DE112017001529T5

DE112017001529T5 - Turbolader

Info

Publication number: DE112017001529T5
Application number: DE112017001529.4T
Authority: DE
Inventors: Takao ASAKAWA; Kenichi SEGAWA; Takahiro Kobayashi; Ryota SAKISAKA; Kazuko TAKEUCHI; Kenji Bunno
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2016-03-25
Filing date: 2017-02-10
Publication date: 2018-12-13
Anticipated expiration: 2037-02-11
Also published as: US20180355889A1; JP6614334B2; CN108699961A; CN108699961B; WO2017163657A1; DE112017001529B4; US10975886B2; JPWO2017163657A1

Abstract

Es ist ein Turbolader vorgesehen, der Folgendes aufweist: ein Turbinenlaufrad (9); Leitschaufeln (24), die auf einer radial äußeren Seite des Turbinenlaufrads (9) vorgesehen sind; einen Düsenring (23), an dem die Leitschaufeln (24) vorgesehen sind; ein Wärmeabschirmbauteil (31), das Folgendes aufweist: einen äußeren Kontaktabschnitt (31c), der zwischen einer Rückseite (9c) des Turbinenlaufrads (9) und einem Wandabschnitt (2b) eines Lagergehäuses (2) angeordnet ist und von einer Seite aus, die zu den Leitschaufeln (24) entgegengesetzt ist, mit dem Düsenring (23) in Kontakt gebracht ist; und einen inneren Kontaktabschnitt (31d), der bezüglich des äußeren Kontaktabschnitts (31c) an einer Position auf einer Innenseite in einer Radialrichtung der Welle (8) liegt und von der Seite des Turbinenlaufrads (9) aus mit einem Wandabschnitt (2b) des Lagergehäuses (2) in Kontakt gebracht ist; und einen Trennabschnitt (2f), der auf dem Wandabschnitt (2b) des Lagergehäuses (2) ausgebildet ist und bezüglich eines Kontaktabschnitts (2d), der mit dem inneren Kontaktabschnitt (31d) des Wärmeabschirmbauteils (31) in Kontakt zu bringen ist, in Richtung einer Seite vertieft ist, die vom Wärmeabschirmbauteil (31) getrennt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Turbolader, in dem auf der Rückseite eines Laufrads ein Wärmeabschirmbauteil angeordnet ist.
Stand der Technik
Ein Turbolader variabler Kapazität hat bislang breite Verwendung gefunden. Wie in Patentliteratur 1 gezeigt ist, ist in einem solchen Turbolader zum Beispiel in einem Strömungsdurchgang zum Einleiten von Abgas aus einem Turbinenschneckenströmungsdurchgang in ein Turbinenlaufrad eine Vielzahl von Leitschaufeln ringförmig angeordnet. Die Leitschaufeln sind an Wellenabschnitten montiert. Wenn die Wellenabschnitte durch die Kraft eines Stellglieds gedreht werden, werden im Strömungsdurchgang zusammen mit der Drehung der Wellenabschnitte Winkel der Leitschaufeln geändert. Es wird eine Strömungsdurchgangsbreite (sogenannte Düsenhalsbreite) geändert, sodass eine Durchflussmenge des Abgases gesteuert wird.
Des Weiteren ist zwischen der Rückseite eines Turbinenlaufrads und einem Lagergehäuse ein Wärmeabschirmbauteil angeordnet. Das Wärmeabschirmbauteil ist so konfiguriert, dass es die Wärmeübertragung zur Seite des Lagergehäuses unterdrückt. Das Wärmeabschirmbauteil wird in einer Radialrichtung einer Welle auf seiner Außenseite mit einem Düsenring in Kontakt gehalten, der axial Wellenabschnitte von Leitschaufeln trägt. Das Wärmeabschirmbauteil wird in der Radialrichtung der Welle auf seiner Innenseite mit dem Lagergehäuse in Kontakt gehalten.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: JP 5409741 B2
Kurzdarstellung
Technisches Problem
Bei Verwendung des oben beschriebenen Wärmeabschirmbauteils wird die Wärmeübertragung von der Seite des Turbinenlaufrads zum Lagergehäuse unterdrückt. Um einen Abbau der Leistung des Lagers zu unterdrücken, das die Welle axial trägt, ist jedoch ausdrücklich eine weitere Verbesserung der Wärmeübertragungsunterdrückungsfunktion erwünscht.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Turbolader zur Verfügung zu stellen, der dazu imstande ist, die Wärmeübertragungsunterdrückungsfunktion zu verbessern.
Lösung des Problems
Um das obengenannte Problem zu lösen, ist gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Turbolader vorgesehen, der Folgendes aufweist: ein Laufrad; Leitschaufeln, die auf einer radial äußeren Seite des Laufrads vorgesehen sind; einen Düsenring, an dem die Leitschaufeln vorgesehen sind; ein Wärmeabschirmbauteil, das Folgendes aufweist: einen äußeren Kontaktabschnitt, der zwischen einer Rückseite des Laufrads und einem Wandabschnitt eines Gehäuses angeordnet ist und der von einer Seite aus, die entgegengesetzt zu den Leitschaufeln ist, mit dem Düsenring in Kontakt gebracht ist; und einen inneren Kontaktabschnitt, der bezüglich des äußeren Kontaktabschnitts an einer Position auf einer radial inneren Seite des Laufrads liegt und von der Seite des Laufrads aus mit einem Wandabschnitt des Gehäuses in Kontakt gebracht ist; und einen Trennabschnitt, der auf dem Wandabschnitt des Gehäuses ausgebildet ist und bezüglich eines Kontaktabschnitts, der mit dem inneren Kontaktabschnitt des Wärmeabschirmbauteils in Kontakt zu bringen ist, in Richtung einer Seite vertieft ist, die vom Wärmeabschirmbauteil getrennt ist.
Der Turbolader kann außerdem eine Düseneinheit aufweisen, die die Leitschaufeln und den Düsenring aufweist und von dem Gehäuse in einer Axialrichtung getrennt ist.
Das Wärmeabschirmbauteil kann eine gekrümmte Form haben, bei der der äußere Kontaktabschnitt mehr als der innere Kontaktabschnitt von dem Wandabschnitt des Gehäuses getrennt ist.
Zumindest ein Teil des Wärmeabschirmbauteils zwischen dem inneren Kontaktabschnitt und dem äußeren Kontaktabschnitt erstreckt sich entlang der Rückseite des Laufrads.
Das Wärmeabschirmbauteil kann einen gebogenen Abschnitt haben, der zwischen dem inneren Kontaktabschnitt und dem äußeren Kontaktabschnitt ausgebildet ist.
Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Wärmeübertragungsunterdrückungsfunktion zu verbessern.
Figurenliste

1 ist eine schematische Schnittansicht eines Turboladers.
2 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht eines Düsenantriebsmechanismus.
3 ist eine Perspektivansicht des Düsenantriebsmechanismus, nachdem er zusammengebaut wurde.
4 ist eine erläuternde Ansicht, um einen Wärmeisolationsaufbau des Turboladers darzustellen.
5 ist eine Auszugsansicht des Strich-Punkt-Linienabschnitts von 4.
6 ist eine erläuternde Ansicht, um ein Abwandlungsbeispiel darzustellen.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
Es wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Abmessungen, Materialien und andere spezifische numerischen Werte, die im Ausführungsbeispiel vorgestellt werden, sind lediglich Beispiele, die zur Erleichterung des Verständnisses verwendet werden, und beschränken die vorliegende Erfindung nicht, solange nichts anderes erwähnt wird. Elemente mit im Wesentlichen den gleichen Funktionsweisen und Konfigurationen werden hier und in den Zeichnungen durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, um überflüssige Beschreibung von ihnen wegzulassen. Außerdem wird eine Darstellung von Elementen ohne direkten Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung weggelassen.
1 ist eine schematische Schnittansicht eines Turboladers C. In der folgenden Beschreibung entspricht die Richtung, die durch den in 1 dargestellten Pfeil L angegeben wird, der linken Seite des Turboladers C. Die Richtung, die durch den in 1 dargestellten Pfeil R angegeben wird, entspricht der rechten Seite des Turboladers C. Wie in 1 dargestellt ist, weist der Turbolader C einen Turboladehauptkörper 1 auf. Der Turboladehauptkörper 1 weist ein Lagergehäuse 2 (Gehäuse) auf. An die linke Seite des Lagergehäuses 2 ist durch eine Befestigungsschraube 3 ein Turbinengehäuse 4 (Gehäuse) gekoppelt. An die rechte Seite des Lagergehäuses 2 ist durch eine Befestigungsschraube 5 ein Verdichtergehäuse 6 gekoppelt. Das Lagergehäuse 2, das Turbinengehäuse 4 und das Verdichtergehäuse 6 bilden eine Einheit.
Das Lagergehäuse 2 hat ein aufnehmendes Durchgangsloch 2a. Das aufnehmende Durchgangsloch 2a durchdringt den Turbolader C in einer von rechts nach links gehenden Richtung. Von einem Radiallager 7, das in dem aufnehmenden Durchgangsloch 2a aufgenommen ist (in diesem Ausführungsbeispiel ist in 1 als Beispiel ein halbloses Lager dargestellt), wird eine Welle 8 axial getragen, sodass sie sich drehen kann. An einem linken Endabschnitt der Welle 8 ist ein Turbinenlaufrad 9 (Laufrad) vorgesehen. Das Turbinenlaufrad 9 ist in dem Turbinengehäuse 4 aufgenommen, sodass es sich drehen kann. Außerdem ist an einem rechten Endabschnitt der Welle 8 ein Verdichterlaufrad 10 vorgesehen. Das Verdichterlaufrad 10 ist in dem Verdichtergehäuse 6 aufgenommen, sodass es sich drehen kann.
Das Verdichtergehäuse 6 hat einen Ansaugstutzen 11. Der Ansaugstutzen 11 öffnet sich auf der rechten Seite des Turboladers C. Mit dem Ansaugstutzen 11 ist ein (nicht gezeigter) Luftfilter verbunden. Außerdem wird in einem Zustand, in dem das Lagergehäuse 2 und das Verdichtergehäuse 6 durch die Befestigungsschraube 5 aneinandergekoppelt sind, ein Diffusorströmungsdurchgang 12 ausgebildet. Der Diffusorströmungsdurchgang 12 wird durch gegenüberliegende Oberflächen des Lagergehäuses 2 und des Verdichtergehäuses 6 ausgebildet. Der Diffusorströmungsdurchgang 12 erhöht den Luftdruck. Der Diffusorströmungsdurchgang 12 ist ringförmig ausgebildet, sodass er sich in einer Radialrichtung der Welle 8 von einer Innenseite zu einer Außenseite erstreckt. Der Diffusorströmungsdurchgang 12 steht über das dazwischenliegende Verdichterlaufrad 10 in der Radialrichtung der Welle 8 mit dem Ansaugstutzen 11 in Verbindung.
Das Verdichtergehäuse 6 hat außerdem einen Verdichterschneckenströmungsdurchgang 13. Der Verdichterschneckenströmungsdurchgang 13 hat eine Ringform. Der Verdichterschneckenströmungsdurchgang 13 ist bezüglich des Diffusorströmungsdurchgangs 12 in der Radialrichtung der Welle 8 auf der Außenseite positioniert. Der Verdichterschneckenströmungsdurchgang 13 steht mit einem (nicht gezeigten) Ansaugstutzen eines Motors in Verbindung. Der Verdichterschneckenströmungsdurchgang 13 steht auch mit dem Diffusorströmungsdurchgang 12 in Verbindung. Wenn das Verdichterlaufrad 10 gedreht wird, wird somit Luft durch den Ansaugstutzen 11 in das Verdichtergehäuse 6 gesaugt. Im Verlauf des Hindurchströmens durch die Schaufeln des Verdichterlaufrads 10 werden der Druck und die Geschwindigkeit der angesaugten Luft erhöht. In dem Diffusorströmungsdurchgang 12 und dem Verdichterschneckenströmungsdurchgang 13 wird der Druck der Luft, deren Geschwindigkeit und Druck erhöht wurde, erhöht (Druckrückgewinn). Die Luft, deren Druck erhöht wurde, wird in den Motor eingeleitet.
In einem Zustand, in dem das Lagergehäuse 2 und das Turbinengehäuse 4 durch die Befestigungsschraube 3 aneinandergekoppelt sind, wird außerdem zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen des Lagergehäuses 2 und des Turbinengehäuses 4 ein Zwischenraum 14 ausgebildet. Der Zwischenraum 14 ist ein Raum, in dem ein Strömungsdurchgang x angeordnet ist. In dem Strömungsdurchgang x sind Leitschaufeln 24 angeordnet, die später beschrieben werden. Der Strömungsdurchgang x erlaubt Abgas hindurchzuströmen. Der Zwischenraum 14 ist ringförmig ausgebildet, sodass er sich in der Radialrichtung der Welle 8 (des Turbinenlaufrads 9) von einer Innenseite aus in Richtung einer Außenseite erstreckt.
Das Turbinengehäuse 4 hat außerdem einen Auslassstutzen 16. Der Auslassstutzen 16 steht über das Turbinenlaufrad 9 mit einem Turbinenschneckenströmungsdurchgang 15 in Verbindung. Der Auslassstutzen 16 ist einer Vorderseite des Turbinenlaufrads 9 zugewandt. Der Auslassstutzen 16 ist mit einer (nicht gezeigten) Abgasreinigungsvorrichtung verbunden.
Der Turbinenschneckenströmungsdurchgang 15 steht mit einem (nicht gezeigten) Gaseinströmstutzen in Verbindung. Abgas, das aus dem Motor ausgestoßen wird, wird in den Gaseinströmstutzen eingeleitet. Der Turbinenschneckenströmungsdurchgang 15 steht auch mit dem oben beschriebenen Strömungsdurchgang x in Verbindung. Somit wird das Abgas, das durch den Gaseinströmstutzen in den Turbinenschneckenströmungsdurchgang 15 eingeleitet wurde, über den Strömungsdurchgang x und das Turbinenlaufrad 9 in den Auslassstutzen 16 eingeleitet. Und zwar ist der Strömungsdurchgang x ein Durchgang, der sich vom Turbinenschneckenströmungsdurchgang 15 zum Turbinenlaufrad 9 erstreckt. Das Abgas bringt das Turbinenlaufrad 9 im Verlauf des Hindurchströmens dazu, sich zu drehen. Dann wird eine Rotationskraft des Turbinenlaufrads 9 wie oben beschrieben über die Welle 8 zum Verdichterlaufrad 10 übertragen. Der Druck der Luft wird durch die Rotationskraft des Verdichterlaufrads 10 erhöht, und die Luft wird in den Ansaugstutzen des Motors eingeleitet.
Wenn sich dabei die Durchflussmenge des Abgases, das in das Turbinengehäuse 4 eingeleitet wird, ändert, ändern sich die Rotationsbeträge des Turbinenlaufrads 9 und des Verdichterlaufrads 10. Abhängig von einem Betriebszustand des Motors kann in einigen Fällen die Luft, deren Druck auf einen gewünschten Druck erhöht wurde, nicht ausreichend in den Ansaugstutzen des Motors eingeleitet werden. Angesichts der obengenannten Umstände ist der Turbolader C mit einem Düsenantriebsmechanismus 20 (einer Düseneinheit) versehen.
Der Düsenantriebsmechanismus 20 ändert eine Strömungsdurchgangsbreite (später beschriebene Düsenhalsbreite) des Strömungsdurchgangs x des Turbinengehäuses 4. Der Düsenantriebsmechanismus 20 ändert die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, das in das Turbinenlaufrad 9 eingeleitet wird, entsprechend einer Durchflussmenge des Abgases. Wenn im Einzelnen die Drehzahl des Motors gering ist und die Durchflussmenge des Abgases klein ist, verringert der Düsenantriebsmechanismus 20 einen Öffnungsgrad einer Düse des Strömungsdurchgangs x, um die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases zu erhöhen, das in das Turbinenlaufrad 9 eingeleitet wird. Auf diese Weise kann der Düsenantriebsmechanismus 20 das Turbinenlaufrad 9 auch mit einer geringen Durchflussmenge drehen. Es erfolgt nun die Beschreibung einer Konfiguration des Düsenantriebsmechanismus 20.
2 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht des Düsenantriebsmechanismus 20. Wie in 2 dargestellt ist, weist der Düsenantriebsmechanismus 20 eine Platte 21 auf. Die Platte 21 hat ein Plattenwellenloch 21a. Das Plattenwellenloch 21a durchdringt die Platte 21 in einer Axialrichtung der Welle 8 (nachstehend einfach als „Axialrichtung“ bezeichnet). Die Platte 21 hat zum Beispiel eine flache Plattenform, die in einer Richtung senkrecht zur Axialrichtung der Welle 8 eine kreisförmige Querschnittsform hat. Auf der Seite einer Außenumfangsfläche der Platte 21 sind Plattenstiftlöcher 21b ausgebildet. Die Plattenstiftlöcher 21b durchdringen die Platte 21 in der Axialrichtung.
In einer Umfangsrichtung der Platte 21 ist getrennt voneinander eine Vielzahl von (drei in diesem Ausführungsbeispiel) Plattenstiftlöchern 21b ausgebildet. Durch die Plattenstiftlöcher 21b hindurch werden jeweils die einen Enden von Stiften 22 eingeführt.
Bezüglich der Platte 21 ist auf der Seite des Verdichterlaufrads 10 (rechte Seite in 1) ein Düsenring 23 vorgesehen. Der Düsenring 23 weist einen ringförmigen Hauptkörperabschnitt 23b auf. Der Hauptkörperabschnitt 23b hat ein Einführloch 23a. Das Einführloch 23a durchdringt den Hauptkörperabschnitt 23b in der Axialrichtung. Der Hauptkörperabschnitt 23b hat auf der Seite der Platte 21 einen ringförmigen Flanschabschnitt 23c. Der Flanschabschnitt 23c steht vom Hauptkörperabschnitt 23b aus radial nach außen vor. An Abschnitten des Flanschabschnitts 23c, die den Plattenstiftlöchern 21b der Platte 21 gegenüberliegen, sind Ringstiftlöcher 23d ausgebildet. Die Ringstiftlöcher 23d durchdringen den Flanschabschnitt 23c in der Axialrichtung. In die Ringstiftlöcher 23d werden die Stifte 22 eingeführt.
Die Stifte 22 haben jeweils einen ersten ringförmigen Vorsprung 22a. Der erste ringförmige Vorsprung 22a steht in einer Radialrichtung vor. Der Außendurchmesser des ersten ringförmigen Vorsprungs 22a ist größer als der Innendurchmesser des Plattenstiftlochs 21b. Wenn der Stift 22 in das Plattenstiftloch 21b eingeführt wird, wird daher der erste ringförmige Vorsprung 22a mit einer Oberfläche der Platte 21 in Stoßkontakt gebracht, die dem Düsenring 23 gegenüberliegt. Auf diese Weise werden Einführpositionen der Stifte 22 bezüglich der Plattenstiftlöcher 21b festgelegt.
Entsprechend haben die Stifte 22 jeweils einen zweiten ringförmigen Vorsprung 22b. Der zweite ringförmige Vorsprung 22b steht in der Radialrichtung vor. Der zweite ringförmige Vorsprung 22b ist bezüglich des ersten ringförmigen Vorsprungs 22a auf der Seite des anderen Endes vorgesehen. Der Außendurchmesser des zweiten ringförmigen Vorsprungs 22b ist größer als der Innendurchmesser des Ringstiftlochs 23d. Wenn der Stift 22 in das Ringstiftloch 23d eingeführt wird, wird daher der zweite ringförmige Vorsprung 22b mit einer Oberfläche des Düsenrings 23 in Stoßkontakt gebracht, die der Platte 21 gegenüberliegt. Auf diese Weise werden Einführpositionen der Stifte 22 bezüglich der Ringstiftlöcher 23d festgelegt.
Durch die Stifte 22 wird auf diese Weise ein Abstand zwischen der Platte 21 und dem Düsenring 23 definiert, die einander gegenüberliegen. Durch den Zwischenraum zwischen der Platte 21 und dem Düsenring 23, die einander gegenüberliegen, wird der obengenannte Strömungsdurchgang x definiert. Die Stifte 22 definieren in der Axialrichtung eine Länge des Strömungsdurchgangs x.
Der Hauptkörperabschnitt 23b hat außerdem Wellenabschnittslöcher 23h (Wellenlöcher). Die Wellenabschnittslöcher 23a durchdringen den Hauptkörperabschnitt 23b in der Axialrichtung. In der Umfangsrichtung des Hauptkörperabschnitts 23b ist getrennt voneinander eine Vielzahl von (elf in diesem Ausführungsbeispiel) Wellenabschnittslöchern 23h ausgebildet.
Entsprechend den Wellenabschnittslöchern 23h wird in der Umfangsrichtung des Hauptkörperabschnitts 23b (Rotationsrichtung des Turbinenlaufrads 9) getrennt voneinander eine Vielzahl von (elf in diesem Ausführungsbeispiel) Leitschaufeln 24 vorgesehen. In dem Zwischenraum zwischen der Platte 21 und dem Düsenring 23 (also in dem Strömungsdurchgang x) werden Schaufelkörper 24b vorgesehen. In die Wellenabschnittslöcher 23h werden Wellenabschnitte 24a, die von den Schaufelkörpern 24b aus in Richtung des Düsenrings 23 vorstehen, eingeführt und (in einem freitragenden Zustand) axial getragen. Die Leitschaufeln 24 werden an dem Düsenring 23 vorgesehen (von ihm getragen). Vorstehend erfolgt die Beschreibung für den Fall, dass die Wellenabschnitte 24a axial von dem Düsenring 23 getragen werden. Allerdings können sich die Wellenabschnitte 24a auch in Richtung der Platte 21 erstrecken, und die Platte 21 kann Löcher haben, um die Wellenabschnitte 24a axial zu tragen.
Ein Tragering 25 ist ein ringförmiges Bauteil. Der Tragering 25 hat ein Tragewellenloch 25a. In dem Tragewellenloch 25a wird der Hauptkörperabschnitt 23b des Düsenrings 23 vorgesehen. Auf einer Innenumfangsfläche des Tragelochabschnitts 25a sind Vorsprungsabschnitte 25b ausgebildet, die zur radial inneren Seite vorspringen. Es ist eine Vielzahl von (drei in diesem Ausführungsbeispiel) Vorsprungsabschnitten 25b ausgebildet, sodass sie den Ringstiftlöchern 23d entsprechen. Die Vorsprungsabschnitte 25b haben jeweils ein Tragestiftloch 25c. Die Tragestiftlöcher 25c sind an Positionen ausgebildet, die den Ringstiftlöchern 23d gegenüberliegen. Die Tragestiftlöcher 25c durchdringen die Vorsprungsabschnitte 25b in der Axialrichtung.
Ein Antriebsringträger 26 ist ein ringförmiges Bauteil. Der Antriebsringträger 26 wird an einer Position auf einer Seite vorgesehen, die bezüglich des Tragerings 25 entgegengesetzt zum Flanschabschnitt 23c des Düsenrings 23 ist (auf einer Seite, die bezüglich der Leitschaufeln 24 zur Platte 21 entgegengesetzt ist). Ähnlich wie der Tragering 25 hat der Antriebsringträger 26 ein Antriebsträgerwellenloch 26a. In das Antriebsträgerwellenloch 26a wird von der linken Seite in 2 aus der Hauptkörperabschnitt 23b des Düsenrings 23 eingeführt. Der Antriebsringträger 26 hat außerdem Antriebsträgerstiftlöcher 26b. Die Antriebsträgerstiftlöcher 26b sind an Positionen gegenüber den Trägerstiftlöchern 25c ausgebildet. Die Antriebsträgerstiftlöcher 26b durchdringen den Antriebsringträger 26 in Axialrichtung.
Auf einem Außenumfang des Antriebsringträgers 26 sind Verriegelungsabschnitte 26c ausgebildet. Die Verriegelungsabschnitte 26c stehen in der Axialrichtung von der rechten Seite in 2 (der Seite, die vom Trägerring 25 getrennt ist) vor. An fernen Enden der Verriegelungsabschnitte 26c sind gebogene Abschnitte 26d ausgebildet. Die gebogenen Abschnitte 26d sind bezüglich des Antriebsringträgers 26 radial nach außen gebogen. Auf einem Außenumfang des Antriebsringträgers 26 sind außerdem Trägervorsprungsabschnitte 26e ausgebildet. Die Trägervorsprungsabschnitte 26e stehen radial nach außen vor. Die Trägervorsprungsabschnitte 26e sind so angeordnet, dass Abschnitte von ihnen in der Umfangsrichtung von denen der Verriegelungsabschnitte 26c verschieden sind.
3 ist eine Perspektivansicht des Düsenantriebsmechanismus 20, nachdem er zusammengebaut wurde. Wie in 3 dargestellt ist, sind die Stifte 22 in den Plattenstiftlöchern 21b, den Ringstiftlöchern 23d, den Trägerstiftlöchern 25c und den Antriebsträgerstiftlöchern 26b (siehe 2) eingeführt, und beide Enden jedes Stifts 22 sind verstemmt. Auf diese Weise sind die Platte 21, der Düsenring 23, der Trägerring 25 und der Antriebsringträger 26 zusammengebaut.
Der Antriebsring 27 ist ein ringförmiges Bauteil. Der Antriebsring 27 hat ein Antriebswellenloch 27a. Das Antriebswellenloch 27a durchdringt den Antriebsring 27 in der Axialrichtung. Der Innendurchmesser des Antriebswellenlochs 27a ist größer als der Durchmesser des Verriegelungsabschnitts 26c des Antriebsringträgers 26. In dem Zustand, in dem der Düsenantriebsmechanismus 20 zusammengebaut ist, befinden sich die Verriegelungsabschnitte 26c des Antriebsringträgers 26 auf einer Innenseite des Antriebswellenlochs 27a. Dabei liegen die gebogenen Abschnitte 26d bezüglich des Antriebsrings 27 auf der rechten Seite in 2. Der Antriebsring 27 wird zwischen den gebogenen Abschnitten 26d und den Trägervorsprungsabschnitten 26e eingezwängt. Der Antriebsring 27 wird von den Verriegelungsabschnitten 26c von der radial inneren Seite aus getragen.
Von den Wellenabschnittslöchern 23h des Düsenrings 23 aus stehen ferne Endabschnitte 24c der Wellenabschnitte 24a der Leitschaufeln 24 vor. Die fernen Endabschnitte 24c der Wellenabschnitte 24a werden in Plattenlöcher 28a von Verbindungsplatten 28 eingepasst, die später beschrieben werden.
Die Anzahl der Verbindungsplatten 28 ist gleich der Anzahl der Leitschaufeln 24. Die Verbindungsplatten 28 haben jeweils Hauptkörper 28b. Die Hauptkörper 28b haben jeweils Plattenlöcher 28a (siehe 2). Die fernen Endabschnitte 24c der Wellenabschnitte 24a werden jeweils in die Plattenlöcher 28a eingeführt. Der Düsenring 23 wird zwischen den Plattenkörpern 24b der Leitschaufeln 24 und den Hauptkörpern 28b der Verbindungsplatten 28 angeordnet.
Die Hauptkörper 28b der Verbindungsplatten 28 werden in dem Antriebswellenloch 27a des Antriebsrings 27 angeordnet. Die Verbindungsplatten 28 haben jeweils einen Verbindungsvorsprung 28c. Der Verbindungsvorsprung 28c steht vom Hauptkörper 28b aus radial in Richtung der Innenumfangsfläche des Antriebswellenlochs 27a vor.
In einem Innenumfang des Antriebswellenlochs 27a des Antriebsrings 27 sind Passnuten 27b ausgebildet. Die Passnuten 27b sind radial nach außen vertieft. Die Passnuten 27b sind in der Umfangsrichtung des Antriebswellenlochs 27a getrennt angeordnet, und die Anzahl der Passnuten 27b ist gleich der Anzahl der Leitschaufeln 24. Die Verbindungsvorsprünge 28c werden jeweils in die Passnuten 27b eingepasst. In jeder der Verbindungsplatten 28 wird der ferne Endabschnitt 24c des Wellenabschnitts 24a verstemmt, der in das Plattenloch 28a des Hauptkörpers 28b eingeführt wird. Die Verbindungsplatte 28 und der Wellenabschnitt 24a drehen sich als eine Einheit miteinander.
In dem Antriebsring 27 ist im Innenumfang des Antriebswellenlochs 27a eine Antriebsnut 27c ausgebildet. Die Antriebsnut 27c hat ungefähr die gleiche Form wie die Passnuten 27b. Die Antriebsnut 27c ist in der Umfangsrichtung an einer Position ausgebildet, die von denen der Passnuten 27b verschieden ist. In die Antriebsnut 27c wird eine (nicht gezeigte) Antriebsverbindung eingepasst. Die Antriebsverbindung hat ungefähr die gleiche Form wie die Verbindungsplatte 28. Die Kraft eines (nicht gezeigten) Stellglieds wird über die dazwischenliegende Antriebsverbindung auf den Antriebsring 27 übertragen. Dadurch dreht sich (gleitet) der Antriebsring 27, während er von den Verriegelungsabschnitten 26c des Antriebsringträgers 26 getragen wird.
Wenn sich der Antriebsring 27 dreht, werden die in die Passnuten 27b eingepassten Verbindungsvorsprünge 28c durch den Antriebsring 27 in die Rotationsrichtung gedrückt. Die Verbindungsplatten 28 drehen sich (schwingen) jeweils um axiale Mitten der Wellenabschnitte 24a herum. Dadurch drehen sich die an den Verbindungsplatten 28 befestigten Wellenabschnitte 24a. Die Schaufelkörper 24b der Leitschaufeln 24 drehen sich synchron zusammen mit den Wellenabschnitten 24a. Auf diese Weise wird eine Strömungsdurchgangsbreite (sogenannte Düsenhalsbreite) der Schaufelkörper 24b geändert, die in dem Strömungsdurchgang x nebeneinanderliegen. Das heißt, dass ein Öffnungsgrad der Leitschaufeln 24 geändert wird. Es wird eine Strömungsdurchgangsfläche des Strömungsdurchgangs x geändert, der aus den nebeneinanderliegenden Schaufelkörpern 24b, der Platte 21 und dem Düsenring 23 ausgebildet wird.
4 ist eine erläuternde Ansicht, um einen Wärmeisolationsaufbau 30 des Turboladers C darzustellen. In 4 ist der Strichlinienabschnitt von 1 dargestellt. Wie in 4 dargestellt ist, ist ein Außenumfangskantenabschnitt 25d des Tragerings 25 zwischen dem Lagergehäuse 2 und dem Turbinengehäuse 4 eingezwängt. Auf die Weise wird der Düsenantriebsmechanismus 20 im Innern des Lagergehäuses 2 und des Turbinengehäuses 4 gehalten.
Das Wärmeabschirmbauteil 31 ist zum Beispiel aus einem elastischen Bauteil wie einer Tellerfeder ausgebildet. Das Turbinenlaufrad 9 weist eine Vielzahl von Schaufeln 9a und einen Laufradhauptkörper 9b auf. Die Schaufeln 9a sind so an dem Laufradhauptkörper 9b vorgesehen, dass sie darauf stehen. Das Wärmeabschirmbauteil 31 ist so angeordnet, dass es einer Rückseite 9c des Laufradhauptkörpers 9b auf einer Seite entgegengesetzt zum Auslassstutzen 16 (siehe 1) gegenüberliegt.
Auf dem Lagergehäuse 2 ist auf der Seite der Rückseite 9c des Laufradhauptkörpers 9b ein Wandabschnitt 2b ausgebildet. Der Wandabschnitt 2b hat einen ringförmigen Vorsprung 2c, der in Richtung der Rückseite 9c vorsteht. In dem ringförmigen Vorsprung 2c öffnet sich ein Gehäuseloch 2d. In dem Gehäuseloch 2d ist die Welle 8 eingeführt.
Das Wärmeabschirmbauteil 31 hat einen ringförmigen Hauptkörperabschnitt 31b. Der Hauptkörperabschnitt 31b hat ein Wärmeabschirmloch 31a. In dem Wärmeabschirmloch 31a ist der ringförmige Vorsprung 2c eingeführt. Ein Teil des Hauptkörperabschnitts 31b ist zwischen der Rückseite 9c des Turbinenlaufrads 9 und dem Wandabschnitt 2b des Lagergehäuses 2 positioniert.
Auf der linken Seite in 4 (der Seite der Leitschaufel 24) der Innenumfangsfläche des Einführlochs 23a des Düsenrings 23 ist ein Wellenlochvorsprung 23i ausgebildet. Der Wellenlochvorsprung 23i steht radial nach innen vor. Der Wellenlochvorsprung 23i ist bezüglich des Laufradhauptkörpers 9b des Turbinenlaufrads 9 auf der radial äußeren Seite positioniert. Zwischen dem Wellenlochvorsprung 23i und dem Laufradhauptkörper 9b ist ein Zwischenraum Sa definiert.
Ein äußerer Kontaktabschnitt 31c ist ein Teil des Hauptkörperabschnitts 31b auf einer Außenseite in der Radialrichtung der Welle 8. Der äußere Kontaktabschnitt 31c ist von der rechten Seite in 4 (von der Seite der Verbindungsplatte 28 oder von einer Seite entgegengesetzt zu den Leitschaufeln 24) aus mit dem Wellenlochvorsprung 23i in Kontakt gebracht. Außerdem ist ein innerer Kontaktabschnitt 31d bezüglich des äußeren Kontaktabschnitts 31c ein Teil des Hauptkörperabschnitts 31b auf einer Innenseite in der Radialrichtung der Welle 8. Der innere Kontaktabschnitt 31d ist von der linken Seite in 4 (der Seite des Turbinenlaufrads 9) aus mit einem Kontaktabschnitt 2e des Wandabschnitts 2b in Kontakt gebracht. Das Wärmeabschirmbauteil 31 ist also zwischen dem Kontaktabschnitt 2e des Wandabschnitts 2b und dem Wellenlochvorsprung 23i angeordnet. Das Wärmeabschirmbauteil 31 wird in einem Zustand gehalten, in dem es verglichen mit seiner natürlichen Länge um einen vorbestimmten Betrag zusammengedrückt (verformt) ist, sodass es eine Presskraft hat, die in der Axialrichtung der Welle 8 ausgeübt wird. Der äußere Kontaktabschnitt 31c ist mit dem Wellenlochvorsprung 23i in Stoßkontakt gebracht, und der innere Kontaktabschnitt 31d ist mit dem Kontaktabschnitt 2e in Stoßkontakt gebracht.
Der äußere Kontaktabschnitt 31c wird gegen den Wellenlochvorsprung 23i gedrückt, und der innere Kontaktabschnitt 31d wird gegen den Kontaktabschnitt 2e des Wandabschnitts 2b gedrückt. Das Wärmeabschirmbauteil 31 ist dazu imstande, Abgas abzudichten, das durch die beiden Kontaktabschnitte geht. Des Weiteren ist das Wärmeabschirmbauteil 31 dazu imstande, die Wärmeübertragung des Abgases auf die Seite des Lagergehäuses 2 zu unterdrücken.
Auf dem Wandabschnitt 2b des Lagergehäuses 2 ist außerdem ein Trennabschnitt 2f ausgebildet. Der Trennabschnitt 2f ist bezüglich des Kontaktabschnitts 2e in Richtung der rechten Seite in 4 vertieft. Der Trennabschnitt 2f ist vom Wärmeabschirmbauteil 31 getrennt. Zwischen dem Trennabschnitt 2f und dem Wärmeabschirmbauteil 31 ist ein Raum Sb definiert.
Wenn der Trennabschnitt 2f wie oben beschrieben ausgebildet ist, ist der Wandabschnitt 2b von dem Wärmeabschirmbauteil 31 getrennt, sodass der Raum Sb groß ist. Daher kann eine Wärmeübertragungsunterdrückungsfunktion, die die Übertragung von Abgaswärme auf das Lagergehäuse 2 unterdrückt, verbessert werden.
Wie in 4 dargestellt ist, kann darüber hinaus zum Beispiel der äußere Kontaktabschnitt 31c mehr als der innere Kontaktabschnitt 31d auf der linken Seite (der Seite des Turbinenlaufrads 9 in der Axialrichtung) liegen. In diesem Fall hat das Wärmeabschirmbauteil 31 zum Beispiel eine derartige gekrümmte Form, dass der äußere Kontaktabschnitt 31c verglichen mit dem inneren Kontaktabschnitt 31d vom Wandabschnitt 2b des Lagergehäuses 2 getrennt ist. Daher kann sichergestellt werden, dass der Raum Sb groß ist. Die Wärmeabschirmwirkung kann verbessert werden.
Außerdem kann ein Teil 31e des Hauptkörperabschnitts 31b des Wärmeabschirmbauteils 31 an einer Position zwischen dem äußeren Kontaktabschnitt 31c und dem inneren Kontaktabschnitt 31d gekrümmt sein. Der Teil 31e des Hauptkörpers 31b kann zum Beispiel so gekrümmt sein, dass er bezüglich des äußeren Kontaktabschnitts 31c und des inneren Kontaktabschnitts 31d in Richtung der linken Seite in 4 (der Seite des Turbinenlaufrads 9) vorsteht. In diesem Fall wird der Raum Sb noch größer. Die Wärmeabschirmwirkung kann verbessert werden.
Außerdem kann sich zum Beispiel ein Abschnitt des Hauptkörperabschnitts 31b zwischen dem äußeren Kontaktabschnitt 31c und dem inneren Kontaktabschnitt 31d entlang der Rückseite 9c des Turbinenlaufrads 9 erstrecken. Um einen Kontakt zwischen dem Turbinenlaufrad 9 und dem Wärmeabschirmbauteil 31 zu verhindern, ist es erforderlich, dass zwischen dem Turbinenlaufrad 9 und dem Wärmeabschirmbauteil 31 ein Zwischenraum Sc ausgebildet ist. In dem Fall, dass sich der Abschnitt des Hauptkörperabschnitts 31b entlang der Rückseite 9c des Turbinenlaufrads 9 erstreckt, kann der Zwischenraum Sc innerhalb des Bereichs, in dem das Wärmeabschirmbauteil 31 und das Turbinenlaufrad 9 nicht miteinander in Kontakt stehen, klein eingestellt werden. Daher wird unterdrückt, dass das Abgas vom Strömungsdurchgang x aus durch die Zwischenräume Sa und Sc auf die Seite der Rückseite 9c strömt. Der Verlust kann unterdrückt werden.
Außerdem kann eine äußere Form des Laufradhauptkörpers 9b des Turbinenlaufrads 9 von der rechten Seite in 4 aus gesehen (die äußere Form von der Vorderseite der Rückseite 9c aus gesehen) eine Kreisform (Vollscheibe) sein. In diesem Fall ist der Zwischenraum Sa zwischen einem gegenüberliegenden Abschnitt 9e des Laufradhauptkörpers 9b, der dem Wellenlochvorsprung 23i gegenüberliegt, und dem Wellenlochvorsprung 23i entlang der Umfangsrichtung ungefähr konstant.
Außerdem kann zum Beispiel der Hauptkörperabschnitt 31b des Wärmeabschirmbauteils 31 eine Vielzahl von gebogenen Abschnitten 31f haben, die zwischen dem inneren Kontaktabschnitt 31d und dem äußeren Kontaktabschnitt 31c ausgebildet sind. Das heißt, dass das Wärmeabschirmbauteil 31 ein elastisches Bauteil sein kann, dass in Kombination eine Vielzahl von elastischen Elementen hat. Wenn zum Beispiel nur ein gebogener Abschnitt ausgebildet wird, kann davon ausgegangen werden, dass das Wärmeabschirmbauteil 31 aus einer Kombination von zwei elastischen Elementen ausgebildet ist. Dabei ist das elastische Modul von jedem elastischen Element, das das Wärmeabschirmbauteil 31 ausbildet, tendenziell umso größer, je größer die Neigung bezüglich der von oben nach unten gehenden Richtung in 4 (je näher sie parallel zur Axialrichtung) ist. Die elastische Kraft, die in dem Wärmeabschirmbauteil 31 erzeugt wird, kann bezogen auf eine Pressverformung des Wärmeabschirmbauteils 31 in der Axialrichtung größer eingestellt werden. Die elastische Kraft von jedem der das Wärmeabschirmbauteil 31 ausbildenden elastischen Elemente, die zusammen mit der Pressverformung des Wärmeabschirmbauteils 31 in der Axialrichtung erzeugt wird, wenn sich das elastische Element zur radial äußeren Seite erstreckt, wird unter der Bedingung, dass der Neigungswinkel bezüglich der von oben nach unten gehenden Richtung in 4 der gleiche ist und eine Endabschnittsposition auf der radial inneren Seite die gleiche ist, kleiner eingestellt. Wenn die gebogenen Abschnitte 31f ausgebildet werden und das Wärmeabschirmbauteil 31 durch eine Kombination der elastischen Elemente ausgebildet wird, kann die elastische Kraft (das elastische Modul), das zusammen mit der Verformung des Wärmeabschirmbauteils 31 in der Axialrichtung erzeugt wird, wie oben beschrieben leicht auf eine vorbestimmte Höhe eingestellt werden. Die Gestaltungsfreiheit kann verbessert werden. Wie in 4 dargestellt ist, sind in diesem Ausführungsbeispiel als Beispiel fünf gebogene Abschnitte 31f (Wendepunkte) ausgebildet.
Wenn das Wärmeabschirmbauteil 31 in den Turbolader C eingebaut wird, wird das Wärmeabschirmbauteil 31 durch Abmessungsfehler von Bauteilen des Düsenantriebsmechanismus 20, des Lagergehäuses 2 und des Turbinengehäuses 4 beeinflusst. Unter dem Einfluss der Abmessungsfehler kann der Verformungsbetrag (Kontraktionsbetrag gegenüber einer natürlichen Länge) in der Axialrichtung in Bezug auf den Aufbau innerhalb des zulässigen Bereichs schwanken. Wenn sich der Verformungsbetrag des Wärmeabschirmbauteils 31 ändert, ändert sich daher auch die elastische Kraft, die in dem Wärmeabschirmbauteil 31 erzeugt wird. Wenn die elastische Kraft des Wärmeabschirmbauteils 31 übermäßig groß ist, kann sie während des Betriebs die Tätigkeit der Leitschaufeln 24 des Düsenantriebsmechanismus 20 beeinträchtigen. Wenn die elastische Kraft des Wärmeabschirmbauteils 31 übermäßig gering ist, kann sie das Abdichtvermögen zum Abdichten des äußeren Kontaktabschnitts 31c und des Wellenlochvorsprungs 23i und zum Abdichten des inneren Kontaktabschnitts 31d und des Kontaktabschnitts 2e des Wandabschnitts 2b beeinträchtigen. Es ist daher erforderlich, dass das Wärmeabschirmbauteil 31 so konfiguriert wird, dass der Schwankungsbetrag bei der in dem Wärmeabschirmbauteil 31 erzeugten elastischen Kraft in einen vorbestimmten Bereich fällt.
Angesichts dessen kann die Elastizitätseigenschaft des Wärmeabschirmbauteils 31 so eingestellt werden, dass die zu erzeugende elastische Kraft bezogen auf eine Zunahme oder Abnahme eines Verformungsbetrags in der Axialrichtung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs linear zunimmt oder abnimmt (einen linearen Zusammenhang hat oder beim elastischen Modul ungefähr konstant ist). In diesem Fall wird die elastische Kraft, die bezüglich eines vorbestimmten Verformungsbetrags in der Axialrichtung erzeugt wird, ungefähr konstant eingestellt. Somit kann die elastische Kraft, die während des Betriebs von dem Wärmeabschirmbauteil 31 erzeugt wird, leicht in dem oben beschriebenen vorbestimmten Bereich gehalten werden. Es ist nicht immer erforderlich, dass die elastische Kraft, die bezüglich der Zunahme oder Abnahme des Verformungsbetrags des Wärmeabschirmbauteils 31 in der Axialrichtung erzeugt wird, im strengen Sinne einen linearen Zusammenhang zeigt. Wenn der Verformungsbetrag des Wärmeabschirmbauteils 31 in der Axialrichtung in einen vorbestimmten Bereich fällt, kann zum Beispiel die zu erzeugende elastische Kraft schwanken, solange sich die elastische Kraft nicht bei einem bestimmten Verformungsbetrag plötzlich ändert.
5 ist eine Auszugsansicht des Strich-Punkt-Linienabschnitts von 4. Wie in 5 dargestellt ist, kann zum Beispiel der ringförmige Vorsprung 2c in das Wärmeabschirmloch 31a eingepasst sein. In diesem Fall wird vorgezogen, dass ein fernes Ende 2g des ringförmigen Vorsprungs 2c auf der Seite der Rückseite 9c (der linken Seite in 5) des Turbinenlaufrads 9 bezüglich des Wärmeabschirmlochs 31a des Wärmeabschirmbauteils 31 in Richtung der Seite der Rückseite 9c des Turbinenlaufrads 9 vorsteht.
Ein Trennabstand (zum Beispiel in der Axialrichtung) zwischen dem fernen Ende 2g des ringförmigen Vorsprungs 2c und dem Wärmeabschirmloch 31a ist ein Abstand La. Außerdem ist ein Minimalabstand in der Axialrichtung zwischen der Rückseite 9c des Turbinenlaufrads 9 und dem Hauptkörperabschnitt 31b des Wärmeabschirmbauteils 31 ein Abstand Lb. In 5 ist ein Beispiel des Minimalabstands in der Axialrichtung zwischen der Rückseite 9c des Turbinenlaufrads 9 und des Hauptkörperabschnitts 31b des Wärmeabschirmbauteils 31 dargestellt. Eine Position in einer Radialrichtung, an der der Abstand in der Axialrichtung zwischen der Rückseite 9c des Turbinenlaufrads 9 und dem Hauptkörperabschnitt 31b des Wärmeabschirmbauteils 31 der kleinste ist, kann verglichen mit der in 5 dargestellten Position auf der radial äußeren Seite oder der radial inneren Seite liegen.
Der Abstand La kann in diesem Fall größer als der Abstand Lb zwischen der Rückseite 9c des Turbinenlaufrads 9 und dem Hauptkörperabschnitt 31b des Wärmeabschirmbauteils 31 sein. Mit anderen Worten kann der ringförmige Vorsprung 2c in das Wärmeabschirmloch 31a eingepasst werden, wenn sich das Wärmeabschirmbauteil 31 vor dem Zusammenbau des Düsenrings 23 an einer Position befindet, an der es mit dem Turbinenlaufrad 9 in Stoßkontakt gehalten wird.
In dem Zustand, in dem der ringförmige Vorsprung 2c in das Wärmeabschirmloch 31a des Wärmeabschirmbauteils 31 eingepasst ist, ist es in diesem Fall vor dem Zusammenbau des Düsenrings 23 weniger wahrscheinlich, dass das Wärmeabschirmbauteil 31 auf der Seite der Rückseite 9c des Turbinenlaufrads 9 herunterfällt. Die anderen Bauteile können in einem stabilen Zustand des Wärmeabschirmbauteils 31 zusammengebaut werden.
Außerdem ist zwischen dem Kontaktabschnitt 2e und dem Trennabschnitt 2f des Wandabschnitts 2b ein gekrümmter Abschnitt 2h ausgebildet. Der gekrümmte Abschnitt 2h ist in einer Richtung gekrümmt, die von der Rückseite 9c des Turbinenlaufrads 9 aus auf der radial äußeren Seite weiter getrennt ist. In 5 ist ein Beispiel des gekrümmten Abschnitts 2h dargestellt. Allerdings kann die Form eines Grenzabschnitts 2i des gekrümmten Abschnitts 2h einen schärferen Winkel als bei der in 5 dargestellten Form haben.
Der Kontaktabschnitt 2e kann sich zum Beispiel bezüglich des inneren Kontaktabschnitts 31d des Wärmeabschirmbauteils 31 zur radial äußeren Seite erstrecken. In diesem Fall ist der gekrümmte Abschnitt 2h bezüglich des inneren Kontaktabschnitts 31d auf der radial äußeren Seite positioniert. Der innere Kontaktabschnitt 31d wird nicht mit dem Grenzabschnitt 2i in Kontakt gehalten. Daher wird eine Teilverformung des inneren Kontaktabschnitts 31d aufgrund des Kontakts mit dem Grenzabschnitt 2i vermieden. Es kann ein Absinken der Dichtungsleistung aufgrund der teilweisen Verformung des inneren Kontaktabschnitts 31d vermieden werden.
Außerdem kann zum Beispiel der gekrümmte Abschnitt 2h in einer Richtung gekrümmt sein, die in Richtung des Raums Sb vorsteht. Zum Beispiel kann sich ein Endabschnitt 2j des Gehäuselochs 2d auf einer Seite entgegengesetzt zum ringförmigen Vorsprung 2c zum Raum Sd öffnen, in dem Schmieröl verstreut ist, das von der Welle 8 aus verstreut wird. Es gibt den Fall, dass der Raum Sd vergrößert wird, um das Dichtungsvermögen für Schmieröl vom Lagergehäuse 2 zur Seite des Turbinenlaufrads 9 zu verbessern. Durch die Ausbildung des gekrümmten Abschnitts 2h kann die Dicke des Wandabschnitts 2b zwischen dem Raum Sb und dem Raum Sd sichergestellt werden. Daher kann der Raum Sd vergrößert werden, und es kann die Gestaltungsfreiheit verbessert werden.
Außerdem kann in einem Außenumfang eines Fußendes des ringförmigen Vorsprungs 2c des Wandabschnitts 2b eine ringförmige Nut 2k ausgebildet werden. Wenn die ringförmige Nut 2k nicht ausgebildet wird, ist es zum Beispiel denkbar, eine gekrümmte Oberfläche (eine runde Form) auszubilden, die sich vom inneren Kontaktabschnitt 31d zum Fußende des ringförmigen Vorsprungs 2c erstreckt, um an einem Verbindungsabschnitt zwischen dem inneren Kontaktabschnitt 31d und dem ringförmigen Vorsprung 2c eine Spannungskonzentration zu unterdrücken. Ein Endabschnitt 31g des Wärmeabschirmlochs 31a des Wärmeabschirmbauteils 31 auf der rechten Seite in 5 wird in diesem Fall mit der gekrümmten Fläche in Stoßkontakt gebracht und erstreckt sich zur radial äußeren Seite (reitet auf der gekrümmten Oberfläche).
Durch die Ausbildung der ringförmigen Nut 2k kann zum Beispiel auch dann, wenn am Fußendenabschnitt des ringförmigen Vorsprungs 2c eine gekrümmte Oberfläche ausgebildet wird, ein Aufreiten des Endabschnitts 31g des Wärmeabschirmlochs 31a vermieden werden.
Außerdem werden in diesem Fall zum Beispiel die gebogenen Abschnitte 31f von der radial äußeren Seite aus als „erster gebogener Abschnitt 31f₁ “, „zweiter gebogener Abschnitt 31f₂ “, „dritter gebogener Abschnitt 31f₃ “, „vierter gebogener Abschnitt 31f₄ “ und „fünfter gebogener Abschnitt 31f₅ “ bezeichnet. In dem in 5 dargestellten Beispiel liegt der dritte gebogene Abschnitt 31f₃ in der Axialrichtung sowohl der Rückseite 9c des Turbinenlaufrads 9 als auch dem Trennabschnitt 2f gegenüber.
Um die Zentrifugalkraft zu verringern, die während des Betriebs erzeugt wird, gibt es den Fall, dass die Rückseite 9c des Turbinenlaufrads 9 in einer Richtung, die sich dem Wärmeabschirmbauteil 31 in der Axialrichtung auf der radial inneren Seite nähert, geneigt ist. In diesem Fall kann durch die Ausbildung des dritten gebogenen Abschnitts 31f₃ das Wärmeabschirmbauteil leicht in einer Form ausgebildet werden, die sich entlang der Rückseite 9c des Turbinenlaufrads 9 erstreckt. Der Zwischenraum Sc zwischen dem Wärmeabschirmbauteil 31 und der Rückseite 9c des Turbinenlaufrads 9 kann klein eingestellt werden. Es kann eine Leckage des Abgases zum Zwischenraum Sc unterdrückt werden. Hier erfolgt zwar die Beschreibung eines exemplarischen Falles, bei dem zwischen dem zweiten gebogenen Abschnitt 31f₂ und dem vierten gebogenen Abschnitt 31f₄ ein dritter gebogener Abschnitt 31f₃ ausgebildet ist. Allerdings können zwischen dem zweiten gebogenen Abschnitt 31f₂ und dem vierten gebogenen Abschnitt 31f₄ auch eine Vielzahl von gebogenen Abschnitten 31f ausgebildet werden.
Außerdem kann zum Beispiel auf einer radial äußeren Seite des Trennabschnitts 2f des Wandabschnitts 2b eine Passfläche 2m ausgebildet werden. Die Passfläche 2m erstreckt sich zum Beispiel parallel zur Axialrichtung. Die Passfläche 2m erstreckt sich in einer Umfangsrichtung des Einführlochs 23a des Düsenrings 23. Mit anderen Worten hat der Wandabschnitt 2b einen ringförmigen Vorsprung 2n, der die Passfläche 2m als eine Außenumfangsfläche hat. Der Vorsprung 2n kann in das Einführloch 23a des Düsenrings 23 eingepasst werden. Wenn der Düsenring 23 oder dergleichen mit dem Lagergehäuse 2 zusammengebaut wird, kann in diesem Fall die Positionierung in der Radialrichtung verglichen mit dem Fall einer Positionierung mittels dazwischenliegender anderer Bauteile leichter erfolgen.
Außerdem ist der zweite gebogene Abschnitt 31f₂ zum Beispiel in einer Richtung gebogen, die ihn vom Turbinenlaufrad 9 auf der radial äußeren Seite in der Axialrichtung trennt. In diesem Fall kann der zweite gebogene Abschnitt 31f₂ des Wärmeabschirmbauteils 31 zum Beispiel bezüglich des gegenüberliegenden Abschnitts 9e des Turbinenlaufrads 9 (des Endabschnitts des Laufradhauptkörpers 9b auf der radial äußeren Seite) auf der radial äußeren Seite positioniert sein. Verglichen mit dem Fall, dass der zweite gebogene Abschnitt 31f₂ an der Position liegt, an der er in der Axialrichtung dem gegenüberliegenden Abschnitt 9e des Turbinenlaufrads 9 gegenüberliegt oder bezüglich des gegenüberliegenden Abschnitts 9e auf der radial inneren Seite liegt, kann in diesem Fall der Zwischenraum Sc zwischen der Rückseite 9c des Turbinenlaufrads 9 und dem Wärmeabschirmbauteil 31 kleiner eingestellt werden. Es kann eine Leckage des Abgases zum Zwischenraum Sc unterdrückt werden.
Der zweite gebogene Abschnitt 31f₂ des Wärmeabschirmbauteils 31 kann außerdem zum Beispiel bezüglich des Wellenlochvorsprungs 23i des Düsenrings 23 auf der radial äußeren Seite positioniert sein. Wenn in diesem Fall zum Beispiel der Fluidverlust einer nummerischen Analyse mittels numerischer Strömungsmechanik (CFD) oder dergleichen unterzogen wird, kann der Zwischenraum Sc zwischen der Rückseite 9c des Turbinenlaufrads 9 und dem Wärmeabschirmbauteil 31 mit einer Ringform simuliert werden. Verglichen mit dem Fall, dass die Position des Wärmeabschirmbauteils 31 in einer zweiten Radialrichtung die gleiche wie die des Wellenlochvorsprungs 23i des Düsenrings 23 ist oder bezüglich des Wellenlochvorsprungs 23i auf der radial inneren Seite liegt, kann daher der Fluidverlust leicht mit hoher Genauigkeit geschätzt werden.
Abwandlungsbeispiel
Als Nächstes erfolgt die Beschreibung eines Düsenantriebsmechanismus in einem Abwandlungsbeispiel. In dem Abwandlungsbeispiel ist der Düsenantriebsmechanismus anders als in dem obengenannten Ausführungsbeispiel nicht mit dem Trägerring 25 und dem Antriebsringträger 26 versehen.
Die Stifte 22 werden in die Platte 21 und den Düsenring 23 eingeführt. Die Platte 21 und der Düsenring 23 werden durch Verstemmen beider Enden jedes Stifts 22 zusammengebaut. Außerdem wird in dem Hauptkörperabschnitt 23b des Düsenrings 23 auf einer Seite entgegengesetzt zu der Platte 21 ein zylinderförmiger Abschnitt ausgebildet. Der zylinderförmige Abschnitt steht zu einer Seite vor, die von der Platte 21 getrennt ist. Der Antriebsring 27 wird mit dem zylinderförmigen Abschnitt zusammengebaut, sodass er sich drehen kann. Es wird ein Führungsstift verwendet, um ein Entfernen des Antriebsrings 27 zu verhindern. Die Leitschaufeln 24 werden in einem Zwischenraum zwischen der Platte 21 und dem Düsenring 23 (Strömungsdurchgang x) angeordnet. Der Wellenabschnitt 24a wird axial in dem Wellenabschnittsloch 23a des Düsenrings 23 getragen. Die Verbindungsplatten 28 werden an den fernen Endabschnitten 24c der Wellenabschnitte 24a befestigt.
Die Verbindungsplatte 28 hat einen Verlängerungsabschnitt. Der Verlängerungsabschnitt erstreckt sich vom Hauptkörper 28b zur radial äußeren Seite des Düsenrings 23. An einem Endabschnitt des Verlängerungsabschnitts auf einer Seite entgegengesetzt zum Hauptkörper 28b wird ein Verriegelungsabschnitt ausgebildet. Der Verriegelungsabschnitt hat zum Beispiel eine Säulenform. Der Verriegelungsabschnitt steht in Richtung der Leitschaufel 24 vor.
Die Außenumfangsfläche des Antriebsrings 27 hat außerdem Passnuten. Die Passnuten sind radial nach innen vertieft. Die Verriegelungsabschnitte der Verbindungsplatten 28 stehen in die Passnuten des Antriebsrings 27 vor.
Die Außenumfangsfläche des Antriebsrings 27 hat dabei neben den Passnuten eine Antriebsnut. In die Antriebsnut wird eine Antriebsverbindung eingepasst. Die Kraft eines (nicht gezeigten) Stellglieds wird über die dazwischenliegende Antriebsverbindung auf den Antriebsring 27 übertragen. Dadurch dreht sich (gleitet) der Antriebsring 27, während er von dem zylinderförmigen Abschnitt des Düsenrings 23 getragen wird.
Wenn sich der Antriebsring 27 dreht, werden die Verriegelungsabschnitte durch den Antriebsring 27 in die Rotationsrichtung gedrückt. Die Verbindungsplatten 28 drehen sich (schwingen) um eine axiale Mitte der Wellen des Wellenabschnitts 24a herum. Damit drehen sich die an den Verbindungsplatten 28 befestigten Wellenabschnitte 24a. Die Leitschaufeln 24 drehen sich synchron zusammen mit den Wellenabschnitten 24a. Damit ändert sich die Strömungsdurchgangsbreite des Strömungsdurchgangs x.
6 ist eine erläuternde Ansicht zur Darstellung des Abwandlungsbeispiels. 6 ist eine Darstellung eines Querschnitts an einer Position, die 4 entspricht. Wie in 6 dargestellt ist, sind in dem Abwandlungsbeispiel in einem Düsenantriebsmechanismus 40 (einer Düseneinheit) ähnlich wie bei dem obengenannten Ausführungsbeispiel der äußere Kontaktabschnitt 31c des Wärmeabschirmbauteils 31 von der Seite der Verbindungsplatte 28 aus mit dem Wellenlochvorsprung 23i des Düsenrings 23 in Kontakt gebracht. Darüber hinaus ist der innere Kontaktabschnitt 31d des Wärmeabschirmbauteils 31 von der Seite des Turbinenlaufrads 9 aus mit dem Kontaktabschnitt 2e des Wandabschnitts 2b des Lagergehäuses 2 in Kontakt gebracht.
Anders als in dem obengenannten Ausführungsbeispiel ist jedoch zum Beispiel auf einer Außenumfangsfläche 23f des Düsenrings 23 ein Vorsprungsabschnitt 43k ausgebildet. Der Vorsprungsabschnitt 43k steht vom Hauptkörperabschnitt 23b aus radial nach außen vor. Das Turbinengehäuse 4 hat einen Vorsprungswandabschnitt 4a. Der Vorsprungswandabschnitt 4a steht in der Radialrichtung der Welle 8 nach innen vor. Der Vorsprungsabschnitt 43k ist mit dem Vorsprungswandabschnitt 4a von der Seite der Verbindungsplatte 28 (der Seite des Lagergehäuses 2) aus in Stoßkontakt gebracht.
Außerdem sind der Düsenantriebsmechanismus 40 und das Lagergehäuse 2 in der Axialrichtung getrennt. Genauer ist der Düsenring 23 in der Radialrichtung mit der Passfläche 2m des Lagergehäuses 2 in Stoßkontakt gebracht. Der Düsenring 23 ist in der Axialrichtung in Richtung der Seite des Turbinenlaufrads 9 getrennt. Entsprechend sind die Leitschaufeln 24 und die Verbindungsplatten 28 in der Axialrichtung auf der Seite des Turbinenlaufrads 9 von dem Lagergehäuse 2 getrennt. Mit anderen Worten hat das Lagergehäuse 2 keine Oberfläche, die in der Axialrichtung von der Seite des Turbinenlaufrads 9 aus mit dem Düsenring 23 in Stoßkontakt gehalten wird.
Das Wärmeabschirmbauteil 31 ist zwischen dem Düsenring 23 und dem Lagergehäuse 2 in einem Zustand angeordnet, in dem es gegenüber seiner natürlichen Länge zusammengedrückt ist. Das Wärmeabschirmbauteil 31 bewirkt, dass von dem äußeren Kontaktabschnitt 31c aus eine elastische Kraft gegen den Düsenring 23 wirkt. Das Wärmeabschirmbauteil 31 drückt den Düsenring 23 in Richtung der Platte 21.
Der Vorsprungsabschnitt 43k des Düsenrings 23 wird durch das Wärmeabschirmbauteil 31 gegen den Vorsprungswandabschnitt 4a des Turbinengehäuses 4 gedrückt. Auf diese Weise wird der Düsenring 23 an einer Position im Innern des Lagergehäuses 2 und des Turbinengehäuses 4 gehalten.
Auch bei dem Abwandlungsbeispiel ist ähnlich wie bei dem obengenannten Ausführungsbeispiel auf dem Wandabschnitt 2b des Lagergehäuses 2 der Trennabschnitt 2f ausgebildet. Es ist der Raum Sb ausgebildet, der es ermöglicht, die Wärmeübertragungsunterdrückungsfunktion zu verbessern, mit der die Wärmeübertragung des Abgases auf das Lagergehäuse 2 unterdrückt wird.
Das Ausführungsbeispiel ist oben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben worden, doch es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das obengenannte Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Der Fachmann erkennt, dass innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche verschiedene Änderungen und Abwandlungen möglich sind, und es wird davon ausgegangen, dass diese Beispiele naturgemäß unter den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung fallen.
Zum Beispiel erfolgt in dem obengenannten Ausführungsbeispiel und Abwandlungsbeispiel die Beschreibung des Falls, dass das Wärmeabschirmbauteil 31 eine gekrümmte Form hat, bei der der äußere Kontaktabschnitt 31c mehr als der innere Kontaktabschnitt 31d von dem Wandabschnitt 2b des Lagergehäuses 2 getrennt ist. Allerdings ist die Form des Wärmeabschirmbauteils 31 nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können der innere Kontaktabschnitt 31d und der äußere Kontaktabschnitt 31c des Wärmeabschirmbauteils 31 einen ungefähr gleichen Trennabstand vom Wandabschnitt 2b des Lagergehäuses 2 haben. Der innere Kontaktabschnitt 31d kann von dem Wandabschnitt 2b des Lagergehäuses 2 mehr als der äußere Kontaktabschnitt 31c getrennt sein. Außerdem ist das Wärmeabschirmbauteil 31 zum Beispiel nicht auf die gekrümmte Form beschränkt, sondern kann eine Kegelstumpfform haben.
Außerdem erfolgt in dem obengenannten Ausführungsbeispiel und Abwandlungsbeispiel die Beschreibung des Falls, dass sich ein Teil des Wärmeabschirmbauteils 31 zwischen dem inneren Kontaktabschnitt 31d und dem äußeren Kontaktabschnitt 31c entlang der Rückseite 9c des Turbinenlaufrads 9 erstreckt. Allerdings ist die Form des Wärmeabschirmbauteils 31 nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel ist es nicht immer erforderlich, dass sich ein Teil des Wärmeabschirmbauteils 31 zwischen dem inneren Kontaktabschnitt 31d und dem äußeren Kontaktabschnitt 31c entlang der Form der Rückseite 9c des Turbinenlaufrads 9 erstreckt.
Außerdem erfolgt in dem obengenannten Ausführungsbeispiel und Abwandlungsbeispiel die Beschreibung des Falls, dass das Wärmeabschirmbauteil 31 zwischen dem inneren Kontaktabschnitt 31d und dem äußeren Kontaktabschnitt 31c die gebogenen Abschnitte 31f hat. Allerdings ist die Konfiguration des Wärmeabschirmbauteils 31 nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann das Wärmeabschirmbauteil 31 keinen gebogenen Abschnitt 31f haben.
Außerdem erfolgt in dem obengenannten Ausführungsbeispiel und Abwandlungsbeispiel die Beschreibung des Falls, dass die gebogenen Abschnitte 31f beispielsweise an fünf Stellen ausgebildet sind. Allerdings ist die Anzahl der gebogenen Abschnitte 31f nicht auf fünf beschränkt. Zum Beispiel können die gebogenen Abschnitte 31f an drei oder vier Stellen ausgebildet sein. Die Anzahl der gebogenen Abschnitte 31f kann geeignet entsprechend vorbestimmter Betriebsbedingungen eingestellt werden. Außerdem können der äußere Kontaktabschnitt 31c und der innere Kontaktabschnitt 31d im Zustand der natürlichen Länge geneigt sein, anstatt sich in der Richtung senkrecht zur Axialrichtung zu erstrecken. Vor dem Zusammenbau des Düsenrings 23 kann zum Beispiel der äußere Kontaktabschnitt 31c in der Richtung geneigt sein, die sich dem Turbinenlaufrad 9 in der Axialrichtung auf der radial äußeren Seite nähert. Außerdem kann zum Beispiel der innere Kontaktabschnitt 31d vor dem Zusammenbau des Düsenrings 23 in der Richtung geneigt sein, die sich vom Turbinenlaufrad 9 in der Axialrichtung auf der radial inneren Seite trennt. In diesen Fällen sind der äußere Kontaktabschnitt 31c und der innere Kontaktabschnitt 31d nach dem Zusammenbau des Düsenrings 23 in einem Zustand mit dem Wellenlochvorsprung 23i und dem Kontaktabschnitt 2e in Stoßkontakt gebracht, in dem der äußere Kontaktabschnitt 31c und der innere Kontaktabschnitt 31d zusammengedrückt werden, sodass sie in der Richtung orientiert sind, die ungefähr senkrecht zur Axialrichtung ist.
Außerdem erfolgt in dem obengenannten Ausführungsbeispiel und Abwandlungsbeispiel die Beschreibung des Falls, dass die äußere Form des Laufradhauptkörpers 9b des Turbinenlaufrads 9 von der rechten Seite in 4 aus gesehen (die äußere Form von der Vorderseite der Rückseite 9c aus gesehen) eine Kreisform (Vollscheibe) ist. Allerdings ist die Form des Laufradhauptkörpers 9b nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann an dem gegenüberliegenden Abschnitt 9e des Laufradhauptkörpers 9b, der dem Wellenlochvorsprung 23e gegenüberliegt, an einem Teil zwischen nebeneinanderliegenden Schaufeln 9a ein Aussparungsabschnitt (Muscheln) ausgebildet sein. Verglichen mit dem Fall, dass an einem Teil zwischen den benachbarten Schaufeln 9a der Aussparungsabschnitt ausgebildet ist, kann jedoch der Zwischenraum Sa zwischen dem Wellenlochvorsprung 23i und dem Laufradhauptkörper 9b in dem Fall der Vollscheibe kleiner eingestellt werden. Es wird das Einströmen des Abgases auf die Seite der Rückseite 9c unterdrückt. Der Verlust kann unterdrückt werden.
Außerdem erfolgt in dem obengenannten Ausführungsbeispiel und Abwandlungsbeispiel die Beschreibung des Falls, dass der Turbolader C ein Turbolader variabler Kapazität ist. Allerdings kann die obengenannte Konfiguration auch bei einem Turbolader angewandt werden, in dem eine Düseneinheit ohne einen Mechanismus, der ein Schwingen der Leitschaufeln 24 hervorruft, montiert ist.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist für einen Turbolader nützlich, in dem auf der Rückseite eines Laufrads ein Wärmeabschirmbauteil angeordnet ist.
Bezugszeichenliste

C: Turbolader
2: Lagergehäuse (Gehäuse)
2b: Wandabschnitt
2e: Kontaktabschnitt
2f: Trennabschnitt
9: Turbinenlaufrad (Laufrad)
9c: Rückseite
23: Düsenring
24: Leitschaufel
31: Wärmeabschirmbauteil
31c: Äußerer Kontaktabschnitt
31d: Innerer Kontaktabschnitt
31f: Gebogener Abschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5409741 B2 [0004]

Claims

(geändert) Turbolader, mit: einem Laufrad; Leitschaufeln, die auf einer radial äußeren Seite des Laufrads vorgesehen sind; einem Düsenring, an dem die Leitschaufeln vorgesehen sind; einem Wärmeabschirmbauteil, das Folgendes aufweist: einen äußeren Kontaktabschnitt, der zwischen einer Rückseite des Laufrads und einem Wandabschnitt des Gehäuses angeordnet ist und von einer Seite aus, die entgegengesetzt zu den Leitschaufeln ist, mit dem Düsenring in Kontakt gebracht ist; und einen inneren Kontaktabschnitt, der bezüglich des äußeren Kontaktabschnitts an einer Position auf einer radial inneren Seite des Laufrads liegt und von der Seite des Laufrads aus mit einem Wandabschnitt des Gehäuses in Kontakt gebracht ist; einen Trennabschnitt, der auf dem Wandabschnitt des Gehäuses ausgebildet ist und bezüglich eines Kontaktabschnitts, der mit dem inneren Kontaktabschnitt des Wärmeabschirmbauteils in Kontakt zu bringen ist, in Richtung einer Seite vertieft ist, die vom Wärmeabschirmbauteil getrennt ist; einem ringförmigen Vorsprung, der auf dem Wandabschnitt des Gehäuses ausgebildet ist und in Richtung der Rückseite des Laufrads vorsteht; und einer ringförmigen Nut, die in einem Außenumfang eines Fußendes des ringförmigen Vorsprungs ausgebildet ist.
Turbolader nach Anspruch 1, mit außerdem einer Düseneinheit, die die Leitschaufeln und den Düsenring aufweist und von dem Gehäuse in einer Axialrichtung getrennt ist.
Turbolader nach Anspruch 1, wobei das Wärmeabschirmbauteil eine gekrümmte Form hat, bei der der äußere Kontaktabschnitt mehr als der innere Kontaktabschnitt von dem Wandabschnitt des Gehäuses getrennt ist.
Turbolader nach Anspruch 2, wobei das Wärmeabschirmbauteil eine gekrümmte Form hat, bei der der äußere Kontaktabschnitt mehr als der innere Kontaktabschnitt von dem Wandabschnitt des Gehäuses getrennt ist.
Turbolader nach Anspruch 3, wobei sich zumindest ein Teil des Wärmeabschirmbauteils zwischen dem inneren Kontaktabschnitt und dem äußeren Kontaktabschnitt entlang der Rückseite des Laufrads erstreckt.
Turbolader nach Anspruch 4, wobei sich zumindest ein Teil des Wärmeabschirmbauteils zwischen dem inneren Kontaktabschnitt und dem äußeren Kontaktabschnitt entlang der Rückseite des Laufrads erstreckt.
Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Wärmeabschirmbauteil einen gebogenen Abschnitt hat, der zwischen dem inneren Kontaktabschnitt und dem äußeren Kontaktabschnitt ausgebildet ist.