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JP2001303964A - ターボチャージャの軸受構造 - Google Patents

ターボチャージャの軸受構造

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Publication number
JP2001303964A
JP2001303964A JP2000122876A JP2000122876A JP2001303964A JP 2001303964 A JP2001303964 A JP 2001303964A JP 2000122876 A JP2000122876 A JP 2000122876A JP 2000122876 A JP2000122876 A JP 2000122876A JP 2001303964 A JP2001303964 A JP 2001303964A
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JP
Japan
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bearing
housing
oil film
turbine shaft
ball bearings
Prior art date
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Pending
Application number
JP2000122876A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Saiura
寛 采浦
Susumu Ariga
進 有賀
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by IHI Corp filed Critical IHI Corp
Priority to JP2000122876A priority Critical patent/JP2001303964A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベアリングハウジングのタービン軸貫通部に
おいて、タービン軸のボールベアリングの周囲から支持
するオイルフィルムダンパを軽量化することで、ターボ
チャージャのタービン軸の回転時に発生する振動を低減
させると共に、その騒音の発生も抑制する。 【解決手段】 タービンハウジング１とコンプレッサハ
ウジング２とがベアリングハウジング３を介して一体に
連結したターボチャージャの軸受構造において、ベアリ
ングハウジング３のタービン軸貫通部内の軸方向の両端
部に、ジャーナル軸受３ａとして嵌め入れたボールベア
リング２５，２６と、ボールベアリング２５，２６の振
動を吸収するために、各ボールベアリング２５，２６の
外径部に挿入した、略円筒形状をした耐熱性の合成樹脂
材からなるオイルフィルムダンパ２７と、を備えたもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】本発明は、ターボチャージ
ャの軸受構造に係り、特にタービン軸の軸受となるボー
ルベアリングにオイルフィルムダンパを介在してその振
動を低減することができるターボチャージャの軸受構造
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のターボチャージャの軸受構造は、
図３の側断面図に示すように、タービンハウジング１と
コンプレッサハウジング２内とがベアリングハウジング
３を介して一体に連結したものである。このターボチャ
ージャは、タービンハウジング１内のタービンホイール
４と、コンプレッサハウジング２内のコンプレッサホイ
ール５とを、ベアリングハウジング３内にてジャーナル
軸受により回転自在に支持されたタービン軸６によって
連結したものである。このターボチャージャの軸受構造
は、エンジンの排気によってタービンホイール４を回転
させることによりタービン軸６を介してコンプレッサホ
イール５を回転させ、吸気を圧縮してエンジンに給気す
るようになっている。
【０００３】上記ターボチャージャのタービン軸６は、
高速で回転するため、ジャーナル軸受３ａ部を潤滑させ
る必要があり、ベアリングハウジング３のタービン軸貫
通部に、周方向及び径方向に給油路７を有する軸受嵌輪
８を組み込み、この軸受嵌輪８内の軸方向両端部に、径
方向に給油孔１１を有するフローティングメタル９，１
０をジャーナル軸受３ａとして回転自在に嵌め入れ、ベ
アリングハウジング３に設けた給油路１２を経て供給さ
れる潤滑油Ｏがフローティングメタル９，１０の内外周
面に導かれるようになっている。
【０００４】上記コンプレッサハウジング２内でコンプ
レッサホイール５を取り付けているタービン軸６の外側
には、表面に凹凸を形成した油切り１５を設けると共
に、該油切り１５に外面にコンプレッサ側シーリング１
６を嵌め合わせ、該コンプレッサ側シーリング１６に内
周面が接するようにしたシールプレート１７をベアリン
グハウジング３に取り付けてオイルシール部を形成して
いる。更に、上記油切り１５とスラストブシュ１４のコ
ンプレッサ側の面との間に、ベアリングハウジング３の
給油路１３に連通する専用給油路１９を備えたスラスト
軸受１８を配置し、スラストブシュ１４のコンプレッサ
側の面が正スラスト（タービン軸６がコンプレッサ側に
移動しようとする方向のスラスト）軸受面とされ、油切
り１５のタービン側の面が反スラスト（タービン軸６が
タービン側に移動しようとする方向のスラスト）軸受面
とされ、これらスラスト軸受面が上記スラスト軸受１８
の専用給油路１９から出てくる潤滑油Ｏによって潤滑さ
れるようになっている。この潤滑油Ｏは、ベアリングハ
ウジング３の排油孔２０とコンプレッサ側の排油路２１
を経由して排油口２２から排油される。
【０００５】上記ターボチャージャは、通常運転中はほ
とんど正スラストがスラスト軸受１８に作用するため、
スラスト軸受１８の正スラスト側が荷重側となり、反ス
ラスト側が非荷重側となって正スラスト側のパッド面１
８ａとスラストブシュ１４の正スラスト軸受面との間に
隙間が減少すると同時に、スラスト軸受１８の反スラス
ト側のパッド面１８ｂと油切り１５の反スラスト軸受面
との間の隙間が増大し、潤滑油Ｏが給油抵抗の少ない反
スラスト側に多く流れてしまうものであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のターボチャ
ージャの軸受構造では、過給圧の増大に伴ってスラスト
軸受１８の負荷能力を高めるためには、荷重側で必要と
する潤滑油量に応じて非荷重側に流れる潤滑油量を考慮
に入れた大量の潤滑油Ｏを供給しなければならないとい
う問題があった。そこで、このような潤滑油Ｏの給油量
を減少することができ、タービン軸６の回転における抵
抗を低減することにより、レスポンスを良好にすること
ができるボールベアリングを組み込んだ、ターボチャー
ジャの軸受構造が提案されている。
【０００７】このボールベアリング式の軸受構造は、例
えばベアリングハウジングのタービン軸の貫通部に、こ
のタービン軸を支持するボールベアリングをタービン側
とコンプレッサ側にそれぞれ組み込んだものである。更
に、これらのボールベアリングだけでは、ベアリングハ
ウジングのタービン軸の貫通部内において低振動が生
じ、この振動を抑制するために、これらのボールベアリ
ングの周囲をオイルフィルムダンパで押さえていた。
【０００８】しかし、従来のオイルフィルムダンパは、
ステンレス鋼等の金属材料で製造されているため、その
自重によりタービン軸の貫通部内において、沈みやすい
ので、タービン軸が回転してある程度振動しないと、こ
のオイルフィルムダンパが動かず、そのダンピング効果
が発揮されないという問題があった。
【０００９】また、この金属製のオイルフィルムダンパ
では、その自重によりタービン軸貫通部内において、沈
み込んだままのために、タービン軸が回転してから、本
来のダンピング機能を発揮する回転域が制限されるとい
う問題があった。
【００１０】本発明は、かかる問題点を解決するために
創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ベ
アリングハウジングのタービン軸貫通部において、ター
ビン軸のボールベアリングの周囲から支持するオイルフ
ィルムダンパを軽量化することで、ターボチャージャの
タービン軸の回転時に発生する振動を低減させると共
に、その騒音の発生も抑制することができるターボチャ
ージャの軸受構造を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、タービ
ンハウジング（１）とコンプレッサハウジング（２）と
がベアリングハウジング（３）を介して一体に連結した
ターボチャージャの軸受構造において、前記ベアリング
ハウジング（３）のタービン軸貫通部内の軸方向の両端
部に、ジャーナル軸受（３ａ）として嵌め入れたボール
ベアリング（２５，２６）と、該ボールベアリング（２
５，２６）の振動を吸収するために、各ボールベアリン
グ（２５，２６）の外径部に挿入した、略円筒形状をし
た耐熱性を有する合成樹脂材からなるオイルフィルムダ
ンパ（２７）と、を備えた、ことを特徴とするターボチ
ャージャの軸受構造が提供される。
【００１２】このオイルフィルムダンパ（２７）は、熱
硬化性の合成樹脂材を用いることができる。または、こ
のような耐熱性の合成樹脂材に代えて木材を用いること
も可能である。
【００１３】上記発明の構成によれば、タービン軸貫通
部においてタービン側とコンプレッサ側にそれぞれに組
み込んだボールベアリング（２５，２６）によりタービ
ン軸（６）を支持するものであるため、従来の軸受構造
に比較して潤滑油（Ｏ）の給油量を大幅に減少すること
ができる。また、タービン軸（６）の回転における抵抗
を低減することにより、軸受のレスポンスを良好にする
ことができる。これらのボールベアリング（２５，２
６）は、オイルフィルムダンパ（２７）で押さえている
ため、このタービン軸貫通部において発生する低振動を
抑制することができる。
【００１４】特に、本発明では、オイルフィルムダンパ
（２７）が、耐熱性を有する合成樹脂材から成り、従来
の金属製のものに比べて軽いので、給油した潤滑油
（Ｏ）の油膜の中において浮かびやすく、かつ動きやす
くなっている。そこで、この軽量になったオイルフィル
ムダンパ（２７）は、ボールベアリング（２５，２６）
とベアリングハウジング（３）との間におけるダンピン
グ効果を高めることができるため、ターボチャージャの
低振動化及び低騒音化を実現することができる。
【００１５】また、ボールベアリング（２５，２６）の
軸方向の位置を保持させるために、２個のボールベアリ
ング（２５，２６）の間に弾性部材（３１）を介在させ
ることができる。
【００１６】この弾性部材（３１）は、両ボールベアリ
ング（２５，２６）のタービン軸（６）方向への移動を
阻止して、これらボールベアリング（２５，２６）の振
動の発生を抑制する作用があるため、上述したオイルフ
ィルムダンパ（２７）のボールベアリング（２５，２
６）とベアリングハウジング（３）との間におけるダン
ピング効果と相まって、ターボチャージャの低振動化及
び低騒音化を更に確実なものにすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、図において共通の部
材には同一の符号を付し重複した説明を省略する。図１
は本発明のターボチャージャの軸受構造を示す側断面図
である。図２はオイルフィルムダンパを示す拡大断面図
である。本発明のターボチャージャの軸受構造は、図３
で示したものと同様に、タービンハウジング１とコンプ
レッサハウジング２内とがベアリングハウジング３を介
して一体に連結したものであり、タービンハウジング１
内のタービンホイール４とコンプレッサハウジング２内
のコンプレッサホイール５とを、ベアリングハウジング
３内にてジャーナル軸受（３ａ）により回転自在に支持
されたタービン軸６によって連結したものである。
【００１８】また、図２に示すように、上記タービン軸
６は、ジャーナル軸受３ａを潤滑させるため、ベアリン
グハウジング３のタービン軸貫通部内に、ジャーナル軸
受３ａとして嵌め入れた２個のボールベアリング２５，
２６により支持されるようになっている。これらのボー
ルベアリング２５，２６の振動を吸収するために、両ボ
ールベアリング２５，２６の外径部に、略円筒形状をし
た耐熱性を有する合成樹脂材からなるオイルフィルムダ
ンパ２７で覆っている。ベアリングハウジング３に設け
た給油路２８を経て供給される潤滑油Ｏが、このオイル
フィルムダンパ２７の内外周面に導かれるようになって
いる。このオイルフィルムダンパ２７は、タービン軸貫
通部内において、ダンパ抑え２９により固定してある。
【００１９】上記コンプレッサハウジング２内でコンプ
レッサホイール５を取り付けているタービン軸６の外側
には、表面に凹凸を形成した油切り１５を設けると共
に、該油切り１５の外面にコンプレッサ側シーリング１
６を嵌め合わせ、該コンプレッサ側シーリング１６に内
周面が接するようにしたシールプレート１７をベアリン
グハウジング３に取り付けてオイルシール部を形成して
ある。
【００２０】本発明のオイルフィルムダンパ２７は、耐
熱性を有する合成樹脂材、例えば熱硬化性の合成樹脂材
から成り、従来の金属製のオイルフィルムダンパに比べ
て軽い材料を用いている。これは、オイルフィルムダン
パ２７を、潤滑油Ｏの油膜の中において浮かびやすくす
るためである。このように軽量化させたのでオイルフィ
ルムダンパ２７の動きを容易にすることができる。
【００２１】更に、このオイルフィルムダンパ２７は、
その外周に給油路２８からの潤滑油Ｏの油膜が容易に形
成されるように、図示するような溝２７ａを形成してあ
る。この溝２７ａに潤滑油Ｏを流すことにより、オイル
フィルムダンパ２７の外周に、潤滑油Ｏの油膜が形成し
やすいようになっている。このようにオイルフィルムダ
ンパ２７を軽量としたので、ボールベアリング２５，２
６とベアリングハウジング３との間におけるダンピング
効果を高めることができる。
【００２２】なお、本発明のオイルフィルムダンパ２７
は、潤滑油Ｏの油膜の中において浮かびやすく、動きや
すいと共に、その外周に溝２７ａを形成することができ
るものであれば、上述した合成樹脂材という材料に限定
されない。この合成樹脂材に代えて、木材をオイルフィ
ルムダンパ２７の材料として用いることができる。この
木材は、潤滑油Ｏを含滲させると耐熱性が向上するた
め、ダンピング効果に影響を与えず、耐久性も低下する
ことがない。しかも、木材はある程度の柔軟性があるの
で、合成樹脂材のオイルフィルムダンパ２７のように外
周に溝２７ａを形成しない場合でも、潤滑油Ｏの油膜が
できやすいので、ダンピング効果を高めることができ
る。
【００２３】また、図２に示すように、オイルフィルム
ダンパ２７には、コンプレッサ側にダンパ廻り止め用の
凹部２７ｂを形成し、この凹部２７ｂに対して、コンプ
レッサハウジング２から突出したダンパ廻り止めピン３
０が嵌まるようになっている。これにより、オイルフィ
ルムダンパ２７が、不用意に回転して摩擦熱が発生する
ことを阻止できる。
【００２４】タービン軸貫通部内において、両方のボー
ルベアリング２５，２６の間にコイルバネ等の弾性部材
３１を介在させてある。この弾性部材３１は、ボールベ
アリング２５，２６の軸方向の位置を保持させるための
ものである。各ボールベアリング２５，２６には弾性部
材３１の端部がボールの回転を阻止しないように、リン
グ状のスプリング受け３２，３３を介在してある。
【００２５】この弾性部材３１は、両ボールベアリング
２５，２６のタービン軸６方向への移動を阻止して、こ
れらボールベアリング２５，２６の振動の発生を抑制す
るものである。そこで、この弾性部材３１は、上述した
オイルフィルムダンパ２７のボールベアリング２５，２
６とベアリングハウジング３との間におけるダンピング
効果と相まって、ターボチャージャの低振動化及び低騒
音化を更に確実なものにする作用がある。
【００２６】このように構成したターボチャージャの軸
受構造では、潤滑油Ｏをターボチャージャ上部の給油孔
３４から注入し、この潤滑油Ｏは給油路２８を経て、タ
ービン軸貫通部におけるオイルフィルムダンパ２７の周
囲へ流れる。このとき、潤滑油Ｏは、オイルフィルムダ
ンパ２７の外周に形成した溝２７ａに流れ、潤滑油Ｏの
油膜を形成する。この潤滑油Ｏの油膜内において、合成
樹脂材又は木材から成り、金属製のものより軽いオイル
フィルムダンパ２７は、容易に浮かび上がることがで
き、かつ動きやすくなる。そこで、この浮かびやすくな
ったオイルフィルムダンパ２７が、ボールベアリング２
５，２６とベアリングハウジング３との間におけるダン
ピング効果を高める。
【００２７】なお、オイルフィルムダンパ２７を流れた
潤滑油Ｏは、オイルフィルムダンパ２７及びタービン軸
６を経て、ターボチャージャ下部へ排油されるとき、タ
ービン側の回転により排出される潤滑油Ｏと、コンプレ
ッサ側の回転により排出される潤滑油Ｏと共に排油口２
２へ排油させることができる。
【００２８】本発明のオイルフィルムダンパ２７では、
タービン軸貫通部内において沈み込んだままにならない
ために、ターボチャージャの回転時に、潤滑油Ｏの供給
で容易に浮かび上がることができる。そこで、従来の金
属製のオイルフィルムダンパ２７では、ターボチャージ
ャの回転時に発生しやすかた振動を低減させることがで
きる。
【００２９】なお、本発明は上記実施の形態にのみ限定
されるものではなく、タービン軸の高速回転を支持する
ために、ベアリングハウジング３のタービン軸貫通部内
において２個のボールベアリング２５，２６を嵌め込ん
だ実施の形態について説明してあるが、これらのボール
ベアリング２５，２６の配置数は図示例の２個に限定さ
れず、３個又はこれ以上の数を配置することも可能であ
り、そのため本発明の要旨を逸脱しない範囲内において
種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３０】また、オイルフィルムダンパ２７の材料
も、潤滑油Ｏの油膜の中において浮かび、軽く動きやす
いと共に、耐熱性や耐磨耗性の高いものであれば、上述
した合成樹脂材や木材及び軽量の焼結金属等を用いるこ
とが可能であり、そのため本発明の要旨を逸脱しない範
囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３１】
【発明の効果】上述したように、本発明のターボチャー
ジャの軸受構造は、タービン軸の貫通部においてタービ
ン側とコンプレッサ側にそれぞれに組み込んだボールベ
アリングによりタービン軸を支持するものであるため、
潤滑油の給油量を減少することができると共に、タービ
ン軸の回転における抵抗を低減することにより、軸受の
レスポンスを良好にすることができる。これらのボール
ベアリングは、オイルフィルムダンパで押さえているた
め、このタービン軸貫通部において発生する低振動を抑
制することができる。
【００３２】特に、本発明ではオイルフィルムダンパ
が、従来の金属製のものに比べて軽い耐熱性を有する合
成樹脂材や木材等からなるものであるため、潤滑油の油
膜の中において浮かびやすく、かつ動きやいので、この
軽量になったオイルフィルムダンパが、ボールベアリン
グとベアリングハウジングとの間におけるダンピング効
果を高めることができる。
【００３３】また、本発明の弾性部材が、両ボールベア
リングのタービン軸方向への移動を阻止して、これらボ
ールベアリングの振動の発生を抑制する作用があるた
め、上述したオイルフィルムダンパのボールベアリング
とベアリングハウジングとの間におけるダンピング効果
と相まって、ターボチャージャの低振動化及び低騒音化
を更に確実なものにすることができる、等の優れた効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のターボチャージャの軸受構造を示す側
断面図である。
【図２】オイルフィルムダンパを示す拡大断面図であ
る。
【図３】従来のターボチャージャのスラスト軸受構造を
示す側断面図である。
【符号の説明】
１ タービンハウジング ２ コンプレッサハウジング ３ ベアリングハウジング ３ａ ジャーナル軸受 ４ タービンホイール ５ コンプレッサホイール ６ タービン軸 １５ 油切り １６ コンプレッサ側シーリング １７ シールプレート ２０ 排油孔 ２１ 排油路 ２２ 排油口 ２５ ボールベアリング（タービン側） ２６ ボールベアリング（コンプレッサ側） ２７ オイルフィルムダンパ ２７ａ 溝 ２７ｂ ダンパ廻り止め凹部 ２８ 給油路 ２９ ダンパ抑え ３０ ダンパ廻り止めピン ３１ 弾性部材 ３２，３３ スプリング受け ３４ 給油孔 Ｏ 潤滑油
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G005 EA04 EA16 FA11 FA12 GB57 KA00 KA01 3J012 AB04 AB07 BB03 BB05 CB03 DB05 FB10 3J048 AA06 AC05 BD04 BE03 EA01 3J101 AA02 AA32 AA42 AA54 AA62 AA81 BA77 FA01 FA41 GA26

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 タービンハウジング（１）とコンプレッ
    サハウジング（２）とがベアリングハウジング（３）を
    介して一体に連結したターボチャージャの軸受構造にお
    いて、前記ベアリングハウジング（３）のタービン軸貫
    通部内の軸方向の両端部に、ジャーナル軸受（３ａ）と
    して嵌め入れたボールベアリング（２５，２６）と、該
    ボールベアリング（２５，２６）の振動を吸収するため
    に、各ボールベアリング（２５，２６）の外径部に挿入
    した、略円筒形状をした耐熱性の合成樹脂材からなるオ
    イルフィルムダンパ（２７）と、を備えた、ことを特徴
    とするターボチャージャの軸受構造。
  2. 【請求項２】 前記オイルフィルムダンパ（２７）が、
    熱硬化性の合成樹脂材からなる、ことを特徴とする請求
    項１のターボチャージャの軸受構造。
  3. 【請求項３】 タービンハウジング（１）とコンプレッ
    サハウジング（２）とがベアリングハウジング（３）を
    介して一体に連結したターボチャージャの軸受構造にお
    いて、前記ベアリングハウジング（３）のタービン軸貫
    通部内の軸方向の両端部に、ジャーナル軸受（３ａ）と
    して嵌め入れたボールベアリング（２５，２６）と、該
    ボールベアリング（２５，２６）の振動を吸収するため
    に、各ボールベアリング（２５，２６）の外径部に挿入
    した、略円筒形状をした木材からなるオイルフィルムダ
    ンパ（２７）と、を備えた、ことを特徴とするターボチ
    ャージャの軸受構造。
  4. 【請求項４】 前記ボールベアリング（２５，２６）の
    軸方向の位置を保持させるために、２個のボールベアリ
    ング（２５，２６）の間に弾性部材（３１）を介在させ
    た、ことを特徴とする請求項１、２又は３のターボチャ
    ージャの軸受構造。
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