(57)【要約】【課題】スラスト軸受構造へ供給する潤滑油が増大した場合にも、スラスト軸受構造の周囲から他の箇所への油漏れをより確実に防止できる過給機を提供する【解決手段】排気ガスにより回転駆動されるタービンインペラ１１と、タービンインペラ１１の回転により回転駆動され空気を圧縮するコンプレッサインペラ１４と、タービンインペラ１１とコンプレッサインペラ１４とを連結する回転軸１２と、回転軸１２を内側に収容するハウジング１６と、回転軸１２に作用するスラスト力を回転可能に支持するスラスト軸受構造３０とを備えた過給機であって、ハウジング１６には、スラスト軸受構造３０の油溜り空間４１から潤滑油を排出する油排出路４３が形成されており、油排出路４１は、油溜り空間４１に開口しこの開口４１ａから軸方向に延び、さらに下方に向かって延びて、ハウジング１６の下部に位置する油排出口４５へ通じるようになっている【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスにより回転駆動されるタービンインペラと、該タービンインペラの回転により回転駆動され空気を圧縮するコンプレッサインペラと、タービンインペラとコンプレッサインペラとを連結する回転軸と、該回転軸を内側に収容するハウジングと、回転軸に作用するスラスト力を回転可能に支持するスラスト軸受構造とを備えた過給機であって、
前記ハウジングには、スラスト軸受構造の油溜り空間から潤滑油を排出する油排出路が形成されており、
該油排出路は、前記油溜り空間に開口し該開口から軸方向に延び、さらに下方に向かって延びて、ハウジングの下部に位置する油排出口へ通じるようになっている、ことを特徴とする過給機。
【請求項２】
前記油排出路は、前記油溜り空間に開口し該開口から前記スラスト軸受構造を避けた軸方向位置まで軸方向に延び、さらに該軸方向位置から下方に向かって延びて、ハウジングの下部に位置する油排出口へ通じるようになっている、ことを特徴とする請求項１に記載の過給機。
【請求項３】
前記スラスト軸受構造は、回転軸と共に回転する円板状のスラストカラーと、該スラストカラーの軸方向移動を阻止し前記ハウジングに固定されたタービン側スラスト軸受及びコンプレッサ側スラスト軸受とからなり、
前記油溜り空間はコンプレッサ側スラスト軸受よりもタービン側に形成されており、
前記排油路の開口は、前記コンプレッサ側スラスト軸受の半径方向の内縁より半径方向外側に位置している、ことを特徴とする請求項１に記載の過給機。
【請求項４】
前記油排出路は１つ又は複数形成されており、
油排出路の前記開口は、前記回転軸の鉛直方向中心よりも上方にて、前記回転軸の水平方向片側又は水平方向両側に位置している、ことを特徴とする請求項１に記載の過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機により密度を高めた空気を機関（エンジン）に供給することを過給（ｓｕｐｅｒｃｈａｒｇｉｎｇ）といい、このうち排気エネルギにより圧縮機の駆動仕事をまかなうものを過給機（ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ）と呼ぶ。
【０００３】
排気タービン過給機は、一般的に、軸受ユニットを挟んで配置された圧縮機（コンプレッサ）とタービンからなり、圧縮機はコンプレッサインペラを、タービンはタービンインペラをそれぞれ内蔵する。コンプレッサインペラとタービンインペラは、軸受ユニットで支持された回転軸（シャフト）で互いに連結されており、エンジンの排ガスでタービンインペラを回転駆動し、この回転力を回転軸を介してコンプレッサインペラに伝達し、コンプレッサインペラで空気を圧縮してエンジンに過給するようになっている。
【０００４】
また、このような過給機には、回転軸に作用するスラスト力を回転可能に支持するスラスト軸受構造が設けられている。スラスト軸受構造は例えば特許文献１に記載されており、図６は特許文献１のスラスト軸受構造６０の周辺部の構成を示す断面図である。
スラスト軸受構造６０は、回転軸６１に固定されているスラストカラー６２と、このスラストカラー６２のコンプレッサ側に位置し軸受ハウジング６３に固定されているコンプレッサ側スラスト軸受６５と、スラストカラー６２のタービン側に位置し軸受ハウジング６３に固定されているタービン側スラスト軸受６７と、を有する。
【０００５】
コンプレッサ側スラスト軸受６５は、そのタービン側端面が、スラストカラー６２のコンプレッサ側端面に接触して、スラストカラー６２からコンプレッサ側への軸方向荷重を受ける。一方、タービン側スラスト軸受６７は、そのコンプレッサ側端面がスラストカラー６２のタービン側端面に接触して、スラストカラー６２からコンプレッサ側への軸方向荷重を受ける。
このように、コンプレッサ側スラスト軸受６５とタービン側スラスト軸受６７が回転軸６１に固定されたスラストカラー６２から軸方向荷重を受けることで、回転軸６１を軸方向に支持している
【０００６】
過給機では、一般的にタービンインペラに作用する圧力がコンプレッサインペラに作用する圧力より高いため、コンプレッサインペラに向かう方向に大きなスラスト力が発生する。
このスラスト力をコンプレッサ側スラスト軸受６５が低抵抗で受けるために、スラストカラー６２とコンプレッサ側スラスト軸受６５との間に十分な量の潤滑油を供給する必要がある。そのための潤滑油供給は、例えば、図６に示すように、軸受ハウジング６３に形成された潤滑油路６８と、コンプレッサ側スラスト軸受６５の内部に形成された油路６９とを通して行われる。
このように供給された潤滑油は、図６の矢印の方向に従ってスラスト軸受構造６０の下部に設けられた排油口（図示せず）へ案内される。
【０００７】
しかし、スラスト軸受構造６０に供給された潤滑油の一部が、排油口へ案内されず、コンプレッサ側等の他の箇所へ漏れてしまう場合がある。このような油漏れを防止する先行技術は例えば、下記特許文献２、３に記載されている。
【０００８】
特許文献２の軸受装置は、図７（Ａ）及び図７（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図である図
７（Ｂ）に示すように、軸受ケース７１のスラスト軸受７２，７３の外周に対応する位置に油溜め用空所７４を設け、この空所７４と軸受台７５と排油口７６とを連通する左右各２個所の排油通路７７を設けたものである。これら２個所の排油通路７７によりスムーズな排油を行う。
【０００９】
また、特許文献３の過給機は、図８に示すように、タービンシャフト８１、ラジアル軸受８２、段付き部８３、オイルドレン８４を有する過給機において、ラジアル軸受８２の側壁面から段付き部８３までの距離Ｌを、タービン回転数がエンジンのアイドル運転時のタービン回転数より大きい領域で、ラジアル軸受８２の端部から移動したオイルが段付き部８３に非接触となる距離としたものである。
【００１０】
【特許文献１】実開平４−１１９６２４号公報  「ターボチャージャの軸受構造」
【特許文献２】実開昭６０−５２３５２号公報、「排気タービン過給機の軸受装置」
【特許文献３】特開２００２−５４４４８号公報、「内燃機関用排気タービン式過給機及び過給システム」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献２では、スラストカラー周りの潤滑油を左右各２個所の排油通路７７を通して下側に回り込ませて排出しているが、排油量が増大した場合に、排出しきれなくなる恐れがある。
【００１２】
特許文献３でも、排油量が増大した場合には、段付き部８３を超えて油が漏れる恐れがある。
【００１３】
そのため、特許文献２、３の手段以外の手段、又は、特許文献２、３の手段に追加できる手段により油漏れをより確実に防止することが望まれる。
【００１４】
本発明は上記課題を解決するために創案されたものである。即ち、本発明の目的は、スラスト軸受構造へ供給する潤滑油が増大した場合にも、スラスト軸受構造の周囲から他の箇所への油漏れをより確実に防止できる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】
【００１５】
本発明によれば、排気ガスにより回転駆動されるタービンインペラと、該タービンインペラの回転により回転駆動され空気を圧縮するコンプレッサインペラと、タービンインペラとコンプレッサインペラとを連結する回転軸と、該回転軸を内側に収容するハウジングと、回転軸に作用するスラスト力を回転可能に支持するスラスト軸受構造とを備えた過給機であって、前記ハウジングには、スラスト軸受構造の油溜り空間から潤滑油を排出する油排出路が形成されており、該油排出路は、前記油溜り空間に開口し該開口から軸方向に延び、さらに下方に向かって延びて、ハウジングの下部に位置する油排出口へ通じるようになっている、ことを特徴とする過給機が提供される。
【００１６】
上記構成によれば、スラスト軸受構造の油溜り空間から潤滑油を排出する油排出路は、油溜り空間に開口し該開口から軸方向に延び、さらに下方に向かって延びて、ハウジングの下部に位置する油排出口へ通じるようになっているので、油溜り空間に潤滑油が溜まってくると、油溜り空間の潤滑油は油排出路に入って軸方向に移動し、油排出口へ排出される。
従って、スラスト軸受構造へ供給する潤滑油が増大した場合にも、スラスト軸受周りの油が他の箇所へ漏れることをより確実に防止できる。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態によると、前記油排出路は、前記油溜り空間に開口し該開口から前記スラスト軸受構造を避けた軸方向位置まで軸方向に延び、さらに該軸方向位置から下方に向かって延びて、ハウジングの下部に位置する油排出口へ通じるようになっている。
【００１８】
このように、油排出路は、油溜り空間に開口し該開口からスラスト軸受を避けた軸方向位置まで軸方向に延び、さらに該軸方向位置から下方に向かって延びているので、スラスト軸受構造周りにおける構造が密集した部分を避けて油排出路を形成することができる。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態によると、前記スラスト軸受構造は、回転軸と共に回転する円板状のスラストカラーと、該スラストカラーの軸方向移動を阻止し前記ハウジングに固定されたタービン側スラスト軸受及びコンプレッサ側スラスト軸受とからなり、前記油溜り空間はコンプレッサ側スラスト軸受よりもタービン側に形成されており、前記排油路の開口は、前記コンプレッサ側スラスト軸受の半径方向の内縁より半径方向外側に位置している。
【００２０】
排油路の開口は、前記コンプレッサ側スラスト軸受の半径方向の内縁より半径方向外側に位置しているので、遠心力で半径方向外側に飛ばされ油溜り空間の半径方向外側部分に溜まった潤滑油がコンプレッサ側スラスト軸受の半径方向の内縁に至る前に、前記開口から油排出路に入って軸方向に移動する。従って、コンプレッサ側への油漏れをより確実に防止できる。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態によると、前記油排出路は１つ又は複数形成されており、
油排出路の前記開口は、前記回転軸の鉛直方向中心よりも上方にて、前記回転軸の水平方向片側又は水平方向両側に位置している。
【００２２】
このように、油排出路の前記開口は、回転軸の鉛直方向中心よりも上方にて、前記回転軸の水平方向片側又は水平方向両側に位置しているので、回転軸の鉛直方向中心よりも上方に位置させた場合でも、油排出路の下方に向かって延びる部分を直線状に形成してもが回転軸と干渉することがない。従って、油排出路の形成加工が容易になる。
これに加えて、油排出路の開口は、回転軸の鉛直方向中心よりも上方に位置しているので、油溜り空間の上部に溜る潤滑油を油排出路へ排出させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
上述の本発明によれば、スラスト軸受構造へ供給する潤滑油が増大した場合にも、スラスト軸受構造の周囲から他の箇所への油漏れをより確実に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の好ましい実施例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、重複した説明を省略する。
【００２５】
図１は、本発明の第１実施形態による過給機の全体構成図である。この図において、第１実施形態による過給機１０は、回転軸１２、コンプレッサインペラ１４、およびハウジングを備える。ハウジングは、この例では、ベアリングハウジング１６、タービンハウジング１８、及びコンプレッサハウジング２０からなる。
【００２６】
回転軸１２は、タービンインペラ１１を一端（図１で左端）に有する。この例において、タービンインペラ１１は回転軸１２に一体的に形成されているが、本発明はこれに限定されず、タービンインペラ１１を別に取り付ける構成であってもよい。
【００２７】
コンプレッサインペラ１４は、回転軸１２の他端（図１で右端）に軸端ナット１５により一体で回転するように連結されている。
【００２８】
ベアリングハウジング１６は、回転軸１２をラジアル軸受１７で回転可能に支持する。また、回転軸１２は、スラスト軸受構造３０により軸方向に移動しないように支持されている。
【００２９】
タービンハウジング１８は、タービンインペラ１１を回転可能に囲み、かつベアリングハウジング１６に連結されている。このタービンハウジング１８は、内部に外部から排ガスが導入されるスクロール室１８ａと、スクロール室１８ａからタービンインペラ１１まで排ガスを案内する環状に形成された流路１８ｂを有する。
さらに、流路１８ｂには、複数のノズル翼１９が周方向に一定の間隔で配置されている。このノズル翼１９は、可変ノズル翼であり、その間に形成される流路面積を変化できることが好ましいが、本発明はこれに限定されず固定ノズル翼やノズルのない形式であってもよい。
【００３０】
コンプレッサハウジング２０は、コンプレッサインペラ１４を回転可能に囲み、かつベアリングハウジング１６に連結されている。このコンプレッサハウジング２０は、内部に圧縮空気が導入されるスクロール室２０ａと、コンプレッサインペラ１４からスクロール室２０ａまで圧縮空気を案内する環状に形成された流路２０ｂを有する。
【００３１】
上述した構成により、エンジンの排ガスでタービンインペラ１１を回転駆動し、この回転力を回転軸１２を介してコンプレッサインペラ１４に伝達し、コンプレッサインペラ１４で空気を圧縮してエンジンに過給することができる。
【００３２】
また図１の例では、過給機１０は、電動過給機であり、さらに、モータロータ２２およびモータステータ２４を備える。
モータロータ２２は、電動機の回転子であり、モータステータ２４は、電動機の固定子である。モータロータ２２とモータステータ２４によりブラシレスの交流電動機が構成される。
モータロータ２２は、好ましくは回転軸１２に固定されている。
この交流電動機は、回転軸１２の高速回転（例えば少なくとも１０〜２０万ｒｐｍ）に対応でき、かつ加速時の回転駆動と減速時の回生運転ができることが好ましい。またこの交流電動機の駆動電圧は、車両に搭載されたバッテリの直流電圧（例えば１２Ｖ）と同一あるいはそれより高い（例えば２４〜３６Ｖ）ことが好ましい。駆動電圧を高めることにより、交流電動機を小型化することができる。
【００３３】
図２は、図１の部分拡大図である。
図２に示すように、本発明のスラスト軸受構造３０は、回転軸１２と共に回転する円板状のスラストカラー３２と、スラストカラー３２の軸方向移動を阻止するタービン側スラスト軸受３４及びコンプレッサ側スラスト軸受３６とからなる。
コンプレッサ側スラスト軸受３６の形状はこの例では中央がコンプレッサ側に膨らんだ傘型形状である。
【００３４】
コンプレッサ側スラスト軸受３６は、油供給流路３６ａを有する。油供給流路３６ａは、スラストカラー３２と接する表面（図２で左面）にベアリングハウジング１６内から潤滑油を供給する機能を有する。
【００３５】
図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図であり、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線から見た部分拡大図である。
図３、図４に示すように、ベアリングハウジング１６には、スラスト軸受構造３０の油溜り空間４１から潤滑油を排出する油排出路４３が形成されている。
図４に示すように、油排出路４３は油溜り空間４１に開口しこの開口４３ａから軸方向に延び、図３の破線で示すように、さらに下方に向かって延びて、ベアリングハウジング１６の下部に位置する油排出口４５へ通じるようになっている。
この構成により、油溜り空間４１に潤滑油が溜まってくると、油溜り空間４１の潤滑油は油排出路４３に入って軸方向に移動し、油排出口４５へ排出される。
【００３６】
好ましくは、油排出路４３は、開口４３ａからスラスト軸受を避けた軸方向位置４３ｂまで軸方向に延び、さらに軸方向位置４３ｂから下方に向かって延びて、ベアリングハウジング１６の下部に位置する油排出口４５へ通じるようになっている。
この構成により、スラスト軸受構造３０周りの構造が密集した部分を避けて油排出路４３を形成することができる。
【００３７】
第１実施形態では、油溜り空間４１はコンプレッサ側スラスト軸受３６よりもタービン側に形成されており、排油路の開口４３ａは、コンプレッサ側スラスト軸受３６の半径方向の内縁より半径方向外側に位置している。
この構成により、遠心力で半径方向外側に飛ばされ油溜り空間４１の半径方向外側部分に溜まった潤滑油が半径コンプレッサ側スラスト軸受３６の半径方向の内縁に至る前に、開口４３ａから油排出路４３内に入って軸方向に移動する。
【００３８】
また、第１実施形態では、図３に示すように、油排出路４３は２つ形成されており、油排出路４３の開口４３ａは、回転軸１２の鉛直方向中心よりも上方にて、回転軸１２の水平方向両側に位置している。なお、油排出路４３は１つでもよく、その場合には、油排出路４３の開口４３ａは、回転軸１２の鉛直方向中心よりも上方にて、回転軸１２の水平方向片側に位置してよい。
この構成により、回転軸１２の鉛直方向中心よりも上方に位置させた場合でも、油排出路４３の下方に向かって延びる部分を直線的に形成しても、この部分が回転軸１２と干渉することがなくなる。従って、油排出路４３を簡単に形成することができる。
また、油排出路４３の前記開口４３ａは、回転軸１２の鉛直方向中心よりも上方に位置しているので、油溜り空間４１の上部に溜る潤滑油を油排出路４３へ排出させることが可能となる。
【００３９】
なお、図１〜４で示した過給機のその他の構成についても説明すると、過給機は、さらに、固定隔壁２６、油切り部材２８、及びシール部材２９を有する。
固定隔壁２６は、この例ではベアリングハウジング１６に固定され、コンプレッサ側スラスト軸受３６とモータロータ２２の間を仕切る隔壁である。
油切り部材２８は、固定隔壁２６とコンプレッサ側スラスト軸受３６との間に位置し、回転軸１２に固定され、回転軸１２と共に回転する。この油切り部材２８は、コンプレッサ側スラスト軸受３６の中空貫通孔より大きく、かつ回転軸１２にほぼ直交する垂直面２８ａを有する。
シール部材２９は、油切り部材２８と固定隔壁２６との間を液密にシールする。
【００４０】
上述の構成を有する第１実施形態による過給では、スラスト軸受構造３０の油溜り空間４１から潤滑油を排出する油排出路４３は、油溜り空間４１に開口し該開口４３ａから前記スラスト軸受を避けた軸方向位置４３ｂまで軸方向に延び、さらに該軸方向位置４３ｂから下方に向かって延びて、ベアリングハウジング１６の下部に位置する油排出口４５へ通じるようになっているので、油溜り空間４１に潤滑油が溜まってくると、油溜り空間４１の潤滑油は油排出路４３に入って軸方向に移動し、油排出口４５へ排出される。従って、スラスト軸受構造３０へ供給する潤滑油が増大した場合にも、スラスト軸受構造３０周りの潤滑油がシール部材２９を越えて電動機側へ漏れることをより確実に防止できる。
【００４１】
［第２実施形態］
図５は、図４に対応し本発明の第２実施形態を示している。
図５においても、スラスト軸受構造３０は、回転軸１２と共に回転する円板状のスラストカラー３２と、スラストカラー３２の軸方向移動を阻止するタービン側スラスト軸受３４及びコンプレッサ側スラスト軸受３６とからなる。
コンプレッサ側スラスト軸受３６の形状は図５では平板状である。
第２実施形態においても、油排出路４３は油溜り空間４１に開口しこの開口４３ａから軸方向に延び、図３の破線で示すように、さらに下方に向かって延びて、ベアリングハウジング１６の下部に位置する油排出口４５へ通じるようになっている。
その他の構成は第１実施形態の場合と同様であってよい。
【００４２】
［その他の実施形態］
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。
【００４３】
例えば、上述の第１実施形態と第２実施形態では、モータロータ２２を、コンプレッサ側スラスト軸受３６とコンプレッサインペラ１４の間に設けた電動機を有する過給機であるが、本発明はこれに限定されない。即ち、電動機を有しない過給機にも本発明を適用することができる。例えば、図１において、電動機の構成要素であるモータロータ２２、モータステータ２４等を省略することができる。この場合には、油排出路４３によりシール部材２９を超えてコンプレッサ側へ油が漏れることがより確実に防止される。
上述の実施形態では、ベアリングハウジング１６に油排出路４３を形成したが、ベアリングハウジング１６と、タービンハウジング１８及びコンプレッサハウジング２０の一方又は両方とが一体的に形成されたハウジングに油排出路４３を形成してもよい。
また、上述の実施形態では、２つ又は１つの油排出路を形成する場合を述べたが、３つ以上の油排出路が形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態による過給機の全体構成を示す断面図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線から見た部分拡大図である。
【図５】本発明の第２実施形態による過給機の部分断面図であり、図４に対応する。
【図６】特許文献１のスラスト軸受構造を示す図である。
【図７】特許文献２の軸受装置の模式図である。
【図８】特許文献３の過給機の模式図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  電動過給機、１１  タービンインペラ、１２  回転軸、
１４  コンプレッサインペラ、１５  軸端ナット、
１６  ベアリングハウジング、１７  ラジアル軸受、
１８  タービンハウジング、１８ａ  スクロール室、１８ｂ  流路、
１９  ノズル翼、２０  コンプレッサハウジング、２０ａ  スクロール室、
２０ｂ  流路、２２  モータロータ、２４  モータステータ、
２６  固定隔壁、２８  油切り部材、２９  シール部材、
３０  スラスト軸受構造、３２  スラストカラー、
３４  タービン側スラスト軸受、３６  コンプレッサ側スラスト軸受、
３６ａ  油供給流路、４１  油溜り空間、４３  油排出路
４３ａ  開口、４５  油排出口
【図１】
2007297973.tif 000003
【図２】
2007297973.tif 000004
【図３】
2007297973.tif 000005
【図４】
2007297973.tif 000006
【図５】
2007297973.tif 000007
【図６】
2007297973.tif 000008
【図７】
2007297973.tif 000009
【図８】
2007297973.tif 000010