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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen variablen Düsenmechanismus für einen Turbolader.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Ein variabler Düsenmechanismus für einen Turbolader einer Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung
JP 2009-62840 A beschrieben. Bei diesem Turbolader ist eine Turbinenwelle drehbar von einem Lagergehäuse
71 gelagert, wie in
4 dargestellt ist. Ein Turbinengehäuse
72 ist auf einer Seite (der rechten Seite in
4) des Lagergehäuses
71 in Richtung entlang der Achse der Turbinenwelle angeordnet. Das Turbinengehäuse
72 hat eine Turbinenkammer
73 in ihrer Mitte sowie eine Spiralleitung
75 in Spiralform, die um die Turbinenkammer
73 ausgebildet ist. Ein Turbinenrad (nicht dargestellt), das in der Turbinenkammer
73 dreht, ist an der Turbinenwelle montiert. In dem Turbolader
70 strömt Abgas, das aus der Verbrennungskraftmaschine ausgestoßen wurde und durch die Spiralleitung
75 geströmt ist, das Turbinenrad an, so dass das Turbinenrad drehbar angetrieben wird. Dann wird ein Verdichterrad (nicht dargestellt), welches an der Welle angeordnet ist, an der das Turbinenrad angeordnet ist, zusammen mit dem Turbinenrad gedreht, um ein Superladen auszuführen (um Ansaugluft zu verdichten und diese in die Verbrennungskraftmaschine einzubringen).
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Ein variabler Düsenmechanismus 80 umfasst ein Paar ringförmiger Platten 81, 82, die derart zwischen der Spiralleitung 75 und der Turbinenkammer 73 angeordnet sind, dass sie voneinander in Richtung entlang der Achse (Querrichtung von 4) beabstandet sind und beispielsweise durch Stifte miteinander verbunden sind; und eine Mehrzahl von variablen Düsen 83, die derart ausgestaltet sind, dass sie zwischen den Platten 81 und 82 öffnen und schließen. Der variable Düsenmechanismus 80 verändert die Strömungsgeschwindigkeit des das Turbinenrad anströmenden Abgases durch Ändern der Öffnung der variablen Düsen 83. Zudem wird der variable Düsenmechanismus 80 durch eine Feder 84 vom Lagergehäuse 71 in Richtung zum Turbinengehäuse 72 gedrückt. Die Platte 81 auf der Seite des Lagergehäuses 71 hat einen Flanschabschnitt 81A, der entlang eines Außenumfangs der Platte 81 angeordnet ist, sowie einen Flanschabschnitt 72A, der im Turbinengehäuse 72 angeordnet ist. Der variable Düsenmechanismus 80, der durch die Feder 84 gedrückt wird, wird gegen den Flanschabschnitt 72A des Turbinengehäuses 72 am Flanschabschnitt 81A der Platte 81 gedrückt. Da der variable Düsenmechanismus 80 somit gegen den Flanschabschnitt 72A gedrückt wird, wird der variable Düsenmechanismus 80 schwebend angeordnet ohne an den Gehäusen 71 und 72 festgelegt zu sein.
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Im variablen Düsenmechanismus
80, der in der
JP 2009-62840 A beschrieben ist, sind jedoch ein Bereich P1, auf welchen die Druckkraft F1 der Feder
84 aufgebracht wird, und ein Bereich P2 (der Flanschabschnitt
81A), der mit dem Turbinengehäuse
72 in Kontakt steht, in radiale Richtung der Turbinenwelle (vertikale Richtung von
4) voneinander beabstandet. Da somit eine Kraft (ein Moment), die um den Flanschabschnitt
81A (als Drehpunkt) drehend auf den variablen Düsenmechanismus
80, der mit dem Turbinengehäuse
72 in Kontakt steht, einwirkt, durch die Feder
84 auf den variablen Düsenmechanismus
80 aufgebracht wird, wird durchgängig eine Last, welche die Platte
81 verformt, auf die Platte
81 aufgebracht. Als Ergebnis kann die Platte
81 eine plastische Verformung, beispielsweise in Bereichen hoher Temperatur, bei welchen die Materialstärke der Bestandteile des variablen Düsenmechanismus
80 verringert ist, erfahren.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung schafft einen variablen Düsenmechanismus, in welchem die Verformung der Platten unterdrückt wird.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen variablen Düsenmechanismus, der bei einem Turbolader zur Anwendung kommt, der ein Lagergehäuse umfasst, durch das eine Turbinenwelle drehbar gelagert ist; ein Turbinengehäuse, das auf einer Seite des Lagergehäuses in eine Richtung entlang einer Achse der Turbinenwelle liegt und eine Turbinenkammer sowie eine Spiralleitung umfasst, die um die Turbinenkammer angeordnet ist; sowie ein Turbinenrad, das an der Turbinenwelle montiert ist und in der Turbinenkammer des Turbinengehäuses dreht, wobei Abgas, das von einer Verbrennungskraftmaschine ausgestoßen wurde und durch die Spiralleitung geströmt ist, derart auf das Turbinenrad geblasen wird, dass das Turbinenrad dreht. Der variable Düsenmechanismus weist ein Paar ringförmiger Platten auf, die derart zwischen der Spiralleitung und der Turbinenkammer angeordnet sind, dass die Platten voneinander in Richtung der Achse beabstandet sind; einen Kupplungsabschnitt, der die Platten verbindet; eine Mehrzahl von variablen Düsen, die derart zwischen den Platten angeordnet sind, dass sie Öffnen und Schließen, und die eine Strömungsgeschwindigkeit des das Turbinenrad anströmenden Abgases verändern, wenn ein Öffnungsgrad der variablen Düsen verändert wird; und einen Druckabschnitt, der die Platten in eine Richtung entlang der Achse drückt um eine der Platten gegen ein kontaktiertes Objekt zu drücken. Die eine der Platten umfasst eine Kontaktfläche, die mit dem kontaktierten Objekt in Kontakt steht, wobei die Kontaktfläche auf einer Wirklinie, entlang welcher eine Druckkraft des Druckabschnitts wirkt, liegt.
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Gemäß dem vorstehend genannten Aufbau werden die Platten des variablen Düsenmechanismus in die Richtung entlang der Achse der Turbinenwelle gedrückt und die eine der Platten durch den Druckabschnitt wird gegen das kontaktierte Objekt gedrückt. Da die eine der Platten somit gegen das kontaktierte Objekt gedrückt wird, werden die Platten schwebend angeordnet, ohne am Lagergehäuse oder Turbinengehäuse festgelegt zu sein.
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Da bei dem vorstehend genannten Aspekt die Kontaktfläche, die mit dem kontaktierten Objekt in Kontakt steht, auf der Wirklinie, entlang welcher die Druckkraft des Druckabschnitts wirkt, angeordnet ist, ist ein Abstand in radiale Richtung der Turbinenwelle zwischen einem Bereich, auf den die Druckkraft aufgebracht wird, und dem Bereich (Kontaktfläche), der mit dem kontaktierten Objekt in Kontakt steht „0” oder nahe 0. Da somit eine Kraft (ein Moment), das drehend auf den variablen Düsenmechanismus um den Bereich, der mit dem kontaktierten Objekt in Kontakt steht, wirkt, nicht oder nur kaum auf den variablen Düsenmechanismus durch den Druckabschnitt aufgebracht wird, wird weniger wahrscheinlich eine Last, welche die Platten verformt, auf die Platten aufgebracht. Als Ergebnis wird ein Verformen der Platten durch den Druckabschnitt verhindert.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Aspekt kann der Druckabschnitt eine Feder sein. Gemäß dem vorstehenden Aufbau wird eine Feder aus einem elastischen Material, beispielsweise Metall, als Druckabschnitt verwendet. Die Feder ist im Turbolader in einem elastisch verformten Zustand mit darin gespeicherter elastischer Energie verbaut. Die Platten werden in Richtung entlang der Achse der Turbinenwelle durch eine Kraft der Feder gedrückt, die zum Freisetzen der elastischen Energie (elastische Wiederherstellungskraft oder Druckkraft) wirkt. Es ist somit möglich, den Druckabschnitt mit einem einfachen Aufbau zu realisieren, der die Platten in Richtung entlang der Achse drückt.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Aspekt kann die Feder eine Scheibenfeder sein, die das Turbinenrad umgebend angeordnet ist. Da gemäß dem vorstehenden Aufbau die Scheibenfeder als der Druckabschnitt verwendet wird, werden die Platten in Richtung entlang der Achse durch eine an jeder Stelle in Umfangsrichtung im Wesentlichen gleiche Druckkraft gedrückt. Somit wird die eine der Platten gegen das kontaktierte Objekt durch eine Druckkraft gedrückt, die im Wesentlichen an jeder Stelle in Umfangsrichtung gleich ist.
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Das kontaktierte Objekt kann bei dem vorstehend beschriebenen Aspekt das Lagergehäuse oder das Turbinengehäuse sein.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau werden die Platten in Richtung entlang der Achse der Turbinenwelle durch den Druckabschnitt gedrückt und die eine der Platten wird gegen das Lagergehäuse oder das Turbinengehäuse gedrückt. Zu diesem Zeitpunkt sind der Bereich, auf welchen die Druckkraft des Druckabschnitts im variablen Düsenmechanismus aufgebracht wird, und die Kontaktfläche, mit welcher das Lagergehäuse oder Turbinengehäuse in Kontakt steht, beide auf der Wirklinie, entlang welcher die Druckkraft des Druckabschnitts wirkt, angeordnet. Da der Abstand in radiale Richtung der Turbinenwelle zwischen dem Bereich, auf welchen die Druckkraft des Druckabschnitts aufgebracht wird, und der Kontaktfläche, mit welcher das Lagergehäuse oder Turbinengehäuse in Kontakt steht, „0” ist, wird eine Verformung der Platten durch den Druckabschnitt verhindert. Da das Lagergehäuse oder das Turbinengehäuse, die ein bestehendes Bestandteil des Turboladers sind, als kontaktiertes Objekt verwendet werden, wie vorstehend beschrieben, besteht kein Bedarf, ein zusätzliches Objekt vorzusehen.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Aspekt kann die eine der Platten vor der anderen der Platten in eine Druckrichtung des Druckabschnitts angeordnet sein, wobei die eine der Platten einen Vorsprung aufweisen kann, der in Druckrichtung nach vorne vorragt und eine Endfläche des Vorsprungs die Kontaktfläche bilden kann.
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Gemäß dem vorstehenden Aufbau werden, wenn die Platten in Richtung entlang der Achse der Turbinenwelle durch den Druckabschnitt gedrückt werden, die Platten in Druckrichtung nach vorne versetzt. Der Vorsprung, der an der einen der Platten angeordnet ist, die vor der anderen in Druckrichtung des Druckabschnitts liegt und in Druckrichtung nach vorne vorragt, wird in die gleiche Richtung versetzt. Die Endfläche des Vorsprungs als Kontaktfläche wird gegen das kontaktierte Objekt gedrückt.
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Der variable Düsenmechanismus gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt kann zudem einen Abstandshalter aufweisen, der zwischen den Platten und auf der Wirklinie, die durch die Kontaktfläche geht, angeordnet ist, um einen Abstand zwischen den Platten beizubehalten.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau sind der Bereich, auf den die Druckkraft des Druckabschnitts direkt im variablen Düsenmechanismus aufgebracht wird, der Abstandshalter zwischen den Platten und die Kontaktfläche, die mit dem kontaktierten Objekt in Kontakt steht, alle auf der Wirklinie entlang welcher die Druckkraft des Druckabschnitts wirkt, angeordnet. Die Druckkraft des Druckabschnitts wird somit effektiv auf das kontaktierte Objekt entlang der Wirklinie über den Bereich, den Abstandshalter und die Kontaktfläche übertragen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die Merkmale und Vorteile sowie die technische und wirtschaftliche Bedeutung dieser Erfindung werden nachfolgend anhand der detaillierten Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in welcher gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente markieren; hierbei zeigt/zeigen:
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1 eine Teilschnittansicht, die den schematischen Aufbau eines Turboladers zeigt, in welchen ein variabler Düsenmechanismus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
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2A und 2B Ansichten, die einen Teil des variablen Düsenmechanismus der Ausführungsform darstellen, wobei 2A eine Seitenansicht von der linken Seite von 1 zeigt und 2B eine Seitenansicht von der rechten Seite von 1 zeigt;
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3 eine vergrößerte Teilschnittansicht, die den Schnittaufbau des variablen Düsenmechanismus gemäß der Ausführungsform sowie die den variablen Düsenmechanismus umgebenden Teile in einem sich von 1 unterscheidenden Abschnitt zeigt; und
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4 eine vergrößerte Teilschnittansicht, die einen Hauptteil eines variablen Düsenmechanismus nach dem Stand der Technik zeigt.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. Ein Fahrzeug ist mit einer Verbrennungskraftmaschine ausgebildet, in welcher eine Mischung aus Luft, die durch eine Ansaugleitung in die Brennkammern gesaugt wurde, und Kraftstoff, welcher den Brennkammern zugeführt wurde, verbrannt wird. Diese Verbrennungskraftmaschine hat einen Turbolader 10, der in 1 gezeigt ist. Im Turbolader 10 ist eine Turbinenwelle 11 drehbar durch ein Lagergehäuse 12 über ein Lager 13 gelagert. Ein Turbinengehäuse 14 ist an eine Seite (der rechten Seite in 1) des Lagergehäuses 12 angrenzend in eine Richtung entlang der Achse L1 der Turbinenwelle 11 (die nachfolgend als „Axialrichtung” bezeichnet wird) angeordnet, und ein Verdichtergehäuse (nicht dargestellt), das durch eine Mehrzahl von Teilen gebildet wird, ist an die andere Seite (die linke Seite in 1) des Lagergehäuses 12 angrenzend angeordnet. Das Turbinengehäuse 14 und das Verdichtergehäuse sind am Lagergehäuse 12 befestigt. Das Lagergehäuse 12, das Turbinengehäuse 14 und das Verdichtergehäuse bilden das Gehäuse des Turboladers 10.
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Eine zylindrische Turbinenkammer 15, die in Axialrichtung verläuft, ist an einem Mittelabschnitt des Turbinengehäuses 14 ausgebildet. Im Turbinengehäuse 14 ist eine Spiralleitung 16 in Spiralform um die Turbinenkammer 15 ausgebildet. Die Turbinenkammer 15 und die Spiralleitung 16 stehen miteinander über eine Verbindungsleitung 17 (siehe 3) in Verbindung.
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Eine Innenwandfläche 12A des Lagergehäuses 12, welche der Verbindungsleitung 17 gegenüberliegt, sowie eine Innenwandfläche 14A des Turbinengehäuses 14, welche der Verbindungsleitung 17 gegenüberliegt, sind jeweils senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Achse L1.
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Ein Turbinenrad 26, das in der Turbinenkammer 15 dreht, ist an einem Ende (dem rechten Ende in 1) der Turbinenwelle 11 angebracht. Ein Verdichterrad (nicht dargestellt), das im Verdichtergehäuse dreht, ist am anderen Ende (dem linken Ende in 1) der Turbinenwelle 11 angebracht.
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Im Turbolader 10, der den vorstehend beschriebenen Grundaufbau hat, wird Abgas, das von der Verbrennungskraftmaschine ausgestoßen wurde und durch die Spiralleitung 16 geströmt ist, durch die Verbindungsleitung 17 auf das Turbinenrad 26 geblasen, so dass das Turbinenrad 26 dreht. Diese Rotation wird über die Turbinenwelle 11 auf das Verdichterrad übertragen. Als Ergebnis wird, in der Verbrennungskraftmaschine, die durch den Unterdruck, der aufgrund der Bewegung der Kolben in den Brennkammern erzeugt wurde, angesaugte Luft durch Rotation des Verdichterrades des Turboladers 10 in die Brennkammern zwangseingeführt (supergeladen). Auf diese Weise wird die Ladeeffizienz der Luft in die Brennkammern erhöht.
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Der Turbolader 10 hat einen variablen Düsenmechanismus 30. Der variable Düsenmechanismus 30 verändert einen Strömungsbereich in der Verbindungsleitung 17 durch welche das Abgas strömt, um die Strömungsgeschwindigkeit des das Turbinenrad 26 anströmenden Abgases zu verändern, um dadurch die Drehzahl des Turboladers 10 einzustellen, um die den Brennkammern zwangszugeführte Luftmenge einzustellen.
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Der schematische Aufbau des variablen Düsenmechanismus 30 wird zunächst beschrieben. 2A zeigt hierbei einen Teil des variablen Düsenmechanismus 30 (eine Düsenplatte 31 und dergleichen) gesehen von der linken Seite aus 1, und 2B zeigt einen Teil des variablen Düsenmechanismus 30 (die Düsenplatte 31 und dergleichen) gesehen von der rechten Seite von 1. Wie in den 1 sowie 2A und 2B dargestellt ist, umfasst der variable Düsenmechanismus 30 eine Düsenplatte 31 sowie einen Verstellring 35, die beide in der Verbindungsleitung 17 angeordnet sind. Die Düsenplatte 31 und der Verstellring 35 sind ringförmig um die Achse L1.
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An der Düsenplatte 31 ist eine Mehrzahl von Wellen 32 in im Wesentlichen gleichen Winkelintervallen auf einem Kreis um die Achse L1 angeordnet. Jede Welle 32 ist parallel zur Achse L1 und erstreckt sich drehbar durch die Düsenplatte 31. Eine variable Düse (Düsenschaufel) 33 ist an einem Endabschnitt (dem rechten Endabschnitt in 1) einer jeden Welle 32 angebracht, der von der Düsenplatte 31 vorsteht. In 1 werden die variablen Düsen 33 durch Doppelpunkt-Strich-Linien dargestellt. Das Grundende eines Arms 34 ist am anderen Endabschnitt (dem linken Endabschnitt in 1) einer jeden Welle 32 angebracht, der ebenso von der Düsenplatte 31 vorsteht.
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Der Verstellring 35 umfasst eine Mehrzahl von Ausnehmungen 36, die an einer Innenumfangsfläche des Verstellrings 35 ausgebildet sind. Distale bzw. vordere Endabschnitte der Arme 34 sind mit den Ausnehmungen 36 in Eingriff. Der Verstellring 35 wird von außerhalb des Turboladers 10 über ein Verbindungsstück 37 (siehe 1) und dergleichen gedreht. Insbesondere umfasst das Verbindungsstück 37 eine Drehwelle 37A, an welcher ein Arm 39 befestigt ist, und der Arm 39 hat einen distalen bzw. vorderen Endabschnitt, der mit einer Ausnehmung 40 in Eingriff steht, die an einer Innenumfangsfläche des Verstellrings 35 ausgebildet ist. Wenn der Verstellring 35 über das Verbindungsstück 37, die Drehwelle 37A, den Arm 39 und dergleichen von außerhalb des Turboladers 10 gedreht wird, drehen die Arme 34, die mit den Ausnehmungen 36 des Verstellrings 35 in Eingriff stehen, synchron um die Wellen 32 (werden geöffnet oder geschlossen). Die Rotation der Wellen 32 verändert den Öffnungsgrad der variablen Düsen 33, so dass der Strömungsbereich in der Verbindungsleitung 17, durch welche das Abgas strömt, verändert wird. Als Ergebnis wird die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, welches auf das Turbinenrad 26 durch die Räume zwischen den variablen Düsen 33 geblasen wird, eingestellt.
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Wenn beispielsweise der Arm 39 durch das Verbindungsstück 37 und dergleichen in 2A gegen den Uhrzeigersinn um die Drehwelle 37A gedreht wird, wird der Verstellring 35 jeweils in die durch einen Pfeil in den 2A und 2B gezeigte Richtung gedreht. Diese Rotation des Verstellrings 35 dreht die Wellen 32 in 2A gegen den Uhrzeigersinn und in 2B im Uhrzeigersinn. Die Rotation der Wellen 32 dreht die variablen Düsen 33 in ihre Schließrichtung und die Strömungsgeschwindigkeit des das Turbinenrad 26 anströmenden Abgases steigt. Wenn die variablen Düsen jedoch entgegen dem vorstehend beschriebenen Fall in ihre Öffnungsrichtung gedreht werden, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit des das Turbinenrad 26 anströmenden Abgases ab.
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3 ist eine vergrößerte Schnittansicht, welche den Schnittaufbau eines Hauptteils des variablen Düsenmechanismus 30 in einem sich von der 1 unterscheidenden Abschnitt (einem Abschnitt, der durch einen Abstandshalter 47, der später beschrieben werden wird geht) zeigt. Wie in den 1 und 3 gezeigt ist, umfasst der variable Düsenmechanismus 30, zusätzlich zum vorstehend beschriebenen Aufbau, eine Deckplatte 41, die in der Verbindungsleitung 17 angeordnet ist. Die Deckplatte 41 ist ringförmige um die Achse L1. Die Deckplatte 41 ist an der gegenüberliegenden Seite (die rechte Seite in den 1 und 3) der Düsenplatte 31 vom Lagergehäuse 12 angeordnet.
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Ein Ende einer jeden Welle 32 erstreckt sich derart durch die Deckplatte 41, dass die Welle 32 drehbar ist. Die variablen Düsen 33 werden somit durch die Deckplatte 41 und die Düsenplatte 31 gelagert, so dass die variablen Düsen 33 zusammen mit den Wellen 32 drehbar sind.
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Die Düsenplatte 31 und die Deckplatte 41 sind miteinander durch eine Mehrzahl von Stiften 46 als Kupplungsabschnitte verbunden, um eine „Baugruppe 48” zu bilden. Ein jeder Stift ist in die Düsenplatte 31 und die Deckplatte 41 pressgepasst. Die Deckplatte 41 und die Düsenplatte 31 können als Plattenpaar oder ein Paar Platten der vorliegenden Erfindung betrachtet werden.
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Die Stifte 46 sind in im Wesentlichen gleichen Winkelintervallen bzw. Winkelabständen auf einem Kreis um die Achse L1 angeordnet. Der Durchmesser des Kreises ist größer als der Durchmesser des Kreises, auf welchem die Wellen 32 angeordnet sind. Die Stifte 46 sind somit weiter von der Achse L1 entfernt als die Wellen 32.
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Ein jeder Stift 46 (Kupplungsabschnitt) zwischen der Düsenplatte 31 und der Deckplatte 41 wird durch einen entsprechenden Abstandshalter 47 mit ringförmiger Röhrenform abgedeckt, und ein Abstand, der im Wesentlichen gleich der Dicke der variablen Düsen 33 ist, wird zwischen der Düsenplatte 31 und der Deckplatte 41 durch die Abstandshalter 47 sichergestellt.
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Zusätzlich ist, in dem Turbolader 10, ein Druckabschnitt um das Turbinenrad 26 ausgebildet; oder anders ausgedrückt: der Druckabschnitt ist in einem Spalt G zwischen der Deckplatte 41 der Baugruppe 48 und der Innenwandfläche 14A des Turbinengehäuses 14 angeordnet. Der Druckabschnitt ist im variablen Düsenmechanismus 30 enthalten. Der Druckabschnitt wird durch eine Scheibenfeder 50 in Ringform gebildet, die aus einem elastischen Körper, beispielsweise einer Metallplatte, besteht. Der Spalt G ist beispielsweise zur Gewährleistung eines Einbauraums für die Baugruppe 48 zwischen dem Lagergehäuse 12 und dem Turbinengehäuse 14 vorgesehen, selbst wenn das Turbinengehäuse 14 und dergleichen einer thermischen Verformung (Ausdehnung oder Kontraktion) bei hoher oder niedriger Temperatur unterliegen, oder die Bauteile des Turboladers 10 entsprechende Genauigkeitsabweichungen haben.
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Die Scheibenfeder 50 ist vorgesehen, um die Baugruppe 48 in axiale Richtung zu drücken und die Baugruppe 48 gegen die Innenwandfläche 12A des Lagergehäuses 12, die ein kontaktiertes Objekt darstellt, zu drücken. Die Scheibenfeder 50 hat eine konische (kegelstumpfartige) Form, so dass der Abstand zur Innenwandfläche 14A des Turbinengehäuses 14 in Richtung zur Mitte der Scheibenfeder 50 abnimmt.
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Die Scheibenfeder 50 hat einen Innenumfangsrand 51, der um die Achse L1 ringförmig ist und in Kontakt mit der Innenwandfläche 14A des Turbinengehäuses 14 steht. Die Scheibenfeder 50 hat einen Außenumfangsrand 52A, der ringförmig um die Achse L1 ist und in Kontakt mit der Deckplatte 41 steht. Der Durchmesser des Außenumfangsrandes 52 ist im Wesentlichen gleich dem Durchmesser des Kreises auf welchem die Abstandshalter 47 angeordnet sind. Der Außenumfangsrand 52 steht somit an Stellen, die den Abstandshalter 47 entsprechen (an Stellen, die mit den Abstandshaltern 47 ausgerichtet sind), mit der Deckplatte 41 in Kontakt'.
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Die Scheibenfeder 50 wird durch Lasten bzw. Kräfte, die durch den Innenumfangsrand 51 und den Außenumfangsrand 52 aufgebracht werden, derart verformt (elastisch verformt), dass ihre Größe in Axialrichtung abnimmt. Der Außenumfangsrand 52 der Scheibenfeder 50 drückt die Baugruppe 48 (die Deckplatte) entlang von Wirklinien L2, die parallel zur Achse L1 sind. Die Baugruppe 48 wird durch die Scheibenfeder 50 in Richtung auf das Lagergehäuse 12 zu in Axialrichtung gedrückt, so dass die Düsenplatte 31 gegen die Innenwandfläche 12A des Lagergehäuses 12 gedrückt wird. Der Kontakt der Düsenplatte 31 mit dem Lagergehäuse 12 ermöglicht ein schwebendes Anordnen der Baugruppe 48 in axiale Richtung.
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Zudem umfasst die Baugruppe 48 des variablen Düsenmechanismus 30 Kontaktflächen, die mit dem Lagergehäuse 12 an Stellen auf den Wirklinien L2, entlang welchen die Druckkraft der Scheibenfeder 50 wirkt, in Kontakt stehen. Genauer gesagt hat eine der Platten 31 und 41, die in Druckrichtung, in welche die Scheibenfeder 50 die Baugruppe drückt, vor der anderen der Platten 31 und 41 angeordnet ist (d. h. eine der Platten 31 und 41 ist näher am Lagergehäuse 12 als die andere), d. h. die Düsenplatte 31, eine Mehrzahl von Vorsprüngen 35, welche in Druckrichtung nach vorne vorstehen (siehe 2A). Es sei angemerkt, dass die Scheibenfeder 50 die Baugruppe 48 von hinten nach vorne drückt und somit die Düsenplatte 31 als vor der Deckplatte 41 in Druckrichtung liegend betrachtet wird. Die Vorsprünge 55 sind auf einem Kreis um die Achse L1 derart angeordnet, dass die Vorsprünge 55 voneinander in Umfangsrichtung beabstandet sind. Bei dieser Ausführungsform sind die Positionen der Vorsprünge 55 in Umfangsrichtung im Wesentlichen gleich denen der Stifte 46 und Abstandshalter 47. Somit sind die Stifte 46, die Abstandshalter 47 und die Vorsprünge 55 auf den gleichen geraden Linien parallel zur Achse L1 (auf den Wirklinien L2) angeordnet. Die Vorsprünge 55 stehen weiter in axiale Richtung zum Lagergehäuse 12 vor als jeder andere Abschnitt der Düsenplatte 31. Endflächen 55A der Vorsprünge 55 verlaufen senkrecht zur Achse L1 an den gleichen Stellen in Axialrichtung und bilden Kontaktflächen, die mit der Innenwandfläche 12A des Lagergehäuses 12 in Kontakt stehen.
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Der variable Düsenmechanismus 30 dieser Ausführungsform hat den vorstehend beschriebenen Aufbau. Die Funktion des variablen Düsenmechanismus 30 wird nachfolgend beschrieben. Abgas, das während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine erzeugt wurde, strömt in den Turbolader 10 während es durch die Abgasleitung fließt und strömt dann durch die Spiralleitung 16 des Turbinengehäuses 14. Das Abgas strömt durch Räume zwischen den variablen Düsen 33 und wird auf das Turbinenrad 26 in der Turbinenkammer 15 geblasen. Das Turbinenrad 26 wird durch das das Turbinenrad 26 anströmende Abgas gedreht. Dann wird das Verdichterrad, das an der Welle angeordnet ist, an welcher das Turbinenrad 26 angeordnet ist, zusammen mit dem Turbinenrad 26 gedreht, um ein Aufladen auszuführen.
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Der Öffnungsgrad der variablen Düsen 33 wird verändert, wenn die variablen Düsen 33 von außerhalb des Turboladers 10 durch Betätigung des Verbindungsstücks 37 und dergleichen gedreht werden. Dementsprechend wird die Strömungsgeschwindigkeit des das Turbinenrad 26 anströmenden Abgases verändert, um die Drehzahl des Turboladers 10 zu verändern, so dass der Ladedruck der Verbrennungskraftmaschine eingestellt wird.
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In dem Turbolader 10 wird die Scheibenfeder 50, die zwischen der Baugruppe 48 (der Deckplatte 41) und der Innenwandfläche 14A des Turbinengehäuses 14 aufgenommen ist, elastisch in Axialrichtung mit darin gespeicherter elastischer Energie verformt.
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Die Deckplatte 41, mit welcher der Außenumfangsrand 52 der Scheibenfeder 50 in Kontakt steht, wir durchgängig durch eine Kraft in Axialrichtung gedrückt, die zum Freisetzen der elastischen Energie der Scheibenfeder 50 wirkt (elastische Wiederherstellungskraft oder Druckkraft). Die Druckkraft F1 der Scheibenfeder 50 wird auf die Düsenplatte 31 über die Abstandshalter 47 und Stifte 46 übertragen.
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Im variablen Düsenmechanismus 30 (der Baugruppe 48) dieser Ausführungsform sind Bereiche P1, auf welche die Druckkraft F1 der Scheibenfeder 50 direkt aufgebracht ist, die Abstandshalter 47 und die Stifte 46 sowie die Vorsprünge 55 (die Endflächen 55A) der Düsenplatte 31 alle auf den Wirklinien L2, entlang welcher die Druckkraft F1 der Scheibenfeder 50 wirkt, angeordnet. Somit wird die Druckkraft F1 der Scheibenfeder 50 über die Bereiche P1, die Abstandshalter 47 und die Stifte 46 entlang der Wirklinien L2 direkt auf die Vorsprünge 55 übertragen.
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Wenn die Druckkraft F1 übertragen wird, wird die Baugruppe 48 zusammen mit den Vorsprüngen 55 in Richtung des Lagergehäuses 12 versetzt. Dann werden die Endflächen 55A der Vorsprünge 55 als Kontaktflächen gegen die Innenwandfläche 12A des Lagergehäuses 12 gedrückt. Zu diesem Zeitpunkt wird, da die Scheibenfeder 50 ringförmig ist und das Turbinenrad 26 umgebend angeordnet ist, die Baugruppe 48 durch die Druckkraft F1 in axiale Richtung gedrückt, die im Wesentlichen an jeder Stelle in Umfangsrichtung gleich aufgebracht wird. Die Baugruppe 48 wird somit durch die Druckkraft F2, die im Wesentlichen an jeder Stelle in Umfangsrichtung gleich ist, gegen die Innenwandfläche 12A des Lagergehäuses 12 gedrückt.
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Im variablen Düsenmechanismus 30 dieser Ausführungsform sind die Kontaktflächen, die mit dem Lagergehäuse 12 als das kontaktierte Objekt in Kontakt stehen, auf den Wirklinien L2, entlang welcher die Druckkraft F1 der Scheibenfeder 50 wirkt, angeordnet. Der Abstand in Radialrichtung der Turbinenwelle 11 zwischen den Bereichen P1, auf welche die Druckkraft F1 aufgebracht wird, und den Bereichen P2 (den Endflächen 55A), die mit dem Lagergehäuse 12 (dem kontaktierten Objekt) in Kontakt stehen, ist „0”. Da eine Kraft (ein Moment), die drehend auf den variablen Düsenmechanismus 30 und die Bereiche P2 (die Endflächen 55A), die in Kontakt mit dem Lagergehäuse 12 (dem kontaktierten Objekt) stehen, nicht oder nur kaum durch die Scheibenfeder 50 auf den variablen Düsenmechanismus 30 aufgebracht wird, ist die Aufbringung einer Last auf die Düsenplatte 31 und die Deckplatte 41, die verformend auf die Düsenplatte 31 und Deckplatte 41 wirkt, weniger wahrscheinlich.
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Die vorstehend im Detail beschriebene Ausführungsform hat die folgenden Effekte. (1) Die Düsenplatte 31 und die Deckplatte 41 sind durch die Kupplungsabschnitte (die Stifte 46) verbunden, um die Baugruppe 48 zu bilden. Im variablen Düsenmechanismus 30 sind die Kontaktflächen (die Endflächen 55A) der Baugruppe 48, die mit dem kontaktierten Objekt (dem Lagergehäuse 12) in Kontakt stehen, auf den Wirklinien L2, entlang welcher die Druckkraft F1 der Scheibenfeder 50 wirkt, angeordnet.
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Da die Düsenplatte 31 und die Deckplatte 41 daher vor einer Verformung durch die Scheibenfeder 50 bewahrt werden können, kann ein Festgehen der variablen Düsen durch die Verformung der Düsenplatte 31 oder der Deckplatte 41 verhindert werden.
- (2) Die Baugruppe 48 wird mit dem kontaktierten Objekt (dem Lagergehäuse 12) lediglich durch die Druckkraft F1 der Scheibenfeder 50 in Kontakt gebracht und platziert. Anders ausgedrückt ist die Baugruppe 48 nicht am Gehäuse (dem Lagergehäuse 12 oder Turbinengehäuse 14) des Turboladers 10 festgelegt und somit schwebend angeordnet.
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Somit kann die Baugruppe 48 relativ klein ausgebildet werden und eine Temperaturdifferenz zwischen den Bauteilen der Baugruppe 48 kann gering gehalten werden. Eine thermische Verformung der Baugruppe 48 bei hoher Temperatur kann somit verringert werden. Da ein radial äußerer Abschnitt der Baugruppe 48, beispielsweise ein radial äußerer Abschnitt der Düsenplatte 31, nicht unter Zwang befestigt ist, gibt es wenig Widerstand hinsichtlich einer Verformung der Baugruppe 48. Somit kann eine thermische Verformung der Baugruppe 48 verringert werden.
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Aus den vorstehend genannten Gründen können, selbst wenn der Spalt zwischen der Düsenplatte 31 und den variablen Düsen 33, oder der Spalt zwischen der Deckplatte 41 und den variablen Düsen 33 verringert wird, Probleme wie beispielsweise ein Versteifen der variablen Düsen 33 bei hohen Temperaturen verhindert werden. Das Versteifen der variablen Düsen 33 bezeichnet ein Phänomen, bei welchen sich die variablen Düsen 33 nicht mehr leicht bewegen oder gar nicht mehr bewegen können, wenn diese gedreht werden (geöffnet oder geschlossen werden), da ein Kontakt zwischen den variablen Düsen 33 und der Düsenplatte 31 oder der Deckplatte 41 besteht. Somit ist eine Verbesserung der Turboleistung, oder in anderen Worten: eine Verbesserung der Turbinenleistung erreichbar.
- (3) Die Baugruppe 48 wird durch die Feder (die Scheibenfeder 50) in Axialrichtung gedrückt. Es ist somit möglich, den Druckabschnitt, der die Baugruppe 48 des Variablen Düsenmechanismus in axiale Richtung drückt, einfach auszubilden.
- (4) Die Scheibenfeder 50 wird als die in (3) vorstehend beschriebene Feder verwendet und das Turbinenrad 26 ist von der Scheibenfeder 50 umgeben. Die Baugruppe 48 des variablen Düsenmechanismus 30 kann somit durch die Druckkraft F2, die im Wesentlichen an jeder Stelle in Umfangsrichtung gleich ist, gegen das kontaktierte Objekt (das Lagergehäuse 12) gedrückt werden.
- (5) Das Lagergehäuse 12 ist das kontaktierte Objekt, gegen welches die Baugruppe 48 des variablen Düsenmechanismus 30 gedrückt wird (d. h. das kontaktierte Objekt, mit welchem die Baugruppe 48 in Kontakt steht). Da das Lagergehäuse 12, die ein bestehendes Bauteils des Turboladers 10 ist, als kontaktiertes Objekt Verwendung findet, ist es nicht notwendig, ein kontaktiertes Objekt zusätzlich vorzusehen.
- (6) Eine von der Düsenplatte 31 und der Deckplatte 41, die vor der anderen in Druckrichtung, in welche die Scheibenfeder 50 die Baugruppe drückt (die Druckrichtung der Scheibenfeder 50) liegt, d. h. die Düsenplatte 31, ist mit den Vorsprüngen 55 ausgebildet, die in Druckrichtung nach vorne vorragen, und die Endflächen 55A der Vorsprünge 55 werden als die Kontaktflächen verwendet, die mit dem kontaktierten Objekt in Kontakt stehen. Da die Vorsprünge 55 wie vorstehend beschrieben vorgesehen sind, können die Kontaktflächen (die Endflächen 55A) die mit dem kontaktierten Objekt in Kontakt stehen, einfach auf den Wirklinien L2, entlang welcher die Druckkraft F1 der Scheibenfeder 50 wirkt, angeordnet werden.
- (7) Die Vorsprünge 55 sind derart auf einem Kreis um die Achse L1 angeordnet, dass die Vorsprünge 55 voneinander in Umfangsrichtung beabstandet sind. Zudem sind die Endflächen 55A der Vorsprünge 55 auf der gleichen Stelle in Axialrichtung angeordnet. Die Baugruppe 48 (die Düsenplatte 31) kann somit gegen die Innenwandfläche 12A des Lagergehäuses 12 durch die Druckkraft F2 gedrückt werden, die im Wesentlichen an allen Stellen in Umfangsrichtung gleich ist.
- (8) Die Abstandshalter 47 sind auf den Wirklinien L2, entlang welcher die Druckkraft F1 der Scheibenfeder 50 wirkt, angeordnet. Die Druckkraft F1 der Scheibenfeder 50 kann somit effizient auf das Lagergehäuse 12 entlang der Wirklinien L2 über die Bereiche P1, auf welche die Druckkraft F1 der Scheibenfeder 50 im variablen Düsenmechanismus 30 direkt aufgebracht wird, die Abstandshalter 47 und die Endflächen 55A (Kontaktflächen) der Vorsprünge 55 übertragen werden.
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Es sei angemerkt, dass die vorstehende Erfindung in anderen Ausführungsformen als vorstehend beschrieben ausgebildet werden kann. Die Vorsprünge 55 können am Lagergehäuse 12 statt an der Düsenplatte 31 vorgesehen sein.
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Die Druckrichtung, in welche der Druckabschnitt die Baugruppe 48 des variablen Düsenmechanismus 30 drückt, ist nicht auf die Richtung vom Turbinengehäuse 14 in Richtung zum Lagergehäuse 12 (wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform) beschränkt sondern kann die Richtung vom Lagergehäuse 12 in Richtung zum Turbinengehäuse 14 sein. In diesem Fall wird die Baugruppe 48 des variablen Düsenmechanismus 30 gegen das Turbinengehäuse 14 statt gegen das Lagergehäuse 12 gedrückt.
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Ein anderes Bauteil als das Lagergehäuse 12 und das Turbinengehäuse 14 kann als das kontaktierte Objekt genutzt werden, gegen welches die Baugruppe 48 des variablen Düsenmechanismus 30 gedrückt wird. In diesem Fall kann das kontaktierte Objekt ein bestehendes Bauteil des Turboladers 10 sein, oder kann zusätzlich (neu) hinzugefügt werden.
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Eine sich von der Scheibenfeder 50 unterscheidende Feder kann als der Druckabschnitt verwendet werden. Alternativ kann etwas anderes als eine Feder als der Druckabschnitt verwendet werden. Während sich bei der vorstehenden Ausführungsform die Wellen 32 sowohl durch die Düsenplatte 31 als auch die Deckplatte 41 erstrecken, können sich die Wellen 32 auch nur durch die Düsenplatte 31 erstrecken.
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Die Vorsprünge 55 können in Umfangsrichtung an anderen Stellen als den Stellen in Umfangsrichtung angeordnet sein, an welchen die Abstandshalter 47 auf einem Kreis um die Achse L1 der Turbinenwelle 11 angeordnet sind. Als Kupplungsabschnitt, der die Düsenplatte 31 und die Deckplatte 41 verbindet, kann etwas anderes als die Stifte 46 verwendet werden. Beispielsweise kann entweder die Düsenplatte 31 oder die Deckplatte 41 mit einem Kupplungsabschnitt ausgebildet sein. In diesem Fall kann der Kupplungsabschnitt integral mit der Düsenplatte oder der Deckplatte 41 ausgebildet sein.
