ターボチャージャー
【課題】ターボチャージャーの回転軸の軸受けにおいて、回転軸の振れ回りを抑制できるようにする。
【解決手段】ターボチャージャー１は、ブッシュ９の外周側でブッシュ９を環状に包囲する筒体であって軸方向に可動である可動ハウジング２５と、可動ハウジング２５を駆動してブッシュ９に対し軸方向に相対的に変位させる駆動手段２６とを備える。また、ブッシュ９の外周面と可動ハウジング２５の内周面との間には外周側クリアランス１１が形成されてオイルが供給され、外周側クリアランス１１は、可動ハウジング２５のブッシュ９に対する相対的な位置に応じて変化する。これにより、例えば、ホワール振動が発生する虞が高いか否かに応じて、外周側クリアランス１１を変化させることができるので、回転軸２の振れ回りを抑制することができる。
【解決手段】ターボチャージャー１は、ブッシュ９の外周側でブッシュ９を環状に包囲する筒体であって軸方向に可動である可動ハウジング２５と、可動ハウジング２５を駆動してブッシュ９に対し軸方向に相対的に変位させる駆動手段２６とを備える。また、ブッシュ９の外周面と可動ハウジング２５の内周面との間には外周側クリアランス１１が形成されてオイルが供給され、外周側クリアランス１１は、可動ハウジング２５のブッシュ９に対する相対的な位置に応じて変化する。これにより、例えば、ホワール振動が発生する虞が高いか否かに応じて、外周側クリアランス１１を変化させることができるので、回転軸２の振れ回りを抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャーに関するものであり、特にターボチャージャーの回転軸の軸受け構造に係わる。
【背景技術】
【０００２】
従来から、数十万ｒｐｍもの高速で回転するターボチャージャーでは、タービンの羽根車とコンプレッサの羽根車とを連結する回転軸のジャーナル軸受けの構造として、いわゆる浮動ブッシュ軸受けが多用されている。この浮動ブッシュ軸受けは、ハウジングと回転軸との間に円筒状のブッシュを挿入し、ブッシュの内周側および外周側の両方にオイルを供給して油膜を形成するものである。そして、ブッシュは、内周側の油圧により駆動されながら、外周側の油圧により制動され、回転軸の回転数に応じた回転数で回転する。
【０００３】
ところで、高速回転する回転軸のすべり軸受けでは、回転と非同期のホワール振動が自励的に回転軸に発生し、回転軸がすりこぎ状に振れ回ることが周知となっている。
そこで、ターボチャージャーの浮動ブッシュ軸受けでは、ホワール振動に起因する回転軸の振れ回りを抑制するべく、種々の対策が提案されて公知となっている。
【０００４】
例えば、特許文献１のターボチャージャーによれば、ブッシュとハウジングとを軸方向に弾性変形可能な支持部材により機械的に連結する。これにより、回転軸のホワール振動を減衰させることができるとしている。
また、特許文献２のターボチャージャーによれば、ブッシュをタービン側ブッシュとコンプレッサ側ブッシュとに分け、タービン側ブッシュ、コンプレッサ側ブッシュのそれぞれで内周側、外周側にクリアランスを形成する。
【０００５】
そして、ホワール振動が、主に、回転軸の重心から遠いコンプレッサ側の諸元に起因しているものとみなし、コンプレッサ側ブッシュにおいて内周側クリアランスを小さく設定するとともに外周側クリアランスを大きく設定することで、回転軸のホワール振動を抑制することができるとしている。
【０００６】
しかし、特許文献１のターボチャージャーによれば、シャフトの振動減衰は支持部材の弾性変形に依存しており、変形と復元との繰り返しによって支持部材が疲労していく。このため、支持部材の強度が低下して支持部材が破壊する虞がある。
また、特許文献２のターボチャージャーは、ホワール振動の抑制に対して効果的であるものの、ホワール振動がさほど顕著に現れていない場合、コンプレッサ側ブッシュにおいて外周側クリアランスが大きいことに起因して、逆に、振れ回りが発生する虞が高まる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１３８７５７号公報
【特許文献２】特許第４３８６５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ターボチャージャーの回転軸の軸受けにおいて、回転軸の振れ回りを抑制できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
〔請求項１の手段〕
請求項１の手段によれば、ターボチャージャーは、排気ガスにより回転するタービンと吸入空気を圧縮するコンプレッサとを連結する回転軸を軸受けするブッシュと、ブッシュの外周側でブッシュを環状に包囲する筒体であって軸方向に可動である可動ハウジングと、可動ハウジングを駆動してブッシュに対し軸方向に相対的に変位させる駆動手段とを備える。また、ブッシュの外周面と可動ハウジングの内周面との間にはクリアランスが形成されてオイルが供給され、クリアランスは、可動ハウジングのブッシュに対する相対的な位置に応じて変化する。
【００１０】
これにより、例えば、ホワール振動が発生する虞が高いか否かに応じて、ブッシュの外周面と可動ハウジングの内周面との間のクリアランス（外周側クリアランス）を変化させることができる。すなわち、ホワール振動が発生する虞が高いときには、外周側クリアランスが大きくなるように可動ハウジングを位置取りさせてホワール振動に起因する振れ回り発生の虞を低減することができる。
【００１１】
また、ホワール振動が発生する虞が低いときには、外周側クリアランスが小さくなるように可動ハウジングを位置取りさせて、外周側クリアランスが大きいことに起因する振れ回り発生の虞を低減することができる。
このため、ターボチャージャーの回転軸の軸受けにおいて、回転軸の振れ回りを抑制することができる。
【００１２】
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段によれば、ブッシュは、軸方向に関してタービンに近いタービン側ブッシュと、軸方向に関してコンプレッサに近いコンプレッサ側ブッシュとに分かれている。また、クリアランスは、可動ハウジングとタービン側ブッシュとの間で形成されるタービン側クリアランスと、可動ハウジングとコンプレッサ側ブッシュとの間で形成されるコンプレッサ側クリアランスとに分かれている。
【００１３】
そして、タービン側クリアランスおよびコンプレッサ側クリアランスは、可動ハウジングのタービン側ブッシュおよびコンプレッサ側ブッシュに対する相対的な位置に応じて変化する。
これにより、回転軸の軸受けにおけるすべり面を低減することができるので、焼付回避に対する信頼性を高めることができる。
【００１４】
〔請求項３の手段〕
請求項３の手段によれば、可動ハウジングの内周面には外周側に窪む凹部と内周側に突出する凸部とが軸方向に交互に設けられている。そして、クリアランスは、ブッシュの外周面が凹部と径方向に対向することで大きくなり、ブッシュの外周面が凸部と径方向に対向することで小さくなる。
この手段は、クリアランスを可動ハウジングのブッシュに対する相対的な位置に応じて変化させる一態様を示すものである。
【００１５】
〔請求項４の手段〕
請求項４の手段によれば、軸方向に隣り合う凹部と凸部に関し、凹部の外周底面と凸部の内周頂面とを軸方向に接続する段面は傾斜している。
これにより、ブッシュの角部が可動ハウジングの相対的な変位に干渉する虞を低減することができる。
【００１６】
〔請求項５の手段〕
請求項５の手段によれば、凹部の外周底面および凸部の内周頂面には、それぞれ、クリアランスにオイルを導く油路が開口している。
これにより、外周側クリアランスに確実にオイルを供給することができる。
【００１７】
〔請求項６の手段〕
請求項６の手段によれば、ターボチャージャーは、回転軸の単位時間当たりの回転回数（回転軸の回転数）を検出する軸回転数検出手段と、軸回転数検出手段による検出値が所定の範囲内にある場合に、ブッシュの外周面が凹部と径方向に対向するように駆動手段を動作させる制御手段とを備える。
【００１８】
ホワール振動の振動数は、回転軸を含む軸系に固有の数値（以下、ホワール振動数と呼ぶ。）になるので、ホワール振動は、回転軸の回転数がホワール振動数に近い範囲で顕著になる。
そこで、ターボチャージャーにおいて、回転軸の回転数を検出可能にするとともに、回転数の検出値がホワール振動数を含む所定の範囲内にある場合にブッシュの外周面と凹部とを径方向に対向させるように駆動手段を制御する。つまり、回転数の検出値がホワール振動数に近い範囲にあるときに、ホワール振動を抑制することができるように外周側クリアランスを大きくする。
【００１９】
これにより、ホワール振動が顕著に現れているか否かを判断するために、例えば、高速フーリエ変換等の煩雑な処理を制御周期ごとに行なう必要がなくなるので、簡便にホワール振動が顕著に現れているか否かを判断して駆動手段を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ターボチャージャーの全体構成図である（実施例）。
【図２】ターボチャージャーの要部構成図である（実施例）。
【図３】ターボチャージャーの分解構成図である（実施例）。
【図４】ターボチャージャーの可動ハウジングが一端側に移動した状態の要部構成図である（実施例）。
【図５】ターボチャージャーの回転数特性を示す特性図である（実施例）。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施形態のターボチャージャーは、排気ガスにより回転するタービンと吸入空気を圧縮するコンプレッサとを連結する回転軸を軸受けするブッシュと、ブッシュの外周側でブッシュを環状に包囲する筒体であって軸方向に可動である可動ハウジングと、可動ハウジングを駆動してブッシュに対し軸方向に相対的に変位させる駆動手段とを備える。また、ブッシュの外周面と可動ハウジングの内周面との間にはクリアランス（外周側クリアランス）が形成されてオイルが供給され、クリアランスは、可動ハウジングのブッシュに対する相対的な位置に応じて変化する。
【００２２】
また、ブッシュは、軸方向に関してタービンに近いタービン側ブッシュと、軸方向に関してコンプレッサに近いコンプレッサ側ブッシュとに分かれている。また、クリアランスは、可動ハウジングとタービン側ブッシュとの間で形成されるタービン側クリアランスと、可動ハウジングとコンプレッサ側ブッシュとの間で形成されるコンプレッサ側クリアランスとに分かれている。
【００２３】
そして、タービン側クリアランスおよびコンプレッサ側クリアランスは、可動ハウジングのタービン側ブッシュおよびコンプレッサ側ブッシュに対する相対的な位置に応じて変化する。
【００２４】
また、可動ハウジングの内周面には外周側に窪む凹部と内周側に突出する凸部とが軸方向に交互に設けられている。そして、クリアランスは、ブッシュの外周面が凹部と径方向に対向することで大きくなり、ブッシュの外周面が凸部と径方向に対向することで小さくなる。
なお、軸方向に隣り合う凹部と凸部に関し、凹部の外周底面と凸部の内周頂面とを軸方向に接続する段面は傾斜している。また、凹部の外周底面および凸部の内周頂面には、それぞれ、クリアランスにオイルを導く油路が開口している。
【００２５】
さらに、ターボチャージャーは、回転軸の単位時間当たりの回転回数（回転軸の回転数）を検出する軸回転数検出手段と、軸回転数検出手段による検出値が所定の範囲内にある場合に、ブッシュの外周面が凹部と径方向に対向するように駆動手段を動作させる制御手段とを備える。
【実施例】
【００２６】
〔実施例の構成〕
実施例のターボチャージャー１の構成を、図１〜図４に基づいて説明する。
ターボチャージャー１は、内燃機関（図示せず）から排気された排気ガスのエネルギーを利用して吸入空気を圧縮するとともに内燃機関に送り込むものであり、排気ガスのエネルギーを回収しつつ内燃機関本来の排気量を超える混合気を吸入して燃焼させることを可能とし、燃費の低減や排気ガスの有害成分の低減を目指すものである。
【００２７】
このターボチャージャー１は、排気ガスの熱エネルギーや運動エネルギーを回転軸２の回転エネルギーへ変換するタービン３と、回転軸２から伝わる回転トルクにより吸入空気を圧縮して内燃機関に送り込むコンプレッサ４と、回転軸２を軸受けするジャーナル軸受け５およびスラスト軸受け６とを備える。
【００２８】
ここで、タービン３は、タービンハウジング３Ｈの排気ガスの通路３Ｌに羽根車３Ｉを回転自在となるように収容することで形成され、コンプレッサ４は、コンプレッサハウジング４Ｈの吸入空気の通路４Ｌに羽根車４Ｉを回転自在となるように収容することで形成されている。また、回転軸２は、羽根車３Ｉと羽根車４Ｉとを連結する。すなわち、回転軸２の軸方向の一端に羽根車４Ｉがナット４Ｎにより取り付けられ、他端に羽根車３Ｉが溶接等により取り付けられている。
【００２９】
このような構成により、ターボチャージャー１は、排気ガスのエネルギーを利用して羽根車３Ｉを高速回転させ、その回転トルクで羽根車４Ｉを回転駆動することにより吸入空気を圧縮して内燃機関に送り込む。
また、タービン３の単位時間当たりの回転回数（回転数）は、数十万ｒｐｍもの高速に達するものであり、ジャーナル軸受け５にはいわゆる浮動ブッシュ軸受けが採用されている。
【００３０】
すなわち、ジャーナル軸受け５は、軸受けハウジング８と回転軸２との間に円筒状のブッシュ９を挿入し、ブッシュ９の内周側および外周側のそれぞれにクリアランス１０、１１を形成するとともにオイルを供給して油膜を形成することで構成されている（以下、ブッシュ９の内周側、外周側のそれぞれに形成されるクリアランス１０、１１をそれぞれ内周側、外周側クリアランス１０、１１と呼ぶ。）。なお、外周側クリアランス１１には、軸受けハウジング８に設けられた油路１２を通じてオイルが供給される。また、内周側クリアランス１０には、ブッシュ９に設けられた油路１２を通じて外周側クリアランス１１からオイルが供給される。
【００３１】
そして、ブッシュ９は、内周側クリアランス１０の油圧により駆動されながら、外周側クリアランス１１の油圧により制動され、回転軸２の回転数に応じた回転数で回転する。
ここで、軸受けハウジング８は、タービンハウジング３Ｈとコンプレッサハウジング４Ｈとの間に配置されてブッシュ９等を収容するとともに内周側、外周側クリアランス１０、１１を形成する。
【００３２】
また、スラスト軸受け６は、軸受けハウジング８の一端側に配置される中間ハウジング１４にスラストベアリング１５およびカラー１６ａ、１６ｂを収容し、カラー１６ａ、１６ｂに回転軸２を通すとともにカラー１６ａに回転軸２の段部２ａを当接させて構成されている。そして、スラスト軸受け６において、中間ハウジング１４、スラストベアリング１５、カラー１６ａ、１６ｂおよび回転軸２等により形成される隙間には、軸受けハウジング８や中間ハウジング１４に設けられた油路１２を通じてオイルが供給されている。
【００３３】
また、ブッシュ９の他端側、一端側には、それぞれ、通路３Ｌ、４Ｌへのオイル漏れを防止するオイル漏れ防止機構１８、１９が設けられている。
オイル漏れ防止機構１８は、主に、回転軸２の他端側で回転軸２と軸受けハウジング８との間を封鎖するＣ字状のシールリング２０により構成され、オイルは、シールリング２０により通路３Ｌに漏れ出すのを阻止される。なお、軸受けハウジング８の他端にはスペーサ２１が装着されている。
【００３４】
また、オイル漏れ防止機構１９は、主に、キャップ２２に嵌まって中間ハウジング１４に収容されるプレート２３により構成されている。ここで、プレート２３は、スラスト軸受け６における各種の隙間に供給されたオイルを軸受けハウジング８の方に戻すことができるように設けられている。
【００３５】
なお、中間ハウジング１４では、最も一端側においてサークリップ２３ａが収容され、スラストベアリング１５、キャップ２２およびプレート２３は、サークリップ２３ａにより他端側に付勢されている。また、キャップ２２と中間ハウジング１４との間、コンプレッサハウジング４Ｈと中間ハウジング１４との間、軸受けハウジング８と中間ハウジング１４との間には、適宜、Ｏリングが配置されている。
【００３６】
そして、ターボチャージャー１は、回転軸２の振れ回りを抑制するべく、次のような構成を有している。
すなわち、ターボチャージャー１は、回転軸２を軸受けするブッシュ９と、ブッシュ９の外周側でブッシュ９を環状に包囲する筒体であって軸方向に可動である可動ハウジング２５と、可動ハウジング２５を駆動してブッシュ９に対し軸方向に相対的に変位させる駆動手段２６と、回転軸２の回転数を検出する軸回転数検出手段２７と、軸回転数検出手段２７による検出値に応じて駆動手段２６を動作させる制御手段２８とを備える。
【００３７】
ブッシュ９は、軸方向に関してタービン３に近いタービン側ブッシュ９Ｔと、軸方向に関してコンプレッサ４に近いコンプレッサ側ブッシュ９Ｃとに分かれており、タービン側、コンプレッサ側ブッシュ９Ｔ、９Ｃは、円筒カラー２９により軸方向に隔てられている。
【００３８】
また、内周側クリアランス１０は、可動ハウジング２５とタービン側ブッシュ９Ｔとの間で形成されるタービン側クリアランス１０Ｔと、可動ハウジング２５とコンプレッサ側ブッシュ９Ｃとの間で形成されるコンプレッサ側クリアランス１０Ｃとに分かれ、同様に、外周側クリアランス１１も、可動ハウジング２５とタービン側ブッシュ９Ｔとの間で形成されるタービン側クリアランス１１Ｔと、可動ハウジング２５とコンプレッサ側ブッシュ９Ｃとの間で形成されるコンプレッサ側クリアランス１１Ｃとに分かれている。
【００３９】
可動ハウジング２５は、軸受けハウジング８の一部であり、軸方向に移動自在となるように軸受けハウジング８の本体をなすハウジング本体８Ａにより外周側からガイドされている。また、可動ハウジング２５の内周面には外周側に窪む凹部３１Ｔ、３１Ｃおよび内周側に突出する凸部３２Ｔ、３２Ｃが設けられ、軸方向に一端から他端に向かって凸部３２Ｃ、凹部３１Ｃ、凸部３２Ｔ、凹部３１Ｔの順に設けられている。
【００４０】
ここで、凹部３１Ｔ、３１Ｃの外周底面３３および凸部３２Ｔ、３２Ｃの内周頂面３４は、可動ハウジング２５自体と同心の円筒面として設けられ、軸方向他端側の凹部３１Ｔの外周底面３３と軸方向一端側の凹部３１Ｃの外周底面３３とは同径である。また、軸方向他端側の凸部３２Ｔの内周頂面３４と軸方向一端側の凸部３２Ｃの内周頂面３４とは同径である。
【００４１】
以上により、タービン側、コンプレッサ側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃは、それぞれ、可動ハウジング２５のタービン側、コンプレッサ側ブッシュ９Ｔ、９Ｃに対する相対的な位置に応じて変化する。すなわち、タービン側、コンプレッサ側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃは、それぞれ、タービン側、コンプレッサ側ブッシュ９Ｔ、９Ｃの外周面が凹部３１Ｔ、３１Ｃの外周底面３３と径方向に対向することで大きくなり（図４参照。）、タービン側、コンプレッサ側ブッシュ９Ｔ、９Ｃの外周面が凸部３２Ｔ、３２Ｃの内周頂面３４と径方向に対向することで小さくなる（図１、図２参照。）。
【００４２】
なお、軸方向に隣り合う凹部３１Ｔと凸部３２Ｔに関し、凹部３１Ｔの外周底面３３と凸部３２Ｔの内周頂面３４とを軸方向に接続する段面３５は傾斜している。同様に、凹部３１Ｃの外周底面３３と凸部３２Ｃの内周頂面３４とを軸方向に接続する段面３５も傾斜している。
【００４３】
また、凹部３１Ｔ、３１Ｃの外周底面３３および凸部３２Ｔ、３２Ｃの内周頂面３４には、外周側クリアランス１１にオイルを導く油路１２が開口している。
ここで、ジャーナル軸受け５における油路１２の構成について説明する。
【００４４】
まず、軸受けハウジング８の本体ハウジングには、オイルの供給ポート３７および排出ポート３８が設けられており、油路１２は、供給ポート３７からジャーナル、スラスト軸受け５、６の各部にオイルが供給されて排出ポート３８から排出されるように構成されている。そして、供給ポート３７には、他端側の内周側、外周側クリアランス１０Ｔ、１１Ｔにオイルを供給するための油路１２ａ、一端側の内周側、外周側クリアランス１０Ｃ、１１Ｃにオイルを供給するための油路１２ｂ、および、スラスト軸受け６にオイルを供給するための油路１２ｃが接続している。
【００４５】
そして、可動ハウジング２５には、径方向に貫通する油路１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇが周方向に関して同じ位置に、他端から一端に向かって順次に設けられている。
ここで、油路１２ｄ、１２ｆは、それぞれ凹部３１Ｔ、３１Ｃの外周底面３３に開口している。そして、油路１２ｄ、１２ｆの外周面における開口は、可動ハウジング２５が一端側へ変位して外周側クリアランス１１が大きいときに油路１２ａ、１２ｂの開口と径方向に向かい合い（図４参照。）、オイルは、油路１２ａ、１２ｂから油路１２ｄ、１２ｆに流入して外周側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃに供給される。
【００４６】
また、油路１２ｅ、１２ｇは、凸部３２Ｔ、３２Ｃの内周頂面３４に開口している。そして、油路１２ｅ、１２ｇの外周面における開口は、可動ハウジング２５が他端側へ変位して外周側クリアランス１１が小さいときに油路１２ａ、１２ｂの開口と径方向に向かい合い（図１、図２参照。）、オイルは、油路１２ａ、１２ｂから油路１２ｅ、１２ｇに流入して外周側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃに供給される。
【００４７】
さらに、タービン側、コンプレッサ側ブッシュ９Ｔ、９Ｃには、それぞれ、径方向に貫通する油路１２ｈ、１２ｉが設けられており、油路１２ｈ、１２ｉを通じて外周側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃから内周側クリアランス１０Ｔ、１０Ｃにオイルが供給される。
【００４８】
また、タービン側、コンプレッサ側ブッシュ９Ｔ、９Ｃには、それぞれ、油路１２ｈ、１２ｉとは回転軸２を挟んで対称となる側に、径方向に貫通する油路１２ｊ、１２ｋが設けられており、油路１２ｊ、１２ｋを通じて内周側クリアランス１０Ｔ、１０Ｃから外周側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃにオイルが排出される。また、可動ハウジング２５には、油路１２ｄ〜１２ｇとは回転軸２を挟んで対称となる側に、径方向に貫通する油路１２ｍが設けられており、油路１２ｍを通じて外周側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃから排出ポート３８に向かってオイルが排出される。
【００４９】
なお、油路１２ｃに流入したオイルは、中間ハウジング１４やスラストベアリング１５等に設けられた油路１２を通ってスラスト軸受け６における各種の隙間に供給され、プレート２３により軸受けハウジング８の方に戻されて排出ポート３８に向かう。
【００５０】
駆動手段２６は、例えば、油圧ピストンのような周知の駆動力発生装置４０と、駆動力発生装置４０で発生した駆動力により軸方向に進退するアーム４１とを有し、アーム４１の先端が可動ハウジング２５に固定されている。これにより、駆動手段２６は、アーム４１を介して駆動力発生装置４０の駆動力を可動ハウジング２５に伝達し、可動ハウジング２５を軸方向に駆動する。
軸回転数検出手段２７は、例えば、電磁ピックアップ式の周知の回転数センサである。
【００５１】
制御手段２８は、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムや各種データを保存する記憶装置、入力回路、出力回路等の機能を含んで構成される周知構造のマイクロコンピュータであり、軸回転数検出手段２７等の各種検出手段から入力される検出値に応じて駆動手段２６の動作を制御し、可動ハウジング２５を目標とする位置に移動させる。
【００５２】
以下、制御手段２８による可動ハウジング２５の位置制御を説明する。
可動ハウジング２５の位置制御は、軸回転数検出手段２７による検出値に応じて外周側クリアランス１１の大きさが変化するように、可動ハウジング２５をタービン側、コンプレッサ側ブッシュ９Ｔ、９Ｃに対して軸方向に相対的に変位させるものである。
【００５３】
すなわち、制御手段２８は、軸回転数検出手段２７による検出値が所定の範囲α内にある場合（図５参照。）、回転軸２においてホワール振動が発生する虞が高いものとみなし、外周側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃが大きくなる位置に可動ハウジング２５を変位させ、ホワール振動に起因する振れ回り発生の虞を低減する。また、制御手段２８は、軸回転数検出手段２７による検出値が範囲α外にある場合、回転軸２においてホワール振動が発生する虞が低いものとみなし、外周側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃが小さくなる位置に可動ハウジング２５を変位させ、外周側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃが大きいことに起因する振れ回り発生の虞を低減する。
【００５４】
つまり、制御手段２８は、軸回転数検出手段２７による検出値が範囲α内にある場合に、ブッシュ９の外周面が凹部３１Ｔ、３１Ｃの外周底面３３と径方向に対向するように可動ハウジング２５を一端側に変位させ（図４参照。）、軸回転数検出手段２７による検出値が範囲α外にある場合に、ブッシュ９の外周面が凸部３２Ｔ、３２Ｃの内周頂面３４と径方向に対向するように可動ハウジング２５を他端側に変位させる（図１、図２参照。）。
【００５５】
ここで、ホワール振動の振動数は、回転軸２を含む軸系に固有の数値（以下、ホワール振動数と呼ぶ。）になるので、ホワール振動は、回転軸２の回転数がホワール振動数に近い範囲で顕著になる。
【００５６】
すなわち、回転軸２の回転数がホワール振動数に略一致している場合、例えば、回転軸２の回転角に関する時系列データをフーリエ変換することで得られる回転数特性は、図５の特生線Ｌａに示すように、ホワール振動数で大きなピークを示すものとなる。また、回転軸２の回転数がホワール振動数よりも相当に大きい数値（以下、有意大側回転数と呼ぶ。）である場合、同様の回転数特性は、図５の特生線Ｌｂに示すように、有意大側回転数でピークを示すものの、ピークの高さは特性線Ｌａのホワール振動数におけるピークほど高くならない。
【００５７】
そこで、例えば、ホワール振動数を中心として＋側および−側に同じ回転数幅となるように範囲αを設定し、軸回転数検出手段２７による検出値が範囲α内にある場合、回転軸２においてホワール振動が発生する虞が高いものとみなし、ホワール振動に起因する振れ回り発生の虞を低減する。また、軸回転数検出手段２７による検出値が範囲α外にある場合、回転軸２においてホワール振動が発生する虞が低いものとみなし、外周側クリアランス１１が大きいことに起因する振れ回り発生の虞を低減する。
【００５８】
〔実施例の効果〕
実施例のターボチャージャー１は、回転軸２を軸受けするブッシュ９と、ブッシュ９の外周側でブッシュ９を環状に包囲する筒体であって軸方向に可動である可動ハウジング２５と、可動ハウジング２５を駆動してブッシュ９に対し軸方向に相対的に変位させる駆動手段２６とを備える。また、ブッシュ９の外周面と可動ハウジング２５の内周面との間には外周側クリアランス１１が形成されてオイルが供給され、外周側クリアランス１１は、可動ハウジング２５のブッシュ９に対する相対的な位置に応じて変化する。
【００５９】
これにより、ホワール振動が発生する虞が高いか否かに応じて、外周側クリアランス１１を変化させることができる。すなわち、ホワール振動が発生する虞が高いときには、外周側クリアランス１１が大きくなるように可動ハウジング２５を位置取りさせてホワール振動に起因する振れ回り発生の虞を低減することができる。
【００６０】
また、ホワール振動が発生する虞が低いときには、外周側クリアランス１１が小さくなるように可動ハウジング２５を位置取りさせて、外周側クリアランス１１が大きいことに起因する振れ回り発生の虞を低減することができる。
このため、ターボチャージャー１のジャーナル軸受け５において、回転軸２の振れ回りを抑制することができる。
【００６１】
また、ブッシュ９は、軸方向に関してタービン３に近いタービン側ブッシュ９Ｔと、軸方向に関してコンプレッサ４に近いコンプレッサ側ブッシュ９Ｃとに分かれており、外周側クリアランス１１は、可動ハウジング２５とタービン側ブッシュ９Ｔとの間で形成されるタービン側クリアランス１１Ｔと、可動ハウジング２５とコンプレッサ側ブッシュ９Ｃとの間で形成されるコンプレッサ側クリアランス１１Ｃとに分かれている。
【００６２】
そして、タービン側クリアランス１１Ｔおよびコンプレッサ側クリアランス１１Ｃは、可動ハウジング２５のタービン側ブッシュ９Ｔおよびコンプレッサ側ブッシュ９Ｃに対する相対的な位置に応じて変化する。
これにより、ジャーナル軸受け５におけるすべり面を低減することができるので、焼付回避に対する信頼性を高めることができる。
【００６３】
また、可動ハウジング２５において軸方向に隣り合う凹部３１Ｔ、３１Ｃと凸部３２Ｔ、３２Ｃに関し、凹部３１Ｔ、３１Ｃの外周底面３３と凸部３２Ｔ、３２Ｃの内周頂面３４とを軸方向に接続する段面３５は傾斜している。
これにより、ブッシュ９の角部が可動ハウジング２５の変位に干渉する虞を低減することができる。
【００６４】
また、凹部３１Ｔの外周底面３３、凸部３２Ｔの内周頂面３４、凹部３１Ｃの外周底面３３および凸部３２Ｃの内周頂面３４には、それぞれ油路１２ｄ〜１２ｇが開口しており、油路１２ｄ、１２ｅおよび油路１２ｆ、１２ｇは、それぞれ、タービン側、コンプレッサ側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃにオイルを導く。
これにより、タービン側、コンプレッサ側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃに確実にオイルを供給することができる。
【００６５】
さらに、ターボチャージャー１は、回転軸２の回転数を検出する軸回転数検出手段２７と、軸回転数検出手段２７による検出値がホワール振動数を含む範囲α内にある場合に、ブッシュ９の外周面が凹部３１Ｔ、３１Ｃと径方向に対向するように駆動手段２６を動作させる制御手段２８とを備える。
ホワール振動は、回転軸２の回転数がホワール振動数に近い範囲で顕著になる。
そこで、回転軸２の回転数の検出値が範囲α内にあるときに、ホワール振動を抑制することができるようにタービン側、コンプレッサ側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃを大きくする。
【００６６】
これにより、ホワール振動が顕著に現れているか否かを判断するために、例えば、高速フーリエ変換等の煩雑な処理を制御周期ごとに行なう必要がなくなるので、簡便にホワール振動が顕著に現れているか否かを判断して駆動手段２６を制御することができる。
【００６７】
〔変形例〕
ターボチャージャー１の態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例のターボチャージャー１によれば、ブッシュ９は、タービン側、コンプレッサ側ブッシュ９Ｔ、９Ｃに分かれており、外周側クリアランス１１も、タービン側、コンプレッサ側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃに分かれていたが、タービン側、コンプレッサ側に分かれていない１つのブッシュ９を用いてもよく、外周側クリアランス１１もタービン側、コンプレッサ側に分けることなく１つとしてもよい。
【００６８】
また、実施例のターボチャージャー１によれば、制御手段２８は、軸回転数検出手段２７による検出値が範囲α内にあるか否かに応じて、外周側クリアランス１１が変化するように駆動手段２６を動作させていたが、例えば、回転軸２の回転角に関する時系列データに基づき制御周期ごとにフーリエ変換を行って回転数特性を求め、振動レベルのホワール振動数における数値が閾値を超えているか否かに基づいて駆動手段２６を動作させてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１ ターボチャージャー
２ 回転軸
３ タービン
４ コンプレッサ
９ ブッシュ
９Ｔ タービン側ブッシュ
９Ｃ コンプレッサ側ブッシュ
１１ 外周側クリアランス（クリアランス）
１１Ｔ タービン側クリアランス
１１Ｃ コンプレッサ側クリアランス
１２、１２ｄ〜１２ｇ 油路
２５ 可動ハウジング
２６ 駆動手段
２７ 軸回転数検出手段
２８ 制御手段
３１Ｔ、３１Ｃ 凹部
３２Ｔ、３２Ｃ 凸部
３３ 外周底面
３４ 内周頂面
３５ 段面
α 範囲（所定の範囲）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャーに関するものであり、特にターボチャージャーの回転軸の軸受け構造に係わる。
【背景技術】
【０００２】
従来から、数十万ｒｐｍもの高速で回転するターボチャージャーでは、タービンの羽根車とコンプレッサの羽根車とを連結する回転軸のジャーナル軸受けの構造として、いわゆる浮動ブッシュ軸受けが多用されている。この浮動ブッシュ軸受けは、ハウジングと回転軸との間に円筒状のブッシュを挿入し、ブッシュの内周側および外周側の両方にオイルを供給して油膜を形成するものである。そして、ブッシュは、内周側の油圧により駆動されながら、外周側の油圧により制動され、回転軸の回転数に応じた回転数で回転する。
【０００３】
ところで、高速回転する回転軸のすべり軸受けでは、回転と非同期のホワール振動が自励的に回転軸に発生し、回転軸がすりこぎ状に振れ回ることが周知となっている。
そこで、ターボチャージャーの浮動ブッシュ軸受けでは、ホワール振動に起因する回転軸の振れ回りを抑制するべく、種々の対策が提案されて公知となっている。
【０００４】
例えば、特許文献１のターボチャージャーによれば、ブッシュとハウジングとを軸方向に弾性変形可能な支持部材により機械的に連結する。これにより、回転軸のホワール振動を減衰させることができるとしている。
また、特許文献２のターボチャージャーによれば、ブッシュをタービン側ブッシュとコンプレッサ側ブッシュとに分け、タービン側ブッシュ、コンプレッサ側ブッシュのそれぞれで内周側、外周側にクリアランスを形成する。
【０００５】
そして、ホワール振動が、主に、回転軸の重心から遠いコンプレッサ側の諸元に起因しているものとみなし、コンプレッサ側ブッシュにおいて内周側クリアランスを小さく設定するとともに外周側クリアランスを大きく設定することで、回転軸のホワール振動を抑制することができるとしている。
【０００６】
しかし、特許文献１のターボチャージャーによれば、シャフトの振動減衰は支持部材の弾性変形に依存しており、変形と復元との繰り返しによって支持部材が疲労していく。このため、支持部材の強度が低下して支持部材が破壊する虞がある。
また、特許文献２のターボチャージャーは、ホワール振動の抑制に対して効果的であるものの、ホワール振動がさほど顕著に現れていない場合、コンプレッサ側ブッシュにおいて外周側クリアランスが大きいことに起因して、逆に、振れ回りが発生する虞が高まる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１３８７５７号公報
【特許文献２】特許第４３８６５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ターボチャージャーの回転軸の軸受けにおいて、回転軸の振れ回りを抑制できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
〔請求項１の手段〕
請求項１の手段によれば、ターボチャージャーは、排気ガスにより回転するタービンと吸入空気を圧縮するコンプレッサとを連結する回転軸を軸受けするブッシュと、ブッシュの外周側でブッシュを環状に包囲する筒体であって軸方向に可動である可動ハウジングと、可動ハウジングを駆動してブッシュに対し軸方向に相対的に変位させる駆動手段とを備える。また、ブッシュの外周面と可動ハウジングの内周面との間にはクリアランスが形成されてオイルが供給され、クリアランスは、可動ハウジングのブッシュに対する相対的な位置に応じて変化する。
【００１０】
これにより、例えば、ホワール振動が発生する虞が高いか否かに応じて、ブッシュの外周面と可動ハウジングの内周面との間のクリアランス（外周側クリアランス）を変化させることができる。すなわち、ホワール振動が発生する虞が高いときには、外周側クリアランスが大きくなるように可動ハウジングを位置取りさせてホワール振動に起因する振れ回り発生の虞を低減することができる。
【００１１】
また、ホワール振動が発生する虞が低いときには、外周側クリアランスが小さくなるように可動ハウジングを位置取りさせて、外周側クリアランスが大きいことに起因する振れ回り発生の虞を低減することができる。
このため、ターボチャージャーの回転軸の軸受けにおいて、回転軸の振れ回りを抑制することができる。
【００１２】
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段によれば、ブッシュは、軸方向に関してタービンに近いタービン側ブッシュと、軸方向に関してコンプレッサに近いコンプレッサ側ブッシュとに分かれている。また、クリアランスは、可動ハウジングとタービン側ブッシュとの間で形成されるタービン側クリアランスと、可動ハウジングとコンプレッサ側ブッシュとの間で形成されるコンプレッサ側クリアランスとに分かれている。
【００１３】
そして、タービン側クリアランスおよびコンプレッサ側クリアランスは、可動ハウジングのタービン側ブッシュおよびコンプレッサ側ブッシュに対する相対的な位置に応じて変化する。
これにより、回転軸の軸受けにおけるすべり面を低減することができるので、焼付回避に対する信頼性を高めることができる。
【００１４】
〔請求項３の手段〕
請求項３の手段によれば、可動ハウジングの内周面には外周側に窪む凹部と内周側に突出する凸部とが軸方向に交互に設けられている。そして、クリアランスは、ブッシュの外周面が凹部と径方向に対向することで大きくなり、ブッシュの外周面が凸部と径方向に対向することで小さくなる。
この手段は、クリアランスを可動ハウジングのブッシュに対する相対的な位置に応じて変化させる一態様を示すものである。
【００１５】
〔請求項４の手段〕
請求項４の手段によれば、軸方向に隣り合う凹部と凸部に関し、凹部の外周底面と凸部の内周頂面とを軸方向に接続する段面は傾斜している。
これにより、ブッシュの角部が可動ハウジングの相対的な変位に干渉する虞を低減することができる。
【００１６】
〔請求項５の手段〕
請求項５の手段によれば、凹部の外周底面および凸部の内周頂面には、それぞれ、クリアランスにオイルを導く油路が開口している。
これにより、外周側クリアランスに確実にオイルを供給することができる。
【００１７】
〔請求項６の手段〕
請求項６の手段によれば、ターボチャージャーは、回転軸の単位時間当たりの回転回数（回転軸の回転数）を検出する軸回転数検出手段と、軸回転数検出手段による検出値が所定の範囲内にある場合に、ブッシュの外周面が凹部と径方向に対向するように駆動手段を動作させる制御手段とを備える。
【００１８】
ホワール振動の振動数は、回転軸を含む軸系に固有の数値（以下、ホワール振動数と呼ぶ。）になるので、ホワール振動は、回転軸の回転数がホワール振動数に近い範囲で顕著になる。
そこで、ターボチャージャーにおいて、回転軸の回転数を検出可能にするとともに、回転数の検出値がホワール振動数を含む所定の範囲内にある場合にブッシュの外周面と凹部とを径方向に対向させるように駆動手段を制御する。つまり、回転数の検出値がホワール振動数に近い範囲にあるときに、ホワール振動を抑制することができるように外周側クリアランスを大きくする。
【００１９】
これにより、ホワール振動が顕著に現れているか否かを判断するために、例えば、高速フーリエ変換等の煩雑な処理を制御周期ごとに行なう必要がなくなるので、簡便にホワール振動が顕著に現れているか否かを判断して駆動手段を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ターボチャージャーの全体構成図である（実施例）。
【図２】ターボチャージャーの要部構成図である（実施例）。
【図３】ターボチャージャーの分解構成図である（実施例）。
【図４】ターボチャージャーの可動ハウジングが一端側に移動した状態の要部構成図である（実施例）。
【図５】ターボチャージャーの回転数特性を示す特性図である（実施例）。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施形態のターボチャージャーは、排気ガスにより回転するタービンと吸入空気を圧縮するコンプレッサとを連結する回転軸を軸受けするブッシュと、ブッシュの外周側でブッシュを環状に包囲する筒体であって軸方向に可動である可動ハウジングと、可動ハウジングを駆動してブッシュに対し軸方向に相対的に変位させる駆動手段とを備える。また、ブッシュの外周面と可動ハウジングの内周面との間にはクリアランス（外周側クリアランス）が形成されてオイルが供給され、クリアランスは、可動ハウジングのブッシュに対する相対的な位置に応じて変化する。
【００２２】
また、ブッシュは、軸方向に関してタービンに近いタービン側ブッシュと、軸方向に関してコンプレッサに近いコンプレッサ側ブッシュとに分かれている。また、クリアランスは、可動ハウジングとタービン側ブッシュとの間で形成されるタービン側クリアランスと、可動ハウジングとコンプレッサ側ブッシュとの間で形成されるコンプレッサ側クリアランスとに分かれている。
【００２３】
そして、タービン側クリアランスおよびコンプレッサ側クリアランスは、可動ハウジングのタービン側ブッシュおよびコンプレッサ側ブッシュに対する相対的な位置に応じて変化する。
【００２４】
また、可動ハウジングの内周面には外周側に窪む凹部と内周側に突出する凸部とが軸方向に交互に設けられている。そして、クリアランスは、ブッシュの外周面が凹部と径方向に対向することで大きくなり、ブッシュの外周面が凸部と径方向に対向することで小さくなる。
なお、軸方向に隣り合う凹部と凸部に関し、凹部の外周底面と凸部の内周頂面とを軸方向に接続する段面は傾斜している。また、凹部の外周底面および凸部の内周頂面には、それぞれ、クリアランスにオイルを導く油路が開口している。
【００２５】
さらに、ターボチャージャーは、回転軸の単位時間当たりの回転回数（回転軸の回転数）を検出する軸回転数検出手段と、軸回転数検出手段による検出値が所定の範囲内にある場合に、ブッシュの外周面が凹部と径方向に対向するように駆動手段を動作させる制御手段とを備える。
【実施例】
【００２６】
〔実施例の構成〕
実施例のターボチャージャー１の構成を、図１〜図４に基づいて説明する。
ターボチャージャー１は、内燃機関（図示せず）から排気された排気ガスのエネルギーを利用して吸入空気を圧縮するとともに内燃機関に送り込むものであり、排気ガスのエネルギーを回収しつつ内燃機関本来の排気量を超える混合気を吸入して燃焼させることを可能とし、燃費の低減や排気ガスの有害成分の低減を目指すものである。
【００２７】
このターボチャージャー１は、排気ガスの熱エネルギーや運動エネルギーを回転軸２の回転エネルギーへ変換するタービン３と、回転軸２から伝わる回転トルクにより吸入空気を圧縮して内燃機関に送り込むコンプレッサ４と、回転軸２を軸受けするジャーナル軸受け５およびスラスト軸受け６とを備える。
【００２８】
ここで、タービン３は、タービンハウジング３Ｈの排気ガスの通路３Ｌに羽根車３Ｉを回転自在となるように収容することで形成され、コンプレッサ４は、コンプレッサハウジング４Ｈの吸入空気の通路４Ｌに羽根車４Ｉを回転自在となるように収容することで形成されている。また、回転軸２は、羽根車３Ｉと羽根車４Ｉとを連結する。すなわち、回転軸２の軸方向の一端に羽根車４Ｉがナット４Ｎにより取り付けられ、他端に羽根車３Ｉが溶接等により取り付けられている。
【００２９】
このような構成により、ターボチャージャー１は、排気ガスのエネルギーを利用して羽根車３Ｉを高速回転させ、その回転トルクで羽根車４Ｉを回転駆動することにより吸入空気を圧縮して内燃機関に送り込む。
また、タービン３の単位時間当たりの回転回数（回転数）は、数十万ｒｐｍもの高速に達するものであり、ジャーナル軸受け５にはいわゆる浮動ブッシュ軸受けが採用されている。
【００３０】
すなわち、ジャーナル軸受け５は、軸受けハウジング８と回転軸２との間に円筒状のブッシュ９を挿入し、ブッシュ９の内周側および外周側のそれぞれにクリアランス１０、１１を形成するとともにオイルを供給して油膜を形成することで構成されている（以下、ブッシュ９の内周側、外周側のそれぞれに形成されるクリアランス１０、１１をそれぞれ内周側、外周側クリアランス１０、１１と呼ぶ。）。なお、外周側クリアランス１１には、軸受けハウジング８に設けられた油路１２を通じてオイルが供給される。また、内周側クリアランス１０には、ブッシュ９に設けられた油路１２を通じて外周側クリアランス１１からオイルが供給される。
【００３１】
そして、ブッシュ９は、内周側クリアランス１０の油圧により駆動されながら、外周側クリアランス１１の油圧により制動され、回転軸２の回転数に応じた回転数で回転する。
ここで、軸受けハウジング８は、タービンハウジング３Ｈとコンプレッサハウジング４Ｈとの間に配置されてブッシュ９等を収容するとともに内周側、外周側クリアランス１０、１１を形成する。
【００３２】
また、スラスト軸受け６は、軸受けハウジング８の一端側に配置される中間ハウジング１４にスラストベアリング１５およびカラー１６ａ、１６ｂを収容し、カラー１６ａ、１６ｂに回転軸２を通すとともにカラー１６ａに回転軸２の段部２ａを当接させて構成されている。そして、スラスト軸受け６において、中間ハウジング１４、スラストベアリング１５、カラー１６ａ、１６ｂおよび回転軸２等により形成される隙間には、軸受けハウジング８や中間ハウジング１４に設けられた油路１２を通じてオイルが供給されている。
【００３３】
また、ブッシュ９の他端側、一端側には、それぞれ、通路３Ｌ、４Ｌへのオイル漏れを防止するオイル漏れ防止機構１８、１９が設けられている。
オイル漏れ防止機構１８は、主に、回転軸２の他端側で回転軸２と軸受けハウジング８との間を封鎖するＣ字状のシールリング２０により構成され、オイルは、シールリング２０により通路３Ｌに漏れ出すのを阻止される。なお、軸受けハウジング８の他端にはスペーサ２１が装着されている。
【００３４】
また、オイル漏れ防止機構１９は、主に、キャップ２２に嵌まって中間ハウジング１４に収容されるプレート２３により構成されている。ここで、プレート２３は、スラスト軸受け６における各種の隙間に供給されたオイルを軸受けハウジング８の方に戻すことができるように設けられている。
【００３５】
なお、中間ハウジング１４では、最も一端側においてサークリップ２３ａが収容され、スラストベアリング１５、キャップ２２およびプレート２３は、サークリップ２３ａにより他端側に付勢されている。また、キャップ２２と中間ハウジング１４との間、コンプレッサハウジング４Ｈと中間ハウジング１４との間、軸受けハウジング８と中間ハウジング１４との間には、適宜、Ｏリングが配置されている。
【００３６】
そして、ターボチャージャー１は、回転軸２の振れ回りを抑制するべく、次のような構成を有している。
すなわち、ターボチャージャー１は、回転軸２を軸受けするブッシュ９と、ブッシュ９の外周側でブッシュ９を環状に包囲する筒体であって軸方向に可動である可動ハウジング２５と、可動ハウジング２５を駆動してブッシュ９に対し軸方向に相対的に変位させる駆動手段２６と、回転軸２の回転数を検出する軸回転数検出手段２７と、軸回転数検出手段２７による検出値に応じて駆動手段２６を動作させる制御手段２８とを備える。
【００３７】
ブッシュ９は、軸方向に関してタービン３に近いタービン側ブッシュ９Ｔと、軸方向に関してコンプレッサ４に近いコンプレッサ側ブッシュ９Ｃとに分かれており、タービン側、コンプレッサ側ブッシュ９Ｔ、９Ｃは、円筒カラー２９により軸方向に隔てられている。
【００３８】
また、内周側クリアランス１０は、可動ハウジング２５とタービン側ブッシュ９Ｔとの間で形成されるタービン側クリアランス１０Ｔと、可動ハウジング２５とコンプレッサ側ブッシュ９Ｃとの間で形成されるコンプレッサ側クリアランス１０Ｃとに分かれ、同様に、外周側クリアランス１１も、可動ハウジング２５とタービン側ブッシュ９Ｔとの間で形成されるタービン側クリアランス１１Ｔと、可動ハウジング２５とコンプレッサ側ブッシュ９Ｃとの間で形成されるコンプレッサ側クリアランス１１Ｃとに分かれている。
【００３９】
可動ハウジング２５は、軸受けハウジング８の一部であり、軸方向に移動自在となるように軸受けハウジング８の本体をなすハウジング本体８Ａにより外周側からガイドされている。また、可動ハウジング２５の内周面には外周側に窪む凹部３１Ｔ、３１Ｃおよび内周側に突出する凸部３２Ｔ、３２Ｃが設けられ、軸方向に一端から他端に向かって凸部３２Ｃ、凹部３１Ｃ、凸部３２Ｔ、凹部３１Ｔの順に設けられている。
【００４０】
ここで、凹部３１Ｔ、３１Ｃの外周底面３３および凸部３２Ｔ、３２Ｃの内周頂面３４は、可動ハウジング２５自体と同心の円筒面として設けられ、軸方向他端側の凹部３１Ｔの外周底面３３と軸方向一端側の凹部３１Ｃの外周底面３３とは同径である。また、軸方向他端側の凸部３２Ｔの内周頂面３４と軸方向一端側の凸部３２Ｃの内周頂面３４とは同径である。
【００４１】
以上により、タービン側、コンプレッサ側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃは、それぞれ、可動ハウジング２５のタービン側、コンプレッサ側ブッシュ９Ｔ、９Ｃに対する相対的な位置に応じて変化する。すなわち、タービン側、コンプレッサ側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃは、それぞれ、タービン側、コンプレッサ側ブッシュ９Ｔ、９Ｃの外周面が凹部３１Ｔ、３１Ｃの外周底面３３と径方向に対向することで大きくなり（図４参照。）、タービン側、コンプレッサ側ブッシュ９Ｔ、９Ｃの外周面が凸部３２Ｔ、３２Ｃの内周頂面３４と径方向に対向することで小さくなる（図１、図２参照。）。
【００４２】
なお、軸方向に隣り合う凹部３１Ｔと凸部３２Ｔに関し、凹部３１Ｔの外周底面３３と凸部３２Ｔの内周頂面３４とを軸方向に接続する段面３５は傾斜している。同様に、凹部３１Ｃの外周底面３３と凸部３２Ｃの内周頂面３４とを軸方向に接続する段面３５も傾斜している。
【００４３】
また、凹部３１Ｔ、３１Ｃの外周底面３３および凸部３２Ｔ、３２Ｃの内周頂面３４には、外周側クリアランス１１にオイルを導く油路１２が開口している。
ここで、ジャーナル軸受け５における油路１２の構成について説明する。
【００４４】
まず、軸受けハウジング８の本体ハウジングには、オイルの供給ポート３７および排出ポート３８が設けられており、油路１２は、供給ポート３７からジャーナル、スラスト軸受け５、６の各部にオイルが供給されて排出ポート３８から排出されるように構成されている。そして、供給ポート３７には、他端側の内周側、外周側クリアランス１０Ｔ、１１Ｔにオイルを供給するための油路１２ａ、一端側の内周側、外周側クリアランス１０Ｃ、１１Ｃにオイルを供給するための油路１２ｂ、および、スラスト軸受け６にオイルを供給するための油路１２ｃが接続している。
【００４５】
そして、可動ハウジング２５には、径方向に貫通する油路１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇが周方向に関して同じ位置に、他端から一端に向かって順次に設けられている。
ここで、油路１２ｄ、１２ｆは、それぞれ凹部３１Ｔ、３１Ｃの外周底面３３に開口している。そして、油路１２ｄ、１２ｆの外周面における開口は、可動ハウジング２５が一端側へ変位して外周側クリアランス１１が大きいときに油路１２ａ、１２ｂの開口と径方向に向かい合い（図４参照。）、オイルは、油路１２ａ、１２ｂから油路１２ｄ、１２ｆに流入して外周側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃに供給される。
【００４６】
また、油路１２ｅ、１２ｇは、凸部３２Ｔ、３２Ｃの内周頂面３４に開口している。そして、油路１２ｅ、１２ｇの外周面における開口は、可動ハウジング２５が他端側へ変位して外周側クリアランス１１が小さいときに油路１２ａ、１２ｂの開口と径方向に向かい合い（図１、図２参照。）、オイルは、油路１２ａ、１２ｂから油路１２ｅ、１２ｇに流入して外周側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃに供給される。
【００４７】
さらに、タービン側、コンプレッサ側ブッシュ９Ｔ、９Ｃには、それぞれ、径方向に貫通する油路１２ｈ、１２ｉが設けられており、油路１２ｈ、１２ｉを通じて外周側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃから内周側クリアランス１０Ｔ、１０Ｃにオイルが供給される。
【００４８】
また、タービン側、コンプレッサ側ブッシュ９Ｔ、９Ｃには、それぞれ、油路１２ｈ、１２ｉとは回転軸２を挟んで対称となる側に、径方向に貫通する油路１２ｊ、１２ｋが設けられており、油路１２ｊ、１２ｋを通じて内周側クリアランス１０Ｔ、１０Ｃから外周側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃにオイルが排出される。また、可動ハウジング２５には、油路１２ｄ〜１２ｇとは回転軸２を挟んで対称となる側に、径方向に貫通する油路１２ｍが設けられており、油路１２ｍを通じて外周側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃから排出ポート３８に向かってオイルが排出される。
【００４９】
なお、油路１２ｃに流入したオイルは、中間ハウジング１４やスラストベアリング１５等に設けられた油路１２を通ってスラスト軸受け６における各種の隙間に供給され、プレート２３により軸受けハウジング８の方に戻されて排出ポート３８に向かう。
【００５０】
駆動手段２６は、例えば、油圧ピストンのような周知の駆動力発生装置４０と、駆動力発生装置４０で発生した駆動力により軸方向に進退するアーム４１とを有し、アーム４１の先端が可動ハウジング２５に固定されている。これにより、駆動手段２６は、アーム４１を介して駆動力発生装置４０の駆動力を可動ハウジング２５に伝達し、可動ハウジング２５を軸方向に駆動する。
軸回転数検出手段２７は、例えば、電磁ピックアップ式の周知の回転数センサである。
【００５１】
制御手段２８は、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムや各種データを保存する記憶装置、入力回路、出力回路等の機能を含んで構成される周知構造のマイクロコンピュータであり、軸回転数検出手段２７等の各種検出手段から入力される検出値に応じて駆動手段２６の動作を制御し、可動ハウジング２５を目標とする位置に移動させる。
【００５２】
以下、制御手段２８による可動ハウジング２５の位置制御を説明する。
可動ハウジング２５の位置制御は、軸回転数検出手段２７による検出値に応じて外周側クリアランス１１の大きさが変化するように、可動ハウジング２５をタービン側、コンプレッサ側ブッシュ９Ｔ、９Ｃに対して軸方向に相対的に変位させるものである。
【００５３】
すなわち、制御手段２８は、軸回転数検出手段２７による検出値が所定の範囲α内にある場合（図５参照。）、回転軸２においてホワール振動が発生する虞が高いものとみなし、外周側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃが大きくなる位置に可動ハウジング２５を変位させ、ホワール振動に起因する振れ回り発生の虞を低減する。また、制御手段２８は、軸回転数検出手段２７による検出値が範囲α外にある場合、回転軸２においてホワール振動が発生する虞が低いものとみなし、外周側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃが小さくなる位置に可動ハウジング２５を変位させ、外周側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃが大きいことに起因する振れ回り発生の虞を低減する。
【００５４】
つまり、制御手段２８は、軸回転数検出手段２７による検出値が範囲α内にある場合に、ブッシュ９の外周面が凹部３１Ｔ、３１Ｃの外周底面３３と径方向に対向するように可動ハウジング２５を一端側に変位させ（図４参照。）、軸回転数検出手段２７による検出値が範囲α外にある場合に、ブッシュ９の外周面が凸部３２Ｔ、３２Ｃの内周頂面３４と径方向に対向するように可動ハウジング２５を他端側に変位させる（図１、図２参照。）。
【００５５】
ここで、ホワール振動の振動数は、回転軸２を含む軸系に固有の数値（以下、ホワール振動数と呼ぶ。）になるので、ホワール振動は、回転軸２の回転数がホワール振動数に近い範囲で顕著になる。
【００５６】
すなわち、回転軸２の回転数がホワール振動数に略一致している場合、例えば、回転軸２の回転角に関する時系列データをフーリエ変換することで得られる回転数特性は、図５の特生線Ｌａに示すように、ホワール振動数で大きなピークを示すものとなる。また、回転軸２の回転数がホワール振動数よりも相当に大きい数値（以下、有意大側回転数と呼ぶ。）である場合、同様の回転数特性は、図５の特生線Ｌｂに示すように、有意大側回転数でピークを示すものの、ピークの高さは特性線Ｌａのホワール振動数におけるピークほど高くならない。
【００５７】
そこで、例えば、ホワール振動数を中心として＋側および−側に同じ回転数幅となるように範囲αを設定し、軸回転数検出手段２７による検出値が範囲α内にある場合、回転軸２においてホワール振動が発生する虞が高いものとみなし、ホワール振動に起因する振れ回り発生の虞を低減する。また、軸回転数検出手段２７による検出値が範囲α外にある場合、回転軸２においてホワール振動が発生する虞が低いものとみなし、外周側クリアランス１１が大きいことに起因する振れ回り発生の虞を低減する。
【００５８】
〔実施例の効果〕
実施例のターボチャージャー１は、回転軸２を軸受けするブッシュ９と、ブッシュ９の外周側でブッシュ９を環状に包囲する筒体であって軸方向に可動である可動ハウジング２５と、可動ハウジング２５を駆動してブッシュ９に対し軸方向に相対的に変位させる駆動手段２６とを備える。また、ブッシュ９の外周面と可動ハウジング２５の内周面との間には外周側クリアランス１１が形成されてオイルが供給され、外周側クリアランス１１は、可動ハウジング２５のブッシュ９に対する相対的な位置に応じて変化する。
【００５９】
これにより、ホワール振動が発生する虞が高いか否かに応じて、外周側クリアランス１１を変化させることができる。すなわち、ホワール振動が発生する虞が高いときには、外周側クリアランス１１が大きくなるように可動ハウジング２５を位置取りさせてホワール振動に起因する振れ回り発生の虞を低減することができる。
【００６０】
また、ホワール振動が発生する虞が低いときには、外周側クリアランス１１が小さくなるように可動ハウジング２５を位置取りさせて、外周側クリアランス１１が大きいことに起因する振れ回り発生の虞を低減することができる。
このため、ターボチャージャー１のジャーナル軸受け５において、回転軸２の振れ回りを抑制することができる。
【００６１】
また、ブッシュ９は、軸方向に関してタービン３に近いタービン側ブッシュ９Ｔと、軸方向に関してコンプレッサ４に近いコンプレッサ側ブッシュ９Ｃとに分かれており、外周側クリアランス１１は、可動ハウジング２５とタービン側ブッシュ９Ｔとの間で形成されるタービン側クリアランス１１Ｔと、可動ハウジング２５とコンプレッサ側ブッシュ９Ｃとの間で形成されるコンプレッサ側クリアランス１１Ｃとに分かれている。
【００６２】
そして、タービン側クリアランス１１Ｔおよびコンプレッサ側クリアランス１１Ｃは、可動ハウジング２５のタービン側ブッシュ９Ｔおよびコンプレッサ側ブッシュ９Ｃに対する相対的な位置に応じて変化する。
これにより、ジャーナル軸受け５におけるすべり面を低減することができるので、焼付回避に対する信頼性を高めることができる。
【００６３】
また、可動ハウジング２５において軸方向に隣り合う凹部３１Ｔ、３１Ｃと凸部３２Ｔ、３２Ｃに関し、凹部３１Ｔ、３１Ｃの外周底面３３と凸部３２Ｔ、３２Ｃの内周頂面３４とを軸方向に接続する段面３５は傾斜している。
これにより、ブッシュ９の角部が可動ハウジング２５の変位に干渉する虞を低減することができる。
【００６４】
また、凹部３１Ｔの外周底面３３、凸部３２Ｔの内周頂面３４、凹部３１Ｃの外周底面３３および凸部３２Ｃの内周頂面３４には、それぞれ油路１２ｄ〜１２ｇが開口しており、油路１２ｄ、１２ｅおよび油路１２ｆ、１２ｇは、それぞれ、タービン側、コンプレッサ側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃにオイルを導く。
これにより、タービン側、コンプレッサ側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃに確実にオイルを供給することができる。
【００６５】
さらに、ターボチャージャー１は、回転軸２の回転数を検出する軸回転数検出手段２７と、軸回転数検出手段２７による検出値がホワール振動数を含む範囲α内にある場合に、ブッシュ９の外周面が凹部３１Ｔ、３１Ｃと径方向に対向するように駆動手段２６を動作させる制御手段２８とを備える。
ホワール振動は、回転軸２の回転数がホワール振動数に近い範囲で顕著になる。
そこで、回転軸２の回転数の検出値が範囲α内にあるときに、ホワール振動を抑制することができるようにタービン側、コンプレッサ側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃを大きくする。
【００６６】
これにより、ホワール振動が顕著に現れているか否かを判断するために、例えば、高速フーリエ変換等の煩雑な処理を制御周期ごとに行なう必要がなくなるので、簡便にホワール振動が顕著に現れているか否かを判断して駆動手段２６を制御することができる。
【００６７】
〔変形例〕
ターボチャージャー１の態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例のターボチャージャー１によれば、ブッシュ９は、タービン側、コンプレッサ側ブッシュ９Ｔ、９Ｃに分かれており、外周側クリアランス１１も、タービン側、コンプレッサ側クリアランス１１Ｔ、１１Ｃに分かれていたが、タービン側、コンプレッサ側に分かれていない１つのブッシュ９を用いてもよく、外周側クリアランス１１もタービン側、コンプレッサ側に分けることなく１つとしてもよい。
【００６８】
また、実施例のターボチャージャー１によれば、制御手段２８は、軸回転数検出手段２７による検出値が範囲α内にあるか否かに応じて、外周側クリアランス１１が変化するように駆動手段２６を動作させていたが、例えば、回転軸２の回転角に関する時系列データに基づき制御周期ごとにフーリエ変換を行って回転数特性を求め、振動レベルのホワール振動数における数値が閾値を超えているか否かに基づいて駆動手段２６を動作させてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１ ターボチャージャー
２ 回転軸
３ タービン
４ コンプレッサ
９ ブッシュ
９Ｔ タービン側ブッシュ
９Ｃ コンプレッサ側ブッシュ
１１ 外周側クリアランス（クリアランス）
１１Ｔ タービン側クリアランス
１１Ｃ コンプレッサ側クリアランス
１２、１２ｄ〜１２ｇ 油路
２５ 可動ハウジング
２６ 駆動手段
２７ 軸回転数検出手段
２８ 制御手段
３１Ｔ、３１Ｃ 凹部
３２Ｔ、３２Ｃ 凸部
３３ 外周底面
３４ 内周頂面
３５ 段面
α 範囲（所定の範囲）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスにより回転するタービンと吸入空気を圧縮するコンプレッサとを連結する回転軸を軸受けするブッシュと、
このブッシュの外周側で前記ブッシュを環状に包囲する筒体であって軸方向に可動である可動ハウジングと、
この可動ハウジングを駆動して前記ブッシュに対し軸方向に相対的に変位させる駆動手段とを備え、
前記ブッシュの外周面と前記可動ハウジングの内周面との間にはクリアランスが形成されてオイルが供給され、
前記クリアランスは、前記可動ハウジングの前記ブッシュに対する相対的な位置に応じて変化することを特徴とするターボチャージャー。
【請求項２】
請求項１に記載のターボチャージャーにおいて、
前記ブッシュは、軸方向に関して前記タービンに近いタービン側ブッシュと、軸方向に関して前記コンプレッサに近いコンプレッサ側ブッシュとに分かれており、
前記クリアランスは、前記可動ハウジングと前記タービン側ブッシュとの間で形成されるタービン側クリアランスと、前記可動ハウジングと前記コンプレッサ側ブッシュとの間で形成されるコンプレッサ側クリアランスとに分かれており、
前記タービン側クリアランスおよび前記コンプレッサ側クリアランスは、前記可動ハウジングの前記タービン側ブッシュおよび前記コンプレッサ側ブッシュに対する相対的な位置に応じて変化することを特徴とするターボチャージャー。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のターボチャージャーにおいて、
前記可動ハウジングの内周面には外周側に窪む凹部と内周側に突出する凸部とが軸方向に交互に設けられ、
前記クリアランスは、前記ブッシュの外周面が前記凹部と径方向に対向することで大きくなり、前記ブッシュの外周面が前記凸部と径方向に対向することで小さくなることを特徴とするターボチャージャー。
【請求項４】
請求項３に記載のターボチャージャーにおいて、
軸方向に隣り合う前記凹部と前記凸部に関し、前記凹部の外周底面と前記凸部の内周頂面とを軸方向に接続する段面は傾斜していることを特徴とするターボチャージャー。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載のターボチャージャーにおいて、
前記凹部の外周底面および前記凸部の内周頂面には、それぞれ、前記クリアランスにオイルを導く油路が開口していることを特徴とするターボチャージャー。
【請求項６】
請求項３ないし請求項５の内のいずれか１つに記載のターボチャージャーにおいて、
前記回転軸の単位時間当たりの回転回数を検出する軸回転数検出手段と、
この軸回転数検出手段による検出値が所定の範囲内にある場合に、前記ブッシュの外周面が前記凹部と径方向に対向するように前記駆動手段を動作させる制御手段とを備えるターボチャージャー。
【請求項１】
排気ガスにより回転するタービンと吸入空気を圧縮するコンプレッサとを連結する回転軸を軸受けするブッシュと、
このブッシュの外周側で前記ブッシュを環状に包囲する筒体であって軸方向に可動である可動ハウジングと、
この可動ハウジングを駆動して前記ブッシュに対し軸方向に相対的に変位させる駆動手段とを備え、
前記ブッシュの外周面と前記可動ハウジングの内周面との間にはクリアランスが形成されてオイルが供給され、
前記クリアランスは、前記可動ハウジングの前記ブッシュに対する相対的な位置に応じて変化することを特徴とするターボチャージャー。
【請求項２】
請求項１に記載のターボチャージャーにおいて、
前記ブッシュは、軸方向に関して前記タービンに近いタービン側ブッシュと、軸方向に関して前記コンプレッサに近いコンプレッサ側ブッシュとに分かれており、
前記クリアランスは、前記可動ハウジングと前記タービン側ブッシュとの間で形成されるタービン側クリアランスと、前記可動ハウジングと前記コンプレッサ側ブッシュとの間で形成されるコンプレッサ側クリアランスとに分かれており、
前記タービン側クリアランスおよび前記コンプレッサ側クリアランスは、前記可動ハウジングの前記タービン側ブッシュおよび前記コンプレッサ側ブッシュに対する相対的な位置に応じて変化することを特徴とするターボチャージャー。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のターボチャージャーにおいて、
前記可動ハウジングの内周面には外周側に窪む凹部と内周側に突出する凸部とが軸方向に交互に設けられ、
前記クリアランスは、前記ブッシュの外周面が前記凹部と径方向に対向することで大きくなり、前記ブッシュの外周面が前記凸部と径方向に対向することで小さくなることを特徴とするターボチャージャー。
【請求項４】
請求項３に記載のターボチャージャーにおいて、
軸方向に隣り合う前記凹部と前記凸部に関し、前記凹部の外周底面と前記凸部の内周頂面とを軸方向に接続する段面は傾斜していることを特徴とするターボチャージャー。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載のターボチャージャーにおいて、
前記凹部の外周底面および前記凸部の内周頂面には、それぞれ、前記クリアランスにオイルを導く油路が開口していることを特徴とするターボチャージャー。
【請求項６】
請求項３ないし請求項５の内のいずれか１つに記載のターボチャージャーにおいて、
前記回転軸の単位時間当たりの回転回数を検出する軸回転数検出手段と、
この軸回転数検出手段による検出値が所定の範囲内にある場合に、前記ブッシュの外周面が前記凹部と径方向に対向するように前記駆動手段を動作させる制御手段とを備えるターボチャージャー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−２３１２（Ｐ２０１３−２３１２Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３１７７０（Ｐ２０１１−１３１７７０）
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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