JP2005248856A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受寿命が長く、潤滑油漏れに起因して排気に白煙等が混じるといった不具合もなく、しかもエンジンの回転や走行時に生じる外部からの振動に対して充分に耐えることができ、もって実用的で高性能のターボチャージャを提供する。
【解決手段】 タービンホイール２およびコンプレッサホイール３の近傍に、互いに逆向きに機能して軸１をハウジング８に対して支持する２つのスラスト動圧軸受６，７を設け、これらは空気を潤滑流体とし、かつ、ハウジング８に対して制振部材１１，１２を介在させて固定することにより、潤滑油漏れを防止するとともに、外乱振動に耐えうる実用性に富んだ高性能のターボチャージャを得る。
【選択図】 図１

Description

本発明は内燃機関に対する吸気の過給動作を行うためのターボチャージャに関する。

内燃機関の吸気の過給動作を行うターボチャージャにおいては、一般に、排気通路に設けられ、排気ガスにより回転するタービンホイールと、吸気通路に設けられ、回転により吸気の過給動作を行うコンプレッサホイールとが、軸の両端部分に設けられた構造を採る。

このようなターボチャージャにおいては、軸が高速度で回転するとともに、特にタービンホイール側が高温の環境下に曝されるため、その軸受装置としては、浮動ブッシュと称される潤滑油の強制循環供給タイプのラジアル軸受と、テーパランドを有し、同じく潤滑油の強制循環供給タイプのスラスト軸受が主として採用されている（例えば非特許文献１参照）。

また、このような浮動ブッシュ等の潤滑油の強制循環供給タイプの軸受のほか、空気を潤滑流体とする動圧軸受をラジアルおよびスラスト軸受に用いたターボチャージャも提案されている（例えば特許文献１参照）。
五味 勉著 「自動車工学全書４ ガソリンエンジン」山海堂出版１９８０年 ｐ．１６７−１６９ 特開昭５８−３７３１９号公報

ところで、上記した従来のターボチャージャのうち、潤滑油を強制循環供給する軸受を用いたものでは、エンジンの振動や自動車の走行に起因する外部からの振動に対してダンパ効果を発揮するという利点がある反面、高温・高速の環境の故に潤滑油が劣化しやすく、また、スラッジ等の異物が潤滑系内に混入する可能性があり、このような事情によって軸受寿命が比較的短いという問題がある。また、この潤滑油が、負圧となるタービンホイール側に漏れ出し、排気に白煙が含まれる場合もあるという問題もあった。

一方、空気を潤滑流体とする動圧軸受を用いたものでは、潤滑油を用いないが故にこれらの問題は生じないものの、大きなダンパ効果を期待することができないため、エンジンの回転や走行に起因する外部からの振動に対しては弱く、そのままでは実用に供することはできない。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、軸受寿命が長く、潤滑油漏れに起因して排気に白煙等が混ざるといった不具合もなく、しかもエンジンの回転や走行時に生じる外部からの振動に対して充分に耐えることができ、もって実用的で高性能のターボチャージャを提供することをその課題としている。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明のターボチャージャは、軸の一端側に内燃機関の排気通路中に配置されるタービンホイールが取り付けられているとともに、他端側には吸気通路中に配置されるコンプレッサホイールが取り付けられ、内燃機関の排気ガスによるタービンホイールの回転エネルギをコンプレッサホイールに伝達して吸気過給動作を行うターボチャージャにおいて、上記タービンホイールおよびコンプレッサホイールの近傍に配置されて互いに逆向きに機能して上記軸をハウジングに対して支持する２つのスラスト動圧軸受を備え、その各スラスト動圧軸受は空気を潤滑流体とし、かつ、当該各スラスト動圧軸受とハウジングとの間に、それぞれ制振部材が介在配置されていることによって特徴づけられる。

また、請求項２に係る発明のターボチャージャは、同じく軸の一端側に内燃機関の排気通路中に配置されるタービンホイールが取り付けられているとともに、他端側には吸気通路中に配置されるコンプレッサホイールが取り付けられ、内燃機関の排気ガスによるタービンホイールの回転エネルギをコンプレッサホイールに伝達して吸気過給動作を行うターボチャージャにおいて、上記軸を所定の距離を開けてハウジングに対して支持する２つのラジアル動圧軸受を備え、その各ラジアル動圧軸受は空気を潤滑流体とし、かつ、当該各ラジアル動圧軸受とハウジングとの間に、それぞれ制振部材が介在配置されていることによって特徴づけられる。

ここで、上記した請求項１および２に係る発明においては、スラスト動圧軸受およびラジアル動圧軸受のうち、少なくともタービンホイール側のスラスト動圧軸受およびラジアル動圧軸受とハウジングとの間に介在する制振部材については、これを制振作用を有する金属とする構成（請求項３）を好適に採用することができる。

また、本発明においては、制振作用を有する金属は、スラスト軸受またはラジアル軸受とハウジングとの間で撓み代を持たせるべく、周方向に周期的な空隙が形成されている構造とすること（請求項４）が望ましい。

本発明は、スラスト軸受またはラジアル軸受、もくしはその両方に、空気を潤滑流体とする動圧軸受を用いることにより、潤滑油の存在に起因する諸問題点を解決すると同時に、空気を潤滑流体とする動圧軸受の外部からの振動に対する脆弱性を、動圧軸受とハウジングとの間に制振部材を介在させることによって解決しようとするものである。

すなわち、空気を潤滑流体とするスラスト動圧軸受またはラジアル動圧軸受を用い、その動圧軸受とハウジングとの間に制振部材を介在させることにより、その制振部材のダンピング作用により外部からの振動が動圧軸受に伝達することを抑制することができる。
制振部材としては特に限定されるものではないが、請求項３に係る発明のように、特に高温化するタービンホイール側に設けられるスラストおよびラジアル動圧軸受には、制振作用を有する金属を用いることが、耐温度性の観点から望ましい。

また、請求項４に係る発明のように、制振作用を有する金属を動圧軸受として用いる場合、その部材は、ハウジングと動圧軸受間に密に介在するのではなく、例えば波板状ないしは凹凸状など、周方向に周期的な空隙が形成されるようにすれば、この部材に弾性と調心性を付与することができ、外部からの振動に強く、しかも組立ても容易とすることができる。

本発明においては、請求項１および２に係る発明のように、スラストおよびラジアルのいずれかを動圧軸受とするほか、最も好適には全てを動圧軸受とする構成であるが、特に、請求項１に係る発明のように、タービンホイールおよびコンプレッサホイールの近傍に互いに逆向きに機能する２つのスラスト軸受を設けた構成を採用すると、空気を潤滑流体とするスラスト動圧軸受のシール効果により、これらの間に配置されるラジアル軸受を浮動ブッシュなどの潤滑油の強制循環供給タイプとした場合でも、その潤滑油が漏れ出すことを防止することができる。

請求項１または２に係る発明によれば、タービンホイールおよびコンプレッサホイールを両端に備えた軸を空気を潤滑流体とする動圧軸受により支持し、その動圧軸受とハウジングとの間に制振部材を介在させているので、潤滑油を強制循環供給するタイプの軸受を用いる従来のターボチャージャに比して、潤滑油の劣化や漏れに起因する諸問題点が生じず、しかも、エンジンの回転や自動車の走行に起因する外部からの振動に対しても強いターボチャージャが得られる。

特に、タービンホイールおよびコンプレッサホイールの近傍に、それぞれ互いに逆向きに機能するスラスト動圧軸受を設けた請求項１に係る発明では、空気を潤滑流体とする動圧軸受のシール効果により、これらの間に浮動ブッシュなどの潤滑油の循環供給タイプの軸受などを用いても、その潤滑油が外部に漏れだすことを有効に防止することができる。 そして、請求項３に係る発明のように、動圧軸受とハウジングの間に介在させる制振部材として、少なくとも温度上昇の激しいタービンホイール側については、制振作用を有する金属を用いることにより、充分な耐用性が得られる。また、金属製の制振部材を用いる場合には、請求項４に係る発明のように、動圧軸受とハウジングの間で撓み代を設けるべく周方向に周期的な空隙を設けて動圧軸受とハウジングの間に介在させることにより、外部振動に強く、しかも組立てが容易なターボチャージャを得ることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について述べる。
図１は本発明の実施の形態の軸平行断面図であり、図２はそのタービンホイール２の基端部近傍の拡大図である。

軸１の一端側にタービンホイール２が装着されており、他端側にはコンプレッサホイール３が装着されている。タービンホイール２はエンジンの排気通路に置かれ、排気によって回転する。また、コンプレッサホイール３はエンジンの吸気通路に置かれ、タービンホイール２の回転が軸１を通じて伝達され、この回転により空気を圧縮し、その圧縮空気をエンジンの吸気に供給する。そして、これらのタービンホイール２およびコンプレッサホイール３が両端に装着された軸１は、２つのラジアル動圧軸受４，５と、２つのスラスト動圧軸受６，７によってハウジング８内に回転自在に支持されている。

各ラジアル軸受４，５と各スラスト動圧軸受６，７は、それぞれ空気を潤滑流体とする動圧軸受であって、ラジアル動圧軸受４，５については、軸１の外周面にヘリンボーン型の動圧溝ＨＧ（一方のみを図示）を形成し、その外側にブッシュ６ａ，７ａを配置した構造を持つ。また、スラスト軸受６，７については、軸１を貫通させる孔が形成された円板状部材６ａ，７ａの片面にスパイラル型の動圧溝（図示略）を形成し、軸１に一体化もしくは固着されたタービンホイール２もしくはコンプレッサホイール３の基端部の平坦面２ａもしくは３ａに対向させた公知の構造を持つ。

そして、ラジアル動圧軸受４および５のブッシュ４ａ，５ａは、それぞれ、ハウジング８に対して制振作用を有する金属、例えば制振合金製の固定部材９，１０を介して固定されている。一方、スラスト動圧軸受６，７は、ハウジング８に対して同じく制振合金製の固定部材１１，１２を介して固定されている。

ラジアル動圧軸受４，５とハウジング８の間に介在してこれらを固定する制振合金製固定部材９，１０は、略円筒体でその周面の中央部分に、図１，図２に示すように、外側に滑らかに屈曲した凸部９ａ，１０ａを有し、また、この凸部９ａ，１０ａは、図３にその中央軸直交断面図を示すように、周方向に周期的に形成され、これにより、ブッシュ４ａまたは５ａとの間、および、ハウジング８との間に、軸方向および周方向の双方に空隙Ｇが形成されることになり、制振合金製固定部材９．１０に径方向への弾性が付与されると同時に撓み代が確保される。この制振金属製固定部材９，１０は、ハウジング８およびブッシュ４ａ，５ａに対していずれも圧入もしくは接合により固定されている。

一方、スラスト動圧軸受６，７とハウジング８の間に介在してこれらを固定する制振合金製固定部材１１，１２は、中央に貫通孔１１ａ，１２ａを備えた略円板状で、中央部分と外周部分との間に傾斜部１１ｂ，１２ｂを備えた形状を有しているとともに、図２に示すように、その全体が放射状に伸びる山ｍと谷ｖが周方向に交互に形成された波形を有している。このような形状とすることにより、制振合金製固定部材１１，１２に軸方向への弾性が付与されると同時に、撓み代が確保される。そして、この制振金属製固定部材１１，１２は、その貫通孔１１ａ，１２ａに、円板状部材６ａ，７ａに形成されている円形の凸部６ｂ，７ｂが圧入もしくは接合されるとともに、その外周部分が、ハウジング８に対して圧入もしくは接合される押さえ部材１３，１４によりハウジング８に対して固定されている。

以上の本発明の実施の形態によると、軸１がいずれも空気を潤滑流体とするラジアル動圧軸受４，５およびスラスト動圧軸受６．７により支持されて潤滑油を要さないので、潤滑油の漏れによる不具合が生じず、しかも、各動圧軸受４，５，６，７は、それぞれ制振合金製固定部材９，１０，１１，１２を介してハウジング８に固定されているため、エンジンの回転や自動車の走行による振動が伝わることが抑制される結果、振動にも強く、充分に実用に耐えうるターボチャージャとなる。

そして、各制振合金製固定部材９，１０，１１，１２は、ハウジング８とブッシュ４ａまたは５ａ、もしくは円板状部材６ａ，７ａとの間に密に介在するのではなく、周期的な空隙をもって介在しているので、外乱振動に対して適宜に変形しつつこれを有効に吸収することができると同時に、組立て時において調心性が得られる。

ここで、以上の実施の形態においては、制振作用を有する金属として制振合金を用いた例を示したが、本発明はこれに限定されることなく、例えば銅などの金属を用いることもでき、また、その形状は上記した実施の形態で述べた形状に限定されることなく、例えば図４に軸平行断面図を示すように、ラジアル動圧軸受４，５とハウジング８との間に介在する固定部材９１．１０１として、内側に滑らかに屈曲した凹部９１ａ，１０１ａを形成しても、上記と同等の作用効果を奏することができる。また、スラスト動圧軸受６，７とハウジング８の間に介在する固定部材１１１，１２１についても、ハウジング８に固定される外周部分と円板状部材６ａ，７ａに固定される内周部分の間に、屈曲部１１１ａ，１２１ａを設けた形状としても、上記と同等の作用効果を奏することができる。

また、以上の実施の各実施の形態においては、全てのラジアル動圧軸受４，５およびスラスト動圧軸受６，７とハウジング８との間に金属製の固定部材を介在させた例を示したが、温度上昇の少ないコンプレッサホイール２側のラジアル動圧軸受およびスラスト動圧軸受については、非金属の制振部材、例えばゴムや樹脂製などの制振部材をハウジング８との間に介在させてもよい。

更に、以上の各実施の形態では、ラジアルおよびスラストのいずれの軸受についても動圧軸受を用いた例を示したが、これらのうちいずれか一方のみを動圧軸受として、他方については潤滑油の強制循環供給タイプもしくは転がり軸受などの他の軸受を用いることもできる。特に、スラスト軸受のみを空気を潤滑流体とした動圧軸受として軸の両端部に設けた場合、そのシール機能により、これらの間に設けられているラジアル軸受の潤滑油の漏洩を防止することができて好適である。

本発明の実施の形態の軸平行断面図である。 図１におけるタービンホイール２の基端部近傍の拡大図である。 本発明の実施の形態における制振合金製固定部材９，１０の中央軸直交断面図である。 本発明の他の実施の形態の軸平行断面図である。

符号の説明

１ 軸
２ タービンホイール
３ コンプレッサホイール
４，５ ラジアル動圧軸受
４ａ，５ａ ブッシュ
６，７ スラスト動圧軸受
６ａ，７ａ 円板状部材
８ ハウジング
９，１０，１１，１２ 制振合金製固定部材
９ａ，１０ａ 凸部
１１ａ，１２ａ 傾斜部
１３，１４ 押さえ部材

Claims (4)

1. 軸の一端側に内燃機関の排気通路中に配置されるタービンホイールが取り付けられているとともに、他端側には吸気通路中に配置されるコンプレッサホイールが取り付けられ、内燃機関の排気ガスによるタービンホイールの回転エネルギをコンプレッサホイールに伝達して吸気過給動作を行うターボチャージャにおいて、
   上記タービンホイールおよびコンプレッサホイールの近傍に配置されて互いに逆向きに機能して上記軸をハウジングに対して支持する２つのスラスト動圧軸受を備え、その各スラスト動圧軸受は空気を潤滑流体とし、かつ、当該各スラスト動圧軸受とハウジングとの間に、それぞれ制振部材が介在配置されていることを特徴とするターボチャージャ。
2. 軸の一端側に内燃機関の排気通路中に配置されるタービンホイールが取り付けられているとともに、他端側には吸気通路中に配置されるコンプレッサホイールが取り付けられ、内燃機関の排気ガスによるタービンホイールの回転エネルギをコンプレッサホイールに伝達して吸気過給動作を行うターボチャージャにおいて、
   上記軸を所定の距離を開けてハウジングに対して支持する２つのラジアル動圧軸受を備え、その各ラジアル動圧軸受は空気を潤滑流体とし、かつ、当該各ラジアル動圧軸受とハウジングとの間に、それぞれ制振部材が介在配置されていることを特徴とするターボチャージャ。
3. 上記スラスト動圧軸受およびラジアル動圧軸受のうち、少なくともタービンホイール側のスラスト動圧軸受およびラジアル動圧軸受とハウジングとの間に介在する制振部材が、制振作用を有する金属であることを特徴とする請求項１または２に記載のターボチャージャ。
4. 上記制振作用を有する金属は、上記スラスト軸受またはラジアル軸受とハウジングとの間で撓み代を持たせるべく、周方向に周期的な空隙が形成されていることを特徴とする請求項３に記載のターボチャージャ。

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