WO2012132586A1 - ターボチャージャおよびフローティングブッシュ製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a turbocharger and a floating bush manufacturing method for manufacturing a floating bush used for the turbocharger.
- the turbocharger supplies compressed air to the engine using the energy of the exhaust gas of the engine.
- the turbocharger includes a turbine rotor that is rotated by exhaust gas from the engine, and a compressor rotor that is rotated by the rotation of the turbine rotor and that compresses air sucked from outside and supplies the compressed air to the engine.
- the rotating shaft that connects the turbine rotor and the compressor rotor is generally rotatably supported on the housing by a floating bush bearing (see Patent Document 1).
- a floating bush is rotatably interposed between a rotating shaft and a housing, and pressurized lubricating oil supplied from the housing is supplied between the inner peripheral surface of the housing and the outer peripheral surface of the floating bush.
- the oil is supplied to a gap formed between the inner peripheral surface of the floating bush and the rotating shaft by a radial oil supply passage provided in the floating bush. And it is comprised so that a rotating shaft may be supported by the oil film of the lubricating oil formed in these clearance gaps.
- the rotary shaft, the inner and outer peripheral surfaces of the floating bush, and the inner peripheral surface of the housing are circular in cross section.
- the coupled term in the oil film spring becomes larger, so there is a problem that the vibration of the rotating shaft increases and noise is generated.
- a small turbocharger since a small turbocharger has a high-speed rotation and light load shaft system, this vibration is likely to occur. For this reason, since it can suppress that a rotational speed is made further faster, it is a restriction condition which improves performance.
- an object of the present invention is to provide a turbocharger and a method for manufacturing a floating bush that can suppress the generation of noise and improve the rotation speed.
- the present invention employs the following means. That is, according to the first aspect of the present invention, the rotary shaft having a circular cross section that connects the turbine rotor and the compressor rotor is separated in the axial direction from the support portion disposed so as to cover the periphery of the rotary shaft in the housing.
- the turbocharger is rotatably supported via floating bushes at two locations, and the inner peripheral surface of each floating bush has a non-circular shape in which the cross-sectional shape changes in the circumferential direction. It is a turbocharger.
- the inner peripheral surface of the floating bush that supports the rotating shaft having a circular cross section via the oil film is non-circular with the cross-sectional shape changing in the circumferential direction.
- the coupled term in the oil film spring can be made smaller than the relationship between the circles. If the coupled term in the oil film spring can be reduced in this way, unstable vibration of the rotating shaft can be suppressed, so that generation of noise can be suppressed. Therefore, since the rotational speed of a rotating shaft can be improved, the performance of a turbocharger can be improved.
- each floating bush may have a non-circular shape in which the cross-sectional shape changes in the circumferential direction and the curvature changes.
- the coupling term in the oil film spring by the oil film formed between the support portion of the housing having a circular cross section and the outer peripheral surface of the floating bush can be reduced, so unstable vibration of the floating bush can be reduced. Can be suppressed. Therefore, the unstable vibration of the rotating shaft can be further suppressed, and the generation of noise can be further suppressed.
- the inner peripheral surface of the support portion may have a non-circular shape in which the cross-sectional shape changes in the circumferential direction and the curvature changes.
- the coupling term in the oil film spring by the oil film formed between the housing and the outer peripheral surface of the floating bush that is circular can be reduced, so that unstable vibration of the floating bush is suppressed. Can do. Therefore, the unstable vibration of the rotating shaft can be further suppressed, and the generation of noise can be further suppressed.
- two rotary shafts having a circular cross section connecting the turbine rotor and the compressor rotor are spaced apart in the axial direction on a support portion arranged to cover the periphery of the rotary shaft in the housing.
- the turbocharger is rotatably supported via a floating bush, and the inner peripheral surface of the support portion is a non-circular turbocharger whose transverse cross-sectional shape changes in the circumferential direction. is there.
- the inner peripheral surface of the support portion that supports the outer peripheral surface of the floating bush having a circular cross-sectional shape via an oil film has a non-circular shape whose cross-sectional shape changes in the circumferential direction. Therefore, the coupled term in the oil film spring can be reduced as compared with the conventional relationship between the circular shapes. If the coupled term in the oil film spring can be reduced in this way, unstable vibration of the floating bush can be suppressed, so that unstable vibration of the rotating shaft can be suppressed and generation of noise can be suppressed. . Therefore, the rotation speed of the rotating shaft can be improved.
- the non-circular shape may be an ellipse.
- the curvature of the ellipse changes continuously in the circumferential direction in the circumferential direction, rapid fluctuation of the oil film spring can be suppressed.
- the radius of curvature of the central portion including the portion intersecting the short axis of a pair of arcs sandwiching the major axis is larger than the radius of curvature of a circle centered at the intersection of the major axis and the minor axis (the curvature is small). Therefore, the inlet portion of the gap through which the lubricating oil formed between the rotating shaft flows becomes larger than that of the circular inner peripheral surface.
- the reaction force of the oil film acts at a position closer to the axis of the rotation shaft than that of the circular inner peripheral surface, it depends on the component of force acting in the direction of swinging the rotation shaft, that is, the coupled term.
- the component becomes smaller. It is preferable that the portion having a radius of curvature larger than the radius of curvature of a circle having the same axis occupy at least half of the entire circumference, preferably 70% or more.
- a pair of the floating bushes may be connected and integrated, and the phases of the ellipses formed on the inner peripheral surface of each floating bush may be shifted from each other.
- each floating bush rotates integrally around a rotating shaft.
- the phases of the ellipses formed on the inner peripheral surface of each floating bush are shifted from each other, the direction in which the force for swinging the rotating shaft acts on each floating bush is shifted. For this reason, it can be made small by interfering with each other.
- a third aspect of the present invention is a floating bush manufacturing method for manufacturing a floating bush that supports a rotating shaft having a circular cross section connecting a turbine rotor and a compressor rotor, and whose inner peripheral surface has a non-circular cross section.
- a pressing force is applied to the side surface of the cylindrical member from two opposite directions across the axis center, and the cylindrical member is deformed so as to be crushed, and the deformed cylindrical member is passed through a circular hole around the axis center.
- a floating bush manufacturing method for removing the pressing force is applied to the side surface of the cylindrical member from two opposite directions across the axis center, and the cylindrical member is deformed so as to be crushed, and the deformed cylindrical member is passed through a circular hole around the axis center.
- a pressing force is applied to the side surface of the cylindrical member from two opposite directions across the axis center, and the cylindrical member is deformed so as to be crushed.
- the deformed cylindrical member is formed so as to penetrate a circular hole around the center of the axis.
- the turbocharger according to the present invention unstable vibration of the rotating shaft can be suppressed and generation of noise can be suppressed. Therefore, since the rotational speed of a rotating shaft can be improved, the performance of a turbocharger can be improved. Moreover, in the floating bush manufacturing method concerning this invention, the floating bush by which the cross-sectional shape of an internal peripheral surface is made into non-circular shape can be manufactured easily.
- FIG. 3 It is a block diagram explaining the structure of the turbocharger concerning 1st embodiment of this invention. It is a longitudinal cross-sectional view explaining the structure of the floating bush bearing of FIG.
- FIG. 3 is a sectional view taken along line XX in FIG. 2. It is sectional drawing which shows the same part as FIG. 3 of the conventional floating bush bearing. It is a cross-sectional view which shows one process of manufacturing the floating bush of FIG. It is a cross-sectional view which shows one process of manufacturing the floating bush of FIG. It is a cross-sectional view which shows another embodiment of the floating bush of FIG. It is a cross-sectional view which shows another embodiment of the floating bush of FIG.
- FIG. 14 is a YY sectional view of FIG. 13. It is ZZ sectional drawing of FIG.
- FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of the turbocharger according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a longitudinal sectional view illustrating the configuration of the floating bush bearing of FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG.
- the turbocharger 1 includes a turbine rotor 3 that is rotated by engine exhaust gas, a compressor rotor 5 that compresses air introduced from the outside and supplies the compressed air to the engine, and a rotating shaft that connects the turbine rotor 3 and the compressor rotor 5. 7, a bearing housing (housing) 9 that rotatably supports the rotating shaft 7, a turbine-side floating bush bearing 11 interposed in a turbine rotor 3 side portion of the rotating shaft 7, and the compressor rotor 5 side of the rotating shaft 7 And a compressor-side floating bush bearing 13 interposed in the portion.
- the turbine-side floating bush bearing 11 and the compressor-side floating bush bearing 13 are configured such that a floating bush 15 is rotatably interposed between the rotating shaft 7 and the bearing housing 9, respectively.
- Each floating bush 15 is attached so as to be restricted from moving in the axial direction. Therefore, the rotating shaft 7 is supported by the bearing housing 9 via the floating bushes 15 at two locations of the turbine side floating bush bearing 11 and the compressor side floating bush bearing 13 which are separated in the axial direction.
- the bearing housing 9 is provided with an oil passage 19 for supplying lubricating oil between the inner peripheral surface (support portion) 17 of the bearing housing 9 and the outer peripheral surface 21 of the floating bush 15.
- the floating bush 15 is provided with a plurality of oil supply holes 25 formed so as to communicate the outer peripheral surface 21 and the inner peripheral surface 23 with appropriate intervals in the circumferential direction.
- the oil supply hole 25 supplies lubricating oil supplied between the inner peripheral surface 17 of the bearing housing 9 and the outer peripheral surface 21 of the floating bush 15 between the inner peripheral surface 23 of the floating bush 15 and the rotary shaft 7.
- the inner peripheral surface 23 of the floating bush 15 has an elliptical shape (non-circular shape) as shown in FIG.
- This elliptical shape is a shape obtained by extending a circle 27 having the same center Ob in the x direction. Therefore, the relationship between the inner peripheral surface 23 of the floating bush 15 and the rotating shaft 7 is a combination of a non-circular shape and a circular shape.
- the operation of the turbocharger 1 configured as described above will be described.
- the engine exhaust gas is introduced into the turbine rotor 3, and the turbine rotor 3 is rotated to be discharged outside.
- the rotation of the turbine rotor 3 is transmitted to the compressor rotor 5 via the rotating shaft 7 to rotate the compressor rotor 5.
- the rotating compressor rotor 5 compresses air introduced from the outside, and supplies the compressed air to the engine.
- the pressurized lubricating oil passes through the oil path 19 between the inner peripheral surface 17 of the bearing housing 9 and the outer peripheral surface 21 of the floating bush 15. Supplied in between. Further, the lubricating oil is supplied to a gap formed between the inner peripheral surface 23 of the floating bush 15 and the rotary shaft 7 through the oil supply hole 25. Therefore, the floating bush 15 is supported by the bearing housing 9 via the oil film, and the rotating shaft 7 is supported by the floating bush 15 via the oil film.
- the rotating shaft 7 scrapes the oil film of the lubricating oil formed in the gap between the inner peripheral surface 23 and the rotating shaft 7, so that the lubricating oil moves, and the floating bush 15 also rotates along with the rotating shaft. 7 in the same direction.
- the rotational speed of the rotary shaft 7 and the floating bush 15 are different.
- the gap becomes the smallest at the position corresponding to the load direction Wc of the rotating shaft 7, the rotating shaft 7 scrapes the lubricating oil, and the oil film increases to generate a sufficient reaction force to support the rotating shaft 7.
- This reaction force acts as an oil film spring, and is expressed as follows, assuming a force Fx in the x direction and a force Fy in the y direction.
- x is a displacement amount in the x direction
- y is a displacement amount in the y direction
- Kxx is a spring constant acting in the x direction when moving in the x direction.
- Kyy is a spring multiplier acting in the y direction when moving in the y direction.
- Kxy is a spring constant acting in the y direction when moving in the x direction.
- Kyx is a spring constant acting in the x direction when moving in the y direction.
- the oil film is a combination of a circular shape of the rotary shaft 7 having a circular cross section and the inner peripheral surface 23 of the floating bush 15 having a circular cross section.
- the coupled term of the spring increases. If there is a coupled term, a force in the y direction is generated when moving in the x direction, and a force in the x direction is generated when moving in the y direction. Therefore, the rotating shaft 7 generates unstable vibration. When the coupling term increases, unstable vibration of the rotating shaft 7 increases.
- the coupled term in the oil film spring is compared to the relationship between conventional circular shapes. Kxy and Kyx can be reduced. If the coupled terms Kxy and Kyx in the oil film spring can be reduced in this way, unstable vibration of the rotating shaft 7 can be suppressed, and therefore generation of noise can be suppressed. Therefore, since the rotational speed of the rotating shaft 7 can be improved, the performance of the turbocharger 1 can be improved.
- the inner peripheral surface 23 of the floating bush 15 has an elliptical cross-sectional shape and the curvature continuously changes in the circumferential direction, it is possible to suppress rapid fluctuations in the oil film spring.
- the radius of curvature of the central portion including the portion intersecting the short axis of the pair of arcs sandwiching the major axis is larger than the radius of curvature of the circle 23 centered at the intersection of the major axis and the minor axis (the curvature is small). Therefore, the entrance portion of the gap where the lubricating oil formed between the rotating shaft 7 flows is larger than that of the circular inner peripheral surface 23.
- the reaction force of the oil film acts at a position closer to the axis Oc of the rotation shaft 7 than the circular inner peripheral surface 23, the component of the force acting in the direction of swinging the rotation shaft 7, that is, The component due to the coupled term becomes smaller.
- the portion having a radius of curvature larger than the radius of curvature of a circle having the same axis occupy at least half of the entire circumference, preferably 70% or more.
- FIG. 5 a pressing force is applied to the side surface of the cylindrical member 27 indicated by a two-dot chain line from two opposite directions (up and down) across the axis center, and is deformed so as to be crushed.
- the deformed cylindrical member 27 indicated by a solid line is formed so as to penetrate a circular hole 29 around the center of the axis.
- the cylindrical member 27 crushed from above and below is restored, the cross-sectional shape of the outer peripheral surface 21 becomes circular, and the hole 29 is extended up and down to cross-section.
- the shape is non-circular.
- the floating bush 15 in which the cross-sectional shape of the inner peripheral surface 23 is an ellipse (non-circular shape) can be easily manufactured.
- the cross-sectional shape of the inner peripheral surface 23 uses an ellipse as a non-circular shape, but the present invention is not limited to this.
- a three-arc shape as shown in FIG. 7, a four-arc shape as shown in FIG. 8, or a multi-arc shape of 5 or more may be used.
- the connecting portion between the circular arcs having a multi-arc shape may be smoothly connected.
- the inner peripheral surface 23 of the floating bush 15 is non-circular, but in addition to this, the outer peripheral surface 21 of the floating bush 15 may be non-circular as shown in FIG. In this way, the coupling term in the oil film spring by the oil film formed between the inner peripheral surface 17 of the bearing housing 9 having a circular cross section and the outer peripheral surface 21 of the floating bush 15 can be reduced. Unstable vibration of the bush 15 can be suppressed. Therefore, the unstable vibration of the rotating shaft 7 can be further suppressed, and the generation of noise can be further suppressed.
- FIG. 10 is a cross-sectional view showing the turbine-side floating bush bearing 11 (compressor-side floating bush bearing 13) according to the present embodiment.
- the cross-sectional shape of the inner peripheral surface 23 of the floating bush 15 is circular.
- the cross-sectional shape of the inner peripheral surface 17 of the bearing housing 9 is an elliptical shape.
- the inner peripheral surface 17 of the bearing housing 9 that supports the outer peripheral surface 21 of the floating bush 15 having a circular cross-sectional shape through an oil film has an elliptical shape.
- the coupled term in the oil film spring can be reduced as compared with the conventional relationship between circles. If the coupling term in the oil film spring can be reduced in this way, unstable vibration of the floating bush 15 can be suppressed, so that unstable vibration of the rotating shaft can be suppressed and generation of noise can be suppressed. it can. Therefore, the rotation speed of the rotating shaft can be improved.
- the bearing housing 9 has a cylindrical shape.
- the cylindrical member 31 is processed so as to pass through a hole 33 having an axial center shifted from the axial center of the cylindrical member 31.
- the processed cylindrical member 31 is divided into two along a line connecting the cylindrical member 31 and the center of the axis of the hole 33 to form a half member 35.
- One half member 35 divided into two is rotated around a direction orthogonal to the axis center, in other words, reversed left and right, and overlapped and joined as shown in FIG.
- the inner peripheral surface 23 seems to be discontinuous, but it is actually a step of about several tens of ⁇ m and seems to be almost continuous. It is a thing. Further, if the step is worrisome, it may be ground and smoothed after joining.
- the method of forming the inner peripheral surface 17 of the bearing housing 9 is not limited to this, and it may be cut to have an elliptical shape, or may be processed by press-fitting a non-circular member. Also good. Moreover, you may use this method for manufacture of the floating bush 15 of 1st embodiment.
- FIG. 13 is a cross-sectional view showing the floating bush bearing according to the present embodiment.
- 14 is a cross-sectional view taken along line YY of FIG.
- FIG. 15 is a ZZ cross-sectional view of FIG.
- the turbine-side floating bush bearing 11 and the compressor-side floating bush bearing 13 are integrated by connecting the floating bushes 15 to each other by the connecting member 37. What is integrated in this way is called a so-called semi-floating bush bearing.
- the rotation phase of the ellipse formed on the inner peripheral surface 23 of each floating bush 15 is shifted by 90 ° as shown in FIGS.
- each floating bush 15 rotates integrally around the rotation shaft 7.
- the rotational phases of the ellipses formed on the inner peripheral surface 23 of each floating bush 15 are shifted from each other by 90 °, the direction in which the force that swings the rotating shaft 7 acts on each floating bush 15 is shifted. It will be. For this reason, the unstable vibration of the rotating shaft 7 can be reduced by interfering with each other.
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Abstract
騒音の発生を抑制でき、回転速度を向上し得るターボチャージャおよびブッシュフローティングブッシュ製造方法を提供する。タービンロータ(3)とコンプレッサロータ(5)とを接続する円形断面をした回転軸(7)が、軸受ハウジング(9)における回転軸7の周囲を覆うように配置された内周面(17)に、軸線方向で離隔した2箇所でそれぞれフローティングブッシュ(15)を介して回転自在に支持されているターボチャージャ(1)であって、各フローティングブッシュ(15)の内周面(23)は、横断面形状が周方向で曲率が変化する非円形状とされている。
Description
本発明は、ターボチャージャおよびこのターボチャージャに用いられるフローティングブッシュを製造するフローティングブッシュ製造方法に関するものである。
ターボチャージャは、エンジンの排ガスのエネルギーを利用して、エンジンに圧縮した空気を供給するものである。ターボチャージャは、エンジンの排ガスによって回転させられるタービンロータと、タービンロータの回転により回転させられ、外部から吸入した空気を圧縮してエンジンに供給するコンプレッサロータとが備えられている。
タービンロータとコンプレッサロータとを接続する回転軸は、一般に、フローティングブッシュ軸受によってハウジングに回転自在に支持されている(特許文献1参照)。
タービンロータとコンプレッサロータとを接続する回転軸は、一般に、フローティングブッシュ軸受によってハウジングに回転自在に支持されている(特許文献1参照)。
フローティングブッシュ軸受は、回転軸とハウジングとの間にフローティングブッシュを回転可能に介在させ、ハウジングから供給する加圧された潤滑油をハウジング内周面とフローティングブッシュの外周面との間に供給するとともに、フローティングブッシュに設けた半径方向の給油路によって、フローティングブッシュ内周面と回転軸との間に形成された隙間に供給する。そして、これら隙間に形成した潤滑油の油膜によって回転軸を支持するように構成されている。
ところで、従来のターボチャージャでは、回転軸、フローティングブッシュの内外周面およびハウジングの内周面は、横断面形状が円形とされている。このようなターボチャージャでは、回転軸の回転が速くなれば油膜ばねにおける連成項が大きくなるため、回転軸の振動が大きくなり、騒音が発生するという課題がある。
特に、小型のターボチャージャは、高速回転、軽荷重の軸系であるためこの振動が発生し易くなる。このため、回転速度を一層速くすることが抑制されるので、性能を向上させる制約条件となっている。
特に、小型のターボチャージャは、高速回転、軽荷重の軸系であるためこの振動が発生し易くなる。このため、回転速度を一層速くすることが抑制されるので、性能を向上させる制約条件となっている。
本発明は、このような事情に鑑み、騒音の発生を抑制でき、回転速度を向上し得るターボチャージャおよびフローティングブッシュ製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の第一態様は、タービンロータとコンプレッサロータとを接続する円形断面をした回転軸が、ハウジングにおける該回転軸の周囲を覆うように配置された支持部に、軸線方向で離隔した2箇所でそれぞれフローティングブッシュを介して回転自在に支持されているターボチャージャであって、前記各フローティングブッシュの内周面は、横断面形状が周方向で曲率が変化する非円形状とされているターボチャージャである。
すなわち、本発明の第一態様は、タービンロータとコンプレッサロータとを接続する円形断面をした回転軸が、ハウジングにおける該回転軸の周囲を覆うように配置された支持部に、軸線方向で離隔した2箇所でそれぞれフローティングブッシュを介して回転自在に支持されているターボチャージャであって、前記各フローティングブッシュの内周面は、横断面形状が周方向で曲率が変化する非円形状とされているターボチャージャである。
本態様にかかるターボチャージャでは、円形断面をした回転軸を油膜を介して支持するフローティングブッシュの内周面が、横断面形状が周方向で曲率が変化する非円形状とされているので、従来の円形同士の関係に比べて油膜ばねにおける連成項を小さくすることができる。このように油膜ばねにおける連成項を小さくできると、回転軸の不安定振動を抑制することができるので、騒音の発生を抑制することができる。したがって、回転軸の回転速度を向上させることができるので、ターボチャージャの性能を向上させることができる。
前記態様では、前記各フローティングブッシュの外周面は、横断面形状が周方向で曲率が変化する非円形状とされていてもよい。
このようにすると、円形断面とされるハウジングの支持部とフローティングブッシュの外周面との間に形成される油膜による油膜ばねにおける連成項を小さくすることができるので、フローティングブッシュの不安定振動を抑制することができる。したがって、回転軸の不安定振動を一層抑制することができるので、騒音の発生を一層抑制することができる。
前記態様では、前記支持部の内周面は、横断面形状が周方向で曲率が変化する非円形状とされていてもよい。
このようにすると、ハウジングと、円形とされるフローティングブッシュの外周面との間に形成される油膜による油膜ばねにおける連成項を小さくすることができるので、フローティングブッシュの不安定振動を抑制することができる。したがって、回転軸の不安定振動を一層抑制することができるので、騒音の発生を一層抑制することができる。
本発明の第二態様は、タービンロータとコンプレッサロータとを接続する円形断面をした回転軸が、ハウジングにおける該回転軸の周囲を覆うように配置された支持部に、軸線方向で離隔した2箇所でそれぞれフローティングブッシュを介して回転自在に支持されているターボチャージャであって、前記支持部の内周面は、横断面形状が周方向で曲率が変化する非円形状とされているターボチャージャである。
本態様にかかるターボチャージャでは、横断面形状が円形をしたフローティングブッシュの外周面を油膜を介して支持する支持部の内周面が、横断面形状が周方向で曲率が変化する非円形状とされているので、従来の円形同士の関係に比べて油膜ばねにおける連成項を小さくすることができる。このように油膜ばねにおける連成項を小さくできると、フローティングブッシュの不安定振動を抑制することができるので、回転軸の不安定振動を抑制することができ、騒音の発生を抑制することができる。したがって、回転軸の回転速度を向上させることができる。
前記第一態様および第二態様では、前記非円形状は、楕円とされている構成としてもよい。
楕円は、横断面形状が周方向で連続的に曲率が変化するので、油膜ばねの急激な変動を抑制することができる。
たとえば、楕円は長軸を挟む一対の円弧の短軸と交差する部分を含む中央部分の曲率半径が、長軸と短軸との交点を中心とする円の曲率半径よりも大きい(曲率が小さい)ので、回転軸との間に形成される潤滑油が流動する隙間の入口部分が、内周面が円形のものに比べて大きくなる。したがって、油膜の反力は内周面が円形のものに比べてより回転軸の軸心に近い位置で作用するので、回転軸を振れ動かす方向に作用する力の成分、すなわち、連成項による成分がより小さくなる。
曲率半径が同一軸心の円の曲率半径よりも大きい部分が、全周の少なくとも半分以上、好ましくは70%以上を占めるような形状とすることが好ましい。
たとえば、楕円は長軸を挟む一対の円弧の短軸と交差する部分を含む中央部分の曲率半径が、長軸と短軸との交点を中心とする円の曲率半径よりも大きい(曲率が小さい)ので、回転軸との間に形成される潤滑油が流動する隙間の入口部分が、内周面が円形のものに比べて大きくなる。したがって、油膜の反力は内周面が円形のものに比べてより回転軸の軸心に近い位置で作用するので、回転軸を振れ動かす方向に作用する力の成分、すなわち、連成項による成分がより小さくなる。
曲率半径が同一軸心の円の曲率半径よりも大きい部分が、全周の少なくとも半分以上、好ましくは70%以上を占めるような形状とすることが好ましい。
前記構成では、一対の前記フローティングブッシュを連結して一体化させ、前記各フローティングブッシュの内周面に形成された前記楕円の位相が相互にずらされているようにしてもよい。
このように一対のフローティングブッシュは連結されて一体化されているので、各フローティングブッシュは回転軸の回りに一体となって回転することになる。
このとき、各フローティングブッシュの内周面に形成された楕円の位相が相互にずらされているので、各フローティングブッシュで、回転軸を振れ動かす力が作用する方向がずれることになる。このため、相互に干渉して小さくすることができる。
このとき、各フローティングブッシュの内周面に形成された楕円の位相が相互にずらされているので、各フローティングブッシュで、回転軸を振れ動かす力が作用する方向がずれることになる。このため、相互に干渉して小さくすることができる。
本発明の第三態様は、タービンロータとコンプレッサロータとを接続する円形断面をした回転軸を支持し、内周面の横断面形状が非円形状とされているフローティングブッシュを製造するフローティングブッシュ製造方法であって、円筒部材の側面に軸線中心を挟んで対向する2方向から押圧力を付与し、押しつぶすように変形させ、変形された円筒部材に、軸線中心回りに円形状をした孔を貫通するように形成し、前記押圧力を除去するフローティングブッシュ製造方法である。
本態様にかかるフローティングブッシュ製造方法では、円筒部材の側面に軸線中心を挟んで対向する2方向から押圧力を付与し、押しつぶすように変形させる。次いで、変形された円筒部材に、軸線中心回りに円形状をした孔を貫通するように形成する。その後押圧力を除去すると、2方向からつぶされていた円筒部材が復元し、外周面の横断面形状が円形となるとともに孔は2方向に伸ばされて横断面形状が非円形状となる。
このように、内周面の横断面形状が非円形状とされているフローティングブッシュを容易に製造することができる。
このように、内周面の横断面形状が非円形状とされているフローティングブッシュを容易に製造することができる。
本発明にかかるターボチャージャによると、回転軸の不安定振動を抑制することができ、騒音の発生を抑制することができる。したがって、回転軸の回転速度を向上させることができるので、ターボチャージャの性能を向上させることができる。
また、本発明にかかるフローティングブッシュ製造方法では、内周面の横断面形状が非円形状とされているフローティングブッシュを容易に製造することができる。
また、本発明にかかるフローティングブッシュ製造方法では、内周面の横断面形状が非円形状とされているフローティングブッシュを容易に製造することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態にかかるターボチャージャについて図1~図6を用いて詳細に説明する。
図1は、本発明の第一実施形態にかかるターボチャージャの構成を説明するブロック図である。図2は、図1のフローティングブッシュ軸受の構成を説明する縦断面図である。図3は、図2のX-X断面図である。
〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態にかかるターボチャージャについて図1~図6を用いて詳細に説明する。
図1は、本発明の第一実施形態にかかるターボチャージャの構成を説明するブロック図である。図2は、図1のフローティングブッシュ軸受の構成を説明する縦断面図である。図3は、図2のX-X断面図である。
ターボチャージャ1には、エンジンの排気ガスによって回転されるタービンロータ3と、外部から導入された空気を圧縮してエンジンに供給するコンプレッサロータ5と、タービンロータ3およびコンプレッサロータ5を接続する回転軸7と、回転軸7を回転可能に支持する軸受ハウジング(ハウジング)9と、回転軸7のタービンロータ3側部分に介装されたタービン側フローティングブッシュ軸受11と、回転軸7のコンプレッサロータ5側部分に介装されたコンプレッサ側フローティングブッシュ軸受13と、が備えられている。
タービン側フローティングブッシュ軸受11およびコンプレッサ側フローティングブッシュ軸受13は、それぞれ回転軸7と軸受ハウジング9との間にフローティングブッシュ15を回転可能に介在させる構成とされている。また、各フローティングブッシュ15は軸方向への移動を制限されるように取り付けられている。したがって、回転軸7は、軸線方向で離隔したタービン側フローティングブッシュ軸受11およびコンプレッサ側フローティングブッシュ軸受13の2箇所のフローティングブッシュ15を介して軸受ハウジング9に支持されている。
軸受ハウジング9には、軸受ハウジング9の内周面(支持部)17とフローティングブッシュ15の外周面21との間に潤滑油を供給する油経路19が備えられている。
フローティングブッシュ15には、外周面21と内周面23とを連通するように形成された給油孔25が周方向に適宜間隔を空けて複数備えられている。
給油孔25は、軸受ハウジング9の内周面17とフローティングブッシュ15の外周面21との間に給油された潤滑油をフローティングブッシュ15の内周面23と回転軸7との間に供給する機能を有する。
フローティングブッシュ15には、外周面21と内周面23とを連通するように形成された給油孔25が周方向に適宜間隔を空けて複数備えられている。
給油孔25は、軸受ハウジング9の内周面17とフローティングブッシュ15の外周面21との間に給油された潤滑油をフローティングブッシュ15の内周面23と回転軸7との間に供給する機能を有する。
フローティングブッシュ15の内周面23は、横断面形状が、図3に示されるように楕円形状(非円形状)とされている。
この楕円形状は、同一の中心Obを持つ円形27をx方向に引き延ばされた形状である。したがって、フローティングブッシュ15の内周面23と回転軸7との関係は、非円形状と円形状との組み合わせである。
この楕円形状は、同一の中心Obを持つ円形27をx方向に引き延ばされた形状である。したがって、フローティングブッシュ15の内周面23と回転軸7との関係は、非円形状と円形状との組み合わせである。
このように構成されたターボチャージャ1の動作について説明する。
エンジンの排気ガスがタービンロータ3に導入され、タービンロータ3を回転させて外部に排出される。
タービンロータ3の回転は、回転軸7を介してコンプレッサロータ5に伝達され、コンプレッサロータ5を回転させる。回転するコンプレッサロータ5は、外部から導入される空気を圧縮し、エンジンへ圧縮された空気を供給する。
エンジンの排気ガスがタービンロータ3に導入され、タービンロータ3を回転させて外部に排出される。
タービンロータ3の回転は、回転軸7を介してコンプレッサロータ5に伝達され、コンプレッサロータ5を回転させる。回転するコンプレッサロータ5は、外部から導入される空気を圧縮し、エンジンへ圧縮された空気を供給する。
このとき、タービン側フローティングブッシュ軸受11およびコンプレッサ側フローティングブッシュ軸受13では、油経路19を通って、加圧された潤滑油が軸受ハウジング9の内周面17とフローティングブッシュ15の外周面21との間に供給されている。さらにこの潤滑油は、給油孔25を通って、フローティングブッシュ15の内周面23と回転軸7との間に形成された隙間に供給されている。
したがって、フローティングブッシュ15は、油膜を介して軸受ハウジング9に支持され、回転軸7は、油膜を介してフローティングブッシュ15に支持されている。
したがって、フローティングブッシュ15は、油膜を介して軸受ハウジング9に支持され、回転軸7は、油膜を介してフローティングブッシュ15に支持されている。
回転軸7の回転に伴って、回転軸7は、内周面23と回転軸7と隙間に形成した潤滑油の油膜を掻き込むので、潤滑油が移動し、それに伴いフローティングブッシュ15も回転軸7と同じ方向に回転することになる。回転軸7とフローティングブッシュ15との回転数は異なるのが一般である。
回転軸7の荷重方向Wcに対応する位置で最も隙間が小さくなるが、回転軸7が潤滑油を掻き込むことによって油膜が増加して回転軸7を支持する十分な反力を発生する。
この反力は、油膜ばねとして作用し、x方向の力Fxおよびy方向の力Fyとすると、以下のように表わされる。
回転軸7の荷重方向Wcに対応する位置で最も隙間が小さくなるが、回転軸7が潤滑油を掻き込むことによって油膜が増加して回転軸7を支持する十分な反力を発生する。
この反力は、油膜ばねとして作用し、x方向の力Fxおよびy方向の力Fyとすると、以下のように表わされる。
ここで、xはx方向の変位量、yはy方向の変位量、Kxxは、x方向に移動したときx方向に作用するばね定数である。Kyyは、y方向に移動したときy方向に作用するばね乗数である。Kxyは、x方向に移動したときy方向に作用するばね定数である。Kyxは、y方向に移動したときx方向に作用するばね定数である。
このKxyおよびKyxが連成項である。
このKxyおよびKyxが連成項である。
図4に示される従来のフローティングブッシュ15のように、円形断面をした回転軸7と、横断面形状が円形とされたフローティングブッシュ15の内周面23との円形同士の組み合わせであると、油膜ばねの連成項が大きくなる。連成項が存在すると、x方向に移動したときy方向の力が発生し、y方向に移動したときx方向の力が発生するので、回転軸7は不安定な振動を生じることとなる。
連成項が大きくなると回転軸7の不安定な振動が大きくなる。
連成項が大きくなると回転軸7の不安定な振動が大きくなる。
本実施形態では、フローティングブッシュ15の内周面23と回転軸7との関係は、非円形状と円形状との組み合わせであるので、従来の円形同士の関係に比べて油膜ばねにおける連成項Kxy、Kyxを小さくすることができる。
このように油膜ばねにおける連成項Kxy、Kyxを小さくできると、回転軸7の不安定振動を抑制することができるので、騒音の発生を抑制することができる。したがって、回転軸7の回転速度を向上させることができるので、ターボチャージャ1の性能を向上させることができる。
このように油膜ばねにおける連成項Kxy、Kyxを小さくできると、回転軸7の不安定振動を抑制することができるので、騒音の発生を抑制することができる。したがって、回転軸7の回転速度を向上させることができるので、ターボチャージャ1の性能を向上させることができる。
また、フローティングブッシュ15の内周面23は横断面形状が楕円であり、周方向で連続的に曲率が変化するので、油膜ばねの急激な変動を抑制することができる。
楕円は長軸を挟む一対の円弧の短軸と交差する部分を含む中央部分の曲率半径が、長軸と短軸との交点を中心Obとする円23の曲率半径よりも大きい(曲率が小さい)ので、回転軸7との間に形成される潤滑油が流動する隙間の入口部分が、内周面23が円形のものに比べて大きくなる。したがって、油膜の反力は内周面23が円形のものに比べてより回転軸7の軸心Ocに近い位置で作用するので、回転軸7を振れ動かす方向に作用する力の成分、すなわち、連成項による成分がより小さくなる。
曲率半径が同一軸心の円の曲率半径よりも大きい部分が、全周の少なくとも半分以上、好ましくは70%以上を占めるような形状とすることが好ましい。
楕円は長軸を挟む一対の円弧の短軸と交差する部分を含む中央部分の曲率半径が、長軸と短軸との交点を中心Obとする円23の曲率半径よりも大きい(曲率が小さい)ので、回転軸7との間に形成される潤滑油が流動する隙間の入口部分が、内周面23が円形のものに比べて大きくなる。したがって、油膜の反力は内周面23が円形のものに比べてより回転軸7の軸心Ocに近い位置で作用するので、回転軸7を振れ動かす方向に作用する力の成分、すなわち、連成項による成分がより小さくなる。
曲率半径が同一軸心の円の曲率半径よりも大きい部分が、全周の少なくとも半分以上、好ましくは70%以上を占めるような形状とすることが好ましい。
次に、このフローティングブッシュ15を製造するフローティングブッシュ製造方法について、図5および図6により説明する。
図5に示されるように2点鎖線で示される円筒部材27の側面に軸線中心を挟んで対向する2方向(上下)から押圧力を付与し、押しつぶすように変形させる。
次いで、実線で示される変形された円筒部材27に、軸線中心回りに円形状をした孔29を貫通するように形成する。
図5に示されるように2点鎖線で示される円筒部材27の側面に軸線中心を挟んで対向する2方向(上下)から押圧力を付与し、押しつぶすように変形させる。
次いで、実線で示される変形された円筒部材27に、軸線中心回りに円形状をした孔29を貫通するように形成する。
その後、図6に示されるように押圧力を除去すると、上下からつぶされていた円筒部材27が復元し、外周面21の横断面形状が円形となるとともに孔29は上下に伸ばされて横断面形状が非円形状となる。
このように、内周面23の横断面形状が楕円(非円形状)とされているフローティングブッシュ15を容易に製造することができる。
このように、内周面23の横断面形状が楕円(非円形状)とされているフローティングブッシュ15を容易に製造することができる。
なお、本実施形態では、内周面23の横断面形状が非円形状として楕円を用いているが、これに限定されるものではない。
たとえば、図7に示されるように3円弧形状、図8に示されるように4円弧形状としてもよいし、5以上の多円弧形状としてもよい。このようにすると、曲率半径が同一軸心の円の曲率半径よりも大きい部分の割合を多くすることができる。
また、2円弧形状としてもよい。さらに、多円弧形状の円弧間の接続部を滑らかに接続されるようにしてもよい。
たとえば、図7に示されるように3円弧形状、図8に示されるように4円弧形状としてもよいし、5以上の多円弧形状としてもよい。このようにすると、曲率半径が同一軸心の円の曲率半径よりも大きい部分の割合を多くすることができる。
また、2円弧形状としてもよい。さらに、多円弧形状の円弧間の接続部を滑らかに接続されるようにしてもよい。
本実施形態では、フローティングブッシュ15の内周面23を非円形状としているが、これに加えて、図9に示されるようにフローティングブッシュ15の外周面21も非円形状としてもよい。
このようにすると、円形断面とされる軸受ハウジング9の内周面17とフローティングブッシュ15の外周面21との間に形成される油膜による油膜ばねにおける連成項を小さくすることができるので、フローティングブッシュ15の不安定振動を抑制することができる。したがって、回転軸7の不安定振動を一層抑制することができるので、騒音の発生を一層抑制することができる。
このようにすると、円形断面とされる軸受ハウジング9の内周面17とフローティングブッシュ15の外周面21との間に形成される油膜による油膜ばねにおける連成項を小さくすることができるので、フローティングブッシュ15の不安定振動を抑制することができる。したがって、回転軸7の不安定振動を一層抑制することができるので、騒音の発生を一層抑制することができる。
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態にかかるターボチャージャ1について、図10を用いて説明する。
本実施形態は、軸受ハウジング9の内周面17およびフローティングブッシュ15の内周面23の構成が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態と同じ部分については重複した説明を省略する。なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
図10は、本実施形態にかかるタービン側フローティングブッシュ軸受11(コンプレッサ側フローティングブッシュ軸受13)を示す横断面図である。
次に、本発明の第二実施形態にかかるターボチャージャ1について、図10を用いて説明する。
本実施形態は、軸受ハウジング9の内周面17およびフローティングブッシュ15の内周面23の構成が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態と同じ部分については重複した説明を省略する。なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
図10は、本実施形態にかかるタービン側フローティングブッシュ軸受11(コンプレッサ側フローティングブッシュ軸受13)を示す横断面図である。
本実施形態では、フローティングブッシュ15の内周面23の横断面形状は円形状とされている。
一方、軸受ハウジング9の内周面17の横断面形状は楕円形状とされている。
一方、軸受ハウジング9の内周面17の横断面形状は楕円形状とされている。
このように構成された本実施形態では、横断面形状が円形をしたフローティングブッシュ15の外周面21を油膜を介して支持する軸受ハウジング9の内周面17が、楕円形状とされているので、従来の円形同士の関係に比べて油膜ばねにおける連成項を小さくすることができる。
このように油膜ばねにおける連成項を小さくできると、フローティングブッシュ15の不安定振動を抑制することができるので、回転軸の不安定振動を抑制することができ、騒音の発生を抑制することができる。したがって、回転軸の回転速度を向上させることができる。
このように油膜ばねにおける連成項を小さくできると、フローティングブッシュ15の不安定振動を抑制することができるので、回転軸の不安定振動を抑制することができ、騒音の発生を抑制することができる。したがって、回転軸の回転速度を向上させることができる。
次に、この軸受ハウジング9の内周面17を形成する一方法について、図11および図12により説明する。
ここでは、軸受ハウジング9が円筒形状をしているとして説明する。図11に示されるように、円筒部材31に、円筒部材31の軸線中心とずれた軸線中心を持つ孔33を貫通するように加工する。
加工された円筒部材31を円筒部材31および孔33の軸線中心を結ぶ線に沿って2分割し、半割部材35を形成する。
ここでは、軸受ハウジング9が円筒形状をしているとして説明する。図11に示されるように、円筒部材31に、円筒部材31の軸線中心とずれた軸線中心を持つ孔33を貫通するように加工する。
加工された円筒部材31を円筒部材31および孔33の軸線中心を結ぶ線に沿って2分割し、半割部材35を形成する。
2分割された一方の半割部材35を軸線中心に直交する方向の回りに回転させ、言い換えれば、左右反転させ、図12に示されるように重ね合せて接合する。
ここでは、孔33の心ずれを大きくして図示しているので、内周面23が不連続となっているように見えるが、実際は数十μm程度の段差であり、ほとんど連続しているようなものである。また、段差が気になるようであれば、接合した後で研削して滑らかになるようにしてもよい。
ここでは、孔33の心ずれを大きくして図示しているので、内周面23が不連続となっているように見えるが、実際は数十μm程度の段差であり、ほとんど連続しているようなものである。また、段差が気になるようであれば、接合した後で研削して滑らかになるようにしてもよい。
なお、軸受ハウジング9の内周面17を形成する方法はこれに限定されるものではなく、楕円形状となるように切削加工してもよいし、非円形部材を圧入して加工するようにしてもよい。
また、この方法を第一実施形態のフローティングブッシュ15の製造に用いてもよい。
また、この方法を第一実施形態のフローティングブッシュ15の製造に用いてもよい。
〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三実施形態にかかるターボチャージャ1について、図13~図15を用いて説明する。
本実施形態は、フローティングブッシュ軸受の構成が第一実施形態とは異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態と同じ部分については重複した説明を省略する。なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
図13は、本実施形態にかかるフローティングブッシュ軸受を示す横断面図である。図14は、図13のY-Y断面図である。図15は、図13のZ-Z断面図である。
次に、本発明の第三実施形態にかかるターボチャージャ1について、図13~図15を用いて説明する。
本実施形態は、フローティングブッシュ軸受の構成が第一実施形態とは異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態と同じ部分については重複した説明を省略する。なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
図13は、本実施形態にかかるフローティングブッシュ軸受を示す横断面図である。図14は、図13のY-Y断面図である。図15は、図13のZ-Z断面図である。
本実施形態では、タービン側フローティングブッシュ軸受11とコンプレッサ側フローティングブッシュ軸受13とは、フローティングブッシュ15同士が接続部材37によって連結されて一体化されている。このように一体化されたものは、いわゆる、セミフローティングブッシュ軸受と呼ばれている。
各フローティングブッシュ15の内周面23に形成された楕円の回転位相は、図14および図15に示されるように、90°ずらされている。
各フローティングブッシュ15の内周面23に形成された楕円の回転位相は、図14および図15に示されるように、90°ずらされている。
このように一対のフローティングブッシュ15は連結されて一体化されているので、各フローティングブッシュ15は回転軸7の回りに一体となって回転することになる。
このとき、各フローティングブッシュ15の内周面23に形成された楕円の回転位相が相互に90°ずらされているので、各フローティングブッシュ15で、回転軸7を振れ動かす力が作用する方向がずれることになる。このため、相互に干渉して回転軸7の不安定振動を小さくすることができる。
このとき、各フローティングブッシュ15の内周面23に形成された楕円の回転位相が相互に90°ずらされているので、各フローティングブッシュ15で、回転軸7を振れ動かす力が作用する方向がずれることになる。このため、相互に干渉して回転軸7の不安定振動を小さくすることができる。
すなわち、コンプレッサ側フローティングブッシュ軸受13側では、図14のように不安定振動が発生し易い位置にあったとしても、タービン側フローティングブッシュ軸受11側では、図15に示されるように不安定振動を抑えることができる位置にあるので、回転軸7の不安定振動を抑制することができる。
なお、本発明は以上説明した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を行ってもよい。
1 ターボチャージャ
3 タービンロータ
5 コンプレッサロータ
7 回転軸
9 軸受ハウジング
15 フローティングブッシュ
21 外周面
23 内周面
27 円筒部材
29 孔
3 タービンロータ
5 コンプレッサロータ
7 回転軸
9 軸受ハウジング
15 フローティングブッシュ
21 外周面
23 内周面
27 円筒部材
29 孔
Claims (7)
- タービンロータとコンプレッサロータとを接続する円形断面をした回転軸が、ハウジングにおける該回転軸の周囲を覆うように配置された支持部に、軸線方向で離隔した2箇所でそれぞれフローティングブッシュを介して回転自在に支持されているターボチャージャであって、
前記各フローティングブッシュの内周面は、横断面形状が周方向で曲率が変化する非円形状とされているターボチャージャ。 - 前記各フローティングブッシュの外周面は、横断面形状が周方向で曲率が変化する非円形状とされている請求項1に記載のターボチャージャ。
- 前記支持部の内周面は、横断面形状が周方向で曲率が変化する非円形状とされている請求項1に記載のターボチャージャ。
- タービンロータとコンプレッサロータとを接続する円形断面をした回転軸が、ハウジングにおける該回転軸の周囲を覆うように配置された支持部に、軸線方向で離隔した2箇所でそれぞれフローティングブッシュを介して回転自在に支持されているターボチャージャであって、
前記支持部の内周面は、横断面形状が周方向で曲率が変化する非円形状とされているターボチャージャ。 - 前記非円形状は、楕円とされている請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のターボチャージャ。
- 一対の前記フローティングブッシュを連結して一体化させ、前記各フローティングブッシュの内周面に形成された前記楕円の位相が相互にずらされている請求項5に記載のターボチャージャ。
- タービンロータとコンプレッサロータとを接続する円形断面をした回転軸を支持し、内周面の横断面形状が非円形状とされているフローティングブッシュを製造するフローティングブッシュ製造方法であって、
円筒部材の側面に軸線中心を挟んで対向する2方向から押圧力を付与し、押しつぶすように変形させ、
変形された円筒部材に、軸線中心回りに円形状をした孔を貫通するように形成し、
前記押圧力を除去するフローティングブッシュ製造方法。
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