JP2016008600A - 軸受機構および過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】セミフローティングメタルの内周面側の潤滑油の減少を抑える。
【解決手段】軸受機構は、ハウジングに形成された軸受孔２ａと、軸受孔に収容される円筒状の本体部を有し、本体部の内周に軸受面７ｂが形成されたセミフローティングメタル７と、セミフローティングメタルの本体部に挿通され、軸受面によって回転自在に軸支されるシャフト８と、セミフローティングメタルの本体部のうち、シャフトの軸方向の一端面７ｇに対向し、シャフトのスラスト荷重を一端面に作用させる対向部８ａと、を備え、セミフローティングメタルの本体部の外周面と軸受孔の内周面との間には間隙が形成され、本体部の内周面および外周面の双方に潤滑油が供給される軸受機構であって、本体部における一端面の径方向外側には、本体部の軸方向中心側から一端面側に導かれる潤滑油の流速を低下させる開放部１９ｂが設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、軸受孔に配されたセミフローティングメタルでシャフトを軸支する軸受機構および過給機に関する。

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シャフトが、ベアリングハウジングに回転自在に軸支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、シャフト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には軸受孔が形成され、当該軸受孔の中には軸受が配される。軸受は、シャフトが挿通される挿通孔を有し、その内周面にラジアル荷重を受ける軸受面が形成される。特許文献１に記載の過給機には、このような軸受の一種であるセミフローティングメタルが設けられている。セミフローティングメタルは、軸受面が形成される内周面側に潤滑油を供給するとともに、セミフローティングメタルの外周面と軸受孔との間に潤滑油を満たしてダンパとして機能させるため、セミフローティングメタルの外周面にも潤滑油を供給する必要がある。また、セミフローティングメタルの軸方向の端面は、シャフトと一体に回転する対向部に対向して、対向部からシャフトのスラスト荷重を受けさせることができる。

特開２０１２−１９３７０９号公報

ところで、セミフローティングメタルの内周面に供給された潤滑油は、ラジアル荷重を受ける軸受面を潤滑した後、セミフローティングメタルの軸方向の端部から、スラスト荷重を受ける上記の対向部を潤滑しながら、シャフトの径方向外側に排出される。このとき、シャフトの回転に伴う遠心力（ポンプ効果）によって、潤滑油がセミフローティングメタルの内周面側から吸い出されるが、シャフトの回転数が高くなると、ポンプ効果によって吸い出される潤滑油の油量が増し、軸受面や対向部といった荷重を受ける部位における潤滑油の油量が低下しやすくなる。そのため、今後、要求されるシャフトの回転数がさらに高速となっても、荷重を受ける部位における潤滑油の油量を十分に維持することが可能となる新たな軸受機構の開発が希求されている。

本発明の目的は、セミフローティングメタルの荷重を受ける部位における潤滑油の油量を十分に維持することが可能な軸受機構および過給機を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の軸受機構は、ハウジングに形成された軸受孔と、軸受孔に収容される円筒状の本体部を有し、本体部の内周に軸受面が形成されたセミフローティングメタルと、セミフローティングメタルの本体部に挿通され、軸受面によって回転自在に軸支されるシャフトと、セミフローティングメタルの本体部のうち、シャフトの軸方向の一端面に対向し、シャフトのスラスト荷重を一端面に作用させる対向部と、を備え、セミフローティングメタルの本体部の外周面と軸受孔の内周面との間には間隙が形成され、本体部の内周面および外周面の双方に潤滑油が供給される軸受機構であって、セミフローティングメタルの本体部における一端面の径方向外側には、本体部の軸方向中心側から一端面側に導かれる潤滑油の流速を低下させる開放部が形成されていることを特徴とする。

開放部は、セミフローティングメタルにおける本体部の外周面において、一端面からシャフトの軸方向に延在する溝または切り欠きによって形成されてもよい。

対向部は、少なくとも一部が軸受孔の内側に位置してもよい。

軸受孔のうち、一端面側の端部には、潤滑油を鉛直下側に導く排油部が設けられていてもよい。

軸受孔のうち、一端面側の端部には、開放部に対しシャフトの径方向外側に位置する軸受孔よりも内径が大きい大径部が設けられ、対向部は、セミフローティングメタルより外径が大きく、対向部の少なくとも一部は、大径部に収容されてもよい。

上記課題を解決するために、本発明の過給機は、上記軸受機構を備えることを特徴とする。

本発明によれば、セミフローティングメタルの荷重を受ける部位における潤滑油の油量を十分に維持することが可能となる。

過給機の概略断面図である。 図１の一点鎖線部分の抽出図である。 開放部を説明するための説明図である。 第３変形例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、図に示す矢印Ｌ方向を過給機Ｃの左側とし、矢印Ｒ方向を過給機Ｃの右側として説明する。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（ハウジング）と、ベアリングハウジング２の左側に締結機構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の右側に締結ボルト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の左右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に収容されたセミフローティングメタル７によって、シャフト８が回転自在に軸支されている。シャフト８の左端部にはタービンインペラ９が一体的に固定されており、このタービンインペラ９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、シャフト８の右端部にはコンプレッサインペラ１０が一体的に固定されており、このコンプレッサインペラ１０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の右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１１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、空気を昇圧するディフューザ流路１２が形成される。このディフューザ流路１２は、シャフト８（コンプレッサインペラ１０）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１０を介して吸気口１１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１２よりもシャフト８（コンプレッサインペラ１０）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１３が設けられている。コンプレッサスクロール流路１３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１２にも連通している。したがって、コンプレッサインペラ１０が回転すると、吸気口１１からコンプレッサハウジング６内に空気が吸気されるとともに、当該吸気された空気は、コンプレッサインペラ１０の翼間を流通する過程において遠心力の作用により増速され、ディフューザ流路１２およびコンプレッサスクロール流路１３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の左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１４が形成されている。また、タービンハウジング４には、流路１５と、この流路１５よりもシャフト８（タービンインペラ９）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１６とが設けられている。タービンスクロール流路１６は、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不図示のガス流入口と連通するとともに、上記の流路１５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１６に導かれた排気ガスは、流路１５およびタービンインペラ９を介して吐出口１４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９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９の回転力は、シャフト８を介してコンプレッサインペラ１０に伝達されることとなり、コンプレッサインペラ１０の回転力によって、上記のとおりに、空気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の一点鎖線部分の抽出図である。過給機Ｃは、図２に示すように、ベアリングハウジング２に形成された軸受孔２ａおよびセミフローティングメタル７を含んで構成される軸受機構１７を備えている。

セミフローティングメタル７は、円筒状の本体部７ａが軸受孔２ａに収容されており、本体部７ａの内周には、軸受面７ｂがシャフト８の軸方向に離隔して２つ形成されている。シャフト８は、セミフローティングメタル７の本体部７ａに挿通され、軸受面７ｂによって回転自在に軸支されている。

本体部７ａのうち、２つの軸受面７ｂの間の位置には、シャフト８の径方向に貫通する位置決め孔７ｃが形成されており、ベアリングハウジング２に螺合して固定されたピン１８の先端が、位置決め孔７ｃに挿通されている。そのため、セミフローティングメタル７は、ピン１８によって、シャフト８の回転方向および軸方向の移動が規制されている。

油孔７ｄは、本体部７ａの外周面７ｅから内周面まで、シャフト８の径方向に貫通する貫通孔である。油孔７ｄの外周面７ｅ側の開口は、ベアリングハウジング２に形成された油路２ｂの軸受孔２ａ側の開口に対向しており、油路２ｂを流通して軸受孔２ａに供給された潤滑油は、一部が油孔７ｄを通って本体部７ａの内周に導かれるとともに、一部が本体部７ａの外周面７ｅと軸受孔２ａの内周面との間に形成された間隙１９に供給される。

本体部７ａの外周面７ｅのうち、軸受孔２ａの内周面との間隙１９が最も狭い部位はダンパ面７ｆとなっている。ダンパ面７ｆと軸受孔２ａの内周面との間隙１９ａに供給された潤滑油がダンパとして機能し、シャフト８の振動が抑制される。

対向部８ａは、シャフト８の一部であって、シャフト８のうち、セミフローティングメタル７の本体部７ａに挿通される部位よりも外径が大きい。また、対向部８ａは、少なくとも一部が軸受孔２ａの内側に位置しており、セミフローティングメタル７の本体部７ａのうち、シャフト８の軸方向の一方の端面（ここでは、図２中、左側の端面）である一端面７ｇに対向する。

本実施形態では、スラスト荷重を受けるためのスラスト軸受を別途設けることなく、ラジアル荷重を受けるセミフローティングメタル７に、スラスト荷重も受けさせる構成を採用している。ここでは、セミフローティングメタル７の一端面７ｇが、シャフト８の対向部８ａに軸方向に対向しており、対向部８ａは、スラスト荷重を一端面７ｇに作用させる。

図２中、左側の軸受面７ｂを潤滑した後の潤滑油の一部は、軸受面７ｂから一端面７ｇ側に排出され、一端面７ｇの径方向内側から径方向外側に向かって流動する。このとき、潤滑油は、一端面７ｇと対向部８ａとの間に油膜を形成して、スラスト荷重を受ける一端面７ｇを潤滑している。

軸受孔２ａのうち、一端面７ｇ側の端部２ｄには、排油部２ｅが設けられている。排油部２ｅは、潤滑油を鉛直下側に導く切り欠きで構成されており、一端面７ｇを潤滑した後の潤滑油は、本体部７ａの外周面７ｅ側を流通した潤滑油と合流し、軸受孔２ａの端部２ｄや排油部２ｅを通って軸受孔２ａから排出される。

ところで、一端面７ｇと対向部８ａの間隙を潤滑油が流通するとき、シャフト８の回転に伴う遠心力（ポンプ効果）によって、潤滑油が本体部７ａの軸受面７ｂ側から吸い出される。シャフト８の回転数が高くなると、ポンプ効果によって吸い出される潤滑油の油量が増すことから、高回転域では、軸受面７ｂや一端面７ｇ（対向部８ａ）における油量が低下しやすくなる。そのため、高回転域においても、セミフローティングメタル７の内周面側の潤滑油の油量を十分に維持するための機構が必要となる。

そこで、本実施形態では、本体部７ａにおける一端面７ｇの径方向外側に、間隙１９により開放部１９ｂが形成されている。

図３は、開放部１９ｂを説明するための説明図であり、図３（ａ）には、図２の二点鎖線部分を抽出して示し、図３（ｂ）には、第１変形例における図３（ａ）に対応する部位の断面を示し、図３（ｃ）には、第２変形例における図３（ａ）に対応する部位の断面を示す。

図３（ａ）に示すように、開放部１９ｂを構成する間隙は、セミフローティングメタル７の外周面７ｅにおいて、一端面７ｇからシャフト８の軸方向に延在する環状の溝７ｈによって形成される。

このように、開放部１９ｂを設けた結果、一端面７ｇと対向部８ａの間隙を流通した潤滑油の一部は、一端面７ｇの径方向外側まで到達すると、図３（ａ）中、矢印で示すように流れることから、潤滑油の流れに淀みが生じる。また、本体部７ａの外周面７ｅを流通する潤滑油は、開放部１９ｂに到達すると、流路幅が大きくなることから流速が減速する。その結果、一端面７ｇと対向部８ａの間隙を流通する潤滑油の流速が抑えられ、ポンプ効果によって軸受面７ｂ側から吸い出される流れが抑制される。こうして、開放部１９ｂは、本体部７ａの軸方向中心側から一端面７ｇ側に導かれる潤滑油の流速を低下させ、軸受面７ｂ側の潤滑油の減少を抑えることが可能となる。

また、対向部８ａが軸受孔２ａに収容される位置関係となっていることから、一端面７ｇと対向部８ａの間隙を流通した潤滑油は、シャフト８の径方向外側への流れ方向を軸方向に変更させられる。その結果、潤滑油が開放部１９ｂに流入して、淀みによる流速の低減効果が高められる。

上述した実施形態では、排油部２ｅは、軸受孔２ａの端部２ｄに形成された切り欠きで構成される場合について説明した。第１変形例においては、図３（ｂ）に示すように、排油部２２ｅは、軸受孔２ａの端部２ｄ側に形成され、軸受孔２ａの内周面から鉛直下方に向かってベアリングハウジング２を貫通する貫通孔で構成される。いずれの排油部２ｅ、２２ｅを設けても、排油性を向上することが可能となる。

また、図３（ｃ）に示すように、第２変形例においては、軸受孔２ａのうち、一端面７ｇ側の端部２ｄには、大径部２ｆが設けられている。大径部２ｆは、軸受孔２ａのうち、開放部１９ｂよりも、内径が大きい。そして、対向部８ａは、セミフローティングメタル７の本体部７ａより外径が大きく、対向部８ａの少なくとも一部は、大径部２ｆに収容される。

そのため、本体部７ａの外周面７ｅ側をシャフト８の軸方向に流れる潤滑油は、大径部２ｆおよび対向部８ａの間隙を通るときに、図３（ｃ）中、矢印で示すように、流れ方向が直角に変更される。その結果、図３（ｃ）中、左側（タービンインペラ９側）への潤滑油の流速を抑制し、タービンインペラ９側への潤滑油の漏れを抑えることが可能となる。

図４は、第３変形例を説明するための説明図であり、図４（ａ）には、第３変形例における図３（ａ）に対応する部位の断面を示し、図４（ｂ）には、比較例における図３（ａ）に対応する部位の断面を示す。図４中、矢印は、潤滑油の流れ方向を示す。

図４（ａ）に示すように、第３変形例においては、対向部８ａは、軸受孔２ａに収容されることなく軸受孔２ａの外側に位置している。この場合、本体部７ａの外周面７ｅと軸受孔２ａの内周面との間隙１９を流通する潤滑油は、対向部８ａの径方向外側からタービンインペラ９側へと噴出する。このとき、潤滑油は、対向部８ａと一端面７ｇとの隙間を径方向内側から径方向外側へ向けて流れる潤滑油と合流することで、図４（ａ）中、矢印ａで示す方向に向かって噴出することとなる。

ただし、このような構成でも、開放部１９ｂを設けることで、軸受面７ｂにおける潤滑油の油量低下を抑制することができる。すなわち、図４（ｂ）に示すように、開放部１９ｂが設けられていない比較例の構成によれば、セミフローティングメタルの本体部Ｍの外周面Ｏを流通する潤滑油が、本体部Ｍの一端部Ｅから軸方向に噴出する。また、本体部Ｍの軸受面Ｂを潤滑した後、一端部Ｅと対向部Ｔとの隙間を潤滑した潤滑油は、径方向内側から径方向外側へと噴出する。このとき、本体部Ｍの一端部Ｅから軸方向に噴出する潤滑油と、径方向内側から径方向外側へと噴出する潤滑油とが合流することから、図４（ｂ）の矢印で示す方向に潤滑油が飛散する。

これに対して、第３変形例においては、本体部７ａの外周面７ｅを流通する潤滑油は、開放部１９ｂに到達すると、流路幅が大きくなることから流速が減速する。その結果、一端面７ｇ近傍において潤滑油の流れに淀みが生じる。また、本体部７ａの軸受面７ｂを潤滑した潤滑油は、さらに、対向部８ａと一端面７ｇとを潤滑した後、径方向外側（開放部１９ｂ）へと流れるが、上記実施形態と同様に、開放部１９ｂにおいて淀みが生じていることから（図４（ａ）中、矢印ｂで示す）、この径方向外側へ向かう潤滑油の流速も抑制される。したがって、この第３変形例の構成でも、軸受面７ｂにおける潤滑油の油量低下が抑制され、軸受面７ｂにおける潤滑油の油量を維持することができる。

また、この第３変形例によれば、本体部７ａの外周面７ｅを流通する潤滑油の流速が低下することから、開放部１９ｂ近傍から飛散する潤滑油の流れ方向は、比較例よりも、シャフト８の軸方向に対する角度が大きくなる。その結果、図４（ｂ）に示す開放部１９ｂを設けていない比較例の構成よりも、タービンインペラ９側への潤滑油の漏れを抑えることが可能となる。

上述した実施形態および変形例では、開放部１９ｂは、セミフローティングメタル７における本体部７ａの外周面７ｅに形成された溝７ｈで構成される場合について説明したが、例えば、軸受孔２ａの内周面に形成された溝であってもよい。ただし、開放部１９ｂを、セミフローティングメタル７における本体部７ａの外周面７ｅに形成された溝７ｈとすることで、加工性が向上する。

また、上述した実施形態および変形例では、開放部１９ｂは、環状の溝７ｈで構成される場合について説明したが、開放部１９ｂは、本体部７ａの外周面７ｅの周方向の一部にのみ形成された切り欠きであってもよい。ただし、溝７ｈを本体部７ａの外周面７ｅの全周に亘って形成することで、加工性が向上するとともに、潤滑油の流速を抑える効果が向上する。

また、上述した実施形態および変形例では、開放部１９ｂは、１つの溝７ｈで構成される場合について説明したが、溝７ｈを、シャフト８の軸方向に複数設けてもよい。溝７ｈを複数設けることで、潤滑油のシャフト８の軸方向の流速をより抑え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、排油部２ｅを設ける場合について説明したが、排油部２ｅを設けずともよい。この場合、軸受面７ｂの潤滑油が不足すると、油圧とシャフト８の回転数の関係によっては、開放部１９ｂに滞留した潤滑油が、対向部８ａと一端面７ｇとの間隙を通って、軸受面７ｂに導かれ、軸受面７ｂを潤滑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、開放部１９ｂは、セミフローティングメタル７におけるタービンインペラ９側にのみ設けられる場合について説明したが、コンプレッサインペラ１０側にのみ設けてもよいし、タービンインペラ９側とコンプレッサインペラ１０側の両方に設けてもよい。

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、軸受孔に配されたセミフローティングメタルでシャフトを軸支する軸受機構および過給機に利用することができる。

Ｃ 過給機
２ ベアリングハウジング（ハウジング）
２ａ 軸受孔
２ｄ 端部
２ｅ、２２ｅ 排油部
２ｆ 大径部
７ セミフローティングメタル
７ａ 本体部
７ｂ 軸受面
７ｅ 外周面
７ｇ 一端面
７ｈ 溝
８ シャフト
８ａ 対向部
１７ 軸受機構
１９、１９ａ 間隙
１９ｂ 開放部

Claims (6)

1. ハウジングに形成された軸受孔と、
   前記軸受孔に収容される円筒状の本体部を有し、該本体部の内周に軸受面が形成されたセミフローティングメタルと、
   前記セミフローティングメタルの本体部に挿通され、前記軸受面によって回転自在に軸支されるシャフトと、
   前記セミフローティングメタルの本体部のうち、前記シャフトの軸方向の一端面に対向し、該シャフトのスラスト荷重を該一端面に作用させる対向部と、
   を備え、
   前記セミフローティングメタルの本体部の外周面と前記軸受孔の内周面との間には間隙が形成され、該本体部の内周面および外周面の双方に潤滑油が供給される軸受機構であって、
   前記セミフローティングメタルの本体部における前記一端面の径方向外側には、該本体部の軸方向中心側から該一端面側に導かれる潤滑油の流速を低下させる開放部が形成されていることを特徴とする軸受機構。
2. 前記開放部は、前記セミフローティングメタルにおける本体部の外周面において、前記一端面から前記シャフトの軸方向に延在する溝または切り欠きによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の軸受機構。
3. 前記対向部は、少なくとも一部が前記軸受孔の内側に位置することを特徴とする請求項２に記載の軸受機構。
4. 前記軸受孔のうち、前記一端面側の端部には、潤滑油を鉛直下側に導く排油部が設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の軸受機構。
5. 前記軸受孔のうち、前記一端面側の端部には、前記開放部に対し前記シャフトの径方向外側に位置する前記軸受孔よりも内径が大きい大径部が設けられ、
   前記対向部は、前記セミフローティングメタルより外径が大きく、該対向部の少なくとも一部は、前記大径部に収容されることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の軸受機構。
6. 前記請求項１から５のいずれか１項に記載の軸受機構を備える過給機。

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