JP4424874B2 - ターボチャージャの潤滑装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の過給のために使用されるターボチャージャに関し、特にターボチャージャが発生するエンジン冷間時の騒音の低減を可能とするターボチャージャの潤滑装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にエンジンにおいては、クランク軸やカム軸の軸受部或いはピストンや吸排気バルブの摺動部等の各部に潤滑油を供給する潤滑システムが設けられるが、ターボチャージャを備えたエンジンの場合には、上記のようなエンジン本体内の各部の潤滑に加えて、ターボチャージャの軸受に対する潤滑も必要となり、これをエンジン本体の潤滑システムで行うようになっている。
【０００３】
この種の潤滑システムにおいては、エンジンの暖機状態に応じて潤滑油圧が変動するという問題がある。つまりエンジン冷間時、潤滑油の温度が低い場合には、潤滑油の粘度が高いので温間時に比べ潤滑油圧が高くなる。
【０００４】
そこで特開平６−１５９０２９号公報では、上記のような温度による潤滑油の変動を考慮し、ターボチャージャが作動する過給領域ではターボチャージャの要求に応じた油圧とする一方、ターボチャージャが作動しない非過給領域では、潤滑油圧を過給領域での油圧よりも低い所定油圧に設定するようにしたエンジンの油圧制御装置を提案している。しかしながら、この従来技術では、ターボチャージャが作動する過給領域では、相変らず冷間時の潤滑油圧が高くなってしまうという問題がある。
【０００５】
一方、図７に示すように、ターボチャージャの低回転領域では、潤滑油が低油温、高油圧になるほど回転軸のアンバランスに起因する回転１次振動が大きくなる傾向がある。従って上記従来技術の手段では、ターボチャージャが作動する過給領域ではエンジン冷間時に潤滑油圧が高くなってしまうため、エンジン冷間時かつターボチャージャ低回転時においては回転１次振動が増大し、これに起因した騒音が悪化するという問題が発生する。
【０００６】
ところで、従来、高速軽荷重で回転する回転軸を支承する軸受としては、一般作業機械では傾斜パッド軸受が用いられ、自動車用などの小型のターボチャージャでは、例えば特開昭５６−１３８４２３号公報に開示されているような浮動ブッシュ軸受が用いられている。
この従来の浮動ブッシュ軸受は、図５に示される構造をしている。ターボチャージャのベアリングハウジング７１は、浮動ブッシュ軸受７２を介してシャフト７３を回転自在に支承している。また、２つの浮動ブッシュ軸受７２の間には中間スリーブ７４が配設されている。各浮動ブッシュ軸受７２には、複数の貫通孔７２ａが形成されており、ベアリングハウジング７１に設けられたオイル供給路７５を介して、図示しないオイル供給源から潤滑用オイルが供給される。
【０００７】
従って、浮動ブッシュ軸受７２と高速で回転するシャフト７３との間に形成された数十μｍの隙間にオイルが圧送されて、この隙間に油膜が形成されるので、シャフト７３は浮動ブッシュ軸受７２上に浮いた形で回転する。このとき、浮動ブッシュ軸受７２は油膜を介してシャフト７３の回転に引きずられ、シャフト７３の回転数に対して２０〜５０％の回転数でつれ回る。また、ベアリングハウジング７１と浮動ブッシュ軸受７２との隙間にも油膜が形成される。
この結果、浮動ブッシュ軸受７２とシャフト７３との摺動面の相対速度が低下し、また油膜によるダンパー効果によりシャフト７３のふれまわり制振されるので、安定して回転を受け持つことができる。
【０００８】
しかしながら、この従来技術の浮動ブッシュ軸受では、冷間時におけるシャフト（回転軸）の自励振動による騒音が顕在化することがある。ここで、図６に示す従来技術の浮動ブッシュ軸受で、冷間時に回転軸の自励振動による騒音が顕在化するメカニズムについて説明する。従来技術の浮動ブッシュ軸受では、浮動ブッシュ軸受７２の内外にオイル供給孔７５に連通した三日月状のリセス７５ａを介して潤滑用オイルが供給される。エンジンの温間時には、オイルの粘度が低く供給圧も低いため、浮動ブッシュ軸受７２全周に速やかに油膜が形成され、浮動ブッシュ軸受７２は油膜を介して回転軸（シャフト）７３の回転に引きずられ、回転軸７３の回転数に対して２０〜５０％の回転数でつれまわる。
【０００９】
ところが、エンジンの冷間時には、オイルの粘度が高く供給圧も高いため、リセス７５ａから供給されたオイルにより浮動ブッシュ軸受７２をリセス７５ａとは反対側の軸受面７１ａに押し付ける力が強くなり、それが抵抗となって浮動ブッシュ軸受７２の回転数が著しく低下する。この冷温間での浮動ブッシュ軸受７２の回転数差により、自励振動の発生周波数が大きく変化する。ここで、冷間時に自励振動が発生する周波数に車両の共振周波数帯が存在すると、温間時には自励振動による騒音が問題にならないような場合でも、冷間時には伝達系の共振により自励振動による振動、騒音が増幅され顕在化することとなる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
近年、自動車用のターボチャージャは高過給、高速化が進んでおり、その回転速度は２０〜３０万kmにまで達するようになっている。このターボチャージャの高過給、高速化に伴い、回転軸のアンバランスに起因する回転１次振動による騒音の低減も難しくなってきている。そこで、バランス修正の高精度化等によりこの問題に対応しているが、図７に示すように、ターボチャージャの低回転領域では、潤滑油が低油温、高油圧になるほど回転軸のアンバランスに起因する回転１次振動が大きくなる傾向があるため、従来技術の手段では温間時に問題にならないようなレベルにまでバランス修正を行った場合でも、冷間時には回転１次振動が増大し、これに起因した騒音が悪化することがしばしば起きる。
【００１１】
更に、このターボチャージャの高過給、高速化により、従来の浮動ブッシュ軸受では自励振動の発生を完全に防止することは難しくなっている。そのため、静粛性が求められる自動車用のターボチャージャでは、この自励振動による騒音が問題となってきている。そこで、軸受諸元の最適化などによりこの問題に対応しているが、自励振動の発生周波数はエンジンの冷温間で変化するため、例えば、温間時に問題にならないような場合でも、エンジンの冷間時には自励振動の発生振動数が車両の共振周波数と重なり、自励振動による騒音が顕在化することがしばしば起きる。
【００１２】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、エンジンの冷間時にターボチャージャが発生する騒音を低減できるターボチャージャの潤滑装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載のターボチャージャの潤滑装置を提供する。
請求項１に記載のターボチャージャの潤滑装置は、ターボチャージャの回転軸の軸受部である浮動ブッシュ軸受にハウジングのオイル供給孔を介して潤滑油を供給するターボチャージャ用給油通路に、ターボチャージャに供給される潤滑油の温度とターボチャージャの回転数によって制御される圧力調整弁を設置し、潤滑油の温度を検出する油温検出手段の出力が所定値より低いエンジンの冷間時において、ターボチャージャの回転数検出手段の出力が所定値より低いターボチャージャの低回転時には、コントローラが油温検出手段および回転数検出手段の出力に応じてターボチャージャに供給される潤滑油圧を低下させるよう圧力調整弁の開度を制御するようにしたものである。これにより、エンジン冷間時かつターボチャージャ低回転時において回転１次振動が増大し、これに起因した騒音が悪化するという問題は発生しない。
【００１４】
請求項２の該潤滑装置は、軸受部が浮動ブッシュ軸受で構成され、ハウジング内に形成されたオイル供給孔に連通して、ハウジング内周に形成された軸受面全周にオイル分配溝を設けたものであり、これにより、潤滑油の粘度が高く供給圧が高い冷間時においても、オイル供給孔から供給された潤滑油は、速やかにハウジング内周に形成された軸受面全周に設けられたオイル分配溝を通って浮動ブッシュ軸受全周に行き渡るため、潤滑油圧の偏在を低減し浮動ブッシュ軸受をハウジングの内周の一方に押し付けることが無くなる。その結果、冷間時に浮動ブッシュ軸受の回転数低下を防止して自励振動発生周波数の変化を低減し、自励振動に起因する騒音の顕在化を抑制可能となる。
【００１５】
請求項３の該潤滑装置は、軸受部が浮動ブッシュ軸受で構成され、ハウジング内に形成されたオイル供給孔に連通するように、浮動ブッシュ軸受の外周面全周にオイル分配溝を設けたものであり、これにより、潤滑油の粘度が高く供給圧が高い冷間時においても、オイル供給孔から供給された潤滑油は、速やかに浮動ブッシュ軸受外周面全周に設けられたオイル分配溝を通って浮動ブッシュ軸受全周に行き渡るため、請求項２の該潤滑装置と同様の効果を奏する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態のターボチャージャの潤滑装置について説明する。図１は、本発明のターボチャージャの潤滑装置の全体構成を示しており、ターボチャージャは、そのハウジング１内に形成された、タービン２を収容するタービン室２ａと、ブロワ３を収容するブロワ室３ａ、及びこのタービン室２ａとブロワ室３ａ間のハウジング１に形成された回転軸室４ａとを有している。このタービン２とブロワ３とを連結する回転軸４が回転軸室４ａに収容されている。従って、ターボチャージャは、エンジンからの排気ガスのエネルギによりタービン２が駆動され、このタービン２と一体的に回転するブロワ３によってエンジンに送る吸気を圧縮してエンジンに送給する。
【００１７】
図２に軸受部５Ａの要部断面を示すように、回転軸４の外周面周りの回転軸室４ａ内には、回転軸線Ｋ−Ｋ方向に離間して一対の浮動ブッシュ軸受５が配置されて軸受部５Ａを構成しており、回転軸４はこれらの浮動ブッシュ軸受５により回転軸線Ｋ−Ｋ回りに回転可能に支承される。ターボチャージャの軸受部５Ａである各浮動ブッシュ軸受５には、図示しないオイル供給源であるオイルポンプから潤滑用オイルが、ハウジング１内に形成されたオイル供給孔６を介して供給されるようになっている。
【００１８】
一方、エンジン（図示せず）には、その本体各部の各軸受部や摺動部等と、ターボチャージャの軸受部５Ａに潤滑用オイルを供給する潤滑システムが設けられている。この潤滑システムは、エンジンにより駆動されるオイルポンプ（図示せず）と、オイルポンプの吐出圧力を制御する吐出圧力制御弁（図示せず）と、このオイルポンプにより吐出された潤滑用オイルを供給する主給油通路（図示せず）とを有しており、この主給油通路から分岐してエンジンの本体各部の軸受部や摺動部及びターボチャージャ１の軸受部５Ａ等にオイルが導かれている。
【００１９】
ターボチャージャのハウジング１のオイル供給孔６には、主給油通路から分岐したターボチャージャ用給油通路７が接続されており、オイルポンプにより吐出された潤滑用オイルを、主給油通路から分岐し、絞り（図示せず）を介してターボチャージャ用給油通路７を通ってオイル供給孔６からターボチャージャの軸受部５Ａに供給している。
【００２０】
本発明のターボチャージャの潤滑装置においては、ターボチャージャ用給油通路７にターボチャージャに供給される潤滑用オイルの温度を検出する油温検出手段８を設置する。また、ターボチャージャには、その回転数を検出する回転数検出手段９が設けられる。油温検出手段８と回転数検出手段９からの出力はコントローラ１０に送られ、これらの出力に応じてコントローラ１０は、ターボチャージャ用給油通路７に設けられた圧力調整弁１１を制御する。
【００２１】
従って、本発明の上記構成によれば、油温検出手段８の出力が所定値より低いエンジン冷間時において、回転数検出手段９の出力が所定値より低いターボチャージャの低回転時には、コントローラ１０が油温検出手段８及び回転数検出手段９の出力に応じてターボチャージャに供給される潤滑用オイルの圧力を低下させるよう圧力調整弁１１の開度を予め定めたマップにより制御するため、エンジン冷間時かつターボチャージャ低回転時において、回転１次振動が増大し、これに起因した騒音が悪化するという問題は発生しない。
【００２２】
また、回転数検出手段９の出力が所定値より高い高回転時においては、潤滑必要油量が増加すると共に、油圧の上昇による回転１次振動の増大が無いため、圧力調整弁１１により潤滑油圧を低下させることはせず、潤滑必要油量を確保することができる。
次に油温検出手段８の出力が所定値より高いエンジン温間においては、潤滑油圧の上昇も無く回転１次振動も問題ないレベルであるので、圧力調整弁１１により潤滑油圧を低下させることはせず、潤滑必要油量を確保することができる。
【００２３】
また、図２，３に示されるように、本発明のターボチャージャの潤滑装置においては、ターボチャージャの軸受部５Ａにも改良を施している。図２は、ターボチャージャの軸受部の断面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ断面を示している。軸受部５Ａに配される浮動ブッシュ軸受５は、その外周面と回転軸室４ａの内周面間には僅かばかりの間隙が形成されており、またその内周面と回転軸４の外周面間にも僅かばかりの間隙が形成されている。これら浮動ブッシュ軸受５には、半径方向に延設された複数の貫通孔５ａがそれぞれ形成されている。したがって、ハウジング１のオイル供給孔６を介して図示しないオイルポンプから供給された潤滑用オイルは、浮動ブッシュ軸受５の内外に二つの油膜を形成し、浮動ブッシュ軸受５はハウジング１及び回転軸４に対して相対回転可能になっている。
【００２４】
ここで図６において上述したように、従来構造の軸受部では、エンジンの冷間時において、潤滑用オイルの粘度が高いため、オイル供給孔６（７５）から供給されたオイルにより浮動ブッシュ軸受５（７２）はオイル供給孔６（７５）と反対側の軸受面４ｂ（７１ａ）に押し付ける力が強くなり、それが抵抗となって浮動ブッシュ軸受５（７２）の回転数が著しく低下していた。
【００２５】
本発明においては、図２，３に示すように、浮動ブッシュ軸受５に潤滑用オイルを供給するオイル供給孔６に連通して、回転軸室４ａを形成しているハウジング１の内周面に形成された軸受面４ｂの全周に環状のオイル分配溝６ｂを設けている。このオイル分配溝６ｂは、浮動ブッシュ軸受５の複数の貫通孔５ａと向き合う位置に形成されている。
【００２６】
上記構成によれば、潤滑用オイルの粘度が高く供給圧が高いエンジン冷間時においても、ハウジング１のオイル供給孔６から供給されたオイルは、オイル分配溝６ｂを通って速やかに浮動ブッシュ軸受５の全周に行き渡るため、オイル圧の偏在を低減し浮動ブッシュ軸受５を回転軸室４ａの一方の軸受面４ｂに押し付けることが無くなる。その結果、冷間時に浮動ブッシュ軸受５の回転数低下を防止して自励振動発生周波数の変化を低減し、自励振動に起因する騒音の顕在化を抑制可能となる。
【００２７】
図４は、本発明のターボチャージャの潤滑装置の軸受部５Ａの別の実施形態を示している。上述した軸受部５Ａにおいては、ハウジング１の内周であって回転軸室４ａの軸受面４ｂの全周にオイル分配溝６ｂを設けた場合について説明したが、図４に示すように、浮動ブッシュ軸受５の外周面全周にオイル供給孔６に連通するように、オイル分配溝５ｂを設けても同様の効果が得られる。この場合、オイル分配溝５ｂは、オイル供給孔６と向き合う位置であって、複数の貫通孔５ａを連絡する形で浮動ブッシュ軸受５の外周面に環状に形成されている。この場合においては、図２，３に示された前述の実施形態に比べて、加工が容易であるというメリットがある。
また、軸受部５Ａを前述の２つの実施形態を組み合わせて、ハウジング１の内周の軸受面４ｂと浮動ブッシュ軸受５の外周面の両者の全周に、オイル供給孔６に連通するようにオイル分配溝６ｂ，５ｂを設けても同様の効果が得られる。
【００２８】
更に本発明においては、図１に示された実施形態のターボチャージャの潤滑装置に、図２，３又は図４に示された軸受部の構造を組み合わせることにより、エンジン冷間時における回転１次振動と自励振動に起因する騒音を防止できるターボチャージャを得ることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上本発明によれば、エンジンの冷間時かつターボチャージャの低回転時においては、コントローラが油温検出手段及び回転数検出手段の出力に応じてターボチャージャに供給される潤滑油圧を低下させるよう圧力調整弁の開度を制御するため、回転１次振動が増大し、これに起因した騒音が悪化するという問題は発生しない。
また、潤滑用オイルの粘度が高く供給圧が高い冷間時においても、オイル供給孔から供給されたオイルは、速やかにオイル分配溝を通って浮動ブッシュ軸受全周に行き渡るため、オイル圧の偏在を低減し浮動ブッシュ軸受を軸受面の一方に押し付けることが無くなる。その結果、冷間時に浮動ブッシュ軸受の回転数低下を防止して自励振動発生周波数の変化を低減し、自励振動に起因する騒音の顕在化を抑制可能となる。
従って、エンジン冷間時においても、ターボチャージャが発生する騒音が悪化しないターボチャージャを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のターボチャージャの潤滑装置の全体構成図である。
【図２】本発明の実施形態のターボチャージャの潤滑装置の軸受部の断面図である。
【図３】図２の軸受部の浮動ブッシュ軸受におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の別の実施形態の軸受部の浮動ブッシュ軸受における図３に相当する断面図である。
【図５】従来技術におけるターボチャージャの軸受部の断面図である。
【図６】従来技術における軸受部の浮動ブッシュ軸受の断面図である。
【図７】ターボチャージャ低回転時の油温、油圧による回転１次振動の変化を示す概念図である。
【符号の説明】
１…ハウジング
２…タービン
３…ブロワ
４…回転軸
４ａ…回転軸室
４ｂ…軸受面
５…浮動ブッシュ軸受
５ａ…貫通孔
５ｂ…オイル分配溝
６…オイル供給孔
６ｂ…オイル分配溝
７…ターボチャージャ用給油通路
８…油温検出手段
９…回転数検出手段
１０…コントローラ
１１…圧力調整弁

Claims (3)

1. ターボチャージャのコンプレッサとタービンとを連結する回転軸と、該回転軸を囲むハウジングとの間に設けられ、浮動ブッシュ軸受で構成された軸受部と、
   エンジンにより駆動されるオイルポンプと、
   該オイルポンプにより吐出された潤滑油を各潤滑部位に供給する主給油通路と、
   該主給油通路から分岐し、潤滑油をターボチャージャの該軸受部に供給するターボチャージャ用給油通路と、
   前記ハウジング内に形成され、前記ターボチャージャ用給油通路を通って該浮動ブッシュ軸受に径方向１側より潤滑油を供給するオイル供給孔と、
   を有するターボチャージャの潤滑装置において、
   ターボチャージャに供給される潤滑油の温度を検出する油温検出手段とターボチャージャの回転数を検出する回転数検出手段との出力に応じて、ターボチャージャの前記軸受部に供給される潤滑油の圧力をコントローラにより制御する圧力調整弁を、前記ターボチャージャ用給油通路に設置し、
   前記油温検出手段の出力が所定値より低い冷間時であり、且つ前記回転数検出手段の出力が所定値より低いターボチャージャの低回転時には、ターボチャージャに供給される潤滑油圧を低下させるよう前記圧力調整弁の開度を制御するようにしたことを特徴とするターボチャージャの潤滑装置。
2. 前記オイル供給孔に連通して、ハウジング内周に形成された軸受面全周にオイル分配溝を設けたことを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャの潤滑装置。
3. 前記オイル供給孔に連通するように、前記浮動ブッシュ軸受の外周面全周にオイル分配溝を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のターボチャージャの潤滑装置。

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