JPH08492Y2

JPH08492Y2 - ターボチャージャの潤滑装置

Info

Publication number: JPH08492Y2
Application number: JP269290U
Authority: JP
Inventors: 隆之木村
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1990-01-18
Filing date: 1990-01-18
Publication date: 1996-01-10
Anticipated expiration: 2005-01-18
Also published as: JPH0395033U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この考案は、自動車のエンジン等に適用されているタ
ーボチャージャの潤滑装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、ターボチャージャは、第４図に示すように、ハ
ウジング７にフローティングメタルから成る軸受3,3を
介してシャフト10を回転可能に支持し、該シャフトの一
端にエンジンの排気ガスを導入して回転運動を与えられ
るタービン１のブレード８を固定し、また他端にタービ
ン１の回転で回転して吸入空気をエンジンに供給するコ
ンプレッサ２のインペラ９を固定している。このような
ターボチャージャの潤滑系については、例えば、オイル
ポンプ等でハウジング７に形成したオイル供給部即ち潤
滑油供給口４に供給された潤滑油が潤滑油通路11を通っ
て軸受３に供給され、該潤滑油によって軸受３は潤滑さ
れ、これらの軸受３に供給された潤滑油はタービン１側
のラビリンスシール部５及びコンプレッサ２側のシール
部６によってシールされている。

また、ターボチャージャの潤滑装置としては、例え
ば、特開昭53-143822号公報に開示されたものがある。
該ターボチャージャの潤滑装置は、エンジン急停止後に
おいてもターボチャージャの軸受部に潤滑油を供給でき
るものであり、内燃機関の排気ガスによって駆動される
ターボチャージャの軸及び軸受部を内燃機関に連動され
る主潤滑ポンプにより給油潤滑するものであり、前記主
潤滑ポンプとは別体に小型電動機によって駆動される補
助潤滑ポンプを備えた補助潤滑装置を設け、前記小型電
動機をターボチャージャの温度条件等によって駆動制御
するものである。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら、ターボチャージャのような高速回転す
る軸受のシール構造及び潤滑系に関しては、上記の構造
が主として採用されているが、エンジンの高速高負荷時
にはタービン１側のラビリンスシール部５は高温にな
り、その高温状態でエンジンを停止すると、ラビリンス
シール部５に存在する潤滑油は耐熱温度限界を超え、潤
滑油が炭化したり或いは劣化するという現象が発生す
る。また、ターボチャージャのシャフトを支持する軸受
等を潤滑する潤滑油がカーボン化すると、カーボン化し
た潤滑油によって次にターボチャージャが作動すること
を妨げられるという問題を有している。

従来、上記現象が発生するのを防止するため、タービ
ン１のブレード８に近接したハウジング７内に冷却水通
路12を形成し、該冷却水通路12に冷却水を通ることによ
ってタービン１側のラビリンスシール部５及び軸受３部
位を冷却しているが、エンジンを高速高負荷で駆動した
後、エンジンを急停止することによって冷却水も供給さ
れなくなり、潤滑油の炭化防止対策としては十分なもの
でなく、また、エンジンを停止後に冷却水を循環させる
ためには、電動機等で冷却水ポンプを駆動しなければな
らず、或いは、前掲特開昭53-143822号公報に開示され
たターボチャージャの潤滑装置のように、補助潤滑ポン
プを備えた補助潤滑装置を設け、前記小型電動機をター
ボチャージャの温度条件等によって駆動制御しなければ
ならず、制御自体が複雑になりコストアップの原因にな
る。このようにして、電動機、冷却水ポンプ或いは補助
潤滑ポンプ等を設けること、それらを駆動制御するこ
と、或いはそれらを駆動するためバッテリー自体も大容
量のものを必要とし、コストをアップさせる原因にな
る。或いは、運転者に車両を停止した後も、エンジンを
停止せずにアイドリング運転をして冷却促進を図る等の
取り扱い注意等の対策を行ったりしている。又は、エン
ジンの出力設定値を制限してターボチャージャ自体の許
容温度を設定し、該許容温度の範囲内になるように構成
しているのが、現状である。

この考案の目的は、上記の課題を解決することであ
り、ターボチャージャを高負荷状態で運転すると、ター
ビンが排気ガスの熱を伝導、輻射によって受け、ターボ
チャージャのハウジング、軸受部及びシール部が高温状
態になるが、その状態でエンジンを停止してもターボチ
ャージャのハウジングに形成した冷却水通路の冷却水が
該ハウジングの壁面、軸受部或いはシール部の壁面から
受熱して蒸気になり、該蒸気を利用して蒸気エネルギー
によってタービンポンプを駆動し、該タービンポンプの
駆動によってエンジンの停止後も潤滑油をターボチャー
ジャの軸受部及びシール部に供給し、高温のためシール
部及び軸受部で潤滑油が炭化するのを防止すると共に、
シール部及び軸受部で潤滑油に含まれるスラッジが堆積
する現象を除去し、タービンの高温時には軸受部に潤滑
油を供給しておくことによって軸受の焼付きを防止し、
次いで、ターボチャージャの冷却水通路の温度が低下す
れば、冷却水は蒸気にならずにタービンポンプの駆動は
自動的に停止し、潤滑油は軸受部に供給されなくなる
が、温度低下のため潤滑油自体も炭化することがないの
で、潤滑油を供給する必要がなくなることを特徴とする
ターボチャージャの潤滑装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この考案は、上記の目的を達成するために、次のよう
に構成されている。即ち、この考案は、一端にタービン
のブレードを他端にコンプレッサのインペラを固定した
シャフトを軸受を介して回転可能に支持するハウジン
グ、前記タービンに近接して前記ハウジング内に形成し
た冷却水通路、及び該冷却水通路で発生する蒸気で駆動
されて前記軸受に潤滑油を供給するタービンポンプ、を
有するターボチャージャの潤滑装置に関する。

また、このターボチャージャの潤滑装置において、前
記冷却水通路と連通する前記タービンポンプ側の通路を
オリフィスによって通路断面積を小さく形成したもので
ある。

更に、このターボチャージャの潤滑装置において、前
記タービンポンプのオイル吐出側の上流外周側吐出口を
ドレン通路に且つ下流内周側吐出口を前記軸受に潤滑油
を供給する通路に連通したものである。

〔作用〕

この考案によるターボチャージャの潤滑装置は、以上
のように構成されており、次のように作用する。即ち、
このターボチャージャの潤滑装置は、タービンのブレー
ドに近接してハウジング内に冷却水通路を形成し、該冷
却水通路で発生する蒸気でタービンポンプを駆動してタ
ーボチャージャの軸受に潤滑油を供給するので、ターボ
チャージャを高負荷で運転してターボチャージャが高温
の状態でエンジンを停止したとしても、冷却水通路の冷
却水は高温になっているターボチャージャのハウジン
グ、軸受部及びシール部から盛んに受熱して蒸気が盛ん
に発生し、該蒸気エネルギーでタービンポンプは駆動さ
れて潤滑油を前記軸受に供給できる。従って、高温のた
めシール部及び軸受部で潤滑油が炭化するのを防止する
と共に、シール部及び軸受部で潤滑油に含まれるスラッ
ジが堆積する現象を除去し、タービンの高温時には軸受
部に潤滑油を供給しておくことによって軸受の焼付きを
防止できる。

また、このターボチャージャの潤滑装置において、前
記冷却水通路と連通する前記タービンポンプ側の通路を
オリフィスによって通路断面積を小さく形成したので、
前記冷却水通路からの蒸気は流速を増して前記タービン
ポンプに供給され、前記タービンポンプの回転数を増大
させ、前記タービンポンプの潤滑油の供給能力をアップ
でき、前記軸受に十分な潤滑油を供給できる。

更に、このターボチャージャの潤滑装置において、前
記タービンポンプのオイル吐出側の上流外周側吐出口を
ドレン通路に且つ下流内周側吐出口を前記軸受に潤滑油
を供給する通路に連通したので、潤滑油は遠心分離によ
るフィルタ効果によってスラッジを多く含む潤滑油は前
記上流外周側吐出口からドレン通路に吐き出され、スラ
ッジの少ない潤滑油が前記下流内周側吐出口から前記軸
受に供給される。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この考案によるターボチャー
ジャの潤滑装置一実施例を詳述する。第１図、第２図及
び第３図を参照してこの考案によるターボチャージャの
潤滑装置を説明する。第１図はこの考案によるターボチ
ャージャの潤滑装置の一実施例を示す概略説明図、第２
図はこのターボチャージャの潤滑装置におけるタービン
ポンプに対する冷却水系を示す説明図、及び第３図はタ
ービンポンプの潤滑油供給系を示す説明図である。な
お、第１図に示すターボチャージャは、第４図に示すも
のと比較して構造上は同一のものであるので、同一の部
品には同一の符号を付す。

第１図において、ターボチャージャ20は、エンジン21
で発生する排気ガスによって駆動されるタービン１、及
びタービン１の駆動によって過給するコンプレッサ２を
有している。タービン１については、エンジン21の排気
ガスを排気管を通じて導入し、該排気ガスの排気エネル
ギーによって回転駆動する排気ブレード即ちタービンブ
レード８がハウジング７内に配置されたものである。ハ
ウジング７には、タービン１側に近接して冷却水通路12
が形成されている。また、コンプレッサ２については、
ハウジング７内にインペラ９が配置されたものである。
コンプレッサ２のコンプレッサスクロールは吸気パイプ
を通じてエンジン21の吸気マニホルドに連通している。
更に、タービン１のブレード８とコンプレッサ２のイン
ペラ９とは、シャフト10によって一体回転するように伝
動連結されている。シャフト10は、一対のフローティン
グメタルから成る軸受３を介してハウジング７に回転可
能に支持されている。ターボチャージャ20のシャフト10
の一端には、コンプレッサ２のインペラ９がシャフト10
と一体のコンプレッサ軸部を介して固定され、また、シ
ャフト10の他端にはタービン１のブレード８がタービン
軸を介して固定されている。

タービン１のブレード８は、タービンスクロールにエ
ンジン21の排気マニホルドを通じて送り込まれる排気ガ
スの流れ即ち排気ガスエネルギーを受けて回転し、排気
ガスは軸線方向即ち矢印Ａで示す方向に排気される。ま
た、コンプレッサ２のインペラ９は、矢印Ｂで示すよう
に、吸気口からコンプレッサスクロールに導入された空
気をディフューザによって圧力変換し、空気通路即ち吸
気パイプを通じてエンジン21の吸気マニホルドに送込む
作用を果たす。シャフト10をハウジング７に軸受３を介
して支持しているが、これらの軸受３には、オイルギャ
ラリ等の潤滑油供給源に通じる潤滑油供給口４を通じて
潤滑油を供給し、軸受３を潤滑している。潤滑油供給口
４には、潤滑油供給通路14が連通しており、該潤滑油供
給通路14からの潤滑油は、タービンポンプ15の駆動によ
って軸受３に供給されるように構成されている。

この考案によるターボチャージャの潤滑装置は、上記
のターボチャージャ20の潤滑油系にタービンポンプ15を
設け、該タービンポンプ15の駆動をエンジン21及びター
ボチャージャ20の冷却系を利用して行ったことを特徴と
するものである。即ち、エンジン21及びターボチャージ
ャ20の冷却系については、従来の冷却系を利用できるも
のである。このターボチャージャの潤滑装置において、
タービンポンプ15を駆動するため、ターボチャージャ20
へ冷却水を供給する冷却水供給通路18にタービンポンプ
15を配置している。冷却系において、エンジン21にはウ
ォータポンプ23が設けられ、該ウォータポンプ23の駆動
によって冷却水はエンジン21に送り込まれ、該エンジン
21を冷却して加熱された後に、該冷却水は通路24を通っ
てラジエータへ送り込まれ、該ラジエータで熱交換され
て再び冷却され、冷却された冷却水は冷却水回収通路27
を通ってウォータポンプ23に回収され、再びエンジン21
へ供給されて循環する。エンジン21の下流側の冷却水供
給通路29には、サーモスタット25が設けられている。ま
た、エンジン21の下流側の冷却水供給通路29と冷却水回
収通路27との間にはバイパス通路28が設けられている。
このバイパス通路28には、サーモスタット25の開閉作動
に連動して作動するバルブ等を設ける。即ち、冷却水の
温度が低い時には冷却水をラジエータに送り込んで冷却
する必要がないから、サーモスタット25が作動して通路
24を閉鎖し、バイパス通路28のバルブが開放し、冷却水
はバイパス通路28を通ってウォータポンプ23及びエンジ
ン21を循環してエンジン21を冷却する。また、冷却水の
温度が高い時には冷却水をラジエータに送り込んで冷却
する必要があるから、サーモスタット25が作動して通路
24を開放し、バイパス通路28のバルブを閉鎖し、冷却水
はラジエータに送り込まれて冷却され、ウォータポンプ
23及びエンジン21を循環してエンジン21を冷却する。

このターボチャージャの潤滑装置については、タービ
ン１のブレード８に近接したハウジング７内に冷却水通
路12が形成されている。また、エンジン21の下流側の冷
却水供給通路29には、ターボチャージャ20へ冷却水を供
給するため、冷却水供給通路18が分岐し、該冷却水供給
通路18にはタービンポンプ15が配置されている。冷却水
供給通路18からタービンポンプ15に送り込まれた冷却水
は、タービンポンプ15を駆動し、次いで、タービンポン
プ15から送り出された冷却水は、冷却水供給通路13を通
ってターボチャージャ20のハウジング７に形成した冷却
水供給口から冷却水通路12に送り込まれる。冷却水通路
12における冷却水排出口は冷却水回収通路22を通じてウ
ォータポンプ23の吸込口に連通している。冷却水回収通
路22には、例えば、逆止弁、ポンプ等を配置してバイパ
ス通路28等からの冷却水の逆流を防止するように構成す
る。従って、冷却水はターボチャージャ20を冷却した
後、冷却水回収通路22を通ってウォータポンプ23に回収
される。

ターボチャージャ20の冷却系について、エンジン21の
通常の駆動時には、ウォータポンプ23の駆動によって供
給される冷却水は、冷却水供給通路18を通じてタービン
ポンプ15に送り込まれ、タービンポンプ15のブレード16
を回転させて吐き出され、冷却水供給通路13からターボ
チャージャ20のハウジング７に形成した冷却水通路12に
供給される。冷却水通路12に供給された冷却水は、ター
ボチャージャ20のハウジング７、軸受３及びラビリンス
シール部５から熱を奪ってターボチャージャ20を冷却
し、該冷却水通路12から冷却水回収通路22を通じてウォ
ータポンプ23に回収されて循環する。この冷却系におい
て、冷却水がタービンポンプ15を通過する時、タービン
ポンプ15のブレード16を回転させる。ブレード16の回転
運動はブレード17を回転させる。ブレード17の回転運動
は、オイルポンプ、オイル溜まり等から潤滑油供給通路
19を通じて潤滑油をタービンポンプ15に吸い込む。ター
ビンポンプ15を吸い込まれた潤滑油は、潤滑油供給通路
14を通ってターボチャージャ20の潤滑油供給口４へ送り
込まれる。次いで、潤滑油は潤滑油供給口４から潤滑油
通路11を通って軸受３へ供給され、次いで、潤滑油は潤
滑油排出通路26を通ってオイルパン等へ回収される。

このターボチャージャの潤滑装置において、例えば、
第３図に示すように、タービンポンプ15の潤滑油吐出口
は構成されている。即ち、タービンポンプ15のオイル吐
出側の外周側上流吐出口31をドレン通路30に連通し、ま
た、タービンポンプ15のオイル吐出側の内周側下流吐出
口32を軸受３に潤滑油を供給する潤滑油供給通路14に連
通している。即ち、外周側上流吐出口31はブレード17の
回転中心Ｏからの半径が長い距離R₁の位置に形成され、
また、内周側下流吐出口32はブレード17の回転中心Ｏか
らの半径が短い距離R₂の位置に形成されている。それ
故、ブレード17の回転運動によって潤滑油は遠心力を受
け、スラッジが多く含まれている潤滑油は、タービンポ
ンプ15のスクロール内の外周側へと移動し、最初に外周
側上流吐出口31からドレーン通路30を通じてオイルパン
へと吐き出される。次いで、スラッジの含有量が少ない
潤滑油が、内周側下流吐出口32から潤滑油供給通路14を
通ってターボチャージャ20の潤滑油供給口４へ供給され
る。即ち、潤滑油はタービンポンプ15のブレード17を通
る際に、潤滑油自体は遠心力を受け、潤滑油に含まれる
スラッジは遠心分離によるフィルタ効果によって、スラ
ッジを多く含む潤滑油は外周側上流吐出口31からドレン
通路30に吐き出され、また、スラッジの少ない潤滑油は
内周側下流吐出口32から軸受３に供給される。それ故
に、ターボチャージャ20に供給される潤滑油は、スラッ
ジが低減され、該スラッジがターボチャージャ20内に堆
積されるのを防止でき、潤滑油のカーボン化を防止でき
る。

また、このターボチャージャの潤滑装置において、エ
ンジン21が高速高負荷で駆動され、ターボチャージャ20
が高温状態のままでエンジン21が急停止した時、ターボ
チャージャ20のハウジング７は高温状態であり、しか
も、エンジン21の停止によってウォータポンプ23の作動
も停止され、冷却水が循環しなくなる。従って、ターボ
チャージャ20のハウジング７に形成された冷却水通路12
に存在する冷却水は、タービン１のブレード８から熱伝
達された熱エネルギーを受熱し、該冷却水は沸騰して蒸
気になる。この蒸気は、ターボチャージャ20の上方に配
置されたタービンポンプ15へ通じる冷却水供給通路13を
通って上昇し、蒸気エネルギーによってタービンポンプ
15のブレード16を回転させる。タービンポンプ15のブレ
ード16を回転させた蒸気は、そのままの状態で或いは液
化してエンジン21の冷却系に送り込まれる。タービンポ
ンプ15のブレード16の回転運動は、潤滑油を送り出すブ
レード17を回転させ、潤滑油を潤滑油溜まり等から潤滑
油通路19を通じて吸い込み、該タービンポンプ15から潤
滑油供給通路14を通じて潤滑油供給口４に送り込まれ、
該潤滑油供給口４から潤滑油供給通路11を通じて軸受３
に供給される。

この場合、エンジン21が停止した状態であるので、排
気ガスは既にタービン１へは送り込まれない。従って、
ターボチャージャ20自体はそれ以上加熱されることがな
いので、ターボチャージャ20に溜まっている程度の冷却
水が蒸発するだけで、ターボチャージャ20は十分に冷却
され、ターボチャージャ20に対してそれ以上の冷却水を
供給する必要はない。ターボチャージャ20のハウジング
７が冷却すると、ターボチャージャ20の軸受３、シール
部5,6に溜まっている潤滑油は炭化することが防止さ
れ、また、スラッジが堆積することも防止される。

このターボチャージャの潤滑装置において、蒸気によ
るブレード16の回転運動を効果的にするため、例えば、
第２図に示すように、冷却水供給通路13を構成すること
が好ましい。即ち、ターボチャージャ20の冷却水通路12
と連通する冷却水供給通路13を、タービンポンプ15側の
通路33をオリフィス34によって通路断面積を小さく形成
する。冷却水供給通路13にオリフィス34を形成すること
によって、冷却水通路12からの蒸気は通路断面積の大き
い通路から通路断面積を小さく通路33に流入する時、流
速を増してタービンポンプ15に送り込まれ、タービンポ
ンプ15のブレード16の回転数を増大させ、該ブレード16
の回転数の増大はブレード17の回転数を増大させ、従っ
て、タービンポンプ15の潤滑油の供給能力をアップする
ことができ、軸受３に十分な潤滑油を供給できる。

この考案によるターボチャージャの潤滑装置は、上記
のように構成されているが、タービンポンプ15は上記構
成に限らず、ターボチャージャで発生する蒸気のみでな
く、該蒸気に加えてタービンポンプ15を車両に搭載して
いる燃料ポンプを作動させて燃料の流れを利用するよう
に構成することも可能であり、或いは小型電動機で作動
させるように構成することも可能である。

〔考案の効果〕

この考案によるターボチャージャの潤滑装置は、以上
のように構成されているので、次のような特有の効果を
有する。即ち、このターボチャージャの潤滑装置は、一
端にタービンのブレードを他端にコンプレッサのインペ
ラを固定したシャフトを軸受を介して回転可能に支持す
るハウジング、前記タービンに近接して前記ハウジング
内に形成した冷却水通路、及び該冷却水通路で発生する
蒸気で駆動されて前記軸受に潤滑油を供給するタービン
ポンプを有するので、ターボチャージャを高負荷で運転
してターボチャージャが高温の状態でエンジンを停止し
たとしても、冷却水通路の冷却水は高温になっているタ
ーボチャージャのハウジング、軸受部及びシール部から
盛んに受熱して蒸気が盛んに発生し、該蒸気エネルギー
でタービンポンプは駆動されて潤滑油を前記軸受に供給
できる。更に、前記タービンポンプ自体は小容量のもの
で済み、潤滑油を加圧して噴射し、軸受部位を確実に且
つ迅速に冷却し且つ潤滑でき、たとえカーボン等の発生
があっても或いは潤滑油にスラッジを含んでいても、そ
れらを直ちに排除して軸受部位を清掃できる。

従って、ターボチャージャが高温による熱のため、タ
ーボチャージャのシール部及び軸受部で潤滑油が炭化即
ちカーボン化して堆積するのを防止すると共に、シール
部及び軸受部で潤滑油に含まれるスラッジが堆積する現
象を除去し、タービンの高温時には軸受部に潤滑油を供
給しておくことによって軸受の焼付きを防止でき、焼
損、抵抗の増大を招くことを防止することができ、前記
シャフト及び前記軸受の焼付きが生じるようなことがな
く、ターボチャージャの次の作動を行う場合に何ら不都
合が生じることはない。

また、前記シャフトを介して伝わる前記タービンから
の高温の熱を、前記タービン側で蒸気を発生させること
で、該部位からの熱が完全に放射され、前記軸受、潤滑
油は熱影響を受けることがなく、炭化することがなく、
耐久性に富んだものとなる。

それ故、高出力エンジンでのターボチャージャの高速
高負荷の連続運転において、前記軸受のカーボン付着、
軸受の摩耗等を防止し、信頼性に富んだ潤滑装置を提供
でき、エンジンの出力性能を大幅に向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案によるターボチャージャの潤滑装置の
一実施例を示す概略説明図、第２図はこのターボチャー
ジャの潤滑装置におけるタービンポンプに対する冷却水
系を示す説明図、第３図はタービンポンプの潤滑油供給
系を示す説明図、及び第４図は従来のターボチャージャ
の潤滑装置の一例を示す断面図である。１……タービン、２……コンプレッサ、３……軸受、４
……潤滑油供給口、５……ラビリンスシール部、６……
シール部、７……ハウジング、８……ブレード、９……
インペラ、10……シャフト、11……潤滑油供給通路、12
……冷却水通路、13……冷却水供給通路、14……潤滑油
供給通路、15……タービンポンプ、20……ターボチャー
ジャ、21……エンジン、31……外周側上流吐出口、32…
…内周側下流吐出口、34……オリフィス。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】一端にタービンのブレードを他端にコンプ
レッサのインペラを固定したシャフトを軸受を介して回
転可能に支持するハウジング、前記タービンに近接して
前記ハウジング内に形成した冷却水通路、及び該冷却水
通路で発生する蒸気で駆動され且つ前記軸受に潤滑油を
供給するタービンポンプ、を有するターボチャージャの
潤滑装置。
【請求項２】前記冷却水通路と連通する前記タービンポ
ンプ側の通路をオリフィスによって通路断面積を小さく
形成した請求項１に記載のターボチャージャの潤滑装
置。
【請求項３】前記タービンポンプのオイル吐出側の外周
側上流吐出口をドレン通路に且つ内周側下流吐出口を前
記軸受に潤滑油を供給する通路に連通した請求項１に記
載のターボチャージャの潤滑装置。