JPH0366500B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0366500B2 JPH0366500B2 JP1250809A JP25080989A JPH0366500B2 JP H0366500 B2 JPH0366500 B2 JP H0366500B2 JP 1250809 A JP1250809 A JP 1250809A JP 25080989 A JP25080989 A JP 25080989A JP H0366500 B2 JPH0366500 B2 JP H0366500B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- compressor
- turbine
- turbocharger
- shaft
- rotor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2360/00—Engines or pumps
- F16C2360/23—Gas turbine engines
- F16C2360/24—Turbochargers
Landscapes
- Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Rolling Contact Bearings (AREA)
- Supercharger (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、ターボチヤージヤの圧縮機とタービ
ンとの回転を支持する軸受支持構造物に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a bearing support structure that supports rotation of a compressor and a turbine of a turbocharger.
関連する応用に関する前後参照
本出願は、本出願人により西歴1977年1月14日
差し出しの米国特許出願第759773号「ターボチヤ
ージヤ」のCIP出願である。Context Reference for Related Applications This application is a CIP application of US patent application Ser.
背景技術
ターボチヤージングは、内燃機関の動力範囲と
融通性とを非常に拡大する手段であり、実際に許
容された技術となつており、多くの場合に、200
馬力又はそれ以上の強力デイーゼル機関に対して
必要なものとなつている。又ターボチヤージング
は、たとえば航空機機関において高度の増加する
場合に動力を維持するのに使用される。BACKGROUND OF THE INVENTION Turbocharging is a means of greatly expanding the power range and flexibility of internal combustion engines, and has become an accepted technology in practice, often with 200
It has become necessary for powerful diesel engines with horsepower or more. Turbocharging is also used, for example, in aircraft engines to maintain power as altitude increases.
ターボチヤージヤの内燃機関への有効な応用
は、通常動力出力を50−100パーセント増加させ、
全負荷比燃費(sfc)を5−10パーセント減少さ
せる。比燃費の減少は2つの項目に帰因する。第
1に所定速度において、内燃機関の摩擦が、動力
出力が相当に増加しても、比較的一定のままであ
る。この結果機械的効率が有効に改善されること
になる。第2にターボチヤージヤ構成要素の効率
が充分に高く、ターボチヤージヤの使用される機
関の排気温度が充分に高いならば、正味サイクル
出力に付加されるポジテイブ・ポンピング・ワー
ク(positive pumping work)が生ずることに
なる。四サイクル内燃機関において、その指圧線
図から明らかなとおり、一般に負のポンプ仕事す
なわちポンプ損失の生ずることは明らかである
[たとえば、昭和44年10月30日株式会社朝倉書店
発行「内燃機関ハンドブツク」第223頁(1)ポンプ
損失の項及びエドワード・エフ・オベルト
(Edward F.Obert)著、インテクスト・エデユ
ケーシヨナル・パブリツシヤーズ(Intext
Educational Publishers)発行「内燃機関及び空
気汚染(Internal Combustion Engines and
Air Pollution)」第156頁参照)。しかし前記条件
を満たすターボチヤージヤの場合には、むしろ正
のポンプ仕事(positive pumping work)が生
ずることになるであろう。]
ターボチヤージングは、通常全負荷比燃費を減
少させ、馬力を増大させる手段と考えられてい
る。ターボチヤージヤを現在利用している機関、
たとえば大きい強力デイーゼル機関、航空機機
関、競争用自動車機関及びこれ等の類似機関の発
達の際には、前記理解は妥当であつて、限定され
た応用例においてこれ等の機関は仕事サイクルの
大部分の間全負荷又は全負荷付近で作動される。
しかし多くの応用例においては、これ等機関が長
時間にわたつて全負荷又は全負荷付近で作動され
る必要がない。実際上多くの応用例において、一
般的にこれ等の機関は50%以下の動力で作動さ
れ、多くの応用例においてこれ等の機関は、その
作動の大部分の間20%以下の動力で作動される。
これ等の応用例は、自動車、軽又は中トラツク、
発電機セツト、圧縮機、トラクタ、建築物設備及
びこれ等に類似の装置に使用される機関である。 Effective applications of turbocharging to internal combustion engines typically increase power output by 50-100 percent,
Reduces full load specific fuel economy (SFC) by 5-10 percent. The decrease in specific fuel consumption is attributable to two items. First, at a given speed, the friction of the internal combustion engine remains relatively constant even though the power output increases considerably. This results in an effective improvement in mechanical efficiency. Second, if the efficiency of the turbocharger components is high enough and the exhaust temperature of the engine in which the turbocharger is used is high enough, there will be positive pumping work added to the net cycle output. Become. In a four-stroke internal combustion engine, as is clear from its acupressure diagram, it is clear that negative pump work, or pump loss, generally occurs. Page 223 (1) Pump Loss Section and Edward F. Obert, Intext Educational Publishers
“Internal Combustion Engines and Air Pollution” published by Educational Publishers.
Air Pollution”, page 156). However, in the case of a turbocharger that satisfies the above conditions, positive pumping work will instead occur. ] Turbocharging is generally considered a means of reducing full load specific fuel economy and increasing horsepower. Organizations currently using turbochargers,
For example, with the development of large powerful diesel engines, aircraft engines, competitive automobile engines, and similar engines, the foregoing understanding is valid, and in limited applications these engines can be used for most of the work cycle. It is operated at or near full load for a period of time.
However, in many applications, it is not necessary for these engines to be operated at or near full load for extended periods of time. In many practical applications, these engines typically operate at less than 50% power, and in many applications these engines operate at less than 20% power during most of their operation. be done.
Examples of these applications are automobiles, light or medium trucks,
Engines used in generator sets, compressors, tractors, building equipment, and similar equipment.
これ等の低い動力環境で作動する機関は、非常
に効率が良くない。デイーゼル機関においては、
この非効率は燃焼温度が減少するときの熱効率の
衰退の結果である。なぜならば、内燃機関の摩擦
は負荷に関係なく比較的一定のままだからであ
る。ガソリン機関においては、この非効率は、負
荷の減少に伴なつてポンプ損失が増大する結果生
じる。なぜならば、内燃機関の摩擦は、負荷に関
係なく比較的一定のままだからである。 Engines operating in these low power environments are very inefficient. In diesel engines,
This inefficiency is the result of a decline in thermal efficiency as combustion temperature decreases. This is because friction in an internal combustion engine remains relatively constant regardless of load. In gasoline engines, this inefficiency results from increased pumping losses as the load decreases. This is because friction in an internal combustion engine remains relatively constant regardless of load.
したがつて、一層小さい効率の良い機関寸法を
利用することによつて、すなわち一層小さい排気
量割合(四サイクル機関に対して1/2排気量×機
関速度の積)を持つ機関を利用することによつ
て、排気量の減少、作動速度の減少又はこれ等の
両方の組合わせにより、部分負荷燃料消費量を改
良することができる。ガソリン機関においては、
この改良は、機関摩擦の減少及びポンプ損失の減
少の結果として行なわれる。デイーゼル機関にお
いては、この改良は、一層高い燃焼温度に起因す
る一層高い熱効率及び機関摩擦の減少の結果であ
る。多くの応用において、ターボチヤージング
は、一層小さい有効な機関寸法を持つ機関の使用
を許容するように使用されるかもしれない。ター
ボチヤージングを行なうことによつて、排気量の
立方インチ当り2倍の自然吸気動力、或る場合に
は3倍の自然吸気動力を得ることは容易である。
しかし一層小さい機関をターボチヤージしようと
する試みは、一般に不成功に終つた。この失敗
は、ジヤーナル軸受及び平板型(flat disc type)
スラスト軸受のまわりにターボチヤージヤが組立
てられるようになつている現在の設計のせいであ
る。この型式の軸受方式は、摩擦に打ち勝つだけ
に1ないし3馬力(特定のターボチヤージヤ及び
その応用において要求される速度とにより定めら
れる)を必要とする。この損失は、タービンが圧
縮プロセスの間に30馬力以上を出すことを要求さ
れる応用(代表的には200馬力又はそれ以上の機
関)においては重要ではないが、100馬力以下の
機関をターボチヤージするときは非常に重要にな
る。たとえば、ターボチヤージヤ・タービン動力
が60−80馬力の場合に、2−3馬力の軸受摩擦損
失は重要ではない。しかしタービン動力が15馬力
にすぎない一層小さいターボチヤージヤにおいて
は、一層小さいターボチヤージヤが作動される一
層高いrpmのために、2−3馬力又はもつと多い
かもしれない4−5馬力の軸受摩擦損失は、発生
する全タービン馬力のほとんど1/3に相当し、全
く許容できない損失である。 Therefore, by using smaller and more efficient engine dimensions, i.e. engines with smaller displacement ratios (1/2 displacement x engine speed product for four-stroke engines). Part-load fuel consumption can therefore be improved by reducing displacement, reducing operating speed, or a combination of both. In gasoline engines,
This improvement occurs as a result of reduced engine friction and reduced pumping losses. In diesel engines, this improvement is the result of higher thermal efficiency and reduced engine friction due to higher combustion temperatures. In many applications, turbocharging may be used to allow the use of engines with smaller effective engine dimensions. By turbocharging, it is easy to obtain twice the naturally aspirated power per cubic inch of displacement, and in some cases triple the naturally aspirated power per cubic inch of displacement.
However, attempts to turbocharge smaller engines have generally been unsuccessful. This failure is caused by journal bearings and flat disc type bearings.
This is due to current designs in which the turbocharger is assembled around the thrust bearing. This type of bearing system requires 1 to 3 horsepower (depending on the particular turbocharger and speed required in the application) just to overcome friction. This loss is not significant in applications where the turbine is required to produce more than 30 horsepower during the compression process (typically 200 horsepower or more engines), but when turbocharging engines less than 100 horsepower time becomes very important. For example, if the turbocharger turbine power is 60-80 horsepower, bearing friction losses of 2-3 horsepower are not significant. However, in a smaller turbocharger where the turbine power is only 15 hp, bearing friction losses of 2-3 hp or even 4-5 hp due to the higher rpm at which the smaller turbocharger is operated are: This represents almost 1/3 of the total turbine horsepower generated, a totally unacceptable loss.
又現在使用されている軸受方式は、油の流れと
ロータの安定性とを許容するために、かなりの半
径方向及び軸線方向のすきまを必要とする。これ
等のすきまは、圧縮機及びタービンのロータのブ
レーデイングに関係する比較的大きいすきまに転
移させられることにより、圧縮機とタービンとの
両方の効率に影響を及ぼす。たとえば現今のター
ボチヤージヤに普通使用されるジヤーナル軸受及
び平板型スラスト軸受は、タービンと圧縮機との
羽根とその周囲の構造部材との間に0.015インチ
のすきまを必要とする。羽根の高さが1インチで
ある場合に、すきまと羽根の高さとの比は1−1/
2パーセントにすぎない。しかし、たとえば0.2イ
ンチの羽根の高さを持つ一層小さいターボチヤー
ジヤが所望される場合には、羽根とその周囲の構
造部材との間の0.015インチのすきまは、羽根の
高さの7−1/2パーセントになる。それゆえ、よ
り大きいターボチヤージヤの応用において0.015
インチのすきまが許容できる場合に、一層小さい
ターボチヤージヤが設計されるときには完全に許
容できなくなる。それゆえ、一層小さいターボチ
ヤージヤにおいては、このすきまは、ターボチヤ
ージヤの全性能に対して、結局は機関の性能に対
してますます重大になる。 Also, currently used bearing systems require significant radial and axial clearance to allow oil flow and rotor stability. These clearances are translated into relatively large clearances associated with the blading of the compressor and turbine rotors, thereby affecting the efficiency of both the compressor and the turbine. For example, journal bearings and flat plate thrust bearings commonly used in modern turbochargers require a clearance of 0.015 inch between the turbine and compressor blades and the surrounding structural members. If the height of the blade is 1 inch, the ratio of the clearance to the height of the blade is 1-1/
Only 2%. However, if a smaller turbocharger is desired, with a vane height of, say, 0.2 inches, a 0.015 inch clearance between the vane and its surrounding structural members would be 7-1/2 of the vane height. Become a percentage. Therefore, in larger turbocharger applications 0.015
Where inches of clearance may be acceptable, it becomes completely unacceptable when smaller turbochargers are designed. Therefore, in smaller turbochargers, this clearance becomes increasingly critical to the overall performance of the turbocharger and ultimately to the performance of the engine.
多くの軸受損傷は、始動の間の機関油圧の不足
又は機関油の汚染の結果である。高速ジヤーナル
軸受が従来のターボチヤージヤにおいて使用され
る場合には、軸を安定させると共に粘性摩擦によ
り発生する熱を運び去るために、連続した油の流
れが本質的に要求される。隣接するタービン
(1600〓の高い温度で作動する)から軸受方式へ
伝達される熱を運び去るためにも油の流れが要求
される。従来のターボチヤージヤにおいて、ジヤ
ーナル軸受の代りに減摩玉軸受が使用されるとし
ても、タービンから伝達される熱を運び去るため
には、連続した油の流れが要求される。したがつ
て、現今のターボチヤージヤを適当に作動させる
ためには潤滑が必要であるが、潤滑が又多くの失
敗の原因となつている。さらに連続した油の流れ
による潤滑は、軸受に潤滑剤を供給するために実
質的な鉛管工事及び関連構造を必要とする。 Many bearing failures are the result of insufficient engine oil pressure or contamination of engine oil during startup. When high speed journal bearings are used in conventional turbochargers, continuous oil flow is essentially required to stabilize the shaft and carry away the heat generated by viscous friction. Oil flow is also required to carry away the heat transferred to the bearing system from the adjacent turbine (which operates at temperatures as high as 1600°). In conventional turbochargers, even if anti-friction ball bearings are used in place of journal bearings, a continuous flow of oil is required to carry away the heat transferred from the turbine. Therefore, although modern turbochargers require lubrication to operate properly, lubrication is also the cause of many failures. Furthermore, continuous oil flow lubrication requires substantial plumbing and associated structures to supply lubricant to the bearings.
現今のターボチヤージヤは、タービンを通過す
る推進ガスの流れを有効に制御することはできな
い。現在基本的には、タービンの動力出力を制御
するのに使用される2つの方法がある。その第1
の方法は、最大の機関作動速度及び負荷におい
て、所望のブースト圧力が所定の限度を越えない
ように、タービンとタービン・ノズルとの寸法を
注意深く定めることである。この方法の欠点は、
低い機関速度において利用できるブースト圧力が
制限され、要求に対する応答が遅いことである。
タービンを通過するブースト圧力を制御するのに
使用される第2の方法は、最大の機関速度及び負
荷において過剰なタービン動力を生じさせるよう
にタービン・ノズルの寸法を定めると共に排気逃
し弁(wastegate)を使用することである。この
方法においては、所定のブースト圧力に達すると
きに、排気逃し弁が開いて排気の一部分をバイパ
スさせる。この方法は、一層低い機関速度におい
て利用できるブースト圧力を増加させ、要求に対
する応答を改良するが、バイパスされた高圧排気
が増大した機関背圧を犠牲にして単に浪費される
点において全く非効率的である。さらに部分的負
荷において、ターボチヤージヤが本質的に作動し
ていないときに、小さいノズル面積は排気に対す
る抑制部材として作用し、ポンプ損失の増加を引
き起す。 Current turbochargers cannot effectively control the flow of propellant gas through the turbine. There are currently basically two methods used to control the power output of a turbine. The first
The method is to carefully dimension the turbine and turbine nozzle so that at maximum engine operating speed and load, the desired boost pressure does not exceed predetermined limits. The disadvantage of this method is
The available boost pressure at low engine speeds is limited and the response to demand is slow.
The second method used to control boost pressure through the turbine is to size the turbine nozzle and wastegate to produce excess turbine power at maximum engine speed and load. is to use. In this method, when a predetermined boost pressure is reached, an exhaust relief valve opens to bypass a portion of the exhaust gas. Although this method increases available boost pressure at lower engine speeds and improves response to demand, it is completely inefficient in that bypassed high pressure exhaust is simply wasted at the expense of increased engine back pressure. It is. Furthermore, at part load, when the turbocharger is essentially not operating, the small nozzle area acts as a restraint on the exhaust, causing increased pumping losses.
それゆえ大小の両内燃機関をターボチヤージす
るように有効に作動させることができるターボチ
ヤージヤが要求されるようになつた。連続した油
の流れにより潤滑される軸受によつて従来経験し
た問題を取り除き、ターボチヤージヤ・タービン
を駆動する推進ガスを最も有効に使用する軸受方
式を持つターボチヤージヤが要求されるようにな
つた。さらに圧縮機とタービンとのロータを支え
る軸受アセンブリは、所望の圧縮機及びタービ
ン・ロータのすきまを容易に減少させるものでな
ければならない。 Therefore, a need has arisen for a turbocharger that can effectively turbocharge both large and small internal combustion engines. A need has arisen for a turbocharger with a bearing system that eliminates the problems previously experienced with bearings lubricated by a continuous flow of oil and that makes the most efficient use of the propellant gas that drives the turbocharger turbine. Furthermore, the bearing assemblies supporting the compressor and turbine rotors must readily reduce the desired compressor and turbine rotor clearances.
従来のターボチヤージヤ用の圧縮機ハウジング
の製法及び設計は、又相当に色々な問題を提供し
た。遠心圧縮機は、ターボチヤージヤにおいて最
も広く使用される動力学的圧縮機の1つである。
この型式の圧縮機においては、空気又は空気−燃
料混合物は圧縮機入口にはいり、圧縮機ロータへ
向けて流れ、入口流路に直角をなして音速付近ま
で加速される。空気圧力の増加は、圧縮ロータ羽
根の先端から放出される加速されたガスの速度を
減少させることによつて、完成される。拡散とし
て知られているこのプロセスは、乱流を生じさせ
ることなくガスの速度を減少させることによつて
一層有効に達成されることにより、速度エネルギ
ーの大きなパーセンテージ部分が圧力エネルギー
に変換され、静圧を上昇させる。 Conventional compressor housing construction and design for turbochargers also presents a significant variety of problems. Centrifugal compressors are one of the most widely used dynamic compressors in turbochargers.
In this type of compressor, air or an air-fuel mixture enters the compressor inlet, flows toward the compressor rotor, and is accelerated to near the speed of sound at right angles to the inlet flow path. The increase in air pressure is accomplished by reducing the velocity of the accelerated gas discharged from the tips of the compression rotor blades. This process, known as diffusion, is achieved more effectively by reducing the velocity of the gas without creating turbulence, so that a large percentage of the velocity energy is converted to pressure energy and the static Increase pressure.
この拡散プロセスを容易にするために、遠心圧
縮機を使用しているターボチヤージヤは、圧縮機
ロータ羽根の前縁から外側先端まで回転子の羽根
の輪郭にぴつたりと追従する圧縮機ロータ壁を通
常備えている。次いでこの圧縮機ロータ壁はロー
タ羽根の外側先端を通過して延び、デイフユーザ
の2つの壁の一方を形成し、次いで周辺ギヤツプ
を形成するように終る。圧縮されたガスは、この
周辺ギヤツプを通過して機関の吸込マニホルドに
通ずる周辺室内へ流れる。圧縮機ロータ羽根に向
かい合い、圧縮機ロータ羽根に輪郭がぴつたりと
合い次いで外向きに延びるこの壁は、圧縮された
ガスが圧縮機ロータ羽根を離れた後でかつ機関に
通ずる周辺室内へはいる前に、圧縮されたガスの
速度を均等に減少させる。したがつてこの壁構造
は、圧縮機により発生する静圧を非常に増大させ
る。 To facilitate this diffusion process, turbochargers using centrifugal compressors typically have compressor rotor walls that closely follow the contour of the rotor blades from their leading edge to their outer tips. We are prepared. This compressor rotor wall then extends past the outer tips of the rotor blades, forming one of the two walls of the diffuser, and then terminating to form a peripheral gap. The compressed gas flows through this peripheral gap into a peripheral chamber leading to the engine's intake manifold. This wall, which faces the compressor rotor blades, contours closely to the compressor rotor blades, and then extends outward, allows the compressed gas to enter the surrounding chamber after leaving the compressor rotor blades and leading to the engine. Before, the velocity of the compressed gas is reduced evenly. This wall structure therefore greatly increases the static pressure generated by the compressor.
この構造を形成するために、多くのターボチヤ
ージヤ圧縮機ハウジングは、圧縮機の外側周囲ハ
ウジングと圧縮機壁とが1つの鋳物部材になるよ
うにサンド・カスト(sand−cast)された。通常
このことは、機関の吸込マニホルドに通ずる周辺
室を形成するようにサンド・コア(sand core)
を使用することによつて完成された。鋳造後、こ
のサンド・コアは取り除かれて、圧縮機とは反対
側の壁に周辺室が形成され、この周辺室内におい
て圧縮機ロータの先端からガスが流れ去る。 To form this structure, many turbocharger compressor housings were sand-cast such that the outer perimeter housing of the compressor and the compressor wall were one casting member. Usually this is done by using a sand core to form a peripheral chamber leading to the engine's suction manifold.
completed by using. After casting, the sand core is removed to form a peripheral chamber on the wall opposite the compressor, in which gas flows away from the tip of the compressor rotor.
圧縮機ハウジングのダイカストが実質的には高
価にならなくて、サンド・カストより一層正確で
はあるけれども、圧縮されたガスを機関の吸込マ
ニホルドへ流す周辺室を形成すると同時にデイフ
ユーザ壁を形成するためにダイカスト型を使用す
ることができないために、最適の設計のダイカス
トを使用することはできなかつた。可変面積の室
が入口ギヤツプより必然的に大きく、この入口ギ
ヤツプを通過してガスが圧縮機ロータ羽根から噴
射されるから、最適の設計の圧縮機ハウジングを
ダイカストすることは不可能であつた。なぜなら
ば、圧縮機ロータ羽根に向かい合う壁の背後にこ
のような通路を形成できる型を設計することがで
きないからである。 Although die-casting of the compressor housing is substantially less expensive and more precise than sand-casting, it is useful to form the diffuser wall as well as to form the peripheral chamber through which the compressed gas flows to the engine suction manifold. Due to the unavailability of die casting molds, it has not been possible to use die castings of optimal design. It has not been possible to die cast a compressor housing of optimal design because the variable area chamber is necessarily larger than the inlet gap through which gas is injected from the compressor rotor blades. This is because it is not possible to design a mold that can form such a passageway behind the wall facing the compressor rotor blades.
ダイカスト圧縮機ハウジングが使用される場
合、サンド・カストされた圧縮機ハウジングに通
常形成される壁は単に取り除かれるから、型を合
わせて又分割して鋳物を作ることはできる。しか
しこの壁がなければ、圧縮機ロータによつて加速
されたガスは、デイフユーザから機関吸込マニホ
ルドに通ずる周辺室内へ早すぎた状態で送り出さ
れる。この結果、このような構造の圧縮機ハウジ
ングは、圧縮機の効率、したがつて圧縮機の性能
を実質的に低下させる。 If a die-cast compressor housing is used, the walls normally formed in sand-cast compressor housings are simply removed so that the molds can be combined and split to make the casting. However, without this wall, the gas accelerated by the compressor rotor would be prematurely pumped from the differential user into the peripheral chamber leading to the engine suction manifold. As a result, compressor housings of such construction substantially reduce compressor efficiency and, therefore, compressor performance.
発明の開示
本発明によれば、減摩玉軸受アセンブリは、圧
縮機とタービンの軸を支持するために使用され
る。ジヤーナル軸受と平板型のスラスト軸受とを
組合わせて使用している従来のターボチヤージヤ
の軸受装置においては、油の流れとロータの安定
性とを許容するためにかなりの半径方向及び軸線
方向のすきまを必要とする。この結果、圧縮機及
びタービンのロータのブレーデイングすなわち翼
配列に関係する大きいすきまを生じることにな
り、圧縮機とタービンとの効率に影響を及ぼす。
しかし玉軸受を使用することにより、このような
従来のターボチヤージヤの軸受装置の半径方向及
び軸線方向のすきますなわち移動の10ないし15%
だけでよいから、移動を一層小さくてすむように
制御できる。回転する軸受アセンブリの移動に関
するこの付加的制御は、羽根先端すきまの減少を
許容することにより、圧縮機及びタービンの効率
を評価し得るように改良する。さらに減摩玉軸受
の使用により、所要のタービン仕事を減少させる
ことにより、機関の比燃費を改良する。DISCLOSURE OF THE INVENTION In accordance with the present invention, an anti-friction ball bearing assembly is used to support compressor and turbine shafts. Conventional turbocharger bearing systems, which use a combination of journal bearings and flat plate thrust bearings, require significant radial and axial clearance to allow oil flow and rotor stability. I need. This results in large clearances associated with the blading of the compressor and turbine rotors, which affects the efficiency of the compressor and turbine.
However, by using ball bearings, 10 to 15% of the radial and axial clearance or travel of conventional turbocharger bearing arrangements such as
Since it only requires a small amount of movement, the movement can be controlled to be even smaller. This additional control over the movement of the rotating bearing assembly improves compressor and turbine efficiency ratings by allowing reduced blade tip clearance. Furthermore, the use of anti-friction ball bearings improves the engine's specific fuel efficiency by reducing the required turbine work.
本発明によれば、軸受アセンブリは、圧縮機及
びタービンの軸に形成された第1及び第2の内レ
ースを備えている。第1の内レースに相当する固
定の外レースをターボチヤージヤ・ハウジングに
取り付け、複数個の玉が、固定の外レースと第1
の内レースとの間に受け入れられる。第2の外側
レース環を設け、第1の外レースに対して滑動自
在にする。この第2の外側レース環を、ターボチ
ヤージヤ・ハウジングに対して滑動自在にし、圧
縮ばねがターボチヤージヤ・ハウジングと第2の
外側レース環との間で作用してこの外側レース環
を第1の外レースから遠ざかる向きにかたよら
せ、この第2の外側レース環と第2の内レースと
の間に位置する玉に連関させる。これと同時に、
ターボチヤージヤ・ハウジングに取り付けられた
第1の外レースは、これと、タービン及び圧縮機
の軸上の第1の内レースとの間の玉に連関させら
れる。 In accordance with the present invention, a bearing assembly includes first and second inner races formed on the shaft of a compressor and turbine. A fixed outer race corresponding to the first inner race is attached to the turbocharger housing, and a plurality of balls are connected to the fixed outer race and the first inner race.
Accepted between races. A second outer race ring is provided and slidable relative to the first outer race. The second outer race ring is slidable relative to the turbocharger housing, and a compression spring acts between the turbocharger housing and the second outer race ring to move the outer race ring away from the first outer race. It is biased away and associated with a ball located between the second outer race ring and the second inner race. At the same time,
A first outer race attached to the turbocharger housing is associated with a ball between it and a first inner race on the shaft of the turbine and compressor.
本発明においては、第1の内レース206と、
第2の内レース210とが、軸160の周辺に形
成されているために、すなわち両内レースが軸に
一体に形成されているために次のとおりの利点が
得られるのである。 In the present invention, the first inner race 206 and
Because the second inner race 210 is formed around the shaft 160, that is, because both inner races are integrally formed with the shaft, the following advantages are obtained.
(i) 内レースが軸に一体に形成されない場合に比
べて大きな直径の軸の使用が可能となり、軸を
非常に剛性にすることができる。(i) It allows the use of larger diameter shafts than if the inner race were not formed integrally with the shaft, and the shaft can be made very rigid.
(ii) 内レースと軸自身との間に存在する偏心度が
除かれるので、軸と玉軸受との同心性を向上さ
せることができる。(ii) Since the eccentricity existing between the inner race and the shaft itself is eliminated, the concentricity between the shaft and the ball bearing can be improved.
(iii) 周辺傾斜部すなわちスリンガを玉軸受に非常
に近接して位置させることができるので、潤滑
剤の噴霧を玉軸受に直接に投射できる。(iii) The peripheral ramp or slinger can be located very close to the ball bearings so that the lubricant spray can be directed directly onto the ball bearings.
(iv) 同じ軸直径の場合に、内レースが軸にはめ込
まれたときに比べて、軸線から玉の中心までの
距離が短くなり、玉軸受が一層遅い速度で回転
できるために、潤滑の要求及び軸受の摩耗を減
少させることができる。(iv) Lubrication requirements are reduced because the distance from the axis to the ball center is shorter and the ball bearing can rotate at a slower speed than when the inner race is fitted onto the shaft for the same shaft diameter. and can reduce bearing wear.
発明を実施するための最良の形態
第1図は本発明軸受支持構造物を備えたターボ
チヤージヤ20の斜視図である。このターボチヤ
ージヤはタービンハウジング26にV形クランプ
バンド28によつて連結した圧縮機用ハウジング
24から成る外部構造22を備えている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION FIG. 1 is a perspective view of a turbocharger 20 equipped with a bearing support structure of the present invention. The turbocharger has an external structure 22 consisting of a compressor housing 24 connected to a turbine housing 26 by a V-shaped clamp band 28.
第1、第2図に示すように、圧縮機用ハウジン
グ24は円筒形の入口穴40を備え、この穴はそ
の一端部に取付けられそこから外方に延びる横壁
42を持つている。円周方向の室44が壁42に
取付けてある。入口穴40は圧縮機の空気入口5
0を形成し、室44は圧縮機の排気口52を形成
する。タービンハウジング26はタービン空気取
入口54及びタービン排気口56を形成する。 As shown in FIGS. 1 and 2, the compressor housing 24 includes a cylindrical inlet hole 40 having a lateral wall 42 attached to one end thereof and extending outwardly therefrom. A circumferential chamber 44 is attached to wall 42. The inlet hole 40 is the air inlet 5 of the compressor.
0 and the chamber 44 forms the compressor outlet 52. Turbine housing 26 defines a turbine air intake 54 and a turbine exhaust 56 .
ターボチヤージヤの使用に当つては、空気を入
口50に引込み、圧縮された空気を排気口52か
らターボチヤージヤが取付けてある内燃機関に排
出する。機関からくる排気空気は、タービン空気
取入口54に導かれターボチヤージヤ用のタービ
ンを駆動し、タービン排気口56を通つて排出さ
れる。 In use of the turbocharger, air is drawn into the inlet 50 and compressed air is discharged through the exhaust port 52 to the internal combustion engine to which the turbocharger is attached. Exhaust air coming from the engine is directed to a turbine air intake 54 to drive a turbocharger turbine and is exhausted through a turbine exhaust 56.
入口穴40内には、この穴の内方壁面64から
延びる複数の羽根62によつて軸受支持筒60を
取付ける。この軸受支持筒60の端部上にキヤツ
プ66を取付ける。タービンハウジング26には
ブラケツト82によつてピストン型のアクチユエ
ータすなわち作動器80を取付ける。この作動器
80は後述のように制御棒86を延ばしたり引込
めたりするように操作される制御器84を備えて
いる。制御棒86を操作するために、必要に応
じ、空気を制御器84に空気管88,89で送る
ようにしてある。圧縮機ハウジング24には複数
のねじ92によつて油溜めカバープレート90を
取付ける。 A bearing support tube 60 is mounted within the inlet hole 40 by a plurality of vanes 62 extending from an inner wall surface 64 of the hole. A cap 66 is attached onto the end of this bearing support cylinder 60. A piston-type actuator 80 is mounted to the turbine housing 26 by a bracket 82. The actuator 80 includes a controller 84 that is operated to extend and retract a control rod 86 as described below. In order to operate the control rod 86, air is sent to the controller 84 through air pipes 88 and 89 as needed. A sump cover plate 90 is attached to the compressor housing 24 by a plurality of screws 92.
第2図に示すように、圧縮機の後壁100及び
タービンの後壁102を、圧縮機ハウジング24
及びタービンハウジング26の中間に、これらの
両ハウジングを組立てた際、位置させる。これら
の4個の構成部材は相互に案内し合つてV形クラ
ンプバンド28により組立てられる。第2図を詳
細に見れば判るように、全組立構造を相互に保持
し合わせるためにはただ単一のV形クランプが必
要とされるに過ぎない。前述のように、圧縮機ハ
ウジング24は筒形の入口穴40を備え、この穴
はその一端部に取付けられそこから外方に延びる
横壁42を持つている。円周方向の室44は入口
穴40から隔てられた方の壁42の端部に取付
け、その円周のまわりに変化する区域を持たせ、
圧縮機の排気口52からの吐出しに向つて増大さ
せる。 As shown in FIG. 2, the compressor rear wall 100 and the turbine rear wall 102 are connected to the compressor housing 24.
and the turbine housing 26, when these two housings are assembled. These four components are mutually guided and assembled by a V-shaped clamp band 28. As can be seen from a closer look at FIG. 2, only a single V-clamp is required to hold the entire assembly together. As previously mentioned, the compressor housing 24 includes a cylindrical inlet hole 40 having a lateral wall 42 attached to one end thereof and extending outwardly therefrom. A circumferential chamber 44 is attached to the end of the wall 42 separated from the inlet hole 40 and has a varying area around its circumference;
It increases toward the discharge from the compressor exhaust port 52.
入口穴40は、壁42の方に向つて先細になる
直径を備えた第1の内部壁部110と、段114
によつて第1の内部壁部110に連結された第2
の内部壁部112とを持つている。この第2の壁
部112は壁42の方に向つて広がる直径を持つ
ている。壁42は円周方向に隔てられた複数の穴
116を持つている。室44は、圧縮機の排気口
52のほかにほぼ壁42の平面に穴118を備え
ている。 The entrance hole 40 has a first interior wall 110 with a diameter that tapers toward the wall 42 and a step 114.
a second inner wall 110 connected to the first inner wall 110 by
It has an inner wall portion 112. This second wall 112 has a diameter that widens towards wall 42. Wall 42 has a plurality of circumferentially spaced holes 116. In addition to the compressor outlet 52, the chamber 44 is provided with a hole 118 approximately in the plane of the wall 42.
前部圧縮機壁インサート126は、筒形ののど
部128とこののど部128の一端から横向きに
取付けた円形のデイスク130とを備えている。
のど部128は、デイスク130に向つて細まる
直径を持つ内壁面131と、デイスク130の方
に向つて広がる直径を持つ外壁面132とを備え
ている。広がる直径を持つ面132は、入口穴4
0の内壁部112の広がる面に対応してのど部1
28が入口穴40内に挿入されこれと組合うよう
にしてある。またのど部128の直径が小さくな
る方の壁面131は、入口穴40の第1の内壁部
110の小さくなる直径の延長に相当する。イン
サート126が入口穴40と組合うと、入口穴4
0の入口からターボチヤージヤ内に向つて連続し
て小さくなる直径が得られる。 The front compressor wall insert 126 includes a cylindrical throat 128 and a circular disc 130 mounted laterally from one end of the throat 128.
The throat portion 128 includes an inner wall surface 131 with a diameter that tapers toward the disk 130 and an outer wall surface 132 with a diameter that widens toward the disk 130. A surface 132 with a widening diameter forms the entrance hole 4
The throat part 1 corresponds to the expanding surface of the inner wall part 112 of 0.
28 is inserted into and mated with the inlet hole 40. Additionally, the wall surface 131 of the throat 128 with a smaller diameter corresponds to an extension of the smaller diameter of the first inner wall 110 of the inlet hole 40 . When the insert 126 mates with the entrance hole 40, the entrance hole 4
A diameter that decreases continuously from the 0 inlet into the turbocharger is obtained.
デイスク130からリベツト状の複数の突出部
140が延び、これは壁42の穴116に対応す
る。インサート126が圧縮機ハウジング24と
連関しまたのど部128の端部が入口穴40の段
114と連関すれば、突出部140は穴116に
よつて壁42の対応面と衝合するデイスク130
と連関する。第2図に示すように、突出部140
は穴116内に挿入され、その頭部はインサート
126をハウジング24に取付けるように変形さ
せてある。デイスク130は、壁42を越えて延
ばして室44の穴118を部分的におおうように
する。デイスク130の外端と室44の壁との間
に円周方向の隙間146を作り、またデイフユー
ザー区域148を、遠心流圧縮機ロータ172及
び室44に至るすき間146間の圧縮機後壁10
0及びデイスク130間に形成する。 A plurality of rivet-like projections 140 extend from disk 130 and correspond to holes 116 in wall 42. When the insert 126 is associated with the compressor housing 24 and the end of the throat 128 is associated with the step 114 of the inlet hole 40, the protrusion 140 abuts the disk 130 with the corresponding surface of the wall 42 by the hole 116.
related to. As shown in FIG.
is inserted into hole 116 and its head is modified to attach insert 126 to housing 24. Disk 130 extends beyond wall 42 to partially cover hole 118 in chamber 44. Creating a circumferential gap 146 between the outer edge of the disk 130 and the wall of the chamber 44 and defining a differential user area 148 between the centrifugal flow compressor rotor 172 and the gap 146 leading to the compressor back wall of the chamber 44. 10
0 and the disk 130.
第2図に示すように、軸受支持筒60は、入口
穴40の壁面64から内方に延びる複数の支柱6
2によつて入口穴40内に同心状態に支える。タ
ーボチヤージヤ20は、2個の球軸受162,1
64によつて軸受支持筒60内で回転するように
支えた軸160を持つている。半径流タービンロ
ータ170は軸160の一端に取付け、遠心流圧
縮機ロータ172はタービンロータ170及び軸
受162,164の中間に取付ける。軸160は
圧縮機後壁100内の穴176及びタービン後壁
102内のラビリンスシール178を貫通してい
る。 As shown in FIG. 2, the bearing support tube 60 includes a plurality of struts 6 extending inwardly from the wall surface 64 of the inlet hole 40.
2 concentrically supported within the inlet hole 40. The turbocharger 20 has two ball bearings 162,1
The shaft 160 is rotatably supported within the bearing support tube 60 by a shaft 64. A radial turbine rotor 170 is mounted at one end of the shaft 160 and a centrifugal compressor rotor 172 is mounted intermediate the turbine rotor 170 and bearings 162,164. The shaft 160 passes through a hole 176 in the compressor back wall 100 and a labyrinth seal 178 in the turbine back wall 102.
半径流タービンロータ170は溶接などによつ
て軸160に固着し、遠心流圧縮機ロータ172
は保持ナツト180で軸160上の位置に保持す
る。遠心流圧縮機ロータ172は軸160を受け
るために穴あけをし、穴182を形成するため端
ぐりを行う。穴182は保持ナツト180の外径
よりも大きい直径を持ち、保持ナツト180が穴
182の底壁184と連関するように押付けられ
圧縮機ロータを軸160上の位置に保持するよう
になつている。圧縮機ロータシム186は、遠心
流圧縮機ロータ172及び軸160の段188間
に置き、遠心流圧縮機ロータ172を軸線方向に
精確に位置させるようにする。 A radial turbine rotor 170 is secured to the shaft 160 by welding or the like, and a centrifugal compressor rotor 172
is held in position on shaft 160 by retaining nut 180. Centrifugal flow compressor rotor 172 is bored to receive shaft 160 and counterbored to form hole 182 . Hole 182 has a diameter greater than the outer diameter of retaining nut 180 such that retaining nut 180 is urged into association with bottom wall 184 of hole 182 to retain the compressor rotor in position on shaft 160. . Compressor rotor shim 186 is positioned between centrifugal compressor rotor 172 and stage 188 of shaft 160 to provide precise axial positioning of centrifugal compressor rotor 172.
本発明軸受支持構造物においては、第2図、第
3図から明らかなように、遠心流圧縮機ロータ1
72に隣接して軸受支持筒60の端部内にリング
200をはめ込むと共に、この軸受支持筒60に
固定した保持リング202によつて、リング20
0が軸受支持筒60内に移動しないようにしてあ
る。リング200内には軸受装置164の外レー
ス204が形成してあり、内レース206は軸1
60と一体に形成されている。内外両レース間に
はボールすなわち玉208があり、これによつて
軸受装置164を構成している。 In the bearing support structure of the present invention, as is clear from FIGS. 2 and 3, the centrifugal compressor rotor 1
The ring 200 is fitted into the end of the bearing support cylinder 60 adjacent to the bearing support cylinder 72, and the retaining ring 202 fixed to the bearing support cylinder 60 holds the ring 20
0 does not move into the bearing support cylinder 60. An outer race 204 of the bearing device 164 is formed within the ring 200, and an inner race 206 is formed on the shaft 1.
60. Between the inner and outer races are balls 208, which form the bearing assembly 164.
軸受装置162は、軸160と一体に形成した
内レース210と、玉216を受けるために形成
された外レース214を設けられ、軸受支持筒6
0内で滑動可能な外リング212とを備えてい
る。外リング212と、軸受支持筒60内に固定
された保持リング220との間に圧縮ばね218
を設け、軸受装置162,164内の玉216,
208の位置をそれぞれ固定するために、外リン
グ212を外方に向けて付勢し、このようにして
軸160の位置を固定する。 The bearing device 162 is provided with an inner race 210 formed integrally with the shaft 160 and an outer race 214 formed to receive the balls 216, and a bearing support cylinder 6.
an outer ring 212 that is slidable within the outer ring 212. A compression spring 218 is installed between the outer ring 212 and a retaining ring 220 fixed within the bearing support cylinder 60.
balls 216 in the bearing devices 162, 164,
208, the outer ring 212 is biased outwardly, thus fixing the position of the shaft 160.
すなわち、圧縮ばね218は、外リング212
を左方(第3図において)に付勢して、玉216
を、軸160に形成した内レース210に押しつ
ける。これと同時に圧縮ばね218は、外リング
212をリング200から軸線方向に遠ざかる向
きに移動させる。軸160に形成された内レース
206,210を越えて軸線方向へ移動するのを
防止されている玉208,216によつて、リン
グ200と外リング212との移動が阻止され
る。この結果軸受支持筒60に対する玉208,
216の位置決めと軸160の位置決めとが行な
われる。第3図において内レース210の左端
(スリンガ226に隣接している)と外リング2
12の外レース214の左端との間の間隔を玉2
16の直径より小さくすることにより、玉218
がキヤツプ66の方へ飛び出すのを防止する。同
様に、内レース206の左端(スリンガ226に
隣接している)と、外レース204の左端との間
の間隔を、玉208の直径より小さくすることに
より玉208の左方への飛び出しを防止する。 That is, the compression spring 218
to the left (in Fig. 3), the ball 216
is pressed against the inner race 210 formed on the shaft 160. At the same time, compression spring 218 moves outer ring 212 axially away from ring 200. Movement of ring 200 and outer ring 212 is prevented by balls 208, 216 which are prevented from moving axially past inner races 206, 210 formed on shaft 160. As a result, the balls 208 against the bearing support cylinder 60,
216 and the shaft 160 are positioned. In FIG. 3, the left end of inner race 210 (adjacent to slinger 226) and outer ring 2
The distance between the left end of the outer race 214 of No. 12 and the left end of the outer race 214 is
By making the diameter smaller than that of ball 218
This prevents the cap from jumping out toward the cap 66. Similarly, by making the distance between the left end of inner race 206 (adjacent to slinger 226) and the left end of outer race 204 smaller than the diameter of ball 208, ball 208 is prevented from popping out to the left. do.
第2、第3図に示すように、リング200の外
レース204は、玉208の上側の一方の側部
(左方の)だけに直面している。この結果、玉2
08を右方方からリング200内に挿入し、リン
グ200から除去できるように、玉208とリン
グ200とを滑動係合させる。従つて、軸受装置
164の組立ては、玉208をレース206内に
置き、玉208をリング200の右方からリング
200内に挿入し、リング200を玉208に係
合させることによつて、行なわれる。同様に、外
レース214は、玉216の上側の一方の側部
(右方の)だけに直面している。したがつて外リ
ング212をばね218を圧縮するように移動さ
せ、玉216を左方から(第3図において)軸1
60のレース214内に導入することによつて軸
受装置162を組立てる。リング212を釈放す
ることにより、ばね218は自動的にリング21
2の外レース214を玉216と係合させ軸受装
置162を形成し、同時にリング200の外レー
ス204を軸受装置164の玉208に係合させ
る。リング212に形成された外レース214
と、軸160に形成された内レース210との間
のすきまは、前述したように玉216の直径より
充分に小さくしてあつて、玉216が、第2図及
び第3図に示す位置からキヤツプ66の方へ飛び
出すのを防止している。 As shown in FIGS. 2 and 3, the outer race 204 of the ring 200 faces only one side (the left) of the upper side of the ball 208. As shown in FIGS. As a result, ball 2
08 is inserted into the ring 200 from the right side, and the balls 208 and the ring 200 are brought into sliding engagement so that the balls 208 and the ring 200 can be removed from the ring 200. Therefore, the bearing device 164 is assembled by placing the balls 208 in the race 206, inserting the balls 208 into the ring 200 from the right side of the ring 200, and engaging the ring 200 with the balls 208. It will be done. Similarly, outer race 214 faces only one side (the right side) of the upper side of ball 216. Therefore, the outer ring 212 is moved to compress the spring 218, and the ball 216 is moved from the left (in FIG. 3) to the shaft 1.
Assemble the bearing assembly 162 by introducing it into the race 214 of 60. By releasing ring 212, spring 218 automatically releases ring 21.
The outer race 214 of the ring 200 is engaged with the balls 216 to form the bearing assembly 162, and at the same time the outer race 204 of the ring 200 is engaged with the balls 208 of the bearing assembly 164. Outer race 214 formed on ring 212
The gap between the inner race 210 formed on the shaft 160 is made sufficiently smaller than the diameter of the ball 216, as described above, so that the ball 216 can be moved from the position shown in FIGS. 2 and 3. This prevents it from flying out towards the cap 66.
或いはまた、適当な保持器を使うことによつ
て、玉208,216の全体よりも少ないものを
軸受装置162,164に使うことができる。適
用例次第では、自己潤滑被覆を、玉に補給する、
油を含浸させた保持器、すなわち犠牲保持器を使
用してもよい。この犠牲保持器においては、玉の
回転の間に少量の油が消費される(犠牲にされ
る)ことにより潤滑を行なうことができる。支持
筒60内への軸160の取付けは、圧縮機ロータ
172から離れた方の支持筒60の穴を閉じるキ
ヤツプ66の軸受支持筒60の端部への連関によ
つて完成される。 Alternatively, by using a suitable retainer, less than an entire ball 208, 216 can be used in the bearing assembly 162, 164. Depending on the application, a self-lubricating coating can be applied to the balls,
Oil-impregnated cages, ie sacrificial cages, may also be used. In this sacrificial cage, lubrication can be achieved by consuming (sacrificing) a small amount of oil during the rotation of the balls. Mounting of the shaft 160 within the support tube 60 is completed by the connection of a cap 66 to the end of the bearing support tube 60, which closes the hole in the support tube 60 remote from the compressor rotor 172.
一体の内レースを使う球軸受装置をこの軸受シ
ステムに使うことによつて、大きな直径の軸の使
用が可能となり、従つて極めて強固な軸が得られ
る。さらにこの軸受装置は、極めて小さな軸方向
又は半径方向移動を許すに過ぎない著しくタイト
な軸受システムを提供する。結果として、このよ
うな軸受システムは圧縮機及びタービン並びにこ
れを取囲むハウジング間に必要とされる隙間を大
きく減少させることになり、同心性の問題は最小
限にとどめられることになる。 The use of a ball bearing arrangement with an integral inner race in this bearing system allows the use of large diameter shafts and thus provides an extremely strong shaft. Furthermore, this bearing arrangement provides an extremely tight bearing system that allows only very small axial or radial movements. As a result, such a bearing system will greatly reduce the required clearance between the compressor and turbine and the surrounding housing, and concentricity problems will be minimized.
本発明の好実施例においては、軸受装置16
2,164はいわゆる油ぎれの状態(制限された
量の油だけが供給される状態)にある。すなわち
潤滑に必要な量の油だけは供給されるが、冷却に
使用されるほどの油は供給されない。この軸受装
置に与えられる唯一の潤滑は、油を毛細管現象に
よつて油だめ(R)から傾斜部すなわちスリンガ
226に移動させるウイツク222,224によ
つて行なわれる。スリンガ226に供給される油
は、遠心力によつて、軸160の回転中に軸受装
置162,164に投付けられる形になる。 In a preferred embodiment of the invention, bearing device 16
No. 2,164 is in a so-called oil-starved condition (a condition in which only a limited amount of oil is supplied). That is, only the amount of oil necessary for lubrication is supplied, but not enough oil is supplied for cooling. The only lubrication provided to this bearing arrangement is by wicks 222, 224 which move oil by capillary action from the sump (R) to the ramp or slinger 226. The oil supplied to the slinger 226 is forced by centrifugal force to be dumped onto the bearing arrangements 162, 164 during rotation of the shaft 160.
このようにして、ターボチヤージヤ軸受用潤滑
剤としての機械油の使用及びこれらと関連する管
工作並びに密封工作が省略される。その上、潤滑
剤としての汚れた機械油の使用又は始動中の機械
油の不足から生ずる事故が避けられる。さらに、
オイルシールの必要がなくなり、シールの故障か
ら起る軸受の事故もなくなる。 In this way, the use of machine oil as a lubricant for the turbocharger bearing and the associated tubing and sealing operations are eliminated. Moreover, accidents resulting from the use of dirty machine oil as a lubricant or lack of machine oil during start-up are avoided. moreover,
There is no need for oil seals, and bearing accidents caused by seal failures are also eliminated.
或いはまた、軸受装置は、レース内に及び軸受
装置のボールのまわりに詰められた高密度の油又
はグリースによつて永久潤滑を行なうようにして
もよい。さらに別の方法としては、油を浸透させ
たフエノール保持器を使つて相当長期に亘つてボ
ールに潤滑剤を供給するようにしてもよい。この
ような場合はいずれの場合でも、軸受の寿命は短
かくなるが、ウイツク222,224及びスリン
ガ226の必要性はなくなる。 Alternatively, the bearing arrangement may be permanently lubricated by dense oil or grease packed within the race and around the balls of the bearing arrangement. Yet another method is to use an oil-impregnated phenol retainer to provide lubrication to the balls over a fairly long period of time. In either case, the need for wicks 222, 224 and slinger 226 is eliminated, although bearing life is reduced.
ジヤーナル軸受とかデイスク型スラスト軸受を
使つている従来のターボチヤージヤでは、軸受の
連続的潤滑が必要とされている。さらに、軸受が
ターボチヤージヤタービンに隣接している場合に
は、タービンは1600〓までの温度に曝されている
ので、過熱による事故を防止するため連続潤滑を
行なつて軸受を充分に冷却する必要がある。球軸
受でさえも冷却のために油の連続流れを必要とす
る。本軸受システムが、軸受の潤滑及び冷却のた
めの従来の多量の潤滑を行なうことなしに、良好
な作動を行なうことができることは、本発明にお
いて使われる特殊の軸受の配置及び圧縮機及びタ
ービンに対する軸受の相対位置の結果である。 Conventional turbochargers that use journal bearings or disk-type thrust bearings require continuous lubrication of the bearings. Additionally, if the bearing is adjacent to a turbocharged turbine, the turbine is exposed to temperatures up to 1600°C, so continuous lubrication is required to ensure sufficient cooling of the bearing to prevent accidents due to overheating. There is a need. Even ball bearings require a continuous flow of oil for cooling. The ability of the present bearing system to perform well without the need for conventional large amounts of lubrication for bearing lubrication and cooling is due to the special bearing arrangement used in the present invention and to the compressor and turbine. This is a result of the relative position of the bearings.
後述するように、軸受装置は軸受の潤滑及び冷
却用の油の連続流れを必要としないので、軸受支
持構造物を備えたターボチヤージヤは任意の向き
に取付けることができる。これに対して従来のタ
ーボチヤージヤはその使用可能な向きについては
きわめてきびしい制限が課せられている。 As will be discussed below, the turbocharger with the bearing support structure can be mounted in any orientation since the bearing arrangement does not require a continuous flow of oil for bearing lubrication and cooling. On the other hand, conventional turbochargers are subject to extremely strict restrictions regarding the orientation in which they can be used.
第2図に示すターボチヤージヤにおいては、従
来のターボチヤージヤのジヤーナル軸受及びデイ
スク軸受はもつと精密な玉型の軸受装置によつて
置き換えられ、軸受用の連続潤滑流れの必要性が
除かれている。その上、第2図に示すターボチヤ
ージヤにおける圧縮機及びタービンは共に軸受装
置の一方の側にオーバハングしており、タービン
は圧縮機を軸受装置及びタービン間に置いて軸受
装置から最大限に離してある。この配置はタービ
ン及び軸受装置間に充分な熱絶縁を与えるので、
軸受は従来の潤滑法を必要とするほど多く加熱さ
れることはない。 In the turbocharger shown in FIG. 2, the journal and disc bearings of a conventional turbocharger are replaced by a highly precise globe-shaped bearing arrangement, eliminating the need for continuous lubrication flow for the bearings. Moreover, the compressor and turbine in the turbocharger shown in FIG. 2 both overhang one side of the bearing arrangement, and the turbine is placed as far away from the bearing arrangement as possible with the compressor between the bearing arrangement and the turbine. . This arrangement provides sufficient thermal insulation between the turbine and bearing equipment, so
The bearings do not heat up so much as to require conventional lubrication methods.
第2図における圧縮機及びタービンの後面同志
の配置によつて、軸受装置に伝えられる熱が極め
て減小するだけでなく、熱膨脹による効果を最小
限にとどめ、これによつて必要とされる翼端の隙
間を少なくすることができる。さらにこの配置に
より従来の軸受ハウジングが不要となり、圧縮機
及びタービンの中間に支持用軸受を備えた現在の
ストラドル型取付をしたロータよりも、コンパク
トなパツケージを提供する。 The arrangement of the compressor and turbine aft together in FIG. 2 not only greatly reduces the heat transferred to the bearing arrangement, but also minimizes the effects of thermal expansion, thereby reducing the need for airfoils. The gaps at the edges can be reduced. Additionally, this arrangement eliminates the need for conventional bearing housings and provides a more compact package than current straddle-mounted rotors with support bearings intermediate the compressor and turbine.
さらに、減摩性の球軸受装置162,164の
使用は、圧縮機及びタービンの半径及び軸線方向
の移動をよく制御し、これからも翌端間隙を小さ
くすることができる。このことは圧縮機及びター
ビンの効率を著しく向上させる。ジヤーナル軸受
と比較して減摩性の球軸受装置162,164は
また軸受を駆動するのに必要とされるタービンの
仕事を少なくする。このことは機関の背圧を少な
くし、その結果比燃料消費量の改善及びロータ加
速の能力の強化をもたらす。 Additionally, the use of anti-friction ball bearing arrangements 162, 164 provides better control of the radial and axial movement of the compressor and turbine, which also allows for smaller end clearances. This significantly increases the efficiency of the compressor and turbine. Compared to journal bearings, anti-friction ball bearing arrangements 162, 164 also reduce the turbine work required to drive the bearings. This reduces engine backpressure, resulting in improved specific fuel consumption and enhanced rotor acceleration capability.
第2図に示すターボチヤージヤの速度又は圧力
出力を制御するタービンノズルの選択的変更を行
なうためのノズル面積制御構造体228を対象と
している。第1、第2図に見られるように、ター
ボチヤージヤを取付けてある内燃機関から出る排
気は、タービンの空気取入口54を通つてターボ
チヤージヤに噴射され、タービン後壁102、こ
れに平行な壁232及びノズル羽根234によつ
て形成されたノズルエリア230を通してタービ
ンロータ170の翼に向つて通じている。このノ
ズルエリアは、そのまわりに円周上に位置させタ
ービンロータ170に至る排気の流速及び角度を
変えるために回動自在にした複数の可動ノズル羽
根234を含む構造体228によつて制御され
る。第2、第4図に示すように、羽根234はそ
の反対側から延びるトラニオン236,238を
備えている。トラニオン236は、タービン後壁
102を貫通し操作レバー240に取付ける。ト
ラニオン238は壁232内に延ばしてある。 The present invention is directed to a nozzle area control structure 228 for selectively modifying a turbine nozzle to control the speed or pressure output of a turbocharger as shown in FIG. As seen in FIGS. 1 and 2, exhaust gas from an internal combustion engine fitted with a turbocharger is injected into the turbocharger through the turbine air intake 54 and into the turbine rear wall 102, the parallel wall 232, and the turbocharger. It leads to the blades of the turbine rotor 170 through a nozzle area 230 formed by nozzle vanes 234 . This nozzle area is controlled by a structure 228 that includes a plurality of movable nozzle vanes 234 positioned circumferentially around it and pivotable to vary the flow velocity and angle of the exhaust gas to the turbine rotor 170. . As shown in FIGS. 2 and 4, vane 234 includes trunnions 236 and 238 extending from opposite sides thereof. Trunnion 236 passes through turbine rear wall 102 and attaches to operating lever 240 . A trunnion 238 extends into wall 232.
操作レバー240の一端には、ニツプル242
を形成する。これらのニツプルは、制御リング2
46内に形成した半径方向のスロツト244内に
延ばす。制御リング246及び操作レバー240
は、圧縮機ロータ172及びタービンローラ17
0の中間にある空気間隙ギヤツプ247内に在
る。制御リング246は、軸160の軸線のまわ
りに同心状に位置し、圧縮機後壁100から延び
る円筒形面248上に受ける。 A nipple 242 is provided at one end of the operating lever 240.
form. These nipples are connected to control ring 2
46 into a radial slot 244 formed therein. Control ring 246 and operating lever 240
The compressor rotor 172 and the turbine roller 17
The air gap gap 247 is located midway between zero and zero. Control ring 246 is positioned concentrically about the axis of shaft 160 and is received on a cylindrical surface 248 extending from compressor back wall 100 .
第2図においては、制御リング246は、それ
ぞれ内レース及び外レースと共に形成されそれら
の間に複数のボール254を受ける内リング25
0及び外リング252を備えている。内リング2
50は圧縮機後壁100から延びる円筒形面24
8に固着して取付け、外リング252は内リング
に対して角度的に回動する。第4図に示すよう
に、外リング252の回動によつて各操作レバー
240はトラニオン236,238の軸線のまわ
りに回動し、その結果各ノズル羽根234が同時
に回動する。第4、第5図に示すように、操作レ
バー240のうちの1個のレバーが延長部262
を備えている。制御棒86は、軸ピンによつて延
長部262に取付けたねじ付アイボルト86aを
備えている。アイボルト86aの反対端部は制御
棒86内にねじで受けてあり、その中で調整自在
にしてノズル羽根の再調整がその回転軸のまわり
で可能なようにしてある。制御棒86の移動によ
つて操作レバー240を枢動させて制御リング2
46の外リング252を回動させ、これによつて
他の各操作レバー240及びこれに取付けたノズ
ル羽根234を回動させる。 In FIG. 2, the control ring 246 is shown as an inner ring 25 formed with an inner race and an outer race and receiving a plurality of balls 254 therebetween.
0 and an outer ring 252. inner ring 2
50 is a cylindrical surface 24 extending from the compressor rear wall 100
8, the outer ring 252 rotates angularly relative to the inner ring. As shown in FIG. 4, the rotation of the outer ring 252 causes each operating lever 240 to rotate about the axis of the trunnions 236, 238, thereby causing each nozzle vane 234 to rotate simultaneously. As shown in FIGS. 4 and 5, one of the operating levers 240 is connected to the extension 262.
It is equipped with Control rod 86 includes a threaded eyebolt 86a attached to extension 262 by an axle pin. The opposite end of eyebolt 86a is threadedly received within control rod 86 and is adjustable therein to permit readjustment of the nozzle vane about its axis of rotation. Movement of the control rod 86 pivots the operating lever 240 so that the control ring 2
46 is rotated, thereby rotating each of the other operating levers 240 and the nozzle blades 234 attached thereto.
第5図に、オツトーサイクル機関に使われるア
クチユエータすなわち作動器80を示す。このシ
ステムでは、制御棒86はピストン型の作動器8
0で制御される。或いはまた、これらのピストン
はダイヤフラムで置換えてもよい。作動器80
は、管88A,88Bを通つて制御器84に送ら
れる圧縮機放出圧力によつて制御される。作動器
80に入る増大圧力のために、制御棒86の延長
及び圧縮機のノズルエリアの対応開きが行なわれ
る。 FIG. 5 shows an actuator 80 used in an Otto cycle engine. In this system, the control rod 86 is a piston-type actuator 8
Controlled by 0. Alternatively, these pistons may be replaced by diaphragms. Actuator 80
is controlled by compressor discharge pressure sent to controller 84 through tubes 88A, 88B. The increased pressure entering the actuator 80 causes an extension of the control rod 86 and a corresponding opening of the nozzle area of the compressor.
第5a図に示すように、制御棒86は制御器8
4により制御されてノズル羽根234の位置の変
更をする。制御器84は大きい円筒体265及び
小さい円筒体266を形成するハウジング264
を備えている。前面268a及び後面268bを
備えた大型ピストン268をシリンダ265内に
入れる。前面270a及び後面270bを備えた
小型ピストン270をシリンダ266内に入れ
る。前面板272を適当なボルトでハウジング2
64に取付け、制御棒86をハウジング内に受け
る穴273を設ける。ピストン270は制御棒8
6の一端に固定して取付け、一方ピストン268
は制御棒86に対して滑動自在にしてあり、ピス
トン268の前面268aに隣接する制御棒86
に固定して取付けられたリング274だけによつ
て止めてある。 As shown in FIG. 5a, the control rod 86 is connected to the controller 8.
4 to change the position of the nozzle blade 234. The controller 84 has a housing 264 forming a large cylinder 265 and a small cylinder 266.
It is equipped with A large piston 268 with a front surface 268a and a rear surface 268b is placed within the cylinder 265. A small piston 270 with a front surface 270a and a rear surface 270b is placed within the cylinder 266. Attach the front plate 272 to the housing 2 with appropriate bolts.
64 and includes a hole 273 for receiving the control rod 86 into the housing. The piston 270 is the control rod 8
6, while the piston 268
is slidable relative to the control rod 86, and the control rod 86 adjacent to the front surface 268a of the piston 268
It is held in place only by a ring 274 which is fixedly attached to.
制御棒86のまわりにばね276を設け、ピス
トン268及び前面板272間に入れる。これよ
りも大きなばね278を制御棒86を取巻いてピ
ストン270及びピストン268間に入れる。空
気管88B,88Aが、ピストン270の後面2
70bに至るシリンダ266に、またピストン2
68の前面268aに至るシリンダ265にそれ
ぞれ連通している。空気管88A,88Bの一端
部は機関の取入れマニホルドに取付けられ、他端
部は制御器84に取付けられており、マニホルド
圧力を、それぞれピストン268,270の前面
268a及び後面270bに導く。空気管86
は、それぞれピストン268,270の後面26
8b及び前面270aに大気圧を供給する。 A spring 276 is provided around the control rod 86 and placed between the piston 268 and the front plate 272. A larger spring 278 is placed around control rod 86 and between piston 270 and piston 268. The air pipes 88B and 88A are connected to the rear surface 2 of the piston 270.
70b, and the piston 2
The cylinders 265 are connected to the front surfaces 268a of the cylinders 68, respectively. Air tubes 88A, 88B have one end attached to the engine's intake manifold and the other end attached to controller 84 to direct manifold pressure to front 268a and rear 270b of pistons 268, 270, respectively. Air pipe 86
are the rear surfaces 26 of the pistons 268 and 270, respectively.
8b and the front surface 270a are supplied with atmospheric pressure.
ピストン268の後壁268bから突出た案内
シリンダ284を通る環状グルーブ280及び穴
282によつてピストン268の全後面に沿う大
気圧の伝達を確実に行なうようにする。同様に、
ピストン268の後面の半径方向のグルーブ28
6は、ピストンの全後面への圧力の伝達を容易に
する。 An annular groove 280 and a bore 282 through a guide cylinder 284 projecting from the rear wall 268b of the piston 268 ensure transmission of atmospheric pressure along the entire rear surface of the piston 268. Similarly,
Radial groove 28 on the rear surface of the piston 268
6 facilitates the transmission of pressure to the entire rear face of the piston.
制御器84は、低及び高の両マニホルド圧にお
いてタービンローラ170に至るノズル羽根23
4を開くために制御棒86を延ばすと共に、中間
マニホルド圧においてノズル羽根を閉じるために
制御棒86を引込めるように計画してある。さら
に詳述すれば、吸込みマニホルドが例えば5ない
し8psi絶対圧力などのような真空状態にあるとき
閉じた絞り位置で作動している間は、制御器はノ
ズル羽根234を開き機関ができるだけ少ない背
圧で働くように制御棒86を延ばすように働く。
このことは、大気圧よりも相当低い管88Aから
の圧力に比べてピストン268の後面268bに
働く管89からの高い大気圧(約14.7psi絶対圧
力)から生ずることである。 Controller 84 controls nozzle vanes 23 to turbine roller 170 at both low and high manifold pressures.
The plan is to extend control rod 86 to open 4 and retract control rod 86 to close nozzle vanes at intermediate manifold pressures. More specifically, while operating in the closed throttle position when the suction manifold is at a vacuum, such as 5 to 8 psi absolute pressure, the controller opens the nozzle vanes 234 so that the engine has as little back pressure as possible. It acts to extend the control rod 86 so as to work at the same time.
This results from the high atmospheric pressure (approximately 14.7 psi absolute) from tube 89 acting on the rear face 268b of piston 268 compared to the pressure from tube 88A, which is significantly lower than atmospheric pressure.
ピストン270を横切る正味の圧力差は制御棒
86を引込めるようにする力を生ずるが、ピスト
ン268,270の表面面積は、ピストン268
に働く外向きの力がピストン270にかかる引込
み圧力及びばね276のばね力の両方に打克つの
に充分であるように計画されている。 While the net pressure difference across piston 270 creates a force that allows control rod 86 to be retracted, the surface area of pistons 268, 270
It is planned that the outward force exerted on piston 270 is sufficient to overcome both the retraction pressure on piston 270 and the spring force of spring 276.
ばね276のばねレート及びピストン寸法は、
マニホルド圧が例えば12psi絶対圧力のような大
気圧に近付いた場合、制御棒86が制御器84内
に引入れられてノズル羽根を閉じこれによつてタ
ーボチヤージヤ20の速度及びターボチヤージヤ
圧縮機から得られる圧力比を増加させるように計
画されている。制御器84は羽根234の閉じを
大気圧に達する直前に開始するように計画してあ
るが、それは、この吸込みマニホルド圧力が開い
たキヤブレタスロツトルに相当し、従つてターボ
チヤージヤ・ブーストの必要性を示すからであ
る。 The spring rate of spring 276 and piston dimensions are:
When the manifold pressure approaches atmospheric pressure, such as 12 psi absolute, control rod 86 is retracted into controller 84 to close the nozzle vanes, thereby reducing the speed of turbocharger 20 and the pressure available from the turbocharger compressor. It is planned to increase the ratio. The controller 84 schedules the closing of the vanes 234 to begin just before atmospheric pressure is reached, since this suction manifold pressure corresponds to an open carburetor throttle and therefore eliminates the need for turbocharger boost. This is because it shows that
第5a図に示すように、ピストン268の前面
268aに働く管88A内のマニホルド圧が大気
圧に近付くにつれ、この圧力はばね276の働き
と一緒になつてピストン286の後面268bに
管89からかけられる大気圧に打克ち制御棒86
を制御器84内に引込む。ピストン270を横切
る圧力差は依然としてピストン270をそのシリ
ンダ内に引込める正味力を働かせ、このようにし
て制御棒86の制御器84内への引込みを助け
る。 As shown in FIG. 5a, as the manifold pressure in the tube 88A acting on the front surface 268a of the piston 268 approaches atmospheric pressure, this pressure, together with the action of the spring 276, is applied from the tube 89 to the rear surface 268b of the piston 286. Control rod 86 overcomes atmospheric pressure
into the controller 84. The pressure differential across piston 270 still exerts a net force that retracts piston 270 into its cylinder, thus assisting in retraction of control rod 86 into controller 84 .
マニホルド圧が例えば20psi絶対圧力のような
大気圧を越える値まで増大するにつれ、管88B
を通してピストン270の後面270bに働いて
いるマニホルド圧がばね278のばね力に打克
ち、制御棒86を制御器84から外方に動かし、
再び羽根234を開きこれによつて過度の加圧を
防止する。制御棒86は、このような圧力状態で
制御器84から延びているが、ピストン268が
シリンダ265内に完全に引込まれた位置に保持
されてはいるのはピストン270がばね278の
ばね力に打克つてピストン268の方に移動する
場合制御棒86がピストン268に対して相対的
に自由に移動する能力があるからである。 As the manifold pressure increases above atmospheric pressure, such as 20 psi absolute, tube 88B
The manifold pressure acting on the rear surface 270b of the piston 270 through overcomes the spring force of the spring 278, causing the control rod 86 to move outwardly from the controller 84.
The vanes 234 are opened again, thereby preventing excessive pressurization. Control rod 86 extends from controller 84 under this pressure, but piston 268 is held in the fully retracted position within cylinder 265 because piston 270 is under the force of spring 278. This is because control rod 86 has the ability to move freely relative to piston 268 when moving toward piston 268 .
従つて本制御器は、本制御器及びその中の構成
部品の計画に従つて定められるような、大気圧よ
りも低い所定の値以下の絶対読みを持つマニホル
ド圧でノズル羽根234を開くためのシステムを
提供するものである。同様にこの制御器は、大気
圧よりも低い或る所定値から大気圧よりも高い或
る値に亘るマニホルド圧で羽根234を閉じ、ま
た大気圧以上の所定値を越えるマニホルド圧で羽
根234を開く。云うまでもなく、羽根が開閉す
る特定の圧力は、ピストン268,270の面積
の変更及びばね276,278のばねレート及び
初期撓みの変更によつて容易に変えることができ
る。 The controller is therefore configured to open the nozzle vane 234 at a manifold pressure having an absolute reading less than or equal to a predetermined value below atmospheric pressure, as determined according to the schedule of the controller and components therein. system. Similarly, the controller closes vanes 234 at manifold pressures ranging from some predetermined value below atmospheric pressure to some value above atmospheric pressure, and closes vanes 234 at manifold pressures above a predetermined value above atmospheric pressure. open. Of course, the particular pressure at which the vanes open and close can be easily varied by varying the area of the pistons 268, 270 and by varying the spring rate and initial deflection of the springs 276, 278.
デイーゼルサイクル機関に対しては、ピストン
268を制御するためにソレノイドを使うことが
でき、この場合ソレノイドによつて、機関の軽負
荷運転の間は軸86を延ばした状態に保ち、大き
な負荷が必要になつた場合には軸を釈放するよう
にする。軸を釈放すると、ばね276は軸86を
引込めノズルを閉じてターボチヤージヤの速力を
増加させる。充分な圧力が吸込みマニホルドから
ピストン270の面270bに送られると、前述
のように軸86が延びてノズルを開きこれによつ
てマニホルド圧を制御する。 For diesel cycle engines, a solenoid can be used to control the piston 268, in which case the solenoid keeps the shaft 86 extended during light load operation of the engine and when heavy loads are required. If this happens, release the shaft. Upon releasing the shaft, spring 276 retracts shaft 86, closing the nozzle and increasing turbocharger speed. When sufficient pressure is delivered from the suction manifold to face 270b of piston 270, shaft 86 extends to open the nozzle and thereby control manifold pressure, as described above.
可変面積のタービンノズルの操作に当つては、
たとえば圧縮機の吐出し圧力のような制御信号が
作動器80に伝えられ、この作動器が該作動器に
至る信号に従つて制御棒86を適当に伸ばし又は
後退させる。このことによつて、制御棒86に取
付けた作動レバー240の回転及び制御リング2
46の外リング252の同時角回転が生ずる。ま
た外リング252の回転は各作動レバー240を
回転しこれに応じてノズル羽根234の角度を設
定する。 When operating variable area turbine nozzles,
A control signal, such as compressor discharge pressure, is communicated to actuator 80, which extends or retracts control rod 86 as appropriate in accordance with the signal to the actuator. This allows rotation of the actuating lever 240 attached to the control rod 86 and control ring 2.
46 simultaneous angular rotations of the outer ring 252 occur. Further, the rotation of the outer ring 252 rotates each actuating lever 240 and sets the angle of the nozzle blade 234 accordingly.
第4図は破線及び実線でノズル羽根234を閉
じた位置と開いた位置とで示してある。各ノズル
羽根は、制御リング246の回転によつて単一の
作動レバー240によつて制御される単一の制御
棒86の移動を介して設定されることが判る。 FIG. 4 shows the nozzle vanes 234 in the closed and open positions using dashed and solid lines. It can be seen that each nozzle vane is set through movement of a single control rod 86 controlled by a single actuation lever 240 by rotation of control ring 246.
従来の無制御型ターボチヤージヤは、通常圧縮
機の速度に直接に関連するブースト圧力を生じ、
この圧縮機速度は通常機関速度に対応している。
従つて、従来のこのようなターボチヤージヤにお
けるブースト圧力は、機関速力がおそい場合には
速い場合よりも低い。従つて低機関速力では、従
来のターボチヤージヤは機関の性能を改善するの
に効果的ではない。さらに、加速の際には、ター
ボチヤージヤが充分なブースト圧力を生ずる速力
に達し機関性能を効果的に改善するようになるま
でに相当の「遅れ時間」がある。 Traditional uncontrolled turbocharging typically produces a boost pressure that is directly related to compressor speed;
This compressor speed normally corresponds to engine speed.
Therefore, the boost pressure in such conventional turbochargers is lower when the engine speed is slow than when it is fast. Therefore, at low engine speeds, conventional turbocharging is not effective in improving engine performance. Additionally, during acceleration, there is a significant "lag time" before the turbocharger reaches speed to produce sufficient boost pressure to effectively improve engine performance.
第2図に示すターボチヤージヤは低機関速度に
おいてブースト圧力を出すように制御することが
できる。その結果、低い機関回転数で機関性能を
改善し、従来のターボチヤージヤに伴う遅れ時間
すなわちラグタイムをなくしたり又は少なくした
りすることができる。 The turbocharger shown in FIG. 2 can be controlled to provide boost pressure at low engine speeds. As a result, engine performance can be improved at lower engine speeds and the lag time associated with conventional turbocharging can be eliminated or reduced.
このような結果を、ターボチヤージヤタービン
及び圧縮機の速度を全機関回転数において所要の
ブーストが得られるレベルに保つ可変タービンノ
ズルの制御を通じて得るようにしている。第6、
第7図に見られるように、作動器80の代りに制
御ユニツト400を使つている。この制御ユニツ
ト400はパルス−電圧変換器404を経てモニ
タ403に連結された磁性感知器402を備えて
いる。軸160の回転は、軸160に取付けたデ
イスク160″と協力して感知器402によつて
監視されている。デイスク160″は複数の不連
続部を持つている。軸160の速度は、よく知ら
れている方法であるが、磁性感知器402に対す
るデイスクの運動によつて生ずる電気的パルスを
変換し次いでこれらのパルスをパルス−電圧変換
器404に入力させる方法により決定される。デ
イスク160″及び軸160の回転速度に比例す
るこの電圧は、モニタ403によつて軸速度に変
換される。モニタ403は、適当な導線によつて
比例制御器414に連結する。この制御器414
は電源416及びノズル面積制御ユニツト415
に連結する。このユニツト415は、制御棒86
の移動を制御し、レバー延長部262を回転しタ
ービンロータ170の入口区域における羽根23
4の方向を変える。 This result is achieved through variable turbine nozzle control that maintains the turbocharge turbine and compressor speeds at a level that provides the required boost at all engine speeds. Sixth,
As seen in FIG. 7, actuator 80 is replaced by control unit 400. The control unit 400 includes a magnetic sensor 402 coupled to a monitor 403 via a pulse-to-voltage converter 404. Rotation of shaft 160 is monitored by sensor 402 in conjunction with disk 160'' mounted on shaft 160. Disk 160'' has a plurality of discontinuities. The speed of shaft 160 is determined, in a well-known manner, by converting the electrical pulses produced by the movement of the disk relative to magnetic sensor 402 and then inputting these pulses to pulse-to-voltage converter 404. It is determined. This voltage, which is proportional to the rotational speed of the disk 160'' and shaft 160, is converted to shaft speed by a monitor 403. The monitor 403 is coupled by suitable leads to a proportional controller 414.
is a power supply 416 and a nozzle area control unit 415.
Connect to. This unit 415 has a control rod 86
and rotate the lever extension 262 to control the movement of the blades 23 in the inlet area of the turbine rotor 170.
Change the direction of 4.
制御器414はマイクロプロセツサであつて、
これは感知器417からアナログ入力を受ける変
換システム及びこのマイクロプロセツサによつて
使用することのできるデイジタルフオーマツトへ
の変換用の速度モニタ403を備えている。この
マイクロプロセツサは現在自動車の点火装置に使
われている一般通常型のものでよい。或いはまた
このシステムに採入れることのできるマイクロプ
ロセツサは、インテル(Intel)が作つているマ
イクロプロセツサ・モデル8080でよい。比例制御
器414は、制御ユニツト415を制御するため
のマイクロプロセツサから供給される信号を増幅
する増幅システムを備えている。 Controller 414 is a microprocessor,
It includes a conversion system that receives analog input from a sensor 417 and a speed monitor 403 for conversion to a digital format that can be used by the microprocessor. This microprocessor may be of the general type currently used in automobile ignition systems. Alternatively, the microprocessor that can be incorporated into this system may be the microprocessor model 8080 manufactured by Intel. Proportional controller 414 includes an amplification system for amplifying the signal provided by the microprocessor for controlling control unit 415.
このマイクロプロセツサは、タービン速度従つ
てターボチヤージヤ圧縮機によつて作られるブー
スト圧力を、いくつかのパラメータ、例えば機関
速度、絞り位置、マニホルド吸込圧力、機関トル
ク、周囲温度又は伝動ギヤリングなどの関数とし
て、制御するようそのプログラミングを組むこと
ができる。第6図に示すように、感知器417は
これらの各機関パラメータを計測し、これに相当
するアナログ読みを比例制御器414に送り、こ
こでパラメータはマイクロプロセツサによつて使
用するためにデイジタルフオームに変換される。
マイクロプロセツサは、云うまでもなく、パラメ
ータの任意の直接又は可変の関係に従つて圧縮機
速度を制御するために、タービンの入口ノズルの
位置決めをするようにそのプログラミングを組む
ことができる。 This microprocessor determines the turbine speed and therefore the boost pressure produced by the turbocharger compressor as a function of several parameters, such as engine speed, throttle position, manifold suction pressure, engine torque, ambient temperature, or transmission gearing. , you can configure its programming to control. As shown in FIG. 6, sensor 417 measures each of these engine parameters and sends corresponding analog readings to proportional controller 414, where the parameters are digitally converted for use by a microprocessor. converted to form.
The microprocessor can, of course, be programmed to position the turbine inlet nozzle to control compressor speed according to any direct or variable relationship of parameters.
第6A図により第6図に示した比例制御器41
4を詳細に説明する。複数の感知器417a−g
は自動車機関の運転に関連するパラメータを計測
する。感知器417の各々はタービン速度モニタ
403と共にアナログ信号を発生し、これがそれ
ぞれのアナログ−デイジタル変換器424a−h
に伝えられる。これらの各感知器によつて発生し
た信号は、対応するアナログ−デイジタル変換器
内において、計測しつつあるパラメータの数字的
値を代表する一連のデイジタル語に変えられる。 Proportional controller 41 shown in FIG. 6 by FIG. 6A
4 will be explained in detail. Multiple sensors 417a-g
measures parameters related to the operation of an automobile engine. Each of the sensors 417 generates an analog signal along with the turbine speed monitor 403, which is connected to a respective analog-to-digital converter 424a-h.
can be conveyed to. The signals generated by each of these sensors are converted in a corresponding analog-to-digital converter into a series of digital words representative of the numerical value of the parameter being measured.
アナログーデイジタル変換器424によつてで
きたデイジタル信号は、比例制御器414内に含
まれているマイクロプロセツサに選ばれる。マイ
クロプロセツサ426は感知器417によつて計
測しつつあるパラメータを代表するデイジタル化
信号を受ける。このマイクロプロセツサは受けた
信号の組合わせを評価し、それからノズル羽根2
34に対する最良の制御位置に相当する信号を発
生させる。マイクロプロセツサ426から生じた
出力信号は、デイジタル−アナログ変換器428
に送られ、この変換器428が対応するノズル制
御信号を発生させる。デイジタル−アナログ変換
器428の出力は、ノズル制御信号を増幅する駆
動機回路429に接続される。増幅された信号
は、ノズル羽根234を選択的に位置決めするノ
ズル面積制御ユニツト415に伝えられる。駆動
機回路429は、ノズル制御信号に対する増幅を
行なうだけでなく、比例制御器414を、制御ユ
ニツト415及び比例制御器414の領域におい
て生じた偽信号から隔離する。 The digital signal produced by analog-to-digital converter 424 is selected by a microprocessor contained within proportional controller 414. Microprocessor 426 receives digitized signals representative of the parameters being measured by sensor 417. This microprocessor evaluates the combination of signals received and then
A signal corresponding to the best control position for 34 is generated. The output signal produced by microprocessor 426 is sent to digital-to-analog converter 428.
and this transducer 428 generates a corresponding nozzle control signal. The output of digital-to-analog converter 428 is connected to a driver circuit 429 that amplifies the nozzle control signal. The amplified signal is communicated to nozzle area control unit 415 which selectively positions nozzle vanes 234. Driver circuit 429 not only provides amplification for the nozzle control signal, but also isolates proportional controller 414 from spurious signals generated in the area of control unit 415 and proportional controller 414.
比例制御器414及び感知器417は、スパー
ク・タイミング及び燃料計測に対する自動車機関
制御のために従来開発されてきた技術を利用して
いる。この種の現存するシステムは、ジエラル
ド・エム・ウオーカ(Gerald M.Walker)著の
「Automotive Electronics Gets The Green
Light」ELECTRONICS、Volume50、No.20
(1977年9月29日)第83−92頁に記載されている。
このように、機関設計者はこれらのパラメータ又
はその他のパラメータの1つ又は1つ以上に相対
する所要のブースト圧力を得ることができる。云
うまでもなく、上に掲げたパラメータは、機関及
びターボチヤージヤの全運動範囲を通じて最良の
ターボチヤージヤ圧縮機速度を選択するために設
計者が使用したいと思うパラメータのいくつかを
示しているだけに過ぎない。 Proportional controller 414 and sensor 417 utilize techniques previously developed for automotive engine control for spark timing and fuel metering. Existing systems of this type are described in the book Automotive Electronics Gets The Green by Gerald M. Walker.
Light” ELECTRONICS, Volume 50, No. 20
(September 29, 1977), pages 83-92.
In this way, the engine designer can obtain the required boost pressure relative to one or more of these or other parameters. Of course, the parameters listed above are only indicative of some of the parameters that a designer may wish to use to select the best turbocharger compressor speed throughout the full range of engine and turbocharger motion. .
最も簡単な配置は、単にタービン速度従つて圧
縮機速度を機関の全運転を通して一定のレベルに
保つことによつて代表される。この状態では制御
器414に対してセツトポイント速度が選択され
る。制御器414は、セツトポイント速度のモニ
タ403から指示される速度に対する比較に応動
して、作動器418に信号を送る。モニタ403
がモニタをした軸速度が制御器414のセツトポ
イント値以下であれば、制御器414は作動器4
18に棒86を後退させるように信号を送り、羽
根234の回転及びタービンノズルの閉鎖が行な
われる結果となる。タービンノズルが閉鎖される
と、タービン速度は増し、軸160の回転速度が
増す。モニタ403が示す軸の速度がセツトポイ
ント値よりも速い場合は、作動器418に至る制
御器414からの信号が棒86の延長及びこれに
相当するタービンノズルの開きを起させて、ター
ビン及びこれに取付けた軸160の速度を低減さ
せることになる。このような操作を続けることに
より、タービン及び圧縮器の速度を、制御器41
4にプログラミングを行なつて入れる所定のセツ
トポイント値に従つて制御することができる。従
つて、機関速度及び絞り位置には無関係に、羽根
234の位置を変えることにより一定の圧縮機及
びタービン速度が保たれ、排気のタービンロータ
170にあたる流速を制御することができる。 The simplest arrangement is represented by simply keeping the turbine speed and therefore the compressor speed at a constant level throughout the entire operation of the engine. In this condition, a setpoint speed is selected for controller 414. Controller 414 sends a signal to actuator 418 in response to the comparison of the set point speed to the speed indicated by monitor 403. Monitor 403
If the axis speed monitored by actuator 4 is less than or equal to the set point value of controller 414, controller
18 to retract rod 86, resulting in rotation of vane 234 and closure of the turbine nozzle. When the turbine nozzle is closed, the turbine speed increases and the rotational speed of shaft 160 increases. If the shaft speed indicated by monitor 403 is greater than the set point value, a signal from controller 414 to actuator 418 causes extension of rod 86 and corresponding opening of the turbine nozzle to cause the turbine and its This will reduce the speed of the shaft 160 attached to. By continuing such operations, the speed of the turbine and compressor is controlled by the controller 41.
4 can be controlled according to a predetermined set point value programmed into the set point value. Thus, regardless of engine speed and throttle position, by varying the position of vanes 234 a constant compressor and turbine speed can be maintained and the flow rate of exhaust gas hitting turbine rotor 170 can be controlled.
第2図に示すターボチヤージヤを使用すれば、
機関速度に関係なく比較的高い圧縮機速度を保つ
ことができる。これは、タービンノズルの面積を
変更することの可能なために行ない得ることであ
る。従つて、機関を加速する際ブースト圧力の遅
れ時間は見られないが、これは圧縮機速度を比較
的低速から前記ターボチヤージヤによつて連続的
に保たれる高い値に増大させる必要性がないため
である。さらに、比較的低機関速度において高い
ブースト圧力を保つことによつて、前記ターボチ
ヤージヤは、低機関速度においてもまた高機関速
度においても共に改善された機関性能を発揮す
る。 If you use the turbocharger shown in Figure 2,
A relatively high compressor speed can be maintained regardless of engine speed. This is possible due to the possibility of changing the area of the turbine nozzle. Therefore, no boost pressure lag time is observed when accelerating the engine, since there is no need to increase the compressor speed from a relatively low speed to a high value that is continuously maintained by the turbocharger. It is. Furthermore, by maintaining high boost pressure at relatively low engine speeds, the turbocharger provides improved engine performance at both low and high engine speeds.
今述べたターボチヤージヤの運転操作は、ター
ボチヤージヤ圧縮機が広い流れ範囲に亘つて使用
することができるということを仮定している。後
述するように、従来のターボチヤージヤに対して
いくらかの利点を与えるであろうが、第2図に示
すターボチヤージヤによる可変面積タービンノズ
ルによつて得られる利点は、広い流れ範囲に亘つ
て運転することのできる圧縮機に対して使用をす
ることによつて、著しく拡大される。すなわち、
広い流れ範囲に亘る圧縮機の運転を禁止するスト
ール・ラインに悩まされてきた従来のターボチヤ
ージヤは、可変面積のタービンノズルの使用によ
つては第2図に示すターボチヤージヤにおける程
の利益は蒙らないであろう。 The turbocharger operation just described assumes that the turbocharger compressor can be used over a wide flow range. Although it may offer some advantages over conventional turbocharging as discussed below, the benefits provided by the turbocharging variable area turbine nozzle shown in FIG. This can be significantly expanded by using a compressor that can. That is,
Conventional turbochargers, which have suffered from stall lines that prohibit compressor operation over a wide flow range, do not benefit as much from the use of variable area turbine nozzles as in the turbocharger shown in Figure 2. Will.
従つて、第2図に示すターボチヤージヤは、制
御リングのまわりに周囲方向に隔てられた複数の
作動器アームを回動させる単一の制御リングの運
動によつて制御されるタービンノズル面積を持つ
ターボチヤージヤである。さらに、制御リング及
び作動レバーは、ターボチヤージヤ・タービンと
圧縮機との間に在つて極めてコンパクトなユニツ
トをなしている未使用のエヤギヤツプスペース内
に位置させてある。さらに、リンク仕掛けが特別
の位置にあるので、軸受装置がタービン及びその
周囲区域が受ける熱から絶縁される。このように
して、軸受装置は、油無しにするか又は制限され
た潤滑方式にすることができる。このことはま
た、機械油の使用及びこのような潤滑法のために
要する関連管工作による従来の潤滑の必要性を不
要なものにする。云うまでもなく、このことはタ
ーボチヤージヤを経済的に安価に製造し操作し得
るものにし且つ信頼性のあるものにする。 Accordingly, the turbocharger shown in FIG. It is. Furthermore, the control ring and actuating lever are located in unused air goat space between the turbocharger turbine and the compressor, forming a very compact unit. Furthermore, the special location of the linkage insulates the bearing arrangement from the heat experienced by the turbine and its surrounding area. In this way, the bearing arrangement can be made oil-free or with limited lubrication. This also obviates the need for conventional lubrication through the use of machine oil and the associated tubing required for such lubrication methods. Needless to say, this makes the turbocharger economical, inexpensive to manufacture and operate, and reliable.
さらに、球軸受支えの使用及びこれに相当する
スラスト軸受及びデイスク型軸受の不使用によつ
て、さらにコントロールされた又はステイフなタ
ービン圧縮機回転装置が得られ、これによりター
ビン及び圧縮機の両者とこれらの周囲の構造物と
の間には狭い隙間が許されるにすぎない。例え
ば、比較的小型の内燃機関に使うターボチヤージ
ヤ用の圧縮機の羽根の高さは、0.2インチの程度
である。上述の球軸受装置を使用すれば、圧縮機
の構造は僅か0.005インチの隙間すなわち羽根の
全高さの僅か2.5%に当る隙間でよい。これに対
して、もしジヤーナル軸受又はデイスク型軸受を
使つたとすれば、著しく大きい隙間(普通約
0.015インチ)が必要となろう。結果としては、
第2図に示すターボチヤージヤは、低い羽根高さ
のために羽根及び周囲構造間に狭い隙間が要求さ
れるような小型の内燃機関用のターボチヤージヤ
構造に特に適応している。 Furthermore, the use of ball bearing supports and the corresponding elimination of thrust bearings and disk-type bearings provides a more controlled or stable turbine-compressor rotating system, which provides both turbine and compressor support. Only narrow gaps are allowed between these and surrounding structures. For example, the height of turbocharger compressor blades used in relatively small internal combustion engines is on the order of 0.2 inches. Using the ball bearing arrangement described above, the compressor construction requires only 0.005 inch clearance, or only 2.5% of the total blade height. On the other hand, if journal bearings or disk-type bearings are used, significantly larger gaps (usually about
0.015 inch) would be required. As a result,
The turbocharger shown in FIG. 2 is particularly adapted to turbocharger construction for small internal combustion engines where low blade heights require narrow gaps between the blades and the surrounding structure.
球軸受の使用及びこれに伴うジヤーナル又はデ
イスク型軸受と比較した場合の摩擦損の少ないこ
とは、タービン馬力の相当な部分を軸受損及び摩
擦に失うことなく、少ないタービン馬力を発生す
るターボチヤージヤの効果的使用を始めて可能に
する。ジヤーナル軸受及びデイスク型軸受が摩擦
に4ないし5馬力の損失を占める場合を考える
と、本発明配置による摩擦損失は0.1ないし0.4馬
力の程度であろう。 The use of ball bearings and the associated lower friction losses compared to journal or disc type bearings allows turbochargers to generate less turbine horsepower without losing a significant portion of the turbine horsepower to bearing losses and friction. Enabling effective use for the first time. Considering that journal bearings and disk type bearings account for 4 to 5 horsepower losses in friction, the friction losses with the arrangement of the present invention will be on the order of 0.1 to 0.4 horsepower.
第8図は、圧縮機ロータ172と、タービンロ
ータ170から離した保持ナツト180及び圧縮
機−タービン軸160を示す。タービンロータ1
70は、溶接その他適宜の永久取付手段によつて
軸160の一端に取付ける。軸160には、ロー
タ170に取付ける前に、拡大した軸受面160
aと、小軸径部160bに至る段付部188とを
形成しておく。前述のように、軸160にはレー
ス206,210を直接に形成しておく。 FIG. 8 shows compressor rotor 172, retaining nut 180 and compressor-turbine shaft 160 spaced from turbine rotor 170. turbine rotor 1
70 is attached to one end of shaft 160 by welding or other suitable permanent attachment means. The shaft 160 has an enlarged bearing surface 160 before being attached to the rotor 170.
a and a stepped portion 188 that reaches the small shaft diameter portion 160b. As described above, the races 206 and 210 are formed directly on the shaft 160.
組立の際には、軸160を圧縮機後壁100及
びタービン装壁102の穴を通して挿入する。シ
ム186を軸160の段付部188と連関するよ
うにして軸160上に位置ぎめする。圧縮機ロー
タ172は軸160と連関し軸部分160b上に
置かれる。次いで保持ナツト180は、軸部分1
60b上をロータ172の穴182内に押込むと
共に穴182の底壁184と連関させる。ナツト
180は、なめらかな内方穴180aを備えたス
リーブから成つている。ナツト180を貫通して
いる穴は軸160の部分160bと締りばめを形
成している。この締りばめは、たとえば0.001イ
ンチ程度である。 During assembly, the shaft 160 is inserted through holes in the compressor back wall 100 and the turbine cladding 102. Shim 186 is positioned on shaft 160 in association with stepped portion 188 of shaft 160. Compressor rotor 172 is associated with shaft 160 and positioned on shaft portion 160b. The retaining nut 180 is then attached to the shaft portion 1
60b is pushed into the hole 182 of the rotor 172 and associated with the bottom wall 184 of the hole 182. Nut 180 consists of a sleeve with a smooth inner bore 180a. A hole extending through nut 180 forms an interference fit with portion 160b of shaft 160. This interference fit is, for example, on the order of 0.001 inch.
内レースは直接に圧縮機−タービン軸に形成さ
れるので、軸は熱処理を行なつて極めて高い硬度
にしておかなければならない。その結果、この保
持スリーブは圧縮機ロータ172を軸160に固
着するが、この場合硬化された軸にねじを研削し
たり切削したりする必要はない。このように、熱
処理を施した軸上にねじを形成することに伴うコ
スト及び問題点はなくなる。さらに、軸は相当に
硬化されるので、保持リング180は軸に対して
押込まれまた軸面に損傷を与えるようなことなく
引抜くことができる。 Since the inner race is formed directly on the compressor-turbine shaft, the shaft must be heat treated to extremely high hardness. As a result, the retaining sleeve secures the compressor rotor 172 to the shaft 160 without the need for grinding or cutting threads into the hardened shaft. In this manner, the cost and problems associated with forming threads on heat treated shafts are eliminated. Additionally, because the shaft is substantially hardened, the retaining ring 180 can be pushed against the shaft and pulled out without damaging the shaft surface.
第8図に示すように、ナツト180はその外面
のまわりにねじを形成してある。穴182はナツ
ト180の外面のねじとの間に隙間420(第9
図)をとるのに充分な直径にしてある。この隙間
420は、圧縮機ロータの取外しのために軸から
ナツトを引出すための適宜の内ねじ付工具の挿入
を可能にしている。 As shown in FIG. 8, nut 180 is threaded about its outer surface. The hole 182 has a gap 420 (9th
The diameter is large enough to accommodate the This gap 420 allows the insertion of a suitable internally threaded tool to pull the nut from the shaft for removal of the compressor rotor.
ターボチヤージヤの構成部品が膨脹又は収縮す
る際圧縮機ロータ上に軸線方向の力を保持するた
めに、保持ナツト及び圧縮機ロータ間にばね装置
が必要とされる。ねじ付き軸に連関する内ねじ付
ナツトの場合とは異なり、本発明の保持ナツト
は、圧縮機ロータ内に高い圧縮荷重を又は圧縮機
−タービン軸内に張力を、定位置に取付けられた
際に生じさせる能力を備えてはいない。従つて第
10図においては、保持ナツト180及び圧縮機
ロータ172間には円錐状又はベルヴイーユばね
422を挿入してある。 A spring system is required between the retaining nut and the compressor rotor to maintain an axial force on the compressor rotor as the turbocharger components expand or contract. Unlike the case of internally threaded nuts associated with threaded shafts, the retaining nuts of the present invention do not support high compressive loads within the compressor rotor or tension within the compressor-turbine shaft when installed in place. It does not have the ability to cause Accordingly, in FIG. 10, a conical or Bellevueille spring 422 is inserted between retaining nut 180 and compressor rotor 172.
第10図における構成部品は第2図及び第8、
第9図に示す部品と同じ又は相当するものである
ので、(′)印を付けた同一番号を使つて後者の各
図に示す実施例のものに相当する又は類似の部品
を示すこととする。第10図において、軸16
0′は圧縮機ロータ172′を貫通している。保持
ナツト180′は、軸160′の端部で軸160′
に取付けたベルヴイユばね422と、ナツト18
0′及びロータ172′の穴182′の壁184′間
で、連関している。ベルヴイユばね422は、保
持ナツト180′を軸160′に取付ける際、もと
もと圧迫された状態にある。軸160′に対する
ナツト180′の連関は、ナツト180′及びロー
タ172′間にベルヴイユばね422によつて生
ずるどのような膨脹力にも打克つだけの充分な連
関である。その代りに、ロータ172′及びナツ
ト180′間のばね422の圧縮力がロータ17
2′内に軸方向の荷重を誘発させる。従つて、ば
ね422を正常位置に置くと、軸160′又はロ
ータ172′内の収縮又は膨脹は、ナツト18
0′及びロータ172′間の連関力は零となつては
こない。 The components in FIG. 10 are shown in FIGS. 2 and 8,
Since these parts are the same as or equivalent to those shown in Figure 9, the same numbers marked with (') will be used to indicate parts that are equivalent to or similar to those of the embodiments shown in the latter figures. . In FIG. 10, axis 16
0' passes through compressor rotor 172'. A retaining nut 180' holds the shaft 160' at the end of the shaft 160'.
Bellevue spring 422 attached to and nut 18
0' and the wall 184' of the bore 182' of the rotor 172'. Bellevue spring 422 is originally in a compressed state when attaching retaining nut 180' to shaft 160'. The connection of nut 180' to shaft 160' is sufficient to overcome any expansion forces created by Bellevue spring 422 between nut 180' and rotor 172'. Instead, the compressive force of spring 422 between rotor 172' and nut 180'
2' induces an axial load. Thus, with spring 422 in its normal position, contraction or expansion within shaft 160' or rotor 172' will cause nut 18
The coupling force between rotor 172' and rotor 172' does not become zero.
第11図は、圧縮機のハウジング24、圧縮機
前壁インサーナ126及びこれらの2個の各ピー
スのダイカストに使うそれぞれの型を示す。従来
は多くのターボチヤージヤの圧縮機ハウジングは
砂型鋳造で作ることによつて、該ターボチヤージ
ヤが一緒に使われている機関の吸込マニホルドに
通ずるように圧縮空気が向けられている円周方向
の室が、圧縮空気を受ける狭い円周方向の隙間を
備えたほぼ囲まれた形状に形成されて、デイフユ
ーザの形成を可能にするようにすることができる
ようにしてある。圧縮機ハウジングを砂型鋳造に
よつてワンピースに作ることは、ダイカストで作
つた場合よりも経費がかさみ、且つ円周方向室内
にラフな壁構造を持つ精度の低い構造を作り出す
ことに通ずる。しかし、過去においてターボチヤ
ージヤの圧縮機ハウジングをダイカストで作つた
場合には、前部デイフユーザ壁を砂型鋳造におい
て可能であるように作ることは不可能であつた。
その理由はダイカスト型に適宜な入口及び出口を
備えなければならなかつたからである。 FIG. 11 shows the compressor housing 24, the compressor front wall inserter 126, and the respective molds used to die cast each of these two pieces. Conventionally, the compressor housing of many turbochargers is made by sand casting so that a circumferential chamber into which the compressed air is directed into the intake manifold of the engine with which the turbocharger is used is provided. It may be formed in a generally enclosed configuration with a narrow circumferential gap for receiving compressed air to allow for the formation of a diffuser. Making the compressor housing in one piece by sand casting is more expensive than making it by die casting and leads to the creation of a less precise structure with a rough wall structure within the circumferential chamber. However, in the past when turbocharger compressor housings were made by die casting, it was not possible to make the front diffuser wall as was possible in sand casting.
The reason for this is that the die casting mold had to be equipped with appropriate inlets and outlets.
第11図に示すように、組立ての際従来砂型鋳
造だけによつて得られた利点を持つ2個の構成成
分から成るダイカスト製圧縮機ハウジングを提供
できる。圧縮機ハウジング24は、外型290、
内型292、中子型294及びキヤツプ型296
を使つて形成する。内型292には円周方向の室
44を形成するために持上げられた外形を与えて
ある。またこの内型292は突き出た部分300
を備え、対応する外型290からの突出た部分と
組合つて入口穴40、羽根62及び軸受支持シリ
ンダ60を形成するようにしてある。中子型29
4及びキヤツプ型296は、圧縮機の排気口52
を形成するために使われる。 As shown in FIG. 11, a two-component die-cast compressor housing can be provided that has advantages in assembly that are conventionally available only by sand casting. The compressor housing 24 has an outer mold 290,
Inner mold 292, core mold 294 and cap mold 296
Form using. Inner mold 292 is given a raised profile to define circumferential chamber 44 . Also, this inner mold 292 has a protruding portion 300.
The inlet hole 40, the vane 62, and the bearing support cylinder 60 are formed in combination with the corresponding protruding portions from the outer mold 290. Core mold 29
4 and the cap mold 296 are the exhaust port 52 of the compressor.
used to form.
第11図から明らかなように、型290,29
2,294,296は圧縮機ハウジング24のダ
イカストを可能にするため相互に協力している。
型290,292には衝合面を設け、ハウジング
24に分離線310を形成する。型320,32
2は協力して圧縮機前壁インサート126を作り
出す。型320,322は衝合面を持ち、これら
の面は互に連関して分離線324をデイスク13
0の外縁に持つインサート126を作り出す。第
11図に明示してあるように、のど部128には
ノツチ326を設け、これによつてインサート1
26がハウジング24内に取付けられたとき支柱
62を受けるようにする。 As is clear from FIG. 11, molds 290, 29
2,294,296 cooperate with each other to enable die casting of the compressor housing 24.
The molds 290, 292 are provided with abutment surfaces to form a separation line 310 in the housing 24. Type 320, 32
2 cooperate to create the compressor front wall insert 126. The molds 320, 322 have abutting surfaces that interlock to form a separation line 324 on the disk 13.
Create an insert 126 that has an outer edge of 0. As best seen in FIG. 11, the throat 128 is provided with a notch 326 which allows the insert 1 to
26 to receive struts 62 when installed within housing 24.
第12図及び切断図第13,14,15図は、
羽根62の位置決め及び形状を示している。第1
3ないし第15図において、各支柱62は、より
厚い中間中央切断部334を備えた前縁330及
び後縁332を持つている。各々の場合、最も厚
い中央切断部は線336で示した通りであつて、
ハウジング24の形成に使われる型290,29
2間の分離線を形成している。すなわち、支柱6
2は型290,292を使つてダイカストによつ
て形成し、前縁及び後縁の所要のエーロフオイル
形をそれらの間の厚い方の中央切断部によつて分
離して作り出すようにする。この形状は第13,
14,15図に示すように、空気の圧縮機入口区
域への流入を著しく容易にし、本発明の形状にす
れば周知のダイカスト技術を使つて鋳造すること
ができる。 Figure 12 and cutaway diagrams 13, 14, and 15 are
The positioning and shape of the blade 62 is shown. 1st
3-15, each strut 62 has a leading edge 330 and a trailing edge 332 with a thicker intermediate center cut 334. In FIGS. In each case, the thickest central cut is as indicated by line 336 and
Molds 290, 29 used to form housing 24
It forms a line of separation between the two. That is, the pillar 6
2 is formed by die casting using molds 290, 292 to produce the required air-oil shape of the leading and trailing edges separated by a thicker central cut between them. This shape is the 13th,
As shown in Figures 14 and 15, the shape of the present invention greatly facilitates the entry of air into the compressor inlet area and can be cast using known die casting techniques.
支柱62のエーロフオイル形を、羽根が厚い方
の中央切断部から薄い方の前縁及び後縁に向つて
テーパするようにするためには、ダイカストの型
は前端及び後端の両端から入口穴40内に挿入し
なければならない。すなわち第11図に示すよう
に、第2の内壁部112(第2図)は型292の
突出し部300によつて形成されるが、第1の内
壁部110(第2図)は型290によつて形成さ
れる。両内壁部110,112は、それぞれ、外
方に向つて拡大して、ダイカスト型をピースの形
成後取除くことができるようにしてある。 To ensure that the airfoil shape of the strut 62 tapers from the thicker center cut to the thinner leading and trailing edges of the vane, the die-casting mold has inlet holes 40 from both the leading and trailing ends. must be inserted inside. That is, as shown in FIG. 11, the second inner wall 112 (FIG. 2) is formed by the protrusion 300 of the mold 292, while the first inner wall 110 (FIG. 2) is formed by the mold 290. It is formed as a result. Both inner walls 110, 112 each widen outwardly to allow the die casting mold to be removed after the piece is formed.
このように、支柱62の所要の図形の形成は、
ダイカスト型を取除くための入口穴40内の末広
がりの直径を持つ壁部112を必要とする。しか
し、入口穴40の入口から圧縮機ロータ172に
向い連続して小さくなる直径を持つことが大切で
ある。このことは、壁インサート126を使うこ
とによつて行なわれる。壁インサート126もダ
イカストで形成され、入口穴40の内壁部112
の末広がりの面に対応する末広がりの直径を持ち
互に組合う外面132(第2図)を備えている。
のど部128の内壁面131は、入口穴40の第
1の内壁部110の先細りの直径の延長に対応し
てデイスク130の方に向つて細まる直径を持つ
ように形成される。すなわち、壁インサート12
6が入口穴40と組合わされると、穴40の入口
から圧縮機ロータ172(第2図)の方に向つて
内方に連続して細まる直径が得られる。 In this way, the formation of the required shape of the support column 62 is as follows:
Requires a diverging diameter wall 112 in the entry hole 40 for removal of the die casting mold. However, it is important that the inlet hole 40 has a diameter that decreases continuously from the inlet toward the compressor rotor 172. This is done by using wall inserts 126. The wall insert 126 is also die-cast and extends from the inner wall 112 of the entrance hole 40.
and interlocking outer surfaces 132 (FIG. 2) having divergent diameters corresponding to the divergent surfaces of the .
The inner wall surface 131 of the throat 128 is formed with a diameter that tapers toward the disk 130 in response to the extension of the tapered diameter of the first inner wall 110 of the inlet hole 40 . That is, the wall insert 12
6 in combination with the inlet hole 40 provides a diameter that tapers continuously inwardly from the inlet of the hole 40 toward the compressor rotor 172 (FIG. 2).
このように、ターボチヤージヤ用の圧縮機ハウ
ジングを形成するツーピース構造が得られ、共に
ダイカストで作ることができる。これらの2個の
構成成分は、製立ての際軸受支持シリンダ60を
支える複数の支柱62を備えた圧縮機ハウジング
を形成し、薄い方の前縁及び薄い方の後縁に向つ
て小さくなる厚い中間切断部を持つ羽根を備えて
いる。さらにこのハウジングは、入口穴の入口か
ら圧縮機ロータに向い連続的に小さくなる入口ノ
ズルを形成する。さらにこの圧縮機ハウジング
は、圧縮されたガスが圧縮機の排気に通ずるよう
にした円周方向室を完成する前部デイフユーザ壁
を形成する。 In this way, a two-piece construction forming the compressor housing for the turbocharger is obtained, which can be made together by die-casting. These two components form a compressor housing with a plurality of struts 62 that support a bearing support cylinder 60 during assembly, with thicker struts that decrease toward a thinner leading edge and a thinner trailing edge. It has a vane with a mid-cut. Furthermore, the housing defines an inlet nozzle that decreases continuously from the inlet of the inlet hole toward the compressor rotor. Additionally, the compressor housing defines a front diffuser wall that completes a circumferential chamber through which compressed gas is communicated to the compressor exhaust.
第16図においては、壁インサート126のそ
れぞれ異なる形状を対応する圧縮機ロータと共に
使用するために相互に代替することができるよう
にしてある。壁インサート126aはターボチヤ
ージヤ内にさらに制限をした空気流れを送るが、
壁インサート126bはさらに大きな圧縮機ロー
タを形成しさらに大きな空気流れをターボチヤー
ジヤに送る。このような構造の変更が、それぞれ
異る壁インサート126を標準の圧縮機ハウジン
グ24に取付けるだけで行なわれることが判るで
あろう。すなわち、それぞれ異る流れ性能を持つ
各種の異なるターボチヤージヤが、標準の圧縮機
ハウジング24を使い、それぞれ対応する圧縮機
ホイールを備えた壁インサート126用のいくつ
かの可能な形状のうちから1つの形状を選択する
ことによつて、作られる。この特徴は、壁インサ
ート126が圧縮機ハウジングのうちの簡単な構
成部品であるという点において重要な意味を持つ
ている。 In FIG. 16, different shapes of wall inserts 126 are shown to be interchangeable for use with corresponding compressor rotors. Wall insert 126a provides more restricted airflow within the turbocharger;
Wall insert 126b forms a larger compressor rotor and provides a larger air flow to the turbocharger. It will be appreciated that such structural changes can be made simply by attaching different wall inserts 126 to the standard compressor housing 24. That is, a variety of different turbochargers, each with different flow performance, can use a standard compressor housing 24, each with one of several possible shapes for the wall insert 126 with a corresponding compressor wheel. is created by selecting. This feature is significant in that the wall insert 126 is a simple component of the compressor housing.
従来のターボチヤージヤにおいては、ダイカス
トの場合でも砂型鋳造の場合でも、改造には新し
い構造物に対して全く新しい鋳物を作ることが含
まれている。しかし前述したように、それぞれ異
なる空気流れ対空気圧力比を持つ圧縮機の計画
は、それぞれ異る計画の壁インサートを新らしい
すなわち改造された圧縮機ホイールと協力状態に
置いて単に代替するだけで達成することができ
る。 In conventional turbochargers, whether die-cast or sand-cast, retrofitting involves making an entirely new casting for the new structure. However, as previously mentioned, compressor designs with different air flow to air pressure ratios can be simply substituted by placing the wall inserts of the different designs in cooperation with a new or modified compressor wheel. can be achieved.
従つて、前述したようにダイカストすることの
できるターボチヤージヤ圧縮機ハウジングを提供
することができる。圧縮機ロータハウジングは圧
縮機ハウジングとこのハウジングと連関する前部
壁インサートとを含んでいる。このような2部品
から成る構造は、標準的ダイカスト技術を使つて
これらの2つの部品の各々をダイカストすること
を可能にする。圧縮機ハウジングは、これらの部
品を組合わせた形で、圧縮されたガスを圧縮機ロ
ータから受けるための円周方向の隙間を除いてす
べての側面の閉じられた円周方向室を備えたもの
として作られる。円周方向の通路がこの室に至る
隙間に通ずるように形成され、この室で加速され
たガスが拡散され静圧を増す。 It is therefore possible to provide a turbocharger compressor housing that can be die cast as described above. The compressor rotor housing includes a compressor housing and a front wall insert associated with the housing. Such a two-part construction allows each of these two parts to be die-cast using standard die-casting techniques. A compressor housing is the combination of these parts with a circumferential chamber closed on all sides except for a circumferential gap for receiving compressed gas from the compressor rotor. It is made as. A circumferential passage is formed in the gap leading to this chamber, in which the gas accelerated is diffused and increases the static pressure.
そのうえ、圧縮機の軸受支持筒は入口穴と同心
状に鋳造され、その中に入口穴の壁から延びる複
数の羽根によつて支えられる。羽根は、前縁及び
後縁が厚い方の中央切断部によつて分離された状
態で形成される。これは、圧縮機ハウジングのダ
イカストを可能にするためにほぼ厚い方の横切断
区域に分離線を備えた型の使用によつて行なわれ
る。 Additionally, the compressor bearing support tube is cast concentrically with the inlet hole and supported therein by a plurality of vanes extending from the wall of the inlet hole. The vanes are formed with leading and trailing edges separated by a thicker center cut. This is done by using a mold with a separation line in the generally thicker cross-cut area to allow die-casting of the compressor housing.
圧縮機ハウジングを2個の構成部品でダイカス
トすることを、圧縮機ロータ及びタービンロータ
が玉軸受装置上を回転する軸の一方の側に突出さ
れこの軸から支えられた状態になつているターボ
チヤージヤに適用して説明したが、圧縮機ロータ
及びタービンロータを軸受支持装置の対向両端部
に支えた従来の構造のターボチヤージヤに容易に
適用し得ることは、関係者にとつては明白なこと
であろう。この特殊な用途に対しては、上述のよ
うな圧縮機ハウジングを軸受支持筒の改造をする
だけですぐそのまま使用することができる。 Die-casting the compressor housing in two components is preferred for turbochargers in which the compressor rotor and turbine rotor project to and are supported on one side of a shaft which rotates on a ball bearing arrangement. Although the present invention has been described and applied, it will be obvious to those concerned that it can be easily applied to a turbocharger having a conventional structure in which a compressor rotor and a turbine rotor are supported at opposite ends of a bearing support device. . For this special purpose, the compressor housing as described above can be used as is by simply modifying the bearing support tube.
支柱62と軸受支持筒60との形状を選択する
ことにより得られる空気入口50の特定の設計構
造を備えた改良型のターボチヤージヤの重要な特
徴は、圧縮機速度及び流れの極めて広い範囲に亘
る、従来のターボチヤージヤに通常現われるサー
ジング線を経験することのない作動能力である。
この極めて意義のある重要な特徴を、第17,1
8図に示すコンプレツサ・マツプとして知られて
いる性能グラフを使つて説明する。第17図は従
来のターボチヤージヤに対する典形的コンプレツ
サ・マツプであり、第18図は前記改良型のター
ボチヤージヤに対するコンプレツサ・マツプであ
る。これらのコンプレツサ・マツプは、空気流れ
の1分間当りの立方呎量対ターボチヤージヤ圧縮
機に対する吐出圧力と入口圧力との比の関係を示
す。 An important feature of the improved turbocharger with the particular design configuration of the air inlet 50 obtained by selecting the shapes of the struts 62 and the bearing support tube 60 is that it can be used over an extremely wide range of compressor speeds and flows. This is the ability to operate without experiencing the surging lines normally found in conventional turbochargers.
This extremely significant and important feature is
This will be explained using a performance graph known as a compressor map shown in Figure 8. FIG. 17 is a typical compressor map for a conventional turbocharger, and FIG. 18 is a compressor map for the improved turbocharger. These compressor maps show the relationship between cubic feet per minute of airflow versus the ratio of discharge pressure to inlet pressure for a turbocharger compressor.
第17図には、圧縮機の一定速度ライン430
及び等エントロピ効率ライン432を示してあ
る。サージング線434は作動点を明示し、この
点の左ではターボチヤージヤ圧縮機は一様な空気
出力を生ずるように作動することはできない。タ
ーボチヤージヤの構成部品は、サージング線が垂
直軸の方に移動してもつと低いターボチヤージヤ
速度ですなわちもつと低い機関速度で安定した運
転ができるように改造することができるが、ター
ボチヤージヤの運転特性のこのような移動は、ユ
ニツトの高速度能力を減じさせる。従つてターボ
チヤージヤは従来ただ高い機関速度においてだけ
増大した性能を発揮するように格下げされてきて
いる。 FIG. 17 shows the constant speed line 430 of the compressor.
and isentropic efficiency line 432 are shown. Surging line 434 defines the operating point, to the left of which the turbocharger compressor cannot operate to produce a uniform air output. Although the turbocharger components can be modified to provide stable operation at lower turbocharge speeds as the surging line moves toward the vertical axis, i.e., at lower engine speeds, this Such movements reduce the unit's high velocity capabilities. Accordingly, turbochargers have traditionally been downgraded to provide increased performance only at higher engine speeds.
したがつて、極めて低いターボチヤージヤ空気
流において一様な出力を出すことのできるターボ
チヤージヤを提供できると共に、従来のターボチ
ヤージヤが遭遇するサージング線の制限を取除く
ものである。第18図から明らかなように、前記
改良型のターボチヤージヤに対する圧縮機の性能
マツプは、圧縮機の一定速度ライン440及び効
率ライン442を持つている。 Thus, it is possible to provide a turbocharger capable of producing uniform power at extremely low turbocharged airflows, while eliminating the surging line limitations encountered with conventional turbochargers. As is apparent from FIG. 18, the compressor performance map for the improved turbocharger has a compressor constant speed line 440 and an efficiency line 442.
第18図のコンプレツサ・マツプを見れば判る
ように、前記改良型のターボチヤージヤの圧縮機
は極めて低い空気流れ値まで圧縮機出力に不整が
なく作動を続ける。実際上、前記改良型のターボ
チヤージヤは、第17図のコンプレツサ・マツプ
に示されたようなサージング線に相当するような
サージング線を経験することはない。 As can be seen from the compressor map of FIG. 18, the improved turbocharger compressor continues to operate without irregularities in compressor output down to extremely low airflow values. In fact, the improved turbocharger does not experience surging lines comparable to those shown in the compressor map of FIG.
第17,18図を見れば、従来のターボチヤー
ジヤの作動範囲の幅を前記改良型のターボチヤー
ジヤと比較することができる。第17図によれ
ば、1.9の圧縮機圧力比において空気流れの範囲
は、効率60%における350立方呎の高さからサー
ジング線における毎分200立方呎の低さまで変動
する。従つて高流量対低流量の比(350÷200)は
1.75になる。第18図によれば、1.9の圧力比に
おいて、前記改良型のターボチヤージヤは、効率
60%における275立方呎の流量から毎分60立方呎
までサージング線には遭遇せずに作動する。この
高低両流量の比(275÷60)は4.58になり、これ
は従来のターボチヤージヤの増加の2.5倍以上の
増加である。 17 and 18, the width of the operating range of the conventional turbocharger can be compared with the improved turbocharger. According to FIG. 17, at a compressor pressure ratio of 1.9, the airflow range varies from a high of 350 cubic feet per minute at 60% efficiency to as low as 200 cubic feet per minute at the surging line. Therefore, the ratio of high flow rate to low flow rate (350÷200) is
It becomes 1.75. According to FIG. 18, at a pressure ratio of 1.9, the improved turbocharger has an efficiency of
It operates from a flow rate of 275 cubic feet at 60% to 60 cubic feet per minute without encountering surging lines. The ratio of the high and low flow rates (275÷60) is 4.58, which is more than 2.5 times the increase in conventional turbocharger.
このような成果は、ターボチヤージヤが低機関
速度においてもまた高機関速度においても共にそ
の性能を改善するために効果的に使い得るという
点において、極めて大きな意味を持つている。こ
のような進歩発展は、変動する機関速度に対する
一定の圧縮機速度又は変動する機関速度における
一定ブーストを提供する前記した特徴と組合わせ
をした場合、さらに高い所望の圧力比が、低い機
関回転数において、従来のターボチヤージヤにお
けるより低い圧縮機流れで通常経験されるサージ
ング又は乱流の問題なしに、得られるという点に
おいてまたさらに高い意味を持つことになる。 These results are significant in that turbocharging can be used effectively to improve performance at both low and high engine speeds. Such advances, when combined with the aforementioned features of providing a constant compressor speed for varying engine speeds or a constant boost at varying engine speeds, provide even higher desired pressure ratios at lower engine speeds. It is also of greater significance in that it is obtained without the surging or turbulence problems normally experienced with lower compressor flows in conventional turbochargers.
前記改良型のターボチヤージヤによつて得られ
るこのような有意義な進歩は、主として、進歩し
た半径流型圧縮機技術、例えば後方に曲つた翼配
列などと協力して圧縮機空気入口形状に帰せしめ
られるべきものである。既に述べたように、軸受
支持筒60は、円筒形の入口穴40内にこの穴の
内壁から軸受支持筒60まで延びる複数の支柱6
2によつて支えられている。1実施例では入口穴
の内壁から軸受支持筒まで3個の支柱が延び、こ
の支持筒を圧縮機の空気入口内に同心状態に位置
させている。その結果入口は1個以上の入口チヤ
ネルに分割される。さらにこれらのチヤネルは、
幅の寸法に比較して流れ方向に比例的に長い。ま
た各支柱は、この支柱の中間区域よりも狭い前縁
及び後縁を持つ輪郭を備えている。第2図にも示
してあるように、入口穴40の内壁部は入口端か
ら圧縮機ロータ172まで先細になる直径を備え
ている。 These significant advances provided by the improved turbocharger are primarily attributable to the compressor air inlet geometry in conjunction with advanced radial compressor technology, such as back-curved blade arrangements. It is something that should be done. As already mentioned, the bearing support tube 60 includes a plurality of struts 6 within the cylindrical entrance hole 40 extending from the inner wall of the hole to the bearing support tube 60.
It is supported by 2. In one embodiment, three struts extend from the inner wall of the inlet hole to a bearing support tube that is located concentrically within the air inlet of the compressor. As a result, the inlet is divided into one or more inlet channels. Furthermore, these channels
Proportionally long in the flow direction compared to the width dimension. Each strut also has a profile with leading and trailing edges that are narrower than the intermediate region of the strut. As also shown in FIG. 2, the interior wall of the inlet hole 40 has a diameter that tapers from the inlet end to the compressor rotor 172.
この構造は、通常低圧縮機流れで遭遇するバツ
ク流れの状態を安定させる。バツク流れ状態を安
定させることにより、圧縮機を、従来のターボチ
ヤージヤで従来可能であつたよりもずつと低い圧
縮機流れで、定常の空気流を生じさせるように作
動し続けさせることができる。 This structure stabilizes the backflow conditions normally encountered at low compressor flows. By stabilizing the backflow conditions, the compressor can continue to operate to produce a steady air flow at progressively lower compressor flows than previously possible with conventional turbochargers.
第19図は第1図ないし第16図に例示したタ
ーボチヤージヤの変型の竪断面図を示す。第19
図のターボチヤージヤは、軸流段圧縮機ロータ4
50を圧縮機入口内に取付けたことを除いて第1
図ないし第16図に例示したターボチヤージヤと
同じである。第19図に示した変型と第1図ない
し第16図に例示したターボチヤージヤとの多く
の部品が実質的に同じなので同様な又は対応する
部品には同じ参照数字を使つてある。 FIG. 19 shows a vertical sectional view of a modification of the turbocharger illustrated in FIGS. 1 to 16. 19th
The turbocharger shown in the figure is the axial flow stage compressor rotor 4.
50 was installed inside the compressor inlet.
This is the same as the turbocharger illustrated in FIGS. Since many parts of the variant shown in FIG. 19 and the turbocharger illustrated in FIGS. 1-16 are substantially the same, the same reference numerals have been used for similar or corresponding parts.
第19図では圧縮機流入口を、遠心流圧縮機ロ
ータ172への流入路456を仕切る内壁454
を持つ一層大きい直径の流入口452を備えるよ
うに変えてある。複数の固定子458は流入口4
52の内壁454から延び軸受支持体460を支
える。軸流段圧縮機ロータ450は、各軸受アセ
ンブリ162,164の遠心流圧縮機ロータ17
2の反対の側で軸160の端部に取付けられ適当
なナツト462により保持してある。圧縮機ロー
タ450は、ボス464とボス464及び支柱4
68間に取付けた複数本の支柱466とを備えて
いる。ボス464は、軸160の段470に連関
し段470及びナツト462の間に位置させてあ
る。 In FIG. 19, the compressor inlet is defined as an inner wall 454 that partitions an inlet passage 456 to the centrifugal compressor rotor 172.
It has been modified to include a larger diameter inlet 452 with a larger diameter. The plurality of stators 458 are connected to the inlet 4
52 and supports a bearing support 460. Axial stage compressor rotor 450 includes centrifugal compressor rotor 17 in each bearing assembly 162, 164.
It is attached to the end of shaft 160 on the opposite side of 2 and held by a suitable nut 462. The compressor rotor 450 has a boss 464 and a support 4.
68 and a plurality of support columns 466 attached between the two. Boss 464 is associated with step 470 of shaft 160 and is located between step 470 and nut 462 .
第19図に明らかなように流入口452に入る
空気は、軸流段圧縮機により圧縮され流路456
を経て遠心流圧縮機ロータ172に運ばれる。2
段圧縮機の使用は、車段圧縮機から得られる作動
範囲に比べて2段圧縮機の使用により一層広い作
動範囲が得られる点で重要である。たとえば2段
圧縮機の使用の場合に第1段は1.5ないし1.6の流
入圧力対放出圧力の圧力比を得るのに使うが、第
2段は3.0ないし3.5の圧力比を得るのに使う。こ
れ等の複合の圧力比により4.5ないし5.6の程度の
圧力比が有効に得られる。このような圧力比は単
段でも得られるが、このような圧力比を生ずるの
に必要な圧縮機速度が一層高くなるので、一層高
い品質の一層高価な圧縮機及びタービンの部品を
使わなければならなくて又流量範囲に著しい制限
を受ける。2段単位はこの付加的な費用又は欠点
を伴わないで一層高い圧力比が得られる。さらに
軸流段圧縮機を軸受支持体の遠心圧縮機及びター
ビンの各ロータとは反対側に取付けることにより
装置をつり合わせ特定の悪影響が生じない。 As is clear from FIG. 19, the air entering the inlet 452 is compressed by the axial stage compressor, and the air enters the flow path 452.
and is conveyed to the centrifugal compressor rotor 172. 2
The use of a stage compressor is important in that the use of a two stage compressor provides a wider operating range compared to that available from a stage compressor. For example, when using a two-stage compressor, the first stage is used to obtain an inlet pressure to discharge pressure ratio of 1.5 to 1.6, while the second stage is used to obtain a pressure ratio of 3.0 to 3.5. These combined pressure ratios effectively provide pressure ratios on the order of 4.5 to 5.6. Although such pressure ratios can be obtained with a single stage, the higher compressor speeds required to produce such pressure ratios require the use of higher quality and more expensive compressor and turbine components. Moreover, the flow range is severely restricted. A two-stage unit provides higher pressure ratios without this additional expense or drawback. Additionally, by mounting the axial stage compressor on the opposite side of the bearing support from the centrifugal compressor and turbine rotors, the system is balanced and certain adverse effects are avoided.
第20図、第21図、第22図及び第23図は
第1図ないし第16図に例示したターボチヤージ
ヤを内燃機関に取付ける新規な方式を示す。第2
0図及び第21図はV−6機関444に取付けた
ターボチヤージヤ20のそれぞれ堅断面図及び平
面図を示す。この同じ応用例が任意の個数のシリ
ンダを持つV形機関に適用できるのはもちろんで
ある。機関444は、右側シリンダ群445及び
左側シリンダ群446を持つ普通のV形機関を表
わす。第20図に示した断面は、右側シリンダ群
445の排気弁448と左側シリンダ群446の
吸気弁449とを通る断面を示す。ターボチヤー
ジヤ20はタービン及び圧縮機の回転軸線を堅方
向位置にして普通のターボチヤージヤでは従来で
きない配向で取付けてある。ターボチヤージヤ2
0では燈心材と軸受への潤滑剤の連続流れを必要
としない対応する構造とにより軸受に油を送るよ
うにしてあるので、圧縮機及びタービンの回転軸
線を垂直方向に又は垂直及び水平間の任意の角度
にターボチヤージヤの向きを定めることができ
る。これに反して軸受への又軸受からの潤滑剤の
流れを通常必要とする普通のターボチヤージヤは
第20図及び第21図の配置で例示したように垂
直方向にして運転することには成功していない。 20, 21, 22 and 23 show a new method of attaching the turbocharger illustrated in FIGS. 1 to 16 to an internal combustion engine. Second
0 and 21 show a hard sectional view and a plan view, respectively, of the turbocharger 20 attached to the V-6 engine 444. Of course, this same application can be applied to V-type engines with any number of cylinders. Engine 444 represents a conventional V-engine with a right cylinder group 445 and a left cylinder group 446. The cross section shown in FIG. 20 is a cross section passing through the exhaust valve 448 of the right cylinder group 445 and the intake valve 449 of the left cylinder group 446. The turbocharger 20 is mounted in a rigid orientation with the rotational axes of the turbine and compressor in a rigid orientation, which is not possible with conventional turbochargers. turbo charger 2
0, oil is delivered to the bearings by means of a wick and a corresponding structure that does not require a continuous flow of lubricant to the bearings, so that the axes of rotation of the compressor and turbine are aligned vertically or between vertical and horizontal lines. The turbocharger can be oriented at any angle. On the other hand, conventional turbochargers, which normally require a flow of lubricant to and from the bearings, have not been successfully operated in a vertical orientation, as exemplified by the configurations of Figures 20 and 21. do not have.
なお第20図及び第21図に示すように機関排
気はターボチヤージヤ20にマニホルド451に
より導く。この場合排気は個個の各排気弁448
からターボチヤージヤ20のタービンロータ17
0に直接通ずる。ターボチヤージヤ圧縮機排気は
機関444の各シリンダ内にわたり管453によ
りマニホルド447を経て吸気弁449に送られ
る。 As shown in FIGS. 20 and 21, the engine exhaust gas is guided to the turbocharger 20 by a manifold 451. In this case, the exhaust is provided by each individual exhaust valve 448.
From the turbine rotor 17 of the turbocharger 20
Leads directly to 0. Turbocharger compressor exhaust is routed through each cylinder of engine 444 by pipe 453 through manifold 447 to intake valve 449.
運転時には空気は、ターボチヤージヤ20内に
入口50で吸込まれ、圧縮機ロータ172により
圧縮しわたり管453を経てマニホルド447に
そして機関444の左右両側の群の各シリンダ内
に放出される。機関444からの排気は、マニホ
ルド451によりタービンロータ170にそのま
わりの互に間隔を隔てた位置で送出され、次で排
気管455を経て放出される。この間隔により、
排気弁448が先ず開くときに生ずる高い脈動エ
ネルギーをタービンに利用することができる。 In operation, air is drawn into the turbocharger 20 at the inlet 50 and discharged by the compressor rotor 172 through the compression stub 453 into the manifold 447 and into each cylinder of the left and right groups of the engine 444. Exhaust gas from engine 444 is delivered by manifold 451 to turbine rotor 170 at spaced locations around it and then discharged through exhaust pipe 455 . This interval allows
The high pulsating energy created when exhaust valve 448 first opens can be utilized by the turbine.
第20図及び第21図から明らかなようにター
ビンロータ170は、このロータの回転軸線に直
交する平面に実質的に整合する可変のノズルを内
部に設けた円周方向の室を持つタービンハウジン
グ内に取付けてある。さらに各機関排気口は水平
に向いた共通の平面に整合している。図示のよう
に一般に使われる普通のタービンハウジングの代
りに、排気マニホルドとしてもタービンハウジン
グとしても作用するマニホルド451を使つてあ
る。前述したようにターボチヤージヤを竪方向の
向きにして使用できることにより、タービン軸軸
線を各排気口の平面にほぼ直交して位置させるこ
とによつてタービンハウジングの円周方向の室の
平面に各排気口の平面をほぼ平行に整合させるこ
とができる。このようにして排気口からの排気
は、タービンハウジングに一層直接にかつ有効に
噴射しタービンロータを駆動する。 As is apparent from FIGS. 20 and 21, the turbine rotor 170 is comprised within a turbine housing having a circumferential chamber having variable nozzles therein substantially aligned with a plane orthogonal to the axis of rotation of the rotor. It is installed on. Furthermore, each engine exhaust is aligned with a common horizontally oriented plane. As shown, in place of the conventional turbine housing commonly used, a manifold 451 is used which acts both as an exhaust manifold and as a turbine housing. As mentioned above, since the turbocharger can be used in a vertical orientation, each exhaust port can be positioned in the plane of the circumferential chamber of the turbine housing by locating the turbine shaft axis approximately perpendicular to the plane of each exhaust port. planes can be aligned substantially parallel. In this way, the exhaust air from the exhaust port is more directly and effectively injected into the turbine housing to drive the turbine rotor.
これに反して従来のターボチヤージヤは、排気
口からタービンロータに排気を差向けるように極
めて複雑な構造を持つマニホルドを使わなければ
ならなかつた。さらにターボチヤージヤ20は排
気マニホルドは排気を機関からの各排気口からタ
ービンロータのまわりで互にほぼ等しい間隔を隔
てた位置に差向けて、タービンロータの周辺のま
わりの互に異る位置に排気を送る。ターボチヤー
ジヤ20が竪方向に向きを定めることができるの
で又ターボチヤージヤ20を各シリンダ群の間で
機関に近接して設けることができる。さらに排気
は排気マニホルドにより、タービンを駆動するよ
うに排気を加える前にエネルギーの損失を極めて
少くして各シリンンダからターボチヤージヤター
ビンに直接差向ける。 Conventional turbochargers, on the other hand, require the use of extremely complex manifolds to direct exhaust gas from the exhaust port to the turbine rotor. The turbocharger 20 further includes an exhaust manifold that directs the exhaust gas from each exhaust port from the engine to approximately equally spaced locations around the turbine rotor and directs the exhaust gas to different locations around the periphery of the turbine rotor. send. Because the turbocharger 20 can be vertically oriented, the turbocharger 20 can also be located close to the engine between each group of cylinders. Furthermore, the exhaust manifold directs the exhaust air directly from each cylinder to the turbocharger turbine with very little loss of energy before applying the exhaust to drive the turbine.
気化器はターボチヤージヤの直上に取付けられ
燃料空気混合気を入口50内に送給するのはもち
ろんである。同様に本ターボチヤージヤは、各機
関シリンダに燃料を直接送る燃料噴射機関又はデ
イーゼル機関に使うことができる。 The carburetor is of course mounted directly above the turbocharger and delivers a fuel-air mixture into the inlet 50. Similarly, the turbocharger can be used in fuel injection engines or diesel engines that deliver fuel directly to each engine cylinder.
第22図及び第23図には、竪方向位置に取付
けたターボチヤージヤ20を並列4シリンダ機関
に使つた場合を示してある。ターボチヤージヤ2
0は又、4シリンダより多い又は少いシリンダを
持つ並列機関にも使えるのはもちろんである。第
22図及び第23図においてはターボチヤージヤ
20は、各機関シリンダの排気弁間でターボチヤ
ージヤタービンに連通する排気マニホルド482
により機関480に連結してある。空気は、ター
ボチヤージヤ20内に入口50で吸入され、ター
ボチヤージヤ圧縮機ロータ172により圧縮しマ
ニホルド484を経て各機関シリンダの吸気弁内
に放出される。第23図に明らかなように排気マ
ニホルド482は、ターボチヤージヤタービンを
駆動するガスをタービンにその周辺のまわりの互
に間隔を隔てた位置で送るように形成してある。
さらにマニホルド482は第23図の時計回りに
タービンが回転しやすいように向きを定めてあ
る。同様に第21図に明らかなように、本ターボ
チヤージヤをV形機関の2組のシリンダ群の中間
に取付けたときに同様なマニホルドを設けてあ
る。 22 and 23 show the use of a vertically mounted turbocharger 20 in a parallel four cylinder engine. turbo charger 2
Of course, 0 can also be used in parallel engines with more or less than 4 cylinders. 22 and 23, the turbocharger 20 includes an exhaust manifold 482 that communicates with the turbocharger turbine between the exhaust valves of each engine cylinder.
It is connected to engine 480 by. Air is drawn into the turbocharger 20 at the inlet 50, compressed by the turbocharger compressor rotor 172, and discharged through the manifold 484 into the intake valve of each engine cylinder. As seen in FIG. 23, the exhaust manifold 482 is configured to direct the gases that drive the turbocharged turbine to the turbine at spaced locations around its periphery.
Additionally, manifold 482 is oriented to facilitate rotation of the turbine clockwise in FIG. 23. Similarly, as can be seen in FIG. 21, a similar manifold is provided when the present turbocharger is mounted intermediate the two cylinder groups of a V-engine.
従つてタービン及び圧縮機の回転軸線を竪方向
にして又は水平及び垂直の中間の任意の位置にし
て向きを定めることのできるターボチヤージヤが
得られる。このことは主として、ターボチヤージ
ヤ20において圧縮機及びタービンの軸が回転す
る軸受を潤滑するようにしてあるのでできる。タ
ーボチヤージヤ20はこのように向きを定めるこ
とができるから、このターボチヤージヤは全部の
形式及び構造の普通の機関に取付けて使うのに理
想的に適している。 Thus, a turbocharger is obtained which can be oriented with the rotation axes of the turbine and compressor vertically or at any position intermediate between horizontal and vertical. This is primarily possible because the turbocharger 20 lubricates the bearings around which the compressor and turbine shafts rotate. Because the turbocharger 20 can be oriented in this manner, it is ideally suited for use in conventional engines of all types and constructions.
第1図ないし第16図について述べたターボチ
ヤージヤは、第24図、第25図、第26図、第
27図及び第28図に示した有効なターボジエツ
ト機関又はターボ送風機機関に容易に変換するこ
とができる。これ等の実施例はその上半部だけの
竪断面を例示してあるが、この図示の上半部に下
半部がほぼ同じであるのはもちろんである。 The turbocharger described in connection with FIGS. 1-16 can be easily converted into an effective turbojet or turboblower engine as shown in FIGS. 24, 25, 26, 27, and 28. can. In these embodiments, the vertical cross section of only the upper half is illustrated, but it goes without saying that the lower half is almost the same as the upper half shown.
ターボジエツト500は第24図に例示してあ
る。ターボジエツト500は、管状の流入ノズル
504と主ハウジング506と燃焼室後壁板50
8とから成る外部ハウジング502を備えてい
る。後壁板508は、一体の補強材510を備え
ボルト512により主ハウジング506に取付け
てある。タービン排気ノズル514は主ハウジン
グ506の反対側の後壁板508の端部にボルト
515により取付けることによつて主ハウジング
506内に支えてある。 Turbojet 500 is illustrated in FIG. The turbojet 500 includes a tubular inlet nozzle 504, a main housing 506, and a combustion chamber rear wall plate 50.
The external housing 502 is comprised of 8. The rear wall plate 508 includes integral reinforcements 510 and is attached to the main housing 506 by bolts 512. Turbine exhaust nozzle 514 is supported within main housing 506 by being attached to the end of rear wall plate 508 opposite main housing 506 by bolts 515 .
軸受支持円筒体516は、管状流入ノズル50
4の内側壁面520から延びる複数個の支柱51
8により流入ノズル504内に取付けてある。こ
の構造は、軸受支持円筒体60とそのターボチヤ
ージヤ20の流入口40内の取付けとに関しては
第1図ないし第16図に例示したのと同様であ
る。キヤツプ522は軸受支持円筒体516の端
部に取付けてある。なお第24図に示すように圧
縮機後壁524及びタービン後壁526は、主ハ
ウジング506内に位置し適当なねじ部片527
により相互に取付けてある。第24図に例示した
実施例では固定の静止羽根528は主ハウジング
506及び圧縮機後壁524の間に適当なねじ部
片529により取付けてある。燃焼ライナ530
はタービン後壁526とタービン排出ノズル51
4の横方向に延びる部分との間に取付けてある。
燃焼ライナ530は、複数個の口を形成した円周
方向の室を持つ普通の構造のものである。ライナ
530は、公知の実用例に従つて1次空気燃焼用
の口532と希釈空気用の口534とを備えてい
る。燃料は、燃焼室後壁板508と燃焼ライナ5
30の上流壁538とを貫いて延びる燃料噴射ノ
ズル536により燃焼室に供給する。点火器54
0は燃焼ライナ530内に上流壁538及び燃焼
室後壁板508を貫いて納めてある。燃焼ライナ
530は、タービン後壁526とタービン排出ノ
ズル514の横方向に延びる部分との間に形成し
たタービン流入区域544に通ずる口542を備
えている。 The bearing support cylinder 516 is connected to the tubular inflow nozzle 50
A plurality of pillars 51 extending from the inner wall surface 520 of No. 4
8 within the inlet nozzle 504. This structure is similar to that illustrated in FIGS. 1 to 16 with respect to the bearing support cylinder 60 and its attachment within the inlet 40 of the turbocharger 20. Cap 522 is attached to the end of bearing support cylinder 516. Note that, as shown in FIG. 24, the compressor rear wall 524 and the turbine rear wall 526 are located within the main housing 506 and fitted with appropriate threaded pieces 527.
are attached to each other. In the embodiment illustrated in FIG. 24, a fixed stationary vane 528 is attached between the main housing 506 and the compressor rear wall 524 by a suitable threaded piece 529. combustion liner 530
is the turbine rear wall 526 and the turbine exhaust nozzle 51
It is attached between the horizontally extending portion of 4.
Combustion liner 530 is of conventional construction with a circumferential chamber defining a plurality of ports. The liner 530 includes a primary air combustion port 532 and a dilution air port 534 in accordance with known practices. The fuel is distributed between the combustion chamber rear wall plate 508 and the combustion liner 5.
The combustion chamber is supplied by a fuel injection nozzle 536 extending through the upstream wall 538 of 30. Igniter 54
0 is housed within the combustion liner 530 through the upstream wall 538 and the combustion chamber rear wall plate 508. Combustion liner 530 includes a port 542 that communicates with a turbine inlet area 544 formed between turbine aft wall 526 and a laterally extending portion of turbine exhaust nozzle 514 .
タービン流入区域制御装置546は第24図に
例示したターボジエツト500に使われ、第1図
ないし第16図のターボチヤージヤについて例示
し述べたタービン流入区域制御装置228と同じ
である。とくにタービン流入区域制御装置546
は、ノズル区域のまわりに周辺方向に位置しノズ
ル流入区域544を通る燃焼ガスの流れの速度及
び角度を変えるように回動自在にした可能ノズル
羽根548を備えている。可動ノズル羽根548
はその互に対向する側から延びるトラニオン55
0,552を備えている。トラニオン550はタ
ービン排出ノズル514の横方向に延びる部分を
貫いて延び、そしてトラニオン552はタービン
後壁526を貫いて延び駆動レバー554に取付
けてある。駆動レバー554の端部は、第1図な
いし第16図に例示したターボチヤージヤ20に
ついて述べたように玉軸受アセンブリ556の外
レースに連関し玉軸受アセンブリ556の内レー
スは圧縮機後壁524に固定してある。又駆動レ
バー554の作用は第1図ないし第16図のター
ボチヤージヤ20について述べたのと同じであり
可動ノズル羽根548の角度の向きを所望に応じ
制御する。 Turbine inlet zone control 546 is used in turbojet 500 illustrated in FIG. 24 and is the same as turbine inlet zone control 228 illustrated and described for the turbochargers of FIGS. 1-16. In particular, the turbine inlet zone controller 546
includes movable nozzle vanes 548 located circumferentially about the nozzle area and pivotable to vary the velocity and angle of the flow of combustion gases through the nozzle inlet area 544. Movable nozzle blade 548
are trunnions 55 extending from opposite sides thereof.
0,552. A trunnion 550 extends through a laterally extending portion of the turbine exhaust nozzle 514 and a trunnion 552 extends through the turbine rear wall 526 and is attached to the drive lever 554. The end of the drive lever 554 is associated with the outer race of a ball bearing assembly 556 and the inner race of the ball bearing assembly 556 is secured to the compressor rear wall 524 as described for the turbocharger 20 illustrated in FIGS. 1-16. It has been done. The action of drive lever 554 is the same as that described for turbocharger 20 of FIGS. 1-16, and controls the angular orientation of movable nozzle vane 548 as desired.
軸受支持円筒体516は前記したように支柱5
18により流入ノズル504内に同心に支えてあ
る。圧縮機ロータ570及びタービンロータ57
2は、2個の玉軸受576,578により軸受支
持円筒体516内で回転するように取付けた軸5
74に支えてある。タービンロータ572は軸5
74の一端部に取付けられ、そして遠心圧縮機ロ
ータ570はタービンロータ572と各玉軸受ア
センブリ576,578との間に取付けてある。
軸574はタービン後壁526及び圧縮機後壁5
24を貫通する。この場合軸574のまわりに形
成したラビリンス密封部片580により圧縮機ロ
ータ570及びタービンロータ572間を密封す
る。 The bearing support cylindrical body 516 is connected to the support column 5 as described above.
18 concentrically within the inlet nozzle 504 . Compressor rotor 570 and turbine rotor 57
2 is a shaft 5 mounted to rotate within the bearing support cylinder 516 by two ball bearings 576 and 578.
It is supported by 74. The turbine rotor 572 is connected to the shaft 5
74 and a centrifugal compressor rotor 570 is mounted between a turbine rotor 572 and each ball bearing assembly 576,578.
The shaft 574 is connected to the turbine rear wall 526 and the compressor rear wall 5.
24. In this case, a labyrinth seal 580 formed around shaft 574 provides a seal between compressor rotor 570 and turbine rotor 572.
タービンロータ572は溶接等により軸574
に固定してある。又圧縮機ロータ570は保持ナ
ツト582により軸574に保持してある。ナツ
ト582は第1図ないし第16図に例示した実施
例について述べたナツト180と同じ構造であ
る。圧縮機ロータ570はナツト582と軸57
4の段586との間に位置させてある。 The turbine rotor 572 is attached to the shaft 574 by welding or the like.
It is fixed at Compressor rotor 570 is also held on shaft 574 by a retaining nut 582. Nut 582 is of the same construction as nut 180 described for the embodiment illustrated in FIGS. 1-16. Compressor rotor 570 is connected to nut 582 and shaft 57
4 and 586.
なお第24図に示すように支持環590は、圧
縮機ロータ570に隣接する円筒体516の端部
内に取付けられ、円筒体516に取付けた保持環
592により円筒体516内で動かないようにし
てある。玉軸受アセンブリ578の外レース59
4は支持環590内に形成してある。内レース5
96は軸574に一体に形成してある。玉598
は内レース596及び外レース594間に納めら
れ玉軸受アセンブリ578を形成する。 As shown in FIG. 24, the support ring 590 is mounted within the end of the cylindrical body 516 adjacent to the compressor rotor 570, and is prevented from moving within the cylindrical body 516 by a retaining ring 592 attached to the cylindrical body 516. be. Outer race 59 of ball bearing assembly 578
4 is formed within the support ring 590. inner race 5
96 is formed integrally with the shaft 574. ball 598
are received between inner race 596 and outer race 594 to form ball bearing assembly 578.
軸受支持円筒体516は、流入ノズル504の
内側壁面520から延びる複数の支柱518によ
り流入ノズル504内に取付けてある。この構造
は、軸受支持円筒体60及びそのターボチヤージ
ヤ20の流入口内の取付けとについて第1図ない
し第16図に例示した構造と同様である。キヤツ
プ522は軸受支持円筒体516の端部に取付け
てある。 The bearing support cylinder 516 is mounted within the inlet nozzle 504 by a plurality of struts 518 extending from the inner wall 520 of the inlet nozzle 504 . This structure is similar to the structure illustrated in FIGS. 1 to 16 with respect to the bearing support cylinder 60 and its attachment within the inlet of the turbocharger 20. Cap 522 is attached to the end of bearing support cylinder 516.
なお第24図に示すように圧縮機後壁524及
びタービン後壁526は圧縮機バーナハウジング
506内に位置しねじ部片527により相互に取
付けてある。 As shown in FIG. 24, the compressor rear wall 524 and the turbine rear wall 526 are located within the compressor burner housing 506 and are attached to each other by threaded pieces 527.
玉軸受アセンブリ576は、軸574に一体に
形成した内レース600と円筒体516内で滑動
自在で玉608を受入れるように内部に外レース
604を形成した外側環602とを備えている。
圧縮ばね610は、外側環602と円筒体516
内に固定した保持環612との間に連関し外側環
602を外方に付勢しそれぞれ各玉軸受アセンブ
リ576,578内の玉606,598の位置を
固定することにより軸574の位置を固定する。 Ball bearing assembly 576 includes an inner race 600 integrally formed with shaft 574 and an outer ring 602 slidable within cylinder 516 and having outer race 604 formed therein to receive balls 608.
Compression spring 610 includes outer ring 602 and cylindrical body 516
Fixing the position of shaft 574 by forcing outer ring 602 outwardly in conjunction with retaining ring 612 fixed therein and fixing the position of balls 606, 598 within each ball bearing assembly 576, 578, respectively. do.
ターボジエツト500用の軸受の構造は第1図
ないし第16図に例示したターボチヤージヤ20
に使つた構造と同じである。従つて各玉軸受アセ
ンブリの構造及び作用はターボチヤージヤ20に
ついて前記したのと同じである。又各玉軸受を潤
滑する部片として傾斜路614に接触する燈心材
は第1図ないし第16図に例示し述べたターボチ
ヤージヤ20について例示したのと同じである。 The structure of the bearing for the turbojet 500 is similar to that of the turbocharger 20 illustrated in FIGS. 1 to 16.
The structure is the same as that used in . The structure and operation of each ball bearing assembly is therefore the same as described above for turbocharger 20. Further, the wick material that contacts the ramp 614 as a part for lubricating each ball bearing is the same as that illustrated for the turbocharger 20 illustrated and described in FIGS. 1 to 16.
第24図に例示したターボジエツト500の運
転に当たつては空気が管状の空気流入口にその入
口620から入り矢印622により示した空気径
路に追従する。この空気は、圧縮機ロータ570
により圧縮されこれから矢印624により示した
空気径路に沿い半径方向に放出する。この圧縮空
気は燃焼室区域626内及び燃焼ライナ530内
に各口532,534を経て送込む。空気は、ノ
ズル536を経て燃焼ライナ530内に噴出した
燃料と混合する。このようにして化学量論理混合
気が得られる。この混合気は燃焼ライナ530内
で点火器540により点火する。燃焼ライナ53
0内には口534を経て冷却空気を送込み燃焼に
よる排出ガスをそのタービン流入区域544に入
る前に冷却する。これ等のガスはタービンロータ
572に連関しロータ572とこれに軸574に
より取付けた圧縮機ロータ570とを駆動する。
次で燃焼ガスはノズル514を経て外気に放出し
ターボジエツト500による推力を生ずる。 In operation of the turbojet 500 illustrated in FIG. 24, air enters the tubular air inlet through its inlet 620 and follows the air path indicated by arrow 622. This air is transferred to the compressor rotor 570
from which it is compressed and discharged radially along the air path indicated by arrow 624. This compressed air is directed into the combustion chamber section 626 and into the combustion liner 530 through ports 532 and 534. The air mixes with fuel injected into combustion liner 530 through nozzle 536. In this way a stoichiometric mixture is obtained. This mixture is ignited within combustion liner 530 by igniter 540 . Combustion liner 53
Cooling air is introduced into the turbine through port 534 to cool the combustion exhaust gases before they enter the turbine inlet area 544. These gases are associated with turbine rotor 572 and drive rotor 572 and a compressor rotor 570 attached thereto by shaft 574.
The combustion gases are then discharged to the outside air through nozzle 514 to generate thrust by turbojet 500.
第24図に例示したターボジエツト500から
明らかなようにこの装置は寸法が密実で部品数が
極めて少い。さらにタービン及び圧縮機のロータ
軸が回転する軸受はタービンロータ572から又
燃焼ライナ530からロータ572に送出す極め
て熱い燃焼ガスから離れて位置させてある。 As is clear from the turbojet 500 illustrated in FIG. 24, this device is compact in size and has an extremely small number of parts. Additionally, the bearings on which the turbine and compressor rotor shafts rotate are located away from the extremely hot combustion gases that are delivered from the turbine rotor 572 and from the combustion liner 530 to the rotor 572.
さらにこのような軸受構造が通常受ける極めて
高い温度により生ずる切実な問題は通常前述した
独得の軸受配置により全くなくなる。軸受がター
ビンの駆動に使う燃焼ガスに伴う極めて高い温度
から免れこれ等の高い温度から圧縮機ロータと圧
縮機後壁及びタービン後壁により実際上絶縁もし
てあるのでターボチヤージヤの有効な運転に対し
限定した潤滑で十分である。この場合軸受に対す
る一定の潤滑流れの必要と共に回転軸により駆動
しなければならないこのような潤滑を生ずるのに
必要な多くの部品とがなくなる。 Furthermore, the severe problems caused by the extremely high temperatures normally experienced by such bearing structures are usually completely eliminated by the unique bearing arrangement described above. Effective operation of the turbocharger is limited because the bearings are protected from the extremely high temperatures associated with the combustion gases used to drive the turbine and are also effectively insulated from these high temperatures by the compressor rotor and compressor rear wall and the turbine rear wall. lubrication is sufficient. This eliminates the need for a constant flow of lubrication to the bearings, as well as the many components necessary to provide such lubrication that must be driven by the rotating shaft.
第25図はターボ送風機650を示す。ターボ
送風機650の構造は、1次空気流路のほかにバ
イパス空気流路を設け遠心圧縮機の上流側に軸流
段圧縮機を設けたことを除いて第24図に例示し
たターボジエツト500の構造とほぼ同じであ
る。 FIG. 25 shows a turbo blower 650. The structure of the turbo blower 650 is the same as that of the turbojet 500 illustrated in FIG. 24, except that a bypass air flow path is provided in addition to the primary air flow path, and an axial stage compressor is provided upstream of the centrifugal compressor. is almost the same.
第25図に示すようにターボ送風機650は、
流入ノズル652、主ハウジング654及び燃焼
室後壁656を備えている。燃焼室後壁656は
適当なボルト658により主ハウジング654に
取付けてある。タービン排出ノズル660はボル
ト662により燃焼室後壁656に取付けてあ
る。圧縮機後壁664及びタービン後壁666は
主ハウジング654内に位置させてある。そして
燃焼ライナ668は燃焼室670内に取付けられ
口672がタービン後壁666とタービン排出ノ
ズル660の横方向に延びる部分674との間に
開口している。燃焼ライナ668には複数個の口
676を形成してある。燃料噴射単位678は燃
焼室後壁656を貫いてライナ668内に納めて
ある。点火器680も又ライナ668内に納めら
れターボ送風機650の運転時に燃料空気混合気
に点火する。 As shown in FIG. 25, the turbo blower 650 is
It includes an inlet nozzle 652, a main housing 654, and a combustion chamber rear wall 656. The combustion chamber rear wall 656 is attached to the main housing 654 by suitable bolts 658. A turbine exhaust nozzle 660 is attached to the combustion chamber rear wall 656 by bolts 662. A compressor back wall 664 and a turbine back wall 666 are located within the main housing 654. Combustion liner 668 is then mounted within combustion chamber 670 with a port 672 opening between turbine rear wall 666 and a laterally extending portion 674 of turbine exhaust nozzle 660 . Combustion liner 668 has a plurality of ports 676 formed therein. A fuel injection unit 678 is housed within liner 668 through combustion chamber rear wall 656 . An igniter 680 is also contained within liner 668 and ignites the fuel-air mixture during operation of turbo blower 650.
固定の静止羽根682は主ハウジング654及
び圧縮機後壁664の間に適当なねじ部片により
取付けてある。軸受支持円筒体684は流入ノズ
ル652内に複数の支柱686により取付けてあ
る。又複数の静止羽根688は、なお詳しく後述
するように軸流段圧縮機と協働するように流入ノ
ズル652に取付けてある。 A fixed stationary vane 682 is attached between the main housing 654 and the compressor rear wall 664 by suitable threaded fittings. A bearing support cylinder 684 is mounted within the inlet nozzle 652 by a plurality of struts 686. A plurality of stationary vanes 688 are also mounted on the inlet nozzle 652 for cooperation with the axial stage compressor, as will be described in more detail below.
軸690は軸受支持円筒体684内に軸受アセ
ンブリ692,694により支えてある。各軸受
アセンブリ692,694は第24図のターボジ
エツト500と第1図ないし第16図に例示した
ターボチヤージヤとについて述べたのと同じであ
る。流入ノズル652の内壁698と軸受支持円
筒体684との間に油室696を形成してある。
O字環702,704を持つ適当な環700は室
696の口内に位置し環706により保持してあ
る。各燈心材708,710は油室696を経て
連通しそれぞれ傾斜路712,714に油を送る
ことにより第1図ないし第16図と第24図との
各実施例について述べたように軸受692,69
4を潤滑する。 Shaft 690 is supported within bearing support cylinder 684 by bearing assemblies 692, 694. Each bearing assembly 692, 694 is the same as described for turbojet 500 of FIG. 24 and the turbocharger illustrated in FIGS. 1-16. An oil chamber 696 is formed between the inner wall 698 of the inflow nozzle 652 and the bearing support cylindrical body 684.
A suitable ring 700 having O-rings 702, 704 is located within the mouth of chamber 696 and is retained by ring 706. Each lamp core 708, 710 communicates through an oil chamber 696 and sends oil to ramps 712, 714, respectively, so that the bearing 692, as described for the embodiments of FIGS. 1-16 and FIG. 69
Lubricate 4.
半径流圧縮機ロータ716及びタービンロータ
718は軸690に取付けてある。第1図ないし
第16図と第24図とについて述べたのと同じタ
ービン流入区域制御装置720を協働させタービ
ンロータ718への燃焼ガスの速度及び角度を制
御する。 Radial compressor rotor 716 and turbine rotor 718 are attached to shaft 690. The same turbine inlet zone controller 720 as described with respect to FIGS. 1-16 and 24 cooperates to control the velocity and angle of the combustion gases to the turbine rotor 718.
バイパス流路722はバイパス内壁724及び
バイパス外壁726の間に形成してある。バイパ
ス外壁726はバイパス内壁724にこれ等両壁
間に位置させた複数枚の固定の静止羽根728に
より取付けてある。バイパス外壁726は、主ハ
ウジング654のまわりで円周方向に主に間隔を
隔てた複数の支柱730により主ハウジング65
4から位置決めしてある。 A bypass flow path 722 is formed between an inner bypass wall 724 and an outer bypass wall 726. The outer bypass wall 726 is attached to the inner bypass wall 724 by a plurality of fixed stationary vanes 728 positioned between the walls. The bypass outer wall 726 is connected to the main housing 65 by a plurality of struts 730 spaced primarily circumferentially around the main housing 654.
The position has been determined from 4.
軸流段圧縮機ロータ732は、保持環736に
ロータ732を衝合させる適当なナツト734に
より軸690に取付けてある。ロータ732は、
ボス738とこれから半径方向に延びる複数枚の
羽根740とを備えている。複数個の円筒形電機
子742は、ロータ732のボス738内に埋込
まれこれに隣接してバイパス壁726から支柱7
46により取付けた固定の界磁巻線744と協働
し電流を生ずる。 Axial stage compressor rotor 732 is attached to shaft 690 by a suitable nut 734 that abuts rotor 732 against retaining ring 736 . The rotor 732 is
It includes a boss 738 and a plurality of blades 740 extending radially from the boss 738. A plurality of cylindrical armatures 742 are embedded within and adjacent the boss 738 of the rotor 732 and extend from the bypass wall 726 to the strut 7.
It cooperates with a fixed field winding 744 attached by 46 to produce an electric current.
第25図に例示したターボ送風機650の作用
は、ターボ送風機650の入口に軸流段圧縮機ロ
ータ732で入る空気が矢印747で示すバイパ
ス流れと矢印748で示す1次流れとに分れるこ
とを除いて第24図に例示したターボジエツト5
00の作用とほぼ同じである。バイパス空気は圧
縮されバイパスノズル749を経て放出されター
ボ送風機650から推力を生ずる。1次空気は矢
印748により示した径路に沿つて差向けられ、
燃焼ライナ668内の燃料と混合しライナ668
内で点火する前に軸流段圧縮機ロータ732及び
遠心圧縮機ロータ716により圧縮する。点火し
たガスはタービン流入区域制御装置720を過ぎ
タービンロータ718に向つて流れタービンロー
タ718と共に軸流段圧縮機ロータ732及び遠
心流圧縮機ロータ716とを駆動する。タービン
ロータ718からの排ガスはタービン排出ノズル
660を経て放出されターボ送風機650に対し
付加的な推力を生ずる。 The action of the turbo blower 650 illustrated in FIG. 25 is such that the air entering the inlet of the turbo blower 650 through the axial stage compressor rotor 732 is divided into a bypass flow shown by arrow 747 and a primary flow shown by arrow 748. Except for the turbojet 5 illustrated in FIG.
The effect is almost the same as that of 00. Bypass air is compressed and discharged through bypass nozzle 749 to generate thrust from turbo blower 650. The primary air is directed along a path indicated by arrow 748;
The liner 668 mixes with the fuel in the combustion liner 668.
The compressor is compressed by an axial stage compressor rotor 732 and a centrifugal compressor rotor 716 before being ignited within. The ignited gas flows past turbine inlet zone controller 720 and toward turbine rotor 718 driving turbine rotor 718 as well as axial stage compressor rotor 732 and centrifugal compressor rotor 716 . Exhaust gas from turbine rotor 718 is discharged through turbine exhaust nozzle 660 to provide additional thrust to turbo blower 650.
タービン流入区域制御装置720は第1図ない
し第16図に例示したターボチヤージヤ20と第
24図のターボジエツト500について例示し述
べたのと同じである。制御装置720は燃焼ライ
ナ668からタービンロータ718に向い差向け
る燃焼ガスの速度及び角度の両方を制御するよう
に作用する。ターボチヤージヤ20に関し第6図
及び第7図について述べた監視装置がそれぞれ第
24図及び第25図のターボジエツト500及び
ターボ送風機650に直接当てはまるのはもちろ
んである。すなわちタービン及び協働する圧縮機
の速度を監視し、タービンノズル流入区域をこの
速度に従つて又は所望に応じ他の機関パラメータ
に従つて変える。 Turbine inlet zone control system 720 is the same as illustrated and described with respect to turbocharger 20 illustrated in FIGS. 1-16 and turbojet 500 of FIG. Controller 720 operates to control both the velocity and angle of the combustion gases that are directed from combustion liner 668 to turbine rotor 718 . Of course, the monitoring devices described with respect to FIGS. 6 and 7 with respect to turbocharger 20 apply directly to turbojet 500 and turbo blower 650 of FIGS. 24 and 25, respectively. That is, the speed of the turbine and associated compressor is monitored and the turbine nozzle inlet area is varied according to this speed or other engine parameters as desired.
軸流段圧縮機ロータ732の回転中に電機子7
42は巻線744に対して回転し電気を生ずる。
この電気は所望に応じ種種の機関装置又は航空機
装置を作動しこの装置に対し極めて経済的及び密
実なエネルギーパツケージになる。 While the axial stage compressor rotor 732 is rotating, the armature 7
42 rotates relative to winding 744 and generates electricity.
This electricity operates various types of engine or aircraft equipment as desired, making it a very economical and compact energy package for this equipment.
第26図及び第27図には第24図に例示した
ターボジエツト500の変型としてのターボジエ
ツト750を示してある。ターボジエツト750
は、主ハウジング754に接合した流入円筒体7
52を備え主ハウジング754に複数本のボルト
758により後板756を取付けてある。タービ
ン排出ノズル760は適当なボルト762により
主ハウジング754の反対側の後板756の端部
に取付けてある。タービン排出ノズル760は、
排出円筒体764と主ハウジング754を接合す
るように形成した横方向に延びる部分766とを
備えている。 26 and 27 show a turbojet 750 as a modification of the turbojet 500 illustrated in FIG. 24. turbojet 750
is the inflow cylinder 7 joined to the main housing 754
52, and a rear plate 756 is attached to the main housing 754 with a plurality of bolts 758. A turbine exhaust nozzle 760 is attached to the end of the rear plate 756 opposite the main housing 754 by suitable bolts 762. The turbine exhaust nozzle 760 is
A laterally extending portion 766 is formed to join the ejection cylinder 764 and the main housing 754.
軸受支持円筒体768は複数の固定の静止羽根
770により流入円筒体752から支えてある。
軸772は軸受アセンブリ774,776により
円筒体768内に支えてある。各軸受アセンブリ
774,776は第24図の実施例について例示
した軸受576,578に構造及び作用が同じで
ある。タービンロータ778は軸772に一体に
形成してある。そして圧縮機ロータ780はター
ビンロータ778と各軸受774,776との間
で軸772に取付けてある。 A bearing support cylinder 768 is supported from the inlet cylinder 752 by a plurality of fixed stationary vanes 770 .
Shaft 772 is supported within cylinder 768 by bearing assemblies 774 and 776. Each bearing assembly 774, 776 is identical in construction and operation to bearings 576, 578 illustrated for the embodiment of FIG. A turbine rotor 778 is integrally formed with shaft 772. A compressor rotor 780 is mounted on shaft 772 between turbine rotor 778 and each bearing 774,776.
圧縮機後壁782及びタービン後壁784は主
ハウジング754内に取付けてある。複数の静止
羽根786は主ハウジング754及び圧縮機後壁
782の間にねじ部片788により取付けてあ
る。適当な点火器789はタービンノズル760
の横方向に延びる部分766内で部分766及び
タービン後壁784間に形成した室内に取付けて
ある。 A compressor back wall 782 and a turbine back wall 784 are mounted within the main housing 754 . A plurality of stationary vanes 786 are attached between main housing 754 and compressor rear wall 782 by threaded pieces 788 . A suitable igniter 789 is the turbine nozzle 760
The turbine is mounted in a chamber formed within a laterally extending section 766 between section 766 and a turbine rear wall 784 .
それぞれ横方向に延びる部分766及びタービ
ン後壁784内で各トラニオン794,796で
回動するように支えた可動羽根792を備えたタ
ービンノズル流入区域制御装置790を設けてあ
る。タービンノズル流入区域制御装置790は第
1図ないし第16図のターボチヤージヤ20と第
24図のターボジエツト500との構造について
述べ例示したのと同じである。タービン後壁78
4内にラビリンス密封部片800を形成しタービ
ン区域及び圧縮機区域間を有効に密封する。圧縮
機ロータ780は、軸772の段804に対しロ
ータ780を衝合させるナツト802により軸7
72に取付けてある。 A turbine nozzle inlet zone control device 790 is provided that includes a movable vane 792 pivotally supported on respective trunnions 794, 796 within a laterally extending portion 766 and a turbine rear wall 784, respectively. Turbine nozzle inlet area control system 790 is the same as described and illustrated with respect to the construction of turbocharger 20 of FIGS. 1-16 and turbojet 500 of FIG. 24. Turbine rear wall 78
A labyrinth seal 800 is formed within 4 to effectively seal between the turbine section and the compressor section. Compressor rotor 780 is attached to shaft 772 by nut 802 which abuts rotor 780 against stage 804 of shaft 772.
It is attached to 72.
軸流圧縮機806は軸772と一緒に回転し静
止羽根770と協働して流入円筒体752により
形成した圧縮機入口808内に差向ける空気を圧
縮する。第26図及び第27図に例示した実施例
では軸772に軸線方向の穴812を形成してあ
る。燃料供給管814は穴812に連結され軸線
方向の穴812内に燃料供給を行う。燃料供給管
814と穴812の表面との間に適当な密封部片
816を位置させ供給管814及び軸772の連
結部における燃料の損失を防ぐようにしてある。 Axial compressor 806 rotates with shaft 772 and cooperates with stationary vanes 770 to compress air directed into compressor inlet 808 formed by inlet cylinder 752 . In the embodiment illustrated in FIGS. 26 and 27, an axial hole 812 is formed in the shaft 772. A fuel supply pipe 814 is connected to the hole 812 and supplies fuel into the axial hole 812 . A suitable seal 816 is positioned between the fuel supply tube 814 and the surface of the bore 812 to prevent loss of fuel at the connection between the supply tube 814 and the shaft 772.
軸772を貫いて複数個の半径方向の口818
を形成し穴812と圧縮機ロータ780に形成し
た環状みぞ820との間を連通させる。複数個の
半径方向の口822はみぞ820から圧縮機ロー
タ780を経て連通する。O字環826,828
のような適当な密封部片はロータ780内の環状
みぞ内に取付けられロータ780及び軸772の
間の連結部における燃料の漏れを防ぐ。 A plurality of radial ports 818 extend through shaft 772.
is formed to provide communication between the hole 812 and an annular groove 820 formed in the compressor rotor 780. A plurality of radial ports 822 communicate from groove 820 through compressor rotor 780. O-shaped ring 826, 828
A suitable seal, such as , is mounted within an annular groove in rotor 780 to prevent fuel leakage at the connection between rotor 780 and shaft 772.
第26図及び第27図に例示したターボジエツ
ト750の運転時には燃料を軸772の穴812
に燃料供給管814を経て供給する。穴812と
矢印810(第26図)により示した空気流路と
の間に、口818、みぞ820及び口822を経
て燃料供給路を形成してある。この燃料流路は矢
印838により示してある。半径流圧縮機ロータ
780を回転すると、燃料は遠心力により穴81
2からこの燃料流路を経て矢印810により示し
た空気径路内に運ばれる。これと同時に空気は、
軸流段圧縮機806により流入口808内に吸込
まれ圧縮状態で空気径路に沿つて送出される。こ
の空気は半径流圧縮機ロータ780によりさらに
圧縮されロータ780の下流側で燃料と混合す
る。燃料は、口822から半径流圧縮機ロータ7
80を経て放出される際にこの燃料に対する圧縮
機ロータ羽根の作用によつて高度に霧化する。こ
の霧化した燃料は、ターボジエツト750内に送
込まれる圧縮空気と混合すると空気径路に沿つて
差向けられタービンロータ778の上流側で点火
器836により点火する。燃焼から生ずる排気は
タービンロータ778の羽根を過ぎロータを普通
の方式で駆動する。これ等の排気は次でノズル7
60を経て放出されターボジエツト750から推
力を生ずる。燃焼温度はこの燃焼方式では著しく
高くなりこの一層高い温度に耐えることのできる
材料が必要であるのはもちろんである。 During operation of the turbojet 750 illustrated in FIGS. 26 and 27, fuel is pumped through the hole 812 of the shaft
is supplied through a fuel supply pipe 814. A fuel supply path is formed between hole 812 and the air flow path indicated by arrow 810 (FIG. 26) via port 818, groove 820, and port 822. This fuel flow path is indicated by arrow 838. When the radial compressor rotor 780 is rotated, the fuel flows through the holes 81 due to centrifugal force.
2 through this fuel flow path into the air path indicated by arrow 810. At the same time, the air
The air is sucked into an inlet 808 by an axial stage compressor 806 and delivered in a compressed state along an air path. This air is further compressed by radial compressor rotor 780 and mixed with fuel downstream of rotor 780. Fuel is transferred from port 822 to radial compressor rotor 7
The action of the compressor rotor blades on this fuel causes it to be highly atomized as it is discharged through the air pump 80. This atomized fuel, when mixed with compressed air fed into turbojet 750, is directed along the air path and ignited by igniter 836 upstream of turbine rotor 778. The exhaust resulting from combustion passes the blades of turbine rotor 778 and drives the rotor in a conventional manner. These exhausts are then discharged from nozzle 7.
60 and generates thrust from the turbojet 750. Of course, combustion temperatures are significantly higher with this combustion method and materials that can withstand these higher temperatures are required.
第25図及び第26図の装置では普通のターボ
ジエツトに従来必要であつた部品の多くが不要に
なる。第25図及び第26図に例示した独得の燃
焼供給方式により燃料ポンプと協働する全部のハ
ードウエアとが不要になる。普通の燃料ポンプの
代りに、圧縮機ロータ軸の穴と圧縮機ロータ自体
の各口とを経てこのロータにより圧縮した空気流
中に燃料を噴射することにより霧化状態で燃料を
自動的に放出する燃料装置を使つてある。第25
図及び第26図の装置は、軸流段圧縮機を半径流
圧縮機すなわち遠心圧縮機の上流側に加えた2段
圧縮構造を持つ。この構造により、遠心圧縮機の
側とは反対の軸受の側に軸流段圧縮機を設けるこ
とにより装置に付加的なつりあいが得られる。 The apparatus of FIGS. 25 and 26 eliminates many of the parts previously required in a conventional turbojet. The unique combustion delivery system illustrated in FIGS. 25 and 26 eliminates the need for a fuel pump and all associated hardware. Instead of an ordinary fuel pump, it automatically releases fuel in atomized form by injecting it into the air stream compressed by this rotor through a hole in the compressor rotor shaft and through ports on the compressor rotor itself. It uses a fuel system that 25th
The apparatus shown in the figures and FIG. 26 has a two-stage compression structure in which an axial-flow stage compressor is added upstream of a radial-flow compressor, that is, a centrifugal compressor. This construction provides additional balance to the system by providing the axial stage compressor on the side of the bearing opposite to the centrifugal compressor side.
さらにこの構造では軸受を、タービンロータの
すぐ上流側でタービンロータ及び燃焼室から離れ
て軸受を位置させる。この構造により軸受をこの
装置のこの区域の受ける極めて高い温度を絶縁す
る。従つて油装置の必要がない。さらに本装置は
極めて小さいターボジエツト又はターボ送風機に
適している。 Additionally, this design positions the bearing immediately upstream of the turbine rotor and away from the turbine rotor and combustion chamber. This construction insulates the bearing from the extremely high temperatures experienced by this area of the device. Therefore, there is no need for an oil device. Furthermore, the device is suitable for very small turbojet or turbo blowers.
第28図は第27図に例示したターボジエツト
750の変型によるターボ送風機900を示す。
ターボ送風機900の構造は、バイパス空気流路
を1次空気流路のほかに設けたことを除いて第2
7図に例示したターボジエツト750とほぼ同じ
である。ターボ送風機900は、本体904に接
合した流入円筒体902とボルト908により主
ハウジング904に取付けた後壁906とを備え
ている。タービン排出ノズル910はボルト91
2により後壁906から支えられノズル910の
横方向に延びる部分913が主ハウジング904
に連関している。軸受支持円筒体914は複数の
支柱916により流入円筒体902から支えてあ
る。圧縮機後壁918及びタービン後壁920は
主ハウジング904内に支えてある。第26図の
ターボジエツト750の制御装置790について
述べたのと同じタービン流入区域制御装置921
を設けてある。軸922は各軸受アセンブリ92
3,924により軸受支持円筒体914内に回転
するように支えてある。各軸受アセンブリ92
3,924は第26図に例示し述べたターボジエ
ツト750について述べた軸受と同じである。タ
ービンロータ926は軸922の一端部に取付け
てある。又圧縮機ロータ928はタービンロータ
926と各軸受アセンブリ923,924との間
に取付けてある。 FIG. 28 shows a turbo blower 900 that is a modification of the turbojet 750 illustrated in FIG.
The structure of the turbo blower 900 is similar to that of the second air blower except that a bypass air flow path is provided in addition to the primary air flow path.
This is almost the same as the turbojet 750 illustrated in FIG. Turbo blower 900 includes an inlet cylinder 902 joined to a body 904 and a rear wall 906 attached to main housing 904 by bolts 908 . Turbine discharge nozzle 910 is bolted to 91
A laterally extending portion 913 of the nozzle 910 supported from the rear wall 906 by the main housing 904
is related to. A bearing support cylinder 914 is supported from the inlet cylinder 902 by a plurality of struts 916 . A compressor back wall 918 and a turbine back wall 920 are supported within the main housing 904 . Turbine inlet zone controller 921 same as described for controller 790 of turbojet 750 of FIG.
is provided. The shaft 922 is connected to each bearing assembly 92.
3,924 and is rotatably supported within the bearing support cylinder 914. Each bearing assembly 92
3,924 is the same as the bearing described for the turbojet 750 illustrated and described in FIG. A turbine rotor 926 is attached to one end of shaft 922. A compressor rotor 928 is also mounted between the turbine rotor 926 and each bearing assembly 923,924.
第28図においては軸流圧縮機ロータ930
は、軸922の端部に取付けられ、流入円筒体9
02内の1次流路と2次流れ外壁932及び2次
流れ内壁934間に形成した2次流路とに沿つて
空気を差向ける。2次流れ外壁932は内壁93
4から複数の静止羽根936により支えてある。
2次流路を経て矢印938により示すように差向
ける空気は、圧縮機ロータ928及び請止羽根9
36の作用により圧縮され排出ノズル940を経
て排出されターボジエツトからの推力を生ずる。
1次流路に沿い矢印942に示すように差向ける
空気は、圧縮機ロータ928により圧縮され、第
26図の実施例について述べたのと同じようにし
て空気流中に供給する燃料と混合し点火器946
により点火する。燃焼ガスはタービン流入区域制
御装置921を経て差向けられタービンロータ9
26及び圧縮機ロータ930,928を駆動す
る。タービンロータ926を過ぎタービン排出ノ
ズル910を経て排出する空気はこのターボフア
ンからさらに推力を生ずる。 In FIG. 28, an axial compressor rotor 930
is attached to the end of the shaft 922 and the inflow cylinder 9
02 and a secondary flow path formed between the secondary flow outer wall 932 and the secondary flow inner wall 934. Secondary flow outer wall 932 is inner wall 93
4 to a plurality of stationary vanes 936.
Air directed through the secondary flow path as shown by arrow 938 is directed to compressor rotor 928 and vane 9.
36 and is discharged through the discharge nozzle 940 to generate thrust from the turbojet.
Air directed along the primary flow path as indicated by arrow 942 is compressed by compressor rotor 928 and mixed with the fuel provided in the air stream in the same manner as described for the embodiment of FIG. igniter 946
ignites. The combustion gases are directed to the turbine rotor 9 via a turbine inlet zone controller 921.
26 and compressor rotors 930, 928. Air exiting past turbine rotor 926 and through turbine exhaust nozzle 910 produces additional thrust from this turbofan.
第29図においては発電機970を圧縮機流入
ノズル内に取付けてある。第29図に示すように
発電機970は圧縮機及びタービン974の端部
に取付けた電機子972を備えている。第29図
に示すように軸974は、第1図ないし第16図
のターボチヤージヤと第24図ないし第28図の
ターボジエツト及びターボ送風機とについて示し
た軸受と同じ軸受976及び第2の軸受(図示し
てない)により支えてある。界磁巻線978は軸
受支持ハウジング980内に取付けてある。ハウ
ジング980はターボチヤージヤとターボジエツ
ト及びターボ送風機との各実施例について前記し
たのと同じようにして翼984により圧縮機流入
ノズル982内に同心に取付けてある。キヤツプ
986は軸受支持ハウジング980の端部に取付
けてある。 In FIG. 29, a generator 970 is mounted within the compressor inlet nozzle. As shown in FIG. 29, a generator 970 includes an armature 972 attached to the end of a compressor and turbine 974. As shown in FIG. 29, shaft 974 is fitted with bearings 976 and a second bearing (not shown) which are the same as those shown for the turbocharger of FIGS. 1-16 and the turbojet and turbo blower of FIGS. 24-28. It is supported by Field winding 978 is mounted within bearing support housing 980. Housing 980 is mounted concentrically within compressor inlet nozzle 982 by vanes 984 in the same manner as described above for the turbocharger, turbojet, and turboblower embodiments. A cap 986 is attached to the end of the bearing support housing 980.
発電機970の作動時には、電機子972は界
磁巻線978内で軸974と共に回転しよく知ら
れているようにして電流を生ずる。このようにし
て生ずる電流は、導線(図示してない)により界
磁巻線978から装置内の電力を必要とする任意
の位置に差向けられる。すなわちターボチヤージ
ヤに、第29図に示す装置を使う場合には、発電
機は自動車の任意の部品又は電力を必要とするそ
の他の装置に電流を供給するのに使う。第29図
に述べた構造を第24図ないし第28図のターボ
ジエツトに応用する場合には電力を必要とする誘
導装置又はその他の部品に電気エネルギーを使う
ことができる。 During operation of generator 970, armature 972 rotates with shaft 974 within field winding 978 to produce electrical current in well-known manner. The resulting current is directed from field winding 978 by conductors (not shown) to any location within the device requiring power. That is, when the device shown in FIG. 29 is used in a turbocharger, the generator is used to supply current to any part of the vehicle or other device requiring electrical power. When the structure described in FIG. 29 is applied to the turbojet of FIGS. 24-28, electrical energy can be used to power the induction system or other components that require electrical power.
すなわち第29図に示すように圧縮機及びター
ビンの軸の回転により直接駆動する極めて簡単な
発電機が得られる。さらにこの発電機の場所によ
り極めて簡潔な装置が得られ重量が軽く電力を誘
導する装置の作動の妨げにならない。 That is, as shown in FIG. 29, an extremely simple generator can be obtained that is directly driven by the rotation of the shafts of the compressor and turbine. Furthermore, this location of the generator results in a very simple device, which is light in weight and does not interfere with the operation of the power-inducing device.
従つて圧縮機及びタービンの軸を支えるのに使
う軸受から燃焼室を離したターボジエツト及びタ
ーボ送風機の構造が得られる。又軸受の遠心圧縮
機から反対側に軸流圧縮機を設けてある。さら
に、圧縮機ロータ軸から圧縮機ロータを経て燃料
を直接供給することによりターボジエツト装置内
に燃料を導入するようにできる。この場合には燃
料は遠心力により放出し、燃料ポンプ及び付属の
ハードウエアを設けてない。 This results in a turbojet and turboblower structure that separates the combustion chamber from the bearings used to support the compressor and turbine shafts. An axial compressor is also provided on the opposite side of the bearing from the centrifugal compressor. Furthermore, fuel can be introduced into the turbojet system by supplying fuel directly from the compressor rotor shaft through the compressor rotor. In this case, fuel is released by centrifugal force and there is no fuel pump or associated hardware.
ターボ送風機を形成するターボチヤージヤにお
いてはバイパス流れ及び1次流れを生じさせる。
この場合軸流段圧縮機を上流側に各軸受の遠心圧
縮機の反対側に設けてある。 A bypass flow and a primary flow are created in the turbocharger forming the turbo blower.
In this case, an axial stage compressor is provided upstream of each bearing on the opposite side of the centrifugal compressor.
又圧縮機及びタービンの軸の端部に各軸受の圧
縮機及びタービンの反対側で取付けた電機子を備
え、界磁巻線を軸受支持体内に取付けた発電機を
設ける。この構造により、装置全体に電力を送る
極めて簡単な発電機が得られる。 A generator is also provided with an armature mounted at the end of the compressor and turbine shafts on opposite sides of the compressor and turbine in each bearing, and with a field winding mounted within the bearing support. This construction provides a very simple generator to power the entire device.
本発明の好適とする各実施例を前記の詳細な説
明で述べ添付図面で例示したが、本発明が前記し
た各実施例に限らなくて本発明の精神から逸脱し
ないで多くの変化変型を行い各部品及び各要素を
変えることができるのはもちろんである。従つて
本発明は添付の各特許請求の範囲内でこのような
変化変型を行い各部品及び各要素を交換すること
ができる。 Although preferred embodiments of the invention have been described in the foregoing detailed description and illustrated in the accompanying drawings, the invention is not limited to the embodiments described above and may be modified in many ways without departing from the spirit of the invention. Of course, each part and each element can be changed. Accordingly, the invention is susceptible to such changes and modifications and replacement of parts and elements within the scope of the appended claims.
第1図は本発明軸受支持構造物を備えたターボ
チヤージヤの斜視図、第2図は第1図の2−2線
に沿う竪断面図、第3図は本発明軸受支持構造物
の1実施例の拡大竪断面図、第4図は簡単にする
ため圧縮機の後壁を取除いて示す第2図の4−4
線に沿う拡大断面図、第5図は第2図の矢印方向
に見た5−5線に沿う一部切開端面図、第5A図
は第5図の矢印方向に見た5A−5B線に沿う切
断図、第6図はタービン入口羽根の別の制御法を
採用した第1図に示すターボチヤージヤの一部切
開端面図、第6A図は第6図の制御装置を説明す
るためのブロツク構成図、第7図は第6図の7−
7線に沿う竪断面図、第8図はタービンロータ・
圧縮機−タービン軸・圧縮機後壁及びタービン後
壁・圧縮機ブツシング・圧縮機ロータ及び保持ス
リーブを示す展開斜視図、第9図は第2図の9−
9線に沿う断面図、第10図は保持スリーブ及び
圧縮機ロータ間のばねの使用を示す図、第11図
は圧縮機用ハウジングの2個の構成部材の展開斜
視図でこの構成部材を作るために使用された型か
らハウジングを分離して示す図、第12図は第1
図に示すターボチヤージヤの入口をのぞいて示す
前面図、第13図は第12図の13−13線に沿
う断面図、第14図は第12図に14−14線に
沿う断面図、第15図は第12図の15−15線
に沿う断面図、第16図は前部デイフユーザ壁
を、ターボチヤージヤの特性を変えるために変型
した図、第17図は従来のターボチヤージヤ用の
圧縮機性能説明図、第18図は第1図ないし第1
6図に示したターボチヤージヤ用の圧縮機性能説
明図、第19図は第1ないし第16図に示すター
ボチヤージヤの変型の竪断面図、第20図は第1
ないし第16図に示すターボチヤージヤをV型機
関に取付けて示す竪断面図、第21図は第20図
の頂部平面図、第22図は第1ないし第16図に
示すターボチヤージヤをインライン機関に取付け
て示す竪断面図、第23図は第22図の頂部平面
図、第24図は本発明軸受支持構造物を備えたタ
ーボジエツトの上半分の竪断面図、第25図は本
発明軸受支持構造物を備えたターボフアンの竪断
面図、第26図は第24図に示すターボジエツト
の変型実施例の上半分の竪断面図、第27図は第
26図の27−27線に沿う断面図、第28図は
本発明軸受支持構造物を備えたターボフアンの上
半分を示す竪断面図、第29図は第1ないし第1
6図に示すターボチヤージヤに適用した発電機で
第24ないし第29図に示すターボジエツト及び
ターボフアンにも適用することのできる発電機の
竪断面図である。
60……外側ハウジング(軸受支持筒)、16
0……軸、200,204……固定レース、20
6……第1の内レース、208,216……玉、
210……第2の内レース、212,214……
外側レース環、222,224……ウイツク、2
26……周辺傾斜部(スリンガ)。
Fig. 1 is a perspective view of a turbocharger equipped with a bearing support structure of the present invention, Fig. 2 is a vertical sectional view taken along line 2-2 in Fig. 1, and Fig. 3 is an embodiment of the bearing support structure of the present invention. Fig. 4 is an enlarged vertical sectional view of Fig. 4-4 of Fig. 2 with the rear wall of the compressor removed for simplicity.
FIG. 5 is a partially cutaway end view taken along line 5-5 when viewed in the direction of the arrow in FIG. 2, and FIG. FIG. 6 is a partially cutaway end view of the turbocharger shown in FIG. 1 employing another control method for the turbine inlet vanes, and FIG. 6A is a block configuration diagram for explaining the control device of FIG. 6. , Figure 7 is 7- in Figure 6.
Vertical sectional view along line 7, Figure 8 shows the turbine rotor.
Compressor - An exploded perspective view showing the turbine shaft, compressor rear wall, turbine rear wall, compressor bushing, compressor rotor, and retaining sleeve.
10 shows the use of the spring between the retaining sleeve and the compressor rotor, and FIG. 11 shows an exploded perspective view of the two components of the compressor housing making up this component. Figure 12 shows the housing separated from the mold used for
13 is a sectional view taken along line 13-13 in FIG. 12, FIG. 14 is a sectional view taken along line 14-14 in FIG. 12, and FIG. is a sectional view taken along the line 15-15 in FIG. 12, FIG. 16 is a diagram showing the front diffuser wall modified to change the characteristics of the turbocharger, and FIG. 17 is a diagram illustrating the performance of a compressor for a conventional turbocharger. Figure 18 is from Figure 1 or 1.
Fig. 6 is an explanatory diagram of compressor performance for the turbocharger shown in Fig. 6, Fig. 19 is a vertical cross-sectional view of a modified version of the turbocharger shown in Figs.
21 is a top plan view of FIG. 20, and FIG. 22 is a vertical sectional view showing the turbocharger shown in FIGS. 1 to 16 installed on an in-line engine. 23 is a top plan view of FIG. 22, FIG. 24 is a vertical sectional view of the upper half of the turbojet equipped with the bearing support structure of the present invention, and FIG. 25 is a vertical sectional view of the upper half of the turbojet equipped with the bearing support structure of the present invention. 26 is a vertical sectional view of the upper half of the modified embodiment of the turbojet shown in FIG. 24, FIG. 27 is a sectional view taken along line 27-27 in FIG. 26, and FIG. The figure is a vertical sectional view showing the upper half of a turbofan equipped with the bearing support structure of the present invention, and FIG.
FIG. 6 is a vertical sectional view of a generator that is applied to the turbocharger shown in FIG. 6 and can also be applied to the turbojet and turbofan shown in FIGS. 24 to 29. 60...Outer housing (bearing support tube), 16
0...Axis, 200, 204...Fixed race, 20
6...First inner lace, 208,216...Ball,
210...Second inner race, 212,214...
Outer race ring, 222, 224...wick, 2
26... Peripheral slope part (slinger).
Claims (1)
転を支持する軸受支持構造物において、 (イ) 前記圧縮機と前記タービンとから延び、第1
及び第2の内レースを周辺に形成した軸と、 (ロ) 複数個の玉を、前記第1の内レースとの間に
受け入れるように、この内レースに対応する固
定レースを持つ外側ハウジングと、 (ハ) この外側ハウジングの前記固定レースに相対
的に滑動可能であり、複数個の玉を相互間に受
け入れるように前記第2の内レースに隣接して
配置された第2の外側レース環と、 (ニ) 前記玉を、前記外側ハウジングの固定レース
と、前記第1の内レースと、前記第2の外側レ
ース環と、前記第2の内レースとの間に配置す
ることにより、前記軸を前記外側ハウジングに
対して位置を定めるように、前記第2の外側レ
ース環を前記外側ハウジングの固定レースから
遠ざかる向きに付勢するばね手段と、 (ホ) 前記軸上に形成され、前記外側ハウジングの
固定レースと前記第1の内レースとの間に配置
された前記玉の方に向つて角度を付けた周辺傾
斜部と、 (ヘ) 前記軸の回転している間に、潤滑剤が前記周
辺傾斜部に加えられ遠心力によつて前記玉まで
運ばれるように、前記潤滑剤に接触する一端部
と、前記周辺傾斜部に接触する反対側端部とを
持つウイツクを経て、潤滑剤を前記周辺傾斜部
に供給する潤滑剤手段と、 を備えた軸受支持構造物。 2 前記潤滑剤手段によつて、前記外側ハウジン
グの固定レースと、前記第1の内レースとの間の
前記玉に、潤滑剤を噴霧してこれ等の潤滑を行な
うようにした特許請求の範囲第1項記載の軸受支
持構造物。 3 前記軸上に形成され、前記第2の外側レース
環と前記第2の内レースとの間に配置され、前記
玉の方に向つて角度を付けられた第2の周辺傾斜
部と、 前記軸の回転している間に、潤滑剤が前記第2
の周辺傾斜部に加えられ遠心力によつて前記玉ま
で運ばれるように、潤滑剤と接触する一端部と、
前記第2の周辺傾斜部と接触する反対側端部とを
持つウイツクを経て、潤滑剤を前記第2の周辺傾
斜部に供給する潤滑剤手段と、をさらに備えた特
許請求の範囲第1項記載の軸受支持構造物。[Scope of Claims] 1. A bearing support structure for supporting rotation of a compressor and a turbine of a turbocharger, comprising: (a) a first bearing support structure extending from the compressor and the turbine;
and (b) an outer housing having a fixed race corresponding to the inner race so as to receive a plurality of balls between the inner race and the first inner race. (c) a second outer race ring slidable relative to the fixed race of the outer housing and disposed adjacent to the second inner race to receive a plurality of balls therebetween; and (d) by arranging the ball between the fixed race of the outer housing, the first inner race, the second outer race ring, and the second inner race, (e) spring means formed on the shaft and biasing the second outer race ring away from the fixed race of the outer housing to position the shaft relative to the outer housing; (f) a peripheral ramp angled toward said ball disposed between a fixed race of said outer housing and said first inner race; The lubricant is applied to the peripheral slope and carried to the ball by centrifugal force through a wick having one end in contact with the lubricant and an opposite end in contact with the peripheral slope. lubricant means for supplying a lubricant to the peripheral slope. 2. Claims in which the lubricant means lubricates the balls between the fixed race of the outer housing and the first inner race by spraying a lubricant thereon. The bearing support structure according to item 1. 3 a second peripheral ramp formed on the shaft and positioned between the second outer race ring and the second inner race and angled toward the ball; While the shaft is rotating, the lubricant is
one end in contact with the lubricant so that it is carried to the ball by centrifugal force applied to the peripheral slope of the lubricant;
1. Lubricant means for supplying lubricant to the second peripheral ramp via a wick having an opposite end in contact with the second peripheral ramp. Bearing support structure as described.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25080989A JPH02218816A (en) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | Bearing structure to support compressor of turbo charger and revolution of turbine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25080989A JPH02218816A (en) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | Bearing structure to support compressor of turbo charger and revolution of turbine |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54501785A Division JPH0260849B2 (en) | 1979-05-14 | 1979-05-14 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02218816A JPH02218816A (en) | 1990-08-31 |
| JPH0366500B2 true JPH0366500B2 (en) | 1991-10-17 |
Family
ID=17213372
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25080989A Granted JPH02218816A (en) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | Bearing structure to support compressor of turbo charger and revolution of turbine |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH02218816A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Family Cites Families (2)
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| US2492672A (en) * | 1946-07-26 | 1949-12-27 | Garrett Corp | Turbine driven fluid circulating unit |
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1989
- 1989-09-28 JP JP25080989A patent/JPH02218816A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH02218816A (en) | 1990-08-31 |
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