材１５が固定されている。リアインナーシール材１５には、軸受けハウジング６に装着したリアアウターシール材１６が、摺動リング１７を介して嵌まっている。
【００１８】
(2).要部の構造
図２（Ａ）に拡大して示すように、回転軸３のうちタービン翼１に近い一端部には、他の部位よりも外径が大きい大径部１８が形成されており、大径部１８は、タービンハウジング４の軸受け孔１９にごく僅かの隙間を持って嵌まっている。そして、大径部１８に形成した縮径部（環状溝）２０に、軸受け孔１９の内周面に摺接するシール材２１を装着している。
【００１９】
そして、回転軸３のうちタービン翼１に嵌まっている一端部を、大径部１８よりも外径が遥かに小さい小径部２２に形成し、この小径部２２をタービン翼１の中心孔２３に部分的に差し込んで、小径部２２とタービン翼１との溶接によって固定している。溶接部を符号２４で示している。
【００２０】
小径部２２はタービン翼１の中心孔２３に挿入されているが、この嵌め愛は回転軸３とタービン翼１とを同心に保持するためであり、両者の固定は溶接によっている。そして、小径部２２は、回転軸３に設計値以上の過大なねじり力が作用したときに折損する寸法に設定している。従って、本実施形態では、小径部２２が請求項に記載した最弱部になっている。小径部２２のうち、タービン翼１と大径部１８との間に露出した部位に、環状のＶノッチを形成して能力集中を誘うことも可能である。
【００２１】
タービン翼１が過回転するなどして回転軸３に設計値以上の過大な負荷（ねじりや曲げ力）が作用すると、図２（Ｂ）に示すように小径部２２が折損する。従って、回転軸３の大径部１８がタービンハウジング４の軸受け孔１９から外れ出ることはなくて、オイルが排気ガス排出通路８の側に漏洩することはない。従って、オイルが燃えて白煙を発生させたり、オイルが徐々に現象して内燃機関の運転が不能になったりすることはない。従って、整備工場などに安全に自走することができる。
【００２２】
なお、回転軸３のうち、軸受け部１２を挟んでタービン翼１と反対側に位置した部位（この部位を便宜的に「後部２５」と呼ぶ）は、タービン翼１に固定されている小径部２２と同じ程度の外径になっているが、例えばタービン翼１が過回転した場合、後部は単なるねじり力しか作用しないのに対し、タービン翼１に固定されている小径部２２にはねじり力と曲げ力とが複合して作用するため、後部２５よりも折損しやすい状態になっている。従って、後部２５と小径部２２とが同じ程度の外径であっても、小径部２２が最も折損しやすくなっている。
【００２３】
溶接に関しては、溶接部との境界線の箇所の強度が低下する性質があるが、本実施形態では、この性質を利用して、小径部２２の付け根箇所を折損させることができる。従って、小径部２２を過剰に小径にすることなく、過負荷時の折損を大径部１８の外側で行うことを確実化できる。小径部２２と大径部１８との境界部を角張らせると、応力が集中しやすいため、小径部２２を最弱部と成すことを確実化できる。既述のとおりＶ形の環状溝を形成すると、更に有効である。
【００２４】
本実施形態では、小径部２２がそのままタービン翼１に挿入しているが、タービン翼１に挿入されている部分を小径部２２よりも大径に設定してもよい。すなわち、少なくとも、タービン翼１と大径部１８との間の露出部を小径に形成したよいのである。
【００２５】
(3).他の実施形態
図３では、回転軸３の一端部をタービン翼１に圧入した実施形態を示している。このうち図３（Ａ）に示す例では、回転軸３の一端に、タービン翼１の中心孔２３に強制嵌合される圧入部２６と、圧入深さを規制するストッパーフランジ２７とを形成して、ストッパーフランジ２７と大径部１８との間に、最弱部としての小径部２２を形成している。
【００２６】
この例では、圧入部２６の外径は、タービン翼１との接合強度を確保できる寸法に設定できるため、回転軸３とタービン翼１とを容易に接合しつつ、過負荷時の折損位置の特定を確実化できる。なお、小径部２２に代えてＶ型の環状溝を形成することも可能である（小径部２２の長さが短い場合は、実質的にはＶ型と同様の応力集中をもたらすため、小径部２２とＶ溝のとの違いはあまりないと云える。）。
【００２７】
図３（Ｂ）に示す実施形態では、圧入部２６を中空構造に構成して、タービン翼１に、圧入部２６の中空部に嵌入するボス部２８を形成している。従って、圧入部２６は、内外からタービン翼１で加圧された状態になっていて、回転軸３とタービン翼１とはしっかりと接合されている。この実施形態では、圧入部２６の付け根に、応力集中を招来する環状のＶ溝２９を形成している。この例から理解できるように、最弱部は必ずしも最小径である必要はない。
【００２８】
以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は、図示した実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、タービン翼１は回転軸に対してねじ込みで固定することも可能である（この場合は、タービン翼の回転方向とねじ込み方向とを一致させるのがよい。）。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本願発明は、排気ターボ過給機に具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００３０】
１  タービン翼
２  コンプレッサ翼
３  回転軸
４  タービンハウジング
５  コンプレッサハウジング
６  軸受けハウジング
７  タービンスクロール室
８  排気ガス排出通路
１１  セミフローティングメタル
１２  軸受け部
１８  大径部
１９  軸受け孔
２０  縮径部（環状溝）
２１  シール材
２２  小径部（最弱部）
２３  中心孔
２４  溶接部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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