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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Turbolader.
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Stand der Technik
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Wie beispielsweise in Patentliteratur 1 und 2 beschrieben ist, ist eine variable Düseneinheit bekannt, die bei einem Turbolader verwendet wird. Die variable Düseneinheit umfasst eine Vielzahl von variablen Düsen, einen Stützring, einen Verbindungsstift und dergleichen, und ist eingerichtet, die variablen Düsen zu drehen. In der in Patentliteratur 1 beschriebenen Einheit ist eine Kerbe um einen Kopplungsbereich des Stützrings ausgebildet. Die Kerbe ermöglicht eine Verformung eines zylindrischen Zwischenabschnitts. In der in Patentliteratur 2 beschriebenen Einheit ist ein Stiftloch des Stützrings, in das der Verbindungsstift eingesetzt ist, eingerichtet, sich in einer Radialrichtung des Stützrings zu erstrecken. Das Stiftloch hat eine elliptische Form oder eine Langlochform. Das Stiftloch neutralisiert eine Differenz einer Wärmeausdehnung zwischen einem ersten Düsenring und dem Stützring in der Radialrichtung.
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Entgegenhaltungsl iste
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Patentlite ratu r
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- [Patentliteratur 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2015-117645
- [Patentliteratur 2] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2016-003565
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Wie vorstehend beschrieben wurde, ist eine Technik bekannt, die die Wärmeverformung des Stützrings basierend auf der Differenz bei einer Wärmeausdehnung berücksichtigt, es ist jedoch eine bessere Struktur gewünscht, um eine Wärmeverformung des Stützrings zu ermöglichen. Die vorliegende Offenbarung beschreibt einen Turbolader, der auf geeignete Weise eine Wärmeverformung des Stützrings einer variablen Düseneinheit ermöglicht.
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Lösung der Aufgabe
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Ein Turbolader gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Turbinengehäuse, das eingerichtet ist, ein Turbinenrad aufzunehmen, das an einem Ende einer Drehwelle vorgesehen ist, ein Lagergehäuse, das mit dem Turbinengehäuse verbunden ist, und in dem ein Lager zum Stützen der Drehwelle vorgesehen ist, sowie eine variable Düseneinheit, die zwischen dem Turbinengehäuse und dem Lagergehäuse angeordnet ist. Die variable Düseneinheit umfasst einen Düsenring, der um eine Drehachse der Drehwelle angeordnet ist, sowie einen Stützring, der neben dem Düsenring vorgesehen ist und einen Außenrandabschnitt umfasst, der mindestens das Turbinengehäuse berührt. Ein oder mehrere berührungsfreie Abschnitte, in denen der Außenrandabschnitt des Stützrings das Turbinengehäuse nicht berührt, sind an einer oder mehreren Stellen auf dem Stützring in einer Umfangsrichtung ausgebildet.
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Wirkungen der Erfindung
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Gemäß einem Aspekt der Offenbarung ist es möglich, eine Wärmeverformung eines Stützrings einer variablen Düseneinheit auf geeignete Weise zu ermöglichen.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Schnittansicht eines Turboladers gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung.
- 2 ist eine Schnittansicht, die eine Haltestruktur einer variablen Düseneinheit zeigt.
- 3 ist eine Ansicht, die einen Stützring in 1 zeigt.
- 4 ist eine Schnittansicht, die eine Haltestruktur einer variablen Düseneinheit gemäß einem ersten abgewandelten Beispiel zeigt.
- 5 ist eine Schnittansicht, die eine Haltestruktur einer variablen Düseneinheit gemäß einem zweiten abgewandelten Beispiel zeigt.
- 6 ist eine Schnittansicht, die eine Haltestruktur einer variablen Düseneinheit gemäß einem dritten abgewandelten Beispiel zeigt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Ein Turbolader gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Turbinengehäuse, das eingerichtet ist, ein Turbinenrad aufzunehmen, das an einem Ende einer Drehwelle vorgesehen ist, ein Lagergehäuse, das mit dem Turbinengehäuse verbunden ist, und in dem ein Lager zum Stützen der Drehwelle vorgesehen ist, sowie eine variable Düseneinheit, die zwischen dem Turbinengehäuse und dem Lagergehäuse angeordnet ist. Die variable Düseneinheit weist einen Düsenring auf, der um eine Drehachse der Drehwelle angeordnet ist, sowie einen Stützring, der neben dem Düsenring vorgesehen ist und einen Außenrandabschnitt aufweist, der mindestens das Turbinengehäuse berührt. Ein oder mehrere berührungsfreie Abschnitte, in denen der Außenrandabschnitt des Stützrings das Turbinengehäuse nicht berührt, sind an einer oder mehreren Stellen auf dem Stützring in einer Umfangsrichtung ausgebildet.
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Gemäß einem solchen Turbolader berührt der Außenrandabschnitt des Stützrings das Turbinengehäuse, und wird die variable Düseneinheit gehalten. Ein berührungsfreier Abschnitt, dessen Außenrandabschnitt des Stützrings das Turbinengehäuse nicht berührt, ist an einer oder mehreren Positionen auf dem Stützring in einer Umfangsrichtung ausgebildet. Wenn sich der Stützring thermisch ausdehnt, wird eine Wärmeverformung des Stützrings an dem berührungsfreien Abschnitt nicht verhindert. Daher kann eine Wärmeverformung des Stützrings der variablen Düseneinheit auf geeignete Weise ermöglicht werden.
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Bei einigen Aspekten weist die variable Düseneinheit einen oder mehrere Verbindungsstifte auf, die eingerichtet sind, den Düsenring mit dem Stützring zu verbinden, und wobei die berührungsfreien Abschnitte an Stellen vorgesehen sind, die den Verbindungsstiften in der Umfangsrichtung entsprechen. Aufgrund eines Einflusses der Wärmeausdehnung des Düsenrings und dergleichen kann eine Kraft, die eine Wärmeausdehnung (insbesondere in einer Radialrichtung) verursacht, in hohem Maße auf einen Abschnitt wirken, an dem der Verbindungsstift vorgesehen ist. Wenn der berührungsfreie Abschnitt an der Position vorgesehen ist, die dem Verbindungsstift entspricht, und der Stützring diese Kraft aufnimmt, kann der Stützring ohne Probleme verformt werden.
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Bei einigen Aspekten weisen die berührungsfreien Abschnitte einen oder mehrere Ausnehmungsabschnitte auf, die in dem Außenrandabschnitt des Stützrings ausgebildet sind. In diesem Fall kann der vorstehend beschriebene berührungsfreie Abschnitt einfach und zuverlässig erzeugt werden, indem eine Form geändert wird, sodass der Außenrandabschnitt des Stützrings ausgenommen ist.
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Bei einigen Aspekten weisen die berührungsfreien Abschnitte einen oder mehrere konkave Abschnitte auf, die in dem Außenrandabschnitt des Stützrings ausgebildet sind und in einer Richtung der Drehachse vertieft sind. In diesem Fall kann der vorstehend beschriebene berührungsfreie Abschnitt einfach und zuverlässig erzeugt werden, indem eine Form geändert wird, sodass eine Fläche des Außenrandabschnitts des Stützrings vertieft ist.
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Bei einigen Aspekten weist der berührungsfreie Abschnitt einen konkaven Abschnitt auf, der in einem Abschnitt des Turbinengehäuses ausgebildet ist, der dem Außenrandabschnitt des Stützrings gegenüberliegt und in einer Richtung der Drehachse vertieft ist. In diesem Fall kann der vorstehend beschriebene berührungsfreie Abschnitt einfach und zuverlässig erzeugt werden, indem eine Form geändert wird, sodass eine Fläche des Turbinengehäuses vertieft ist.
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Bei einigen Aspekten ist die variable Düseneinheit durch den Außenrandabschnitt des Stützrings gehalten, der zwischen dem Turbinengehäuse und dem Lagergehäuse an einem Abschnitt zusammengedrückt ist, der den berührungsfreien Abschnitt ausschließt. In dem berührungsfreien Abschnitt wird der Außenrandabschnitt des Stützrings durch das Turbinengehäuse und das Lagergehäuse nicht gehalten. Daher wird in dem berührungsfreien Abschnitt die Wärmeverformung des Stützrings nicht behindert und kann die Wärmeverformung des Stützrings auf geeignete Weise ermöglicht werden.
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Bei einigen Aspekten ist der Düsenring in der Richtung der Drehachse durch ein Federelement vorgespannt, das um die Drehachse angeordnet ist, und wobei die variable Düseneinheit durch den Düsenring und den Außenrandabschnitt gehalten ist, der gegen das Turbinengehäuse an einem Abschnitt gedrückt wird, der die berührungsfreien Abschnitte ausschließt. In dem berührungsfreien Teil ist der Außenrandabschnitt des Stützrings nicht gegen das Turbinengehäuse gedrückt. Daher wird in dem berührungsfreien Abschnitt die Wärmeverformung des Stützrings nicht behindert, und kann die Wärmeverformung des Stützrings auf geeignete Weise ermöglicht werden.
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Nachfolgend werden Beispiele der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der Beschreibung der Zeichnungen werden dieselben Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und wird ihre doppelte Beschreibung ausgelassen.
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Ein Turbolader mit variabler Kapazität 1, der in 1 gezeigt ist, wird beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine eines Schiffs oder eines Fahrzeugs verwendet. Wie 1 gezeigt ist, umfasst der Turbolader mit variabler Kapazität 1 eine Turbine 2 und einen Verdichter 3. Die Turbine 2 umfasst ein Turbinengehäuse 4 und ein Turbinenrad 6, das in dem Turbinengehäuse 4 aufgenommen ist. Das Turbinengehäuse 4 umfasst einen Spiraldurchlass 16, der sich um das Turbinenrad 6 in der Umfangsrichtung erstreckt. Der Verdichter 3 umfasst ein Verdichtergehäuse 5 und ein Verdichterrad 7, das in dem Verdichtergehäuse 5 aufgenommen ist. Das Verdichtergehäuse 5 umfasst einen Spiraldurchlass 17, der sich um das Verdichterrad 7 in der Umfangsrichtung erstreckt.
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Das Turbinenrad 6 ist an einem Ende einer Drehwelle 14 vorgesehen, und wobei das Verdichterrad 7 an dem anderen Ende der Drehwelle 14 vorgesehen ist. Ein Lagergehäuse 13 ist zwischen dem Turbinengehäuse 4 und dem Verdichtergehäuse 5 vorgesehen. Die Drehwelle 14 wird durch das Lagergehäuse 13 mittels eines Lagers 15 drehbar gestützt, und wobei die Drehwelle 14, das Turbinenrad 6 und das Verdichterrad 7 um eine Drehachse H als ein einstückiger Drehkörper 12 drehen. Das heißt, das Lager 15 zum Stützen der Drehwelle 14 ist in dem Lagergehäuse 13 vorgesehen.
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Ein Abgaseinlass (nicht gezeigt) und ein Abgasauslass 10 sind in dem Turbinengehäuse 4 vorgesehen. Abgas, das aus einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) ausgestoßen wird, strömt in das Turbinengehäuse 4 durch den Abgaseinlass, strömt in das Turbinenrad 6 durch den Spiraldurchlass 16 und dreht das Turbinenrad 6. Dann strömt das Abgas aus dem Turbinengehäuse 4 durch den Abgasauslass 10 aus.
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Eine Saugöffnung 9 und eine Ausstoßöffnung (nicht gezeigt) sind in dem Verdichtergehäuse 5 vorgesehen. Wenn das Turbinenrad 6 wie vorstehend beschrieben dreht, dreht das Verdichterrad 7 mittels der Drehwelle 14. Das drehende Verdichterrad 7 saugt Außenluft durch die Saugöffnung 9 an, verdichtet die Außenluft und stößt die verdichtete Außenluft aus der Ausstoßöffnung durch den Spiraldurchlass 17 aus. Die verdichtete Luft, die aus der Ausstoßöffnung ausgestoßen wird, wird der vorstehend beschriebenen Brennkraftmaschine zugeführt.
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Als nächstes wird die Turbine 2 genauer beschrieben. Die Turbine 2 ist eine Turbine mit variabler Kapazität, und wobei eine Vielzahl von variablen Düsenschaufeln 23 in einem Gaseinströmdurchlass 21 vorgesehen ist, der den Spiraldurchlass 16 mit dem Turbinenrad 6 verbindet. Die Vielzahl von variablen Düsenschaufeln 23 ist an einem Umfang angeordnet, der auf der Drehachse H zentriert ist, und wobei jede der variablen Düsenschaufeln 23 um eine Drehachse dreht, die parallel zu der Drehachse H ist. Der Gaseinströmdurchlass 21 ermöglicht es dem Gas, das aus dem Spiraldurchlass 16 zu dem Turbinenrad 6 strömt, durch diesen zu strömen. Eine Querschnittsfläche (eine Verengungsfläche) des Gasströmungsdurchlasses wird in Übereinstimmung mit einer Strömungsrate des Abgases, das in die Turbine 2 eingeleitet wird, durch ein wie vorstehend beschriebenes Drehen der variablen Düsenschaufeln 23 optimal eingestellt.
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Die Turbine 2 umfasst eine variable Düseneinheit 25 als einen Antriebsmechanismus zum Drehen der variablen Düsenschaufeln 23, wie vorstehend beschrieben wurde. Die variable Düseneinheit 25 ist zwischen dem Turbinengehäuse 4 und dem Lagergehäuse 13 angeordnet, das mit dem Turbinengehäuse 4 verbunden ist. Die variable Düseneinheit 25 ist beispielsweise zwischen dem Turbinengehäuse 4 und dem Lagergehäuse 13 zusammengedrückt und fixiert.
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Nachstehend wird die variable Düseneinheit 25 beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung, wenn Richtungen einfach als „Axialrichtung“, „Radialrichtung“, „Umfangsrichtung“ und dergleichen bezeichnet werden, bedeuten sie die Richtung der Drehachse H des Turbinenrades 6 und ihre radiale Richtung sowie ihre Umfangsrichtung, wobei die Drehachse H als Bezug dient. Ferner kann in der Richtung der Drehachse H die Seite, die näher an der Turbine 2 ist, einfach als auch „Turbinenseite“ bezeichnet werden, und kann die Seite, die näher an dem Verdichter 3 ist, einfach als „Verdichterseite“ bezeichnet werden.
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Die variable Düseneinheit 25 umfasst die Vielzahl von variablen Düsenschaufeln 23 sowie einen ersten Düsenring 31 und einen zweiten Düsenring 32, die die variablen Düsenschaufeln 23 in der axialen Richtung zusammendrücken. Sowohl der erste Düsenring 31 als auch der zweite Düsenring 32 haben eine Ringform, die auf der Drehachse H zentriert ist, und sind angeordnet, um das Turbinenrad 6 zu umgeben. Das heißt, der erste Düsenring 31 und der zweite Düsenring 32 sind um die Drehachse H angeordnet. Ein Bereich, der zwischen dem ersten Düsenring 31 und dem zweiten Düsenring 32 angeordnet ist, bildet den vorstehend beschriebenen Gaseinströmdurchlass 21 aus. Der zweite Düsenring 32 liegt dem Spiraldurchlass 16 gegenüber, und wobei der zweite Düsenring 32 einen Teil einer Innenwand des Spiraldurchlasses 16 ausbildet. Eine Drehwelle 23a von jeder der variablen Düsenschaufeln 23 ist in ein Lagerloch 31a des ersten Düsenrings 31 drehbar eingesetzt. Der erste Düsenring 31 stützt beispielsweise jede der variablen Düsenschaufeln 23 in einer auskragenden Weise schwenkbar.
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Ein Stützring 41, der eine ringförmige ebene Form hat, ist an der Verdichterseite des ersten Düsenrings 31 (der Seite, die der variablen Düseneinheit 25 entgegengesetzt ist) fixiert, und auch ein Antriebsringstützelement 43, das eine Ringform hat, ist an der Verdichterseite des Stützrings 41 fixiert. Eine Vielzahl von (beispielsweise drei) Stiftlöchern ist in jedem von dem ersten Düsenring 31, dem zweiten Düsenring 32, dem Stützring 41 und dem Antriebsringstützelement 43 vorgesehen. Beispielsweise zeigen 1 und 2 ein Stiftloch 31b, das in dem ersten Düsenring 31 ausgebildet ist, sowie ein Stiftloch 41a, das in dem Stützring 41 ausgebildet ist. Der erste Düsenring 31, der zweite Düsenring 32, der Stützring 41 und das Antriebsringstützelement 43 sind miteinander verbunden, indem diese Stiftlöcher in einer Linie angeordnet werden und ein Verbindungstift 35 in diese Stiftlöcher eingesetzt wird. Das heißt, der Verbindungsstift 35 verbindet den ersten Düsenring 31 mit dem Stützring 41.
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Der Stützring 41 und das Antriebsringstützelement 43 sind mit dem ersten Düsenring 31 durch einen Abschnitt des Verbindungstifts 35 auf der Verdichterseite verstemmt. Ferner sind zwei Flanschabschnitte zum Positionieren des ersten Düsenrings 31 und des zweiten Düsenrings 32 an einem Abschnitt des Verbindungsstifts 35 auf der Turbinenseite vorgesehen. Die zwei Flanschabschnitte sind mit einer hochgradig genauen Abmessung dazwischen gefertigt, und somit wird eine Maßgenauigkeit des Gaseinströmdurchlasses 21 in der Axialrichtung sichergestellt. Der Antriebsring 28 ist um die Drehachse H drehbar gestützt, indem der Antriebsring 28 auf dem Antriebsringstützelement 43 montiert wird.
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Der Antriebsring 28 ist ein Element, das eine Antriebskraft, die von außen eingeleitet wird, auf die variablen Düsenschaufeln 23 überträgt, und ist als ein einzelnes Element ausgebildet, das beispielsweise aus einem Metallwerkstoff gefertigt ist. Der Antriebsring 28 hat eine Ringform, die sich auf einem Umfang erstreckt, der auf der Drehachse H zentriert ist, und dreht um die Drehachse H, indem er eine Antriebskraft von außen aufnimmt. Hebel 29 sind auf den Drehwellen 23a der entsprechenden variablen Düsenschaufeln 23 montiert und sind in dem Antriebsring 28 mit regelmäßigen Abständen auf dem Umfang angeordnet.
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In einer solchen variablen Düseneinheit 25 ist ein Abschnitt, der den ersten Düsenring 31, den zweiten Düsenring 32, den Stützring 41 und den Verbindungsstift 35 umfasst, an dem Turbinengehäuse 4 fixiert und stützt die Vielzahl von variablen Düsenschaufeln 23 schwenkbar. Auch ist eine Tellerfeder 44, die eine Stirnfläche des ersten Düsenrings 31 in der Richtung der Drehachse H berührt und die variable Düseneinheit 25 in Richtung der Turbinenseite vorspannt, zwischen dem ersten Düsenring 31 und einem Teil des Lagergehäuses 13 (einem Abschnitt, der einer Rückfläche des Turbinenrades 6 gegenüberliegt) vorgesehen.
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Nachstehend wird eine Haltestruktur der variablen Düseneinheit 25 in dem Turbolader mit variabler Kapazität 1 im Einzelnen unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben. Bei dem Turbolader mit variabler Kapazität 1 ist ein Außenrandabschnitt 41c des Stützrings 41 zwischen dem Turbinengehäuse 4 und dem Lagergehäuse 13 zusammengedrückt, und somit ist die gesamte variable Düseneinheit 25 in diesen Gehäusen gehalten. Der Außenrandabschnitt 41c des Stützrings 41 ist in der Axialrichtung durch eine Wandfläche 4a (senkrecht zu der Drehachse H) des Turbinengehäuses 4, die sich in der Radialrichtung erstreckt, und einer Wandfläche 13a (senkrecht zu der Drehachse H) des Lagergehäuses 13 zusammengedrückt, die sich in der Radialrichtung erstreckt.
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Der Außenrandabschnitt 41c des Stützrings 41, der neben dem ersten Düsenring 31 vorgesehen ist, berührt mindestens die Wandfläche 4a des Turbinengehäuses 4. Wie vorstehend beschrieben wurde, berührt bei der variablen Düseneinheit 25 der Außenrandabschnitt 41c des Stützrings 41 die Wandfläche 13a des Lagergehäuses 13. Der Außenrandabschnitt 41c des Stützrings 41 berührt die Wandfläche 4a des Turbinengehäuses 4. Vorliegend ist eine Vielzahl von (beispielsweise drei) berührungsfreien Abschnitten 50, in denen der Außenrandabschnitt 41c des Stützrings 41 das Turbinengehäuse 4 nicht berührt, an einer Vielzahl von (beispielsweise drei) Positionen an dem Außenring 41 in der Umfangsrichtung ausgebildet. Diese berührungsfreien Abschnitte 50 sind Abschnitte, in denen der Außenrandabschnitt 41c des Stützrings 41 das Lagergehäuse 13 nicht berührt. Man kann sagen, dass diese berührungsfreien Abschnitte 50 Abschnitte sind, in denen der Außenrandabschnitt 41c des Stützrings 41 zwischen der Wandfläche 4a des Turbinengehäuses 4 und der Wandfläche 13a des Lagergehäuses 13 nicht zusammengedrückt ist.
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Diese berührungsfreien Abschnitte 50 sind vorgesehen, um eine Wärmeverformung des Stützrings 41 zu ermöglichen. Eine Temperaturdifferenz kann zwischen den Elementen des ersten Düsenrings 31, des Stützrings 41 und des Lagergehäuses 13 auftreten, wenn eine Temperatur der Turbine 2 steigt. Eine Temperatur des ersten Düsenrings 31 kann höher sein als diejenige des Stützrings 41. Auch kann eine Temperatur des Stützrings 41 höher sein als diejenige des Lagergehäuses 13. Eine Wärmeausdehnung des ersten Düsenrings 31 und des Stützrings 41 ist größer als diejenige des Lagergehäuses 13. Wenn der Außenrandabschnitt 41c des Stützrings 41 zusammengedrückt ist, während sich der erste Düsenring 31 nach außen in der Radialrichtung ausdehnt, besteht eine Möglichkeit, dass die Wärmeausdehnung, d. h., eine Verformung/Bewegung des Stützrings 41 behindert werden kann. Der berührungsfreie Abschnitt 50 unterstützt eine solche Verformung des Stützrings 41. Ein Längenausdehnungskoeffizient des ersten Düsenrings 31 ist beispielsweise im Wesentlichen derselbe wie ein Längenausdehnungskoeffizient des Stützrings 41. Auch ist ein Längenausdehnungskoeffizient des Stützrings 41 größer als derjenige des Lagergehäuses 13.
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Der berührungsfreie Abschnitt 50 ist an einer Position angeordnet, die beispielsweise dem Verbindungsstift 35 in der Umfangsrichtung entspricht. Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, umfasst der berührungsfreie Abschnitt 50 eine Vielzahl von (beispielsweise drei) Ausnehmungsabschnitten 46, die in dem Außenrandabschnitt 41c des Stützrings 41 ausgebildet sind. Ein Paar von Verbindungsabschnitten 47 und 47, die sich von einem ringförmigen Hauptkörperabschnitt in Richtung der Innenrandseite schräg erstrecken, sind auf beiden Seiten des Stiftlochs 41a vorgesehen, um das Stiftloch 41a an einer vorbestimmten Position des Verbindungsstifts 35 anzuordnen, während die Ausnehmungsabschnitte 46 ausgebildet werden. Wie vorstehend beschrieben wurde, ist der Ausnehmungsabschnitt 46 an der Position vorgesehen, die dem Verbindungsstift 35 entspricht, d. h., der Position, die dem Stiftloch 41a entspricht. Die „Position, die dem Stiftloch 41a entspricht“ kann eine Position in der Umfangsrichtung sein, die mindestens eine Position in der Umfangsrichtung umfasst, an der das Stiftloch 41a ausgebildet ist. Die „Position, die dem Stiftloch 41a entspricht“ kann die Außenseite des Stiftlochs 41a in der Radialrichtung sein. Aus einem anderen Blickwinkel ist die „Position, die dem Stiftloch 41a entspricht“ ein Abschnitt, in dem ein Radius, der durch das Stiftloch 41a verläuft, und ein ringförmiger Außenrandabschnitt des Stützrings 41 einander schneiden.
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Ein Gesamtbereich, in dem die Vielzahl von Ausnehmungsabschnitten 46 vorgesehen ist, kann 5 % oder mehr des gesamten Umfangs, oder 10 % oder mehr des gesamten Umfangs sein. Der Gesamtbereich, in dem die Vielzahl von Ausnehmungsabschnitten 46 vorgesehen ist, kann 15 % oder mehr des gesamten Umfangs sein. Unter Berücksichtigung einer Haltekraft zum Halten der variablen Düseneinheit 25 und einer Festigkeit des Stützrings 41, kann der Gesamtbereich, in dem die Vielzahl von Ausnehmungsabschnitten 46 vorgesehen ist, 30 % oder weniger des gesamten Umfangs, oder 50 % oder weniger des gesamten Umfangs sein. Wie in 3 gezeigt ist, kann beispielsweise eine kleine Nut 41d (beispielsweise eine Positionierungsnut) an einer Stelle des Außenrandabschnitts 41c des Stützrings 41 in der Umfangsrichtung vorgesehen sein. Eine solche Nut 41d ist in dem berührungsfreien Abschnitt 50 nicht enthalten. Anders gesagt, der Außenrandabschnitt 41c des Stützrings 41 berührt die Wandfläche 4a des Turbinengehäuses 4 durchgehend in einem Bereich, der den Ausnehmungsabschnitt 46 (den berührungsfreien Abschnitt 50) ausschließt. Der Außenrandabschnitt 41c des Stützrings 41 berührt die Wandfläche 13a des Lagergehäuses 13 in dem Bereich durchgehend, der den Ausnehmungsabschnitt 46 (den berührungsfreien Abschnitt 50) ausschließt. Die Kontaktabschnitte haben eine ebene Form und eine bogenförmige Form.
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In dem Stützring 41, der eine solche Form hat, ist der Außenrandabschnitt 41c (der durch eine gestrichelte Linie in 2 gezeigt ist) zwischen dem Turbinengehäuse 4 und dem Lagergehäuse 13 in dem größten Teil der Umfangsrichtung zusammengedrückt, ist jedoch durch das Turbinengehäuse 4 und das Lagergehäuse 13 in dem Bereich nicht zusammengedrückt, in dem die Ausnehmungsabschnitte 46 vorgesehen sind. Der berührungsfreie Abschnitt 50, der die Ausnehmungsabschnitte 46 umfasst, ermöglicht es dem Stützring 41, sich in der Radialrichtung an einem Abschnitt um das Stiftloch 41a (der den Verbindungabschnitt 47 umfasst) zu bewegen. Dabei wird der Verbindungabschnitt 47 bezüglich dem ringförmigen Hauptkörperabschnitt verformt, wobei jedoch eine Breite und eine Dicke des Verbindungabschnitts 47 berücksichtigt werden, sodass ein Schaden (Risse oder dergleichen) aufgrund einer erzeugten Spannung nicht entsteht. Das heißt, der Stützring 41 ist eingerichtet, um eine Spannungskonzentration auf dem Abschnitt um das Stiftloch 41a zu vermeiden, wenn der Stützring 41 verformt wird. Ferner ist eine Form des Stützrings 41 so bestimmt, dass die Verformung des Stützrings 41 in der Richtung der Drehachse H gezügelt werden kann. Zusätzlich sind in 1 und 2 Schnitte an verschiedenen Positionen gezeigt.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Turbolader mit variabler Kapazität 1 berührt der Außenrandabschnitt 41c des Stützrings 41 das Turbinengehäuse 4, und wird die variable Düseneinheit 25 gehalten. Die berührungsfreien Abschnitte 50, in denen der Außenrandabschnitt 41c des Stützrings 41 das Turbinengehäuse 4 nicht berührt, sind an einer Vielzahl von Positionen auf dem Stützring 41 in der Umfangsrichtung ausgebildet. Wenn sich der Stützring 41 aufgrund der Wärmeausdehnung des ersten Düsenrings 31 thermisch ausdehnt, wird die Wärmeverformung des Stützrings 41 in dem berührungsfreien Abschnitt 50 nicht behindert. Daher kann die Wärmeverformung des Stützrings 41 der variablen Düseneinheit 25 auf geeignete Weise ermöglicht werden. Herkömmlich wird der Stützring gedrückt, weil der gesamte Umfang des Flanschabschnitts des Stützrings gehalten wird, und es besteht eine Gefahr, dass andere Teile, wie etwa der Düsenring und der Verbindungstift, verformt werden können. Gemäß dem vorliegenden Beispiel wird die Wärmeverformung von solchen anderen Teilen gezügelt, weil ein Teil des Stützrings 41 verformt wird (der für die Verformung verantwortlich ist).
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Der berührungsfreie Abschnitt 50 ist an einer Position vorgesehen, die dem Verbindungsstift 35 in der Umfangsrichtung entspricht. Aufgrund eines Einflusses der Wärmeausdehnung des ersten Düsenrings 31 und dergleichen kann eine große Kraft insbesondere für die Wärmeausdehnung in der Radialrichtung auf einen Abschnitt aufgebracht werden, in dem der Verbindungsstift 35 vorgesehen ist. Wenn der berührungsfreie Abschnitt 50 an der Position vorgesehen ist, die dem Verbindungsstift 35 entspricht, kann der Stützring 41 ohne Probleme verformt werden, wenn der Stützring 41 diese Kraft aufnimmt. Dabei bewegt sich der Verbindungsstift 35 auch gemeinsam in der Radialrichtung. Daher wird eine Wirkung eines Verhinderns der Verformung von anderen Teilen, wie etwa des ersten Düsenrings 31 und des Verbindungsstifts 35, verbessert.
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Der vorstehend beschriebene berührungsfreie Abschnitt 50 kann einfach und zuverlässig erzeugt werden, indem die Form geändert wird, sodass der Außenrandabschnitt 41c des Stützrings 41 ausgenommen ist.
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Die variable Düseneinheit 25 wird gehalten, indem der Außenrandabschnitt 41c des Stützrings 41 zwischen dem Turbinengehäuse 4 und dem Lagergehäuse 13 in dem Abschnitt zusammengedrückt wird, der den berührungsfreien Abschnitt 50 ausschließt. In dem berührungsfreien Abschnitt 50 ist der Außenrandabschnitt 41c des Stützrings 41 nicht zwischen dem Turbinengehäuse 4 und dem Lagergehäuse 13 zusammengedrückt. Daher wird in dem berührungsfreien Abschnitt die Wärmeverformung des Stützrings 41 nicht behindert, und kann die Wärmeverformung des Stützrings 41 auf geeignete Weise ermöglicht werden.
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Obwohl ein Beispiel der vorliegenden Offenbarung vorstehend beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf das vorstehend beschriebene Beispiel beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann verschiedene Abwandlungen umfassen.
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Beispielsweise kann, wie in 4 gezeigt ist, eine variable Düseneinheit 25A einer Art, bei der der Außenrandabschnitt 41c des Stützrings 41 nicht zwischen dem Turbinengehäuse 4 und dem Lagergehäuse 13 zusammengedrückt ist, verwendet werden. Das heißt, die variable Düseneinheit 25A wird gehalten, indem der erste Düsenring 31 in der Richtung der Drehachse H durch die Tellerfeder (das Federelement) 44 vorgespannt wird, die um die Drehachse H angeordnet ist, und der Außenrandabschnitt (der durch eine gestrichelte Linie in 4 gezeigt ist) gegen das Turbinengehäuse 4 an dem Abschnitt gedrückt wird, der den berührungsfreien Abschnitt 50A ausschließt. Der berührungsfreie Abschnitt 50A ist durch den Ausnehmungsabschnitt 48 ausgebildet, wie der Ausnehmungsabschnitt 46 des Stützrings 41. In dem berührungsfreien Abschnitt 50A ist der Außenrandabschnitt des Stützrings 41A nicht gegen das Turbinengehäuse gedrückt. Daher wird in dem berührungsfreien Abschnitt 50A die Wärmeverformung des Stützrings 41A nicht behindert, und kann die Wärmeverformung des Stützrings auf geeignete Weise ermöglicht werden. Auch mit einer solchen Turbine 2A werden dieselben Betriebe und Wirkungen wie diejenigen des vorstehend beschriebenen Beispiels erreicht.
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Ferner, wie 5 gezeigt ist, kann ein berührungsfreier Abschnitt 50B, der einen konkaven Abschnitt 49 umfasst, der in dem Außenrandabschnitt 41c des Stützrings 41B ausgebildet ist und in der Richtung der Drehachse H vertieft ist, vorgesehen sein. In diesem Fall kann in der variablen Düseneinheit 25B der berührungsfreie Abschnitt 50B einfach und zuverlässig erzeugt werden, indem die Form geändert wird, sodass die Fläche (beispielsweise beide Flächen) des Außenrandabschnitts 41c des Stützrings 41B vertieft ist. Auch mit einer solchen Turbine 2B können dieselben Betriebe und Wirkungen wie diejenigen des vorstehend beschriebenen Beispiels erreicht werden. Der konkave Abschnitt 49 kann lediglich in einer Fläche des Stützrings 41B ausgebildet sein.
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Ferner, wie in 6 gezeigt ist, kann ein berührungsfreier Abschnitt 50C, der einen konkaven Abschnitt 4b umfasst, der in einem Abschnitt des Turbinengehäuses 4 ausgebildet ist, der dem Außenrandabschnitt 41c des Stützrings 41C gegenüberliegt und in der Richtung der Drehachse vertieft ist, vorgesehen sein. Der berührungsfreie Abschnitt 50C kann einen konkaven Abschnitt 13b umfassen, der in einem Abschnitt des Lagergehäuses 13 ausgebildet ist, der dem Außenrandabschnitt 41c des Stützrings 41C gegenüberliegt und in der Richtung der Drehachse vertieft ist. In diesem Fall kann der berührungsfreie Abschnitt 50C einfach und zuverlässig erzeugt werden, indem die Form geändert wird, sodass die Fläche des Turbinengehäuses 4 vertieft ist. Auch mit der variablen Düseneinheit 25C und der Turbine 2C können dieselben Betriebe und Wirkungen wie diejenigen des vorstehend beschriebenen Beispiels erreicht werden.
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Ferner können der erste Düsenring 31 und der Stützring 41 einstückig ausgebildet sein. Der Stützring 41 muss nicht aus einem einzelnen Element ausgebildet sein, und der Außenrandabschnitt 41c kann als ein Flanschabschnitt des ersten Düsenrings 31 ausgebildet sein.
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Wenn die Vielzahl von Stiftlöchern 41a in dem Stützring 41 vorgesehen ist, können der Ausnehmungsabschnitt 46, der Ausnehmungsabschnitt 48 oder der konkave Abschnitt 49 vorgesehen sein, um Positionen von lediglich einigen der Stiftlöcher 41a zu entsprechen, aber nicht allen von den Stiftlöchern 41a. Der berührungsfreie Abschnitt kann lediglich an einer Stelle in der Umfangsrichtung ausgebildet sein. Der berührungsfreie Abschnitt kann an einer Position vorgesehen sein, die von der Position verschieden ist, die dem Verbindungsstift entspricht.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann die Wärmeverformung des Stützrings der variablen Düseneinheit auf geeignete Weise ermöglicht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Turbolader mit variabler Kapazität (Turbolader)
- 2, 2A, 2B, 2C
- Turbine
- 3
- Verdichter
- 4
- Turbinengehäuse
- 4a
- Wandfläche
- 4b
- konkaver Abschnitt
- 6
- Turbinenrad
- 7
- Verdichterrad
- 13
- Lagergehäuse
- 13a
- Wandfläche
- 13b
- konkaver Abschnitt
- 14
- Drehwelle
- 16
- Spiraldurchlass
- 21
- Gaseinströmdurchlass
- 23
- variable Düsenschaufel
- 25, 25A, 25B, 25C
- variable Düseneinheit
- 31
- erster Düsenring (Düsenring)
- 31b
- Stiftloch
- 32
- zweiter Düsenring
- 41, 41A, 41B, 41C
- Stützring
- 41a
- Stiftloch
- 41c
- Außenrandabschnitt
- 44
- Tellerfeder (Federelement)
- 46
- Ausnehmungsabschnitt
- 48
- Ausnehmungsabschnitt
- 49
- konkaver Abschnitt
- 50, 50A, 50B, 50C
- berührungsfreier Abschnitt
- H
- Drehachse
