JP2010138753A

JP2010138753A - 過給機の軸受装置

Info

Publication number: JP2010138753A
Application number: JP2008314372A
Authority: JP
Inventors: Takayoshi Kitada; 孝佳北田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2008-12-10
Publication date: 2010-06-24

Abstract

【課題】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１の軸受装置１０は、過給機１のタービン軸４上に配置されるベアリング１１、１２と、ベアリング１１、１２の外周に嵌め合わされるホルダ２０と、ホルダ２０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２５が生じるようにしてホルダ２０が嵌め合わされるベアリングハウジング５と、を具備し、ホルダ２０には、潤滑油を排出するためのドレン孔２０ａが隙間２５に通じるようにして形成されるとともに、ドレン孔２０ａ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位置を合わせるようにして、上部孔３５が設けられている。
【選択図】図２

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、本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

従来の軸受け装置では、保持部材にはドレン孔が設けられている。このため、ドレン孔が設けられた部分と、そのドレン孔に対して回転軸の軸線を挟んで反対側の部分との間では、ドレン孔が設けられた分だけオイルフィルムダンパ機能に差が生じ、保持部材が回転軸の軸線から偏心等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、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前記保持部材が嵌め合わされ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るとともに、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、穴が設けられている（請求項１）。

この過給機の軸受装置によれば、保持部材及び軸受ハウジングの少なくともいずれか一方に設けられたドレン孔に対して回転軸の軸線を挟んで反対側の部分に穴が存在するため、ドレン孔により生じるドレン孔側とその反対側との間のオイルフィルムダンパ機能の差が緩和される。これにより、オイルフィルムダンパ機能の差から生じる保持部材の偏心等を抑制し、振動抑制機能を向上させることができる。

この発明の一態様において、前記穴の形状及び大きさが前記ドレン孔の形状及び大きさと略等しくされてもよい（請求項２）。この場合、ドレン孔が設けられる側とその反対側との間でオイルフィルムダンパの形状及び大きさが等しくなるので、オイルフィルムダンパ機能の差がさらに緩和され、振動抑制機能が一層向上する。

この発明の一態様において、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、前記ドレン孔が設けられた位置から前記回転軸の軸線を中心として略９０°ずれた位置に前記回転軸線を挟んで一対の穴が更に設けられていてもよい（請求項３）。この場合、ドレン孔が設けられた側のオイルフィルムダンパ機能とドレン孔が設けられた位置から前記回転軸の軸線を中心として略９０°ずれた位置におけるオイルフィルムダンパ機能との差を緩和することができる。これにより、保持部材の四方においてオイルフィルムダンパ機能の差が緩和され、振動抑制機能が一層向上する。

以上説明したように、本発明によれば、保持部材及び軸受ハウジングの少なくともいずれか一方に設けられたドレン孔に対して回転軸の軸線を挟んで反対側の部分に穴が設けられているため、ドレン孔側とその反対側との間でドレン孔により生じるオイルフィルムダンパ機能の差が緩和される。これにより、オイルフィルムダンパ機能の差から生じる保持部材の偏心等を抑制し、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。

図１は本発明の一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の先端の雄ネジ部４ｄが突出する。その雄ネジ部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（不図示）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。

ベアリングハウジング５のハウジング本体５Ａの上部には、タービン軸４の軸線方向に沿って延びる第１油路２６ａと、一対の第２油路２６ｂとを組み合わせた給油孔２６が形成されている。第２油路２６ｂは第１油路２６ａからハウジング孔５ａの内周まで延びている。第２油路２６ｂの軸線は斜めに傾けられており、その第２油路２６ｂ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１〜３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。

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る。導入孔３１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おり、第２油路２６ｂの軸線と一致している。

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が一対の円周溝３０の間に形成されている。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）。

一方、ホルダ２０の上部には、下部に形成されたドレン孔２０ａに対してタービン軸４の軸線ＣＬを挟んで反対側の部分に位置を合わせるようにして穴としての上部孔３５が設けられている。上部孔３５とドレン孔２０ａとは同一形状及び大きさであり、上部孔３５の直径Ａは、ドレン孔２０ａの直径Ｄと同一である。従って、上部孔３５とドレン孔２０ａとは軸線ＣＬを挟んで上下に対象であり、上部孔３５の軸線とドレン孔２０ａの軸線とは一致している。更に、図３に示すように、ホルダ２０の両側面には、上部孔３５及びドレン孔２０ａの軸線と直交する軸線をもつ一対の穴としての側面孔３６が設けられている。つまり、側面孔３６は、上部孔３５及びドレン孔２０ａが設けられた位置から軸線ＣＬを回転中心として略９０°ずれて位置している。一対の側面孔３６は軸線ＣＬを挟んで左右に対象である。上部孔３５、ドレン孔２０ａ、及び側面孔３６は、いずれも一対の円周溝３０の間に設けられており、円周溝３０には接続されていない。このため、これらの孔２０ａ、３５、３６と円周溝３０との間には半径方向隙間２５ａが残されている。

以上のように構成された軸受装置１０によれば、ドレン孔２０ａの反対側にドレン孔２０ａと位置を合わせるようにして上部孔３５が互いに対照的に存在するので、ドレン孔２０ａ側とその反対側との間でオイルフィルムダンパ８の長さが等しくなり、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。ホルダ２０に設けられたドレン孔２０ａ、上部孔３５及び側面孔３６と円周溝３０との間には半径方向隙間２５ａが残されているので、これらの孔２０ａ、３５、３６はオイルフィルムダンパ８の機能を損なわない。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。また、内燃機関の回転数が高くなりタービン軸４に高負荷がかかる場合には、供給される潤滑油の油圧が高くなり上部孔３５及び側面孔３６から潤滑油が流れ出てこの潤滑油によってスリーブ１４が冷却される。これにより、ベアリング１１、１２の温度上昇を抑制することができる。

本形態の軸受装置１０によれば、さらに一対の側面孔３６が設けられているため、ホルダ２０の両側面においてもオイルフィルムダンパ８の形状及び大きさが等しくなる。このため、ドレン孔２０ａ及び上部孔３５の軸線方向と、この軸線と直交する方向、つまり側面孔３６の軸線方向との間のオイルフィルムダンパ８機能の差が緩和される。これにより、オイルフィルムダンパ８の機能を一層向上させることができる。また、ホルダ２０にドレン孔２０ａ、上部孔３５及び側面孔３６が設けられているので、これら４つの孔２０ａ、３５、３６が設けられていない場合と比較してホルダ２０が軽量化される。そのため、内燃機関の燃料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。上部孔３５及びドレン孔２０ａは同時加工が可能であり、一対の側面孔３６も同時加工が可能であるので、少ない工程で加工が可能である。

但し、本発明は上述の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態にて実施できる。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。

また、一対の側面孔３６を省略した構成であってもよい。この場合にも軸線ＣＬに対する偏心が抑えられ、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、また、ドレン孔２０ａ及び上部孔３５が設けられていない場合と比較してホルダが軽量化されるのでオイルフィルム上に浮き易い。また、上述の形態では、ホルダ２０にドレン孔２０ａ、上部孔３５及び側面孔３６が設けられているが、これらのドレン孔及び穴はオイルフィルムダンパ機能を確保できる限りにおいてベアリングハウジングに設けられていてもよい。
また、上部孔３５及び側面孔３６はホルダ２０を貫通する穴として構成されているが、ホルダ２０を貫通していなくてもよい。この場合にもホルダ２０の左右に形成されるオイルフィルムダンパ機能の差が緩和され、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とともに、軽量化を図ることがきる。

本発明の一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。

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
５ｄ本体ドレン孔
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
３５上部孔
３６側面孔
Ａ上部孔の軸線方向の長さ
ＣＬタービン軸の軸線
Ｄドレン孔の直径

Claims

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前記保持部材が嵌め合わされ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るとともに、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、穴が設けられている過給機の軸受装置。
前記穴の形状及び大きさが前記ドレン孔の形状及び大きさと略等しい請求項１に記載の過給機の軸受装置。
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、前記ドレン孔が設けられた位置から前記回転軸の軸線を中心として略９０°ずれた位置に前記回転軸線を挟んで一対の穴が更に設けられている請求項１又は２に記載の過給機の軸受装置。