JP3900599B2

JP3900599B2 - ターボチャージャの軸受構造

Info

Publication number: JP3900599B2
Application number: JP17448597A
Authority: JP
Inventors: 健三堀; 幸照関田
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2017-06-30
Also published as: DE69820536T2; EP0889253A2; JPH1122475A; EP0889253A3; US6065875A; EP0889253B1; DE69820536D1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はターボチャージャの軸受構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ターボチャージャの軸受としては一般にフローティングタイプのものが知られている。これはハウジング側の軸受支持部とタービンシャフトとの間でいずれの部材に対しても相対回転可能であり、いずれの部材との間にも薄い油膜を形成するようになっている。高速回転するタービンシャフトに対し、軸受はそれより遅い速度で回転し、これにより油膜切れを防いで焼付き等を防止すると共に、タービンシャフトの振動を減衰し抑制するようになっている。これに対し、軸の回転安定性を更に高めるために、軸受の外周側にオイルフィルムダンパを設ける構造が考えられている。
【０００３】
図６はこの様なオイルフィルムダンパ付の軸受部の従来の構造を示す。軸受ａはハウジングｂ側の軸受支持部ｃとタービンシャフトｄとの間に介設されている。軸受ａの内周側と外周側とにはそれぞれ薄い隙間ｅ，ｆが設けられ、これに潤滑オイルが入り込んでオイルフィルムダンパが形成される。特に外周側の隙間ｆには、これに隣接してＯリングｈが設けられてオイル漏れが防止されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この従来の構造にあっては、タービンシャフトｄの振動が内外周側の隙間ｅ，ｆのオイルフィルムダンパで抑制される。しかし、この場合隙間ｆに十分オイルを充満させるためには、組立時に隙間ｆに入っている空気を排除する必要があるが、Ｏリングｈのため空気の出口がシールされ、オイルの充満が不十分となり、ダンピングの効果が不十分となる問題がある。一方、Ｏリングｈも振動抑制に寄与するが、その剛性ないしばね力があまり強くないため効果が少ない。なお、軸受ａを正確にセンタリングし、オイルフィルムダンパのダンパ厚さを正確に維持することも重要であるが、Ｏリングｈでは剛性が低いためその効果もあまり期待できない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るターボチャージャの軸受構造は、ハウジング側の軸受支持部とタービンシャフトとの間に軸受を設け、該軸受と上記軸受支持部との間にオイルフィルムダンパを形成し得る第１の隙間を設け、該第１の隙間に隣接してこれより大きい第２の隙間を設け、該第２の隙間に、上記軸受に所定のばね力を作用し得る全周に沿った金属製ばね部材を設け、該ばね部材が、上記第２の隙間の全周に沿う板部と、該板部から等ピッチで径方向内側又は外側に突出され、上記板部の幅方向に延出される凸部とからなり、該凸部がその延出方向両端に上記板部に連続する側壁を有するものである。
【０００６】
また、上記凸部は、断面半円状に形成されると共に上記板部の幅方向両端から所定距離内側に形成されるのが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【０００８】
図１は本発明に係るターボチャージャの軸受構造を示す縦断面図で、その構成は従来と大略同様である。図示するように、この構成にあっては、ハウジング１側の軸受支持部（ベアリングボックス２）とタービンシャフト３との間に軸受４が設けられている。タービンシャフト３の右側には図示しないタービンホイールが設けられ、つまりここではタービン側の構成が図示されている。
【０００９】
ベアリングボックス２はハウジング１に固定され、軸受４を嵌合させる中心穴５を有して環状に形成されている。ベアリングボックス２の内部にはオイル穴６が設けられる。オイル穴６の入口はハウジング１のオイル供給通路７に連通されている。オイル穴６の出口は、ベアリングボックス２の内周部に設けられた内周溝８に連通されている。内周溝８は全周に亘り形成され、中心穴５の表面で開放されている。
【００１０】
軸受４は、径方向外側のサポート部材９と、径方向内側のティルティングパッド軸受１０と、これらを連結する一対の連結板１１とから主に構成される。ティルティングパッド軸受１０はサポート部材９に嵌合され、その内周面に当接部１２を有してタービンシャフト３に当接し得るようになっている。当接部１２は、ホワイトメタル等のすず系の比較的軟質な金属をサポート部材９の内周面に鋳造して作られる。当接部１２の内径は、オイルフィルムを形成し得るようタービンシャフト３の外径より僅かに大きくされる。連結板１１は、サポート部材９の軸方向両端にボルト１３で固定され、ティルティングパッド軸受１０をその両端から挟持している。サポート部材９の外周部には先の内周溝８に符合する外周溝１４が設けられる。さらに外周溝１４の底部には径方向に沿うネジ穴１５が貫通形成され、これにネジ１６が螺合されてティルティングパッド軸受１０が支持されるようになっている。
【００１１】
図５はサポート部材９とティルティングパッド軸受１０との接続状態を示し、図示するようにサポート部材９には周方向に所定間隔でオイル供給穴１７が設けられ、ティルティングパッド軸受１０はオイル供給穴１７の位置に合わせて分割されている。即ち、ティルティングパッド軸受１０は複数が所定間隔で周方向に並べられ、これらティルティングパッド軸受１０に対し個々にネジ１６が配設される。従ってベアリングボックス２のオイル穴６から供給されるオイルは、外周溝１４を通じて全周に行き渡ると共に、オイル供給穴１７とティルティングパッド軸受１０間の隙間とを通って、当接部１２とタービンシャフト３との隙間に供給される。
【００１２】
ところで図１に戻って、サポート部材９は、その外径がベアリングボックス２の中心穴５の穴径より僅かに小径に形成されている。これによりサポート部材９の外周面と中心穴５の表面との間には、オイルフィルムダンパを形成し得る厚さの隙間（第１の隙間）１８が形成される。即ち、第１の隙間１８には、サポート部材９の外周溝１４に供給されるオイルの一部が供給され、このオイルにより薄い厚さのオイルフィルムダンパが出来上がることになる。
【００１３】
また、中心穴５は、その軸方向両端部にやや拡径された拡径部１９を有している。これによりサポート部材９の外周面と拡径部１９の表面との間には、先の第１の隙間１８より大きい第２の隙間２０が一対出来上がることになる。第２の隙間２０は第１の隙間１８に対し軸方向端部側に設けられ且つ隣接されている。そして第１の隙間１８も軸方向中間に内周溝８及び外周溝１４を挟んで一対設けられる。
【００１４】
この構成により、内周溝８及び外周溝１４からオイルが隙間１８に流入したとき、隙間２０の空間が隙間１８の空間に比べ大きい場合、油圧によって隙間１８の内部空気は圧縮され隙間２０の空間に排除され、隙間１８にオイルが充満することができる。
【００１５】
特に、本実施形態においては、それぞれの第２の隙間２０にばね部材２１が設けられている。ばね部材２１は図２に示すように構成されている。ばね部材２１は金属による一体成形品で、上記第２の隙間２０の全周に沿うリング状に形成されている。そしてリング状の板部２２と、板部２２から径方向外側に突出される複数の凸部２３とから構成される。凸部２３は周方向に等ピッチで形成され、断面半円状に形成されると共に（図４の実線参照）、板部２２の幅方向に延出され、その延出方向両端に板部２２に連続する側壁２４を有している。凸部２３は板部２２の幅方向両端から所定距離内側に形成され、つまり板部２２はその両側端部が全周残されている。
【００１６】
このばね部材２１は、凸部２３の高さ方向の変形（潰れ）によりタービンシャフト３の径方向の振動を抑制する。特にこの場合、個々の凸部２３の変形が他の部分に影響を及ぼさぬようになっている。即ち、図４に示すように、凸部２３が外力を受けて潰されたときは実線から一点鎖線の如く変形し、その周方向の長さＬは変化しない。これは凸部２３に側壁２４があり、しかも板部２２が両側端部に残されているからである。これらがないと凸部２３は、破線で示すように開くように変形してしまって（周方向長さＬ₁＞Ｌ）、他の部分に影響を及ぼし、当該部分の変形特性を変化させてしまう。このばね部材２１では、局所的な外力をその箇所でのみ吸収し、且つ、あたかも径方向に沿ったコイルばねを周方向に多数に並べたのと同等の効果をもたらす。
【００１７】
なお、ばね部材２１は図３に示すようなものであってもよい。このばね部材２１では板部２２が周方向の一箇所で切断され、凸部２３が径方向内側に突出されている。この場合も凸部２３が個別に変形し得るため、ばね部材２１の切断箇所付近と中央部とで変形特性が変化するようなことがない。
【００１８】
さて、このように構成されたばね部材２１は第２の隙間２０に軸方向（側方）から差し込まれる。こうなると軸受４は全周側から均一に保持され、中心穴５と同軸に位置決めされるようになる。ばね部材２１の抜け出しはハウジング１（センターハウジングとタービンハウジング）で完全に防止される。もっとも、ばね部材２１には運転中の遠心力や軸受４からの外力が作用するため実際上抜け出ることはない。
【００１９】
この構成によれば、タービンシャフト３の軸振動に対し、従来同様第１の隙間１８にあるオイルフィルムダンパで減衰力を与えられるほか、特に第２の隙間２０にあるばね部材２１で比較的強大なばね力を与えることができる。よって軸振動を積極的に抑制し、回転安定性の大幅な向上を図れるようになる。またばね部材２１には軸受４のセンタリング効果もあるため、運転中のオイルフィルムダンパ厚さを正確に維持すると共に、重量のある大型のタービンシャフト３及び軸受４に対しても有用となる効果がある。さらにばね部材２１には、第１の隙間１８からのオイルの流出を阻止し、オイルフィルムダンパの機能を確実に維持するという効果もある。加えて耐久性も良好で、従来のＯリングのように穴内面にリング溝を設ける必要もなく、さらには組付性もよいというメリットがある。
【００２０】
また、ばね部材２１を上述のように構成したため、変形特性が良好で、タービンシャフト３の軸振動抑制に好適となる。
【００２１】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されず、他の様々な実施の形態を採ることも可能である。例えば、ばね部材の構成は適宜変更が可能であるし、軸受も、上記のようなティルティングパッド軸受を有したものでなく通常の一体構造のものであっても構わない。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２３】
（１）ダンパ部へのオイルの充満性が優れている。
【００２４】
（２）軸振動にばね力を与えてこれを積極的に抑制できる。
【００２５】
（３）オイルフィルムダンパの厚さを正確に維持できる。
【００２６】
（４）軸振動抑制に好適なばね部材とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るターボチャージャの軸受構造を示す縦断面図である。
【図２】ばね部材を示す斜視図である。
【図３】別のばね部材を示す斜視図である。
【図４】ばね部材の変形の様子を示し、周方向で切った断面図である。
【図５】周方向で切った軸受の断面図である。
【図６】従来のターボチャージャの軸受構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ハウジング
２ベアリングボックス
３タービンシャフト
４軸受
１８第１の隙間
２０第２の隙間
２１ばね部材
２２板部
２３凸部
２４側壁

Claims

ハウジング側の軸受支持部とタービンシャフトとの間に軸受を設け、該軸受と上記軸受支持部との間にオイルフィルムダンパを形成し得る第１の隙間を設け、該第１の隙間に隣接してこれより大きい第２の隙間を設け、該第２の隙間に、上記軸受に所定のばね力を作用し得る全周に沿った金属製ばね部材を設け、該ばね部材が、上記第２の隙間の全周に沿う板部と、該板部から等ピッチで径方向内側又は外側に突出され、上記板部の幅方向に延出される凸部とからなり、該凸部がその延出方向両端に上記板部に連続する側壁を有することを特徴とするターボチャージャの軸受構造。
上記凸部は、断面半円状に形成されると共に上記板部の幅方向両端から所定距離内側に形成される請求項１記載のターボチャージャの軸受構造。