(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受ケースボアと、軸受ケースボア内へ実質上ボアの中心に延びる位置決めピンを挿入する開口を有するボスとを含んだセンタ・ハウジングと、
軸受ケースボア内に入れられ、両端部にスラスト面を有し、両端部に最も近い軸受の部分にジャーナル軸受表面を有する単一部材からなる軸受であって、前記軸受は、コンプレッサ・ホイールとタービン・ホイールの間に延びる軸を受けるための内部ボアをさらに有し、その内部ボアが、スラスト面間に延びる複数の軸方向の溝を有し、前記軸受は、両端部の間に、位置決めピンと係合して軸受ケースボア内の軸受の回転を阻止する第１の開口を有し、前記軸受は、軸受ケースボア内で対称的に自由に揺動し、前記軸受は、実質上中心に配置されかつセンタ・ハウジングの軸受ケースボアへ入る潤滑油のチャネルと連絡する第２の開口をさらに有する軸受と、
コンプレッサ・ホイールとタービン・ホイールのそれぞれのハブの端部表面上にあり、軸受のスラスト面と係合するスラスト・ランナーと
を備えるターボチャージャ用一体型軸受システム。
【請求項２】
各スラスト面が、内部ボアから延びる複数の放射状の溝を形成させており、前記溝の少なくとも１つが内部ボアの前記軸方向の溝の１つと一直線にされた請求項１に記載のターボチャージャ用一体型軸受システム。
【請求項３】
スラスト面が、軸方向の溝から放射状の溝まで内部ボアを取り囲むリリーフを備えた請求項２に記載のターボチャージャ用一体型軸受システム。
【請求項４】
スラスト面の輪郭が、放射状の各溝に隣接する下方平坦部から次の放射状の溝に隣接している上方ランドへ傾斜部で連結されている円周形状である請求項２に記載のターボチャージャ用一体型軸受システム。
【請求項５】
軸が、軸受内の潤滑材の流れを促進させるために直径が減少した中心部分を含む請求項１に記載のターボチャージャ用一体型軸受システム。
【請求項６】
軸受の外径が、ジャーナル表面部分と、第１および第２の開口を含む中心ボス部分との間にリリーフを備えている請求項１に記載のターボチャージャ用一体型軸受システム。
【請求項７】
コンプレッサ・ホイールが、軸受上のスラスト面の１つに係合するスラスト面を有する一体型ハブを組み込んだ請求項１に記載のターボチャージャ用一体型軸受システム。
【請求項８】
コンプレッサ・ホイールの一体型ハブがピストンリング溝をさらに含み、軸受システムが、ピストンリング溝内に取り付けられるピストンリングをさらに含んでセンタ・ハウジングに密な状態で係合する請求項７に記載のターボチャージャ用一体型軸受システム。
【請求項９】
ハブ・スラスト面上に陽極処理された被覆をさらに含む請求項７に記載のターボチャージャ用一体型軸受システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、１９９７年８月６日出願のＩｎｔｅｇｒａｌ  Ｂｅａｒｉｎｇ  Ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ（一体型軸受ターボチャージャ）という名称の、仮出願第６０／０５４９０６号の出願日の特典を請求する。
【０００２】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は一般に、ターボチャージャ用の軸受に関する。より詳細には、本発明は、軸受ハウジングの中心にピン止めした単一ユニットに組み込まれタービンおよびコンプレッサのホイール・スラスト面と組み合わせて一体型のスラスト面およびジャーナル表面の潤滑溝を有する、ジャーナル軸受およびスラスト軸受を備えた一体型軸受システムを提供する。
【０００３】
（関連技術の説明）
排ガスで駆動されるターボチャージャは、タービン・ホイールおよびコンプレッサ・ホイールを支える回転軸を含み、この回転軸は、油潤滑式軸受によってセンタ・ハウジング内に回転可能に支持されている。タービン・ホイールは、排ガスにより、しばしば１００，０００ＲＰＭを超える高い回転速度で駆動され、コンプレッサ・ホイールを駆動して、内燃機関で使用する昇圧された給気を供給する。軸およびホイールの軸方向の運動には、軸受システムと、軸受けシステムのジャーナル動作によって吸収され減衰されるロータ群の回転ダイナミクスによって抵抗しなければならない。
【０００４】
従来技術のシステムは、一般に中心スペーサによって別々に拘束されまたは分離された、１対のジャーナル軸受を使用し、これによって所望の回転ダイナミクスを実現する。スラスト負荷は、従来のスラスト座金またはスラストカラーと、エンドプレートまたはフランジ設計によって吸収され、これらのうちの１つの要素はジャーナル軸受の１つと一体化することができる。
【０００５】
したがって、単純化のために最小限の数の部品を使用する軸受システムを提供することが望ましい。また、正常性およびバランス合わせの容易さを向上させるため、軸受システム内の突き合わせ表面の数を減少させることが望ましい。軸受は、十分な減衰を行いながら、軸運動に適応する角度のフレキシビリティを維持することがさらに望ましい。軸受は、スラスト面およびジャーナル表面の、一体的圧力給送潤滑能力を含むことがさらに望ましい。
【０００６】
（発明の概要）
本発明を使用するターボチャージャ用の一体型軸受システムは、軸受ケースボアと、軸受ケースボアと、軸受ケースボア内にこのボアのほぼ中心に延びる位置決めピンを受ける開口を備えたボスとを含むセンタ・ハウジングを組み込んでいる。１部品からなる軸受は、軸受ケースボア内で受けられ、両端部にはスラスト面を、その端部に最も近い軸受の部分にはジャーナル軸受表面を有している。軸受は、コンプレッサ・ホイールとタービン・ホイールの間に延びる軸を受けるための内部ボアをさらに含み、この内部ボアは、スラスト面間に延びる複数の軸溝を有している。軸受は、端部と他端部との間に第１の開口を有する。この開口に位置決めピンが嵌まって、軸受ケースボア内での軸受の回転が阻止される。この配置により、軸受は、軸受ケースボア内で対称的に自由に揺動する。軸受は、センタ・ハウジングの実質上中心に位置する第２の開口をさらに有し、センタ・ハウジングの軸受ケースボアに延びる潤滑油チャネルに連絡している。コンプレッサ・ホイールとタービン・ホイールの、それぞれのハブの端部の表面にあるスラスト・ランナーは、軸受のスラスト面と係合する。
【０００７】
本発明の詳細および特徴は、詳細な説明および図面に関してより明らかに理解されるであろう。
【０００８】
（発明の詳細な説明）
図面を参照すると、本発明を組み込むターボチャージャが図１ａに示されている。タービン・ハウジング１、センタ・ハウジング２、およびコンプレッサ・ハウジング３が、ターボチャージャのケースを形成している。タービン・ホイールおよび軸アセンブリ４はコンプレッサ・ホイール５に取り付けられ、軸は、センタ・ハウジング内に支えられた軸受６に回転可能に支持されている。タービン・ホイールとコンプレッサ・ホイール・ハブのピストンリング・シール７は、センタ・ハウジングからタービンまたはコンプレッサ・ハウジングに潤滑油が漏れるのを防止する。コンプレッション・リング８は、センタ・ハウジングに対するコンプレッサ・ハウジングの密封取付けを強化する。シュラウド１０は、タービン・ハウジングとセンタ・ハウジングの間で係合し、熱の障壁としてタービン・ホイールの後ろに延びている。座金クランプ１２の内部を延びるボルト１１は、タービン・ハウジングをセンタ・ハウジングに固定し、ボルト１３および座金クランプ１４は、コンプレッサ・ハウジングをセンタ・ハウジングに固定する。
【０００９】
軸受６は、ボス２２の開口２０内部に挿入されたピン１８によって、センタ・ハウジングの軸受ケースボア１６内での回転が抑止される。軸受は、中心に配置されたピンのため端から端まで運動が対称的に自由な状態で半浮動しており、それによって、軸受外径と軸受ケースボアの間の隙間の油膜ダンパの有効性が最適になる。軸受用の潤滑は、入口２４を通して供給される。軸受の内部を延びる軸は、軸と軸受の間での油の流れを促進する逃げ部分（リリーフ）２６を含む。
【００１０】
軸受の詳細な断面を、図２に示す。スラスト面２８および３０は、軸受の両端に配置される。単体軸受構造によれば、部品数が最小限になり、軸受の揺動動作中にスラスト面の平行度が必ず最大になる。開口３２の中心位置で位置決めピンを受け取り、このため軸受端部の均一な減衰動作が可能になる。
【００１１】
軸受のボア３４は、スラスト面と組込み端部部分３６との間に延び、これらは、軸のリリーフ部なしの軸受支持のため、表面仕上げが向上されていることを特徴とする。軸方向の溝３８は、潤滑材を流すためにボア表面に沿って長手方向に延びている。軸方向の溝は、軽負荷がかけられた軸受条件で直面するオイルの濁流の低減によって、サブシンクロナス軸運動に対する抵抗を高め、回転ダイナミクスをさらに向上させる。開示されている実施形態に示す軸受は、圧力供給型の潤滑システムを使用する。
【００１２】
図３ａから図３ｄに最も良く示される、目下の製造実施形態のための軸受のスラスト面は、複数の放射状の溝４０を形成させており、これらは汚染管理を強化しながらスラスト能力を向上させる。図面に示す実施形態の場合、４５°の間隔の８本の溝（図３ｂ）は、図３ｃに最も良く見られるように、軸受ボアの軸方向の溝と一直線になった４本の溝とともに使用される。この実施形態で使用するＶ字形の溝の詳細を、図３ｄに示す。この溝は、深さが０．１５ｍｍから０．２５ｍｍの間にある９０°のＶ字形である。頂点に半径が与えられている。各スラスト面の内周上にあるリリーフ４２によって、油の送出および分配がさらに向上する。図４に示す軸受端部の断面図は、ピン開口３２および潤滑開口４４を示している。
【００１３】
図５は、軸受の両方のスラスト面に関する輪郭を、図３ｂの線５−５に沿った断面として示す。スラスト面に関し、コンプレッサ・ホイールとタービン・ホイールの回転の相対的な方向において、放射状の溝の後に下方平坦部４６が続き、これが傾斜部４８に移行して、上方ランド５０で終了する。図面に示す目下の製造実施形態の場合、下方平坦部と上方ランドの間へ０．０２５ｍｍから０．０５１ｍｍ上昇した約１．５５ｍｍの傾斜部の長さを使用する。
【００１４】
軸受の一スラスト面は、図１ａおよび図１ｂに示すタービン・ホイールのハブのスラスト・ランナーに係合する。記述した軸受と組み合わせて使用するコンプレッサ・ホイールを図６に詳細に示す。ホイール５は、ハブ５６に一体化されたシーたボスとルリング溝５２およびスラスト面５４を含む。スラスト面をホイール・ハブに直接組み込むことによって、突き合わせ表面の数が減少し、正常性およびバランス合わせの容易さが向上するとともに、スラスト面からの熱伝達が改善される。示めされる実施形態の場合、コンプレッサ・ホイールに硬質陽極処理を行って、ハブでのスラスト面およびシールリングの摩耗を改善する。インディアナ州Ｓｏｕｔｈ  Ｂｅｎｄ、Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ  Ｄｒｉｖｅ、２４２４  ＮのＮｉｍｅｔ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．によって製造されたＮｉｔｕｆｆ被覆は、適切な表面となることが見出された。処理の容易さのため、ホイールの外表面を被覆するが、軸ボアは被覆しない。図７に示すように、スラスト面に出るボアに面取り部５８を使用するが、これは、処理中にボアをマスキングするためにスラスト面に形成される被覆にはっきりした突起ができないようにするためである。
【００１５】
使用するコンプレッサ・ホイールは、軸６２に取り付けるため、ボアの先端にねじ部６０を組み込んでおり、軸受上のオーバーハング重量を最小限にする。さらに、軸受ジャーナルからホイールの質量中心までのオーバーハング距離には、本発明を組み込む軸受システムの設計によって、全体的な減少がもたらされる。オーバーハングの減少によって、コンプレッサ端部のたわみが減少し、軸受ダンパの相対的な位置が改善される。
【００１６】
本発明の第２の実施形態を図１ｂに示すが、この図で座金６４は、軸受スラスト面とコンプレッサ・ホイールのハブの間に含まれる。座金は、より高い摩耗公差を有するスラストの負荷に順応する。従来のスラストカラーとは対照的に、座金を使用することによって、必要とされる表面仕上げおよび平行度がより容易に維持される単純な組立形状が得られる。
【００１７】
特許法の要件に従って、これまで本発明を詳細に述べてきたが、当業者なら、本明細書に開示する具体的な実施形態に対する変更形態および代替形態が理解されよう。このような変更形態および代替形態は、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の範囲内および目的に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】  一体化軸受のスラスト面とコンプレッサ・ホイール・ハブの間が直接接触している、本発明の軸受システムの第１の実施形態を組み込んだターボチャージャの側断面図である。
【図１ｂ】  スラスト座金を使用した、本発明の第２の実施形態を組み込んだターボチャージャの側断面図である。
【図２】  一体化ジャーナルおよびスラスト軸受ユニットの、詳細上部断面図である。
【図３ａ】  一体化ジャーナルおよびスラスト軸受ユニットの端面図である。
【図３ｂ】  要素の平面的関係が画定された状態の、図３の端面図である。
【図３ｃ】  スラスト面内の放射状の溝の詳細部分図である。
【図３ｄ】  図２の線３ｄの詳細部分図である。
【図４】  図２の線４−４に沿った断面図である。
【図５】  潤滑システム内のランド、傾斜部、およびフラットを詳述する、図３ｂの線５−５に沿ったユニットのスラスト面の詳細断面図である。
【図６】  オイルシール、スラスト面、および被覆を詳述する、本発明に使用されるコンプレッサ・ホイールの断面図である。
【図７】  図６の線７−７の詳細部分断面図である。
【図１ａ】
0004148644.tif 000002
【図１ｂ】
0004148644.tif 000003
【図２】
0004148644.tif 000004
【図３ａ】
0004148644.tif 000005
【図３ｂ】
0004148644.tif 000006
【図３ｃ】
0004148644.tif 000007
【図３ｄ】
0004148644.tif 000008
【図４】
0004148644.tif 000009
【図５】
0004148644.tif 000010
【図６】
0004148644.tif 000011
【図７】
0004148644.tif 000012