JP2010138757A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジング１の横孔１ａ内に略水平姿勢にしたタービンシャフト２を、セミフローティングブッシュ５を介して回転自在に支持させた構造のターボチャージャにおいて、タービンシャフト２の振動を減衰する効果を高めることを可能とし、ハウジング１への振動伝達を抑制または防止する。
【解決手段】セミフローティングブッシュ５は、その軸方向略中央が弾性変形可能な支持部材１０を介してハウジング１に取り付けられることにより、軸方向変位が規制される状態にされているとともに軸方向両端部分の径方向変位が許容される状態にされている。
【選択図】図２

Description

本発明は、センターハウジングの横孔内に略水平姿勢にしたタービンシャフトを、セミフローティングブッシュを介して回転自在に支持させた構造のターボチャージャに関する。

一般的に、ターボチャージャでは、タービンシャフトをセンターハウジングの横孔に軸受を介して支持させるようにしている（例えば特許文献１〜３参照。）。

特許文献１に係る従来例では、前記軸受を玉軸受等の転がり軸受とし、振動吸収のために、玉軸受の外輪とセンターハウジングの横孔の内周面との間に適宜のクリアランスを設け、このクリアランスに潤滑油を供給してスクイズフィルムダンパを構成するようにしている。

このような転がり軸受を用いる構成では、設備コストが嵩むことが指摘される。これに対し、特許文献２に係る従来例では、前記の転がり軸受の代わりに、フロートベアリング（セミフローティングブッシュに相当）を用いた構成が開示されている。

この従来例では、タービンシャフトの外径側にフロートベアリングを嵌合し、このフロートベアリングの軸方向両端の外径側に円筒状スリーブを嵌合し、この各円筒状スリーブの外周とベアリングボックス（センターハウジングに相当）との間にそれぞれ２つのＯリングを介装するように構成している。

この場合、２つのＯリングとベアリングボックスと円筒状スリーブとで囲む環状空間に潤滑油を供給し、この潤滑油により振動を減衰させるようにしている。しかしながら、この構造では、部品点数が多いうえ、タービンシャフトとフロートベアリングとの嵌合部分やフロートベアリングと円筒状スリーブとの嵌合部分が相対回転するにもかかわらず、そこへの潤滑油の供給が不十分になることが懸念される。

さらに、特許文献３に係る従来例では、回転軸（タービンシャフト）の外径側にセミフロートベアリングメタル（セミフローティングブッシュに相当）を設け、このセミフロートベアリングメタルを、スラストピンを介してベアリングボックスに径方向に移動可能に、かつ軸方向および回転方向に固定している。

なお、前記のスラストピンは、セミフロートベアリングメタルの下側部分と、センターハウジングの下側部分とに取り付けられており、それによってセミフロートベアリングメタルを軸方向および回転方向に固定させるようにしている。

また、セミフロートベアリングメタルのピン受け部（孔）に硬質のリングを埋め込み、このリングの中心孔にスラストピンを所定の隙間を介して嵌合させることにより、セミフロートベアリングメタルを径方向に移動可能にしている。

この従来例では、回転軸の振動を減衰する点に関する記述はないが、回転軸の振動は、セミフロートベアリングメタルと回転軸との嵌合隙間およびセミフロートベアリングメタルとベアリングボックスとの嵌合隙間に存在する潤滑油で減衰させるようにしているものと推察される。
実開平１−１３６６３６号公報 実開昭６１−１０３５２８号公報 特開平９−２４２５５３号公報（段落番号００１９、００２６，００２８参考）

前記特許文献３に係る従来例では、セミフロートベアリングメタル２４を径方向に移動可能にかつ軸方向および回転方向に固定するように構成しているが、図１に示されているように、スラストピン２５がセミフロートベアリングメタル２４の軸方向中央よりも軸方向一端寄りにずれた位置に取り付けられているために、次のような懸念がある。

つまり、回転軸７が振動したときに、セミフロートベアリングメタル２４がスラストピン２５に沿って径方向に移動しにくくなることが懸念される。

というのは、回転軸７が、その理想的な回転中心軸線と平行な姿勢のままで径方向に振動する場合であれば、譲歩した見方として、セミフロートベアリングメタル２４が径方向に移動することが可能であると考えられる。

しかしながら、回転軸７およびそれの外径側に嵌合されるセミフロートベアリングメタル２４が、すりこぎ状に偏心回転するような場合には、回転軸７およびセミフロートベアリングメタル２４の軸方向両端が径方向に変位することになるために、径方向に沿って不動に配置されるスラストピン２５に対してセミフロートベアリングメタル２４と一体のリング３６が斜めに傾いた状態で当接することになる。そのことから、セミフロートベアリング２４が径方向に移動できるとは到底考えられない。

ところで、特許文献３に係る従来例では、その段落番号００２６に、「スラストピン２５はスプリングピンでもよい」という記載がある。しかしながら、スラストピン２５をスプリングピンとした場合に、それがどのように作用して、どのような効果が得られるのかといった記載が全くない。しかも、そのようにした場合の作用、効果を推測することも極めて困難である。

このような事情に鑑み、本発明は、ハウジングに設けられる横孔内に略水平姿勢にしたタービンシャフトを、セミフローティングブッシュを介して回転自在に支持させた構造のターボチャージャにおいて、タービンシャフトの振動を減衰する効果を高めることを可能とし、ハウジングへの振動伝達を抑制または防止することを目的としている。

本発明は、ハウジングに設けられる横孔内に略水平姿勢にしたタービンシャフトを、セミフローティングブッシュを介して回転自在に支持させた構造のターボチャージャであって、前記セミフローティングブッシュは、その軸方向略中央が弾性変形可能な支持部材を介して前記ハウジングに取り付けられることにより、軸方向変位が規制される状態にされているとともに、軸方向両端部分の径方向変位が許容される状態にされている、ことを特徴としている。

一般的に、セミフローティングブッシュは、タービンシャフトとの嵌合部分および横孔内周面との嵌合部分にそれぞれ適宜の隙間が設けられ、これらの嵌合隙間には潤滑油が供給されるようになっている。

この構成によれば、支持部材によりセミフローティングブッシュの軸方向変位を規制させるようにしているから、このセミフローティングブッシュの両端でスラスト荷重を負担することが可能になる。

また、支持部材によりセミフローティングブッシュの軸方向両端部分の径方向変位を許容させるようにしているから、タービンシャフトの振動に伴い支持部材が弾性的に揺れ動くことになって、この揺れに追従してセミフローティングブッシュの軸方向両端部分が径方向に揺れ動くようになる。

このとき、支持部材の弾性的な揺れに伴う弾性復元力でもってタービンシャフトの振動が減衰される。しかも、セミフローティングブッシュの揺れにより、当該セミフローティングブッシュとハウジングの横孔との嵌合隙間に存在する潤滑油のスクイズ効果により前記タービンシャフトの振動が減衰されることになる。これにより、タービンシャフトからハウジングへの振動伝達を低減または防止することが可能になる。

なお、油のスクイズ効果とは、一般的に公知であるが、簡単に言うと、セミフローティングブッシュの軸方向両端部分が径方向に変位することにより、当該セミフローティングブッシュとハウジングの横孔との嵌合隙間が交互に拡大、縮小されることになって、前記嵌合隙間に存在する潤滑油を軸方向一方へ押し出したり、軸方向一方から引き込んだりするといったポンピング運動を起こすようになり、このような潤滑油のポンピング運動によって振動を減衰する現象を発生することである。

また、セミフローティングブッシュの軸方向両端部分の径方向変位量は、セミフローティングブッシュとタービンシャフトとの嵌合隙間およびセミフローティングブッシュと横孔との嵌合隙間の合計により任意に設定される。

好ましくは、前記横孔の内周面の下側領域には凹み部が設けられ、前記支持部材は、ばね性を有する材料で板状に形成され、かつその上側部分が前記セミフローティングブッシュの下側部分の軸方向略中央に、また、下側部分が前記凹み部の底側にそれぞれ固定される。

ここでは、支持部材の形状や取り付け形態を特定している。この特定によれば、支持部材の弾性的な撓みによって、セミフローティングブッシュが、あたかもシーソーのように揺れ動くようになり、それによってセミフローティングブッシュの軸方向両端部分が径方向に変位することが明確になる。

本発明では、ハウジングに設けられる横孔内に略水平姿勢にしたタービンシャフトをセミフローティングブッシュを介して回転自在に支持させた構造のターボチャージャにおいて、セミフローティングブッシュでスラスト荷重を負担することを可能にしたうえで、タービンシャフトの振動を減衰する効果を高めることを可能としてタービンシャフトからハウジングへの振動伝達を抑制または防止することを可能にしている。したがって、本発明によれば、ターボチャージャの回転性能の向上と騒音の低減とを図ることが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１から図３に、本発明の一実施形態を示している。この実施形態では、自動車等の車両に搭載される内燃機関に付設されるターボチャージャに本発明を適用した場合を例に挙げている。

図１は、本発明を適用したターボチャージャの要部を示す断面図、図２は、図１のタービンシャフトの軸受部分を示す拡大図、図３は、図２の（３）−（３）線断面の矢視図である。図に示すターボチャージャにおいて、１はセンターハウジング、２はタービンシャフトである。

タービンシャフト２の軸方向一端側には、タービンホイール３が一体に形成されており、このタービンシャフト２の軸方向他端側には、それと別体のコンプレッサホイール４が一体的に取り付けられている。

このタービンシャフト２が、センターハウジング１の横孔１ａ内に略水平姿勢でセミフローティングブッシュ５を介して回転自在に支持されている。この実施形態では、タービンシャフト２の軸方向中間領域における軸方向略全長に単一のセミフローティングブッシュ５が配置されている。タービンシャフト２の軸方向中間領域には、外周溝（符号省略）が設けられている。

セミフローティングブッシュ５は、一般的に公知のすべり軸受に用いられる適宜の金属や樹脂等で円筒形に形成されており、その所定の複数箇所には、油孔５ａが厚み方向（径方向）に貫通するように設けられている。この油孔５ａは、給油孔７へ導入される潤滑油をセミフローティングブッシュ５とタービンシャフト２との嵌合隙間へ導くために設けられている。

また、セミフローティングブッシュ５の外周面において軸方向中間領域には、外周溝（符号省略）が設けられている。このようなセミフローティングブッシュ５をセンターハウジング１において横孔１ａ内に挿入すると、セミフローティングブッシュ５の軸方向両端部分と横孔１ａとの嵌合部分に適宜の隙間が設けられるが、セミフローティングブッシュ５の軸方向中間領域（外周溝の存在領域）と横孔１ａとの嵌合部分には、前記嵌合隙間よりも大きな隙間が設けられるようになる。

なお、セミフローティングブッシュ５の軸方向両端側の大径部分とセンターハウジング１の横孔１ａとの嵌合隙間は、セミフローティングブッシュ５とタービンシャフト２の軸方向両端側の大径部分との嵌合隙間よりも大きく設定される。

センターハウジング１において横孔１ａの上側領域には、横孔１ａ内へ潤滑油を導くための給油孔７が設けられている。この給油孔７は、センターハウジング１に設けられており、それぞれに図示しない潤滑油ポンプから供給される潤滑油が導入され、この導入された潤滑油を横孔１ａ内へ向けて供給するようになっている。なお、横孔１ａ内に供給された潤滑油は、タービンホイール３の内側の大径部３ａと、コンプレッサホイール４の内側のシールリングカラー６との各外周に装着されるシールリング８，９により密封されている。

そして、前記したセミフローティングブッシュ５は、その軸方向略中央が弾性変形可能な支持部材１０を介してセンターハウジング１に取り付けられることにより、軸方向変位が規制される状態にされているとともに軸方向両端部分の径方向変位が許容される状態にされている。

具体的に、図２に示すように、支持部材１０は、帯状あるいは長方形の板からなり、例えば所定以上の外力を受けたときに弾性的に撓むようなものとされている。この支持部材１０は、例えばばね性を有する金属材料で形成することができるが、所定の機械的強度と可撓性とを有する材料であれば、金属あるいは樹脂等、なんでもよく、特に限定されるものではない。

この支持部材１０は、その下側部分が、センターハウジング１の下半分領域に固定状態で取り付けられており、また、その上側部分が、セミフローティングブッシュ５の下側に固定状態で取り付けられている。

つまり、センターハウジング１の横孔１ａを形成する内周面の真下位置には、所定大きさの凹み部１ｂが設けられており、この凹み部１ｂの底には径方向下向きに延びて貫通するスリット状孔１ｃが設けられている。また、セミフローティングブッシュ５の真下位置には、径方向に貫通するスリット状孔５ｂが設けられている。

このセンターハウジング１のスリット状孔１ｃには、支持部材１０の下側部分が圧入により嵌合されることによって一体的に取り付けられており、また、セミフローティングブッシュ５のスリット状孔５ｂには、支持部材１０の上側部分が圧入により嵌合されることによって一体的に取り付けられている。ところで、支持部材１０の下側部分は、センターハウジング１のスリット状孔１ｃから下側へ突出させて、この突出部分を加締めることにより確実に固定するようにしてもよい。

この状態では、例えばタービンシャフト２が振動したとき等には、センターハウジング１の凹み部１ｂの存在によって、支持部材１０がセンターハウジング１のスリット状孔１ｃに取り付けられている部分を支点として図２中の矢印Ｘで示すように、弾性的に撓んで揺れ動きうるようになっている。それに伴い、セミフローティングブッシュ５の軸方向両端部分と横孔１ａとの嵌合隙間およびセミフローティングブッシュ５とタービンシャフト２の軸方向両端部分との嵌合隙間の合計分について、セミフローティングブッシュ５の軸方向両端部分が図２中の矢印Ｙで示すように径方向で変位可能になっている。

このような支持部材１０の弾性的な撓みによって、タービンシャフト２の振動が減衰される。また、セミフローティングブッシュ５のシーソー運動によって、セミフローティングブッシュ５の軸方向両端部分と横孔１ａとの嵌合隙間に存在する潤滑油によるスクイズ効果により、タービンシャフト２からセンターハウジング１への振動伝達が低減または防止されることになる。

ここで、支持部材１０に要求される強度や可撓性は、支持部材１０の素材を選択するとともに、支持部材１０の板厚ｔ、幅ｗ、ならびに凹部１ｂ内に露出している部分の長さｌを調整することによって、任意に設定することが可能である。

次に、前記したようなタービンシャフト２の支持構造を有するターボチャージャにおける動作について説明する。

タービンシャフト２が回転しているときには、セミフローティングブッシュ５が非回転であるために、タービンシャフト２に対して潤滑油を介してすべり接触することになる。

この状態において、図示しない潤滑油ポンプからセンターハウジング１の給油孔７に潤滑油が所定圧力で供給されると、この給油孔７から横孔１ａとセミフローティングブッシュ５との嵌合隙間に供給されることになるとともに、セミフローティングブッシュ５の油孔５ａを介してセミフローティングブッシュ５とタービンシャフト２との嵌合隙間にも供給されることになる。

そして、タービンシャフト２が、その両端のタービンホイール３およびコンプレッサホイール４からの力を受けてセミフローティングブッシュ５にスラスト荷重が作用した場合には、支持部材１０により軸方向変位が規制されているセミフローティングブッシュ５でもってスラスト荷重を負担するようになる。

そして、タービンシャフト２が振動した場合には、支持部材１０がセンターハウジング１のスリット状孔１ｃに取り付けられている部分を支点として、図２中の矢印Ｘで示すように弾性的に揺れ動くことになり、この揺れに追従してセミフローティングブッシュ２の軸方向両端部分が図２中の矢印Ｙで示すように径方向に変位するようになる。

このとき、支持部材の弾性的な揺れに伴う弾性復元力でもってタービンシャフトの振動が減衰される。しかも、セミフローティングブッシュ５が、あたかもシーソーのように揺れ動くことに伴い、セミフローティングブッシュ５の軸方向両端部分と横孔１ａとの嵌合隙間に存在する潤滑油によるスクイズ効果により、タービンシャフト２の振動が減衰されるとともに、タービンシャフト２からセンターハウジング１への振動が減衰されることになる。

なお、セミフローティングブッシュ５の軸方向両端の径方向変位量は、セミフローティングブッシュ５とタービンシャフト２との嵌合隙間およびセミフローティングブッシュ５と横孔１ａとの嵌合隙間の合計により決められる。

このように、セミフローティングブッシュ５の径方向の動きがタービンシャフト２およびセンターハウジング１の横孔１ａ内周面で規制されるために、セミフローティングブッシュ５の軸方向変位量が規制されることになる。

以上説明したように本発明を適用した実施形態では、セミフローティングブッシュ５の軸方向変位を規制することによりセミフローティングブッシュ５でスラスト荷重を負担可能にしたうえで、セミフローティングブッシュ５の軸方向両端部分の径方向変位を許容することにより、タービンシャフト２からセンターハウジング１への振動伝達を効果的に低減または防止することを可能にしている。これにより、ターボチャージャの回転性能の向上と騒音の低減とを図ることが可能になる。

そして、セミフローティングブッシュ５とタービンシャフト２およびセンターハウジング１の横孔１ａとの各嵌合隙間に潤滑油が供給されるようになっているので、タービンシャフト２の回転抵抗の低減、ならびに耐焼付き性や耐摩耗性の向上が可能になっている。仮に、セミフローティングブッシュ５にタービンシャフト２が潤滑油を介さずに直接的にすべり接触しても、セミフローティングブッシュ５が自己潤滑性に優れたベアリングメタルとされているから、支障ない。

なお、本発明は、前記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲で包含されるすべての変形や応用が可能である。

（１）上記実施形態では、自動車等の車両用の内燃機関に付設されるターボチャージャを例に挙げているが、本発明はこれに限定されるものではなく、あらゆる用途の内燃機関に付設されるターボチャージャに本発明を適用できる。

（２）上記実施形態では、セミフローティングブッシュ５を位置決めするための支持部材１０の形状を板状とした例を挙げているが、この支持部材１０については、上記実施形態で説明したような機能を有するものであればどのような形状であってもよく、特に限定されるものではない。

本発明に係るターボチャージャの一実施形態の要部を示す断面図である。 図１のタービンシャフトの軸受部分を示す拡大図である。 図２の（３）−（３）線断面の矢視図である。

符号の説明

１ センターハウジング
１ａ センターハウジングの横孔
１ｂ センターハウジングの凹み部
１ｃ センターハウジングのスリット状孔
２ タービンシャフト
３ タービンホイール
４ コンプレッサホイール
５ セミフローティングブッシュ
５ｂ セミフローティングブッシュのスリット状孔
７ ハウジングの給油孔
８，９ シールリング
１０ 支持部材

Claims (2)

1. ハウジングに設けられる横孔内に略水平姿勢にしたタービンシャフトを、セミフローティングブッシュを介して回転自在に支持させた構造のターボチャージャであって、
   前記セミフローティングブッシュは、その軸方向略中央が弾性変形可能な支持部材を介して前記ハウジングに取り付けられることにより、軸方向変位が規制される状態にされているとともに軸方向両端部分の径方向変位が許容される状態にされている、ことを特徴とするターボチャージャ。
2. 請求項１に記載のターボチャージャにおいて、
   前記横孔の内周面の下側領域には凹み部が設けられ、
   前記支持部材は、ばね性を有する材料で板状に形成され、かつその上側部分が前記セミフローティングブッシュの下側部分の軸方向略中央に、また、下側部分が前記凹み部の底側にそれぞれ固定される、ことを特徴とするターボチャージャ。

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