(57)【要約】【課題】 軸受の抵抗を小さくするとともに、エンジンオイル潤滑に起因する種々の問題を解消し、応答性および信頼性に優れた過給機を提供する。【解決手段】  過給機1は、回転軸3を支持する転がり軸受6と、転がり軸受6に潤滑油を供給する給油ユニット10とを備えている。給油ユニット10は、潤滑油を貯留するタンク21、タンク21内の潤滑油を吸引して吐出するポンプ22、ポンプ22の吐出口に設けられて転がり軸受6内部に開口が臨まされている潤滑油吐出ノズル23、およびポンプ22を駆動する駆動部24を有している。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン羽根車を一端に、コンプレッサ羽根車を他端に有しハウジング内に配置された回転軸を備えている過給機において、回転軸を支持する軸受装置として、内輪、外輪および複数の転動体を有する転がり軸受が１対使用されるとともに、この転がり軸受に潤滑油を供給する給油ユニットが設けられており、給油ユニットは、潤滑油を貯留するタンク、タンク内の潤滑油を吸引して吐出するポンプ、ポンプの吐出口に設けられて転がり軸受内部に開口が臨まされている潤滑油吐出ノズル、およびポンプを駆動する駆動部を有していることを特徴とする過給機。
【請求項２】
各転がり軸受は、複数の転動体を保持する保持器をさらに有しており、ノズルの開口は、保持器端面よりも軸方向内方に位置させられている請求項１の過給機。
【請求項３】
ノズルの開口方向が、回転によって生じる空気の流れ方向に傾けられている請求項１または２の過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ターボチャージャーなどの過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
過給機の回転軸は、高速回転でかつ高温環境という条件から、フローティングメタルからなる軸受で支持されているものが一般的であった（特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、省エネや環境保護の点から、軸受の抵抗を小さくすることが課題となっており、軸受として転がり軸受を使用することが要望されている。
【０００４】
転がり軸受を使用した過給機としては、図５に示すように、ハウジング(51)と、タービン羽根車(53)を一端に、コンプレッサ羽根車(54)を他端に有している回転軸(52)と、回転軸(52)を保持している１対の転がり軸受(55)(56)とを備えているものが提案されている（特許文献２）。転がり軸受(55)(56)の潤滑は、エンジンオイルによって行われており、ハウジング(51)には、軸受配置空間(P)に通じる分岐通路(58)(59)を有しているオイル流入通路(57)、および軸受配置空間(P)に設けられたオイル排出口(60)に通じるオイル流出通路(61)が設けられている。ハウジング(51)には、また、オイル通路(57)(58)(59)(61)を避けかつタービン羽根車(53)に近い位置に冷却ジャケット(62)が設けられている。
【特許文献１】特開平５−１４１２５９号公報
【特許文献２】特開平１０−１９０４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献２の過給機によると、特許文献１のフローティングメタルを用いる場合に比べて、回転損失の低減、タイムラグの解消などの利点を有しているが、その潤滑がエンジンオイルを多量に供給して行われているため、軸受のトルクが大きくなり、これに伴って動力損失が増大するという問題や、エンジンオイル中の異物による摩耗によって軸受の寿命が低下するという問題など、エンジンオイル潤滑に起因する種々の問題があった。
【０００６】
この発明の目的は、上記実情に鑑み、軸受の抵抗を小さくするとともに、エンジンオイル潤滑に起因する種々の問題を解消し、応答性および信頼性に優れた過給機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明による過給機は、タービン羽根車を一端に、コンプレッサ羽根車を他端に有しハウジング内に配置された回転軸を備えている過給機において、回転軸を支持する軸受装置として、内輪、外輪および複数の転動体を有する転がり軸受が１対使用されるとともに、この転がり軸受に潤滑油を供給する給油ユニットが設けられており、給油ユニットは、潤滑油を貯留するタンク、タンク内の潤滑油を吸引して吐出するポンプ、ポンプの吐出口に設けられて転がり軸受内部に開口が臨まされている潤滑油吐出ノズル、およびポンプを駆動する駆動部を有していることを特徴とするものである。
【０００８】
給油ユニットからは、極微量（例えば１ｍＬ／ｈ以下）の潤滑油が転がり軸受の転動体または内外輪の軌道面に向けて供給される。エンジンオイルを潤滑に使用する従来の過給機では、多量のエンジンオイルを転がり軸受に供給しているが、潤滑油を必要としている箇所は、内外輪軌道と転動体との接触部のわずかな部位だけであり、その部位に向けて潤滑油を供給することにより、極微量の潤滑油を使用して十分な潤滑効果を得ることができる。
【０００９】
給油ユニットのタンクとしては、例えば、過給機専用のリザーバタンクとされるが、エンジンオイルをフィルターによって濾過したものをポンプに供給することもできる。
【００１０】
過給機は、通常、回転軸の一端にタービン（タービン羽根車）が設けられ、他端にコンプレッサ（コンプレッサ羽根車）が設けられたもので、タービンに高温の排気ガス（例えば６００℃程度）が供給される。一般的な過給機では、過給圧不足によるターボラグ（低速回転域のタイムラグが長い）という問題があり、この問題を解消するために、排気ガスの流路面積を変更する可変ノズルの使用によりタービンホイールに吹き付けられる排気ガスの流速を可変とし、これを電子制御することにより低速回転域をカバーする可変ノズルタイプや、小型ターボと大型ターボとを併用して低速回転域をカバーする２ステージタイプなどの過給機が提案されている。本発明の給油ユニットの構成は、一般的な過給機のほか、可変ノズルタイプや２ステージタイプなどの改良型過給機に対しても適用できる。また、過給機は、ディーゼルエンジン用であってもよく、ガソリンエンジン用であってもよい。
【００１１】
転がり軸受は、例えば、アンギュラ玉軸受とされるが、これに限られるものではなく、深溝玉軸受やその他の転がり軸受としてもよい。転がり軸受の外輪は、圧入などによりハウジングに取り付けられ、内輪は、圧入などにより回転軸に固定される。軸受の材質としては、セラミックまたは金属（軸受鋼など）のいずれでもよく、特に限定されるものではない。
【００１２】
ハウジングには、軸受潤滑用のオイル通路が不要であり、その分、ハウジングの設計の自由度が増し、小型軽量化および軸受配置空間の低温化のためのハウジング形状が採用される。
【００１３】
この発明による過給機において、ノズルの開口方向が、回転によって生じる空気の流れ方向に傾けられていることが好ましい。
【００１４】
給油ユニットは、通常、ハウジング等の固定側に取り付けられ、この場合には、「回転によって生じる空気の流れ方向に傾けられている」は、「回転中心軸方向に対して回転方向側に傾けられている」と同じ意味となる。
【００１５】
ポンプの吐出能力によって変わるが、ノズルの軸方向長さは、脈動をなくさないために、５０ｍｍ以下が好ましい。ノズルの径については、細すぎると、潤滑油が吐出しにくく、太すぎると、１滴の油量をコントロールしにくくなるため、ノズルの内径寸法（直径）は、０．１ｍｍ〜１ｍｍが好ましい。
【００１６】
潤滑油吐出ノズルは、例えば、水平方向にのびる本体と、本体に対し略直角に折り曲げられた吐出部とからなるものとされ、吐出部が空気の流れ方向（回転方向）に向けられる。ここで、吐出部の向きは、水平方向（空気の流れ方向に平行）に限定されるものではなく、本体に対して下向きに傾斜していてもよい。この場合の吐出部が水平となす角αは、０°以上（空気の流れ方向に平行でも可）でかつ９０°未満（空気の流れ方向に垂直は不可）の範囲で適宜決定される。ノズルの折り曲げ部分（吐出部）を含んだ全長は、脈動をなくさないために、７０ｍｍ以下が好ましい。そして、ノズルの吐出部の長さは、全長の５〜６０％程度とされる。なお、潤滑油吐出ノズルの設置位置したがってポンプの設置位置は、特に限定されるものではないが、タンクの下方とされることが好ましい。
【００１７】
ノズルの開口方向を回転によって生じる空気の流れ方向に傾けることにより、潤滑油の洩れや油滴の反対方向への移動が防止される。ノズルは、その先端側部分が回転方向側に折り曲げられていることが好ましく、また、ノズルの開口方向は、回転中心軸方向に対して垂直であることが好ましい。
【００１８】
ノズルの開口は、少なくとも、転がり軸受の端面よりも軸方向内方に位置させられている必要があり、ノズルの開口は、保持器端面よりも軸方向内方に位置させられていることが好ましい。
【００１９】
ポンプとしては、例えば、ダイヤフラム、潤滑油吐出ノズルおよび潤滑油吸引ノズルがポンプ室内に設けられ、ダイヤフラムに圧電素子が取り付けられたダイヤフラム式マイクロポンプが適している。このダイヤフラム式マイクロポンプは、圧電素子を利用してダイヤフラムを脈動させ、潤滑油吐出ノズルより潤滑油を吐出させる。ダイヤフラム式以外に、噴射式ポンプ、ベーンポンプ、スクリューポンプ、ピエゾポンプ等種々のポンプが使用できる。
【００２０】
ノズル長さが長すぎると、ノズル内に滞留している潤滑油によって、ポンプにより発生した潤滑油の脈動が減衰し、潤滑油が吐出されにくくなるため、ポンプを軸受外部に設ける場合、ポンプは、転がり軸受の近傍に配置される。この近傍とは、ノズル長さが潤滑油の脈動により潤滑油が吐出可能な範囲に抑えられかつノズルの開口を転動体あるいは軌道部材の軌道面近傍に臨ませることが可能な位置とされる。
【００２１】
ポンプによる潤滑油吐出量は、駆動部によって制御され、例えば、回転軸の回転数が低い領域では、ごく微量の潤滑油が、また、回転数が高い領域ではそれに応じた量の潤滑油が転動体や内外輪の軌道面付近に対して吐出される。こうして、転がり軸受の転動体転動領域に対して潤滑油を過不足なく長期にわたって継続的に供給できるようになり、転がり特性の長期安定化および寿命向上に貢献できる。
【発明の効果】
【００２２】
この発明の過給機によると、軸受として転がり軸受が使用されているので、軸受の抵抗を小さくすることができ、高速回転が可能でかつ応答性にも優れたものとすることができる。また、転がり軸受の潤滑が給油ユニットからの潤滑油によって行われるので、ハウジングにオイル通路などを形成する必要がなくなってハウジングの設計の自由度が大幅に向上するとともに、潤滑油としてエンジンオイルを使用した場合に問題となる軸受の寿命低下などの問題を解消することができる。そして、ハウジング設計の自由度が増した分、ハウジングの薄肉化や冷却効率に優れた冷却ジャケットの形成が容易となり、ハウジングの小型軽量化および軸受配置空間の低温化が可能となる。また、潤滑に使用される潤滑油が微量となるため、廃油の処理も容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、図１の左右を左右というものとする。
【００２４】
図１は、この発明による過給機の第１実施形態を示すもので、過給機(1)は、ハウジング(2)と、タービン羽根車（タービン）(4)を左端に、コンプレッサ羽根車(5)を右端にそれぞれ有しかつハウジング(2)内に配置された回転軸(3)と、ハウジング(2)内周に設けられて回転軸(3)を支持している左右１対の転がり軸受(6)と、転がり軸受(6)に潤滑油を供給する給油ユニット(10)とを備えている。
【００２５】
各転がり軸受(6)は、アンギュラ玉軸受とされており、回転軸(3)に取り付けられた内輪(11)、ハウジング(2)に取り付けられた外輪(12)、両輪(11)(12)間に配置された複数の玉(13)および玉(13)を保持する保持器(14)からなる。
【００２６】
給油ユニット(10)は、潤滑油を貯留するタンク(21)、タンク(21)内の潤滑油を吸引して各転がり軸受(6)に向けて吐出する左右１対のポンプ(22)、各ポンプ(22)の吐出口に設けられている潤滑油吐出ノズル(23)、および１対のポンプ(22)を駆動する駆動部(24)を備えている。
【００２７】
タンク(21)は、過給機専用の潤滑油を貯留するリザーバータンクとされている。
【００２８】
ポンプ(22)は、圧電素子によって被駆動部であるダイアフラムを往復変位させることにより、ポンプ室内にタンク(21)内の潤滑油を吸引してノズル(23)から吐出させるダイアフラムポンプとされている。
【００２９】
ノズル(23)は、図２に示すように、水平方向にのびる本体(25)および本体(25)に対し略直角に折り曲げられた吐出部(26)からなるＬ字状のものとされている。ノズル(23)の開口すなわち吐出部(26)の先端は、転がり軸受(6)の内部に位置させられ、玉(13)の径方向外方に少なくともノズル(23)の一部があるように、保持器(14)のある部分（保持器(14)の左右端面よりも軸方向内方位置）に臨まされている。同図において、矢印は、内輪(11)の回転方向を示しており、ノズル(23)の吐出部(26)の開口は、回転方向に向けられている。
【００３０】
駆動部(24)には、電源電池（または発電機）、ポンプ制御回路などが設けられており、この駆動部(24)からの電圧信号によって、ポンプ(22)が駆動され、ポンプ(22)がタンク(21)から潤滑油を吸引することによって、ノズル(23)から、玉(13)、内輪(11)の軌道面、外輪(12)の軌道面方向に潤滑油が吐出される。
【００３１】
潤滑油吐出量は、例えば、回転数が低い領域では、ごく微量の潤滑油が、また、回転数が高い領域ではそれに応じた量の潤滑油とされる。また、転がり軸受(6)の潤滑状態検知するセンサを設けて、このセンサの出力に応じてポンプによる潤滑油吐出量を制御させるようにすることもできる。
【００３２】
内輪(11)が回転すると、回転によって風の流れが生じ、これが潤滑油の適正な供給を阻害する。例えば、内輪(11)の回転によって生じる風の流れは、エアカーテンと類似の作用を及ぼし、この結果、ノズル(23)の開口を転がり軸受(6)の端面に臨ませた場合には、滴下された潤滑油の軸方向内方への移動がこのエアカーテンによって妨げられる。この問題は、ノズル(23)の開口がエアカーテンを貫通して保持器(14)のある部分（保持器(14)の両端面の）に臨ませられていることによって解消されている。
【００３３】
しかしながら、ノズルがストレート状であると、特に、高速回転で使用された場合に、適切な箇所に潤滑油を供給することができないという問題が生じる。図３および図４は、ノズル(33)がストレート状で、その開口方向が回転によって生じる空気の流れ方向に傾けられていないもの（図３（ａ））を使用した給油ユニット(30)と、上記第１実施形態のノズル(23)（図３（ｂ））を使用した給油ユニット(10)とを比較するもので、ノズル(23)(33)先端の負圧に関して、図４に示すように、ストレート状のもの（記号（ａ）で示す）では、回転速度の増加に伴って、大幅に増加しており、これに対し、第１実施形態のもの（記号（ｂ）で示す）では、その増加率は極めて小さくなっており、特に、高速回転で使用される場合に、有用であることが分かる。また、図３（ａ）に示すように、ストレート状のものでは、矢印で示す回転方向に対して軸方向が直交しているノズル(33)から吐出された油滴(D)がノズル(33)を伝ってその根元側に移行するという現象が見られるのに対し、上記第１実施形態のものでは、図３（ｂ）に示すように、矢印で示す回転方向に対してノズル(23)の吐出部(26)の軸方向が同じ方向を向いており、回転によって生じる風によってノズル(23)の吐出部(26)先端に油滴(D)が保持され、この結果、確実に潤滑が行われる。
【００３４】
こうして、この過給機(1)によると、転がり軸受(6)の玉(13)の転動領域に対して潤滑油を過不足なく長期にわたって継続的に供給できるようになり、転がり特性の長期安定化および寿命向上が果たされる。
【００３５】
ハウジング(2)には、回転軸(3)と同心でその軸方向長さもほぼ同じ円筒状とされた冷却ジャケット(7)が設けられている。この冷却ジャケット(7)には、エンジン冷却水（ロングライフクーラント）が供給されている。
【００３６】
この過給機(1)によると、図５に示した従来のターボチャージャとの比較から明らかなように、ハウジング(2)には、オイル通路が設けられておらず、この分、ハウジング(2)は、厚みが薄くしかも極めて簡単な形状とされているとともに、冷却ジャケット(7)が軸受配置空間全体を冷却可能なように設けられている。したがって、軸受配置空間の冷却効率が極めて高いものとなっており、高温の排気ガスをタービン(4)に供給しているにもかかわらず、各転がり軸受(6)の使用環境が低温に保たれる。
【００３７】
なお、タンク(21)およびポンプ(22)の設置位置は、図示した位置に限られるものではなく、ハウジング(2)内周の任意の位置に設けることができる。また、タンク(21)については、１対のポンプ(22)にそれぞれ対応させるように１対としてもよく、また、ハウジング(2)外部に設けるようにしてもよい。タンク(21)には、過給機専用の潤滑油を貯留するのに代えて、フィルターに通したエンジンオイルを供給するようにしてもよい。潤滑に使用された潤滑油は、微量であるため、例えば、エンジンオイルパンに排出するなどの方法で、容易に処理することができる。また、各転がり軸受(6)の構成および転がり軸受(6)間に配置されるバネや間座などの構成については、その説明を省略するが、公知の種々の構成をそのままあるいは適宜変更して使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、この発明による過給機の１実施形態を概略的に示す縦断面図である。
【図２】図２は、この発明の要部を径方向内方から見た図である。
【図３】図３は、従来の給油ユニット（同図（ａ））とこの発明による転がり軸受装置の給油ユニット（同図（ｂ））とを比較して示す斜視図である。
【図４】図４は、２種類のノズル形状について、負圧の大きさを比較したグラフである。
【図５】図５は、従来の過給機を概略的に示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
(1)       過給機
(2)       ハウジング
(3)       回転軸
(4)       タービン羽根車（タービン）
(6)       転がり軸受
(10)      給油ユニット
(11)      内輪
(12)      外輪
(13)      玉（転動体）
(14)      保持器
(21)      タンク
(22)      ポンプ
(23)      潤滑油吐出ノズル
(24)      駆動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007132317.tif 000007