JPH0650164A - 可変排気ガス駆動ターボ過給機 - Google Patents

可変排気ガス駆動ターボ過給機

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Publication number
JPH0650164A
JPH0650164A JP5118475A JP11847593A JPH0650164A JP H0650164 A JPH0650164 A JP H0650164A JP 5118475 A JP5118475 A JP 5118475A JP 11847593 A JP11847593 A JP 11847593A JP H0650164 A JPH0650164 A JP H0650164A
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JP
Japan
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exhaust gas
sleeve
housing
variable exhaust
turbine wheel
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Pending
Application number
JP5118475A
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English (en)
Inventor
Adrian P Dale
アドリアン・ピーター・デイル
David Flaxington
デービツド・フラツクスングトン
Andrew Robert Smith Mccutcheon
アンドリユー・ロバート・スミス・マツクカツチエオン
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Honeywell UK Ltd
Original Assignee
AlliedSignal Ltd
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Publication date
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Priority claimed from GB929214085A external-priority patent/GB9214085D0/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/141—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path
    • F01D17/143—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path the shiftable member being a wall, or part thereof of a radial diffuser

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来よりも簡単な構造および制御作動がえら
れまた改善されたガス流を生ずる排気ガス駆動ターボ過
給機の提供。 【構成】 可変流入ノズル排気ガス駆動ターボ過給機
は、タービンホイール(10, 11)によって主軸(8) を介し
て駆動される圧縮機(2, 5, 6) を有し、タービンホイー
ル(10, 11)はしゃ熱板(21)の間に形成された環状ノズル
を通るエンジン排気ガス流をうけ、しゃ熱板(21)はター
ビンホイール下流の排気導管(19)内で軸方向に移動しう
るスリーブによって支持されたベーン(17)をそれぞれう
け入れるため溝(22)を有し、スリーブはタービンホイー
ル下流の排気ガス導管内を軸方向に移動可能であり、ス
リーブはスリーブの軸受部分と排気ガス導管の穴(19)を
支持するタービンハウジングの部分の間に画定される空
間(26)を介して作動する装置によって作動され、排気ガ
ス導管の穴(19)は熱の影響を最少にするため一様な環状
断面に構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は可変排気ガス駆動ターボ過給機、
とくにタービンハウジングを有し、その中にタービンホ
イールがその上に衝突するエンジン排気ガス流によって
駆動され圧縮機インペラを駆動するように回転可能に支
持される可変排気ガス駆動ターボ過給機に関する。すで
に提案された可変排気ガス駆動ターボ過給機は、環状ノ
ズルを通してそこに給送されたエンジン排気ガスによっ
て回転しうるようにハウジング内に回転可能に支持され
たタービンホイールを有する。そのようなノズルは有利
なガス流寸法を形成するように半径方向以外に傾斜した
ベーンを有し、有効な軸方向ノズル通路幅は、ベーンを
軸線方向に移動する装置によりさもなければベーン上の
しゃ熱板を移動するかまたはベーンの傾斜を変更する装
置によって変更することが提案された。そのようなター
ボ過給機は共通軸に対して軸受を支持する通常中央ハウ
ジングをを有し、共通軸はタービンホイールをそのハウ
ジング内の一端で支持し、圧縮機インペラをその圧縮機
ハウジング内の他端で支持する。また中央ハウジングは
ベーンまたはしゃ熱板を移動可能に支持する装置および
タービンノズルの寸法を変更するため移動する作動装置
を備えていた。そのような構造は、そのような可動部分
をきわめて大きい熱サイクルをうけるタービンハウジン
グの作動区域から離す効果を有するけれども、中央ハウ
ジングを比較的複雑にした。
【０００２】ヨーロッパ特許出願第 0003462号の明細書
に記載された排気ガス駆動ターボ過給機において、ター
ビンノズルリングはタービンハウジング内にかつノズル
の壁の間に延びる複数の離れた固定案内ベーンを備えて
いる。これらのベーンの下流には、全体的に円筒形の摺
動リングが下流の穴に軸線方向に側摺動可能に支持さ
れ、案内ベーンの最内端または下流端にまたタービンホ
イールの全体的に円筒形の外周に対して密接している。
有効な入力寸法の調節は、不満足な流入排気ガス流路が
そのような装置からもたらされるとしても、ターボ過給
機ケーシングの内部または外部の摺動リングの軸線方向
移動によって達成される。本発明の目的は、とくに中央
ハウジングに対して、これまでよりも簡単な構造および
制御動作がえられまた改善されたガス流を生ずる排気ガ
ス駆動ターボ過給機を提供することにある。
【０００３】本発明によれば、圧縮機ハウジング内で回
転しうる軸に取付けられた圧縮機インペラを有し、前記
軸はタービンハウジング内で回転しうるタービンホイー
ルに駆動連結され、前記タービンハウジングはエンジン
から排気ガスをうけ入れかつそのガスを前記タービンホ
イールのブレードの上流端に衝突するように給送する形
状にされた入口ノズルを有し、前記ノズルはタービンホ
イールの前記上流端の周りに延びる軸方向に離れた側壁
を有しかつ側壁の間に画定された空間を横切る軸方向に
延びる離れたかつ傾斜したベーンを有し、前記側壁の一
方はタービンホイールの下流のハウジングの穴に摺動可
能に支持された軸方向に移動しうるスリーブの一端によ
り支持され、前記穴は少なくとも一つの長い孔を有しそ
こを通って作動装置がハウジング外側からスリーブと連
結されスリーブを軸方向に移動し前記ノズルの寸法を変
化する可変排気ガス駆動ターボ過給機が提供される。本
発明を一層よく理解するためにまた容易に実施しうるた
めに、図面を参照して例示として実施例を説明する。
【０００４】図１を参照すると、排気ガス駆動ターボ過
給機は、中央ハウジング１を含むハウジング集合体を有
し、中央ハウジング１は後にさらに説明する主軸受を備
えている。図１に示すように、ハウジングの右側端部お
よび左側端部には、二部分よりなる圧縮機ハウジング２
およびタービンハウジング３がそれぞれ設けられてい
る。圧縮機ハウジングは大気入口導管４を形成され、入
口導管４はターボ過給機主軸に固定された成形されたハ
ブ６を有する圧縮機インペラ５の外端と軸方向に連通
し、全体的に公知の形式のブレード７はハウジング内部
に緊密に適合するように形成されている。回転によって
導管４に空気が導入され、空気は部分２ａに形成された
断面が縮小するスクロール形キャビティにおいて圧縮さ
れ、高圧で排出部分９に達する（図２）。圧縮機インペ
ラ５は、主軸８と一体に形成された排気ガス駆動タービ
ンホイール１０によって、ターボ過給機主軸８を介して
駆動される。タービンホイールは成形されたハブ１１お
よびそれに支持されたタービンブレード１２を有する。
ブレード１２は全体的に円筒形のガスうけ入れ端形状１
３を有し、またエンジンマニホルド取付けフランジ１５
からスクロール形タービン室１４を通って半径方向内方
に排気ガスをうけ入れるように形成され、排気ガスはタ
ービンホイール１０から軸方向に排気管５１に排出され
る。
【０００５】排気ガスはスクロール形室１４から可変寸
法環状タービンノズル１６を通って流れ、ノズル１６は
タービンハウジングの環状区域に画定され、傾斜して離
して形成されたノズルベーンがタービンハウジングを横
切っている。これらのベーンはそれぞれ互いに同じ間隔
離れかつそれぞれの半径から傾斜しまた環状ノズルの環
状側壁の間に画定された軸方向に変化する環状空間を横
切って延びている。したがってノズルの寸法はこれらの
環状側壁の間の間隔を調節することにより変化すること
ができる。この実施例においては、下記に図６のａおよ
びｂを参照して説明するベーン５７と同じ形状の１２枚
のベーン１７が設けられている。この実施例において
は、ベーン１７は一方の壁、すなわち全体的に円筒形の
スリーブ部材２０の内端壁１８によって支持され、スリ
ーブ部材２０はタービンハウジング部分３の穴１９内で
軸方向に摺動可能である。可変寸法ノズルの他の側壁は
固定された金属製しゃ熱板２１によって形成され、しゃ
熱板２１は全体的に皿形に形成されかつ傾斜した軸方向
に移動するベーン１７を密にうけ入れるため等間隔の傾
斜した溝２２を有する。しゃ熱板２１は別の環状皿形部
分２１ａ備え、しゃ熱板部分２１および２１ａは互いに
シールされてガス密環状包囲体を形成し、唯一つのガス
通路は溝２２のベーン１７の周りの隙間である。タービ
ンノズルの長さは部材２０の、図１に破線で示す、方向
への右向きの運動によって増加する。
【０００６】円筒形部材２０は孔１９と適当に調和する
材料の、かつそれぞれの端部の区域の環状溝に設置され
た外周軸受リング２３，２４を備え、これらの軸受リン
グは部材２０と周囲の穴の間に密閉された環状区域２５
を画定している。図２に示すように、部材２０は二つの
プレス嵌めされた制御ピン２９を保持可能にうけ入れる
ため半径方向内方への穿孔２６を備え、制御ピン２９は
制御ヨーク２８と係合するため、２７のような二つの直
径的に向合ったかつ軸方向に長い孔を通ってタービンハ
ウジング３に突入することができる。孔２７はつねに軸
受リング２３および２４の間にあって、ピンおよび孔は
高温ガスから有効に隔離されている。ヨーク２８は全体
的に環状で、タービンハウジング３の排出導管の外径周
囲を自由に通過し、また３９においてハウジングによっ
て一端を支持された突起３２の枢着ピン３１の周りの傾
動を許すように、比較的大きい内径を有する。直径的に
向合ったヨーク２８の他端３３は枢着ピン３４を介して
アクチユエータロッド３５に枢着された、別の突起３３
を有する。
【０００７】アクチユエータロッド３５は、図２に示す
ように、ターボ過給機ハウジングの一体のブラケット３
７上に支持された空気アクチユエータ３６のアクチユエ
ータ出力ロッドを有する。出力ロッド３５はターボ過給
機軸８の軸線とほぼ平行に設置され、かつ通常出力ロッ
ドは入力管３８に加えられる超大気圧に応じて（図示し
ない）内部のダイヤフラムによって移動可能である。こ
の機構は、空気アクチユエータ３６の管３８における増
大した制御圧が出力ロッドをアクチユエータの軸方向外
方に移動して（図２参照）ヨーク２８を枢着ピン３１の
周りに移動させるように作動する。そのような運動はピ
ン２７したがってスリーブ２０を穴１９内で同じ方向に
移送して、タービンノズルの環状側壁１８，２１の間隔
を増加する。タービンハウジング３およびタービン１０
は、通常オーステナイト系不銹鋼およびフェライト系不
銹鋼の混合物である、鋳造可能な不銹鋼から製造され、
複合された性質はターボ過給機用に適している。タービ
ンホイール１０は、高コバルト、高ニッケル鋼であり、
高温において高遠心応力特性を有し、周囲のスリーブ２
０より膨脹が少ない。
【０００８】タービンハウジング３の熱膨脹、収縮の不
均一な区域を最少にするために、穴１９を有するハウジ
ングの部分は、その長さの大部分に亘ってほぼ均一な環
状断面を有するが、環状端面５０に向い下流方向に徐々
に僅かばかり厚さが減少し、環状端面５０は、５１にお
いて破線で示されたような、排気管継手フランジに接触
している。フランジ５１は、その周りの空気の自由な流
れを可能にしかつハウジング３へ排気管によって誘起さ
れた応力を中央穴１９から逃がすため、５２のようなボ
ルトによって、タービンハウジングの周りに離された中
央ハウジングの図示しない三つの突起にボルト止めされ
る。ふたたび中央ハウジング１およびターボ過給機軸受
に戻ると、ハウジング１は孔４０を有し、孔４０はりん
−青銅軸受ブッシュ４１をうけ入れ、その中で主軸８が
各軸受部分４２および４３において所定の直径方向間隙
をもって回転し、軸受部分４２および４３は通路４５お
よび４６を通ってポート４４から高圧の潤滑油を供給さ
れる。主軸を支持するハウジングの部分はまた排出区域
４７によって囲まれ、高圧の軸受部分４２および４３か
ら出た油は自由に排出し、再循環のため図示しない油槽
に戻される。
【０００９】ターボ過給機は下記のように組立てられ
る。一体の主軸を備えたタービンホイールはその軸受ブ
ッシュ４１およびしゃ熱板２１とともにまず中央ハウジ
ングに組立てられる。図３のａおよびｂに拡大平面図お
よびＡＡ断面図で示された適当な油路を備えた軸受４８
および図４に別の拡大部分断面図で示された対応するカ
ラー４９は、ハウジングの所定位置に設置され、軸８を
所定位置に保持する中央ハウジング上に板２ｂをボルト
止めする前に軸上で位置決めされる。ついで、しゃ熱板
２１，２２が設置される。ついで圧縮機インペラ５が所
定位置に設置され圧縮機ハウジングの導入部分２ｂを取
付ける前にナット８ａによって軸上で位置決めされる。
ついでタービンハウジングはそのスリーブ部材２０とと
もに組立てられ、しゃ熱板２１はベーン１７をうけ入れ
るために中央ハウジング上の所定位置に設置され、つい
でピン２９がプレス嵌めによって挿入され、ハウジング
３は最終的に図示しない三本の取付けスタッドによって
中央ハウジングに取付けられる。ついでヨーク２０は、
ヨーク２８の隙間孔および溝２７を通って挿入されたピ
ン３１および２９によって位置決めされる。スリーブ２
０の直径方向孔にプレス嵌めされるピン２９は自己保持
される。枢着ピン３４がアクチユエータ機構を連結し完
成するため挿入される。
【００１０】変形構造において、図２のヨーク２８は二
つの金属プレス品より構成することができ、その間に作
動ビン２９が、二つのプレス品が一緒にされピン３１お
よび３４上に位置決めされるとき捕捉される。可変ノズ
ルターボ過給機の作用において、内燃エンジンに取付け
られたとき、排気ガスはエンジン排気ガスマニホルドか
らフランジ１５を通ってスクロール形タービン室１４の
大端部に流れ、壁１８および２１の間に形成された環状
ノズルを通ってタービンホイール１０，１２に衝突す
る。ノズルを通るガス流は軸方向に延びる傾斜したベー
ン１７を通って空気力学的に整流され、タービンホイー
ルおよび圧縮機インペラ５，６を回転させて、エンジン
の吸込みマニホルドに導入される圧力を増大する。ベー
ン１７は周囲の環状室に溝２２を通って締まり嵌めによ
って突出しているため、溝２２を通るガス流による効率
損失は最少となる。空気アクチユエータ３６は３８にお
いて圧力信号を伝達され、その信号は全体的にエンジン
の負荷に従ってスリーブ２０を図１で見て右方向に移動
するように変化して、可変寸法ノズルの有効長さをエン
ジン負荷の増加に対して増大する。ターボ過給機制御プ
ログラムは、ほぼエンジン速度に係わりなく、３８にお
いて所要の圧縮機空気圧力が得られるように設計するこ
とができる。
【００１１】図５に示された変形排気ガス駆動ターボ過
給機において、ハウジングおよび圧縮機ならびにタービ
ンホイールの構造的特徴は図１および２のターボ過給機
とほぼ同じである。しかしながら、図１のしゃ熱板２
１，２２は図６のａおよびｂに拡大図で示されたような
変形しゃ熱板５１によって置換えられている。しゃ熱板
５１は軸方向に延びる入力ノズルベーン５７を支持し、
ノズルベーン５７はしゃ熱板５１に対して等間隔に離れ
かつ傾斜している。これらのベーンは、軸方向に移動可
能なスリーブ５０の変形の図７のａおよびｂに示された
ような、対応して緊密に形成された補完的溝または凹所
５２によってさらにうけ入れられ、それは前記のように
穴１６内で移動可能である。図７のａおよびｂに示され
たように、傾斜溝または凹所５２、ベーン５７のフラン
クを密にうけ入れるフランクは、それらの端部において
開放している。すなわち、これらの溝は変形ピストン５
０の内外の円筒面において分離している。そうでなけれ
ば、ピストン５０は図１のピストン２０と全体的に同じ
であり、制御ヨーク２８およびピン２６を介して同様に
軸方向に移動可能である。記載されたターボ過給機の実
施例において、可変入力ノズルは１２枚の傾斜したベー
ンを有するが、一層多くの数のベーンも最善のガス流状
態のために有利に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるターボ過給機の軸線を通る断面図
である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。
【図３】（ａ）は推力軸受の平面図である。（ｂ）は同
じく推力軸受の断面図である。
【図４】推力カラーの部分断面図である。
【図５】本発明による別のターボ過給機の軸線を通る断
面図である。
【図６】（ａ）は図５に示すターボ過給機のノズルベー
ンを支持するしゃ熱板のベーンの側面図である。（ｂ）
は同じくターボ過給機のノズルベーンを支持するしゃ熱
板のベーンの端面図である。
【図７】（ａ）は図５に示すターボ過給機の軸方向に移
動しうるスリーブ部材の側面図である。（ｂ）は同じく
ターボ過給機の軸方向に移動しうるスリーブ部材の端面
図である。
【符号の説明】
２ 圧縮機ハウジング ３ タービンハウジング ５ 圧縮機インペラ ８ 軸 10 タービンホイール 12 タービンブレード 16 タービンノズル 17 ノズルベーン 19 穴 20 スリーブ 21 しゃ熱板 22 溝 23 軸受リング 24 軸受リング 25 環状区域 26 作動装置 27 孔 28 ヨーク 29 ピン 31 枢着ピン 32 ヨーク 36 アクチユエータ 50 スリーブ 51 フランジ 52 溝 57 ベーン 61 側壁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デービツド・フラツクスングトン イギリス国．マーセイサイド・エル37・２ ワイジエイ．フオームビイ．カークレー ク・バンク．８ (72)発明者 アンドリユー・ロバート・スミス・マツク カツチエオン イギリス国．バークシヤー・エスエル６・ ６エイアール．メイデンヘツド．カレツ ヂ・アベニユ．23

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧縮機ハウジング(2) 内で回転するため
    軸(8) に取付けられた圧縮機インペラー(5) を有し、前
    記軸はタービンハウジング(3) 内で回転しうるタービン
    ホイール(10)に駆動連結され、前記タービンハウジング
    はエンジンから排気ガスをうけ入れかつそのガスを前記
    タービンホイール(10)のブレード(12)の上流端(13)に衝
    突するように給送する形状のノズルを有し、前記ノズル
    はタービンホイールの前記上流端(13)の周りに延びる軸
    方向に離れた側壁(22, 23)を有しかつ側壁(22, 23)の間
    に画定される空間を横切る軸方向に延びる離れたかつ傾
    斜したベーン(17)を有し、前記側壁の一方はタービンホ
    イール(10)の下流のハウジングの穴(19)に摺動可能に支
    持された軸方向に移動しうるスリーブ(20)の一端によっ
    て支持され、前記穴(19)は少なくとも一つの長い孔(27)
    を有し、そこを通って作動装置(28, 29)がハウジング外
    側からスリーブ(20)と連結されスリーブを軸方向に移動
    して前記ノズルの寸法を変化することを特徴とする可変
    排気ガス駆動ターボ過給機。
  2. 【請求項２】 前記離れかつ傾斜したベーン(17)は前記
    一方の側壁によって支持され、軸方向に前記他方の側壁
    (22)に形成された溝または凹所内に延びていることを特
    徴とする請求項１に記載の可変排気ガス駆動ターボ過給
    機。
  3. 【請求項３】 前記一方の側壁(51)は前記ベーン(57)を
    うけ入れる傾斜した溝または凹所(52)を有し、前記ベー
    ンは前記他方の側壁(51)によって支持されていることを
    特徴とする請求項１に記載の可変排気ガス駆動ターボ過
    給機。
  4. 【請求項４】 前記軸方向に移動しうるスリーブ(20, 5
    0)は各端部またはその付近において前記穴(19)と摺動係
    合する外部軸受部分を有し、前記各外部軸受部分は前記
    作動装置(28, 29)が前記スリーブ(20, 50)に作用する環
    状空間を画定する縮径区域(25)によって隔離されている
    ことを特徴とする請求項１，２および３のいずれか一項
    に記載の可変排気ガス駆動ターボ過給機。
  5. 【請求項５】 前記軸受部分は前記穴内で摺動するピス
    トンリング(23,24)によって形成されていることを特徴
    とする請求項４に記載の可変排気ガス駆動ターボ過給
    機。
  6. 【請求項６】 前記作動装置(28, 29)は前記穴の少なく
    とも一つの溝(27)を通って前記環状空間から半径方向外
    方に延びる少なくとも一つのスタッド(29)に係合するこ
    とを特徴とする請求項４または５に記載の可変排気ガス
    駆動ターボ過給機。
  7. 【請求項７】 前記作動装置は前記穴(19)を含むハウジ
    ング部分の外部の周りに少なくとも部分的に延びるヨー
    ク(32)を有し、前記スリーブ(20, 50)の作動は前記ハウ
    ジングに対して固定された枢着点(31)の周りの前記ヨー
    クの旋回運動によるものであることを特徴とする請求項
    １ないし６のいずれか一項に記載の可変排気ガス駆動タ
    ーボ過給機。
  8. 【請求項８】 前記穴(19)を含む前記ハウジングの部分
    はその一様でない熱膨脹および収縮を最少にするためほ
    ぼ一様な環状断面を有することを特徴とする請求項１な
    いし７のいずれか一項に記載の可変排気ガス駆動ターボ
    過給機。
  9. 【請求項９】 前記ヨークは二つの接合した金属プレス
    品を有し、それらの間に前記スリーブの作動ピンまたは
    スタッド(29)が捕捉されていることを特徴とする請求項
    １ないし８のいずれか一項記載の可変排気ガス駆動ター
    ボ過給機。
JP5118475A 1992-05-21 1993-05-20 可変排気ガス駆動ターボ過給機 Pending JPH0650164A (ja)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB929210892A GB9210892D0 (en) 1992-05-21 1992-05-21 Variable exhaust driven turbochargers
GB929214085A GB9214085D0 (en) 1992-07-02 1992-07-02 Variable exhaust driven turbochargers
GB9214085:4 1992-07-02
GB9210892:7 1992-07-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0650164A true JPH0650164A (ja) 1994-02-22

Family

ID=26300914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5118475A Pending JPH0650164A (ja) 1992-05-21 1993-05-20 可変排気ガス駆動ターボ過給機

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5441383A (ja)
EP (1) EP0571205B1 (ja)
JP (1) JPH0650164A (ja)
DE (1) DE69308377T2 (ja)

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