JP2008267463A - 浮動軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】フォアール振動の発生を抑制することができる浮動軸受構造を提供する。
【解決手段】ターボチャージャ１は、一方向に延びるシャフト７と、シャフト７を取囲み、シャフト７の外周面に対向する内周面を有する筒状の浮動ブッシュ２４と、浮動ブッシュ２４を収納する内部空間が設けられるセンターハウジング３６とを備える。浮動ブッシュ２４には、外周面から内周面までラジアル方向にそのブッシュを貫通する貫通孔１２４が設けられている。センターハウジング３６には、貫通孔にオイル１００を供給する第１オイル供給路１３６と、３つ以上の第２オイル供給路２３６とが設けられる。第２オイル供給路２３６は外周面の円周方向に互いに距離を隔てて配置される。
【選択図】図４

Description

この発明は、浮動軸受構造に関し、より特定的には、オイルでシャフトが保持および潤滑される浮動軸受構造に関するものである。

従来、浮動軸受構造は、たとえば特開２００２−３３２８６４号公報（特許文献１）に開示されている。
特開２００２−３３２８６４号公報

従来の浮動軸受構造では、潤滑油の粘度を運転領域に応じて調節し、ホワール振動を抑制する技術が開示されている。

しかしながら、従来の技術では、オイル粘度の調整では制御性が低く十分にホワール振動を抑制できないという問題があった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、ホワール振動を抑制することが可能な浮動軸受構造を提供することを目的とする。

この発明に従った浮動軸受構造は、一方向に延びるシャフトと、シャフトを取囲み、シャフトの外周面と対向する内周面を有する筒状の浮動ブッシュと、浮動ブッシュを収納する内部空間が設けられたハウジングとを備え、シャフトの外周面と浮動ブッシュの内周面との間、および浮動ブッシュの外周面とハウジングの内周面との間にはオイルが介在しており、浮動ブッシュには、外周面から内周面までラジアル方向に浮動ブッシュを貫通する貫通孔が設けられており、ハウジングには、貫通孔にオイルを供給する第１オイル供給路と、浮動ブッシュの外周面に向かってオイルを噴射する３つ以上の第２オイル供給路とが設けられて３つ以上の第２オイル供給路は、外周面の円周方向に互いに距離を隔てて配置される。

このように構成された浮動軸受構造では、貫通孔にオイルを供給する第１オイル供給路が設けられているため、貫通孔を通じて外周面から内周面までオイルが供給され、内周面側でシャフトを保持することができる。

さらに、第２オイル供給路は、３つ以上設けられて外周面の円周方向に互いに距離を隔てて配置されるため、ホワール振動が発生して軸およびブッシュがハウジング側へ近づくと、ハウジングの第２オイル供給路から供給されたオイルがブッシュの外周面に当る。これにより、ブッシュは中心位置へ押し戻される。これにより、ホワール振動を防止することができる。

好ましくは、第２オイル供給路はブッシュの回転を妨げる方向にブッシュに向かってオイルを噴射する。この場合、ブッシュがハウジングに近づくと、第２オイル供給路からブッシュに向かってオイルが噴射されてブッシュの回転が妨げられる。これにより、一時的に回転数を落とすことでホワール振動の発生を抑制することができる。

この発明に従えば、ホワール振動の発生を抑制することができるターボチャージャを提供することができる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。また、すべての実施の形態を組合せることも可能である。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従った浮動軸受構造のターボチャージャを有するディーゼルエンジンシステムを示す概略構成図である。図１のディーゼルエンジンシステムは、ディーゼルエンジンのクリーン排気を実現するために、高圧コモンレール式燃料噴射装置、大容量電子制御ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）クーラー、ＤＰＮＲ（Diesel Particulate NOx Reduction）触媒を組合せ、ＰＭ（Particulate Matter）およびＮＯｘを連続かつ同時に低減するシステムである。図１において、内燃機関（以下エンジンと言う）１０００は、燃料供給系１００１、燃焼室２００、吸気系３００および排気系４００とを主要部として構成される四気筒のディーゼルエンジンである。なお、シリンダ数は特に限定されるものではなく、またエンジンの形状も、直列型、Ｖ型、Ｗ型、水平対向型などのさまざまな形状を採用することが可能である。また、ＤＰＮＲ４５０は、ＰＭを再生するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）であっても採用することが可能である。

燃料供給系１００１は、サプライポンプ１１０、コモンレール１２０、燃料噴射弁１３０、遮蔽弁１４０、調量弁１６０、燃料添加ノズル１７０、機関燃料通路８００および添加燃料通路８１０とを備えて構成される。

サプライポンプ１１０は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にしたうえで機関燃料通路８００を介してコモンレール１２０に供給する。コモンレール１２０は、サプライポンプ１１０から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各燃料噴射弁１３０に分配する。燃料噴射弁１３０は、その内部に電磁ソレノイドを備え、適宜開弁して燃焼室２００に燃料を噴射供給する。

サプライポンプ１１０は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路８１０を介して燃料噴射ノズル（還元剤噴射ノズル）１７０に向かって供給する。添加燃料通路８１０には、サプライポンプ１１０から燃料添加ノズル１７０に向かって遮蔽弁１４０および調量弁１６０が順次配設されている。遮蔽弁１４０は、緊急時において添加燃料通路８１０を遮断し、燃料供給を停止する。調量弁１６０は、燃料添加ノズル１７０に供給する燃料の圧力（燃圧）を制御する。燃料添加ノズル１７０は所定圧以上の燃圧（たとえば０．２ＭＰａ）が付与されると開弁し、排気系４００（排気ポート４１０）内に燃料を噴射供給する機械式の開閉弁である。すなわち、調量弁１６０により燃料添加ノズル１７０の上流燃圧が制御されることにより、所望の燃料が適切なタイミングで燃料添加ノズル１７０より噴射供給（添加）される。

吸気系３００は、各燃焼室２００内に供給される吸入空気の通路（吸気通路）を構成する。排気系４００は、上流から下流にかけ、排気ポート４１０、排気マニホールド４２０、触媒上流側通路４３０、触媒下流側通路４４０という各種通路部材が順次接続されて構成され、各燃焼室２００から排出される排気ガスの通路（排気通路）を形成する。

さらにこのエンジン１０００には、可変容量型のターボチャージャ１が設けられる。ターボチャージャ１は、タービンシャフト７を介してコンプレッサホイール３４とタービンホイールアッセンブリ２２とが接続された構造を有する。吸気系のコンプレッサホイール３４は、吸気系３００内の吸気に晒され、タービンホイールアッセンブリ２２は排気系４００の排気に晒される。このような構成を有するターボチャージャ１は、タービンホイールアッセンブリ２２が受ける排圧（排気流）を利用して、コンプレッサホイール３４を回転させ、吸気圧を高めるという、いわゆる過給を行なう。

なお、この実施の形態では、可変容量型のターボチャージャ１を示しているが、可変容量型でないターボチャージャ１であってもよい。

吸気系３００において、ターボチャージャ１にも受けられたインタークーラー３１０は、加吸によって昇温した吸入空気を強制冷却する。インタークーラー３１０よりもさらに下流に設けられたスロットル弁３２０は、その開度を無段階に調節することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有する。

また、エンジン１０００には、燃焼室２００の上流（吸気系３００）および下流（排気系４００）をバイパスする排気循環通路（ＥＧＲ通路）６００が形成されている。このＥＧＲ通路６００は、排気の一部を適宜吸気系３００に戻す機能を有する。ＥＧＲ通路６００には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流路を自在に調整することができるＥＧＲ弁６１０と、ＥＧＲ通路６００を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラー６２０とが設けられている。

なお、この実施の形態では、ＥＧＲを有するエンジンを示したが、ＥＧＲを有していないエンジンのターボチャージャとして本発明のターボチャージャを適用することも可能である。

排気系４００において、タービンホイールアッセンブリ２２の下流（触媒上流側通路４３０と触媒下流側通路４４０）との間には、ＤＰＮＲにより構成される触媒４５０が配置される。この触媒４５０は排気中のＮＯｘおよびＰＭを減少させる働きがある。エンジン１０００の各部位には、各種センサが取付けられており、それぞれの部位の環境条件やエンジン１０００の運転状態に関する信号を出力する。

また、ＤＰＲおよびＤＰＮＲに関しても、必ずしも設けられている必要はなく、ＤＰＲおよびＤＰＮＲが設けられていないエンジンのターボチャージャとして本発明のターボチャージャを適用することも可能である。

たとえば、レール圧センサ７００は、コモンレール１２０内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。燃圧センサ７１０は、添加燃料通路８１０内を流通する燃料のうち、調量弁１６０へ導入される燃料の圧力（燃圧）Ｂｇに応じた検出信号を出力する。エアフローメータ７２０は、吸気系３００内のスロットル弁３２０の下流において吸入空気の流量（吸気量）Ｇａに応じた検出信号を出力する。空燃比（Ａ／Ｆ）センサ７３０は、吸気系３００の触媒ケーシングの下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ７４０は、同じく排気系４００の触媒ケーシング下流において排気の温度（排気温）Ｔｅｘに応じた検出信号を出力する。

また、アクセル開度センサ７５０は、エンジン１０００のアクセルペダルに取付けられ、そのペダルの踏み込み量Ａｃｃに応じた検出信号を出力する。クランク角センサ７６０は、エンジン１０００の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転するごとに検出信号（パルス）を出力する。これら各センサ７００〜７６０は、電子制御装置ＥＣＵ（エンジンコントロールユニットとも言う）１１００と電気的に接続される。ＥＣＵ１１００は、ＣＰＵ（中央演算ユニット）、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびバックアップＲＡＭ、タイマやカウンタなどを備え、これらと、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を含む外部入力回路および外部出力回路とが双方向バスにより接続されている。

次に、タービンの構造について説明する。図２は、この発明の実施の形態１に従ったターボチャージャの一部断面を含む斜視図である。図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図２および図３を参照して、この発明の実施の形態１に従ったターボチャージャ１は可変ノズル式ターボチャージャであり、ハウジング２０１と、ハウジング２０１に回転可能に収納されたタービンシャフト７と、タービンシャフト７に取付けられるコンプレッサホイール３４およびタービンホイールアッセンブリ２２とを有する。

ハウジング２０１は、コンプレッサハウジング２、センターハウジング３６およびタービンハウジング４８に分割され、中央のセンターハウジング３６の両側にコンプレッサハウジング２およびタービンハウジング４８が取付けられる構造とされる。コンプレッサハウジング２では、中央部から空気を取入れて外部に放出することが可能な形状とされる。具体的には、コンプレッサハウジング２の中央部に空気が導入され、この空気が回転するコンプレッサホイール３４により外部方向（半径方向）に向かって加速されて圧縮され、圧縮された空気がインテックマニホールドに導かれる。

コンプレッサハウジング２内には、コンプレッサホイール３４が収納される。コンプレッサホイール３４はタービンシャフト７に固定されており、タービンシャフト７とともに回転する。コンプレッサホイール３４はロックナット３５によりタービンシャフト７に固定される。コンプレッサホイール３４には複数の羽根が設けられており、コンプレッサホイール３４が回転すると、この羽根により、空気が遠心力で半径方向に加速されて圧縮される。

コンプレッサホイール３４に隣接するようにシールリングカラー２５が配置される。シールリングカラー２５はタービンシャフト７を取囲む形状とされる。

センターハウジング３６はターボチャージャ１の中央部に設けられる。センターハウジング３６には、スラストベアリング２６が配置されている。スラストベアリング２６はタービンシャフト７のスラスト方向の荷重を受止めるためのベアリングであり、オイルなどにより潤滑される。

センターハウジング３６には、タービンシャフト７の回転を保持するためのフローティングベアリングとしての浮動ブッシュ２４が設けられる。浮動ブッシュ２４はタービンシャフト７のラジアル方向の荷重を保持する。浮動ブッシュ２４とタービンシャフト７との間には油膜が存在しており、浮動ブッシュ２４はタービンシャフト７と直接接触しない。さらに、浮動ブッシュ２４とセンターハウジング３６との間にも油膜が存在し、浮動ブッシュ２４はセンターハウジング３６と直接接触していない。

浮動ブッシュ２４は、リテナリング３０により位置決めがされている。センターハウジング３６およびタービンハウジング４８には、リンク機構としての駆動機構２０２が配置されている。駆動機構２０２は、リンク室３０１に収納されるユニゾンリング４５と、ユニゾンリング４５の内周側に位置し、ユニゾンリング４５と接触するアーム４４と、タービンハウジング４８に隣接して設けられるノズルプレート４３と、複数本のアーム４４を駆動させるためのメインアーム３７と、アーム４４に接続されてノズルベーン４２を駆動するベーンシャフト２１と、ベーンシャフト２１を保持するノズルプレート４３とを有する。

駆動機構２０２は、複数枚のノズルベーン４２の角度を調節するための機構であり、ピン４０を所定の角度回動させれば、この回動がノズルベーン４２に伝わり、ノズルベーン４２が回動する構成とされている。ピン４０は駆動リンク４１に接続され、駆動リンク４１は駆動シャフト３９を中心に回動可能である。駆動シャフト３９の外周にはブッシュ３８が設けられており、ブッシュ３８は駆動シャフト３９とセンターハウジング３６との間に介在する。駆動シャフト３９はメインアーム３７と連結されており、駆動シャフト３９が回動すれば、この回動がメインアーム３７に伝えられる。メインアーム３７の内側端部は駆動シャフト３９に固定され、外側端部はユニゾンリング４５に噛み合っている。そのため、メインアーム３７は駆動シャフト３９を中心として回動し、この回動がユニゾンリング４５に伝えられる。ユニゾンリング４５の内周面にはアーム４４が嵌り合っており、ユニゾンリング４５が回動すると、この回動はアーム４４に伝えられる。アーム４４はベーンシャフト２１を中心として回動することが可能であり、アーム４４の回動はベーンシャフト２１に伝えられる。ベーンシャフト２１はノズルベーン４２と連結されているため、ノズルベーン４２はベーンシャフト２１およびアーム４４とともに回動する。

ノズルプレート４３はタービンハウジング４８と接触しており、タービンハウジング４８とセンターハウジング３６との間にリンク室３０１が設けられる。リンク室３０１は駆動機構を収納するための内部空間である。タービンハウジング４８には、タービンハウジング渦室が設けられ、タービンハウジング渦室に排気が供給されてこの排気の流れがタービンホイールアッセンブリ２２を回転させる。このタービンホイールアッセンブリ２２の回転がタービンシャフト７を介してコンプレッサホイール３４へ伝えられる。タービンハウジング４８にはスペーサボルト４７が取付けられている。

駆動機構２０２の駆動リンク４１はモータロッド３０２に接続される。モータロッド３０２は棒状部材であり、リンク３３および可変ノズルコントローラ２７０に接続される。可変ノズルコントローラ２７０は直流モータ（ＤＣモータ）に接続されており、直流モータが回転することでこの回転が歯車機構およびウォーム機構を介してリンク３０３へ伝わり、リンク３０３からモータロッド３０２を介して駆動リンク４１が動かされる。

リンク３０３の位置は開度センサ３０４によって検出され、開度センサ３０４がリンク３０３の位置を測定する。これにより可変ノズルとしてのノズルベーン４２の傾き角度が検出される。

図４は、センターハウジングを詳細に説明するための模式的な断面図である。図４を参照して、浮動軸受構造のセンターハウジング３６には、タービンシャフト７を収納するための内部空間６が設けられている。内部空間６内はオイル１００で満たされている。オイル１００内に浮動ブッシュ２４が配置され、浮動ブッシュ２４がタービンシャフト７を保持している。センターハウジング３６には第１オイル供給路１３６と第２オイル供給路２３６とが設けられる。この実施の形態では第２オイル供給路２３６が第１オイル供給路１３６から分岐する構成を採用しているが、これに限られるものではなく、第１オイル供給路１３６と第２オイル供給路２３６とが別個独立に設けられていてもよい。

ターボチャージャ１は、一方向に延びるシャフトとしてのタービンシャフト７と、タービンシャフト７を取囲み、タービンシャフト７の外周面７１に対向する内周面２２４を有する筒状の浮動ブッシュ２４と、浮動ブッシュ２４を収納する内部空間６が設けられるセンターハウジング３６とを備える。浮動ブッシュ２４には、外周面３２４から内周面２２４まで貫通する貫通孔１２４が設けられている。センターハウジング３６には、貫通孔１２６にオイルを供給する第１オイル供給路１３６と、浮動ブッシュ２４の外周面３２４にオイルを供給する第２オイル供給路２３６とが設けられる。第２オイル供給路２３６は１つの浮動ブッシュ２４に対し３つ以上設けられる。３つ以上の第２オイル供給路２３６は、外周面の円周方向に互いに距離を隔てて配置される。

ターボチャージャ１に設けられる浮動ブッシュ２４はタービンシャフト７と浮動ブッシュ２４との間に形成された油膜に連れ回され、タービンシャフト７の振れ回りに追随する。タービンシャフト７の回転時にホワール振動が発生する。ホワール振動には２つのモードがあり、低周波で発生する円錐モード、中および高周波で発生する円筒モードがある。この実施の形態では、ホワール振動によるタービンシャフト７の振れ回りを効果的に抑制するために、第２オイル供給路２３６を設けることで、第２オイル供給路２３６から浮動ブッシュ２４の外周面３２４に向かってオイルを噴射する。ホワール振動が発生した場合には、外周面３２５のいずれかの部位が第２オイル供給路２３６に近づく。この近づいた部位に対しては、第２オイル供給路２３６から強いオイルが噴射されるため、近づいた部分が元の位置へ戻ろうとする。これによりホワール振動を抑制することができる。図４中の点線で示す位置にまでタービンシャフト７が振動により移動する。タービンシャフト７は矢印Ｒで示す方向に回転しており、この回転時のホワール振動を抑制するために第２オイル供給路２３６が設けられている。

図５は、図４中のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。図５を参照して、センターハウジング３６の内部空間６にはオイル１００が溜められており、オイル１００内に浮動ブッシュ２４が配置されている。浮動ブッシュ２４の外周面３２４に向かい合うように３つの第２オイル供給路２３６が配置されている。第２オイル供給路２３６の個数は、３つに限られず、これより多い第２オイル供給路２３６が設けられていてもよい。

第２オイル供給路２３６から供給されるオイル１００は浮動ブッシュ２４の外周面３２４に吹付けられる。これにより、浮動ブッシュ２４が振動してセンターハウジング３６に近くなった場合には、第２オイル供給路２３６から供給されるオイルの圧力により浮動ブッシュ２４が中心付近へ戻される。これによりホワール振動を抑制することができる。

（実施の形態２）
図６は、この発明の実施の形態２に従ったターボチャージャの断面図である。図６を参照して、この実施の形態２に従ったターボチャージャ１では、第２オイル供給路２３６の配置方向が実施の形態１に従ったターボチャージャと異なる。すなわち、図６中の点線２６１ａで示すラジアル方向に対して傾斜するように第２オイル供給路２３６が配置され、その傾斜により、矢印Ｒで示す浮動ブッシュ２４の回転方向の回転を妨げる方向に第２オイル供給路２３６がオイルを供給する。すなわち、矢印Ｒで示す回転方向と反対の方向に向かってオイルを噴射する。

このように構成された実施の形態２に従ったターボチャージャ１では、実施の形態１と同様の効果がある。さらに、浮動ブッシュ２４が第２オイル供給路２３６へ近づくと逆方向の流れのオイルが浮動ブッシュ２４に当てられるので、浮動ブッシュ２４の回転を減少させることができる。これによりホワール振動の発生を抑制することができる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。まず、ターボチャージャが取付けられるエンジンはディーゼルエンジンまたはガソリンエンジンのいずれであってもよい。さらに、タービンシャフト７の回転がモータにアシストされていてもよい。また、タービンシャフト７の回転力を用いてモータで発電をしてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１に従ったターボチャージャを有するディーゼルエンジンシステムを示す概略構成図である。 この発明の実施の形態１に従ったターボチャージャの一部断面を含む斜視図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 センターハウジングを詳細に説明するための模式的な断面図である。 図４中のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 この発明の実施の形態２に従ったターボチャージャの断面図である。

符号の説明

１ ターボチャージャ、７ タービンシャフト、２４ 浮動ブッシュ、３６ ハウジング、１２４ 貫通孔、２２４ 内周面、３２４ 外周面。

Claims (2)

1. 一方向に延びるシャフトと、
   前記シャフトを取囲み、前記シャフトの外周面と対向する内周面を有する筒状の浮動ブッシュと、
   前記浮動ブッシュを収納する内部空間が設けられたハウジングとを備え、
   前記シャフトの外周面と前記浮動ブッシュの内周面との間、および前記浮動ブッシュの外周面と前記ハウジングの内周面との間にはオイルが介在しており、
   前記浮動ブッシュには、外周面から内周面までラジアル方向に前記浮動ブッシュを貫通する貫通孔が設けられており、
   前記ハウジングには、前記貫通孔にオイルを供給する第１オイル供給路と、前記浮動ブッシュの外周面に向かってオイルを噴射する３つ以上の第２オイル供給路とが設けられて前記３つ以上の第２オイル供給路は、前記外周面の円周方向に互いに距離を隔てて配置される、浮動軸受構造。
2. 前記第２オイル供給路は前記浮動ブッシュの回転を妨げる方向に前記浮動ブッシュに向かってオイルを噴射する、請求項１に記載の浮動軸受構造。

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