(57)【要約】【課題】回転軸に対するベアリングの位置ずれ及び滑りを抑え、寿命低下を抑制することのできるターボチャージャを提供する。【解決手段】エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して該エンジンに供給する空気を過給するターボチャージャにおいて、回転軸６のジャーナル長さをＬ１とし、一つのベアリング１８、１９及びそれらの間に設けられた間座２０の回転軸方向における総長さをＬ２とした時に、Ｌ２＞Ｌ１なる関係とし、また、回転軸６にコンプレッサインペラ１０を連結する際の締結力Ｆで両ベアリング１８、１９及び間座２０をタービンハウジング２側へ付勢する構造とする。【選択図】図５
2011220241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンハウジング内に設けられ、該タービンハウジング内に導入される排ガスにより回転するタービンインペラと、
コンプレッサハウジング内に設けられ、前記タービンインペラに一体化された回転軸に連結されて該タービンインペラと共に回転して空気を圧縮するコンプレッサインペラと、
前記タービンハウジングと前記コンプレッサハウジング間に設けられたベアリングハウジング内に設けられ、前記回転軸を回転自在に支持する一対のベアリングと、
前記回転軸を挿入させてその周囲に装着されることにより、一対の前記ベアリング間距離を決定する間座と、を備え、
前記回転軸のジャーナル部長さをＬ１とし、一対の前記ベアリング及びそれらの間に設けられた前記間座の回転軸方向における総長さをＬ２とした時に、Ｌ２＞Ｌ１なる関係とし、また、前記回転軸に前記コンプレッサインペラを連結する際の締結力で両ベアリング及び間座をタービンハウジング側へ付勢した
ことを特徴とするターボチャージャ。
【請求項２】
請求項１に記載のターボチャージャであって、
前記間座は、一対の前記ベアリングの内輪にそれぞれ接触させた
ことを特徴とするターボチャージャ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のターボチャージャであって、
前記間座は、前記回転軸に挿入されて該回転軸と共に回転する
ことを特徴とするターボチャージャ。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか１項に記載のターボチャージャであって、
前記間座の内周面の一部には、前記回転軸との間に隙間を形成する溝が形成されている
ことを特徴とするターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して該エンジンに供給する空気を過給するターボチャージャに関し、特に、回転軸の回転を支持するベアリングの固定技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャの回転軸（タービン軸）を回転可能に支持するための手段としては、例えば軸受であるボールベアリングが使用されている。ターボチャージャでは、回転軸が毎分数万回転から数十万回転という高速で回転するため、一対のボールベアリングの外輪間にスプリングを設けてこれらボールベアリングの回転軸に対する位置ずれを防止している（特許文献１に記載）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２９８２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ボールベアリングと回転軸の嵌め合い公差（例えばすきまばめ）によっては、前記スプリングだけではボールベアリングが回転軸に対して位置ずれを起こし、滑りが発生する場合がある。そのため、特許文献１に記載のターボチャージャでは、回転機構として安定性に欠け、寿命低下となることが考えられる。
【０００５】
そこで、本発明は、回転軸に対するベアリングの位置ずれ及び滑りを抑え、寿命低下を抑制することのできるターボチャージャを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のターボチャージャは、タービンハウジング内に設けられ、該タービンハウジング内に導入される排ガスにより回転するタービンインペラと、コンプレッサハウジング内に設けられ、前記タービンインペラに一体化された回転軸に連結されて該タービンインペラと共に回転して空気を圧縮するコンプレッサインペラと、前記タービンハウジングと前記コンプレッサハウジング間に設けられたベアリングハウジング内に設けられ、前記回転軸を回転自在に支持する一対のベアリングと、前記回転軸を挿入させてその周囲に装着されることにより、一対の前記ベアリング間距離を決定する間座と、を備え、前記回転軸のジャーナル長さをＬ１とし、一対の前記ベアリング及びそれらの間に設けられた前記間座の回転軸方向における総長さをＬ２とした時に、Ｌ２＞Ｌ１なる関係とし、また、前記回転軸に前記コンプレッサインペラを連結する際の締結力で両ベアリング及び間座をタービンハウジング側へ付勢したことを特徴している。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、回転軸にコンプレッサインペラを連結する際の締結力で両ベアリング及びそれらの間に設けられた間座をタービンハウジング側へ付勢しているので、スプリングによる力とは異なり大きな締結力でベアリングを固定することができ、回転軸に対するベアリングの位置ずれ及び滑りを抑えることができる。その結果、回転軸とこの回転軸を回転自在に支持するベアリングからなる回転機構の寿命を延ばすことが可能となる。
【０００８】
また、本発明によれば、一対のベアリング及びそれらの間に設けられた間座の回転軸方向における総長さＬ２を、回転軸のジャーナル部長さＬ１よりも長くした（Ｌ２＞Ｌ１なる関係）ので、前記回転軸を押すことなく前記ベアリング及び間座に対して前記締結力を作用させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は本実施形態のターボチャージャの全体を示す断面図である。
【図２】図２は図１に示すターボチャージャの軸受機構部の拡大断面図である。
【図３】図３はベアリング及び間座をオイルフィルムダンパーに組み込んでユニット化した軸受機構部の断面図である。
【図４】図４は軸受機構部の分解状態を示す断面図である。
【図５】図５は回転軸のジャーナル部長さと一対のベアリング及びそれらの間に設けられた間座の回転軸方向における総長さの関係を示す図である。
【図６】図６（Ａ）はタービンハウジング側のベアリングの突き当て位置を示す要部拡大断面図、図６（Ｂ）はコンプレッサハウジング側のベアリングの突き当て位置を示す要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
［ターボチャージャの構成説明］
本実施形態のターボチャージャは、エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して該エンジンに供給する空気を圧縮して過給する過給装置である。このターボチャージャの具体的構成は、以下の通りである。
【００１２】
ターボチャージャ１は、図１に示すように、タービンハウジング２と、コンプレッサハウジング３と、これらタービンハウジング２とコンプレッサハウジング３間に設けられたベアリングハウジング４とを有し、それらハウジングを結合一体化して構成されている。
【００１３】
タービンハウジング２には、このタービンハウジング２内に導入される排ガスにより回転するタービンインペラ５が設けられている。タービンインペラ５は、回転軸（タービン軸）６の一端に一体的に形成されたタービンハブ７と、このタービンハブ７の外周面に等間隔に設けられた複数枚のタービンブレード８とからなる。
【００１４】
また、タービンハウジング２には、排気ガスＧをハウジング内に取り入れるためのガス取入口（図示は省略してある）が設けられている。このガス取入口には、図示を省略するエンジンから排気される排気ガスＧが導入される。また、タービンハウジング２には、タービンインペラ５の回転に利用した排気ガスＧをハウジング外へ排出するためのガス排出口９が設けられている。このガス排出口９には、排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置が接続される。
【００１５】
また、タービンハウジング２の内部には、タービンスクロール流路１０がタービンインペラ５を囲むように設けられている。このタービンスクロール流路１０は、ガス取入口とガス排出口９にそれぞれ連通されている。
【００１６】
コンプレッサハウジング３には、回転軸６に連結されてタービンインペラ５と共に回転して空気を圧縮するコンプレッサインペラ１０が設けられている。コンプレッサインペラ１０は、回転軸６の他端に形成された締結手段であるネジ部１１に、同じく締結手段であるナット１２を締め付けることによって該回転軸６に固定されるコンプレッサハブ１３と、このコンプレッサハブ１３の外周面に等間隔に設けられた複数枚のコンプレッサブレード１４とからなる。
【００１７】
また、コンプレッサハウジング３には、空気Ａをハウジング内に取り入れる空気取入口１５が設けられている。また、コンプレッサハウジング３には、コンプレッサインペラ１０で圧縮した空気Ａを排出する空気排出口（図示は省略する）が設けられている。空気排出口から排出される圧縮空気は、例えばエンジンのシリンダへ供給される。
【００１８】
また、コンプレッサハウジング３の内部には、コンプレッサインペラ１０で圧縮した空気Ａを昇圧させる環状のディフューザ流路１６が設けられている。さらに、コンプレッサハウジング３の内部には、コンプレッサインペラ１０を囲むようにしてコンプレッサスクロール流路１７が設けられている。このコンプレッサスクロール流路１７は、先のディフューザ流路１６に接続されている。
【００１９】
ベアリングハウジング４には、図２に示すように、回転軸６を回転自在に支持する一対のベアリング１８、１９とそれらベアリング１８、１９間距離を決定する間座２０をオイルフィルムダンパー２１に組み込んでユニット化したベアリングアッシーである軸受機構部（軸受ユニット）２２が設けられている。図３には、軸受機構部２２単体を示し、図４には分解した軸受機構部２２を示している。
【００２０】
ベアリング１８、１９は、図３及び図４に示すように、外輪２３と内輪２４とボール２５とリテーナ２６とから構成されたボールベアリングからなる。かかるベアリング１８、１９は、円筒形状をなすオイルフィルムダンパー２１の両端内面に嵌合凹部として形成されたベアリング装着部２７、２８に圧入されて取り付けられている。
【００２１】
外輪２３は、オイルフィルムダンパー２１の内面２１ａから中心に向かって突出する円環状突部２９、３０の開口側端面となる段差面３１、３２に接触するようになっている。この段差面３１、３２に外輪２３が接触することで、前記オイルフィルムダンパー２１に対する前記ベアリング１８、１９の装着位置が決まる。内輪２４は、オイルフィルムダンパー２１の内部に挿入される間座２０の軸方向端面２０ａ、２０ｂにそれぞれ接するようになっている。
【００２２】
間座２０は、例えばＳ４５等の鋼材からなり、一対のベアリング１８、１９間距離を決定する機能をする。かかる間座２０は、回転軸６のジャーナル部６Ａを中心孔３３に若干の隙間を持たせて挿入させて、該ジャーナル部６Ａの周囲に装着される円筒体として形成されている。また、間座２０の内面３４には、その軸方向両端部を除いて該内面３４よりも一段低い段差となる円環溝３５が形成されている。この円環溝３５は、ジャーナル部６Ａに対して非接触となるようにされており、該ジャーナル部６Ａの間座２０への挿入作業を容易ならしめる機能をする。
【００２３】
なお、ここで定義する回転軸６のジャーナル部６Ａは、タービンハウジング側のベアリング１８とコンプレッサハウジング側のベアリング１９と間座２０との対応部位を指すものとする。タービンハウジング側及びコンプレッサハウジング側の両ベアリング１８、１９とそれらの間に設けられた間座２０とが全体として、回転軸６の軸受として機能することから、両ベアリング１８、１９及び間座２０との対応部位が、前記回転軸６のジャーナル部６Ａとなる。
【００２４】
オイルフィルムダンパー２１は、内部中央に間座２０を収納配置させると共にその内部両端にベアリング１８、１９を装着させる円筒体として形成されている。このオイルフィルムダンパー２１には、ベアリングハウジング４に形成されたオイル供給通路３６から各ベアリング１８、１９へオイルを供給するためのオイル供給用環状溝３７と、このオイル供給用環状溝３７からベアリング１８、１９に向かってオイルを供給するためのオイル吐出用通路３８が形成されている。
【００２５】
オイル供給用環状溝３７は、外周面２１ｂから突出する２つの環状突起３９、３９の間に形成されている。このオイル供給用環状溝３７は、それぞれのベアリング１８、１９にオイルを供給するために２箇所に設けられている。オイル吐出用通路３８は、入口をオイル供給用環状溝３７に開口すると共に出口をベアリング１８、１９の外輪２３と内輪２４の間に向くように前記円環状突部２９、３０に形成されている。
【００２６】
また、オイルフィルムダンパー２１には、ベアリング１８、１９に供給して余ったオイルをベアリングハウジング４に形成した排出孔５０から外部へと排出するためのオイル排出孔４０が形成されている。
【００２７】
前記間座２０は、ジャーナル部６Ａに取り付けられる前の状態では、オイルフィルムダンパー２１の両端にそれぞれ圧入された２つのベアリング１８、１９で挟まれるが、径方向で位置決めされていないため径方向へ位置ずれが生じる可能性がある。そこで、間座２０の中心孔３３に仮組棒４１（図３では二点鎖線で示している）を挿入して、回転軸６へ装着させるまでの間における前記間座２０の径方向への位置ずれを防止する。なお、仮組棒４１は、回転軸６のジャーナル部６Ａを間座２０に挿入する時に取り外す。
【００２８】
また、ベアリングハウジング４には、高速回転する回転軸６を支えるベアリング１８、１９から発せられる熱及びタービンハウジング２に導入される排気ガスの熱を吸熱して冷却するための冷却水路４２が設けられている。冷却水路４２は、円周方向に沿って形成されており、冷却水供給源から供給される冷却水を循環させている。かかる冷却水路４２は、タービンインペラ５寄りの位置に形成されていると共に、コンプレッサインペラ１０寄りの位置にも形成されている。図１及び図２では、コンプレッサインペラ１０寄りの位置に形成される冷却水路４２は図示を省略してある。
【００２９】
前記したように一対のベアリング１８、１９と間座２０をオイルフィルムダンパー２１に組み付けてユニット化した軸受機構部２２は、ベアリングハウジング４に組み付けられる。ベアリングハウジング４に組み付けられた軸受機構部２２には、タービンインペラ５に一体化された回転軸６が組み付けられる。その後、回転軸６にコンプレッサインペラ１０が組み付けられる。軸受機構部２２に回転軸６を組み付けるには、回転軸６のジャーナル部６Ａを一方のベアリング１８の内輪２４へ挿入した後、さらに間座２０を通して他方のベアリング１９の内輪２４へと挿入させる。実際には、回転軸６を鉛直に起立させてタービンインペラ５を下に向けて固定した状態で、ベアリングハウジング４に組み込んだ軸受機構部２２のベアリング１８、１９と間座２０に前記回転軸６を挿入させる。
【００３０】
前記一対のベアリング１８、１９のうち、タービンインペラ５側のベアリング１８は、図５及び図６（Ａ）に示すように、内輪２４がタービンハブ７とジャーナル部６Ａの境界部分であるハブ端面７ａと接触するようになっている。このハブ端面７ａが設けられる部位の外径Ｈは、内輪２４と外輪２３間に対応する高さ位置と対応する大きさとなると、外輪２３と内輪２４の間から流出するオイルＯＩＬの出口を塞ぐため該オイルＯＩＬを排出することができ難くなる。そのため、図６（Ａ）で示すように、内輪２４が接するハブ端面７ａが設けられる部位の外径Ｈ１は、内輪２４の外径寸法Ｈ２以内の大きさとすることが好ましい。
【００３１】
一方、コンプレッサインペラ１０側のベアリング１９は、図５及び図６（Ｂ）に示すように、内輪２４がコンプレッサハブ１３とジャーナル部６Ａ間に設けられた油切り部材４３の内側端面４３ａと接触するようになっている。この内輪２４が接する油切り部材４３の内側端面４３ａが設けられる部位の外径Ｈ３は、同様の理由から内輪２４の外径寸法Ｈ２以内の大きさとすることが好ましい。
【００３２】
また、この時、回転軸６のジャーナル部６Ａの長さ（以下、ジャーナル部長さという）をＬ１とし、一対のベアリング１８、１９及びそれらの間に設けられた間座２０の回転軸方向における総長さをＬ２とした時に、Ｌ２＞Ｌ１なる関係としている。つまり、一対のベアリング１８、１９間に相当する部位の長さである回転軸６のジャーナル長さＬ１は、一対のベアリング１８、１９の軸方向長さとそれらの間に配置された間座２０の軸方向長さを全て加えた総長さＬ２よりも短くなっている。換言すると、前記総長さＬ２の方がジャーナル部長さＬ１よりも長くなっている。このため、ジャーナル部６Ａのコンプレッサインペラ側の端面４４と油切り部材４３の内側端面４３ａとの間には、隙間Ｓが生じるようになっている。その結果、油切り部材４３でジャーナル部６Ａの端面４４を押すことがないようになっている。
【００３３】
前記ベアリング１８、１９及び間座２０には、コンプレッサインペラ１０をナット１２で回転軸６の先端に形成されたネジ部１１に締結することにより生じる締結力Ｆが作用する。前記締結力Ｆは、ナット１２を締め付けることにより、コンプレッサインペラ１０を介して油切り部材４３に伝達されると共に、この油切り部材４３と接触するコンプレッサインペラ側のベアリング１９（直接的には内輪２４）に伝達され、更に間座２０を介してタービンインペラ側のベアリング１８（直接的には内輪２４）に伝達される。この回転軸６の軸方向に沿って加わる締結力Ｆにより、これらベアリング１８、１９及び間座２０は、回転軸方向にがたつきなく位置決めされることになる。なお、間座２０は、ジャーナル部６Ａに取り付けられているため、回転軸６と共に回転するようになっている。
【００３４】
［ターボチャージャの動作説明］
以上のようにして構成されたターボチャージャ１においては、ガス取入口からタービンハウジング２内に取り入れた排気ガスＧがタービンスクロール流路１０を経由してタービンインペラ５側へ供給されると、排ガスＧのエネルギーによってタービンインペラ５が回転する。また、タービンインペラ５の回転軸６と連結されたコンプレッサインペラ１０は、該タービンインペラ５が回転することによって回転駆動される。コンプレッサインペラ１０が回転すると、空気取入口１５から取り入れられた空気Ａが圧縮され、ディフューザ流路１６及びコンプレッサスクロール流路１７を経由して空気排出口からエンジンのシリンダ内へ過給される。
【００３５】
［実施形態の効果］
本実施形態のターボチャージャ１によれば、回転軸６にコンプレッサインペラ１０を連結する際の締結力Ｆで両ベアリング１８、１９及びそれらの間に設けられた間座２０をタービンハウジング２側へ付勢しているので、スプリングによる力とは異なり大きな締結力Ｆでベアリング１８、１９を固定することができ、回転軸６に対するベアリング１８、１９の位置ずれ及び滑りを抑えることができる。その結果、回転軸６とこの回転軸６を回転自在に支持するベアリング１８、１９からなる回転機構の寿命を延ばすことができる。
【００３６】
また、本実施形態のターボチャージャ１によれば、一対のベアリング１８、１９及びそれらの間に設けられた間座２０の回転軸６方向における総長さＬ２を、回転軸６のジャーナル部長さＬ１よりも長くした（Ｌ２＞Ｌ１なる関係）ので、前記回転軸６を押すことなく前記ベアリング１８、１９及び間座２０に対して前記締結力Ｆを作用させることができる。
【００３７】
また、本実施形態のターボチャージャ１によれば、間座２０を一対のベアリング１８、１９の内輪２４にそれぞれ接触させたので、回転軸６のジャーナル部６Ａとの間で滑りが生じ易い内輪２４の位置を固定させることができる。
【００３８】
また、本実施形態のターボチャージャ１によれば、回転軸６のジャーナル部６Ａを間座２０に挿入して該回転軸６と共に回転させているので、ジャーナル部６Ａの直径がこの間座２０によって実質的に太くなり、回転軸６自体の剛性を高めることができる。
【００３９】
また、本実施形態のターボチャージャ１によれば、間座２０の内周面３４の一部にジャーナル部６Ａとの間に隙間を形成する円環溝３５を形成しているので、回転軸６のジャーナル部６Ａを間座２０に挿入する際の作業を容易にすることができる。
【００４０】
また、本実施形態のターボチャージャ１によれば、一対のベアリング１８、１９とそれらのベアリング１８、１９間距離を決定する間座２０をオイルフィルムダンパー２１に組み込んでユニット化した軸受機構部２２としているので、ターボチャージャの組立作業を大幅に簡略化することができる。ユニット化しない場合は、タービンインペラ５に一体化された回転軸６に一方のベアリング１８を取り付けた後、間座２０を取り付け、更に他方のベアリング１９を取り付け、最後に油切り部材４３を介してコンプレッサインペラ１０を取り付ける作業が必要となる。しかし、本実施形態によれば、回転軸６に軸受機構部２２を組み付けた後、油切り部材４３を介してコンプレッサインペラ１０を取り付ける作業だけで組み付け作業を完了させることができる。
【００４１】
また、本実施形態のターボチャージャ１によれば、軸受機構部２２としてベアリング１８、１９、間座２０をオイルフィルムダンパー２１に予め組み込んでいるため、各部品毎ではなく軸受機構部２２として搬送することができる等、それら部品の取り扱い性を大幅に向上させることができる。また、本実施形態では、ベアリング１８、１９及び間座２０をオイルフィルムダンパー２１に予め組み込んでいるので、回転軸６の回転に伴うこれらベアリング１８、１９及び間座２０の振動を抑制することができる。
【００４２】
また、本実施形態のターボチャージャ１によれば、ベアリング１８、１９をオイルフィルムダンパー２１に形成したベアリング装着部２７、２８に圧入して予め取り付けた構造としているので、これまで行って来たオイルフィルムダンパー内面への硬化処理を無くすことができる。
【００４３】
また、本実施形態のターボチャージャ１によれば、回転軸６のジャーナル部６Ａを間座２０に挿入して一体化させているので、これまで行って来た回転軸６の高周波焼き入れ処理を無くすることができる。前記ジャーナル部６Ａの表面が間座２０で覆われるため、剛性が高くなることから焼き入れをする必要が無くなる。
【００４４】
以上、本発明を適用した具体的な実施形態について説明したが、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではない。
【００４５】
上述した実施形態では、回転軸６のジャーナル部６Ａを間座２０の中心孔３３に対して若干の隙間を持たせて挿入させたが、前記ジャーナル部６Ａを前記中心孔３３に低荷重で圧入してもよい。この場合、前記間座２０に円環溝３５が形成されていることで、ジャーナル部６Ａの前記間座２０への圧入作業性が容易になる。
【００４６】
また、上述した実施形態では、タービンハウジング側のベアリング１８の内輪２４をタービンハブ７のハブ端面７ａと接触させ、コンプレッサハウジング側のベアリング１９の内輪２４を油切り部材４３の内側端面４３ａに接触させた構造とした。これに対して例えば、タービンハブ７と内輪２４間にスペーサが介在される場合は、このスペーサの端面に内輪２４が接触することになる。また、同様、油切り部材４３の代わりに油切りの機能まで有しないスペーサが配置される場合は、このスペーサの端面に内輪２４が接触することになる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して該エンジンに供給する空気を過給するターボチャージャに利用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１…ターボチャージャ
２…タービンハウジング
３…コンプレッサハウジング
４…ベアリングハウジング
５…タービンインペラ
６…回転軸（タービン軸）
６Ａ…ジャーナル部
７…タービンハブ
８…タービンブレード
１０…コンプレッサインペラ
１２…ナット
１３…コンプレッサハブ
１４…コンプレッサブレード
１８、１９…ベアリング
２０…間座
２１…オイルフィルムダンパー
２２…軸受機構部
２３…外輪
２４…内輪
４３…油切り部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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