特許 5934786 可変タービン形状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】5934786

(24)【登録日】2016年5月13日

(45)【発行日】2016年6月15日

(54)【発明の名称】可変タービン形状を有するターボチャージャ

(51)【国際特許分類】

   F02B 37/24 20060101AFI20160602BHJP

【ＦＩ】

   F02B37/24

【請求項の数】10

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-510357(P2014-510357)

(86)(22)【出願日】2012年4月30日

(65)【公表番号】特表2014-513770(P2014-513770A)

(43)【公表日】2014年6月5日

(86)【国際出願番号】US2012035755

(87)【国際公開番号】WO2012154432

(87)【国際公開日】20121115

【審査請求日】2014年12月16日

(31)【優先権主張番号】102011101037.1

(32)【優先日】2011年5月10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】ライフ・ハイディングスフェルダー

【審査官】 木村 麻乃

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第００／０７１８７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−２５６８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５３０９３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１４７９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６３−０１４８４３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭６０−０９２７０４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭６１−１２６０５３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 欧州特許出願公開第０１０９９８３８（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０３１６４８９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ ３７／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

可変タービン形状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）を有するブレード軸受リング配置構造（１）と、流れダクト（４）を生成するように前記ブレード軸受リング（２）に固定されるディスク（３）とを有し、
前記ブレード軸受リング（２）に取り付けられた案内ブレード（５’）を有し、
前記流れダクト（４）の規定幅（Ｂ）を設定するように前記ブレード軸受リング（２）と前記ディスク（３）との間に配置されるスペーサ装置（５）を有し、
前記スペーサ装置（５）が、移動可能な入口案内ブレード（８）を有する入口案内格子（６）として形成され、前記入口案内ブレード（６）が各々スペーサピン（７）に配置され、前記スペーサピン（７）の第１の端部（７Ａ）が前記ブレード軸受リング（２）に固定され、
各々の入口案内ブレード（８）が、外側円周領域（Ａ）の前記ブレード軸受リング（２）に設けられた凹部（１１）で案内される回転プレート（９）に配置される、
ターボチャージャ。

【請求項2】

前記入口案内ブレード（８）が流線形の輪郭を有する、請求項１記載のターボチャージャ。

【請求項3】

前記回転プレート（９）に、調整リング（１０）の係合凹部（１３）内に係合する係合ペグ（１２）が設けられる、請求項１又は２に記載のターボチャージャ。

【請求項4】

前記スペーサピン（７）の前記第１の端部（７Ａ）が、前記凹部（１１）内の前記ブレード軸受リング（２）に接続される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のターボチャージャ。

【請求項5】

前記スペーサピン（７）の第２の端部（７Ｂ）が前記ディスク（３）に接続される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のターボチャージャ。

【請求項6】

前記第１の端部（７Ａ）及び前記第２の端部（７Ｂ）が各々、それぞれ前記ブレード軸受リング（２）と前記ディスク（３）とに溶接、好ましくは突き合わせ溶接される、請求項４又は５に記載のターボチャージャ。

【請求項7】

前記凹部（１１）が、前記ブレード軸受リング（２）の前記外側円周領域（Ａ）の方向に開口するように形成される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のターボチャージャ。

【請求項8】

前記係合凹部（１３）が、湾曲して延びるスロットとして形成される、請求項３〜７のいずれか一項に記載のターボチャージャ。

【請求項9】

前記スペーサピン（７）が前記回転プレート（９）と前記入口案内ブレード（８）とを通って延びる、請求項１〜８のいずれか一項に記載のターボチャージャ。

【請求項10】

ブレード軸受リング配置構造（１）を製造するための方法であって、次の方法ステップ：
スペーサピン（７）をブレード軸受リング（２）の凹部（１１）内に配置するステップと、
調整リング（１０）を前記ブレード軸受リング（２）の外側円周領域（Ａ）に配置するステップと、
各々１つの入口案内ブレード（８）が設けられた回転プレートを前記スペーサピン（７）に取り付け、前記回転プレート（９）の挿入ペグ（１２）を前記調整リング（１０）の関連の係合凹部（１３）に挿入すると同時に、前記回転プレート（９）を前記ブレード軸受リングの前記凹部（１１）内に配置するステップと、
案内ブレード（５’）を前記ブレード軸受リング（２）に取り付けるステップと、
前記案内ブレード（５’）をブレードレバーに接続するステップと、
前記スペーサピン（７）の第２の端部（７Ｂ）を前記ブレード軸受リング配置構造（１）のディスク（３）に接続するステップと、
を含む方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の前提部に記載の可変タービン形状（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Ａ−１２３６８６６号から公知の上記のようなターボチャージャのＶＴＧカートリッジは、ブレード及びレバーとタービンハウジング側ディスクとを有する案内装置を有する。ブレード軸受装置のブレード軸受リングに対するディスクの締結は、一般的なターボチャージャではねじまたは溶接によって実現される。ブレード軸受リングとディスクとの間に形成され、かつＶＴＧのブレードが配置される流路の既定幅を設定可能とするために、スペーサ装置が設けられる。従来技術では、前記スペーサ装置は、スペーサスリーブ、段付きボルト又は溶接されたペグから構成される。さらに、鋳造されたスペーサ要素も公知である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

しかしながら、排気ガス流を通って延びる構成要素はいずれも、流れに対する障害となり、したがって流動損失を生じる。

【0004】

したがって、本発明の目的は、流れに対する分離構成要素の影響を最小にし、激しい偏向を回避することが可能である、請求項１の前提部に規定されたタイプのターボチャージャを提供することである。

【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】

本発明によれば、負荷に応じた方法で可変タービン形状の案内ブレード装置に向かって排気ガス流を偏向させるために、可変構成要素を有する入口案内格子が設けられる。可変の入口案内格子の可変構成要素は、可変タービン形状の角度調整に従ってブレード軸受リングに対して移動し、これによって、強度の変化と共に可変タービン形状に向かって排気ガス流を偏向させることが可能である。

【0007】

さらに、流線形の設計により、案内装置内の気体力学の改良、したがって、ターボチャージャ全体の熱力学の改良がもたらされる。

【0008】

本発明による入口案内格子の特別な利点は、好ましくはより浅い角度で次の案内ブレードを打つように流れが偏向されるという事実にある。可変の入口案内格子の前記角度調整によって、すべての負荷状態について最適なブレード入射流を達成することが可能である。排気ガス流に対するスペーサ装置の影響は、このようにして有利には低く維持される。

【0009】

従属請求項は、本発明の有利な改良形態に関する。

【0010】

請求項１１は、可変タービン形状（ＶＴＧ）を有するターボチャージャのブレード軸受リング配置構造を製造するための方法を規定している。

【0011】

本発明のさらなる詳細、特徴及び利点は、図面に基づき例示的な実施形態の以下の説明から理解される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明によるターボチャージャの斜視図である。

【図2】ブレード軸受リング配置構造の基本的な設計の図面であり、図３〜図６に基づき説明する本発明の原理を理解することができる。

【図3】ブレード軸受リング配置構造のブレード軸受リングの斜視詳細図である。

【図4】調整リングが取り付けられた図３に対応するブレード軸受リングの図面である。

【図5】調整リング及び入口案内ブレードが取り付けられたブレード軸受リングの部分の図４に対応する拡大図である。

【図6】案内ブレードが取り付けられたブレード軸受リングの部分の斜視図である。

【図7】ブレード軸受リング配置構造を完成するためのディスクが配置されるブレード軸受リングの図６に対応する図面である。

【図8-10】異なる負荷状態における案内ブレード及び入口案内ブレードの位置を説明するためのブレード軸受リング配置構造（ディスクなし）の詳細図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

可変タービン形状を有するターボチャージャのすべての構造的な細部に関する完全な説明は、本発明による設計原理に関する以下の説明のために必要でないので、本発明によるターボチャージャ１５の基本的な構成要素のみが図１に示されており、前記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のコンプレッサホイール１６と、シャフト１９に必要な軸受を有する軸受ハウジング１８と、タービンハウジング２１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及びレバーを備えるいわゆるＶＴＧカートリッジと、タービンハウジング側のディスクと、同様にブレード軸受リング及び調整リングとを有する。次に、前記構成要素について図に基づき詳細に説明する。前記タイプのターボチャージャの他の部分は、本発明の原理の完全な理解を提供するように本発明を説明するために必要でないが、本発明によるターボチャージャ１５に同様に設けられることが自明である。

【0014】

図２は、ブレード軸受リング配置構造１の基本的な構造を示している。

【0015】

ブレード軸受リング配置構造１は、案内ブレード５’が回転可能に取り付けられるブレード軸受リング２と、ディスク３とを有する。案内ブレード５’用に規定幅Ｂの流れダクト４を形成することができるために、ブレード軸受リング配置構造１には、入口案内格子６として形成されたスペーサ装置５が設けられる。

【0016】

入口案内格子６は、第１の移動可能な複数の入口案内ブレード８を有する。

【0017】

図３は、ブレード軸受リング２の部分を示しており、その外側円周領域には、複数の凹部／フライス削りされた部分１１が設けられる。図３に示したように、１つの凹部が参照符号１１で代表例として示されている凹部の領域に、各々の場合に、流れダクト４の規定幅Ｂを設定するように、ブレード軸受リング２とディスク３との間に配置されるスペーサ装置５の部分である１つのスペーサピン７が配置される。図３に示したように、スペーサピン７の第１の端部７Ａは、凹部１１内のブレード軸受リング２に接続され、好ましくは突き合わせ溶接される。同様に図３に示されているように、凹部１１は、外側円周領域Ａの方向に開口するように形成され、少なくともほぼ半円である。

【0018】

図４は、同様に、ブレード軸受リング２のフライス削りされた部分１１及びその中に配置されたピン７と共に当該ブレード軸受リングを示している。さらに、図４は、複数の係合凹部１３が設けられる調整リング１０の配置を示している。

【0019】

図４及び図５を共に参照すると、前記係合凹部１３が、入口案内ブレード８が設けられる回転プレート９の部分である係合ペグ１２を受容するために機能することが明らかである。ここで、回転プレート９の厚さは、凹部１１の深さに対応する。ブレード軸受リング配置構造１全体を形成するために、入口案内ブレード８を有する前記タイプの回転プレート９が、設けられたピン７の各々に取り付けられ、ここで、図５は、回転プレート９をピン７に取り付ける過程で、外側方向を指す係合ペグ１２が係合凹部１３に挿入されることを示している。調整リング１０のピン７及び係合凹部１３は、したがって、それぞれ入口案内ブレード８を案内及び旋回させるために機能する。

【0020】

図６は、案内ブレード５’の挿入後のブレード軸受リング配置構造１の状態を示しており、ここで、１つの入口案内格子６が案内ブレード５’毎に設けられることが明らかであり、前記案内格子は、スペーサピン７と回転プレート９とを備え、回転プレートはその入口案内ブレード８及びその係合ペグ１２を有する。

【0021】

図７は、完全に組み立てられた状態を示しており、ディスク３はスペーサピン７の他方の端部７Ｂに締結され、好ましくは溶接されている。前記状態において、ブレード軸受リング配置構造１は、ターボチャージャ１５の可変タービン形状（ＶＴＧ）の予め組み立てられたカートリッジを形成する。図６及び図７はまた、複数の調整レバーを示しており、その内の１つの調整レバーが参照番号１４で示されており、この調整レバーは、調整リング１０の対応する凹部内に係合して、ブレード軸受リング配置構造１の異なる荷重に応じた位置へのその調整のために機能する。

【0022】

図８は、最小位置におけるブレード軸受リング配置構造１を示しており、ここでは、前記最小位置を明瞭に示すためにディスク３は図示されていない。前記最小位置において、案内ブレード５’によって形成された案内ブレードリングが閉じられ、入口案内ブレード８は渦巻流の事実上なんらの偏向も引き起こさない。

【0023】

図９は、ＶＴＧの中間負荷位置における同様にディスク３のないブレード軸受リング配置構造１を示しており、これに対し、図１０は全負荷位置におけるＶＴＧを示している。ここで、入口案内ブレード８の領域における過度に激しい偏向が常に回避されることが強調されるべきである。入口案内格子６を有するブレード軸受リング配置構造１の図８〜図１０を併せて見ることによって分かる位置により、著しい熱力学的な利点が得られ、ＶＴＧを通した排気ガス流に対してスペーサ装置５が有する逆効果が最小となる。

【0024】

上述の本開示を補完するために、図１〜図１０の本発明の概略図が本明細書により明示的に参照される。

【符号の説明】

【0025】

１ ＶＴＧのブレード軸受リング配置構造／カートリッジ
２ ブレード軸受リング
３ ディスク
４ 流れダクト
５ スペーサ装置
５’ 案内ブレード
６ 入口案内格子
７ スペーサピン／ペグ
７Ａ、７Ｂ スペーサピン７の第１及び第２の端部
８ 移動可能な入口案内ブレード
９ 回転プレート
１０ 調整リング
１１ 凹部／フライス削りされた部分（湾曲スロット）
１２ 係合ペグ
１３ 係合凹部
１４ 調整レバー
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
Ａ ブレード軸受リング２の外側円周領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】