CN103261624B - 涡轮增压器及浮动衬套制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种涡轮增压器及浮动衬套制造方法，其能够抑制噪音的产生，且可以提高旋转速度。涡轮增压器（1）将涡轮转子（3）和压缩机转子（5）连接的形成圆形截面的旋转轴（7）在沿轴线方向隔开的两个部位分别经由浮动衬套（15）旋转自如地支承于以覆盖轴承壳（9）的旋转轴7的周围的方式配置的内周面（17），其中，各浮动衬套（15）的内周面（23）形成横截面形状在周向改变曲率的非圆形状。

Description

涡轮增压器及浮动衬套制造方法

技术领域

本发明涉及涡轮增压器及制造用于该涡轮增压器的浮动衬套的浮动衬套制造方法。

背景技术

涡轮增压器利用发动机的排气能量向发动机供给压缩的空气。涡轮增压器具备通过发动机的排气进行旋转的涡轮转子和通过涡轮转子的旋转进行旋转且将从外部吸入的空气压缩并向发动机供给的压缩机转子。

将涡轮转子和压缩机转子连接的旋转轴通常通过浮动衬套轴承旋转自如地支承于外壳上（参照专利文献1）。

在介于浮动衬套轴承在旋转轴和外壳之间可旋转地设有浮动衬套，将从外壳供给的加压的润滑油向外壳内周面和浮动衬套的外周面之间供给，同时，通过设于浮动衬套的半径方向的供油路向形成于浮动衬套内周面和旋转轴之间的间隙供给。而且，构成为利用形成于这些间隙的润滑油的油膜支承旋转轴。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：（日本）特开2008－286050号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，在现有的涡轮增压器中，旋转轴、浮动衬套的内外周面及外壳的内周面的横截面形状形成圆形。这种涡轮增压器中，如果旋转轴的旋转加速，则油膜弹簧的复合项（連成項）增大，因此，存在旋转轴的振动增大，产生噪音的课题。

特别是，小型的涡轮增压器由于为高速旋转、轻荷重的轴系，所以容易产生该振动。因此，能够更快地抑制旋转速度，因此，成为提高性能的制约条件。

本发明鉴于这样的状况，其目的在于，提供能够抑制噪音的产生，能够提高旋转速度的涡轮增压器及浮动衬套制造方法。

解决问题的技术方案

为解决上述课题，本发明采用以下技术方案。

即，本发明第一方面提供一种涡轮增压器，将涡轮转子和压缩机转子连接的形成圆形截面的旋转轴在沿轴线方向隔开的两个部位分别经由浮动衬套旋转自如地支承于外壳的支承部，该支承部被配置为覆盖所述旋转轴的周围，其中，所述各浮动衬套的内周面形成横截面形状在周向改变曲率的非圆形状。

本方面的涡轮增压器中，经由油膜支承形成圆形截面的旋转轴的浮动衬套的内周面的横截面形状形成为在周向改变曲率的非圆形状，因此，相比现有的圆形彼此的关系，能够减小油膜弹簧的复合项。这样，如果能够减小油膜弹簧的复合项，则能够抑制旋转轴的不稳定振动，所以，能够抑制噪音的产生。因此，能够提高旋转轴的旋转速度，所以能够提高涡轮增压器的性能。

所述方面中，所述各浮动衬套的外周面的横截面形状也可以形成为在周向改变曲率的非圆形状。

据此，由于可以减小形成于形成圆形截面的外壳的支承部和浮动衬套的外周面之间的油膜的油膜弹簧的复合项，所以能够抑制浮动衬套的不稳定振动。因此，能够进一步抑制旋转轴的不稳定振动，所以能够进一步抑制噪音的产生。

所述方面中，所述支承部的内周面的横截面形状也可以形成为在周向改变曲率的非圆形状。

据此，由于能够减小形成于外壳和形成圆形的浮动衬套的外周面之间的油膜的油膜弹簧的复合项，所以能够抑制浮动衬套的不稳定振动。因此，由于能够进一步抑制旋转轴的不稳定振动，所以能够进一步抑制噪音的产生。

本发明第二方面提供一种涡轮增压器，将涡轮转子和压缩机转子连接的形成圆形截面的旋转轴在沿轴线方向隔开的两个部位分别经由浮动衬套旋转自如地支承于外壳的支承部，该支承部被配置为覆盖所述旋转轴的周围，其中，所述支承部的内周面的横截面形状形成为在周向改变曲率的非圆形状。

本方面的涡轮增压器中，经由油膜支承横截面形状形成圆形的浮动衬套的外周面的支承部的内周面的横截面形状形成为在周向改变曲率的非圆形状，因此，相比现有的圆形彼此的关系，能够减小油膜弹簧的复合项。这样，如果能够减小油膜弹簧的复合项，则能够抑制旋转轴的不稳定振动，因此，能够抑制旋转轴的不稳定振动，能够抑制噪音的产生。因此，能够提高旋转轴的旋转速度。

所述第一方面及第二方面中，所述非圆形状也可以为椭圆。

椭圆的横截面形状在周向连续地改变曲率，因此，能够抑制油膜弹簧的急剧的变动。

例如，椭圆由于包含与夹持长轴的一对圆弧的短轴交差的部分的中央部分的曲率半径比以长轴和短轴的交点为中心的圆的曲率半径大（曲率小），因此，与旋转轴之间形成的润滑油流动的间隙的入口部分比内周面为圆形的部分大。因此，油膜的反作用力与内周面为圆形的作用力相比，作用于更接近旋转轴的轴心的位置，因此，在使旋转轴振动的方向作用的力的成分，即复合项的成分更小。

曲率半径比同一轴心的圆的曲率半径大的部分优选设为占全周的至少一半以上、优选70％以上的形状。

所述构成中，也可以将一对所述浮动衬套连结一体化，使形成于所述各浮动衬套的内周面的所述椭圆的相位相互错开。

这样，一对浮动衬套连结一体化，因此，各浮动衬套绕旋转轴一体旋转。

此时，由于形成于各浮动衬套的内周面的椭圆的相位相互错开，因此，在各浮动衬套上使旋转轴振动的力作用的方向错开。因此，相互干涉，可以减小。

本发明第三方面提供一种浮动衬套制造方法，其是制造浮动衬套的方法，其中，该浮动衬套支承将涡轮转子和压缩机转子连接的形成圆形截面的旋转轴，且内周面的横截面形状为非圆形状，从隔着轴线中心相对的两方向对圆筒部件的侧面付与按压力，以压溃的方式使其变形，在变形的圆筒部件上贯通形成绕轴线中心形成圆形状的孔，除去所述按压力。

在本方面的浮动衬套制造方法中，从隔着轴线中心相对的两方向向圆筒部件的侧面付与按压力，以压溃的方式使其变形。其次，在变形的圆筒部件上贯通形成绕轴线中心形成圆形状的孔。然后，在除去按压力时，从两方向压溃的圆筒部件复原，外周面的横截面形状成为圆形，同时，孔向两方向伸出，横截面形状成为非圆形状。

这样，能够容易地制造内周面的横截面形状形成非圆形状的浮动衬套。

发明效果

根据本发明的涡轮增压器，能够抑制旋转轴的不稳定振动，能够抑制噪音的产生。因此，能够提高旋转轴的旋转速度，所以能够提高涡轮增压器的性能。

另外，在本发明的浮动衬套制造方法中，能够容易地制造内周面的横截面形状形成非圆形状的浮动衬套。

附图说明

图1是说明本发明第一实施方式的涡轮增压器的构成的框图；

图2是说明图1的浮动衬套轴承的构成的纵剖面图；

图3是图2的X－X剖面图；

图4是表示与现有的浮动衬套轴承的图3相同的部分的剖面图；

图5是表示制造图1的浮动衬套的一工程的横剖面图；

图6是表示制造图1的浮动衬套的一工程的横剖面图；

图7是表示图1的浮动衬套的其它实施方式的横剖面图；

图8是表示图1的浮动衬套的另外其它实施方式的横剖面图；

图9是表示本发明第一实施方式的浮动衬套轴承的其它方式的横剖面图；

图10是表示本发明第二实施方式的浮动衬套轴承的横剖面图；

图11是表示制造本发明第二实施方式的外壳的一工程的横剖面图；

图12是表示制造本发明的第二实施方式的外壳的一工程的横剖面图；

图13是表示本发明第三实施方式的浮动衬套轴承的横剖面图；

图14是图13的Y－Y剖面图；

图15是图13的Z－Z剖面图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式。

〔第一实施方式〕

下面，使用图1～图6详细说明本发明第一实施方式的涡轮增压器。

图1是说明本发明第一实施方式的涡轮增压器的构成的框图。图2是说明图1的浮动衬套轴承的构成的纵剖面图。图3是图2的X－X剖面图。

涡轮增压器1中具备：通过发动机的排气进行旋转的涡轮转子3、将从外部导入的空气压缩并向发动机供给的压缩机转子5、将涡轮转子3及压缩机转子5连接的旋转轴7、可旋转地支承旋转轴7的轴承壳（外壳）9、介装于旋转轴7的涡轮转子3侧部分的涡轮侧浮动衬套轴承11、介装于旋转轴7的压缩机转子5侧部分的压缩机侧浮动衬套轴承13。

涡轮侧浮动衬套轴承11及压缩机侧浮动衬套轴承13构成为：分别在旋转轴7和轴承壳9之间可旋转地设有浮动衬套15。另外，各浮动衬套15以限制向轴方向的移动的方式安装。因此，旋转轴7经由在轴线方向分开的涡轮侧浮动衬套轴承11及压缩机侧浮动衬套轴承13这两个部位的浮动衬套15支承于轴承壳9。

在轴承壳9上具备向轴承壳9的内周面（支承部）17和浮动衬套15的外周面21之间供给润滑油的油路径19。

在浮动衬套15上，沿周向隔开适宜间隔具备多个以将外周面21和内周面23连通的方式形成的供油孔25。

供油孔25具有将向轴承壳9的内周面17和浮动衬套15的外周面21之间供油的润滑油向浮动衬套15的内周面23和旋转轴7之间供给的功能。

浮动衬套15的内周面23的横截面形状如图3所示形成椭圆形状（非圆形状）。

该椭圆形状为将具有同一中心Ob的圆形27向x方向拉伸的形状。因此，浮动衬套15的内周面23和旋转轴7的关系为非圆形状和圆形状的组合。

对这样构成的涡轮增压器1的动作进行说明。

将发动机的排气导入涡轮转子3，使涡轮转子3旋转，排出到外部。

涡轮转子3的旋转经由旋转轴7向压缩机转子5传递，使压缩机转子5旋转。旋转的压缩机转子5将从外部导入的空气进行压缩，向发动机供给压缩后的空气。

此时，在涡轮侧浮动衬套轴承11及压缩机侧浮动衬套轴承13中，通过油路径19将加压后的润滑油向轴承壳9的内周面17和浮动衬套15的外周面21之间供给。而且，该润滑油通过供油孔25向形成于浮动衬套15的内周面23和旋转轴7之间的间隙供给。

因此，浮动衬套15经由油膜被轴承壳9支承，旋转轴7经由油膜被浮动衬套15支承。

伴随旋转轴7的旋转，旋转轴7刮入形成于内周面23和旋转轴7的间隙的润滑油的油膜，润滑油移动，随之，浮动衬套15也向与旋转轴7相同的方向旋转。通常旋转轴7和浮动衬套15的旋转数不同。

在与旋转轴7的荷重方向Wc相对应的位置，间隙减小，但通过旋转轴7刮入润滑油，油膜增加，产生支承旋转轴7的充分的反作用力。

该反作用力作为油膜弹簧起作用，在设定x方向的力Fx及y方向的力Fy时，如下表示。

[式1]

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{Fx}\\ \mathrm{Fy}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\mathrm{Kxx}& \mathrm{Kxy}\\ \mathrm{Kyx}& \mathrm{Kyy}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right)$

在此，x为x方向的位移量，y为y方向的位移量，Kxx为沿x方向移动时沿x方向作用的弹簧常数。Kyy为沿y方向移动时沿y方向作用的弹簧常数。Kxy为沿x方向移动时沿y方向作用的弹簧常数。Kyx为沿y方向移动时沿x方向作用的弹簧常数。

该Kxy及Kyx为复合项。

如图4所示的现有的浮动衬套15，在将圆形截面的旋转轴7和横截面形状设为圆形的浮动衬套15的内周面23的圆形彼此进行组合时，油膜弹簧的复合项增大。如果存在复合项，则沿x方向移动时产生y方向的力，沿y方向移动时产生x方向的力，因此，旋转轴7产生不稳定的振动。

复合项增大时，旋转轴7的不稳定的振动增大。

在本实施方式中，浮动衬套15的内周面23和旋转轴7的关系为非圆形状和圆形状的组合，因此，相比现有的圆形彼此的关系，可减小油膜弹簧的复合项Kxy、Kyx。

这样，如果可以减小油膜弹簧的复合项Kxy、Kyx，则可以抑制旋转轴7的不稳定振动，因此，能够抑制噪音的产生。因此，由于能够提高旋转轴7的旋转速度，所以可以提高涡轮增压器1的性能。

另外，浮动衬套15的内周面23的横截面形状为椭圆，在曲率周向连续变化，因此，能够抑制油膜弹簧的急剧的变动。

椭圆由于包含与隔着长轴的一对圆弧的短轴交差的部分的中央部分的曲率半径比以长轴和短轴的交点为中心Ob的圆的曲率半径大（曲率小），所以在与旋转轴7之间形成的润滑油流动的间隙的入口部分比内周面23为圆形的部分大。因此，油膜的反作用力在相比内周面23为圆形的部分更接近旋转轴7的轴心Oc的位置进行作用，因此，在使旋转轴7振动的方向作用的力的成分、即复合项的成分进一步减小。

曲率半径比同一轴心的圆的曲率半径大的部分优选设为全周的至少一半分以上、优选占70％以上这样的形状。

其次，通过图5及图6说明制造该浮动衬套15的浮动衬套制造方法。

如图5所示，在由双点划线表示的圆筒部件27的侧面，从隔着轴线中心相对的两方向（上下）付与按压力，使其以压溃的方式进行变形。

其次，以贯通绕轴线中心形成圆形状的孔29的方式形成于由实线所示的变形的圆筒部件27。

之后，如图6所示，在除去按压力后，从上下压溃的圆筒部件27复原，外周面21的横截面形状成为圆形，并且孔29向上下伸长，横截面形状成为非圆形状。

这样，能够容易地制造内周面23的横截面形状为椭圆（非圆形状）的浮动衬套15。

此外，在本实施方式中，内周面23的横截面形状作为非圆形状使用椭圆，但不限于此。

例如图7所示也可以设为3圆弧形状，如图8所示设为4圆弧形状，也可以设为5以上的多圆弧形状。据此，可以增大曲率半径比同一轴心的圆的曲率半径大的部分的比例。

另外，也可以设为2圆弧形状。进而也可以将多圆弧形状的圆弧间的连接部顺畅地连接。

在本实施方式中，将浮动衬套15的内周面23设为非圆形状，但在此基础上，如图9所示，浮动衬套15的外周面21也设为非圆形状。

据此，可以减小形成圆形截面的轴承壳9的内周面17和浮动衬套15的外周面21之间形成的油膜的油膜弹簧的复合项，因此，能够抑制浮动衬套15的不稳定振动。因此，由于能够进一步抑制旋转轴7的不稳定振动，所以能够进一步抑制噪音的产生。

〔第二实施方式〕

其次，使用图10说明本发明第二实施方式的涡轮增压器1。

本实施方式中，由于轴承壳9的内周面17及浮动衬套15的内周面23的构成与第一实施方式的不同，所以在此主要对该不同的部分进行说明，与上述的第一实施方式相同的部分省略重复的说明。此外，对与第一实施方式相同的部件标注相同的符号。

图10是表示本实施方式的涡轮侧浮动衬套轴承11（压缩机侧浮动衬套轴承13）的横剖面图。

在本实施方式中，浮动衬套15的内周面23的横截面形状为圆形状。

另一方面，轴承壳9的内周面17的横截面形状为椭圆形状。

在这样构成的本实施方式中，经由油膜支承横截面形状形成圆形的浮动衬套15的外周面21的轴承壳9的内周面17为椭圆形状，因此，相比现有的圆形彼此的关系，可以减小油膜弹簧的复合项。

这样，如果可以减小油膜弹簧的复合项，则能够抑制浮动衬套15的不稳定振动，因此，能够抑制旋转轴的不稳定振动，能够抑制噪音的产生。因此，能够提高旋转轴的旋转速度。

其次，通过图11及图12说明形成该轴承壳9的内周面17的一方法。

在此，说明轴承壳9形成圆筒形状。如图11所示，对圆筒部件31以贯通具有与圆筒部件31的轴线中心错开的轴线中心的孔33的方式进行加工。

将加工好的圆筒部件31沿连结圆筒部件31及孔33的轴线中心的线进行两分割，形成对开部件35。

使对分的一对开部件35绕与轴线中心正交的方向旋转，换言之左右翻转，如图12所示那样重合接合。

在此，由于将孔33的偏心放大图示，所以以内周面23不连续的方式进行观察，但实际上为数十μm程度的阶差，几乎连续。另外，如果觉着阶差不好，则也可以在接合后进行研削使其光滑。

此外，形成轴承壳9的内周面17的方法不限于此，也可以以成为椭圆形状的方式进行切削加工，也可以压入非圆形部件进行加工。

另外，也可以将该方法用于第一实施方式的浮动衬套15的制造。

〔第三实施方式〕

其次，使用图13～图15说明本发明第三实施方式的涡轮增压器1。

本实施方式中，由于浮动衬套轴承的构成与第一实施方式不同，所以在此主要说明该不同的部分，与上述的第一实施方式相同的部分省略重复的说明。此外，对与第一实施方式相同的部件标注相同的符号。

图13是表示本实施方式的浮动衬套轴承的横剖面图。图14是图13的Y－Y剖面图。图15是图13的Z－Z剖面图。

在本实施方式中，涡轮侧浮动衬套轴承11和压缩机侧浮动衬套轴承13通过将浮动衬套15彼此利用连接部件37连结而一体化。这样一体化被称为所谓的半浮动衬套轴承。

如图14及图15形成于各浮动衬套15的内周面23的椭圆的旋转相位错开90°。

由于这样将一对浮动衬套15连结一体化，因此，各浮动衬套15绕旋转轴7成一体地旋转。

此时，由于形成于各浮动衬套15的内周面23的椭圆的旋转相位相互错开90°，所以通过各浮动衬套15使旋转轴7振动的力作用的方向错位。因此，相互干涉，可减小旋转轴7的不稳定振动。

即，在压缩机侧浮动衬套轴承13侧，如图14所示即使处于容易产生不稳定振动的位置，在涡轮侧浮动衬套轴承11侧也能够如图15所示处于抑制不稳定振动的位置，因此，能够抑制旋转轴7的不稳定振动。

此外，本发明不限于以上说明的各实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内可以进行各种变形。

标记说明

1涡轮增压器

3涡轮转子

5压缩机转子

7旋转轴

9轴承壳

15浮动衬套

21外周面

23内周面

27圆筒部件

29孔

Claims (4)

1.一种涡轮增压器，将涡轮转子和压缩机转子连接的形成圆形截面的旋转轴在沿轴线方向隔开的两个部位分别经由浮动衬套旋转自如地支承于外壳的支承部，该支承部被配置为覆盖所述旋转轴的周围，

所述各浮动衬套的内周面的横截面形状形成为在周向改变曲率的椭圆形状，

所述涡轮增压器的特征在于，

将一对所述浮动衬套连结而成为一体，使形成于所述各浮动衬套的内周面的所述椭圆的相位相互错开。

2.如权利要求1所述的涡轮增压器，其中，

所述各浮动衬套的外周面的横截面形状形成为在周向改变曲率的非圆形状。

3.如权利要求1所述的涡轮增压器，其中，

所述支承部的内周面的横截面形状为在周向改变曲率的非圆形状。

4.一种浮动衬套制造方法，其是制造浮动衬套的方法，其中，该浮动衬套支承将涡轮转子和压缩机转子连接的形成圆形截面的旋转轴，且内周面的横截面形状为非圆形状，

从隔着轴线中心相对的两方向对圆筒部件的侧面付与按压力，以压溃的方式使其变形，

在变形的圆筒部件上贯通形成绕轴线中心形成圆形状的孔，

除去所述按压力。