(57)【要約】ロータの旋回を支援する電気モータ８２、８４を有するターボ過給機１０は、タービン３２及びコンプレッサインペラを支持する軸を採用し、単一のピン止めした半浮動型ベアリング５６が軸４８を支持し、スペーサカラー７０が電気モータの磁石８４を支持している。単一のベアリングは、タービン翼車３２のハブ３８に係合する一体型のスラスト面８６、８８と、スペーサカラー７０とを備えている。スペーサカラー内に受け入れられた縮小した軸の直径は、カラーがより大きい直径のベアリングランド部５２に係合し、コンプレッサインペラをインペラの穴を貫通して延びる軸上にナット８０にて取り付け、インペラ、スペーサカラー及び軸のベアリングランド部が強固に係合してロータの長さを一定に保つことを許容する。一体型のスラスト面８６、８８を有するピン止めした半浮動型ベアリング５６は、作動時、電気モータによって形成された負のばね力及びモータによって形成された追加的なロータの長さに対する改良された反力モーメントを提供する。
2004512453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用ターボ過給機用ロータ及びベアリングにおいて、
内燃機関から排気ガスを受け取り得るようにタービンハウジング内に支持されたタービン翼車であって、中央ハウジングを貫通して延びる軸に取り付けられたハブ部分を有する前記タービン翼車と、
タービンと反対側にて前記軸に取り付けられ且つコンプレッサハウジング内に支持されたコンプレッサインペラと、
タービンハブに隣接し、レリーフ部分によって分離された２つのベアリングランド部を有する前記軸のベアリング部分であって、該ランド部が中央ハウジングのベアリング穴内に支持されたピン止めした半浮動型単一ベアリング内に受け入れられ、単一ベアリングがタービンハブに係合する第一のスラストベアリング面を有する前記ベアリング部分と、
タービンハブと反対側のベアリング部分から延びる前記軸のカラー部分の上に受け入れられたスペーサカラーにより支持された電気モータ用の永久磁石とを備え、
前記単一ベアリングがスペーサカラーに係合する第二のスラスト面を更に備える、内燃機関用ターボ過給機用ロータ及びベアリング。
【請求項２】
請求項１に記載のロータ及びベアリングにおいて、タービンハブが中央ハウジングの中央穴に係合するピストンシールを備え、スペーサカラーが中央穴に係合するピストンシールを備える、ロータ及びベアリング。
【請求項３】
請求項１に記載のロータ及びベアリングにおいて、前記軸の直径がカラー部分内にて縮小し、スペーサカラーが、コンプレッサインペラ及び前記軸のベアリングランド部と更に係合しロータの一定の長さを保つようにした、ロータ及びベアリング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、全体として、電力支援型ターボ過給機、より具体的には、単一のベアリング組立体を有する改良された回転群に関する。
【０００２】
【発明の背景】
内燃機関内にて給気を昇圧させるためターボ過給機を使用することは、エンジンの動力出力及び効率を増大させる効果的な手段であることが実証されている。さもなければ無駄にされるエンジンの排気ガス中のエネルギを使用してターボ過給機を駆動することは、昇圧装置としてのその効果に寄与することになる。しかし、排気ガスに頼ることは、加速のためエンジン内で動力を発生させるとき「ターボ遅れ」として既知の影響を生ずることになる。ターボ過給機によって提供される昇圧力は、排気ガスのエネルギに依存する。その結果、直ぐに動力が要求されるとき、エンジンに供給された給気への燃料の追加が最初に行われ、排気ガスのエネルギは徐々にターボ過給機のタービンへのエネルギを増大させる一方、そのターボ過給機は、相互に接続する軸を通じてコンプレッサを駆動し、「ブートストラップ効果にてターボ過給機を通じて昇圧力を提供する。
【０００３】
実際の排ガスエネルギと独立的に、旋回するロータ群にエネルギを追加することのできる電気モータをターボ過給機に追加することにより、ターボ遅れを軽減し又は解消することができる。電気モータを追加することは、所望の動力出力に対する燃料及び昇圧力に合うようにロータがほぼ瞬間的に旋回することを許容し、排気ガスのエネルギが必要な昇圧程度を維持するのに十分となったとき、電力入力は減少する。
【０００４】
ロータ群の一体部分として電気モータを追加することは、ロータの長さを増し且つロータの運動特性を変化させることになる。このため、ターボ過給機の効率的な作動を維持するためには、ベアリングシステム及びロータの変更が必要となる。１９９９年１月２２日付けで発行された、「内燃機関用のモータ支援型ターボ過給機用ベアリングシステム（ＢＥＡＲＩＮＧ　ＳＹＳＴＥＭＳ　ＦＯＲ　ＭＯＴＯＲ−ＡＳＳＩＳＴＥＤ　ＴＵＲＢＯＣＨＡＲＧＥＲＳ　ＦＯＲ　ＩＮＴＥＲＮＡＬ　ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ　ＥＮＧＩＮＥＳ）」という名称の米国特許第５，８５７，３３２号に開示されたような改良された浮動型ジャーナルベアリングシステムは、かかる変更を実現する１つの方策を提供する。しかし、ターボ過給機内にて電力支援型のモータシステムを受け入れるため効率及び堅牢さが増したロータ及びベアリングシステムを形成することが望まれる。
【０００５】
【発明の概要】
本発明のロータ及びベアリングシステムを内蔵するターボ過給機は、内燃機関から排気ガスを受け取り得るようにタービンハウジング内に支持されたタービン翼車を備えている。タービン翼車は、イナーシャル溶接又は同様の手段により軸に取り付けられ、また、ターボ過給機の中央ハウジングと係合するピストンシールを含むハブ部分を内蔵している。コンプレッサインペラがタービンと反対側端部にて軸に取り付けられ且つコンプレッサハウジング内で支持されており、該コンプレッサハウジングは、吸気を受け取り且つディフューザ及び渦巻き室を備え、昇圧された空気をコンプレッサからエンジンの吸気システムに運ぶ。タービンハブに隣接する軸のベアリング部分は、レリーフ部分により分離された２つのベアリングランド部を備えている。該ランド部は、中央ハウジングのベアリング穴内に支持されたピン止めした半浮動型単一ベアリングと相互に境を接している。該単一ベアリングは、タービンハブに係合する第一のスラストベアリング面を備えている。電気モータ用の永久磁石がタービンハブと反対側のベアリング部分から延びる軸のカラー部分の上方に受け入れられたスペーサカラーによって支持されており、単一ベアリングはスペーサカラーに係合する第二のスラスト面を内蔵している。スペーサカラーは、また中央ハウジングに係合するピストンシールも備えている。スペーサカラーは、コンプレッサインペラと係合してロータの一定の長さを保つ。
【０００６】
本発明は、以下の図面及び詳細な説明を参照することにより一層明確に理解されよう。
【０００７】
［発明の詳細な説明］
図面を参照すると、本発明を具体化するターボ過給機１０は、中央ハウジング１４に取り付けられたタービンハウジング１２を備えている。コンプレッサハウジング１６は、モータハウジングの第一の部分と、モータハウジングケーシング２０とを有する補強板１８を使用して中央ハウジングに取り付けられている。図面において、中央ハウジングへのタービンハウジングの取り付けは、ボルト２２によって行われ、モータハウジングケーシングへの中央ハウジングの取り付けはボルト２４、補強板へのモータハウジングケーシングの取り付けはボルト２６、コンプレッサハウジングへの補強板の取り付けはボルト２８によってそれぞれ行われる。モータハウジングの密封はＯリング３０によって行われる。本発明を具体化するターボ過給機のその他の実施の形態は、Ｖバンドクランプを含む代替的な締結装置を採用する。
【０００８】
ターボ過給機用のロータは、タービンハウジング内に支持されたタービン３２を有している。排気ガスが渦巻き室３４を通ってタービンハウジングに入りタービン羽根を通って流れ且つ出口３６から出る。タービンは、ピストンリング４２を保持する溝４０を内蔵するハブ部分３８を備えている。ピストンリングは、中央ハウジングのランド部４４に穴を通じて係合し、潤滑油がタービンハウジング及び排気システム内に流れるのを防止するシールを提供する。図示した実施の形態において、熱シュラウド４６がタービンハウジングと中央ハウジングとの間に係合して熱空気運動の制御を向上させる。
【０００９】
ロータ軸４８は、イナーシャル溶接を使用してタービンハブに取り付けられる。該軸は、レリーフ部分５４によって分離されたランド部５２を有するベアリング部分５０を備えている。単一のベアリング５６が中央ハウジングのベアリング穴５８内に支持されている。ベアリングは、各端部に潤滑及び膜ダンパレリーフ部分６２を備えてジャーナル６０を有する半浮動型である。中央肩部６４は、ベアリングの回転を規制し得るようピン６８を受け入れる開口６６を内蔵している。
【００１０】
ベアリング部分に隣接し且つタービンに対向して、軸の直径はスペーサカラー７０を支持し得るように縮小させてある。該カラーは、中央ハウジングの中央穴に係合しコンプレッサ部分を潤滑油から密封すべくピストンリング７４を支持する溝７２を内蔵している。図示した実施の形態において、オイルスリンガー７６がカラーに機械加工されている。コンプレッサ翼車がカラーに当接する。図面に図示した実施の形態において、コンプレッサ翼車は、貫通穴７８及びナット８０を使用して軸に取り付けられる。ロータの寸法上の許容公差は、コンプレッサ翼車のナットを締め付けてスペーサカラーに強固に係合するようにすることで制御される一方、該スペーサカラーは軸のベアリング部分の隣接するより大きいジャーナルの直径部分に係合する。電力支援型ターボ過給機用の電気モータは、モータハウジング内に支持された巻線ロータ８２を備えており、永久磁石８４がカラー上に取り付けられている。コンプレッサ翼車、スペーサカラー及び軸のベアリングランド部が摩擦可能に係合することは、ターボ過給機の回転群の全体を固定し、モータが作動して、カラー及び磁石を軸に更に取り付けずにロータを回転させることを許容する。
【００１１】
単一のベアリングは、タービン翼車のハブに係合する第一のスラスト面８６と、カラーに係合する第二のスラスト面８８とを内蔵している。本発明のベアリング装置は、電気モータが必要とするロータの追加的な長さを受け入れる。更に、ピン止めした半浮動型ベアリングを一体型のスラスト面と組み合わせることは、作動中、電気モータの磁石及びステータによって発生される負のばね力に対する反作用モーメントを提供することになる。スラスト面及びピン止めした単一のベアリングからの反作用モーメントの個々の効果は、同時に行われ、その各々が単独で提供するときの効果よりも改良された性能を提供する。
【００１２】
特許法が要求するところに従って本発明を詳細に説明したが、当該技術分野の当業者は本明細書に開示された特定の実施の形態の改変例及び置換が認識されよう。かかる改変は、本発明の範囲及び精神に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
そのロータ及びベアリング装置内で本発明を採用するターボ過給機の側面断面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2004512453.tif 000010
2004512453.tif 000011