JP2008291810A - ターボチャージャ - Google Patents
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- F16C2360/23—Gas turbine engines
- F16C2360/24—Turbochargers
Abstract
【課題】複雑な構造を必要とすることなくタービンシャフトの円筒モードでの振動を抑制して、ホワール音を低減することができるターボチャージャを提供する。
【解決手段】センタハウジング2の内周面2a内において、タービンホイール5側にはタービン側浮動ブッシュ軸受10が設けられている。一方、コンプレッサホイール8側において、内周面2aの一部は径方向に広げられて内周面2bを形成しており、内周面2b内にはコンプレッサ側浮動ブッシュ軸受11が設けられている。タービン側浮動ブッシュ軸受10とコンプレッサ側浮動ブッシュ軸受11とによって、タービンシャフト6がセンタハウジング2に対して回転可能に支持されている。コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受11の外径D5はタービン側浮動ブッシュ軸受10の外径D2よりも大きく、外径D5が外径D2の1.1〜2倍となるように形成されている。
【選択図】図2
【解決手段】センタハウジング2の内周面2a内において、タービンホイール5側にはタービン側浮動ブッシュ軸受10が設けられている。一方、コンプレッサホイール8側において、内周面2aの一部は径方向に広げられて内周面2bを形成しており、内周面2b内にはコンプレッサ側浮動ブッシュ軸受11が設けられている。タービン側浮動ブッシュ軸受10とコンプレッサ側浮動ブッシュ軸受11とによって、タービンシャフト6がセンタハウジング2に対して回転可能に支持されている。コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受11の外径D5はタービン側浮動ブッシュ軸受10の外径D2よりも大きく、外径D5が外径D2の1.1〜2倍となるように形成されている。
【選択図】図2
Description
この発明はターボチャージャに係り、特にターボチャージャにおけるホワール音の低減構造に関する。
エンジンの排気エネルギーを利用して、吸気を過給するターボチャージャにおいて、ターボチャージャを起点として発生する騒音の1つにホワール音が挙げられる。ホワール音は、非特許文献1に記載されているように、ターボチャージャの比較的低周波である振動が放射する、または排気管系と共振することによって発生する。また、ホワール音の発生は、タービンシャフトの両端部が同じ位相で振れまわる円筒モードでの振動に起因するため、異なる位相で振れまわる円錐モードで振動する場合には抑制される。
ホワール音を低減するため、例えば特許文献1には、タービンシャフトを支持する浮動ブッシュ軸受の振動を抑制する軸受装置を備えたターボチャージャが開示されている。これによれば、タービンシャフトを支持する一対の浮動ブッシュ軸受の間に、両端部に巻線が巻かれたスペーサが設けられる。タービンシャフトの回転数は回転数センサによって検知されてECUに出力されており、所定の回転数以下の場合、ECUからスペーサの巻線に電流が供給される。巻線に電流が供給されるとスペーサがソレノイドとして機能し、浮動ブッシュ軸受がスペーサに吸着されてセミフローティング方式に切り替わり、浮動ブッシュ軸受が振動することを防止する。
ホワール音を低減するため、例えば特許文献1には、タービンシャフトを支持する浮動ブッシュ軸受の振動を抑制する軸受装置を備えたターボチャージャが開示されている。これによれば、タービンシャフトを支持する一対の浮動ブッシュ軸受の間に、両端部に巻線が巻かれたスペーサが設けられる。タービンシャフトの回転数は回転数センサによって検知されてECUに出力されており、所定の回転数以下の場合、ECUからスペーサの巻線に電流が供給される。巻線に電流が供給されるとスペーサがソレノイドとして機能し、浮動ブッシュ軸受がスペーサに吸着されてセミフローティング方式に切り替わり、浮動ブッシュ軸受が振動することを防止する。
久間啓司、外2名,「ターボホワール音低減技術の開発」,学術講演会前刷集,社団法人自動車技術会,平成18年9月,No.96−06,p.1−4
特開2006−153122号公報
しかしながら、特許文献1に記載の軸受装置は、スペーサをソレノイドとして機能するような構造にすることや、スペーサの巻線に供給する電流を制御するECUが必要になるため、軸受装置が複雑になるという問題点を有していた。また、浮動ブッシュ軸受をセミフローティング方式にすることは、ホワール音の真因であるタービンシャフトの円筒モードでの振動を抑制するものではないため、対策が不十分であるという問題点を有していた。
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、複雑な構造を必要とすることなくタービンシャフトの円筒モードでの振動を抑制して、ホワール音を低減することができるターボチャージャ提供することを目的とする。
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、複雑な構造を必要とすることなくタービンシャフトの円筒モードでの振動を抑制して、ホワール音を低減することができるターボチャージャ提供することを目的とする。
この発明に係るターボチャージャは、一端にタービンホイール、他端にコンプレッサホイールが設けられるタービンシャフトと、タービンシャフトを内部に収容するハウジングと、ハウジングの内部の、タービンホイール側に設けられ、タービンシャフトを回転可能に支持するタービン側浮動ブッシュ軸受と、ハウジングの内部の、コンプレッサホイール側に設けられ、タービンシャフトを回転可能に支持するコンプレッサ側浮動ブッシュ軸受とを備えるターボチャージャにおいて、コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受を収容する部分のハウジングの内径と、タービン側浮動ブッシュ軸受を収容する部分のハウジングの内径とは、異なる内径になるように形成されており、コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受の外径と、タービン側浮動ブッシュ軸受の外径とは、ハウジングの異なる内径に対応して、異なる外径になるように形成されていることを特徴とするものである。
タービンホイールに供給される排気のエネルギーに起因して、タービンシャフトが回転しながら振動する。タービンシャフトは、タービン側浮動ブッシュ軸受とコンプレッサ側浮動ブッシュ軸受とによって回転可能に支持されているため、タービン側浮動ブッシュ軸受及びコンプレッサ側浮動ブッシュ軸受も、タービンシャフトとともに振動する。コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受を収容する部分のハウジングの内径と、タービン側浮動ブッシュ軸受を収容する部分のハウジングの内径とが異なる内径になるように形成し、この内径の差異に対応するように、コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受の外径と、タービン側浮動ブッシュ軸受の外径とを異なる外径としたので、コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受とタービン側浮動ブッシュ軸受との固有振動数にも差異が生じる。この固有振動数の差異によって、タービン側浮動ブッシュ軸受とコンプレッサ側浮動ブッシュ軸受とは異なる挙動で振動するので、円筒モードの振動ではなく、円錐モードの振動になる。したがって、複雑な構造を必要とすることなくタービンシャフトの円筒モードでの振動を抑制して、ホワール音を低減することが実現できる。
コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受の外径が、タービン側浮動ブッシュ軸受の外径よりも大きくてもよい。タービン側浮動ブッシュ軸受とコンプレッサ側浮動ブッシュ軸受とが同じ形状である場合、通常、コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受の振れまわり量の方がタービン側浮動ブッシュ軸受の振れまわり量よりも大きくなるが、コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受の外径を大きくして質量を大きくすることで、コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受の振れまわり量を小さくすることができる。
コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受の外径が、タービン側浮動ブッシュ軸受の外径の1.1〜2倍であってもよい。
タービンシャフトは、タービン側浮動ブッシュ軸受を支持するタービン側支持部と、コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受を支持するコンプレッサ側支持部とを備え、コンプレッサ側支持部の外径が、タービン側支持部の外径よりも大きくてもよい。コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受の径方向における肉厚が薄くなり、コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受を軽量化することができる。
タービンシャフトは、タービン側浮動ブッシュ軸受を支持するタービン側支持部と、コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受を支持するコンプレッサ側支持部とを備え、コンプレッサ側支持部の外径が、タービン側支持部の外径よりも大きくてもよい。コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受の径方向における肉厚が薄くなり、コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受を軽量化することができる。
互いに対向している、タービン側浮動ブッシュ軸受の内周面と、タービンシャフトの外周面との間に設けられる隙間の大きさは、互いに対向している、コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受の内周面と、タービンシャフトの外周面との間に設けられる隙間の大きさと同じであってもよい。タービン側浮動ブッシュ軸受及びタービンシャフトの隙間と、コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受及びタービンシャフトの隙間とが、ともに振動及び潤滑に対して最適な隙間を有するように構成することができる。したがって、タービン側の隙間とコンプレッサ側の隙間との差異が大きい場合に発生する可能性がある振動の増大や、潤滑油の供給不良を防止することができる。
互いに対向している、タービン側浮動ブッシュ軸受の外周面と、ハウジングの内周面との間に設けられる隙間の大きさは、互いに対向している、コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受の外周面と、ハウジングの内周面との間に設けられる隙間の大きさと同じであってもよい。タービン側浮動ブッシュ軸受及びハウジングの隙間と、コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受及びハウジングの隙間とが、ともに振動及び潤滑に対して最適な隙間を有するように構成することができる。したがって、タービン側の隙間とコンプレッサ側の隙間との差異が大きい場合に発生する可能性がある振動の増大や、潤滑油の供給不良を防止することができる。
互いに対向している、タービン側浮動ブッシュ軸受の外周面と、ハウジングの内周面との間に設けられる隙間の大きさは、互いに対向している、コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受の外周面と、ハウジングの内周面との間に設けられる隙間の大きさと同じであってもよい。タービン側浮動ブッシュ軸受及びハウジングの隙間と、コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受及びハウジングの隙間とが、ともに振動及び潤滑に対して最適な隙間を有するように構成することができる。したがって、タービン側の隙間とコンプレッサ側の隙間との差異が大きい場合に発生する可能性がある振動の増大や、潤滑油の供給不良を防止することができる。
この発明によれば、複雑な構造を必要とすることなくタービンシャフトの円筒モードでの振動を抑制して、ホワール音を低減することが可能となる。
以下に、この発明の実施の形態について、添付図に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1に、この実施の形態1に係るターボチャージャ1を示す。
ターボチャージャ1は、センタハウジング2を備えている。センタハウジング2は、内周面2aを有する略円筒形状であって、その両端部における外周面は径方向に延びたフランジ状に形成されている。センタハウジング2の一方の側部にはタービンハウジング3が接合されており、他方の側部にはコンプレッサハウジング4が接合されている。
実施の形態1.
図1に、この実施の形態1に係るターボチャージャ1を示す。
ターボチャージャ1は、センタハウジング2を備えている。センタハウジング2は、内周面2aを有する略円筒形状であって、その両端部における外周面は径方向に延びたフランジ状に形成されている。センタハウジング2の一方の側部にはタービンハウジング3が接合されており、他方の側部にはコンプレッサハウジング4が接合されている。
タービンハウジング3の内部において、センタハウジング2の側方にはタービンホイール5が収容されている。センタハウジング2に対向するタービンホイール5の背面5aにはボス5bが形成されており、ボス5bはセンタハウジング2の内周面2a内に挿入されている。ボス5bにはタービンシャフト6の一端が嵌入されており、溶接等によって一体として固定されている。タービンシャフト6の他端は、センタハウジング2の内周面2a内を通ってコンプレッサハウジング4内に延出している。また、センタハウジング2の内周面2aとボス5bの外周面との間にはメカニカルシール7が挟持されており、メカニカルシール7によってセンタハウジング2の内周面2a内とタービンハウジング3の内部との連通が遮断されている。
一方、コンプレッサハウジング4の内部においても、センタハウジング2の側方にはコンプレッサホイール8が収容されている。コンプレッサハウジング4の内部に延出するタービンシャフト6は、コンプレッサホイール8を貫通しており、その先端部にナット9が螺合されてタービンシャフト6とコンプレッサホイール8とが一体として固定されている。したがって、タービンホイール5とコンプレッサホイール8とが、タービンシャフト6を介して一体として連結された状態となっている。また、センタハウジング2の内周面2a内において、タービンホイール5側にはタービン側浮動ブッシュ軸受10(以下、タービン側軸受10と略称する)が設けられている。一方、コンプレッサホイール8側にはコンプレッサ側浮動ブッシュ軸受11(以下、コンプレッサ側軸受11と略称する)が設けられている。タービンシャフト6は、タービン側軸受10とコンプレッサ側軸受11とによって、ハウジングを構成するセンタハウジング2に対して回転可能に支持されている。
ここで、タービン側軸受10及びコンプレッサ側軸受11の構造と、タービンシャフト6の支持構造とについて、図2を用いて詳細に説明する。
タービン側軸受10は、センタハウジング2とタービンシャフト6との間に設けられた円筒形状の軸受であって、センタハウジング2の内周面2aに対向する外周面10aと、タービンシャフトの外周面6aに対向する内周面10bとを有している。センタハウジング2の内周面2aの内径D1は、タービン側軸受10の外径D2よりも大きく、内周面2aとタービン側軸受10の外周面10aとの間には微小な隙間が設けられた状態となっている。タービン側軸受10の内径D3は、タービンシャフト6の外径d1よりも大きく、タービンシャフト6の外周面6aとタービン側軸受10の内周面10bとの間にも微小な隙間が設けられた状態となっている。タービン側軸受10の長手方向における中央部には、径方向に開けられた連通孔10cが周方向に90°の間隔で4つ設けられており、外周面10a側と内周面10b側とを連通している。また、タービン側軸受10の両側部において、センタハウジング2の内周面2aには止め輪12がそれぞれ設けられており、タービン側軸受10が軸方向に移動するのを防止している。
タービン側軸受10は、センタハウジング2とタービンシャフト6との間に設けられた円筒形状の軸受であって、センタハウジング2の内周面2aに対向する外周面10aと、タービンシャフトの外周面6aに対向する内周面10bとを有している。センタハウジング2の内周面2aの内径D1は、タービン側軸受10の外径D2よりも大きく、内周面2aとタービン側軸受10の外周面10aとの間には微小な隙間が設けられた状態となっている。タービン側軸受10の内径D3は、タービンシャフト6の外径d1よりも大きく、タービンシャフト6の外周面6aとタービン側軸受10の内周面10bとの間にも微小な隙間が設けられた状態となっている。タービン側軸受10の長手方向における中央部には、径方向に開けられた連通孔10cが周方向に90°の間隔で4つ設けられており、外周面10a側と内周面10b側とを連通している。また、タービン側軸受10の両側部において、センタハウジング2の内周面2aには止め輪12がそれぞれ設けられており、タービン側軸受10が軸方向に移動するのを防止している。
一方、コンプレッサ側軸受11も、センタハウジング2とタービンシャフト6との間に設けられた円筒形状の軸受であるが、その外径D5はタービン側軸受10の外径D2より大きく、外径D5が外径D2の1.1〜2倍となるように形成されている。ただし、タービン側軸受10とコンプレッサ側軸受11とは、タービンシャフト6の長手方向における長さ(幅)及び内径については同一になるように形成されている。したがって、コンプレッサ側軸受11の質量もタービン側軸受10の質量より大きくなるため、タービン側軸受10及びコンプレッサ側軸受11の固有振動数にも差異が生じる。また、コンプレッサ側軸受11を収容するために、センタハウジング2の内周面2aのうち、コンプレッサ側軸受11の外周面11aに対向する部分及びその近辺が径方向に広げられており、内周面2aの内径D1よりも大きな内径D4を有する内周面2bが形成されている。センタハウジング2の内周面2bの内径D4は、コンプレッサ側軸受11の外径D5よりも大きく、内周面2bとコンプレッサ側軸受11の外周面11aとの間には微小な隙間が設けられた状態となっている。また、コンプレッサ側軸受11の内径D6は、タービンシャフト6の外径d1よりも大きく、タービンシャフト6の外周面6aとコンプレッサ側軸受11の内周面11bとの間にも微小な隙間が設けられた状態となっている。
ここで、センタハウジング2の内周面2aとタービン側軸受10の外周面10aとの隙間の大きさ、すなわちD1−D2は、センタハウジング2の内周面2bとコンプレッサ側軸受11の外周面11aとの隙間の大きさ、すなわちD4−D5と同じであるように構成されている。また、タービンシャフト6の外周面6aとタービン側軸受10の内周面10bとの隙間の大きさ、すなわちD3−d1は、タービンシャフト6の外周面6aとコンプレッサ側軸受11の内周面11bとの隙間の大きさ、すなわちD6−d1と同じであるように構成されている。
コンプレッサ側軸受11の長手方向における中央部には、径方向に開けられた連通孔11cが周方向に90°の間隔で4つ設けられており、外周面11a側と内周面11b側とを連通している。また、コンプレッサ側軸受11の両側部において、センタハウジング2の内周面2bには止め輪13がそれぞれ設けられており、コンプレッサ側軸受11が軸方向に移動するのを防止している。
コンプレッサ側軸受11の長手方向における中央部には、径方向に開けられた連通孔11cが周方向に90°の間隔で4つ設けられており、外周面11a側と内周面11b側とを連通している。また、コンプレッサ側軸受11の両側部において、センタハウジング2の内周面2bには止め輪13がそれぞれ設けられており、コンプレッサ側軸受11が軸方向に移動するのを防止している。
タービンシャフト6の、コンプレッサ側軸受11とコンプレッサホイール8との間にはスラストブッシュ14が嵌入されている。スラストブッシュ14の外周部には、矩形断面を有する溝14aが周方向に全周にわたって設けられており、溝14aには円板状のスラストベアリング15が挿入されている。スラストベアリング15の一方の側部はセンタハウジング2の壁部2cに当接しており、他方の側部にはスペーサ16が設けられている。スペーサ16の、スラストベアリング15とは反対側の側部には止め輪17が設けられており、止め輪17によって、スラストベアリング15及びスペーサ16がセンタハウジング2に対して固定されている。また、スペーサ16の内周部はスラストブッシュ14の外周面近傍まで延在しており、スラストブッシュ14の外周面とスペーサ16の内周面との間にはメカニカルシール18が挟持されている。メカニカルシール18によって、センタハウジング2の内周面2b内とコンプレッサハウジング4の内部との連通が遮断されている。
図1に戻って、センタハウジング2には、センタハウジング2の外部と内周面2a内または2b内とを連通する潤滑油供給路19が設けられている。潤滑油供給路19の一端はセンタハウジング2の外部に開口しており、ターボチャージャ1の外部に設けられている図示しない潤滑油供給手段に接続されている。潤滑油供給路19の他端はセンタハウジング2内で分岐しており、一方の端部は内周面2a内におけるタービン側軸受10の連通孔10cに対向する位置に開口している。潤滑油供給路19の他方の端部は、内周面2b内におけるコンプレッサ側軸受11の連通孔11cに対向する位置に開口している。また、センタハウジング2には、センタハウジング2の外部と内周面2a内とを連通する潤滑油排出路20も設けられている。潤滑油排出路20は、センタハウジング2の内部で複数に分岐しており、そのうちの一端は内周面2a内のタービン側軸受10とコンプレッサ側軸受11との間に開口している。潤滑油排出路20の他の一端は、スラストベアリング15に向かって開口している。スラストベアリング15には隙間が設けられており、この隙間を介して、スラストブッシュ14、スラストベアリング15及びスペーサ16に閉成された空間と潤滑油排出路20とが連通している。潤滑油排出路20の他端はセンタハウジング2の外部に開口しており、エンジン本体の内部に設けられた図示しないオイルパンに接続されている。
次に、この実施の形態1に係るターボチャージャ1の動作について説明する。
図1に示すように、ターボチャージャ1を備えるエンジンが動作すると、エンジンのシリンダ内から排出された排気が排気マニホールドを介してタービンハウジング3内に導入され、タービンホイール5を駆動する。タービンホイール5が排気によって駆動されると、タービンホイール5、タービンシャフト6及びコンプレッサホイール8が一体として回転する。タービンホイール5が排気によって駆動される一方で、コンプレッサハウジング4内に導入された吸気はコンプレッサホイール8によって圧縮され、シリンダ内に過給される。
図1に示すように、ターボチャージャ1を備えるエンジンが動作すると、エンジンのシリンダ内から排出された排気が排気マニホールドを介してタービンハウジング3内に導入され、タービンホイール5を駆動する。タービンホイール5が排気によって駆動されると、タービンホイール5、タービンシャフト6及びコンプレッサホイール8が一体として回転する。タービンホイール5が排気によって駆動される一方で、コンプレッサハウジング4内に導入された吸気はコンプレッサホイール8によって圧縮され、シリンダ内に過給される。
図2に示すように、ターボチャージャ1の動作中、センタハウジング2の内周面2a内及び内周面2b内には、図示しない潤滑油供給手段から圧送される潤滑油が潤滑油供給路19を介して供給される。内周面2a内に供給された潤滑油は、内周面2aとタービン側軸受10の外周面10aとの間に流通して油膜を形成するとともに、連通孔10cを介してタービン側軸受10の内周面10b側にも供給される。内周面10b側に供給された潤滑油は、内周面10bとタービンシャフト6の外周面6aとの間にも流通して油膜を形成する。タービン側軸受10は、センタハウジング2との間及びタービンシャフト6との間に形成された油膜によって、タービンシャフト6とともに連れ回りしながらタービンシャフト6を回転可能に支持する。また、タービン側軸受10に供給された余剰の潤滑油は、潤滑油排出路20を介してセンタハウジング2の外部に排出される。
一方、内周面2b内に供給された潤滑油も、内周面2bとコンプレッサ側軸受11の外周面11aとの間に流通して油膜を形成するとともに、連通孔11cを介して内周面11b側に供給される。内周面11b側に供給された潤滑油は、内周面11bとタービンシャフト6の外周面6aとの間にも流通して油膜を形成する。コンプレッサ側軸受11も、センタハウジング2との間、タービンシャフト6との間に形成された油膜によって、タービンシャフト6とともに連れ回りしながらタービンシャフト6を回転可能に支持する。また、コンプレッサ側軸受11に供給された余剰の潤滑油はスラストブッシュ14側に排出され、スラストベアリング15の隙間を介して潤滑油排出路20に流入し、センタハウジング2の外部に排出される。
ここで、センタハウジング2とタービン側軸受10との隙間の大きさD1−D2は、センタハウジング2とコンプレッサ側軸受11との隙間の大きさD4−D5と同じであって、ともに潤滑に対して最適な隙間となるように形成されている。したがって、これらの隙間の大きさに差異を設けた場合と比較すると、潤滑油の供給不良、すなわち一方の隙間が小さすぎて潤滑油の供給が不足することや、隙間が大きすぎて潤滑油を供給しきれなくなることが防止される。同様に、タービンシャフト6とタービン側軸受10との隙間の大きさD3−d1も、タービンシャフト6とコンプレッサ側軸受11との隙間の大きさD6−d1と同じであるため、これらの隙間の大きさに差異を設ける場合と比較すると、潤滑油の供給不良が発生することが防止される。また、これらの隙間は振動に対しても適正に形成されており、隙間が大きすぎる場合に発生する可能性のある振動の増大も防止している。
次に、ターボチャージャ1の動作中におけるタービンシャフト6、タービン側軸受10及びコンプレッサ側軸受11の動作について説明する。
タービンシャフト6は、一方の端部に設けられているタービンホイール5に供給される排気のエネルギーによって、タービンホイール5及びコンプレッサホイール8と一体として回転する。よって、タービンシャフト6の回転中、タービンシャフト6には排気エネルギーに起因する強制力がタービンホイール5側から作用している状態となっている。また、タービンシャフト6とタービン側軸受10との間、タービン側軸受10とセンタハウジング2との間には、それぞれ微小な隙間が設けられている。一方、タービンシャフト6とコンプレッサ側軸受11との間、コンプレッサ側軸受11とセンタハウジング2との間にも、それぞれ微小な隙間が設けられている。したがってタービンシャフト6は、タービンホイール5側から作用する強制力によって、これらの隙間の範囲内で振れまわって振動する。
タービンシャフト6は、一方の端部に設けられているタービンホイール5に供給される排気のエネルギーによって、タービンホイール5及びコンプレッサホイール8と一体として回転する。よって、タービンシャフト6の回転中、タービンシャフト6には排気エネルギーに起因する強制力がタービンホイール5側から作用している状態となっている。また、タービンシャフト6とタービン側軸受10との間、タービン側軸受10とセンタハウジング2との間には、それぞれ微小な隙間が設けられている。一方、タービンシャフト6とコンプレッサ側軸受11との間、コンプレッサ側軸受11とセンタハウジング2との間にも、それぞれ微小な隙間が設けられている。したがってタービンシャフト6は、タービンホイール5側から作用する強制力によって、これらの隙間の範囲内で振れまわって振動する。
タービンシャフト6の振動エネルギーは、油膜を介して、または直接接触することによって、タービン側軸受10及びコンプレッサ側軸受11にも伝達される。したがって、タービンシャフト6の回転中、タービン側軸受10及びコンプレッサ側軸受11も、タービンシャフト6とともに振動する。
ここで、コンプレッサ側軸受11の外径D5は、タービン側軸受10の外径D2よりも大きく形成されているため、タービン側軸受10の質量よりもコンプレッサ側軸受11の質量が大きい状態となっている。タービン側軸受10とコンプレッサ側軸受11との質量が異なると、タービン側軸受10とコンプレッサ側軸受11との固有振動数にも差異が生じる。この固有振動数の差異によって、タービン側軸受10とコンプレッサ側軸受11とは異なる挙動で振動するので、円筒モードの振動ではなく、円錐モードの振動になる。また、タービン側軸受10とコンプレッサ側軸受11とが同じ形状である場合には、通常、コンプレッサ側軸受11の振れまわり量の方がタービン側軸受10の振れまわり量よりも大きくなるが、本実施の形態のように、コンプレッサ側軸受11の外径D5を大きくして質量を大きくすることで、コンプレッサ側軸受11の振れまわり量を小さくすることができる。
ここで、コンプレッサ側軸受11の外径D5は、タービン側軸受10の外径D2よりも大きく形成されているため、タービン側軸受10の質量よりもコンプレッサ側軸受11の質量が大きい状態となっている。タービン側軸受10とコンプレッサ側軸受11との質量が異なると、タービン側軸受10とコンプレッサ側軸受11との固有振動数にも差異が生じる。この固有振動数の差異によって、タービン側軸受10とコンプレッサ側軸受11とは異なる挙動で振動するので、円筒モードの振動ではなく、円錐モードの振動になる。また、タービン側軸受10とコンプレッサ側軸受11とが同じ形状である場合には、通常、コンプレッサ側軸受11の振れまわり量の方がタービン側軸受10の振れまわり量よりも大きくなるが、本実施の形態のように、コンプレッサ側軸受11の外径D5を大きくして質量を大きくすることで、コンプレッサ側軸受11の振れまわり量を小さくすることができる。
このように、タービンシャフト6をタービン側軸受10とコンプレッサ側軸受11とによって回転可能に支持したので、タービンホイール5に供給される排気のエネルギーに起因して、タービンシャフト6、タービン側軸受10及びコンプレッサ側軸受11がともになって振動する。センタハウジング2の、タービン側軸受10を収容する部分の内径D1と、コンプレッサ側軸受11を収容する部分の内径D4とが異なる径になるように形成し、この径の差異に対応するように、タービン側軸受10の外径D2と、コンプレッサ側軸受11の外径D5とを異なる径に形成したので、タービン側軸受10とコンプレッサ側軸受11との固有振動数にも差異が生じる。この固有振動数の差異によって、タービン側軸受10とコンプレッサ側軸受11とは異なる挙動で振動するので、円筒モードの振動ではなく、円錐モードの振動になり、ホワール音が低減される。したがって、複雑な構造を必要とすることなくタービンシャフト6の円筒モードでの振動を抑制して、ホワール音を低減することが実現できる。
また、タービン側軸受10とコンプレッサ側軸受11とが同じ形状である場合、通常、コンプレッサ側軸受11の振れまわり量の方がタービン側軸受10の振れまわり量よりも大きくなるが、コンプレッサ側軸受11の外径D5がタービン側軸受10の外径D2より大きく形成されているため、コンプレッサ側軸受11の質量も、タービン側軸受10の質量より大きくなり、コンプレッサ側軸受11の振れまわり量を小さくすることができる。
また、タービン側軸受10とコンプレッサ側軸受11とが同じ形状である場合、通常、コンプレッサ側軸受11の振れまわり量の方がタービン側軸受10の振れまわり量よりも大きくなるが、コンプレッサ側軸受11の外径D5がタービン側軸受10の外径D2より大きく形成されているため、コンプレッサ側軸受11の質量も、タービン側軸受10の質量より大きくなり、コンプレッサ側軸受11の振れまわり量を小さくすることができる。
さらに、タービン側軸受10の内周面10bと、タービンシャフト6の外周面6aとの隙間の大きさD3−d1を、コンプレッサ側軸受11の内周面11bと、タービンシャフト6の外周面6aとの隙間の大きさD6−d1と同じ大きさとしたので、これらの隙間がともに振動及び潤滑に対して適正な隙間を有するように構成できる。したがって、隙間の大きさD3−d1及びD6−d1に差異を設け、この差異を大きくした場合に発生する可能性がある振動の増大や、潤滑油の供給不良を防止することができる。
同様に、タービン側軸受10の外周面10aと、センタハウジング2の内周面2aとの隙間の大きさD1−D2も、コンプレッサ側軸受11の外周面11aと、センタハウジング2の内周面2bとの隙間の大きさD4−D5と同じであるため、振動の増大や潤滑油の供給不良が発生することを防止できる。
同様に、タービン側軸受10の外周面10aと、センタハウジング2の内周面2aとの隙間の大きさD1−D2も、コンプレッサ側軸受11の外周面11aと、センタハウジング2の内周面2bとの隙間の大きさD4−D5と同じであるため、振動の増大や潤滑油の供給不良が発生することを防止できる。
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2に係るターボチャージャについて、図5に基づいて説明する。この実施の形態2に係るターボチャージャは、実施の形態1におけるタービンシャフト6及びコンプレッサ側軸受11の代わりに、タービンシャフト21及びコンプレッサ側軸受22(以下、コンプレッサ側軸受22と略称する)をそれぞれ用いるように構成したものである。尚、以下の実施の形態において、図1〜4の参照符号と同一の符号は同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
図5に示すように、センタハウジング2の内周面2a内にはタービンシャフト21が収容されている。タービンシャフト21の一方の端部にはタービンホイール5が一体として固定されており、他方の端部にはコンプレッサホイール8が一体として固定されている。タービンホイール5側において、タービンシャフト21は実施の形態1におけるタービンシャフト6と同じ外径d1の外周面21cを有しており、タービン側軸受10によって回転可能に支持されている。ここで、外径d1を有するタービンシャフト21のうち、タービン側軸受10を支持している一部はタービン側支持部21aを構成する。
一方、コンプレッサホイール8側において、タービンシャフト21の、センタハウジング2の内周面2bに対向している部位は径方向に広がっており、外径d2の外周面21dを有するコンプレッサ側支持部21bを形成している。このコンプレッサ側支持部21bと内周面2bとの間には、円筒形状を有するコンプレッサ側軸受22が支持されている。タービンシャフト21は、タービン側軸受10とコンプレッサ側軸受22とによって、センタハウジング2に対して回転可能に支持されている。
次に、この発明の実施の形態2に係るターボチャージャについて、図5に基づいて説明する。この実施の形態2に係るターボチャージャは、実施の形態1におけるタービンシャフト6及びコンプレッサ側軸受11の代わりに、タービンシャフト21及びコンプレッサ側軸受22(以下、コンプレッサ側軸受22と略称する)をそれぞれ用いるように構成したものである。尚、以下の実施の形態において、図1〜4の参照符号と同一の符号は同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
図5に示すように、センタハウジング2の内周面2a内にはタービンシャフト21が収容されている。タービンシャフト21の一方の端部にはタービンホイール5が一体として固定されており、他方の端部にはコンプレッサホイール8が一体として固定されている。タービンホイール5側において、タービンシャフト21は実施の形態1におけるタービンシャフト6と同じ外径d1の外周面21cを有しており、タービン側軸受10によって回転可能に支持されている。ここで、外径d1を有するタービンシャフト21のうち、タービン側軸受10を支持している一部はタービン側支持部21aを構成する。
一方、コンプレッサホイール8側において、タービンシャフト21の、センタハウジング2の内周面2bに対向している部位は径方向に広がっており、外径d2の外周面21dを有するコンプレッサ側支持部21bを形成している。このコンプレッサ側支持部21bと内周面2bとの間には、円筒形状を有するコンプレッサ側軸受22が支持されている。タービンシャフト21は、タービン側軸受10とコンプレッサ側軸受22とによって、センタハウジング2に対して回転可能に支持されている。
コンプレッサ側軸受22の外径D7は内周面2bの内径D4よりも小さく、内周面2bとコンプレッサ側軸受22の外周面22bとの間には微小な隙間が設けられた状態となっている。コンプレッサ側軸受22の内径D8は、コンプレッサ側支持部21bの外径d2よりも大きく、コンプレッサ側軸受22の内周面22cとコンプレッサ側支持部21bの外周面21dとの間にも微小な隙間が設けられた状態となっている。タービン側軸受10とコンプレッサ側軸受22とは、その厚みが同一になるように形成されている。また、センタハウジング2とコンプレッサ側軸受22との隙間の大きさD4−D7は、センタハウジング2とタービン側軸受10との隙間の大きさD1−D2と同一となるように形成されている。タービンシャフト21のコンプレッサ側支持部21bとコンプレッサ側軸受22との隙間の大きさD8−d2も、タービンシャフト21のタービン側支持部21aとタービン側軸受10との隙間の大きさD3−d1と同一となるように形成されている。
コンプレッサ側軸受22の長手方向における中央部には、径方向に開けられた連通孔22aが周方向に90°の間隔で4つ設けられており、コンプレッサ側軸受22の外周面側と内周面側とを連通している。また、コンプレッサ側軸受22の両側部において、センタハウジング2の内周面2bには止め輪13がそれぞれ設けられており、コンプレッサ側軸受22が軸方向に移動するのを防止している。その他の構造については実施の形態1と同様である。
コンプレッサ側軸受22の長手方向における中央部には、径方向に開けられた連通孔22aが周方向に90°の間隔で4つ設けられており、コンプレッサ側軸受22の外周面側と内周面側とを連通している。また、コンプレッサ側軸受22の両側部において、センタハウジング2の内周面2bには止め輪13がそれぞれ設けられており、コンプレッサ側軸受22が軸方向に移動するのを防止している。その他の構造については実施の形態1と同様である。
このように、タービンシャフト21に、タービン側支持部21aの外径d1よりも大きい外径d2を有するコンプレッサ側支持部21bを設け、コンプレッサ側支持部21bを、タービン側軸受10より大きい外径D7を有するコンプレッサ側軸受22によって支持しても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
また、コンプレッサ側支持部21bを設けたことにより、コンプレッサ側軸受22の径方向における肉厚が薄くなるため、コンプレッサ側軸受22を軽量化できる。
また、コンプレッサ側支持部21bを設けたことにより、コンプレッサ側軸受22の径方向における肉厚が薄くなるため、コンプレッサ側軸受22を軽量化できる。
実施の形態1、2において、タービン側浮動ブッシュ軸受及びコンプレッサ側浮動ブッシュ軸受は、その回転方向をタービンシャフトの回転方向に対して規制されない、いわゆるフルフローティング方式として説明されたが、常時フルフローティング方式であることに限定されるものではなく、一時的にセミフローティング方式に切替え可能な軸受構造においても適用することができる。
また、上記の実施の形態において、タービン側浮動ブッシュ軸受とコンプレッサ側浮動ブッシュ軸受とを、同じ材料で作るほうが製造コストが安価となって望ましいが、違う材料で作ってもよい。
また、上記の実施の形態において、タービン側浮動ブッシュ軸受とコンプレッサ側浮動ブッシュ軸受とを、同じ材料で作るほうが製造コストが安価となって望ましいが、違う材料で作ってもよい。
1 ターボチャージャ、2 センタハウジング(ハウジング)、2a タービン側浮動ブッシュ軸受に対向するハウジングの内周面、2b コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受に対向するハウジングの内周面、5 タービンホイール、6,21 タービンシャフト、6a,21c,21d タービンシャフトの外周面、8 コンプレッサホイール、10 タービン側浮動ブッシュ軸受、10a タービン側浮動ブッシュ軸受の外周面、10b タービン側浮動ブッシュ軸受の内周面、11,22 コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受、11a,22b コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受の外周面、11b,22c コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受の内周面、21a タービン側支持部、21b コンプレッサ側支持部、d1 タービンシャフトの外径,コンプレッサ側支持部の外径、d2 コンプレッサ側支持部の外径、D1 タービン側浮動ブッシュ軸受を収容する部分のハウジングの内径、D2 タービン側浮動ブッシュ軸受の外径、D4 コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受を収容する部分のハウジングの内径、D5,D7 コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受の外径。
Claims (6)
- 一端にタービンホイール、他端にコンプレッサホイールが設けられるタービンシャフトと、
前記タービンシャフトを内部に収容するハウジングと、
前記ハウジングの内部の、前記タービンホイール側に設けられ、前記タービンシャフトを回転可能に支持するタービン側浮動ブッシュ軸受と、
前記ハウジングの内部の、前記コンプレッサホイール側に設けられ、前記タービンシャフトを回転可能に支持するコンプレッサ側浮動ブッシュ軸受と
を備えるターボチャージャにおいて、
前記コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受を収容する部分の前記ハウジングの内径と、前記タービン側浮動ブッシュ軸受を収容する部分の前記ハウジングの内径とは、異なる内径になるように形成されており、
前記コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受の外径と、前記タービン側浮動ブッシュ軸受の外径とは、前記ハウジングの前記異なる内径に対応して、異なる外径になるように形成されていることを特徴とするターボチャージャ。 - 前記コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受の外径が、前記タービン側浮動ブッシュ軸受の外径よりも大きい請求項1に記載のターボチャージャ。
- 前記コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受の外径が、前記タービン側浮動ブッシュ軸受の外径の1.1〜2倍である請求項1または2に記載のターボチャージャ。
- 前記タービンシャフトは、前記タービン側浮動ブッシュ軸受を支持するタービン側支持部と、前記コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受を支持するコンプレッサ側支持部とを備え、
前記コンプレッサ側支持部の外径が、前記タービン側支持部の外径よりも大きい請求項1〜3のいずれか一項に記載のターボチャージャ。 - 互いに対向している、前記タービン側浮動ブッシュ軸受の内周面と、前記タービンシャフトの外周面との間に設けられる隙間の大きさは、
互いに対向している、前記コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受の内周面と、前記タービンシャフトの外周面との間に設けられる隙間の大きさと同じである請求項1〜4のいずれか一項に記載のターボチャージャ。 - 互いに対向している、前記タービン側浮動ブッシュ軸受の外周面と、前記ハウジングの内周面との間に設けられる隙間の大きさは、
互いに対向している、前記コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受の外周面と、前記ハウジングの内周面との間に設けられる隙間の大きさと同じである請求項1〜5のいずれか一項に記載のターボチャージャ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007140384A JP2008291810A (ja) | 2007-05-28 | 2007-05-28 | ターボチャージャ |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102859122A (zh) * | 2010-05-14 | 2013-01-02 | 博格华纳公司 | 排气涡轮增压器 |
US9726189B2 (en) | 2011-03-29 | 2017-08-08 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Turbocharger and method of manufacturing floating bush |
-
2007
- 2007-05-28 JP JP2007140384A patent/JP2008291810A/ja active Pending
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---|---|---|---|---|
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US20130108483A1 (en) * | 2010-05-14 | 2013-05-02 | Borgwarner Inc. | Exhaust-gas turbocharger |
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