JP2018009704A - 軸受構造、および、過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受性能の向上と振動の低減とを実現すること。
【解決手段】軸受構造７は、シャフト８の軸方向に貫通する貫通孔２ｂと、貫通孔に収容される軸受ホルダー１８と、軸受ホルダー内に収容され、内部に挿通されるシャフトを支持するセミフローティングメタル１９と、軸受ホルダーおよびセミフローティングメタルの双方に対して、シャフトの径方向に挿通され、セミフローティングメタルの軸受ホルダーに対する軸方向およびシャフトの回転方向の移動を規制する位置決め部材２０と、を備える。軸受ホルダーには、貫通孔に圧入される圧入部１８ｇが形成される。軸受ホルダーのうち、軸方向の両端部の外周面の少なくとも一方と貫通孔の内周面との間には間隙Ｓが形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、セミフローティングメタル（軸受）によってシャフトが支持される軸受構造、および、過給機に関する。

従来、一端にタービンインペラが設けられ他端にコンプレッサインペラが設けられたシャフトが、ベアリングハウジングに回転自在に支持された過給機が知られている。こうした過給機をエンジンに接続し、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を回転させるとともに、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を回転させる。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。

特許文献１に記載の過給機は、ベアリングハウジングと、ベアリングハウジングの貫通孔に収容される軸受ホルダーと、軸受ホルダーに収容されるセミフローティングメタル（軸受）と、を備えている。セミフローティングメタルは軸受の一種であり、シャフトが挿通される貫通孔を有する。セミフローティングメタルの貫通孔の内周面には、シャフトのラジアル荷重を受ける軸受面が形成されている。なお、特許文献１のセミフローティングメタルは、シャフトの軸方向および回転方向の移動が規制されている。また、軸受ホルダーは、シャフトの軸方向の両端側に、ベアリングハウジングの貫通孔に圧入される圧入部を有している。

特表２０１３−５４１６７６号公報

特許文献１の過給機では、軸受ホルダーの圧入部がベアリングハウジングに接触している。従って、ベアリングハウジング内の熱が、圧入部を介して、セミフローティングメタルの軸受面に伝達する。そのため、潤滑油の温度が上昇して、軸受性能が低下してしまうおそれがある。また、過給機の運転時には、シャフトの回転に伴う振動がベアリングハウジングに伝搬することから、過給機全体としての振動抑制が希求されている。

本発明の目的は、軸受性能の向上と振動の低減とを実現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。

本発明の第１の態様は軸受構造であって、一端にタービンインペラが設けられ、他端にコンプレッサインペラが設けられたシャフトを収容するベアリングハウジング内に形成され、シャフトの軸方向に貫通する貫通孔と、貫通孔に収容される環状部材である軸受ホルダーと、軸受ホルダー内に収容される環状部材であって、内部に挿通されるシャフトを支持するセミフローティングメタル（軸受）と、軸受ホルダーおよびセミフローティングメタルの双方に対して、シャフトの径方向に挿通され、軸受ホルダーに対して、シャフトの回転方向へのセミフローティングメタルの移動を規制する位置決め部材と、を備え、軸受ホルダーは、貫通孔に圧入される圧入部を含み、軸方向における軸受ホルダーの両端部の外周面の少なくとも一方と、貫通孔の内周面との間には間隙が形成されていることを特徴とする。

圧入部は、軸受ホルダーにおける軸方向の中心位置よりも、タービンインペラ側およびコンプレッサインペラ側のいずれか一方側に形成され、間隙は、軸受ホルダーの外周面のうち、中心位置よりもタービンインペラ側およびコンプレッサインペラ側のいずれか他方側に形成されていてもよい。

軸受ホルダーは、環状の本体部と、中心位置よりも、本体部におけるタービンインペラ側の外周面に形成され、本体部の周方向に延在するタービン側突起と、中心位置よりも、本体部におけるコンプレッサインペラ側の外周面に形成され、本体部の周方向に延在するコンプレッサ側突起と、本体部の外周面のうち、タービン側突起およびコンプレッサ側突起の間に開口し、本体部の内部に潤滑油を導く給油孔と、を備え、圧入部は、タービン側突起、および、コンプレッサ側突起のいずれか一方により形成され、間隙は、タービン側突起、および、コンプレッサ側突起のいずれか他方と貫通孔の内周面との間に形成されてもよい。

タービン側突起の外径は、貫通孔のうち、タービン側突起よりもコンプレッサインペラ側で最小となる内径以下であって、軸受ホルダーは、貫通孔のうち、コンプレッサインペラ側から貫通孔に挿通されてもよい。

圧入部は、中心位置よりもタービンインペラ側に形成されてもよい。

圧入部は、中心位置よりもコンプレッサインペラ側に形成されてもよい。

本発明の第２の態様は過給機であって、第１の態様に係る軸受構造を備えることを要旨とする。

本発明によれば、軸受性能の向上と振動の低減とを実現することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係る過給機の概略断面図である。 図２は、本実施形態の軸受構造を説明するための図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、変形例の軸受構造を説明するための図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の一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、発明の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、本発明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し、また本発明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を過給機Ｃの左側を示す方向とし、矢印Ｒを過給機Ｃの右側を示す方向として説明する。図１に示すように、過給機Ｃは、過給機本体１を備える。この過給機本体１は、ベアリングハウジング２と、ベアリングハウジング２の左側に締結機構３によって連結されるタービンハウジング４と、ベアリングハウジング２の右側に締結ボルト５によって連結されるコンプレッサハウジング６と、を有する。これらは一体化されている。

ベアリングハウジング２のタービンハウジング４近傍の外周面には、突起２ａが設けられている。突起２ａは、ベアリングハウジング２の径方向に突出している。また、タービンハウジング４のベアリングハウジング２近傍の外周面には、突起４ａが設けられている。突起４ａは、タービンハウジング４の径方向に突出している。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、突起２ａ、４ａを挟持する締結バンド（例えばＧカップリング）で構成される。

ベアリングハウジング２には軸受構造７が設けられている。具体的に、ベアリングハウジング２には、過給機Ｃの左右方向（シャフト８の軸方向）に貫通する貫通孔２ｂが形成されており、シャフト８は、貫通孔２ｂ内において回転自在に支持される。軸受構造７については後に詳述する。

シャフト８の左端部（一端、第１の端部）にはタービンインペラ９が一体的に固定されており、このタービンインペラ９が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（他端、第２の端部）にはコンプレッサインペラ１０が一体的に固定されており、このコンプレッサインペラ１０が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の右側に開口し、エアクリーナ（図示せず）に接続する。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、両ハウジング２、６の、互いに対向する対向面が、空気を昇圧するディフューザ流路１２を形成する。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は環状に形成され、ディフューザ流路１２よりもシャフト８（コンプレッサインペラ１０）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、エンジンの吸気口（図示せず）に連通している。また、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、空気は、吸気口１１からコンプレッサハウジング６内に吸気され、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、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で昇圧されて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の左側に開口し、排気ガス浄化装置（図示せず）に接続する。また、タービンハウジング４には、流路１５と、この流路１５よりもシャフト８（タービンインペラ９）の径方向外側に位置する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、エンジンの排気マニホールド（図示せず）から排出される排気ガスが導かれるガス流入口（図示せず）に連通する。また、タービンスクロール流路１６は、流路１５にも連通している。したがって、排気ガスは、ガス流入口からタービンスクロール流路１６に導かれ、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。この流通過程において、排気ガスはタービンインペラ９を回転させる。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、これによりコンプレッサインペラ１０は回転する。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、エンジンの吸気口に導かれる。

図２は、本実施形態の軸受構造７を説明するための図であり、図１の破線部分を抽出して示す。図２に示すように、軸受構造７は、ベアリングハウジング２に形成された貫通孔２ｂと、貫通孔２ｂに収容される環状部材である軸受ホルダー１８を含んでいる。軸受ホルダー１８は、環状（管状）の本体部１８ａを有している。

本体部１８ａは、タービン側に突起１８ｂを有する。以下、この突起１８ｂをタービン側突起と称する。タービン側突起１８ｂは、本体部１８ａの外周面１８ｃのうち、シャフト８の軸方向における軸受ホルダー１８の中心位置Ｏよりも、タービンインペラ９側（図２中、左側）に形成される。突起１８ｂは、本体部１８ａの周方向に延在する環状に形成され、本体部１８ａの径方向外側に突出する。また、本体部１８ａは、コンプレッサ側に突起１８ｄを有する。以下、この突起１８ｄをコンプレッサ側突起と称する。コンプレッサ側突起１８ｄは、本体部１８ａの外周面１８ｃのうち、中心位置Ｏよりも、コンプレッサインペラ１０側に形成される。コンプレッサ側突起１８ｄは、本体部１８ａの周方向に延在する環状に形成され、本体部１８ａの径方向外側に突出する。

本体部１８ａの外周面において、タービン側突起１８ｂおよびコンプレッサ側突起１８ｄの間には、給油孔１８ｅが形成されている。給油孔１８ｅは、本体部１８ａを径方向に貫通し、本体部１８ａの内部に潤滑油を導く。

ベアリングハウジング２には油路２ｃが形成されている。油路２ｃは、ベアリングハウジング２の外部から貫通孔２ｂまで連通している。油路２ｃは、ベアリングハウジング２の外部から貫通孔２ｂに潤滑油を導く。油路２ｃは、貫通孔２ｂ側に開口２ｄを有する。開口２ｄは、軸受ホルダー１８の外周面１８ｃにおける、タービン側突起１８ｂとコンプレッサ側突起１８ｄとの間の部分に対向している。

また、軸受ホルダー１８の本体部１８ａの内部には、セミフローティングメタル（軸受）１９が収容されている。セミフローティングメタル１９は、環状部材であって、内部にシャフト８が挿通される。セミフローティングメタル１９の内周面には軸受面１９ａ、１９ｂが形成されている。軸受面１９ａ、１９ｂは、シャフト８の軸方向の両端側に位置する。

油孔１９ｃは、セミフローティングメタル１９の内周面における両軸受面１９ａ、１９ｂの間に開口しており、セミフローティングメタル１９を径方向に貫通し、セミフローティングメタル１９の内部に潤滑油を導く。

潤滑油は、油路２ｃを通って貫通孔２ｂに導かれ、タービン側突起１８ｂおよびコンプレッサ側突起１８ｄの間に一時的に貯留され、軸受ホルダー１８の給油孔１８ｅを介して、本体部１８ａの内部に導かれる。本体部１８ａの内部に導かれた潤滑油の一部は、セミフローティングメタル１９の外周面に供給されて、セミフローティングメタル１９の振動を抑えるオイルダンパとして機能する。

また、本体部１８ａの内部に導かれた潤滑油の一部は、セミフローティングメタル１９の油孔１９ｃを介して、セミフローティングメタル１９の内部に導かれ、軸受面１９ａ、１９ｂに供給される。軸受面１９ａ、１９ｂは、シャフト８の外周面との間に潤滑油の油膜を形成し、油膜圧力によってシャフト８を回転自在に支持する。

軸受ホルダー１８には、孔１８ｆが形成されている。孔１８ｆは、径方向に軸受ホルダー１８を貫通している。また、セミフローティングメタル１９には孔１９ｄが形成されている。孔１９ｄは径方向にセミフローティングメタル１９を貫通している。さらに、孔１８ｆ及び孔１９ｄは、径方向において互いに対向する位置に位置している。位置決め部材２０は、孔１８ｆ、１９ｄの双方に対して、シャフト８の径方向に挿通されている。位置決め部材２０は、例えば、ピンなどで構成され、軸受ホルダー１８に対して、シャフト８の軸方向および回転方向へのセミフローティングメタル１９の移動を規制する。ここでは、位置決め部材２０がピンで構成される場合について説明したが、位置決め部材２０は、ピンに限らず、他の形状の部材であってもよい。

本実施形態では、軸受ホルダー１８を設け、位置決め部材２０が軸受ホルダー１８に対するセミフローティングメタル１９の移動を規制している。従って、軸受ホルダー１８およびセミフローティングメタル１９を貫通孔２ｂ内に収容する前に、位置決め部材２０を孔１８ｆ、１９ｄに挿通でき、位置決め部材２０の取り付け作業が容易となる。

軸受ホルダー１８は、貫通孔２ｂに圧入される圧入部１８ｇを有する。圧入部１８ｇは、タービン側突起１８ｂに形成される。圧入部１８ｇは、タービン側突起１８ｂに対向する貫通孔２ｂの部位２ｅの内径よりも、圧入前の外径が僅かに大きい。

また、軸受ホルダー１８のうち、シャフト８の軸方向のコンプレッサインペラ１０側（図２中、右側）の外周面１８ｃ、より厳密には、コンプレッサ側突起１８ｄと貫通孔２ｂの内周面との間には間隙Ｓが形成されている。

このように、本実施形態では、コンプレッサ側突起１８ｄと、貫通孔２ｂの内周面との間に間隙Ｓが形成され、軸受ホルダー１８が、タービン側突起１８ｂのみで貫通孔２ｂ内に圧入、固定される。これにより、軸受ホルダー１８とベアリングハウジング２との接触面積を減らし、ベアリングハウジング２から軸受ホルダー１８を介してセミフローティングメタル１９に伝達される熱を抑制することが可能となる。また、軸受ホルダー１８とベアリングハウジング２との接触面積を減らすことで、シャフト８の回転に伴う振動のベアリングハウジング２への伝搬を抑制することが可能となる。

圧入部１８ｇは、軸受ホルダー１８における軸方向の中心位置Ｏよりも、タービンインペラ９側に形成され、間隙Ｓは、軸受ホルダー１８の外周面１８ｃのうち、中心位置Ｏよりもコンプレッサインペラ１０側に形成されている。

シャフト８におけるタービンインペラ９側とコンプレッサインペラ１０側を比較すると、コンプレッサインペラ１０側の方が、シャフト８の回転に伴う振動が大きく、シャフト８のうち、コンプレッサインペラ１０側がタービンインペラ９側に比べて大きく振れ回る。ここでは、中心位置Ｏよりもタービンインペラ９側に圧入部１８ｇを形成し、中心位置Ｏよりもコンプレッサインペラ１０側に間隙Ｓを形成することで、シャフト８の回転に伴う振動が、軸受ホルダー１８を介してベアリングハウジング２に伝達されるのをより一層抑制することが可能となる。

軸受ホルダー１８は、貫通孔２ｂに、タービンインペラ９側およびコンプレッサインペラ１０側のどちらから挿通してもよい。ただし、タービンインペラ９側から挿通するためには、タービンインペラ９とシャフト８の連結部分が挿通される部位の内径を、軸受ホルダー１８の外径以上にする必要がある。しかし、タービンインペラ９側には高圧の排気ガスが導かれるので、上記の部位を大きくすると漏れが生じるおそれがあることからあまり好ましくない。本実施形態では、軸受ホルダー１８は、貫通孔２ｂのうち、コンプレッサインペラ１０側（図２中、右側）から貫通孔２ｂに挿通される。

従って、タービン側突起１８ｂの外径は、貫通孔２ｂのうち、タービン側突起１８ｂよりもコンプレッサインペラ１０側で最小となる最小内径以下に設定される。ここで、最小内径は、貫通孔２ｂのうち、コンプレッサ側突起１８ｄに対向する部位２ｆの内径であり、この部位２ｆの内径は、タービン側突起１８ｂに対向する部位２ｅの内径よりも大きい。

その結果、タービン側突起１８ｂは、貫通孔２ｂのうち、タービン側突起１８ｂに対向する部位２ｅに当接するまで、他の部位に当接することなく、貫通孔２ｂに挿入することができる。そのため、軸受ホルダー１８の貫通孔２ｂへの圧入作業が容易となる。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、変形例の軸受構造２７、３７を説明するための図である。図３（ａ）は、第１変形例の軸受構造２７における図２に対応する部位の断面を示す。図３（ｂ）は、第２変形例の軸受構造３７における図２に対応する部位の断面を示す。

図３（ａ）に示すように、第１変形例の軸受構造２７において、軸受ホルダー１８は、中心位置Ｏよりもコンプレッサインペラ１０側（図３（ａ）中、右側）に形成される圧入部２８ｇを有する。また、間隙Ｓは、軸受ホルダー１８の外周面１８ｃのうち、中心位置Ｏよりもタービンインペラ９側に形成されている。

詳細には、圧入部２８ｇは、コンプレッサ側突起１８ｄに形成される。圧入部２８ｇは、コンプレッサ側突起１８ｄに対向する貫通孔２ｂの部位２ｆの内径よりも、圧入前の外径が僅かに大きい。また、間隙Ｓは、タービン側突起１８ｂと貫通孔２ｂの内周面との間に形成される。

ベアリングハウジング２内のタービンインペラ９側とコンプレッサインペラ１０側を比較すると、タービンインペラ９側の方が高温となる。ここでは、中心位置Ｏよりもコンプレッサインペラ１０側に圧入部２８ｇを形成し、中心位置Ｏよりもタービンインペラ９側に間隙Ｓを形成することで、ベアリングハウジング２から軸受ホルダー１８を介してセミフローティングメタル１９に伝達される熱をより一層抑制することが可能となる。

図３（ｂ）に示すように、第２変形例の軸受構造３７において、タービン側突起１８ｂは形成されない。その代り、貫通孔２ｂの内周面は、タービンインペラ９側（図３（ｂ）中、左側）に、環状突起２ｇを有する。

第２変形例の軸受構造３７において、軸受ホルダー１８は、外周面１８ｃにおいて環状突起２ｇの径方向内側に対向する部位として形成される圧入部３８ｇを有する。圧入部３８ｇは、環状突起２ｇの内径よりも、圧入前の圧入部３８ｇの外径が大きく形成されている。このように、軸受ホルダー１８側の外周面１８ｃに突起を設けずとも、貫通孔２ｂの内周面に環状突起２ｇを設けて、軸受ホルダー１８を貫通孔２ｂに圧入してもよい。

上述した実施形態および変形例では、圧入部１８ｇ、２８ｇ、３８ｇが、中心位置Ｏよりも、タービンインペラ９側、または、コンプレッサインペラ１０側のいずれか一方に形成され、間隙Ｓが、いずれか他方に形成されている。しかし、圧入部１８ｇ、２８ｇ、３８ｇは、中心位置Ｏを跨いで形成されてもよい。

また、上述した実施形態および第１変形例では、タービン側突起１８ｂおよびコンプレッサ側突起１８ｄが形成されている。しかしながら、第２変形例のように、タービン側突起１８ｂを設けなくてもよいし、タービン側突起１８ｂを設けてコンプレッサ側突起１８ｄを設けずともよい。また、タービン側突起１８ｂおよびコンプレッサ側突起１８ｄを設けなくてもよい。これらの場合、貫通孔２ｂに環状突起を設けることで、圧入部１８ｇ、２８ｇ、３８ｇが形成されることとなる。ただし、タービン側突起１８ｂやコンプレッサ側突起１８ｄを形成することで、タービン側突起１８ｂやコンプレッサ側突起１８ｄの外径を調整し間隙Ｓを容易に形成可能となる。

また、上述した実施形態および変形例では、タービン側突起１８ｂの外径は、貫通孔２ｂのうち、タービン側突起１８ｂよりもコンプレッサインペラ１０側で最小となる最小内径以下である。しかし、タービン側突起１８ｂの外径が、最小内径よりも大きく、タービン側突起１８ｂの圧入箇所が複数であってもよい。

また、上述した実施形態では、スラスト軸受は、セミフローティングメタル１９とは別の部材として設けられている。しかしながら、セミフローティングメタル１９の端面に、スラスト軸受を一体に設けてもよい。

また、上述した実施形態では、位置決め部材２０は、軸受ホルダー１８に対する軸方向および回転方向へのセミフローティングメタル１９の移動を規制する。しかしながら、位置決め部材２０は軸方向の移動を規制しなくてもよい。ただし、軸方向の移動を規制することで、セミフローティングメタル１９がスラスト軸受などの周辺部材と接触することを抑制することが可能になる。また、セミフローティングメタル１９の端面に、スラスト軸受を一体に設ける場合は、軸方向の移動を規制することが好ましい。

また、上述した実施形態では、潤滑油は、油路２ｃ及び軸受ホルダー１８の給油孔１８ｅを介して、本体部１８ａの内部に導かれている。しかし、セミフローティングメタル１９のタービンインペラ９側、コンプレッサインペラ１０側に直接、潤滑油が導かれるように、油路２ｃを分岐させてもよい。この場合、給油孔１８ｅおよび油孔１９ｃは、分岐した油路２ｃのタービンインペラ９側の開口部近傍、および、コンプレッサインペラ１０側の開口部近傍に、それぞれ設けてもよい。また、軸受面１９ａ、１９ｂの内周面には、例えば、シャフト８の軸方向や径方向に延在する溝が形成されていてもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明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本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、セミフローティングメタルによってシャフトが支持される軸受構造、および、過給機に利用することができる。

Claims (4)

1. 径方向に貫通する第１の孔を有する第１の円筒部と、
   径方向に貫通する第２の孔を有し、前記第１の円筒部よりも径の小さい第２の円筒部と、
   を備え、
   前記第１の孔と前記第２の孔は、径方向において互いに対向する位置に配され、前記第１の孔と前記第２の孔の双方に対して、位置決め部材が径方向に挿通されている、セミフローティング軸受構造。
2. 前記位置決め部材はピンである、請求項１に記載のセミフローティング軸受構造。
3. 前記位置決め部材は、前記第１の円筒部と前記第２の円筒部を収容するハウジングを前記第１の円筒部の軸方向に貫通する貫通孔の内壁から離隔している、請求項１または２に記載のセミフローティング軸受構造。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のセミフローティング軸受構造を備える過給機。