JP2014034879A - 過給機および軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】フルフローティングメタルのホワール振動を抑えつつ、内周面の傷や摩耗を抑制する。
【解決手段】過給機は、過給機本体内に形成された軸受孔内に設けられ、環状の本体２１ａの外周面と軸受孔との間の油膜圧力によって回転自在に支持されると共に、環状の本体にタービン軸を挿通させて、本体の内周面２１ｄである受圧面２１ｇとタービン軸との間の油膜圧力によってタービン軸を回転自在に軸支するフルフローティングメタル２１と、を備え、フルフローティングメタルは、本体の径方向に貫通し、本体の外周面側から内周面側に潤滑油を流通させる貫通孔２１ｂと、本体の内周面に形成され、タービン軸の軸方向に延在するとともに、過給機本体の中心側に位置する本体の一端面２１ｆおよび他端面２１ｈのいずれか一方に開口する溝部２１ｅと、を有し、本体の一端面および他端面のいずれか他方と溝部との間には、内周面と面一である受圧面が延在している。
【選択図】図３

Description

本発明は、軸受孔に潤滑油が供給される過給機および軸受に関する。

従来、一端にタービンインペラが設けられ他端にコンプレッサインペラが設けられたタービン軸が、ベアリングハウジングに回転自在に保持された過給機が知られている。こうした過給機をエンジンに接続し、エンジンから排出される排気ガスによってタービンインペラを回転させるとともに、このタービンインペラの回転によって、タービン軸を介してコンプレッサインペラを回転させる。こうして、過給機は、コンプレッサインペラの回転に伴い空気を圧縮してエンジンに送出する。

ベアリングハウジングは、タービン軸の軸方向に軸受孔が貫通しており、軸受孔に軸受が配されている。フルフローティングメタルは、この軸受として用いられる環状のブッシュであり、１対のフルフローティングメタルにタービン軸が挿通され、タービン軸の回転に伴ってそれぞれ同じような速度で回転する。このフルフローティングメタル双方の回転の作用によって、タービン軸が円筒モードで振動する所謂ホワール振動が生じることがある。そこで、特許文献１には、一方のフルフローティングメタルの内周面に、フルフローティングメタルの一方の端面から他方の端面までタービン軸の軸方向に延在する溝を設けた構成が記載されている。特許文献１では、潤滑油の油膜を介してタービン軸の回転トルクを受け易くし、フルフローティングメタル双方の回転速度を意図的に異ならせることで、ホワール振動を抑制するとしている。

特開２０１１−１５３６６８号公報

ところで、フルフローティングメタルの内周面には、ラジアル荷重が負荷される。したがって、上述した特許文献１に記載の技術のように、フルフローティングメタルの内周面にタービン軸の軸方向の溝を設ける場合、溝の分だけラジアル荷重を受ける受圧面積が小さくなってしまう。

本発明の目的は、フルフローティングメタルのホワール振動を抑えつつ、内周面の傷や摩耗を抑制することが可能な過給機および軸受を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の過給機は、過給機本体と、一端にタービンインペラが設けられ、他端にコンプレッサインペラが設けられたタービン軸と、前記過給機本体内に形成された軸受孔と、前記軸受孔内に設けられ、環状の本体の外周面と該軸受孔との間の油膜圧力によって回転自在に支持されると共に、該環状の本体に前記タービン軸を挿通させて、当該本体の内周面と該タービン軸との間の油膜圧力によって該タービン軸を回転自在に軸支するフルフローティングメタルと、を備え、前記フルフローティングメタルは、前記本体の径方向に貫通し、当該本体の外周面側から前記内周面側に潤滑油を流通させる貫通孔と、前記本体の前記内周面に形成され、前記タービン軸の軸方向に延在するとともに、前記過給機本体の中心側に位置する当該本体の一端面および他端面のいずれか一方に開口する溝部と、を有し、前記本体の一端面および他端面のいずれか他方と前記溝部との間には、前記内周面と面一である受圧面が延在していることを特徴とする。

前記溝部は、前記過給機本体の中心側に位置する一端面に開口し、前記他端面と前記溝部との間に前記受圧面が延在していてもよい。

前記溝部は、前記本体の端面の開口側から前記受圧面側に向かって、前記本体の径方向の深さが徐々に浅くなってもよい。

上記課題を解決するために、本発明の軸受は、内周面と外周面を有する環状の本体は、前記本体の径方向に貫通し、当該本体の外周面側から内周面側に貫通する貫通孔と、前記内周面に形成され前記本体の軸心方向に延在するとともに、前記本体の一端面に開口する溝部と、を有し、前記溝部と前記本体の他端面との間には、前記内周面と面一である受圧面が延在していることを特徴とする。

本発明によれば、フルフローティングメタルのホワール振動を抑えつつ、内周面の摩耗を抑制することが可能となる。

過給機の概略断面図である。 図１のベアリングハウジング内部の部分拡大図である。 本実施形態のフルフローティングメタルを説明するための説明図である。 比較例のフルフローティングメタルを説明するための説明図である。 変形例におけるフルフローティングメタルを説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、過給機Ｃの概略断面図である。以下では、図１に示す矢印Ｆ方向を過給機Ｃの前側とし、矢印Ｒ方向を過給機Ｃの後側として説明する。図１に示すように、過給機Ｃは、過給機本体１を備えて構成される。この過給機本体１は、ベアリングハウジング２と、ベアリングハウジング２の前側に締結ボルト３によって連結されるタービンハウジング４と、ベアリングハウジング２の後側に締結ボルト５によって連結されるコンプレッサハウジング６と、が一体化されて形成されている。

ベアリングハウジング２には、過給機Ｃの前後方向（タービン軸７の軸方向）に貫通する軸受孔２ａが形成されており、この軸受孔２ａに収容された軸受部２０によって、タービン軸７が回転自在に軸支されている。タービン軸７の前端部（一端）にはタービンインペラ８が一体的に固定されており、このタービンインペラ８がタービンハウジング４内に回転自在に収容されている。また、タービン軸７の後端部（他端）にはコンプレッサインペラ９が一体的に固定されており、このコンプレッサインペラ９がコンプレッサハウジング６内に回転自在に収容されている。

コンプレッサハウジング６には、過給機Ｃの後側に開口するとともに不図示のエアクリーナに接続される吸気口１０が形成されている。また、締結ボルト５によってベアリングハウジング２とコンプレッサハウジング６とが連結された状態では、これら両ハウジング２、６の対向面によって、空気を圧縮して昇圧するディフューザ流路１１が形成される。このディフューザ流路１１は、タービン軸７（コンプレッサインペラ９）の径方向内側から外側に向けて環状に形成されており、上記の径方向内側において、コンプレッサインペラ９を介して吸気口１０に連通している。

また、コンプレッサハウジング６には、ディフューザ流路１１よりもタービン軸７（コンプレッサインペラ９）の径方向外側に位置する環状のコンプレッサスクロール流路１２が設けられている。コンプレッサスクロール流路１２は、不図示のエンジンの吸気口と連通するとともに、ディフューザ流路１１にも連通している。したがって、コンプレッサインペラ９が回転すると、吸気口１０からコンプレッサハウジング６内に流体が吸気されるとともに、当該吸気された流体は、ディフューザ流路１１およびコンプレッサスクロール流路１２で昇圧されてエンジンの吸気口に導かれることとなる。

タービンハウジング４には、過給機Ｃの前側に開口するとともに不図示の排気ガス浄化装置に接続される吐出口１３が形成されている。また、タービンハウジング４には、流路１４と、この流路１４よりもタービン軸７（タービンインペラ８）の径方向外側に位置する環状のタービンスクロール流路１５とが設けられている。タービンスクロール流路１５は、不図示のエンジンの排気マニホールドから排出される排気ガスが導かれるガス流入口と連通するとともに、上記の流路１４にも連通している。したがって、ガス流入口からタービンスクロール流路１５に導かれた排気ガスは、流路１４およびタービンインペラ８を介して吐出口１３に導かれるとともに、その流通過程においてタービンインペラ８を回転させることとなる。そして、上記のタービンインペラ８の回転力は、タービン軸７を介してコンプレッサインペラ９に伝達されることとなり、コンプレッサインペラ９の回転力によって、上記のとおりに、流体が昇圧されてエンジンの吸気口に導かれることとなる。

図２は、図１のベアリングハウジング２内部の部分拡大図であり、図１中、破線の四角で囲われた部分を示す。以下、図２を参照しながら、軸受孔２ａ内に収容された軸受部２０によるタービン軸７の支持構造について説明する。

本実施形態において、軸受部２０は、フルフローティングメタル２１、２２と、スラスト軸受２３、２４とで構成される。ベアリングハウジング２の軸受孔２ａのうち、径が小さい部位にフルフローティングメタル２１、２２が配され、径が大きい部位にスラスト軸受２３、２４が配される。

フルフローティングメタル２１は、ベアリングハウジング２の軸受孔２ａにおいて、タービンインペラ８側（図２中、左側）に配され、フルフローティングメタル２２は、コンプレッサインペラ９側（図２中、右側）に配される。

そして、フルフローティングメタル２１、２２は、それぞれ、環状の本体２１ａ、２２ａにタービン軸７を挿通させて軸支する。タービンインペラ８側に配されるフルフローティングメタル２１は、タービン軸７の軸方向の前後から２つのリング２５ａ、２５ｂに挟まれ、タービン軸７の軸方向の動きが規制されている。

また、コンプレッサインペラ９側に配されるフルフローティングメタル２２は、タービン軸７の軸方向の前側からリング２５ｃ、後ろ側からスラスト軸受２３で挟まれ、タービン軸７の軸方向の動きが規制されている。

フルフローティングメタル２１、２２については、本実施形態に特有の構成を有するため、後に詳述する。

スラスト軸受２３は、タービン軸７のコンプレッサインペラ９側に固定されたスラストカラー２６に対してタービンインペラ８側に対向し、スラスト軸受２４は、スラストカラー２６に対してコンプレッサインペラ９側に対向する。そして、両スラスト軸受２３、２４は、それぞれ、タービン軸７の軸方向の荷重を受ける。

潤滑油供給部２７は、ベアリングハウジング２（過給機本体１）の外部から軸受部２０まで連通する孔を含んで構成され、ベアリングハウジング２の外部から軸受部２０に潤滑油を供給する。

ベアリングハウジング２には、軸受孔２ａと連通し、鉛直下方に開口する鉛直孔２ｂが設けられている。そして、潤滑油供給部２７によってフルフローティングメタル２１、２２に供給された潤滑油の一部は、フルフローティングメタル２１、２２を潤滑した後、鉛直孔２ｂを介して、鉛直下方に排出される。

また、フルフローティングメタル２１、２２に供給された潤滑油は、軸受孔２ａのタービン軸７の軸方向の両端側からも排出され、軸受孔２ａのコンプレッサインペラ９側に排出された潤滑油は、スラスト軸受２３、２４を潤滑して鉛直下方に排出される。

図３は、本実施形態のフルフローティングメタル２１を説明するための説明図である。図３（ａ）には、フルフローティングメタル２１の斜視図を示し、図３（ｂ）には、フルフローティングメタル２１の正面図を示し、図３（ｃ）には、図３（ｂ）におけるフルフローティングメタル２１のＩＩＩ（ｃ）−ＩＩＩ（ｃ）線断面図を示す。

ここでは、フルフローティングメタル２１について詳述し、フルフローティングメタル２２の構成については、フルフローティングメタル２１と実質的に等しいため、重複を避けるため説明を省略する。

フルフローティングメタル２１の外周面２１ｃと軸受孔２ａとの間には、潤滑油供給部２７によって供給された潤滑油が流通しており、フルフローティングメタル２１は、外周面２１ｃと軸受孔２ａとの間の油膜圧力によって回転自在に支持される。

また、図３に示すように、フルフローティングメタル２１は、本体２１ａの径方向に貫通する貫通孔２１ｂを有する。貫通孔２１ｂは、例えば、本体２１ａの周方向に等間隔に６つ設けられ、潤滑油供給部２７によって軸受孔２ａに供給された潤滑油の一部を、本体２１ａの外周面２１ｃ側から内周面２１ｄ側に導く。

フルフローティングメタル２１の内周面２１ｄとタービン軸７との間には、潤滑油供給部２７によって供給された潤滑油が流通しており、フルフローティングメタル２１は、内周面２１ｄとタービン軸７との間の油膜圧力によって、タービン軸７を回転自在に軸支する。

そして、フルフローティングメタル２１は、タービン軸７の回転に伴う潤滑油の流れによってタービン軸７より低速で回転する。すなわち、フルフローティングメタル２１は、軸受孔２ａに対して非接触なまま相対回転する。

また、フルフローティングメタル２１の内周面２１ｄには、溝部２１ｅが設けられている。溝部２１ｅは、タービン軸７の径方向に窪んだ部位であって、タービン軸７の軸方向（本体２１ａの軸心方向）に延在している。

そして、溝部２１ｅは、ベアリングハウジング２の中心側（図３（ｃ）中、右側）に位置する本体２１ａの一端面２１ｆに開口している。ここで、ベアリングハウジング２の中心側とは、フルフローティングメタル２１とフルフローティングメタル２２の対向する側である。

換言すれば、本体２１ａの一端面２１ｆ側における貫通孔２１ｂの縁には、溝部２１ｅによって、切り欠きが形成されている。

図４は、比較例のフルフローティングメタルＭを説明するための説明図である。図４（ａ）には、フルフローティングメタルＭの斜視図を示し、図４（ｂ）には、フルフローティングメタルＭの正面図を示し、図４（ｃ）には、図４（ｂ）におけるＩＶ（ｃ）‐ＩＶ（ｃ）線断面図を示す。

図４に示すように、比較例のフルフローティングメタルＭにおいては、内周面Ｉに設けられた溝Ｄは、内周面Ｉの一端面Ｆ_１から他端面Ｆ_２までに亘って、タービン軸の軸方向に延在している。そして、溝部Ｄは、一端面Ｆ_１および他端面Ｆ_２の双方に開口している。

このように、フルフローティングメタルＭの内周面Ｉに溝部Ｄを設けることで、内周面Ｉとタービン軸の間に流れる潤滑油に対し、タービン軸の回転方向の流れを妨げる効果がある。そのため、潤滑油のタービン軸の回転方向の速度が抑制され、ホワール振動が抑えられる。

しかし、タービン軸の両端には、タービンインペラやコンプレッサインペラが設けられているため、フルフローティングメタルＭの内周面Ｉのうち、タービン軸の中心側（図４（ｃ）中、右側）よりも端部側（図４（ｃ）中、左側）に近い方が高負荷となる。そのため、フルフローティングメタルＭの内周面Ｉの端部側は傷や摩耗が生じやすい。

ホワール振動抑制のため溝部Ｄを設けたことで、内周面Ｉの受圧面積が小さくなると、単位面積当たりの負荷が増加し、さらに、フルフローティングメタルＭの内周面Ｉの端部側における傷や摩耗のリスクが高まる。

そこで、本実施形態では、図３に示すように、本体２１ａの他端面２１ｈと溝部２１ｅとの間には、内周面２１ｄと周方向に面一となる受圧面２１ｇを延在させている。ここで、他端面２１ｈは、一端面２１ｆと反対側の端面であって、フルフローティングメタル２１とフルフローティングメタル２２双方が離隔する方向に位置する。

このように、溝部２１ｅをタービン軸７の軸方向に、一端面２１ｆから他端面２１ｈまで延在させずに、受圧面２１ｇを残すことで、受圧面積が大きくなり、内周面２１ｄの傷や摩耗を抑制することが可能となる。

特に、ベアリングハウジング２（タービン軸７）の中心側ではなく、タービン軸７の端部側となる他端面２１ｈ側に受圧面２１ｇを残すことで、内周面２１ｄのうち、負荷の大きい部分の受圧面積を大きくし、単位面積当たりの負荷を小さくして、内周面２１ｄの傷や摩耗を抑制することが可能となる。

また、フルフローティングメタル２１の溝部２１ｅが、タービン軸７の端部側が受圧面２１ｇで閉じられ、タービン軸７の中心側が開口しているのと同様に、図２に示すフルフローティングメタル２２についても、その溝部は、タービン軸７の端部側が受圧面で閉じられ、タービン軸７の中心側が開口している。そのため、フルフローティングメタル２１、２２を潤滑した後の潤滑油は、フルフローティングメタル２１、２２から、タービン軸７の端部側（図２中、左側と右側）には流れにくく、タービン軸７の中心側に向かって鉛直孔２ｂから排出される流れが増加する。

このように、フルフローティングメタル２１、２２を潤滑した後の潤滑油が、鉛直孔２ｂから排出され易くなることから、軸受孔２ａのタービン軸７の軸方向の両端側からの潤滑油の排出が抑制される。こうして、フルフローティングメタル２１、２２は、タービン軸７の両端に設けられたタービンインペラ８やコンプレッサインペラ９への潤滑油の漏れを抑制することができる。

（変形例）
続いて、変形例におけるフルフローティングメタル３１について説明する。図５は、変形例におけるフルフローティングメタル３１を説明するための説明図である。図５（ａ）には、フルフローティングメタル３１における、図３（ｃ）に対応する位置の断面図を示し、図５（ｂ）には、図５（ａ）におけるフルフローティングメタル３１のＶ（ｂ）−Ｖ（ｂ）線断面図を示す。

上記の実施形態のフルフローティングメタル２１において、溝部２１ｅは、タービン軸７の軸方向（図３（ｃ）中、左右方向）に亘って深さが一様である。

一方、図５（ｂ）に記載のように、変形例のフルフローティングメタル３１において、溝部３１ｅは、本体３１ａの一端面３１ｆ側（端面の開口側）から他端面３１ｈ側（受圧面側）に向かって、本体３１ａの径方向（図５（ｂ）中、上下方向）の深さが徐々に浅くなる。

このように、溝部３１ｅをテーパ形状とすることで、溝部３１ｅのタービン軸７の軸方向の油圧変化が滑らかとなり、溝部３１ｅによる油圧変化がタービン軸７の回転に与える影響を抑制することが可能となる。

上述した実施形態では、過給機Ｃの軸受として用いられる場合のフルフローティングメタル２１について説明したが、フルフローティングメタル２１は、過給機Ｃに限らず、回転軸のラジアル荷重を受ける様々な軸受として用いることができる。この場合であっても、回転軸のホワール振動を抑えつつ、内周面２１ｄの傷や摩耗を抑制することが可能となる。

また、上述した実施形態および変形例では、溝部２１ｅ、３１ｅが、ベアリングハウジング２の中心側に位置する本体２１ａ、３１ａの一端面２１ｆ、３１ｆに開口し、本体２１ａ、３１ａの他端面２１ｈ、３１ｈと溝部２１ｅ、３１ｅとの間には、内周面と周方向に面一となる受圧面を延在させる場合について説明した。しかし、溝部は、本体２１ａ、３１ａの他端面２１ｈ、３１ｈに開口し、本体２１ａ、３１ａの一端面２１ｆ、３１ｆと溝部２１ｅ、３１ｅとの間に、内周面と周方向に面一となる受圧面を延在させてもよい。換言すれば、フルフローティングメタル２１、３１の向きを反転させてもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、軸受孔に潤滑油が供給される過給機および軸受に利用することができる。

Ｃ …過給機
１ …過給機本体
２ａ …軸受孔
７ …タービン軸
８ …タービンインペラ
９ …コンプレッサインペラ
２１、２２、３１ …フルフローティングメタル
２１ａ、２２ａ、３１ａ …本体
２１ｂ …貫通孔
２１ｃ …外周面
２１ｄ …内周面
２１ｅ、３１ｅ …溝部
２１ｆ、３１ｆ …一端面
２１ｇ …受圧面
２１ｈ、３１ｈ …他端面

Claims (4)

1. 過給機本体と、
   一端にタービンインペラが設けられ、他端にコンプレッサインペラが設けられたタービン軸と、
   前記過給機本体内に形成された軸受孔と、
   前記軸受孔内に設けられ、環状の本体の外周面と該軸受孔との間の油膜圧力によって回転自在に支持されると共に、該環状の本体に前記タービン軸を挿通させて、当該本体の内周面と該タービン軸との間の油膜圧力によって該タービン軸を回転自在に軸支するフルフローティングメタルと、を備え、
   前記フルフローティングメタルは、
   前記本体の径方向に貫通し、当該本体の外周面側から前記内周面側に潤滑油を流通させる貫通孔と、
   前記本体の前記内周面に形成され、前記タービン軸の軸方向に延在するとともに、前記過給機本体の中心側に位置する当該本体の一端面および他端面のいずれか一方に開口する溝部と、を有し、
   前記本体の一端面および他端面のいずれか他方と前記溝部との間には、前記内周面と面一である受圧面が延在していることを特徴とする過給機。
2. 前記溝部は、前記過給機本体の中心側に位置する一端面に開口し、前記他端面と前記溝部との間に、前記受圧面が延在していることを特徴とする請求項１に記載の過給機。
3. 前記溝部は、前記本体の端面の開口側から前記受圧面側に向かって、前記本体の径方向の深さが徐々に浅くなることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の過給機。
4. 内周面と外周面を有する環状の本体は、
   前記本体の径方向に貫通し、当該本体の外周面側から内周面側に貫通する貫通孔と、
   前記内周面に形成され前記本体の軸心方向に延在するとともに、前記本体の一端面に開口する溝部と、を有し、
   前記溝部と前記本体の他端面との間には、前記内周面と面一である受圧面が延在していることを特徴とする軸受。

Images