JPH08121185A - 高速シャフト用ジャーナルベアリング - Google Patents

高速シャフト用ジャーナルベアリング

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JPH08121185A
JPH08121185A JP7258761A JP25876195A JPH08121185A JP H08121185 A JPH08121185 A JP H08121185A JP 7258761 A JP7258761 A JP 7258761A JP 25876195 A JP25876195 A JP 25876195A JP H08121185 A JPH08121185 A JP H08121185A
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JP
Japan
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bearing
lubrication passage
passage
journal
stationary housing
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JP7258761A
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Paul W Reisdorf
ダブリュー ライスドーフ ポール
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Caterpillar Inc
Original Assignee
Caterpillar Inc
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Publication date
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/056—Bearings
    • F04D29/057—Bearings hydrostatic; hydrodynamic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D25/164—Flexible supports; Vibration damping means associated with the bearing
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ターボチャージャに用いるためのジャーナル
ベアリングの提供。 【解決手段】 このジャーナルベアリングは、シャフト
１０２とハウジングとの間で回転可能な自由フローティ
ングブッシュ１０６を含んでいる。一実施例において、
単一のオイル給送通路１０８がハウジング内において所
定の角度で設けられ、複数の半径方向に配置されたオイ
ル供給通路１１０が、自由フローティングブッシュ内に
設けられている。ブッシュ通路１０８に対するハウジン
グ通路１１０の角度は、通路間のオイルの流れが、角運
動量をシャフトの回転の反対方向にブッシュに与え、ブ
ッシュの回転速度を遅くするような角度である。或い
は、ハウジング通路が半径方向に配置され、ブッシュ通
路は、角運動量をシャフトの回転方向と反対方向にフロ
ーティングブッシュに与えるようにハウジング通路に対
して所定の角度で傾斜していればよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的に、ジャーナル
ベアリングに関する。より詳細には、本発明は、ターボ
チャージャーの高速シャフトに用いる動液圧的ジャーナ
ルベアリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】ターボチャージャー、補助動力ユニッ
ト、或いは小型ガスタービンエンジンのような、高速シ
ャフトを有するベアリングの用途において、シャフトと
ベアリングハウジングの間にはフローティングブッシュ
が設けられている。加圧状態でフローティングブッシュ
とシャフトに送られた潤滑流体は、ブッシュ／シャフト
及びブッシュ／ハウジングのインターフェイスにおいて
動液圧的．ィルムを作り出し、シャフトの動きを制御す
るのに必要な減衰を行なう。ブッシュとシャフトとの間
に小さな半径方向の間隙が存在するために、粘性抵抗が
角運動量をフローティングブッシュに与え、シャフトと
ともにフローティングブッシュを回転させようとする。
シャフト／ブッシュ、ブッシュ／ハウジングのインター
フェイスでの摩耗を最適にするためには、フローティン
グブッシュに対してある程度の回転が望ましいが、高速
シャフトの用途において、フローティングブッシュの回
転速度は、粘性抵抗効果のためにシャフトの回転速度に
近づく傾向にある。フローティングブッシュの速度が速
いと、シャフト運動の減衰と制御が失われることにな
り、結果的には、ブッシュ／シャフトインターフェイス
での摩耗が増大することになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】シャフトの回転速度か
らブッシュの回転速度を減ずる、高速シャフトに用いる
自由フローティングブッシュ構造が必要とされる。この
ようなブッシュ構造は、特にターボチャージャーに用い
られ、好ましくは、シャフト運動の減衰及び制御を維持
しながら、ブッシュ／シャフト、又はブッシュ／ハウジ
ングインターフェイスでの摩耗を増大させることなく、
ブッシュの回転速度を減少させなければならない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の一実施例に関し
て、ハウジング、該ハウジング内において第一方向に回
転可能なシャフト、ハウジングとシャフトとの間に回転
可能に配置されたベアリングジャーナル、ハウジング内
に配置された第一潤滑通路、潤滑オイルをベアリングジ
ャーナルに供給する第一潤滑通路、潤滑オイルを第一潤
滑通路から受け取って、この潤滑オイルをシャフトに供
給する、ベアリングジャーナル内に配置された第二潤滑
通路とからなるジャーナルベアリングを開示する。この
ジャーナルベアリングにおいて、第一潤滑通路と第二潤
滑通路は、第一回転方向と反対方向に、角運動量をベア
リングジャーナルに与えるように互いに方向づけられて
いる。本発明の他の実施例に従って、コンプレッサ部
分、サンプ部分及びタービン部分を備えるハウジング、
コンプレッサ部分内に回転可能に配置されたコンプレッ
サ、タービン部分に回転可能に配置されたタービン、サ
ンプ部分内において第一回転方向に回転可能に配置され
た、コンプレッサをタービンに接続するシャフトとを含
むターボチャージャー組立体を開示する。第一及び第二
のベアリングジャーナルは、サンプ部分とシャフトとの
間に回転可能に配置されている。サンプ部分と第一及び
第二ベアリングジャーナルは、第一回転方向と反対方向
に角運動量を第一及び第二ベアリングジャーナルに対し
て与えるように、互いに方向づけられた潤滑通路を有し
ている。
【０００５】
【実施例】図１を参照すると、ターボチャージャー組立
体２０が示されている。ターボチャージャ組立体２０
は、圧縮ピストン２４、サンプ部分２６、タービン部分
２８を備える静止ハウジング２２を含んでいる。コンプ
レッサ３０は、コンプレッサ部分２４内で回転し、単一
の遠心コンプレッサ、即ちハブ３４と一体となっている
ブレード３２を含むインペラであるのが好ましい。ター
ボチャージャー入口空気は、入口３６を通って、コンプ
レッサ３０内に入り、スクロール通路３８内に押し出さ
れる。スクロール通路３８は、特定の好ましい実施例に
おけるディーゼルエンジン（図示せず）において、内燃
機関の入口と連通している。タービン４０は、タービン
部分２８内で回転し、ハブ４４と一体となっているブレ
ード４２を含む単一の半径流タービンであるのが好まし
い。高圧排気ガスは、スクロール通路４６から入口４５
でタービン４０内に入る。スクロール通路４６は、内燃
機関の高圧排気源と連通する。高圧排気ガスは、タービ
ン４０によって膨張し、コンプレッサ３０を駆動するの
に必要な作業を引き出すようにする。次いで、膨張した
排気ガスが、低圧点まで出口４８で内燃機関の排気シス
テム内に排気される。
【０００６】コンプレッサ３０は、タービン４０によっ
てメインシャフト５０を介して駆動される。シャフト５
０は、タービン４０と一体であり、タービン４０のハブ
４４からコンプレッサ３０のハブ３４内にまで延びる。
ファスナー５２とスプライン５４は、コンプレッサ３０
をシャフト５０に固定的に取り付け、ターボチャージャ
ー２０の回転組立体５６を形成する。回転組立体５６
は、ハウジング２２内で、一般的に１００、０００ｒｐ
ｍか、それ以上の範囲内の高速で回転する。このような
高速のために、回転組立体５６は、ターボチャージャー
２０内での組み立て前に、シャフトの動力を最小にする
ように静的にかつ動的に均衡が保たれる。しかしなが
ら、機械公差と組立スタックとのために、回転組立体５
６に対して完全な均衡を容易に得ることができない。そ
の代わりに、流体力学的ベアリング５８、６０が、ベア
リング５８、６０のいずれかの端部から片持ち梁的に支
持されたコンプレッサ３０、タービン４０をそれぞれ支
持する。ベアリング５８、６０は、設計において同一で
あり、以後、互いに交換可能とする。コンプレッサ３０
とタービン４０を片持ち梁的に支持した取り付けによっ
て、単一のサンプを有するコンパクトな設計となるが、
ベアリング５８、６０によって調節されるべきシャフト
の運動量を増大させる。このために、シャフトの運動の
減衰を維持し、ターボチャージャー２０の作動の間、ベ
アリング５８、６０によって生じた摩耗量を最小にする
ことが重要である。
【０００７】図２を参照すると、本発明は、シャフト運
動の減衰を維持し、シャフト５０に対するブッシュ６２
の速度を制御することによってベアリング５８、６０の
摩耗を減少させる。図１を再び参照すると、潤滑流体、
即ち本実施例においては従来のエンジンオイルが、主通
路６４によってベアリング５８、６０に供給される。通
路６４は、分離したソース、好ましい実施例においては
エンジンオイルシステム（図示せず）から加圧状態でオ
イルを受け取る。通路６６、６８は、ベアリング５８、
６０のそれぞれに対応した別個の通路７０、７２にオイ
ルを連通する。図２において、オイルを加圧状態で、所
定の角度で、即ちブッシュ６２の給送通路７６の方向に
与えるように、通路７２は、ハウジング２２内のサンプ
部分２６内において、シャフト５０とブッシュ６２の回
転方向の反対方向に傾斜する。給送通路７６は、ブッシ
ュ６２内において半径方向に配置されており、オイルを
更にシャフト５０に連通する。公知のように、所定の小
さな半径方向の間隙がブッシュ／ハウジングインターフ
ェイス（７８に示す）とブッシュ／シャフトインターフ
ェイス（８０に示す）に設けられている。一般的に小さ
な半径方向の間隙は、ブッシュ６２の直径の関数であ
り、ブッシュ直径２５．４ミリメートル（１インチ）に
つき約０．０２５ミリメートルから０．０７６ミリメー
トル（０．００１インチ乃至０．００３インチ）の範囲
である。この特定の実施例において、ベアリング５８、
６０は、それぞれ直径において約２５．４ミリメートル
（１インチ）であり、このためにインターフェイス７８
と８０のそれぞれにおいて、公称半径方向の間隙は、
０．０５ミリメートル（０．００２インチ）となる。
【０００８】ブッシュ６２は、シャフト５０とハウジン
グ２２の間を自由に回転するので、矢印５１に示した方
向のシャフト５０の回転（逆時計回り）は、このような
小さな半径方向の間隙のために生じるオイルの粘性抵抗
効果のために角運動量を同じ方向に与える。このような
ターボチャージャーのシャフトの速い速度で、通路７６
が連続して通路７２からオイルを受け取り、オイルをシ
ャフト５０のまわりに均等に分配するためには、ある程
度ブッシュ６２が回転するのが好ましいが、ブッシュ６
２の回転速度はシャフトの速度に近づく。このようにブ
ッシュが高速となるために、オイルフィルムの厚さは、
ブッシュ／ハンウジングインターフェイス７８で減少
し、オイルフィルムによって与えられた流体力学的効果
が対応して損失することになる。フローティングブッシ
ュによって与えられた減衰は、このように減少し、シャ
フトの運動は増大する。更に、摩耗がブッシュ／ハウジ
ングインターフェイス７８で増大する。本発明は、通路
７２によって給送されたオイルが、矢印６３の方向（時
計まわり）に示したようにシャフト５０とブッシュ６２
の回転方向と反対方向にブッシュ６２に角運動量を与え
るように、通路７６、７２を方向づけることによってブ
ッシュ６２の回転速度を制御する。結果として、ブッシ
ュの速度は、シャフト速度に満たない速度に制御され
る。例えば、図２に示した特定の好ましい実施例におい
て、ブッシュ６２の回転速度は、シャフト５０の回転速
度のほぼ５０％、即ち半分に制御される。ブッシュ速度
が減少するために、オイルフィルムの厚さは、ブッシュ
／ハウジングインターフェイス７８で維持され、シャフ
ト運動の減衰と制御を維持する。更に、ブッシュ／ハウ
ジングインターフェイス７８とシャフト／ブッシュイン
ターフェイス８０との間に摩耗がほぼ等しく割当られ、
ベアリング６０の全体の寿命を長くする。
【０００９】図２において、ブッシュ６２は、互いに等
間隔離れた３つの通路７６を有している。しかしなが
ら、シャフト５０の回転と回転組立体５６の振動共振モ
ードとに従って、通路の特定数を変えることができる。
同様にハウジング２２のサンプ部分２６は、単一の通路
７２を有して示されている。しかしながら、シャフト５
０の速度と回転組立体５６の振動共振モードによって、
２個、またはそれ以上の通路７２とすることもできる。
図３を参照すると、他のベアリング構造１００がシャフ
ト５０と同様な高速シャフト１０２を用いて示されてい
る。図２において、ベアリング構造１００は、サンプ部
分２６と同様なサンプ部分１０４と、ブッシュ６２と同
様なフローティングブッシュ１０６とを含んでいる。通
路１０８は、サンプ部分１０４内において半径方向に配
置されており、高圧源からのオイルをブッシュ１０６に
連通する。ブッシュ１０６の通路１１０は、シャフト１
０２とブッシュ１０６の回転方向に傾斜しており、矢印
１１２（逆時計回り）に示した方向、即ち、矢印１１４
の方向によって示したようにシャフト１０２とブッシュ
１０６の回転方向（時計回り）の反対方向にブッシュ１
０６に対して角運動量をあたえる。
【００１０】図４に示したように、他のベアリング構造
１２０が、シャフト５０に類似した高速シャフト１２２
を用いて示されている。ベアリング構造１２０は、図
２、図３に示した傾斜通路を組み合わせて、ブッシュ１
２４に対して回転しないようにする。詳細には、通路１
２６は、ハウジング１２４において、矢印１２３の方向
に示したように（時計まわり）、シャフト１２２とブッ
シュ１２４の回転方向に傾斜し、通路１２８は、シャフ
ト１２２とブッシュ１２４の回転方向と反対方向に、ハ
ウジング部分１３０内において傾斜する。この結果、加
圧状態で、通路１２８によって通路１２６に給送された
オイルは、矢印１３１によって示された方向に、即ちシ
ャフト１２２とブッシュ１２４の回転方向と反対方向に
増大した角運動量をブッシュ１２４に与えることにな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に従ったターボチャージャー
組立体の断面図である。
【図２】矢印の方向に線２─２に沿って切り取られた図
１のターボチャージャー組立体のベアリングの断面図で
ある。
【図３】図１のターボチャージャー組立体の他のベアリ
ングの断面図である。
【図４】図１のターボチャージャー組立体の第二の別の
ベアリングの断面図である。
【符号】 ２０ ターボチャージャー組立体 ２２ 静止ハウジング ２４ 圧縮ピストン ２６ サンプ部分 ２８ タービン部分 ３０ コンプレッサ ３８ スクロール通路 ４０ タービン ４４ ハブ ５０ メインシャフト ５６ 回転組立体 ５８、６０ ベアリング ６２ ブッシュ ６６、６８ 通路 ７２、７６ 通路

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 静止ハウジングと、 該静止ハウジング内で第一の回転方向に回転可能なシャ
    フトと、 前記静止ハウジングと前記シャフトとの間に回転可能に
    配置されたベアリングジャーナルと、 潤滑オイルを前記ベアリングジャーナルに供給する、前
    記静止ハウジング内に配置された第一潤滑通路と、 該第一潤滑通路から前記潤滑オイルを受け取り、該潤滑
    オイルを前記シャフトに供給する、前記ベアリングジャ
    ーナル内に配置された第二潤滑通路と、 を備え、前記第一潤滑通路と前記第二潤滑通路は、前記
    第一回転方向と反対方向に前記ベアリングジャーナルに
    角運動量を与えるように互いに方向づけられていること
    を特徴とする高速シャフトに用いるためのジャーナルベ
    アリング。
  2. 【請求項２】 前記第二潤滑通路は、前記ベアリングジ
    ャーナル内に半径方向に配置されており、前記第一潤滑
    通路は、前記静止ハウジング内において前記第一回転方
    向と反対方向に傾斜していることを特徴とする請求項１
    に記載のジャーナルベアリング。
  3. 【請求項３】 前記第一潤滑通路は、前記静止ハウジン
    グ内に半径方向に配置されており、前記第二潤滑通路
    は、前記ベアリングジャーナル内において前記第一回転
    方向に傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の
    ジャーナルベアリング。
  4. 【請求項４】 前記第一潤滑通路は、前記静止ハウジン
    グ内において前記第一回転方向と反対方向に傾斜してお
    り、前記第二潤滑通路は、前記ベアリングジャーナル内
    において前記第一回転方向に傾斜していることを特徴と
    する請求項１に記載のジャーナルベアリング。
  5. 【請求項５】 コンプレッサ部分、サンプ部分、及びタ
    ービン部分を備えた静止ハウジングと、 該静止ハウジングの前記コンプレッサ部分に回転可能に
    配置されたコンプレッサと、 前記静止ハウジングの前記タービン部分に回転可能に配
    置されたタービンと、 前記静止ハウジングの前記サンプ部分内において第一回
    転方向に回転可能に配置された、前記タービンに前記コ
    ンプレッサを接続するシャフトと、 前記静止ハウジングの前記サンプ部分と前記シャフトと
    の間に回転可能に配置された第一及び第二ベアリングジ
    ャーナルと、 を備え、前記静止ハウジングの前記サンプ部分と前記第
    一及び第二ベアリングジャーナルは、前記第一回転方向
    と反対方向に前記第一及び第二ベアリングジャーナルに
    角運動量を与えるように互いに方向づけられた潤滑通路
    を有していることを特徴とするターボチャージャー組立
    体。
  6. 【請求項６】 前記静止ハウジングの前記サンプ部分
    は、潤滑流体を前記第一ベアリングジャーナルに供給す
    る第一潤滑通路と、潤滑流体を前記第二ベアリングジャ
    ーナルに供給する第二潤滑通路とを備え、 前記第一ベアリングジャーナルは、前記第一潤滑通路か
    ら前記潤滑オイルを受け取り、前記潤滑オイルを前記シ
    ャフトに供給する第三潤滑通路を含んでおり、 前記第二ベアリングジャーナルは、前記第二潤滑通路か
    ら前記潤滑オイルを受け取り、前記シャフトに前記潤滑
    オイルを供給する第四潤滑通路を含んでいることを特徴
    とする請求項５に記載のターボチャージャー組立体。
  7. 【請求項７】 前記第一潤滑通路と前記第三潤滑通路
    は、前記第一回転方向と反対方向に前記第一ベアリング
    ジャーナルに角運動量を与えるように互いに方向づけら
    れており、 前記第二潤滑通路と前記第四通路は、前記第一回転方向
    と反対方向に前記第二ベアリングジャーナルに角運動量
    を与えるように互いに方向づけられていることを特徴と
    する請求項６に記載のターボチャージャー組立体。
  8. 【請求項８】 前記第三潤滑通路は、前記第一ベアリン
    グジャーナル内に半径方向に配置されており、前記第一
    潤滑通路は、前記静止ハウジングの前記サンプ部分内に
    おいて前記第一回転方向と反対方向に傾いており、 前記第四潤滑通路は、前記第二ベアリングジャーナル内
    に半径方向に配置されており、前記第二潤滑通路は、前
    記静止ハウジングの前記サンプ部分内において前記第一
    回転方向と反対方向に傾いていることを特徴とする請求
    項６に記載のターボチャージャー組立体。
  9. 【請求項９】 前記第一潤滑通路は、前記静止ハウジン
    グの前記サンプ部分内に半径方向に配置されており、前
    記第三潤滑通路は、前記第一ベアリングジャーナル内に
    おいて前記第一回転方向に傾いており、 前記第二潤滑通路は、前記静止ハウジングの前記サンプ
    部分内に半径方向に配置されており、前記第四潤滑通路
    は、前記第二ベアリングジャーナル内において前記第一
    回転方向に傾いていることを特徴とする請求項６に記載
    のジャーナルベアリング。
  10. 【請求項１０】 前記第一潤滑通路は、前記静止ハウジ
    ングの前記サンプ部分において前記第一回転方向の反対
    方向に傾いており、前記第三潤滑通路は、前記第一ベア
    リングジャーナルにおいて前記第一回転方向に傾いてお
    り、 前記第二潤滑通路は、前記静止ハウジングの前記サンプ
    部分において前記第一回転方向と反対方向に傾いてお
    り、前記第四潤滑通路は、前記第二ベアリングジャーナ
    ルにおいて前記第一回転方向に傾いていることを特徴と
    する請求項６に記載のジャーナルベアリング。
JP7258761A 1994-10-27 1995-10-05 高速シャフト用ジャーナルベアリング Withdrawn JPH08121185A (ja)

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