JP6352101B2 - ターボチャージャ用軸受装置 - Google Patents

Description

この発明は、ターボチャージャのタービン軸を回転自在に支持するターボチャージャ用軸受装置に関する。

エンジンの排気ガスによりタービンホイールを回転させ、そのタービンホイールと同軸上に設けられたコンプレッサホイールを回転させることにより吸入空気を圧縮してシリンダ内に送り込み、エンジンの出力を増大させるターボチャージャにおいては、タービン軸の回転抵抗が性能に大きく影響するため、タービン軸を転がり軸受で回転自在に支持する場合が多くなってきている。

この場合、転がり軸受はタービン軸と共に高速回転して高温になり易く、潤滑が不十分であると焼き付きが生じるため、エンジンオイルでもって転がり軸受を潤滑し、冷却することが行われている。

転がり軸受のオイル潤滑に際し、特許文献１においては、一対の転がり軸受が嵌合された筒状のホルダにオイルジェット孔を設け、そのオイルジェット孔から転がり軸受内に潤滑油を噴射して、転がり軸受を潤滑し、冷却している。

また、特許文献２においては、玉軸受を支持するオイルフィルムダンパの外部にジェットノズルを設け、そのジェットノズルから玉軸受に向けてオイルを噴射して、玉軸受を潤滑し、冷却している。

特開２００９−２６４５２６号公報 実開昭６２−３５１９５号公報

ところで、特許文献１および２に記載されたターボチャージャ用軸受装置においては、玉軸受からなる転がり軸受の潤滑に際し、転がり軸受の内輪外径面に向けて潤滑オイルを噴射する構成であり、その噴射方向が転がり軸受の回転方向に対してほぼ直交する方向であるため、潤滑オイルが転動体およびその転動体を保持する保持器の回転により撹拌され、その撹拌により転がり軸受の回転が阻害され、回転抵抗が大きいという不都合がある。

この発明の課題は、タービン軸を回転自在に支持する転がり軸受が潤滑オイルによって回転が阻害されるのを抑制することができるようにしたターボチャージャ用軸受装置を提供することである。

上記の課題を解決するため、この発明においては、筒状の軸受ケースの両端部内に一対の転がり軸受を組み込み、その一対の転がり軸受によってタービン軸を回転自在に支持するターボチャージャ用軸受装置において、前記軸受ケースの内周両端部に転がり軸受の外輪を軸方向に位置決めする環状突出部を設け、その環状突出部の内周に、相反する方向に傾斜する一対のテーパ面を軸方向の両側に有し、その一対のテーパ面の交差部に滑らかな曲面が設けられた断面Ｖ字状の周溝を設け、前記軸受ケースの両端部には外径面および転がり軸受から離れる側のインナ側テーパ面で開口して周溝内に軸受潤滑用オイルを供給する径方向の給油孔を設けた構成を採用したのである。

上記の構成からなるターボチャージャ用軸受装置において、軸受ケースの両端部に設けられた給油孔のそれぞれにオイルを供給すると、そのオイルは一対の転がり軸受により支持されたタービン軸の外周に向けて噴射され、そのタービン軸の回転により周方向に弾き飛ばされて周溝内で旋回し、インナ側テーパ面の傾斜に沿って径方向外方に向けて移動する。

また、オイルがインナ側テーパ面の大径端に連続する曲面に至ると、その曲面およびその曲面に連設されたアウタ側のテーパ面に沿って径方向内方に向けて移動し、旋回しつつ転がり軸受の側面における周方向全体から内部に浸入して転がり軸受を潤滑し、冷却する。

このように、潤滑用オイルは旋回しつつ転がり軸受内に浸入するため、浸入オイルが転がり軸受で撹拌されることは少ない。そのため、オイルによって転がり軸受の回転が阻害されることも少なくなり、回転抵抗の低減化を図る状態で転がり軸受を効果的に潤滑することができる。

また、転がり軸受内に浸入したオイルは旋回しつつ流出するため、オイルの入れ換わりが速く、転がり軸受を効果的に冷却することができる。

ここで、給油孔を、周方向に傾斜してタービン軸の回転方向に向けてオイルを噴射する傾斜状の孔とし、あるいは、軸方向に向けて傾斜して転がり軸受に向けてオイルを噴射する傾斜状の孔とすると、周溝内においてオイルをスムーズに旋回させることができる。

また、給油孔を、周方向および軸方向の２方向に向けて傾斜して転がり軸受に向けて螺旋状にオイルを噴射する２軸傾斜の傾斜状孔とすると、周溝内においてオイルをよりスムーズに旋回させることができる。

さらに、周溝の内周面にオイルを案内するスパイラル状の微小溝を設けることにより、微小溝に沿ってオイルが流れるため、この場合においてもオイルをよりスムーズに旋回させることができる。

また、タービン軸の外径面に転がり軸受の内輪を軸方向に位置決めするスリーブを嵌合し、そのスリーブの外周に、前記給油孔の油出口からアウタ側に片寄った位置でインナ側テーパ面との間に環状の間隙を形成するフランジを設けることにより、周溝内におけるオイルの流速を速め、転がり軸受内に多くのオイルを供給することができ、転がり軸受を効果的に潤滑し、かつ、冷却することができる。

この場合、フランジの外周にインナ側テーパ面と同方向に傾斜するテーパ面を設け、そのテーパ面にオイルを案内するスパイラル状の微小溝を設けることにより、周溝内におけるオイルの流速を速めることができ、転がり軸受をより効果的に潤滑し、かつ、冷却することができる。

この発明においては、上記のように、転がり軸受内にオイルを旋回流入させることができるため、転がり軸受が潤滑オイルによって回転阻害されることが少なくなり、回転抵抗の低減化を図る状態で転がり軸受を効果的に潤滑することができる。

また、転がり軸受内に浸入したオイルをスムーズに排油することができるため、オイルの入れ換わりが速く、転がり軸受を効果的に冷却することができる。

この発明に係るターボチャージャ用軸受装置の実施の形態を示す縦断面図 図１の一部を拡大して示す断面図 図２のIII−III線に沿った断面図 図２のIV−IV線に沿った断面図 図２のV−V線に沿った断面図 給油孔の他の例を示す断面図 給油孔のさらに他の例を示す断面図 この発明に係るターボチャージャ用軸受装置の他の実施の形態を示す縦断面図 図８の一部を拡大して示す断面図 図９に示すフランジの他の例を示す断面図 図１０に示すフランジの一部を示す平面図

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、筒状の軸受ケース１０の両端部内周にはタービン軸２０を回転自在に支持する一対の転がり軸受３０が嵌合されている。

タービン軸２０の一端部にはタービンホイール２１が取り付けられている。タービンホイール２１は排気ガスによって回転され、そのタービンホイール２１と共にタービン軸２０が回転し、他端部に取り付けられたコンプレッサホイール２２も同方向に回転する。

転がり軸受３０は、外輪３１と内輪３２との間に転動体としてのボール３３を組み込み、そのボール３３を保持器３４で保持した玉軸受からなる。一対の転がり軸受３０の内輪３２間には、その内輪３２の対向間隔を規制する筒状のスリーブ３５が組み込まれている。スリーブ３５はタービン軸２０に嵌合されて回り止めされ、タービン軸２０と一体に回転する。

軸受ケース１０の内周における両端部には一対の転がり軸受３０の外輪３１のそれぞれを軸方向に位置決めする一対の環状突出部１１が設けられ、それぞれの環状突出部１１の内周に周溝１２が設けられている。

図２に示すように、周溝１２は断面Ｖ字状とされ、その内周には相反する方向に傾斜する一対のテーパ面１２ａ、１２ｂが軸方向の両側に設けられ、その一対のテーパ面１２ａ、１２ｂが交差する部分に滑らかな曲面１２ｃが設けられている。

一対のテーパ面１２ａ、１２ｂのうち、転がり軸受３０に近接するアウタ側テーパ面１２ａの小径端における内径は外輪３１の内径より小径で、内輪３２の外径より大径とされている。一方、転がり軸受３０から離れる側のインナ側テーパ面１２ｂの小径端の内径はアウタ側テーパ面１２ａの小径端における内径より小径とされてスリーブ３５の外径面間に微小な間隙１３が設けられている。

図１乃至図３に示すように、軸受ケース１０の両端部には径方向の給油孔１４が設けられており、その給油孔１４は軸受ケース１０の外径面およびインナ側テーパ面１２ｂの小径側端部で開口している。

実施の形態で示すターボチャージャ用軸受装置は上記の構造からなり、タービン軸２０およびスリーブ３５が、図３の矢印で示す方向に回転する状態において、給油孔１４にオイルを供給すると、そのオイルはタービン軸２０に嵌合されたスリーブ３５の外周に向けて噴射され、そのスリーブ３５の回転により周方向に弾き飛ばされて周溝１２内を旋回し、インナ側テーパ面１２ｂの傾斜に沿って径方向外方に向けて移動する。

上記オイルがインナ側テーパ面１２ｂの大径端に連続する曲面１２ｃに至ると、その曲面１２ｃおよびその曲面１２ｃに連設されたアウタ側テーパ面１２ａに沿って径方向内方に向けて移動し、上記アウタ側テーパ面１２ａにおける小径端の周方向全体から転がり軸受３０内に旋回浸入する。その浸入オイルにより転がり軸受３０は潤滑され、冷却される。

このように、潤滑用オイルは旋回しつつ転がり軸受３０内に浸入するため、浸入オイルが転がり軸受３０で撹拌されることは少ない。そのため、オイルによって転がり軸受３０の回転が阻害されることも少なくなり、回転抵抗の低減化を図る状態で転がり軸受３０は効果的に潤滑される。

また、潤滑オイルは旋回しつつ転がり軸受３０内から流出するため、オイルの入れ換わりが速く、転がり軸受３０は効果的に冷却される。

図４および図５に示すように、周溝１２のインナ側テーパ面１２ｂからアウタ側テーパ面１２ａに至る内周面の全体にわたってスパイラル状の微小溝１５を設けると、給油孔１４から周溝１２内に供給されたオイルは微小溝１５に案内されつつ周方向に移動するため、オイルをよりスムーズに確実に旋回させることができる。

図２および図３に示す例においては、給油孔１４を軸受ケース１０の軸心に直交する径方向孔としたが、図６に示すように、周方向に傾斜してスリーブ３５の回転方向に向けてオイルを噴射する傾斜状の孔としてもよい。

また、図７に示すように、給油孔１４を軸方向に向けて傾斜して転がり軸受３０に向けてオイルを噴射する傾斜状の孔としてもよい。さらに、図６に示す場合および図７に示す場合と同様に、周方向および軸方向の２方向に傾斜する２軸傾斜の傾斜状の孔としてもよい。

上記のように、給油孔１４を周方向、軸方向および周方向と軸方向の２方向に傾斜する傾斜孔とすることにより、周溝１２内においてオイルをスムーズに確実に旋回させることができる。

図８および図９は、ターボチャージャ用軸受装置の他の実施の形態を示す。この実施の形態では、スリーブ３５の外周にフランジ３６を設けている点で図１および図２に示す軸受装置と相違する。

ここで、フランジ３６は、周溝１２のインナ側テーパ面１２ｂと対向する部位に設けられていると共に、給油孔１４からアウタ側に片寄った位置に設けられている。また、フランジ３６の外周にはインナ側テーパ面１２ｂと同方向に傾斜するテーパ面３７を設けられ、このテーパ面３７とインナ側テーパ面１２ｂとの間で円錐形の間隙３８が形成されている。

上記のように、スリーブ３５にフランジ３６を設け、そのフランジ３６の外周にインナ側テーパ面１２ｂとの間で円錐形の間隙３８を形成するテーパ面３７を設けることにより、給油孔１４から周溝１２内に供給されたオイルの流速を速め、転がり軸受３０内に多くのオイルを供給することができることになり、転がり軸受３０を効果的に潤滑し、かつ、冷却することができる。

ここで、図１０および図１１に示すように、フランジ３６の外周テーパ面３７
にオイルを案内するスパイラル状の複数の微小溝３９を周方向に間隔をおいて設けることにより、周溝１２内におけるオイルの流速さらに高めることができ、転がり軸受３０をより効果的に潤滑し、かつ、冷却することができる。

１０ 軸受ケース
１１ 環状突出部
１２ 周溝
１２ａ アウタ側テーパ面
１２ｂ インナ側テーパ面
１２ｃ 曲面
１３ 間隙
１４ 給油孔
１５ 微小溝
２０ タービン軸
３０ 転がり軸受
３１ 外輪
３２ 内輪
３５ スリーブ
３６ フランジ
３７ テーパ面
３８ 間隙
３９ 微小溝

Claims (8)

1. 筒状の軸受ケース（１０）の両端部内に一対の転がり軸受（３０）を組み込み、その一対の転がり軸受（３０）によってタービン軸（２０）を回転自在に支持するターボチャージャ用軸受装置において、
   前記軸受ケース（１０）の内周両端部に転がり軸受（３０）の外輪（３１）を軸方向に位置決めする環状突出部（１１）を設け、その環状突出部（１１）の内周に、相反する方向に傾斜する一対のテーパ面（１２ａ、１２ｂ）を軸方向の両側に有し、その一対のテーパ面（１２ａ、１２ｂ）の交差部に滑らかな曲面（１２ｃ）が設けられた断面Ｖ字状の周溝（１２）を設け、前記軸受ケース（１０）の両端部には外径面および転がり軸受（３０）から離れる側のインナ側テーパ面（１２ｂ）で開口して周溝（１２）内に軸受潤滑用オイルを供給する径方向の給油孔（１４）を設けたことを特徴とするターボチャージャ用軸受装置。
2. 前記給油孔（１４）が、周方向に傾斜して前記タービン軸（２０）の回転方向に向けてオイルを噴射する傾斜状の孔からなる請求項１に記載のターボチャージャ用軸受装置。
3. 前記給油孔（１４）が、軸方向に向けて傾斜して前記転がり軸受（３０）に向けてオイルを噴射する傾斜状の孔からなる請求項１に記載のターボチャージャ用軸受装置。
4. 前記給油孔（１４）が、周方向および軸方向の２方向に向けて傾斜して転がり軸受に向けて螺旋状にオイルを噴射する２軸傾斜の傾斜状孔からなる請求項１に記載のターボチャージャ用軸受装置。
5. 前記周溝（１２）の内周面にオイルを案内するスパイラル状の微小溝（１５）を設けた請求項１乃至４のいずれか１項に記載のターボチャージャ用軸受装置。
6. 前記タービン軸（２０）の外径面に前記転がり軸受（３０）の内輪（３２）を軸方向に位置決めするスリーブ（３５）を嵌合し、そのスリーブ（３５）の外周に、前記給油孔（１４）の油出口からアウタ側に片寄った位置でインナ側テーパ面（１２ｂ）との間に環状の間隙（３８）を形成するフランジ（３６）を設けた請求項１乃至５のいずれか１項に記載のターボチャージャ用軸受装置。
7. 前記フランジ（３６）の外周に前記インナ側テーパ面（１２ｂ）と同方向に傾斜するテーパ面（３７）を設けた請求項６に記載のターボチャージャ用軸受装置。
8. 前記フランジ（３６）の外周のテーパ面（３７）にオイルを案内するスパイラル状の微小溝（３９）を設けた請求項７に記載のターボチャージャ用軸受装置。

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