(57)【要約】【課題】タービンシャフトを浮動ブッシュ軸受にて支持する構造のターボチャージャにおいてホワール音を抑制する。【解決手段】タービン側の浮動ブッシュ軸受７とコンプレッサ側の浮動ブッシュ軸受８に互いに異なる圧力のオイルを個別に供給するためのオイル供給経路（オイル通路１１及びオイル供給孔１３とオイル通路１２及びオイル供給孔１４）を設け、コンプレッサ側の浮動ブッシュ軸受８に供給するオイルの圧力をタービン側の浮動ブッシュ軸受７よりも高い圧力とし、コンプレッサ側の浮動ブッシュ軸受８の油膜のばね定数を大きくする。このようにして浮動ブッシュ軸受７，８の油膜のばね定数を調整することで、タービンシャフト３のコンプレッサ側の振れ量が低減するので、円筒モードの自励振動によるホワール音が発生しにくくなる。【選択図】図１
2007127063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンと、コンプレッサと、これらタービンとコンプレッサとを連結するタービンシャフトと、前記タービンシャフトの前記タービン側とコンプレッサ側をそれぞれ支持する２つの浮動ブッシュ軸受を備えたターボチャージャにおいて、前記タービン側の浮動ブッシュ軸受とコンプレッサ側の浮動ブッシュ軸受に互いに異なる圧力のオイルを個別に供給するためのオイル供給経路が形成されていることを特徴とするターボチャージャ。
【請求項２】
前記コンプレッサ側の浮動ブッシュ軸受に供給されるオイルの圧力を、前記タービン側の浮動ブッシュ軸受に供給されるオイルの圧力よりも高くすることを特徴とする請求項１記載のターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等に搭載される内燃機関のターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関の吸気を過給するターボチャージャとして、排気通路に配置されたタービン（タービンホイール）と、吸気通路に配置されたコンプレッサ（コンプレッサインペラ）と、これらタービンとコンプレッサとを連結するタービンシャフトとを備え、排気通路に配置のタービンが排気のエネルギによって回転し、これに伴って吸気通路に配置のコンプレッサが回転する構造のものが一般に知られている。
【０００３】
ターボチャージャのタービンシャフトを支持する軸受として、例えばフルフロート式またはセミフロート式の浮動ブッシュ軸受が用いられている（例えば、特許文献１参照）。浮動ブッシュ軸受を用いたターボチャージャの一例を図３に示す。
【０００４】
図３に示すターボチャージャにおいて、タービン１０１とコンプレッサ１０２とはそれぞれタービンハウジング１０４とコンプレッサハウジング１０５とに収容されている。これらタービン１０１とコンプレッサ１０２とを連結するタービンシャフト１０３は、センターハウジング１０６内に配置された２つの浮動ブッシュ軸受１０７，１０８によって支持されている。センターハウジング１０６には、各浮動ブッシュ軸受１０７，１０８に連通するオイル供給孔１１１，１１２が形成されており、このオイル供給孔１１１，１１２に１系統の主オイル通路１１０を通じて潤滑用のオイルを供給することにより、各浮動ブッシュ軸受１０７，１０８にオイルを供給することができる。
【０００５】
そして、この例のターボチャージャにおいては、図４に示すように、各浮動ブッシュ軸受１０７，１０８の外周面とセンターハウジング１０６との間にそれぞれ外径クリアランスＣ１が設けられている。また、各浮動ブッシュ軸受１０７，１０８の内周面とタービンシャフト１０３との間にそれぞれ内径クリアランスＣ２が設けられており、これらクリアランスＣ１，Ｃ２に上記したオイル供給孔１１１，１１２からオイルを所定の圧力で供給することにより、浮動ブッシュ軸受１０７，１０８の外周側と内周側に油膜が形成され、これによってタービンシャフト１０３は浮いた状態で回転する。
【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】
【０００６】
ところで、ターボチャージャから発生する振動としては、タービンシャフトのアンバランスに起因する回転１次振動がある。回転１次振動は、タービンシャフトの回転数と等しい周波数の振動である。また、タービンシャフトを浮動ブッシュ軸受にて支持する構造のターボチャージャでは、浮動ブッシュ軸受の外周側と内周側の油膜によってばね系が形成され、その油膜のばね定数とタービンシャフトの質量の作用により自励振動が発生する。このようなタービンシャフトの自励振動には、比較的低回転で発生する円錐モードと、比較的高回転で発生する円筒モードがある。これら円錐モードと円筒モードについて以下に説明する。
【０００７】
まず、タービンシャフトの回転数が比較的低い領域では、円錐モードの自励振動が発生する。円錐モードは、図５（ａ）のイメージ図に示すように、タービンシャフトの両端部の振れが大きくてシャフト中央部の触れが小さい振動モード（逆相で振れるモード）であって、この円錐モードの自励振動において発生する振動レベルは小さい。なお、この円錐モード及び円筒モードで発生する振動の周波数は、その各モードでの自励振動が発生する回転数に関係なくほぼ一定であり、一般に円錐モードにおける自励振動の周波数の方が円筒モードでの自励振動の周波数よりも小さい。
【０００８】
次に、タービンシャフトの回転数が上昇すると、ある回転数域において円筒モードの自励振動が発生する。円筒モードは、図５（ｂ）のイメージ図に示すように、タービンシャフトの全体が大きく振れるモード（同相で振れるモード）であって、この円筒モードの自励振動において発生する振動（ホワール振動）のレベルは大きい。また、円筒モードの自励振動においては、通常、タービンの質量がコンプレッサの質量よりも大きいため、タービンシャフトのコンプレッサ側の振れ量が大きくなる。そして、このような円筒モードでの自励振動が発生すると、その大きな振動がターボチャージャ本体や排気系の触媒・排気管などに伝達・放射され、ホワール音が発生するという問題がある。特に、静粛性が求められる自動車に搭載されるターボチャージャにおいては、ホワール音（騒音）が発生すると運転者に不快感を与えるという問題がある。
【０００９】
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、タービンシャフトを浮動ブッシュ軸受にて支持する構造のターボチャージャにおいて、ホワール音を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、タービンと、コンプレッサと、これらタービンとコンプレッサとを連結するタービンシャフトと、前記タービンシャフトの前記タービン側とコンプレッサ側をそれぞれ支持する２つの浮動ブッシュ軸受を備えたターボチャージャにおいて、前記タービン側の浮動ブッシュ軸受とコンプレッサ側の浮動ブッシュ軸受に互いに異なる圧力のオイルを個別に供給するためのオイル供給経路が形成されていることを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、タービン側の浮動ブッシュ軸受とコンプレッサ側の浮動ブッシュ軸受に圧力の異なるオイルを個別に供給するためのオイル供給経路を形成しているので、例えば、コンプレッサ側の浮動ブッシュ軸受に供給するオイルの圧力をタービン側の浮動ブッシュ軸受よりも高くすることができる。このように、コンプレッサ側の浮動ブッシュ軸受の油圧を高くすることにより、ホワール振動を軽減することができる。その理由を以下に述べる。
【００１２】
まず、ターボチャージャで発生する自励振動の周波数及び振動レベルは、タービン側の浮動ブッシュ軸受とコンプレッサ側の浮動ブッシュ軸受の諸元（例えば外径クリアランス・内径クリアランス等）に基づく油膜のばね定数によって決まるが、油膜のばね定数は、浮動ブッシュ軸受に供給されるオイルの粘度・油圧等によって変化する。この点を利用して、浮動ブッシュ軸受に供給するオイルの圧力を高くして油膜のばね定数を大きくすることによりタービンシャフトの振れ量を軽減でき、円筒モードでの自励振動の発生を抑制することが可能となる。ただし、タービンとコンプレッサとの質量差などによってタービンシャフトのタービン側とコンプレッサ側とでは作用する力が異なり、図５（ｂ）に示すように、円筒モードの自励振動では、通常タービンシャフトのコンプレッサ側の触れ量が大きくなるので、図３に示すような１系統のオイル供給構造において、タービン側とコンプレッサ側の２つの浮動ブッシュ軸受の油圧を同時に高くしても、タービンシャフトのタービン側とコンプレッサ側の触れ量のアンバランスを解消することができず、タービンシャフトの全体の振れ量を効果的に低減することは困難である。
【００１３】
このような点を考慮し、本発明では、円筒モードの自励振動において、タービンシャフトの触れ量が大きくなる側、つまり、コンプレッサ側の浮動ブッシュ軸受に供給するオイルの圧力をタービン側の浮動ブッシュ軸受よりも高い圧力として、コンプレッサ側の浮動ブッシュ軸受の油膜のばね定数を大きくすることにより、タービンシャフトのコンプレッサ側の振れ量を低減する。そして、このようにしてタービンシャフトのコンプレッサ側の振れ量を低減することにより、タービンシャフトのコンプレッサ側とタービン側との触れ量のアンバランスを解消しつつ、タービンシャフトの全体の触れ量を低減することができる。これによって円錐モードの自励振動の回転数領域が高回転域にまで至るようになり、円筒モードでの自励振動が発生しにくくなる。その結果として、ホワール振動を軽減することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、タービンとコンプレッサとを連結するタービンシャフトと、このタービンシャフトのタービン側とコンプレッサ側をそれぞれ支持する２つの浮動ブッシュ軸受を備えたターボチャージャにおいて、円筒モードでの自励振動によって発生するホワール振動を軽減することができ、自動車等においてターボホワール音の発生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】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は本発明のターボチャージャの一例を示す縦断面図及びオイル供給系の系統図を併記して示す図である。
【００１７】
この例のターボチャージャは、自動車等の内燃機関の吸気を過給するのに用いられる過給機であって、タービン１、コンプレッサ２、タービンシャフト３、タービンハウジング４、コンプレッサハウジング５、及び、センターハウジング６などを備えている。
【００１８】
タービン１はタービンハウジング４内に収容されている。コンプレッサ２はコンプレッサハウジング５内に収容されており、これらタービン１とコンプレッサ２とがタービンシャフト３によって連結されている。タービン１はタービンシャフト３の一端に溶接等により固着されている。また、コンプレッサ２はタービンシャフト３の他端にナット１０にて固定されている。
【００１９】
タービンシャフト３は、センターハウジング６内に配置された２つの浮動ブッシュ軸受７，８によって支持されている。これらタービン側の浮動ブッシュ軸受７とコンプレッサ側の浮動ブッシュ軸受８との間に中間スリーブ９が配設されている。各浮動ブッシュ軸受７，８には、それぞれ、複数の貫通孔（給油孔）７ａ，８ａが周方向に沿って設けられている。なお、この例では、タービン側の浮動ブッシュ軸受７とコンプレッサ側の浮動ブッシュ軸受８とは軸受諸元が同じものが使用されている。また、各浮動ブッシュ軸受７，８はフルフロート式軸受であって、図２に示すように、各浮動ブッシュ軸受７，８の外周面とセンターハウジング６との間にそれぞれ外径クリアランスＣ１が設けられており、さらに、各浮動ブッシュ軸受７，８の内周面とタービンシャフト３との間にそれぞれ内径クリアランスＣ２が設けられている。
【００２０】
浮動ブッシュ軸受７，８を収容するセンターハウジング６には、各浮動ブッシュ軸受７，８へのオイル供給経路として、オイル通路１１及びオイル供給孔１３と、オイル通路１２及びオイル供給孔１４とが個別に形成されている。これらのうち、一方のオイル通路１１及びオイル供給孔１３はタービン側の浮動ブッシュ軸受７の外径クリアランスＣ１に連通しており、他方のオイル通路１２及びオイル供給孔１４はコンプレッサ側の浮動ブッシュ軸受８の外径クリアランスＣ１に連通している（図２）。従って、各オイル通路１１，１２にオイルを供給することにより、各オイル供給孔１３，１４から各浮動ブッシュ軸受７，８の外径クリアランスＣ１にオイルが個別に供給されるとともに、各浮動ブッシュ軸受７，８の貫通孔７ａ，８ａを通じて内径クリアランスＣ２にオイルが供給され、各浮動ブッシュ軸受７，８の外周側と内周側に油膜が形成される。
【００２１】
以上のように、この例では、タービン側の浮動ブッシュ軸受７にオイルを供給するためのオイル通路１１及びオイル供給孔１３と、コンプレッサ側の浮動ブッシュ軸受８にオイルを供給するためのオイル通路１２及びオイル供給孔１４とを個別に形成しているので、タービン側の浮動ブッシュ軸受７とコンプレッサ側の浮動ブッシュ軸受８に互いに異なる圧力のオイルを個別に供給することが可能であり、後述するように、コンプレッサ側の浮動ブッシュ軸受８の油圧を、タービン側の浮動ブッシュ軸受７の油圧よりも高くすることができる。
【００２２】
次に、ターボチャージャにオイルを供給するオイル供給系について説明する。
【００２３】
まず、図１に示すように、内燃機関２１の下側には、潤滑用のオイルを貯留するオイルパン２２が設けられている。オイルパン２２に貯留されたオイルは、内燃機関２１の運転時に、異物を除去するオイルストレーナ２４を介してオイルポンプ２３によって汲み上げられ、さらにオイルフィルタ２５で浄化された後に、オイル通路２６を介して内燃機関２１のピストン、カムシャフト、クランクシャフト、コネクティングロッド等に供給され、各部の潤滑・冷却等に使用される。このようにして供給されたオイルは、内燃機関２１の各部の潤滑・冷却等のために使用された後、戻り通路２７を介してオイルパン２２に戻され、再びオイルポンプによって汲み上げられるまでオイルパン２２内に貯留される。
【００２４】
そして、この例では、以上の内燃機関２１を循環するオイルを利用して、コンプレッサ側の浮動ブッシュ軸受８に供給するオイルの圧力を、タービン側の浮動ブッシュ軸受７に供給するオイルの圧力よりも高くしている。
【００２５】
具体的には、オイルポンプ２３の吐出側のオイル通路２６から分岐したオイル供給管１６をセンターハウジング６のコンプレッサ側のオイル通路１２に接続して、オイルポンプ２３から吐出した油圧の高いオイル（例えば４００〜４５０ｋＰａ程度）をオイル供給孔１４を通じてコンプレッサ側の浮動ブッシュ軸受８に供給するオイル供給系を構成している。さらに、内燃機関２１の戻り通路２７から分岐したオイル供給管１５をセンターハウジング６のタービン側のオイル通路１１に接続して、内燃機関２１の各部を通過した油圧の低いオイル（例えば１００〜２００ｋＰａ程度）をオイル供給孔１３を通じてタービン側の浮動ブッシュ軸受７に供給するオイル供給系を構成することによって、コンプレッサ側の浮動ブッシュ軸受８に供給するオイルの圧力を、タービン側の浮動ブッシュ軸受７に供給するオイルの圧力よりも高くしている。
【００２６】
このようにして、コンプレッサ側の浮動ブッシュ軸受８に供給するオイルの圧力をタービン側の浮動ブッシュ軸受７よりも高い圧力とし、コンプレッサ側の浮動ブッシュ軸受８の油膜のばね定数を大きくすることにより、タービンシャフト３のコンプレッサ側の触れ量を低減しつつ、タービンシャフト３の全体の触れ量を低減することができる。これによってタービンシャフト３の自励振動において円錐モードの回転数領域が高回転域にまで至るようになり、円筒モードでの自励振動が発生しにくくなる結果、ホワール振動を軽減することができる。
【００２７】
また、この例では、タービン側の浮動ブッシュ軸受７に供給するオイルの圧力を低くしているので、タービン側の浮動ブッシュ軸受７から排気側へのオイル洩れ、及び、その排気側へのオイル洩れによる白煙発生を防止することができるという効果も達成することができる。
【００２８】
ここで、タービンシャフト３の自励振動において、円筒モードの発生をより効果的に抑制する方法として、例えば、タービンシャフト３の回転数、タービンシャフト３を支持する２つの浮動ブッシュ軸受７，８の各軸受諸元（外径クリアランスＣ１、内径クリアランスＣ２等）、及び、オイルの粘度などをパラメータとして、タービンシャフト３の回転数が高回転となる領域まで円筒モードの自励振動が発生しないような最適条件（コンプレッサ側のばね定数とタービン側のばね定数）を、実験やシミュレーション計算等によって見出し、その条件を基に、コンプレッサ側の浮動ブッシュ軸受８に供給するオイルの圧力とタービン側の浮動ブッシュ軸受７に供給するオイルの圧力とを圧力調整弁等によって調整するという方法を挙げることができる。
【００２９】
なお、以上の例では、タービン１の質量がコンプレッサ２の質量よりも大きくて、円筒モードの自励振動において、タービンシャフト３のコンプレッサ側の振れ量が大きい場合について説明したが、タービン１とコンプレッサ２との質量の関係等により、円筒モードの自励振動において、タービンシャフト３のタービン側の触れ量が大きくなる場合には、タービン側の浮動ブッシュ軸受７に供給する圧力を、コンプレッサ側の浮動ブッシュ軸受８に供給する圧力よりも高くなるように調整してもよい。
【００３０】
また、以上の例では、フルフロート式の浮動ブッシュ軸受７，８を備えたターボチャージャに本発明を適用した例を示したが、セミフロート式の浮動ブッシュ軸受を備えたターボチャージャにも本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のターボチャージャの一例を示す縦断面図及びオイル供給系の系統図を併記して示す図である。
【図２】図１のターボチャージャのタービンシャフトと浮動ブッシュ軸受を抽出して示す縦断面図である。
【図３】従来のターボチャージャの一例を示す縦断面図である。
【図４】図３のターボチャージャのタービンシャフトと浮動ブッシュ軸受を抽出して示す縦断面図である。
【図５】自励振動の円錐モード及び円筒モードのイメージ図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  タービン
２  コンプレッサ
３  タービンシャフト
４  タービンハウジング
５  コンプレッサハウジング
６  センターハウジング
７  浮動ブッシュ軸受（タービン側）
８  浮動ブッシュ軸受（コンプレッサ側）
７ａ，８ａ  貫通孔（給油孔）
１１，１２  オイル通路（オイル供給経路）
１３，１４  オイル供給孔（オイル供給経路）
１５，１６  オイル供給管
２１  内燃機関
２２  オイルパン
２３  オイルポンプ
２６  オイル通路
２７  戻り通路
【図１】
2007127063.tif 000003
【図２】
2007127063.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007127063.tif 000006
【図５】
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