JP2009203846A - Ball bearing arrangement for turbocharger - Google Patents
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Abstract
【課題】 ターボチャージャ用軸受装置において、温度上昇があってもアンギュラ玉軸受の玉にバンド状の摩耗痕が発生するのを防止し、異常音の発生を防止ないし抑制する。
【解決手段】 本発明のターボチャージャ用軸受装置1は、一対のアンギュラ玉軸受2a,2bを備え、この玉軸受2a,2bは、回転軸32の軸方向に離れた一対の内輪軌道3a,3aを有する回転軸側の内輪3と、内輪軌道3a,3aに対向する外輪軌道4a,4aを有するハウジング側の一対の外輪4,4と、内輪軌道3a,3aと外輪軌道4a,4aとの間にゼロ又は正すきまの状態で転動自在に介在する複数の玉5とを有する。そして、高温時に熱膨張して一方のアンギュラ玉軸受2aの外輪4を軸方向における他方のアンギュラ玉軸受側2bに向かって押圧する押圧部材10を設けることにより、回転軸32が温度上昇で熱膨張しても、アンギュラ玉軸受2a,2bのすきまが維持されるようにする。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a band-shaped wear mark from being generated on a ball of an angular ball bearing in a turbocharger bearing device even if the temperature rises, and to prevent or suppress the generation of abnormal noise.
A turbocharger bearing device 1 of the present invention includes a pair of angular ball bearings 2a and 2b. The ball bearings 2a and 2b are a pair of inner ring raceways 3a and 3a separated in the axial direction of a rotary shaft 32. Between the inner ring 3 on the rotating shaft side, the pair of outer rings 4, 4 on the housing side having the outer ring raceways 4a, 4a facing the inner ring raceways 3a, 3a, and between the inner ring raceways 3a, 3a and the outer ring raceways 4a, 4a. And a plurality of balls 5 interposed so as to roll freely in a state of zero or a positive clearance. Then, by providing the pressing member 10 that thermally expands at a high temperature and presses the outer ring 4 of one angular ball bearing 2a toward the other angular ball bearing side 2b in the axial direction, the rotary shaft 32 is thermally expanded due to a temperature rise. Even so, the clearance between the angular ball bearings 2a and 2b is maintained.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、自動車のターボチャージャの回転軸を回転自在に支持するターボチャージャ用軸受装置に関する。 The present invention relates to a turbocharger bearing device that rotatably supports a rotating shaft of a turbocharger of an automobile.
自動車のターボチャージャは、回転軸の一端側にタービンが取り付けられるとともに他端側にインペラが取り付けられ、回転軸の中間部がターボチャージャのハウジングの孔部に挿通されており、この中間部において、軸受装置により回転軸が回転可能に支持された構造になっている。
従来、かかるターボチャージャ用軸受装置として、単列のアンギュラ玉軸受を回転軸の軸方向両側にそれぞれ配置し、これらの間において、両アンギュラ玉軸受の外輪を軸方向両側に弾発付勢するコイルばねとスペーサとを設けたものが知られている(例えば、特許文献1及び2参照)。
The turbocharger of an automobile has a turbine attached to one end of the rotating shaft and an impeller attached to the other end, and an intermediate portion of the rotating shaft is inserted into a hole in the housing of the turbocharger. The rotating shaft is rotatably supported by the bearing device.
Conventionally, as such a turbocharger bearing device, a single row of angular ball bearings is arranged on both sides in the axial direction of the rotary shaft, and between them, the coil that elastically energizes the outer ring of both angular ball bearings on both sides in the axial direction. The thing provided with the spring and the spacer is known (for example, refer patent documents 1 and 2).
すなわち、かかる従来のターボチャージャ用軸受装置では、回転軸の回転精度を高めたり、玉の自転滑りを防止したりするために、前記コイルばねのアキシャル荷重によって外輪に定圧予圧を付与するようになっている。
しかし、外輪に定圧予圧を付与する従来のターボチャージャ用軸受装置では、自転軸を一定方向に向けた状態で各玉が自転しながら、内輪及び外輪軌道に沿って転動するため、その自転軸に対応する赤道回りの同じ部分だけが内輪及び外輪軌道に接触することになる。
従って、このような転動状態で、硬質の異物が混入した潤滑油が軸受装置に供給されると、その異物が玉の転動部分に噛み込み、玉の外周赤道付近を周回するバンド状の摩耗痕が生じることがあり、この摩耗痕によって異常音が発生するおそれがある。
However, in a conventional turbocharger bearing device that applies a constant pressure preload to the outer ring, each ball rolls along the inner ring and outer ring raceways while the rotation axis is directed in a fixed direction. Only the same part around the equator corresponding to is in contact with the inner and outer ring tracks.
Therefore, when lubricating oil mixed with hard foreign matter is supplied to the bearing device in such a rolling state, the foreign matter bites into the rolling part of the ball and circulates around the outer equator of the ball. Wear marks may occur, and abnormal sounds may occur due to the wear marks.
本発明は、このような問題点に鑑み、温度上昇があってもアンギュラ玉軸受の玉にバンド状の摩耗痕が発生するのを防止して、異常音の発生を防止ないし抑制することができるターボチャージャ用軸受装置を提供することを目的とする。 In view of such problems, the present invention can prevent the generation of abnormal noise by preventing band-shaped wear marks from being generated on the balls of an angular ball bearing even if the temperature rises. An object of the present invention is to provide a turbocharger bearing device.
本発明は、ターボチャージャの回転軸をハウジング内で回転自在に支持するターボチャージャ用軸受装置であって、前記回転軸の軸方向に離れた一対の内輪軌道を有する回転軸側の内輪と、前記内輪軌道に対向する外輪軌道を有するハウジング側の一対の外輪と、前記内輪軌道と前記外輪軌道との間にゼロ又は正すきまの状態で転動自在に介在する複数の玉とを有する一対のアンギュラ玉軸受と、高温時に熱膨張することにより、一方の前記アンギュラ玉軸受の前記外輪を軸方向における他方の前記アンギュラ玉軸受側に向かって押圧する押圧部材と、を備えていることを特徴とする。 The present invention is a turbocharger bearing device that rotatably supports a rotating shaft of a turbocharger within a housing, the rotating shaft side inner ring having a pair of inner ring raceways separated in the axial direction of the rotating shaft, A pair of angular rings having a pair of outer rings on the housing side having an outer ring raceway facing the inner ring raceway, and a plurality of balls that are freely rollable between the inner ring raceway and the outer ring raceway in a state of zero or normal clearance. A ball bearing and a pressing member that presses the outer ring of one of the angular ball bearings toward the other angular ball bearing in the axial direction by thermally expanding at a high temperature. .
本発明によれば、一対のアンギュラ玉軸受の複数の玉が、内輪軌道と外輪軌道との間にゼロ又は正すきまの状態で転動自在に介在しているので、外輪に定圧予圧を付与する場合とは異なり、それらの玉の自転軸が拘束されず、玉の自転軸が時間の経過とともに変動する。
このため、アンギュラ玉軸受の玉と内輪及び外輪軌道の間に供給される潤滑油に硬質の異物が混入していても、玉の外周面にバンド状の摩耗痕が発生するのを極力防止することができ、かかる摩耗痕に伴う異常音の発生を防止ないし抑制することができる。
According to the present invention, the plurality of balls of the pair of angular ball bearings are movably interposed between the inner ring raceway and the outer ring raceway in a state of zero or a positive clearance, so that a constant pressure preload is applied to the outer ring. Unlike the case, the rotation axis of those balls is not constrained, and the rotation axis of the balls fluctuates with time.
For this reason, even if hard foreign matter is mixed in the lubricating oil supplied between the balls of the angular ball bearings and the inner ring and outer ring raceway, band-shaped wear marks are prevented from being generated on the outer peripheral surface of the balls as much as possible. It is possible to prevent or suppress the generation of abnormal noise associated with such wear marks.
また、本発明によれば、押圧部材が、高温時に熱膨張することにより、一方のアンギュラ玉軸受の外輪を軸方向における他方のアンギュラ玉軸受側に向かって押圧するので、高速回転に伴って高温となった回転軸や内輪が径方向に膨張しても、外輪は内輪との間のすきまが広がる側に向かって軸方向に移動する。 Further, according to the present invention, the pressing member thermally expands at a high temperature, thereby pressing the outer ring of one angular ball bearing toward the other angular ball bearing in the axial direction. Even if the rotating shaft and inner ring that have become expanded in the radial direction, the outer ring moves in the axial direction toward the side where the clearance between the inner ring and the inner ring widens.
このため、ターボチャージャの作動に伴って回転軸が温度上昇しても、アンギュラ玉軸受のすきまが適正に維持され、低温時だけでなく高温時においても、玉の外周面にバンド状の摩耗痕が発生するのを防止することができる。 For this reason, even if the temperature of the rotating shaft rises due to the operation of the turbocharger, the clearance of the angular ball bearing is properly maintained, and band-shaped wear marks are formed on the outer peripheral surface of the ball not only at low temperatures but also at high temperatures. Can be prevented.
以上の通り、本発明によれば、低温時だけでなく高温時においても、玉の外周面にバンド状の摩耗痕が発生するのを防止することができるので、異常音の発生を防止ないし抑制することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of band-shaped wear marks on the outer peripheral surface of the ball not only at a low temperature but also at a high temperature, thereby preventing or suppressing the generation of abnormal noise. can do.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明のターボチャージャ用軸受装置1の一実施形態を示す断面図である。
図2は、そのターボチャージャ用軸受装置1が組み込まれたターボチャージャTの概略構成を示す断面図である。
図2に示すように、本実施形態のターボチャージャTは、排気流路31を流通する排気により、回転軸32の一端側(図2の右側)に固定したタービン33を回転させるようになっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a bearing device 1 for a turbocharger according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a turbocharger T in which the turbocharger bearing device 1 is incorporated.
As shown in FIG. 2, the turbocharger T of the present embodiment rotates a
この回転軸32の回転は、当該回転軸32の他端側(図2の左側)に固定されたインペラ34に伝わり、このインペラ34が給気流路35内で回転する。
この結果、給気流路35の上流側開口から吸引された空気が圧縮され、これにより、ガソリンや軽油等の燃料とともに圧縮された空気が、図示しないエンジンのシリンダ室内に送り込まれる。
The rotation of the rotating
As a result, the air sucked from the upstream opening of the
かかるターボチャージャTの回転軸32は、数万〜十数万(回/分)もの高速で回転し、しかも、エンジンの運転状況に応じて回転速度が頻繁に変化する。そのため、回転損失を低減すべくハウジング36内に設けられたターボチャージャ用軸受装置1によって、回転軸32をハウジング36に対して小さな回転抵抗で支持している。
このターボチャージャ用軸受装置1は、ターボチャージャTのハウジング36内に設けられた円筒状の軸受支持部8を備え、この筒内部に組み込まれている。一端にタービン33が取り付けられ他端にインペラ34が取り付けられた回転軸32は、その中間部において、当該軸受装置1によって回転自在に支持される。
The rotating
The turbocharger bearing device 1 includes a cylindrical
図1に示すように、このターボチャージャ用軸受装置1は、上記軸受支持部8と、この軸受支持部8に同軸心状に挿通された回転軸32の軸方向に離れて設けられた一対の玉軸受2a,2b(第一の玉軸受2a及び第二の玉軸受2b)と、この両玉軸受2a,2bの間に介在された円筒状の内輪間座7とを備えている。
上記ハウジング36内の軸受支持部8に組み込まれた第一及び第二の玉軸受2a,2bは、いずれもアンギュラ玉軸受であって、両者の基本的構成はそれぞれ同じである。
As shown in FIG. 1, the turbocharger bearing device 1 includes a pair of
The first and
第一の玉軸受2aは、回転軸32のタービン33側(図1の右側)に配置され、第二の玉軸受2bは、回転軸32のインペラ34側(図1の左側)に配置されている。両玉軸受2a,2bは、それぞれ、外周に内輪軌道3aを有する内輪3,3と、内周に外輪軌道4aを有する外輪4,4と、これら内輪軌道3aと外輪軌道4aとの間に転動自在に配置された複数の玉5とを備えている。
内輪3は環状に形成されており、その外周に形成された内輪軌道3aは所定の曲率半径を有するアンギュラ型の軌道であり、その軸線は斜め内側に向けられている。
The
The
また、外輪4も環状に形成されており、その内周には、内輪軌道3aと対向して、所定の曲率半径を有するアンギュラ型の外輪軌道4aが形成されている。そして、本実施形態のアンギュラ玉軸受2a,2bでは、その内輪3及び外輪4は、片側の肩部をなくしたいわゆるカウンタボアを有する断面形状とされている。
転動体としての上記玉5は、円環状の保持器6に設けられた複数のポケット6a内に、それぞれ1個ずつ転動自在に保持され、この保持器6により、内輪軌道3aと外輪軌道4aとの間に形成された環状空間内に、その周方向に沿って所定の間隔おきに配列されている。
The
The
本実施形態の軸受装置1では、各玉軸受2a,2bには定圧予圧が付与されておらず、複数の玉5は、内輪軌道3aと外輪軌道4aとの間にゼロすきまとなる状態、或いは、所定の適正な正すきまとなる状態で介在されている。
上記適正な正すきまとは、例えば回転軸32の軸径が6mm(φ6)である場合、ラジアルすきまで5μm程度、アキシャルすきまで5μm程度であり、最大でも、ラジアルすきまで15μm以下、アキシャルすきまで50μm以下となるように、内輪3と外輪4の部材寸法が設定されている。
In the bearing device 1 of the present embodiment, no constant pressure preload is applied to each of the
For example, when the shaft diameter of the
軸受支持部8の軸方向両端部には、この両端部を薄肉化して内径を拡幅することによって環状の第一収納部8aと第二収納部8bとが形成されている。
このうち、タービン33側の第一収納部8aには、第一の玉軸受2aの外輪4が収納され、この外輪4は、軸受支持部8に対する軸方向変位が許容されるように、第一収納部8aの内周面に対して比較的ルーズに内嵌されている。
一方、第二収納部8bは、外輪4の断面幅とほぼ同等の軸方向深さを有し、外輪4は、その端面を第二収納部8bの段差面に当接させた状態で当該第二収納部8bに収納されている。
At both ends in the axial direction of the
Among these, the
On the other hand, the
これに対して、両玉軸受2a,2bのそれぞれの内輪3,3は、回転軸32に対する軸方向変位も規制された状態で当該回転軸32の中間部に外嵌固定され、これにより、回転軸32の軸方向中間部が、軸方向に離れた一対の玉軸受2a,2bによってハウジング36の軸受支持部8に回転自在に支持されている。
前記内輪間座7は、回転軸32の外周面に外嵌されており、その軸方向両端縁に各内輪3,3を当接させることにより、その内輪3,3間の軸方向間隔を保持している。
On the other hand, the
The inner ring spacer 7 is externally fitted to the outer peripheral surface of the
前記軸受支持部8のタービン33側の端面には、取付リング9が固定されている。この取付リング9は、軸受2aの外輪4側に開口する収納溝9aを内部に備え、この収納溝9aに、リング状の押圧部材10が充填されている。
この押圧部材10は、第一の玉軸受2aの外輪4の軸方向外端面に当接しており、高温時に熱膨張することにより第二玉軸受2b側(図1の矢印b方向)に向かって、当該外輪4を軸方向に押圧するようになっている。
A
The pressing
なお、上記押圧部材10の構成材料としては、回転軸32よりも線膨張係数が大きい樹脂材等の固体材料を採用することができ、より具体的には、回転軸32の構成材料が合金鋼(SUJ2又はM50等)よりなる場合には、例えば、アルミニウムを採用することができる。
また、第一収納部8aには、一端がこの第一収納部8aの段差面に当接し、かつ、他端が外輪4に当接するコイルばねよりなる位置決め部材11が収納されている。
In addition, as a constituent material of the said pressing
The first storage portion 8a stores a positioning member 11 made of a coil spring whose one end is in contact with the stepped surface of the first storage portion 8a and whose other end is in contact with the
この位置決め部材11は、第一の玉軸受2aに定圧予圧を付与するものではなく、ゼロすきまや適正な正すきまが確保できる程度に、外輪4を軸受支持部8の軸方向外側に押圧する弾性力を有する。
なお、この位置決め部材11としては、図示のコイルばねだけでなく、ウェーブワッシャで構成することもできる。
This positioning member 11 does not give a constant pressure preload to the
In addition, as this positioning member 11, not only the coil spring of illustration but a wave washer can also be comprised.
図2に示すように、上記軸受支持部8を収めたハウジング36内には、給油通路37が設けられ、この給油通路37を通過する潤滑油で玉軸受2a,2bを潤滑するようになっている。
より詳しくは、潤滑油は、ターボチャージャTを装着したエンジンの運転時に、給油通路37の上流側から、軸受支持部8の外周面に形成された環状凹溝12(図1参照)に送り込まれるようになっている。
As shown in FIG. 2, an oil supply passage 37 is provided in the
More specifically, the lubricating oil is fed from the upstream side of the oil supply passage 37 into the annular concave groove 12 (see FIG. 1) formed on the outer peripheral surface of the
そして、上記環状凹溝12を潤滑油で満たすことにより、軸受支持部8の外周側とハウジング36の内周面との間に全周にわたって油膜(オイルフィルム)を形成し、軸受支持部8の振動をハウジング36に伝わり難くしている。このように、環状凹溝12に満たされた潤滑油によって、回転軸32の回転に基づく振動を減衰させるオイルフィルムダンパが形成されている。
Then, by filling the annular
環状凹溝12に送り込まれた潤滑油の一部は、軸受支持部8を径方向に貫通する供給孔13から、回転軸32における両玉軸受2a,2b間の部分に向けて供給される。
そして、軸受支持部8の内部に供給された潤滑油は、両玉軸受2a,2bの内輪3と外輪4の間に入り込んで各玉5の転動部分を潤滑し、この潤滑が終わった後に排油口39より排出される。
A part of the lubricating oil fed into the
The lubricating oil supplied to the inside of the
以上の構成を有するターボチャージャ用軸受装置1によれば、一対のアンギュラ玉軸受2a,2bの複数の玉5が、内輪軌道3aと外輪軌道4aとの間にゼロ又は正すきまの状態で介在しているので、外輪4に定圧予圧を付与する場合とは異なり、それらの玉5の自転軸が拘束されず、玉5の自転軸が時間の経過とともに変動する。
According to the turbocharger bearing device 1 having the above-described configuration, the plurality of
この結果、アンギュラ玉軸受2a,2bの玉5と内輪及び外輪軌道3a,4aの間に供給される潤滑油に硬質の異物が混入していても、玉5の外周面にバンド状の摩耗痕が発生するのを極力防止することができ、かかる摩耗痕に伴う異常音の発生を防止ないし抑制することができる。
As a result, even if hard foreign matter is mixed in the lubricating oil supplied between the
また、本実施形態のターボチャージャ用軸受装置1によれば、軸受支持部8のタービン33側の端面に取り付けられた押圧部材10が、高温時に熱膨張することにより、一方の玉軸受2aの外輪4を軸方向における他方の玉軸受2b側に向かって押圧するので、例えば図1に矢印aで示すように、高速回転に伴って高温となった回転軸32や内輪3が径方向に膨張しても、第一の玉軸受2aの外輪4は、内輪3との間のすきまが広がる側(図1の矢印b側)に向かって軸方向に移動する。
According to the turbocharger bearing device 1 of the present embodiment, the pressing
このため、ターボチャージャTの作動に伴って回転軸32が温度上昇しても、アンギュラ玉軸受2aのすきまが適正に維持され、低温時だけでなく高温時においても、玉5の外周面にバンド状の摩耗痕が発生するのを防止することができる。
For this reason, even when the temperature of the
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。
例えば、上記実施形態では、ターボチャージャTでは特にタービン33側の熱膨張が激しいことから、軸受支持部8のタービン33側に押圧部材10を取り付けているが、軸受支持部8のインペラ34側に当該押圧部材10を設けることにしてもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment.
For example, in the above embodiment, in the turbocharger T, since the thermal expansion on the
また、上記実施形態では、各玉軸受2a,2bの内輪3,3が軸方向に離れており、その間に内輪間座7を介在した構造になっているが、これらの内輪3,3と内輪間座7とを一体に有する内輪筒体を採用することもできる。
更に、保持器6の形式としては、図1に示すようなもみ抜き型だけなく、例えば波型のものを採用することもできる。
Further, in the above embodiment, the
Furthermore, as a type of the
1 ターボチャージャ用軸受装置
2a 第一の玉軸受
2b 第二の玉軸受
3 内輪
3a 内輪軌道
4 外輪
4a 外輪軌道
5 玉
6 保持器
7 内輪間座
8 軸受支持部
9 取付リング
10 押圧部材
11 位置決め部材
32 回転軸
33 タービン
34 インペラ
36 ハウジング
T ターボチャージャ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Bearing device for
Claims (1)
前記回転軸の軸方向に離れた一対の内輪軌道を有する回転軸側の内輪と、前記内輪軌道に対向する外輪軌道を有するハウジング側の一対の外輪と、前記内輪軌道と前記外輪軌道との間にゼロ又は正すきまの状態で転動自在に介在する複数の玉とを有する一対のアンギュラ玉軸受と、
高温時に熱膨張することにより、一方の前記アンギュラ玉軸受の前記外輪を軸方向における他方の前記アンギュラ玉軸受側に向かって押圧する押圧部材と、
を備えていることを特徴とするターボチャージャ用軸受装置。 A turbocharger bearing device for rotatably supporting a rotating shaft of a turbocharger in a housing,
Between the inner ring on the rotary shaft side having a pair of inner ring raceways separated in the axial direction of the rotary shaft, the pair of outer rings on the housing side having an outer ring raceway facing the inner ring raceway, and between the inner ring raceway and the outer ring raceway A pair of angular contact ball bearings having a plurality of balls that are freely rollable in a state of zero or a positive clearance between
A pressing member that presses the outer ring of one angular ball bearing toward the other angular ball bearing in the axial direction by thermally expanding at a high temperature;
A turbocharger bearing device comprising:
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