JP2009270613A - ターボチャージャーの軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性に問題なく簡易な構成によって、オイルフィルムが十分形成されない状態でも、回転振動伝達を抑制し、騒音を抑える。
【解決手段】軸受ホルダ（オイルフィルムダンパ）３０を、浮動状態においてリテーナ８０、延出部１４と嵌合させる。このとき、オイルフィルムダンパ３０の保持部３５、３６に対し、リテーナ８０、延出部１４との間で径方向に隙間ａ１、ａ２を設け、軸方向に隙間ｃ１、ｃ２が設ける。そして、径方向の隙間ａ１、ａ２をオイルフィルム形成の隙間ｂよりも短くし、軸方向の隙間ｃ１、ｃ２を突起部８１、１３と外輪２２、２３との隙間ｄ１、ｄ２よりも短くする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターボチャージャーの軸受構造に関し、特に、ころがり軸受によって回転軸を軸支するターボチャージャーの軸受構造に関する。

ころがり軸受を用いたターボチャージャーでは、タービンホイールとコンプレッサホイールとを連結する回転軸がころがり軸受によって軸支され、ころがり軸受の外輪はスリーブ状の軸受ホルダ（オイルフィルムダンパ）によって保持される。軸受ホルダは、軸受ハウジング内面と隙間を設け、その隙間にオイルフィルムが形成されることにより、浮動状態で支持される。運転中、軸受ホルダは軸受ハウジングと接触せず、オイルフィルム形成による減衰効果によって、軸受の振動伝達が抑えられる。

エンジンの始動時、停止時においては、油圧上昇の遅れ、油圧低下などの理由により、オイルフィルムが良好に形成されない場合がある。この場合、金属製である軸受ホルダと軸受ハウジングが直接接触することによって回転振動が外部に伝達されてしまい、騒音が発生する。

これを防ぐため、軸受ホルダの周囲にゴムなどの樹脂からなる制振リングを設ける方法が知られている（特許文献１参照）。オイルフィルムが十分形成されない場合、制振リングが軸受ハウジングと接触することによって、軸受ハウジングとの接触を防ぎ、ダンピング効果を得る。
実開平５−１２６３２号公報

特許文献１のような樹脂製の制振リングを設けた場合、耐熱性の問題があり、高温の潤滑油に晒される中で膨張し、ダンピング機能が低下する。このような樹脂部材の使用は耐久性の問題を生じさせ、劣化によって回転振動が外部に伝わり、騒音が発生する恐れがある。

本発明のターボチャージャーの軸受け構造は、回転軸を軸支するころがり軸受と、軸受ハウジングと隙間（オイルフィルム形成隙間）を介し、浮動状態で配設され、ころがり軸受を保持する保持部を有する軸受ホルダと、軸受ホルダの軸方向位置を軸受ホルダ外側から保ち、ころがり軸受に向けて延びる突起部を有するホルダ支持部とを備える。例えば、金属など耐久性のある素材による軸受ホルダが一対のころがり軸受を保持し、金属などのホルダ支持部によって軸受ホルダが保持される。

本発明は、ゴム製制振リングなどを新たに設けることなく、従来の耐久性ある軸受構造をそのまま利用できる構成であって、保持部が外輪の端面を超えて軸方向に延出し、また、突起部が保持部よりも回転軸側に位置して延びている。そして、保持部は、浮動状態において、径方向隙間をもって突起部と嵌合するとともに、その径方向隙間がオイルフィルム形成隙間よりも短いことを特徴とする。

ホルダ支持部の突起部と軸受ホルダの保持部との径方向隙間がオイルフィルム形成隙間より短いため、オイルフィルム形成が十分でない場合、軸受ホルダが回転軸とともに沈み込んでいくと、突起部が保持部と当たり、係止する。その結果、軸受ホルダは、軸受ハウジングと接触しない状態で支持される。

このような保持部を支持する突起部を設けた場合、外輪と接触するのを防ぐため、保持部の端面とホルダ支持部との軸方向隙間（軸方向保持部隙間）を、突起部の端面と外輪の端面との軸方向隙間（軸方向外輪隙間）より短くするのが望ましい。スラスト力を受けて回転軸が移動しても、軸受ホルダはリテーナと接触し、外輪とは接触しない。

本発明によれば、耐久性に問題なく簡易な構成によって、オイルフィルムが十分形成されない状態でも回転振動伝達を抑制し、騒音を抑えることができる。

以下では、図面を参照して、本発明の実施形態であるターボチャージャーの軸受構造について説明する。

図１は、本実施形態であるターボチャージャーのころがり軸受構造の概略的断面図である。図２は、コンプレッサ側のころがり軸受付近を拡大して示した軸受構造の断面図である。

ターボチャージャー（排気タービン過給機）１００は、エンジンからの排気ガスによって回転駆動されるタービンホイール（図示せず）と、吸入空気を加圧してエンジンに圧縮空気を送るコンプレッサホイール（図示せず）とを備え、タービンホイールとコンプレッサホイールは回転軸５０によって連結されている。回転軸５０は、軸受ハウジング１０内に収納され、一対のころがり軸受２０、２１によって軸支されている。

ころがり軸受２０、２１の内輪２４、２５は、スペーサ９０を介して回転軸５０に固定されている。一方、ころがり軸受２０、２１の外輪２２、２３は、スリーブ状の軸受ホルダ３０によって保持され、軸受ホルダ３０の保持部３５、３６の内面に外輪２２、２３が嵌装される。

軸受ホルダ３０は、軸受ハウジング１０とオイルフィルムを形成する隙間ｂを設け、運転中、オイルフィルムにより浮動状態で同軸的に支持される。外輪２２、２３を保持する軸受ホルダ３０の保持部３５、３６は、外輪２２、２３の端面２２Ａ、２３Ａを超えて軸方向に延びている。

軸受ハウジング１０のコンプレッサ側には、環状のリテーナ（ホルダ支持部）８０が固定されており、軸受ホルダ３０の軸方向位置を規制する。すなわち、軸受ホルダ３０の軸方向位置を保つ。リテーナ８０の内周側には環状の突起部８１が形成され、軸受ホルダ３０の保持部３５よりも回転軸５０に近い位置で、軸方向に外輪２２に向けて延びている。

一方、軸受ハウジング１０のタービン側にも軸受ホルダ３０の軸方向位置を保つ延出部（ホルダ支持部）１４が形成されている。そして、環状の突起部１３が、軸受ホルダ３０の保持部３６よりも回転軸側の位置で、外輪２３に向けて軸方向に延びている。

軸受ホルダ３０の軸方向中央付近には溝３１、３２が形成され、軸受ハウジング１０に形成された潤滑油通路１１、１２に対向する。さらに、油供給孔３３、３４が溝３１、３２から延びて形成され、軸受２０、２１の玉２６、２７に向けて潤滑油が流出する。これによって軸受２０、２１が冷却される。供給された潤滑油は、排出孔３９を通って重力排出される。

なお、軸受ホルダ３０は、軸受ハウジング１０から突出するピン（図示せず）と当接し、軸受ホルダ３０の回転が抑えられる。また、回転軸５０のタービン側には、軸シール５１が設けられている。

図２に示すように、軸受ホルダ３０の保持部３５は、径方向に隙間ａ１、軸方向に隙間ｃ１を空けてリテーナ８０と嵌合する。すなわち、軸受ホルダ３０が浮動状態で支持されているとき、保持部３５の底面３５Ａと突起部８１の上面８１Ａとの間で径方向に隙間ａ１を設け、保持部３５の端面３７とリテーナ８０の内面８０Ａとの間で径方向に隙間ｃ１を設ける。同様に、タービン側の保持部３６は、径方向に隙間ａ２、軸方向に隙間ｃ２を設けて延出部１４と嵌合する（図１参照）。

また、図２に示すように、軸受ホルダ３０が浮動状態であるとき、リテーナ８０の突起部８１の端面８１Ｂと外輪２２の端面２２Ａと間で軸方向に隙間ｄ１が設けられる。タービン側の突起部１３も、外輪２３の端面２３Ａと軸方向隙間ｄ２を介している。なお、ここでは、スラスト力を受けていない浮動状態において、２つの隙間ａ１、ａ２、隙間ｃ１、ｃ２、隙間ｄ１、ｄ２の大きさは、それぞれ等しいものとするが（ａ１＝ａ２、ｃ１＝ｃ２、ｄ１＝ｄ２）、等しくなくてもよい。

本実施形態では、径方向の隙間ａ１、ａ２は、オイルフィルム形成の隙間ｂよりも小さい（ａ１＞ｂ、ａ２＞ｂ）。別の言い方をすれば、軸受ホルダ３０の外径と軸受ハウジング１０の内径とのクリアランスとなる隙間ｂよりも、軸受ホルダ３０の保持部３５、３６の内径と突起部８１、延出部１４の外径とのクリアランスとなる隙間ａ１、ａ２の方が短い。

したがって、エンジン停止時などにおいて隙間ｂにオイルフィルムが十分に形成されない場合、回転軸５０が自重によって沈みこむのに伴って軸受ホルダ３０の位置が径方向に沈下するが、軸受ホルダ３０の保持部３５、３６が突起部８１、１３と当接し、係止される。すなわち、リテーナ８０、延出部１４によって軸受ハウジング１０が支えられる。そのため、ともに金属性の軸受ホルダ３０と軸受ハウジング１０がと接触せず、回転振動の伝達が防止される。

また、保持部３５、３６とリテーナ８０、１４との軸方向隙間（軸方向保持部隙間）ｃ１、ｃ２は、突起部８１、１３と外輪２２、２３との軸方向隙間（軸方向外輪隙間）ｄ１、ｄ２よりも小さい（ｄ１＞ｃ１、ｄ２＞ｃ２）。したがって、軸受ホルダ３０がスラスト力を受けて付勢されても、リテーナ８０、延出部１４と保持部３５、３６が当接し、突起部８１、１３は外輪２２、２３と接触しない。これにより、回転軸５０は安定して回転できる。

さらに、このような隙間ａ１、ａ２、ｃ１、ｃ２、ｄ１、ｄ２が絞りとなって潤滑油が隙間ｂに充満しやすくなり、オイルフィルムが隙間ｂに良好に形成されてダンピング機能が向上する。

ダンピング機能を上げるためにオイルフィルムを形成する隙間ｂを大きくとると、回転軸５０の回転による振動が大きくなり、コンプレッサホイールとコンプレッサハウジング、およびタービンホイールとタービンハウジングとのクリアランスを接触防止のため拡大する必要がある。本実施形態では、隙間ｂを大きくすることなく回転振動を抑えることができ、ターボチャージャーの性能を向上させる。

このように本実施形態によれば、軸受ホルダ３０は、浮動状態においてリテーナ８０、延出部１４と嵌合し、軸受ホルダ３０の保持部３５、３６は、リテーナ８０、延出部１４との間で径方向に隙間ａ１、ａ２が設けられ、軸方向に隙間ｃ１、ｃ２が設けられる。そして、径方向の隙間ａ１、ａ２がオイルフィルム形成の隙間ｂよりも短く、軸方向の隙間ｃ１、ｃ２が突起部８１、１３と外輪２２、２３との隙間ｄ１、ｄ２よりも短くなるようにされている。

軸受ホルダを一体的に構成する代わりに、２つの軸受ホルダの間にスプリングなどを配置する構成にしてもよい。

本実施形態であるターボチャージャーのころがり軸受構造の概略的断面図である。 コンプレッサ側のころがり軸受付近を拡大して示した軸受構造の断面図である。

符号の説明

１０ 軸受ハウジング
１３ 突起部
１４ 延出部（ホルダ支持部）
２０、２１ ころがり軸受
２２、２３ 外輪
３０ 軸受ホルダ
３５、３６ 保持部
８０ リテーナ（ホルダ支持部）
８１ 突起部
ａ１、ａ２ 径方向隙間
ｂ オイルフィルム形成隙間
ｃ１、ｃ２ 軸方向保持部隙間
ｄ１、ｄ２ 軸方向外輪隙間

Claims (2)

1. 回転軸を軸支するころがり軸受と、
   軸受ハウジングとオイルフィルム形成隙間を介し、浮動状態で配設され、前記ころがり軸受を保持する保持部を有する軸受ホルダと、
   前記軸受ホルダの軸方向位置を軸受ホルダ外側から保ち、前記ころがり軸受に向けて延びる突起部を有するホルダ支持部とを備え、
   前記保持部が前記外輪の端面を超えて軸方向に延出し、また、前記突起部が前記保持部よりも回転軸側に位置し、
   前記保持部が、浮動状態において、径方向隙間をもって前記突起部と嵌合するとともに、前記径方向隙間が前記オイルフィルム形成隙間よりも短いことを特徴とするターボチャージャーの軸受構造。
2. 前記保持部の端面と前記ホルダ支持部との軸方向保持部隙間が、前記突起部の端面と前記外輪の端面との軸方向外輪隙間より短いことを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャーの軸受構造。

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