JP2014034957A

JP2014034957A - 過給機用の軸受ハウジング

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Publication number: JP2014034957A
Application number: JP2012178212A
Authority: JP
Inventors: Ryu Osuga; 竜大須賀
Original assignee: Otics Corp
Current assignee: Otics Corp
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2014-02-24

Abstract

【課題】軽量化の実現と耐熱性の確保とを両立させた過給機用の軸受ハウジングを提供すること。
【解決手段】軸受ハウジング１は、コンプレッサ側Ｘにコンプレッサインペラ４１を備え、タービン側Ｙにタービンインペラ４２を備えた回転軸４を軸支すると共に、回転軸４の外周に形成されたウォータージャケット１２を有する。軸受ハウジング１は、アルミニウム製の軸受本体部２と、軸受本体部２のタービン側Ｙを覆う鉄製のキャップ部３とを備えている。軸受本体部２には、軸方向に貫通してなると共に回転軸４を挿通させる本体軸孔２１と、本体軸孔２１の外周に形成されていると共にタービン側Ｙに向かって開口してなる開口部２２０を有する本体凹部２２とが設けられている。キャップ部３は、本体凹部２２の開口部２２０を塞ぐように軸受本体部２のタービン側Ｙに取り付けられていると共に、本体凹部２２との間にウォータージャケット１２を構成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンプレッサインペラとタービンインペラとを備えた回転軸を軸支する過給機用の軸受ハウジングに関する。

内燃機関における過給機は、コンプレッサ側にコンプレッサインペラを備え、タービン側にタービンインペラを備えた回転軸を軸受ハウジングによって軸支している。
従来の軸受ハウジングの内部には、冷却水を流通させる通路となるウォータージャケットが形成されており、タービンインペラを通過する排ガスの熱によって高温に加熱されることを抑制している。このような過給機としては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。

特開２００９−２４３２９９号公報

しかしながら、従来の軸受ハウジングは、鋳鉄材等を用いた鉄製のものであったため、質量が大きいという問題点がある。そこで、軸受ハウジングをアルミニウム製とし、全体の軽量化を図ることが考えられる。しかしながら、軸受ハウジングをアルミニウム製とすると、鉄製のものに比べて耐熱性が低下してしまう。特に、上述したようなタービン側からの熱に対して耐熱性を十分に確保することができないおそれがある。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、軽量化の実現と耐熱性の確保とを両立させた過給機用の軸受ハウジングを提供しようとするものである。

本発明は、軸方向一方側にコンプレッサインペラを備え、軸方向他方側にタービンインペラを備えた回転軸を軸支すると共に、該回転軸の外周に形成されたウォータージャケットを有する過給機用の軸受ハウジングにおいて、
該軸受ハウジングは、アルミニウム製の軸受本体部と、該軸受本体部の上記軸方向他方側を覆う鉄製のキャップ部とを備えており、
上記軸受本体部には、軸方向に貫通してなると共に上記回転軸を挿通させる本体軸孔と、該本体軸孔の外周に形成されていると共に上記軸方向他方側に向かって開口してなる開口部を有する本体凹部とが設けられており、
上記キャップ部は、上記本体凹部の上記開口部を塞ぐように上記軸受本体部の上記軸方向他方側に取り付けられていると共に、上記本体凹部との間に上記ウォータージャケットを構成していることを特徴とする過給機用の軸受ハウジングにある（請求項１）。

上記軸受ハウジングは、アルミニウム製の軸受本体部と、鉄製のキャップ部とにより構成されている。すなわち、軸受ハウジングのうち、主として回転軸を軸支する部分である軸受本体部をアルミニウム製としている。そのため、軸受ハウジング全体を鉄製としたものに比べて、質量を低減することができる。これにより、軸受ハウジングの軽量化を実現することができる。

また、上記軸受ハウジングは、軸受本体部をアルミニウム製としたことにより、その軸受本体部に対する切削等の加工が容易となる。そのため、軸受ハウジングの製造が容易となると共にその製造コストを低減することができる。
また、上記軸受ハウジングは、アルミニウム製の軸受本体部の軸方向他方側（以下、適宜、タービン側という）を鉄製のキャップ部で覆っている。ここで、軸受ハウジングのタービン側は、排ガスの熱による影響を特に受け易い。よって、その軸受ハウジングのタービン側にアルミニウムよりも耐熱性のある鉄を主成分とするキャップ部を配置することにより、ウォータージャケット内に流通させる冷却水による冷却効果と合わせ、タービン側からの熱に対して耐熱性を十分に確保することができる。

また、上記軸受ハウジングは、軸受本体部の本体凹部の開口部をキャップ部によって塞ぐことにより、ウォータージャケットを構成している。例えば、一部品からなる軸受ハウジングの内部にウォータージャケットを構成する空間を鋳造等によって成形する場合には、成形時に中子や巾木が必要となる。しかしながら、上記構造において、ウォータージャケットの空間を構成する軸受本体部の本体凹部は、タービン側に開口しているため、中子や巾木を用いることなく成形することが可能である。これにより、軸受ハウジングの製造が容易となると共にその製造コストを低減することができる。

また、上記軸受ハウジングにおいて、ウォータージャケットを構成する空間である軸受本体部の本体凹部を中子や巾木を用いることなく成形することにより、成形後の軸受本体部には、巾木を除去した後に形成される空間（貫通孔等）が存在しない。そのため、例えば、軸受本体部の外周面にウォータージャケット内に流通させる冷却水の供給及び排出を行うフランジ部を設ける場合には、そのフランジ部を設ける位置に自由度が生まれる。これにより、軸受ハウジングを含む過給機の内燃機関への搭載性を高めることができる。

また、例えば、過給機全体を主にタービンインペラを収容するタービンハウジングの一部で支持している場合には、上記軸受ハウジングの軽量化により、過給機全体を軽量化することができ、その過給機を支えるタービンハウジングに対する要求強度を低減することができる。これにより、タービンハウジングの軽量化を図ることができ、それに伴ってタービンハウジングの熱容量を低減することができる。

その結果、タービンハウジングを通過する際に、そのタービンハウジングに吸収される排ガスの熱量を少なくすることができる。それ故、タービンハウジングの下流側に排ガス浄化用の触媒が配置されている場合には、その触媒に対してより高温の排ガスを送り込むことができる。そして、触媒の暖機性を高めることができると共に、排ガス浄化性能を向上させることができる。

このように、本発明によれば、軽量化の実現と耐熱性の確保とを両立させた過給機用の軸受ハウジングを提供することができる。

実施例における、軸受ハウジングの構造を示す説明図。実施例における、回転軸を軸支した状態の軸受ハウジングを示す説明図。実施例における、軸受本体部及びキャップ部を示す説明図。実施例における、軸受本体部内のウォータージャケットを示す説明図。実施例における、軸受本体部の水フランジ部を示す説明図。

上記軸受ハウジングにおいて、上記軸受本体部は、アルミニウム製である。該軸受本体部を構成する材料としては、例えば、ＡＣ２Ｂ−Ｔ６（アルミニウム合金）、ＡＣ４Ｃ−Ｔ６（アルミニウム合金）等を用いることができる。
また、上記キャップ部は、鉄製である。該キャップ部を構成する材料としては、例えば、ＳＳ４００（一般構造用圧延鋼材）、Ｓ４５Ｃ（炭素鋼）等を用いることができる。

また、上記キャップ部には、上記軸方向一方側に向かって開口すると共に上記ウォータージャケットの一部を構成するキャップ凹部が設けられていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、タービン側に配置され、排ガスの熱による影響を特に受け易いキャップ部とウォータージャケット内を流通する冷却水との接触面積を大きくすることができる。これにより、ウォータージャケットの冷却性能を効果的に高めることができ、軸受ハウジングの耐熱性をより一層十分に確保することができる。

また、上記キャップ部には、上記軸方向一方側に向かって突出してなると共に上記軸受本体部の上記本体凹部内の一部に圧入されるキャップ凸部が設けられていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、キャップ部のキャップ凸部を軸受本体部の本体凹部の開口部から軸方向一方側（以下、適宜、コンプレッサ側という）に圧入した構造とすることにより、軸受本体部とキャップ部との接触界面における冷却水の漏れ経路を長くすることができ、ウォータージャケットからの冷却水の漏れを防止することができる。また、軸受本体部の本体軸孔内に供給された潤滑油とウォータージャケット内の冷却水との混合を防止することもできる。

本発明の実施例にかかる過給機用の軸受ハウジングについて、図を用いて説明する。
本例の軸受ハウジング１は、図１、図２に示すごとく、軸方向一方側（コンプレッサ側）Ｘにコンプレッサインペラ４１を備え、軸方向他方側（タービン側）Ｙにタービンインペラ４２を備えた回転軸４を軸支すると共に、回転軸４の外周に形成されたウォータージャケット１２を有する。
軸受ハウジング１は、アルミニウム製の軸受本体部２と、軸受本体部２の軸方向他方側（タービン側）Ｙを覆う鉄製のキャップ部３とを備えている。

軸受本体部２には、軸方向に貫通してなると共に回転軸４を挿通させる本体軸孔２１と、本体軸孔２１の外周に形成されていると共に軸方向他方側（タービン側）Ｙに向かって開口してなる開口部２２０を有する本体凹部２２とが設けられている。
キャップ部３は、本体凹部２２の開口部２２０を塞ぐように軸受本体部２の軸方向他方側（タービン側）Ｙに取り付けられていると共に、本体凹部２２との間にウォータージャケット１２を構成している。
以下、これを詳説する。

図２に示すごとく、本例の過給機８は、自動車のターボチャージャーに用いられるものである。ターボチャージャーは、排ガスのエネルギーを利用してタービンインペラ４２を回転させることにより、タービンインペラ４２と同軸の回転軸４に配設したコンプレッサインペラ４１を回転させ、圧縮空気を作り出すものである。
そして、コンプレッサインペラ４１を収容するコンプレッサハウジング（図示略）と、タービンインペラ４２を収容するタービンハウジング（図示略）との間に、軸受ハウジング１が配設されている。

図１、図２に示すごとく、軸受ハウジング１は、軸方向に貫通してなると共に、回転軸４を挿通させる軸孔１１を有する。軸受ハウジング１は、軸孔１１内に円筒状の軸受部材１１１及び複数のベアリング１１２を配置して回転軸４を軸支している。回転軸４は、コンプレッサ側Ｘの端部にコンプレッサインペラ４１が固定されており、タービン側Ｙの端部にタービンインペラ４２が固定されている。

また、軸受ハウジング１の内部には、軸孔１１（回転軸４）の外周に形成されたウォータージャケット１２が設けられている。ウォータージャケット１２は、軸孔１１（回転軸４）の外周において周方向略全周にわたって形成されており、冷却水Ｗ（図３、図４）を流通させる通路を構成している。

また、軸受ハウジング１は、アルミニウム製の軸受本体部２と、軸受本体部２のタービン側Ｙを覆う鉄製のキャップ部３とを組み付けることによって構成されている。本例では、軸受本体部２は、アルミニウム合金材（ＡＣ２Ｂ−Ｔ６、ＡＣ４Ｃ−Ｔ６等）よりなる。また、キャップ部３は、鉄系材料（ＳＳ４００、Ｓ４５Ｃ等）よりなる。

図１〜図３に示すごとく、軸受本体部２は、軸方向に貫通してなると共に、回転軸４を挿通させる本体軸孔２１を有する。本体軸孔２１は、軸受ハウジング１の軸孔１１の一部を構成している。
軸受本体部２のタービン側Ｙの端面２０２には、コンプレッサ側Ｘに向かって窪んでなると共に、タービン側Ｙに向かって開口する開口部２２０を有する本体凹部２２が設けられている。本体凹部２２は、本体軸孔２１の外周において周方向全周にわたって形成されている。

軸受本体部２の本体凹部２２は、開口部２２０を有する凹状の大径部２２１と、大径部２２１の底面からコンプレッサ側Ｘに形成された凹状の小径部２２２とにより構成されている。大径部２２１内には、後述するキャップ部３のキャップ凸部３２が圧入されている。また、小径部２２２は、後述するキャップ部３のキャップ凹部３３と共に、ウォータージャケット１２の一部を構成している。

図３〜図５に示すごとく、軸受本体部２の外周面２０３には、ウォータージャケット１２に冷却水Ｗを供給する冷却水供給口２３１と冷却水Ｗを排出する冷却水排出口２３２とを有する水フランジ部２３が設けられている。
そして、冷却水Ｗは、水フランジ部２３の冷却水供給口２３１から供給され、ウォータージャケット１２内を通り、最終的に水フランジ部２３の冷却水排出口２３２から排出される。

図２に示すごとく、軸受本体部２の内部には、潤滑油Ｏを流通させる通路となる潤滑油通路２４が形成されている。また、潤滑油通路２４には、潤滑油Ｏを流通させて軸受ハウジング１を冷却するためのオイルジャケット２４１が設けられている。
図３に示すごとく、軸受本体部２の外周面２０３には、潤滑油Ｏを排出する潤滑油排出口２５２を有するオイルフランジ部２５が設けられている。
そして、潤滑油Ｏは、軸受本体部２内の潤滑油通路２４内を通り、回転軸４が挿通されている本体軸孔２１（軸孔１１）やオイルジャケット２４１等に供給され、最終的にオイルフランジ部２５の潤滑油排出口２５２から排出される。

図１〜図３に示すごとく、キャップ部３は、円板状を呈しており、その中央部において軸方向に貫通してなると共に、回転軸４を挿通させるキャップ軸孔３１を有する。キャップ軸孔３１は、軸受ハウジング１の軸孔１１の一部を構成している。
また、キャップ部３は、軸受本体部２の本体凹部２２の開口部２２０を塞ぐように、軸受本体部２のタービン側Ｙに取り付けられている。

具体的には、キャップ部３のコンプレッサ側Ｘの端面３０１には、コンプレッサ側Ｘに向かって突出してなるキャップ凸部３２が周方向全周にわたって設けられている。キャップ凸部３２の先端面３２１には、タービン側Ｙに向かって窪んでなると共に、コンプレッサ側Ｘに向かって開口するキャップ凹部３３が周方向全周にわたって設けられている。キャップ凹部３３は、軸受本体部２の本体凹部２２の小径部２２２に対向するように設けられている。

また、キャップ部３は、キャップ凸部３２を軸受本体部２の本体凹部２２の大径部２２１内に圧入することにより、本体凹部２２の開口部２２０を塞ぐと共に、軸受本体部２のタービン側Ｙに取り付けられている。そして、軸受本体部２の本体凹部２２の小径部２２２とその小径部２２２に連通するキャップ部３のキャップ凹部３３とにより、ウォータージャケット１２が構成されている。

本例の軸受ハウジング１における作用効果について説明する。
本例の軸受ハウジング１は、アルミニウム製の軸受本体部２と、鉄製のキャップ部３とにより構成されている。すなわち、軸受ハウジング１のうち、主として回転軸４を軸支する部分である軸受本体部２をアルミニウム製としている。そのため、軸受ハウジング１全体を鉄製としたものに比べて、質量を低減することができる。これにより、軸受ハウジング１の軽量化を実現することができる。

また、軸受ハウジング１は、軸受本体部２をアルミニウム製としたことにより、その軸受本体部２に対する切削等の加工が容易となる。そのため、軸受ハウジング１の製造が容易となると共にその製造コストを低減することができる。
また、軸受ハウジング１は、アルミニウム製の軸受本体部２のタービン側Ｙを鉄製のキャップ部３で覆っている。ここで、軸受ハウジング１のタービン側Ｙは、排ガスの熱による影響を特に受け易い。よって、その軸受ハウジング１のタービン側Ｙにアルミニウムよりも耐熱性のある鉄を主成分とするキャップ部３を配置することにより、ウォータージャケット１２内に流通させる冷却水Ｗによる冷却効果と合わせ、タービン側Ｙからの熱に対して耐熱性を十分に確保することができる。

また、軸受ハウジング１は、軸受本体部２の本体凹部２２の開口部２２０をキャップ部３によって塞ぐことにより、ウォータージャケット１２を構成している。例えば、一部品からなる軸受ハウジングの内部にウォータージャケットを構成する空間を鋳造等によって成形する場合には、成形時に中子や巾木が必要となる。しかしながら、上記構造において、ウォータージャケット１２の空間を構成する軸受本体部２の本体凹部２２は、タービン側Ｙに開口しているため、中子や巾木を用いることなく成形することが可能である。これにより、軸受ハウジング１の製造が容易となると共にその製造コストを低減することができる。

また、軸受ハウジング１において、ウォータージャケット１２を構成する空間である軸受本体部２の本体凹部２２を中子や巾木を用いることなく成形することにより、成形後の軸受本体部２には、巾木を除去した後に形成される空間（貫通孔等）が存在しない。そのため、本例のように、軸受本体部２の外周面２０３にウォータージャケット１２内に流通させる冷却水Ｗの供給及び排出を行う水フランジ部２３を設ける場合には、その水フランジ部２３を設ける位置に自由度が生まれる。これにより、軸受ハウジング１を含む過給機８の内燃機関への搭載性を高めることができる。

また、例えば、過給機８全体を主にタービンインペラ４２を収容するタービンハウジング（図示略）の一部で支持している場合には、軸受ハウジング１の軽量化により、過給機８全体を軽量化することができ、その過給機８を支えるタービンハウジングに対する要求強度を低減することができる。これにより、タービンハウジングの軽量化を図ることができ、それに伴ってタービンハウジングの熱容量を低減することができる。

また、本例では、キャップ部３には、軸方向一方側（コンプレッサ側）Ｘに向かって開口すると共にウォータージャケット１２の一部を構成するキャップ凹部３３が設けられている。そのため、タービン側Ｙに配置され、排ガスの熱による影響を特に受け易いキャップ部３とウォータージャケット１２内を流通する冷却水Ｗとの接触面積を大きくすることができる。これにより、ウォータージャケット１２の冷却性能を効果的に高めることができ、軸受ハウジング１の耐熱性をより一層十分に確保することができる。

また、キャップ部３には、軸方向一方側（コンプレッサ側）Ｘに向かって突出してなると共に軸受本体部２の本体凹部２２内の一部に圧入されるキャップ凸部３２が設けられている。すなわち、キャップ部３のキャップ凸部３２を軸受本体部２の本体凹部２２の開口部２２０からコンプレッサ側Ｘに圧入した構造とすることにより、軸受本体部２とキャップ部３との接触界面における冷却水Ｗの漏れ経路を長くすることができ、ウォータージャケット１２からの冷却水Ｗの漏れを防止することができる。また、軸受本体部２の本体軸孔２１内に供給された潤滑油Ｏとウォータージャケット１２内の冷却水Ｗとの混合を防止することもできる。

このように、本例によれば、軽量化の実現と耐熱性の確保とを両立させた過給機用の軸受ハウジング１を提供することができる。

１軸受ハウジング
１２ウォータージャケット
２軸受本体部
２１本体軸孔
２２本体凹部
２２０開口部
３キャップ部
４回転軸
４１コンプレッサインペラ
４２タービンインペラ
Ｘコンプレッサ側（軸方向一方側）
Ｙタービン側（軸方向他方側）

Claims

軸方向一方側にコンプレッサインペラを備え、軸方向他方側にタービンインペラを備えた回転軸を軸支すると共に、該回転軸の外周に形成されたウォータージャケットを有する過給機用の軸受ハウジングにおいて、
該軸受ハウジングは、アルミニウム製の軸受本体部と、該軸受本体部の上記軸方向他方側を覆う鉄製のキャップ部とを備えており、
上記軸受本体部には、軸方向に貫通してなると共に上記回転軸を挿通させる本体軸孔と、該本体軸孔の外周に形成されていると共に上記軸方向他方側に向かって開口してなる開口部を有する本体凹部とが設けられており、
上記キャップ部は、上記本体凹部の上記開口部を塞ぐように上記軸受本体部の上記軸方向他方側に取り付けられていると共に、上記本体凹部との間に上記ウォータージャケットを構成していることを特徴とする過給機用の軸受ハウジング。
請求項１に記載の軸受ハウジングにおいて、上記キャップ部には、上記軸方向一方側に向かって開口すると共に上記ウォータージャケットの一部を構成するキャップ凹部が設けられていることを特徴とする過給機用の軸受ハウジング。
請求項１又は２に記載の軸受ハウジングにおいて、上記キャップ部には、上記軸方向一方側に向かって突出してなると共に上記軸受本体部の上記本体凹部内の一部に圧入されるキャップ凸部が設けられていることを特徴とする過給機用の軸受ハウジング。