JP2002129967A - ターボチャージャ用回転支持装置 - Google Patents

ターボチャージャ用回転支持装置

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JP2002129967A JP2000323905A JP2000323905A JP2002129967A JP 2002129967 A JP2002129967 A JP 2002129967A JP 2000323905 A JP2000323905 A JP 2000323905A JP 2000323905 A JP2000323905 A JP 2000323905A JP 2002129967 A JP2002129967 A JP 2002129967A
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    • F16C27/045Ball or roller bearings, e.g. with resilient rolling bodies with a fluid film, e.g. squeeze film damping

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却性能を低下する事なく、ターボチャージ
ャ用回転支持装置の小型化及びこの小型化に基づく低コ
スト化を図る。 【解決手段】 ハウジング5aに設けた給油通路16a
を流通する潤滑油のみにより、第一、第二の玉軸受6、
7を含む構成各部を冷却自在とする。即ち、ウォータジ
ャケット(冷却水通路)を省略しても、上記潤滑油によ
り上記構成各部の温度上昇を抑えられる様にする。この
結果、ウォータジャケットの省略による、上記回転支持
装置の小型化及び製造作業の容易化を図れ、これら小型
化及び製造作業の容易化に基づくコスト低減を図れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明のターボチャージャ用
回転支持装置は、例えば自動車用エンジンの出力を向上
させる為のターボチャージャに組み込み、タービンとイ
ンペラとを接続する回転軸をハウジングに対し、回転自
在に支持する為に利用する。特に本発明は、ターボチャ
ージャ用回転支持装置の小型化及びこの小型化に基づく
低コスト化を図るものである。
【0002】
【従来の技術】エンジンの出力を排気量を変えずに増大
させる為、エンジンに送り込む空気を排気のエネルギに
より圧縮するターボチャージャが、広く使用されてい
る。このターボチャージャは、排気のエネルギを、排気
通路の途中に設けたタービンにより回収し、このタービ
ンをその端部に固定した回転軸により、給気通路の途中
に設けたコンプレッサのインペラを回転させる。このイ
ンペラは、エンジンの運転に伴って数万乃至は十数万mi
n-1 (r.p.m.)の速度で回転し、上記給気通路を通じて
エンジンに送り込まれる空気を圧縮する。
【0003】図4は、この様なターボチャージャの1例
を示している。このターボチャージャは、図示しない排
気流路を流通する排気により、回転軸1の一端(図4の
右端)に固定したタービン2を回転させる。この回転軸
1の回転は、この回転軸1の他端(図4の左端)に固定
したインペラ3に伝わり、このインペラ3が給気流路4
内で回転する。この結果、この給気流路4の上流端開口
から吸引された空気が圧縮されて、ガソリン、軽油等の
燃料と共にエンジンのシリンダ室内に送り込まれる。こ
の様なターボチャージャの回転軸1は、数万〜十数万mi
n-1 (r.p.m.)もの高速で回転し、しかも、エンジンの
運転状況に応じてその回転速度が頻繁に変化する。従っ
て、上記回転軸1は、ハウジング5に対し、小さな回転
抵抗で支持する必要がある。
【0004】この為に従来から、上記ハウジング5の内
側に上記回転軸1を第一、第二の玉軸受6、7により、
回転自在に支持している。これら第一、第二の玉軸受
6、7は、アンギュラ型玉軸受である。これら第一、第
二の玉軸受6、7の構成は、基本的には同じである。但
し、これら両玉軸受6、7のうち、高温の排気が流通す
る排気流路に近く、温度上昇が著しい第一の玉軸受6の
潤滑条件は、低温の空気が流通する給気流路4に近く、
温度上昇がそれ程著しくはない、第二の玉軸受7に比べ
て厳しい。
【0005】この様な第一、第二の玉軸受6、7は、内
周面に外輪軌道8を有する外輪9と、外周面に内輪軌道
10を有する内輪11と、これら外輪軌道8と内輪軌道
10との間に転動自在に設けられた複数個の玉12、1
2とを備える。又、これら各玉12、12は、円環状の
保持器(図示省略)に設けた複数のポケット内に、それ
ぞれ1個ずつ転動自在に保持している。又、図示の例の
場合には、上記内輪11を、片側の肩部をなくした、所
謂カウンタボアとしている。
【0006】この様な第一、第二の玉軸受6、7は、上
記ハウジング5の内側に設けた軸受支持部13に、それ
ぞれ円環状の押圧環14、14を介して支持されてい
る。即ち、この軸受支持部13の両端部内側にこれら各
押圧環14、14をそれぞれ内嵌し、これら各押圧環1
4、14の内側に上記各玉軸受6、7の外輪9、9を内
嵌している。そして、これら各玉軸受6、7の内輪1
1、11を上記回転軸1の両端部に外嵌固定する事によ
り、この回転軸1を上記ハウジング5に対し回転自在に
支持している。
【0007】又、上記第一、第二の玉軸受6、7を構成
する1対の外輪9、9には、圧縮ばね15により互いに
離れる方向の弾力を付与している。即ち、上記各押圧環
14、14の互いに対向する端面同士の間に上記圧縮ば
ね15を狭持し、これら各押圧環14、14に内嵌した
上記各外輪9、9に、互いに離れる方向の弾力を付与し
ている。従って、上記第一、第二の玉軸受6、7は、互
いに接触角の方向を逆にした状態{背面組み合せ(D
B)型}で組み込まれている。
【0008】更に、上記ハウジング5内に給油通路16
を設けて、上記各玉軸受6、7を潤滑自在としている。
即ち、ターボチャージャを装着したエンジンの運転時に
潤滑油は、上記給油通路16の上流端に設けたフィルタ
17により異物を除去されてから、上記軸受支持部13
の内周面と上記各押圧環14、14の外周面との間に存
在する環状の隙間空間18、18に送り込まれる。尚、
これら各隙間空間18、18は、上記軸受支持部13と
上記各押圧環14、14との嵌合を隙間嵌めにする事に
より設けている。そして、これら各隙間空間18、18
を上記潤滑油で満たす事により、上記各押圧環14、1
4の外周面と上記軸受支持部13の内周面との間に全周
に亙って油膜(オイルフィルム)を形成し、これら各押
圧環14、14の振動を上記軸受支持部13に伝わりに
くくしている。言い換えれば、上記各隙間空間18、1
8に満たされた潤滑油によって、上記回転軸1の回転に
基づく振動を減衰させている(オイルフィルムダン
パ)。更に、上記隙間空間18、18に送り込まれた潤
滑油の一部は、上記各押圧環14、14に設けたノズル
孔19から、上記第一、第二の玉軸受6、7を構成する
各内輪11、11の外周面に向け、径方向外方から斜め
に噴出し、これら第一、第二の玉軸受6、7を潤滑(オ
イルジェット潤滑)する。この様にして第一、第二の玉
軸受6、7に向けて噴出した潤滑油は、排油口20より
排出される。
【0009】尚、図示の例の場合、各押圧環14、14
の外周面に複数本(図示の例では2本)の凹部21、2
1を、径方向内方に凹入する状態で全周に亙って設けて
いる。この為、上記軸受支持部13の内周面と上記各押
圧環14、14の外周面との間の各隙間空間18、18
に潤滑油を、上記各凹部21、21を設けた分だけ多く
確保できる様になり、上記各押圧環14、14の振動が
上記軸受支持部13により伝わりにくくなる。又、上記
第一、第二の玉軸受6、7の各外輪9、9の外周面と上
記各押圧環14、14の内周面との間にも、それぞれ隙
間空間が存在している。そして、これら各隙間空間にも
上記潤滑油が満たされており、上記回転軸1の回転に基
づく振動の減衰を図っている。
【0010】又、上記ハウジング5内にウォータジャケ
ット(冷却水通路)22を設けて、ターボチャージャ用
回転支持装置を冷却自在としている。即ち、ターボチャ
ージャを装着したエンジンの運転時に、このエンジン内
を循環する冷却水の一部が上記ウォータジャケット22
を流通する事により、上記第一、第二の玉軸受6、7を
含む構成各部の温度上昇を抑えている。この様な水冷式
(冷却水による冷却)の場合には、比較的低温の空気に
曝される前記インペラ3側に設ける第二の玉軸受7は勿
論、(最高で1000℃近くの)高温の排気に曝される
前記タービン2側に設ける第一の玉軸受6に就いても、
十分に冷却できる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上述の様に従来のター
ボチャージャ用回転支持装置の場合は、ハウジング5内
にウォータジャケット(冷却水通路)22を設け、この
ウォータジャケット22を流通する冷却水により冷却を
行なっている。この様に冷却水により冷却を行なう事
は、冷却性能の確保の面からは好ましい。ところが、上
記ウォータジャケット22をハウジング5内に設ける
分、上記回転支持装置が大型化すると共に、製造作業も
面倒になり、コストが嵩む事が避けられない。しかも、
上記ウォータジャケット22を流通する冷却水は通常、
エンジン内を循環する冷却水の一部を使用する。この
為、エンジンの冷却装置から冷却水を導く為の冷却ホー
スやポンプ等を設ける必要があり、ターボチャージャ装
置全体が大型化、複雑化する。
【0012】この様な不都合を解決する為に、上記ウォ
ータジャケット22を省略する事が考えられる。ところ
が、ただ単にウォータジャケット22を省略するだけで
は、冷却性能が低下し、回転軸1を支持する第一、第二
の玉軸受6、7、特にタービン2側を支持する第一の玉
軸受6の温度上昇が著しくなる。そして、この様な著し
い温度上昇は、これら各玉軸受6、7に剥離、焼き付き
等の損傷を生じ易くする為、これら各玉軸受6、7の耐
久性が低下する可能性がある。本発明は、この様な事情
に鑑みて、ターボチャージャ用回転支持装置の冷却性能
を確保しつつ、この回転支持装置の小型化及びこの小型
化に基づく低コスト化を図るべく発明したものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明のターボチャージ
ャ用回転支持装置は、前述した従来から知られているタ
ーボチャージャ用回転支持装置と同様に、その一端部に
タービンを、その他端部にインペラを、それぞれ固定し
た回転軸を、ハウジングの内側に回転自在に支持する
為、このハウジングの内側に設けた軸受支持部の内周面
と上記回転軸の両端部外周面との間に1対の玉軸受を設
けている。そして、少なくと一方の玉軸受に潤滑油を供
給する為の給油通路を上記ハウジング内に設ける事によ
り、この玉軸受の潤滑を行なう様に構成している。
【0014】特に、本発明のターボチャージャ用回転支
持装置に於いては、上記給油通路を流通する潤滑油のみ
により、玉軸受を含む構成各部を冷却自在としている。
又、この様に構成各部を冷却自在とする為に、必要に応
じて、上記給油通路の一部で上記玉軸受よりも上流側部
分に、この給油通路から分岐した別の給油通路を少なく
とも1本設け、この別の給油通路の下流端を冷却を必要
とする部分に開口させる。又、更に必要に応じて、上記
別の給油通路に潤滑油の流通に対する抵抗を設ける事に
より、この別の給油通路と上記給油通路との間で、流通
する潤滑油に圧力差を生じにくくする。
【0015】
【作用】上述の様に構成する本発明のターボチャージャ
用回転支持装置の場合には、ハウジングに設けた給油通
路を流通する潤滑油により、玉軸受を含む構成各部を冷
却自在としている為、冷却水を流通させなくても、これ
ら構成各部の温度上昇を抑える事ができる。この為、温
度上昇に基づいて上記構成各部の耐久性を低下させる事
なく、ウォータジャケット(冷却水通路)を省略する事
が可能となる。この結果、このウォータジャケットの省
略による、上記回転支持装置の小型化及び製造作業の容
易化を図れ、これら小型化及び製造作業の容易化に基づ
くコスト低減を図れる。しかも、エンジンの冷却装置か
ら冷却水を導く為の冷却ホースやポンプ等を設ける必要
もなく、ターボチャージャ装置全体が大型化、複雑化す
る事もない。
【0016】尚、上記ウォータジャケットを省略する
分、冷却性能が低下する可能性があるが、上記給油通路
を太く(給油通路の断面積を大きく)して、この給油通
路の内周面の面積(表面積)を大きくしたり、この給油
通路に送り込む潤滑油の量を多くすれば、上記ウォータ
ジャケットを設けた場合とほぼ同様の冷却性能を確保で
きる。勿論、上記給油通路を太くしても、上記ウォータ
ジャケットを設ける場合に比べて、十分な小型化を図れ
る。
【0017】又、必要に応じて、上記給油通路の一部で
玉軸受よりも上流側部分に、この給油通路から分岐する
別の給油通路を少なくとも1本設け、この別の給油通路
の下流端を冷却を必要とする部分に開口させれば、この
冷却を必要とする部分を効率良く冷却できる。この結
果、上記回転支持装置を特に大型化する事なく、冷却性
能の向上を図る事が可能となる。
【0018】又、更に必要に応じて、上記給油通路と別
の給油通路との間で流通する潤滑油に圧力差が生じにく
くなる様に、この別の給油通路に潤滑油の流通に対する
抵抗を設ければ、各部への潤滑油の供給を適正に行なえ
る。即ち、上記玉軸受に潤滑油を送り込む為の給油通路
には、この玉軸受をオイルジェット潤滑したり、オイル
フィルムダンパの油膜(オイルフィルム)を形成する
為、高い圧力で潤滑油を送り込む必要がある。この為、
上述の様な給油通路から分岐する状態で別の給油通路を
設ける場合、この別の給油通路に潤滑油が多く流れる傾
向となって、上記オイルジェット潤滑やオイルフィルム
ダンパの性能が低下する可能性がある。この様な性能低
下を防止する為には、上記別の給油通路の一部の断面積
を他の部分の断面積より小さくする等により、この別の
給油通路に潤滑油の流通に対する抵抗を設ければ良い。
この様な理由から、上記別の給油通路に潤滑油の流通に
対する抵抗を設け、流通する潤滑油の圧力差を上記給油
通路と別の給油通路とで生じにくくすれば、各部への潤
滑油の供給を適正に行なえる。
【0019】
【発明の実施の形態】図1は、請求項1に対応する、本
発明の実施の形態の第1例を示している。尚、本発明の
特徴は、ターボチャージャ用回転支持装置を構成するハ
ウジング5aに設けた給油通路16aを流通する潤滑油
のみにより、この回転支持装置の冷却を確保する点にあ
る。上記ターボチャージャ用回転支持装置の全体構成に
就いては、前述の図4に示した構造を含み、従来から知
られている回転支持装置と同様であるから、同等部分に
関する説明は省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特
徴部分を中心に説明する。
【0020】本例の場合は、上記ハウジング5a内に設
けた給油通路16aを流通する潤滑油のみにより、第
一、第二の玉軸受6、7を潤滑自在とすると共に、これ
ら各玉軸受6、7を含む構成各部を冷却自在としてい
る。即ち、ターボチャージャを装着したエンジンの運転
時に潤滑油は、上記給油通路16aの上流端に設けたフ
ィルタ17により異物を除去されてから、上記ハウジン
グ5aの内側に設けた軸受支持部13の内周面と、上記
各玉軸受7、8を内嵌する各押圧環14、14の外周面
との間の隙間空間18、18に送り込まれる。そして、
これら各隙間空間18、18を上記潤滑油で満たす事に
より、上記各押圧環14、14の外周面と上記軸受支持
部13の内周面との間に全周に亙って油膜(オイルフィ
ルム)を形成し、これら各押圧環14、14の振動を上
記軸受支持部13に伝わりにくくすると共に、これら各
押圧環14、14及び軸受支持部13の冷却を行なう。
更に、上記隙間空間18、18に送り込まれた潤滑油の
一部は、上記各押圧環14、14に設けたノズル孔19
から、上記第一、第二の玉軸受6、7を構成する各内輪
11、11の外周面に向け、径方向外方から斜めに噴出
し、これら第一、第二の玉軸受6、7を潤滑(オイルジ
ェット潤滑)すると共に、これら第一、第二の玉軸受
6、7を冷却する。この様にして第一、第二の玉軸受
6、7に向けて噴出した潤滑油は、排油口20より排出
される。
【0021】尚、本例の場合、各押圧環14、14の外
周面に複数本(図示の例では2本)の凹部21、21
を、径方向内方に凹入する状態で全周に亙って設けてい
る。この為、上記軸受支持部13の内周面と上記各押圧
環14、14の外周面との間の各隙間空間18、18に
潤滑油を、上記各凹部21、21を設けた分だけ多く確
保できる。この結果、上記各押圧環14、14及び軸受
支持部13をより冷却し易くなると共に、これら各押圧
環14、14の振動が上記軸受支持部13により伝わり
にくくなる。又、上記第一、第二の玉軸受6、7の各外
輪9、9の外周面と上記各押圧環14、14の内周面と
の間にも、それぞれ隙間空間が存在している。そして、
これら各隙間空間にも上記潤滑油が満たされており、上
記外輪9、9の冷却を行なうと共に、上記回転軸1の回
転に基づく振動の減衰を図っている。
【0022】上述の様に構成する本発明のターボチャー
ジャ用回転支持装置の場合には、ハウジング5aに設け
た給油通路16aを流通する潤滑油により、第一、第二
の玉軸受6、7を含む構成各部を冷却自在としている
為、冷却水を流通させなくても、これら構成各部の温度
上昇を抑える事ができる。この為、温度上昇に基づいて
上記構成各部の耐久性を低下させる事なく、前述の図4
に示した様なウォータジャケット(冷却水通路)22を
省略する事が可能となる。この結果、この様なウォータ
ジャケット22の省略による、上記回転支持装置の小型
化及び製造作業の容易化を図れ、これら小型化及び製造
作業の容易化に基づくコスト低減を図れる。しかも、エ
ンジンの冷却装置から冷却水を導く為の冷却ホースやポ
ンプ等を設ける必要もなく、ターボチャージャ装置全体
が大型化、複雑化する事もない。
【0023】尚、上記ウォータジャケット22を省略す
る分、冷却性能が低下する可能性があるが、上記給油通
路16aを太く(給油通路の断面積を大きく)して、こ
の給油通路16aの内周面の面積(表面積)を大きくし
たり、この給油通路16aに送り込む潤滑油の量を多く
すれば、上記ウォータジャケット22を設けた場合とほ
ぼ同様の冷却性能を確保できる。勿論、上記給油通路1
6aを太くしても、上記ウォータジャケット22を設け
る場合に比べて、十分な小型化を図れる。又、例えウォ
ータジャケット22を設ける場合より冷却性能が劣った
としても、冷却水に奪われる熱量が多くなり過ぎてエン
ジンの熱効率が低下する事がなくなる為、温度上昇を適
度に抑えられる限り、逆に好ましい場合もある。
【0024】次に、図2は、請求項1〜2に対応する、
本発明の実施の形態の第2例を示している。本例の場合
には、給油通路16bの一部で第一、第二の玉軸受6、
7よりも上流側部分に、この給油通路16bから分岐す
る別の給油通路23を1本設け、この別の給油通路23
の下流端を、冷却を必要とする部分に開口させている。
即ち、本例の場合は、この別の給油通路23の下流端
を、ハウジング5bの一部で、回転軸1のタービン2側
端部に対向する部分に開口させ、この回転軸1及びター
ビン2側に設けた第一の玉軸受6に、効率良く潤滑油を
送り込み自在としている。この為、エンジンの運転時に
最高で1000℃近くとなる高温排気の熱に拘らず、上
記第一の玉軸受6の温度上昇を抑えられる。即ち、この
第一の玉軸受6に多量の潤滑油を送り込む事により、こ
の第一の玉軸受6を効率良く冷却して、ターボチャージ
ャ用回転支持装置を特に大型化する事なく、冷却性能の
向上を図る事が可能となる。その他の構成及び作用は、
上述した第1例の場合と同様であるから、重複する説明
は省略する。
【0025】次に、図3は、請求項1〜3に対応する、
本発明の実施の形態の第3例を示している。本例の場合
には、給油通路16bと別の給油通路23aとで流通す
る潤滑油に圧力差が生じにくくなる様にしている。この
為に、上記給油通路16bから分岐する別の給油通路2
3aの上流側端部の断面積を、他の部分の断面積よりも
小さくする事により、この部分を、上記別の給油通路2
3aを流通する潤滑油に対する抵抗としている。即ち、
第一、第二の玉軸受6、7に潤滑油を送り込む為の給油
通路16bには、これら各玉軸受6、7をオイルジェッ
ト潤滑したり、オイルフィルムダンパの油膜(オイルフ
ィルム)を形成する為、高い圧力で潤滑油を送り込む必
要がある。この為、この様な給油通路16bから分岐す
る状態で別の給油通路23aを設ける場合、この別の給
油通路23aに潤滑油が多く流れる傾向となって、上記
オイルジェット潤滑やオイルフィルムダンパの性能が低
下する可能性がある。この様な性能低下を防止する為に
は、上記別の給油通路23aに、潤滑油の流通に対する
抵抗を設ければ良い。この様な理由から本例では、上記
別の給油通路23aの上流側端部の断面積を、他の部分
の断面積よりも小さくし、流通する潤滑油の圧力差を上
記給油通路16bと別の給油通路23aとで生じにくく
している。
【0026】尚、図示は省略するが、ハウジング5(5
a、5b)と軸受支持部13とを、それぞれ別体に形成
する場合もある。この様な場合は、このハウジングの内
周面と、このハウジングと別体に設けられた軸受支持部
材の外周面との間に隙間空間を設け、この隙間空間を潤
滑油で満たす。そして、この様に隙間空間に満たされた
潤滑油により、上記ハウジング及び軸受支持部材の冷却
を行なうと共に、回転軸の回転に基づく振動の減衰を図
る。更に、上記隙間空間に送り込まれた潤滑油の一部
を、1対の玉軸受のうちの少なくとも一方の玉軸受に向
けて送り込み、この玉軸受の潤滑及び冷却を行なう。
【0027】
【発明の効果】本発明は、以上に述べた通り構成し作用
する為、冷却性能を低下する事なく、小型で低コストの
ターボチャージャ用回転支持装置を提供でき、この回転
支持装置を組み込むターボチャージャ装置の小型化、簡
素化及び低コスト化に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の第1例を示す断面図。
【図2】本発明の実施の形態の第2例を示す断面図。
【図3】本発明の実施の形態の第3例を示す部分断面
図。
【図4】従来構造の1例を示す断面図。
【符号の説明】
1 回転軸 2 タービン 3 インペラ 4 給気流路 5、5a、5b ハウジング 6 第一の玉軸受 7 第二の玉軸受 8 外輪軌道 9 外輪 10 内輪軌道 11 内輪 12 玉 13 軸受支持部 14 押圧環 15 圧縮ばね 16、16a、16b 給油通路 17 フィルタ 18 隙間空間 19 ノズル孔 20 排油口 21 凹部 22 ウォータジャケット 23、23a 別の給油通路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 その一端部にタービンを、その他端部に
    インペラを、それぞれ固定した回転軸を、ハウジングの
    内側に回転自在に支持する為、このハウジングの内側に
    設けた軸受支持部の内周面と上記回転軸の両端部外周面
    との間に1対の玉軸受を設け、少なくと一方の玉軸受に
    潤滑油を供給する為の給油通路を上記ハウジング内に設
    ける事により、この玉軸受の潤滑を行なう様に構成した
    ターボチャージャ用回転支持装置に於いて、上記給油通
    路を流通する潤滑油のみにより、玉軸受を含む構成各部
    を冷却自在とした事を特徴とするターボチャージャ用回
    転支持装置。
  2. 【請求項2】 給油通路の一部で玉軸受よりも上流側部
    分に、この給油通路から分岐した別の給油通路を少なく
    とも1本設け、この別の給油通路の下流端を冷却を必要
    とする部分に開口させた、請求項1に記載したターボチ
    ャージャ用回転支持装置。
  3. 【請求項3】 別の給油通路に潤滑油の流通に対する抵
    抗を設ける事により、この別の給油通路と給油通路との
    間で、流通する潤滑油に圧力差を生じにくくした、請求
    項2に記載したターボチャージャ用回転支持装置。
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