JPH037541Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は機関を過給するターボチヤージヤにお
いて、排気タービン破損時に潤滑油の流出を防止
する装置に関する。

（従来の技術） 内燃機関の出力向上を目指して吸気を過給する
ことは良く知られているが、このために機関の排
気エネルギを利用して過給を行うターボチヤージ
ヤがある（例えば「ターボチヤージヤの理論と実
際」桜井一郎訳、鉄道日本社 昭和56年７月１日
発行 参照）。

このターボチヤージヤの構造について第４図に
もとづいて説明する。

機関の排気ガスを受けて回転する排気タービン
１は、タービンハウジング２の内部にタービンロ
ータ３が配置され、このタービンロータ３と回転
軸４を介して同軸上に吸気コンプレツサ５のイン
ペラ６が連結され、タービンロータ３と一体的に
インペラ６がコンプレツサハウジング７の内部で
回転し、図示しない機関吸気通路に空気を過給す
る。前記回転軸４はベアリングハウジング８にフ
ロートメタル９，１０を介して回転自在に支持さ
れ、このフロートメタル９，１０にはベアリング
ハウジング８に形成した潤滑油の供給通路１１を
経由して機関の潤滑油の一部が供給される。フロ
ートメタル９，１０を潤滑した油は、ベアリング
ハウジング８の出口部１２から機関のオイルパン
へと還流される。

回転軸４の吸気コンプレツサ５側にはスラスト
カラー１３が取付けられ、ベアリングハウジング
８に固定したスラストメタル１４に接触して回転
軸４が軸方向に移動しないように保持している。

また回転軸４の排気タービン１側にはシールリ
ング１５が嵌合し、ベアリングハウジング８の内
周との間からタービンロータ３側に潤滑油が流出
しないようにシールしている。

なお、タービンロータ３のもつ熱が直接的に軸
受側に伝達されることのないように、タービンロ
ータ３の背面に位置して、ベアリングハウジング
８にはヒートインシユレータ１６が取付けられて
いる。

ターボチヤージヤのタービンロータ３の回転は
機関の運転条件にもよるが、毎分数万回転にも上
昇し、そのため回転軸４の軸受部、つまりフロー
トメタル９，１０には多量の潤滑油を供給する必
要があり、通常は機関の潤滑油を利用してこの一
部を供給通路１１からフロートメタル９，１０に
送り込むことにより、回転軸４が焼き付くことの
ないように強制潤滑している。

（考案が解決しようとする問題点） 前記タービンロータ３は高温の排気ガスに接触
するため、耐熱性や高温強度の必要から耐熱合金
を用いるのが普通であるが、ターボラグや高温特
性の改善をはかるうえから、従来の耐熱合金より
も軽量でかつ耐熱性に優れた、窒化珪素、炭化珪
素等のセラミツクスを用いてタービンロータ３を
製作することが提案されている（例えば特開昭57
−88201号公報参照）。

この場合、回転軸４の一部もタービンロータ３
と一体のセラミツクスで形成されており、途中に
金属のシヤフトが接合されるようになつている。

ところがこのようにセラミツクスで形成したタ
ービンロータ３は、耐熱合金に比べて耐衝撃性に
やや難点があり、このため激しい振動や熱衝撃が
加わると、極端な場合には、タービンロータ３や
回転軸４の一部が破損することも想定される。

万一、タービンロータ３が破損するようなこと
があると、フロートメタル９に供給されていた潤
滑油は排気タービン１側へ多量に流出し、ターボ
チヤージヤと潤滑油を共用する機関（原動機）が
潤滑油不足に陥るという不具合を生じる。

なお、タービンロータを金属材料で形成したも
のであつても、セラミツクス製のものほど顕著で
はないにしても、例えば熱疲労等により破損する
可能性があるのでセラミツクスタービンロータに
対するのと同様の破損対策を施す必要がある。

これに対して、例えば特開昭61−123719号公報
には、過給機の異常な回転低下や潤滑油の圧力低
下から過給機の破損を検出して潤滑油の供給を停
止するようにした技術が開示されている。しかし
ながら、過給機の回転低下は潤滑油不足が相当程
度にまで進行しないと起こないので、回転低下を
検出してから潤滑油の供給を停止したのでは機関
の焼き付きを確実に防止できるとは限らず、また
油圧検出の場合には油圧系統の目詰まり等により
速やかに油圧低下を検出できない場合があり、何
れにしても過給機の破損を検出する手段としての
確実性に乏しいという欠点があつた。

本考案は、上述したような従来の問題点に着目
してなされたもので、タービンロータの破損時に
おける潤滑油の漏洩を確実に防止することを目的
としている。

（問題点を解決するための手段） 本考案は、機関の排気ガスにより駆動される排
気タービンと、この排気タービンに回転軸を介し
て連結され吸気を過給する吸気コンプレツサと、
前記回転軸の軸受に機関潤滑油の一部を供給する
供給通路とを備えたターボチヤージヤにおいて、
前記排気タービンの軸受部の温度を検出する手段
と、前記軸受に対する潤滑油の供給を遮断する供
給通路遮断手段と、前記軸受部の温度が排気温度
相当値にまで上昇したときに前記供給通路遮断手
段を駆動して軸受への潤滑油の供給を遮断する制
御手段とを備えてある。

（作用） 排気タービンのタービンロータが破損すると軸
受部分が排気にさらされることになるので、当該
軸受部の温度が正常時の軸受部最高温度を超える
排気温度相当値にまで急激に上昇する。したがつ
て、上記構成に基づき、タービンロータが破損す
ると、これを温度上昇から検出した制御手段がた
だちに潤滑油の供給通路を遮断する。これによ
り、排気タービン側に潤滑油が多量に流出するの
が速やかに防止され、少なくとも機関の潤滑系統
が潤滑油不足の事態に陥るのを回避して、機関の
焼き付きなどが未然に防止される。

（実施例） 以下本考案の実施例を図面に基づいて説明す
る。なお、第４図と同一部分には同一符号を付し
て示すことにする。

第１図において、機関本体２０からの排気ガス
は排気通路２１を介して排気タービン１に流入
し、排気タービン１を回転駆動する。排気タービ
ン１により吸気コンプレツサ５が回転し、吸気通
路２２を経由して機関本体２０に加圧空気を送り
込む。

機関本体２０からベアリングハウジング８の供
給通路１１に潤滑油を供給する通路２３の途中に
は、潤滑油の遮断手段として第１の電磁弁２４が
介装され、またベアリングハウジング８の潤滑油
の出口部１２から機関本体２０に潤滑油を戻す通
路２５にも第２の電磁弁２６が介装され、これら
電磁弁２４，２６はタービンロータ３の破損時に
上述した制御手段として機能する制御回路２７か
らの信号により、通路２３，２５を遮断するよう
に閉弁する。

タービンロータ３の破損を検出するために、ベ
アリングハウジング８の排気タービン１側のフロ
ートメタル９の近傍の温度を検出する温度センサ
２９が設けられる。さらにこの実施例では、破損
検出のための補助的手段として、吸気通路２２の
過給圧力を検出する圧力センサ２８と、機関回転
数を検出する回転数センサ３０がそれぞれ設けら
れ、これらの各検出信号が前記制御回路２７に入
力される。

制御回路２７には予め機関の回転数に対応した
過給圧力の関係と、そのときの軸受部の温度が設
定してあり、回転数に比較して過給圧力が低く、
かつこれに対して軸受部の温度が高い場合をター
ビンロータ３などの破損時そと判断して、前記電
磁弁２４，２６を閉弁させる信号を出力するよう
になつている。

上記の軸受部に関する破損の判定基準となる温
度は排気温度相当値であるが、これは具体的に
は、正常時の軸受部最高温度が120℃程度である
から、これよりも高い値に設定しておけばよい。
なお、ガソリンエンジンに例をとると、一般に排
気温度は完爆直後でも250℃程度、アイドル時で
250〜300℃、全負荷時で900℃程度に達するから、
軸受部の正常時の温度との比較から確実にタービ
ンの異常を判定することが可能になるのである。

以上のように構成され、次にその作用について
説明する。

機関運転中に排気タービン１のタービンロータ
３が破損して、その破損が根元部分や回転軸４の
部分に及ぶと、過給圧力が急激に低下すると同時
に排気ガスが破損部分よりベアリングハウジング
８の内部にも流入し、フロートメタル９の近傍の
温度が著しく上昇するようになる。

すると制御回路２７は機関回転数に比較しての
過給圧力の低下と、軸受部分の温度上昇を感知し
てタービンロータ３の破損を判断し、前記電磁弁
２４，２６を閉弁して潤滑油の供給を遮断すると
ともに、排気ガスの機関本体２０のオイルパンな
どへの逆流を防ぐ。

この結果機関本体２０からの潤滑油が排気ター
ビン１から排気系へと多量に流出するのを防止
し、機関本体２０の潤滑油が不足するような事態
に陥るのを回避して機関の焼き付きなどを防ぐ。

またオイルパンへの排気ガスの逆流による潤滑
油の劣化や機関の失火なども未然に防止できる。

ところで、この実施例では基本的に機関回転数
との関係における過給圧と軸受部分の温度上昇を
監視してタービンロータ３の破損を検知するする
ようにしているが、この考案の作用としても説明
したように、軸受部分の温度上昇のみからでもタ
ービンロータ３の破損を検出することが可能であ
る。ただし、次に述べるように過給圧を検出する
ようにするとタービンロータ３の破損状態に応じ
てよりきめこまかい制御を行うことができる。

即ち、タービンロータ３の破損の形態として
は、軽度の場合、タービンロータ３の翼部分のみ
の破損に止どまり、排気タービン１はそのまま回
転を継続することがあるが、この場合は潤滑油の
供給を停止することは回転軸４の焼き付きを促す
ので好ましくない。このような状態では、機関回
転数に比較して過給圧力が低下するものの、ベア
リングハウジング８の軸受部の温度は特別に上昇
するようなことがなく、したがつて制御回路２７
は温度センサ２９の出力を判断して電磁弁２４，
２６を開弁状態に保持し、潤滑油の供給を継続し
てとりあえず回転軸４の焼き付きを防ぐのであ
る。

なお、この場合機関回転数に比較して過給圧力
が上昇しないことから、ターボチヤージヤの異常
を判定して運転者に報知するようにしてもよい。

第２図、第３図に本考案の他の実施例を示す。
この実施例は、排気タービン１側の軸受部分の温
度に基づいてタービンロータ３の破損を検出する
手段と、この検出時に潤滑油を遮断する手段とを
機械的に連動させたものである。

排気タービン１側のフロートメタル９の近傍に
おいて潤滑油の供給通路１１に遮断弁３４を介装
し、この遮断弁３４のスプール３５に連動して形
状記憶合金からなるコイルスプリング３６を設
け、コイルスプリング３６の他端をベアリングハ
ウジング８に螺合した調整ネジ３７に連結する。

コイルスプリング３６は通常は第３図Ａに示す
ように延びており、スプール３５は供給通路１１
を開通させているが、タービンロータ３の破損時
に高温の排気ガスが逆流してフロートメタル９の
近傍の温度が上昇すると、これを感知して第３図
Ｂのようにコイルスプリング３６が縮み、スプー
ル３５が供給通路１１を閉じるようになつてい
る。このようにしてタービンロータ３の破損時は
排気タービン１側のフロートメタル９への潤滑油
の流出を防ぐことができる。

（考案の効果） 以上のように本考案によれば、タービンロータ
の破損時に、これを軸受部の温度上昇から検知し
てただちに潤滑油の供給通路を遮断するようにし
たので、多量に潤滑油が送り込まれる軸受部より
機関の潤滑油が大量に排気系に流出するのを速や
かに防ぐことができ、機関の潤滑油不足あるいは
焼き付きなどを未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の断面図、第２図は
同じく他の実施例の断面図、第３図Ａ，Ｂは各々
第２図のＡ−Ａ断面を異なる作動状態について示
した断面図である。第４図は従来例の断面図であ
る。 １……排気タービン、３……タービンロータ、
４……回転軸、５……吸気コンプレツサ、６……
インペラ、８……ベアリングハウジング、９，１
０……フロートメタル、１１……供給通路、２０
……機関本体、２１……排気通路、２２……吸気
通路、２３，２５……通路、２４，２６……電磁
弁、２７……制御回路、２８……圧力センサ、２
９……温度センサ、３０……回転数センサ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 機関の排気ガスにより駆動される排気タービン
   と、この排気タービンに回転軸を介して連結され
   吸気を過給する吸気コンプレツサと、前記回転軸
   の軸受に機関潤滑油の一部を供給する供給通路を
   と備えたターボチヤージヤにおいて、前記排気タ
   ービンの軸受部の温度を検出する手段と、前記軸
   受に対する潤滑油の供給を遮断する供給通路遮断
   手段と、前記軸受部の温度が排気温度相当値にま
   で上昇したときに前記供給通路遮断手段を駆動し
   て軸受への潤滑油の供給を遮断する制御手段とを
   備えたことを特徴とするターボチヤージヤの潤滑
   油流出防止装置。