JP2014125920A

JP2014125920A - ターボチャージャ

Info

Publication number: JP2014125920A
Application number: JP2012281876A
Authority: JP
Inventors: Hajime Shimoishi; 元下石; Shuichi Yano; 修一矢野
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-07-07

Abstract

【課題】本体ハウジングに玉軸受ユニットを取り付ける際、外輪の位置決めや固定が容易であり、回転軸の振動を起こさないターボチャージャを提供する。
【解決手段】本体ハウジングと玉軸受ユニットの外輪の間に、微小隙間を設け、位置決めピンによる位置決めをすることにより、位置決めピンの軸方向に軸受ハウジングが移動可能なオイルフィルムダンパを形成し、高速回転時にも回転軸の振動を吸収することが可能であり、また、位置決めピンによる位置決めを行うため、本体ハウジングに対して玉軸受ユニットの位置決めや固定が容易になる。
【選択図】図３

Description

本発明は、インペラとタービンとを両端部に設けた回転軸を、ハウジングに対し回転自在に支持するための玉軸受ユニットを備えたターボチャージャに関する。

エンジンの出力を排気量を変えずに増大させる為、エンジンに送り込む空気を排気のエネルギにより圧縮するターボチャージャが、広く使用されている。このターボチャージャは、排気のエネルギを、排気通路の途中に設けたタービンにより回収し、このタービンをその端部に固定した回転軸により、給気通路の途中に設けたコンプレッサのインペラを回転させる。このインペラは、エンジンの運転に伴って数万乃至は十数万min^-1の速度で回転し、上記給気通路を通じてエンジンに送り込まれる空気を圧縮する。

図１は、この様なターボチャージャの一例として、特許文献１に記載されたものを示している。なお、図２は、図１に記載の玉軸受ユニット７の断面図である。このターボチャージャは、排気流路１を流通する排気により、回転軸２の一端に固定したタービン３を回転させる。この回転軸２の回転は、この回転軸２の他端に固定したインペラ４に伝わり、このインペラ４が給気流路５内で回転する。この結果、この給気流路５の上流端開口から吸引された空気が圧縮されて、ガソリン、軽油等の燃料と共にエンジンのシリンダ室内に送り込まれる。この様なターボチャージャの回転軸２は、数万〜十数万min^-1もの高速で回転し、しかも、エンジンの運転状況に応じてその回転速度が頻繁に変化する。従って、上記回転軸２は、本体ハウジング６に対し、小さな回転抵抗で支持する必要がある。

この為に従来から、本体ハウジング６に対し、回転軸２を回転自在に支持するための玉軸受ユニット７が用いられている。図１〜２に示す玉軸受ユニット７は、単一円筒からなる軸受ハウジング８の両端に設けられ、背面あわせとなる様に配置された左右一対のアンギュラ玉軸受９、９により、上記回転軸２を回転自在に支持している。これら各アンギュラ玉軸受９、９は、軸受ハウジング８に取り付けられた、外輪軌道面を持つ外輪１１と、回転軸２に取り付けられた、外輪軌道面に対向する内輪軌道面を持つ内輪１２と、外輪軌道面と内輪軌道面の間を転動自在な複数の玉である転動体１３と、転動体１３を周方向に等間隔に保持する保持器１４とから構成される。

軸受ハウジング８は，外輪間座の役割も果たしており，左右の外輪１１、１１の軸方向内側の端面をこの軸受ハウジング８の左右端面に当接させることにより、左右の外輪１１、１１間の距離が所定の値とされている。

左右内輪１２、１２間には、内輪間座１５が設けられており、各内輪１２、１２の軸方向内側の端面をこの内輪間座１５の左右端面に当接させることにより、左右内輪１２、１２間の距離が所定の値とされている。

また、前記軸受ハウジング８には、潤滑油供給孔１６、１７が設けられ、各アンギュラ玉軸受９、９は、潤滑油供給孔１６、１７から導入される潤滑油によって潤滑される。

特開２００８−２９８２８４号公報

ところで、上述のような先行技術では、本体ハウジングに対し、玉軸受ユニットを正確に位置決めするのが困難であり、回転軸が所定の回転数を超えて回転すると振動を発生してしまうという問題があった。

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、本体ハウジングに玉軸受ユニットを取り付ける際、外輪の位置決めや固定が容易であり、回転軸の振動を起こさないターボチャージャを実現すべく発明したものである。

上記目的を達成するために、本発明のターボチャージャは、本体ハウジングと、排気流路と、給気流路と、前記排気流路を流通する排気により回転するタービンと、一端に前記タービンを固定した回転軸と、前記回転軸の他端に固定され、給気流路の空気を圧縮するインペラと、前記回転軸を前記本体ハウジング内に回転自在に支持する玉軸受ユニットを備えるターボチャージャであり、前記玉軸受ユニットは、単一円筒からなる複列の外輪軌道面を両端近傍に有する外輪と、複列の前記外輪軌道面にそれぞれ対向する内輪軌道面を有する二つの内輪と、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間を転動自在な転動体と、を備え、前記外輪の軸方向両端近傍の外周面には、前記本体ハウジングの内周面との間に微小隙間を形成する外側ランド部が設けられ、前記外輪と前記本体ハウジングに同軸で等しい直径のピン穴が設けられ、前記ピン穴に位置決めピンを、前記本体ハウジングに対し前記位置決めピンの軸方向に前記玉軸受ユニットが移動可能に装着することにより、前記外輪と前記本体ハウジングが位置決め固定されるとともに、前記微小隙間に供給された潤滑油が、前記玉軸受ユニットの振動を制するオイルフィルムダンパを形成することを特徴とする。

本発明によれば、本体ハウジングと玉軸受ユニットの外輪の間に微小隙間を設け、位置決めピンによる位置決めをすることにより、位置決めピンの軸方向に玉軸受ユニットが移動可能なオイルフィルムダンパを形成し、高速回転時にも回転軸の振動を吸収することが可能であり、また、位置決めピンによる位置決めを行うため、本体ハウジングに対して玉軸受ユニットの位置決めや固定が容易になる。

従来構造の１例を示す、玉軸受ユニットを備えたターボチャージャの断面図である。従来構造の１例を示す玉軸受ユニットの断面図である。本発明の実施形態の一例を示す玉軸受ユニットを備えたターボチャージャの断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図３は、本発明の実施形態の一例を示す玉軸受ユニットを備えたターボチャージャの断面図である。
このターボチャージャは、本体ハウジング１６０と排気流路１と、給気流路５と、排気流路１を流通する排気により回転するタービン３と、一端にタービン３を固定した回転軸１０２と、回転軸１０２の他端に固定され、給気流路５の空気を圧縮するインペラ４と、回転軸１０２を本体ハウジング１６０内に回転自在に支持する玉軸受ユニット１０７を備えている。

この玉軸受ユニット１０７は、単一円筒からなる複列の外輪軌道面を両端近傍に有する外輪１１０と、複列の前記外輪軌道面にそれぞれ対向する内輪軌道面を有する２つの内輪１２０、１２１と、外輪軌道面と内輪軌道面の間を転動自在な複数の玉である転動体１３０、１３０と、前記転動体を円周方向等間隔に保持する保持器１４０、１４０とを備えている。

前記外輪１１０の軸方向両端近傍の外周面には、本体ハウジング１６０の内周面との間に微小隙間を形成する外側ランド部１１１ａ、１１１ｂが設けられている。外側ランド部１１１ａ、１１１ｂの軸方向内側には、潤滑油供給溝１１２ａ、１１２ｂが設けられ、潤滑油供給溝１１２ａ、１１２ｂ内に、前記転動体１３０、１３０側に向けて、前記外輪１１０のラジアル方向に対して傾斜する少なくとも一つの、好適には複数の、潤滑油供給孔１１３ａ、１１３ｂが設けられている。

潤滑油供給溝１１２ａ、１１２ｂの軸方向内側には、外側ランド部１１１ａ、１１１ｂと同じ外径の内側ランド部１１４ａ、１１４ｂが設けられている。
内側ランド部１１４ａ、１１４ｂのさらに軸方向内側は、内側ランド部１１４ａ、１１４ｂよりも小さな外径の排油溝１１５となっており、排油溝１１５内には、軸受内部から潤滑油を排出する排油孔１１６が径方向に貫通して空けられている。この排油溝１１５の外周面の粗さは、荒い仕上げでかまわないが、排出の抵抗を少なくするために、排油溝１１５の軸方向長さを長く設定するとよい、また、排油孔１１６は、断面円形状である必要はなく、また、出来るだけ大きく開孔すると良い。

本体ハウジング１６０および外輪１１０には同軸で等しい直径のピン穴１６１、１１７が具備され、ピン穴１６１、１１７には位置決めピン１７０が受容されて、玉軸受ユニット１０７が本体ハウジング１６０に対し好適に位置決めされる。

ピン穴１６１、１１７は比較的厳格な公差をもつて好適な位置にドリルにより形成され、潤滑油導管取り付け部１６２から、本体ハウジング１６０に対し、位置決めピン１７０の軸方向に軸受ハウジングが移動可能に、位置決めピン１７０を勘合させる。位置決めピン１７０により玉軸受ユニット１０７が、延いては回転軸１０２が本体ハウジング１６０内に正確に位置決めされ得る。位置決めピン１７０により、外輪１１０の本体ハウジング１６０に対する回転も抑止される。

本体ハウジング１６０の潤滑油導管取り付け部１６２には、図示しない潤滑油導管が周知な方法で具備され、潤滑油が外側ランド部１１１ａ、１１１ｂあるいは、内側ランド部１１４ａ、１１４ｂ、もしくはその両方に第１の潤滑油路１６３、第２の潤滑油路１６４を通り導入される。図３には、内側ランド部１１４ａ、１１４ｂに導入する例を図示している。

本体ハウジング１６０に対し、位置決めピン１７０の軸方向に軸受ハウジングが移動可能に固定されているので、本体ハウジング１６０の内周面と外側ランド部１１１ａ、１１１ｂ、内側ランド部１１４ａ、１１４ｂとの間の微小隙間に供給された潤滑油は、玉軸受ユニット１０７の振動を制するオイルフィルムダンパとして作用する。

以上説明したように、本発明によれば、本体ハウジングと玉軸受ユニットの外輪の間に微小隙間を設け、位置決めピンによる位置決めをすることにより、位置決めピンの軸方向に玉軸受ユニットが移動可能なオイルフィルムダンパを形成し、高速回転時にも回転軸の振動を吸収することが可能であり、また、位置決めピンによる位置決めを行うため、本体ハウジングに対して玉軸受ユニットの位置決めや固定が容易になることから、エンジンの過給器として利用するターボチャージャとして好適に使用することができる。

１排気流路
２回転軸
３タービン
４インペラ
５給気流路
６本体ハウジング
７玉軸受ユニット
８軸受ハウジング（外輪間座）
９アンギュラ玉軸受
１１外輪
１２内輪
１３転動体
１４保持器
１５内輪間座
１６、１７潤滑油供給孔
１０２回転軸
１０７玉軸受ユニット
１１０外輪
１１１ａ、１１１ｂ外側ランド部
１１２ａ、１１２ｂ潤滑油供給溝
１１３ａ、１１３ｂ潤滑油供給孔
１１４ａ、１１４ｂ内側ランド部
１１５排油溝
１１６排油孔
１１７ピン穴
１２０、１２１内輪
１３０転動体
１４０保持器
１６０本体ハウジング
１６１ピン穴
１６２潤滑油導管取り付け部
１６３第1の潤滑油路
１６４第２の潤滑油路
１７０位置決めピン

Claims

本体ハウジングと、排気流路と、給気流路と、
前記排気流路を流通する排気により回転するタービンと、
一端に前記タービンを固定した回転軸と、
前記回転軸の他端に固定され、給気流路の空気を圧縮するインペラと、
前記回転軸を前記本体ハウジング内に回転自在に支持する玉軸受ユニットを備えるターボチャージャにおいて、
前記玉軸受ユニットは、
単一円筒からなる複列の外輪軌道面を両端近傍に有する外輪と、
複列の前記外輪軌道面にそれぞれ対向する内輪軌道面を有する二つの内輪と、
前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間を転動自在な転動体と、
を備え、
前記外輪の軸方向両端近傍の外周面には、前記本体ハウジングの内周面との間に微小隙間を形成する外側ランド部が設けられ、
前記外輪と前記本体ハウジングに同軸で等しい直径のピン穴が設けられ、
前記ピン穴に位置決めピンを、前記本体ハウジングに対し前記位置決めピンの軸方向に前記玉軸受ユニットが移動可能に装着することにより、前記外輪と前記本体ハウジングが位置決め固定されるとともに、
前記微小隙間に供給された潤滑油が、前記玉軸受ユニットの振動を制するオイルフィルムダンパを形成することを特徴とするターボチャージャ。