JP5895604B2 - ターボチャージャ用軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のターボチャージャの回転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。

ターボチャージャは、エンジンからの排気ガスによってタービンを回転させ、その回転によってコンプレッサを駆動し、エンジンへの吸気用の空気を圧縮する装置である。このようなターボチャージャの回転軸は、転がり軸受により回転自在に支持されているが、回転数が非常に大きい（例えば毎分２０万回転）ので、転がり軸受のオイル潤滑が必要である。そこで、転がり軸受を保持する軸受ハウジングにオイル供給路を設けてエンジンオイルを流し込み、これを、転がり軸受にかける軸受装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このような軸受装置には、図５に示すように、ターボチャージャのハウジング２０１に保持された軸受ハウジング１０１内において、内輪間座１０２の軸方向両側に隣接して配置された一対の転がり軸受１０３によりターボチャージャの回転軸２０２を回転自在に支持するものがある。この軸受装置では、ハウジング２０１に形成された給油通路２０３及び軸受ハウジング１０１のタービン側ｂに形成されたオイル供給路１０６を通じて、図５の矢印ｃに示すように、軸受ハウジング１０１内にエンジンオイルが供給される。

このオイル供給路１０６から供給されたエンジンオイルは、タービン側ｂの転がり軸受１０３に給油され、そのエンジンオイルの余りが、図５の矢印ｄに示すように、軸受ハウジング１０１の内周面を伝ってコンプレッサ側ａの転がり軸受１０３に流れ込む。各転がり軸受１０３に給油されたエンジンオイルは、図５の矢印ｅ及び矢印ｆに示すように、軸受ハウジング１０１の軸方向両側を通過して、ハウジング２０１に形成された排油口２０４から外部に排出される。また、前記エンジンオイルの余りの一部は、図５の矢印ｇに示すように、軸受ハウジング１０１の軸方向中央部に形成されたオイル排出路１０７を通過して排油口２０４から外部に排出される。

特開２００８−２９８２８４号公報

しかしながら、上記軸受装置にあっては、ターボチャージャの回転軸２０２が高速回転すると、各転がり軸受１０３を通過するエンジンオイルの排出量が制限され、各転がり軸受１０３の内部及び軸受ハウジング１０１内の軸方向両側においてエンジンオイルが滞留することが判明した。このように滞留したエンジンオイルは、転がり軸受１０３の潤滑にとっては余剰のエンジンオイルとなる。このため、転がり軸受１０３が回転する際にエンジンオイルの攪拌抵抗が増大し、トルク損失が大きくなるという問題がある。
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、エンジンオイルの撹拌抵抗を低減することができ、トルク損失を少なくすることができるターボチャージャ用軸受装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための本発明は、互いに軸方向に離れて配置され、ターボチャージャの回転軸を回転自在に支持する一対の転がり軸受と、軸方向両端部の内周において前記各転がり軸受を保持する軸受ハウジングと、前記各転がり軸受の内輪間において前記回転軸に外嵌された内輪間座とを備えたターボチャージャ用軸受装置であって、前記軸受ハウジングの軸方向中央部には、前記内輪間座の軸方向中央部に向けてエンジンオイルを供給するオイル供給路と、前記供給されたエンジンオイルを外部に排出するオイル排出路とが互いに周方向に離れた位置に形成され、前記内輪間座の外周の軸方向中央部には、前記オイル供給路から供給されたエンジンオイルを一時的に滞留させるとともに、滞留したエンジンオイルの一部を前記オイル排出路に導く溝部が形成されていることを特徴としている。

本発明のターボチャージャ用軸受装置によれば、軸受ハウジングの軸方向中央部に形成されたオイル供給路から供給されたエンジンオイルを、内輪間座の軸方向中央部に形成された溝部に一時的に滞留させることができる。そして、溝部に滞留したエンジンオイルの一部は、遠心力によって軸方向両側に飛散することで、軸受ハウジング内の軸方向両端部に配置された各転がり軸受に供給される。また、溝部に滞留するエンジンオイルの残りの一部は、遠心力によって軸受ハウジングの軸方向中央部に形成されたオイル排出路から外部にスムーズに排出される。これにより、オイル供給路から供給されたエンジンオイルが、転がり軸受に過剰に供給されるのを抑制することができる。その結果、各転がり軸受においてエンジンオイルの撹拌抵抗を低減することができ、トルク損失を少なくすることができる。

また、前記ターボチャージャ用軸受装置は、前記溝部が、前記内輪間座の全周に亘って形成されていることが好ましい。この場合、エンジンオイルが溝部に滞留し易くなるため、エンジンオイルが軸方向両側に流れるのを効果的に抑制することができる。

また、前記内輪間座の外周には、軸方向両端部から前記溝部に向かって漸次拡径する環状の外周傾斜面が形成されていることが好ましい。この場合、内輪間座の外周の軸方向両端部に滞留する余剰のエンジンオイルを、遠心力によって各外周傾斜面を伝って軸方向中央部の溝部に導くことができる。したがって、内輪間座の外周の軸方向両端部に滞留する余剰のエンジンオイルを、溝部に導くことによってオイル排出路から効果的に排出することができる。

また、前記一対の転がり軸受の間における前記軸受ハウジングの内周には、その軸方向両端部から軸方向中央部に向かって漸次拡径する環状の内周傾斜面が形成されていることが好ましい。この場合、軸受ハウジングの内周の軸方向両端部に滞留する余剰のエンジンオイルを、遠心力によって各内周傾斜面を伝って軸方向中央部のオイル排出路に導くことができる。したがって、軸受ハウジングの内周の軸方向両端部に滞留する余剰のエンジンオイルを、オイル排出路から効果的に排出することができる。

本発明のターボチャージャ用軸受装置によれば、転がり軸受にエンジンオイルが過剰に供給されるのを抑制することができるため、エンジンオイルの撹拌抵抗を低減することができ、トルク損失を少なくすることができる。

本発明の第１の実施形態に係るターボチャージャ用軸受装置を備えたターボチャージャの概略構成を示す断面図である。 上記ターボチャージャ用軸受装置を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るターボチャージャ用軸受装置を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係るターボチャージャ用軸受装置における内輪間座の溝部を示す断面図である。 従来のターボチャージャ用軸受装置を示す断面図である。

次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るターボチャージャ用軸受装置を備えたターボチャージャの概略構成を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態のターボチャージャＴは、排気流路３１を流通する排気により、回転軸３２の一端側（図１の右側）に固定されたタービン側インペラ３３を回転させるようになっている。

この回転軸３２の回転は、当該回転軸３２の他端側（図１の左側）に固定されたコンプレッサ側インペラ３４に伝わり、このコンプレッサ側インペラ３４が給気流路３５内で回転する。この結果、給気流路３５の上流側開口から吸引された空気が圧縮され、これにより、ガソリンや軽油等の燃料とともに圧縮された空気が、図示しないエンジンのシリンダ室内に送り込まれる。

かかるターボチャージャＴの回転軸３２は、数万〜十数万回転／分もの高速で回転し、しかも、エンジンの運転状況に応じて回転速度が頻繁に変化する。そのため、回転軸３２は、その回転損失を低減すべくターボチャージャ用軸受装置１によって、ターボチャージャＴのハウジング３６に対して小さな回転抵抗で支持されている。具体的には、ハウジング３６は、ハウジング本体３６ａと、ハウジング本体３６ａ内に配置された軸受支持部３６ｂとからなり、ハウジング本体３６ａの内周面と軸受支持部３６ｂとの間にターボチャージャ用軸受装置１が配置されている。ターボチャージャ用軸受装置１は、タービン側インペラ３３とコンプレッサ側インペラ３４との間において回転軸３２の軸方向中間部を回転自在に支持している。

図２は、ターボチャージャ用軸受装置１を示す断面図である。ターボチャージャ用軸受装置１は、互いに軸方向に離れて回転軸３２を回転自在に支持する一対の転がり軸受２と、各転がり軸受２を保持する軸受ハウジング７と、一対の転がり軸受２の間に配置された内輪間座８とを備えている。
軸受ハウジング７は、円筒状に形成されており、その外周面はハウジング本体３６ａの内周と軸受支持部３６ｂとによって保持されている。軸受ハウジング７は、その内周の軸方向両端部において一対の転がり軸受２をそれぞれ保持している。

各転がり軸受２は、回転軸３２に外嵌された内輪３と、軸受ハウジング７に内嵌された外輪４と、内輪３と外輪４との間に転動自在に配置された複数の玉（転動体）５と、これらの玉５を円周方向に沿って所定間隔に保持する保持器６とを備えたアンギュラ玉軸受である。各転がり軸受２には、定位置予圧方式によって予圧が付与されている。
内輪間座８は、その内径が転がり軸受２の内輪３の内径と同径の円筒状に形成され、各転がり軸受２の内輪３間において回転軸３２に外嵌固定されている。内輪間座８の外周の軸方向両端部には、軸方向中央側に向かって漸次拡径する環状の外周傾斜面８ａが形成されている。この外周傾斜面８ａの軸方向外側端部は、内輪３の外周面と面一となっている。

図１に示すように、上記ターボチャージャ用軸受装置１を保持するハウジング３６には、送油ポンプ（図示省略）によって送油される潤滑油としてのエンジンオイルを導く給油通路３７と、エンジンオイルを排出する排油通路３８とが形成されている。
給油通路３７は、一端がハウジング本体３６ａの外周面に開口するとともに、他端が軸方向に二股に分岐してハウジング本体３６ａの内周面に開口している。これにより、給油通路３７に供給されたエンジンオイルは、図１の矢印Ｃ，Ｄに示すように、ハウジング３６内に導かれる。
排油通路３８は、ハウジング３６の軸受支持部３６ｂの軸方向中央部を貫通して形成されている。また、ハウジング本体３６ａには、前記排油通路３８から排出されたエンジンオイルを外部に排出するための排油口３９が形成されている。これにより、ハウジング３６内のエンジンオイルは、図１の矢印Ｅに示すように外部に排出される。

ハウジング本体３６ａの内周面と軸受ハウジング７の外周面との間には、環状の隙間空間Ｓが形成されており、ハウジング本体３６ａの給油通路３７に供給されたエンジンオイルは、前記隙間空間Ｓに送り込まれるようになっている。なお、この隙間空間Ｓは、ハウジング本体３６ａと軸受ハウジング７とを隙間嵌めすることにより形成されている。これにより、前記隙間空間Ｓをエンジンオイルで満たすことで、ハウジング本体３６ａの内周面と軸受ハウジング７の外周面との間に全周にわたって油膜（オイルフィルム）が形成され、軸受ハウジング７の振動をハウジング本体３６ａに伝わり難くしている。このように、前記隙間空間Ｓに満たされたエンジンオイルによって、回転軸３２の回転に基づく振動を減衰させるオイルフィルムダンパが形成されている。

図２に示すように、軸受ハウジング７の外周面の軸方向両側には、給油通路３７の２つの他端開口にそれぞれ対応する位置に、油溝７ａが円周方向全長に亘って形成されている。また、軸受ハウジング７の軸方向中央部には、内輪間座８の軸方向中央部に向けてエンジンオイルを供給するオイル供給路１１と、供給されたエンジンオイルの一部を外部に排出するオイル排出路１２とが形成されている。

オイル供給路１１は、軸受ハウジング７を径方向に貫通して形成された貫通孔からなり、その内周側端部の孔径は外周側端部の孔径よりも小径に形成されている。これにより、前記給油通路３７に供給されたエンジンオイルは、隙間空間Ｓ及び油溝７ａを通過して、図２の矢印Ｆに示すように、オイル供給路１１から軸受ハウジング７内に供給される。なお、オイル供給路１１から供給されるエンジンオイルには、前記送油ポンプによって油圧（約３００ｋＰａ）が与えられている。

オイル排出路１２は、オイル供給路１１と同様に、軸受ハウジング７を径方向に貫通して形成された貫通孔からなり、オイル供給路１１に対して周方向に離れた位置に形成されている。具体的には、オイル排出路１２は、オイル供給路１１に対して周方向に約１８０°の角度差をもって、軸受支持部３６ｂの排油通路３８に対応する位置に形成されている。オイル排出路１２の孔径は、オイル供給路１１の外周側端部の孔径よりも大径であって、かつ排油通路３８の孔径と同一径に形成されている。

内輪間座８の外周の軸方向中央部には、断面凹状の溝部１０が形成されている。この溝部１０は、内輪間座８の外周の全周に亘って形成されており、オイル供給路１１から供給されたエンジンオイルを一時的に滞留するようになっている。そして、溝部１０に滞留したエンジンオイルの一部は、図２の矢印Ｇ，Ｈに示すように、遠心力によって軸受ハウジング７内の軸方向両側に飛散することで各転がり軸受２に供給される。また、溝部１０に滞留するエンジンオイルの残りの一部は、図２の矢印Ｉに示すように、遠心力によってオイル排出路１２から外部に排出される。

各転がり軸受２に供給されたエンジンオイルは、図２の矢印Ｊ，Ｋに示すように、軸受ハウジング７の軸方向両端部から軸受支持部３６ｂの軸方向両側方を通過して下方に排出される。このように、オイル排出路１２及び軸受ハウジング７の軸方向両端部からそれぞれ排出されたエンジンオイルは、ハウジング本体３６ａの排油口３９（図１参照）からターボチャージャＴの外部に排出される。

上記のように構成された本実施形態のターボチャージャ用軸受装置１によれば、軸受ハウジング７の軸方向中央部に形成されたオイル供給路１１から供給されたエンジンオイルを、内輪間座８の軸方向中央部に形成された溝部１０に一時的に滞留させることができる。そして、溝部１０に滞留したエンジンオイルの一部は、遠心力によって軸方向両側に飛散することで、軸受ハウジング７内の軸方向両端部に配置された各転がり軸受２に供給される。また、溝部１０に滞留するエンジンオイルの残りの一部は、遠心力によって軸受ハウジング７の軸方向中央部に形成されたオイル排出路１２から外部にスムーズに排出される。これにより、オイル供給路１１から供給されたエンジンオイルが、転がり軸受２に過剰に供給されるのを抑制することができる。その結果、各転がり軸受２においてエンジンオイルの撹拌抵抗を低減することができ、トルク損失を少なくすることができる。
また、溝部１０は内輪間座８の全周に亘って形成されているため、エンジンオイルが溝部１０に滞留し易くなる。これにより、エンジンオイルが軸方向両側に流れるのを効果的に抑制することができる。

図３は、本発明の第２の実施形態に係るターボチャージャ用軸受装置を示す断面図である。本実施形態のターボチャージャ用軸受装置１は、内輪間座８の外周形状及び軸受ハウジング７の内周形状が異なる点で第１の実施形態と相違する。具体的には、本実施形態の内輪間座８の外周には、軸方向両端部から溝部１０に向かって漸次拡径する環状の外周傾斜面８ａが形成されている。外周傾斜面８ａの軸方向外側端は、内輪３の外周面と面一となっている。

また、一対の転がり軸受２の間における軸受ハウジング７の内周には、その軸方向両端部から軸方向中央部に向かって漸次拡径する環状の内周傾斜面７ｃが形成されている。内周傾斜面７ｃは、内輪間座８の外周傾斜面８ａよりも緩やかなに傾斜しており、内周傾斜面７ｃの軸方向外側端は、外輪４の内周面と面一となっている。なお、本実施形態のその他の構成については、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

以上、本実施形態のターボチャージャ用軸受装置１においても、オイル供給路１１から供給されたエンジンオイルを溝部１０に一時的に滞留させ、その一部を各転がり軸受２に供給するとともに、残りの一部をオイル排出路１２から外部に排出することができる。これにより、オイル供給路１１から供給されたエンジンオイルが、転がり軸受２に過剰に供給されるのを抑制することができるため、各転がり軸受２においてエンジンオイルの撹拌抵抗を低減することができ、トルク損失を少なくすることができる。

また、本実施形態における内輪間座８の外周には、軸方向両端部から溝部１０に向かって漸次拡径する環状の外周傾斜面８ａが形成されているため、内輪間座８の外周の軸方向両端部に滞留する余剰のエンジンオイルを、図３の矢印Ｍ，Ｎに示すように、遠心力によって各外周傾斜面８ａを伝って軸方向中央部の溝部１０に導くことができる。したがって、内輪間座８の外周の軸方向両端部に滞留する余剰のエンジンオイルを、溝部１０に導くことによってオイル排出路１２から効果的に排出することができる。

さらに、一対の転がり軸受２の間における軸受ハウジング７の内周には、その軸方向両端部から軸方向中央部に向かって漸次拡径する環状の内周傾斜面７ｃが形成されているため、軸受ハウジング７の内周の軸方向両端部に滞留する余剰のエンジンオイルを、図３の矢印Ｐ，Ｑに示すように、遠心力によって各内周傾斜面７ｃを伝って軸方向中央部のオイル排出路１２に導くことができる。したがって、軸受ハウジング７の内周の軸方向両端部に滞留する余剰のエンジンオイルを、オイル排出路１２から効果的に排出することができる。

なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではない。例えば、上記実施形態における内輪間座８の溝部１０は、断面凹状に形成されているが、図４（ａ）に示すように溝部１０をアリ溝状に形成したり、図４（ｂ）に示すように溝部１０を断面Ｖ字状に形成したりするなど、エンジンオイルを滞留することができるものであれば、他の形状に形成されていてもよい。
また、溝部１０は、内輪間座８の全周に亘って形成されているが、少なくとも周方向の一部に形成されていればよい。
さらに、第２の実施形態では、内輪間座８及び軸受ハウジング７に外周傾斜面８ａ及び内周傾斜面７ｃをそれぞれ形成しているが、いずれか一方のみに傾斜面を形成するようにしてもよい。

１：ターボチャージャ用軸受装置、２：転がり軸受、３：内輪、７：軸受ハウジング、７ｃ：内周傾斜面、８：内輪間座、８ａ：外周傾斜面、１０：溝部、１１：オイル供給路、１２：オイル排出路、３２：回転軸、Ｔ：ターボチャージャ

Claims (4)

1. 互いに軸方向に離れて配置され、ターボチャージャの回転軸を回転自在に支持する一対の転がり軸受と、
   軸方向両端部の内周において前記各転がり軸受を保持する軸受ハウジングと、
   前記各転がり軸受の内輪間において前記回転軸に外嵌された内輪間座とを備えたターボチャージャ用軸受装置であって、
   前記軸受ハウジングの軸方向中央部には、前記内輪間座の軸方向中央部に向けてエンジンオイルを供給するオイル供給路と、前記供給されたエンジンオイルを外部に排出するオイル排出路とが互いに周方向に離れた位置に形成され、
   前記内輪間座の外周の軸方向中央部には、前記オイル供給路から供給されたエンジンオイルを一時的に滞留させるとともに、滞留したエンジンオイルの一部を前記オイル排出路に導く溝部が形成されていることを特徴とするターボチャージャ用軸受装置。
2. 前記溝部が、前記内輪間座の全周に亘って形成されている請求項１に記載のターボチャージャ用軸受装置。
3. 前記内輪間座の外周には、軸方向両端部から前記溝部に向かって漸次拡径する環状の外周傾斜面が形成されている請求項１又は２に記載のターボチャージャ用軸受装置。
4. 前記一対の転がり軸受の間における前記軸受ハウジングの内周には、その軸方向両端部から軸方向中央部に向かって漸次拡径する環状の内周傾斜面が形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載のターボチャージャ用軸受装置。

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