DE102021128839A1

DE102021128839A1 - Turbolader

Info

Publication number: DE102021128839A1
Application number: DE102021128839.8A
Authority: DE
Inventors: Takashi Tsukiyama; Tsuyoshi Uesugi
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-11-09
Filing date: 2021-11-05
Publication date: 2022-05-12
Anticipated expiration: 2041-11-06
Also published as: JP7405729B2; JP2022076158A; DE102021128839B4; US11492922B2; US20220145773A1; CN114458401A

Abstract

Ein Turbolader (20) umfasst ein Turbinenrad (90), ein Turbinengehäuse (60), ein Lagergehäuse (50), ein Verdichtergehäuse (30), eine Dichtungsplatte (40), einen variablen Schaufel- bzw. Turbinengeometriemechanismus (110), eine Durchgangswelle (120) und ein Federelement (150). Der variable Schaufelmechanismus (110) befindet sich innerhalb des Turbinengehäuses (60) und regelt die Menge des Abgases, das zum Turbinenrad (90) strömt. Die Durchgangswelle (120) erstreckt sich durch das Lagergehäuse (50) und ist mit dem variablen Schaufelmechanismus (110) verbunden. Das Federelement (150) drückt die Durchgangswelle (120) in Richtung des Verdichtergehäuses (30) heraus. Das Lagergehäuse (50) und die Dichtungsplatte (40) definieren eine Kühlkammer (20A), durch die Kühlmittel strömt. Das Federelement (150) befindet sich in der Kühlkammer (20A).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Turbolader.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Ein Turbolader, der in der japanischen Patentanmeldung JP 2020 - 076 328 A beschrieben ist, umfasst ein Turbinengehäuse, ein Lagergehäuse, eine Dichtungsplatte, ein Verdichtergehäuse und ein Turbinenrad. Das Turbinengehäuse nimmt das Turbinenrad auf. Das Lagergehäuse ist an dem Turbinengehäuse befestigt. Das Verdichtergehäuse ist an dem Lagergehäuse befestigt. Die Dichtungsplatte befindet sich zwischen dem Lagergehäuse und dem Verdichtergehäuse.
Der in der JP 2020 - 076 328 A beschriebene Turbolader umfasst auch einen variablen Schaufel- bzw. Turbinengeometriemechanismus, Durchgangswellen und Federelemente. Der variable Schaufelmechanismus befindet sich innerhalb des Turbinengehäuses. Mit dem variablen Schaufelmechanismus wird die Menge des zum Turbinenrad strömenden Abgases eingestellt. Die Durchgangswellen erstrecken sich durch das Lagergehäuse. Ein erstes Ende jeder der Durchgangswellen ist mit dem variablen Schaufelmechanismus verbunden. Ein zweites Ende der Durchgangswelle befindet sich zwischen dem Lagergehäuse und der Dichtungsplatte. Das Federelement ist am zweiten Ende der Durchgangswelle angebracht. Das Federelement drückt die Durchgangswelle in Richtung des Verdichtergehäuses heraus. Bei dieser Anordnung ist der variable Schaufel- bzw. Turbinengeometriemechanismus im Turbinengehäuse angeordnet.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei dem in der JP 2020 - 076 328 A beschriebenen Turbolader wird die Wärme vom Turbinengehäuse über das Lagergehäuse und die Durchgangswellen an die Dichtungsplatte übertragen. Dementsprechend ist es vorteilhaft, eine Kühlkammer vorzusehen, durch die Kühlmittel fließt, um die Durchgangswellen, die Dichtungsplatte usw. zu kühlen. Um die Kühlkammer vorzusehen, ist es jedoch notwendig, die Dichtungsplatte und das Verdichtergehäuse groß genug zu dimensionieren, um die Kühlkammer zu definieren, was zu einer Vergrößerung des Turboladers führen kann.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen Turbolader mit einem Turbinenrad, einem Turbinengehäuse, einem Lagergehäuse, einem Verdichtergehäuse, einer Dichtungsplatte, einem variablen Schaufel- bzw. Turbinengeometriemechanismus, einer Durchgangswelle und einem Federelement. Das Turbinenrad ist so konfiguriert, dass es sich durch eine Abgasströmung dreht. Das Turbinengehäuse nimmt das Turbinenrad auf. Das Lagergehäuse ist an dem Turbinengehäuse befestigt. Das Verdichtergehäuse ist an dem Lagergehäuse befestigt. Die Dichtungsplatte ist zwischen dem Lagergehäuse und dem Verdichtergehäuse angeordnet. Der variable Schaufelmechanismus befindet sich im Turbinengehäuse und ist so konfiguriert, dass er die Menge des Abgases, das zum Turbinenrad strömt, einstellt. Die Durchgangswelle erstreckt sich durch das Lagergehäuse und ist mit dem variablen Schaufelmechanismus verbunden. Das Federelement ist so konfiguriert, dass es die Durchgangswelle in Richtung des Verdichtergehäuses herausdrückt. Das Lagergehäuse und die Dichtungsplatte sind so gestaltet, dass sie eine Kühlkammer definieren, durch die ein Kühlmittel fließt. Das Federelement ist in der Kühlkammer angeordnet.
Bei dem Turbolader gemäß dem obigen Aspekt kann der Raum, der das Federelement aufnimmt, effektiv als Kühlkammer genutzt werden, wodurch die Notwendigkeit entfällt, eine neue Kühlkammer in dem Verdichtergehäuse und der Dichtungsplatte vorzusehen. Dementsprechend ist es verglichen mit dem Fall, dass die Kühlkammer und der Raum, der das Federelement aufnimmt, separat bereitgestellt werden, weniger wahrscheinlich oder unwahrscheinlich, dass der Turbolader groß dimensioniert ist.
Bei dem Turbolader gemäß dem obigen Aspekt kann das Federelement eine gewundene Wellenfeder sein. Im Allgemeinen ist die axiale Abmessung der gewundenen Wellenfeder kleiner als die axiale Abmessung beispielsweise einer Schraubenfeder. Außerdem ist im Allgemeinen die Änderung der Kraft in Abhängigkeit von der Größe der elastischen Verformung der gewundenen Wellenfeder geringer als beispielsweise die einer Tellerfeder; daher kann die auf ein Objekt aufgebrachte Kraft leicht eingestellt werden. Dementsprechend ist es mit der obigen Anordnung möglich, die Vergrößerung des Turboladers in der axialen Richtung der gewundenen Wellenfeder zu begrenzen und gleichzeitig eine ausreichend große Kraft zu gewährleisten, die von der gewundene Wellenfeder auf die Durchgangswelle ausgeübt wird.
Bei dem oben beschriebenen Turbolader kann eine Mehrzahl von Durchgangswellen an einem Umfang um eine Rotationsachse des Turbinenrades angeordnet sein, und die gewundene Wellenfeder kann die Rotationsachse umgeben und so konfiguriert sein, dass sie alle Durchgangswellen in Richtung des Verdichtergehäuses herausdrückt. Dann können alle Durchgangswellen so positioniert werden, dass sie in einer Umfangsrichtung um die Rotationsachse gleichwinklig beabstandet sind.
Bei dem so konstruierten Turbolader können alle Durchgangswellen durch eine einzige gewundene Wellenfeder herausgedrückt werden; daher wird die Zunahme der Anzahl der Bauteile begrenzt. Da außerdem ein großer Durchmesser als Durchmesser der gewundenen Wellenfeder gewährleistet werden kann, kann eine ausreichende elastische Kraft der gewundenen Wellenfeder leicht sichergestellt werden.
Bei dem Turbolader gemäß dem obigen Aspekt kann das Lagergehäuse eine Durchgangsbohrung enthalten, durch die die Durchgangswelle eingesetzt ist, und ein Dichtungselement, das einen Zwischenraum zwischen der Durchgangswelle und der Durchgangsbohrung abdichtet, kann zwischen einer äußeren Umfangsfläche der Durchgangswelle und einer inneren Umfangswand der Durchgangsbohrung angeordnet sein. Mit dieser Anordnung ist es möglich, die Abgasmenge, die, über einen Zwischenraum zwischen der äußeren Umfangsfläche der Durchgangswelle und der inneren Umfangswand der Durchgangsbohrung, vom Turbinengehäuse zum Verdichtergehäuse strömt, zu reduzieren.
Bei dem Turbolader, der wie oben beschrieben aufgebaut ist, kann das Lagergehäuse so konfiguriert sein, dass es einen Halteraum definiert, der das Dichtungselement hält, und der Halteraum kann mit der Kühlkammer in Verbindung stehen. Die Kühlkammer kann eine im Wesentlichen ringförmige Form haben. Bei dem so konstruierten Turbolader steht der Halteraum mit der Kühlkammer in Verbindung, so dass das Dichtungselement durch Wärmeaustausch mit dem durch die Kühlkammer strömenden Kühlmittel leicht gekühlt wird.
Bei dem so konstruierten Turbolader kann eine Halteplatte, die das Dichtungselement hält, an dem Lagergehäuse montiert sein, und das Dichtungselement kann sandwichartig zwischen einer Innenwand des Halteraums und einer Endfläche der Halteplatte angeordnet sein. Bei dem so konstruierten Turbolader liegt das Dichtungselement an der Halteplatte an, so dass das Dichtungselement daran gehindert wird, sich zu verschieben, um näher am Verdichtergehäuse zu sein.
Bei dem Turbolader gemäß dem obigen Aspekt kann das Verdichtergehäuse ein Verdichterrad aufnehmen, das mit dem Turbinenrad verbunden ist, und zumindest ein Teil der Kühlkammer kann außerhalb des Verdichterrads in einer radialen Richtung senkrecht zu einer Rotationsachse des Turbinenrads angeordnet sein. Bei dem so konstruierten Turbolader ist es weniger wahrscheinlich oder unwahrscheinlich, dass die Temperatur eines Abschnitts der Dichtungsplatte, der sich radial außerhalb des Verdichterrads befindet, aufgrund des Wärmeaustauschs mit dem Kühlmittel, das durch die Kühlkammer fließt, erhöht wird.
Figurenliste
Die Merkmale und Vorteile sowie die technische und wirtschaftliche Bedeutung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, hierbei zeigt:

1 eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors, in dem ein Turbolader gemäß einer Ausführungsform der Erfindung installiert ist;
2 eine Querschnittsansicht des Turboladers;
3 eine vergrößerte Querschnittsansicht von 2;
4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in 2; und
5 eine Querschnittsansicht entlang der Linie V-V in 4.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme auf 1 bis 5 wird eine Ausführungsform als ein Beispiel der Erfindung beschrieben. Zunächst wird der schematische Aufbau eines Verbrennungsmotors 10 eines Fahrzeugs beschrieben, in dem ein Turbolader 20 der Erfindung verwendet wird.
Wie in 1 dargestellt, umfasst der Verbrennungsmotor 10 einen Ansaugkanal 11, einen Zylinder 12, einen Auslasskanal 13 und einen Turbolader 20. Der Ansaugkanal 11 ermöglicht die Zufuhr von Ansaugluft von der Außenseite des Verbrennungsmotors 10. Der Zylinder 12 ist mit dem Ansaugkanal 11 verbunden. In dem Zylinder 12 werden Kraftstoff und Ansaugluft vermischt und verbrannt. Der Auslasskanal 13 ist mit dem Zylinder 12 verbunden. Über den Auslasskanal 13 kann das Abgas aus dem Zylinder 12 abgeleitet werden.
Der Turbolader 20 umfasst ein Verdichtergehäuse 30, eine Dichtungsplatte 40, ein Lagergehäuse 50, ein Turbinengehäuse 60, ein Verdichterrad 70, eine Verbindungswelle 80 und ein Turbinenrad 90.
Das Verdichtergehäuse 30 ist im Ansaugkanal 11 montiert. Das Turbinengehäuse 60 ist im Auslasskanal 13 montiert. Das Lagergehäuse 50 ist an dem Verdichtergehäuse 30 und dem Turbinengehäuse 60 befestigt und verbindet das Verdichtergehäuse 30 mit dem Turbinengehäuse 60. Somit erstreckt sich der Turbolader 20 über den Ansaugkanal 11 und den Auslasskanal 13. Die Dichtungsplatte 40 befindet sich zwar zwischen dem Lagergehäuse 50 und dem Verdichtergehäuse 30, aber in 1 ist die Dichtungsplatte 40 nicht dargestellt.
Im Turbinengehäuse 60 ist das Turbinenrad 90 aufgenommen. Im Lagergehäuse 50 ist die Verbindungswelle 80 aufgenommen. Das Lagergehäuse 50 stützt die Verbindungswelle 80 über ein Lager (nicht dargestellt) drehbar ab. Ein erstes Ende der Verbindungswelle 80 ist mit dem Turbinenrad 90 verbunden. Im Verdichtergehäuse 30 ist das Verdichterrad 70 aufgenommen. Das Verdichterrad 70 ist mit einem zweiten Ende der Verbindungswelle 80 verbunden. Das heißt, das Verdichterrad 70 ist über die Verbindungswelle 80 mit dem Turbinenrad 90 verbunden.
Wenn sich das Turbinenrad 90 durch den Abgasstrom innerhalb des Turbinengehäuses 60 dreht, dreht sich das Verdichterrad 70 über die Verbindungswelle 80 zusammen mit dem Turbinenrad 90. Durch die Drehung des Verdichterrades 70 wird die Ansaugluft im Verdichtergehäuse 30 verdichtet.
Als nächstes wird der spezifische Aufbau des Turboladers 20 beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung wird eine Richtung entlang einer Rotationsachse 90A als Drehpunkt des Turbinenrades 90 als „Rotationsachsenrichtung“ abgekürzt. Zudem wird eine Richtung senkrecht zur Rotationsachse 90A als „radiale Richtung“ abgekürzt.
Wie in 2 dargestellt, umfasst das Turbinengehäuse 60 einen bogenförmigen Abschnitt 60A und einen zylindrischen Abschnitt 60B. Der zylindrische Abschnitt 60B hat eine im Wesentlichen zylindrische Form. Der zylindrische Abschnitt 60B erstreckt sich im Wesentlichen entlang der Rotationsachse 90A als Drehpunkt des Turbinenrads 90. Der bogenförmige Abschnitt 60A erstreckt sich um den Außenumfang des zylindrischen Abschnitts 60B und hat eine im Wesentlichen bogenförmige Form.
Das Turbinengehäuse 60 definiert einen Schnecken- bzw. Spiralkanal 61, einen Gehäuseraum 62 und einen Auslasskanal 63 als Raum, durch den Abgas strömt. Der Spiralkanal 61 befindet sich innerhalb des bogenförmigen Abschnitts 60A und des zylindrischen Abschnitts 60B. Der Spiralkanal 61 erstreckt sich in einer Umfangsrichtung, so dass er das Turbinenrad 90 umgibt. Das stromaufwärtige Ende des Spiralkanals 61 ist mit dem Auslasskanal 13 auf der stromaufwärtigen Seite des Turbinengehäuses 60 verbunden. Das stromabwärtige Ende des Spiralkanals 61 ist mit dem Gehäuseraum 62 verbunden. Der Gehäuseraum 62 ist ein Teil des Innenraums des zylindrischen Abschnitts 60B, in dem sich das Turbinenrad 90 befindet. Der Gehäuseraum 62 ist mit dem Auslasskanal 63 verbunden. Der Auslasskanal 63 ist ein Teil des Innenraums des zylindrischen Abschnitts 60B, der ein dem Lagergehäuse 50 gegenüberliegendes Ende aufweist, nämlich das rechte Ende in 2. Das stromabwärtige Ende des Auslasskanals 63 ist mit dem Auslasskanal 13 auf der stromabwärtigen Seite des Turbinengehäuses 60 verbunden.
Der Turbolader 20 umfasst einen variablen Schaufel- bzw. Turbinengeometriemechanismus 110. Der variable Schaufelmechanismus 110 befindet sich innerhalb des Spiralkanals 61. Der variable Schaufelmechanismus 110 umfasst ein Trägerelement 111 und eine Mehrzahl von Schaufeln 112. Das Trägerelement 111 hat eine im Wesentlichen ringförmige Form, die das Turbinenrad 90 umgibt. Das Trägerelement 111 umfasst drei Einsetzlöcher 111A. Die Einsetzlöcher 111A erstrecken sich durch das Trägerelement 111 in Richtung der Rotationsachse. Die drei Einsetzlöcher 111A befinden sich auf einem Umfang mit einem Zentrum auf der Rotationsachse 90A. Die drei Einsetzlöcher 111A sind in Umfangsrichtung um die Rotationsachse 90A gleichwinklig beabstandet. Genauer gesagt, sind die drei Einsetzlöcher 111A in einem Abstand von 120 Grad angeordnet. In 2 ist nur ein Satz von Einsetzlöchern 111A und die dazugehörige Struktur dargestellt.
Das Trägerelement 111 stützt die Schaufeln 112. Die Schaufeln 112 sind so angeordnet, dass sie das Turbinenrad 90 umgeben. Die Schaufeln 112 werden durch einen Aktuator (nicht dargestellt) betätigt, so dass ihre Ausrichtungen relativ zum Turbinenrad 90 verändert werden. Dadurch werden die Richtung und die Menge des zum Turbinenrad 90 strömenden Abgases eingestellt und die Drehzahl des Turbinenrads 90 geregelt.
Das Lagergehäuse 50 umfasst einen Gehäusekörper 50A, einen ersten Flansch 50B und einen zweiten Flansch 50C. Der Gehäusekörper 50A ist ein massiver, im Wesentlichen zylindrischer Körper. Der erste Flansch 50B ragt von einer äußeren Umfangsfläche des Gehäusekörpers 50A heraus. Der erste Flansch 50B befindet sich an einem Endabschnitt des Gehäusekörpers 50A, der näher am Turbinengehäuse 60 liegt. Der erste Flansch 50B ist an dem bogenförmigen Abschnitt 60A des Turbinengehäuses 60 befestigt. Der zweite Flansch 50C ragt von der äußeren Umfangsfläche des Gehäusekörpers 50A heraus. Der zweite Flansch 50C ragt über den gesamten Umfang des Gehäusekörpers 50A hinaus und hat eine im Wesentlichen ringförmige Form. Der zweite Flansch 50C befindet sich an einem Endabschnitt des Gehäusekörpers 50A, der näher am Verdichtergehäuse 30 liegt.
Wie in 2 dargestellt, weist das Lagergehäuse 50 ein Einsetzloch 52, einen ausgesparten Abschnitt 53 und drei Durchgangsbohrungen 54 auf. Das Einsetzloch 52 erstreckt sich durch den Gehäusekörper 50A in Richtung der Rotationsachse. Das Einsetzloch 52 befindet sich auf der Mittelachse des Gehäusekörpers 50A. Die Verbindungswelle 80 ist durch das Einsetzloch 52 eingesetzt.
Wie in 3 gezeigt, ist der ausgesparte Abschnitt 53 von einer Endfläche des Gehäusekörpers 50A, die näher am Verdichtergehäuse 30 liegt, in Richtung des Turbinengehäuses 60 ausgespart. Der ausgesparte Abschnitt 53 hat eine im Wesentlichen ringförmige Form, die die Rotationsachse 90A umgibt. In Richtung der Rotationsachse gesehen, befindet sich der ausgesparte Abschnitt 53 in einem Bereich, der die drei Einsetzlöcher 111A des variablen Schaufelmechanismus 110 überlappt.
Wie in 4 dargestellt, definiert das Lagergehäuse 50 eine Einbringöffnung 56 und eine Auslassöffnung 57. Wie in 5 dargestellt, ist die Einbringöffnung 56 zum Boden des ausgesparten Abschnitts 53 hin offen. Die Öffnung der Einbringöffnung 56 befindet sich in der Nähe der Außenkante des ausgesparten Abschnitts 53. Die Einbringöffnung 56 ist mit einem Einführungsrohr (nicht dargestellt) verbunden, das mit dem Lagergehäuse 50 verbunden ist. Durch die Einbringöffnung 56 kann ein Kühlmittel in den ausgesparten Abschnitt 53 eingeleitet werden. Wie in 4 dargestellt, ist die Auslassöffnung 57 zu einem Teil des Bodens des ausgesparten Abschnitts 53 in der Nähe der Einbringöffnung 56 offen. Die Öffnung der Auslassöffnung 57 befindet sich in der Nähe der Außenkante des ausgesparten Abschnitts 53. Die Auslassöffnung 57 ist mit einem Abflussrohr (nicht dargestellt) verbunden, das mit dem Lagergehäuse 50 verbunden ist. Durch die Auslassöffnung 57 kann das in den ausgesparten Abschnitt 53 eingeleitete Kühlmittel abgeführt werden. Ein Beispiel für das Kühlmittel ist Kühlwasser.
Wie in 2 gezeigt, erstreckt sich jede der Durchgangsbohrungen 54 vom Boden des ausgesparten Abschnitts 53 zu einer Endfläche des Gehäusekörpers 50A, die näher am Turbinengehäuse 60 liegt, in Richtung der Rotationsachse. In Richtung der Rotationsachse gesehen, befinden sich die drei Durchgangsbohrungen 54 in denselben Abschnitten wie die drei Einsetzlöcher 111A des variablen Schaufelmechanismus 110. In Richtung der Rotationsachse gesehen, hat jede Durchgangsbohrung 54 eine im Wesentlichen runde Form.
Wie in 3 dargestellt, umfasst die Durchgangsbohrung 54 einen Halteraum 54A und einen Verbindungsraum 54B. Der Halteraum 54A ist ein Teil der Durchgangsbohrung 54 mit einem Ende, das näher am Verdichtergehäuse 30 liegt. Der Halteraum 54A steht nämlich mit dem ausgesparten Abschnitt 53 in Verbindung. Der Verbindungsraum 54B ist ein anderer Teil der Durchgangsbohrung 54 als der Halteraum 54A. Der Innendurchmesser des Verbindungsraums 54B ist im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Einsetzlochs 111A des variablen Schaufelmechanismus 110 und ist kleiner als der Innendurchmesser des Halteraums 54A.
Wie in 2 dargestellt, ist die Dichtungsplatte 40 an einer Endfläche des Gehäusekörpers 50A des Lagergehäuses 50 näher am Verdichtergehäuse 30 befestigt. Die Dichtungsplatte 40 hat die Form einer im Wesentlichen runden Platte. Der Außendurchmesser der Dichtungsplatte 40 ist größer als der Außendurchmesser des Gehäusekörpers 50A des Lagergehäuses 50 und ist kleiner als der Außendurchmesser des zweiten Flansches 50C des Lagergehäuses 50. Die Dichtungsplatte 40 ist mit Schrauben (nicht dargestellt) an einem im Wesentlichen zentralen bzw. mittleren Abschnitt des Gehäusekörpers 50A des Lagergehäuses 50 befestigt.
Die Dichtungsplatte 40 umfasst ein Einsetzloch 41 und einen ausgesparten Abschnitt 42. Das Einsetzloch 41 erstreckt sich durch die Dichtungsplatte 40 in Richtung der Rotationsachse. In Richtung der Rotationsachse gesehen, befindet sich das Einsetzloch 41 im Wesentlichen in der Mitte der Dichtungsplatte 40. Die Verbindungswelle 80 ist durch das Einsetzloch 41 eingeführt. Der ausgesparte Abschnitt 42 ist von einer Endfläche der Dichtungsplatte 40, die sich näher am Lagergehäuse 50 befindet, in Richtung des Verdichtergehäuses 30 ausgespart. Der ausgesparte Abschnitt 42 hat eine im Wesentlichen ringförmige Form, die die Rotationsachse 90A umgibt. In Richtung der Rotationsachse gesehen, befindet sich der ausgesparte Abschnitt 42 im gleichen Bereich wie der ausgesparte Abschnitt 53 des Lagergehäuses 50. In dieser Ausführungsform wirken daher die Dichtungsplatte 40 und das Lagergehäuse 50 zusammen, um einen Raum zwischen dem ausgesparten Abschnitt 42 der Dichtungsplatte 40 und dem ausgesparten Abschnitt 53 des Lagergehäuses 50 als Kühlkammer 20A zu definieren. Der gesamte Bereich der Kühlkammer 20A befindet sich radial außerhalb des Verdichterrades 70. Da der ausgesparte Abschnitt 42 der Dichtungsplatte 40 und der ausgesparte Abschnitt 53 des Lagergehäuses 50 eine im Wesentlichen ringförmige Form haben, hat die Kühlkammer 20A eine im Wesentlichen ringförmige Form.
Wie in 4 dargestellt, umfasst die Dichtungsplatte 40 einen festen Vorsprung 46 und eine Trennwand 47. Der feste Vorsprung 46 ragt von einer inneren Umfangsfläche des ausgesparten Abschnitts 42 an der radial äußeren Seite radial nach innen. In Richtung der Rotationsachse gesehen, befindet sich der feste Vorsprung 46 in der Nähe einer der drei Durchgangsbohrungen 54 des Lagergehäuses 50.
Wie in 5 dargestellt, ragt die Trennwand 47 vom Boden des ausgesparten Abschnitts 42 in Richtung des Turbinengehäuses 60. Ein distales bzw. vorderes oder entferntes Ende der Trennwand 47 befindet sich in der Nähe des Bodens des ausgesparten Abschnitts 53 des Lagergehäuses 50. Wie in 4 gezeigt, befindet sich die Trennwand 47, in Richtung der Rotationsachse gesehen, zwischen der Einbringöffnung 56 und der Auslassöffnung 57 des Lagergehäuses 50.
Wie in 3 dargestellt, umfasst der Turbolader 20 eine radial innere Dichtung 171 und eine radial äußere Dichtung 172. Die radial innere Dichtung 171 hat eine im Wesentlichen ringförmige Form, die die Rotationsachse 90A umgibt. Die radial innere Dichtung 171 befindet sich zwischen dem Gehäusekörper 50A des Lagergehäuses 50 und der Dichtungsplatte 40. Die radial innere Dichtung 171 befindet sich radial innerhalb der Kühlkammer 20A. Somit dichtet die radial innere Dichtung 171 einen radial inneren Abschnitt der Kühlkammer 20A ab.
Die radial äußere Dichtung 172 hat eine im Wesentlichen ringförmige Form, die die Rotationsachse 90A umgibt. Die radial äußere Dichtung 172 befindet sich zwischen dem zweiten Flansch 50C des Lagergehäuses 50 und der Dichtungsplatte 40. Die radial äußere Dichtung 172 befindet sich radial außerhalb der Kühlkammer 20A. Somit dichtet die radial äußere Dichtung 172 einen radial äußeren Abschnitt der Kühlkammer 20A ab.
Wie in 2 dargestellt, umfasst das Verdichtergehäuse 30 einen zylindrischen Abschnitt 30A und einen bogenförmigen Abschnitt 30B. Der zylindrische Abschnitt 30A hat eine im Wesentlichen zylindrische Form. Der zylindrische Abschnitt 30A erstreckt sich entlang der Rotationsachse 90A. Der bogenförmige Abschnitt 30B erstreckt sich um den Außenumfang des zylindrischen Abschnitts 30A und hat eine im Wesentlichen bogenförmige Form.
Das Verdichtergehäuse 30 definiert einen Einbringkanal 31, einen Gehäuseraum 32, einen Verbindungskanal 33 und einen Schnecken- bzw. Spiralkanal 34 als Raum, durch den Ansaugluft strömt. Der Einbringkanal 31 ist ein Teil des Innenraums des zylindrischen Abschnitts 30A, der ein der Dichtungsplatte 40 gegenüberliegendes Ende umfasst, nämlich das linke Ende in 2. Das stromaufwärtige Ende des Einbringkanals 31 ist mit dem Ansaugkanal 11 auf der stromaufwärtigen Seite des Verdichtergehäuses 30 verbunden. Das stromabwärtige Ende des Einbringkanals 31 ist mit dem Gehäuseraum 32 verbunden. Der Gehäuseraum 32 ist ein Teil des Innenraums des zylindrischen Abschnitts 30A mit Ausnahme des Einbringkanals 31. Im Gehäuseraum 32 ist das Verdichterrad 70 untergebracht.
Der Spiralkanal 34 befindet sich innerhalb des bogenförmigen Abschnitts 30B. Der Spiralkanal 34 erstreckt sich in Umfangsrichtung, so dass er das Verdichterrad 70 umgibt. Das stromabwärtige Ende des Spiralkanals 34 ist mit dem Ansaugkanal 11 auf der stromabwärtigen Seite des Verdichtergehäuses 30 verbunden. Der Verbindungskanal 33 befindet sich zwischen dem zylindrischen Abschnitt 30A des Verdichtergehäuses 30 und der Dichtungsplatte 40 und wird durch den zylindrischen Abschnitt 30A und die Dichtungsplatte 40 definiert. Der Verbindungskanal 33 befindet sich zwischen dem Gehäuseraum 32 und dem Spiralkanal 34 und verbindet den Gehäuseraum 32 mit dem Spiralkanal 34. In Richtung der Rotationsachse betrachtet, hat der Verbindungskanal 33 eine im Wesentlichen ringförmige Form.
Das Verdichtergehäuse 30 definiert einen Kühlkanal 36 als Raum, durch den Kühlmittel fließt. Der Kühlkanal 36 befindet sich in einem Abschnitt des zylindrischen Abschnitts 30A, der sich in der Nähe des Verbindungskanals 33 befindet. Der Kühlkanal 36 hat eine im Wesentlichen ringförmige Form, die das Verdichterrad 70 umgibt. Der Kühlkanal 36 ist mit einem Zufuhrkanal (nicht dargestellt) verbunden, der mit dem Verdichtergehäuse 30 verbunden ist. Das Kühlmittel strömt dann über den Zufuhrkanal in den Kühlkanal 36. Infolgedessen wird der zylindrische Abschnitt 30A usw. durch Wärmeaustausch mit dem durch den Kühlkanal 36 strömenden Kühlmittel gekühlt.
Wie in 3 dargestellt, umfasst der Turbolader 20 drei Durchgangswellen 120, Dichtungselemente 130, Halteplatte 140, Federelement 150 und Befestigungselement 160. Jede der Durchführungswellen 120 ist durch eine entsprechende Durchgangsbohrung 54 eingesetzt. Somit befinden sich die drei Durchgangswellen 120 auf einem Umfang um die Rotationsachse 90A. Außerdem sind die drei Durchgangswellen 120 so angeordnet, dass sie in Umfangsrichtung um die Rotationsachse 90A gleichwinklig beabstandet sind.
Wie in 2 und 3 gezeigt, umfasst die Durchgangswelle 120 einen Kopfabschnitt 121, einen Abschnitt mit großem Durchmesser 122, einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser 123 und einen festen Endabschnitt 124. Der Abschnitt mit dem großen Durchmesser 122 hat eine massive, im Wesentlichen zylindrische Form. Der Außendurchmesser des Abschnitts mit großem Durchmesser 122 ist im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Verbindungsraums 54B der Durchgangsbohrung 54 des Lagergehäuses 50. Der Abschnitt mit dem großen Durchmesser 122 ist durch die Durchgangsbohrung 54 des Lagergehäuses 50 und das Einsetzloch 111A des variablen Schaufelmechanismus 110 eingesetzt.
Der Kopfabschnitt 121 befindet sich an einem ersten Ende des Abschnitts mit großem Durchmesser 122. Der Kopfabschnitt 121 hat eine im Wesentlichen scheibenartige Form. Der Außendurchmesser des Kopfabschnitts 121 ist größer als der Außendurchmesser des Abschnitts mit großem Durchmesser 122. Der Kopfabschnitt 121 ist mit dem Trägerelement 111 verbunden. Die Durchgangswelle 120 ist nämlich mit dem variablen Schaufel- bzw. Turbinengeometriemechanismus 110 verbunden.
Wie in 3 dargestellt, befindet sich der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 123 an einem zweiten Ende des Abschnitts mit großem Durchmesser 122. Der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 123 hat eine massive, im Wesentlichen zylindrische Form. Der Außendurchmesser des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 123 ist kleiner als der Außendurchmesser des Abschnitts mit großem Durchmesser 122.
Der feste Endabschnitt 124 befindet sich an einem Ende des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 123 gegenüber dem Abschnitt mit großem Durchmesser 122. Der feste Endabschnitt 124 hat eine im Wesentlichen scheibenartige Form. Der Außendurchmesser des festen Endabschnitts 124 ist größer als der Außendurchmesser des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 123 und ist im Wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des Abschnitts mit großem Durchmesser 122.
Das Dichtungselement 130 befindet sich in dem Halteraum 54A des Lagergehäuses 50. Das Dichtungselement 130 hat eine im Wesentlichen ringförmige Form, die den Abschnitt mit dem großen Durchmesser 122 der Durchgangswelle 120 umgibt. Somit dichtet das Dichtungselement 130 einen Spalt zwischen der äußeren Umfangsfläche des Abschnitts mit großem Durchmesser 122 der Durchgangswelle 120 und der inneren Umfangswand des Halteraums 54A der Durchgangsbohrung 54 ab.
Die Halteplatte 140 befindet sich an der Unterseite des ausgesparten Abschnitts 53 des Lagergehäuses 50. Die Halteplatte 140 hat eine im Wesentlichen ringförmige Form, die die Rotationsachse 90A umgibt. Die Halteplatte 140 deckt den Halteraum 54A der Durchgangsbohrung 54 ab. Die Halteplatte 140 umfasst ein Einsetzloch 141. Das Einsetzloch 141 erstreckt sich durch die Halteplatte 140 in Richtung der Rotationsachse. In Richtung der Rotationsachse gesehen, befindet sich das Einsetzloch 141 im selben Bereich wie die Durchgangsbohrung 54. Der Innendurchmesser des Einsetzlochs 141 ist kleiner als der Innendurchmesser des Aufnahmeraums 54A der Durchgangsbohrung 54 und geringfügig größer als der Außendurchmesser des Abschnitts mit großem Durchmesser 122 der Durchgangswelle 120. Somit ist das Dichtungselement 130 in Richtung der Rotationsachse sandwichartig zwischen einer Endfläche der Halteplatte 140, die näher am Turbinengehäuse 60 liegt, und einer Innenwand des Aufnahmeraums 54A der Durchgangsbohrung 54 angeordnet. Die Halteplatte 140 hält nämlich das Dichtungselement 130. Außerdem steht der Halteraum 54A mit der Kühlkammer 20A über einen Zwischenraum zwischen der inneren Umfangswand des Einsetzlochs 141 der Halteplatte 140 und der äußeren Umfangsfläche des Abschnitts großen Durchmessers 122 der Durchgangswelle 120 in Verbindung.
Das Federelement 150 befindet sich in der Kühlkammer 20A. Das Federelement 150 hat eine im Wesentlichen ringförmige Form, die die Rotationsachse 90A umgibt. Die axiale Richtung des Federelements 150 fällt nämlich mit der Richtung der Rotationsachse zusammen. Das Federelement 150 ist näher am Verdichtergehäuse 30 angeordnet als die Halteplatte 140. Das Federelement 150 befindet sich radial innerhalb der Durchgangswelle 120, und zwar in einem Abschnitt, der näher an der Rotationsachse 90A liegt als die Durchgangswelle 120. Eine Endfläche des Federelements 150, die näher am Turbinengehäuse 60 liegt, stößt an eine Endfläche der Halteplatte 140, die näher am Verdichtergehäuse 30 liegt. Das Federelement 150 befindet sich in einem Zustand, in dem es in Richtung der Rotationsachse komprimiert ist. Ein Beispiel für das Federelement 150 ist eine gewundene Wellenfeder. In 3 und 5 ist das Federelement 150 in vereinfachter Form dargestellt.
Wie in 3 dargestellt, befindet sich das Befestigungselement 160 in der Kühlkammer 20A. Wie in 4 gezeigt, umfasst das Befestigungselement 160 einen ringförmigen Abschnitt 161, drei vorstehende Abschnitte 162 und drei Befestigungslöcher 165. Wie in 4 und 5 gezeigt, umfasst das Befestigungselement 160 außerdem einen radial inneren aufgerichteten Abschnitt 163 und drei radial äußere aufgerichtete Abschnitte 164.
Wie in 4 dargestellt, hat der ringförmige Abschnitt 161 die Form einer im Wesentlichen ringförmigen Platte, die die Rotationsachse 90A umgibt. Der Innendurchmesser des ringförmigen Abschnitts 161 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser des Federelements 150. Der Außendurchmesser des ringförmigen Abschnitts 161 ist etwas größer als der Außendurchmesser des Federelements 150. In Richtung der Rotationsachse gesehen, befindet sich der ringförmige Abschnitt 161 im selben Bereich wie das Federelement 150. Eine dem Turbinengehäuse 60 näher gelegene Endfläche des ringförmigen Abschnitts 161 stößt an eine dem Verdichtergehäuse 30 näher gelegene Endfläche des Federelements 150. Auf diese Weise drückt das Federelement 150 das Befestigungselement 160 in Richtung des Verdichtergehäuses 30 heraus.
Die vorstehenden Abschnitte 162 ragen von der Außenkante des ringförmigen Abschnitts 161 radial nach außen. In Richtung der Rotationsachse betrachtet, sind die vorstehenden Abschnitte 162 in Umfangsrichtung voneinander beabstandet und befinden sich in denselben Abschnitten wie die drei Einsetzlöcher 111A des variablen Schaufelmechanismus 110. Außerdem befindet sich einer der drei vorstehenden Abschnitte 162 in der Nähe des festen Vorsprungs 46 der Dichtungsplatte 40. In Richtung der Rotationsachse gesehen, befindet sich der feste Vorsprung 46 der Dichtungsplatte 40 in einer ersten Umfangsrichtung, nämlich in einer Richtung im Uhrzeigersinn in 4, neben dem oben genannten vorstehenden Abschnitt 162.
Wie in 4 dargestellt, erstrecken sich die Befestigungslöcher 165 durch den ringförmigen Abschnitt 161 und den vorstehenden Abschnitt 162 in Richtung der Rotationsachse. Jedes der Befestigungslöcher 165 hat die Form eines im Wesentlichen langgestreckten Lochs, das sich in Umfangsrichtung erstreckt. Der Innendurchmesser eines Abschnitts des Befestigungslochs 165, der sich in der ersten Umfangsrichtung befindet, nämlich in der Richtung im Uhrzeigersinn in 4, ist im Wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des Abschnitts 123 mit kleinem Durchmesser der Durchgangswelle 120 und ist kleiner als der Außendurchmesser des festen Endabschnitts 124 der Durchgangswelle 120. Der Innendurchmesser eines Abschnitts des Befestigungslochs 165, der sich in einer zweiten Umfangsrichtung, nämlich in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn in 4, befindet, ist größer als der Innendurchmesser des Abschnitts des Befestigungslochs 165, der sich in der ersten Umfangsrichtung befindet, und ist größer als der Außendurchmesser des festen Endabschnitts 124 der Durchgangswelle 120. Der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 123 der Durchgangswelle 120 ist durch den Abschnitt des Befestigungslochs 165 des Befestigungselements 160 eingesetzt, der sich in der ersten Umfangsrichtung befindet.
Wie in 3 gezeigt, stößt der feste Endabschnitt 124 der Durchgangswelle 120 an die Endflächen des ringförmigen Abschnitts 161 und des vorstehenden Abschnitts 162 des Befestigungselements 160, das sich näher am Verdichtergehäuse 30 befindet. Außerdem drückt, wie oben beschrieben, das Federelement 150 das Befestigungselement 160 in Richtung des Verdichtergehäuses 30 heraus. Somit drückt ein Federelement 150 die drei Durchgangswellen 120 über das Befestigungselement 160 in Richtung des Verdichtergehäuses 30 heraus. Dementsprechend ist der variable Schaufel- bzw. Turbinengeometriemechanismus 110 in dem Spiralkanal 34 des Turbinengehäuses 60 positioniert.
Das Befestigungselement 160 und die Dichtungsplatte 40 werden auf die folgende Weise montiert. Zunächst werden die festen Endabschnitte 124 der Durchgangswellen 120 durch die Abschnitte der Befestigungslöcher 165 des Befestigungselements 160, die sich in der zweiten Umfangsrichtung befinden, eingesetzt. Dann wird das Befestigungselement 160 in der zweiten Umfangsrichtung, d.h. gegen den Uhrzeigersinn in 4, relativ zu den Durchgangswellen 120 gedreht, so dass die Abschnitte mit kleinem Durchmesser 123 der Durchgangswellen 120 durch die Abschnitte der Befestigungslöcher 165 des Befestigungselements 160 eingesetzt werden, die sich in der ersten Umfangsrichtung befinden. Ferner ist die Dichtungsplatte 40 an dem Lagergehäuse 50 befestigt, so dass der feste Vorsprung 46 der Dichtungsplatte 40 gesehen in Richtung der Rotationsachse neben einem der drei vorstehenden Abschnitte 162 in der ersten Umfangsrichtung angeordnet ist, nämlich im Uhrzeigersinn in 4. Infolgedessen stoßen in einem Zustand, in dem die Dichtungsplatte 40 an dem Lagergehäuse 50 befestigt ist, der feste Vorsprung 46 der Dichtungsplatte 40 und der vorstehende Abschnitt 162 des Befestigungselements 160 aneinander, so dass das Befestigungselement 160 daran gehindert wird, sich in der ersten Umfangsrichtung, nämlich im Uhrzeigersinn in 4, relativ zu den Durchgangswellen 120 zu drehen.
Wie in 3 gezeigt, ragt der radial innere aufgerichtete Abschnitt 163 von der Innenkante des ringförmigen Abschnitts 161 in Richtung des Turbinengehäuses 60 vor. Der radial innere aufgerichtete Abschnitt 163 erstreckt sich über die gesamte Länge der Innenkante des ringförmigen Abschnitts 161 und hat eine im Wesentlichen ringförmige Form. Der radial innere aufgerichtete Abschnitt 163 befindet sich radial innerhalb des Federelements 150.
Wie in 5 gezeigt, ragen die radial äußeren aufgerichteten Abschnitte 164 von der Außenkante des ringförmigen Abschnitts 161 in Richtung des Turbinengehäuses 60 vor. Wie in 4 gezeigt, befindet sich jeder der radial äußeren aufgerichteten Abschnitte 164 zwischen zwei vorstehenden Abschnitten 162, die in Umfangsrichtung angeordnet sind, als Teile der Außenkante des ringförmigen Abschnitts 161. Einer der drei radial äußeren aufgerichteten Abschnitte 164 befindet sich in der Nähe der Trennwand 47 der Dichtungsplatte 40.
Als nächstes wird die Funktionsweise dieser Ausführungsform beschrieben. Wenn das Kühlmittel aus der Einbringöffnung 56 des Lagergehäuses 50 in die Kühlkammer 20A eingebracht wird, wie durch einen Pfeil mit einer Strichzweipunktlinie in 5 angezeigt, wird das Kühlmittel in der ersten Umfangsrichtung, nämlich im Uhrzeigersinn in 4, durch die Trennwand 47 und die radial äußeren aufgerichteten Abschnitte 164 geführt, wie durch Pfeile mit Strichzweipunktlinien in 4 angezeigt. Dann fließt das Kühlmittel in der Kühlkammer 20A in der ersten Umfangsrichtung. Das Kühlmittel, das durch die Kühlkammer 20A fließt, wird aus der Auslassöffnung 57 des Lagergehäuses 50 ausgetragen. Infolgedessen werden die Durchgangswellen 120, die Dichtungsplatte 40 usw. durch Wärmeaustausch mit dem durch die Kühlkammer 20A strömenden Kühlmittel gekühlt.
Als nächstes werden die Effekte dieser Ausführungsform beschrieben. (1) Wenn im Turbolader 20 der Raum, in dem das Federelement 150 untergebracht ist, getrennt von der Kühlkammer 20A vorgesehen ist, kann der Turbolader 20 aufgrund des Vorhandenseins des Raums und der Kühlkammer 20A groß dimensioniert sein.
In dieser Ausführungsform befindet sich das Federelement 150 innerhalb der Kühlkammer 20A, wie in 3 gezeigt. Somit kann der Raum, in dem das Federelement 150 untergebracht ist, effektiv als Kühlkammer 20A genutzt werden, wodurch es nicht erforderlich ist, eine neue Kühlkammer im Verdichtergehäuse 30 und in der Dichtungsplatte 40 vorzusehen. Dementsprechend ist es weniger wahrscheinlich oder unwahrscheinlich, dass der Turbolader 20 im Vergleich mit dem Fall, in dem die Kühlkammer 20A und der Raum, der das Federelement 150 aufnimmt, separat vorgesehen sind, groß dimensioniert ist.
(2) In dieser Ausführungsform ist das Federelement 150 eine gewundene Wellenfeder. Im Allgemeinen ist die axiale Abmessung einer gewundenen Wellenfeder kleiner als zum Beispiel die einer Schraubenfeder. Außerdem ist im Allgemeinen die Änderung der Kraft entsprechend dem Ausmaß der elastischen Verformung der gewundenen Wellenfeder kleiner als beispielsweise die einer Tellerfeder; daher kann die auf ein Objekt aufgebrachte Kraft leicht eingestellt werden. Dementsprechend ist es bei dem Turbolader 20 möglich, die Vergrößerung des Turboladers 20 in der axialen Richtung des Federelements 150, nämlich in der Richtung der Rotationsachse, zu begrenzen, während eine ausreichend große Kraft sichergestellt wird, die von dem Federelement 150 auf die Durchgangswellen 120 ausgeübt wird.
(3) In dieser Ausführungsform kann ein einziges Federelement 150 alle Durchgangswellen 120 herausdrücken; daher wird verhindert, dass die Anzahl der Komponenten beispielsweise durch das Vorsehen von zwei oder mehr Federelementen 150 erhöht wird. Außerdem hat das Federelement 150, das die Rotationsachse 90A umgibt, wahrscheinlich einen großen Durchmesser. Infolgedessen wird leichter eine ausreichend große elastische Kraft des Federelements 150 gewährleistet, verglichen mit der Anordnung, bei der das Federelement 150 die Rotationsachse 90A nicht umgibt.
(4) Das Dichtungselement 130 befindet sich zwischen der äußeren Umfangsfläche des Abschnitts mit großem Durchmesser 122 der Durchgangswelle 120 und der inneren Umfangswand der Durchgangsbohrung 54 des Lagergehäuses 50. Auf diese Weise ist es möglich, die Abgasmenge, die über einen Zwischenraum zwischen der Außenumfangsfläche des Abschnitts mit großem Durchmesser 122 der Durchgangswelle 120 und der Innenumfangswand der Durchgangsbohrung 54 des Lagergehäuses 50 vom Turbinengehäuse 60 zum Verdichtergehäuse 30 strömt, zu reduzieren.
(5) Das Dichtungselement 130 befindet sich in dem Halteraum 54A, der mit der Kühlkammer 20A in Verbindung steht. Da der Halteraum 54A mit der Kühlkammer 20A in Verbindung steht, fließt ein Teil des Kühlmittels, das durch die Kühlkammer 20A fließt, in den Halteraum 54A. Somit kann das Dichtungselement 130 durch Wärmeaustausch mit dem in den Halteraum 54A fließenden Kühlmittel gekühlt werden.
(6) Das Dichtungselement 130 ist in Richtung der Rotationsachse sandwichartig zwischen der dem Turbinengehäuse 60 zugewandten Endseite der Halteplatte 140 und der Innenwand des Aufnahmeraums 54A der Durchgangsbohrung 54 gehalten. Dadurch liegt das Dichtungselement 130 an der Halteplatte 140 an, so dass das Dichtungselement 130 daran gehindert wird, näher an das Verdichtergehäuse 30 verschoben zu werden. Infolgedessen ist es möglich, eine Situation zu verhindern, in der die Dichtungswirkung des Dichtungselements 130 aufgrund einer Verschiebung des Dichtungselements 130 aus dem Halteraum 54A in die Kühlkammer 20A nicht erzielt werden kann.
(7) Im Turbolader 20 wird die Temperatur der Ansaugluft im Verbindungskanal 33 erhöht, wenn die Ansaugluft im Verdichtergehäuse 30 durch die Drehung des Verdichterrades 70 verdichtet wird. Wenn die Temperatur der Ansaugluft im Verbindungskanal 33 ansteigt, wird die Temperatur eines Teils der Dichtungsplatte 40, die sich radial außerhalb des Verdichterrads 70 befindet, wahrscheinlich ansteigen.
In dieser Hinsicht befindet sich der gesamte Bereich der Kühlkammer 20A radial außerhalb des Verdichterrads 70. Daher ist es weniger wahrscheinlich oder unwahrscheinlich, dass die Temperatur des Teils der Dichtungsplatte 40, der sich radial außerhalb des Verdichterrads 70 befindet, aufgrund des Wärmeaustauschs mit dem Kühlmittel, das durch die Kühlkammer 20A fließt, erhöht wird.
(8) In dieser Ausführungsform befindet sich der radial innere aufgerichtete Abschnitt 163 radial innerhalb des Federelements 150. Dementsprechend wird die radiale Bewegung des Federelements 150 durch den radial inneren aufgerichteten Abschnitt 163 eingeschränkt. Somit wird eine übermäßige Verschiebung des Federelements 150 verhindert.
(9) In dieser Ausführungsform befindet sich die Trennwand 47 zwischen der Einbringöffnung 56 und der Auslassöffnung 57. Dann definieren die Trennwand 47 und die radial äußeren aufgerichteten Abschnitte 164 einen Durchgang, der sich in Umfangsrichtung erstreckt. Somit fließt das in die Kühlkammer 20A zugeführte Kühlmittel in Umfangsrichtung in der Kühlkammer 20A und verteilt sich wahrscheinlich über die gesamte Kühlkammer 20A.
Diese Ausführungsform kann wie folgt modifiziert und umgesetzt werden. Diese Ausführungsform und die folgenden modifizierten Beispiele können in einem technisch kompatiblen Bereich kombiniert werden.
Im Folgenden werden modifizierte Ausführungsbeispiele des Federelements beschrieben. In der dargestellten Ausführungsform ist das Federelement 150 nicht auf die gewundene Wellenfeder beschränkt. Beispielsweise kann als Federelement 150 eine Tellerfeder oder eine Schraubenfeder verwendet werden. Auch bei dieser Anordnung ist es weniger wahrscheinlich oder unwahrscheinlich, dass der Turbolader groß dimensioniert ist, wenn das Federelement 150 innerhalb der Kühlkammer 20A angeordnet ist.
In der dargestellten Ausführungsform ist die Anzahl der Federelemente 150 nicht notwendigerweise eins, sondern kann zwei oder mehr betragen. So kann beispielsweise ein Federelement 150 für eine Durchgangswelle 120 vorgesehen sein.
Im Folgenden werden abgewandelte Beispiele für die Durchgangswellen beschrieben. In der dargestellten Ausführungsform kann die Lagebeziehung der Durchgangswellen 120 verändert werden. Beispielsweise müssen die Durchgangswellen 120 nicht unbedingt in Umfangsrichtung gleichwinklig um die Rotationsachse 90A angeordnet sein. Dennoch ist es vorteilhaft, die Durchgangswellen 120 in Abständen eines gleichen Winkels um die Rotationsachse 90A anzuordnen, so dass der variable Schaufel- bzw. Turbinengeometriemechanismus 110 durch die Durchgangswellen 120 stabil positioniert werden kann.
In der dargestellten Ausführungsform kann die Anzahl der Durchgangswellen 120 geändert werden. Zum Beispiel kann die Anzahl der Durchgangswellen 120 zwei oder weniger oder vier oder mehr betragen. Ferner müssen nicht unbedingt zwei oder mehr Durchgangswellen 120 vorgesehen sein, sondern es kann auch nur eine Durchgangswelle vorhanden sein.
Als nächstes wird ein modifiziertes Beispiel der Halteplatte beschrieben. In der dargestellten Ausführungsform kann die Halteplatte 140 weggelassen werden. Beispielsweise kann die Halteplatte 140 entfallen, wenn das Dichtungselement 130 wahrscheinlich nicht in Richtung der Rotationsachse verschoben wird. In einem speziellen Beispiel kann eine ringförmige Nut in der äußeren Umfangsfläche der Durchgangswelle 120 vorgesehen sein, und das Dichtungselement 130 kann in der Nut montiert werden, so dass die Verschiebung des Dichtungselements 130 begrenzt wird.
Als nächstes wird ein modifiziertes Beispiel für den Halteraum beschrieben. In der dargestellten Ausführungsform kann der Halteraum 54A nicht mit der Kühlkammer 20A in Verbindung stehen. In einem speziellen Beispiel kann der Halteraum 54A durch Wärmeübertragung über die Halteplatte 140 mit dem durch die Kühlkammer 20A strömenden Kühlmittel Wärme austauschen, selbst wenn der Halteraum 54A nicht über den Zwischenraum zwischen der inneren Umfangswand des Einsetzlochs 141 der Halteplatte 140 und der äußeren Umfangsfläche des Abschnitts mit großem Durchmesser 122 der Durchgangswelle 120 mit der Kühlkammer 20A in Verbindung steht.
Nachfolgend werden modifizierte Beispiele für das Dichtungselement beschrieben. In der dargestellten Ausführungsform kann die Position des Dichtungselements 130 geändert werden. Beispielsweise kann das Dichtungselement 130 in einem Endabschnitt der Durchgangsbohrung 54 näher am Turbinengehäuse 60 angeordnet sein, wenn es einen Zwischenraum zwischen der äußeren Umfangsfläche des Abschnitts mit großem Durchmesser 122 der Durchgangswelle 120 und der inneren Umfangswand des Aufnahmeraums 54A der Durchgangsbohrung 54 abdichten kann.
In der dargestellten Ausführungsform kann das Dichtungselement 130 weggelassen werden. Wenn der Abstand zwischen der äußeren Umfangsfläche des Abschnitts mit großem Durchmesser 122 der Durchgangswelle 120 und der inneren Umfangswand des Aufnahmeraums 54A der Durchgangsbohrung 54 relativ klein ist, kann das Dichtungselement 130 weggelassen werden, ohne dass dies einen größeren Einfluss hat.
Als nächstes werden modifizierte Beispiele der Kühlkammer beschrieben. In der dargestellten Ausführungsform kann die Form der Kühlkammer 20A geändert werden. Zum Beispiel kann die Kühlkammer 20A nicht radial außerhalb des Verdichterrades 70 angeordnet sein. Dennoch ist es vorteilhaft, dass zumindest ein Teil der Kühlkammer 20A radial außerhalb des Verdichterrads 70 angeordnet ist, um einen Abschnitt der Dichtungsplatte 40 zu kühlen, der sich radial außerhalb des Verdichterrads 70 befindet.
Außerdem muss die Kühlkammer 20A nicht notwendigerweise eine im Wesentlichen ringförmige Form haben, sondern die Kühlkammer 20A kann zum Beispiel eine bogenförmige Form haben. Dennoch ist es vorteilhaft, dass die Kühlkammer 20A eine im Wesentlichen ringförmige Form hat, um die um die Rotationsachse 90A angeordneten Durchgangswellen 120 usw. effizient zu kühlen.
Um die Kühlkammer 20A bereitzustellen, können die Formen der Dichtungsplatte 40 und des Lagergehäuses 50 nach Bedarf geändert werden. So können der ausgesparte Abschnitt 42 der Dichtungsplatte 40 und der ausgesparte Abschnitt 53 des Lagergehäuses 50 weggelassen werden, vorausgesetzt, dass die Kühlkammer 20A zwischen der Dichtungsplatte 40 und dem Lagergehäuse 50 definiert werden kann.
Als nächstes werden weitere modifizierte Beispiele beschrieben. In der dargestellten Ausführungsform kann die Form des Befestigungselements 160 verändert werden. So kann beispielsweise der radial innere aufgerichtete Abschnitt 163 des Befestigungselements 160 weggelassen werden. Auch können beispielsweise die radial äußeren aufgerichteten Abschnitte 164 des Befestigungselements 160 weggelassen werden. Auch bei dieser Anordnung strömt das von der Einbringöffnung 56 in die Kühlkammer 20A eingeleitete Kühlmittel im Wesentlichen zur Auslassöffnung 57; daher können die Durchgangswellen 120 usw. durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel gekühlt werden, wenn eine relativ große Menge an Kühlmittel durch die Kühlkammer 20A strömt.
In der dargestellten Ausführungsform kann das Befestigungselement 160 weggelassen werden. Beispielsweise kann das Befestigungselement 160 entfallen, wenn das Federelement 150 direkt an der Durchgangswelle 120 angebracht ist. In der dargestellten Ausführungsform kann die Form der Dichtungsplatte 40 verändert werden. So kann zum Beispiel der feste Vorsprung 46 weggelassen werden. Auch kann beispielsweise die Trennwand 47 weggelassen werden. Wenn die Trennwand 47 weggelassen wird, ist vorzugsweise eine Trennwand vorgesehen, die vom Boden des ausgesparten Abschnitts 53 des Lagergehäuses 50 herausragt, um den Durchfluss des Kühlmittels einzustellen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2020 [0002, 0003, 0004]
JP 076328 A [0002, 0003, 0004]

Claims

Turbolader (20), aufweisend: ein Turbinenrad (90), das so konfiguriert ist, dass es sich durch eine Abgasströmung dreht; ein Turbinengehäuse (60), das das Turbinenrad (90) aufnimmt; ein Lagergehäuse (50), das an dem Turbinengehäuse (60) befestigt ist; ein Verdichtergehäuse (30), das an dem Lagergehäuse (50) befestigt ist; eine Dichtungsplatte (40), die zwischen dem Lagergehäuse (50) und dem Verdichtergehäuse (30) angeordnet ist; einen variablen Schaufelmechanismus (110), der im Turbinengehäuse (60) angeordnet und so konfiguriert ist, dass er eine Menge des Abgases einstellt, das zum Turbinenrad (90) strömt; eine Durchgangswelle (120), die sich durch das Lagergehäuse (50) erstreckt und mit dem variablen Schaufelmechanismus (110) verbunden ist; und ein Federelement (150), das so konfiguriert ist, dass es die Durchgangswelle (120) in Richtung des Verdichtergehäuses (30) herausdrückt, wobei das Lagergehäuse (50) und die Dichtungsplatte (40) so konfiguriert sind, dass sie eine Kühlkammer (20A) definieren, durch die ein Kühlmittel fließt, und wobei das Federelement (150) in der Kühlkammer (20A) angeordnet ist.
Turbolader (20) nach Anspruch 1, wobei das Federelement (150) eine gewundene Wellenfeder umfasst.
Turbolader (20) nach Anspruch 2, wobei: eine Mehrzahl der Durchgangswellen (120) an einem Umfang um eine Rotationsachse (90A) des Turbinenrades (90) angeordnet ist; und die gewundene Wellenfeder die Rotationsachse (90A) umgibt und die gewundene Wellenfeder so konfiguriert ist, dass sie alle Durchgangswellen (120) in Richtung des Verdichtergehäuses (30) herausdrückt.
Turbolader (20) nach Anspruch 3, wobei alle Durchgangswellen (120) so positioniert sind, dass sie in einer Umfangsrichtung um die Rotationsachse (90A) gleichwinklig beabstandet sind.
Turbolader (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: das Lagergehäuse (50) eine Durchgangsbohrung (54) aufweist, durch die die Durchgangswelle (120) eingesetzt ist; und ein Dichtungselement (130), das einen Zwischenraum zwischen der Durchgangswelle (120) und der Durchgangsbohrung (54) abdichtet, zwischen einer äußeren Umfangsfläche der Durchgangswelle (120) und einer inneren Umfangswand der Durchgangsbohrung (54) angeordnet ist.
Turbolader (20) nach Anspruch 5, wobei: das Lagergehäuse (50) so konfiguriert ist, dass es einen Halteraum (54A) definiert, der das Dichtungselement (130) hält; und der Halteraum (54A) mit der Kühlkammer (20A) in Verbindung steht.
Turbolader (20) nach Anspruch 6, wobei die Kühlkammer (20A) eine im Wesentlichen ringförmige Form aufweist.
Turbolader (20) nach Anspruch 6 oder 7, wobei: eine Halteplatte (140), die das Dichtungselement (130) hält, an dem Lagergehäuse (50) angebracht ist; und das Dichtungselement (130) sandwichartig zwischen einer Innenwand des Halteraums (54A) und einer Endfläche der Halteplatte (140) angeordnet ist.
Turbolader (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei: das Verdichtergehäuse (30) ein Verdichterrad (70) aufnimmt, das mit dem Turbinenrad (90) verbunden ist; und zumindest ein Teil der Kühlkammer (20A) außerhalb des Verdichterrades (70) in einer radialen Richtung senkrecht zu einer Rotationsachse (90A) des Turbinenrades (90) angeordnet ist.