(57)【要約】【課題】動的に自励振動を抑制することができるターボチャージャの軸受装置を提供することを課題とする。【解決手段】コンプレッサとタービンとを連結する回転軸５の軸受としてコンプレッサ側軸受８及びタービン側軸受９を備えたターボチャージャの軸受装置２０において、コンプレッサ側軸受８及びタービン側軸受９の各回転数を制御する軸受回転数制御手段を備え、軸受回転数制御手段は、各回転数をエンジンの運転条件又は／及びターボチャージャの運転条件に基づいて制御することを特徴とする。【選択図】図２
2007100644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサとタービンとを連結する回転軸の軸受としてコンプレッサ側軸受及びタービン側軸受を備えたターボチャージャの軸受装置において、
前記コンプレッサ側軸受及び前記タービン側軸受の各回転数を制御する軸受回転数制御手段を備え、
前記軸受回転数制御手段は、各回転数をエンジンの運転条件又は／及びターボチャージャの運転条件に基づいて制御することを特徴とするターボチャージャの軸受装置。
【請求項２】
前記軸受回転数制御手段は、
前記コンプレッサ側軸受をコンプレッサ側に押圧する油を供給するコンプレッサ側油路と、
前記タービン側軸受をタービン側に押圧する油を供給するタービン側油路と、
前記コンプレッサ側油路及び前記タービン側油路の各開度を調整する弁と、
前記弁を開閉するアクチュエータと、
エンジンの運転条件又は／及びターボチャージャの運転条件に基づいて前記アクチュエータの駆動を制御する制御部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載するターボチャージャの軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンプレッサ側軸受及びタービン側軸受を備えたターボチャージャの軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャは、排気ガスによってタービンを回転させ、タービンにシャフトを介して連結するコンプレッサを回転させことによって、エンジンに吸入される混合気の圧力を上げる。ターボチャージャは、シャフトが超高速で回転するので、一般に、軸受自身も回転する全浮動型の軸受がタービン側とコンプレッサ側に設けられる。この全浮動型軸受は、軸受の内径側とシャフトとの隙間（クリアランス）及び軸受の外径側とベアリングハウジングとの隙間に油がそれぞれ充填されており、シャフトとベアリングハウジング間で自由に回転することができる。また、シャフトは、全浮動型軸受との隙間に油膜が形成されるので、全浮動型軸受に対して浮いた状態で回転する。
【０００３】
全浮動型軸受を用いると、シャフトが回転しながら触れ回る自励振動（オイルホワール現象）が発生する場合があり、この自励振動によって騒音が発生する。この自励振動を抑制するために、内径側クリアランス及び外径側クリアランスあるいは外径幅及び内径幅をタービン側軸受とコンプレッサ側軸受とで異なる軸受緒元で構成するものがある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１３８８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように各全浮動型軸受の軸受諸元だけで自励振動を抑制する場合、自励振動を抑制するため手段が固定されるため、ターボチャージャに関する諸条件が変化すると自励振動が発生する可能性がある。例えば、車両走行中には、ドライバのアクセル操作などによってエンジンの運転状態やターボチャージャの運転状態が絶えず変化している。これらの変化によってある運転条件になると、タービン側軸受のダンピング効果が低下したり、シャフトとコンプレッサ側軸受との油膜剛性バランスが不安定になったりする可能性があり、自励振動を抑制できない可能性がある。さらに、軸受の種類が２種類必要となるので、部品を共通化できないために部品点数が増加するとともに、種類増に伴う誤組み付け防止などの製造コストの増加を導く。
【０００５】
そこで、本発明は、動的に自励振動を抑制することができるターボチャージャの軸受装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るターボチャージャの軸受装置は、コンプレッサとタービンとを連結する回転軸の軸受としてコンプレッサ側軸受及びタービン側軸受を備えたターボチャージャの軸受装置において、コンプレッサ側軸受及びタービン側軸受の各回転数を制御する軸受回転数制御手段を備え、軸受回転数制御手段は、各回転数をエンジンの運転条件又は／及びターボチャージャの運転条件に基づいて制御することを特徴とする。
【０００７】
ターボチャージャの軸受装置では、コンプレッサとタービンとを連結する回転軸をコンプレッサ側軸受及びタービン側軸受によって回転自在に支持している。この軸受装置では、軸受回転数制御手段により、エンジンの運転条件（例えば、エンジン回転数、エンジントルク、エンジン負荷（スロットル開度など））又は／及びターボチャージャの運転条件（例えば、コンプレッサ回転数、タービン回転数、過給圧）に基づいて、コンプレッサ側軸受の回転数とタービン側軸受の回転数をそれぞれ制御する。このようにコンプレッサ側軸受の回転数とタービン側軸受の回転数を制御することにより、コンプレッサ側の油膜剛性とタービン側の油膜剛性とをそれぞれ変化させることができる。回転軸の自励振動は、回転軸と各軸受との間の油膜剛性バランスの不安定が影響している。そこで、軸受装置では、エンジンの運転条件やターボチャージャの運転条件を応じて自励振動を抑制するように、コンプレッサ側軸受の回転数及びタービン側軸受の回転数を調整する。このように、この軸受装置では、ターボチャージャに関する諸条件が変化した場合でも動的に自励振動を抑制することができ、騒音を抑制することができる。また、この軸受装置では、コンプレッサ側軸受とタービン側軸受の軸受緒元に関係なく自励振動を抑制することができるので、同じ軸受緒元のコンプレッサ側軸受とタービン側軸受を用いることが可能であり、部品を共通化でき、製造時の組み付け性も向上する。
【０００８】
本発明の上記ターボチャージャの軸受装置では、軸受回転数制御手段は、コンプレッサ側軸受をコンプレッサ側に押圧する油を供給するコンプレッサ側油路と、タービン側軸受をタービン側に押圧する油を供給するタービン側油路と、コンプレッサ側油路及びタービン側油路の各開度を調整する弁と、弁を開閉するアクチュエータと、エンジンの運転条件又は／及びターボチャージャの運転条件に基づいてアクチュエータの駆動を制御する制御部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
このターボチャージャの軸受装置では、制御部により、エンジンの運転条件又は／及びターボチャージャの運転条件に基づいて自励振動を抑制するためにコンプレッサ側軸受の回転数及び／又はタービン側軸受の回転数を変化させる必要があると判断した場合、アクチュエータの駆動を制御してコンプレッサ側油路及び／又はタービン側油路の各開度を調整する。各油路の開度は、全開／全閉の２段階で調整（ひいては、軸受の回転数を増加／減少）してもよいし、あるいは、全閉状態から全開状態までに幾つかの段階の開度を設定し、その各開度に調整（ひいては、軸受の回転数を段階的に増減）してもよい。コンプレッサ側油路及び／又はタービン側油路の各開度を大きくした場合、コンプレッサ側油路及び／又はタービン側油路からコンプレッサ側軸受及び／又はタービン側軸受に油が供給され、コンプレッサ側軸受がコンプレッサ側に及び／又はタービン側軸受がタービン側に押圧される。これによって、コンプレッサ側軸受がコンプレッサの部材に押し付けられ、コンプレッサの回転に引きずられて回転数が増加し、及び／又は、タービン側軸受がタービンの部材に押し付けられ、タービンの部材の回転に引きずられて回転数が増加する。逆に、コンプレッサ側油路及び／又はタービン側油路の各開度を小さくした場合、コンプレッサ側軸受の回転数が減少し、及び／又は、タービン側軸受の回転数が減少する。このように、この軸受装置では、各軸受を油によって押圧するという簡単な構成によって、各軸受の回転数を制御することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、各軸受の回転数を制御することにより、動的に自励振動を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明に係るターボチャージャの軸受装置の実施の形態を説明する。
【００１２】
本実施の形態では、本発明に係るターボチャージャの軸受装置を、自動車に搭載され、コンプレッサ側とタービン側に同一の軸受緒元の全浮動型軸受を備えるターボチャージャの軸受装置に適用する。本実施の形態に係る軸受装置では、自励振動を抑制するために、各全浮動型軸受に対して油を噴出することによって各全浮動型軸受の回転数を制御する。本実施の形態には、２つの実施形態があり、第１の実施の形態が基本形態であり、第２の実施の形態が基本形態に自励振動抑制用のスペーサを更に設ける形態である。なお、第１の実施の形態と第２の実施の形態とでは、ターボチャージャ１の基本的な構成は共通であり、軸受装置の一部の構成が異なる。
【００１３】
図１及び図２を参照して、本実施の形態に係るターボチャージャ１について説明する。図１は、本実施の形態に係るターボチャージャの正断面図である。図２は、第１の実施の形態に係るターボチャージャの軸受装置の正断面図である。
【００１４】
ターボチャージャ１は、コンプレッサハウジング２とタービンハウジング３とがベアリングハウジング４を介して一体で構成されている。ベアリングハウジング４内には、シャフト５が回転自在に収納されている。コンプレッサハウジング２内には、コンプレッサ６が回転自在に収納され、コンプレッサ６がシャフト５の一端にナット６ａによって取り付けられている。タービンハウジング３内には、タービン７が回転自在に収納され、タービン７がシャフト５の他端に溶接などで取り付けられている。
【００１５】
シャフト５は、コンプレッサ側に配置されるコンプレッサ側全浮動型軸受８及びタービン側に配置されるタービン側全浮動型軸受９によって回転自在に支持されている。各軸受８，９は、ベアリングハウジング４内に形成された収納部４ａの内面との間に僅かな隙間（外径クリアランス）をあけて挿入されている。シャフト５は、各軸受８，９の内周面との間に僅かな隙間（内径クリアランス）をあけて挿入されている。コンプレッサ側全浮動型軸受８とタービン側全浮動型軸受９との間には、スペーサ１０が配置されている。スペーサ１０は、円筒形状であり、２つの軸受８，９の位置決め用のスペーサである。また、シャフト５は、そのコンプレッサ側にスラストカラー１４が取り付けられ、スラスト軸受１５によって軸方向の移動が規制されている。
【００１６】
ベアリングハウジング４内には、メイン油路１１が形成されている。メイン油路１１には、オイル供給源（図示せず）から潤滑用、冷却用の油が送られる。さらに、ベアリングハウジング４内には、メイン油路１１と収納部４ａとの間に２本の供給油路１２，１３が形成されている。供給油路１２はコンプレッサ側全浮動型軸受８付近に油を供給する油路であり、供給油路１３はタービン側全浮動型軸受９付近に油を供給する油路である。各軸受８，９には、その中心部に内面側と外面側とを貫通する複数個の油孔８ａ，９ａがそれぞれ設けられている。スペーサ１０には、その中心部に内面側と外面側とを貫通する複数個の油孔１０ａが設けられている。
【００１７】
メイン油路１１に送られた油は、供給油路１２，１３を介して収納部４ａの各軸受８，９やスペーサ１０の外面側（収納部４ａとの隙間）に供給され、さらに、各油孔８ａ，９ａ，１０ａを通って各軸受８，９やスペーサ１０の内面側（シャフト５との隙間）に供給される。そして、これらの各軸受８，９と収納部４ａとの隙間及び各軸受８，９とシャフト５との隙間にそれぞれ油膜が形成され、軸受８，９に二重の油膜が形成される。これらの油膜によって、シャフト５は各軸受８，９上に浮いた状態で回転する。各軸受８，９は、油膜を介してシャフト５の回転に引きずられ、シャフト５の回転数に対して２０〜３０％の回転数でつれ回る。
【００１８】
ここで、ゾンマーフェルト数Ｓを用いて、ターボチャージャにおける自励振動発生の主要因について説明する。ゾンマーフェルト数Ｓは、油などによって潤滑されているすべり軸受の油膜安定性を扱っており、このすべり軸受とシャフトとの潤滑の状態を評価するための無次元数である。ゾンマーフェルト数Ｓの物理的解釈は、軸受に作用する負荷荷重に対する油の粘性力（支持能力）の比のイメージであり、式（１）で表される。
【００１９】
【数１】
2007100644.tif 000003
【００２０】
ゾンマーフェルト数Ｓは、軸受の内側油膜と外側油膜に対してそれぞれ求められ、また、軸受毎に求められる。内側油膜の場合、式（１）における直径クリアランスは軸受の内径クリアランスであり、軸直径はシャフトの直径であり、回転数はシャフトの回転数＋軸受の回転数である。外側油膜の場合、式（１）における直径クリアランスは軸受の外径クリアランスであり、軸直径は軸受の外径であり、回転数は軸受の回転数である。
【００２１】
ゾンマーフェルト数Ｓが大きい場合には負荷荷重に対する油の支持能力の余裕率が高くなり、シャフトの偏心率が小さくなってシャフトが軸受に接触し難くなる（油膜切れがおき難くなる）。ただし、この場合、自励振動を発生させる要因となる油膜剛性の不安定性も大きくなり、自励振動が発生し易くなる。したがって、基本的には、ゾンマーフェルト数Ｓを小さくすることによって、自励振動の発生を抑えることができる。式（１）から判るように、内側油膜でもあるいは外側油膜でも、軸受の回転数が高いほど、ゾンマーフェルト数Ｓが大きくなり、自励振動が発生し易くなる。このように、自励振動は、軸受の回転数（ひいては、油膜剛性）に影響を受けている。なお、自励振動は、ゾンマーフェルト数Ｓだけで決まるわけでなく、タービン側とコンプレッサ側の各軸受の油膜剛性のアンバランス、軸受の内側と外側との油膜剛性のアンバランス、シャフトのアンバランス量、シャフトの曲げ共振周波数なども要因となっている。
【００２２】
図１〜図３を参照して、第１の実施の形態に係るターボチャージャ１の軸受装置２０について説明する。図３は、本実施の形態に係るターボチャージャの軸受装置の制御系の構成図である。
【００２３】
軸受装置２０は、全浮動型軸受８，９を備えており、シャフト５を回転自在に支持する。特に、軸受装置２０は、シャフト５の自励振動を抑制するために、各軸受８，９の回転数をそれぞれ制御する。軸受装置２０では、各軸受８，９の回転数を制御するために、各軸受８，９に対してそれぞれ油を噴出する。そのために、軸受装置２０は、全浮動型軸受８，９などのシャフト５を回転自在に支持するための機構以外に、接続油路２１、コンプレッサ側軸受アジャスト油路２２、タービン側軸受アジャスト油路２３、開閉弁２４、アクチュエータ２５、エンジン回転数センサ２６、エンジン負荷センサ２７及びＥＣＵ[Electronic Control Unit]２８を備えている。
【００２４】
ベアリングハウジング４内には、メイン油路１１と開閉弁２４との間に接続油路２１が形成されている。接続油路２１は、メイン油路１１の油を開閉弁２４まで導く油路である。また、ベアリングハウジング４内には、開閉弁２４と収納部４ａとの間にコンプレッサ側軸受アジャスト油路２２及びタービン側軸受アジャスト油路２３が形成されている。コンプレッサ側軸受アジャスト油路２２は、コンプレッサ側全浮動型軸受８とスペーサ１０との接触している付近に開口し、コンプレッサ側全浮動型軸受８のタービン側の端面に向けて油を噴出する油路である。タービン側軸受アジャスト油路２３は、タービン側全浮動型軸受９とスペーサ１０との接触している付近に開口し、タービン側全浮動型軸受９のコンプレッサ側の端面に向けて油を噴出する油路である。
【００２５】
開閉弁２４は、ベアリングハウジング４内のメイン油路１１と収納部４ａとの間かつコンプレッサ側全浮動型軸受８とタービン側全浮動型軸受９との間の中央付近に配置される。開閉弁２４は、１つの入口と２つの出口を備えており、入口に接続油路２１が接続され、一方の出口にコンプレッサ側軸受アジャスト油路２２が接続され、他方の出口にタービン側軸受アジャスト油路２３に接続されている。開閉弁２４は、２つの弁部を備えており、第１弁部の開／閉によって接続油路２１とコンプレッサ側軸受アジャスト油路２２とを連通／遮断するとともに、第２弁部の開／閉によって接続油路２１とタービン側軸受アジャスト油路２３とを連通／遮断する。
【００２６】
アクチュエータ２５は、開閉弁２４の２つの弁部をそれぞれ開閉させるアクチュエータである。エンジン回転数センサ２６は、エンジンの回転数を検出するセンサであり、その検出したエンジン回転数をＥＣＵ２８に送信する。エンジン負荷センサ２７は、エンジンの負荷（例えば、スロットル開度）を検出するセンサであり、その検出したエンジン負荷をＥＣＵ２８に送信する。
【００２７】
ＥＣＵ２８は、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[Read OnlyMemory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]などからなり、軸受装置２０の制御部として機能する。ＥＣＵ２８では、各センサ２６，２７からその検出値を取り入れ、その検出値に基づいて軸受回転数制御を行い、アクチュエータの駆動を制御する。
【００２８】
ＥＣＵ２８には、エンジン回転数−エンジン負荷マップと軸受回転数制御マップが保持されている。エンジン回転数−エンジン負荷マップは、車両走行実験によって予め設定されたマップであり、エンジン回転数とエンジン負荷との関係で自励振動が発生し易い領域が設定されている。軸受回転数制御マップは、車両走行実験によって予め設定されたマップであり、エンジン回転数とエンジン負荷との関係で自励振動が発生し易い領域において、自励振動を抑制するためにエンジン回転数とエンジン負荷の各値毎にコンプレッサ側全浮動型軸受８の回転数及びタービン側全浮動型軸受９の回転数をそれぞれ増加するか否かが設定されている。
【００２９】
ＥＣＵ２８では、一定時間毎に、エンジン回転数−エンジン負荷マップを参照し、取り入れたエンジン回転数及びエンジン負荷の関係が自励振動が発生し易い領域に入っているか否かを判定する。自励振動が発生し易い領域に入っている場合、ＥＣＵ２８では、軸受回転数制御マップを参照し、自励振動を抑制するために、その取り入れたエンジン回転数とエンジン負荷の各値においてはコンプレッサ側全浮動型軸受８の回転数のみを増加するのか、タービン側全浮動型軸受９の回転数のみを増加するか、あるいは、コンプレッサ側全浮動型軸受８の回転数及びタービン側全浮動型軸受９の回転数を増加するのかを判定する。
【００３０】
コンプレッサ側全浮動型軸受８の回転数のみを増加すると判定した場合、ＥＣＵ２８では、「開閉弁２４の第１弁部を開」を示す制御信号をアクチュエータ２５に送信する。タービン側全浮動型軸受９の回転数のみを増加すると判定した場合、ＥＣＵ２８では、「開閉弁２４の第２弁部を開」を示す制御信号をアクチュエータ２５に送信する。コンプレッサ側全浮動型軸受８の回転数及びタービン側全浮動型軸受９の回転数を増加すると判定した場合、ＥＣＵ２８では、「開閉弁２４の第１弁部及び第２弁部を開」を示す制御信号をアクチュエータ２５に送信する。
【００３１】
図１〜図３を参照して、軸受装置２０における自励振動を抑制するための動作について説明する。
【００３２】
車両走行開始時、開閉弁２４では、第１弁部及び第２弁部が閉状態となっている。したがって、接続油路２１とコンプレッサ側軸受アジャスト油路２２とが遮断状態かつ接続油路２１とタービン側軸受アジャスト油路２３とが遮断状態となっており、コンプレッサ側全浮動型軸受８とスペーサ１０との間及びタービン側全浮動型軸受９とスペーサ１０との間には油が噴出されない。
【００３３】
車両走行中、メイン油路１１に送られた油は、供給油路１２，１３を介して収納部４ａに供給される。この供給された油は、２つの全浮動型軸受８，９の外周面と収納部４ａの内面との隙間に満たされるとともに、２つの全浮動型軸受８，９の内周面とシャフト５との隙間に満たされる。これによって、２つの全浮動型軸受８，９の外周側の隙間と内周側の隙間にそれぞれ油膜が形成され、シャフト５は２つの全浮動型軸受８，９に浮いた状態で回転し、２つの全浮動型軸受８，９は油膜を介してシャフト５に引きずられて回転する。
【００３４】
エンジン回転数センサ２６では、エンジンの回転数を検出し、その検出値をＥＣＵ２８に送信している。エンジン負荷センサ２７では、エンジンの負荷を検出し、その検出値をＥＣＵ２８に送信している。
【００３５】
ＥＣＵ２８では、各センサ２６，２７から検出信号を受信する。そして、ＥＣＵ２８では、一定時間毎に、エンジン回転数−エンジン負荷マップに基づいて、今回のエンジン回転数とエンジン負荷との関係が自励振動を発生し易い領域に入っているか否かを判定する。自励振動を発生し易い領域に入っていないと判定した場合、ＥＣＵ２８では、開閉弁２４の２つの弁部が閉状態の場合には制御信号をアクチュエータ２５に送信せず、開閉弁２４の少なくとも１つの弁部が開状態の場合には「その弁部を閉」を示す制御信号をアクチュエータ２５に送信する。この制御信号を受信すると、アクチュエータ２５では、その弁部を閉じる。したがって、開閉弁２４では第１弁部及び第２弁部が閉状態となり、上記したように、各全浮動型軸受８，９とスペーサ１０との間には油が噴出されない。
【００３６】
自励振動が発生し易い領域に入っていると判定した場合、ＥＣＵ２８では、軸受回転数制御マップに基づいて、今回のエンジン回転数とエンジン負荷の各値においては全浮動型軸受８，９のいずれの軸受の回転数を増加するかを判定する。
【００３７】
コンプレッサ側全浮動型軸受８の回転数増加と判定した場合、ＥＣＵ２８では、「開閉弁２４の第１弁部を開」を示す制御信号をアクチュエータ２５に送信する。この制御信号を受信すると、アクチュエータ２５では、第１弁部を開く。すると、接続油路２１とコンプレッサ側軸受アジャスト油路２２とが連通状態となり、メイン油路１１に送られている油が、接続油路２１、開閉弁２４、コンプレッサ側軸受アジャスト油路２２を介してコンプレッサ側全浮動型軸受８とスペーサ１０との間に噴出される。この噴出された油によって、コンプレッサ側全浮動型軸受８が、コンプレッサ側に押圧され、スラストカラー１４に押し付けられる。そのため、コンプレッサ側全浮動型軸受８は、シャフト５と共に回転しているスラストカラー１４の回転に引きずられて回転が促進され、回転数が増加する。この際、コンプレッサ側全浮動型軸受８の回転数がタービン側全浮動型軸受９の回転数より相対的に高くなる。このコンプレッサ側全浮動型軸受８の回転数の増加によって、コンプレッサ側の油膜剛性が安定化し、自励振動が抑制される。
【００３８】
タービン側全浮動型軸受９の回転数増加と判定した場合、ＥＣＵ２８では、「開閉弁２４の第２弁部を開」を示す制御信号をアクチュエータ２５に送信する。この制御信号を受信すると、アクチュエータ２５では、第２弁部を開く。すると、接続油路２１とタービン側軸受アジャスト油路２３とが連通状態となり、メイン油路１１に送られている油が、接続油路２１、開閉弁２４、タービン側軸受アジャスト油路２３を介してタービン側全浮動型軸受９とスペーサ１０との間に噴出される。この噴出された油によって、タービン側全浮動型軸受９が、タービン側に押圧され、タービン７の軸受端面７ａに押し付けられる。そのため、タービン側全浮動型軸受９は、シャフト５と共に回転している軸受端面７ａの回転に引きずられて回転が促進され、回転数が増加する。この際、タービン側全浮動型軸受９の回転数がコンプレッサ側全浮動型軸受８の回転数より相対的に高くなる。このタービン側全浮動型軸受９の回転数の増加によって、タービン側の油膜剛性が安定化し、自励振動が抑制される。
【００３９】
両方の全浮動型軸受８，９の回転数増加と判定した場合、ＥＣＵ２８では、「開閉弁２４の第１弁部及び第２弁部を開」を示す制御信号をアクチュエータ２５に送信する。この制御信号を受信すると、アクチュエータ２５では、第１弁部及び第２弁部を開く。すると、接続油路２１とコンプレッサ側軸受アジャスト油路２２及び接続油路２１とタービン側軸受アジャスト油路２３とが連通状態となり、メイン油路１１に送られている油がコンプレッサ側全浮動型軸受８とスペーサ１０との間に噴出されるとともにタービン側全浮動型軸受９とスペーサ１０との間に噴出される。この噴出された各油によって、コンプレッサ側全浮動型軸受８がスラストカラー１４に押し付けられるとともに、タービン側全浮動型軸受９がタービン７の軸受端面７ａに押し付けられる。そのため、コンプレッサ側全浮動型軸受８の回転数が増加するとともに、タービン側全浮動型軸受９の回転数が増加する。この際、コンプレッサ側全浮動型軸受８の回転数及びタービン側全浮動型軸受９の回転数が通常より高くなる。この両方の全浮動型軸受８，９の回転数の増加によって、コンプレッサ側及びタービン側の油膜剛性が安定化し、自励振動が抑制される。
【００４０】
この軸受装置２０によれば、全浮動型軸受８，９の回転数を制御することによって、エンジンの運転状態に応じて動的にシャフト５の自励振動を抑制することができる。軸受装置２０では、各全浮動型軸受８，９に向けて油を噴出という簡単な構成によって、全浮動型軸受８，９の回転数制御が可能である。また、軸受装置２０では、２つの全浮動型軸受８，９を同一の軸受緒元のものを使用することができるので、部品を共通化でき、製造時に誤組み付けなどの問題もない。
【００４１】
図４を参照して、第２の実施の形態に係る軸受装置３０について説明する。図４は、第２の実施の形態に係るターボチャージャの軸受装置の正断面図である。なお、軸受装置３０では、第１の実施の形態に係る軸受装置２０と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４２】
軸受装置３０は、軸受装置２０と比較すると、自励振動を抑制するために、全浮動型軸受８，９の回転数制御を行う以外に、自励振動を抑制するための機構が予め組み込まれている。軸受装置３０では、２つの全浮動型軸受８，９のうちの一方の軸受の回転数を低下させるために、その一方の軸受に対してブレーキ力を作用させる。そのために、軸受装置３０は、軸受装置２０とスペーサ３１の構成が異なる。
【００４３】
ターボチャージャ１、エンジンの仕様や使用条件などによって、２つの全浮動型軸受８，９の各回転数が同じ回転数となるとは限らない。そのため、コンプレッサ側とタービン側との油膜剛性などがアンバランスとなり、自励振動を発生する場合がある。このような要因で自励振動が発生する可能性があることが、ターボチャージャ１やエンジンの仕様などから予め判っている場合、２つの全浮動型軸受８，９の各回転数が同じ回転数になるような機構を予め組み込むことが可能である。そこで、軸受装置３０では、その回転数のアンバランスを解消するために、回転数が高くなると予測される軸受の回転数を下げるための機構としてスペーサ３１の形状に特徴を持たせている。
【００４４】
スペーサ３１は、円筒形状であり、その中心部に内面側と外面側とを貫通する複数個の油孔３１ａが設けられている。スペーサ３１の全浮動型軸受８，９と当接する両端面のうち、回転数を下げたい軸受側の端面は全幅にわたって平面で形成され、他方の軸受側の端面は内面側と外面側にそれぞれテーパ部３１ｂ，３１ｃが形成されている。したがって、スペーサ３１の回転数を下げたい軸受側の端面はその断面形状が長方形状であり、スペーサ３１の他方の端面はその断面形状が等脚台形状である。図４に示す例の場合、タービン側全浮動型軸受９の回転数を下げるために、スペーサ３１のコンプレッサ側の端面にテーパ部３１ｂ，３１ｃが形成されている。
【００４５】
図４を参照して、軸受装置３０におけるスペーサ３１の作用について説明する。ここでは、図４に示すスペーサ３１のコンプレッサ側の端面にテーパ部３１ｂ，３１ｃを設けた場合について説明する。この場合、スペーサ３１の作用が働かなければ、タービン側全浮動型軸受９の回転数がコンプレッサ側全浮動型軸受８の回転数より高くなる。
【００４６】
メイン油路１１からの油が、供給油路１２を介してコンプレッサ側全浮動型軸受８の外周面側に供給されると、油孔８ａを通って内周面側に流れるとともに、コンプレッサ側全浮動型軸受８の外周面側の隙間においてタービン側及びコンプレッサ側に向かってそれぞれ流れる。また、内周面側に流れた油も、コンプレッサ側全浮動型軸受８の内周面側の隙間においてタービン側及びコンプレッサ側に向かってそれぞれ流れる。このコンプレッサ側に向かって流れる油は、外周面側ではテーパ部３１ｃの斜面に当たり、内周面側ではテーパ部３１ｂの斜面に当たる。
【００４７】
このテーパ部３１ｂ，３１ｃで受けた油の流圧によって、スペーサ３１は、タービン側に押圧され、タービン側全浮動型軸受９に押し付けられる。これによって、スペーサ３１とタービン側全浮動型軸受９との間の摩擦力が大きくなり、回転していないスペーサ３１がタービン側全浮動型軸受９のブレーキ力として作用する。その結果、タービン側全浮動型軸受９は、その回転が抑制され、回転数が低下する。このタービン側全浮動型軸受９の回転数の低下によって、コンプレッサ側全浮動型軸受８の回転数とタービン側全浮動型軸受９の回転数とが同様の回転数となり、コンプレッサ側とタービン側との油膜剛性のバランスが取れ、自励振動が抑制される。
【００４８】
この軸受装置３０によれば、第１の実施の形態に係る軸受装置２０の効果を有する上に、２つの全浮動型軸受８，９の回転数のバランスを取ることによって、ターボチャージャ１の仕様などによって予め発生が予測できる自励振動を抑制することができる。この軸受装置３０では、スペーサ３１にテーパ部３１ｂ，３１ｃを設けるという簡単な構成によって、一方の軸受の回転数を強制的に低下させて回転数のバランスを取ることができる。
【００４９】
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
【００５０】
例えば、本実施の形態では自動車に搭載され、同一の軸受緒元のコンプレッサ側全浮動型軸受とタービン側全浮動型軸受を備えるターボチャージャに適用したが、自動車以外のターボチャージャにも適用可能であり、また、異なる軸受緒元のコンプレッサ側全浮動型軸受とタービン側全浮動型軸受を備えるターボチャージャにも適用可能である。
【００５１】
また、本実施の形態では各軸受とスペーサとの間に油を噴出することにより各軸受の回転数を制御する構成としたが、他の手法によって各軸受の回転数を制御する構成としてもよい。例えば、２分割された分割スペーサを各軸受方向にそれぞれ移動可能とし、アクチュエータによって分割スペーサを軸受の方向に移動させ、分割スペーサで軸受を押圧することによって各軸受の回転数を制御する構成とする。
【００５２】
また、本実施の形態ではコンプレッサ側軸受アジャスト油路及びタービン側軸受アジャスト油路を開閉する開閉弁を１つ設ける構成としたが、コンプレッサ側軸受アジャスト油路とタービン側軸受アジャスト油路にそれぞれ開閉弁を設ける構成としてもよい。
【００５３】
また、本実施の形態では開閉弁によってコンプレッサ側軸受アジャスト油路とタービン側軸受アジャスト油路を開／閉し、コンプレッサ側全浮動型軸受とタービン側全浮動型軸受の各回転数をアップするか否かの構成としたが、コンプレッサ側軸受アジャスト油路とタービン側軸受アジャスト油路の各開度を段階的に調整し、コンプレッサ側全浮動型軸受とタービン側全浮動型軸受の各回転数を段階的に制御する構成としてもよいし、あるいは、通常、各軸受アジャスト油路を開き、制御時にコンプレッサ側全浮動型軸受とタービン側全浮動型軸受の各回転数をダウンするか否かの構成としてもよい。
【００５４】
また、本実施の形態ではエンジン回転数とエンジン負荷に基づいて各軸受の回転数を制御する構成としたが、エンジントルクなどの他のエンジンの運転条件に基づいて制御を行ってもよいし、コンプレッサ回転数、タービン回転数、過給圧などのターボチャージャの運転条件に基づいて制御を行ってもよいし、あるいは、エンジンの運転条件及びターボチャージャの運転条件に基づいて制御を行ってもよい。
【００５５】
また、第２の実施の形態では各軸受の回転数を制御可能なターボチャージャにテーパ部を備えるスペーサを設ける構成としたが、各軸受の回転数を制御できないターボチャージャにこのスペーサを設けた場合でも一方の軸受の回転数を低下させることによって自励振動を抑制する効果がある。この場合、コンプレッサ側全浮動型軸受とスラストカラーとの間にその軸受のコンプレッサ側への移動を防止するストッパやタービン側全浮動型軸受とタービンの軸受端面との間にその軸受のタービン側への移動を防止するストッパを設けると、スペーサによるブレーキ力がより効果的に作用する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本実施の形態に係るターボチャージャの正断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係るターボチャージャの軸受装置の正断面図である。
【図３】本実施の形態に係るターボチャージャの軸受装置の制御系の構成図である。
【図４】第２の実施の形態に係るターボチャージャの軸受装置の正断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…ターボチャージャ、２…コンプレッサハウジング、３…タービンハウジング、４…ベアリングハウジング、４ａ…収納部、５…シャフト、６…コンプレッサ、６ａ…ナット、７…タービン、７ａ…軸受端面、８…コンプレッサ側全浮動型軸受、８ａ…油孔、９…タービン側全浮動型軸受、９ａ…油孔、１０…スペーサ、１０ａ…油孔、１１…メイン油路、１２，１３…供給油路、１４…スラストカラー、１５…スラスト軸受、２０…軸受装置、２１…接続油路、２２…コンプレッサ側軸受アジャスト油路、２３…タービン側軸受アジャスト油路、２４…開閉弁、２５…アクチュエータ、２６…エンジン回転数センサ、２７…エンジン負荷センサ、２８…ＥＣＵ、３０…軸受装置、３１…スペーサ、３１ａ…油孔、３１ｂ，３１ｃ…テーパ部
【図１】
2007100644.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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