JP2009041537A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】ダンパ効果を長期にわたって維持することができるとともに、ロータ軸を支持するベアリングの耐久性を向上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１１の左端面に排気通路１２ａを有するタービンハウジング１２を接合固定する。センタハウジング１１の右端面に吸気通路１３ａを有するコンプレッサハウジング１３を接合固定する。前記センタハウジング１１の収容孔１１ａに複数の弾性材１５を介して軸受ハウジング１６を弾性的に支持する。軸受ハウジング１６の内部に１対のラジアル・スラストベアリング１７を介してロータ軸１８を回転可能に支持する。ロータ軸１８の左端部にタービン１９を前記排気通路１２ａ内に位置するように嵌合固定し、ロータ軸１８の右端部にインペラ２２を前記吸気通路１３ａ内に位置するように嵌合固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のエンジンの出力を排気量を変えたりしないで増大させるため、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ようにしたターボチャージャに関する。

従来、この種のターボチャージャとして、特許文献１に開示されたものが提案されている。このターボチャージャは、センタハウジングの一端面に排気通路を有するタービンハウジングを接合固定し、他端面に吸気通路を有するコンプレッサハウジングを接合固定している。又、センタハウジングの内周面に軸受ハウジングを支持し、該軸受ハウジングの軸孔にラジアルベアリング及びスラストベアリングを介してロータ軸を回転可能に支持している。さらに、前記ロータ軸の一端部に前記排気通路内に収容されるタービンを嵌合固定し、ロータ軸の他端部に前記吸気通路に収容されるインペラを嵌合固定している。そして、前記タービンを排気のエネルギにより回転することにより、ロータ軸及びインペラを回転し、前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。

前記ロータ軸、タービン及びインペラは、例えば１分間に数万〜十数万回で高速回転されることもあって、ロータ軸等の振動が発生した場合、騒音が激しくなるばかりでなく、タービンやインペラがハウジングに接触してタービンやインペラが損傷する恐れがある。前記振動を減衰するため、前記軸受ハウジングの外周面とセンタハウジングの収容孔の内周面との間に隙間を設け、この隙間にエンジンのオイルパンから潤滑用オイルを油ポンプにより圧送供給して、前記隙間に所定圧力のダンパ機能を有するオイルフィルムを形成し、高速回転時におけるロータ軸等の振動を減衰するようになっていた。又、前記隙間に供給された潤滑用オイルは軸受ハウジング内の前記ラジアルベアリング及びスラストベアリングを潤滑するために軸受ハウジングの軸孔内に導かれ、前記両ベアリングを潤滑した後に、センタハウジングの外部に導かれ、前記オイルパンに還流されるようになっている。
特開２００２−２４２９３７号公報

ところが、上記従来のターボチャージャは、前記軸受ハウジングの外周面とセンタハウジングの収容孔の内周面との隙間にオイルフィルムを形成するために、エンジンの潤滑用オイルを用いていたので、エンジンの潤滑用オイルにその長期使用によってカーボンやスラッジ等の異物が混入すると、この異物が前記オイルフィルムを形成する隙間に残留して、ダンパ効果が低下するという問題があった。

本発明は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、ダンパ効果を長期にわたって維持することができるとともに、ベアリングの耐久性を向上することができるターボチャージャを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、センタハウジングの一端面に排気通路を有するタービンハウジングを接合固定し、他端面に吸気通路を有するコンプレッサハウジングを接合固定し、センタハウジングの収容孔の内周面にダンパ機構を介して軸受ハウジングを支持し、該軸受ハウジングの軸孔にラジアルベアリング及びスラストベアリングを介してロータ軸を回転可能に支持し、該ロータ軸の一端部に前記排気通路内に収容されるタービンを嵌合固定し、ロータ軸の他端部に前記吸気通路に収容されるインペラを嵌合固定したターボチャージャにおいて、前記センタハウジングの収容孔の内周面と、前記軸受ハウジングの外周面とにより形成された隙間に、耐熱性を有する材料よりなる弾性材を介在することにより前記ダンパ機構を構成したことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記弾性材は全体として円環状をなすコイルバネであって、センタハウジングと同心状に配設されていることを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記センタハウジングの収容孔及び軸受ハウジングの外周面の少なくとも一方には円環状の前記コイルバネの一部を収容して位置決めするための環状の収容溝が円周方向に形成されていることを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項において、前記軸受ハウジングの前記タービン側の端面とタービンの背面との間には微小クラランスが設けられ、軸受ハウジングのインペラ側の端面はコンプレッサハウジングの背面に接触されていることを要旨とする。

（作用）
この発明は、前記センタハウジングの収容孔の内周面と、前記軸受ハウジングの外周面とにより形成された隙間に、耐熱性を有する材料よりなる弾性材を介在してダンパ機構を構成したので、エンジンの潤滑用オイルを用いなくても済む。この結果、センタハウジングの内周面と軸受ハウジングの外周面との間の隙間に劣化したオイルに含まれる異物が堆積することはなく、ダンパ効果を長期にわたって維持することができる。

本発明によれば、ダンパ効果を長期にわたって維持することができるとともに、ロータ軸を支持するベアリングの耐久性を向上することができる。

以下、本発明を具体化したターボチャージャの一実施形態を図１〜図３に従って説明する。
図１に示すように、横円筒状をなす収容孔１１ａを形成したセンタハウジング１１の左端面には排気通路１２ａを有するタービンハウジング１２が接合固定されている。前記センタハウジング１１の右端面には吸気通路１３ａを有するコンプレッサハウジング１３が接合固定されている。前記センタハウジング１１の収容孔１１ａには全体として環状をなすコイルバネよりなる複数（この実施形態では３つ）の弾性材１５を介して軸受ハウジング１６の外周面１６ａが弾性的に支持されている。軸受ハウジング１６の内部に形成された軸孔１６ｂの内周面にはラジアル・スラストベアリング１７を介してロータ軸１８が回転可能に支持されている。

前記ロータ軸１８の左端部には前記タービンハウジング１２の排気通路１２ａ内に収容されたタービン１９が嵌合固定されている。前記ロータ軸１８の軸方向の中間部に一体形成されたフランジ部１８ａと、前記タービン１９の背面との間には、スペーサ２０が介在されている。前記タービン１９及びスペーサ２０はロータ軸１８の左端部に螺合したボルト２１によってロータ軸１８上の所定位置に締付固定されている。

前記ロータ軸１８の右端部にはインペラ２２が嵌合固定され、ロータ軸１８の外周面に一体に形成された段差部１８ｂと、前記インペラ２２の背面との間にはスペーサ２３及びリング２４が介在されている。

前記両ラジアル・スラストベアリング１７はロータ軸１８の外周面に嵌合されたインナーレース２５と、前記軸受ハウジング１６の軸孔１６ｂに嵌入されたアウターレース２６と、前記両レース２５，２６の間に介在された複数のボール２７とによって構成されている。前記二つのラジアル・スラストベアリング１７，１７の間に位置するように前記軸受ハウジング１６の軸孔１６ｂには左右一対のリング２８，２９がロータ軸１８の軸線方向の移動可能に収容され、両リング２８，２９の間にはコイルばね３０が介在されている。このコイルばね３０によって前記両リング２８，２９が互いに離隔する方向に押されて、前記両ラジアル・スラストベアリング１７のアウターレース２６がボール２７に向かってそれぞれ押し付けられる。このため、左側のラジアル・スラストベアリング１７のインナーレース２５が前記フランジ部１８ａに押し付けられ、右側のラジアル・スラストベアリング１７のインナーレース２５が前記リング２４に押し付けられる。前記軸受ハウジング１６の軸孔１６ｂの内周面には、前記リング２８の軸方向右方への位置を規制する段差部１６ｃ及び前記リング２９の軸方向左方への位置を規制する段差部１６ｄが一体に形成されている。そして、前記両段差部１６ｃ，１６ｄにより前記リング２８，２９が軸方向に関して互いに接近する方向への移動が阻止されて、前記ロータ軸１８、タービン１９及びインペラ２２が軸受ハウジング１６の軸孔１６ｂ内で軸方向に移動しないようになっている。

前記軸受ハウジング１６の左端面１６ｅは、前記スペーサ２０の背面２０ａに非接触状態で微小クリアランスをもって対向され、軸受ハウジング１６の右端面１６ｆは、前記コンプレッサハウジング１３の背面１３ｂに接触されて右方への移動が規制されている。

前記センタハウジング１１と軸受ハウジング１６との間に介在された前記弾性材１５は、図２に示すようにステンレススチールにより形成されたコイルバネを全体として円環状になるように巻き付けることにより形成されている。前記センタハウジング１１の収容孔１１ａの内周面には弾性材１５の外周側の一部を収容するための収容溝１１ｂが収容孔１１ａの円周方向に環状に形成されている。

図３に示すように、前記センタハウジング１１の収容孔１１ａの内周面と前記軸受ハウジング１６の外周面１６ａとの隙間ｇは、例えば０．９〜１．４ｍｍに設定され、弾性材１５の線径ｄは、例えば０．２〜０．５ｍｍに設定されている。前記弾性材１５の直径Ｄは、例えば１．０〜１．５ｍｍに設定され、前記収容溝１１ｂの深さｅは例えば０．２〜０．３ｍｍに設定されている。

次に、前記のように構成されたターボチャージャの動作について説明する。
図１において、エンジンの排気ガスがタービンハウジング１２の排気通路１２ａに供給されると、タービン１９が回転され、これによってロータ軸１８及びインペラ２２が回転される。インペラ２２の回転により吸気通路１３ａを通じてエンジンに送り込まれる空気が圧縮され、空気が気化器側に強制的に圧送され、エンジンの吸気効率を向上することができる。前記タービン１９、ロータ軸１８及びインペラ２２がラジアル方向に振動された場合、この軸受ハウジング１６の振動は、図３に示す前記弾性材１５が軸受ハウジング１６の径方向に弾性変形されることによって減衰され、振動の振幅が例えば２０〜３０μｍに抑制される。この結果、ロータ軸１８の高速回転が安定して行われる。

図１において、タービン１９は高圧の排気ガスによって回転され、回転に用いられた排気ガスがタービンハウジング１２の中央部から左方に排出されるので、タービン１９は軸方向右方への押圧力を受ける。一方、インペラ２２の回転により吸気通路１３ａ内の空気が圧縮される際にインペラ２２は、軸方向左方への押圧力を受けるが、この押圧力は前記タービン１９の押圧力よりも弱いので、軸受ハウジング１６及びロータ軸１８は、全体として軸方向右方への押圧力を受ける。この押圧力は軸受ハウジング１６の右端面１６ｆがコンプレッサハウジング１３の背面１３ｂに支持されることにより受承される。

なお、前記軸受ハウジング１６内のラジアル・スラストベアリング１７の潤滑は、軸受ハウジング１６の軸孔１６ｂに充填されたグリース（図示略）によって行われる。
上記実施形態のターボチャージャによれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）上記実施形態では、前記センタハウジング１１の収容孔１１ａと、軸受ハウジング１６の外周面１６ａとの間に隙間ｇを設け、この隙間ｇに軸方向に所定の間隔をおいて複数のコイルバネよりなる全体として環状をなす弾性材１５を収容した。又、前記軸受ハウジング１６を前記排気通路１２ａとタービンハウジング１２との間においてロータ軸１８の径方向に移動可能に収容するとともに、軸受ハウジング１６の左端面１６ｅをスペーサ２０の背面２０ａと対向させ、右端面１６ｆをコンプレッサハウジング１３の背面１３ｂに接触させた。このため、前記タービン１９が排気ガスのエネルギによって回転され、ロータ軸１８、タービン１９及びインペラ２２が高速で回転されるときのラジアル方向の振動を前記弾性材１５によって減衰することができ、騒音を低減し、タービン１９やインペラ２２がタービンハウジング１２やコンプレッサハウジング１３に接触して損傷するのを防止することができる。

（２）上記実施形態では、前記隙間ｇ内に前記弾性材１５が収容され、隙間ｇ内にエンジンの潤滑用オイルが供給されることはないので、隙間ｇ内にオイル中の異物が送り込まれることもなく、弾性材１５によるダンパ効果を長期にわたって維持することができる。

（３）上記実施形態では、前記軸受ハウジング１６の軸孔１６ｂとロータ軸１８との間に介在されたラジアル・スラストベアリング１７に外部からエンジンの潤滑用オイルが供給されることは無いので、劣化したオイルに含まれる異物がラジアル・スラストベアリング１７に噛み込まれてベアリング１７が損傷するのを防止することができる。

（４）上記実施形態では、前記センタハウジング１１の収容孔１１ａに前記弾性材１５の外周側の一部を収容するための収容溝１１ｂを形成したので、弾性材１５を所定位置に保持することができ、安定したダンパ効果を発揮することができる。

（５）上記実施形態では、軸受ハウジング１６のタービン１９側の端面１６ｅと、スペーサ２０の背面２０ａとの間に微小クリアランスを設け、軸受ハウジング１６のインペラ２２側の端面１６ｆを、コンプレッサハウジング１３の背面１３ｂに接触するようにしたので、前記軸受ハウジング１６がフローティング状態で支持され、軸受ハウジング１６の振動を適正に許容することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・図４に示すように前記軸受ハウジング１６の外周面１６ａにも前記弾性材１５の内周側の一部を収容するための収容溝１６ｇを軸受ハウジング１６の円周方向に全長にわたって形成してもよい。又、軸受ハウジング１６の収容溝１６ｇのみを設けてもよい。

・図５に示すように、前記弾性材１５に代えて、耐熱性を有する複数の金属製の皿バネ３５を全体として軸受ハウジング１６の外周面１６ａに沿って周方向に間欠環状をなすように介在してもよい。各皿バネ３５はセンタハウジング１１に形成された収容溝１１ｂに係合されている。又、図示しないが、耐熱性を有し、全体として環状をなす金属製の板バネを使用したりしてもよい。

・図示しないが、前記軸受ハウジング１６の軸孔１６ｂに対しラジアルベアリングとスラストベアリンとを別々に収容する構成にしてもよい。
上記実施形態から把握される請求項以外の技術的思想について以下に説明する。

（１）請求項２又は３において、前記センタハウジングの収容孔の内周面と前記軸受ハウジングの外周面との隙間は、０．９〜１．４ｍｍに設定され、前記コイルバネの直径は、１．０〜１．５ｍｍに設定されていることを特徴とするターボチャージャ。

この発明を具体化したターボチャージャの１実施形態を示す中央部縦断面図。 図１の１−１線断面図。 この発明の弾性材の一部を拡大して示す断面図。 この発明の別の実施形態を示す弾性材付近の部分断面図。 この発明の別の実施形態を示す弾性材付近の部分断面図。

符号の説明

ｇ…隙間、１１…センタハウジング、１１ａ…収容孔、１１ｂ，１６ｇ…収容溝、１２…タービンハウジング、１２ａ…排気通路、１３…コンプレッサハウジング、１３ａ…吸気通路、１３ｂ，２０ａ…背面、１５…弾性材、１６…軸受ハウジング、１６ａ…外周面、１６ｂ…軸孔、１６ｅ，１６ｆ…端面、１８…ロータ軸、１９…タービン、２２…インペラ。

Claims (4)

1. センタハウジングの一端面に排気通路を有するタービンハウジングを接合固定し、他端面に吸気通路を有するコンプレッサハウジングを接合固定し、センタハウジングの収容孔の内周面にダンパ機構を介して軸受ハウジングを支持し、該軸受ハウジングの軸孔にラジアルベアリング及びスラストベアリングを介してロータ軸を回転可能に支持し、該ロータ軸の一端部に前記排気通路内に収容されるタービンを嵌合固定し、ロータ軸の他端部に前記吸気通路に収容されるインペラを嵌合固定したターボチャージャにおいて、
   前記センタハウジングの収容孔の内周面と、前記軸受ハウジングの外周面とにより形成された隙間に、耐熱性を有する材料よりなる弾性材を介在することにより前記ダンパ機構を構成したことを特徴とするターボチャージャ。
2. 請求項１において、前記弾性材は全体として円環状をなすコイルバネであって、センタハウジングと同心状に配設されていることを特徴とするターボチャージャ。
3. 請求項２において、前記センタハウジングの収容孔及び軸受ハウジングの外周面の少なくとも一方には円環状の前記コイルバネの一部を収容して位置決めするための環状の収容溝が円周方向に形成されていることを特徴とするターボチャージャ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、前記軸受ハウジングの前記タービン側の端面とタービンの背面との間には微小クラランスが設けられ、軸受ハウジングのインペラ側の端面はコンプレッサハウジングの背面に接触されていることを特徴とするターボチャージャ。

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