JP2019505726A - ベーンレバー一体型調整リング軸方向移動ストッパを含むターボチャージャー用ガイド装置 - Google Patents

Abstract

ターボチャージャーのガイド装置用ベーンレバーは、ベースを含むことができる。ベースは、このベースを貫通して配置されたボアを含むことができる。アームは、ベースから延びることができ、ガイド装置の調整リングの開口内に収容され得る。突出部は、ベースから延びることができ、調整リングの軸方向移動を制限することができる。【選択図】 図５

Description

本開示は、一般に、ターボチャージャーに関し、より詳細には、そのようなターボチャージャー用ベーンレバー（ｖａｎｅ ｌｅｖｅｒ）に関する。

いくつかのターボ機械は、限定されないが、例えば、自動車、トラック、航空機、機関車、船舶、及び補助発電機は、ターボチャージャーを利用しており、ターボチャージャーは、そのようなターボ機械の内燃機関効率及び動力出力を増加させることができる。タービン駆動装置であるターボチャージャーは、エンジンの燃焼室内で余分な空気を強制することによってこれを達成することができる。例えば、エンジンからの排気ガスは、ターボチャージャーのタービンを駆動させ、コンプレッサーのインペラを駆動させることができ、コンプレッサーのインペラは、周囲空気を吸引し、空気を圧縮した後、この余分な空気をエンジンに供給することができる。このような方式で、エンジンは、改善された燃費、減少した排出、及びより高い動力及びトルクを有することができる。

可変タービン形状（ｖａｒｉａｂｌｅ ｔｕｒｂｉｎｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ）ターボチャージャーのようないくつかのターボチャージャーは、調整可能なガイドベーンを使用してタービンホイールに至るガス流れを調節する。例えば、調整可能なガイドベーンは、上部ベーンリングと下部ベーンリングとの間でピボット可能であり、複数のベーンレバーを介して調整リングと機械的に係合させることができる。調整リングは、上部ベーンリングに対して回転するように作動することができ、調整リングの回転が複数のベーンレバーを係合させてすべての調整可能なガイドベーンを閉位置と開位置との間で同時にピボットする。

いくつかの設計において、調整リングは、調整リングと複数のベーンレバーとの間のクリアランスによって軸方向移動を経験することができる。調整リングの軸方向移動を減らすための努力の一環として、いくつかのターボチャージャーは、例えば、軸受ハウジング内にねじ結合された（ｔｈｒｅａｄｅｄ）スタンドオフピン（ｓｔａｎｄｏｆｆ ｐｉｎ）及び軸受ハウジング上の機械加工されたパッド（ｍａｃｈｉｎｅｄ ｐａｄ）のような固定式軸方向ストッパを使用してきた。効果的であるが、調整リングとそのような固定式軸方向ストッパとの間のインタフェースは、調整リングが固定式軸方向ストッパに対して動作可能に回転することができるので、望ましくない摩耗を経験することができる。

他の例は、軸方向ストッパによって軸方向に拘束されたユニゾンリング（ｕｎｉｓｏｎ ｒｉｎｇ）を有する可変ベーンアセンブリを開示する米国特許出願公開第２０１１／０１７１００９号に見出すことができる。軸方向ストッパは、円筒状ピンセクションの端部に形成されたキャップを含む。キャップは、ユニゾンリングの内部エッジがユニゾンリングのための半径方向ストッパとして作用する円筒状ピンと係合するように、円筒状ピンの第２直径よりも大きい第１直径を含む。このような構成において、ユニゾンリングはまた、キャップがノズルリングから離れるユニゾンリングの過度な軸方向移動を防止するように、ノズルリングとキャップとの間に軸方向に位置する。効果的であるが、ユニゾンリングは、ユニゾンリングの動作回転中に、円筒状ピン及びキャップと連続的に係合して、これらの構成要素の接触領域で摩擦摩耗を引き起こすことができる。

本開示の一態様によれば、ターボチャージャー用ガイド装置が提供される。ガイド装置は、上部ベーンリングから軸方向にオフセットされた下部ベーンリングを含むことができる。複数のベーンは、上部ベーンリングと下部ベーンリングとの間に配置され得、上部ベーンリング及び下部ベーンリングにピボット可能に結合され得る。調整リングは、複数の開口を含むことができ、複数のベーンと機械的に連携され得る。複数のベーンレバーが複数のベーンに結合されることができ、複数の開口によって対応して収容され得る。複数のベーンレバーの各ベーンレバーは、調整リングと面する突出部を含むことができる。突出部は、調整リングの軸方向移動を制限することができる。

本開示の他の態様によれば、ターボチャージャーが提供される。ターボチャージャーは、タービンハウジングと、タービンハウジングとコンプレッサーハウジングとの間に配置された軸受ハウジングと、を含むことができる。上部ベーンリングは、タービンハウジング内に固定されることができ、軸受ハウジングに近接することができる。下部ベーンリングは、上部ベーンリングから軸方向にオフセットされ得る。複数のベーンは、上部ベーンリングと下部ベーンリングとの間に配置され、上部ベーンリング及び下部ベーンリングにピボット可能に結合され得る。調整リングは、複数のベーンと機械的に連携され得る。ベーンレバーは、複数のベーンのうちの１つのベーンに結合されることができ、調整リングと機械的に連携されるアームを含むことができる。ベーンレバーは、調整と面する突出部を含むことができる。突出部は、調整リングと接触可能で、その軸方向移動を制限することができる。

本発明のまた他の態様によれば、ターボチャージャーのガイド装置用ベーンレバーは、ベースを含むことができる。ベースは、このベースを貫通して配置されたボア（ｂｏｒｅ）を含むことができる。アームは、ベースから延びることができ、ガイド装置の調整リングの開口内に収容され得る。突出部は、ベースから延びることができ、調整リングの軸方向移動を制限することができる。

本開示のこれらと他の態様及び特徴は、以下の詳細な説明及び添付図面を参照することにより、よりよく理解され得る。

図１は、本開示の一実施形態による典型的なターボチャージャーの軸方向断面図である。 図２は、本開示の一実施形態による典型的なターボチャージャーの一部が破断して切開された斜視図である。 図３は、本開示の一実施形態によるタービンハウジング側から見た図２の典型的なターボチャージャーの一部が破断して切開された斜視図である。 図４は、本開示の実施形態による複数のベーン、調整リング、上部ベーンリング、及び複数のベーンレバーを示す図２の典型的なターボチャージャーの一部が破断して切開された平面図である。 図５は、本開示の実施形態によるターボチャージャーの調整リング、複数のベーンレバー、上部ベーンリング、及び下部ベーンリングを典型的に示す一部が破断して切開された斜視図である。 図６は、本開示の実施形態による典型的なベーンレバーの斜視図である。

図面は、実際の縮尺ではなく、開示された実施形態は、単に図式的に及び部分的に示されていることを理解されるべきである。また、本開示は、本明細書に例示された特定の実施形態に限定されないことも理解されるべきである。

今図１を参照すると、本開示にしたがって構成された典型的なターボチャージャーは、一般に、参照番号１０によって参照される。ターボチャージャー１０は、限定されないが、自動車、トラック、航空機、機関車、船舶、及び補助発電機のようなターボ機械の内燃機関と共に使用され得る。ターボチャージャー１０は、エンジンの排気ガスから動力を抽出してエンジンの吸気部に伝達される空気を圧縮し、圧縮された空気が燃料と混合してエンジンで燃焼され得るようにすることによって、そのようなエンジンの動力出力を増加させることができる。ターボチャージャー１０は、コンプレッサーハウジング１２と、タービンハウジング１４と、コンプレッサーハウジング１２とタービンハウジング１４との間に配置された軸受ハウジング１６と、を含むことができる。軸受ハウジング１６は、回転可能なシャフト１８を支持することができる。コンプレッサーホイール２０は、コンプレッサーハウジング１２内に配置されることができ、タービンハウジング１４内に配置されたタービンホイール２２によってシャフト１８を介して回転可能に駆動され得る。タービンハウジング１４は、ボリュート２４を含むことができ、ボリュート２４は、スロート２６内に半径方向に移行する一般的に環状燃焼室であり得る。

図１〜図３を参照すると、ターボチャージャー１０は、可変タービン形状（ＶＴＧ）タイプであることができ、ガイド装置２８を含むことができる。ガイド装置２８は、タービンホイール２２に通過する空気流を調整するために、タービンハウジング１４内に配置され得る。ガイド装置２８は、上部ベーンリング３０を含むことができ、上部ベーンリング３０は、複数のスペーサ３４及び複数のベーン３６が上部ベーンリング３０と下部ベーンリング３２との間に配置され得るように下部ベーンリング３２から軸方向にオフセットされる。上部ベーンリングは、タービンハウジング１４内に固定されるが、軸受ハウジング１６に近接して配置されることもできる。

図４及び図５を参照すると、複数のベーン３６の各ベーンは、エーロフォイル（ａｉｒｆｏｉｌ）形状を有することができ、上部ベーンリング３０及び下部ベーンリング３２の両方にピボット可能に結合されたベーンポスト３８に取り付けられ得る。ガイド装置２８はまた、調整リング４０の外周が上部ベーンリング３０の半径方向外側に配置され得るように、上部ベーンリング３０に近接して配置された調整リング４０を含むことができる。調整リング４０は、以下でより詳細に説明されるように、上部ベーンリング３０に対する調整リング４０の回動が複数のベーン３６の各ベーンに対する同時にピボット運動を提供するように、複数のベーン３６と機械的に連携され得る。調整リング４０は、各開口が互いに円周方向に離隔されて配置された複数の開口４２を含むことができる。

特に図５を参照すると、各ベーンポスト３８は、ヘッド４４が軸方向に上部ベーンリング３０を過ぎて突出するように、各ベーンポスト３８のヘッド４４を露出させる上部ベーンリング３０を貫通する。ガイド装置２８は、各ベーンポスト３８のヘッド４４が複数のベーンレバー４６の対応するベーンレバーに結合され得るように、複数のベーンレバー４６を含むことができる。例えば、複数のベーンレバー４６の各ベーンレバーは、対応するベーンポスト３８のヘッド４４を収容するために、各ベーンレバー４６のベース４９を貫通して配置されたボア４８を含むことができる。対応するベーンポスト３８のヘッド４４は、ボア４８内に配置されることができ、ベーンレバー４６にリベット留めされるか、または熔接されるか、または業界でよく知られた任意の他の方式によってベーンレバー４６に固定され得る。

図６に示されたように、複数のベーンレバー４６の各ベーンレバーは、ベース４９から外側に延びるアーム５０を含むことができる。一実施形態において、アーム５０は、ボア４８からベース４９の対向端部上に配置され得る。突出部５２またはストッパは、複数のベーンレバー４６の各ベーンレバーのベース４９上に配置され得る。突出部５２は、アーム５０と同じ方向に外側に延びることができる。一実施形態において、突出部５２は、複数のベーンレバー４６の各ベーンレバー上でアーム５０とボア４８との間に配置され得る。しかしながら、突出部５２は、複数のベーンレバー４６の各ベーンレバー上の他の位置に配置され得ることが理解されるべきである。

再び図５を参照すると、調整リング４０の複数の開口４２の各開口は、突出部５２が調整リング４０と対面し、調整リング４０が複数のベーンレバー４６と上部ベーンリング３０の肩部５４との間に軸方向に配置されるこのような方式で複数のベーンレバー４６の対応するベーンレバーのアーム５０を収容することができる。肩部５４は、上部ベーンリング３０から半径方向外側に延びる。複数のベーンレバー４６の各アーム５０は、調整リング４０の半径方向移動を総体的に制限するために、複数の開口４２の対応する開口内に収容され得る。

ガイド装置２８は、調整リング４０と複数のベーンレバー４６の各突出部５２との間にレバークリアランス５６を含むことができ、調整リング４０と上部ベーンリング３０の肩部５４との間にリングクリアランス５８を含むことができる。レバークリアランス５６及びリングクリアランス５８は、上部ベーンリング３０の肩部５４と複数のベーンレバー４６との間の調整リング４０の小さな軸方向移動を可能にすることができる一方、複数のベーンレバー４６の各ベーンレバー上の突出部５２は、調整リング４０に対する軸方向ストッパとして機能する。

再び図４を参照すると、上部ベーンリング３０及び下部ベーンリング３２の両方がタービンハウジング１４に固定され得るので、調整リング４０は、上部ベーンリング３０に対して第１両方向矢印６０で示されたように、一方向または他の方向に回転するように作動することができ、複数のベーンレバー４６の各ベーンレバーを第２両方向矢印６２で示されたように、それぞれ一方向または他の方向にまた回転するようにし、結局には、各ベーンポスト３８を回転させることにより、複数のベーン３６のそれぞれ対応するベーンを第３両方向矢印６４で示されたように、それぞれ開位置と閉位置との間でピボットするようにする。そのような構成において、調整リング４０の作動によって複数のベーン３６の各ベーンのユニゾンピボッティング（ｕｎｉｓｏｎ ｐｉｖｏｔｉｎｇ）は、タービンホイール２２に流れる空気を調節することができる。さらに、突出部は、調整リング４０に対する軸方向ストッパとして機能しながら、またその動作回転中に調整リング４０と共に一体に回転し、これは構成要素間の摩耗を少なくすることができる。

複数のベーンレバー４６の各ベーンレバーが突出部５２を含んでいるものとして説明されたが、代替実施形態では、ベーンレバー４６の１つのベーンレバーが突出部５２を含むことができ、交互のベーンレバー４６が突出部５２を含むことができ、またはベーンレバー４６の任意の他の組み合わせが突出部５２を含むことができる。

前述した内容に基づいて、本開示は、限定されないが、自動車、トラック、航空機、機関車、船舶及び補助発電機のような、限定されないが、様々なターボ機械の内燃機関を使用するもののような多くの産業分野における利用可能性を見出すことができる。前述した新しい教示をより、ガイド装置２８は、調整リング４０の軸方向移動を制限するために、複数のベーンレバー４６のうちの少なくとも１つのベーンレバー上に突出部５２を提供して、突出部５２及び調整リング４０が互いに一体に回転することができる。このような方式で、突出部５２が調整リング４０と共に回転するので、最小限の摺動及び回転相対運動がそれらの間に存在し、これは、固定式軸方向ストッパに対して動作可能に回転する調整リングによって摩耗を引き起こすことができる固定式軸方向ストッパを使用する他の設計に比べて有利であり得る。さらに、本開示は、他の設計で発見され得る圧入製造変形を除去することができる。さらに、前述した新しい教示により、複数のベーンレバー４６の各ベーンレバーは、限定されないが、金属射出成形、キャスティング、スタンピング（ｓｔａｍｐｉｎｇ）、及びファインブランキング（ｆｉｎｅ ｂｌａｎｋｉｎｇ）のような当業界でよく知られた任意のプロセスによって突出部５２と一体に製造されることができ、これにより、ガイド装置２８内の全体部品の減少及びひいてはコスト節減を実現することができる。

ターボチャージャー１０の動作において、ガイド装置２８の複数のベーン３６は、ターボチャージャー１０のタービンホイール２２に通過する空気流を変化させるように選択的に調整され得る。複数のベーン３６は、調整リング４０の選択的な作動を介して、開位置と閉位置との間で調整され得る。例えば、調整リング４０は、上部ベーンリング３０に対して回転するように作動し、結局には、複数のベーンレバー４６と係合して、また回転することによって、複数のベーン３６の各ベーンに同時ピボット運動を伝達することができる。

ターボチャージャー１０の動作中に、調整リング４０は、小さな軸方向移動を経験することができるが、これは、調整リング４０が複数のベーンレバー４６の各ベーンレバーの突出部５０と当接することによって制限され得る。このように、複数のベーンレバー４６の各ベーンレバーの突出部５０は、調整リング４０の軸方向移動を制限するための軸方向ストッパとして機能することができる。また、複数のベーンレバー４６の各ベーンレバーの突出部５０が調整リング４０と共に回転するので、それらの間の相対運動及びひいては摩耗量が最小化され得る。

Claims (15)

1. ターボチャージャー用ガイド装置であって：
   上部ベーンリングと；
   前記上部ベーンリングから軸方向にオフセットされた下部ベーンリングと；
   前記上部ベーンリングと前記下部ベーンリングとの間に配置され、前記上部ベーンリング及び前記下部ベーンリングにピボット可能に結合された複数のベーンと；
   複数の開口を含み、前記複数のベーンと機械的に連携される調整リングと；及び
   前記複数のベーンに結合され、前記複数の開口によって対応して収容された複数のベーンレバーと、を含み、前記複数のベーンレバーの各ベーンレバーは、前記調整リングと面する突出部を含み、前記突出部は、前記調整リングの軸方向移動を制限することができる、ガイド装置。
2. 前記複数のベーンレバーの各ベーンレバーは、前記突出部と同じ方向に延びるアームを含む、請求項１に記載のガイド装置。
3. 前記複数のベーンレバーの各ベーンレバーは、前記アーム（５０）の対向端部上に配置されたボア（ｂｏｒｅ）をさらに含む、請求項２に記載のガイド装置。
4. 前記突出部は、前記ボアと前記アームとの間に配置される、請求項３に記載のガイド装置。
5. 前記複数の開口の各開口は、前記複数のベーンレバーの前記ベーンレバーのうちの１つの前記アームを収容する、請求項４に記載のガイド装置。
6. 前記複数のベーンの各ベーンは、ベーンポストに取り付けられ、前記ベーンポストは、前記上部ベーンリング及び前記下部ベーンリングにピボット可能に結合される、請求項５に記載のガイド装置。
7. ターボチャージャーであって：
   タービンハウジングと；
   前記タービンハウジングとコンプレッサーハウジングとの間に配置された軸受ハウジングと；
   前記タービンハウジングに固定され、前記軸受ハウジングに近接した上部ベーンリングと；
   前記上部ベーンリングから軸方向にオフセットされた下部ベーンリングと；
   前記上部ベーンリングと前記下部ベーンリングとの間に配置され、前記上部ベーンリング及び前記下部ベーンリングにピボット可能に結合された複数のベーンと；
   前記複数のベーンと機械的に連携される調整リングと；及び
   前記複数のベーンのうちの１つのベーンに結合されたベーンレバーと、を含み、前記ベーンレバーは、前記調整リングと機械的に連携されるアームを含み、前記ベーンレバーは、前記調整リングと面する突出部を含み、前記突出部は、前記調整リングと接触可能で、前記調整リングの軸方向移動を制限する、ターボチャージャー。
8. 複数のベーンポストをさらに含み、前記複数のベーンの各ベーンは、前記複数のベーンポストの対応するベーンポストに取り付けられる、請求項７に記載のターボチャージャー。
9. 前記ベーンレバーは、前記複数のベーンポストのうちの１つのベーンポストに結合される、請求項８に記載のターボチャージャー。
10. 前記アームは、前記調整リング上に配置された開口によって収容される、請求項７に記載のターボチャージャー。
11. 前記上部ベーンリングは、前記上部ベーンリングから半径方向外側に延びる肩部（ｓｈｏｕｌｄｅｒ）を含む、請求項７に記載のターボチャージャー。
12. 前記調整リングは、前記ベーンレバーと前記上部ベーンリングの前記肩部との間に軸方向に配置される、請求項１１に記載のターボチャージャー。
13. 前記ベーンレバーは、前記アームから対向端部上に配置されたボアをさらに含み、前記突出部は、前記ボアと前記アームとの間に配置される、請求項７に記載のターボチャージャー。
14. ターボチャージャーのガイド装置用ベーンレバーであって：
    貫通して配置されたボアを含むベースと；
    前記ベースから延び、前記ガイド装置の調整リングの開口内に収容可能なアームと；及び
    前記ベースから延び、前記調整リングの軸方向移動を制限することができる突出部と、を含む、ベーンレバー。
15. 前記アームは、前記ボアからの対向端部上で前記ベースから延び、前記突出部は、前記アームと前記ボアとの間で前記ベース上に配置される、請求項１４に記載のベーンレバー。

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