JP2017044193A - ベアリングハウジングおよびターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】冷却水からオイルへの伝熱性が高いベアリングハウジングおよびターボチャージャを提供することを課題とする。
【解決手段】ベアリングハウジング２は、冷却水Ｗが流れる水路３０と、水路３０に連なって配置される筒部材収容部３１と、軸受収容部３２ａ〜３２ｃと、を有するハウジング本体３と、軸受収容部３２ａ〜３２ｃに収容される軸受４ａ〜４ｃと、筒部材収容部３１に収容され、水路３０に露出する露出部５０ａを有する周壁部５０と、露出部５０ａの内周側に水路３０から独立して配置され軸受４ａ〜４ｃを潤滑するためのオイルＯが流れる第一油路５１と、を有する筒部材５と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ベアリングハウジング、および当該ベアリングハウジングを備えるターボチャージャに関する。

例えば、特許文献１に示すように、ターボチャージャのベアリングハウジングには、水路と油路とが形成されている。図９に、従来のターボチャージャのベアリングハウジングの軸方向断面図を示す。図９に示すように、ベアリングハウジング１００には、隔壁部１０１により仕切られて、水路１０２と油路１０３とが形成されている。水路１０２を流れる冷却水と油路１０３を流れるオイルとは、隔壁部１０１（ベアリングハウジング１００の肉部）を介して、熱交換を行っている。

ベアリングハウジング１００の内部には、水路１０２、油路１０３、軸受収容部１０４などが複雑に配置されている。このため、ベアリングハウジング１００は、複雑な形状の造り込みに有利な、鋳物製である場合が多い。よって、成形不良（例えば、鋳巣、引けなど）により水路１０２と油路１０３とが連通しないように、隔壁部１０１の肉厚ｔは、厚く設定されている。

特開２００９−２２８６４６号公報

しかしながら、隔壁部１０１の肉厚ｔが厚いと、水路１０２と油路１０３との間の伝熱距離が長くなってしまう。このため、従来のベアリングハウジング１００の場合、冷却水からオイルへの伝熱性が低かった。

そこで、本発明は、冷却水からオイルへの伝熱性が高いベアリングハウジングおよびターボチャージャを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のベアリングハウジングは、冷却水が流れる水路と、前記水路に連なって配置される筒部材収容部と、軸受収容部と、を有するハウジング本体と、前記軸受収容部に収容される軸受と、前記筒部材収容部に収容され、前記水路に露出する露出部を有する周壁部と、前記露出部の内周側に前記水路から独立して配置され前記軸受を潤滑するためのオイルが流れる第一油路と、を有する筒部材と、を備えることを特徴とする。また、本発明のターボチャージャは、上記ベアリングハウジングを備えることを特徴とする。

本発明のベアリングハウジングの露出部は、外周側の水路と内周側の第一油路とを、互いに独立するように、仕切っている。露出部は、ハウジング本体ではなく、筒部材の周壁部に配置されている。

本発明のベアリングハウジングおよびターボチャージャによると、露出部の肉厚を、簡単に薄くすることができる。このため、水路と第一油路との間の伝熱距離を短くすることができる。したがって、冷却水からオイルへの伝熱性を高くすることができる。

第一実施形態のターボチャージャの軸方向断面図である。 図１の枠ＩＩ内の拡大図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向断面図である。 エンジン始動後の冷却水、オイルの温度変化を模式的に示すグラフである。 第二実施形態のターボチャージャの軸方向断面の水路付近の拡大図である。 第三実施形態のターボチャージャの軸方向断面の水路付近の拡大図である。 第四実施形態のターボチャージャの筒部材の露出部付近の径方向断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、その他の実施形態（その１〜その５）の筒部材の周壁部の露出部の径方向断面図である。 従来のターボチャージャのベアリングハウジングの軸方向断面図である。

以下、本発明のベアリングハウジングおよびターボチャージャの実施の形態について説明する。

＜第一実施形態＞
［ターボチャージャの構成］
まず、本実施形態のターボチャージャの構成について説明する。図１に、本実施形態のターボチャージャの軸方向断面図を示す。図２に、図１の枠ＩＩ内の拡大図を示す。図３に、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向断面図を示す。

図１〜図３に示すように、本実施形態のターボチャージャ１は、ベアリングハウジング２と、コンプレッサハウジング９０と、タービンハウジング９１と、回転部９２と、を備えている。

ベアリングハウジング２は、ハウジング本体３と、軸受４ａ〜４ｃと、筒部材５と、Ｏリング６ａ、６ｂと、を備えている。ハウジング本体３は、鋳鉄製である。ハウジング本体３の内部には、水路３０と、筒部材収容部３１と、軸受収容部３２ａ〜３２ｃと、第二油路３３ａ〜３３ｃと、第三油路３４と、が形成されている。

水路３０には、冷却水Ｗが流れている。左側（ハウジング本体３の軸方向一方。コンプレッサハウジング９０側）または右側（ハウジング本体３の軸方向他方。タービンハウジング９１側）から見て、筒部材収容部３１は、ハウジング本体３の外周面上端（径方向外端）から下側（径方向中心側）に延在している。筒部材収容部３１は、水路３０に連なっている。左側または右側から見て、軸受収容部３２ａ、３２ｂは、ハウジング本体３の径方向中心部に配置されている。軸受収容部３２ｂは、軸受収容部３２ａの左側に配置されている。軸受収容部３２ｃは、ハウジング本体３の左面に凹設されている。

第二油路３３ａは、筒部材収容部３１の下端と、軸受収容部３２ａと、を連結している。第二油路３３ｂは、筒部材収容部３１の下端と、軸受収容部３２ｂと、を連結している。第二油路３３ｃは、筒部材収容部３１の下端と、軸受収容部３２ｃと、を連結している。第二油路３３ａ〜３３ｃには、オイルＯが流れている。第三油路３４は、軸受収容部３２ａ〜３２ｃと、ハウジング本体３の外周面下端（径方向外端）と、を連結している。第三油路３４を介して、ベアリングハウジング２からオイルＯが排出される。

軸受４ａ、４ｂは、各々、ラジアル軸受である。また、軸受４ａ、４ｂは、各々、滑り軸受である。軸受４ａは、軸受収容部３２ａに収容されている。軸受４ｂは、軸受収容部３２ｂに収容されている。軸受４ｃは、スラスト軸受である。また、軸受４ｃは、滑り軸受である。軸受４ｃは、軸受収容部３２ｃに収容されている。

筒部材５は、筒部材収容部３１に収容されている。筒部材５は、鋳鉄よりも熱伝導率が高いアルミニウム製であって、筒状を呈している。筒部材５は、水路３０を上下方向に貫通している。筒部材５は、周壁部５０と、第一油路５１と、を備えている。周壁部５０は、円筒状を呈している。周壁部５０の上下方向中間部分には、露出部５０ａが配置されている。露出部５０ａは、無端環状を呈している。露出部５０ａの外周面は、全周に亘って、水路３０に露出している。第一油路５１は、周壁部５０の内周側（径方向内側）に配置されている。第一油路５１には、オイルＯが流れている。露出部５０ａを介して、外周側（径方向外側）の冷却水Ｗと、内周側のオイルＯと、が熱交換を行う。

Ｏリング６ａは、周壁部５０の上端付近に環装されている。Ｏリング６ｂは、周壁部５０の下端付近に環装されている。Ｏリング６ａ、６ｂは、各々、周壁部５０と筒部材収容部３１との隙間を封止している。

コンプレッサハウジング９０は、鋳鉄製であって、ベアリングハウジング２の左側に配置されている。タービンハウジング９１は、鋳鉄製であって、ベアリングハウジング２の右側に配置されている。

回転部９２は、ベアリングハウジング２に対して、回転可能である。回転部９２は、シャフト９２０と、コンプレッサインペラ９２１と、タービンインペラ９２２と、カラー９２３と、を備えている。

シャフト９２０は、ベアリングハウジング２を左右方向に貫通している。シャフト９２０は、軸受４ａ、４ｂにより、回転可能に支持されている。コンプレッサインペラ９２１は、シャフト９２０の左端に取り付けられている。タービンインペラ９２２は、シャフト９２０の右端に連なっている。カラー９２３は、シャフト９２０の外周面に取り付けられている。カラー９２３は、軸受４ｃにより、回転可能に支持されている。

オイルＯは、第一油路５１、第二油路３３ａ〜３３ｃを経由して、軸受４ａ〜４ｃに供給される。軸受４ａ〜４ｃに供給されたオイルＯは、第三油路３４を経由して、ベアリングハウジング２から排出される。

［冷却水、オイルの温度変化］
次に、本実施形態のターボチャージャにおける冷却水、オイルの温度変化について説明する。図４に、エンジン始動後の冷却水、オイルの温度変化をグラフで模式的に示す。なお、図４に点線で示すのは、図９に示す従来のベアリングハウジング１００（詳しくは、筒部材がなく、隔壁部１０１に仕切られて水路１０２、油路１０３が形成されたベアリングハウジング１００）におけるオイルの温度変化である。

図４に示すように、エンジン始動直後の暖機運転時においては、冷却水Ｗの方が、オイルＯよりも高温である。このため、オイルＯは、冷却水Ｗにより加熱される。一方、暖機運転後の通常運転時においては、冷却水Ｗの方が、オイルＯよりも低温である。このため、オイルＯは、冷却水Ｗにより冷却される。

ここで、図９に示すように、従来のベアリングハウジング１００の場合、隔壁部１０１の肉厚ｔが厚い。このため、冷却水ＷからオイルＯへの伝熱性が低い。したがって、冷却水Ｗの温度変化に対するオイルＯの温度の応答性が悪い。よって、図４に点線で示すように、暖機運転時においては、オイルＯが加熱されにくい。また、通常運転時においては、オイルＯが冷却されにくい。

これに対して、図２に示すように、本実施形態のターボチャージャ１のベアリングハウジング２の場合、筒部材５の露出部５０ａの肉厚（露出部５０ａの径方向の肉厚）Ｔが薄い。このため、冷却水ＷからオイルＯへの伝熱性が高い。したがって、冷却水Ｗの温度変化に対するオイルＯの温度の応答性が良い。よって、図４に実線で示すように、暖機運転時においては、オイルＯが加熱されやすい。また、通常運転時においては、オイルＯが冷却されやすい。

［作用効果］
次に、本実施形態のターボチャージャの作用効果について説明する。図２、図３に示すように、本実施形態のターボチャージャ１のベアリングハウジング２の露出部５０ａは、外周側の水路３０と内周側の第一油路５１とを、互いに独立するように、仕切っている。露出部５０ａは、鋳物であるハウジング本体３ではなく、筒部材５の周壁部５０に配置されている。このため、図９に示す隔壁部１０１と比較して、露出部５０ａの肉厚Ｔを薄くすることができる。したがって、水路３０と第一油路５１との間の伝熱距離を短くすることができる。よって、冷却水ＷからオイルＯへの伝熱性を高くすることができる。

また、図２に示すように、筒部材５は、水路３０を上下方向に貫通している。このため、図３に示すように、露出部５０ａの外周面は、全周的に水路３０に露出している。したがって、図９に示す隔壁部１０１と比較して、伝熱面積を広くすることができる。

また、図２に示すように、ハウジング本体３は、筒部材収容部３１の下端（下流端）に連なり軸受４ａ〜４ｃにオイルＯを供給する第二油路３３ａ〜３３ｃを有している。このため、軸受４ａ〜４ｃよりも上流側の油路（第一油路５１、第二油路３３ａ〜３３ｃ）のうち、幹流部分（第一油路５１、すなわち冷却水ＷとオイルＯとの熱交換が行われる部分）だけを、局所的に筒部材５の内部に配置することができる。

また、筒部材５つまり露出部５０ａは、アルミニウム製である。一方、ハウジング本体３は鋳鉄製である。アルミニウムは、鉄よりも熱伝導率が高い。このため、図９に示す鋳鉄製の隔壁部１０１と比較して、伝熱性が高くなる。

また、図２に示すように、Ｏリング６ａ、６ｂは、各々、周壁部５０と筒部材収容部３１との隙間を封止している。このため、筒部材５を形成するアルミニウムと、ハウジング本体３を形成する鋳鉄と、の線膨張率の差により、当該隙間から冷却水Ｗが漏出するのを抑制することができる。

＜第二実施形態＞
本実施形態のターボチャージャと第一実施形態のターボチャージャとの相違点は、上下一対のＯリングのうち、下側のＯリングが配置されていない点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。図５に、本実施形態のターボチャージャの軸方向断面の水路付近の拡大図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。

図５に示すように、Ｏリング６ａは、周壁部５０の上端付近に環装されている。筒部材収容部３１は、上側部分３１ａと、下側部分３１ｂと、を備えている。上側部分３１ａは、水路３０に対して上側（ハウジング本体３における径方向外側）に配置されている。下側部分３１ｂは、水路３０に対して下側（ハウジング本体３における径方向内側）に配置されている。

Ｏリング６ａは、周壁部５０と上側部分３１ａとの隙間を封止している。下側部分３１ｂに収容されていない状態において、筒部材５の外径は、下側部分３１ｂの内径よりも、大きい。すなわち、筒部材５と下側部分３１ｂとの間には、適切な圧入代が設定されている。このため、図２に示す上下一対のＯリング６ａ、６ｂのうち、下側のＯリング６ｂは不要である。

本実施形態のターボチャージャは、構成が共通する部分については、第一実施形態のターボチャージャと同様の作用効果を有している。また、本実施形態のターボチャージャによると、Ｏリング６ａの配置数が少なくなる。

＜第三実施形態＞
本実施形態のターボチャージャと第一実施形態のターボチャージャとの相違点は、筒部材がテーパ筒状を呈している点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。図６に、本実施形態のターボチャージャの軸方向断面の水路付近の拡大図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。

図６に示すように、筒部材５は、上側から下側に向かって尖るテーパ筒状を呈している。周壁部５０の外周面と筒部材収容部３１の内周面とのシール性を確保するために、周壁部５０および筒部材収容部３１は、寸法調整されている。このため、周壁部５０と筒部材収容部３１との隙間から冷却水Ｗが漏出するのを抑制することができる。

本実施形態のターボチャージャは、構成が共通する部分については、第一実施形態のターボチャージャと同様の作用効果を有している。また、本実施形態のターボチャージャによると、Ｏリング６ａの配置数が少なくなる。

＜第四実施形態＞
本実施形態のターボチャージャと第一実施形態のターボチャージャとの相違点は、周壁部の半周部分に露出部が配置されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。図７に、本実施形態のターボチャージャの筒部材の露出部付近の径方向（詳しくは筒部材の径方向）断面図を示す。なお、図３と対応する部位については、同じ符号で示す。

図７に示すように、筒部材５の周壁部５０のうち、半周部分（１８０°部分）は、ハウジング本体３に埋設されている。残りの半周部分には、露出部５０ａが設定されている。

本実施形態のターボチャージャは、構成が共通する部分については、第一実施形態のターボチャージャと同様の作用効果を有している。本実施形態のターボチャージャのように、周壁部５０の全周に亘って露出部５０ａが配置されていなくてもよい。

＜その他＞
以上、本発明のベアリングハウジングおよびターボチャージャの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

図８（ａ）〜図８（ｅ）に、その他の実施形態（その１〜その５）の筒部材の周壁部の露出部の径方向断面図を示す。なお、図３と対応する部位については、同じ符号で示す。また、図８（ｄ）、図８（ｅ）においては、周壁部（露出部以外の部分）の外周縁を一点鎖線で示す。

図８（ａ）に示すように、露出部５０ａの外周面に、スプライン部５２を配置してもよい。図８（ｂ）に示すように、露出部５０ａの外周面に、セレーション部５３を配置してもよい。スプライン部５２、セレーション部５３は、露出部５０ａの内周面に配置してもよい。図８（ｃ）に示すように、露出部５０ａを環状の凹凸板５４で形成してもよい。図８（ｄ）に示すように、周壁部５０の軸方向一部に、複数の露出部５０ａを配置してもよい。図８（ａ）〜図８（ｄ）によると、露出部５０ａの外周面および内周面のうち少なくとも一方に、凹凸形状を付与することができる。このため、伝熱面積を広くすることができる。また、図８（ｅ）に示すように、周壁部５０の露出部５０ａ以外の部分の肉厚に対して、露出部５０ａの肉厚を薄くしてもよい。こうすると、伝熱距離を短くすることができる。

また、軸受４ａ〜４ｃ（上記実施形態の場合は滑り軸受）として、転がり軸受を配置してもよい。また、軸受４ａ〜４ｃ、軸受収容部３２ａ〜３２ｃ、第二油路３３ａ〜３３ｃの配置数は特に限定しない。また、ハウジング本体３、コンプレッサハウジング９０、タービンハウジング９１の材質（上記実施形態の場合は鋳鉄製）は特に限定しない。例えば、アルミニウム製、鋼製などであってもよい。また、筒部材５の材質（上記実施形態の場合はアルミニウム製）は特に限定しない。例えば、銅製、鉄製、鋼製などであってもよい。また、筒部材５は、ターボチャージャ１にオイルＯを供給する配管の、下流端部分であってもよい。また、筒部材５の形状（上記実施形態の場合は円筒状）は特に限定しない。例えば、角筒状（三角筒状、四角筒状など）、楕円筒状などであってもよい。また、筒部材５として、市販の配管（鍛接管、電縫管、シームレス管、アーク溶接管など）を用いてもよい。

１：ターボチャージャ ２：ベアリングハウジング ３：ハウジング本体 ３０：水路 ３１：筒部材収容部 ３１ａ：上側部分 ３１ｂ：下側部分 ３２ａ〜３２ｃ：軸受収容部 ３３ａ〜３３ｃ：第二油路 ３４：第三油路 ４ａ〜４ｃ：軸受 ５：筒部材 ５０：周壁部 ５０ａ：露出部 ５１：第一油路 ５２：スプライン部 ５３：セレーション部 ５４：凹凸壁 ６ａ：Ｏリング ６ｂ：Ｏリング ９０：コンプレッサハウジング ９１：タービンハウジング ９２：回転部 ９２０：シャフト ９２１：コンプレッサインペラ ９２２：タービンインペラ ９２３：カラー Ｏ：オイル Ｔ：肉厚 Ｗ：冷却水

Claims (5)

1. 冷却水が流れる水路と、前記水路に連なって配置される筒部材収容部と、軸受収容部と、を有するハウジング本体と、
   前記軸受収容部に収容される軸受と、
   前記筒部材収容部に収容され、前記水路に露出する露出部を有する周壁部と、前記露出部の内周側に前記水路から独立して配置され前記軸受を潤滑するためのオイルが流れる第一油路と、を有する筒部材と、
   を備えるベアリングハウジング。
2. 前記筒部材は、前記水路を貫通する請求項１に記載のベアリングハウジング。
3. 前記ハウジング本体は、前記筒部材収容部の下流端に連なり前記軸受に前記オイルを供給する第二油路を有する請求項１または請求項２に記載のベアリングハウジング。
4. 前記露出部を形成する材料の熱伝導率は、前記ハウジング本体を形成する材料の熱伝導率よりも、高い請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のベアリングハウジング。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のベアリングハウジングを備えるターボチャージャ。

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