JPS5965518A - タ−ボ過給機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はターボ過給機に係り、特に小形自動車用エンジ
ンに好適な尚速回転・小形ターボ過に８機に関する。

〔従来技術〕

工：／ジン排気量が２を以下の小形エンジ／に用いられ
るターボ過給機では、ターボ過給機の軽量・小形化を実
現するため、最高回転速度は１５万聯以上の高速回転と
なっている。このような高速回転では従来の油潤滑の軸
受を使用すると軸受損失の割合が大きくなυターボ過給
機の総合効率が１戊下する。１時にタービ／出力の小さ
いエンジン低速回転域では軸受損失の影響は大きく、タ
ーボ過給機の回転速度が上昇しないため所要の過給圧力
が得られず、エンジン低速回転域で出力トルクが不足す
る原因となる。

このため油軸受の代わシに空気を作動流体とする気体軸
受ケ用いると気体軸受の動力損失は油軸受の場合の約１
／１０となるから総合効率を大幅に改善することが可能
である。また、油軸受ではオイルシール構造を備えてい
るが、油漏れやタービン側の面熱による句滑油の炭化が
軸受摩耗を促進する等の不具合を生じることがあるから
、気体軸受の採用はこれらの問題の解決ともなる。

気体軸受には軸の回転によって生じる気体膜によって回
転軸が支持される動圧形と外部から高圧の気体を供ｆａ
シてげヂ圧によって回転軸を支持する静圧形がめる。タ
ーボ過給機の場合には高圧空気源を必要としない動圧形
気体軸受が適している。

動圧形気体軸受ではエンジンの起動・停止の際にターボ
過給機の回転軸は軸受と固体接触する。

このため軸受には耐摩耗性の材料が使用され、さらに接
触時の衝撃全緩和する構造となっている。

また、動圧形気体軸受が作動するためには回転軸の周速
が一定値以上になる必要がアリ、エンジンがアイドリン
ク状態におる場合にはターボ過給機の回転速度は最低と
なシ回転軸は軸受部とこすυながら回転する。エンジン
がアイドリンク状態で運転される時間は比較的長いから
、このような状況では軸受が早期に損島し、軸受の耐久
性が低下する。

一方、動圧形軸受では軸受部分の圧力はタービン側の圧
力より低くなる場合があるため、タービン側から軸受部
へ排気ガスが侵入し、軸受温度が上昇して軸受の強度が
低下する。また異物嘉軸受部へ侵入して軸受面が汚染し
、腐食や摩滅等の問題が生じる。さらに、軸受では熱が
発生するから気体軸受でも冷却の必要がある。

以上に述べたように従来技術の動圧形気体軸受を自動車
用ターボ過給機に適用することは極めて困難であった。

〔発明の１〕的〕 本発明の目的は、ターボ過給機の回転速度が低い状態に
おいても回転軸力゛玉軸受面に接触することがなく、ま
た＋ｌｉ＋ｉｌ受部のシールと冷却が可能な′動圧形気
体軸受ターボ過絽機全提供することにある。

〔発明の概要〕

動圧形気体軸受の作動には原理的には外部から高圧の借
気ケ１共給する必要はないが、低速回転状態でも軸受作
用を実現するため、補助的に少量の間圧空気全供給する
。この高圧空気を供給するため、エンジンあるいは電動
機によって駆動される望見圧縮機を設ける。この空気圧
縮機の圧力はタービン入口圧力の最尚帥よシ尚い値に設
定ｊる。

現状の乗用車用ガソリンエンジンであれば、空気圧＆ｉ
磯の圧力はＩ　Ｋｙ　’　／ｃｎ？　（ゲージ圧）程度
でよい。

回転軸が低速回転状態における軸受荷重は羽根車と軸か
らなるロータの重量によって定まシ、小形ターボ過給機
の金属製ロータの重量は４００ｇｒ以下でアシ、セラミ
ック材を使用すれば重量は半減する。軸受部＋ｆｉ　’
ｆｃ　８　ｃｒ／ｌとすれば軸受荷重は０．０５Ｋｇｆ
／ｃｒＩｉとなシ、小容量の空気圧＃ＩＩ′ｉ磯でもロ
ータを支持することができる。

軸受部の圧力は少なくともタービン側の圧力より高いか
ら軸受部に供給される空気はタービン４１１１へ流れる
。したがってタービン側からの排気ガスの漏れを防止す
ることができる。このとき空気の流れは軸受で発生する
熱を輸送するから軸受を冷却する効果も得られる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図、第２図および第３図
により説明する。

第１図はエンジンと本発明のターボ過給（幾を含む系統
図である。１はエンジン本体であシ、２はターボ過給機
である。空気圧ｍ磯３はエンジン１のクランク軸４によ
ってベルト５を介して駆動込□れる。空気圧縮機３の吸
込″＃６の先端にはエアフィルター７が接続されている
。空気圧縮機３の吐出し管８はターボ過給機２に接続し
、吐出し管８には冷却用フィン９が設けられている。タ
ーボ過給機２のコノプレッサ出口はエンジン１の吸気管
に接続されている。また、タービン出口はエンジン１の
排気マニホールド１１に接続されている。

第２図は本実ｈＷ例のターボ過給機２の縦断面図である
。回転軸１２はほぼ水平に配置されておシ、回転軸１２
の一端にはタービン羽根車１３が設けられており、ター
ビン羽根車１３を囲むようにタービンケーシング１４が
配置されている。タービンケーシング１４はセンターフ
１ウジング１５にボルト１６によって固定されている。

センター７・ウジング１５とタービンケーシング１４に
はさまれてヒートシュラウド１７がタービン羽根車１３
とセンターハウジング１５との間に設けられており、断
熱室１８を構成している。センターノ・ウジング１５の
内部には、タービン側とコンプレッサ側にそれぞれ１個
の動圧形ジャ−ナル気体軸受１９が設けられている。セ
ンター７１ウジング１５の中央部には、前記空気圧縮機
３の吐出し管８が接続されておシ、吐出し管８とジャー
ナル気体軸受４９の外周部とをつなぐ流路２０が設けら
れている。

ジャーナル気体軸受１９の下部には軸穴に通ずる空気供
給孔２１が設けられている。タービン側ジャーナル気体
軸受１９の上部には排出孔２２が設けられ、断熱室１８
へ通じている。

回転軸１２のタービン羽根車１３と反対側にはコンプレ
ッサ羽根車２３がナツト２４によって固定されている。

コンプレッサ羽根車２３？：囲うようにコンプレッサケ
ーシング２５が配置され、コンプレッサケーシング２５
はセンターフ１ウジング１５にボルト２６によって固定
されている。コンプレッサ′羽根車２３の背面にはコン
プレッサ羽根車２３と軸受部を隔てるバックプレート２
７が設けられ、バックプレート２７はセンター７１ウジ
ング１５にボルト２８によって固定されている。回転軸
１２のコンプレッサ羽根車２３とジャーナル気体軸受１
９との間にはスラスト円板２９が設けられ、スラスト円
板２９はコンプレッサ羽根車２３を介して回転軸１２に
固定されている。スラスト円板２９の両側にはスラスト
気体軸受３０が設けられ、それぞれセンター７１ウジン
グ１５とノ（ツクグレート２７に固定されている。

８ｇ３図は第２図の動圧形ジャーナル気体軸受１９の回
転軸方向に対して垂直な平面による断面図である。３１
は軸受）−ウジングであシ、センターハウジング１５の
穴にはめられている。軸受ノ・ウジング３１の軸穴３２
には回転軸１２が通っており、軸受ハウジング３１の内
周と回転軸１２との間にすき間３３が設けられている。

すき間３３には複数個のパッド３４が設けられ、ノクツ
ド３４の内面と回転軸１２との間の空間がくさび状断面
となるように形成されている。釉受ノ１ウジング３１に
はパッド３４を支持するための複数個のネジ穴３５が設
けられ、ネジ穴３５にはパッド３４を支持するバネ付ピ
ボット３６が挿入され、その位置は小ネジ３７によって
きめられている。軸受ハウジング３１の下部には空気供
給孔２１が設けられ、上部には排出孔２２が設けられて
いる。

エン−ジン１が作動すると排気マニホールド１１を通っ
て排気ガスターボ過給機２のタービンケーシング１４に
流入し、タービン羽根車１３が作動する。これによって
軸１２が回転しコンプレッサ羽、根車２３に動力を伝達
して、吸気管１０を通してエンジン１へ空気を過給する
。エンジン１の始動とともに、クランク軸４とベルト５
全弁して空気圧縮機３が作動し、ニアフィルタフ全通し
て空気を吸込み、圧縮された空気は吐出し看８を通って
ターボ過給機２の軸受部へ供給される。このとき供給さ
れる空気はフィン９によって冷却される。

吐出し管８によって供給される空気は流路２０を流れて
ジャーナル気体軸受の外周部の下部に導かれ、軸受ハウ
ジング３１に設けられた空気供給孔２１から回転軸１２
の外周部のすき間３３に供給される。回転軸１２が商運
回転状態にあるときは、回転軸１２とパッド３４との間
に空気膜が形成され、潤滑作用が生じる。空気供給孔２
１から供絽される空気はすき間３３を流れ、排気孔２２
を通って外部へ流出する。このため回転軸１２の周囲に
下“部では静圧が高く、上部では静圧が低くなる圧力分
布が生じ回転軸１２を浮上する空気カケ生じる。したが
ってエンジン１がアイドリンク状態にあって回転軸１２
が低速回転であるために空気膜が形成されない状態であ
っても、回転軸１２が浮上するから回転軸１２はパッド
３４に接触せず、パッド３４は損鴎しない。

排気孔２２から排出される空気は軸受内部で発生する熱
を輸送するから軸受を冷却する効果を有する。（タービ
ン側のジャーナル気体軸受１９から排出される空気は断
熱室１８へ流入するが、空気圧縮機３が供給する空気の
圧力はタービン側の圧力より鳥く設定するから、断熱室
１８の内部の空気はヒートシュラウド１７と回転軸１２
との間のすき間を逼りタービン羽根車１３の背面へ流入
する。したがってタービンケーシング１４およびタービ
ン羽根車１３ケ流れる排気ガスが軸受部へ漏れないから
軸受部の汚染と高熱化を防ぐことができる。

第４図は別の実施例のターボ過給機である。回転軸１２
はほぼ垂直方向に設けられておシ、コンプレ、ツサ羽根
車２３は上部に、タービン羽根車１３は下部に設けられ
ている。１９は動圧形ジャ−ナル気体軸受である。ジャ
ーナル気体軸受１９とコンプレッサ羽根車２３との間に
はスラスト円板２９が回転軸１２に固定されており、ス
ラスト円板２９の上面と下面には動圧形スラスト気体軸
受３０が設けられている。空気圧縮機３の吐出し管８が
センターハウジング１５に接続されておシ、吐出し管８
に接続する流路４０がスラスト円板２９の下側のスラス
ト気体軸受３０との間に設けられている。スラスト気体
軸受３０には空気供給孔４１が設けちれている。なお、
ターボ過給機以外の部分は第１図に示す構成と同じであ
る。

本実施例の場合には回転軸１２が低速回転の状態ではロ
ータの荷重は下側の動圧形スラスト気体軸受３０に作用
するから高圧空気をスラスト気体軸受３０に供給するこ
とによシ、低速回転でもロータを浮上させることができ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれは、ターボ過給機の回転速度が低い状態で
ろっても回転軸が気体軸受に接触することなく作動でき
るので軸受が損傷せず、また軸受部のシールと冷却も可
能となるので、軸受の耐久性全向上できる効果が多る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例全体の系統囚、第２図は本発明
の実施例のターボ過給機の縦断面図、第３図は第２図に
示すターボ過給機の動圧形ジャーナル気体軸受部分の回
転軸に直角な平面による断面図、第４図は本発明の別の
実施例のターボ過給機の縦断面図である。 １・・・エンジン、２・・・ターボ過給機、３・・・空
気圧縮機、１３・・・タービン羽根車、１９・・・動圧
形ジャーナル気体軸受、２１・・・空気供給孔、２２・
・・排出孔、ｚ３・・・コンプレッサ羽根車、２９・・
・スラスト円板、３０・・・動圧形スラスト気体軸受。 Ｙ　１　図 第　２　図 ′ｆＪ　３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、はぼ水平に配置される回転軸にエンジンからの排気
   ガスによって駆動されるタービンとエンジンへ空気を過
   給するコンプレッサが設けられ、該回転軸は動圧形ジャ
   ーナル気体軸受によって支承される横軸形のターボ過給
   機において、エンジンあるいは′電動機によって直接駆
   動される免気犀粉俊を有し、該空気圧縮機から前記動圧
   形ジャーナル気体軸受の下部へ高圧空気を導く流路金膜
   けたこ−とを特徴とするターボ過栢機。 ２、特許請求の範囲第１項において、空気圧縮機よシ供
   給する空気圧力はタービン側の圧力より高く設足したこ
   とを特徴とするターボ過給機。 ３、はぼ垂直に配置される回転軸にエンジンからの排気
   ガスによって駆動されるタービンとエンジンへ空気全過
   給するコンプレッサが設けられ、該回転軸は動圧形スラ
   スト気体軸受によって支承される立輔形のターボ過ｔ３
   磯において、エンジンめるいＦｉ也動機によって直接駆
   動される空気圧縮機を有し、該空気圧縮機から前記動圧
   形スラスト気体軸受の下部へ高圧望見を導く流路を設け
   たことを特徴とするターボ過イは機。 ４、特許請求の範囲第３項において、生気圧縮機よｐ供
   給する空気圧力はタービン側の圧力より高く設足したこ
   と全特徴とするターボ過給様。