JP2015161179A - ターボチャージャの軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】セミフロートベアリングの内周面と回転軸との間に供給されたオイルによる冷却効率の低下を抑制することができ、且つ、上記オイルがセミフロートベアリングの外周面側に流れ出したときにターボチャージャの回転軸の端部に固定されたホイール側に漏れ出すことを抑制できるようにする。
【解決手段】ターボチャージャ１には筒状のセミフロートベアリング４がベアリングハウジング２に取り付けられる。セミフロートベアリング４を貫通するターボチャージャ１の回転軸３には、同ベアリング４の端面４ａと対向するスリンガー壁３ａが形成される。そして、端面４ａからスリンガー壁３ａに向けて突出する絞り部１５が、セミフロートベアリング４の周方向に沿って円環状に形成される。更に、その絞り部１５の下部にセミフロートベアリング４の内周面側と外周面側とを繋ぐように切り欠き部１６が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターボチャージャの軸受構造に関する。

ターボチャージャの軸受構造として、例えば特許文献１に示されるように、ターボチャージャの回転軸を支持するためのセミフロートベアリングをベアリングハウジングに取り付けたものが知られている。このセミフロートベアリングは筒状に形成されている。そして、上記回転軸は、セミフロートベアリングを貫通しており、そのセミフロートベアリングの軸線方向の端面と対向するスリンガー壁を備えている。

セミフロートベアリングの外周面とベアリングハウジングとの間、及び、セミフロートベアリングの内周面と回転軸との間には、それぞれオイルが供給される。そして、セミフロートベアリングの外周面とベアリングハウジングとの間にオイルが供給されることにより、セミフロートベアリングの外周面とベアリングハウジングとの間に同ベアリング（回転軸）の振動を抑制するためのオイル層が形成される。一方、セミフロートベアリングの内周面と回転軸との間に供給されたオイルにより、セミフロートベアリングの内周面と回転軸との間が潤滑されるとともに、その部分が冷却されるようになる。

特開２００５−１３３６３５公報

上述したターボチャージャの軸受構造では、セミフロートベアリングの内周面と回転軸との間に供給されたオイルが、セミフロートベアリングの軸線方向の端面と回転軸のスリンガー壁との間を介して、同セミフロートベアリングの外周面側に流れる。こうしたオイルの流れが多くなると、セミフロートベアリングの内周面と回転軸との間にオイルを留めることが困難になり、そのオイルによる冷却効率が低下する。

また、セミフロートベアリングの内周面と回転軸との間に供給されたオイルが上記端面と上記スリンガー壁との間を介してセミフロートベアリングの外周面側に流れる際、そのオイルの流れる方向をコントロールできないと、次のような問題が生じるおそれがある。すなわち、上記端面と上記スリンガー壁との間を介してセミフロートベアリングの外周面に流出したオイルが、ターボチャージャの回転軸における軸線方向の端部に固定されたホイールに向けて流れてしまい、同ホイール側に漏れ出すおそれがある。

本発明の目的は、セミフロートベアリングの内周面と回転軸との間に供給されたオイルによる冷却効率の低下を抑制することができ、且つ、上記オイルがセミフロートベアリングの外周面側に流れ出したときにターボチャージャの回転軸の端部に固定されたホイール側に漏れ出すことを抑制できるターボチャージャの軸受構造を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するターボチャージャの軸受構造では、ターボチャージャの回転軸がベアリングハウジングに取り付けられた筒状のセミフロートベアリングを貫通しており、セミフロートベアリングの内周面と上記回転軸との間にオイルが供給される。このようにセミフロートベアリングの内周面と上記回転軸との間に供給されたオイルは、セミフロートベアリングの軸線方向の端面と同端面に対向する上記回転軸のスリンガー壁との間を介して、同セミフロートベアリングの外周面側に流れる。

こうしたオイルの流れが多くなることは、上記端面と上記スリンガー壁との一方から他方に向けて突出する絞り部がセミフロートベアリングの周方向に沿って円環状に形成されることによって抑制される。これは、上述したように絞り部を形成することにより、上記端面と上記スリンガー壁との間におけるオイルの流通面積が縮小するためである。従って、上記端面と上記スリンガー壁との間における上記オイルの流れが多くなることに起因して、セミフロートベアリングの内周面と回転軸との間にオイルを留めることが困難になり、同オイルによる冷却効率が低下することを抑制できる。

また、上記絞り部には、同ベアリングの内周面側と外周面側とを繋ぐように切り欠き部が形成されている。絞り部における上記切り欠き部では、上記端面と上記スリンガー壁との間におけるオイルの流通面積が切り欠き部以外の部分よりも大きくなる。このため、セミフロートベアリングの内周面と上記回転軸との間に供給されたオイルは、上記切り欠き部を介して同ベアリングの外周面側に流れやすくなる。

従って、セミフロートベアリングの周方向についての上記切り欠き部の位置設定を通じて、上記端面と上記スリンガー壁との間でのセミフロートベアリングの内周面側から外周面側へのオイルの流れの方向をコントロールすることが可能になる。そして、上記オイルの流れの方向のコントロールを通じて、同オイルがターボチャージャの回転軸における軸線方向の端部に固定されたホイールに向けて流れないようにすることにより、そのオイルが同ホイール側に漏れ出すことを抑制できる。

上記切り欠き部は、絞り部の下部に形成することが考えられる。この場合、切り欠き部を介してセミフロートベアリングの外周側に流れるオイルが自重により効果的に下方に流されるため、同オイルがターボチャージャの回転軸における軸線方向の端部に固定されたホイールに向けて流れにくくなる。

上記切り欠き部は、ベアリングハウジングに形成されたドレン孔に対応する部分に形成することも考えられる。この場合、切り欠き部を介してセミフロートベアリングの外周側に流れたオイルは、同外周面に流出した後にベアリングハウジングのドレン孔に排出されやすくなるため、同オイルがターボチャージャの回転軸における軸線方向の端部に固定されたホイールに向けて流れにくくなる。

ターボチャージャの軸受構造を示す断面図。 セミフロートベアリング及び回転軸を示す分解斜視図。 図１の軸受構造のＡ部分を示す拡大図。 図１の軸受構造のＢ部分を示す拡大図。

以下、ターボチャージャの軸受構造の一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に示すように、ターボチャージャ１は、ベアリングハウジング２に取り付けられる筒状のセミフロートベアリング４と、同セミフロートベアリング４によって回転可能に支持される回転軸３と、同回転軸３の一方の端部に固定されたタービンホイール５と、上記回転軸３のもう一方の端部に固定されたコンプレッサホイール６と、を備えている。こうしたターボチャージャ１では、エンジンからの排気の運動エネルギによりタービンホイール５が回転し、その回転が回転軸３を介してコンプレッサホイール６に伝達されることによって同コンプレッサホイール６が回転する。そして、コンプレッサホイール６の回転を通じて、エンジンの燃焼室に空気が送り込まれる。

ターボチャージャ１においては、回転軸３が筒状のセミフロートベアリング４を貫通しており、そのセミフロートベアリング４がベアリングハウジング２に形成された収容孔７内に配置されている。上記回転軸３の外周面におけるコンプレッサホイール６寄りの部分にはカラー８が嵌め込まれている。このカラー８には、ベアリングハウジング２に固定されたスラスト軸受９が回転可能、且つ、回転軸３軸線方向について移動不能な状態で取り付けられている。上記スラスト軸受９は、回転軸３の軸線方向についての荷重を受けつつ回転軸３を回転可能に支持し、且つ、同回転軸３の軸線方向についての変位を規制するためのものである。

一方、セミフロートベアリング４には、ベアリングハウジング２の収容孔７の内周面から回転軸３の軸線に向けて突出する規制部材１０を僅かな隙間をもって受け入れ可能な係合穴１１が形成されている。この規制部材１０が係合穴１１に挿入されることにより、セミフロートベアリング４のベアリングハウジング２に対する回転軸３を中心とする回転方向について変位、及び、回転軸３の軸線方向についての変位が規制される。このセミフロートベアリング４は、回転軸３の径方向についての荷重を受けつつ同回転軸３を回転可能に支持するラジアル軸受として機能する。

セミフロートベアリング４の外周面とベアリングハウジング２の収容孔７の内周面との間の隙間Ｇ１には、ベアリングハウジング２に形成された油路を通じてオイルが供給される。その結果、隙間Ｇ１にセミフロートベアリング４（回転軸３）の径方向についての振動を抑制するためのオイル層が形成される。また、隙間Ｇ１は、セミフロートベアリング４に形成された油孔を介して、同ベアリング４の内周面と回転軸３の外周面との間の隙間Ｇ２と連通している。そして、隙間Ｇ２には隙間Ｇ１から上記油孔を介してオイルが供給され、そのオイルによってセミフロートベアリング４の内周面と回転軸３との間が潤滑されるとともに、その部分が冷却される。

隙間Ｇ１は、回転軸３の外周面におけるタービンホイール５寄りの部分を周方向に取り囲むようにベアリングハウジング２に形成された空間部１２に繋がっている。更に、空間部１２の最下部は、上記オイルをベアリングハウジング２外に排出すべく同ハウジング２に形成されたドレン孔１３と繋がっている。このため、空間部１２に流れ込んだオイルは、自重により下方に流れた後にドレン孔１３を介してベアリングハウジング２外に排出される。なお、回転軸３とベアリングハウジング２との間であって、上記空間部１２よりもタービンホイール５寄りの部分には、タービンホイール５側へのオイル漏れを防ぐためのシール部１４が設けられている。

一方、隙間Ｇ１から油孔を介して隙間Ｇ２に供給されたオイルは、回転軸３の軸線方向に沿って主にタービンホイール５に向かう方向（図中の矢印Ｙ方向）に流れる。更に、このオイルは、セミフロートベアリング４におけるタービンホイール５側の端面４ａと、回転軸３に上記端面４ａと対向するように形成されたスリンガー壁３ａとの間を介して、セミフロートベアリング４の外周面側に流れる。こうしたオイルの流れが多くなると、セミフロートベアリング４の内周面と回転軸３との隙間Ｇ２にオイルを留めることが困難になり、そのオイルによる冷却効率が低下する。

また、セミフロートベアリング４の内周面と回転軸３との隙間Ｇ２に供給されたオイルが上記端面４ａと上記スリンガー壁３ａとの間を介してセミフロートベアリング４の外周面側に流れる際、そのオイルの流れる方向をコントロールできないと、次のような問題が生じるおそれがある。すなわち、上記端面４ａと上記スリンガー壁３ａとの間を介してセミフロートベアリング４の外周面に流出したオイルが、タービンホイール５に向けて流れるおそれがある。このようにタービンホイール５に向けて流れるオイルについては、シール部１４によってタービンホイール５側に漏れ出すことが抑制されるものの、そのオイルのタービンホイール５側への漏れをシール部１４では防止しきれない可能性もある。このため、上述したタービンホイール５に向けたオイルの流れについては、可能な限り回避することが好ましい。

これらの問題に対処するため、本実施形態のターボチャージャ１の軸受構造では、上記端面４ａと上記スリンガー壁３ａとの間におけるオイルの流通面積を縮小するための絞り部１５を形成する。詳しくは、上記端面４ａ上に上記スリンガー壁３ａに向けて突出する絞り部１５を、セミフロートベアリング４の周方向に沿って円環状に形成する。更に、その絞り部１５にセミフロートベアリング４の内周面側と外周面側とを繋ぐように切り欠き部１６を形成する。

図２に示すように、セミフロートベアリング４の周方向に円環状に延びる上記絞り部１５は、セミフロートベアリング４の端面４ａ上で回転軸３の軸線方向に突出するように形成されている。また、こうした絞り部１５の下部（この例では最下部）には上記切り欠き部１６が形成されている。そして、図１に示すように、セミフロートベアリング４及び回転軸３がベアリングハウジング２に組み付けられた状態では、絞り部１５の最下部に形成された切り欠き部１６がベアリングハウジング２のドレン孔１３に対応して位置する。これは、ドレン孔１３がベアリングハウジング２の下部に形成されているためである。

次に、本実施形態のターボチャージャ１の軸受構造の作用について説明する。
図３に示す端面４ａとスリンガー壁３ａとの間を介して隙間Ｇ２からセミフロートベアリング４の外周面側にオイルが流れる際、そのオイルの流れが多くなることは上記絞り部１５によって抑制される。これは、絞り部１５が上記端面４ａから上記スリンガー壁３ａに向けて突出し、且つ、セミフロートベアリング４の周方向に沿って円環状に延びることにより、上記端面４ａと上記スリンガー壁３ａとの間におけるオイルの流通面積が縮小するためである。従って、上記端面４ａと上記スリンガー壁３ａとの間における上記オイルの流れが多くなることに起因して、セミフロートベアリング４の内周面と回転軸３との隙間Ｇ２にオイルを留めることが困難になって同オイルによる冷却効率が低下することは抑制される。

図４に示すように、上記絞り部１５におけるセミフロートベアリング４の下部には、同ベアリング４の内周面側と外周面側とを繋ぐように切り欠き部１６が形成されている。絞り部１５における上記切り欠き部１６では、端面４ａとスリンガー壁３ａとの間におけるオイルの流通面積が切り欠き部１６以外の部分よりも大きくなる。このため、隙間Ｇ２内のオイルは、上記切り欠き部１６を介してセミフロートベアリング４の外周面側に流れやすくなる。このため、セミフロートベアリング４の周方向についての切り欠き部１６の位置設定を通じて、端面４ａとスリンガー壁３ａとの間での隙間Ｇ２からセミフロートベアリング４の外周面側へのオイルの流れの方向をコントロールすることが可能になる。

この実施形態では、切り欠き部１６を絞り部１５の最下部に形成するという同切り欠き部１６の位置設定を行い、その位置設定により上記オイルの流れの方向をタービンホイール５に向かう方向とは異なる方向（下方）にコントロールしている。従って、こうしたオイルの流れ方向のコントロールを通じて、同オイルがタービンホイール５に向けて流れないようにされるため、そのオイルがシール部１４を越えてタービンホイール５側に漏れ出すことは抑制される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）セミフロートベアリング４の内周面と回転軸３との隙間Ｇ２に供給されたオイルによる冷却効率の低下を抑制することができ、且つ、上記オイルがセミフロートベアリング４の外周面側に流れ出したときに回転軸３の端部に固定されたタービンホイール５側に漏れ出すことを抑制できる。

（２）上記切り欠き部１６は絞り部１５の最下部に形成されているため、切り欠き部１６を介してセミフロートベアリング４の外周面側に流れるオイルが自重により効果的に下方に流されるため、同オイルがタービンホイール５に向けて流れにくくなる。

（３）更に、上記切り欠き部１６はベアリングハウジング２のドレン孔１３に対応して位置するため、隙間Ｇ２から切り欠き部１６を介してセミフロートベアリング４の外周面に流出したオイルが上記ドレン孔１３に排出されやすくなる。このため、同オイルがより一層タービンホイール５に向けて流れにくくなる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・端面４ａとスリンガー壁３ａとの間のオイル流通面積を縮小するための絞り部１５は、スリンガー壁３ａから端面４ａに向けて突出するように形成されていてもよい。また、スリンガー壁３ａから端面４ａに向けて突出する絞り部１５と、端面４ａからスリンガー壁３ａに向けて突出する絞り部１５と、を両方とも形成することにより、端面４ａとスリンガー壁３ａとの間のオイル流通面積を縮小するようにしてもよい。

・切り欠き部１６は、必ずしも絞り部１５の最下部に形成されている必要はない。例えば、切り欠き部１６は、絞り部１５の下部のうち最下部以外の位置に形成されていてもよい。

・切り欠き部１６とドレン孔１３とのセミフロートベアリング４の周方向についての相対位置は、必ずしも一致している必要はない。
・ドレン孔１３は、必ずしもベアリングハウジング２の最下部に形成されている必要はない。

例えば、ドレン孔１３は、ベアリングハウジング２の下部のうち最下部以外の位置に形成されていてもよい。この場合の切り欠き部１６の位置については、上記実施形態と同様の位置とすれば上記（２）の効果が得られ、上記位置変更後のドレン孔１３の位置に対応する位置とすれば上記（３）の効果が得られる。

なお、上記実施形態のように、絞り部１５の最下部に切り欠き部１６を形成した状態で、その切り欠き部１６がドレン孔１３に対応して位置するようにすれば、隙間Ｇ２からセミフロートベアリング４の外周面に流出したオイルをタービンホイール５側に流れにくくするという点で大きな効果が得られる。

・スラスト軸受９がタービンホイール５側に設けられ、且つ、隙間Ｇ２内に供給されたオイルが回転軸３に沿って主にコンプレッサホイール６に向かう方向に流れるターボチャージャに本発明を適用してもよい。この場合、セミフロートベアリング４の端面４ａとは逆側の端面と対向するスリンガー壁が回転軸３に形成され、それら対向する端面とスリンガー壁との間のオイル流通面積を縮小する円環状の絞り部が形成されるとともに、同絞り部に切り欠き部が形成される。

１…ターボチャージャ、２…ベアリングハウジング、３…回転軸、３ａ…スリンガー壁、４…セミフロートベアリング、４ａ…端面、５…タービンホイール、６…コンプレッサホイール、７…収容孔、８…カラー、９…スラスト軸受、１０…規制部材、１１…係合穴、１２…空間部、１３…ドレン孔、１４…シール部、１５…絞り部、１６…切り欠き部。

Claims (3)

1. ターボチャージャの回転軸が貫通する筒状のセミフロートベアリングをベアリングハウジングに取り付け、前記セミフロートベアリングの内周面と前記回転軸との間に供給されたオイルが、前記セミフロートベアリングの軸線方向の端面と同端面に対向する前記回転軸のスリンガー壁との間を介して、同セミフロートベアリングの外周面側に流れるターボチャージャの軸受構造において、
   前記端面と前記スリンガー壁との一方から他方に向けて突出する絞り部を、前記セミフロートベアリングの周方向に沿って円環状に形成し、
   前記絞り部に前記セミフロートベアリングの内周面側と外周面側とを繋ぐように切り欠き部を形成した
   ことを特徴とするターボチャージャの軸受構造。
2. 前記切り欠き部は、前記絞り部の下部に形成される請求項１記載のターボチャージャの軸受構造。
3. 前記切り欠き部は、前記ベアリングハウジングに形成されたドレン孔に対応する部分に形成される請求項１又は２記載のターボチャージャの軸受構造。