JP2008128042A - 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 Download PDF

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Abstract

【課題】ロータリーシャフトのホワール振動に起因する騒音の発生を抑制することのできるターボチャージャ軸受構造を提供する。
【解決手段】流体軸受100a,100bの支持孔111には、フローティングメタル120とともにロータリーシャフト40が内挿されている。フローティングメタル120には、ロータリーシャフト40が挿通される挿通孔121と挿通孔121から延びて外周面に開口する潤滑油導入孔122とが形成されている。支持孔111の内周には潤滑油導入孔122と対向可能な位置に開口する潤滑油供給口112が形成されている。潤滑油供給口112から吐出される潤滑油により支持孔111とフローティングメタル120との間、挿通孔121とロータリーシャフト40との間には流体層が形成される。フローティングメタル120には潤滑油導入孔122から軸方向に離間した位置に挿通孔121から外周に貫通する吐出孔123が形成されている。
【選択図】図2

Description

この発明は、ホイールを連結するロータリーシャフトを一対の流体軸受により支持するターボチャージャの軸受構造に関する。
従来、ロータリーシャフトを支持する軸受構造としては、玉軸受を用いるものの他、特許文献1に記載されるように、ハウジングから所定の圧力で吐出される潤滑油により形成される流体層によってロータリーシャフトを支持する流体軸受を挙げることができる。
例えば、高速回転するターボチャージャの軸受構造にあっては、図19に示されるようにハウジング1に形成された2つの支持孔2に、タービンホイールとコンプレッサホイールとを連結するロータリーシャフト3を挿通させるとともに、同ロータリーシャフト3と各支持孔2との間に円筒状のフローティングメタル4をそれぞれ介在させている。尚、図19に示されるように各フローティングメタル4は、同フローティングメタル4の端部から所定の間隔だけ離間して支持孔2に嵌設されたスナップリング5によって、その軸方向の移動が規制されている。
図20に示されるように各フローティングメタル4には、その中心側から放射状に延びて内周と外周とを連通する複数の潤滑油導入孔6が形成されている。また、各支持孔2の内周面における潤滑油導入孔6と対向可能な位置には、潤滑油を吐出する潤滑油供給口7が設けられている。尚、図20は図19におけるa‐a線断面図である。
潤滑油供給口7から吐出される潤滑油により、支持孔2の内周とフローティングメタル4の外周との間に流体層が形成されるとともに、潤滑油導入孔6を通じてフローティングメタル4の内周側に潤滑油が導入され、フローティングメタル4の内周とロータリーシャフト3の外周との間にも流体層が形成される。そして、これら流体層によってロータリーシャフト3が支持される。
こうした軸受構造によれば、ロータリーシャフト3の回転に伴ってフローティングメタル4がハウジング1内で回転するようになる。その結果、ロータリーシャフト3の回転抵抗を大幅に低減することができるとともに、フローティングメタル4の内周面と外周面の両面において潤滑油による冷却が行われるようになるため、軸受部分の焼付きを効果的に抑制することができる。
特開昭56‐138423号公報
ところが、こうした軸受構造にあっては、ロータリーシャフト3の回転速度が上昇するのに伴って流体層には、図20に破線矢印Rで示されるように支持孔2内を旋回する旋回流が発生するようになる。尚、図20においてロータリーシャフト3は破線矢印Rにて示される方向に回転するものとする。そして、この旋回流の影響によってロータリーシャフト3の軸線Lが、図20に矢印で示されるように支持孔2内で旋回運動することが知られている。こうした旋回運動は、ホワール振動と呼ばれ、騒音が発生する要因の一つになっている。
この発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ターボチャージャの一対のホイールを連結するロータリーシャフトを流体軸受によって回転可能に支持するターボチャージャの軸受構造において、ロータリーシャフトのホワール振動に起因する騒音の発生を抑制することのできる軸受構造を提供することにある。
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項1に記載の発明は、ターボチャージャの一対のホイールを連結するロータリーシャフトが挿通される挿通孔と同挿通孔から延びて外周面に開口する潤滑油導入孔とが形成された円筒状のフローティングメタルと、前記挿通孔に挿通された前記ロータリーシャフトが前記フローティングメタルとともに内挿される支持孔が形成されるとともに同支持孔の内周における前記潤滑油導入孔と対向可能な位置に開口する潤滑油供給口が形成された支持部とを備え、前記支持孔と前記フローティングメタルの外周との間、並びに前記挿通孔と前記ロータリーシャフトとの間に前記潤滑油供給口から吐出される潤滑油による流体層が形成される一対の流体軸受を前記ロータリーシャフトの軸方向に離間してそれぞれ配設したターボチャージャの軸受構造において、前記一対の流体軸受のうち少なくとも一方の流体軸受における前記フローティングメタルは、前記潤滑油導入孔から前記ロータリーシャフトの軸方向に離間した位置に、前記挿通孔から同フローティングメタルの外周に貫通する吐出孔が形成されてなることをその要旨とする。
上記構成によれば、挿通孔とロータリーシャフトとの間に供給され流体層を形成する潤滑油の一部は、遠心力によって吐出孔から支持孔の内周面に向かって吐出されるようになる。そのため、ホワール振動によりフローティングメタルの旋回運動に伴って支持孔の内周面とフローティングメタルとが接近すると、吐出孔から吐出される潤滑油によって、フローティングメタルを支持孔の中心側に押し戻す反力が発生する。これにより、ロータリーシャフトの旋回運動を抑制することができ、ロータリーシャフトのホワール振動に起因する騒音の発生を抑制することができるようになる。
尚、こうした吐出孔を各流体軸受のうち一方の流体軸受におけるフローティングメタルに設けた場合であってもホワール振動を抑制することができるが、より好適に振動を抑制する上では双方の流体軸受におけるフローティングメタルにこうした吐出孔を設けることが望ましい。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のターボチャージャの軸受構造において、前記吐出孔は、前記挿通孔の周方向に等角度間隔を隔てて複数形成されてなることをその要旨とする。
また、ホワール振動を好適に抑制する上ではフローティングメタルに設ける吐出孔の数を極力多くすることが望ましく、請求項2に記載の発明によるように、各吐出孔を挿通孔の周方向に等角度間隔を隔てて形成することにより、フローティングメタルの回転位相によらず支持孔の内周面と吐出孔とが接近する機会が増えるため、フローティングメタルを支持孔の中心側に押し戻す反力を安定して得ることができ、ホワール振動、ひいてはそれに起因する騒音の発生を一層好適に抑制することができるようになる。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載のターボチャージャの軸受構造において、前記フローティングメタルは、前記挿通孔の内周面に前記潤滑油導入孔から延びて前記吐出孔に至る油溝が形成されてなることをその要旨とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載のターボチャージャの軸受構造において、前記フローティングメタルは、その外周と前記挿通孔との間に前記潤滑油導入孔と前記吐出孔とを連通する油孔が形成されてなることをその要旨とする。
また、請求項3に記載の発明によるように、挿通孔の内周面に潤滑油導入孔から延びて吐出孔に至る油溝を形成する。又は請求項4に記載の発明によるように、潤滑油導入孔と吐出孔とを連通する油孔を形成するといった構成を採用することにより、潤滑油導入孔を通じて供給される潤滑油をより確実に吐出孔に導くことができるようになる。その結果、吐出孔から吐出される潤滑油の量が多くなり、ホワール振動による騒音の発生をより好適に抑制することができる。
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載のターボチャージャの軸受構造において、前記吐出孔は、前記フローティングメタルにおける前記潤滑油導入孔よりも他方の流体軸受に近い中央側の部分及び前記潤滑油導入孔よりも直近の前記ホイールに近いホイール側の部分のうち、少なくともホイール側の部分に形成されることをその要旨とする。
ホワール振動の発生に伴ってロータリーシャフトは、一対の流体軸受の各支持孔内で旋回運動するようになる。このときロータリーシャフトは、2つの流体軸受の間を支点として傾きながら旋回運動する。各流体軸受にあっては、この支点から遠い部分ほど、フローティングメタルが支持孔の内周面と接近するようになる。上記請求項1〜4に記載の発明のようにフローティングメタルに設けた吐出孔から支持孔の内周面に向かって潤滑油を吐出し、フローティングメタルを支持孔の中心側に押し戻す反力を発生させる場合には、フローティングメタルに設けられた吐出孔と支持孔の内周との距離が近いほど大きな反力を発生させることができる。そのため、フローティングメタルにおける潤滑油導入孔よりもホイール側の部分に吐出孔を設ける上記請求項5に記載の発明によれば、ホワール振動の発生に伴ってフローティングメタルの外周面と支持孔の内周面とが特に接近しやすいホイール側の部分から支持孔の内周面に向かって潤滑油が吐出されるようになるため、好適にフローティングメタルを挿通孔の中心側に押し戻すことができるようになる。
請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれか一項に記載のターボチャージャの軸受構造において、前記フローティングメタルは、同フローティングメタルにおける前記潤滑油導入孔よりも他方の流体軸受に近い中央側の部分及び前記潤滑油導入孔よりも直近の前記ホイールに近いホイール側の部分のうち、いずれか一方にのみ前記吐出孔が形成され、前記中央側の部分及び前記ホイール側の部分のうち、前記吐出孔が形成される部分における前記挿通孔の開口部が他方の開口部よりもその開口面積が大きく設定されてなることをその要旨とする。
潤滑油導入孔を通じてフローティングメタルの挿通孔とロータリーシャフトとの間に供給され流体層を形成する潤滑油は、フローティングメタルの両端部における挿通孔の開口部、即ち上記中央側の部分における開口部及びホイール側の部分における開口部から流出する。このとき、上記請求項6に記載の発明によるように、中央側又はホイール側のうち吐出孔が形成される部分における開口部が、吐出孔が形成されていない部分における開口部よりも開口面積が大きく設定されている場合には、吐出孔が形成される部分における開口部から流出する潤滑油の量が、吐出孔が形成されていない部分における開口部から流出する潤滑油の量よりも多くなる。その結果、潤滑油導入孔を通じて挿通孔の内周へと供給される潤滑油は、吐出孔が形成される部分により多く流れ込むようになり、吐出孔から吐出する潤滑油の量を多くすることができるようになる。
具体的には、請求項7に記載されるように、挿通孔は、その内径が潤滑油導入孔から吐出孔に向かって次第に大きくなるテーパ面を含むといった構成を採用することによりこうした構成を実現することができる。
請求項8に記載の発明は、請求項1〜7のいずれか一項に記載のターボチャージャの軸受構造において、前記フローティングメタルの両端から前記ロータリーシャフトの軸方向に所定の間隔だけ離間して前記支持孔の内周にその外周部分が嵌設され前記フローティングメタルの軸方向の移動を規制する一対のスナップリングを備えることをその要旨とする。
上記構成によれば、フローティングメタルが支持孔内でロータリーシャフトの軸方向に移動するのを一対のスナップリングにより好適に抑制することができる。
請求項9に記載の発明は、請求項8に記載のターボチャージャの軸受構造において、前記フローティングメタルは、前記潤滑油導入孔よりも他方の流体軸受に近い中央側の部分、又は前記潤滑油導入孔よりも直近の前記ホイールに近いホイール側の部分のうち、いずれか一方にのみ前記吐出孔が形成され、前記一対のスナップリングのうち同吐出孔に近いスナップリングの内径が他方のスナップリングの内径よりも大きく設定されることをその要旨とする。
上述したように内周とロータリーシャフトとの間に供給された潤滑油は、フローティングメタルの両端部から流出する。また、フローティングメタルの両端部から流出した潤滑油はスナップリングの内周とロータリーシャフトの外周との隙間から流出する。このとき、上記請求項9に記載の発明によるように、一対のスナップリングのうち、吐出孔に近いスナップリングの内径が、他方のスナップリングの内径よりも大きく設定されている場合には、内径が大きく設定されたスナップリングの内周とロータリーシャフトの外周との隙間から流出する潤滑油の量が、他方の隙間から流出する潤滑油の量よりも多くなる。その結果、吐出孔が形成される部分における開口部から流出する潤滑油の量が、吐出孔が形成されていない部分における開口部から流出する潤滑油の量よりも多くなる。そのため、潤滑油導入孔を通じて挿通孔の内周へと供給される潤滑油は、吐出孔が形成される部分により多く流れ込むようになり、吐出孔から吐出する潤滑油の量を多くすることができるようになる。
請求項10に記載の発明は、請求項8又は請求項9に記載のターボチャージャの軸受構造において、前記フローティングメタルは、前記潤滑油導入孔よりも他方の流体軸受に近い中央側の部分及び前記潤滑油導入孔よりも直近の前記ホイールに近いホイール側の部分のうち、いずれか一方にのみ前記吐出孔が形成され、前記一対のスナップリングのうち前記吐出孔に近い一方のスナップリングは、その内周に切り欠きが形成されてなることをその要旨とする。
また、請求項10に記載の発明によるように、請求項8又は請求項9に記載のターボチャージャの軸受構造において、フローティングメタルは、潤滑油導入孔よりも他方の流体軸受に近い中央側の部分及び潤滑油導入孔よりも直近のホイールに近いホイール側の部分のうち、いずれか一方にのみ吐出孔が形成され、一対のスナップリングのうち吐出孔に近い一方のスナップリングは、その内周に切り欠きが形成されてなるといった構成によれば、切り欠き部分から潤滑油が流出するようになり、吐出孔に近いスナップリングの内周から流出する潤滑油の量を、他方のスナップリングの内周から流出する潤滑油の量よりも多くすることができる。そのため、請求項8に記載の発明と同様に吐出孔からの潤滑油の吐出量を多くすることができるようになる。
請求項11に記載の発明は、ターボチャージャの一対のホイールを連結するロータリーシャフトが挿通される挿通孔と同挿通孔から延びて外周面に開口する潤滑油導入孔とが形成された円筒状のフローティングメタルと、前記挿通孔に挿通された前記ロータリーシャフトが前記フローティングメタルとともに内挿される支持孔が形成されるとともに同支持孔の内周における前記潤滑油導入孔と対向可能な位置に開口する潤滑油供給口が形成された支持部とを備え、前記支持孔と前記フローティングメタルの外周との間、並びに前記挿通孔と前記ロータリーシャフトとの間に前記潤滑油供給口から吐出される潤滑油による流体層が形成される一対の流体軸受を前記ロータリーシャフトの軸方向に離間してそれぞれ配設したターボチャージャの軸受構造において、前記フローティングメタルは、前記潤滑油導入孔から分岐するとともに前記フローティングメタルの外周における前記潤滑油導入孔の開口部から前記ロータリーシャフトの軸方向に離間した位置に開口する潤滑油吐出通路が形成されてなることをその要旨とする。
また、請求項11に記載されるように、潤滑油導入孔から分岐するとともにフローティングメタルの外周における潤滑油導入孔の開口部からロータリーシャフトの軸方向に離間した位置に開口する複数の潤滑油吐出通路が、挿通孔の周囲に均等な間隔をもって形成されてなるといった構成を採用することもできる。こうした構成にあっても、潤滑油導入孔を通じて挿通孔の内周に供給された潤滑油の一部は、潤滑油吐出通路から支持孔の内周面に向かって吐出されるようになる。その結果、請求項1に記載の発明と同様に、旋回運動に伴って支持孔の内周面とフローティングメタルとが接近すると、潤滑油吐出通路から吐出される潤滑油によって、フローティングメタルを支持孔の中心側に押し戻す反力が発生する。これにより、ロータリーシャフトの旋回運動を抑制することができ、ロータリーシャフトのホワール振動に起因する騒音の発生を抑制することができるようになる。
尚、潤滑油吐出通路の開口部をフローティングメタルの外周におけるホイールにより近い位置に設けることにより、請求項5に記載の発明と同様に好適にフローティングメタルを挿通孔の中心側に押し戻すことができるようになる。
請求項12に記載の発明は、請求項11に記載のターボチャージャの軸受構造において、前記潤滑油吐出通路は、前記開口部が前記フローティングメタルの前記挿通孔の周方向に等角度間隔を隔てて開口するように複数形成されてなることをその要旨とする。
また、ホワール振動を好適に抑制する上ではフローティングメタルに設ける潤滑油吐出通路の数を極力多くすることが望ましく、請求項12に記載の発明によるように、潤滑油吐出通路の開口部を挿通孔の周方向に等角度間隔を隔てて複数形成することにより、フローティングメタルの回転位相によらずフローティングメタルの外周面と潤滑油吐出通路の開口部とが接近する機会が増えるため、フローティングメタルを支持孔の中心側に押し戻す反力を安定して得ることができ、ホワール振動、ひいてはそれに起因する騒音の発生を一層好適に抑制することができるようになる。
請求項13に記載の発明は、ターボチャージャの一対のホイールを連結するロータリーシャフトが挿通される挿通孔と同挿通孔から延びて外周面に開口する潤滑油導入孔とが形成された円筒状のフローティングメタルと、前記挿通孔に挿通された前記ロータリーシャフトが前記フローティングメタルとともに内挿される支持孔が形成されるとともに同支持孔の内周における前記潤滑油導入孔と対向可能な位置に開口する潤滑油供給口が形成された支持部とを備え、前記支持孔と前記フローティングメタルの外周との間、並びに前記挿通孔と前記ロータリーシャフトとの間に前記潤滑油供給口から吐出される潤滑油による流体層が形成される一対の流体軸受を前記ロータリーシャフトの軸方向に離間してそれぞれ配設したターボチャージャの軸受構造において、前記支持部は、前記支持孔の内周における前記潤滑油供給口から前記ロータリーシャフトの軸方向に離間した位置に形成され同支持孔内に潤滑油を吐出する潤滑油吐出口を備えることをその要旨とする。
また、請求項13に記載の発明によるように、ロータリーシャフトが挿通される支持孔の内周に潤滑油供給口とは別に、支持孔内に潤滑油を吐出する潤滑油吐出口を備える構成によれば、旋回運動に伴って支持孔の内周面とフローティングメタルとが接近すると、潤滑油吐出口から吐出される潤滑油によって、フローティングメタルを支持孔の中心側に押し戻す反力が発生する。これにより、ロータリーシャフトの旋回運動を抑制することができ、ロータリーシャフトのホワール振動に起因する騒音の発生を抑制することができるようになる。
尚、潤滑油吐出口をホイールに近い位置に設けることにより、上記請求項5に記載の発明と同様に好適にフローティングメタルを挿通孔の中心側に押し戻すことができるようになる。
請求項14に記載の発明は、請求項13に記載のターボチャージャの軸受構造において、前記潤滑油吐出口は、前記支持孔の周方向に等角度間隔を隔てて複数形成されてなることをその要旨とする。
また、ホワール振動を好適に抑制する上では支持部に設ける潤滑油吐出口の数を極力多くすることが望ましく、請求項14に記載の発明によるように、潤滑油吐出口を支持孔の周方向に等角度間隔を隔てて複数形成することにより、ホワール振動に伴うロータリーシャフト及びフローティングメタルの旋回位相によらずフローティングメタルの外周面と潤滑油吐出口が接近する機会が増えるため、フローティングメタルを支持孔の中心側に押し戻す反力を安定して得ることができ、ホワール振動、ひいてはそれに起因する騒音の発生を一層好適に抑制することができるようになる。
請求項15に記載の発明は、ホイールロータリーシャフトターボチャージャの一対のホイールを連結するロータリーシャフトが挿通される挿通孔と同挿通孔から延びて外周面に開口する潤滑油導入孔とが形成された円筒状のフローティングメタルと、前記挿通孔に挿通された前記ロータリーシャフトが前記フローティングメタルとともに内挿される支持孔が形成されるとともに同支持孔の内周面に開口する潤滑油供給口が形成された支持部とを備え、前記支持孔と前記フローティングメタルの外周との間、並びに前記挿通孔と前記ロータリーシャフトとの間に前記潤滑油供給口から吐出される潤滑油による流体層が形成される一対の流体軸受を前記ロータリーシャフトの軸方向に離間してそれぞれ配設したターボチャージャの軸受構造において、前記潤滑油供給口は、前記潤滑油導入孔と対向可能な位置から前記ロータリーシャフトの軸方向に離間した位置に形成され、同支持孔内に潤滑油を吐出することをその要旨とする。
また、請求項15に記載の発明によるように、ロータリーシャフトが挿通される支持孔に形成される潤滑油供給口をフローティングメタルに形成される潤滑油導入口と対向する位置からロータリーシャフトの軸方向にずらして設ける構成によれば、旋回運動に伴って支持孔の内周面とフローティングメタルとが接近する部分では、潤滑油供給口から吐出される潤滑油によって、フローティングメタルを支持孔の中心側に押し戻す反力が発生する。これにより、ロータリーシャフトの旋回運動を抑制することができ、ロータリーシャフトのホワール振動に起因する騒音の発生を抑制することができるようになる。
尚、潤滑油供給口をホイールに近い位置に設けることにより、上記請求項5と同様に、好適にフローティングメタルを挿通孔の中心側に押し戻すことができるようになる。
請求項16に記載の発明は、請求項15に記載のターボチャージャの軸受構造において、前記潤滑油供給口は、前記支持孔の周方向に等角度間隔を隔てて複数形成されてなることをその要旨とする。
また、ホワール振動を好適に抑制する上では潤滑油供給口の数を極力多くすることが望ましく、請求項16に記載の発明によるように、潤滑油供給口を支持孔の周方向に等角度間隔を隔てて複数形成することにより、ホワール振動に伴うロータリーシャフト及びフローティングメタルの旋回位相によらずフローティングメタルの外周面と潤滑油供給口とが接近する機会が増えるため、フローティングメタルを支持孔の中心側に押し戻す反力を安定して得ることができ、ホワール振動、ひいてはそれに起因する騒音の発生を一層好適に抑制することができるようになる。
(第1の実施形態)
以下、図1〜図4を参照して、この発明を車両用ターボチャージャのロータリーシャフトを支持する軸受構造に具体化した第1の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態におけるターボチャージャの概略構成を示している。図1に示されるように、このターボチャージャは、センターハウジング10、タービンハウジング20及びコンプレッサハウジング30が互いに組み付けられて一体化されている。センターハウジング10には、ロータリーシャフト40が、その軸方向に離間して配設された一対の流体軸受、具体的にはタービンホイール60側に配設された流体軸受100aと、コンプレッサホイール70側に配設された流体軸受100bとによって回転可能に支持されている。
また、センターハウジング10には潤滑油の供給通路11が形成されており、図示しないオイルポンプによって所定の圧力の潤滑油が各流体軸受100a,100bに供給される。これら流体軸受100a,100bには供給された潤滑油によりロータリーシャフト40との間に流体層が形成され、この流体層によりロータリーシャフト40が回転可能に支持される。
ロータリーシャフト40の一端(図1の左側端部)には、タービンホイール60が固定されている。タービンホイール60には、ロータリーシャフト40の軸線Lを中心にして放射状に延びる複数のブレード61が設けられている。一方、ロータリーシャフト40の他端(図1の右側端部)には、コンプレッサホイール70が固定されている。コンプレッサホイール70には、ロータリーシャフト40の軸線Lを中心にして放射状に延びる複数のブレード71が設けられている。
センターハウジング10の一端(図1の左側端部)には、タービンハウジング20が組み付けられている。このタービンハウジング20には、タービンホイール60の外周を囲むように延びるスクロール通路21と、タービンホイール60の軸方向に延びる排出ポート22とが形成されている。このスクロール通路21は図示しない内燃機関の排気通路と連通されており、同内燃機関の燃焼室からの排気がこの排気通路を介してスクロール通路21に送り込まれる。
また、タービンハウジング20内には、タービンホイール60の外周を囲むように、タービンホイール60の周方向に沿って延びる導入通路23が形成されている。スクロール通路21の排気は、この導入通路23を通じてタービンホイール60に向けて吹き付けられる。これにより、タービンホイール60が軸線Lを中心に回転するようになる。その後、排気は排出ポート22に排出されて、排気通路に戻される。
一方、センターハウジング10の他端(図1の右側端部)には、コンプレッサハウジング30が組み付けられている。このコンプレッサハウジング30には、コンプレッサホイール70の軸方向に延びる吸入ポート31と、同コンプレッサホイール70の外周を囲むように延びて図示しない内燃機関の吸気通路と連通するコンプレッサ通路32とが形成されている。更に、コンプレッサハウジング30には、吸入ポート31を介してコンプレッサハウジング30内に導入された空気をコンプレッサ通路32へ送り出すための送出通路33が設けられている。そして、ロータリーシャフト40の回転に伴って、コンプレッサホイール70が軸線Lを中心に回転すると、空気が吸入ポート31、送出通路33及びコンプレッサ通路32を介して内燃機関の吸気通路へ強制的に送り出されるようになる。
上述のように構成されたターボチャージャは、内燃機関から排出された排気がタービンホイール60に吹き付けられることによって、タービンホイール60が回転し、ロータリーシャフト40を介して連結されたコンプレッサホイール70が回転することにより、吸入空気を強制的に内燃機関の燃焼室内に送り込む。
こうしたターボチャージャにおいて、タービンホイール60とコンプレッサホイール70とを連結しているロータリーシャフト40は非常に高速で回転する。本実施形態におけるターボチャージャにあっては、このロータリーシャフト40のジャーナル部分の焼付きを抑制すべく、潤滑油による流体層が形成される流体軸受100a,100bによって支持するようにしている。
次に図2及び図3を参照して、この軸受構造について更に詳しく説明する。尚、図2は、図1において二点鎖線で囲んだ部分Xを拡大して示している。また、図3(a)は図2におけるa‐a線に沿った断面構造を示す断面図であり、図3(b)は図2におけるb‐b線に沿った断面構造を示す断面図である。
図2に示されるように流体軸受100a,100bは、センターハウジング10においてタービンホイール60側に形成された支持部110aと、コンプレッサホイール70側に形成された支持部110bとにそれぞれ配設されている。各支持部110a,110bには、断面円形状の支持孔111がそれぞれ形成されており、円筒状のフローティングメタル120に挿通されたロータリーシャフト40が同フローティングメタル120とともに、これら支持孔111に内挿されている。
流体軸受100aのフローティングメタル120は、支持孔111にその外周部分が嵌設された一対のスナップリング130によって、流体軸受100bのフローティングメタル120は支持孔111に同じく外周部分が嵌設されたスナップリング130とスラストベアリング140とによって、その軸方向の移動がそれぞれ規制されている。
尚、タービンホイール60側に位置する流体軸受100aと、コンプレッサホイール70側に位置する流体軸受100bは左右対称な略同様の構成を有しているため、以下ではタービンホイール60側の流体軸受100aについてのみ詳細な説明を行い、コンプレッサホイール70側の流体軸受100bについての説明は割愛する。
図3(b)に示されるようにフローティングメタル120には、ロータリーシャフト40が挿通される断面円形状の挿通孔121が形成されるとともに、挿通孔121から放射状に延びてフローティングメタル120の外周面に開口する潤滑油導入孔122が6つ形成されている。また、各支持孔111内に潤滑油を吐出する供給通路11の潤滑油供給口112は、これら潤滑油導入孔122と対向可能な位置に設けられている。従って、フローティングメタル120の回転に伴って潤滑油導入孔122のいずれかと潤滑油供給口112とが対向した状態になると、供給通路11の潤滑油供給口112から吐出される潤滑油が潤滑油導入孔122を通じて挿通孔121に供給されるようになる。
更に、流体軸受100aにおけるフローティングメタル120には、図2に示されるように潤滑油導入孔122よりもタービンホイール60側の位置に、挿通孔121から外周面に貫通する吐出孔123が形成されている。吐出孔123は、図3(a)に示されるように、挿通孔121の周方向に等角度間隔を隔てて6つ形成されている。
オイルポンプによって供給通路11を通じて供給され潤滑油供給口112から吐出される潤滑油により、支持孔111とフローティングメタル120の外周面との間に流体層が形成されるとともに、潤滑油の一部が潤滑油導入孔122を通じて挿通孔121に導入される。そして、この潤滑油により挿通孔121の内周面とロータリーシャフト40との間にも流体層が形成される。
以下、図4を参照して、上記のように構成された軸受構造の作用について説明する。図4はタービンホイール60側の流体軸受100aを拡大して示す断面図である。尚、説明の便宜上、同図4において、支持孔111とフローティングメタル120の間隔や、ロータリーシャフト40の傾き等を誇張して記載している。
ロータリーシャフト40が回転すると潤滑油の粘性によってその回転力がフローティングメタル120に伝達され、フローティングメタル120が回転するようになる。その結果、図4に矢印で示されるように潤滑油導入孔122を通じて供給され挿通孔121の内周面とロータリーシャフト40との間に流体層を形成する潤滑油の一部は、遠心力によって吐出孔123から支持孔111の内周面に向かって吐出されるようになる。
尚、コンプレッサホイール70側の流体軸受100bにあっても、同様に潤滑油導入孔122よりもコンプレッサホイール70側の位置に形成された吐出孔123から支持孔111の内周面に向かって潤滑油が吐出されるようになる。
また、ロータリーシャフト40の回転速度が上昇するのに伴って流体層には旋回流が発生し、旋回流の影響によってフローティングメタル120がロータリーシャフト40とともに支持孔111内で旋回運動するホワール振動が発生する。その結果、支持孔111内の一部では、フローティングメタル120の外周面と支持孔111の内周面とが接近するようになる。
尚、このとき各流体軸受100a,100bにおける旋回運動の旋回位相がそろっていない場合には、ロータリーシャフト40は、2つの流体軸受100a,100bの中間点、即ちターボチャージャの中央側を支点として傾きながら流体軸受100a,100bの各支持孔111内を旋回運動するようになる。そのため、流体軸受100aにあっては、図4に破線矢印で示されるように、ロータリーシャフト40の軸線Lが中央側と比べてタービンホイール60側が大きく旋回運動するようになる。その結果、図4において二点鎖線で示される部分Aのようにフローティングメタル120におけるタービンホイール60側の部分にあっては、フローティングメタル120の外周面と支持孔111の内周面とが特に接近するようになる。
以上、説明した第1の実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
(1)ホワール振動による旋回運動に伴って支持孔111の内周面とフローティングメタル120とが接近すると、吐出孔123から吐出される潤滑油によって、フローティングメタル120を支持孔111の中心側に押し戻す反力が発生する。これにより、ロータリーシャフト40の旋回運動を抑制することができ、ロータリーシャフト40のホワール振動に起因する騒音の発生を抑制することができるようになる。
(2)各吐出孔123が挿通孔121の周方向に等角度間隔を隔てて形成されているため、フローティングメタル120の回転位相によらず支持孔111の内周面と吐出孔123とが接近しやすい。そのため、吐出孔123から吐出される潤滑油によってフローティングメタル120を支持孔111の中心側に押し戻す反力を安定して得ることができ、ホワール振動、ひいてはそれに起因する騒音の発生を一層好適に抑制することができるようになる。
(3)本実施形態のようにフローティングメタル120に設けた吐出孔123から支持孔111の内周面に向かって潤滑油を吐出し、フローティングメタル120を支持孔111の中心側に押し戻す反力を発生させる場合には、吐出孔123と支持孔111の内周との距離が近いほど大きな反力を発生させることができる。本実施形態にあっては、潤滑油導入孔122よりもタービンホイール60側の位置に吐出孔123を設けている。そのため、ホワール振動の発生に伴ってフローティングメタル120の外周面と支持孔111の内周面とが特に接近しやすいタービンホイール60側の部分から支持孔111の内周面に向かって潤滑油が吐出されるようになり、好適にフローティングメタル120を支持孔111の中心側に押し戻すことができる。
尚、上記第1の実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、フローティングメタル120に6つの吐出孔123を設ける構成を示したが、吐出孔123を1〜5つ、又は7つ以上形成する構成を採用することもできる。尚、ホワール振動の発生を抑制する上では、吐出孔123を極力多く設けることが望ましい。
・また、上記実施形態では、吐出孔123を挿通孔121の周方向に等角度間隔を隔てて形成する構成を示した。これに対して、この発明はこうした構成に限定されるものではなく、フローティングメタル120において潤滑油導入孔122からロータリーシャフト40の軸方向に離間した位置に支持孔111の内周面に向かって潤滑油を吐出する吐出孔123を設ける構成であれば、吐出される潤滑油の反力によってホワール振動を抑制することができる。
・フローティングメタル120における潤滑油導入孔122よりもタービンホイール60側の位置にのみ吐出孔123を設ける構成を示したが、吐出孔123を潤滑油導入孔122よりも中央側の位置にのみ形成する構成、又はタービンホイール60側の位置と中央側の位置との双方に形成する構成を採用してもよい。
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について、図5を参照して説明する。本実施形態は第1の実施形態とフローティングメタル120の形状が異なるものであるため、同様の部材については同一の符号を付すのみとしてその説明を割愛し、両者の相違点を中心に説明する。尚、図5(a),(b)は本実施形態にかかるフローティングメタル120を拡大して示しており、図5(a)はフローティングメタル120の側面図、図5(b)は図5(a)におけるb‐b線に沿った断面構造を示す断面図である。
本実施形態では、第1の実施形態の構成に加え、図5(a),(b)に示されるように挿通孔121の内周面に潤滑油導入孔122から吐出孔123側へと延びてフローティングメタル120のタービンホイール60側の端部120aへと至る油溝124を形成するようにしている。尚、油溝124は、挿通孔121の内周面をフローティングメタル120の端部120a側から切削する等して形成することができる。
以上説明した第2の実施形態によれば、上記(1)〜(3)の効果に加えて、以下の効果が得られるようになる。
(4)潤滑油導入孔122を通じて挿通孔121内に供給される潤滑油を油溝124を通じてより確実に吐出孔123に導くことができるようになる。その結果、吐出孔123から吐出される潤滑油の量が多くなり、ホワール振動による騒音の発生をより好適に抑制することができる。
尚、上記第2の実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・油溝124は、潤滑油導入孔122から延びて吐出孔123に至るように形成されていればよい。即ち、フローティングメタル120の端部120aまで連通していなくてもよい。例えば、図6(a),(b)に示されるようにフローティングメタル120の端部120aにおける油溝124の開口部を樹脂等からなる封止部材150によって塞ぐようにしてもよい。これによりフローティングメタル120の端部120a側から流出する潤滑油を減少させることができ、吐出孔123から吐出する潤滑油の量を更に増加させることができるようになる。
(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態について図7を参照して説明する。本実施形態は第1の実施形態とフローティングメタル120の形状が異なるものであるため、同様の部材については同一の符号を付すのみとしてその説明を割愛し、両者の相違点を中心に説明する。尚、図7(a),(b)は本実施形態にかかるフローティングメタル120を拡大して示しており、図7(a)はフローティングメタル120の側面図、図7(b)は図7(a)におけるb‐b線に沿った断面構造を示す断面図である。
本実施形態では、第1の実施形態の構成に加え、図7に示されるようにフローティングメタル120の外周と挿通孔121との間に潤滑油導入孔122と吐出孔123とを連通してフローティングメタル120のタービンホイール60側の端部120aにて開口する油孔125を形成するようにしている。尚、油孔125は、ドリル加工等により形成することができる。
以上説明した第3の実施形態によれば、上記(1)〜(3)の効果に加えて、以下の効果が得られるようになる。
(5)潤滑油導入孔122を流れる潤滑油の一部は、油孔125を通じて吐出孔123に導入されるようになり、潤滑油導入孔122を通じて供給される潤滑油をより確実に吐出孔123に導くことができるようになる。その結果、吐出孔123から吐出される潤滑油の量が多くなり、ホワール振動による騒音の発生をより好適に抑制することができる。
尚、上記第3の実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・油孔125は、潤滑油導入孔122から延びて吐出孔123に至るように形成されていればよい。即ち、フローティングメタル120の端部120aまで連通していなくてもよい。例えば、図8(a),(b)に示されるようにフローティングメタル120の端部120aにおける油孔125の開口部を樹脂等からなる封止部材160によって塞ぐようにしてもよい。これにより開口部からの潤滑油の流出を抑制することができ、吐出孔123から吐出する潤滑油の量を更に増加させることができるようになる。
(第4の実施形態)
以下、第4の実施形態について図9を参照して説明する。本実施形態は第1の実施形態とフローティングメタル120の形状が異なるものであるため、同様の部材については同一の符号を付すのみとしてその説明を割愛し、両者の相違点を中心に説明する。尚、図9(a),(b)は本実施形態にかかるフローティングメタル120を拡大して示しており、図9(a)はフローティングメタル120の側面図、図9(b)は図9(a)におけるb‐b線に沿った断面構造を示す断面図である。
本実施形態では、第1の実施形態の構成に加え、挿通孔121にテーパ面126を形成するようにしている。テーパ面126は、図9(b)に示されるように挿通孔121における潤滑油導入孔122から吐出孔123が形成されているタービンホイール60側の端部120aまで、その内径が次第に大きくなるように形成されている。そのため、タービンホイール60側の端部120aにおける開口部121aの開口面積は、中央側の端部120bにおける挿通孔121の開口部121bの開口面積よりも大きくなっている。
以上説明した第4の実施形態によれば、上記(1)〜(3)の効果に加えて、以下の効果が得られるようになる。
(6)潤滑油導入孔122を通じてフローティングメタル120の挿通孔121とロータリーシャフト40との間に供給され流体層を形成する潤滑油は、挿通孔121のタービンホイール60側の開口部121a及び中央側の開口部121bから流出する。このとき、吐出孔123が形成されるタービンホイール60側の開口部121aの開口面積が、吐出孔123が形成されていない中央側の開口部121bの開口面積よりも大きく設定されているため、タービンホイール60側の開口部121aから流出する潤滑油の量が、中央側の開口部121bから流出する潤滑油の量よりも多くなる。その結果、潤滑油導入孔122を通じて挿通孔121の内周へと供給される潤滑油は、吐出孔123が形成されたタービンホイール60側の部分により多く流れ込むようになり、吐出孔123から吐出する潤滑油の量を多くすることができるようになる。
尚、上記第4の実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・図10に示されるように中央側の開口部121bからタービンホイール60側の部分における開口部121aにかけて次第にその内径が大きくなるようにテーパ状の挿通孔121を形成するようにしてもよい。
・また、図11に示されるように挿通孔121における潤滑油導入孔122よりもタービンホイール60側の部分にその内径が拡大された拡径部127を設けるようにしてもよい。
・また、図12に示されるように挿通孔121における潤滑油導入孔122よりもタービンホイール60側の部分に溝128を設け、開口部121aの開口面積を開口部121bの開口面積よりも大きくするようにしてもよい。即ち、吐出孔123が形成されるタービンホイール60側の部分における開口部121aの開口面積を開口部121bの開口面積よりも大きくする構成であれば、潤滑油導入孔122を通じて挿通孔121の内周へと供給される潤滑油は、吐出孔123が形成されたタービンホイール60側の部分により多く流れ込むようになる。
(第5の実施形態)
以下、第5の実施形態について図13を参照して説明する。本実施形態は第1の実施形態とスナップリングの形状が異なるものであるため、同様の部材については同一の符号を付すのみとしてその説明を割愛し、両者の相違点を中心に説明する。尚、図13はこの実施形態にかかるタービンホイール60側の流体軸受100aを拡大して示す断面図である。
図13に示されるようにタービンホイール60側のスナップリング131の内径D1は、中央側のスナップリング132の内径D2よりも大きく設定されている。
挿通孔121の内周とロータリーシャフト40との間に供給された潤滑油の一部は、フローティングメタル120の開口部121a,121bから流出する。そして、開口部121a,121bから流出した潤滑油は図13に破線矢印で示されるようにスナップリング131,132の内周とロータリーシャフト40との隙間から流出する。
以上説明した第5の実施形態によれば、上記(1)〜(3)の効果に加えて、以下の効果が得られるようになる。
(8)スナップリング131,132のうち、吐出孔123に近いタービンホイール60側のスナップリング131の内径D1が、中央側のスナップリング132の内径D2よりも大きく設定されている。そのため、スナップリング131の内周とロータリーシャフト40との隙間から流出する潤滑油の量が、スナップリング132の内周とロータリーシャフト40との隙間から流出する潤滑油の量よりも多くなる。その結果、吐出孔123が形成されるタービンホイール60側の開口部121aから流出する潤滑油の量が、吐出孔123が形成されていない中央側の開口部121bから流出する潤滑油の量よりも多くなる。そのため、潤滑油導入孔122を通じて挿通孔121の内周へと供給される潤滑油は、タービンホイール60側に多く流れ込むようになり、吐出孔123から吐出する潤滑油の量を多くすることができるようになる。
尚、上記第5の実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・タービンホイール60側のスナップリングとして、例えば、図14に示されるようにその内周に切り欠き134が形成されたスナップリング133を適用する構成を採用することもできる。スナップリング133の内径D2は、中央側のスナップリング132の内径D2と等しく設定されているが、矩形状の複数の切り欠き134が設けられているため、その開口面積はそれら切り欠き134の分だけ他方のスナップリング132の開口面積よりも大きくなっている。そのため、上記第5の実施形態におけるスナップリング131に替えて、こうしたスナップリング133をタービンホイール60側のスナップリングとして適用した場合にあっても、スナップリング133とロータリーシャフト40との間から流出する潤滑油の量がスナップリング132とロータリーシャフト40との間から流出する潤滑油の量よりも多くなり、上記第5の実施形態と同様に吐出孔123からの潤滑油の吐出量を多くすることができるようになる。また勿論、このように吐出孔123に近いタービンホイール60側のスナップリング133の内周部分に複数の切り欠き134を設ける構成にあって更に、スナップリングの内径を中央側のスナップリング132の内径D2よりも大きく設定する構成を併せて採用することもできる。
・尚、切り欠き134の形成態様は図14に示したものに限られず、その数や形状は適宜変更することができる。
(第6の実施形態)
以下、第6の実施形態について図15(a),(b)を参照して説明する。尚、図15(a)はこの実施形態にかかるタービンホイール60側の流体軸受100aを拡大して示す断面図であり、図15(b)は図15(a)のb‐b線に沿った断面構造を示す断面図である。また、本実施形態にあってもタービンホイール60側に位置する流体軸受100aと、コンプレッサホイール70側に位置する流体軸受100bは左右対称な略同様の構成を有しているため、以下ではタービンホイール60側の流体軸受100aについてのみ説明を行い、コンプレッサホイール70側の流体軸受100bについての説明は割愛する。
第1の実施形態では、フローティングメタル120の潤滑油導入孔122よりもタービンホイール60側の部分に、挿通孔121から延びて外周に開口する吐出孔123を潤滑油導入孔122とは別に形成する構成を示した。これに対して、本実施形態は吐出孔123に替えて、図15(a)に示されるように潤滑油導入孔122から分岐して、潤滑油導入孔122よりもタービンホイール60側の部分に開口する潤滑油吐出通路129を形成するようにしている。
また、図15(b)に示されるように潤滑油吐出通路129は、第1の実施形態における吐出孔123と同様に挿通孔121の周方向に等角度間隔を隔てて6つ形成されており、そのフローティングメタル120の外周面における開口部129aは、フローティングメタル120の周方向に等角度間隔を隔てて配設されている。
このような潤滑油吐出通路129が形成されたフローティングメタル120を有する流体軸受100aにあっては、図15(a)に矢印で示されるように潤滑油導入孔122を通じて供給される潤滑油の一部は、遠心力によって潤滑油吐出通路129から支持孔111の内周面に向かって吐出されるようになる。
以上説明した第6の実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
(9)ホワール振動による旋回運動に伴って支持孔111の内周面とフローティングメタル120とが接近すると、潤滑油吐出通路129から吐出される潤滑油によって、フローティングメタル120を支持孔111の中心側に押し戻す反力が発生する。これにより、ロータリーシャフト40の旋回運動を抑制することができ、ロータリーシャフト40のホワール振動に起因する騒音の発生を抑制することができるようになる。
また、潤滑油吐出通路129の開口部129aを潤滑油導入孔122よりもタービンホイール60側に設けている。そのため、第1の実施形態と同様にホワール振動の発生に伴ってフローティングメタル120の外周面と支持孔111の内周面とが特に接近しやすいタービンホイール60側の部分から支持孔111の内周面に向かって潤滑油が吐出されるようになり、好適にフローティングメタル120とを挿通孔の中心側に押し戻すことができるようになる。
(10)フローティングメタル120の外周面における開口部129aがフローティングメタル120の外周において等角度間隔を隔てて配設されている。そのため、フローティングメタル120の回転位相によらず支持孔111の内周面と潤滑油吐出通路129とが接近しやすい。そのため、潤滑油吐出通路129から吐出される潤滑油によってフローティングメタル120を支持孔111の中心側に押し戻す反力を安定して得ることができ、ホワール振動、ひいてはそれに起因する騒音の発生を一層好適に抑制することができるようになる。
尚、上記第6の実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、フローティングメタル120に6つの潤滑油吐出通路129を設ける構成を示したが、潤滑油吐出通路を1〜5つ、又は7つ以上形成する構成を採用することもできる。尚、ホワール振動の発生を抑制する上では、潤滑油吐出通路129を極力多く設けることが望ましい。
・また、上記実施形態では、潤滑油吐出通路129の開口部129aを挿通孔121の周方向に等角度間隔を隔てて形成する構成を示した。これに対して、この発明はこうした構成に限定されるものではなく、フローティングメタル120において潤滑油導入孔122から軸方向に離間した位置に潤滑油吐出通路129の開口部129aを設ける構成であれば、吐出される潤滑油の反力によってホワール振動を抑制することができる。
・フローティングメタル120における潤滑油導入孔122よりもタービンホイール60側の位置に開口部129aを有する潤滑油吐出通路129を設ける構成を示した。これに対して、フローティングメタル120における潤滑油導入孔122よりも中央側の位置に開口部を有する潤滑油吐出通路を設ける構成を採用してもよい。また、タービンホイール60側の位置に開口部129aを有する潤滑油吐出通路129と、中央側の位置に開口部を有する潤滑油吐出通路の双方を設ける構成を採用してもよい。
(第7の実施形態)
以下、第7の実施形態について図16(a),(b)を参照して説明する。尚、図16(a)はこの実施形態にかかるタービンホイール60側の流体軸受100aを拡大して示す断面図であり、図16(b)は図16(a)におけるb‐b線に沿った断面構造を示す断面図である。
第1の実施形態では、フローティングメタル120に形成された吐出孔123から支持孔111の内周面に向かって潤滑油を吐出する構成を示した。これに対して、本実施形態では支持部110aに潤滑油吐出口を設け、この潤滑油吐出口からフローティングメタル120の外周面に向かって潤滑油を吐出するようにしている。以下、第1の実施形態と同様の部材については同一の符号を付すのみとしてその説明を割愛し、両者の相違点を中心に説明する。また、本実施形態にあってもタービンホイール60側に位置する流体軸受100aと、コンプレッサホイール70側に位置する流体軸受100bは左右対称な略同様の構成を有しているため、以下ではタービンホイール60側の流体軸受100aについてのみ説明を行い、コンプレッサホイール70側の流体軸受100bについての説明は割愛する。
図16(a)に示されるように支持孔111の内周における供給通路11の開口部には、潤滑油供給溝113が形成されている。潤滑油供給溝113は、図16(b)に示されるように支持孔111の全周に亘って形成されている。
また、支持孔111の内周面には、この潤滑油供給溝113を覆うように円筒状のライナ200が嵌装されている。図16(a)に示されるように、このライナ200にはフローティングメタル120の潤滑油導入孔122と対向可能な位置に潤滑油供給口210が、同潤滑油供給口210よりもタービンホイール60側の位置に潤滑油吐出口211がそれぞれ形成されている。潤滑油吐出口211は、図16(b)に示されるようにライナ200の周方向に等角度間隔を隔てて6つ形成されている。尚、潤滑油供給口210も同様にライナ200の周方向に等角度間隔を隔てて6つ形成されている。
供給通路11を通じて供給される潤滑油は潤滑油供給溝113を通じて各潤滑油供給口210及び各潤滑油吐出口211に導かれ、図16(a),(b)に矢印で示されるように各潤滑油供給口210及び各潤滑油吐出口211から支持孔111の中心に向かって吐出される。
各潤滑油供給口210から吐出される潤滑油は、ライナ200の内周面とフローティングメタル120との間に潤滑油による流体層を形成するとともに、その一部はフローティングメタル120の潤滑油導入孔122を通じて挿通孔121の内周に導入され、挿通孔121の内周とロータリーシャフト40との間に潤滑油による流体層を形成する。
以上説明した第7の実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
(11)旋回運動に伴ってライナ200の内周面とフローティングメタル120の外周面とが接近すると、潤滑油吐出口211から吐出される潤滑油によって、フローティングメタル120を支持孔111の中心側に押し戻す反力が発生する。これにより、ロータリーシャフト40の旋回運動を抑制することができ、ロータリーシャフト40のホワール振動に起因する騒音の発生を抑制することができるようになる。
また、上記実施形態では、潤滑油吐出口211を潤滑油供給口210よりもタービンホイール60側の位置に設けている。そのため、ホワール振動の発生に伴ってフローティングメタル120の外周面との距離が特に近くなりやすいタービンホイール60側の部分からフローティングメタル120に向かって潤滑油が吐出されるようになり、好適にフローティングメタル120とを挿通孔の中心側に押し戻すことができるようになる。
(12)各潤滑油吐出口211は、ライナ200の周方向に等角度間隔を隔てて形成されている。そのため、ホワール振動に伴うロータリーシャフト40及びフローティングメタル120の旋回位相によらずフローティングメタル120の外周面と潤滑油吐出口211とが接近しやすい。そのため、潤滑油吐出口211から吐出される潤滑油によって、フローティングメタル120を支持孔111の中心側に押し戻す反力を安定して得ることができ、ホワール振動、ひいてはそれに起因する騒音の発生を一層好適に抑制することができるようになる。
尚、上記第7の実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、ライナ200に6つの潤滑油吐出口211を設ける構成を示したが、潤滑油吐出通路を1〜5つ、又は7つ以上形成する構成を採用することもできる。尚、ホワール振動の発生を抑制する上では、潤滑油吐出通路129を極力多く設けることが望ましい。
・また、上記実施形態では、潤滑油吐出口211をライナ200の周方向に等角度間隔を隔てて形成する構成を示した。これに対して、この発明はこうした構成に限定されるものではなく、ライナ200において潤滑油供給口210からロータリーシャフト40の軸方向に離間した位置に潤滑油吐出口211を設ける構成であれば、吐出される潤滑油の反力によってホワール振動を抑制することができる。
・また、ライナ200における潤滑油供給口210よりもタービンホイール60側の位置にのみ潤滑油吐出口211を設ける構成を示したが、潤滑油吐出口211をライナ200における潤滑油供給口210よりも中央側の位置にのみ形成する構成、又はタービンホイール60側の位置と中央側の位置との双方に形成する構成を採用してもよい。
・上記実施形態では、支持孔111に潤滑油供給溝113を形成し、同潤滑油供給溝113を覆うように、潤滑油供給口210及び潤滑油吐出口211が形成されたライナ200を支持孔111の内周に嵌装する構成を示した。これに対して、この発明はこうした構成に限定されるものではなく、支持部110aにおいて潤滑油供給口からロータリーシャフト40の軸方向に離間した位置に、支持孔111の中心に向かって潤滑油を吐出する潤滑油吐出口が形成されていればよい。
(第8の実施形態)
以下、第8の実施形態について図17(a),(b)を参照して説明する。尚、図17(a)はこの実施形態にかかるタービンホイール60側の流体軸受100aを拡大して示す断面図であり、図17(b)は図17(a)におけるb‐b線に沿った断面構造を示す断面図である。
第7の実施形態では、潤滑油供給口210とは別に潤滑油吐出口211を形成し、潤滑油吐出口211からフローティングメタル120の外周面に向かって潤滑油を吐出させる構成を示した。これに対して本実施形態は、フローティングメタル120の潤滑油導入孔122と対向可能な位置からロータリーシャフト40の軸方向に離間した位置に潤滑油供給口310を形成し、同潤滑油供給口310からフローティングメタル120の外周面に向かって潤滑油を吐出させるようにしている。以下、第7の実施形態と同様の部材については同一の符号を付すのみとしてその説明を割愛し、両者の相違点を中心に説明する。
図17(a)に示されるように支持孔111の内周における供給通路11の開口部には、潤滑油供給溝114が形成されている。この潤滑油供給溝114は、図17(b)に示されるように支持孔111の全周に亘って形成されている。また、支持孔111の内周面には、この潤滑油供給溝114を覆うように円筒状のライナ300が嵌装されている。ライナ300には、図17(a)に示されるようにフローティングメタル120の潤滑油導入孔122と対向可能な位置よりもタービンホイール60側の位置に潤滑油供給口310が形成されている。尚、潤滑油供給口310は図17(b)に示されるようにライナ300の周方向に等角度間隔を隔てて6つ形成されている。
以上説明した第8の実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
(13)潤滑油供給口310は、フローティングメタル120に形成される潤滑油導入孔122と対向する位置からロータリーシャフト40の軸方向にずらして設けられている。そのため、旋回運動に伴って支持孔111の内周面とフローティングメタル120の外周面とが接近すると、潤滑油供給口310からフローティングメタル120の外周面に向かって吐出される潤滑油によってフローティングメタル120を支持孔の中心側に押し戻す反力が発生する。これにより、ロータリーシャフト40の旋回運動を抑制することができ、ロータリーシャフト40のホワール振動に起因する騒音の発生を抑制することができるようになる。
また、潤滑油供給口310をフローティングメタル120の潤滑油導入孔122と対向可能な位置よりもタービンホイール60側に設けている。そのため、ホワール振動の発生に伴ってフローティングメタル120の外周面との距離が特に近くなりやすいタービンホイール60側の部分からフローティングメタル120に向かって潤滑油が吐出されるようになり、好適にフローティングメタル120とを挿通孔の中心側に押し戻すことができるようになる。
(14)潤滑油供給口310は、ライナ300の周方向に等角度間隔を隔てて形成されている。そのため、ホワール振動に伴うロータリーシャフト40及びフローティングメタル120の旋回位相によらずフローティングメタル120の外周面と潤滑油供給口310とが接近しやすい。そのため、潤滑油供給口310から吐出される潤滑油によってフローティングメタル120を支持孔111の中心側に押し戻す反力を安定して得ることができ、ホワール振動、ひいてはそれに起因する騒音の発生を一層好適に抑制することができるようになる。
尚、上記第8の実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、ライナ300に6つの潤滑油供給口310を設ける構成を示したが、潤滑油吐出通路を1〜5つ、又は7つ以上形成する構成を採用することもできる。尚、ホワール振動の発生を抑制する上では、潤滑油供給口310を極力多く設けることが望ましい。
・また、上記実施形態では、潤滑油供給口310をライナ300の周方向に等角度間隔を隔てて形成する構成を示した。これに対して、この発明はこうした構成に限定されるものではなく、ライナ300においてフローティングメタル120の潤滑油導入孔122と対向可能な位置から軸方向に離間した位置に潤滑油供給口310を設ける構成であれば、吐出される潤滑油の反力によってホワール振動を抑制することができる。
・また、フローティングメタル120の潤滑油導入孔122と対向可能な位置よりもタービンホイール60側の位置にのみ潤滑油供給口310を設ける構成を示した。これに対して、潤滑油供給口310を潤滑油導入孔122と対向可能な位置よりも中央側の位置にのみ形成する構成、又は図18に示されるようにフローティングメタル120の潤滑油導入孔122と対向可能な位置に対してタービンホイール60側の位置と中央側の位置との双方に形成する構成を採用してもよい。
・上記実施形態では、支持孔111に潤滑油供給溝114を形成し、同潤滑油供給溝114を覆うように、潤滑油供給口310が形成されたライナ300を支持孔111の内周に嵌装する構成を示した。これに対して、この発明はこうした構成に限定されるものではなく、支持孔111の内周においてフローティングメタル120の潤滑油導入孔122と対向する位置からロータリーシャフト40の軸方向に離間した位置に、支持孔111の中心に向かって潤滑油を吐出する潤滑油供給口が形成されていればよい。
尚、上記第1〜8の実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記各実施形態では、タービンホイール60側の流体軸受100a、コンプレッサホイール70側の流体軸受100bの双方について、本発明を適用する構成を示したが、タービンホイール60側の流体軸受100a及びコンプレッサホイール70側の流体軸受100bのうち、一方の流体軸受にのみ本発明を適用することもできる。
この発明の第1の実施形態にかかるターボチャージャの概略構成を示す断面図。 図1における部分Xを拡大して示す拡大断面図。 (a)は図2におけるa‐a線に沿った断面構造を示す断面図、(b)は図2におけるb‐b線に沿った断面構造を示す断面図。 同実施形態にかかる流体軸受を拡大して示す断面図。 (a)はこの発明の第2の実施形態にかかるフローティングメタルの側面図、(b)は(a)におけるb‐b線に沿った断面構造を示す断面図。 (a)は同実施形態の変更例におけるフローティングメタルの側面図、(b)は(a)におけるb‐b線に沿った断面構造を示す断面図。 (a)はこの発明の第3の実施形態にかかるフローティングメタルの側面図、(b)は(a)におけるb‐b線に沿った断面構造を示す断面図。 (a)は同実施形態の変更例におけるフローティングメタルの側面図、(b)は(a)におけるb‐b線に沿った断面構造を示す断面図。 (a)はこの発明の第4の実施形態にかかるフローティングメタルの側面図、(b)は(a)におけるb‐b線に沿った断面構造を示す断面図。 (a)は同実施形態の変更例におけるフローティングメタルの側面図、(b)は(a)におけるb‐b線に沿った断面構造を示す断面図。 (a)は同実施形態の変更例におけるフローティングメタルの側面図、(b)は(a)におけるb‐b線に沿った断面構造を示す断面図。 (a)は同実施形態の変更例におけるフローティングメタルの側面図、(b)は(a)におけるb‐b線に沿った断面構造を示す断面図。 第5の実施形態にかかる流体軸受を拡大して示す断面図。 同実施形態の変更例におけるスナップリングの正面図。 (a)は第6の実施形態にかかる流体軸受を拡大して示す断面図、(b)は(a)におけるb‐b線に沿った断面構造を示す断面図。 (a)は第7の実施形態にかかる流体軸受を拡大して示す断面図、(b)は(a)におけるb‐b線に沿った断面構造を示す断面図。 (a)は第8の実施形態にかかる流体軸受を拡大して示す断面図、(b)は(a)におけるb‐b線に沿った断面構造を示す断面図。 同実施形態の変更例における流体軸受を拡大して示す断面図。 一般のターボチャージャの軸受構造を示す断面図。 図19におけるa‐a線に沿った断面構造を示す断面図。
符号の説明
10…センターハウジング、11…供給通路、20…タービンハウジング、21…スクロール通路、22…排出ポート、23…導入通路、30…コンプレッサハウジング、31…吸入ポート、32…コンプレッサ通路、33…送出通路、40…ロータリーシャフト、60…タービンホイール、61…ブレード、70…コンプレッサホイール、71…ブレード、100a,100b…流体軸受、110a,110b…支持部、111…支持孔、112…潤滑油供給口、113,114…潤滑油供給溝、120…フローティングメタル、121…挿通孔、122…潤滑油導入孔、123…吐出孔、124…油溝、125…油孔、126…テーパ面、127…拡径部、128…溝、129…潤滑油吐出通路、130,131,132,133…スナップリング、134…切り欠き、140…スラストベアリング、200…ライナ、210…潤滑油供給口、211…潤滑油吐出口、300…ライナ、310…潤滑油供給口。

Claims (16)

  1. ターボチャージャの一対のホイールを連結するロータリーシャフトが挿通される挿通孔と同挿通孔から延びて外周面に開口する潤滑油導入孔とが形成された円筒状のフローティングメタルと、前記挿通孔に挿通された前記ロータリーシャフトが前記フローティングメタルとともに内挿される支持孔が形成されるとともに同支持孔の内周における前記潤滑油導入孔と対向可能な位置に開口する潤滑油供給口が形成された支持部とを備え、前記支持孔と前記フローティングメタルの外周との間、並びに前記挿通孔と前記ロータリーシャフトとの間に前記潤滑油供給口から吐出される潤滑油による流体層が形成される一対の流体軸受を前記ロータリーシャフトの軸方向に離間してそれぞれ配設したターボチャージャの軸受構造において、
    前記一対の流体軸受のうち少なくとも一方の流体軸受における前記フローティングメタルは、前記潤滑油導入孔から前記ロータリーシャフトの軸方向に離間した位置に、前記挿通孔から同フローティングメタルの外周に貫通する吐出孔が形成されてなる
    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1に記載のターボチャージャの軸受構造において、
    前記吐出孔は、前記挿通孔の周方向に等角度間隔を隔てて複数形成されてなる
    ことを特徴とするターボチャージャの軸受構造。
  3. 請求項1又は請求項2に記載のターボチャージャの軸受構造において、
    前記フローティングメタルは、前記挿通孔の内周面に前記潤滑油導入孔から延びて前記吐出孔に至る油溝が形成されてなる
    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1〜3のいずれか一項に記載のターボチャージャの軸受構造において、
    前記フローティングメタルは、その外周と前記挿通孔との間に前記潤滑油導入孔と前記吐出孔とを連通する油孔が形成されてなる
    ことを特徴とするターボチャージャの軸受構造。
  5. 前記吐出孔は、前記フローティングメタルにおける前記潤滑油導入孔よりも他方の流体軸受に近い中央側の部分及び前記潤滑油導入孔よりも直近の前記ホイールに近いホイール側の部分のうち、少なくともホイール側の部分に形成される
    請求項1〜4のいずれか一項に記載のターボチャージャの軸受構造。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載のターボチャージャの軸受構造において、
    前記フローティングメタルは、同フローティングメタルにおける前記潤滑油導入孔よりも他方の流体軸受に近い中央側の部分及び前記潤滑油導入孔よりも直近の前記ホイールに近いホイール側の部分のうち、いずれか一方にのみ前記吐出孔が形成され、前記中央側の部分及び前記ホイール側の部分のうち、前記吐出孔が形成される部分における前記挿通孔の開口部が他方の開口部よりもその開口面積が大きく設定されてなる
    ことを特徴とするターボチャージャの軸受構造。
  7. 請求項6に記載のターボチャージャの軸受構造において、
    前記挿通孔は、その内径が前記潤滑油導入孔から前記吐出孔に向かって次第に大きくなるテーパ面を含む
    ことを特徴とするターボチャージャの軸受構造。
  8. 前記フローティングメタルの両端から前記ロータリーシャフトの軸方向に所定の間隔だけ離間して前記支持孔の内周にその外周部分が嵌設され前記フローティングメタルの軸方向の移動を規制する一対のスナップリングを備える
    請求項1〜7のいずれか一項に記載のターボチャージャの軸受構造。
  9. 請求項8に記載のターボチャージャの軸受構造において、
    前記フローティングメタルは、前記潤滑油導入孔よりも他方の流体軸受に近い中央側の部分、又は前記潤滑油導入孔よりも直近の前記ホイールに近いホイール側の部分のうち、いずれか一方にのみ前記吐出孔が形成され、前記一対のスナップリングのうち同吐出孔に近いスナップリングの内径が他方のスナップリングの内径よりも大きく設定される
    ことを特徴とするターボチャージャの軸受構造。
  10. 請求項8又は請求項9に記載のターボチャージャの軸受構造において、
    前記フローティングメタルは、前記潤滑油導入孔よりも他方の流体軸受に近い中央側の部分及び前記潤滑油導入孔よりも直近の前記ホイールに近いホイール側の部分のうち、いずれか一方にのみ前記吐出孔が形成され、前記一対のスナップリングのうち前記吐出孔に近い一方のスナップリングは、その内周に切り欠きが形成されてなる
    ことを特徴とするターボチャージャの軸受構造。
  11. ターボチャージャの一対のホイールを連結するロータリーシャフトが挿通される挿通孔と同挿通孔から延びて外周面に開口する潤滑油導入孔とが形成された円筒状のフローティングメタルと、前記挿通孔に挿通された前記ロータリーシャフトが前記フローティングメタルとともに内挿される支持孔が形成されるとともに同支持孔の内周における前記潤滑油導入孔と対向可能な位置に開口する潤滑油供給口が形成された支持部とを備え、前記支持孔と前記フローティングメタルの外周との間、並びに前記挿通孔と前記ロータリーシャフトとの間に前記潤滑油供給口から吐出される潤滑油による流体層が形成される一対の流体軸受を前記ロータリーシャフトの軸方向に離間してそれぞれ配設したターボチャージャの軸受構造において、
    前記フローティングメタルは、前記潤滑油導入孔から分岐するとともに前記フローティングメタルの外周における前記潤滑油導入孔の開口部から前記ロータリーシャフトの軸方向に離間した位置に開口する潤滑油吐出通路が形成されてなる
    ことを特徴とするターボチャージャの軸受構造。
  12. 請求項11に記載のターボチャージャの軸受構造において、
    前記潤滑油吐出通路は、前記開口部が前記フローティングメタルの前記挿通孔の周方向に等角度間隔を隔てて開口するように複数形成されてなる
    ことを特徴とするターボチャージャの軸受構造。
  13. ターボチャージャの一対のホイールを連結するロータリーシャフトが挿通される挿通孔と同挿通孔から延びて外周面に開口する潤滑油導入孔とが形成された円筒状のフローティングメタルと、前記挿通孔に挿通された前記ロータリーシャフトが前記フローティングメタルとともに内挿される支持孔が形成されるとともに同支持孔の内周における前記潤滑油導入孔と対向可能な位置に開口する潤滑油供給口が形成された支持部とを備え、前記支持孔と前記フローティングメタルの外周との間、並びに前記挿通孔と前記ロータリーシャフトとの間に前記潤滑油供給口から吐出される潤滑油による流体層が形成される一対の流体軸受を前記ロータリーシャフトの軸方向に離間してそれぞれ配設したターボチャージャの軸受構造において、
    前記支持部は、前記支持孔の内周における前記潤滑油供給口から前記ロータリーシャフトの軸方向に離間した位置に形成され同支持孔内に潤滑油を吐出する潤滑油吐出口を備える
    ことを特徴とするターボチャージャの軸受構造。
  14. 請求項13に記載のターボチャージャの軸受構造において、
    前記潤滑油吐出口は、前記支持孔の周方向に等角度間隔を隔てて複数形成されてなる
    ことを特徴とするターボチャージャの軸受構造。
  15. ホイールロータリーシャフトターボチャージャの一対のホイールを連結するロータリーシャフトが挿通される挿通孔と同挿通孔から延びて外周面に開口する潤滑油導入孔とが形成された円筒状のフローティングメタルと、前記挿通孔に挿通された前記ロータリーシャフトが前記フローティングメタルとともに内挿される支持孔が形成されるとともに同支持孔の内周面に開口する潤滑油供給口が形成された支持部とを備え、前記支持孔と前記フローティングメタルの外周との間、並びに前記挿通孔と前記ロータリーシャフトとの間に前記潤滑油供給口から吐出される潤滑油による流体層が形成される一対の流体軸受を前記ロータリーシャフトの軸方向に離間してそれぞれ配設したターボチャージャの軸受構造において、
    前記潤滑油供給口は、前記潤滑油導入孔と対向可能な位置から前記ロータリーシャフトの軸方向に離間した位置に形成され、同支持孔内に潤滑油を吐出する
    ことを特徴とするターボチャージャの軸受構造。
  16. 請求項15に記載のターボチャージャの軸受構造において、
    前記潤滑油供給口は、前記支持孔の周方向に等角度間隔を隔てて複数形成されてなる
    ことを特徴とするターボチャージャの軸受構造。
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