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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Turbolader mit variabler Kapazität.
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Technischer Hintergrund
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Herkömmlich ist, als eine Technik in solch einem Gebiet, ein Turbolader mit variabler Kapazität, der in Patentliteratur 1 beschrieben ist, bekannt, wie es nachstehend dargelegt ist. In diesem Turbolader mit variabler Kapazität ist ein Düsenring durch zwei Bauteile, nämlich einen Düsenstützring und ein Deckband, schwenkbar gestützt.
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Zitierungsliste
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2009-243375
- Patentliteratur 2: japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2010-270638
- Patentliteratur 3: internationale Veröffentlichung WO 2017/047356
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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In dieser Weise, wenn der Düsenring durch beide Seiten gestützt ist, wird die Position eines Lagerlochs zwischen zwei Bauteilen aufgrund eines Unterschieds einer thermischen Ausdehnung der zwei Bauteile, die den Düsenring stützen, versetzt. Als eine Folge gab es ein Problem, dass eine Drehwelle einer Düsenschaufel geneigt war und sich nicht drehte. In Anbetracht solch eines Problems beschreibt die vorliegende Offenbarung einen Turbolader mit variabler Kapazität, der eine gleichmäßige Drehung einer Düsenschaufel realisiert.
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Lösung des Problems
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Ein Turbolader mit variabler Kapazität gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung hat: einen Düsenströmungspfad, der gestattet, dass ein Gas von einem Schneckenströmungspfad zu einem Turbinenlaufrad geht; eine erste Komponente und eine zweite Komponente, die einander in einer Drehachsenrichtung des Turbinenlaufrads zugewandt sind und den Düsenströmungspfad zwischen sich ausbilden; ein erstes Lagerloch, das in der ersten Komponente vorgesehen ist; ein zweites Lagerloch, das in der zweiten Komponente vorgesehen ist; und eine Düsenschaufel, die in dem Düsenströmungspfad angeordnet ist und durch sowohl das erste Lagerloch als auch das zweite Lagerloch gestützt ist, wobei eine Mittelachsenlinie des ersten Lagerlochs an der Innenseite in einer Radialrichtung mit Bezug auf eine Mittelachsenlinie des zweiten Lagerlochs bei Raumtemperatur gelegen ist, und wobei, wenn eine vorbestimmte Temperaturdifferenz zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente während eines Betriebs erzeugt wird, die Mittelachsenlinie des ersten Lagerlochs an der Außenseite in der Radialrichtung in Bezug auf die Mittelachsenlinie des zweiten Lagerlochs gelegen ist.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß dem Turbolader mit variabler Kapazität der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, die Düsenschaufel gleichmäßig zu drehen.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Querschnittsansicht eines Turboladers gemäß diesem Ausführungsbeispiel.
- 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht in der Umgebung einer Düsenschaufel, wenn ein Turbolader in einem ersten Zustand ist.
- 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht in der Umgebung der Düsenschaufel, wenn der Turbolader in einem zweiten Zustand ist.
- 4(a) ist eine Querschnittsansicht, die einen ersten Zustand in der Umgebung einer Düsenschaufel eines Turboladers gemäß dem Stand der Technik zeigt, und 4(b) ist eine Querschnittsansicht, die einen zweiten Zustand davon zeigt.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Ein Turbolader mit variabler Kapazität gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung hat: einen Düsenströmungspfad, der gestattet, dass ein Gas von einem Schneckenströmungspfad zu einem Turbinenlaufrad geht; eine erste Komponente und eine zweite Komponente, die einander in einer Drehachsenrichtung des Turbinenlaufrads zugewandt sind und den Düsenströmungspfad zwischen sich ausbilden; ein erstes Lagerloch, das in der ersten Komponente vorgesehen ist; ein zweites Lagerloch, das in der zweiten Komponente vorgesehen ist; und eine Düsenschaufel, die in dem Düsenströmungspfad angeordnet ist und durch sowohl das erste Lagerloch als auch das zweite Lagerloch gestützt ist, wobei eine Mittelachsenlinie des ersten Lagerlochs an der Innenseite in einer Radialrichtung in Bezug auf eine Mittelachsenlinie des zweiten Lagerlochs bei Raumtemperatur gelegen ist, und wobei, wenn eine vorbestimmte Temperaturdifferenz zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente während eines Betriebs erzeugt wird, die Mittelachsenlinie des ersten Lagerlochs an der Außenseite in der Radialrichtung in Bezug auf die Mittelachsenlinie des zweiten Lagerlochs gelegen ist.
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Die vorbestimmte Temperaturdifferenz kann eine maximale Temperaturdifferenz sein, die in einer Betriebsbedingung als eine Temperaturdifferenz zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente erzeugt wird. Des Weiteren kann der radial inwärtige Versetzungsbetrag der Mittelachsenlinie des ersten Lagerlochs von der Mittelachsenlinie des zweiten Lagerlochs bei der Raumtemperatur der gleiche sein wie der radial auswärtige Versetzungsbetrag der Mittelachsenlinie des ersten Lagerlochs von der Mittelachsenlinie des zweiten Lagerlochs während des Betriebs. Des Weiteren kann die erste Komponente ein deckbandseitiger Ring sein und die zweite Komponente kann ein nabenseitiger Ring sein.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Nachstehend wird ein erstes Ausführungsbeispiel des Turboladers mit variabler Kapazität der vorliegenden Offenbarung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Turboladers 1 mit variabler Kapazität, der eine Drehachsenlinie H hat. Der Turbolader 1 ist auf beispielsweise eine Brennkraftmaschine eines Schiffs oder eines Fahrzeugs angewendet.
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Wie in 1 gezeigt ist, hat der Turbolader 1 eine Turbine 2 und einen Kompressor 3. Die Turbine 2 hat ein Turbinengehäuse 4 und ein Turbinenlaufrad 6, das in dem Turbinengehäuse 4 aufgenommen ist. Das Turbinengehäuse 4 hat einen Schneckenströmungspfad 16, der sich in der Umfangsrichtung um das Turbinenlaufrad 6 herum erstreckt. Der Kompressor 3 hat ein Kompressorgehäuse 5 und ein Kompressorlaufrad 7, das in dem Kompressorgehäuse 5 aufgenommen ist. Das Kompressorgehäuse 5 hat einen Schneckenströmungspfad 17, der sich in der Umfangsrichtung um das Kompressorlaufrad 7 herum erstreckt.
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Das Turbinenlaufrad 6 ist an einem Ende einer Drehwelle 14 vorgesehen und das Kompressorlaufrad 7 ist an dem anderen Ende der Drehwelle 14 vorgesehen. Ein Lagergehäuse 13 ist zwischen dem Turbinengehäuse 4 und dem Kompressorgehäuse 5 vorgesehen. Die Drehwelle 14 ist durch das Lagergehäuse 13 über das Lager 15 drehbar gestützt, und die Drehwelle 14, das Turbinenlaufrad 6 und das Kompressorlaufrad 7 drehen um die Drehachsenlinie H als ein einzelner Drehkörper 12.
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Das Turbinengehäuse 4 ist mit einem Abgaseinlass (nicht gezeigt) und einem Abgasauslass 10 versehen. Ein Abgas, das von einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) abgegeben wird, strömt in das Turbinengehäuse 4 durch den Abgaseinlass und strömt in das Turbinenlaufrad 6 durch den Schneckenströmungspfad 16, um das Turbinenlaufrad 6 zu drehen. Dann strömt das Abgas zu der Außenseite des Turbinengehäuses 4 durch den Abgasauslass 10.
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Das Kompressorgehäuse 5 ist mit einem Ansauganschluss 9 und einem Abgabeanschluss (nicht gezeigt) versehen. Wenn das Turbinenlaufrad 6 dreht, wie vorstehend beschrieben ist, dreht das Kompressorlaufrad 7 durch die Drehwelle 14. Das drehende Kompressorlaufrad 7 saugt Außenluft durch den Ansauganschluss 9 hindurch an. Die Luft geht durch das Kompressorlaufrad 7 und den Schneckenströmungspfad 17 hindurch, um komprimiert zu werden, und wird von dem Abgabeanschluss abgegeben. Die komprimierte Luft, die von dem Abgabeanschluss abgegeben wird, wird zu der vorstehend beschriebenen Brennkraftmaschine zugeführt.
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Die Turbine 2 des Turboladers 1 wird weiter beschrieben. In der folgenden Beschreibung meinen die „Axialrichtung“, die „Radialrichtung“ und die „Umfangsrichtung“ die Drehwellenrichtung (die Richtung der Drehachsenlinie H), die Drehradialrichtung bzw. die Drehumfangsrichtung des Turbinenlaufrads 6.
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In der Turbine ist eine bewegliche Düsenschaufel 21 in einem Düsenströmungspfad 19 vorgesehen, der den Schneckenströmungspfad 16 und das Turbinenlaufrad 6 verbindet. Die Vielzahl von Düsenschaufeln 21 sind in gleichen Abständen an dem Umfang mit Mittelpunkt auf der Drehachsenlinie H angeordnet. Die Düsenschaufeln 21 drehen um eine Drehachsenlinie J, die im Wesentlichen parallel zu der Drehachsenlinie H ist, in einer synchronisierten Weise. Wenn die Vielzahl von Düsenschaufeln 21 drehen, wie vorstehend beschrieben ist, vergrößert und verkleinert sich ein Spalt zwischen den benachbarten Düsenschaufeln 21, sodass der Öffnungsgrad des Düsenströmungspfads 19 eingestellt wird.
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Um die Düsenschaufeln 21 anzutreiben, wie vorstehend beschrieben ist, hat die Turbine 2 eine variable Düseneinheit 20. Die variable Düseneinheit 20 ist in das Turbinengehäuse 4 gepasst und ist fixiert, während sie zwischen dem Turbinengehäuse 4 und dem Lagergehäuse 13 angeordnet ist.
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Die variable Düseneinheit 20 hat die Vielzahl von Düsenschaufeln 21 und einen deckbandseitigen Ring 33 (erste Komponente) und einen nabenseitigen Ring 34 (zweite Komponente), die einander in der Axialrichtung zugewandt sind, wobei die Düsenschaufel 21 zwischen diesen angeordnet ist. Der deckbandseitige Ring 33 und der nabenseitige Ring 34 sind jeweils in einer Ringform mit Mittelpunkt auf der Drehachsenlinie H ausgebildet und sind angeordnet, um das Turbinenlaufrad 6 in der Umfangsrichtung zu umgeben. Eine Region, die zwischen dem deckbandseitigen Ring 33 und dem nabenseitigen Ring 34 in der Axialrichtung angeordnet ist, bildet den vorstehend beschriebenen Düsenströmungspfad 19. Der deckbandseitige Ring 33 und der nabenseitige Ring 34 sind durch eine Vielzahl von Verbindungsstiften 29 miteinander verbunden, die sich in der Axialrichtung erstrecken. Da die Abmessung des Verbindungsstifts 29 mit hoher Genauigkeit gemacht ist, ist die dimensionale Genauigkeit des Düsenströmungspfads 19 in der Axialrichtung gewährleistet.
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Der deckbandseitige Ring 33 ist mit der gleichen Anzahl von säulenförmigen Lagerlöchern 31 (ersten Lagerlöchern) wie die Düsenschaufeln 21 versehen. In gleicher Weise ist der nabenseitige Ring 34 auch mit Lagerlöchern 32 (zweiten Lagerlöchern) versehen, die die gleiche Anzahl wie die Düsenschaufeln 21 und den gleichen Durchmesser wie die Lagerlöcher 31 haben. Die Düsenschaufel 21 hat einen Schaufelkörper 22, der im Inneren des Düsenströmungspfads 19 dreht, eine säulenförmige Schaufeldrehwelle 23, die sich von dem Schaufelkörper 22 zu dem deckbandseitigen Ring 33 erstreckt, und eine säulenförmige Schaufeldrehwelle 24, die sich zu dem nabenseitigen Ring 34 erstreckt. Die Schaufeldrehwelle 23 und die Schaufeldrehwelle 24 sind in einer säulenartigen Form mit dem gleichen Außendurchmesser ausgebildet. Die Schaufeldrehwelle 23 ist in das Lagerloch 31 drehbar eingesetzt und die Schaufeldrehwelle 24 ist in das Lagerloch 32 drehbar eingesetzt. Mit diesem Aufbau ist die Düsenschaufel 21 durch beide Lagerlöcher 31 und 32 gestützt.
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Jede Schaufeldrehwelle 24 geht durch den nabenseitigen Ring 34 hindurch und der Endabschnitt von jeder Schaufeldrehwelle 24 ist mit einem Antriebsmechanismus 27 an der Rückflächenseite des nabenseitigen Rings 34 verbunden. Ein Mechanismusraum 28 ist zwischen dem nabenseitigen Ring 34 und dem Lagergehäuse 13 ausgebildet und der Antriebsmechanismus 27 ist in dem Mechanismusraum 28 aufgenommen. Eine Antriebskraft von einem Stellglied (nicht gezeigt) wird zu jeder Schaufeldrehwelle 24 über den Antriebsmechanismus 27 übertragen. Aufgrund der vorstehend beschriebenen Antriebskraft drehen die jeweiligen Düsenschaufeln 21 um die Drehachsenlinie J mit Mittelpunkt auf den Schaufeldrehwellen 23 und 24.
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Ein Aufbau in der Umgebung der Düsenschaufel 21 wird mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht in der Umgebung der Düsenschaufel 21, wenn der Turbolader 1 in einem „ersten Zustand“ ist, der später beschrieben wird. 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht in der Umgebung der Düsenschaufel 21, wenn der Turbolader 1 in einem „zweiten Zustand“ ist, der später beschrieben wird.
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Der „erste Zustand“ ist ein Zustand, in dem der Turbolader 1 gestoppt ist und bei Raumtemperatur ist. In diesem Zustand sind die Temperatur des deckbandseitigen Rings 33 und die Temperatur des nabenseitigen Rings 34 beide bei Raumtemperatur. Die vorstehend beschriebene Raumtemperatur kann beispielsweise 20°C oder 25°C sein oder kann als eine geeignete Temperatur in dem Bereich von 20 bis 30°C als die vorstehend beschriebene Raumtemperatur definiert sein. Darüber hinaus kann man den ersten Zustand einen kalten Zustand des Turboladers 1 nennen.
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Der „zweite Zustand“ ist ein Zustand, in dem die variable Düseneinheit 20 während des Betriebs des Turboladers 1 eine hohe Temperatur (beispielsweise 800 bis 1000°C) hat und eine vorbestimmte Temperaturdifferenz zwischen dem deckbandseitigen Ring 33 und dem nabenseitigen Ring 34 erzeugt wird, wie nachstehend beschrieben wird. Hier kennzeichnet der zweite Zustand einen Zustand, wenn eine maximale Temperaturdifferenz erzeugt wird, die in der Betriebsbedingung des Turboladers 1 zwischen dem deckbandseitigen Ring 33 und dem nabenseitigen Ring 34 erzeugt werden kann. Darüber hinaus kann der zweite Zustand beispielsweise ein Zustand sein, in dem das Abgas, das von der Brennkraftmaschine in die Turbine 2 eingeleitet wird, eine maximale Temperatur hat, die in der Betriebsbedingung erzeugt werden kann.
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Darüber hinaus sind 2 und 3 Diagramme, die schematisch die relativen Positionen der Lagerlöcher 31 und 32 in einem übertriebenen Zustand zeigen und nicht den tatsächlichen Verformungszustand des deckbandseitigen Rings 33 und des nabenseitigen Rings 34 oder den tatsächlichen Versatz der Lagerlöcher 31 und 32 zeigen.
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Wie in 2 gezeigt ist, wenn eine Mittelachsenlinie J1 des Lagerlochs 31 und eine Mittelachsenlinie J2 des Lagerlochs 32 in dem ersten Zustand miteinander verglichen werden, ist die Mittelachsenlinie J1 an der Innenseite in der Radialrichtung (an der Seite des Turbinenlaufrads 6) mit Bezug zu der Mittelachsenlinie J2 gelegen. Wie in 2 gezeigt ist, ist ein Versetzungsbetrag zwischen den radialen Positionen der Mittelachsenlinie J1 und der Mittelachsenlinie J2 in dem ersten Zustand mit d0 gekennzeichnet. d0 ist ein positiver Wert (d0 > 0). Nachstehend meint der „Versetzungsbetrag“ einen Versetzungsbetrag zwischen den radialen Positionen der Mittelachsenlinie J1 und der Mittelachsenlinie J2.
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Das heißt, aus Sicht von einer Sichtlinie parallel zu der Drehachsenlinie H ( 1), sind die Mittelachsenlinie J1 und die Mittelachsenlinie J2 beide auf einem virtuellen Umfang mit Mittelpunkt auf der Drehachsenlinie H angeordnet. Dann hat in dem Turbolader 1 des ersten Zustands der virtuelle Umfang, in dem die Mittelachsenlinie J1 angeordnet ist, einen kleineren Durchmesser als der virtuelle Umfang, in dem die Mittelachsenlinie J2 angeordnet ist. Der Versetzungsbetrag d0 entspricht einer Radiusdifferenz zwischen dem virtuellen Umfang, in dem die Mittelachsenlinie J1 angeordnet ist, und dem virtuellen Umfang, in dem die Mittelachsenlinie J2 angeordnet ist. Gemäß solch einer Positionsbeziehung zwischen den Lagerlöchern 31 und 32 ist, wie in 2 gezeigt ist, die Düsenschaufel 21 in dem ersten Zustand mit Bezug zu der Drehachsenlinie H geneigt (1).
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Da ein Hochtemperaturgas durch die Turbine 2 während des Betriebs solch eines Turboladers 1 hindurchgeht, erhöht sich die Temperatur der variablen Düseneinheit 20. Dann werden beide Mittelachsenlinien J1 und J2 nach außen in der Radialrichtung versetzt aufgrund der thermischen Ausdehnung des deckbandseitigen Rings 33 und des nabenseitigen Rings 34. Hier existiert in dieser Bauart von Turbolader 1 (1) eine Kühlungseinrichtung (nicht gezeigt) des Lagers 15 in dem Lagergehäuse 13, um das Festfressen des Lagers 15 zu verhindern. Somit gibt es eine Tendenz, dass, während eines Betriebs, der deckbandseitige Ring 33 an der Seite weiter weg von dem Lagergehäuse 13 eine höhere Temperatur hat als der nabenseitige Ring 34 an der Seite näher zu dem Lagergehäuse 13. Dann wird eine Temperaturdifferenz zwischen dem deckbandseitigen Ring 33 und dem nabenseitigen Ring 34 erzeugt und die Mittelachsenlinie J1 neigt dazu, sich in großem Umfang nach außen in der Radialrichtung in Bezug zu der Mittelachsenlinie J2 zu bewegen, und zwar aufgrund des Unterschieds der thermischen Ausdehnung zwischen diesen. Das heißt der Auswärtsbewegungsbetrag der Mittelachsenlinie J1 in der Radialrichtung aufgrund der thermischen Ausdehnung des deckbandseitigen Rings 33 ist größer als der Auswärtsbewegungsbetrag der Mittelachsenlinie J2 in der Radialrichtung aufgrund der thermischen Ausdehnung des nabenseitigen Rings 34 während des Betriebs des Turboladers 1.
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Auf der Basis des vorstehend beschriebenen Prinzips ist in dem zweiten Zustand, wie in 3 gezeigt ist, die Mittelachsenlinie J1 an der Außenseite in der Radialrichtung mit Bezug zu der Mittelachsenlinie J2 gelegen. Wie in 3 gezeigt ist, ist ein Versetzungsbetrag zwischen den radialen Positionen der Mittelachsenlinie J1 und der Mittelachsenlinie J2 in dem zweiten Zustand durch d1 gekennzeichnet. d1 ist ein positiver Wert (d1 > 0). In dem Turbolader 1 des zweiten Zustands hat der virtuelle Umfang, in dem die Mittelachsenlinie J1 angeordnet ist, einen größeren Durchmesser als der virtuelle Umfang, in dem die Mittelachsenlinie J2 angeordnet ist. Der Versetzungsbetrag d1 entspricht einer Radiusdifferenz zwischen dem virtuellen Umfang, in dem die Mittelachsenlinie J1 angeordnet ist, und dem virtuellen Umfang, in dem die Mittelachsenlinie J2 angeordnet ist. Gemäß solch einer positionalen Beziehung zwischen den Lagerlöchern 31 und 32 dreht, wie in 3 gezeigt ist, die Düsenschaufel 21 in dem zweiten Zustand mit Bezug zu der Drehachsenlinie H (1), während sie in eine Richtung entgegengesetzt zu der des Falls des ersten Zustands geneigt ist.
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In solch einem Turbolader 1 ist die Mittelachsenlinie J1 an der Innenseite in der Radialrichtung mit Bezug zu der Mittelachsenlinie J2 in dem ersten Zustand gelegen und die Mittelachse J1 ist an der Außenseite in der Radialrichtung mit Bezug zu der Mittelachsenlinie J2 in dem zweiten Zustand gelegen. Mit anderen Worten gesagt wird in dem Turbolader 1 die Mittelachsenlinie J1 weiter radial nach außen versetzt als die Mittelachsenlinie J2, wenn sich die Temperatur des Abgases, das in die Turbine 2 eingeleitet wird, erhöht. In Erwartung solch einer Versatzdifferenz ist der Turbolader 1 so entworfen und hergestellt, dass die Mittelachsenlinie J1 im Vorfeld an der Innenseite in der Radialrichtung mit d0 mit Bezug zu der Mittelachsenlinie J2 in dem ersten Zustand gelegen ist. Als eine Folge ist die Mittelachsenlinie J1 an der Außenseite in der Radialrichtung mit d1 mit Bezug zu der Mittelachsenlinie J2 in dem zweiten Zustand des Turboladers 1 gelegen. Mit anderen Worten gesagt ist in dem Turbolader 1, in dem ersten Zustand, die Achsenlinie von den Mittelachsenlinien J1 und J2, die sich gemäß einer Erhöhung der Temperatur der variablen Düseneinheit 20 in großem Umfang nach außen in der Radialrichtung bewegt, an der Innenseite in der Radialrichtung mit Bezug zu der anderen Achsenlinie gelegen. Darüber hinaus kann die Beziehung zwischen dem Versetzungsbetrag d0 und dem Versetzungsbetrag d1 im Voraus durch die Berechnung oder eine Simulation auf der Basis des thermischen Ausdehnungszustands zwischen dem deckbandseitigen Ring 33 und dem nabenseitigen Ring 34 vor dem Entwerfen des Turboladers 1 erlangt werden.
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Der Betrieb und der Effekt des Turboladers 1 werden beschrieben. Wie vorstehend beschrieben ist, ist in dem ersten Zustand, in dem die Mittelachsenlinie J1 und die Mittelachsenlinie J2 in der Radialrichtung versetzt sind, die Düsenschaufel 21 so geneigt, dass sich ein Spalt zwischen den Schaufeldrehwellen 23 und 24 und den Lagerlöchern 31 und 32 verringert. Dann, da sich auch ein Spalt zwischen dem Schaufelkörper 22 und der Wandfläche des Düsenströmungspfads 19 verringert, dreht die Düsenschaufel 21 nicht leicht und die Funktionsfähigkeit der variablen Düseneinheit 20 verschlechtert sich. Dann wird die Drehung der Düsenschaufel 21 schwieriger, wenn der Versetzungsbetrag zwischen den Mittelachsenlinien J1 und J2 größer wird. Des Weiteren, wenn der maximale Versetzungsbetrag, der innerhalb der Betriebsbedingung des Turboladers 1 erzeugt wird, eine zulässige Grenze übersteigt, kann die Düsenschaufel 21 während eines Betriebs nicht drehen und die variable Düseneinheit 20 funktioniert nicht.
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Hier wird angenommen, dass der Turbolader 1 gemäß dem Stand der Technik so entworfen und hergestellt ist, dass die Mittelachsenlinie J1 mit der Mittelachsenlinie J2 in dem ersten Zustand übereinstimmt, wie in 4(a) gezeigt ist. In diesem Fall wird davon ausgegangen, dass die Mittelachsenlinie J1 nach außen in der Radialrichtung mit Bezug zu der Mittelachsenlinie J2 versetzt wird und dass dieser Versetzungsbetrag A d0 + d1 in dem zweiten Zustand wird, wie in 4(b) gezeigt ist. Somit wird in diesem Fall der maximale Versetzungsbetrag, der in der Betriebsbedingung des Turboladers 1 erzeugt werden kann, d0 + d1.
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Andererseits ist in dem Turbolader 1 dieses Ausführungsbeispiels der maximale Versetzungsbetrag zwischen den Mittelachsenlinien J1 und J2, der in der Betriebsbedingung erzeugt werden kann, der größere von dem Versetzungsbetrag d0 (2) in dem ersten Zustand und dem Versetzungsbetrag d1 (3) in dem zweiten Zustand und ist in jedem Fall kleiner als d0 + d1 (4(b)). Somit ist gemäß dem Turbolader 1 dieses Ausführungsbeispiels der maximale Versetzungsbetrag zwischen den Mittelachsenlinien J1 und J2, der während eines Betriebs erzeugt werden kann, im Vergleich zu dem Stand der Technik, der in 4(a) gezeigt ist, verringert. Als eine Folge wird die Drehung der Düsenschaufel 21 in der Betriebsbedingung des Turboladers 1 gleichmäßig und die Funktionsfähigkeit der variablen Düseneinheit 20 ist verbessert.
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Des Weiteren ist es bei dem Turbolader 1 dieses Ausführungsbeispiels offensichtlich, dass der maximale Versetzungsbetrag der kleinste wird, wenn der Versetzungsbetrag d0 der gleiche ist wie der Versetzungsbetrag d1 (d0 = d1). Somit ist d0 = d1 wünschenswert. In diesem Fall wird in dem Turbolader unter der Annahme, dass die Mittelachsenlinie J1 und die Mittelachsenlinie J2 in dem ersten Zustand miteinander übereinstimmen (4(a)), der Versetzungsbetrag A zwischen den Mittelachsenlinien J1 und J2 in dem zweiten Zustand durch die Simulation erlangt, und der Turbolader 1 kann durch Verwenden der Hälfte (A/2) des Versetzungsbetrags A als den Versetzungsbetrag d0 (2) in dem ersten Zustand entworfen und hergestellt werden. Dann wird in diesem Fall davon ausgegangen, dass die Mittelachsenlinie J1 und die Mittelachsenlinie J2 im Wesentlichen miteinander übereinstimmen, wenn eine Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand zwischen dem deckbandseitigen Ring 33 und dem nabenseitigen Ring 34 auftritt.
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Beispielsweise wird ein Fall in Betracht gezogen, in dem die zulässige Grenze des maximalen Versetzungsbetrags zum Drehen der Düsenschaufel 21 kleiner ist als der Versetzungsbetrag A und größer ist als die Hälfte (A/2) des Versetzungsbetrags A. In diesem Fall kann bei dem herkömmlichen Entwurf/der herkömmlichen Herstellung, bei dem/der die Mittelachsenlinie J1 mit der Mittelachsenlinie J2 in dem ersten Zustand übereinstimmt (4(a)), die Düsenschaufel 21 während eines Betriebs nicht drehen, wenn der Turbolader den zweiten Zustand erreicht. Wenn andererseits der Turbolader 1 entworfen und hergestellt ist durch Verwenden der Hälfte (A/2) des Versetzungsbetrags A als den Versetzungsbetrag d0 (2) in dem ersten Zustand, ist es möglich, zu verhindern, dass die Düsenschaufel 21 während eines Betriebs undrehbar wird.
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Darüber hinaus hängt die zulässige Grenze des maximalen Versetzungsbetrags zum Drehen der Düsenschaufel 21 von beispielsweise dem Freiraum zwischen den Schaufeldrehwellen 23 und 24 und den Lagerlöchern 31 und 32 oder dem Freiraum zwischen dem Schaufelkörper 22 und der Wandfläche des Düsenströmungspfads 19 ab. Des Weiteren hängt diese zulässige Grenze auch von der Betriebsbedingung des Turboladers 1 ab. Gemäß dem Turbolader 1, da der maximale Versetzungsbetrag der größere von d0 und d1 ist, kann die zulässige Grenze geringfügig größer als der größere von d0 und d1 sein. Somit kann der Freiraum zwischen den Schaufeldrehwellen 23 und 24 und den Lagerlöchern 31 und 32 oder der Freiraum zwischen dem Schaufelkörper 22 und der Wandfläche des Düsenströmungspfads 19 festgelegt sein, um im Vergleich zum Stand der Technik klein zu sein, und es kann beispielsweise ein Gasentweichen von dem Spalt zwischen dem Düsenströmungspfad 19 und dem Schaufelkörper 22 verringert werden. Des Weiteren ist es auch möglich, die Betriebsbedingung des Turboladers 1 im Vergleich zum Stand der Technik zu erweitern (beispielsweise die zulässige Temperatur während des Betriebs des Turboladers 1 zu erhöhen).
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Die vorliegende Offenbarung kann in verschiedenen Formen mit verschiedenen Änderungen und Verbesserungen auf der Basis des Wissens des Fachmanns realisiert werden, einschließlich des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels. Des Weiteren ist es auch möglich, ein modifiziertes Beispiel unter Verwendung der technischen Dinge zu konstruieren, die in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel beschrieben sind. Die Gestaltungen der jeweiligen Ausführungsbeispiele können kombiniert und verwendet werden, wie es geeignet ist.
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Beispielsweise ist in dem Ausführungsbeispiel ein Beispiel beschrieben worden, in dem die Versetzung der Mittelachsenlinien J1 und J2 durch die Temperaturdifferenz zwischen dem deckbandseitigen Ring 33 und dem nabenseitigen Ring 34 verursacht wird, aber diese Versetzung kann durch einen anderen Faktor verursacht werden. Als ein anderer Faktor kann beispielsweise ein Unterschied eines Materials (eines linearen Ausdehnungskoeffizienten) zwischen dem deckbandseitigen Ring 33 und dem nabenseitigen Ring 34 als ein Beispiel genannt werden.
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Des Weiteren ist in dem Ausführungsbeispiel ein Beispiel beschrieben worden, in dem die Auswärtsbewegung der Mittelachsenlinie J1 in der Radialrichtung gemäß einer Erhöhung der Temperatur der variablen Düseneinheit 20 größer ist als die Bewegung der Mittelachsenlinie J2. Jedoch kann im Gegensatz dazu die Bewegung der Mittelachsenlinie J2 größer sein als die Bewegung der Mittelachsenlinie J2. In diesem Fall kann die Mittelachsenlinie J2 an der Innenseite in der Radialrichtung in Bezug zu der Mittelachsenlinie J1 in dem ersten Zustand gelegen sein und die Mittelachsenlinie J2 kann an der Außenseite in der Radialrichtung mit Bezug zu der Mittelachsenlinie J1 in dem zweiten Zustand gelegen sein.
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Das heißt in dem Turbolader 1 kann die Achsenlinie von den Mittelachsenlinien J1 und J2, die eine größere Auswärtsbewegung in der Radialrichtung gemäß einer Erhöhung der Temperatur der variablen Düseneinheit 20 hat, an der Innenseite in der Radialrichtung mit Bezug zu der anderen Achsenlinie in dem ersten Zustand gelegen sein, und die erstgenannte Achsenlinie kann an der Außenseite in der Radialrichtung mit Bezug zu der letztgenannten Achsenlinie in dem zweiten Zustand gelegen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Turbolader mit variabler Kapazität
- 6
- Turbinenlaufrad
- 16
- Schneckenströmungspfad
- 19
- Düsenströmungspfad
- 21
- Düsenschaufel
- 33
- deckbandseitiger Ring (erste Komponente)
- 34
- nabenseitiger Ring (zweite Komponente)
- 31
- Lagerloch (erstes Lagerloch)
- 32
- Lagerloch (zweites Lagerloch)
- J1
- Mittelachsenlinie
- J2
- Mittelachsenlinie
- H
- Drehachsenlinie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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