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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine variable Düseneinheit, die in der Lage ist, eine Durchtrittsfläche (oder eine Strömungsrate) für ein Abgas, das einer Turbinenlaufradseite in einem variablen Turbinengeometrie-Ladersystem zugeführt werden soll, variabel auszubilden. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein variables Turbinengeometrie-Ladersystem.
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Beschreibung des Stands der Technik
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In den letzten Jahren gab es unterschiedliche Entwicklungen in Bezug auf eine in ein variables Turbinengeometrie-Ladersystem anzubringende variable Düseneinheit. Die japanischen Patentanmeldungsveröffentlichungen Nr.
2009-243300 und
2009-243431 offenbaren variablen Düseneinheiten des Stands der Technik. Ein wesentlicher Aufbau der variablen Düseneinheiten ist wie folgt.
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In einem Turbinengehäuse eines variablen Turbinengeometrie-Ladersystems werden Basisringe konzentrisch mit einem Turbinenlaufrad (Turbinenimpeller) angeordnet. Jeder Basisring ist mit mehreren Stützlöchern, die in durchdringender Weise ausgebildet sind, vorgesehen. Die Stützlöcher sind in gleichen Abständen in einer Umfangsrichtung des Basisrings angeordnet. Die Basisringe sind ebenfalls mit mehreren variablen Düsen versehen, die so angeordnet sind, dass sie das Turbinenlaufrad in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung der Basisringe umgeben. Jede variable Düse dreht sich in einer Vorwärtsrichtung oder einer Rückwärtsrichtung (in einer Auf-Richtung oder einer Zu-Richtung) um ihre Drehachse, die parallel zu einer Drehachse des Turbinenlaufrads liegt. Ferner ist eine Düsenwelle fest eingebaut an einer Seitenfläche jeder variablen Düse ausgebildet, wobei die Seitenfläche an einer Seite in einer axialen Richtung des Turbinenlaufrads angeordnet ist. Jede Düsenwelle wird durch ein entsprechendes Stützloch in einem der Basisringe drehbar gehalten.
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Ein Führungsring ist an einer Seite, in der oben erwähnten axialen Richtung, der Basisringe vorgesehen. Der Führungsring ist konzentrisch mit dem Turbinenlaufrad angeordnet. Mehrere Stützkrallen sind radial an einer äußeren Umfangskante des Führungsringes in Abständen in der Umfangsrichtung desselben ausgebildet. Die mehreren Stützkrallen halten einen Antriebsring drehbar in der Vorwärtsrichtung und der Rückwärtsrichtung um die Drehachse des Turbinenlaufrads. Hierbei dreht sich der Antriebsring durch den Antrieb eines Drehantriebs in die Vorwärtsrichtung oder die Rückwärtsrichtung. Der Antriebsring ist mit Eingriffsabschnitten versehen, von denen es gleich viele gibt wie variable Düsen. Die Eingriffsabschnitte sind in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet. Zudem ist ein Synchronverbindungselement (ein Düsenverbindungselement) fest eingebaut mit der Düsenwelle jeder variablen Düse verbunden. Ein Spitzenende eines jeden Synchronverbindungselements ist mit dem entsprechenden Eingriffsabschnitt des Antriebsrings in Eingriff.
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Wenn sich der Antriebsring in die Vorwärtsrichtung dreht, schwenken die mehrere Synchronverbindungselemente in die Vorwärtsrichtung, wobei sich die mehreren variablen Düsen synchron in die Vorwärtsrichtung (die Öffnungsrichtung) drehen. Dies erhöht die Durchtrittsfläche für ein Abgas, das der Turbinenlaufradseite zugeführt wird. Andererseits, wenn sich der Antriebsring in die Rückwärtsrichtung dreht, schwenken die mehreren Synchronverbindungselemente in die Rückwärtsrichtung, wobei sich die mehreren variablen Düsen synchron in die Gegenrichtung (die Schließrichtung) drehen. Dies verringert die Durchtrittsfläche für das Abgas.
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Wie zuvor beschrieben, benötigt die variable Düseneinheit des Stands der Technik den Führungsring, den Antriebsring und die mehreren Synchronverbindungselemente in dem Aufbau, um die mehreren variablen Düsen synchron in die Vorwärtsrichtung oder die Rückwärtsrichtung zu drehen. Dadurch erhöht sich die Anzahl der Komponenten der variablen Düseneinheit und der Aufbau der variablen Düseneinheit ist kompliziert. Darüber hinaus führt die Erhöhung der Anzahl von Bauteilen zu einer Erhöhung der Herstellungskosten der variablen Düseneinheit, mit anderen Worten, zu Komplikationen beim Aufbau eines variablen Turbinengeometrie-Ladersystems und zu einer Erhöhung der Herstellungskosten des variablen Turbinengeometrie-Ladersystems.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine variable Düseneinheit und ein variables Turbinengeometrie-Ladersystem bereitzustellen, wobei jedes in der Lage ist, Komplikationen beim Aufbau und eine Erhöhung der Herstellungskosten zu verhindern.
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Ein Kern eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung betrifft eine variable Düseneinheit, die mit einer einstellbaren Durchtrittsfläche für ein Abgas, das einem Turbinenlaufrad in einem variablen Turbinengeometrie-Ladersystem zugeführt werden soll, ausgebildet ist. Die variable Düseneinheit umfasst: einen konzentrisch mit dem Turbinenlaufrad angeordneten Basisring, wobei der Basisring mehrere in Umfangsrichtung des Basisrings angeordnete Stützlöcher und mehrere Führungsklauen aufweist, die integral an einer Seitenfläche des Basisrings auf einer Seite in einer axialen Richtung des Turbinenlaufrads ausgebildet und radial in Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei jede Führungsklaue eine Führungsnut an dessen Spitzenendseite aufweist; mehrere variable Düsen, die in dem Basisring in Umfangsrichtung angeordnet sind, um das Turbinenlaufrad zu umgeben, wobei jede variable Düse drehbar um eine Drehachse angeordnet ist, die parallel zu einer Drehachse des Turbinenlaufrads liegt; einen Antriebsring, der durch die Führungsnuten der Führungsklauen geführt wird, um sich entweder in eine Vorwärtsrichtung oder eine Rückwärtsrichtung um die Drehachse des Turbinenlaufrads zu drehen, wobei der Antriebsring mehrere Eingriffsabschnitte in Umfangsrichtung des Antriebsrings aufweist; und mehrere Synchronverbindungselemente, die jeweils einen unteren Endabschnitt, der integral mit einer Düsenwelle der entsprechenden variablen Düse verbunden ist, und einen vorderen Endabschnitt, der mit dem entsprechenden Eingriffsabschnitt des Antriebsrings in Eingriff ist, aufweisen.
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Es ist zu beachten, dass der Begriff ”angeordnet” in zweiter Linie einen Zustand des direkten Anordnens und des indirekten Anordnens unter Zwischenschaltung einer anderen Komponente bedeutet. Indessen bezeichnet ”in dem Basisring in Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet, um das Turbinenlaufrad zu umgeben” in zweiter Linie einen Zustand des Anordnens in Abständen in der Umfangsrichtung, um das Turbinenlaufrad zwischen einem Paar von Basisringen (einen ersten Basisring und einen zweiten Basisring) zu umgeben, die entfernt voneinander und gegenüberliegend zueinander in der axialen Richtung angeordnet sind. Ferner bedeutet ”vorgesehen” in zweiter Linie einen Zustand des direkten Bereitstellens, einen Zustand des indirekten Anordnens unter Zwischenschaltung einer anderen Komponente, und einen Zustand des Ausbildens.
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Ein Kern eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung betrifft ein variables Turbinengeometrie-Ladersystem, das ausgebildet ist, Luft aufzuladen, die einem Motor unter Verwendung der Energie eines Abgases aus dem Motor zugeführt werden soll, wobei das variable Turbinengeometrie-Ladersystem die variable Düseneinheit gemäß dem ersten Aspekt umfasst.
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Die vorliegende Erfindung kann somit eine variable Düseneinheit und ein variables Turbinengeometrie-Ladersystem bereitstellen, wobei jedes in der Lage ist, Komplikation bei der Zusammensetzung und eine Erhöhung der Herstellungskosten zu verhindern.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine vergrößerte Ansicht eines mit einem Pfeil I gekennzeichneten Abschnitts in 6.
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2 ist eine vergrößerte Ansicht eines mit einem Pfeil II gekennzeichneten Abschnitts in 1.
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3 ist eine Ansicht, die einen Teil einer variablen Düseneinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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4A ist eine Ansicht, die einen Düsenring gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 4B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IVB-IVB in 4A.
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5A ist eine Ansicht, die einen Stützring gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 56 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VB-VB in 5A.
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6 ist eine vordere Querschnittsansicht eines variablen Turbinengeometrie-Ladersystems gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Nachfolgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 6 beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnet das Zeichen ”R” nach rechts, während das Zeichen ”L” nach links bedeutet.
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Ein variables Turbinengeometrie-Ladersystem 1 gemäß der Ausführungsform ist in 6 gezeigt. Das variable Turbinengeometrie-Ladersystem 1 lädt (komprimiert) Luft auf, die einem Motor (nicht gezeigt) unter Verwendung der Energie eines Abgases aus dem Motor zugeführt werden soll.
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Das variable Turbinengeometrie-Ladersystem 1 umfasst ein Lagergehäuse 3. Ein Radiallager 5 und ein Paar Drucklager 7 sind innerhalb des Lagergehäuses 3 vorgesehen. Zusätzlich ist eine Rotorwelle (eine Turbinenwelle) 9, die sich in einer Rechts-Links-Richtung erstreckt, drehbar an den mehreren Lagern 5 und 7 vorgesehen. Mit anderen Worten ist die Rotorwelle 9 durch die mehreren Lager 5 und 7 innerhalb des Lagergehäuses 3 drehbar ausgebildet.
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Ein Verdichtergehäuse 11 ist an einer rechten Seite des Lagergehäuses 3 vorgesehen. Im Inneren des Verdichtergehäuses 11 ist ein Verdichterlaufrad 13 drehbar um seine Drehachse S (mit anderen Worten, eine Drehachse der Rotorwelle 9) vorgesehen. Das Verdichterlaufrad 13 komprimiert die Luft unter Verwendung von Zentrifugalkraft, die durch die Rotation desselben erzeugt wird. Indessen weist das Verdichterlaufrad 13 ein Verdichterrad (eine Verdichterscheibe) 15, das fest eingebaut mit einem rechten Endabschnitt der Rotorwelle 9 verbunden ist, und mehrere Verdichterschaufeln 17, die an einer Außenumfangsfläche des Verdichterlaufrades 15 in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung vorgesehen sind, auf.
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Eine Luftzufuhröffnung 19 zum Zuführen der Luft ist auf der Einlassseite (eine stromaufwärts gelegene Seite in einer Luftströmungsrichtung) des Verdichterlaufrads 13 in dem Verdichtergehäuse 11 gebildet.
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Die Luftzufuhröffnung 19 ist mit einem Luftreiniger (nicht gezeigt) verbunden, der zum Reinigen der Luft ausgebildet ist. Indessen ist ein ringförmiger Diffusorkanal 21 zum Beaufschlagen der Druckluft mit Druck auf einer Auslassseite (eine stromabwärts gelegene Seite in der Luftströmungsrichtung) des Verdichterlaufrades 13 zwischen dem Lagergehäuse 3 und dem Verdichtergehäuse 11 ausgebildet. Darüber hinaus ist ein spiralförmiger Verdichterkanal 23 mit einer Spiralform im Inneren des Verdichtergehäuses 11 ausgebildet. Der spiralförmige Verdichterkanal 23 steht mit dem Diffusorkanal 21 in Verbindung. Zusätzlich ist eine Luftaustrittsöffnung 25 zur Abgabe der Druckluft an einer geeigneten Position in dem Verdichtergehäuse 11 ausgebildet. Die Luftaustrittsöffnung 25 steht mit dem spiralförmigen Verdichterkanal 23 in Verbindung und ist mit einem Luftansaugkrümmer (nicht gezeigt) des Motors verbunden.
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Wie in 1 und 6 gezeigt, ist ein Turbinengehäuse 27 auf einer linken Seite des Lagergehäuses 3 vorgesehen. Ein Turbinenlaufrad 29 ist in dem Turbinengehäuse 27 derart angeordnet, dass es um seine Drehachse S (die Drehachse des Turbinenlaufrades 29 oder die Drehachse der Rotorwelle 9) drehbar ist. Das Turbinenlaufrad 29 erzeugt durch Verwendung von Druckenergie des Abgases eine Drehkraft (Drehmoment). Das Turbinenlaufrad 29 weist ein Turbinenrad (eine Turbinenscheibe) 31, das integral an einem linken Endabschnitt der Rotorwelle 9 vorgesehen ist, und mehrere Turbinenschaufeln 33, die an einer Außenumfangsfläche des Turbinenrades 31 in gleichmäßigen Abständen in die Umfangsrichtung vorgesehen sind, auf. Hier sind die Spitzenendkanten 33t der mehreren Turbinenschaufeln 33 mit einer Abdeckwand 27f des Turbinengehäuses 27 abgedeckt.
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Eine Gaszufuhröffnung 35 zum Zuführen des Abgases ist an einer geeigneten Position in dem Turbinengehäuse 27 ausgebildet. Die Gaszufuhröffnung 35 ist mit einem Luftabgaskrümmer (nicht gezeigt) des Motors verbunden ist. Ein spiralförmiger Turbinenkanal 37 mit einer Spiralform ist an einer Einlassseite (eine stromaufwärts gelegen Seite in einer Abgasströmungsrichtung) des Turbinenlaufrades 29 innerhalb des Turbinengehäuses 27 ausgebildet. Der spiralförmige Turbinenkanal 37 steht mit der Gaszufuhröffnung 35 in Verbindung. Darüber hinaus ist eine Gasaustrittsöffnung 39 zur Abgabe des Abgases an einer Auslassseite (eine stromabwärts gelegene Seite in der Abgasströmungsrichtung) des Turbinenlaufrades 29 in dem Turbinengehäuse 27 ausgebildet. Die Gasaustrittsöffnung 39 ist mit einem Schadstoffbegrenzungssystem (nicht gezeigt) verbunden, das zum Reinigen des Abgases ausgebildet ist.
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Eine Wärmeschutzplatte 41 ist an einer linken Seitenfläche des Lagergehäuses 3 vorgesehen. Die Wärmeschutzplatte 41 weist eine Ringform auf und hält Wärme von der Turbinenlaufradseite 29 ab. Ein ringförmiges Vorspannelement 43, wie etwa eine Tellerfeder oder ein Federring, ist zwischen der linken Seitenfläche des Lagergehäuses 3 und einem äußeren Randabschnitt der Wärmeschutzplatte 41 vorgesehen.
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Das variable Turbinengeometrie-Ladersystem 1 ist mit einer variablen Düseneinheit 45 ausgestattet, die eine Durchtrittsfläche (eine Strömungsrate) für das Abgas, das einer Turbinenlaufradseite 29 zugeführt werden soll, einstellt.
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Ein Aufbau der variablen Düseneinheit 45 wird nun beschrieben. Wie in 1 bis 4B gezeigt, ist ein erster Düsenring 47, der als ein erster Basisring dient, in dem Turbinengehäuse 27 konzentrisch mit dem Turbinenlaufrad 29 angeordnet. Der erste Düsenring 47 weist mehrere Stützlöcher 49 auf, die in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Stützlöcher 49 sind so gebildet, dass sie den ersten Düsenring 47 durchdringen. Indessen ist ein innerer Randabschnitt des ersten Düsenrings 47 an einen äußeren Randabschnitt (ein Stufenabschnitt an einer Außenkantenseite) der Wärmeschutzplatte 41 befestigt.
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Wie in 4A und 4B gezeigt, sind mehrere Führungsklauen 51 integral auf einer rechten Seitenfläche des ersten Düsenrings 47 (eine Seitenfläche auf einer Seite in einer axialen Richtung des Turbinenlaufrades 29) ausgebildet. Die mehreren Führungsklauen 51 sind außerhalb der Stützlöcher 49 in radialen Richtungen angeordnet und sind somit radial in Abständen in der Umfangsrichtung der ersten Düsenrings 47 ausgebildet. Darüber hinaus umfasst jede Führungsklaue 51 eine Führungsnut 53 mit einem U-förmigen Querschnitt, die an einer Spitzenendseite (der Radialaußenseite) der Führungsklaue 51 durch Drehen ausgebildet ist. Bodenflächen 53b der Führungsnuten 53 sind auf dem gleichen Umfang C, der an dem Drehpunkt S des Turbinenlaufrades 29 (der Drehpunkt des ersten Düsenrings 47) zentriert ist, angeordnet. Weiterhin ist ein Vorsprungsabschnitt 55 an einem inneren Randabschnitt (an einer inneren Umfangsflächenseite) der rechten Seitenfläche des ersten Düsenrings 47 gebildet. Der Vorsprungsabschnitt 55 ragt nach rechts (in Richtung der einen Seite in der oben erwähnten axialen Richtung) aus dem ersten Düsenring 47 hervor. Zudem ist der Vorsprungsabschnitt 55 integral mit Basisabschnitten der Führungsklauen 51 ausgebildet, wodurch sich die Festigkeit von jeder der Führungsklauen 51 erhöht. Hier kann der Vorsprungsabschnitt 55 beispielsweise in einer Ringform ausgebildet sein, um die Basisabschnitte der Führungsklauen 51 miteinander zu verbinden.
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Wie in 1 bis 3 gezeigt, ist ein zweiter Düsenring 57, der als ein zweiter Basisring dient, an einer Position vorgesehen, die sich entfernt und gegenüberliegend vom ersten Düsenring 47 in der Rechts-Links-Richtung (der axialen Richtung des Turbinenlaufrades 29) befindet. Der zweite Düsenring 57 ist mittels mehrerer (drei oder mehr) Verbindungsstifte 59, die in der Umfangsrichtung des zweiten Düsenrings 57 angeordnet sind, integral und konzentrisch mit dem ersten Düsenring 47 ausgebildet. Die mehreren Verbindungsstifte 59 definieren einen Zwischenraum zwischen einer Stirnfläche (eine Seitenfläche auf der anderen Seite in der axialen Richtung des Turbinenlaufrades 29) des ersten Düsenrings 47 und einer Stirnfläche (eine Seitenfläche auf der einen Seite in der axialen Richtung des Turbinenlaufrades 29). Hierin kann der zweite Düsenring 57, wie in den zuvor zitierten Patentdokumenten 1 und 2 gezeigt ist, einen Abdeckungsabschnitt umfassen, um die Spitzenendkanten 33t der mehrere Turbinenschaufeln 33 abzudecken.
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Wie in 1 und 2 gezeigt, sind mehrere variable Düsen 61 zwischen der Stirnfläche des ersten Düsenrings 47 und der Stirnfläche des zweiten Düsenrings 57 angeordnet. Die mehreren variablen Düsen 61 sind derart angeordnet, dass sie das Turbinenlaufrad 29 in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung umgeben. Jede variable Düse 61 ist ausgebildet, sich in Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen (in Auf- und Zu-Richtungen) um ihre Drehachse, die parallel zu der Drehachse S des Turbinenlaufrades 29 liegt, zu drehen. Eine Düsenwelle 63 ist an einer rechten Seitenfläche (eine Seitenfläche auf der einen Seite in der oben erwähnten axialen Richtung) einer jeden variablen Düse 61 integral ausgebildet. Jede Düsenwelle 63 wird durch ein entsprechendes Stützloch 49, das in dem ersten Düsenring 47 vorgesehen ist, drehbar gehalten. Anschlagstifte (nicht gezeigt) sind an geeigneten Positionen zwischen der Stirnfläche des ersten Düsenrings 47 und der Stirnfläche des zweiten Düsenrings 57 vorgesehen. Die Anschlagstifte (nicht gezeigt) fixieren die Drehung der mehreren variablen Düsen 61 in der Vorwärtsrichtung (oder Rückwärtsrichtung) außerhalb vorgegebener Drehpositionen. In dieser Ausführungsform umfasst jede variable Düse 61 die einzelne Düsenwelle 63. Es kann jedoch eine weitere Düsenwelle (nicht gezeigt) an einer linken Seitenfläche (eine Seitenfläche auf der anderen Seite in der oben erwähnten axialen Richtung) einer jeden variablen Düse 61 integral gebildet werden, und diese weitere Düsenwelle kann durch ein weiteres entsprechendes Stützloch (nicht gezeigt) in dem zweiten Düsenring 57 drehbar gehalten werden. Indessen sind die variablen Düsen 61 in dieser Ausführungsform in gleichbleibenden Abständen in der Umfangsrichtung ausgebildet. Jedoch müssen derartige Abstände in Anbetracht der Formen und anderer Faktoren der einzelnen variablen Düsen 61 nicht immer gleichmäßig ausgebildet sein.
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Eine ringförmige Behälterkammer 65 ist auf der gegenüberliegenden Seite (der einen Seite in der oben genannten axialen Richtung) des ersten Düsenrings 47 von der Stirnfläche gebildet. Ein Mechanismus zur synchronen Drehung der mehreren variablen Düsen 61 in die Vorwärtsrichtung oder die Rückwärtsrichtung (in die Auf-Richtung oder in die Zu-Richtung) ist innerhalb der Behälterkammer 65 vorgesehen.
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Der Mechanismus zur synchronen Drehung der mehreren variablen Düsen 61 in die Vorwärtsrichtung oder die Rückwärtsrichtung wird nun beschrieben. Wie in 1 bis 3 gezeigt, führen die Führungsnuten 53 der Führungsklauen 51 einen Antriebsring 67 in einer solchen Weise, dass sich der Antriebsring 67 um die Drehachse S des Turbinenlaufrades 29 (die Drehachse des ersten Düsenrings 47) drehen kann. Der Antriebsring 67 dreht sich in die Vorwärtsrichtung oder die Rückwärtsrichtung durch Antrieb eines Drehantriebs 69, wie einen Elektromotor oder einen Hydraulikzylinder. Darüber hinaus sind vertiefte Eingriffsabschnitte (Eingriffsabschnitte) 71 in einem inneren Randabschnitt des Antriebsrings 67 ausgebildet. Die vertieften Eingriffsabschnitte 71 nehmen in dem Antriebsring 67 radial nach außen ab. Es gibt genauso viele vertiefte Eingriffsabschnitte 71 wie variable Düsen 61. Ein weiterer vertiefter Eingriffsabschnitt (eine weiterer Eingriffsabschnitt) 73 ist an einer geeigneten Position in dem inneren Randabschnitt des Antriebsrings 67 ausgebildet. Wie die vertieften Eingriffsabschnitte 71 nimmt auch der vertiefte Eingriffsabschnitt 73 in dem Antriebsring 67 radial nach außen ab. Darüber hinaus werden Basisabschnitte der Synchronverbindungselemente (Düsenverbindungselemente) 75 integral mit den Düsenwellen 63 der variablen Düsen 61 verbunden. Ein Spitzenendabschnitt eines jeden Synchronverbindungselements 75 ist mit dem entsprechenden vertieften Eingriffsabschnitt 71 in dem Antriebsring 67 in Eingriff.
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Eine Antriebswelle 77 ist an einem linken Seitenabschnitt des Lagergehäuses 3 vorgesehen, die durch die Zwischenschaltung einer Buchse 79 einen fest angebrachten Abschnitt des variablen Turbinengeometrie-Ladersystems 1 bildet. Die Antriebswelle 77 ist drehbar um seine Drehachse ausgebildet, die parallel zur Drehachse des Turbinenlaufrades 29 liegt. Ein rechter Endabschnitt (der eine Endabschnitt) der Antriebswelle 77 ist über einen Kraftübertragungsmechanismus 81 mit dem Drehantrieb 69 verbunden. Indessen ist ein Basisendabschnitt eines Antriebsverbindungselements 83 integral mit einem linken Endabschnitt (der weitere Endabschnitt) der Antriebswelle 77 verbunden. Ein Spitzenendabschnitt des Antriebsverbindungselements 83 ist mit dem anderen vertieften Eingriffsabschnitt (der weitere Eingriffsabschnitt) 73 des Antriebsrings 67 in Eingriff.
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Wie in 1, 2, 3, 5A und 5B gezeigt, ist ein Stützring 85 integral auf der gegenüberliegenden Oberfläche (die Seitenfläche auf der einen Endseite in der oben erwähnten axialen Richtung) des ersten Düsenrings 47 von der Stirnfläche vorgesehen. Der Durchmesser des Stützrings 85 ist größer als der Durchmesser des ersten Düsenrings 47. Ein innerer Randabschnitt des Stützrings 85 ist integral mit der gegenüberliegenden Fläche des ersten Düsenrings 47 von der Stirnfläche unter Verwendung rechter Endabschnitte (Endabschnitte) der mehreren Verbindungsstifte 59 verbunden. Darüber hinaus sind mehrere Verbindungsstücke 87 integral mit dem Stützring 85 an einer Innenumfangsfläche des Stützrings 85 ausgebildet. Die mehreren Verbindungsstücke 87 ragen radial nach innen aus dem Stützring 85 heraus. Zudem sind die mehreren Verbindungsstücke 87 in Abständen in der Umfangsrichtung des Stützrings 85 vorgesehen. Die Verbindungsstücke 87 sind integral mit der gegenüberliegenden Oberfläche des ersten Düsenrings 47 von der Stirnfläche verbunden. Jedes Verbindungsstück 87 ist mit einer Einführungsöffnung 89 zum Einsetzen des rechten Endabschnitts des entsprechenden Verbindungsstifts 59 versehen. Jede Einführungsöffnung 89 durchdringt das Verbindungsstück 87. Ein äußerer Randabschnitt des Stützrings 85 ist an das Lagergehäuse 3 befestigt und gleichzeitig zwischen dem Lagergehäuse 3 und dem Turbinengehäuse 27 sandwichartig angeordnet. Als Folge der Befestigung des äußeren Randabschnitts des Stützringes 85 an dem Lagergehäuse 3 ist der variable Düseneinheit 45 im Inneren des Turbinengehäuses 27 angeordnet.
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Wie in 1 und 2 gezeigt ist, sind mehrere Dichtungsringe 91 zwischen einer inneren Umfangsfläche des zweiten Düsenrings 57 und einer bestimmten Position des Turbinengehäuses 27 vorgesehen. Die Dichtungsringe 91 verhindern ein Austreten des Abgases aus der gegenüberliegenden Oberflächenseite des zweiten Düsenrings 57 von der Stirnfläche.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise und die Wirkung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Das aus dem Gaszufuhrkanal 35 zugeführte Abgas wird durch die spiralförmige Turbinenströmungskammer 37 von der Einlassseite zur Auslassseite des Turbinenlaufrades 29 zugeführt. Somit wird die Drehkraft (das Rotationsdrehmoment) unter Verwendung der Druckenergie des Abgases erzeugt. Die Rotorwelle 9 und das Verdichterlaufrad 13 können sich integral mit dem Turbinenlaufrad 29 unter Verwendung der erzeugten Drehkraft drehen. Dies ermöglicht eine Verdichtung der aus der Luftzufuhröffnung 19 zugeführten Luft und eine Abgabe der Luft aus der Luftaustrittsöffnung 25 durch den Diffusorkanal 21 und dem spiralförmigen Verdichterkanal 23. Somit ist es möglich, die Luft, die dem Motor zugeführt werden soll, aufzuladen (zu verdichten).
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Wenn, während des Betriebs des variablen Turbinengeometrie-Ladersystems 1, die Anzahl der Umdrehungen des Motors in einem hohen Drehzahlbereich liegt und eine Strömungsrate des Abgases entsprechend hoch ist, dreht sich die Antriebswelle 77 durch den Antrieb des Drehantriebs 69 in eine Richtung und das Antriebsverbindungselement 83 schwenkt in die eine Richtung. Der Antriebsring 67 dreht sich in der Vorwärtsrichtung durch das Schwenken des Antriebsverbindungselements 83. Wenn sich der Antriebsring 67 in die Vorwärtsrichtung dreht, schwenken die mehreren Synchronverbindungselemente 75 in die Vorwärtsrichtung, wodurch sich die mehreren variablen Düsen 61 synchron in die Vorwärtsrichtung (die Auf-Rrichtung) drehen. Die Öffnung jeder der variablen Düsen 61 wird durch die Drehung der mehreren variablen Düsen 61 in die Vorwärtsrichtung vergrößert. Somit ist es möglich, die Durchtrittsfläche (die Strömungsrate) für das Abgas, das der Turbinenlaufradseite 29 zugeführt werden soll, zu erhöhen, und eine große Menge des Abgases der Turbinenlaufradseite 29 zuzuführen.
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Wenn die Anzahl der Umdrehungen des Motors in einem niedrigen Drehzahlbereich liegt und die Strömungsrate des Abgases entsprechend gering ist, dreht sich die Antriebswelle 77 durch den Antrieb des Drehantriebs 69 in die andere Richtung und das Antriebsverbindungselement 83 schwenkt in die andere Richtung. Der Antriebsring 67 dreht sich durch das Schwenken des Antriebsverbindungselements 83 die Rückwärtsrichtung. Wenn sich der Antriebsring 67 in die Rückwärtsrichtung dreht, schwenken die mehrere Synchronverbindungselemente 75 in die Rückwärtsrichtung, wodurch sich die mehreren variablen Düsen 61 synchron in die Rückwärtsrichtung drehen. Die Öffnung jeder der variablen Düsen 61 wird durch die Rotation der mehreren variablen Düsen 61 in der Rückwärtsrichtung verkleinert. Somit ist es möglich, die Durchtrittsfläche für das Abgas, das der Turbinenlaufradseite 29 zugeführt werden soll, zu verkleinern, um so eine Strömungsgeschwindigkeit des Abgases zu erhöhen, um dadurch eine ausreichende Auslastung des Turbinenlaufrades 29 sicherzustellen.
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Die mehreren Führungsklauen 51 sind integral an der rechten Seitenfläche des ersten Düsenrings 47 außerhalb der Stützlöcher 49 in den Radialrichtungen und radial in Abständen in der Umfangsrichtung ausgebildet. Die Führungsnut 53 mit dem U-förmigen Querschnitt ist an der Spitzenendseite einer jeden Führungsklaue 51 vorgesehen.
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Dementsprechend ist es möglich, den erste Düsenring 47 mit einer Funktion als Führungsring zu versehen, um den Antriebsring 67 derart zu halten, dass sich der Antriebsring 67 in die Vorwärtsrichtung und die Rückwärtsrichtung um die Drehachse S des Turbinenlaufrades 29 drehen kann. Somit kann ein ansonst notwendiger Führungsring in dem Mechanismus zur synchronen Drehung der mehreren Düsen 61 in die Vorwärtsrichtung und die Rückwärtsrichtung weggelassen werden. Es ist zu beachten, dass die Querschnittsform jeder der Führungsnuten 53 beliebig ausgebildet sein kann, sofern die Führungsnuten 53 in stabiler und drehbarer Weise den Führungsring halten können. Beispielsweise kann eine der zwei Seitenflächen zum Definieren der Führungsnut 53 weggelassen werden. In diesem Fall ist der Querschnitt der Führungsnut 53 beispielsweise in der Form eines L ausgebildet.
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Die Führungsnuten 53 der Führungsklauen 51 werden durch Drehen gebildet. Infolgedessen ist es möglich, die Bodenflächen 53b der Führungsnuten 53 genau auf dem gleichen Umfang C anzuordnen. Da zudem der Vorsprungsabschnitt 55 an dem inneren Randabschnitt auf der rechten Seitenfläche des ersten Düsenrings 47 ausgebildet ist, ist es möglich, die Festigkeit von jeder der Führungsklauen 51 zu erhöhen, und dadurch während des Betriebs des variablen Turbinengeometrie-Ladersystems 1 Verformungen der mehreren Führungsklauen 51 zu unterdrücken. Wenn zudem der Vorsprungsabschnitt 55 derart ausgebildet ist, dass die Basisabschnitte der mehreren Führungsklauen 51 miteinander verbunden sind, kann der Vorsprungsabschnitt 55 die Festigkeit der mehreren Führungsklauen 51 noch weiter erhöhen und die Verformungen der mehreren Führungsklauen 51 noch weiter unterdrücken.
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Wie oben beschrieben, kann der ansonst notwendige Führungsring in dem Mechanismus zur synchronen Drehung der mehreren Düsen 61 in die Vorwärtsrichtung und die Rückwärtsrichtung weggelassen werden. Infolgedessen ist es möglich, die Anzahl der Komponenten der variablen Düseneinheit 45 zu reduzieren, und dadurch den Aufbau des variablen Düseneinheit 45 zu vereinfachen und die Herstellungskosten des variablen Düseneinheit 45 zu reduzieren. Mit anderen Worten ist es möglich, den Aufbau des variablen Turbinengeometrie-Ladersystems 1 zu vereinfachen und die Herstellungskosten des variablen Turbinengeometrie-Ladersystems 1 zu reduzieren.
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Darüber hinaus können die Bodenflächen 53b der Führungsnuten 53 genau auf dem gleichen Umfang C angeordnet werden und die Verformungen der mehreren Führungsklauen 51 können unterdrückt werden, während das variable Turbinengeometrie-Ladersystem 1 in Betrieb ist. Dementsprechend ist es möglich, einen Drehvorgang des Antriebsrings 67 zu stabilisieren und die Zuverlässigkeit (Funktionstüchtigkeit) der variablen Düseneinheit 45 oder die Zuverlässigkeit des variablen Turbinengeometrie-Ladersystems 1 zu verbessern.
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Es sollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung nicht nur auf die Beschreibungen der oben genannten Ausführungsform beschränkt ist, sondern auch auf verschiedene andere Arten ausgebildet sein kann. Es soll auch verstanden werden, dass der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2009-243300 [0002]
- JP 2009-243431 [0002]
