JPWO2017010450A1 - 多円弧軸受および過給機 - Google Patents

Abstract

多円弧軸受は、シャフト（８）の軸方向に垂直な断面形状が、複数の円弧（ｌｏｂｅ）を含む形状となる軸受面（２０ａ）と、軸受面に設けられ、シャフトの軸方向に延在し、シャフトの回転方向の前方側端部（２０ｈ）における軸受クリアランス（ｃｌ１）が、回転方向の後方側端部（２０ｉ）における軸受クリアランス（ｃｌ２）よりも小さい給油溝（２０ｅ）と、を備える。

Description

本開示は、シャフトを軸支する多円弧軸受および過給機に関する。

従来、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。シャフトの一端にはタービンインペラが設けられ、他端にはコンプレッサインペラが設けられる。過給機はエンジンに接続され、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が回転する。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が回転する。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。

過給機のシャフトは、例えば、セミフローティング軸受によって軸支される。セミフローティング軸受は環状部材である。セミフローティング軸受の内周面に軸受面が形成される。特許文献１には、所謂多円弧軸受が搭載された過給機が記載されている。多円弧軸受の軸受面形状は、シャフトに垂直な断面において複数の円弧を連結した形となる。

特開平１−１９３４０９号公報

ところで、シャフトと軸受面との間を潤滑する潤滑油の粘性は、油温に依存している。そのため、シャフトと軸受面との間隙に流入する（間隙から流出する）油量が多くなり過ぎると、潤滑油による油膜の冷却効果が高くなり過ぎる。油膜温度が低くなることで、潤滑油の粘性が下がらずに、メカロスが大きくなってしまう。

本開示の目的は、潤滑油を十分に昇温してメカロスを低減することが可能な多円弧軸受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、本開示の多円弧軸受は、シャフトの軸方向に垂直な断面形状が、複数の円弧を含む形状となる軸受面と、軸受面に設けられ、シャフトの軸方向に延在し、シャフトの回転方向の前方側端部における軸受クリアランスが、回転方向の後方側端部における軸受クリアランスよりも小さい給油溝と、を備える。

給油溝は、シャフトの回転方向に隣り合う２つの円弧の間に配設され、軸受面は、回転方向に連続して軸受クリアランスが拡がる拡大部と、回転方向に連続して軸受クリアランスが縮小する縮小部と、が回転方向に交互に配設されてもよい。

前方側端部は、縮小部と連続し、後方側端部は、拡大部と連続してもよい。

内周面に軸受面が形成された環状の本体部を有するセミフローティング軸受であってもよい。

上記課題を解決するために、本開示の過給機は、上記多円弧軸受を備える。

本開示によれば、潤滑油を十分に昇温してメカロスを低減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。 図３（ａ）は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面を示す図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の破線部分を抽出して示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、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、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、構成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する。

図１は、過給機Ｃの概略断面図である。以下では、図１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を備える。ベアリングハウジング２の左側には、締結ボルト３によってタービンハウジング４が連結される。また、ベアリングハウジング２の右側には、締結ボルト５によってコンプレッサハウジング６が連結される。ベアリングハウジング２、タービンハウジング４、コンプレッサハウジング６は、一体化されている。

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が形成されている。また、ベアリングハウジング２には、この軸受孔２ａに外部から潤滑油を導く給油通路７が形成されている。軸受孔２ａは、給油通路７から供給される潤滑油で満たされる。軸受孔２ａにはセミフローティング軸受Ｓが収容されている。このセミフローティング軸受Ｓ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いる。このタービンインペラ９は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いる。このコンプレッサインペラ１０は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の右側に開口する吸気口１１が形成されている。吸気口１１は、不図示のエアクリーナに接続される。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、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の径方向内側から外側に向けて環状に形成されている。ディフューザ流路１２は、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、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、ディフューザ流路１２よりもシャフト８の径方向外側に位置する。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。コンプレッサスクロール流路１３は、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。また、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増速増圧される。増速増圧された空気は、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（圧力回復）されてエンジンに導かれる。

タービンハウジング４には、吐出口１４が形成されている。吐出口１４は、過給機Ｃの左側に開口する。また、吐出口１４は、不図示の排気ガス浄化装置に接続される。また、タービンハウジング４には、流路１５と、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、流路１５よりもシャフト８の径方向外側に位置する。タービンスクロール流路１６は、不図示のガス流入口と連通する。ガス流入口には、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。また、タービンスクロール流路１６は、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。吐出口１４に導かれる排気ガスは、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。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。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に導かれる。

図２は、図１の一点鎖線部分の抽出図である。図２に示すように、セミフローティング軸受Ｓは、環状の本体部２０を有している。本体部２０は、軸受孔２ａに収容される。本体部２０の内周には、タービンハウジング４側およびコンプレッサハウジング６側それぞれに軸受面２０ａが形成されている。タービンハウジング４側の軸受面２０ａと、コンプレッサハウジング６側の軸受面２０ａとは、シャフト８の軸方向に離隔する。

また、本体部２０のうち、２つの軸受面２０ａの間には、ピン孔２０ｂが形成されている。ピン孔２０ｂは、シャフト８の軸方向に交差する方向、ここでは、シャフト８の径方向に本体部２０を貫通する。一方、ベアリングハウジング２には、貫通孔２ｂが形成されている。貫通孔２ｂは、規制ピン２１が圧入、固定される。貫通孔２ｂは、ピン孔２０ｂと対向する位置に設けられている。貫通孔２ｂに固定される規制ピン２１は、その先端をピン孔２０ｂ内に進入させている。これにより、セミフローティング軸受Ｓは、シャフト８の回転方向の移動が規制される。

本体部２０の外周面と、軸受孔２ａの内周面との間には間隙２３が形成されている。本体部２０の外周面には、シャフト８の軸方向両端それぞれにダンパ面２０ｃが形成されている。このダンパ面２０ｃは、本体部２０と軸受孔２ａとの間に形成される間隙２３が最も小さくなる部分である。ダンパ面２０ｃと軸受孔２ａの内周面との間に供給される潤滑油をダンパとして機能させることで、シャフト８の振動が抑制される。

また、シャフト８には、軸受孔２ａ内に位置する部分にフランジ部８ａが設けられている。このフランジ部８ａは、セミフローティング軸受Ｓの本体部２０に挿通される部位よりも外径が大きい。フランジ部８ａは、本体部２０のうちシャフト８の軸方向の一方（ここでは、図２中、左側）の端面に対向する。一方、本体部２０のうちシャフト８の軸方向の他方（ここでは、図２中、右側）の端面には、油切り部材２２が対向配置される。油切り部材２２は、シャフト８に固定されている。油切り部材２２は、セミフローティング軸受Ｓからコンプレッサインペラ１０に向かう潤滑油をシャフト８の径方向外側に飛散させる。その結果、コンプレッサインペラ１０側への潤滑油の漏出が抑えられる。

このように、セミフローティング軸受Ｓは、シャフト８のフランジ部８ａと油切り部材２２との間に位置している。また、本体部２０の軸方向の両端面が、それぞれフランジ部８ａと油切り部材２２とに対向している。したがって、セミフローティング軸受Ｓは、２つの軸受面２０ａにおいて、シャフト８のラジアル荷重を受ける。また、セミフローティング軸受Ｓは、フランジ部８ａおよび油切り部材２２からスラスト荷重を受ける。

そして、ベアリングハウジング２には、外部から軸受孔２ａに潤滑油を導く給油通路７が形成されている。この給油通路７は、ベアリングハウジング２内で２つの通路に分岐している。給油通路７は、タービンハウジング４側のダンパ面２０ｃ、および、コンプレッサハウジング６側のダンパ面２０ｃにそれぞれ開口している。この給油通路７の２つの開口部７ａは、軸受面２０ａの径方向外方に位置している。

また、本体部２０のうち、２つの開口部７ａに対向する位置には、それぞれ、導油孔２０ｄが形成されている。導油孔２０ｄは、ダンパ面２０ｃから軸受面２０ａまで貫通する。導油孔２０ｄは、タービンハウジング４側およびコンプレッサハウジング６側それぞれに、本体部２０の周方向に離隔して等間隔に３つずつ設けられている（図３（ａ）、図３（ｂ）参照）。

したがって、タービンハウジング４側およびコンプレッサハウジング６側それぞれにおいて、開口部７ａから軸受孔２ａに導かれた潤滑油の一部が、導油孔２０ｄを介して軸受面２０ａに導かれる。これにより、両軸受面２０ａにおいて、潤滑油を十分に確保することができる。

軸受面２０ａのうち、導油孔２０ｄが開口する部位には、給油溝２０ｅが形成されている。ここでは、給油溝２０ｅがシャフト８の軸方向に、軸受面２０ａの一端から他端まで延在している。そして、給油溝２０ｅには、導油孔２０ｄから潤滑油が導かれる。給油溝２０ｅに導かれた潤滑油は、給油溝２０ｅに沿ってシャフト８の軸方向に拡がる。

図３（ａ）は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面を示す図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の破線部分を抽出して示す図である。タービンハウジング４側の軸受面２０ａと、コンプレッサハウジング６側の軸受面２０ａは、実質的に同等の形状である。そのため、重複を避けるために、タービンハウジング４側の軸受面２０ａについて説明し、コンプレッサハウジング６側の軸受面２０ａについては、説明を省略する。

図３（ａ）に示すように、軸受面２０ａは、シャフト８の軸方向に垂直な断面形状（以下、単に断面形状と称す）が、複数（ここでは、３つ）の円弧ｌｏｂｅを含む形状となっている。具体的に、軸受面２０ａには給油溝２０ｅが形成される。給油溝２０ｅは、シャフト８の回転方向に隣り合う２つの円弧ｌｏｂｅの間に形成される。換言すれば、給油溝２０ｅは、シャフト８の回転方向に隣り合う２つの円弧ｌｏｂｅに跨って形成される。

また、軸受面２０ａの断面形状が、複数の円弧ｌｏｂｅを含むのに対し、シャフト８の断面形状が円である。そのため、シャフト８が本体部２０と同軸の位置にあるとき、軸受クリアランス（シャフト８と軸受面２０ａとの離隔距離）は、シャフト８の周方向に不均一となる。

詳細には、軸受面２０ａは、拡大部２０ｆと、縮小部２０ｇを有している。拡大部２０ｆは、シャフト８の回転方向（図３（ａ）中、矢印で示す方向）に連続して軸受クリアランスが拡がる（漸増する）部位である。縮小部２０ｇは、回転方向に連続して軸受クリアランスが縮小する（漸減する）部位である。図３（ａ）に示すように、拡大部２０ｆと縮小部２０ｇは、回転方向に交互に配設されている。そして、給油溝２０ｅのうち、シャフト８の回転方向前方の前方側端部２０ｈは、縮小部２０ｇと連続する。給油溝２０ｅのうち、シャフト８の回転方向後方の後方側端部２０ｉは、拡大部２０ｆと連続する。

また、図３（ｂ）に示すように、給油溝２０ｅのうち、シャフト８の回転方向前方の前方側端部２０ｈにおける軸受クリアランスｃｌ_１（シャフト８との間隙）は、回転方向後方の後方側端部２０ｉにおける軸受クリアランスｃｌ_２（シャフト８との間隙）よりも小さい。

給油溝２０ｅに導かれた潤滑油は、図３（ｂ）中、実線の矢印で示すように、シャフト８の回転に伴って連れ回る。そして、潤滑油は、前方側端部２０ｈとシャフト８の間隙（軸受クリアランス）に流入する。軸受面２０ａを潤滑した後の潤滑油の一部は、軸受面２０ａ（本体部２０）の軸方向の端部から排出される。また、図２に示すように、本体部２０のうち、２つの軸受面２０ａの間には、排油孔２０ｊが形成されている。排油孔２０ｊは、シャフト８の軸方向に交差する方向、ここでは、シャフト８の径方向に貫通する。一方、ベアリングハウジング２には、排油孔２０ｊと対向する位置に対向孔２ｃが設けられている。軸受面２０ａを潤滑した後の潤滑油の一部は、排油孔２０ｊおよび対向孔２ｃを通って軸受孔２ａから排出される。

このとき、シャフト８と軸受面２０ａとの間を潤滑する潤滑油の粘性は、油温に依存している。そのため、シャフト８と軸受面２０ａとの間隙に流入する（間隙から流出する）油量が多くなり過ぎると、シャフト８などの周辺部材からの熱によって潤滑油が十分に昇温されない。そのため、潤滑油の粘性が下がらずに、メカロスが大きくなってしまう。ここでは、前方側端部２０ｈの軸受クリアランスｃｌ_１が、後方側端部２０ｉの軸受クリアランスｃｌ_２よりも小さく形成されている。そのため、前方側端部２０ｈの軸受クリアランスｃｌ_１を後方側端部２０ｉの軸受クリアランスｃｌ_２よりも大きくする場合に比べて、シャフト８と軸受面２０ａとの間隙に流入する潤滑油の油量が抑えられる。その結果、潤滑油が十分に昇温されメカロスを低減することが可能となる。

また、油圧制御などによって油量を調整してメカロスを低減することも考えられる。しかし、この場合、シャフト８の回転数に応じた制御が必要となる。また、制御処理によっては、潤滑油が不十分となるおそれがある。一方、前方側端部２０ｈの軸受クリアランスｃｌ_１を後方側端部２０ｉの軸受クリアランスｃｌ_２よりも小さく形成する場合、複雑な制御処理をせずとも、簡易かつ確実に、必要最低限の油量を供給することができる。

また、上述した実施形態では、給油溝２０ｅは、シャフト８の軸方向に軸受面２０ａの一端から他端まで延在する場合について説明した。なお、給油溝２０ｅは、シャフト８の軸方向に延在していれば、軸受面２０ａの一端から他端まで延在せずともよい。ただし、給油溝２０ｅが、軸受面２０ａの一端から他端まで延在していれば、軸方向の全長に亘って、流入する潤滑油の油量の抑制効果が期待できる。そのため、メカロスの低減効果が大きい。

また、上述した実施形態では、給油溝２０ｅは、シャフト８の回転方向に隣り合う円弧ｌｏｂｅの間に配設される。そして、軸受面２０ａにおいて、拡大部２０ｆと縮小部２０ｇが回転方向に交互に配設される場合について説明した。なお、給油溝２０ｅは、隣り合う円弧ｌｏｂｅの間に配設されずともよい。また、軸受面２０ａにおいて、拡大部２０ｆと縮小部２０ｇが回転方向に交互に配設されなくてもよい。この場合、隣り合う円弧ｌｏｂｅが連続する境界部分が残り、境界部分に段差が形成されてしまうおそれがある。この段差は潤滑油の流れを乱してしまう。これに対して、給油溝２０ｅが、隣り合う円弧ｌｏｂｅの間に配設され、軸受面２０ａにおいて、拡大部２０ｆと縮小部２０ｇが回転方向に交互に配設されることで、以下の効果を奏する。すなわち、給油溝２０ｅを形成する加工で、隣り合う円弧ｌｏｂｅの境界部分が除去される。そのため、境界部分に段差が残って潤滑油の流れを乱す事態を回避することが可能となる。

また、上述した実施形態では、前方側端部２０ｈが、縮小部２０ｇと連続し、後方側端部２０ｉは、拡大部２０ｆと連続する場合について説明した。なお、給油溝２０ｅは、隣り合う円弧ｌｏｂｅの間に配設されなくともよい。前方側端部２０ｈは、縮小部２０ｇと連続しなくてもよい。後方側端部２０ｉは、拡大部２０ｆと連続しなくてもよい。例えば、給油溝２０ｅを、隣り合う円弧ｌｏｂｅの間ではなく、円弧ｌｏｂｅそれぞれにおける縮小部２０ｇに形成してもよい。ただし、前方側端部２０ｈが、縮小部２０ｇと連続し、後方側端部２０ｉが、拡大部２０ｆと連続することで、以下の効果を奏する。すなわち、油膜圧力が生じる縮小部２０ｇの面積を大きく確保し、軸受性能を向上することが可能となる。

また、上述した実施形態では、多円弧軸受が、セミフローティング軸受Ｓである場合について説明した。なお、多円弧軸受は、例えば、回転方向の移動が規制されず、シャフト８の回転に伴って連れ回るフルフローティングメタルであってもよい。ここで、一般に、セミフローティング軸受は、フルフローティングメタルよりもメカロスが大きい。そのため、多円弧軸受を、セミフローティング軸受Ｓとすることで、メカロスの低減効果が一層大きくなる。

また、上述した実施形態では、給油溝２０ｅは、３つの円弧ｌｏｂｅそれぞれの間に１つずつ、合計３つ設ける場合について説明した。なお、例えば、３つの円弧ｌｏｂｅの間となる３つの部位のうち、１または２か所にのみ給油溝２０ｅを設けてもよい。この場合、潤滑油の軸受面２０ａへの流入が一層抑えられる。そのため、さらなるメカロスの低減が可能となる。

また、上述した実施形態では、断面形状に３つの円弧ｌｏｂｅを含む軸受面２０ａが形成されたセミフローティング軸受Ｓを例に挙げて説明した。なお、円弧ｌｏｂｅの数は、２つでもよいし、４つ以上であってもよい。

以上、添付図面を参照しながら好適な実施形態について説明したが、各構成は上記の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、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技術的範囲に属するものと了解される。

本開示は、シャフトを軸支する多円弧軸受および過給機に利用することができる。

ｌｏｂｅ 円弧
Ｃ 過給機
Ｓ セミフローティング軸受
２０ 本体部
２０ａ 軸受面
２０ｅ 給油溝
２０ｆ 拡大部
２０ｇ 縮小部
２０ｈ 前方側端部
２０ｉ 後方側端部

Claims (7)

1. シャフトの軸方向に垂直な断面形状が、複数の円弧を含む形状となる軸受面と、
   前記軸受面に設けられ、前記シャフトの軸方向に延在し、前記シャフトの回転方向の前方側端部における軸受クリアランスが、前記回転方向の後方側端部における軸受クリアランスよりも小さい給油溝と、
   を備える多円弧軸受。
2. 前記給油溝は、前記シャフトの回転方向に隣り合う２つの円弧の間に配設され、
   前記軸受面は、
   前記回転方向に連続して軸受クリアランスが拡がる拡大部と、
   前記回転方向に連続して軸受クリアランスが縮小する縮小部と、
   が前記回転方向に交互に配設される請求項１に記載の多円弧軸受。
3. 前記前方側端部は、前記縮小部と連続し、
   前記後方側端部は、前記拡大部と連続する請求項２に記載の多円弧軸受。
4. 内周面に前記軸受面が形成された環状の本体部を有するセミフローティング軸受である請求項１に記載の多円弧軸受。
5. 内周面に前記軸受面が形成された環状の本体部を有するセミフローティング軸受である請求項２に記載の多円弧軸受。
6. 内周面に前記軸受面が形成された環状の本体部を有するセミフローティング軸受である請求項３に記載の多円弧軸受。
7. 前記請求項１から６のいずれか１項に記載の多円弧軸受を備える過給機。

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