JP2001512801A - ターボチャージャ一体型軸受システム - Google Patents

ターボチャージャ一体型軸受システム

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Abstract

(57)【要約】 ジャーナルおよびスラスト軸受を有する一体化軸受システムは、中心が軸受ハウジングにピンで留められて、タービンおよびコンプレッサ・ホイールのスラスト面と突き合わされ、一体化スラスト面潤滑溝（４０）とジャーナル表面潤滑溝（３８）を有する単一ユニット（６）内に組み込まれる。軸受は、端部から実質上等間隔の第１の開口（３２）を使用して位置決めピン（１８）と係合し、その結果、軸受ケースボア内での軸受の可移転が阻止され、一方軸受は、軸受ケースボア内で対称的に自由に揺動することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （関連出願の相互参照） 本出願は、１９９７年８月６日出願のＩｎｔｅｇｒａｌ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｔ
ｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ（一体型軸受ターボチャージャ）という名称の、仮出願
第６０／０５４９０６号の出願日の特典を請求する。
【０００２】 （発明の背景） （発明の分野） 本発明は一般に、ターボチャージャ用の軸受に関する。より詳細には、本発明
は、軸受ハウジングの中心にピン止めした単一ユニットに組み込まれタービンお
よびコンプレッサのホイール・スラスト面と組み合わせて一体型のスラスト面お
よびジャーナル表面の潤滑溝を有する、ジャーナル軸受およびスラスト軸受を備
えた一体型軸受システムを提供する。
【０００３】 （関連技術の説明） 排ガスで駆動されるターボチャージャは、タービン・ホイールおよびコンプレ
ッサ・ホイールを支える回転軸を含み、この回転軸は、油潤滑式軸受によってセ
ンタ・ハウジング内に回転可能に支持されている。タービン・ホイールは、排ガ
スにより、しばしば１００，０００ＲＰＭを超える高い回転速度で駆動され、コ
ンプレッサ・ホイールを駆動して、内燃機関で使用する昇圧された給気を供給す
る。軸およびホイールの軸方向の運動には、軸受システムと、軸受けシステムの
ジャーナル動作によって吸収され減衰されるロータ群の回転ダイナミクスによっ
て抵抗しなければならない。
【０００４】 従来技術のシステムは、一般に中心スペーサによって別々に拘束されまたは分
離された、１対のジャーナル軸受を使用し、これによって所望の回転ダイナミク
スを実現する。スラスト負荷は、従来のスラスト座金またはスラストカラーと、
エンドプレートまたはフランジ設計によって吸収され、これらのうちの１つの要
素はジャーナル軸受の１つと一体化することができる。
【０００５】 したがって、単純化のために最小限の数の部品を使用する軸受システムを提供
することが望ましい。また、正常性およびバランス合わせの容易さを向上させる
ため、軸受システム内の突き合わせ表面の数を減少させることが望ましい。軸受
は、十分な減衰を行いながら、軸運動に適応する角度のフレキシビリティを維持
することがさらに望ましい。軸受は、スラスト面およびジャーナル表面の、一体
的圧力給送潤滑能力を含むことがさらに望ましい。
【０００６】 （発明の概要） 本発明を使用するターボチャージャ用の一体型軸受システムは、軸受ケースボ
アと、軸受ケースボア内にこのボアのほぼ中心に延びる位置決めピンを受ける開
口を備えたボスとを含むセンタ・ハウジングを組み込んでいる。１部品からなる
軸受は、軸受ケースボア内で受けられ、両端部にはスラスト面を、その端部に最
も近い軸受の部分にはジャーナル軸受表面を有している。軸受は、コンプレッサ
・ホイールとタービン・ホイールの間に延びる軸を受けるための内部ボアをさら
に含み、この内部ボアは、スラスト面間に延びる複数の軸溝を有している。軸受
は、端部から実質的に等距離にある第１の開口を有する。この開口に位置決めピ
ンが嵌まって、軸受ケースボア内での軸受の回転が阻止される。この配置により
、軸受は、軸受ケースボア内で対称的に自由に揺動する。軸受は、センタ・ハウ
ジングの実質上中心に位置する第２の開口をさらに有し、センタ・ハウジングの
軸受ケースボアに延びる潤滑油チャネルに連絡している。コンプレッサ・ホイー
ルとタービン・ホイールの、それぞれのハブの端部の表面にあるスラスト羽根車
は、軸受のスラスト面と係合する。
【０００７】 本発明の詳細および特徴は、詳細な説明および図面に関してより明らかに理解
されるであろう。
【０００８】 （発明の詳細な説明） 図面を参照すると、本発明を組み込むターボチャージャが図１ａに示されてい
る。タービン・ハウジング１、センタ・ハウジング２、およびコンプレッサ・ハ
ウジング３が、ターボチャージャのケースを形成している。タービン・ホイール
および軸アセンブリ４はコンプレッサ・ホイール５に取り付けられ、軸は、セン
タ・ハウジング内に支えられた軸受６に回転可能に支持されている。タービン・
ホイールとコンプレッサ・ホイール・ハブのピストンリング・シール７は、セン
タ・ハウジングからタービンまたはコンプレッサ・ハウジングに潤滑油が漏れる
のを防止する。コンプレッション・リング８は、センタ・ハウジングに対するコ
ンプレッサ・ハウジングの密封取付けを強化する。シュラウド１０は、タービン
・ハウジングとセンタ・ハウジングの間で係合し、熱の障壁としてタービン・ホ
イールの後ろに延びている。座金クランプ１２の内部を延びるボルト１１は、タ
ービン・ハウジングをセンタ・ハウジングに固定し、ボルト１３および座金クラ
ンプ１４は、コンプレッサ・ハウジングをセンタ・ハウジングに固定する。
【０００９】 軸受６は、ボス２２の開口２０内部に挿入されたピン１８によって、センタ・
ハウジングの軸受ケースボア１６内での回転が抑止される。軸受は、中心に配置
されたピンのため端から端まで運動が対称的に自由な状態で半浮動しており、そ
れによって、軸受外径と軸受ケースボアの間の隙間の油膜ダンパの有効性が最適
になる。軸受用の潤滑は、入口２４を通して供給される。軸受の内部を延びる軸
は、軸と軸受の間での油の流れを促進する逃げ部分（リリーフ）２６を含む。
【００１０】 軸受の詳細な断面を、図２に示す。スラスト面２８および３０は、軸受の両端
に配置される。単体軸受構造によれば、部品数が最小限になり、軸受の揺動動作
中にスラスト面の平行度が必ず最大になる。開口３２の中心位置で位置決めピン
を受け取り、このため軸受端部の均一な減衰動作が可能になる。
【００１１】 軸受のボア３４は、スラスト面と組込み端部部分３６との間に延び、これらは
、軸のリリーフ部なしの軸受支持のため、表面仕上げが向上されていることを特
徴とする。軸方向の溝３８は、潤滑材を流すためにボア表面に沿って長手方向に
延びている。軸方向の溝は、軽負荷がかけられた軸受条件で直面するオイルの濁
流の低減によって、サブシンクロナス軸運動に対する抵抗を高め、回転ダイナミ
クスをさらに向上させる。開示されている実施形態に示す軸受は、圧力供給型の
潤滑システムを使用する。
【００１２】 図３ａから図３ｄに最も良く示される、目下の製造実施形態のための軸受のス
ラスト面は、複数の放射状の溝４０を形成させており、これらは汚染管理を強化
しながらスラスト能力を向上させる。図面に示す実施形態の場合、４５°の間隔
の８本の溝（図３ｂ）は、図３ｃに最も良く見られるように、軸受ボアの軸方向
の溝と一直線になった４本の溝とともに使用される。この実施形態で使用するＶ
字形の溝の詳細を、図３ｄに示す。この溝は、深さが０．１５ｍｍから０．２５
ｍｍの間にある９０°のＶ字形である。頂点に半径が与えられている。各スラス
ト面の内周上にあるリリーフ４２によって、油の送出および分配がさらに向上す
る。図４に示す軸受端部の断面図は、ピン開口３２および潤滑開口４４を示して
いる。
【００１３】 図５は、軸受の両方のスラスト面に関する輪郭を、図３ｂの線５−５に沿った
断面として示す。スラスト面に関し、コンプレッサ・ホイールとタービン・ホイ
ールの回転の相対的な方向において、放射状の溝の後に下方平坦部４６が続き、
これが傾斜部４８に移行して、上方ランド５０で終了する。図面に示す目下の製
造実施形態の場合、下方平坦部と上方ランドの間へ０．０２５ｍｍから０．０５
１ｍｍ上昇した約１．５５ｍｍの傾斜部の長さを使用する。
【００１４】 軸受の一スラスト面は、図１ａおよび図１ｂに示すタービン・ホイールのハブ
のスラスト羽根車に係合する。記述した軸受と組み合わせて使用するコンプレッ
サ・ホイールを図６に詳細に示す。ホイール５は、ハブ５６に一体化されたシー
ルリング溝５２およびスラスト面５４を含む。スラスト面をホイール・ハブに直
接組み込むことによって、突き合わせ表面の数が減少し、正常性およびバランス
合わせの容易さが向上するとともに、スラスト面からの熱伝達が改善される。示
される実施形態の場合、コンプレッサ・ホイールに硬質陽極処理を行って、ハブ
でのスラストおよびシールリングの摩耗を改善する。インディアナ州Ｓｏｕｔｈ
Ｂｅｎｄ、Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｄｒｉｖｅ、２４２４ ＮのＮｉｍｅｔ
Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．によって製造されたＮｉｔｕｆｆ被覆は、適切
な表面となることが見出された。処理の容易さのため、ホイールの外表面を被覆
するが、軸ボアは被覆しない。図７に示すように、スラスト面に出るボアに面取
り部５８を使用するが、これは、処理中にボアをマスキングするためにスラスト
面に形成される被覆にはっきりした突起ができないようにするためである。
【００１５】 使用するコンプレッサ・ホイールは、軸６２に取り付けるため、ボアの先端に
ねじ部６０を組み込んでおり、軸受上のオーバーハング重量を最小限にする。さ
らに、軸受ジャーナルからホイールの質量中心までのオーバーハング距離には、
本発明を組み込む軸受システムの設計によって、全体的な減少がもたらされる。
オーバーハングの減少によって、コンプレッサ端部のたわみが減少し、軸受ダン
パの相対的な位置が改善される。
【００１６】 本発明の第２の実施形態を図１ｂに示すが、この図で座金６４は、軸受スラス
ト面とコンプレッサ・ホイールのハブの間に含まれる。座金は、より高い摩耗公
差を有するスラストの負荷に順応する。従来のスラストカラーとは対照的に、座
金を使用することによって、必要とされる表面仕上げおよび平行度がより容易に
維持される単純な組立形状が得られる。
【００１７】 特許法の要件に従って、これまで本発明を詳細に述べてきたが、当業者なら、
本明細書に開示する具体的な実施形態に対する変更形態および代替形態が理解さ
れよう。このような変更形態および代替形態は、添付の特許請求の範囲に記載さ
れる本発明の範囲内および目的に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】 一体化軸受のスラスト面とコンプレッサ・ホイール・ハブの間が直接接触して
いる、本発明の軸受システムの第１の実施形態を組み込んだターボチャージャの
側断面図である。
【図１ｂ】 スラスト座金を使用した、本発明の第２の実施形態を組み込んだターボチャー
ジャの側断面図である。
【図２】 一体化ジャーナルおよびスラスト軸受ユニットの、詳細上部断面図である。
【図３ａ】 一体化ジャーナルおよびスラスト軸受ユニットの端面図である。
【図３ｂ】 要素の平面的関係が画定された状態の、図３の端面図である。
【図３ｃ】 スラスト面内の放射状の溝の詳細部分図である。
【図３ｄ】 図２の線３ｄの詳細部分図である。
【図４】 図２の線４−４に沿った断面図である。
【図５】 潤滑システム内のランド、傾斜部、およびフラットを詳述する、図３ｂの線５
−５に沿ったユニットのスラスト面の詳細断面図である。
【図６】 オイルシール、スラスト面、および被覆を詳述する、本発明に使用されるコン
プレッサ・ホイールの断面図である。
【図７】 図６の線７−７の詳細部分断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＵ ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 エルパーン，デビッドト・ジョージ アメリカ合衆国・90005・カリフォルニア 州・ロサンゼルス・ウエストチェスター プレイス・848 (72)発明者 ヘベン，ピーター・ジョン アメリカ合衆国・90505・カリフォルニア 州・トーランス・シャーリーン レーン・ 4906 (72)発明者 ジェンセン，ロイド・ビル アメリカ合衆国・92314−9180・カリフォ ルニア州・ビッグ ベア シティ・シェイ ロード・1500 (72)発明者 コールマン，スティーブン・ウォルター アメリカ合衆国・90630・カリフォルニア 州・サイプレス・パセオ デ オロ・4225 (72)発明者 セーエイ，サニル・ナンダン アメリカ合衆国・90274・カリフォルニア 州・パロス ベルダス エステイツ・アヴ ェニダ ミローラ・525 (72)発明者 ミリケン，ダグラス・アラン アメリカ合衆国・91362・カリフォルニア 州・サウザンド オークス・マンチェスタ ー コート・2630 (72)発明者 ロペス，レイモンド・レオ アメリカ合衆国・92708・カリフォルニア 州・ファウンテン ヴァレー・エンジェル アベニュ・10559 (72)発明者 ウイック，ワーナー アメリカ合衆国・90505・カリフォルニア 州・トーランス・ウエスト 226ティエイ チ ストリート・2605 Ｆターム(参考） 3G005 EA16 FA41 GB55 GB59 3J011 AA07 CA01 JA02 KA04 MA05 MA06 MA26

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 軸受ケースボアと、軸受ケースボア内へ実質上ボアの中心に
    延びる位置決めピンを挿入する開口を有するボスとを含んだセンタ・ハウジング
    と、 軸受ケースボア内に入れられ、両端部にスラスト面を有し、両端部に最も近い
    軸受の部分にジャーナル軸受表面を有する単一部材からなる軸受であって、前記
    軸受は、コンプレッサ・ホイールとタービン・ホイールの間に延びる軸を受ける
    ための内部ボアをさらに有し、その内部ボアが、スラスト面間に延びる複数の軸
    方向の溝を有し、前記軸受は、両端部から同じ距離に、位置決めピンと係合して
    軸受ケースボア内の軸受の回転を阻止する第１の開口を有し、前記軸受は、軸受
    ケースボア内で対称的に自由に揺動し、前記軸受は、実質上中心に配置されかつ
    センタ・ハウジングの軸受ケースボアへ入る潤滑油のチャネルと連絡する第２の
    開口をさらに有する軸受と、 コンプレッサ・ホイールとタービン・ホイールのそれぞれのハブの端部表面上
    にあり、軸受のスラスト面と係合するスラスト羽根車と を備えるターボチャージャ用一体型軸受システム。
  2. 【請求項２】 各スラスト面が、内部ボアから延びる複数の放射状の溝を形
    成させており、前記溝の少なくとも１つが内部ボアの前記軸方向の溝の１つと一
    直線にされた請求項１に記載のターボチャージャ用一体型軸受システム。
  3. 【請求項３】 スラスト面が、軸方向の溝から放射状の溝まで内部ボアを取
    り囲むリリーフを備えた請求項２に記載のターボチャージャ用一体型軸受システ
    ム。
  4. 【請求項４】 スラスト面の輪郭が、放射状の各溝に隣接する下方平坦部か
    ら次の放射状の溝に隣接している上方ランドへ傾斜部で連結されている円周形状
    である請求項２に記載のターボチャージャ用一体型軸受システム。
  5. 【請求項５】 軸が、軸受内の潤滑材の流れを促進させるために直径が減少
    した中心部分を含む請求項１に記載のターボチャージャ用一体型軸受システム。
  6. 【請求項６】 軸受の外径が、ジャーナル表面部分と、第１および第２の開
    口を含む中心ボス部分との間にリリーフを備えている請求項１に記載のターボチ
    ャージャ用一体型軸受システム。
  7. 【請求項７】 コンプレッサ・ホイールが、軸受上のスラスト面の１つに係
    合するスラスト面を有する一体型ハブを組み込んだ請求項１に記載のターボチャ
    ージャ用一体型軸受システム。
  8. 【請求項８】 コンプレッサ・ホイールの一体型ハブがピストンリング溝を
    さらに含み、軸受システムが、ピストンリング溝内に取り付けられるピストンリ
    ングをさらに含んでセンタ・ハウジングに密な状態で係合する請求項７に記載の
    ターボチャージャ用一体型軸受システム。
  9. 【請求項９】 ハブ・スラスト面上に陽極処理された被覆をさらに含む請求
    項７に記載のターボチャージャ用一体型軸受システム。
  10. 【請求項１０】 陽極処理された被覆がＮｉｔｕｆｆである請求項９に記載
    のターボチャージャ用一体型軸受システム。
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