JP7139055B2

JP7139055B2 - 排気ターボ過給機の軸受の構造

Info

Publication number: JP7139055B2
Application number: JP2018183929A
Authority: JP
Inventors: 真人澤下
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2022-09-20
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: JP2020051393A

Description

本発明は、内燃機関に付帯する排気ターボ過給機の軸受の構造に関する。

内燃機関の気筒から排出される排気ガスの持つエネルギを利用してタービンホイール（または、インペラ）を回転させ、その回転をコンプレッサホイール（インペラ）に伝達し、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒へと送り込む排気ターボ過給機が周知である。

タービンホイールとコンプレッサホイールとを繋ぐシャフトをベアリングハウジング（または、センターハウジング）において軸受するために、セミフローティングベアリングを採用することが少なくない。セミフローティングベアリングでは、シャフトを挿通する筒状のベアリングメタルをハウジング内に形成した軸受孔に配置し、かつこのベアリングメタルの軸方向に沿った変位及び軸回りの回転を制止するべく、ハウジング及びベアリングメタルの双方を貫くピンを圧入する（例えば、下記特許文献を参照）。

軸受孔には、潤滑油を供給する。この潤滑油は、軸受孔の内周とベアリングメタルの外周との間隙、並びに、ベアリングメタルの内周とシャフトの外周との間隙に供給され、それらの潤滑を行う。

潤滑を終えた潤滑油は、軸受孔から排出され、潤滑油を集合させて流下させるドレンへと向かう。このときに、潤滑油がドレンの傾斜した壁面に勢いよく衝突することで、気泡が多く潤滑油に混入する問題が生じる。また、ドレンの一方側の壁面に衝突して跳ね返る潤滑油の流れと、他方側の壁面に衝突して跳ね返る潤滑油の流れとが干渉して、潤滑油の流下を妨げることがある。

国際公開第２０１７／０６９０２５号

本発明は、排気ターボ過給機の軸受に供給した潤滑油を適切に排出できるようにすることを所期の目的としている。

本発明は、排気ターボ過給機のタービンホイールとコンプレッサホイールとを繋ぐシャフトをベアリングハウジングにおいて軸受する構造に係り、前記シャフト及びこれを挿通するベアリングメタルを挿入する軸受孔を包有し、当該軸受孔に潤滑油が供給されるとともに、その周壁に、潤滑に供された潤滑油を集合させて流下させるドレンにおける鉛直方向に対して傾倒した壁面に衝突しない方向を指向する潤滑油排出路が穿たれた軸受部が設けられており、前記軸受部の周壁の外周面に形成された前記潤滑油排出路の開口の、前記壁面に近い側に、下方に延びる側壁部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、排気ターボ過給機の軸受に供給した潤滑油を適切に排出することができる。

本発明の一実施形態における排気ターボ過給機の構造を示す断面図。同実施形態の排気ターボ過給機の軸受の構造を示す拡大断面図。同実施形態の排気ターボ過給機の軸受から排出される潤滑油の流れを示す拡大断面図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における排気ターボ過給機の全体構造を示している。本実施形態の排気ターボ過給機は、ハウジング（または、ケーシング）をアルミニウム合金を材料とした、水冷方式の過給機である。

ハウジングは、ベアリングハウジング（センターハウジング）２、タービンハウジング１及びコンプレッサハウジング３を備える。本実施形態にあって、ベアリングハウジング２とコンプレッサハウジング３とは別個の部材であるが、ベアリングハウジング２とタービンハウジング１とは一体に成形している。

ベアリングハウジング２には、軸受孔２２を包有する軸受部２１を形成し、この軸受孔２２にセミフローティングベアリングを設けて、タービンホイール（インペラ）４とコンプレッサホイール（インペラ）５とを繋ぐ回転軸となるシャフト６を回転自在に軸受する。タービンホイール４はタービンハウジング１内に、コンプレッサホイール５はコンプレッサハウジング３内に、それぞれ収容する。

コンプレッサハウジング３には、吸気口３１が開口している。また、ベアリングハウジング２とコンプレッサハウジング３とを締結することにより、両者の間にディフューザ流路３２を形成する。ディフューザ流路３２は、吸気口３１から取り入れる空気を昇圧する。ディフューザ流路３２は、シャフト６の軸方向と直交する径方向の内側から外側に向かって環状をなし、その内側端がコンプレッサホイール５を介して吸気口３１に連通している。

加えて、コンプレッサハウジング３に、コンプレッサスクロール流路３３を設けている。コンプレッサスクロール流路３３は、ディフューザ流路３２よりも径方向の外側にあって環状をなしている。コンプレッサスクロール流路３３は、ディフューザ流路３２、及び内燃機関の気筒に連なる吸気通路に連通する。

コンプレッサホイール５が回転すると、吸気口３１からコンプレッサハウジング３内に空気が吸引される。その空気は、コンプレッサホイール５の翼間を流通する過程で、遠心力の作用により増速される。増速された空気は、ディフューザ流路３２及びコンプレッサスクロール流路３３で昇圧されて、内燃機関の吸気通路に導かれる。

タービンハウジング１には、排気口１１が開口している。また、タービンハウジング１には、排気流路１２及びタービンスクロール流路１３を形成している。タービンスクロール流路１３は、排気流路１２よりも径方向の外側にあって環状をなしている。タービンスクロール流路１３は、排気流路１２、及び内燃機関の気筒に連なる排気通路に連通する。

内燃機関の気筒から排出され、タービンスクロール流路１３に導かれた排気ガスは、排気流路１２及びタービンホイール４を介して排気口１１へと至る。その排気は、タービンホイール４の翼間を流通する過程で、タービンホイール４を回転させる。タービンホイール４の回転力は、シャフト６及びコンプレッサホイール５に伝達され、これらを回転させる。結果として、吸入空気がコンプレッサホイール５の回転力により昇圧された過給気となって、内燃機関の気筒に供給される。

図２に、本実施形態における排気ターボ過給機の軸受の構造を示している。ベアリングハウジング２には、セミフローティングベアリングに潤滑油を供給するための給油路２３を開設している。給油路２３は、同じくベアリングハウジング２に形成した軸受孔２２に連通しており、潤滑油が給油路２３から軸受孔２２に流入する。

セミフローティングベアリングの要素となるベアリングメタル７は、その内にシャフト６を挿通することのできる筒状をなす。ベアリングメタル７の内周面には、シャフト６の外周面に極近接する複数の軸受面７１を形成してある。それらの軸受面７１は、軸方向に沿って互いに離隔している。ベアリングメタル７の周壁における、給油路２３に臨む所定箇所には、当該周壁を径方向に沿って貫通する油孔７２を穿っている。給油路２３から軸受孔２２に供給された潤滑油の一部は、油孔７２を通じてベアリングメタル７の内空に流入し、シャフト６の外周面とベアリングメタル７の軸受面７１との間隙に入り込む。そして、その潤滑油の油膜圧力によってシャフト６を軸支する。

ベアリングメタル７の外周面には、軸受部２１の軸受孔２２の内周面に極近接する複数のダンパ面７３を形成してある。それらのダンパ面７３は、軸方向に沿って互いに離隔している。給油路２３から軸受孔２２に供給された潤滑油の一部は、ベアリングメタル７のダンパ面７３と軸受孔２２の内周面との間隙に入り込む。そして、その潤滑油の油膜圧力によってシャフト６の振動を抑制する。

シャフト６における、コンプレッサホイール５とベアリングメタル７との間の部位には、油切り部材６１を設けている。油切り部材６１は、シャフト６に固定しており、シャフト６と一体となって回転する。油切り部材６１のベアリングメタル７に近い側端部の外周には、軸回りに一周連続し径方向の内側に凹んだ環状溝６１１を形成し、さらにその環状溝６１１のコンプレッサホイール５側に隣接する箇所に、軸回りに一周連続し径方向の外側に張り出した鍔部６１２を設けている。図３に矢印Ｏ３、Ｏ４により模式的に表しているように、油切り部材６１は、シャフト６を伝ってコンプレッサホイール５側に向かおうとする潤滑油を、遠心力によって径方向の外側に向かって放射状に飛散させる。これにより、潤滑油がシールリング３４を越えて漏出することを抑制する。

シャフト６における、タービンホイール４とベアリングメタル７との間の部位には、軸回りに一周連続し径方向の外側に張り出した傘状部６２を設けている。傘状部６２もまた、シャフト６と一体となって回転する。図３に矢印Ｏ２、Ｏ５により模式的に表しているように、この傘状部６２は、シャフト６を伝ってタービンホイール４側に向かおうとする潤滑油を遠心力によって径方向の外側に向かって放射状に飛散させる。これにより、潤滑油がシールリング１４を越えて漏出することを抑制する。

ベアリングメタル７のコンプレッサホイール５側の端面７５とこれに面する油切り部材６１との間隙、並びに、ベアリングメタル７のタービンホイール４側の端面７６とこれに面する傘状部６２との間隙にはそれぞれ、軸受孔２２に供給された潤滑油が入り込む。そして、その潤滑油の油膜圧力によって軸方向に変位しようとするシャフト６を支持する。ベアリングメタル７の端面７５、７６は、油切り部材６１及び傘状部６２からスラスト荷重を受ける。

図２及び図３に示しているように、軸受部２１の周壁には、これを貫通する潤滑油排出路２５を穿っている。潤滑油排出路２５は、軸受孔２２に供給されて潤滑を終えた潤滑油をドレン２６に向けて排出する役割を担う。軸受部２１の周壁の内周面即ち軸受孔２２側に開口する潤滑油排出路２５の開口箇所は、ベアリングメタルのコンプレッサホイール側５の端面７５よりもコンプレッサホイール５寄り、ちょうど油切り部材６１の直下に位置する。軸受部２１の周壁の外周面に開口する潤滑油排出路２５の開口箇所は、内周面の開口箇所よりも多少タービンホイール４寄りに偏倚している。

従って、潤滑油排出路２５の延伸方向は、鉛直方向に対して幾分傾いている。しかもその延伸方向、即ち図３に矢印Ｏ１により模式的に表しているように、当該潤滑油排出路２５を通じて軸受孔２２から排出される潤滑油が指向する方向は、ドレン２６における鉛直方向に対して傾倒した壁面２６１に衝突しないようこれを回避する方向となっている。また、図２及び図３に示すように、軸受部２１における、潤滑油排出路２５の開口の、壁面２６１に近い側に、下方に延びる側壁部２１１を設けている。

潤滑油排出路２５は、複数開設してもよい。本実施形態では、図２及び図３の紙面に対して直交する法線方向に沿って複数本（例えば、二本）の潤滑油排出路２５を配列することを想定している。それら潤滑油排出路２５は、互いに略平行となっている。

図２に示しているように、ベアリングメタル７の周壁における所定箇所には、ピン孔７４を穿っている。ピン孔７４は、少なくともベアリングメタル７の外周面に開口する。本実施形態では、ピン孔７４をベアリングメタル７の周壁を径方向に沿って貫通する貫通孔としており、ピン孔７４はベアリングメタル７の内周面にも開口する。

ベアリングハウジング２の軸受部２１の周壁における、ベアリングメタル７のピン孔７４に臨む所定箇所には、当該周壁を径方向に沿って貫通する貫通孔２４を穿っている。この貫通孔２４は、軸受部２１の周壁の外周面に開口する外方領域２４２の内径が、軸受部２１の周壁の内周面即ち軸受孔２２側に開口する内方領域２４１の内径よりも大きくなっており、内方領域２４１と外方領域２４２との間に段差が存在する。さらに、この貫通孔２４の外方領域２４２の内周には、雌ねじを切ってある。

フルフローティングベアリングと異なり、セミフローティングベアリングでは、シャフト６を挿通した状態で軸受孔２２内に配置するベアリングメタル７の、ベアリングハウジング２の軸受部２１に対する軸方向に沿った相対変位及び軸回りの相対回転を規制する。そのために、ベアリングメタル７をベアリングハウジング２に対して位置決めするピン８を、軸受部２１の外側から貫通孔２４の内方領域２４１に圧入し、かつベアリングメタル７のピン孔７４に挿入する。

ピン８は、軸受部２１の周壁の厚み及びベアリングメタル７の周壁の厚みの合算に近い長さの軸部８１と、軸部８１に連接する頭部８２とを有する。軸部８１の外径は、貫通孔２４の内方領域２４１の内周に緊密に嵌合して貫通孔２４から容易に抜出しない大きさに設定する。頭部８２の外径は、軸部８１の外径よりも大きく、軸部８１と頭部８２との間に段差が存在する。

軸受部２１及びベアリングメタル７にピン８を組み付けるにあたっては、その軸部８１を、軸受部２１の外側から貫通孔２４及びピン孔７４に貫入する。ピン８の軸部８１が貫通孔２４の内方領域２４１に圧入する一方で、頭部８２は貫通孔２４の内方領域２４１よりも径が大きいために、貫通孔２４の内方領域２４１に侵入することができない。換言すれば、貫通孔２４の内方領域２４１と外方領域２４２との段差にピン８の頭部８２が当接し、ピン８がそれ以上内奥に（シャフト６の中心軸に近づく方向に）入り込まないようにするストッパとなる。

排気ターボ過給機の点検や修理の際にピン８を取り外して過給機を解体できるよう、ピン８には予め頭部８２側に開口する雌ねじ孔８３を形成してある。この雌ねじ孔８３に工具を螺着し、その工具を把持して外側に強く引っ張れば、ピン８をピン孔７４及び貫通孔２４から抜き出すことが可能である。

加えて、本実施形態では、ピン８が貫通孔２４の内方領域２４１から脱出して軸受部２１の外側に脱落することを確実に予防するべく、貫通孔２４の外方領域２４２に、貫通孔２４を外側から閉塞するボルト９を螺着する。ボルト９の軸部９１の外周には、貫通孔２４の外方領域２４２の内周の雌ねじと螺合する雄ねじを切ってある。ボルト９の頭部９２の外径は、貫通孔２４の外方領域２４２の外径よりも十分に大きい。従って、ボルト９を螺着したとき、貫通孔２４の外方領域２４２の開口縁にボルト９の頭部９２が当接し、ボルト９がそれ以上内奥に入り込まない。そして、貫通孔２４の内方領域２４１に圧入したピン８の頭部８２と、外方領域２４２に螺着したボルト９の軸部９１との間には隙間が存在し、ピン８とボルト９とは当接しない。

本実施形態では、排気ターボ過給機のタービンホイール４とコンプレッサホイール５とを繋ぐシャフト６をベアリングハウジング２において軸受する構造であって、前記シャフト６及びこれを挿通するベアリングメタル７を挿入する軸受孔２２を包有し、当該軸受孔２２に潤滑油が供給されるとともに、その周壁に、潤滑に供された潤滑油を集合させて流下させるドレン２６における鉛直方向に対して傾倒した壁面２６１に衝突しない方向を指向する潤滑油排出路２５が穿たれた軸受部２１が設けられている軸受の構造を構成した。

本実施形態によれば、排気ターボ過給機の軸受に供給した潤滑油を適切に排出することができる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的な構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の排気ターボ過給機に適用することができる。

２…ベアリングハウジング
２１…軸受部
２２…軸受孔
２５…潤滑油排出路
２６…ドレン
２６１…傾倒した壁面
４…タービンホイール
５…コンプレッサホイール
６…シャフト
７…ベアリングメタル

Claims

排気ターボ過給機のタービンホイールとコンプレッサホイールとを繋ぐシャフトをベアリングハウジングにおいて軸受する構造であって、
前記シャフト及びこれを挿通するベアリングメタルを挿入する軸受孔を包有し、当該軸受孔に潤滑油が供給されるとともに、その周壁に、潤滑に供された潤滑油を集合させて流下させるドレンにおける鉛直方向に対して傾倒した壁面に衝突しない方向を指向する潤滑油排出路が穿たれた軸受部が設けられており、
前記軸受部の周壁の外周面に形成された前記潤滑油排出路の開口の、前記壁面に近い側に、下方に延びる側壁部が設けられた軸受の構造。