(57)【要約】【課題】  タービン軸を支える軸受を従来の転がり軸受から動圧軸受に変更し、その動圧軸受の作動流体として、潤滑用のオイルに比べて高い冷却作用を発揮するエンジン冷却水を用いることによって、タービン軸の回転速度の高速化に対処し、併せて、シール材の冷却効率を高める。【解決手段】  タービン軸１が挿通されて軸受４，５を収容している軸受ハウジング９の内部空間Ｓを外部に対して遮断するシール材９１，９２を備えているターボチャージャにおいて、軸受ハウジング９の内部空間Ｓが、内燃機関を冷却するためのエンジン冷却水の循環路の一部を形成している。軸受４，５として、軸受ハウジング９の内部空間Ｓに供給されたエンジン冷却水を作動流体として用いる動圧軸受を採用する。モータ部材８のロータ８５を、軸受ハウジング９内でタービン軸１に取り付ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン羽根の回転をコンプレッサ羽根に伝達するタービン軸が軸受で支えられ、かつ、前記タービン軸が挿通されて前記軸受を収容している軸受ハウジングの内部空間を外部に対して遮断するシール材を備えているターボチャージャにおいて、
前記軸受ハウジングの内部空間が内燃機関を冷却するためのエンジン冷却水の循環路の一部を形成し、前記軸受として、前記軸受ハウジングの内部空間に供給されたエンジン冷却水を作動流体として用いる動圧軸受を採用したことを特徴とするターボチャージャ。
【請求項２】
前記エンジン冷却水が、上記タービン羽根を回転させるための排気ガスを排出する内燃機関の冷却に用いられるエンジン冷却水である請求項１に記載したターボチャージャ。
【請求項３】
ステータとロータとを備えるモータ部材の上記ロータが、前記軸受ハウジングの内部空間に供給されたエンジン冷却水と接触する状態で前記タービン軸に取り付けられている請求項１又は請求項２に記載したターボチャージャ。
【請求項４】
前記タービン軸がタービン側とコンプレッサ側との２箇所で前記軸受によって支えられ、それら２箇所の軸受のそれぞれを前記動圧軸受とし、かつ、それらの動圧軸受の相互間箇所に上記ロータが配備されている請求項３に記載したターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャ、特に、タービン羽根の回転をコンプレッサ羽根に伝達するタービン軸が動圧軸受によって支えられているターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は、従来のターボチャージャを概略で示した断面図であり、このターボチャージャでは、タービン羽根２の回転をコンプレッサ羽根３に伝達するタービン軸１を２箇所で支えているタービン側の軸受４とコンプレッサ側の軸受５との両方に転がり軸受が用いられていて、これらの軸受４，５は、タービン軸１が挿通されている軸受ハウジング９の内部空間Ｓに配備されて収容されている。また、このターボチャージャにおいて、タービン羽根２は、内燃機関から排出された高温（たとえば８００℃程度）の排気ガスＧ１が流通するタービンハウジング６に収容されていて、そのタービンハウジング６内に流入してきた排気ガスＧ１がタービン羽根２を回転させて出口６１より排出される。これに対し、コンプレッサ羽根３はコンプレッサハウジング７に収容されている。このコンプレッサ羽根３には前記タービン軸１によってタービン羽根２の回転が伝達され、このコンプレッサ羽根３の回転により、入口７１からコンプレッサハウジング７内に吸い込まれたエアＡ１が圧縮されて、たとえばエンジンの燃焼室などに過給される。なお、タービン羽根２はタービン軸１の一端部に取り付けられ、コンプレッサ羽根３はタービン軸１の他端部に取り付けられている。
【０００３】
図３で説明した従来のターボチャージャのように、タービン軸１をタービン側及びコンプレッサ側の２箇所で支える軸受４，５として転がり軸受を用いたものでは、それらの軸受４，５を潤滑するために軸受ハウジング９の内部空間Ｓにオイルを循環させていて、軸受ハウジング９とタービン軸１側の回転部分との間にオイル漏れを防ぐためのシール材９１，９２を配備していた。
【０００４】
他方、従来では、過給器の軸受装置として、軸受ハウジング内に浮動状態に設けられたオイルフィルムダンパーによって、タービン軸に取り付けられたタービン側玉軸受とコンプレッサ側玉軸受とを支持させる技術が知られている（特許文献１参照）。また、排気駆動式過給機の回転軸の両端の２箇所を浮動ブッシュで支え、それらの浮動ブッシュと回転軸との隙間を潤滑油によって潤滑するという技術も知られている（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】実開昭６１−４７４３４号公報
【特許文献２】特開２０００−８７７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、図３で説明した従来のターボチャージャでは、内燃機関から排出された高温の排気ガスＧ１によってタービン羽根２が高温に加熱され、その熱がタービン軸１を経てシール材９１，９２に伝達される。そして、従来のように、軸受ハウジング９の内部空間Ｓにオイルを循環させて軸受１４，１５を潤滑させているものでは、シール材９１，９２の冷却に軸受１４，１５を潤滑しているオイルが役立っていた。しかしながら、オイルによる冷却では高い冷却効率を得にくいためにシール材９１，９２の耐久性が早期に低下するおそれがあった。特に、タービン軸１の回転速度の高速化を図る場合には、そのようなおそれが顕著になり、場合によってはシール材９１，９２の耐用性が著しく損なわれてしまうという事態の起こる可能性があった。
【０００７】
本発明は、以上の状況に鑑みてなされたものであり、タービン軸を支える軸受を従来の転がり軸受から動圧軸受に変更し、その動圧軸受の作動流体として、潤滑用のオイルに比べて高い冷却作用を発揮するエンジン冷却水を用いることによって、軸受によるタービン軸の支持構造の面からタービン軸の回転速度の高速化に対処することと併せて、特別に複雑の手段を講じることなく、シール材の冷却効率を高めることによってその耐用性を改善することのできるターボチャージャを提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、当該ターボチャージャを動作させるための排気ガスの供給源である内燃機関の冷却に用いられているエンジン冷却水を、上記動圧軸受の作動流体やシール材の冷却剤として用いることのできるターボチャージャ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】
【０００９】
本発明に係るターボチャージャは、タービン羽根の回転をコンプレッサ羽根に伝達するタービン軸が軸受で支えられ、かつ、前記タービン軸が挿通されて前記軸受を収容している軸受ハウジングの内部空間を外部に対して遮断するシール材を備えているターボチャージャにおいて、前記軸受ハウジングの内部空間が内燃機関を冷却するためのエンジン冷却水の循環路の一部を形成し、上記軸受として、上記軸受ハウジングの内部空間に供給されたエンジン冷却水を作動流体として用いる動圧軸受を採用したことを特徴としてる（請求項１）。
【００１０】
このターボチャージャによれば、タービン軸を支える軸受が転がり軸受から動圧軸受に変更されていることにより、タービン軸に回転速度の高速化に容易に対処することができるようになる。また、軸受ハウジングの内部空間に内燃機関のエンジン冷却水を循環させることによりそのエンジン冷却水を動圧軸受の作動流体として用いるようにしたので、作動流体にオイルを用いる場合に比べて対流伝熱効率が向上してシール材を冷却する作用が顕著に発揮され、併せて、転がり軸受潤滑用オイルに比べても優れた冷却作用が発揮されるようになり、それだけシール材の耐用性が改善されてその耐用寿命が長くなる。
【００１１】
ところで、ターボチャージャにおいて、軸受ハウジングの内部空間を外部に対して遮断するシール材は、軸受ハウジングの内部空間を密封するものである必要性は必ずしもない。そのため、動圧軸受の作動流体として、その内部空間に供給されたエンジン冷却水を用いると、加熱されたエンジン冷却水が水蒸気となってシール材の設置箇所から排気として外部へ漏れ出すこともあり得る。しかし、そのような事態が起こったとしても、外部へ漏れ出す排気が水蒸気であるために大気への悪影響を及ぼすことはない。これに対し、従来のように転がり軸受の潤滑にオイルを用いたり、動圧軸受の作動流体にオイルを用いたりしていると、そのオイルが加熱されてシール材の設置箇所から排気として漏れ出したときには、その排気が大気に悪影響を及ぼす。この点でも、動圧軸受の作動流体としてエンジン冷却水を用いる利点がある。
【００１２】
本発明では、上記エンジン冷却水が、前記タービン羽根を回転させるための排気ガスを排出する内燃機関の冷却に用いられるエンジン冷却水である、という構成を採用することが可能であり、そのようにすると、当該ターボチャージャを動作させるための排気ガスの供給源である内燃機関の冷却に用いられているエンジン冷却水を、動圧軸受の作動流体やシール材の冷却剤として役立たせることができる（請求項２）。
【００１３】
本発明では、ステータとロータとを備えるモータ部材の上記ロータが、上記軸受ハウジングの内部空間に供給されたエンジン冷却水と接触する状態で上記タービン軸に取り付けられている、という構成を採用することが可能である。この構成であると、モータ部材のロータを、動圧軸受の作動流体として用いられているエンジン冷却水によって直接的に冷却してロータの過熱を抑えることが可能になる（請求項３）。
【００１４】
本発明では、上記タービン軸がタービン側とコンプレッサ側との２箇所で上記軸受によって支えられ、それら２箇所の軸受のそれぞれを上記動圧軸受とし、かつ、それらの動圧軸受の相互間箇所に上記ロータが配備されている、という構成を採用することが可能であり、この構成であると、軸受によるタービン軸の支持安定性が向上してロータの回転が安定する（請求項４）。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、タービン軸を支える軸受を従来の転がり軸受から動圧軸受に変更したことによりタービン軸の回転速度の高速化に対処することが可能になるだけでなく、その動圧軸受の作動流体として、潤滑用のオイルに比べて高い冷却作用を発揮するエンジン冷却水を用いたことによって、特別に複雑の手段を講じることなくシール材の冷却効率が高まってシール材の耐用性が改善され、当該ターボチャージャの回転の高速化を図りやすくなる。その上、加熱されたエンジン冷却水が水蒸気となってシール材の設置箇所から排気として外部へ漏れ出したとしても、外部へ漏れ出す排気が水蒸気であるために大気への悪影響を及ぼすことはないという利点がある。また、当該ターボチャージャを動作させるための排気ガスの供給源である内燃機関の冷却に用いられているエンジン冷却水を、動圧軸受の作動流体やシール材の冷却剤として用いたので、動圧軸受の作動流体やシール材の冷却するための冷媒の供給源を別途設置する必要がないという利点がある。さらに、モータ部材を付設する場合に、そのロータを上記したエンジン冷却水に接触させて直接に冷却するので、ロータが過熱から保護されてモータ部材の動作安定性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係るターボチャージャを概略で示した断面図、図２は、タービン側の軸受４の概略拡大断面図である。
【００１７】
この実施形態のターボチャージャでは、タービン羽根２の回転をコンプレッサ羽根３に伝達するタービン軸１の２箇所が軸受４，５でそれぞれ支えられている点、軸受ハウジング９とタービン軸１側の回転部分との間にオイル漏れを防ぐためのシール材９１，９２が配備されている点などは図３で説明したものと同様である。しかしながら、軸受４，５が図３の転がり軸受から動圧軸受に変更されている点、モータ部材８を備えている点、軸受ハウジング９の内部空間Ｓが、内燃機関（不図示）を冷却するためのエンジン冷却水の循環路の一部を形成している点などは図３で説明したものと相違している。
【００１８】
タービン側の軸受４として用いられている動圧軸受は、図２に示すように、タービン軸１の周囲にタービン軸１の回転時に動圧を発生させるための作動流体を保持する隙間４２を形成するスリーブでなるスリーブ４１を備えていると共に、タービン軸１の外周面に形成されたラジアル動圧溝４３を備えている。ラジアル動圧溝４３は、たとえばＶ字状又はヘリングボーン状に形成されている。なお、ラジアル動圧溝４３はスリーブ４１の内周面に形成されていてもよい。この動圧軸受では、タービン軸１が回転しているときには、ラジアル動圧溝４３のポンピング作用で作動流体に動圧が発生し、タービン軸１とスリーブ４１との間の隙間４２に作動流体膜が保持されるようになり、そのためにタービン軸１がスリーブ４１に接触せずに回転する。そのため、転がり軸受に比べて摩擦抵抗が極端に少なくなってタービン軸１の高速回転に対処できるようになる。コンプレッサ側の軸受５として用いられている動圧軸受についても、図２で説明した軸受４としての動圧軸受と同様の構成を備えていて、同様の作用を発揮する。
【００１９】
タービン側の軸受４及びコンプレッサ側の軸受５には、それらの作動流体として内燃機関の冷却に用いられているエンジン冷却水が用いられる。また、そのエンジン冷却水には、当該ターボチャージャが付設される内燃機関の冷却に用いられるエンジン冷却水が用いられている。エンジン冷却水にはクーラントと称される冷却水が含まれる。そして、クーラントを含むエンジン冷却水は、加熱されて蒸発すると無害な水蒸気となる。そのため、加熱されたエンジン冷却水が水蒸気となってシール材９１，９２の設置箇所から排気として外部へ漏れ出すという事態が起こったとしても、外部へ漏れ出す排気が水蒸気であるために大気への悪影響を及ぼすことはない。
【００２０】
軸受ハウジング９の内部空間Ｓは内燃機関を冷却するためのエンジン冷却水の循環路の一部を形成していて、その内燃機関が、タービン羽根２を回転させるための排気ガスＧ１を排出するようになっている。したがって、軸受ハウジング９の内部空間Ｓは、当該内燃機関のクーラント循環路に組み込まれている。さらに具体的には、図１のように、軸受ハウジング９に、その内部空間Ｓに連通するエンジン冷却水導入路９３とエンジン冷却水導出路９４とが備わり、それらのエンジン冷却水導入路９３とエンジン冷却水導出路９４とが、図示していない内燃機関のエンジン冷却水通路に連通している。
【００２１】
次に、本発明のターボチャージャはモータ部材８を備えている。そして該モータ部材８は、ステータ８１とロータ８５とを備えていて、ロータ８５が２箇所の軸受４，５の相互間中間位置でタービン軸１に取り付けられているのに対し、ステータ８１が軸受ハウジング９の外側に配備されている。そして、ロータ８５が、軸受ハウジング９の内部空間Ｓに供給されたエンジン冷却水と直接に接触するようになっている。
【００２２】
このターボチャージャによると、タービン軸１がタービン側の軸受４とコンプレッサ側の軸受５とによって両端の２箇所で安定して支えられ、しかも、それらの軸受４，５に動圧軸受を採用したので、タービン軸１の回転速度の高速化を図りやすくなった。しかも、それらの動圧軸受の作動流体にエンジン冷却水を用いているので、シール材９１，９２を冷却する作用が、転がり軸受潤滑用オイルに比べて冷却作用に優れたエンジン冷却水によって顕著に発揮されてそれだけシール材の耐用性が改善された。その上、当該ターボチャージャを動作させるための排気ガスＧ１の供給源である内燃機関の冷却に用いられているエンジン冷却水を、軸受４，５としての動圧軸受の作動流体やシール材９１，９２の冷却剤として役立たせているので、動圧軸受の作動流体を保持するための室とシール材９１，９２の冷却材を流通させる室とを別々に設けることなく、図示のように軸受ハウジング９の内部空間Ｓにエンジン冷却水を循環させるだけで、動圧軸受の作用を良好に発揮させることができ、併せて、シール材９１，９２を効率よく冷却することが可能になった。
【００２３】
さらに、モータ部材８のロータが軸受ハウジング９の内部空間Ｓに供給されたエンジン冷却水と直接に接触してその過熱を防止しているので、該モータ部材８は安定して動作するようになった。
【００２４】
また、図１に示した実施形態のターボチャージャにおいて、上述した事項以外の事項は図３で説明したところと同様であるので、同一又は相応する部分に同一符号を付して詳細な説明を省略し、説明の重複を回避した。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係るターボチャージャを概略で示した断面図である。
【図２】タービン側の軸受（動圧軸受）の概略拡大断面図である。
【図３】従来のターボチャージャを概略で示した断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  タービン軸
２  タービン羽根
３  コンプレッサ羽根
４，５  軸受
８  モータ部材
９  軸受ハウジング
８１  ステータ
８５  ロータ
９１，９２  シール材
Ｓ  軸受ハウジングの内部空間
Ｇ１  排気ガス
【図１】
2005163641.tif 000003
【図２】
2005163641.tif 000004
【図３】
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