JP2004505190A - シートメタルシェルを備える可変構造ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

本発明はカートリッジ（３４）を用いた可変ノズルターボチャージャに関し、センターハウジング（１８）に固定されたベース（３８）に形成されたタービン吸い込みノズル内のベーンと、ベース（３８）に固定されたハウジングのインサート（６４）を含んでいる。別体のエキゾーストハウジング（２４）が、ターボチャージャのタービンホイールを駆動するエキゾーストガスのための吸入口と出口を与えるため、ハウジングのインサート（６４）外側のカートリッジ（３４）上に支持されている。

Description

【０００１】
本発明は、可変タービン入口構造（ジオメトリ）を有するターボチャージャの分野に関する。より詳細には、本発明は、タービンハウジングと独立した可変入口ベーン支持のための構造装置を提供する。
【０００２】
ターボチャージャにおいては、効率または動作範囲を改善するためにタービンへの排気ガスの流れを制御することが多くの場合望ましい。可変ノズルの様々な構成が、排気ガスの流れを制御するために使用されている。タービン入口のまわりに環状に配置され、ベーン間の通路ののど面積を変更するように共通に制御される複数のピボッティングベーンは、従来のターボチャージャにおいて首尾よく使用されてきた方式である。可変ノズルを具体化するこの方法への様々なアプローチは、「可変ノズルタービンのための作動システム（Ａｃｔｕａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｎｏｚｚｌｅ Ｔｕｒｂｉｎｅ）」と題するスウィハート（Ｓｗｉｈａｒｔ）らの米国特許第４，６７９，９８４号および、本出願と共通の譲受人を有する「可変ノズルターボチャージャのピボッティングベーン作動機構のためのサスペンション（Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｐｉｖｏｔｉｎｇ Ｖａｎｅ Ａｃｔｕａｔｉｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ａ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｎｏｚｚｌｅ Ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ）」と題するフルーリー（Ｆｌｅｕｒｙ）らの米国特許第４，８０４，３１６号に開示されている。
【０００３】
多翼可変ノズルターボチャージャはターボチャージャの全効率および能力を著しく増大させたが、ベーンの支持および作動構造の複雑さは、製造コストを増大させ、時として保守の問題をもたらした。さらに、タービンハウジングとのベーン支持構造の結合は、タービンハウジングの設計および構造上の融通性を制限する。タービンハウジングは、自動車用途における排出システム性能に影響し得る著しい熱負荷である。さらに、排気マニホルドへのタービンハウジングの統合は、自動車ターボチャージャの取付について部品数および複雑さの低減を付与することができる。従って、作動システムを改善して信頼性を増大させ、それらを使用するターボチャージャの製造コストを低減するために、タービンハウジングと独立した可変ノズル構造支持装置を提供することが望ましい。
【０００４】
本発明を使用する可変構造ターボチャージャは、第１の端に取り付けられたタービンホイールおよび第２の端に取り付けられた圧縮機インペラとともにシャフトを支持する軸受アセンブリを保持するために中心穴を有するセンターハウジングを備える。インペラを包囲する圧縮機ハウジングは、センターハウジングに取り付けられ、エアインレットおよび圧縮空気出口を備える。
【０００５】
ベースおよびインサートを有するカートリッジが、圧縮機ハウジングに対抗してセンターハウジングに取り付けられている。カートリッジは、ベースおよびインサートを備える。排気入口ノズルおよびノズルを相互に形成しているベースおよびインサートは、タービンホイールと合致している空力学的輪郭を有する排気出口を備える。
【０００６】
内側ノズル壁とほぼ平行に第１の表面から延出する回転ポストを有する複数のベーンは、可変ノズルを付与する。ポストは、内側ノズル壁のベースの周方向に離間した開口に受け入れられている。ポストは、センターハウジングとベースとの間に係合しているユニゾンリングの凹部に係合するために延在する作動アームを有する。
【０００７】
ユニゾンリングの作動は、ユニゾンリングのスロットと係合する作動アームを有するクランクによって行われる。クランクは、第１の位置から第２の位置に連続的に移動可能であり、作動アームを径方向スロットにおいて並進させ、径方向スロットに直角の力を与えてユニゾンリングの回転運動を促す。ユニゾンリングの回転運動はベーンアームにベーンを回転させる。
【０００８】
シートメタルエキゾーストハウジングが、センターハウジングのカートリッジに取り付けられており、ノズルへの排気ガスの入口を与える。
【０００９】
本発明の詳細および特徴は、詳細な説明および図面によってより明白に理解されるであろう。
【００１０】
図面について説明すれば、図１に示された本発明の実施形態は、ボルト１６によって固定された２個以上のクランプ１４を用いてバックプレート１２に結合されている圧縮機ハウジング１０を含む。バックプレートは、複数のボルト２０およびシールリング２２によりセンターハウジング１８に取り付けられている。図示した実施形態の場合、シートメタルエキゾーストハウジング２４は、ボルト２８により固定されたバンド２６を用いてセンターハウジングに結合されている。ターボチャージャに供給する排気ガスまたは他の高エネルギーガスは、入口３２を通じてエキゾーストハウジングに入る。
【００１１】
図２ａ、２ｂ、３および４において最善に示すように、全体として３４で指示されたカートリッジが、センターハウジングに取り付けられている。タービンホイール／シャフトアセンブリ３０が軸受によって保持され、タービンホイールはカートリッジ内で自在に取り付けられている。複数のベーン３６がカートリッジベース３８に取り付けられている。ベーンは、内側入口ノズル壁を形成するベースの表面４３の穴４２にベーンから延長しているポスト４０を支軸に回転する。作動アーム４４は、ベーンポストから拡張し、ユニゾンリング４８の凹部４６と係合する。アクチュエータクランク５０は、ピン５４を保持するレバーアーム５２の第１の端で終端して、リングの回転のためにユニゾンリングのスロット５６と係合する。クランクは、アクチュエータによる係合のために外部アーム６２で終端するブッシュ６０を通ってセンターハウジングのボス５８から延出する。
【００１２】
図２ａ、２ｂおよび３において最善に示されたインサート６４は、穴６８で受けられたボルト６６によってセンターハウジングに取り付けられている。支柱７０はベースを保持し、センターハウジングで受けられているスペーサピン３９（図１に最善に示す）にベースを押し付けている。インサートの円周まわりに拡張するリム７１もまた、Ｖバンドクランプによって係合する。インサートは、ベーンにごく接近してノズル７２の外壁と一体となっている。さらに、インサートは、タービンの排気ガス出口７３に、タービンホイールのブレードに合致している空力学的輪郭を付与する。インサートおよびベースは、取り付けられたベーンおよび作動要素とともに、カートリッジを形成し、カートリッジはセンターハウジングおよびエキゾーストハウジングの両方から分離されており、それらの２つの構成要素間に取り付けられている。本発明のカートリッジの使用により、図面の実施形態に図示されたように、シートメタルエキゾーストハウジングのような改良を助成する従来技術の設計に優り、エキゾーストハウジングが簡素化され得る。
【００１３】
図１に戻って、２つの軸受７４および軸受スペーサ７６を有する軸受システムまたは、代替実施形態における単体軸受は、センターハウジング７８の中心穴でシャフト／ホイールアセンブリを支持する。シャフトはさらに、センターハウジングと圧縮機バックプレートとの間に保持された支持軸受８２と係合する支持カラー８０内に延長している。ピストンリング８４が、バックプレートのシャフト穴とともに支持カラーを封止している。圧縮機インペラ８６はシャフト／ホイールアセンブリに取り付けられている。
【００１４】
以上、特許法が要求するところに従って本発明を十分に説明したが、当業者は、ここに開示した特定の実施形態の修正および変更を確認することができるであろう。そのような修正および変更は、請求の範囲に規定される本発明の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を使用しているターボチャージャの実施形態の立面図である。
【図２ａ】軸受システムによって支持されたタービンシャフトホイールアセンブリとともに、エキゾーストハウジング、センターハウジングおよびカートリッジアセンブリの細部を示す中心線に関する半部の側断面立面図である。
【図２ｂ】カートリッジの付加的な細部を示すために図２ａから軸転した平面における半部の側断面立面図である。
【図３】エキゾーストハウジングを部分的に取り去った本発明に従った実施形態を示すセンターハウジングおよびカートリッジアセンブリの絵画図である。
【図４】可変ジオメトリノズルベーンを明らかにするためにインサートを断面にしたセンターハウジングおよびカートリッジアセンブリの第２の図である。
【図５】ユニゾンリングおよびベーンクランクアセンブリが部分的に示された可変ジオメトリベーンアームの底面絵画図である。

Claims (3)

1. 可変構造ターボチャージャであって、
   軸受アセンブリ（７４）を保持する中心穴を有するセンターハウジング（１８）と、
   センターハウジング（１８）内に延長しているシャフトに取り付けられ、軸受アセンブリ部品（７４）によって支持されたタービンホイールと、シャフトはタービンホイールに対して遠位に圧縮機インペラ（８６）に取り付けられており、
   ベース（３８）に取り付けられた内側ノズルおよびインサート（６４）を含むベース（３８）を有するカートリッジ（３４）と、インサート（６４）は、内側ノズル壁と離間しているノズル（７２）の外壁および、タービンホイールにほぼ合致する空力学的輪郭を備える排気出口を有しており、カートリッジ（３４）は内側および外側ノズル壁の間に複数のベーン（３６）を支持し、前記ベーンを回転させる手段をさらに備えており、
   エアインレットおよび圧縮空気出口を有する圧縮機ハウジング（１０）と、圧縮機ハウジング（１０）は、前記カートリッジの反対でセンターハウジング（１８）に取り付けられ、圧縮機インペラ（８６）を包囲しており、
   排気ガス用入口および出口を有するエキゾーストハウジング（２４）とを含み、エキゾーストハウジング（２４）はセンターハウジング（１８）からカートリッジ（３４）の機外側に取り付けられている、可変構造ターボチャージャ。
2. ベーン（３６）を回転させる手段は、
   各ベーン（３６）の第１の表面から内側ノズル壁にほぼ平行に延出している回転ポスト（４０）と、ポスト（４０）は内側ノズル壁の周方向に離間した開口に受け入れられており、
   ポスト（４０）から延出している作動アーム（４４）と、
   センターハウジング（１８）とベース（３８）との中間のユニゾンリング（４８）と、ユニゾンリング（４８）はベーン（３６）と数が等しい複数の凹部（４６）を有しており、前記凹部（４６）はアーム（４４）を受けており、ユニゾンリング（４８）はさらにスロット（５６）を有しており、
   スロット（５６）と係合する作動アーム（４４）を有するクランク（５０）と、クランク（５０）は第１の位置から第２の位置に連続的に移動可能であり、クランク（５０）の動きは作動アーム（４４）にスロット（５６）での並進を生じさせ、スロット（５６）に直角の力を与えてユニゾンリング（４８）の回転運動を促し、ユニゾンリング（４８）の回転運動はベーンアーム（４４）を凹部（４６）に関し回転させるものであり、
   クランク（５０）を移動させる手段とを含むことを特徴とする、請求項１記載の可変構造ターボチャージャ。
3. エキゾーストハウジング（２４）はシートメタルで形成されていることを特徴とする、請求項１記載の可変構造ターボチャージャ。