JPH0650165A - 異なる材料で作られた分割ベアリング内部リングを有するターボチヤージヤのベアリング装置 - Google Patents

異なる材料で作られた分割ベアリング内部リングを有するターボチヤージヤのベアリング装置

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JPH0650165A
JPH0650165A JP16583993A JP16583993A JPH0650165A JP H0650165 A JPH0650165 A JP H0650165A JP 16583993 A JP16583993 A JP 16583993A JP 16583993 A JP16583993 A JP 16583993A JP H0650165 A JPH0650165 A JP H0650165A
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housing
turbocharger
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ターボチヤージヤのベアリング装置において
異なる材料で形成されるベアリング内部リングの円滑な
接合が行われる。 【構成】 排気ガスにより駆動されるターボチヤージヤ
にはハウジングと、コンプレツサホイールを支承するシ
ヤフトと、ハウジング内に回転可能なタービンホイール
とが包有され、カートリツジボールベアリング装置によ
りシヤフトがハウジングに対し回転可能に支承可能に設
けられ、ベアリング外部リング並びにベアリング内部リ
ングとが包有され、ベアリング内部リングは端部が慣性
溶接により接合される複数のセグメントに分割される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は異なる材料で作られた分
割ベアリング内部リングを有するターボチヤージヤのベ
アリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に応答性を向上させるため、ローラ
部材でなるベアリングを用いてタービンホイールおよび
コンプレツサホイールを装着したシヤフトを支承する構
成がターボチヤージヤ設計者により提案されている。こ
れらのベアリングには内部リングと外部リングと内部お
よび外部リングとの間に配設されたローリング部材とが
包有される。ロータシステムに対し高い半径方向強さお
よび高い曲げ強さを付与するため、ベアリングの内部リ
ングがシヤフト上に直接装着される。このようなターボ
チヤージヤは米国特許第5,055,009号明細書に
開示されており、この場合シヤフト上には軸方向に離間
された段付きのベアリング支承面が具備され、このベア
リング支承面はベアリング内部リング上の対応する面と
当接される。ベアリング内部リングは複数のセグメント
に分割され、ベアリング内部リングの内、タービンホイ
ールに最至近のセグメントは比較的高価な耐熱性の材料
で作られ、一方他のセグメントは通常の材料で作られ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この種の従来技術では
ベアリング内部リングとシヤフトとの間に比較的大きな
接触面が与えられているため、タービンホイールから中
央のハウジングへの大きな熱伝導路が形成されて、大き
な熱伝導の生じる問題がある。更にセグメント間のイン
ターフエース部と隣接するセグメント部分が同一の直径
のシヤフトで支承する必要がある。セグメント間のズレ
若しくはコツキング現象を防止するため、極めて厳しい
許容公差の管理が必要になり、コスト高になる。
【0004】しかして本発明の目的は、上述の問題点を
解決し、インターフエース部を支承するベアリング支承
面を完全に除去することにより、ベアリング内部リング
のセグメント間のインターフエース部において厳格な許
容公差の管理を伴わせずに、熱の伝導も最小限にしてベ
アリング装置を構成するにある。この場合異なる材料で
作られた2個のセグメントはインターフエース部を介し
好ましくはスピン溶接あるいは慣性溶接により共に接合
される。このとき慣性溶接は2個の部材の一方の部材
を、他方の部材に対し回転し、これらの部材間に生じる
摩擦熱によつて材料がインターフエース部を柔軟にし、
接合が実現される構成が取られ得る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によれば上記の目
的が一対の端部を有するハウジングと、ハウジング内に
配設されたシヤフトと、ハウジング内で共に回転可能に
シヤフトの一端部に装着されたコンプレツサホイール
と、ハウジング内で共に回転可能にシヤフトの他端部に
装着されるタービンホイールと、コンプレツサホイール
を介しエアを供給するエア供給装置と、タービンホイー
ルを介し排気ガスを供給してタービンホイールを回転し
シヤフト並びにシヤフトに装着されたコンプレツサホイ
ールを回転してコンプレツサホイールを通過するエアを
圧縮するエア圧縮装置と、ハウジングに対し回転可能に
シヤフトを装着するベアリング装置とを備え、ベアリン
グ装置にはベアリング外部リングとベアリング内部リン
グとベアリング内部リング上にベアリング外部リングを
支承するボールベアリング部材とが包有され、ベアリン
グ内部リング上に軸方向において離間して形成された一
対のベアリング支承面がシヤフト上のベアリング支承面
と当接してシヤフト上のベアリング内部リングが支承さ
れ、ベアリング内部リングが一対のセグメントで構成さ
れ、一方のセグメントによりシヤフトの一端部が支承さ
れ、他方のセグメントによりシヤフトの他方の端部が支
承され、一方のセグメントは耐熱性の材料で作られ、且
つ他方のセグメントが通常の低温材料で作られ、2個の
セグメントは互いに当接しインターフエース部を介して
互いに接合され、インターフエース部およびインターフ
エース部と隣接するセグメントの部分がシヤフトにより
支承されずにシヤフトと協働してその間に空隙を形成す
るように設けられてなる排気ガスにより駆動されるター
ボチヤージヤによつて達成される。
【0006】
【作用】上述の構成の本発明によるターボチヤージヤの
ベアリング装置によれば、異なる材料で形成されたベア
リング材が極めて容易に突合わせ溶接され得る。
【0007】
【実施例】図面を参照するに排気ガスにより駆動される
ターボチヤージヤ10には、中央ハウジング12と、ボ
ルト16により中央ハウジング12に固定されたタービ
ンハウジング14と、中央ハウジング12の、タービン
ハウジング14と対向する端部に保持リング20を介し
て固定されたコンプレツサハウジング18とが包有され
る。コンプレツサハウジング18の導入部22はろ過さ
れた外気の供給源に連結され、一方コンプレツサハウジ
ング18の導出渦巻部24はエンジン吸気マニホルドに
連結されている。タービンハウジング14の導入渦巻部
26はエンジンの排気マニホルドに連結され、これによ
りエンジンに対しターボチヤージヤ10が付設されるこ
とになり、一方タービンハウジング14の導出部28は
自動車の排気システムと連結される。
【0008】タービンホイール30はタービンハウジン
グ14内に延びるシヤフト32の一方の端部に装着され
る。タービンホイール30にはタービン羽根34が包有
され、導入渦巻部26からタービン羽根34を介して導
出部28へと排気ガスが流動することにより、タービン
ホイール30が回転され、これに伴いシヤフト32が回
転される。周知の構成の囲い板36がタービンホイール
30と中央ハウジング12との間に配設され、その間の
熱伝導が防止される。コンプレツサハウジング18内に
おいて一端部にタービンホイール30が装着されたシヤ
フト32の他端部にコンプレツサホイール30が装着さ
れている。導入部22から導入されたエアはコンプレツ
サホイール38の羽根部40を介して流動される。コン
プレツサホイール38が回転することにより、エアが圧
縮され圧縮されたエアは導出渦巻部24内に送られる。
【0009】ベアリングカートリツジ42のベアリング
支承体44内にシヤフト32が回転可能に装着され、ベ
アリング支承体44自体は好ましくは中央ハウジング1
2の一部をなすように設けられている。中央ハウジング
12に形成された好適な冷却液通路46を介し、エンジ
ンの冷却液が中央ハウジング12内に導入される。一方
中央ハウジング12のオイル導入路48およびオイル導
出路50を介し、潤滑油がベアリングカートリツジ42
へ導入される。シヤフト32には拡大ハブ部52がその
端部近傍に設けられており、その上にタービンホイール
30が装着されることになる。この場合拡大ハブ部52
にはタービン着座部54が具備される。且つ密封部56
がコンプレツサハウジング18内への漏出を防止するた
めに設けられる。
【0010】図2を参照するにベアリングカートリツジ
42のベアリング外部リング58はベアリング支承体4
4の空洞部60内に受容される。またベアリング外部リ
ング58は堅牢で非分割の部材として構成され、ベアリ
ング外部リング58を介し円周方向に離間された第1の
組のボールベアリング部材62と円周方向に離間された
堅牢な第2の組のボールベアリング部材64とが機械構
造的に連結される。ボールベアリング部材62、64自
体は周知の構造をもつて形成され得、ボールベアリング
部材62、64によりベアリング内部リング66がベア
リング外部リング58上において転動可能に支承され
る。ボールベアリング部材62、64自体も当業者には
周知のボールベアリング材を採用できる。
【0011】ベアリング内部リング66は2個のセグメ
ント68、70から構成されている。一方のセグメント
68はシヤフト32のコンプレツサ側の他端部から内側
へ延びており、他方のセグメント70はシヤフト32の
タービンホイール30が装着された一端部からセグメン
ト68へ向かつて延びている。セグメント70はM50
スチールのような比較的高価で耐熱性を持つ材料で作ら
れる。これはターボチヤージヤのタービン側が比較的高
温になるためである。特にエンジン停止後にタービン側
で受ける熱がシヤフト32を介しベアリング内部リング
66へ伝達される。一方この熱はタービンホイール30
からの距離の関数として放散する。従つてセグメント7
0の長さはベアリング内部リング66内の温度勾配に応
じて設定される。このときセグメント70は充分に熱放
散できる程度に長手に設けられるので、セグメント70
の左側端部(図2において)での温度はベアリングセグ
メント68の材料である低温スチールを介在して充分に
低いレベルまで低減される。
【0012】セグメント68、70の接合端部にはイン
ターフエース部72が接合されていて、両者は溶接部7
4を介して固結される。この場合溶接部74の大きさが
図2では理解促推のため誇張して示される。溶接部74
は好ましくはセグメント68、70の一方のセグメント
に対し他方のセグメントを回転することにより発生する
摩擦熱により、インターフエース部72で材料が柔軟に
なつて、これにより溶接部74が形成されるような慣性
溶接法で形成され得る。ベアリング内部リング66は一
様な材料で作成されたかのように加工することもでき
る。シヤフト32のタービン側の一端部にはセグメント
70の一部を横切つて伸びるベアリング支承面76が具
備される。セグメント70にはベアリング支承面76と
対面して当接可能なベアリング支承面78が加工形成さ
れる。シヤフト32には更に別のベアリング支承面80
が具備されており、ベアリング支承面80はセグメント
68に形成されたベアリング支承面82に当接可能であ
る。ベアリング支承面82、78とインターフエース部
72、74との間のセグメント68、70はシヤフト3
2により支承されておらず、シヤフト32の外側円周面
84と協働してその間に空隙Gが形成されるよう設けら
れる。こり空隙Gにより、上記の比較的高温のタービン
ホイール30を装着しているシヤフト32とベアリング
内部リング66との間の熱伝導が防止される。従つて高
温のタービンホイール38とベアリング内部リング66
との間の直接な熱伝導路がベアリング支承面76、78
間の金属接触を経る経路のみに抑えられる。ここで重要
なことは、ベアリング支承面76、78の軸方向の長さ
は出来るだけ短くされ、一方ベアリングカートリツジの
所定の半径方向および曲げ強さを付与することになる。
ベアリング支承面80、82が形成されているベアリン
グ内部リング66およびシヤフトの端部は比較的低温の
コンプレツサホイールと隣接しており、これらのベアリ
ング支承面の長さは重要ではないがベアリング支承面8
0、82がベアリング支承面76、78より相当にかな
り長手にされる。空隙Gはベアリング支承面76、80
間のベアリング内部リング66を全体にわたり延びてお
り、シヤフト32からベアリングカートリツジへの直接
な熱伝導路が外には形成されておらず、空隙Gは断熱部
として機能する。
【0013】
【発明の効果】上述から明らかなように本発明によれ
ば、セグメント68、70の接合端部を支承するため協
働するベアリング支承面間の装置に必要な厳しい公差が
本発明では除去され得る。従つて本発明によれば、厳し
い製造公差が最小限にされ得、またタービンホイールと
内部レースとの間の熱伝導路も最小限にされ得る。且つ
従来の装置では一体に内部レースを製造しているが、ベ
アリング設計者には比較的高価な耐熱材料から各部材を
製造する必要があり、問題点があつたが、本発明によれ
ば半径方向の強さが充分に長手のベアリング支承面7
6、78によつて実現することができ、保守が容易であ
る上、比較的低廉な低温材料から内部レースを作ること
ができるのでコストが最小限に押さえることができる等
の効果を達成する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明による、ベアリング構成を用いた
排気ガスによつて駆動されるターボチヤージヤの断面図
である。
【図2】図2は図1の点線で囲んだ部分の部分拡大図で
ある。
【符号の説明】
10 ターボチヤージヤ 12 中央ハウジング 14 タービンハウジング 16 ボルト 18 コンプレツサハウジング 20 保持リング 22 導入部 24 導出渦巻部 26 導入渦巻部 28 導出部 30 タービンホイール 32 シヤフト 34 タービン羽根 36 囲い板 38 コンプレツサホイール 40 羽根部 42 ベアリングカートリツジ 44 ベアリング支承体 46 冷却液通路 48 オイル導入路 50 オイル導出路 52 拡大ハブ部 54 タービン着座部 56 密封部 58 ベアリング外部リング 60 空洞部 62 ボールベアリング部材 64 ボールベアリング部材 66 ベアリング内部リング 68 セグメント 70 セグメント 72 インターフエース部 74 溶接部 76 ベアリング支承面 78 ベアリング支承面 80 ベアリング支承面 82 ベアリング支承面 84 外側円周面

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の端部を有するハウジングと、ハウ
    ジング内に配設されたシヤフトと、ハウジング内で共に
    回転可能にシヤフトの一端部に装着されたコンプレツサ
    ホイールと、ハウジング内で共に回転可能にシヤフトの
    他端部に装着されるタービンホイールと、コンプレツサ
    ホイールを介しエアを供給するエア供給装置と、タービ
    ンホイールを介し排気ガスを供給してタービンホイール
    を回転しシヤフト並びにシヤフトに装着されたコンプレ
    ツサホイールを回転してコンプレッサホイールを通過す
    るエアを圧縮するエア圧縮装置と、ハウジングに対し回
    転可能にシヤフトを装着するベアリング装置とを備え、
    ベアリング装置にはベアリング外部リングとベアリング
    内部リングとベアリング内部リング上にベアリング外部
    リングを支承するボールベアリング部材とが包有され、
    ベアリング内部リング上に軸方向において離間して形成
    された一対のベアリング支承面がシヤフト上のベアリン
    グ支承面と当接してシヤフト上のベアリング内部リング
    が支承され、ベアリング内部リングが一対のセグメント
    で構成され、一方のセグメントによりシヤフトの一端部
    が支承され、他方のセグメントによりシヤフトの他方の
    端部が支承され、一方のセグメントは耐熱性の材料で作
    られ、且つ他方のセグメントが通常の低温材料で作ら
    れ、2個のセグメントは互いに当接しインターフエース
    部を介して互いに接合され、インターフエース部および
    インターフエース部と隣接するセグメントの部分がシヤ
    フトにより支承されずにシヤフトと協働してその間に空
    隙を形成するように設けられてなる排気ガスにより駆動
    されるターボチヤージヤ。
  2. 【請求項2】 セグメントが溶接部によるインターフエ
    ース部で共に接合されてなる請求項1のターボチヤージ
    ヤ。
  3. 【請求項3】 セグメントが慣性溶接部によるインター
    フエース部で共に接合されてなる請求項1のターボチヤ
    ージヤ。
  4. 【請求項4】 ボールベアリング部材には第1の組の部
    材と第1の組の部材から軸方向に離間された第2の組の
    部材とが包有され、ベアリング外部リングが堅牢な部材
    でなる請求項1のターボチヤージヤ。
  5. 【請求項5】 ボールベアリング部材には第1の組の部
    材と第1の組の部材から軸方向に離間された第2の組の
    部材とが包有され、ベアリング外部リングが堅牢な部材
    でなる請求項3のターボチヤージヤ。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010209708A (ja) * 2009-03-06 2010-09-24 Ihi Corp ターボチャージャ
KR20150023693A (ko) * 2012-06-25 2015-03-05 보르그워너 인코퍼레이티드 배기가스 터보차저

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