DE112015003981T5

DE112015003981T5 - Turbolader

Info

Publication number: DE112015003981T5
Application number: DE112015003981.3T
Authority: DE
Inventors: Yutaka UNEURA; Jaemin HUH
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2015-08-11
Publication date: 2017-05-11
Also published as: US10513974B2; JPWO2016031566A1; CN106662006A; CN106662006B; WO2016031566A1; JP6361735B2; US20170145908A1

Abstract

Ein Ventil (57) ist so vorgesehen, dass es in ein Montageloch (55) eines Montageelementes (53) eingesetzt ist. Dem Ventil (57) ist ermöglicht, dass es ein Spiel in Bezug auf das Montageelement (53) hat. Das Ventil (57) hat einen Ventilkörper (61) mit einer Ventilfläche (61f), die dazu in der Lage ist, mit einem Ventilsitz (59) in Kontakt gebracht zu werden und von diesem getrennt zu werden. Eine Ventilwelle (63) ist an einem Kopf des Ventilkörpers (61) einstückig ausgebildet. Eine axiale Mitte (33s) (des Bypasskanals 33) ist in Bezug auf eine Dickenrichtung (TD) eines Innenwandabschnittes (23i) eines Turbinengehäuses (23) so geneigt, dass ein Öffnungsabschnitt (33a) an einer Auslassseite in dem Bypasskanal (33) näher zu einer Seite eines Schaftes (41) angeordnet ist als ein Öffnungsabschnitt (33b) an einer Einlassseite. Eine Mitte (61fc) der Ventilfläche (61f) des Ventilkörpers (61) ist exzentrisch zu der Seite des Schaftes (41) in Bezug auf eine axiale Mitte (63s) der Ventilwelle (63).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Turbolader wie beispielsweise ein Turbolader für ein Kraftfahrzeug, der zu einem Verbrennungsmotor zu liefernde Luft auflädt unter Nutzung von Energie eines Abgases von dem Verbrennungsmotor.
HINTERGRUND DES STANDS DER TECHNIK
Als eine Maßnahme zum Unterdrücken eines übermäßigen Anstiegs eines Turboladerdrucks (Aufladedruck) durch einen Turbolader für ein Kraftfahrzeug ist ein Bypasskanal üblicherweise in einem Innenwandabschnitt eines Turbinengehäuses in dem Turbolader für ein Fahrzeug ausgebildet. Ein Teil eines Abgases strömt durch diesen Bypasskanal und umgeht das Turbinenrad. Darüber hinaus ist ein Wastegateventil, das einen Öffnungsabschnitt an einer Auslassseite des Bypasskanals öffnet und schließt, an einer geeigneten Position des Turbinengehäuses vorgesehen. Hierbei ist der Bypasskanal ein variabler Gasströmungskanal zum Einstellen einer Strömungsrate eines Abgases, das zu der Turbinenradseite geliefert wird, und das Wastegate-Ventil ist ein variabler Strömungsventilmechanismus, der einen Öffnungsabschnitt an einer Auslassseite in dem variablen Gasströmungskanal öffnet und schließt.
Das Wastegateventil hat einen Schaft (Drehwelle), der durch das Turbinengehäuse drehbar gestützt ist, ein Ventil, das dazu in der Lage ist, an einem Ventilsitz an der Öffnungsabschnittseite in dem Bypasskanal in Anlage gebracht zu werden und von diesem getrennt zu werden, und ein Montageelement zum Verbinden des Schaftes mit dem Ventil. Der Schaft ist in einem Stützloch gestützt, das einen Außenwandabschnitt des Turbinengehäuses so durchdringt und so in diesem ausgebildet ist, dass der Schaft (Drehwelle) in einer Vorwärtsrichtung und einer Rückwärtsrichtung drehbar ist. Ein Basisendabschnitt (ein Endabschnitt) des Schaftes ragt zur Außenseite von dem Außenwandabschnitt des Turbinengehäuses vor. Darüber hinaus ist ein Basisendabschnitt (ein Endabschnitt) eines Verbindungselementes einstückig mit dem Basisendabschnitt des Schaftes verbunden. Das Verbindungselement schwenkt in der Vorwärtsrichtung oder in der Rückwärtsrichtung um eine axiale Mitte des Schaftes durch Antreiben eines Aktuators.
Ein Basisendabschnitt des Montageelementes ist mit einem distalen Endabschnitt (der andere Endabschnitt) des Schaftes einstückig verbunden. Ein Montageloch durchdringt einen distalen Endabschnitt des Montageelementes und ist in diesem ausgebildet. Ein Ventil sitzt in dem Montageloch des Montageelementes (ist dort eingesetzt). Bei diesem Einsetzen wird ermöglicht, dass das Ventil ein Spiel (inklusive einer neigenden und geringfügigen Bewegung) in Bezug auf das Montageelement hat. Darüber hinaus hat das Ventil einen Ventilkörper und eine Ventilwelle, die einstückig mit einem Kopf (ein Abschnitt an einer Seite, die zu einer Ventilfläche entgegengesetzt ist) des Ventilkörpers einstückig vorgesehen ist. Der Ventilkörper hat die Ventilfläche, die dazu in der Lage ist, dass sie in Kontakt mit dem Ventilsitz an einem Umfangsrand des Öffnungsabschnittes an der Auslassseite in den Bypasskanal gebracht wird und von diesem separiert wird. Die Ventilwelle ist als ein Ventilverbindungselement mit dem Montageelement verbunden, indem sie in das Montageloch des Montageelementes eingesetzt ist (eingepasst ist). Darüber hinaus ist ein Halteelement einstückig an einem distalen Endabschnitt der Ventilwelle vorgesehen. Das Halteelement dient dem Verhindern eines Entfernens des Ventils in Bezug auf das Montageelement.
Wenn der Turboladerdruck (Aufladedruck) einen eingestellten Druck erreicht, schwenkt der Antrieb des Aktuators das Verbindungselement in der Vorwärtsrichtung. Das Schwenken des Verbindungselementes in der Vorwärtsrichtung bewirkt, dass das Ventil in der Vorwärtsrichtung (Öffnungsrichtung) über den Schaft und das Montageelement schwenkt, um dadurch den Öffnungsabschnitt des Bypasskanals zu öffnen. Außerdem schwenkt, wenn der Turboladerdruck geringer wird als der eingestellte Druck, nachdem der Öffnungsabschnitt des Bypasskanals geöffnet worden ist, der Antrieb des Aktuators das Verbindungselement in der Rückwärtsrichtung. Das Schwenken des Verbindungselementes in der Rückwärtsrichtung bewirkt, dass das Ventil in der Rückwärtsrichtung (Schließrichtung) über den Schaft und dergleichen schwenkt, um dadurch den Öffnungsabschnitt des Bypasskanals zu schließen. Da das Spiel (Klappern) des Ventils in Bezug auf das Montageelement ermöglicht ist, wird eine Folgeeigenschaft (Schließkontakt) des Ventilkörpers an dem Ventilsitz an der Ventilfläche verbessert, wenn der Öffnungsabschnitt des Bypasskanals geschlossen ist, und die Stabilität (Zuverlässigkeit) eines Betriebs des Wastegateventils wird sichergestellt.
Es ist hierbei zu beachten, dass eine sich auf die vorliegende Erfindung beziehende Technologie in Patentdokument 1 und Patentdokument 2 veranschaulicht ist.
DOKUMENTE DES STANDES DER TECHNIK
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2009-236088
Patentdokument 2: offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2008-101589

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Im Übrigen ist, um die Stabilität des Betriebs des Wastegateventils wie vorstehend beschrieben sicherzustellen, es vorzugsweise erforderlich, das Spiel des Ventils in Bezug auf das Montageelement zu gestatten. Wenn andererseits das Spiel des Ventils in Bezug auf das Montageelement während eines Betriebs des Turboladers für ein Kraftfahrzeug beispielsweise dann gestattet wird, wenn der Öffnungsabschnitt an der Auslassseite des Bypasskanals damit beginnt, sich zu öffnen, oder unmittelbar bevor der Öffnungsabschnitt geschlossen ist, wird ein Schwingungskontakt (ein durch eine Schwingung bewirkter Kontakt) mitunter zwischen dem Ventil und dem Ventilsitz durch eine Pulsation des Abgases (Abgaspulsation) von einer Verbrennungsmotorseite, der Pulsation von einer Aktuatorseite in der Nähe des Schaftes oder dergleichen erzeugt. In einem derartigen Fall wird ein Klappergeräusch (ein Kontaktgeräusch, das durch die Schwingung verursacht wird) von dem Wastegateventil erzeugt, und es besteht die Besorgnis, dass der ruhige Betrieb des Wastegateventils vermindert wird.
Es ist hierbei zu beachten, dass das vorstehend erwähnte Problem auch in ähnlicher Weise in dem Fall erzeugt wird, bei dem der Turbolader wie beispielsweise ein Turbolader für ein Kraftfahrzeug mit einem anderen variablen Strömungsventilmechanismus außer dem Wastegateventil ausgestattet ist.
Demgemäß hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, einen Turbolader zu schaffen, der die vorstehend erwähnten Probleme lösen kann.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Turbolader mit einem variablen Strömungsventilmechanismus, der so aufgebaut ist, dass er einen Öffnungsabschnitt an einer Auslassseite eines variablen Gasströmungskanals öffnet und schließt zum Einstellen einer Strömungsrate eines Abgases, das zu einer Turbinenradseite geliefert wird, wobei der Öffnungsabschnitt an einem Innenwandabschnitt eines Turbinengehäuses oder an einem Innenwandabschnitt eines Verbindungskörpers, der mit dem Turbinengehäuse verbunden ist und mit diesem in Kommunikation steht, ausgebildet ist, wobei der variable Strömungsventilmechanismus Folgendes aufweist: einen Schaft, der durch das Turbinengehäuse oder einem Außenwandabschnitt des Verbindungskörpers gestützt ist; ein Montageelement, das mit dem Schaft einstückig verbunden ist; und ein Ventil, das an dem Montagekörper vorgesehen ist und einen Ventilkörper mit einer Ventilfläche zum Öffnen und Schließen eines Öffnungsabschnittes des variablen Gasströmungskanals, und ein Ventilverbindungselement hat, das an dem Ventilkörper vorgesehen ist und mit dem Montageelement verbunden ist; und wobei eine Mitte der Ventilfläche des Ventilkörpers, wenn der Öffnungsabschnitt des variablen Gasströmungskanals geschlossen ist, zu einer Seite exzentrisch ist, die entgegengesetzt zu der Schaftseite in Bezug auf eine axiale Mitte des variablen Gasströmungskanals ist.
Hierbei hat in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung ein „Turbolader“ eine Bedeutung, die nicht nur einen Turbolader mit einer einzelnen Stufe, sondern auch einen Turbolader mit einer Vielzahl an Stufen (Niedrigdruckstufe und Hochdruckstufe) umfasst. Ein „Verbindungskörper, der in einem Kommunikationszustand mit dem Turbinengehäuse verbunden ist“ hat eine Bedeutung, die ein Rohr (Rohrleitung), eine Sammelleitung (Krümmer), ein Gehäuse und dergleichen umfasst, die in einem Kommunikationszustand mit einem Gaseinlass oder einem Gasauslass des Turbinengehäuses verbunden sind. Außerdem hat ein „variabler Gasströmungskanal“ eine Bedeutung, die einen Bypasskanal und dergleichen umfasst zum Bewirken, dass ein Teil des Abgases das Turbinenrad umgeht, und ein „variabler Strömungsventilmechanismus“ hat eine Bedeutung, die ein Wastegateventil oder dergleichen umfasst, das einen Öffnungsabschnitt des Bypasskanals öffnet und schließt. Außerdem hat der Ausdruck „vorgesehen“ eine Bedeutung, die ein indirektes Vorsehen und ein Ausbilden über ein anderes Element neben dem direkten Vorsehen umfasst, und „ausgebildet“ hat eine Bedeutung, die ein einstückiges Ausbilden umfasst. Der Ausdruck „abgestützt“ oder „gestützt“ hat eine Bedeutung, die ein indirektes Stützen oder Abstützen über ein anderes Element neben einem direkten Stützen oder Abstützen umfasst. Der Ausdruck „verbunden“ hat eine Bedeutung, die ein indirektes Verbinden über ein anderes Element neben einem direkten Verbinden umfasst.
EFFEKTE DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Erzeugen eines Schwingungskontaktes zwischen dem Ventil und dem Ventilsitz durch eine Pulsation oder dergleichen des Abgases von der Verbrennungsmotorseite in der Nähe des Schaftes während des Betriebs des Turboladers unterdrückt werden, und somit kann das Klappergeräusch von dem variablen Strömungsventilmechanismus reduziert werden, und ein ruhiger Betrieb des variablen Strömungsmechanismus oder anders ausgedrückt ein ruhiger Betrieb des Turboladers kann verbessert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1(a) und 1(b) zeigen vergrößerte Querschnittsansichten entlang einer Linie I-I in 2, wobei in 1(a) eine Darstellung eines Zustandes gezeigt ist, bei dem ein Öffnungsabschnitt an einer Auslassseite eines Bypasskanals geschlossen ist, und 1(b) eine Darstellung eines Zustandes zeigt, bei dem der Öffnungsabschnitt an der Auslassseite des Bypasskanals beginnt, sich zu öffnen, oder unmittelbar bevor der Öffnungsabschnitt geschlossen ist.
2 zeigt eine vergrößerte Darstellung einer ausschnittartigen Ansicht eines Pfeiles II in 3.
3 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie III-III in 4.
4 zeigt eine ausschnittartige Ansicht von vorn eines Turboladers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine Querschnittsansicht von vorn eines Turboladers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6(a) und 6(b) zeigen Querschnittsansichten einer Variation des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, wobei 6(a) eine Darstellung eines Zustandes zeigt, bei dem der Öffnungsabschnitt an der Auslassseite des Bypasskanals geschlossen ist, und 6(b) eine Darstellung eines Zustandes zeigt, bei dem der Öffnungsabschnitt an der Auslassseite des Bypasskanals damit beginnt, sich zu öffnen, oder unmittelbar bevor der Öffnungsabschnitt geschlossen ist.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es ist hierbei zu beachten, dass mit dem Zeichen „L“ in der Zeichnung eine nach links weisende Richtung gezeigt ist, und „R“ zeigt eine nach rechts weisende Richtung.
Ein Turbolader 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise ein Turbolader für ein Kraftfahrzeug. Wie dies in 5 gezeigt ist, lädt der Turbolader 1 zu einem Verbrennungsmotor zu liefernde Luft auf (komprimiert diese) unter Nutzung von Energie eines Abgases von einem (nicht gezeigten) Verbrennungsmotor.
Wie dies in 5 gezeigt ist, hat der Turbolader 1 ein Lagergehäuse 3. Ein Paar an Radiallagern 5 und 5 und ein Paar an Axiallagern 7 und 7 sind in dem Lagergehäuse 3 vorgesehen. Diese Lager stützen drehbar eine Drehwelle (Turbinenwelle) 9, die sich in einer nach rechts und nach links weisenden Richtung erstreckt. Anders ausgedrückt ist die Rotorwelle 9 über eine Vielzahl an Lagern 5 und 7 in dem Lagergehäuse 3 drehbar vorgesehen.
Ein Kompressorgehäuse 11 ist an der rechten Seite des Lagergehäuses 3 vorgesehen. Außerdem ist ein Kompressorrad 13 in dem Kompressorgehäuse 11 drehbar vorgesehen. Das Kompressorrad 13 ist konzentrisch an einem rechten Endabschnitt der Rotorwelle 9 einstückig verbunden und komprimiert die Luft durch Ausnutzung einer Zentrifugalkraft.
Ein Lufteinlass (Lufteinlasskanal) 15 zum Einleiten von Luft ist an einer Einlassseite (stromaufwärtige Seite in einer Hauptströmungsrichtung der Luft) des Kompressorrades 13 in dem Kompressorgehäuse 11 ausgebildet. Der Lufteinlass 15 ist mit einer (nicht gezeigten) Luftreinigungseinrichtung zum Reinigen von Luft verbunden. Darüber hinaus ist ein Diffuserkanal 17 an einer Auslassseite (stromabwärtige Seite in der Hauptströmung der Luft) des Kompressorrades 13 zwischen dem Lagergehäuse 3 und dem Kompressorgehäuse 11 ausgebildet. Der Diffuserkanal 17 ist ringartig ausgebildet und verstärkt den Druck der komprimierten Luft. Darüber hinaus ist ein Kompressorspiralkanal 19 in dem Kompressorgehäuse 11 vorgesehen. Der Kompressorspiralkanal 19 ist in einem spiralartigen Zustand so ausgebildet, dass er das Kompressorrad 13 umgibt und mit dem Diffuserkanal 17 in Kommunikation steht. Ein Luftauslass (Luftauslasskanal) 21 ist zum Abgeben der komprimierten Luft an einer geeigneten Position an der Außenwand des Kompressorgehäuses 11 ausgebildet. Der Luftauslass 21 steht mit dem Kompressorspiralkanal 19 in Kommunikation und ist mit einem (nicht gezeigten) Luftzuführkrümmer des Verbrennungsmotors verbunden.
Ein Turbinengehäuse 23 ist an der linken Seite des Lagergehäuses 3 vorgesehen. Außerdem ist ein Turbinenrad 25 in dem Turbinengehäuse 23 drehbar vorgesehen. Das Turbinenrad 25 ist konzentrisch an einem linken Endabschnitt der Rotorwelle 9 einstückig verbunden und erzeugt eine Drehkraft (ein Drehmoment) durch Ausnutzen der Druckenergie des Abgases.
Wie dies in den 3 bis 5 gezeigt ist, ist ein Gaseinlass (Gaseinlasskanal) 27 zum Einleiten des Abgases an einer geeigneten Position in dem Turbinengehäuse 23 ausgebildet. Der Gaseinlass 27 ist mit einem (nicht gezeigten) Abgaskrümmer des Verbrennungsmotors verbunden. Darüber hinaus ist ein Turbinenspiralkanal 29 in einem spiralartigen Zustand an einer Einlassseite (stromaufwärtige Seite in der Hauptströmung des Abgases) des Turbinenrades 25 in dem Turbinengehäuse 23 ausgebildet. Außerdem ist ein Gasauslass (Gasauslasskanal) 31 zum Abgeben des Abgases an einer Auslassseite (stromabwärtige Seite in der Hauptströmungsrichtung des Abgases) des Turbinenrades 25 in dem Turbinengehäuse 23 ausgebildet. Der Gasauslass 31 ist mit einer (nicht gezeigten) Reinigungsvorrichtung des Abgases, die einen Katalysator verwendet, über ein (nicht gezeigtes) Verbindungsrohr oder dergleichen verbunden.
Wie dies in den 1 bis 3 gezeigt ist, ist ein Bypasskanal 33 an einem Innenwandabschnitt 23i an der Seite des Gasauslasses 31 in dem Turbinengehäuse 23 ausgebildet. Ein Teil des Abgases, das durch den Gaseinlass 27 eingeleitet wird, strömt durch den Bypasskanal 33 und wird zu der Seite des Gasauslasses 31 herausgeführt. Das heißt der Teil des Abgases umgeht das Turbinenrad 25 durch den Bypasskanal 33. Anders ausgedrückt ist der Bypasskanal 33 ein sogenannter variabler Gasströmungskanal (Kanal mit variabler Gasströmung) zum Einstellen einer Strömungsrate des Abgases, das zu der Seite des Turbinenrades 25 geliefert wird.
Ein Wastegateventil 35 ist an einer geeigneten Position des Turbinengehäuses 23 vorgesehen. Das Wastegateventil 35 ist so aufgebaut, dass es einen Öffnungsabschnitt des Bypasskanals 33 öffnet und schließt. Das heißt das Wastegateventil 35 ist ein sogenannter variabler Strömungsventilmechanismus.
Das Wastegateventil 35 hat einen Schaft (Drehwelle) 41, der durch das Turbinengehäuse 23 drehbar gestützt ist, ein Ventil 57, das den Öffnungsabschnitt (Ventilsitz 59) des Bypasskanals 33 öffnet und schließt, und ein Montageelement 43 zum Verbinden des Schaftes 41 mit dem Ventil 57. Der Schaft 41 ist in einem Stützloch 37, das einen Außenwandabschnitt 23o des Turbinengehäuses 23 durchdringt und in diesem ausgebildet ist, in einer Vorwärtsrichtung und einer Rückwärtsrichtung drehbar über eine Buchse 41 ausgebildet. Ein Basisendabschnitt (ein Endabschnitt, der erste Endabschnitt) des Schaftes 41 ragt von dem Außenwandabschnitt 23o des Turbinengehäuses 23 nach außen vor. Die Buchse 39 ist in dem Stützloch 37 durch Presspassung vorgesehen.
Ein Basisendabschnitt (ein Endabschnitt) eines Verbindungselementes (Verbindungsplatte) 43 ist mit dem Basisendabschnitt des Schaftes 41 einstückig verbunden. Das Verbindungselement 43 schwenkt in einer Vorwärtsrichtung und in einer Rückwärtsrichtung um eine axiale Mitte des Schaftes 41 durch Antreiben eines Aktuators 45. Darüber hinaus hat der Aktuator 45 eine Betätigungsstange 47, die zu einer hin- und hergehenden Bewegung in einer nach rechts- und nach links weisenden Richtung in der Lage ist. Ein distaler Endabschnitt der Betätigungsstange 47 ist mit einem distalen Endabschnitt (der andere Endabschnitt) des Verbindungselementes 43 über einen Verbindungsstift 49 und einen Haltering 51 oder dergleichen drehbar verbunden. Der Aktuator 45 ist ein Membranaktuator, der beispielsweise in den veröffentlichten japanischen Patentanmeldungen JP 10-103069 , JP 2008-25442 und dergleichen dargestellt ist. Es ist hierbei zu beachten, dass der Basisendabschnitt des Verbindungselementes 43 mit dem Basisendabschnitt des Schaftes 41 einstückig verbunden ist beispielsweise durch ein Kehlnahtschweißen, ein TIG-Schweißen, ein Laserstrahlschweißen, ein Gesenkschmieden oder dergleichen. Anstelle des Membranaktuators kann ein elektrischer Aktuator durch eine elektronische Steuerung oder ein hydraulischer Aktuator durch einen hydraulischen Antrieb als der Aktuator 45 angewendet werden.
Ein Basisendabschnitt des Montageelementes (Montageplatte) 53 ist mit dem distalen Endabschnitt (der andere Endabschnitt) des Schaftes 41 einstückig verbunden. Das Montageelement 43 ist in dem Turbinengehäuse 23 angeordnet.
Außerdem durchdringt ein Montageloch 55, das eine Form mit einer Schlüsselweite oder eine kreisartige Form hat, einen distalen Endabschnitt des Montageelementes 53 und ist an diesem ausgebildet. Es ist hierbei zu beachten, dass ein Basisendabschnitt des Montageelementes 53 mit dem distalen Endabschnitt des Schaftes 41 einstückig verbunden ist beispielsweise durch Kehlnahtschweißen, TIG-Schweißen, Laserstrahlschweißen, Gesenkschmieden oder dergleichen.
Das Ventil 57 ist in das Montageloch 55 des Montageelementes 53 eingesetzt. Bei diesem Einsetzen wird ermöglicht, dass das Ventil 57 ein Spiel (inklusive einer sich neigenden und geringfügigen Bewegung) in Bezug auf das Montageelement 53 hat. Außerdem hat das Ventil 57 einen Ventilkörper 61. Der Ventilkörper 61 hat eine kreisartige Ventilfläche 61f, die dazu in der Lage ist, mit dem Ventilsitz 59 an einem Umfangsrand des Öffnungsabschnittes 33a in der Auslassseite des Bypasskanals 33 in Kontakt gebracht zu werden und von diesem getrennt zu werden. Ein Kopf (Abschnitt an einer Seite, die zu der Ventilfläche 61f entgegengesetzt ist) 61h des Ventilkörpers 61 hat eine konische Form. Darüber hinaus ist eine Ventilwelle 63 mit einem kreisartigen Querschnitt als ein Ventilverbindungselement (Ventilverbindungsabschnitt) einstückig an dem Kopf 61h des Ventilkörpers 61 ausgebildet. Die Ventilwelle 63 ist mit dem Montageloch 55 des Montageelementes 53 durch Einpassen (Einsetzen) verbunden. Hierbei ist ein Spiel (Klappern) des Ventils 57 in Bezug auf das Montageelement 53 gestattet, und somit wird eine Folgeeigenschaft (Anhaftvermögen) des Ventilkörpers 61 an der Ventilfläche 61f verstärkt, wodurch die Stabilität (Zuverlässigkeit) des Betriebs des Wastegateventils 35 sichergestellt wird. Des Weiteren ist ein ringartiges Halteelement (Halter) 65 als ein Beispiel einstückig an einem distalen Endabschnitt der Ventilwelle 63 vorgesehen, um ein Entfernen des Ventils 57 in Bezug auf das Montageelement 53 zu verhindern. Es ist hierbei zu beachten, dass eine Form des Halteelements 65 nicht auf eine ringartige Form beschränkt ist. Das Haltelement 65 ist mit dem distalen Endabschnitt der Ventilwelle 63 einstückig verbunden beispielsweise durch Kehlnahtschweißen, TIG-Schweißen, Laserstrahlschweißen oder Gesenkschmieden. Die Ventilwelle 63 kann an dem Kopf 61h des Ventilkörpers 61 einstückig vorgesehen sein, und das Halteelement 65 kann an dem distalen Endabschnitt der Ventilwelle 63 einstückig ausgebildet sein, anstelle eines einstückigen Ausbildens der Ventilwelle 63 an dem Kopf 61h des Ventilkörpers 61 und einem einstückigen Vorsehen des Halteelementes 65 an dem distalen Endabschnitt der Ventilwelle 63 durch ein Kehlnahtschweißen oder dergleichen. Ein Querschnitt der Ventilwelle 65 ist nicht auf eine kreisartige Form beschränkt, sondern kann zu einer beliebigen Form wie beispielsweise ein Viereck geändert werden. Der Querschnitt der Ventilwelle 65 ist nicht auf eine kreisartige Form beschränkt, sondern kann auf eine beliebige Form wie beispielsweise ein Viereck geändert werden. Anstelle eines einstückigen Ausbildens der Ventilwelle 63 als ein Ventilverbindungselement an dem Kopf 61h des Ventilkörpers 61 kann ein anderes (nicht gezeigtes) Ventilverbindungselement an dem Ventilkörper 61 vorgesehen sein, indem der Ventilkörper 61 durchdrungen wird, und das andere Ventilverbindungselement kann mit dem Montageelement 53 verbunden werden. Als ein Beispiel ist die Ventilwelle 63 mit dem Montageloch 55 des Montageelementes 53 durch Einpassen verbunden, jedoch kann eine Verbindungsform (Aufbau, Einrichtung) zwischen der Ventilwelle 63 und dem Montageloch 55 des Montageelementes 53 innerhalb eines Bereiches geeignet geändert werden, der ein Spiel des Ventils 57 in Bezug auf das Montageelement 53 ermöglicht.
Wie dies in den 1(a) und 1(b) gezeigt ist, ist eine axiale Mitte 33s des Bypasskanals 33 in Bezug auf eine Dickenrichtung TD des Innenwandabschnittes 23i des Turbinengehäuses 23 so geneigt, dass der Öffnungsabschnitt 33a an der Auslassseite in den Bypasskanal 33 näher zu der Seite des Schaftes 41 (Seite die durch einen unausgefüllten Pfeil in den 1(a) und 1(b) gezeigt ist) als der Öffnungsabschnitt 33b an der Einlassseite angeordnet. Darüber hinaus stimmt eine Mitte (Mittellinie) 61fc der Ventilfläche 61f des Ventilkörpers 61, wenn die Ventilfläche 61f des Ventilkörpers 61 in Kontakt mit dem Ventilsitz 59 gebracht ist, überein mit einer Mitte (Mittellinie) 33ac des Öffnungsabschnittes 33a an der Auslassseite in dem Bypasskanal 33. Darüber hinaus ist die Mitte 61fc der Ventilfläche 61f des Ventilkörpers 61 exzentrisch zu der Seite des Schaftes 41 in Bezug auf die axiale Mitte 63s der Ventilwelle 63. Anders ausgedrückt ist die axiale Mitte 63s der Ventilwelle 63 exzentrisch zu der Seite, die zu der Seite des Schaftes 41 entgegengesetzt ist in Bezug auf die Mitte 61fc der Ventilfläche 61f des Ventilkörpers 61. Darüber hinaus hat ein Abschnitt (Abschnitt an einer Seite, die näher zu dem Schaft 41 als das Montageloch 55 ist) 53a an einer Fläche (Rückfläche), die dem Ventilkörper 61 zugewandt ist, an dem Montageelement 53 und an der Seite des Schaftes 41 eine Form (ein Beispiel einer entsprechenden Form), die dem Kopf 61h des Ventilkörpers 61 folgt.
Es ist hierbei zu beachten, dass die axiale Mitte 33s des Bypasskanals 33 parallel zu der Dickenrichtung TD des Innenwandabschnittes 23i sein kann, und die Mitte 61fc der Ventilfläche 61f kann mit der Mitte 33ac des Öffnungsabschnittes 33a in dem Bypasskanal 33 übereinstimmen. Alternativ kann die axiale Mitte 33s des Bypasskanals 33 in Bezug auf die Dickenrichtung TD des Innenwandabschnittes 23i geneigt sein, und die Mitte 61fc der Ventilfläche 61f kann an der axialen Mitte 63s der Ventilwelle 63 angeordnet sein. Die Formen der Öffnungsabschnitte 33a und 33b des Bypasskanals 33 sind nicht auf kreisartige Formen beschränkt, sondern können zu beliebigen Formen wie beispielsweise einem Viereck, einem Dreieck, einem Oval und einem Halbkreis geändert werden. In diesem Fall wird die Ventilfläche 61f des Ventilkörpers 61 auch gemäß den Formen der Öffnungsabschnitte 33a und 33b des Bypasskanals 33 geändert.
Nachstehend sind der Betrieb und der Effekt des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Eine Strömung des Abgases, das von dem Gaseinlass 27 durch den Turbinenspiralkanal 29 von der Einlassseite des Turbinenrades 25 zu der Auslassseite eingeleitet wird, ermöglicht es, eine Drehkraft (ein Drehmoment) zu erzeugen durch Ausnutzen der Druckenergie des Abgases, und die Rotorwelle 9 und das Kompressor Rad 13 einstückig mit dem Turbinenrad 25 zu drehen. Demgemäß ist es möglich, die von dem Lufteinlass 15 eingeleitete Luft zu komprimieren und die komprimierte Luft von der Luftabgabeöffnung 21 durch den Diffuserkanal 17 und dem Kompressorspiralkanal 19 abzugeben, wodurch es möglich ist, die zu dem Verbrennungsmotor zu liefernde Luft aufzuladen.
Wenn der Turboladerdruck (Aufladedruck) (ein Druck an der Auslassseite des Kompressorrades 13) einen eingestellten Druck während des Betriebs des Turboladers 1 erreicht, schwenkt das Ventil 57 in der Vorwärtsrichtung (Öffnungsrichtung) durch Schwenken des Verbindungselementes 43 in der Vorwärtsrichtung durch den Antrieb des Aktuators 45 und durch Drehen des Schaftes 41 in der Vorwärtsrichtung, und der Öffnungsabschnitt des Bypasskanals 33 wird geöffnet. Demgemäß wird ein Teil des von dem Gaseinlass 27 eingeleiteten Abgases dazu gebracht, dass es das Turbinenrad 25 umgeht, und die Strömungsrate des Abgases, das zu der Seite des Turbinenrades 25 zu liefern ist, kann reduziert werden.
Darüber hinaus wird, wenn der Turboladerdruck geringer als der eingestellte Druck wird, nachdem der Öffnungsabschnitt des Bypasskanals 33 geöffnet worden ist, das Ventil 57 in der Rückwärtsrichtung (Schließrichtung) geschwenkt durch Schwenken des Verbindungselementes 43 in der Rückwärtsrichtung durch den Antrieb des Aktuators 45 und durch Drehen des Schaftes 41 in der Rückwärtsrichtung, und der Öffnungsabschnitt des Bypasskanals 33 wird geschlossen. Als ein Ergebnis wird die Strömung des Abgases in dem Bypasskanal 33 heruntergefahren, und die Strömungsrate des Abgases, das zu der Seite des Turbinenrades 25 geliefert wird, kann erhöht werden.
Da bei dem Wastegateventil 35 die axiale Mitte 33s des Bypasskanals 33 so gebildet ist, dass sie zu der Dickenrichtung TD des Innenwandabschnittes 23i des Turbinengehäuses 23 geneigt ist, wie dies vorstehend beschrieben ist, kann die Drängkraft auf das Ventil 57 so aufgebracht werden, dass der Abschnitt (Abschnitt an der Seite, die näher zu dem Schaft 41 als die Ventilwelle 63 ist) an der Seite des Schaftes 41 in dem Ventilkörper 61 in Kontakt mit oder nahe zu dem Montageelement 53 gebracht wird durch den Druck des Abgases von dem Bypasskanal 33. Darüber hinaus kann, da in dem Wastegateventil 35 die Mitte 61fc der Ventilfläche 61f des Ventilkörpers 61 so gebildet ist, dass sie zu der Seite des Schaftes 41 in Bezug auf die axiale Mitte 63s der Ventilwelle 63 exzentrisch ist, die Drängkraft stabil auf das Ventil 57 aufgebracht werden durch den Druck des Abgases von dem Bypasskanal 33. Demgemäß kann während des Betriebs des Turboladers 1, beispielsweise wenn der Öffnungsabschnitt 33a an der Auslassseite des Bypasskanals 33 gerade dabei ist, geöffnet zu werden, oder unmittelbar bevor der Öffnungsabschnitt 33a geschlossen wird (sh. 1(b)), ein Kontakt, der durch eine Schwingung zwischen dem Ventil 57 und dem Ventilsitz 59 durch eine Pulsation des Abgases von der Verbrennungsmotorseite, eine Pulsation von der Aktuatorseite oder dergleichen verursacht wird, in der Nähe des Schaftes 41 (an der Seite des Schaftes 41) unterdrückt werden.
Der Abschnitt 53a an der Seite des Schaftes 41, der eine Fläche ist, die dem Ventilkörper 61 in dem Montageelement 53 zugewandt ist, hat eine Form, die dem Kopf 61h des Ventilkörpers 61 folgt, und somit kann sogar in dem Fall, bei dem beispielsweise der Ventilkörper 61 in Kontakt mit dem Montageelement 53 durch den Druck des Abgases von dem Bypasskanal 33 gebracht wird, ein Kontaktdruck (eine Stoßkraft) zwischen dem Ventilkörper 61 und dem Montageelement 53 reduziert werden.
Daher kann gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, nachdem der Kontaktdruck zwischen dem Ventilkörper 61 und dem Montageelement 53 reduziert worden ist, der Kontakt, der durch die Schwingung zwischen dem Ventil 57 und dem Ventilsitz 59 durch Pulsation des Abgases von der Verbrennungsmotorseite oder dergleichen verursacht wird, in der Nähe des Schaftes 41 während des Betriebs des Turboladers 1 unterdrückt werden, und somit kann das Klappergeräusch (ein Kontaktgeräusch, das durch die Schwingung verursacht wird) des Wastegateventils 35 reduziert werden, und ein ruhiger Betrieb des Wastegateventils 35, anders ausgedrückt ein ruhiger Betrieb des Turboladers 1, kann verbessert werden. Darüber hinaus kann sogar in dem Fall, bei dem beispielsweise der Ventilkörper 61 in Kontakt mit dem Montageelement 53 durch den Druck des Abgases von dem Bypasskanal 33 gebracht wird, der Kontaktdruck zwischen dem Ventilkörper 61 und dem Montageelement 53 reduziert werden, und somit kann ein Abschleifen des Kontaktabschnittes zwischen dem Ventilkörper 61 und dem Montageelement 53 unterdrückt werden.
Eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels ist nachstehend beschrieben. Wie dies an den 6(a) und 6(b) gezeigt ist, ist die axiale Mitte 33s des Bypasskanals 33 parallel zu der Dickenrichtung TD des Innenwandabschnittes 23i des Turbinengehäuses 23. Außerdem ist die Mitte 61fc der Ventilfläche 61f des Ventilkörpers 61, wenn die Ventilfläche 61f des Ventilkörpers 61 in Kontakt mit dem Ventilsitz 59 gebracht ist, exzentrisch zu der Seite, die entgegengesetzt zu der Seite des Schaftes 41 (Seite eines nicht ausgefüllten Pfeiles in den 6(a) und 6(b)) in Bezug auf die axiale Mitte 33s des Bypasskanals 33 ist. Anders ausgedrückt ist die axiale Mitte 33s des Bypasskanals 33 exzentrisch zu der Seite des Schaftes 41 in Bezug auf die Mitte 61fc der Ventilfläche 61f des Ventilkörpers 61, wenn die Ventilfläche 61f des Ventilkörpers 61 in Kontakt mit dem Ventilsitz 59 gebracht ist. Es ist hierbei zu beachten, dass die Mitte 61fc der Ventilfläche 61f an der axialen Mitte 63s der Ventilwelle 63 angeordnet sein kann.
Gemäß der Abwandlung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung kann, da die Mitte 61fc der Ventilfläche 61f des Ventilkörpers 61 zu dem Zeitpunkt, bei dem sie mit dem Ventilsitz 59 in Kontakt gebracht ist, zu der Seite exzentrisch ist, die zu der Seite des Schaftes 41 in Bezug auf die axiale Mitte 33s des Bypasskanals 33 entgegengesetzt ist, die Drängkraft auf das Ventil 57 so aufgebracht werden, dass der Abschnitt an der Seite des Schaftes 41 in dem Ventilkörper 61 in Kontakt mit oder nahe zu dem Montageelement 53 gebracht werden durch den Druck des Abgases von dem Bypasskanal 33.
Daher wird gemäß der Abwandlung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ein ähnlicher Effekt wie bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeübt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend erwähnte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann in verschiedenen Modi wie folgt ausgeführt werden.
Das heißt als ein Beispiel kann anstelle des an einer geeigneten Position des Turbinengehäuses 23 erfolgenden Vorsehens des Wastegateventils 35, das den Öffnungsabschnitt 33a an der Auslassseite des Bypasskanals 33 öffnet und schließt, ein (nicht gezeigtes) Wastegateventil, das den Öffnungsabschnitt an der Auslassseite des (nicht gezeigten) Bypasskanals öffnet und schließt, der in dem Auslasskrümmer ausgebildet ist, an einer geeigneten Position des (nicht gezeigten) Abgaskrümmers vorgesehen sein, der in einem Kommunikationszustand mit dem Gaseinlass 27 des Turbinengehäuses 23 verbunden ist. Außerdem kann das Wastegateventil 35 die Öffnungsabschnitte an den Auslassseiten einer Vielzahl von (nicht gezeigten) Bypasskanälen öffnen und schließen, anstatt dass der Öffnungsabschnitt 33a an der Auslassseite des einen Bypasskanals 33 geöffnet und geschlossen wird. In diesem Fall ist die axiale Mitte von zumindest einem Bypasskanal in Bezug auf die Dickenrichtung TD des Innenwandabschnittes 23i des Turbinengehäuses 23 wie vorstehend beschrieben geneigt. Alternativ wird die Mitte 61fc der Ventilfläche 61f des Ventilkörpers 61 exzentrisch zu der Seite, die zu der Seite des Schaftes 41 entgegengesetzt ist, in Bezug auf die axiale Mitte von zumindest einem Bypasskanal, wie dies vorstehend beschrieben ist. Außerdem ist das in der vorliegenden Erfindung umfasste Schutzrecht nicht auf das vorstehend erwähnte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Das heißt der variable Strömungsventilmechanismus der vorliegenden Erfindung ist nicht auf das vorstehend erwähnte Wastegateventil 35 beschränkt, sondern kann auch auf einen (nicht gezeigten) Schaltventilmechanismus angewendet werden, der zwischen einem Lieferzustand und einem Lieferanhaltzustand des Abgases in Bezug auf irgendeinen einer Vielzahl (nicht gezeigten) Turbinenspiralkanälen schaltet, die in dem (nicht gezeigten) Turbinengehäuse ausgebildet sind, wie dies beispielsweise in der offengelegten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung JP 61-33923 und in der offengelegten japanischen Patentanmeldung JP 2001-263078 gezeigt ist. Darüber hinaus kann der variable Strömungsventilmechanismus der vorliegenden Erfindung auch auf einen (nicht gezeigten) Schaltventilmechanismus angewendet werden, der zwischen einem Lieferzustand und einem Lieferanhaltezustand des Abgases in Bezug auf irgendeine Stufe eines (nicht gezeigten) Mehrstufenturbinengehäuses schaltet, wie dies beispielsweise in den offengelegten japanischen Patentanmeldungen JP 2010-209688 und JP 2011-106358 gezeigt ist.

Claims

Turbolader mit: einem variablen Strömungsventilmechanismus, der so aufgebaut ist, dass er einen Öffnungsabschnitt an einer Auslassseite eines variablen Gasströmungskanals öffnet und schließt zum Einstellen einer Strömungsrate eines Abgases, das zu einer Turbinenradseite geliefert wird, wobei der Öffnungsabschnitt an einem Innenwandabschnitt eines Turbinengehäuses oder an einem Innenwandabschnitt eines Verbindungskörpers, der mit dem Turbinengehäuse verbunden ist und mit diesem in Kommunikation steht, ausgebildet ist, wobei der variable Strömungsventilmechanismus Folgendes aufweist: einen Schaft, der durch das Turbinengehäuse oder einem Außenwandabschnitt des Verbindungskörpers gestützt ist; ein Montageelement, das mit dem Schaft einstückig verbunden ist; und ein Ventil, das an dem Montagekörper vorgesehen ist und einen Ventilkörper mit einer Ventilfläche zum Öffnen und Schließen eines Öffnungsabschnittes des variablen Gasströmungskanals, und ein Ventilverbindungselement hat, das an dem Ventilkörper vorgesehen ist und mit dem Montageelement verbunden ist; und wobei eine Mitte der Ventilfläche des Ventilkörpers, wenn der Öffnungsabschnitt des variablen Gasströmungskanals geschlossen ist, zu einer Seite exzentrisch ist, die entgegengesetzt zu der Schaftseite in Bezug auf eine axiale Mitte des variablen Gasströmungskanals ist.
Turbolader gemäß Anspruch 1, wobei die axiale Mitte des variablen Gasströmungskanals in Bezug auf eine Dickenrichtung eines Innenwandabschnittes des Turbinengehäuses oder eines Innenwandabschnittes des Verbindungskörpers so geneigt ist, dass der Öffnungsabschnitt an der Auslassseite in dem variablen Gasströmungskanal näher zu der Schaftseite als der Öffnungsabschnitt an der Einlassseite angeordnet ist.
Turbolader gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Mitte der Ventilfläche des Ventilkörpers zu der Schaftseite in Bezug auf die axiale Mitte des Ventilverbindungselementes exzentrisch ist.
Turbolader gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Abschnitt an der Schaftseite, der eine Fläche ist, die dem Ventilkörper in dem Montageelement zugewandt ist, eine Form hat, die einem Kopf des Ventilkörpers entspricht.
Turbolader gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der variable Gasströmungskanal ein Bypasskanal zum Umgehen des Turbinenrades ist.