JP2012193709A - ターボチャージャの軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受部材の第１、第２の両軸受部の内径面と回転軸との間の隙間に形成される油膜に起因する回転軸のホワール振動を抑制することができると共に、潤滑油の過剰流出を抑制することができるターボチャージャの軸受構造を提供する。
【解決手段】軸受ハウジング１０に、回転軸２０を回転可能に支持するセミフローティング形式の軸受部材３０を備える。軸受部材３０の内径面には、軸方向に所定の間隔を隔てる第１、第２の両軸受部３５、３６が形成される。第１、第２の両軸受部３５、３６の間と回転軸２０の外周面との間には、潤滑油の油路３８が形成される。軸受部材３０には、油路３８に潤滑油を供給するための貫通孔４５が形成される。第１、第２の両軸受部３５、３６の内径面には、ホワール振動を抑制する単数又は複数の油溝４０、４１が形成される。油溝４０、４１は、軸方向に平行又は傾斜して形成されると共に、一部が閉塞されている。
【選択図】図３

Description

この発明はターボチャージャの軸受構造に関する。

従来、ターボチャージャの軸受ハウジングに形成された軸受孔に回転軸を回転可能に支持するセミフローティング形式の軸受部材を備えたターボチャージャの軸受構造としては、例えば、特許文献１及び２に開示されている。
このようなターボチャージャの軸受構造において、軸受部材の内径面に、軸方向に所定の間隔を隔てる第１、第２の両軸受部が形成されている。
また、軸受部材の内径面の第１、第２の両軸受部の間と、回転軸の外周面との間には、第１、第２の両軸受部の内径面側に潤滑油を供給するための油路が形成されている。さらに、軸受部材には、油路に潤滑油を供給するための貫通孔が形成されている。
そして、軸受ハウジングの潤滑油の供給孔から供給される潤滑油は、軸受部材の貫通孔を通して油路に供給された後、第１、第２の両軸受部の内径面と回転軸との間の隙間に流れて油膜を形成する。

特開２００７−１７０２９６号公報 特開２０１０−１３８７５７号公報

ところで、前記した従来のターボチャージャの軸受構造において、回転軸回転時に、第１、第２の両軸受部の内径面と回転軸との間の隙間に形成される油膜の動的作用によってもたらされる回転軸のオイルホワール振動、オイルホイップ振動（以下、ホワール振動）が発生することが想定される。ホワール振動を抑えようと回転軸と軸受部の隙間を小さくすることも考えられるが、油膜切れによる回転軸の焼き付きが懸念される。
そこで、第１、第２の両軸受部の内径面の軸方向全長にわたって油溝を形成することで油膜の旋回速度を低減しホワール振動を抑制することが考えられる。
しかしながら、第１、第２の両軸受部の内径面の軸方向全長にわたって油溝を形成すると、ホワール振動を抑制することができる反面、軸受部材の油路に供給された潤滑油が油溝に沿って軸受外部へ過剰に流出しやすくなる。
そして、潤滑油の過剰の流出によって、給油量を多くしなければならないと共に、オイルシール性が悪化されることが想定される。

この発明の目的は、前記問題点に鑑み、軸受部材の第１、第２の両軸受部の内径面と回転軸との間の隙間に形成される油膜に起因する回転軸のホワール振動を抑制することができると共に、潤滑油の過剰流出を抑制することができるターボチャージャの軸受構造を提供することである。

前記課題を解決するために、この発明の請求項１に係るターボチャージャの軸受構造は、ターボチャージャの軸受ハウジングに形成された軸受孔に回転軸を回転可能に支持するセミフローティング形式の軸受部材を備えたターボチャージャの軸受構造であって、
前記軸受部材の内周面には、軸方向に所定の間隔を隔てる第１、第２の両軸受部が形成され、
前記軸受部材の内周面の前記第１、第２の両軸受部の間と前記回転軸の外周面との間には、前記第１、第２の両軸受部の内径面側に潤滑油を供給するための油路が形成され、
前記軸受部材には、前記油路に潤滑油を供給するための貫通孔が形成され、
前記第１、第２の両軸受部の内径面には、ホワール振動を抑制する単数又は複数の油溝がそれぞれ形成され、
前記油溝は、軸方向に平行又は傾斜して形成されると共に、一部が閉塞されていることを特徴とする。

前記構成によると、軸受部材の第１、第２の両軸受部の内径面にそれぞれ形成された油溝によって油膜の旋回速度を低減しホワール振動を抑制することができる。
また、油溝の一部が閉塞されることによって、潤滑油の過剰流出を抑制することができる。

請求項２に係るターボチャージャの軸受構造は、請求項１に記載のターボチャージャの軸受構造であって、
油溝は、油路側が開口され、軸受部材の端面側が閉塞されていることを特徴とする。

前記構成によると、油路側が開口され、軸受部材の端面側が閉塞された油溝を形成することによって、軸受部材の第１、第２の両軸受部の内径面と回転軸の外周面との間の隙間に潤滑油を円滑に供給して油膜を形成し、焼き付きを防止することができると共に、ホワール振動を抑制することができる。

請求項３に係るターボチャージャの軸受構造は、請求項２に記載のターボチャージャの軸受構造であって、
油溝の軸方向の長さ寸法は、軸受部の軸方向の長さ寸法の１／２以上に設定されていることを特徴とする。

前記構成によると、軸受部の軸方向の長さ寸法の１／２以上の長さ寸法に設定された油溝によって、ホワール振動を良好に抑制することができる。

この発明の実施例１に係る軸受構造が採用されたターボチャージャを示す縦断面図である。 同じくターボチャージャの軸受構造を拡大して示す縦断面図である。 同じく軸受部材単体を示す縦断面図である。 同じく図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う横断面図である。 軸受部材の油溝が軸方向に傾斜して形成された実施態様を示す縦断面図である。

この発明を実施するための形態について実施例にしたがって説明する。

この発明の実施例１を図面にしたがって説明する。
図１に示すように、ターボチャージャは、タービンハウジング１と、コンプレッサハウジング２と、軸受ハウジング１０と、タービンホイール１８と、コンプレッサインペラ１９と、回転軸２０とを備えている。

軸受ハウジング１０は、中心部に軸受孔１５が貫設されたハウジング本体１１と、このハウジング本体１１の一端側外周面に形成されたタービン側フランジ１２と、ハウジング本体１１の他端側外周面に形成されたコンプレッサ側フランジ１３とを備えている。
ハウジング本体１１の軸受孔１５には、後に詳述するセミフローティング形式の軸受部材３０を介して回転軸２０が回転可能に組み付けられる。
回転軸２０の一端部には大径軸部２１が形成され、この大径軸部２１の端部にタービンホイール１８が装着され、同回転軸２０の他端部に形成された小径軸部２５にはシールリングカラー２６を間に挟んでコンプレッサインペラ１９が装着されている。
そして、軸受ハウジング１０のタービン側フランジ１２には、タービンホイール１８に対応するタービンハウジング１がボルト等によって締結され、コンプレッサ側フランジ１３にはコンプレッサインペラ１９に対応するコンプレッサハウジング２がボルト等によって締結される。
なお、回転軸２０の大径軸部２１の外周面に形成された環状溝２２内には、ハウジング本体１１の軸受孔１５の一端部外方に形成された孔部の内周面に密接するシールリング２８が嵌込まれている。
また、シールリングカラー２６の外周面に形成された環状溝２７内には、ハウジング本体１１の軸受孔１５の他端部外方に形成された孔部の内周面に密接するシールリング２９が嵌込まれている。

図２と図３に示すように、セミフローティング形式の軸受部材３０は、滑り軸受に用いられる金属材料（例えば、銅系合金材料）、セラミック材料等から円筒状に形成されている。
軸受部材３０の外径面には、軸受ハウジング１０の軸受孔１５の内周面に僅かな隙間Ｓ１（例えば、２０〜１００μｍ）をもって嵌挿される外径側の第１軸受部３１と第２軸受部３２とが軸方向に所定の間隔を隔てて形成されている。
また、軸受部材３０の外径側の第１軸受部３１と第２軸受部３２との間には小径部３３が形成され、この小径部３３と軸受ハウジング１０の軸受孔１５との間の環状の空間部を外径側の油路３４としている。この外径側の油路３４には、軸受ハウジング１０に形成された潤滑油の供給孔１６から潤滑油が供給される。

軸受部材３０の内径面には、回転軸２０の外周面に前記隙間Ｓ１と同様に僅かな隙間Ｓ２をもって嵌挿される内径側の第１軸受部３５と第２軸受部３６とが軸方向に所定の間隔を隔てて形成されている。
また、軸受部材３０の内径面の第１軸受部３５と第２軸受部３６との間には 大径孔部３７が形成され、この大径孔部３７と回転軸２０の外周面との間の環状の空間部を内径側の油路３８としている。
また、軸受部材３０の小径部３３から大径孔部３７にわたって貫通孔４５が形成され、この貫通孔４５によって外径側の油路３４と内径側の油路３８とが連通されている。
また、軸受部材３０の小径部３３から大径孔部３７にわたってピン孔４６が貫設され、軸受ハウジング１０のピン孔１７から軸受部材３０のピン孔４６に回止めピン５０が嵌挿されることによって、軸受ハウジング１０に対し軸受部材３０が回り止めされると共に、軸方向への移動が阻止されるようになっている。

図３と図４に示すように、軸受部材３０の内径側の第１、第２の両軸受部３５、３６の内径面には、複数の油溝４０、４１が軸方向に平行してそれぞれ形成され、一部が閉塞されている。
この実施例１において、油溝４０、４１は、内径側の油路３８に開口され、軸受部材３０の両端面側がそれぞれ閉塞されている。
また、油溝４０、４１の軸方向の長さ寸法Ｌ１は、第１、第２の両軸受部３５、３６の軸方向の長さ寸法Ｌ２の１／２以上に設定されている。

また、この実施例１において、図４に示すように、内径側の第１軸受部３５の油溝４０は、周方向に１２０度の角度を隔てて３つ設けられている。また、内径側の第２軸受部３６の油溝４１は、第１軸受部３５の各油溝４０と６０度の角度を変位した状態で、周方向に１２０度の角度を隔てて３つ設けられている。これによって、内径側の油路３８に供給される潤滑油が内径側の第１軸受部３５と第２軸受部３６とに安定よく供給されるようになっている。

この実施例１に係るターボチャージャの軸受構造は上述したように構成される。
したがって、軸受ハウジング１０の潤滑油の供給孔１６から供給される潤滑油は、外径側の油路３４に流れた後、軸受部材３０の外径側の第１、第２の両軸受部３１、３２と軸受ハウジング１０の軸受孔１５の内周面との間の隙間Ｓ１にそれぞれ流れて油膜を形成する。
また、外径側の油路３４に流れた潤滑油の一部は、軸受部材３０の貫通孔４５を通して内径側の油路３８に供給された後、軸受部材３０の内径側の第１、第２の両軸受部３５、３６の内径面と回転軸２０との間の隙間Ｓ２に流れて油膜を形成する。

軸受部材３０の内径側の第１、第２の両軸受部３５、３６の内径面には、油溝４０、４１が形成され、これら油溝４０、４１によって油膜の旋回速度を低減しホワール振動を抑制しつつ、回転軸２０の焼き付きを防止することができる。
また、油溝４０、４１の一部が閉塞されることによって、潤滑油の過剰流出を抑制することができる。このため、給油量を多くする必要がない。さらに、過剰流出の潤滑油がシールリング２８に向けて飛散することも抑制することができるため、オイルシール性が悪化されることもない。
すなわち、ホワール振動を抑制するために、第１、第２の両軸受部３５、３６の軸方向全長にわたって油溝を形成すると、この油溝に沿って潤滑油が過剰に流出する。このため、潤滑油の給油量を多くする必要がある。これに対し、油溝４０、４１の一部が閉塞されることによって、給油量を多くする必要がない。

また、この実施例１において、油溝４０、４１は、内径側の油路３８に開口し、軸受部材３０の両端面側が閉塞されているため、軸受部材３０の内径側の第１、第２の両軸受部３５、３６の内径面と回転軸２０との間の隙間Ｓ２に潤滑油を円滑に供給して油膜を形成することができると共に、ホワール振動を抑制することができる。
また、油溝４０、４１の軸方向の長さ寸法Ｌ１は、第１、第２の両軸受部３５、３６の軸方向の長さ寸法Ｌ２の１／２以上に設定されているため、ホワール振動を良好に抑制することができる。

なお、この発明は前記実施例１に限定するものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の形態で実施することができる。
例えば、前記実施例１においては、軸受部材３０の内径側の第１、第２の両軸受部３５、３６の内径面に、複数の油溝４０、４１がそれぞれ形成される場合を例示したが、油溝４０、４１はそれぞれ単数であってもこの発明を実施することができる。
また、前記実施例１においては、油溝４０、４１が軸方向に平行してそれぞれ形成される場合を例示したが、図５に示すように、軸方向に傾斜して形成されてもこの発明を実施することができる。この場合、回転軸２０の回転により潤滑油が連れ回り旋回したとしても、油溝４０、４１に進入した潤滑油が大径孔部３７へ戻る方向に形成されていれば、さらに潤滑油流出を防ぐことができる。なお、図５の場合、回転軸２０の回転方向はコンプレッサハウジング２側から見て時計回り方向である。

１０ 軸受ハウジング
１５ 軸受孔
２０ 回転軸
３０ 軸受部材
３５ 内径側の第１軸受部
３６ 内径側の第２軸受部
３８ 油路
４０、４１ 油溝
４５ 貫通孔
５０ 回止めピン

Claims (3)

1. ターボチャージャの軸受ハウジングに形成された軸受孔に回転軸を回転可能に支持するセミフローティング形式の軸受部材を備えたターボチャージャの軸受構造であって、
   前記軸受部材の内周面には、軸方向に所定の間隔を隔てる第１、第２の両軸受部が形成され、
   前記軸受部材の内周面の前記第１、第２の両軸受部の間と前記回転軸の外周面との間には、前記第１、第２の両軸受部の内径面側に潤滑油を供給するための油路が形成され、
   前記軸受部材には、前記油路に潤滑油を供給するための貫通孔が形成され、
   前記第１、第２の両軸受部の内径面には、ホワール振動を抑制する単数又は複数の油溝がそれぞれ形成され、
   前記油溝は、軸方向に平行又は傾斜して形成されると共に、一部が閉塞されていることを特徴とするターボチャージャの軸受構造。
2. 請求項１に記載のターボチャージャの軸受構造であって、
   油溝は、油路側が開口され、軸受部材の端面側が閉塞されていることを特徴とするターボチャージャの軸受構造。
3. 請求項２に記載のターボチャージャの軸受構造であって、
   油溝の軸方向の長さ寸法は、軸受部の軸方向の長さ寸法の１／２以上に設定されていることを特徴とするターボチャージャの軸受構造。

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