(57)【要約】遠心圧縮機は、ハウジングと、ハウジング内部で回転可能に設けられたインペラと、インペラに接続された回転軸と、ハウジング内で回転軸を支持するベアリング部材とを備え、ハウジングには、油が流通する油流通経路が形成され、油流通経路は、ベアリング部材に供給される潤滑油として油が流通する潤滑油経路と、インペラによって圧縮された流体と熱交換する冷却油として油が流通する冷却油経路とを含み、冷却油経路は、油がベアリング部材を経由しないで冷却油として冷却油経路に流入するように構成されている。
2020100251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジング内部で回転可能に設けられたインペラと、
前記インペラに接続された回転軸と、
前記ハウジング内で前記回転軸を支持するベアリング部材と
を備える遠心圧縮機であって、
前記ハウジングには、油が流通する油流通経路が形成され、
前記油流通経路は、
前記ベアリング部材に供給される潤滑油として前記油が流通する潤滑油経路と、
前記インペラによって圧縮された流体と熱交換する冷却油として前記油が流通する冷却油経路と
を含み、
前記冷却油経路は、前記油が前記ベアリング部材を経由しないで前記冷却油として前記冷却油経路に流入するように構成されている遠心圧縮機。
【請求項２】
前記冷却油経路を流通する前記冷却油の少なくとも一部が前記潤滑油として前記潤滑油経路に流入する、請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記冷却油経路を流通した後の前記冷却油の全てが前記潤滑油として前記潤滑油経路に流入する、請求項２に記載の遠心圧縮機。
【請求項４】
前記ベアリング部材はスラストベアリングを含み、
前記潤滑油経路は、前記スラストベアリングと前記冷却油経路とを連通する給油経路を含み、
前記冷却油経路を流通する前記冷却油の少なくとも一部が前記潤滑油として前記給油経路を介して前記スラストベアリングに供給される、請求項２に記載の遠心圧縮機。
【請求項５】
前記冷却油経路は、前記ベアリング部材よりも上流側で前記潤滑油経路に連通する連通経路を含み、
前記潤滑油経路を流通する前記潤滑油の一部が前記冷却油として前記連通経路を介して前記冷却油経路に流入する、請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項６】
前記ベアリング部材は、スラストベアリング及びジャーナルベアリングを含み、
前記潤滑油経路は、前記スラストベアリングに連通する第１分岐経路及び前記ジャーナルベアリングに連通する第２分岐経路を含み、
前記連通経路は、前記スラストベアリングよりも上流側で前記第１分岐経路に連通する、請求項５に記載の遠心圧縮機。
【請求項７】
前記冷却油経路は、前記冷却油が前記冷却油経路から流出する流出口を含み、
前記流出口は、前記冷却油経路において鉛直方向最下位置に存在する、請求項４〜６のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
【請求項８】
前記ハウジングは、前記インペラの背面側に位置するプレート部材を含み、
前記冷却油経路の少なくとも一部が前記プレート部材に形成されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
【請求項９】
前記冷却油経路をバイパスして前記潤滑油経路に連通するバイパス管路と、
前記油が前記冷却油経路をバイパスして前記バイパス管路を流通するように切り替える切換部材と
を備える、請求項３に記載の遠心圧縮機。
【請求項１０】
前記油が前記潤滑油として前記潤滑油経路を流通して循環する潤滑油循環システムと、
前記油が前記冷却油として前記冷却油経路を流通して循環する冷却油循環システムと
を備え、
前記潤滑油循環システムと前記冷却油循環システムとは互いに独立している、請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の遠心圧縮機を備えたターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、遠心圧縮機及びこの遠心圧縮機を備えたターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、遠心圧縮機で圧縮された流体は高温となる。ターボチャージャにおいて、遠心圧縮機で圧縮された高温の空気をそのままエンジンに供給すると、ノッキングやプレイグニッション等の異常が生じてエンジンの性能が低下するおそれがある。また、ＥＧＲ（排気ガス再循環）の導入やリーンバーン・ミラーサイクルの適用等のニーズの高まりから、ターボチャージャの遠心圧縮機からの吐出空気の温度は年々上昇する傾向がある。このため、ターボチャージャの遠心圧縮機において圧縮空気を冷却する技術の開発が行われている。例えば特許文献１には、遠心圧縮機のインペラの背面に位置するシールプレートの上部に対して軸受ハウジング側から冷却用の潤滑油を吹き付けることにより冷却を行うターボチャージャが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２４８７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のターボチャージャでは、潤滑油は、回転軸を回転自在に支持するベアリングを潤滑した後に、遠心圧縮機のインペラの背面に位置するシールプレートの上部に対して吹き付けられるので、ベアリングを潤滑する間に潤滑油は昇温してしまい、温度の高い潤滑油がシールプレートの上部に吹き付けられることになる。このため、遠心圧縮機からの吐出空気の温度が上昇する傾向にある昨今のターボチャージャでは、遠心圧縮機において圧縮空気を期待通りに冷却できない可能性があるといった問題点があった。【０００５】
上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、圧縮流体の冷却性能を向上した遠心圧縮機及びこの遠心圧縮機を備えた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】
【０００６】
（１）本発明の少なくとも１つの実施形態に係る遠心圧縮機は、
ハウジングと、
前記ハウジング内部で回転可能に設けられたインペラと、
前記インペラに接続された回転軸と、
前記ハウジング内で前記回転軸を支持するベアリング部材と
を備える遠心圧縮機であって、
前記ハウジングには、油が流通する油流通経路が形成され、
前記油流通経路は、
前記ベアリング部材に供給される潤滑油として前記油が流通する潤滑油経路と、
前記インペラによって圧縮された流体と熱交換する冷却油として前記油が流通する冷却油経路と
を含み、
前記冷却油経路は、前記油が前記ベアリング部材を経由しないで前記冷却油として前記冷却油経路に流入するように構成されている。【０００７】
上記（１）の構成によると、油がベアリング部材を経由しないで冷却油として冷却油経路に流入することにより、インペラによって圧縮された流体と熱交換する冷却油の温度は、ベアリング部材を経由した後に冷却油経路に流入する場合の冷却油の温度よりも低くなるので、遠心圧縮機における圧縮流体の冷却性能を向上することができる。【０００８】
（２）いくつかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記冷却油経路を流通する前記冷却油の少なくとも一部が前記潤滑油として前記潤滑油経路に流入する。
この構成によると、圧縮された流体と熱交換して温度が上昇した冷却油の少なくとも一部が潤滑油として潤滑油経路に流入する。温度が高いほど潤滑油の粘度が低下するので、潤滑油がベアリング部材を潤滑する際のメカロスを低減することができる。【０００９】
（３）いくつかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記冷却油経路を流通した後の前記冷却油の全てが前記潤滑油として前記潤滑油経路に流入する。
この構成によると、冷却油経路と潤滑油経路とが直列に連通していることにより、油流通経路の構成が単純になる。【００１０】
（４）いくつかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記ベアリング部材はスラストベアリングを含み、
前記潤滑油経路は、前記スラストベアリングと前記冷却油経路とを連通する給油経路を含み、
前記冷却油経路を流通する前記冷却油の少なくとも一部が前記潤滑油として前記給油経路を介して前記スラストベアリングに供給される。【００１１】
ベアリング部材がスラストベアリング及びジャーナルベアリングで構成される場合、遠心圧縮機が高速運転になるにつれて、軸損失全体に対するそれぞれのベアリングの損失割合は後者よりも前者の方が大きくなる。これに対し、上記（４）の構成によると、インペラによって圧縮された流体を冷却した後の高温の冷却油が潤滑油としてスラストベアリングに直接供給されるので、損失割合の大きいスラストベアリングにおける損失低減効果を高めることができ、その結果、軸損失全体の低減効果を高めることができる。【００１２】
（５）いくつかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記冷却油経路は、前記ベアリング部材よりも上流側で前記潤滑油経路に連通する連通経路を含み、
前記潤滑油経路を流通する前記潤滑油の一部が前記冷却油として前記連通経路を介して前記冷却油経路に流入する。【００１３】
上記（５）の構成によると、潤滑油経路を流通する潤滑油の一部がベアリング部材を経由しないで冷却油として冷却油経路に流入することにより、インペラによって圧縮された流体と熱交換する冷却油の温度は、ベアリング部材を経由した後に冷却油経路に流入する場合の冷却油の温度よりも低くなるので、遠心圧縮機における圧縮流体の冷却性能を向上することができる。【００１４】
（６）いくつかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記ベアリング部材は、スラストベアリング及びジャーナルベアリングを含み、
前記潤滑油経路は、前記スラストベアリングに連通する第１分岐経路及び前記ジャーナルベアリングに連通する第２分岐経路を含み、
前記連通経路は、前記スラストベアリングよりも上流側で前記第１分岐経路に連通する。【００１５】
ジャーナルベアリングは、スラストベアリングと異なり、回転軸の回転中は常に回転軸を支持するため、常に潤滑油による潤滑が必要である。これに対し、上記（６）の構成によると、潤滑油経路を流通する潤滑油のうち冷却油として冷却油経路に流入する潤滑油は、スラストベアリングに供給されるために第１分岐経路を流通する潤滑油の一部である。これにより、潤滑油経路を流通する潤滑油の一部が冷却油経路に流入したとしても、ジャーナルベアリングに供給されるために第２分岐経路を流通する潤滑油の流量に与える影響は小さいので、ジャーナルベアリングの潤滑に与える悪影響を低減することができる。【００１６】
（７）いくつかの実施形態では、上記（４）〜（６）のいずれかの構成において、
前記冷却油経路は、前記冷却油が前記冷却油経路から流出する流出口を含み、
前記流出口は、前記冷却油経路において鉛直方向最下位置に存在する。
この構成によると、冷却油経路を流通する冷却油は自重によって流出口を介して冷却油経路から排出されるので、冷却油の回収を容易に行うことができるようになる。【００１７】
（８）いくつかの実施形態では、上記（１）〜（７）のいずれかの構成において、
前記ハウジングは、前記インペラの背面側に位置するプレート部材を含み、
前記冷却油経路の少なくとも一部が前記プレート部材に形成されている。
この構成によると、インペラを効率的に冷却できるので、インペラの寿命を延ばすことができる。【００１８】
（９）いくつかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記冷却油経路をバイパスして前記潤滑油経路に連通するバイパス管路と、
前記油が前記冷却油経路をバイパスして前記バイパス管路を流通するように切り替える切換部材と
を備える。【００１９】
遠心圧縮機に流入する流体の温度が低いと、遠心圧縮機における圧縮流体の温度よりも冷却油の温度の方が高くなる場合があり、この場合には遠心圧縮機において冷却油との熱交換により圧縮流体が加熱されてしまう。しかし、上記（９）の構成によると、遠心圧縮機に流入する流体の温度が低い場合に、油が冷却油経路をバイパスして潤滑油として潤滑油経路に直接流入することにより、インペラによって圧縮された空気を油が加熱しないようになるので、遠心圧縮機からの吐出空気の温度を高めてしまうおそれを低減することができる。【００２０】
（１０）いくつかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記油が前記潤滑油として前記潤滑油経路を流通して循環する潤滑油循環システムと、
前記油が前記冷却油として前記冷却油経路を流通して循環する冷却油循環システムと
を備え、
前記潤滑油循環システムと前記冷却油循環システムとは互いに独立している。
この構成によると、冷却油としての油の循環と潤滑油としての油の循環とが互いに独立しているので、インペラによって圧縮された流体の冷却作用と、ベアリング部材の潤滑作用とを互いに対して影響を与えないで行うことができるようになる。【００２１】
（１１）本発明の少なくとも１つの実施形態に係るターボチャージャは、
上記（１）〜（１０）のいずれかの遠心圧縮機を備える。
この構成によると、油がベアリング部材を経由しないで冷却油として冷却油経路に流入することにより、インペラによって圧縮された流体と熱交換する冷却油の温度は、ベアリング部材を経由した後に冷却油経路に流入する場合の冷却油の温度よりも低くなるので、遠心圧縮機における圧縮流体の冷却性能を向上することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本開示の少なくとも１つの実施形態によれば、油がベアリング部材を経由しないで冷却油として冷却油経路に流入することにより、インペラによって圧縮された流体と熱交換する冷却油の温度は、ベアリング部材を経由した後に冷却油経路に流入する場合の冷却油の温度よりも低くなるので、遠心圧縮機における圧縮流体の冷却性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本開示の実施形態１に係るターボチャージャの断面図である。
【図２】本開示の実施形態１に係るターボチャージャの変形例の断面図である。
【図３】本開示の実施形態１に係るターボチャージャの別の変形例における油の循環経路を模式的に示す図である。
【図４】本開示の実施形態２に係るターボチャージャの断面図である。
【図５】本開示の実施形態２に係るターボチャージャの変形例における冷却油経路の環状部分の構成を模式的に示す図である。
【図６】本開示の実施形態３に係るターボチャージャの断面図である。
【図７】本開示の実施形態３に係るターボチャージャの変形例における冷却油経路の環状部分の構成を模式的に示す図である。
【図８】本開示の実施形態３に係るターボチャージャの別の変形例における潤滑油循環システム及び冷却油循環システムの構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２５】
以下に示す本開示のいくつかの実施形態に係る遠心圧縮機を、ターボチャージャの遠心圧縮機を例にして説明する。ただし、本開示における遠心圧縮機は、ターボチャージャの遠心圧縮機に限定するものではなく、単独で動作する任意の遠心圧縮機であってもよい。以下の説明において、この圧縮機によって圧縮される流体は空気であるが、任意の流体に置き換えることが可能である。
【００２６】
（実施形態１）
図１に示されるように、本開示の実施形態１に係るターボチャージャ１は、タービン２と遠心圧縮機３とを備えている。タービン２は、ハウジング２０と、ハウジング２０の内部で回転可能に設けられたインペラ２１とを備えている。
【００２７】
遠心圧縮機３は、ハウジング３０と、ハウジング３０の内部で回転可能に設けられたインペラ３１と、インペラ３１に一端が接続された回転軸３２と、ハウジング３０内で回転軸３２を支持するベアリング部材３３とを備えている。ベアリング部材３３は、回転軸３２をその軸方向に支持するスラストベアリング３４と、回転軸３２をその軸方向に対して垂直な方向に支持するジャーナルベアリング３５とを含んでいる。回転軸３２の他端はタービン２のインペラ２１に接続されている。この構成により、インペラ２１が回転すると、その回転が回転軸３２を介してインペラ３１に伝達されてインペラ３１が回転するようになっている。
【００２８】
ハウジング３０には、空気が流入する流入通路３６と、インペラ３１の吐出側に位置するディフューザ通路３７及びスクロール通路３８とが形成されている。また、ハウジング３０には、油が流通する油流通経路４が形成されている。油流通経路４は、ベアリング部材３３に供給される潤滑油として油が流通する潤滑油経路４０と、スクロール通路３８の周方向内側でインペラ３１の周囲を取り囲むように形成された冷却油経路５０とを含んでいる。冷却油経路５０がハウジング３０においてこのような位置に形成されることにより、冷却油経路５０内を冷却油として流通する油は、インペラ３１によって圧縮された空気と熱交換するようになっている。
【００２９】
潤滑油経路４０の一端はハウジング３０に開口し、その開口は、油が潤滑油として流入する流入口４１を構成する。潤滑油経路４０は流入口４１からハウジング３０内を延び、途中で第１分岐経路４２と第２分岐経路４３とに分岐している。第１分岐経路４２はスラストベアリング３４に連通し、第２分岐経路４３はジャーナルベアリング３５に連通している。スラストベアリング３４及びジャーナルベアリング３５のそれぞれよりも下流側の潤滑油経路４０は図１に図示されていないが、油の供給源（図１には図示されていないが図３に模式的に図示されている）に接続されている。
【００３０】
冷却油経路５０はその一端が、油の供給源に接続されている。冷却油経路５０は、一端が当該供給源に連通するとともにスクロール通路３８の周方向内側でインペラ３１の周囲を取り囲む環状部分５１と、スクロール通路３８の軸方向に対して垂直な方向にスクロール通路３８の周囲を取り囲むように環状部分５１の他端から延びる連通部分５２とを含んでいる。連通部分５２は、環状部分５１と接続する端部とは反対側の端部がハウジング３０に開口し、その開口は、冷却油としての油が冷却油経路５０から流出する流出口５３を構成する。
【００３１】
ハウジング３０の外部において、流出口５３と流入口４１とは接続配管１０を介して接続されている。この接続配管１０により、冷却油経路５０と潤滑油経路４０とが互いに直列に接続されている。この構成により、ハウジング３０内に形成される油流通経路４の構成を単純にすることができる。尚、ハウジング３０の外部に位置する接続配管１０を使用せずに、ハウジング３０の内部で冷却油経路５０と潤滑油経路４０とを互いに直列に接続してもよい。
【００３２】
次に、本開示の実施形態１に係るターボチャージャ１の動作を図１に基づいて説明する。図示しないエンジンから排出された排ガスがタービン２に流入し、インペラ２１を回転させる。インペラ２１が回転すると、その回転が回転軸３２を介してインペラ３１に伝達されてインペラ３１が回転する。流入通路３６を介して遠心圧縮機３に流入した空気は、インペラ３１の回転によって圧縮され、ディフューザ通路３７を介してスクロール通路３８に流入する。スクロール通路３８に流入した圧縮空気は、スクロール通路３８を流通した後、遠心圧縮機３から吐出される。遠心圧縮機３からの吐出空気は、当該エンジンに吸気として吸入される。
【００３３】
遠心圧縮機３においてインペラ３１によって圧縮された空気は、圧力が上昇するだけではなく温度も上昇する。遠心圧縮機３からの吐出空気の温度があまりにも高いと、エンジン性能を低下させるおそれがある。しかし、このターボチャージャ１では、以下で説明する動作によって、インペラ３１によって圧縮された空気が冷却されるので、遠心圧縮機３からの吐出空気の温度の上昇を抑制することができる。
【００３４】
ターボチャージャ１の稼働中、油の供給源から冷却油経路５０に油が供給されて、油は冷却油として冷却油経路５０の環状部分５１を流通する。環状部分５１を流通する冷却油は、インペラ３１によって圧縮されている空気と、ディフューザ通路３７を流通する空気と、スクロール通路３８を流通する空気とのそれぞれと熱交換する。すなわち、遠心圧縮機３に流入した空気は、インペラ３１によって圧縮されてディフューザ通路３７及びスクロール通路３８を流通する間に冷却油によって冷却されるので、このような冷却動作がない場合に比べて、遠心圧縮機３からの吐出空気の温度の上昇が抑制される。
【００３５】
遠心圧縮機３内の空気と熱交換した冷却油としての油は、環状部分５１から連通部分５２に流入し連通部分５２を流通した後、流出口５３を介して接続配管１０に流入し接続配管１０を流通する。接続配管１０を流通した油は、流入口４１を介して潤滑油として潤滑油経路４０に流入する。潤滑油経路４０に流入した潤滑油は、潤滑油経路４０を流通して第１分岐経路４２及び第２分岐経路４３のそれぞれに分岐する。第１分岐経路４２を流通する潤滑油はスラストベアリング３４に供給されてスラストベアリング３４を潤滑し、第２分岐経路４３を流通する潤滑油はジャーナルベアリング３５に供給されてジャーナルベアリング３５を潤滑する。スラストベアリング３４及びジャーナルベアリング３５のそれぞれを潤滑した潤滑油は、ハウジング３０から流出した後、油の供給源に戻る。
【００３６】
遠心圧縮機３において圧縮空気と熱交換した冷却油は、圧縮空気を冷却する一方でそれ自身は昇温する。このため、冷却油として冷却油経路５０を流通した後に潤滑油として潤滑油経路４０に流入する油は、油の供給源から潤滑油経路４０に直接流入する場合に比べて、温度が高い。一般に、温度が高いほど潤滑油の粘度が低下するので、この実施形態１に係る遠心圧縮機３では、潤滑油がベアリング部材３３を潤滑する際のメカロスを低減することができる。
【００３７】
上述したように、このターボチャージャ１では、油の供給源から油が冷却油として冷却油経路５０に直接流入する。仮に、油の供給源から潤滑油経路４０に直接流入し、ベアリング部材３３を潤滑した潤滑油が冷却油経路５０に冷却油として流入した場合には、上述した動作に比べて、冷却油経路５０を流通する冷却油の温度が高くなるため、遠心圧縮機３における圧縮空気の冷却性能は低下する。したがって、この実施形態１に係るターボチャージャ１では、油がベアリング部材３３を経由しないで冷却油として冷却油経路５０に流入することにより、インペラ３１によって圧縮された空気と熱交換する冷却油の温度は、ベアリング部材３３を経由した後に冷却油経路５０に流入する場合の冷却油の温度よりも低くなるので、遠心圧縮機３における圧縮空気の冷却性能を向上することができる。
【００３８】
実施形態１では、冷却油経路５０は、スクロール通路３８の周方向内側でインペラ３１の周囲を取り囲む環状部分５１を有していたが、環状部分５１に代えて、又は図２に示されるように、環状部分５１に加えて、インペラ３１の背面側でインペラ３１に面するように位置するプレート部材５にも、冷却油が流通する第２環状部分５４が回転軸３２の周囲を取り囲むように形成されてもよい。尚、プレート部材５はハウジング３０の一部である。
【００３９】
環状部分５１及び第２環状部分５４の両方が形成される場合、環状部分５１と第２環状部分５４とを互いに連通するように形成すれば、油の供給源から冷却油経路５０に供給された油は、冷却油として環状部分５１及び第２環状部分５４の両方を流通した後、連通部分５２を流通して流出口５３を介して冷却油経路５０から流出する。遠心圧縮機３の稼働中、インペラ３１は、回転時の摩擦による発熱や圧縮された空気の熱によって高温となるが、冷却油が第２環状部分５４を流通する間、冷却油はインペラ３１と熱交換することによりインペラ３１を冷却することができる。その結果、インペラ３１を効率的に冷却できるので、インペラ３１の寿命を延ばすことができる。尚、インペラ３１が冷却されれば、インペラ３１によって圧縮される空気も冷却されることとなる。すなわち、第２環状部分５４を流通する冷却油は、インペラ３１を介して、インペラ３１によって圧縮される空気と間接的に熱交換することとなる。
【００４０】
実施形態１では、油の供給源から常に冷却油経路５０に供給されていたが、この形態に限定するものではない。図３に模式的に示されるように、油の供給源６０から冷却油経路５０の一端までを接続する油供給管路６１からバイパス管路６２を分岐させ、バイパス管路６２を接続配管１０に接続させ、油供給管路６１からバイパス管路６２が分岐する位置に三方弁６３（切換部材）を設けてもよい。尚、油の供給源６０から冷却油経路５０に油を供給するために、油供給管路６１に給油ポンプ６４を設けてもよい。この構成では、三方弁６３によって、油供給管路６１を流通する油が冷却油経路５０をバイパスして接続配管１０及び潤滑油経路を順次流通するようにできる。
【００４１】
遠心圧縮機３（図１参照）に流入する空気の温度が低いと、遠心圧縮機３における圧縮空気の温度よりも冷却油の温度の方が高くなる場合があり、この場合には冷却油との熱交換により圧縮空気が加熱されてしまう。しかし、図３に示される構成では、遠心圧縮機３に流入する空気の温度が低い場合に、油が冷却油経路５０をバイパスして潤滑油として潤滑油経路４０に直接流入することにより、インペラ３１（図１参照）によって圧縮された空気を油が加熱しないようになるので、遠心圧縮機３における圧縮空気の温度を高めてしまうおそれを低減することができる。
【００４２】
（実施形態２）
次に、実施形態２に係るターボチャージャについて説明する。実施形態２に係るターボチャージャは、実施形態１に対して、油流通経路４の構成を変更したものである。尚、実施形態２において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４３】
図４に示されるように、本開示の実施形態２に係るターボチャージャ１では、油の供給源６０（図３参照）から潤滑油経路４０に潤滑油として油が直接供給されるように構成されている。冷却油経路５０は、実施形態１に係るターボチャージャ１の連通部分５２の代わりに、スクロール通路３８の軸方向に対して垂直な方向にスクロール通路３８の周囲を取り囲むように形成された連通経路５５を含んでおり、連通経路５５は、一端が環状部分５１に連通するとともに他端がスラストベアリング３４よりも上流側で潤滑油経路４０の第１分岐経路４２に連通するように構成されている。その他の構成は実施形態１と同じである。
【００４４】
本開示の実施形態２に係るターボチャージャ１では、油の供給源６０から流入口４１を介して潤滑油経路４０に潤滑油として油が供給され、潤滑油経路４０を流通する潤滑油は第１分岐経路４２と第２分岐経路４３とに分岐される。第２分岐経路４３を流通する潤滑油はジャーナルベアリング３５に供給され、ジャーナルベアリング３５を潤滑した後、油の供給源６０に戻る。一方、第１分岐経路４２を流通する潤滑油は、その一部がスラストベアリング３４に供給され、スラストベアリング３４を潤滑した後、油の供給源６０に戻る。
【００４５】
第１分岐経路４２を流通する残りの潤滑油は、冷却油として連通経路５５に流入する。連通経路５５に流入した冷却油は、連通経路５５を流通する間に、スクロール通路３８を流通する空気と熱交換し、空気を冷却する。連通経路５５を流通する冷却油はその後、環状部分５１に流入し、環状部分５１を流通する間、実施形態１と同じように、インペラ３１によって圧縮されている空気と、ディフューザ通路３７を流通する空気と、スクロール通路３８を流通する空気とのそれぞれと熱交換する。環状部分５１から流出した冷却油は、油の供給源６０に戻る。
【００４６】
本開示の実施形態２に係るターボチャージャ１では、潤滑油経路４０を流通する潤滑油の一部がベアリング部材３３を経由しないで冷却油として冷却油経路５０に流入することにより、実施形態１と同様に、インペラ３１によって圧縮された空気と熱交換する冷却油の温度は、ベアリング部材３３を経由した後に冷却油経路５０に流入する場合の冷却油の温度よりも低くなるので、遠心圧縮機３における圧縮空気の冷却性能を向上することができる。
【００４７】
また、ターボチャージャ１において、ジャーナルベアリング３５は、スラストベアリング３４と異なり、回転軸３２の回転中は常に回転軸３２を支持するため、常に潤滑油による潤滑が必要である。これに対し、本開示の実施形態２に係るターボチャージャ１では、潤滑油経路４０を流通する潤滑油のうち冷却油として冷却油経路５０に流入する潤滑油は、スラストベアリング３４に供給されるために第１分岐経路４２を流通する潤滑油の一部である。これにより、潤滑油経路４０を流通する潤滑油の一部が冷却油経路５０に流入したとしても、ジャーナルベアリング３５に供給されるために第２分岐経路４３を流通する潤滑油の流量に与える影響は小さいので、ジャーナルベアリング３５の潤滑に与える悪影響を低減することができる。
【００４８】
実施形態２では、図５に示されるように、冷却油経路５０の環状部分５１は、冷却油が環状部分５１からハウジング３０（図４参照）の外部へ流出するための流出口５１ａを含み、流出口５１ａは、環状部分５１において鉛直方向最下位置に存在するように構成してもよい。この構成によると、冷却油経路５０を流通する冷却油は自重によって流出口５１ａを介して冷却油経路５０から排出されるので、冷却油の回収を容易に行うことができるようになる。流出口５１ａを介して冷却油経路５０から排出された油は、例えば図示しないオイルパンによって回収され、オイルパンから油の供給源６０へポンプ等で戻すことができる。また、この構成では、冷却油が環状部分５１内をできるだけ偏りなく流通するために、連通経路５５を環状部分５１の鉛直方向最上位置で環状部分５１に接続させることが好ましい。
【００４９】
実施形態２では、図４に示されるように、連通経路５５が第１分岐経路４２と環状部分５１とを連通するように連通経路５５を形成していたが、この形態に限定するものではない。連通経路５５が第２分岐経路４３と環状部分５１とを連通するように連通経路５５を形成してよいし、第１分岐経路４２と第２分岐経路４３とに分岐する部分よりも上流側で潤滑油経路４０と環状部分５１とを連通するように連通経路５５を形成してよい。さらに、実施形態２において、冷却油経路５０が第２環状部分５４（図２参照）を含む場合には、連通経路５５が第２分岐経路４３と第２環状部分５４とを連通するように連通経路５５を形成してもよい。
【００５０】
（実施形態３）
次に、実施形態３に係るターボチャージャについて説明する。実施形態３に係るターボチャージャは、実施形態１に対して、油流通経路４の構成を変更したものである。尚、実施形態３において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５１】
図６に示されるように、本開示の実施形態３に係るターボチャージャ１では、油の供給源６０（図３参照）から潤滑油経路４０及び冷却油経路５０のそれぞれに潤滑油及び冷却油として油が直接供給されるように構成されている。潤滑油経路４０は、途中で２つの分岐経路に分岐されておらず、ジャーナルベアリング３５のみに連通するように構成されている。潤滑油経路４０は、スラストベアリング３４に潤滑油を給油するための経路として、一端がスラストベアリング３４に連通するとともに他端が冷却油経路５０の環状部分５１に連通する給油経路４４を含んでいる。給油経路４４は、ハウジング３０内において、スクロール通路３８の軸方向に対して垂直な方向にスクロール通路３８の周囲を取り囲むように延びている。尚、図２に示されるようにプレート部材５に第２環状部分５４が形成されている場合には、給油経路４４は一端がスラストベアリング３４に連通するとともに他端が第２環状部分５４に連通するように構成されてもよい。その他の構成は実施形態１と同じである。
【００５２】
本開示の実施形態３に係るターボチャージャ１では、油の供給源６０から流入口４１を介して潤滑油経路４０に潤滑油として油が供給される。潤滑油経路４０を流通する潤滑油は、ジャーナルベアリング３５に供給され、ジャーナルベアリング３５を潤滑した後、油の供給源６０に戻る。
【００５３】
また、油の供給源６０から、冷却油経路５０の環状部分５１に冷却油として油が供給される。環状部分５１を流通する冷却油は、実施形態１と同じように、インペラ３１によって圧縮されている空気と、ディフューザ通路３７を流通する空気と、スクロール通路３８を流通する空気とのそれぞれと熱交換する。
【００５４】
この実施形態３に係るターボチャージャ１でも実施形態１と同様に、潤滑油経路４０を流通しない油が冷却油として冷却油経路５０に流入することにより、インペラ３１によって圧縮された空気と熱交換する冷却油の温度は、ベアリング部材３３を経由した後に冷却油経路５０に流入する場合の冷却油の温度よりも低くなるので、遠心圧縮機３における圧縮空気の冷却性能を向上することができる。
【００５５】
環状部分５１を流通した冷却油は、潤滑油として潤滑油経路４０の給油経路４４に流入する。給油経路４４に流入した潤滑油は、給油経路４４を流通することによってスラストベアリング３４に供給され、スラストベアリング３４を潤滑した後、油の供給源６０に戻る。この実施形態３では実施形態１と異なり、冷却油経路５０を流通した冷却油が潤滑油として潤滑油経路４０に流入した後、スラストベアリング３４及びジャーナルベアリング３５のそれぞれを潤滑するように分岐されるのではなく、冷却油経路５０を流通した冷却油の全量が潤滑油として潤滑油経路４０の給油経路４４を流通してスラストベアリング３４に供給される。
【００５６】
この実施形態３に係るターボチャージャ１のようにベアリング部材３３がスラストベアリング３４及びジャーナルベアリング３５で構成される場合、遠心圧縮機３が高速運転になるにつれて、軸損失全体に対するそれぞれのベアリングの損失割合は後者よりも前者の方が大きくなる。これに対し、この実施形態３に係るターボチャージャ１では、インペラ３１によって圧縮された空気を冷却した後の高温の冷却油、すなわち粘度の低い冷却油が潤滑油としてスラストベアリング３４に直接供給されるので、損失割合の大きいスラストベアリング３４における損失低減効果を高めることができ、その結果、軸損失全体の低減効果を高めることができる。
【００５７】
この実施形態３では、冷却油経路５０を流通した冷却油の全量がスラストベアリング３４に供給されるために、図７（ａ）に示されるように、油の供給源６０から環状部分５１の一端５１ｂを介して環状部分５１に冷却油として油を供給するとともに環状部分５１の他端５１ｃに給油経路４４の一端が接続されるように構成することができる。
【００５８】
この実施形態３では、冷却油経路５０を流通した冷却油の一部がスラストベアリング３４に供給されるようにしてもよい。このようにするために、図７（ｂ）に示されるように、環状部分５１の鉛直方向最上位置に設けられた流入口５１ｄを介して油の供給源６０から環状部分５１に冷却油として油を供給するとともに流入口５１ｄと流出口５１ａとの間に設けられた採取口５１ｅに給油経路４４の一端が接続されるように構成することができる。この場合、流出口５１ａが環状部分５１において鉛直方向最下位置に存在するように構成することにより、実施形態２と同様に、冷却油の回収を容易に行うことができるようになる。
【００５９】
この実施形態３では、油の供給源６０から潤滑油経路４０及び冷却油経路５０のそれぞれに潤滑油及び冷却油として油が直接供給されるように構成されていたが、図８に示されるように、油の供給源６０を、２つの油の供給源６０ａ及び６０ｂの２つに分割し、油の供給源６０ａからは給油ポンプ６４ａによって潤滑油経路４０に油を供給するように構成し、油の供給源６０ｂからは給油ポンプ６４ｂによって冷却油経路５０に油を供給するように構成してもよい。すなわち、潤滑油経路４０に油を供給するために、油の供給源６０ａ及び給油ポンプ６４ａを備える潤滑油循環システム７０と、冷却油経路５０に油を供給するために、油の供給源６０ｂ及び給油ポンプ６４ｂを備える冷却油循環システム８０とを設けてもよい。このような構成では、潤滑油循環システム７０と冷却油循環システム８０とは互いに独立している。
【符号の説明】
【００６０】
１  ターボチャージャ
２  タービン
３  遠心圧縮機
４  油流通経路
５  プレート部材
１０  接続配管
２０  ハウジング
２１  インペラ
３０  ハウジング
３１  インペラ
３２  回転軸
３３  ベアリング部材
３４  スラストベアリング
３５  ジャーナルベアリング
３６  流入通路
３７  ディフューザ通路
３８  スクロール通路
４０  潤滑油経路
４１  流入口
４２  第１分岐経路
４３  第２分岐経路
４４  給油経路
５０  冷却油経路
５１  環状部分
５１ａ  流出口
５１ｂ  （環状部分の）一端
５１ｃ  （環状部分の）他端
５１ｄ  流入口
５１ｅ  採取口
５２  連通部分
５３  流出口
５４  第２環状部分
５５  連通経路
６０  油の供給源
６０ａ  油の供給源
６０ｂ  油の供給源
６１  油供給管路
６２  バイパス管路
６３  三方弁（切換部材）
６４  給油ポンプ
６４ａ  給油ポンプ
６４ｂ  給油ポンプ
７０  潤滑油循環システム
８０  冷却油循環システム
【図１】
2020100251.tif 000003
【図２】
2020100251.tif 000004
【図３】
2020100251.tif 000005
【図４】
2020100251.tif 000006
【図５】
2020100251.tif 000007
【図６】
2020100251.tif 000008
【図７】
2020100251.tif 000009
【図８】
2020100251.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和3年1月28日(2021.1.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジング内部で回転可能に設けられたインペラと、
前記インペラに接続された回転軸と、
前記ハウジング内で前記回転軸を支持するベアリング部材と
を備える遠心圧縮機であって、
前記ハウジングには、油が流通する油流通経路が形成され、
前記油流通経路は、
前記ベアリング部材に供給される潤滑油として前記油が流通する潤滑油経路と、
前記インペラによって圧縮された流体と熱交換する冷却油として前記油が流通する冷却油経路と
を含み、
前記冷却油経路は、前記油が前記ベアリング部材を経由しないで前記冷却油として前記冷却油経路に流入するように構成され、
前記冷却油経路を流通した後の前記冷却油の全てが前記潤滑油として前記潤滑油経路に流入する遠心圧縮機。
【請求項２】
前記ベアリング部材はスラストベアリングを含み、
前記潤滑油経路は、前記スラストベアリングと前記冷却油経路とを連通する給油経路を含み、
前記冷却油経路を流通する前記冷却油の全てが前記潤滑油として前記給油経路を介して前記スラストベアリングに供給される、請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記冷却油経路は、前記冷却油が前記冷却油経路から流出する流出口を含み、
前記流出口は、前記冷却油経路において鉛直方向最下位置に存在する、請求項２に記載の遠心圧縮機。
【請求項４】
前記ハウジングは、前記インペラの背面側に位置するプレート部材を含み、
前記冷却油経路の少なくとも一部が前記プレート部材に形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
【請求項５】
前記冷却油経路をバイパスして前記潤滑油経路に連通するバイパス管路と、
前記油が前記冷却油経路をバイパスして前記バイパス管路を流通するように切り替える切換部材と
を備える、請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の遠心圧縮機を備えたターボチャージャ。
【国際調査報告】
2020100251.tif 000011
2020100251.tif 000012
2020100251.tif 000013
2020100251.tif 000014