JP4239536B2 - ターボチャージャ用軸受装置 - Google Patents

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    • F16C2360/23Gas turbine engines
    • F16C2360/24Turbochargers

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車用エンジンの出力を向上させるためのターボチャージャに組み込まれ、エアコンプレッサのインペラとタービンとを接続する回転軸をオイルダンパに対して回転自在に支持する玉軸受を用いたターボチャージャ用軸受装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、排気ガスでタービンを回し、タービンにてインペラを回転させてエアコンプレッサを駆動し、エンジンに供給される空気を圧縮して供給量を増大させ、それに応じて多量の燃料を燃やしてパワーを上げるターボチャージャが広く使用されている。
【0003】
タービンとエアコンプレッサのインペラを接続する回転軸は、タービン側ならびにエアコンプレッサ側にそれぞれ設けた玉軸受にて、オイルダンパに対して回転自在に支持されている。
【0004】
回転軸は高速回転し、エンジンの運転状況に応じて回転速度が頻繁に変化する。このため、回転軸はオイルダンパに対し、小さな回転抵抗で支持され、支持部の潤滑を十分に考慮する必要がある。そこで、回転軸を支持する玉軸受には、潤滑油が供給される。一例として、温度上昇が著しく潤滑条件の厳しいタービン側の玉軸受には、当該玉軸受の側方にある間座のノズルから、玉軸受に対して潤滑油が吐出される。また、エアコンプレッサ側の玉軸受には、タービン側の玉軸受に入りきれなかった潤滑油が、自然に流れ込むことにより、玉軸受が潤滑される。
【0005】
しかし、タービン側の玉軸受において、ノズルから吐出された潤滑油が、高速回転している玉軸受にて跳ね飛ばされ、玉軸受を潤滑することなく周囲に飛散してしまうという問題があった。
【0006】
また、エアコンプレッサ側の玉軸受には、タービン側の玉軸受に入りきれなかった潤滑油が、自然に流れ込むのに任せているため、十分な潤滑油が供給されないという問題があった。
【0007】
特に、潤滑油の油量が乏しい場合や、玉軸受の回転速度に対して潤滑油の吐出圧が低い場合に、玉軸受が潤滑不良を起こし、玉が内外輪の軌道に焼き付く恐れがあった。
【0008】
そこで、タービン側の玉軸受の外輪に給油孔を設け、当該給油孔から潤滑油を玉軸受内部に供給するようにしたターボチャージャ用軸受装置がある(例えば、特許文献1参照。)。
【0009】
【特許文献1】
特開2002−54451号公報(図1)
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献1に記載のターボチャージャ用軸受装置の場合、給油孔から吐出された潤滑油は、外輪の内周面と保持器の外周面との摺接部に供給され、保持器が外輪に焼き付くのを防止するものであり、直接、玉に潤滑油が供給されて玉が軌道に焼き付くのを防止するものではなく、玉の焼付きを確実に防ぐことはできなかった。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るターボチャージャ用軸受装置は、ターボチャージャのタービンとエアコンプレッサを接続する回転軸を、前記タービン側ならびに前記エアコンプレッサ側にそれぞれ設けた一対の玉軸受を用いてオイルダンパに対して回転自在に支持させてなるターボチャージャ用軸受装置であって、前記一対の玉軸受はいずれも、外周面に内輪軌道を有した内輪と、前記内輪と同心に配置され内周面に外輪軌道を有しかつ内周面の軸方向片側にカウンタボアを有した外輪と、前記内輪軌道と前記外輪軌道に沿って転動自在に設けた複数の玉と、前記内外輪間に配置され前記各玉を収納可能なポケットを有したもみ抜き型の保持器とを含み、前記外輪のカウンタボア部分において、前記玉と前記保持器のポケットの間に形成される隙間に臨む潤滑油供給孔を、前記外輪の外周面から内周面に渡って貫通して設けており、前記内輪は、前記回転軸にそれぞれ外嵌装着され、且つ、前記外輪は前記オイルダンパにそれぞれ内嵌装着され、前記外輪の潤滑油供給孔に、前記オイルダンパに形成した給油孔から潤滑油がそれぞれ供給されるとともに、前記タービン側の玉軸受は、内輪の軸方向両側の肩部の外周面に、該内輪の回転方向に沿って軸方向外側へ傾斜した溝が該溝に入り込んだ潤滑油を内輪の回転に伴い前記タービン側に流すように形成されており、前記エアコンプレッサ側の玉軸受は、内輪の軸方向両側の肩部の外周面に、該内輪の回転方向に沿って軸方向外側へ傾斜した溝が該溝に入り込んだ潤滑油を内輪の回転に伴い前記エアコンプレッサ側に流すように形成されている。
【0015】
外輪に形成される潤滑油供給孔の個数や設置個所は、特に限定されるものではなく、少なくとも1個設けられていればよく、複数設ける場合には、例えば、外輪の周方向等間隔に形成するものが挙げられる。
【0016】
本発明の玉軸受によると、外輪にカウンタボアが形成されており、外輪の内周面と保持器の外周面との間において玉が露出する。また、保持器はもみ抜き型であり、玉と保持器のポケットの間に隙間が形成される。よって、外輪のカウンタボア部分において、玉と保持器のポケットの間に形成される隙間に臨む潤滑油供給孔を形成することにより、潤滑油が当該潤滑油供給孔を介して、玉の露出面に供給される。潤滑油が、直接、玉に供給されることで、玉が内外輪の軌道に焼き付くのを確実に防止できる。
【0017】
外輪に潤滑油供給孔を貫通して設けるだけの簡単な構造により、玉の焼付きを確実に防止でき、部品点数が増大せず、コストの低減が図れる。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明に係る玉軸受の実施形態を図5、図6、図7に示す。図1に示されるターボチャージャ、および、図2,図4に示されるターボチャージャの軸受装置部分は本発明に係る玉軸受を用いることもできるが、図面の図3に参考例の実施例として示す玉軸受を用いるものとして以下、説明する。
【0019】
図1はターボチャージャの断面図、図2はターボチャージャの軸受装置部分の断面図、図3はターボチャージャの軸受装置に用いる玉軸受の断面図である。
【0020】
なお、図1,2において、図の左側がタービン、右側がエアコンプレッサである。
【0021】
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。回転軸2の回転は、他端に固定したエアコンプレッサのインペラ4に伝わり、インペラ4が給気流路5内で回転する。この結果、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エンジンのシリンダ室に送り込まれる。
【0022】
回転軸2は、タービン側ならびにエアコンプレッサ側にそれぞれ設けた玉軸受7,8にて、オイルダンパ6に対して回転自在に支持されている。すなわち、オイルダンパ6の内側に、回転軸2が玉軸受7,8にて回転自在に支持される。
【0023】
エアコンプレッサ側に配置する玉軸受8は、図3に示すようなアンギュラ玉軸受にて構成されている。すなわち、外周面に内輪軌道12を有する内輪11と、内周面に外輪軌道14を有し、かつ、内周面の軸方向片側の肩部をなくしてなるカウンタボア15を有した外輪13と、内輪軌道12と外輪軌道14の間に転動自在に介装した複数の玉16と、玉16を収納可能なポケット18を有したもみ抜き型の環状の保持器17とからなる。
【0024】
カウンタボア15は、径方向に段差を有して形成した外輪軌道14側の第1面15aと軸方向端部側の第2面15bとからなり、第1面15aと第2面15bの間にはテーパ15cが形成されている。第1面15aは外輪13における玉16の係り代に相当する部分で、第1面15aの内径は玉16が外接する外輪軌道14の円軌跡径よりもわずかに小さく形成されており、玉16の抜け出しを防止している。
【0025】
さらに、外輪13のカウンタボア15の第1面15aにおいて、玉16と保持器17のポケット18の間に形成される隙間Sに臨む潤滑油供給孔19が、外輪13の外周面から内周面に渡って貫通して、周方向一箇所に形成されている。
【0026】
タービン側に配置する玉軸受7は、図3に示した玉軸受と同様の構成部材からなり、かつ、軸方向に対称に形成されたアンギュラ玉軸受にて構成されている。なお、玉軸受7は潤滑油供給孔19を有していない。
【0027】
玉軸受7,8は、それぞれ内輪11を回転軸2の両端に外嵌固定すると共に、外輪13をオイルダンパ6の両端に内嵌して設けられ、玉軸受7,8にて回転軸2をオイルダンパ6に対して回転自在に支持する。玉軸受8は、外輪13のカウンタボア15がエアコンプレッサ側に配置された状態で装着される。
【0028】
両玉軸受7,8の互いに対向する端面には、間座22,22が突合せられ、両間座22,22の間に圧縮ばね21が介装され、外輪13,13が互いに離れる方向に付勢されている。
【0029】
タービン側の玉軸受7の側方にある間座22には、玉軸受7に対して潤滑油を吐出するノズル27が設けられている。
【0030】
オイルダンパ6におけるエアコンプレッサ側の玉軸受8が配置される部位には、給油孔26が内外周面に貫通して設けられている。玉軸受8は、潤滑油供給孔19を給油孔26に合致させて、オイルダンパ6に内嵌装着される。
【0031】
オイルダンパ6を収納したケーシング23には、潤滑油Oを注入するための給油路24が設けられ、両玉軸受7,8を潤滑自在としている。すなわち、ターボチャージャを装着したエンジンの運転時に、潤滑油Oは、給油路24を通ってケーシング23の内周面とオイルダンパ6の外周面との間の溝25に導かれる。オイルダンパ6は、潤滑油Oの油膜中にて浮いた状態となり、ダンパ押え29にて固定されている。
【0032】
溝25に導かれた潤滑油Oは、オイルダンパ6に形成したタービン側の給油孔26を通り、間座22のノズル27から、所定の吐出圧でもって、玉軸受7の内輪11の外周面に対して吐出され、玉軸受7をオイルジェット潤滑する。
【0033】
さらに、エアコンプレッサ側の給油孔26を通り、玉軸受8の潤滑油供給孔19を介して、所定の吐出圧でもって、玉軸受8内部に供給される。潤滑油供給孔19は、玉16と保持器17のポケット18の間に形成される隙間Sに臨んでおり、潤滑油Oは玉軸受8の玉16に、直接、吐出される。
【0034】
両玉軸受7,8に吐出された潤滑油Oは、排出口28から排出される。
【0035】
本発明のエアコンプレッサ側の玉軸受8によると、外輪13にカウンタボア15が形成されており、外輪13の内周面と保持器17の外周面との間において玉16が露出する。また、保持器17はもみ抜き型であり、玉16と保持器17のポケット18の間に隙間Sが形成される。よって、外輪13のカウンタボア15部分において、玉16と保持器17のポケット18の間に形成される隙間Sに臨む潤滑油供給孔19を形成することにより、潤滑油Oが当該潤滑油供給孔19を介して、玉16の露出面に供給される。潤滑油Oが、直接、玉16に供給されることで、玉16の転動に伴って、玉16に付着した潤滑油Oが内外輪11,13の軌道12,14に付着し、玉16が軌道12,14に焼き付くのを確実に防止できる。
【0036】
また、外輪13に潤滑油供給孔19を貫通して設けるだけの簡単な構造により、玉16の焼付きを確実に防止でき、部品点数が増大せず、コストの低減が図れる。
【0037】
また、潤滑油供給孔19は、カウンタボア15のうち、玉16に近接した内径側に位置する第1面15aに形成されており、潤滑油供給孔19から吐出された潤滑油Oが周囲に飛散することなく、玉16の露出面に効率的に供給される。
【0038】
さらに、カウンタボア15は、玉16の係り代に相当する第1面15aと、テーパ15cを介して外径側に切り込んでなる第2面15bとからなり、玉16の抜け出しを防止すると共に、玉軸受8の組立作業も円滑に行える。しかも、第2面15bは外径側に位置しており、保持器17との間の隙間が大きくなり、潤滑油Oの導入ならびに排出が容易に行える。
【0039】
上記実施例では、外輪13に形成される潤滑油供給孔19の個数1個であったが、外輪13の周方向等間隔に複数個、例えば、外輪13の対向位置に2個形成してもよく、このように等間隔に複数個形成することで、潤滑油Oがより一層効率良く、かつ、均一に内外輪11,13の軌道12,14に供給され、玉16の焼き付きを確実に防止できる。
【0040】
なお、外輪13のカウンタボア15は、径方向に段差を有した第1面15aと第2面15bとからなる形状に限らず、段差を有しない面一なカウンタボアであって、隙間Sに臨む位置に潤滑油供給孔19を形成したものであってもよい。
【0041】
本発明の他の実施形態を図4を用いて説明する。
【0042】
この実施形態は、タービン側の玉軸受7ならびにエアコンプレッサ側の玉軸受8に、図3に示すような、外輪13に潤滑油供給孔19を有したアンギュラ玉軸受を設けたものである。
【0043】
オイルダンパ6における両玉軸受7,8が配置される部位には、給油孔26が内外周面に貫通して設けられている。各玉軸受7,8は、潤滑油供給孔19を給油孔26に合致させて、オイルダンパ6に内嵌装着される。
【0044】
ケーシング23の給油路24に注入された潤滑油Oは、タービン側ならびにエアコンプレッサ側の給油孔26を通り、各玉軸受7,8の潤滑油供給孔19を介して、所定の吐出圧でもって、玉軸受7,8内部に供給される。潤滑油供給孔19は、玉16と保持器17のポケット18の間に形成される隙間Sに臨んでおり、潤滑油Oは玉16に直接吐出され、両玉軸受7,8において、玉16が軌道12,14に焼き付くのを確実に防止できる。
【0045】
両玉軸受7,8において、図3に示した共通の玉軸受を、左右対称に配置して用いることができ、ターボチャージャ用軸受装置における、より一層のコストの低減が図れる。
【0046】
図5および図6に、本発明の実施形態である玉軸受7,8に内輪11を示す。
【0047】
内輪11の軸方向両側の肩部31,32の外周面に、溝33が形成されている。
【0048】
溝33は、タービン3のペラによって決まる回転軸2の回転方向に沿う方向に傾斜して形成されていればよく、例えば、内輪11の外周面に対して直線状に形成した傾斜溝や、螺旋溝とする。
【0049】
すなわち、タービン側の玉軸受7ではタービン側に、エアコンプレッサ側の玉軸受8ではエアコンプレッサ側に、それぞれ潤滑油Oが流れる方向に傾斜して溝33が形成されている。内輪11に溝33を形成する軸受は、玉軸受7,8の一方または両方のいずれであってもよい。
【0050】
図5および図6は、エアコンプレッサ側の玉軸受8における内輪11を示しており、溝33は回転軸2の回転方向(矢印R方向)に沿い、かつ、図の右側に位置したエアコンプレッサ側に潤滑油Oが流れるように傾斜している。
【0051】
タービン側の玉軸受7における内輪11においては、溝33は図5および図6とは逆向きに傾斜している。
【0052】
このように、内輪11に溝33を形成したことにより、回転軸2の回転に伴い、玉軸受7,8に供給された潤滑油Oが溝33内に入り込み、溝33に沿って移動して内輪11の端部より、玉軸受7,8の外部に排出される。ターボチャージャ等の高速回転で使用される軸受においては、軸受に供給された潤滑油が攪拌抵抗となるが、潤滑油Oが強制的に素早く排出されることで、玉軸受7,8内部に滞留する潤滑油Oが減少し、攪拌抵抗が減少する。よって、玉軸受7,8のトルクが低減し、軸受効率が向上する。
【0053】
図7に、玉軸受8の変形例を示す。なお、玉軸受7においても同様である。
【0054】
この例の玉軸受8は、内輪11が、外周面の方部を残してなる形状、すなわちカウンタボアを有していない形状としたアンギュラ玉軸受であり、その他の部分は、図3に示した例と同様である。さらに、内輪11の軸方向両側の肩部31,32の外周面に、図5および図6に示した溝を形成している
【0055】
【発明の効果】
本発明の玉軸受とそれを用いたターボチャージャ用軸受装置によると、外輪のカウンタボア部分において、玉と保持器のポケットの間に形成される隙間に臨む潤滑油供給孔を形成したことにより、潤滑油が当該潤滑油供給孔を介して、玉の露出面に直接供給され、玉が内外輪の軌道に焼き付くのを確実に防止できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態におけるターボチャージャの断面図
【図2】図1のターボチャージャにおける軸受装置部分の断面図
【図3】図1のターボチャージャの軸受装置に用いる参考例の玉軸受の断面図
【図4】本発明の他の実施形態におけるターボチャージャの軸受装置部分の断面図
【図5】本発明の実施形態の玉軸受に用いる内輪の側面図
【図6】本発明の実施形態の玉軸受に用いる内輪の斜視図
【図7】本発明の玉軸受の変形例の断面図
【符号の説明】
6 オイルダンパ
7,8 玉軸受
11 内輪
13 外輪
15 カウンタボア
16 玉
17 保持器
18 ポケット
19 潤滑油供給孔

Claims (1)

  1. ターボチャージャのタービンとエアコンプレッサを接続する回転軸を、前記タービン側ならびに前記エアコンプレッサ側にそれぞれ設けた一対の玉軸受を用いてオイルダンパに対して回転自在に支持させてなるターボチャージャ用軸受装置であって、
    前記一対の玉軸受はいずれも、外周面に内輪軌道を有した内輪と、
    前記内輪と同心に配置され内周面に外輪軌道を有しかつ内周面の軸方向片側にカウンタボアを有した外輪と、
    前記内輪軌道と前記外輪軌道に沿って転動自在に設けた複数の玉と、
    前記内外輪間に配置され前記各玉を収納可能なポケットを有したもみ抜き型の保持器とを含み、
    前記外輪のカウンタボア部分において、前記玉と前記保持器のポケットの間に形成される隙間に臨む潤滑油供給孔を、前記外輪の外周面から内周面に渡って貫通して設けており、
    前記内輪は、前記回転軸にそれぞれ外嵌装着され、且つ、前記外輪は前記オイルダンパにそれぞれ内嵌装着され、
    前記外輪の潤滑油供給孔に、前記オイルダンパに形成した給油孔から潤滑油がそれぞれ供給されるとともに、
    前記タービン側の玉軸受は、内輪の軸方向両側の肩部の外周面に、該内輪の回転方向に沿って軸方向外側へ傾斜した溝が該溝に入り込んだ潤滑油を内輪の回転に伴い前記タービン側に流すように形成されており、
    前記エアコンプレッサ側の玉軸受は、内輪の軸方向両側の肩部の外周面に、該内輪の回転方向に沿って軸方向外側へ傾斜した溝が該溝に入り込んだ潤滑油を内輪の回転に伴い前記エアコンプレッサ側に流すように形成されている、ことを特徴とするターボチャージャ用軸受装置。
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