WO2017082166A1 - 軸受構造、および、過給機 - Google Patents

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main body
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寛 采浦
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株式会社Ihi
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    • F16C2360/00Engines or pumps
    • F16C2360/23Gas turbine engines
    • F16C2360/24Turbochargers

Definitions

  • the present disclosure relates to a bearing structure for supporting a shaft, and a turbocharger.
  • turbocharger in which a shaft is rotatably supported by a bearing housing.
  • a turbine impeller is provided at one end of the shaft, and a compressor impeller is provided at the other end.
  • the turbocharger is connected to the engine, and the exhaust gas discharged from the engine rotates the turbine impeller.
  • the rotation of the turbine impeller causes the compressor impeller to rotate via the shaft.
  • the supercharger compresses air as the compressor impeller rotates and sends it to the engine.
  • Patent Document 1 describes a configuration in which a semi-floating bearing is accommodated in a bearing hole.
  • Semi-floating bearings have an annular body. Bearing holes are formed in the bearing housing. Two radial bearing surfaces are formed on the inner peripheral surface of the main portion of the semi-floating bearing. The two radial bearing surfaces are axially separated. An oil hole is opened between two radial bearing surfaces of the inner peripheral surface of the bearing hole. A part of the lubricating oil supplied to the bearing hole enters the gap between the bearing hole and the main body to contribute to vibration suppression. A part of the lubricating oil supplied to the bearing hole flows from the oil hole to the inner peripheral surface side to lubricate the radial bearing surface.
  • both end surfaces of the main body function as thrust bearing surfaces
  • opposing portions that rotate integrally with the shaft are provided to face both axial end surfaces of the main body. After lubricating the radial bearing surface, the lubricating oil flows out from both end surfaces and lubricates the thrust bearing surface.
  • Patent No. 5510592 gazette
  • An object of the present disclosure is to provide a bearing structure and a supercharger capable of securing a sufficient oil film thickness of lubricating oil for lubricating a radial bearing surface even when the rotational speed of a shaft is increased. .
  • a bearing structure concerning one mode of this indication is provided in a housing where a bearing hole was formed, a bearing hole, a main part by which a shaft is penetrated, and a peripheral face of a main part.
  • the damper portion the radial bearing surface provided on the inner circumferential surface of the main body portion, the thrust bearing surface provided on one end face in the axial direction of the shaft in the main body portion, and the outer peripheral surface of the main body portion
  • the bearing hole has a gap with the inner circumferential surface or a damper portion, and the other end has a thrust bearing surface, a radial bearing surface, or a communication hole opened between the thrust bearing surface and the radial bearing surface.
  • the main body portion may be provided with an oil hole provided on the side opposite to the thrust bearing surface with respect to the radial bearing surface and penetrating from the inner peripheral surface to the outer peripheral surface of the main body portion.
  • the oil passage may face at least a part of the oil hole.
  • One end of the communication hole may open at a position away from the thrust bearing surface from the damper portion in the main body portion.
  • the other end of the communication hole may be opened to the radially innermost side of the shaft in the thrust bearing surface.
  • a supercharger concerning one mode of this indication is characterized by having the above-mentioned bearing structure.
  • FIG. 4A is an extracted view of a portion corresponding to FIG. 3 in the first modified example.
  • FIG.4 (b) is an extraction figure of the site
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a turbocharger C.
  • the arrow L direction shown in FIG. 1 is the left side of the turbocharger C.
  • the arrow R direction shown in FIG. 1 will be described as the right side of the turbocharger C.
  • the supercharger C includes a supercharger main body 1.
  • the turbocharger body 1 includes a bearing housing 2 (housing).
  • the turbine housing 4 is connected to the left side of the bearing housing 2 by the fastening mechanism 3.
  • the compressor housing 6 is connected to the right side of the bearing housing 2 by a fastening bolt 5.
  • the bearing housing 2, the turbine housing 4, and the compressor housing 6 are integrated.
  • a protrusion 2 a is provided on the outer peripheral surface of the bearing housing 2.
  • the protrusion 2 a is provided in the vicinity of the turbine housing 4.
  • the protrusion 2 a protrudes in the radial direction of the bearing housing 2.
  • a protrusion 4 a is provided on the outer peripheral surface of the turbine housing 4.
  • the protrusion 4 a is provided in the vicinity of the bearing housing 2.
  • the protrusion 4 a protrudes in the radial direction of the turbine housing 4.
  • the bearing housing 2 and the turbine housing 4 are fixed by band fastening the protrusions 2 a and 4 a by the fastening mechanism 3.
  • the fastening mechanism 3 is configured by, for example, a G coupling that clamps the protrusions 2a and 4a.
  • a bearing hole 2 b is formed in the bearing housing 2.
  • the bearing hole 2 b penetrates in the left-right direction of the turbocharger C.
  • a semi-floating bearing 7 is provided in the bearing hole 2b.
  • the shaft 8 is rotatably supported by the semi-floating bearing 7.
  • a turbine impeller 9 is provided at the left end of the shaft 8.
  • the turbine impeller 9 is rotatably accommodated in the turbine housing 4.
  • a compressor impeller 10 is provided at the right end of the shaft 8.
  • the compressor impeller 10 is rotatably accommodated in the compressor housing 6.
  • An intake port 11 is formed in the compressor housing 6.
  • the intake port 11 opens to the right of the turbocharger C.
  • the intake port 11 is connected to an air cleaner (not shown).
  • the diffuser flow passage 12 is formed.
  • the diffuser channel 12 is formed by the facing surfaces of the bearing housing 2 and the compressor housing 6.
  • the diffuser passage 12 pressurizes air.
  • the diffuser flow passage 12 is annularly formed from the radially inner side to the outer side of the shaft 8.
  • the diffuser flow passage 12 communicates with the intake port 11 via the compressor impeller 10 at the radially inner side.
  • a compressor scroll channel 13 is provided in the compressor housing 6.
  • the compressor scroll passage 13 is annular.
  • the compressor scroll passage 13 is located radially outside the shaft 8 with respect to the diffuser passage 12.
  • the compressor scroll passage 13 communicates with an intake port of an engine (not shown).
  • the compressor scroll passage 13 is also in communication with the diffuser passage 12. Therefore, when the compressor impeller 10 rotates, air is sucked into the compressor housing 6 from the intake port 11.
  • the intake air is accelerated by the action of centrifugal force in the process of flowing between the blades of the compressor impeller 10.
  • the accelerated air is pressurized in the diffuser flow passage 12 and the compressor scroll flow passage 13.
  • the boosted air is led to the intake port of the engine.
  • a discharge port 14 is formed in the turbine housing 4.
  • the discharge port 14 opens on the left side of the turbocharger C.
  • the discharge port 14 is connected to an exhaust gas purification device (not shown).
  • an exhaust gas purification device not shown
  • a flow path 15 and a turbine scroll flow path 16 are provided in the turbine housing 4.
  • the turbine scroll passage 16 is annular.
  • the turbine scroll passage 16 is located radially outside the turbine impeller 9 with respect to the passage 15.
  • the turbine scroll passage 16 communicates with a gas inlet (not shown).
  • the gas inlet leads exhaust gas discharged from an exhaust manifold of the engine (not shown).
  • the gas inlet is also in communication with the flow path 15 described above. Therefore, the exhaust gas led from the gas inlet to the turbine scroll passage 16 is led to the discharge port 14 through the passage 15 and the turbine impeller 9.
  • the exhaust gas guided to the discharge port 14 rotates the turbine impeller 9 in the circulation process.
  • the rotational force of the turbine impeller 9 is transmitted to the compressor impeller 10 via the shaft 8. As described above, the air is pressurized by the rotational force of the compressor impeller 10 and is guided to the intake port of the engine.
  • FIG. 2 is a diagram in which the dashed-dotted line portion in FIG. 1 is extracted.
  • the bearing structure S is configured to include the bearing housing 2.
  • an oil passage 2 c is formed in the bearing housing 2.
  • the oil passage 2c opens into the bearing hole 2b.
  • the lubricating oil flows from the oil passage 2c into the bearing hole 2b.
  • the lubricating oil flowing into the bearing hole 2b is supplied to the semi-floating bearing 7 provided in the bearing hole 2b.
  • the semi-floating bearing 7 has an annular main body 7a.
  • the shaft 8 is inserted into the inside (inner peripheral surface 7b side) of the main body 7a.
  • Two radial bearing surfaces 7c and 7d are formed on the inner peripheral surface 7b of the main body 7a.
  • the two radial bearing surfaces 7c, 7d are spaced apart in the axial direction of the shaft 8 (hereinafter simply referred to as the axial direction).
  • An oil hole 7f is opened in the inner peripheral surface 7b between the two radial bearing surfaces 7c and 7d.
  • the oil hole 7f penetrates the main body 7a from the inner peripheral surface 7b to the outer peripheral surface 7e.
  • the opening on the bearing hole 2b side is closer to the oil hole 7f than the radial bearing surfaces 7c and 7d and the communication hole 22 described later, in the axial direction of the shaft 8.
  • the opening on the bearing hole 2b side has approximately the same inner diameter as the oil hole 7f.
  • the opening on the bearing hole 2b side of the oil passage 2c faces the oil hole 7f.
  • the opening on the bearing hole 2b side of the oil passage 2c may have a larger or smaller inner diameter than the oil hole 7f.
  • the opening on the bearing hole 2b side may face the oil hole 7f.
  • the opening on the bearing hole 2b side may not be opposed to the oil hole 7f, and the axial position may be shifted.
  • a part of the lubricating oil supplied to the bearing hole 2b is guided from the outside of the main body 7a to the inner circumferential surface 7b by the oil hole 7f.
  • the lubricating oil led to the inner circumferential surface 7b is supplied to the gap between the shaft 8 and the radial bearing surfaces 7c and 7d.
  • the shaft 8 is supported by the oil film pressure of the lubricating oil supplied to the gap between the shaft 8 and the radial bearing surfaces 7c, 7d.
  • a through hole 7g is provided in the main body portion 7a.
  • the through hole 7g penetrates the main body 7a from the inner peripheral surface 7b to the outer peripheral surface 7e.
  • a pin hole 2 d is formed in the bearing housing 2.
  • the pin holes 2d are formed at locations facing the through holes 7g.
  • the pin hole 2d passes through a wall forming the bearing hole 2b.
  • the positioning pin 20 is press-fit into the pin hole 2d from the lower side in FIG.
  • the tip of the positioning pin 20 is inserted into the through hole 7 g of the semi-floating bearing 7.
  • the positioning pin 20 regulates rotation and axial movement of the semi-floating bearing 7.
  • an oil removing member 21 is provided on the shaft 8.
  • the oil removing member 21 is disposed on the right side (the compressor impeller 10 side) in FIG. 2 with respect to the main body portion 7 a.
  • the oil removing member 21 is an annular member.
  • the oil removing member 21 scatters the lubricating oil flowing to the compressor impeller 10 side along the shaft 8 radially outward. That is, the oil removing member 21 suppresses the leakage of the lubricating oil to the compressor impeller 10 side.
  • the oil removing member 21 is axially opposed to the main body 7a.
  • the outer diameter of the surface facing the main body 7a is larger than the inner diameter of the radial bearing surface 7d.
  • the outer diameter of the surface facing the main body 7a is smaller than the outer diameter of the main body 7a.
  • the outer diameter of the surface of the oil removing member 21 facing the main body 7a is not limited to the configuration smaller than the outer diameter of the main body 7a.
  • the outer diameter of the surface facing the main body 7a may be the same as the outer diameter of the main body 7a according to the operating condition of the engine on which the turbocharger C is mounted, or from the outer diameter of the main body 7a It may also be large.
  • the shaft 8 is provided with a large diameter portion 8 a.
  • the outer diameter of the large diameter portion 8a is larger than the inner diameter of the radial bearing surface 7c of the main portion 7a.
  • the outer diameter of the large diameter portion 8a is larger than the outer diameter of the main portion 7a.
  • the large diameter portion 8a is located on the left side (the turbine impeller 9 side) in FIG. 2 with respect to the main body portion 7a.
  • the large diameter portion 8a is axially opposed to the main body portion 7a.
  • the outer diameter of the large diameter portion 8a is not limited to a configuration larger than the outer diameter of the main portion 7a.
  • the outer diameter of the large diameter portion 8a may be the same as the outer diameter of the main body portion 7a or smaller than the outer diameter of the main body portion 7a according to the operating condition of the engine on which the turbocharger C is mounted. It is also good.
  • the movement of the main body 7 a in the axial direction is restricted by the positioning pin 20.
  • the main body portion 7a is axially sandwiched by the oil removing member 21 and the large diameter portion 8a.
  • a lubricating oil is supplied to the gap between the main body 7 a and the oil removing member 21.
  • Lubricant oil is supplied to the gap between the main body 7a and the large diameter portion 8a.
  • the thrust bearing surfaces 7h and 7i receive a thrust load.
  • the oil hole 7f is provided on the opposite side of the thrust bearing surface 7h to the radial bearing surface 7c.
  • the oil hole 7f is provided on the opposite side of the thrust bearing surface 7i to the radial bearing surface 7d (see FIG. 2).
  • damper portions 7j and 7k are formed on both end sides in the axial direction of the outer peripheral surface 7e of the main body portion 7a.
  • a small diameter portion 7m is formed between the damper portions 7j and 7k on the outer peripheral surface 7e of the main body portion 7a.
  • the small diameter portion 7m has an outer diameter smaller than that of the damper portions 7j and 7k.
  • An oil hole 7f is provided in the small diameter portion 7m.
  • a tapered surface 7n is formed between the small diameter portion 7m and the damper portions 7j and 7k, respectively. The outer diameter of the tapered surface 7n increases from the small diameter portion 7m side toward the damper portions 7j and 7k.
  • a part of the lubricating oil supplied to the bearing hole 2b is led from the oil hole 7f to the inner peripheral surface 7b of the main body 7a.
  • the remaining lubricating oil is guided to the dampers 7j and 7k through the gap between the outer peripheral surface 7e of the main body 7a and the inner peripheral surface 2e of the bearing hole 2b.
  • the dampers 7j and 7k absorb (suppress) the vibration of the shaft 8 by the oil film pressure of the lubricating oil supplied to the gap with the inner circumferential surface 2e of the bearing hole 2b.
  • FIG. 3 is a diagram in which the broken line portion of FIG. 2 is extracted.
  • FIG. 3 in order to facilitate understanding, the gaps Sa, Sb, and Sc through which the lubricating oil passes are greatly emphasized.
  • the flow of lubricating oil is indicated by arrows.
  • the structures on the thrust bearing surface 7 h side and the thrust bearing surface 7 i side are substantially equal. The structure on the thrust bearing surface 7h side will be described in detail in order to avoid redundant description.
  • the lubricating oil intervenes in the gap Sa between the thrust bearing surface 7 h and the large diameter portion 8 a. Then, when the shaft 8 rotates, the lubricating oil in the gap Sa co-rotates with the large diameter portion 8a. The entrained lubricating oil is discharged radially outward by centrifugal force as shown by arrow a in FIG.
  • the gap Sb between the radial bearing surface 7c and the shaft 8 is in communication with the gap Sa.
  • the lubricating oil in the gap Sb is drawn to the thrust bearing surface 7 h (the gap Sa).
  • the pressure for sucking the lubricating oil from the radial bearing surface 7c side to the thrust bearing surface 7h side becomes large.
  • the thickness of the oil film of the lubricating oil for lubricating the radial bearing surface 7c becomes thin.
  • the communication hole 22 is provided in the main body 7a.
  • a plurality of communication holes 22 are provided separately in the circumferential direction of the main body portion 7a.
  • the communication hole 22 is a hole penetrating a part of the main body 7a.
  • One end 22a of the communication hole 22 is open to the outer peripheral surface 7e of the main body 7a.
  • One end 22a of the communication hole 22 is open at a position on the upstream side (right side in FIG. 3) in the flow direction of the lubricating oil than the damper portion 7j.
  • one end 22a of the communication hole 22 opens at a position closer to the oil passage 2c than the damper portion 7j.
  • One end 22a of the communication hole 22 opens at a position away from the thrust bearing surface 7h from the damper portion 7j in the main body 7a. That is, one end 22a of the communication hole 22 is open between the two dampers 7j and 7k. Further, one end 22a of the communication hole 22 is opened to a tapered surface 7n connecting the small diameter portion 7m and the damper portion 7j in the outer peripheral surface 7e.
  • Part of the lubricating oil supplied to the bearing hole 2b flows through the gap Sc between the outer peripheral surface 7e of the main body 7a and the inner peripheral surface 2e of the bearing hole 2b.
  • the clearance Sc is, for example, between the portion between the dampers 7j and 7k (the outer peripheral surface 7e excluding the dampers 7j and 7k) of the outer peripheral surface 7e of the main body 7a and the inner peripheral surface 2e of the bearing hole 2b.
  • Space. A portion of the lubricating oil is led to the thrust bearing surface 7h through the communication hole 22 as shown by the arrow b in FIG.
  • the other end 22 b of the communication hole 22 is open to the thrust bearing surface 7 h.
  • the thrust bearing surface 7 h is the radially innermost opening of the shaft 8.
  • the lubricating oil after flowing through the gap Sb on the radial bearing surface 7c side has a high temperature due to the frictional heat and the viscosity is low.
  • the lubricating oil flowing into the gap Sa on the thrust bearing surface 7 h side through the communication hole 22 is higher in viscosity at a lower temperature than the lubricating oil after flowing through the gap Sb.
  • the low temperature lubricating oil flowing into the thrust bearing surface 7 h from the communication hole 22 may cause the mechanical loss.
  • the other end 22b of the communication hole 22 is opened to the innermost in the radial direction of the shaft 8 in the thrust bearing surface 7h, the low temperature lubricating oil from the communication hole 22 mixes with the high temperature lubricating oil from the gap Sb. A long flow path can be secured. As a result, the temperature of the lubricating oil can be increased on the outer peripheral side where the circumferential speed of the large diameter portion 8a is increased. Therefore, the viscosity of the lubricating oil can be reduced and mechanical loss can be reduced.
  • FIG. 4A is an extracted view of a portion corresponding to FIG. 3 in the first modified example.
  • FIG.4 (b) is an extraction figure of the site
  • one end 32a of the communication hole 32 is opened to the damper portion 7j.
  • the oil film thickness of the lubricating oil for lubricating the radial bearing surface 7c can be sufficiently secured as in the above-described embodiment.
  • the following effects can be obtained. That is, the lubricating oil heated in a partial section of the damper portion 7j located in the vicinity of one end 32a of the communication hole 32 is supplied to the thrust bearing surface 7h side. As a result, mechanical loss can be reduced on the thrust bearing surface 7 h.
  • the other end 42b of the communication hole 42 may be opened to the radial bearing surface 7c.
  • the oil film thickness of the lubricating oil for lubricating the radial bearing surface 7c can be sufficiently secured as in the above-described embodiment.
  • the lubricating oil heated in a partial section of the radial bearing surface 7c is supplied to the thrust bearing surface 7h. Therefore, mechanical loss in the thrust bearing surface 7 h can be reduced.
  • the other ends 22b, 32b, 42b of the communication holes 22, 32, 42 open in the thrust bearing surface 7h or the radial bearing surface 7c has been described.
  • the other ends 22b, 32b, 42b of the communication holes 22, 32, 42 may be opened between the thrust bearing surface 7h and the radial bearing surface 7c. That is, the other ends 22b, 32b, 42b of the communication holes 22, 32, 42 may extend across the thrust bearing surface 7h and the radial bearing surface 7c.
  • the structures on the thrust bearing surface 7 h side disposed on the turbine impeller 9 side and the thrust bearing surface 7 i side disposed on the compressor impeller 10 side are substantially equal. Further, in the embodiment and the modification described above, the case where the communication holes 22, 32 and 42 are provided on both the thrust bearing surface 7 h side and the thrust bearing surface 7 i side has been described. However, the communication holes 22, 32, 42 may be provided on either the thrust bearing surface 7 h side or the thrust bearing surface 7 i side.
  • the other ends 22b and 32b of the communication holes 22 and 32 are the innermost in the radial direction of the shaft 8 in the thrust bearing surface 7h. .
  • the other ends 22b and 32b of the communication holes 22 and 32 may be opened at any position of the thrust bearing surface 7h.
  • the communication holes 22, 32, 42 are provided on the upper side (the oil passage 2c side) in the figure in the main body portion 7a has been described.
  • the communication holes 22, 32, 42 may be provided at any position in the circumferential direction of the main body 7a.
  • the arrangement, the size, and the number of arrangement of the communication holes 22, 32, 42 may be appropriately set according to the operating condition of the engine and the like.
  • the communication holes 22, 32, 42 may be arranged in only one place. In this case, the working time required for processing the communication holes 22, 32, 42 can be reduced.
  • the communication holes 22, 32, 42 may be arranged at equal intervals in the circumferential direction of the main body portion 7a, such as a plurality of places, such as two places, three places, or six places. In this case, the uniformity of the oil film thickness of the lubricating oil on the thrust bearing surface 7 h side can be improved in the circumferential direction.
  • the plurality of communication holes 22, 32 and 42 may be circumferentially set so that the oil film thickness of the lubricating oil on the thrust bearing surface 7 h side becomes as uniform as possible. It may be arranged not equally spaced but biased.
  • vertical to the flow of lubricating oil) of a communicating hole is not limited to circular shape, For example, elliptical shape or polygonal shape may be sufficient.
  • the present disclosure can be used for a bearing structure that supports a shaft and a turbocharger.

Abstract

軸受構造は、軸受孔2bが形成されたベアリングハウジング2と、軸受孔2bに設けられ、シャフト8が挿通される本体部7aと、本体部7aの外周面7eに形成されたダンパ部7jと、本体部7aの内周面7bに設けられたラジアル軸受面7cと、シャフト8の軸方向の一端面に設けられたスラスト軸受面7hと、一端22aが、本体部7aの外周面7eと軸受孔2bの内周面2eとの隙間Scまたはダンパ部7jに開口し、他端22bが、スラスト軸受面7h、ラジアル軸受面7c、もしくは、スラスト軸受面7hとラジアル軸受面7cとの間に開口する連通孔22と、を備える。

Description

軸受構造、および、過給機
 本開示は、シャフトを軸支する軸受構造、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。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。
 特許文献1には、セミフローティング軸受が軸受孔に収容された構成が記載されている。セミフローティング軸受は環状の本体部を有する。軸受孔はベアリングハウジングに形成される。セミフローティング軸受の本体部の内周面には、2つのラジアル軸受面が形成される。2つのラジアル軸受面は、軸方向に離隔する。軸受孔の内周面のうち、2つのラジアル軸受面の間には、油孔が開口している。軸受孔に供給された潤滑油の一部は、軸受孔と本体部との隙間に入り込んで振動抑制に寄与する。軸受孔に供給された潤滑油の一部は油孔から内周面側に流れ込んでラジアル軸受面を潤滑する。また、本体部の両端面がスラスト軸受面として機能する場合、本体部の軸方向の両端面に対向して、シャフトと一体回転する対向部が設けられる。ラジアル軸受面を潤滑した後の潤滑油は、両端面から流出してスラスト軸受面を潤滑する。
特許第5510592号公報
 上記のように、セミフローティング軸受の本体部の両端面がスラスト軸受面として機能する場合、スラスト軸受面と対向部との隙間の潤滑油は、対向部と共に連れ回る。潤滑油は、遠心力によって径方向外側に放出される。このとき、ラジアル軸受面とシャフトとの隙間の潤滑油もスラスト軸受面側に吸い出される。今後、要求されるシャフトの回転数が高速化すると、ラジアル軸受面側からスラスト軸受面側に潤滑油を吸い出す圧力も大きくなる。そのため、ラジアル軸受面を潤滑する潤滑油の油膜厚みが減少することが懸念される。
 本開示の目的は、シャフトの回転数が高速化しても、ラジアル軸受面を潤滑する潤滑油の油膜厚みを十分に確保することが可能な軸受構造、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、本開示の一態様に係る軸受構造は、軸受孔が形成されたハウジングと、軸受孔に設けられ、シャフトが挿通される本体部と、本体部の外周面に形成されたダンパ部と、本体部の内周面に設けられたラジアル軸受面と、本体部のうち、シャフトの軸方向の一端面に設けられたスラスト軸受面と、一端が、本体部の外周面軸受孔の内周面との隙間またはダンパ部に開口し、他端が、スラスト軸受面、ラジアル軸受面、もしくは、スラスト軸受面とラジアル軸受面との間に開口する連通孔と、を備える。
 本体部のうち、ラジアル軸受面に対してスラスト軸受面と反対側に設けられ、本体部の内周面から外周面まで貫通する油孔を備えていてもよい。
 ハウジングに形成され、軸受孔に開口し、シャフトの軸方向における位置が、ラジアル軸受面より油孔に近い油路と、を備えてもよい。
 油路は、油孔の少なくとも一部と対向してもよい。
 連通孔の一端は、本体部のうち、ダンパ部よりスラスト軸受面から離隔した位置に開口してもよい。
 連通孔の他端は、スラスト軸受面のうち、シャフトの径方向の最も内側に開口してもよい。
 上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る過給機は、上記軸受構造を備えることを特徴とする。
 本開示によれば、シャフトの回転数が高速化しても、ラジアル軸受面を潤滑する潤滑油の油膜厚みを十分に確保することが可能となる。
過給機の概略断面図である。 図1の一点鎖線部分を抽出した図である。 図2の破線部分を抽出した図である。 図4(a)は、第1変形例における図3に対応する部位の抽出図である。図4(b)は、第2変形例における図3に対応する部位の抽出図である。
 以下に添付図面を参照しながら、本開示の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、本開示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。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
 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の左側とする。図1に示す矢印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(ハウジング)を備える。ベアリングハウジング2の左側には、締結機構3によってタービンハウジング4が連結される。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の外周面には、突起2aが設けられている。突起2aは、タービンハウジング4近傍に設けられる。突起2aは、ベアリングハウジング2の径方向に突出する。また、タービンハウジング4の外周面には、突起4aが設けられている。突起4aは、ベアリングハウジング2近傍に設けられる。突起4aは、タービンハウジング4の径方向に突出する。ベアリングハウジング2とタービンハウジング4は、突起2a、4aを締結機構3によってバンド締結して固定される。締結機構3は、例えば、突起2a、4aを挟持するGカップリングで構成される。
 ベアリングハウジング2には、軸受孔2bが形成されている。軸受孔2bは、過給機Cの左右方向に貫通する。軸受孔2bにセミフローティング軸受7が設けられる。セミフローティング軸受7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が設けられる。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が設けられる。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、吸気口11が形成されている。吸気口11は、過給機Cの右側に開口する。吸気口11は、不図示のエアクリーナに接続される。また、上記のように、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が連結された状態では、ディフューザ流路12が形成される。ディフューザ流路12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の対向面によって形成される。ディフューザ流路12は、空気を昇圧する。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、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は環状である。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。当該吸気された空気は、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遠心力の作用により増速される。増速された空気は、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で昇圧される。昇圧された空気は、エンジンの吸気口に導かれる。
 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。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、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は環状である。タービンスクロール流路16は、流路15よりもタービンインペラ9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。ガス流入口は、不図示の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。ガス流入口は、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を回転させることとなる。
 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。上記のとおりに、空気は、コンプレッサインペラ10の回転力によって昇圧されて、エンジンの吸気口に導かれる。
 図2は、図1の一点鎖線部分を抽出した図である。図2に示すように、軸受構造Sは、ベアリングハウジング2を含んで構成される。軸受構造Sでは、ベアリングハウジング2に油路2cが形成される。油路2cは、軸受孔2bに開口する。油路2cから軸受孔2bに潤滑油が流入する。軸受孔2bに流入した潤滑油は、軸受孔2bに設けられたセミフローティング軸受7に供給される。
 セミフローティング軸受7は、環状の本体部7aを有する。本体部7aの内部(内周面7b側)にシャフト8が挿通されている。本体部7aの内周面7bには、2つのラジアル軸受面7c、7dが形成されている。2つのラジアル軸受面7c、7dは、シャフト8の軸方向(以下、単に軸方向と称す)に離隔している。
 2つのラジアル軸受面7c、7dの間の内周面7bには、油孔7fが開口している。油孔7fは、本体部7aを内周面7bから外周面7eまで貫通する。油路2cのうち、軸受孔2b側の開口は、シャフト8の軸方向における位置が、ラジアル軸受面7c、7dや後述する連通孔22より油孔7fに近い。油路2cのうち、軸受孔2b側の開口は、油孔7fと大凡内径が等しい。油路2cのうち、軸受孔2b側の開口は、油孔7fと対向する。ただし、油路2cのうち、軸受孔2b側の開口は、油孔7fより内径が大きくとも小さくともよい。また、油路2cのうち、軸受孔2b側の開口は、一部のみが油孔7fと対向してもよい。また、油路2cのうち、軸受孔2b側の開口は、油孔7fと対向せず、軸方向の位置がずれていてもよい。軸受孔2bに供給された潤滑油の一部は、油孔7fによって本体部7aの外部から内周面7b側に導かれる。内周面7b側に導かれた潤滑油は、シャフト8とラジアル軸受面7c、7dとの間隙に供給される。そして、シャフト8とラジアル軸受面7c、7dとの間隙に供給された潤滑油の油膜圧力によってシャフト8が軸支される。
 また、本体部7aには、貫通孔7gが設けられる。貫通孔7gは、本体部7aを内周面7bから外周面7eまで貫通する。ベアリングハウジング2には、ピン孔2dが形成されている。ピン孔2dは、貫通孔7gに対向する部位に形成される。ピン孔2dは、軸受孔2bを形成する壁部を貫通している。ピン孔2dに、図2中、下側から位置決めピン20が圧入される。位置決めピン20の先端は、セミフローティング軸受7の貫通孔7gに挿入される。位置決めピン20によって、セミフローティング軸受7の回転、および、軸方向の移動が規制される。
 また、シャフト8には、油切り部材21が設けられている。油切り部材21は、本体部7aに対して、図2中、右側(コンプレッサインペラ10側)に配される。油切り部材21は、環状部材である。油切り部材21は、シャフト8を伝ってコンプレッサインペラ10側に流れる潤滑油を径方向外側に飛散させる。つまり、油切り部材21により、コンプレッサインペラ10側への潤滑油の漏出が抑制される。
 油切り部材21は、本体部7aに軸方向に対向している。油切り部材21のうち、本体部7aとの対向面の外径は、ラジアル軸受面7dの内径よりも大きい。油切り部材21のうち、本体部7aとの対向面の外径は、本体部7aの外径よりも小さい。ここで、油切り部材21のうち、本体部7aとの対向面の外径は、本体部7aの外径より小さい構成に限られない。例えば、過給機Cが搭載されるエンジンの運転状況などに合わせて、本体部7aとの対向面の外径が、本体部7aの外径と同一でもよいし、本体部7aの外径よりも大きくてもよい。
 また、シャフト8には、大径部8aが設けられている。大径部8aの外径は、本体部7aのラジアル軸受面7cの内径よりも大きい。大径部8aの外径は、本体部7aの外径よりも大きい。大径部8aは、本体部7aに対して、図2中、左側(タービンインペラ9側)に位置する。大径部8aは、本体部7aに軸方向に対向している。ここで、大径部8aの外径は、本体部7aの外径よりも大きい構成に限られない。例えば、過給機Cが搭載されるエンジンの運転状況などに合わせて、大径部8aの外径は、本体部7aの外径と同一でもよいし、本体部7aの外径よりも小さくてもよい。
 このように、本体部7aは、位置決めピン20によって軸方向の移動が規制される。本体部7aは、油切り部材21および大径部8aによって軸方向に挟まれている。本体部7aと油切り部材21との間隙には、潤滑油が供給されている。本体部7aと大径部8aとの間隙には、潤滑油が供給されている。シャフト8が軸方向に移動すると、油切り部材21または大径部8aが本体部7aとの間の油膜圧力によって支持される。シャフト8は、セミフローティング軸受7により、軸方向の移動が規制される。すなわち、セミフローティング軸受7は、本体部7aの軸方向の両端面がスラスト軸受面7h、7iとなっている。スラスト軸受面7h、7iは、スラスト荷重を受ける。油孔7fは、ラジアル軸受面7cに対し、スラスト軸受面7hの反対側に設けられる。油孔7fは、ラジアル軸受面7dに対し、スラスト軸受面7iの反対側に設けられる(図2参照)。
 また、本体部7aの外周面7eのうち、軸方向の両端側それぞれには、ダンパ部7j、7kが形成されている。本体部7aの外周面7eには、ダンパ部7j、7kの間に小径部7mが形成される。小径部7mは、ダンパ部7j、7kよりも外径が小さい。小径部7mには、油孔7fが設けられる。小径部7mとダンパ部7j、7kの間には、それぞれテーパ面7nが形成される。テーパ面7nは、小径部7m側からダンパ部7j、7kに向かって外径が大きくなる。上記のように、軸受孔2bに供給された潤滑油の一部が、油孔7fから本体部7aの内周面7bに導かれる。残りの潤滑油は、本体部7aの外周面7eと軸受孔2bの内周面2eの隙間を通って、ダンパ部7j、7kに導かれる。ダンパ部7j、7kは、軸受孔2bの内周面2eとの間隙に供給された潤滑油の油膜圧力によってシャフト8の振動を吸収(抑制)する。
 図3は、図2の破線部分を抽出した図である。ただし、図3では、理解を容易とするため、潤滑油が通る隙間Sa、Sb、Scが大きく強調されている。図3では、潤滑油の流れが矢印で示される。また、スラスト軸受面7h側とスラスト軸受面7i側の構造は実質的に等しい。説明の重複を避けるため、スラスト軸受面7h側の構造について詳述する。
 上記のように、スラスト軸受面7hと大径部8aとの隙間Saには、潤滑油が介在している。そして、シャフト8が回転するとき、隙間Saの潤滑油は、大径部8aと共に連れ回る。連れ回った潤滑油は、図3に矢印aで示すように、遠心力によって径方向外側に放出される。
 このとき、ラジアル軸受面7cとシャフト8との隙間Sbは、隙間Saと連通している。隙間Sbの潤滑油は、スラスト軸受面7h(隙間Sa)側に吸い出される。また、シャフト8の回転数が高速化すると、ラジアル軸受面7c側からスラスト軸受面7h側に潤滑油を吸い出す圧力は、大きくなる。その結果、例えば、エンジンからの給油条件などが厳しくなると、スラスト軸受面7h側に吸い出される潤滑油の油量が増加する。そして、ラジアル軸受面7cを潤滑する潤滑油の油膜厚みが薄くなることが懸念される。
 そこで、本体部7aには、連通孔22が設けられている。連通孔22は、本体部7aの周方向に離隔して複数設けられる。連通孔22は、本体部7aの一部を貫通する孔である。連通孔22の一端22aは、本体部7aの外周面7eに開口している。連通孔22の一端22aは、ダンパ部7jよりも潤滑油の流れ方向の上流側(図3中、右側)の部位に開口している。換言すれば、図3に示すように、連通孔22の一端22aは、ダンパ部7jよりも油路2c側に近い部位に開口している。連通孔22の一端22aは、本体部7aのうち、ダンパ部7jよりスラスト軸受面7hから離隔する位置に開口している。すなわち、連通孔22の一端22aは、2つのダンパ部7j、7kの間に開口している。また、連通孔22の一端22aは、外周面7eのうち小径部7mとダンパ部7jを接続するテーパ面7nに開口している。
 軸受孔2bに供給された潤滑油の一部は、本体部7aの外周面7eと軸受孔2bの内周面2eとの隙間Scを流れる。隙間Scは、例えば、本体部7aの外周面7eのうち、ダンパ部7j、7kの間の部位(ダンパ部7j、7kを除いた外周面7e)と軸受孔2bの内周面2eとの間の空間である。この潤滑油の一部は、図3中、矢印bで示すように、連通孔22を通ってスラスト軸受面7hに導かれる。
 遠心力によって潤滑油が矢印aの方向に放出されても、連通孔22を設けることで、ダンパ部7jに供給される潤滑油の一部が、スラスト軸受面7h側に供給される。そのため、ラジアル軸受面7c側からスラスト軸受面7h側に吸い出される潤滑油の油量は、抑制される。その結果、シャフト8の回転数が高速化しても、ラジアル軸受面7cを潤滑する潤滑油の油膜厚みを十分に確保することが可能となる。
 また、図3に示すように、連通孔22の他端22bは、スラスト軸受面7hに開口している。詳細には、スラスト軸受面7hのうち、シャフト8の径方向の最も内側に開口している。このように、連通孔22の他端22bを、スラスト軸受面7hのうち、シャフト8の径方向の最も内側に開口させることで下記の効果がある。
 すなわち、ラジアル軸受面7c側の隙間Sbを流通した後の潤滑油は、摩擦熱によって高温となっており粘性が低い。一方、連通孔22を通ってスラスト軸受面7h側の隙間Saに流入する潤滑油は、隙間Sbを流通した後の潤滑油よりも低温で粘性が高い。
 潤滑油の粘性が高いとメカロスが増加することから、連通孔22からスラスト軸受面7hに流入する低温の潤滑油は、メカロス増加の要因となり得る。連通孔22の他端22bを、スラスト軸受面7hのうち、シャフト8の径方向の最も内側に開口させると、連通孔22からの低温の潤滑油が、隙間Sbからの高温の潤滑油と混合されて昇温される流路を長く確保できる。その結果、大径部8aの周速が大きくなる外周側において、潤滑油の温度を高くすることができる。そのため、潤滑油の粘性を低下させ、メカロスを低減することが可能となる。
 図4(a)は、第1変形例における図3に対応する部位の抽出図である。図4(b)は、第2変形例における図3に対応する部位の抽出図である。
 図4(a)に示すように、第1変形例では、連通孔32の一端32aが、ダンパ部7jに開口している。この場合であっても、上述した実施形態と同様、ラジアル軸受面7cを潤滑する潤滑油の油膜厚みを十分に確保することができる。また、第1変形例のように、連通孔32の一端32aをダンパ部7jに開口させた場合、以下の効果がある。すなわち、連通孔32の一端32a近傍に位置するダンパ部7jの一部区間において昇温された潤滑油が、スラスト軸受面7h側に供給される。その結果、スラスト軸受面7hにおけるメカロス低減が可能となる。一方、上述した実施形態のように、連通孔22の一端22aが本体部7aの外周面7eのうち、ダンパ部7jよりも潤滑油の流れ方向の上流側に開口している場合、以下の効果がある。すなわち、連通孔22によってダンパ部7jの面積が小さくなることがない。そのため、ダンパ部7jの性能を維持しつつ、ラジアル軸受面7cにおける潤滑油の油膜厚みを十分に確保することができる。
 また、図4(b)に示す第2変形例のように、連通孔42の他端42bが、ラジアル軸受面7cに開口してもよい。この場合であっても、上述した実施形態と同様、ラジアル軸受面7cを潤滑する潤滑油の油膜厚みを十分に確保することができる。また、ラジアル軸受面7cの一部区間において昇温された潤滑油が、スラスト軸受面7hに供給される。そのため、スラスト軸受面7hにおけるメカロスの低減が可能となる。
 以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示はかかる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、特許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。
 例えば、上述した実施形態および変形例では、連通孔22、32、42の他端22b、32b、42bが、スラスト軸受面7hやラジアル軸受面7cに開口する場合について説明した。ただし、連通孔22、32、42の他端22b、32b、42bは、スラスト軸受面7hとラジアル軸受面7cとの間に開口してもよい。すなわち、連通孔22、32、42の他端22b、32b、42bが、スラスト軸受面7hとラジアル軸受面7cとに跨って延在してもよい。
 また、上述した実施形態および変形例では、タービンインペラ9側に配置されたスラスト軸受面7h側とコンプレッサインペラ10側に配置されたスラスト軸受面7i側の構造は実質的に等しい場合について説明した。また、上述した実施形態および変形例では、スラスト軸受面7h側とスラスト軸受面7i側の双方に連通孔22、32、42が設けられている場合について説明した。ただし、連通孔22、32、42は、スラスト軸受面7h側およびスラスト軸受面7i側のいずれか一方に設けられていればよい。
 また、上述した実施形態および第1変形例では、連通孔22、32の他端22b、32bは、スラスト軸受面7hのうち、シャフト8の径方向の最も内側に開口している場合について説明した。ただし、連通孔22、32の他端22b、32bは、スラスト軸受面7hのいずれの位置に開口してもよい。
 また、上述した実施形態および変形例では、連通孔22、32、42が、本体部7aのうち、図中、上側(油路2c側)に設けられる場合について説明した。ただし、連通孔22、32、42は、本体部7aの周方向のいずれの位置に設けられてもよい。また、連通孔22、32、42について、配置、大きさ、配置数は、エンジンの運転状況などに応じて、適宜設定してもよい。例えば、連通孔22、32、42の配置は、1か所のみでもよい。この場合、連通孔22、32、42の加工に要する作業時間を低減することができる。また、例えば、連通孔22、32、42を、2か所、3か所、または、6か所など、複数、本体部7aの周方向に等間隔に配置してもよい。この場合、スラスト軸受面7h側の潤滑油の油膜厚さについて、周方向の均一性を向上することができる。また、例えば、スラスト軸受面7h側の潤滑油の油膜厚さが極力均一となるように、シャフト8の回転方向や遠心力を考慮して、複数の連通孔22、32、42を周方向に等間隔ではなく偏って配置してもよい。また、連通孔の断面形状(潤滑油の流れに垂直な断面形状)は、円形状に限らず、例えば、楕円形状でも多角形状でもよい。
 本開示は、シャフトを軸支する軸受構造、および、過給機に利用することができる。
C 過給機
S 軸受構造
Sc 隙間
2 ベアリングハウジング(ハウジング)
2b 軸受孔
2c 油路
7 セミフローティング軸受
7a 本体部
7b 内周面
7c ラジアル軸受面
7d ラジアル軸受面
7e 外周面
7f 油孔
7h スラスト軸受面
7i スラスト軸受面
7j ダンパ部
7k ダンパ部
8 シャフト
22 連通孔
22a 一端
22b 他端
32 連通孔
32a 一端
42 連通孔
42b 他端

Claims (7)

  1.  軸受孔が形成されたハウジングと、
     前記軸受孔に設けられ、シャフトが挿通される本体部と、
     前記本体部の外周面に形成されたダンパ部と、
     前記本体部の内周面に設けられたラジアル軸受面と、
     前記本体部のうち、前記シャフトの軸方向の一端面に設けられたスラスト軸受面と、
     一端が、前記本体部の外周面と前記軸受孔の内周面との隙間または前記ダンパ部に開口し、他端が、前記スラスト軸受面、前記ラジアル軸受面、もしくは、前記スラスト軸受面と前記ラジアル軸受面との間に開口する連通孔と、
    を備える軸受構造。
  2.  前記本体部のうち、前記ラジアル軸受面に対して前記スラスト軸受面と反対側に設けられ、前記本体部の内周面から外周面まで貫通する油孔
    を備える請求項1に記載の軸受構造。
  3.  前記ハウジングに形成され、前記軸受孔に開口し、前記シャフトの軸方向における位置が、前記ラジアル軸受面より前記油孔に近い油路と、
    を備える請求項2に記載の軸受構造。
  4.  前記油路は、前記油孔の少なくとも一部と対向する請求項3に記載の軸受構造。
  5.  前記連通孔の一端は、前記本体部のうち、前記ダンパ部より前記スラスト軸受面から離隔した位置に開口している請求項1から4のいずれか1項に記載の軸受構造。
  6.  前記連通孔の他端は、前記スラスト軸受面のうち、前記シャフトの径方向の最も内側に開口している請求項1から5のいずれか1項に記載の軸受構造。
  7.  前記請求項1から6のいずれか1項に記載の軸受構造を備える過給機。
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