JP2010133266A - 過給機の軸受装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】給油孔の開口部等に起因する保持部材の偏心を抑えてオイルフィルムダンパの振動抑制機能を向上させることが可能な過給機の軸受装置を提供する。
【解決手段】過給機のタービン軸4上のベアリング11、12の外周にホルダ20が嵌め合わされ、ホルダ20がその外周側にオイルフィルムダンパ8を形成するための隙間25aが生じるようにしてベアリングハウジング5のハウジング孔5aに嵌め合わされ、隙間25aに潤滑油を導入できるようにハウジング孔5aの内周に給油孔26が開口した軸受装置10において、ホルダ20とハウジング孔5aとの間に、給油孔26のハウジング孔5aに対する開口部26a、及び開口部26aと軸線CLを挟んで反対側の部分のそれぞれと位置を合わせるようにして拡大部35を設ける。
【選択図】図4

Description

本発明は、内燃機関に設けられる過給機の軸受装置に関する。
過給機の軸受装置として、回転軸としてのタービン軸上に一対の転がり軸受が配置され、それらの転がり軸受の外周に保持部材が嵌め合わされ、その保持部材が軸受ハウジングのハウジング孔に対して隙間を空けて嵌め合わされ、軸受ハウジングの給油孔から保持部材の外周とハウジング孔の内周との間の隙間に潤滑油が供給されてオイルフィルムダンパが形成される軸受装置が知られている(例えば特許文献1参照)。その他に、本願発明に関連する先行技術文献として特許文献2及び3が存在する。
実開平1−127938号公報 実開平3−43534号公報 特許第2794336号公報
従来の軸受装置では、潤滑油の供給孔、あるいは、潤滑油のドレン孔がハウジング孔上に開口している。このため、それらの孔の開口部と回転軸の軸線を挟んで反対側の部分との間で保持部材が潤滑油から受ける力に差が生じ、保持部材が回転軸の軸線から偏心してオイルフィルムダンパの振動抑制機能が損なわれるおそれがある。
そこで、本発明は給油孔の開口部等に起因する保持部材の偏心を抑えてオイルフィルムダンパの振動抑制機能を向上させることが可能な過給機の軸受装置を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様に係る過給機の軸受装置は、過給機の回転軸上に配置される軸受と、前記軸受の外周に嵌め合わされる保持部材と、前記保持部材の外周側にオイルフィルムダンパを形成するための隙間が生じるようにして該保持部材の外周に嵌め合わされるハウジング孔、及び前記隙間に潤滑油を導入できるように前記ハウジング孔の内周に開口する給油孔を有する軸受ハウジングと、を具備し、前記保持部材の外周と前記ハウジング孔の内周との間には、前記給油孔の前記ハウジング孔に対する開口部、及び該開口部と前記回転軸の軸線を挟んで反対側の部分のそれぞれと位置を合わせるようにして、前記隙間を半径方向に拡大した拡大部が設けられたものである(請求項1)。
第1の態様の軸受装置では、ハウジング孔に対する給油孔の開口部、及びその開口部に対して回転軸の軸線を挟んで反対側の部分のそれぞれに拡大部が存在するため、給油孔の開口部とその反対側との間にて、保持部材が潤滑油から受ける力の差が緩和される。それにより、保持部材の偏心を抑制し、オイルフィルムダンパのフィルム厚さを均一に保持して振動抑制機能を向上させることができる。
第1の態様において、前記保持部材の外周には、前記開口部及び前記反対側の部分とそれぞれ位置を合わせるようにして前記半径方向中心側への後退部が設けられ、それらの後退部と前記ハウジング孔の内周との間に前記拡大部が形成されてもよい(請求項2)。これによれば、保持部材に後退部を設けているので、後退部が存在しない場合と比較して保持部材が軽量化される。よって、内燃機関の停止等によって潤滑油の圧力が低下した状態で回転軸が回転を続けても、保持部材がオイルフィルム上に浮き易い。
さらに、前記保持部材には、当該保持部材の外周を一周する円周溝と、該円周溝内から前記軸受に向かって延びる導入孔とが形成され、前記後退部の軸線方向端部が前記円周溝に達していてもよい(請求項3)。これによれば、給油孔から拡大部に供給された潤滑油を円周溝を介して保持部材の全周に円滑に導入することができる。よって、オイルフィルムのさらなる均一化を図ることができる。
第1の態様の軸受装置では、前記保持部材及び前記軸受ハウジングの少なくともいずれか一方には、潤滑油を排出するためのドレン孔が前記隙間に通じるようにして形成され、前記保持部材の外周と前記ハウジング孔の内周との間には、前記ドレン孔に対して前記回転軸の軸線を挟んで反対側の部分と位置を合わせるようにして、前記隙間を半径方向に拡大した拡大部がさらに設けられてもよい(請求項4)。これによれば、ドレン孔が設けられる側と、そのドレン孔と軸線を挟んで反対側との間にて、オイルフィルムダンパを形成するための隙間の軸線方向長さの差が減少し、それに伴って、ドレン孔の側及びその反対側で保持部材が潤滑油から受ける力の差が緩和される。それにより、保持部材の偏心をさらに効果的に防止することができる。
本発明の第2の態様に係る過給機の軸受装置は、過給機の回転軸上に配置される軸受と、前記軸受の外周に嵌め合わされる保持部材と、前記保持部材の外周側にオイルフィルムダンパを形成するための隙間が生じるようにして該保持部材の外周に嵌め合わされるハウジング孔を有する軸受ハウジングと、を具備し、前記保持部材及び前記軸受ハウジングの少なくともいずれか一方には、潤滑油を排出するためのドレン孔が前記隙間に通じるようにして形成され、前記保持部材の外周と前記ハウジング孔の内周との間には、前記ドレン孔に対して前記回転軸の軸線を挟んで反対側の部分と位置を合わせるようにして、前記隙間を半径方向に拡大した拡大部が設けられたものである(請求項5)。
第2の態様の軸受装置では、ドレン孔に対して対して回転軸の軸線を挟んで反対側の部分に拡大部が存在するため、ドレン孔が設けられる側とその反対側との間で、保持部材が潤滑油から受ける力の差が緩和される。それにより、保持部材の偏心を抑制し、オイルフィルムダンパのフィルム厚さを均一に保持して振動抑制機能を向上させることができる。
ドレン孔の側と反対側に拡大部を設ける場合、前記軸線の方向に関する前記拡大部の長さが前記ドレン孔の同一方向に関する長さと略等しくされてもよい(請求項6)。この場合には、ドレン孔が設けられる側とその反対側との間で、保持部材が潤滑油から受ける力の差がさらに緩和され、オイルフィルムダンパの振動抑制機能が一層向上する。
ドレン孔の側と反対側に拡大部を設ける場合、前記保持部材の外周には、前記反対側の部分と位置を合わせるようにして前記半径方向中心側への後退部が設けられ、該後退部と前記ハウジング孔の内周との間に前記拡大部が形成されてもよい(請求項7)。これによれば、保持部材に後退部を設けているので、後退部が存在しない場合と比較して保持部材が軽量化される。よって、内燃機関の停止等によって潤滑油の圧力が低下した状態で回転軸が回転を続けても、保持部材がオイルフィルム上に浮き易い。
以上に説明したように、本発明によれば、給油孔の開口部及びその反対側のそれぞれに拡大部に設け、あるいは、ドレン孔の反対側に拡大部を設けることにより、保持部材が潤滑油から受ける力の差を緩和することができる。それにより、保持部材の偏心を抑制し、オイルフィルムダンパの振動抑制機能を向上させることができる。
[第1の形態]
図1は本発明の第1の形態に係る軸受装置10が組み込まれた過給機1を示している。過給機1は、内燃機関の排気通路に設けられるタービンロータ2と、内燃機関の吸気通路に設けられるコンプレッサインペラ3と、それらを一体回転可能に連結する回転軸としてのタービン軸4とを備えたターボチャージャとして構成されている。タービンロータ2とタービン軸4とは同軸上に一体形成されている。タービン軸4は、タービンロータ2側からコンプレッサインペラ3に向かって、大径部4a、中間部4b及び小径部4cが順次設けられた段付きシャフトである。
中間部4bは過給機1のベアリングハウジング(軸受ハウジング)5内に挿入され、小径部4cはベアリングハウジング5を貫いてコンプレッサハウジング(不図示)内に挿入される。ベアリングハウジング5は、ハウジング本体5Aの一端に、リテーナ5Bがボルト等の固定手段によって結合された構成を備えている。中間部4bの外周には、軸受として、一対のベアリング11、12が嵌め合わされている。ベアリング11、12は、タービン軸4上に嵌め合わされる内輪11a、12aと、それらの外側に配置される外輪11b、12bと、内外輪間に配置される転動体としての多数のボール11c、12cとを備えたアンギュラコンタクト型のボールベアリングである。
ベアリング11の内輪11aと大径部4aとの間にはスリンガ13が設けられ、内輪11a、12aの間には内輪スペーサとしてのスリーブ14が設けられている。小径部4cの外周にはカラー15、16、コンプレッサインペラ3が順次嵌め合わされている。コンプレッサインペラ3からは小径部4cの先端の雄ねじ部4dが突出する。その雄ねじ部4dにナット17が装着されて締め付けられることにより、スリンガ13、内輪11a、スリーブ14、内輪12a、カラー15、16及びコンプレッサインペラ3が大径部4aとナット17との間に挟み込まれてそれらが軸線方向の定位置に拘束される。これにより、タービンロータ2、タービン軸4、スリンガ13、内輪11a、スリーブ14、内輪12a、カラー15、16、コンプレッサインペラ3及びナット17は、タービン軸4の軸線CLの回りに一体回転可能な回転体アッセンブリ6として組み立てられる。なお、大径部4a及びカラー16のそれぞれには、タービンハウジング及びコンプレッサハウジングとベアリングハウジングとの間をシールするためのシールリング18、19が取り付けられている。
ベアリング11、12のそれぞれの外輪11b、12bは、保持部材としてのホルダ20に嵌め合わされている。そのホルダ20は、ベアリングハウジング5のハウジング本体5Aに形成されたハウジング孔5aに嵌め合わされている。ベアリングハウジング5のリテーナ5Bは、ハウジング孔5aの開口端部(コンプレッサインペラ3側の端部)に取り付けられている。それにより、ホルダ20は、タービン軸4の軸線方向に関して、ベアリングハウジング5の突起部5bとリテーナ5Bとの間に保持される。
図2により詳しく示すように、ホルダ20は、外輪11b、12bの外周に嵌め合わされる円筒状のケース部22と、そのケース部22の内周側に突出して外輪11b、12bの間に介在する外輪スペーサとしてのスペーサ部23とが一体化された構成を備えている。スペーサ部23の両端には外輪11b、12bが突き当てられている。それにより、外輪11b、12bが軸線方向に位置決めされて外輪11b、12b間の軸線方向の距離が一定に保持される。ベアリング11、12、スリーブ14及びホルダ20が相互に組み立てられることにより、軸受アッセンブリ7が形成される。
ホルダ20とベアリングハウジング5との間には微小量の隙間25が設けられている。隙間25は、ケース部22の外周とハウジング孔5aの内周との間に存在する半径方向隙間25aと、ケース部22の両端面22a、22bとベアリングハウジング5との間に存在する軸線方向隙間25b、25cとを含んでいる。後述するオイルフィルムが形成されていない状態において、ホルダ20は、ベアリングハウジング5に対して半径方向隙間25aに相当する量だけ半径方向に移動可能であり、軸線方向隙間25b、25cに相当する量だけ軸線方向に移動可能である。
図3に示すように、ベアリングハウジング5には、その下面5cからハウジング孔5aの内周まで給油孔26が形成されている。その給油孔26を介して半径方向隙間25a及び軸線方向隙間25b、25cに潤滑油が供給されることにより、隙間25が潤滑油で満たされてホルダ20とベアリングハウジング5との間にオイルフィルムが形成される。そのオイルフィルムと、ホルダ20及びベアリングハウジング5とによってオイルフィルムダンパ8が構成される。オイルフィルムダンパ8によりベアリング11、12の外輪11b、12bがそれぞれ支持される。このようにオイルフィルムダンパ8を設けることにより、軸受アッセンブリ7の振動を効率よく吸収することが可能となる。なお、図1〜図3では隙間25が誇張して描かれている。隙間25はオイルフィルムの形成に必要な最小限の寸法で足りる。
図2に詳しく示すように、ホルダ20の外周には、一対の円周溝30が形成されている。これらの円周溝30は、ケース部22の外周を一周するように設けられている。ホルダ20には、各円周溝30からスペーサ部23の内周まで達する導入孔31が形成されている。導入孔31は、半径方向隙間25aに供給された潤滑油をベアリング11、12に導入するためのものであり、それらの軸線は内輪11a、12aとスリーブ14との合わせ面に潤滑油が吹き付けられるように斜めに傾けられている。一方、ホルダ20の下部には、スリーブ14とスペーサ部23との間の隙間から潤滑油を排出するためのドレン孔20aが形成されている。ベアリングハウジング5のハウジング本体5Aには、ドレン孔20aと位置を合わせるようにして本体ドレン孔5dが形成されている。なお、ベアリングハウジング5には、タービン軸4の大径部4a側に流れ出た潤滑油を排出するための副ドレン孔5eも形成されている(図1参照)。
図3に示すように、給油孔26は、ドレン孔20aに対して周方向にほぼ90°ずれた位置にてハウジング孔5aの内周に開口する。ハウジング孔5aの内周と、ホルダ20の外周との間には、給油孔26の開口部26aと、その開口部26aに対してタービン軸4の軸線CLを挟んで反対側の部分とにそれぞれ位置を合わせるようにして、隙間25aを半径方向に拡大した拡大部35が設けられている。すなわち、ケース部22の外周には、そのケース部22の半径方向に対して直交するように延びる平面部(後退部)36が設けられ、それらの平面部36とハウジング孔5aの内周との間に拡大部35が形成されている。平面部36は、軸線CLを挟んで左右に対称である。ホルダ20の周方向に関して、拡大部35同士の間には半径方向隙間25aが残されている。図4に示すように、各平面部36の軸線方向の両端部は円周溝30まで達している。これにより、各拡大部35は円周溝30の内部へと通じている。
以上のように構成された軸受装置10によれば、給油孔26の開口部26a及びその反対側に拡大部35が対称的に存在するので、開口部26aの近傍と、その反対側との間で、ホルダ20が潤滑油から受ける力に差が緩和される。その結果、ホルダ20の軸線CLに対する偏心が抑えられる。そのため、半径方向隙間25aに形成されるオイルフィルムの厚さが全周に亘って均一に維持され、オイルフィルムダンパ8の振動抑制機能を向上させることができる。従って、タービン軸4の高速回転に対して十分な軸受性能を発揮させることができ、ホルダ20とベアリングハウジング5との金属接触による騒音の発生を抑制できるといった作用効果が得られる。
本形態の軸受装置10によれば、ホルダ20側に平面部36を設けることによって拡大部35を形成しているので、平面部36が存在しない場合と比較してホルダ20が軽量化される。そのため、内燃機関の燃焼が停止して油圧が低下した状態でタービン軸4が慣性により回転を続けても、ホルダ20がオイルフィルム上に浮き易い。この点でも振動、騒音の発生を抑制する効果が期待できる。
拡大部35が円周溝30に通じているため、給油孔26から拡大部35に供給された潤滑油をその拡大部35から円周溝30を介して半径方向隙間25aの全周に円滑に導入することができる。それにより、オイルフィルムのさらなる均一化を図ることができる。なお、給油孔を円周溝30上に開口させた場合でも潤滑油の導入を円滑化することは可能である。しかし、その場合には、1本の円周溝30に対して、軸線CLを挟んで対称的に2本の給油孔を設けなければ、ホルダ20の偏心や振動を抑えることができない。そのため、2本の円周溝30に対して合計で4本の給油孔を加工する必要がある。これに対して、本形態によれば、ベアリングハウジング5に1本の給油孔26を加工するだけの簡素な構成で足り、加工工数が削減される。
本形態の軸受装置10において、拡大部35は半径方向隙間25aを半径方向に拡大した構成であれば足り、ホルダ20の平面部36によって実現される例に限らない。例えば、ホルダ20の外周に半径方向中心側への後退部を設けて拡大部を実現する場合、その後退部は平面状のものに限らず、断面円弧状その他適宜の断面形状でよい。ハウジング孔5aの内周に、半径方向外側への後退部を設けることにより拡大部が形成されてもよい。
[第2の形態]
図5は本発明の第2の形態に係る軸受装置50の軸線方向断面図、図6はそのVI−VI線に沿った断面図である。なお、本形態は、上述した第1の形態の軸受装置10に対して、ベアリングハウジング及びホルダを部分的に変更したものである。従って、図5及び図6において、第1の形態と共通する構成要素には同一符号を付し、それらの説明は省略する。
軸受装置50では、ベアリングハウジング5のハウジング本体5Aに、図3の給油孔26に代えて、タービン軸4の軸線方向に延びる第1油路51aと、一対の第2油路51bとを組み合わせた給油孔51が形成されている。第2油路51bは第1油路51aから円周溝30に向かって延ばされてハウジング孔5aの内周に開口する。また、図6にも示したように、ホルダ20の外周とハウジング孔5aの内周との間には、ドレン孔20aと軸線CLを挟んで反対側に位置するようにして拡大部52が設けられている。すなわち、ケース部22の外周には平面部53が設けられ、その平面部53とハウジング孔5aの内周との間に拡大部52が形成されている。図5に示したように、平面部53の軸線方向の長さAは、ドレン孔20aの直径Dと同一である。また、平面部53の軸線方向の中心位置はドレン孔20aの軸線X上に位置している。平面部53と円周溝30との間には半径方向隙間25aが残されている。すなわち、平面部53の軸線方向両端部は円周溝30まで達していない。なお、ホルダ20には、第1の形態における平面部36が設けられていない。
本形態の軸受装置50によれば、ドレン孔20aと軸線CLを挟んで反対側に拡大部52が設けられ、その拡大部52の長さAがドレン孔20aの直径Dと同一で、さらに拡大部52の軸線方向における位置もドレン孔20aと一致している。そのため、ケース部22の上下において、半径方向隙間25aに形成されるオイルフィルムの軸線方向の長さが略等しくなる。従って、ドレン孔20aが設けられる側と、そのドレン孔20aと軸線CLを挟んで反対側との間でホルダ20が潤滑油から受ける力の差が緩和される。その結果、ホルダ20の軸線CLに対する偏心が抑えられ、半径方向隙間25aに形成されるオイルフィルムの厚さが全周に亘って均一化される。そのため、オイルフィルムダンパ8の振動抑制機能を向上させることができる。従って、タービン軸4の高速回転に対して十分な軸受性能を発揮させることができ、ホルダ20とベアリングハウジング5との金属接触による騒音の発生を抑制できるといった作用効果が得られる。平面部53を設けることによりホルダ20が軽量化され、油圧低下時でもホルダ20がオイルフィルム上に浮き易い。
なお、平面部53に代えて、ドレン孔20aの直径Dと同一長さAの円周溝を設けた場合にもホルダ20の上下の力の差を緩和することができる。しかし、その場合には、円周溝の位置でホルダ20の剛性が低下し、ベアリング11、12の嵌合位置間の同軸度が低下し、あるいはホルダ20の加工精度の低下を招くおそれがあり、さらには、半径方向隙間25aに導入された潤滑油が円周溝を介してドレン孔20aへと排出され易くなり、潤滑油の供給量の増大を招くおそれもある。この点、本形態では、ドレン孔20aの反対側に、その周囲の半径方向隙間25aよりも大きな拡大部52を設けているので、これらの不都合が生じるおそれがない。
本形態の軸受装置50において、拡大部52は半径方向隙間25aを半径方向に拡大した構成であれば足り、ホルダ20の平面部53によって実現される例に限らない。例えば、ホルダ20の外周に半径方向中心側への後退部を設けて拡大部を実現する場合、その後退部は平面状のものに限らず、断面円弧状その他適宜の断面形状でよい。ハウジング孔5aの内周に、半径方向外側への後退部を設けることにより拡大部が形成されてもよい。
本形態の軸受装置50において、給油孔51に代えて第1の形態と同様の給油孔26がベアリングハウジング5に設けられてもよい。この場合には、拡大部52に加えて、第1の形態の拡大部35を設けることができる。
本発明は上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、軸受はアンギュラコンタクト型のボールベアリングに限らず、各種の構造の軸受を使用することができる。軸受の個数も適宜に変更可能である。本発明の軸受装置は、ターボチャージャの回転軸に限らず、内燃機関の出力軸によって駆動される機械式の過給機の回転軸に対しても適用することができる。
本発明の第1の形態に係る軸受装置が組み込まれた過給機の軸線方向断面図。 図1の過給機の軸受アッセンブリを拡大して示した図。 図1のIII−III線に沿った断面図。 図3のIV−IV線に沿った断面図。 本発明の第2の形態に係る軸受装置が組み込まれた過給機の要部における軸線方向断面図。 図5のVI−VI線に沿った断面図。
符号の説明
1 過給機
4 タービン軸(回転軸)
5 ベアリングハウジング(軸受ハウジング)
5a ハウジング孔
8 オイルフィルムダンパ
10 軸受装置
11、12 ベアリング(軸受)
20 ホルダ(保持部材)
20a ドレン孔
22 ケース部
23 スペーサ部
25 隙間
25a 半径方向隙間
25b、25c 軸線方向隙間
26 給油孔
26a 給油孔の開口部
30 円周溝
31 導入孔
35 拡大部
36 平面部(後退部)
50 軸受装置
51 給油孔
52 拡大部
53 平面部(拡大部)
A 拡大部の軸線方向の長さ
CL タービン軸の軸線
D ドレン孔の直径

Claims (7)

  1. 過給機の回転軸上に配置される軸受と、
    前記軸受の外周に嵌め合わされる保持部材と、
    前記保持部材の外周側にオイルフィルムダンパを形成するための隙間が生じるようにして該保持部材の外周に嵌め合わされるハウジング孔、及び前記隙間に潤滑油を導入できるように前記ハウジング孔の内周に開口する給油孔を有する軸受ハウジングと、を具備し、
    前記保持部材の外周と前記ハウジング孔の内周との間には、前記給油孔の前記ハウジング孔に対する開口部、及び該開口部と前記回転軸の軸線を挟んで反対側の部分のそれぞれと位置を合わせるようにして、前記隙間を半径方向に拡大した拡大部が設けられている、過給機の軸受装置。
  2. 前記保持部材の外周には、前記開口部及び前記反対側の部分とそれぞれ位置を合わせるようにして前記半径方向中心側への後退部が設けられ、それらの後退部と前記ハウジング孔の内周との間に前記拡大部が形成されている請求項1に記載の軸受装置。
  3. 前記保持部材には、当該保持部材の外周を一周する円周溝と、該円周溝内から前記軸受に向かって延びる導入孔とが形成され、前記後退部の軸線方向端部が前記円周溝に達している請求項2に記載の軸受装置。
  4. 前記保持部材及び前記軸受ハウジングの少なくともいずれか一方には、潤滑油を排出するためのドレン孔が前記隙間に通じるようにして形成され、
    前記保持部材の外周と前記ハウジング孔の内周との間には、前記ドレン孔に対して前記回転軸の軸線を挟んで反対側の部分と位置を合わせるようにして、前記隙間を半径方向に拡大した拡大部がさらに設けられている請求項1〜3のいずれか一項に記載の軸受装置。
  5. 過給機の回転軸上に配置される軸受と、
    前記軸受の外周に嵌め合わされる保持部材と、
    前記保持部材の外周側にオイルフィルムダンパを形成するための隙間が生じるようにして該保持部材の外周に嵌め合わされるハウジング孔を有する軸受ハウジングと、を具備し、
    前記保持部材及び前記軸受ハウジングの少なくともいずれか一方には、潤滑油を排出するためのドレン孔が前記隙間に通じるようにして形成され、
    前記保持部材の外周と前記ハウジング孔の内周との間には、前記ドレン孔に対して前記回転軸の軸線を挟んで反対側の部分と位置を合わせるようにして、前記隙間を半径方向に拡大した拡大部が設けられている、過給機の軸受装置。
  6. 前記軸線の方向に関する前記拡大部の長さが前記ドレン孔の同一方向に関する長さと略等しい請求項5に記載の軸受装置。
  7. 前記保持部材の外周には、前記反対側の部分と位置を合わせるようにして前記半径方向中心側への後退部が設けられ、該後退部と前記ハウジング孔の内周との間に前記拡大部が形成されている請求項5又は6に記載の軸受装置。
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