特許 5766711 可変タービンジオメトリを有するターボチャージャ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5766711

(24)【登録日】2015年6月26日

(45)【発行日】2015年8月19日

(54)【発明の名称】可変タービンジオメトリを有するターボチャージャ

(51)【国際特許分類】

   F02B 37/24 20060101AFI20150730BHJP

   F01D 17/16 20060101ALI20150730BHJP

【ＦＩ】

   F02B37/24

   F01D17/16 A

   F01D17/16 C

【請求項の数】22

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2012-541096(P2012-541096)

(86)(22)【出願日】2010年11月10日

(65)【公表番号】特表2013-512385(P2013-512385A)

(43)【公表日】2013年4月11日

(86)【国際出願番号】US2010056151

(87)【国際公開番号】WO2011066102

(87)【国際公開日】20110603

【審査請求日】2013年5月9日

(31)【優先権主張番号】102009056046.7

(32)【優先日】2009年11月27日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】500124378

【氏名又は名称】ボーグワーナー インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100093861

【弁理士】

【氏名又は名称】大賀 眞司

(74)【代理人】

【識別番号】100129218

【弁理士】

【氏名又は名称】百本 宏之

(72)【発明者】

【氏名】トーマス・ラム

【審査官】 寺川 ゆりか

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−００８２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５２１８２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０８２０３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ ３７／２４

Ｆ０１Ｄ １７／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

可変タービンジオメトリを有するターボチャージャ（１５）であって、
ブレード軸受リング（２）と、前記ブレード軸受リング（２）に固定することができ、フローダクト（４）を形成するディスク（３）と、を有するブレード軸受リング機構（１）を有し、
前記ブレード軸受リング（２）と前記ディスク（３）の間に配置され、前記フローダクト（４）の既定幅（Ｂ）を設定するスペーサデバイス（５）を有し、
前記スペーサデバイス（５）は、前記フローダクト（４）の前記幅（Ｂ）に一致する高さ（Ｈ）のスペーサ異形材（７）を有するガイドリング（６）として設計される、ターボチャージャ（１５）。

【請求項2】

前記ガイドリング（６）は、離間して配置され、かつその間に前記スペーサ異形材（７）が配置される、２つのリング部品（６Ａ，６Ｂ）を有する、請求項１に記載のターボチャージャ。

【請求項3】

前記リング部品（６Ａ，６Ｂ）は、前記スペーサ異形材（７）によって互いに連結される、請求項２に記載のターボチャージャ。

【請求項4】

１つのリング部品（６Ｂ）は前記ディスク（３）により形成される、請求項２または３に記載のターボチャージャ。

【請求項5】

前記スペーサ異形材（７）は流線形の異形材を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載のターボチャージャ。

【請求項6】

前記スペーサ異形材（７）は、前記ガイドリング（６）の内部空間（２２）内に突出する、請求項１から５のいずれか１項に記載のターボチャージャ。

【請求項7】

前記ブレード軸受リング（２）は、その上に前記ガイドリング（６）を差込むことができる、軸方向の肩部または周方向の溝（２３）を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載のターボチャージャ。

【請求項8】

前記ガイドリング（６）は、そのリング部品（６Ｂ）が前記ディスク（３）の外径上にあるままで差込むことができる、請求項１から６のいずれか１項に記載のターボチャージャ。

【請求項9】

前記ガイドリング（６）に、軸受ハウジング（１８）とタービンハウジング（２１）の間にクランプするためのフランジ（９）が設けられる、請求項１から８のいずれか１項に記載のターボチャージャ。

【請求項10】

前記ガイドリング（６）は鋳造部品として形成される、請求項９に記載のターボチャージャ。

【請求項11】

前記ガイドリング（６）に、位置決め補助部（１４）が設けられる、請求項１に記載のターボチャージャ。

【請求項12】

可変ジオメトリを有するターボチャージャのためのブレード軸受リング機構（１）であって、
ブレード軸受リング（２）と、前記ブレード軸受リング（２）に固定することができ、フローダクト（４）を形成するディスク（３）と、を有し、
前記ブレード軸受リング（２）と前記ディスク（３）の間に配置され、前記フローダクト（４）の既定幅（Ｂ）を設定するスペーサデバイス（５）を有し、
前記スペーサデバイス（５）は、前記フローダクト（４）の前記幅（Ｂ）に一致する高さ（Ｈ）のスペーサ異形材（７）を有するガイドリング（６）として設計される、ブレード軸受リング機構（１）。

【請求項13】

前記ガイドリング（６）は、離間して配置され、かつその間に前記スペーサ異形材（７）が配置される、２つのリング部品（６Ａ，６Ｂ）を有する、請求項１２に記載のブレード軸受リング機構（１）。

【請求項14】

前記リング部品（６Ａ，６Ｂ）は、前記スペーサ異形材（７）によって互いに連結される、請求項１３に記載のブレード軸受リング機構（１）。

【請求項15】

１つのリング部品（６Ｂ）は前記ディスク（３）により形成される、請求項１３または１４に記載のブレード軸受リング機構（１）。

【請求項16】

前記スペーサ異形材（７）は流線形の異形材を有する、請求項１２から１５のいずれか１項に記載のブレード軸受リング機構（１）。

【請求項17】

前記スペーサ異形材（７）は、前記ガイドリング（６）の内部空間（２２）内に突出する、請求項１２から１６のいずれか１項に記載のブレード軸受リング機構（１）。

【請求項18】

前記ブレード軸受リング（２）は、その上に前記ガイドリング（６）を差込むことができる、軸方向の肩部または周方向の溝（２３）を有する、請求項１２から１７のいずれか１項に記載のブレード軸受リング機構（１）。

【請求項19】

前記ガイドリング（６）は、そのリング部品（６Ｂ）が前記ディスク（３）の外径上にあるままで差込むことができる、請求項１２から１７のいずれか１項に記載のブレード軸受リング機構（１）。

【請求項20】

前記ガイドリング（６）に、軸受ハウジング（１８）とタービンハウジング（２１）の間にクランプするためのフランジ（９）が設けられる、請求項１２から１９のいずれか１項に記載のブレード軸受リング機構（１）。

【請求項21】

前記ガイドリング（６）は鋳造部品として形成される、請求項２０に記載のブレード軸受リング機構（１）。

【請求項22】

前記ガイドリング（６）に、位置決め補助部（１４）が設けられる、請求項１２に記載のブレード軸受リング機構（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１のプリアンブルによる、可変タービンジオメトリ(ＶＴＧ)を有するターボチャージャに関する。

【背景技術】

【0002】

欧州特許出願公開第１ ２３６ ８６６（Ａ）号明細書から公知である前記タイプのターボチャージャのＶＴＧカートリッジは、ブレードおよびレバーならびにタービンハウジング側のディスクを備えたガイド装置を有する。一般的なターボチャージャにおける、ブレード軸受機構のブレード軸受リングに対するディスクの固定は、ねじまたは溶接によって行われる。ブレード軸受リングとディスクの間に形成され、かつＶＴＧのブレードが配置されるフローダクトの既定幅を設定することができるように、スペーサデバイスが設けられる。先行技術では、前記スペーサデバイスは、スペーサスリーブ、段付きボルトまたは溶接されたピンで構成される。鋳造されたスペーサ要素もまた公知である。

【0003】

しかしながら、前記公知の配置は、比較的多数の構成要素を有するという短所を有し、それが製造および組立を困難にする。例えば、ねじ状のピンがスペーサデバイスとして設けられる場合、この目的のため、穴、ねじ山の提供のための組立工程、ならびにブレード軸受リングおよびディスクの関連する外径の拡張を実施する必要がある。ここで、組立ピン、少なくとも３つのそのようなピンをガイド装置内に取付けなければならず、また前記ねじ状のピンを、その後、間隔をあけた寸法で、かつ歪みのための寸法をとって、ディスクに溶接しなければならない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

したがって、本発明の目的は、コンパクトな寸法を維持する一方で、その構成要素の数を削減するとともに、前記構成要素の製造工程と組立工程との両方を技術的に簡略化することが可能な、請求項１のプリアンブルに明記されたタイプのターボチャージャを作製することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

前記目的は、請求項１の特徴によって達成される。

【0006】

本発明によるターボチャージャの特定の利点は、したがって、必要とされる構成要素の数の削減、機械加工工程の数の削減、および組立費用の削減の達成を含む。カートリッジの外径を低減することもまた可能であり、これは材料の量および必要とされる設置スペースに有利な影響を与える。

【0007】

さらに、流線形の設計は、ガイド装置内の気体力学を向上し、したがって、ターボチャージャ全体の熱力学を向上させることにつながる。

【0008】

最後に、利点には、スペーサウェブの異形の形状および数、ならびに、また、ピンがスペーサデバイスとして使用される、上に説明された公知のカートリッジに対し、組み立てられていない設計のため、回転可能なブレードのダクトの安定性が向上することを含む。

【0009】

回転可能なブレードのリングに対する、本発明による、スペーサデバイスとしてのガイドリングの位置決めは、ブレード軸受リングの外径上における位置決め溝の提供のみを必要とする。

【0010】

組立工程として、ガイドリングを単にディスクおよびブレード軸受リング上に差込む必要がある。

【0011】

従属請求項は、本発明の有利な改良物に関する。

【0012】

ガイドリングは、好ましくは円環形状の設計である２つのリング部品を有することが好ましい。前記リング部品は、異形部品によって互いに連結され、それにより前記機構は鋳造部品または金属薄板部品として形成されることが可能となる。

【0013】

ディスクおよびブレード軸受リングの支持を提供する異形部品は、好ましくは流線形の設計のものである。異形部品は、したがって、可変タービンジオメトリのブレードリング内への流れを意図したように偏向することができる。ガイドリングのリング部品は、序文においてすでに説明されたように、ブレード軸受リングまたはディスク上に差込まれてもよい。ここで、リング部品が半径方向の支持を提供する一方で、異形部品は構成要素の軸方向の位置決めを提供する。

【0014】

さらなる実施形態では、タービンハウジング側のリングは一体型のディスクとして形成することが可能である。前記実施形態では、ガイドリングは、好ましくは、リング部品として、異形部品に、および第２のリング部品に一体に連結されるディスクを有する、鋳造部品として形成される。

【0015】

タービンハウジングと軸受ハウジングの間にカートリッジ全体をクランプすることができるように、軸受ハウジング側のリングにフランジを設けることもまた可能である。タービンハウジングとカートリッジの間のシーリング(ガイドリングの上流側の排気ガス圧力および回転可能なブレードの下流側の排気ガス圧力のシーリング)がここで好ましくはさらなるシールによって設けられる。ガイドリングにさらなるフランジが設けられる場合、鋳造部品としての設計が好ましい。

【0016】

好ましくは、ガイドリングのリング部分に、好ましくは湾曲部分（ｂｅｎｄ−ｏｕｔ ｐｏｒｔｉｏｎ）の形態の位置決め補助部を設けることもまた可能である。前記位置決め補助部は、ブレード軸受リング内の適切な溝と係合して配置されてもよい。ディスクは、同様に、回転可能に固定された位置決めを提供するために前記タイプの溝を有してもよい。

【0017】

上記の設計の変形物のすべてにおいて、異形部品は、リング部品により境界が定められる内部環状チャンバ内に半径方向に突出し、カートリッジの組み立てられた状態において、前記異形部品は、可変タービンジオメトリのブレード間のスペース内に突出し、それらは回転可能なブレードへの流れを偏向することができ、それによって流れの導入を向上させる。

【0018】

ガイドリングが形状拘束される製造工程により製造された場合(鋳造工程)、異形材は、後に続く機械加工が、バリなくおよびさらなるステップなく、１つのチャッキング工程において可能となるように設計されてもよい。その結果、最小限の廃棄物が生成される。

【0019】

代替的に、成形製造工程(変形およびパンチング)によってガイドリングを製造することが可能である。ここで、基本形状は、曲げ加工、プレス成形、および深絞りなどの変形工程によって生成される。異形材は、異形材を打ち抜きかつ変形することにより生成される。材料の使用をそれによって最小限に削減することができる。ここで、ガイドリングの設計に適した製造工程は、高い生産率とともに低い単価を保証する。穴またはねじ山などのさらなる設計特徴、またはその製造は、周囲の構成要素には必要ない。

【0020】

請求項１１は、ブレード軸受リング機構を、独立して扱うことができる物体として定義する。

【0021】

本発明のさらなる詳細、特徴および利点が、以下の図面に基づく例示的な実施形態の説明から明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明によるターボチャージャの斜視図を示す。

【図2】本発明によるブレード軸受リング機構を斜視分解図において示す。

【図3】本発明によるターボチャージャまたは本発明によるブレード軸受リングの第２の実施形態の断面部分図を示す。

【図4】図３による実施形態において使用されるガイドリングの斜視図を示す。

【図5】本発明によるブレード軸受リング機構または本発明によるターボチャージャの第１の実施形態の一部の平面図を示す。

【図6】本発明によるガイドリングのさらなる実施形態の部分図を示す。

【図7】図４に一致する、ガイドリングの別の実施形態の図を示す。

【図8】図７に一致する、本発明によるガイドリングのさらなる実施形態の図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0023】

可変タービンジオメトリを有するターボチャージャの全設計の詳細の完全な説明は、以下の本発明による設計の原理の説明では必要とされないため、図１では、本発明によるターボチャージャ１５の基本構成要素のみに符号が付され、そのターボチャージャは、従来のように、コンプレッサハウジング１７内のコンプレッサホイール１６と、シャフト１９のために必要とされる軸受を備えた軸受ハウジング１８と、タービンハウジング２１内のタービンホイール２０とを有する。前記ターボチャージャは、また、回転可能なブレードおよびレバーと、タービンハウジング側のディスクと、また、ブレード軸受リングと、調節リングとを含む、いわゆるＶＴＧカートリッジを有する。前記構成要素は以下の図に基づき詳述される。前記タイプのターボチャージャの他の部品は、その原理を完全に理解するための本発明の説明には必要とされないが、本発明によるターボチャージャ１５内に、自明的に、同様に設けられる。

【0024】

図２は、本発明によるブレード軸受リング機構１を、その構造をより良く説明することができるように、分解図において示す。

【0025】

ブレード軸受リング機構１は、中にブレードが回転自在に取付けられる、ブレード軸受リング２を有し、そのうちの１つのブレードが、すべてのブレードを代表して、参照符号１０により示される。

【0026】

さらに、ブレード軸受リング機構１はディスク３を有する。フローダクト４が既定幅Ｂ(同様に図４を参照)を有する、ブレード１０のためのフローダクト４(図３に見ることができる)を形成することができるように、ブレード軸受リング機構１には、ガイドリング６として設計されるスペーサデバイス５が設けられる。図２に示すように、前記ガイドリング６は、互いに離間して配置され、かつ、好ましくは、円環形状の設計である２つのリング部品６Ａおよび６Ｂを有する。リング部品６Ａとリング部品６Ｂの間に設けられるのは多数の異形部品であり、そのうちの１つの異形部品がすべての異形部品を代表して参照符号７により示される。例では、合計１０個の異形部品７がリング部品６Ａとリング部品６Ｂの間に設けられる。図２に示すように、リング部品６Ａとリング部品６Ｂは異形部品７によって互いに連結される。異形部品７は、例えば、図５の平面図に見ることができるように、流線形の案内異形材（ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅｄ ｇｕｉｄｅ ｐｒｏｆｉｌｅ）として設計される。

【0027】

ここで、図２は、異形部品７が、リング部品６Ａおよび６Ｂにより境界が定められた内部空間２内に突出するように配置および設計されることを示し、組み立てられた状態において、同様に例えば図５に見ることができるように、前記異形部品は、ブレード１０間の領域内に突出し、それによって排気ガス流を、ガイド装置のブレード中間スペース内に意図したように偏向することができる。

【0028】

図２に示される、本発明によるブレード軸受リング機構１の実施形態では、ガイドリング６は、ブレード軸受リング２およびディスク３上に差込むことができる。この目的のため、ブレード軸受リング２は、軸方向の肩部または周方向の溝を有し、ディスク３は、その外径がガイドリング６のリング部品６Ｂ内にあるままで差込むことができる。図３および図４は、本発明によるブレード軸受リング１または本発明によるターボチャージャ１５の第２の実施形態を示す。

【0029】

図３と図４の並置に見られるように、ガイドリング６は、再度、異形部品７によって互いに連結される２つのリング部品６Ａとリング部品６Ｂを有する。この実施形態では、ガイドリング６に、外径がリング部品６Ａおよび６Ｂの外径よりも大きなフランジ９もまた設けられる。前記フランジ９は、例えば、ウェブ１１によってリング部品６Ａに連結される。ガイドリング６のこの実施形態は、好ましくは単一片の鋳造部品である。

【0030】

図３は、そのフランジ９によって軸受ハウジング１８とタービンハウジング２１の間にクランプされる、ガイドリング６の設置された状態を示す。図３は、また、フローダクト４の幅Ｂが、図４に示される異形部品７の高さＨにより決まることを示す。さらに、図３の図は、この実施形態では、シール８が、好ましくは、ディスク３とタービンハウジング２１の間に設けられることを示す。

【0031】

すでに上に説明したように、図５の平面図は、異形部品７の可能な流線形状を示し、それは設置された状態において、そのアライメントのため、ブレード１０間の領域内に突出し、それによって、排気ガス流を回転可能なブレードに意図したように供給することができる。

【0032】

図６は、金属薄板のガイドリングの形態のガイドリング６を備えたカートリッジの実施形態を示す。

【0033】

図７は、リング部品６Ｂがディスク３により形成される、ガイドリング６のさらに別の実施形態を示す。図７の図に見ることができるように、ディスク３は、さらに異形部品７を介してリング部品６Ａに連結される。この実施形態は、好ましくは、鋳造部品として形成される。

【0034】

対照的に、図８は、成形製造工程により製造される、本発明によるガイドリング６の実施形態を示す。前記ガイドリング６は、図２による実施形態に実質的に一致するが、ここで、ガイドリング６が組み立てられると、ブレード軸受リング２内またはディスク３内の、整合する切欠きまたは溝(図８に示されない)内に係合する、湾曲部分１２および１３の形態の位置決め補助部が付加的に設けられる。ディスク３の場合、切欠きは、さらなるねじれ防止（ａｎｔｉ−ｔｗｉｓｔ）機能としての役割を果たす。

【0035】

上記の実施形態のすべてにおいて、対応する部品には、各場合において、同じ参照符号が付与される。

【0036】

さらに、上記の本発明の開示に加えて、ここにその図１から８の概略図が明示的に参照される。

【符号の説明】

【0037】

１ ブレード軸受リング機構
２ ブレード軸受リング
３ ディスク
４ フローダクト
５ スペーサデバイス
６ ガイドリング
６Ａ，６Ｂ リング部品
７ スペーサ異形材
８ シール
９ フランジ／カラー
１０ ブレード
１１ ウェブ
１２ 湾曲部分
１３ 湾曲部分
１４ 位置決め補助部
１５ ターボチャージャ
１６ コンプレッサホイール
１７ コンプレッサハウジング
１８ 軸受ハウジング
１９ シャフト
２０ タービンホイール
２１ タービンハウジング
２２ 内部空間
２３ 肩部または周方向の溝

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】