DE112021002928T5

DE112021002928T5 - Turbolader

Info

Publication number: DE112021002928T5
Application number: DE112021002928.2T
Authority: DE
Inventors: Koutarou ITOU
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2020-09-14
Filing date: 2021-09-06
Publication date: 2023-03-16
Also published as: JP7315109B2; CN115698482A; JPWO2022054763A1; WO2022054763A1; US20230160320A1; US11885231B2

Abstract

Turbolader mit: einer variablen Düseneinheit, die zwischen einem Turbinengehäuse und einem Lagergehäuse disponiert ist; und einer Tellerfeder, die zwischen der variablen Düseneinheit und dem Lagergehäuse disponiert ist und die die variable Düseneinheit und das Lagergehäuse vorspannt, um einen Zwischenraum zwischen der variablen Düseneinheit und dem Lagergehäuse in einer Achsrichtung vorzuspannen. Die Tellerfeder berührt eine Seite der variablen Düseneinheit an einem ersten Berührungspunkt an einer Außenumfangsseite. Die Tellerfeder berührt eine Seite des Lagergehäuses an einem zweiten Berührungspunkt an einer Innenumfangsseite. Der erste Berührungspunkt befindet sich näher an der Seite des Lagergehäuses als der zweite Berührungspunkt in der Achsrichtung.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Turbolader.
Stand der Technik
Ein Turbolader, der in nachstehender Patentliteratur 1 beschrieben ist, ist bekannt. Der Turbolader beinhaltet eine variable Düseneinheit zum Einstellen eines Öffnungsgrads eines Düsendurchgangs einer Turbine. Wenn diese Art von variabler Düseneinheit vollständig an einem Gehäuse fixiert ist (zum Beispiel mit einem Befestigungsmittel fixiert ist), besteht die Möglichkeit, dass der Betrieb der variablen Düseneinheit während thermischer Expansion ungünstig beeinflusst wird. Daher ist die variable Düseneinheit an einer Position fixiert, indem sie in geeigneter Weise gegen ein Turbinengehäuse in dem Ausmaß gepresst wird, dass eine thermische Verformung möglich ist. Aus diesem Grund ist eine Tellerfeder zwischen der variablen Düseneinheit und einem Lagergehäuse vorgesehen. Dann wird die variable Düseneinheit gegen das Turbinengehäuse gepresst und wird ausgerichtet, indem sie mittels der Tellerfeder vorgespannt wird.
Literaturstellenliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2013-68153
Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Während des Betriebs des Turboladers hat eine variable-Düseneinheit-Seite der, mit der die Tellerfeder in Berührung ist, eine hohe Temperatur, wohingegen die andere Lagergehäuseseite eine relativ niedrige Temperatur hat, aufgrund dessen, dass sie mittels Wasserkühlung, Ölkühlung oder dergleichen gekühlt wird. Aufgrund einer solchen Temperaturdifferenz hat die Tellerfeder während eines Betriebs des Turboladers eine Temperaturverteilung, in der eine Außenumfangsseite eine hohe Temperatur und eine Innenumfangsseite eine niedrige Temperatur hat. Da die Tellerfeder thermisch verformt wird und dabei eine Federlast reduziert, kann darüber hinaus zufolge dieser Temperaturverteilung die Last abnehmen, die die variable Düseneinheit gegen das Turbinengehäuse presst. Wenn die pressende Last klein ist, können ein abnormales Geräusch, Verschleiß, eine Berührung zwischen der variablen Düseneinheit und einem Schaufelrad, Leistungsänderung, Steuerungsabweichung der variablen Düseneinheit oder dergleichen auftreten.
Daher beschreibt die vorliegende Offenbarung einen Turbolader, der eine Verringerung der Federlast unterdrücken kann, wenn ein Federbauteil, das eine variable Düseneinheit vorspannt, eine hohe Temperatur hat.
Lösung der Aufgabe
Ein Turbolader gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet eine variable Düseneinheit, die zwischen einem Turbinengehäuse und einem Lagergehäuse disponiert ist, und ein Federbauteil, das eine ringförmige Form hat, das zwischen der variablen Düseneinheit und dem Lagergehäuse disponiert ist, und das die variable Düseneinheit und das Lagergehäuse vorspannt, um einen Zwischenraum zwischen der variablen Düseneinheit und dem Lagergehäuse in einer Rotationsachsenrichtung aufzuweiten. Das Federbauteil berührt eine Seite der variablen Düseneinheit an einem ersten Berührungspunkt an einer Seite eines Außenumfangs, und berührt das Lagergehäuse an einem zweiten Berührungspunkt auf einer Seite eines Innenumfangs. Der erste Berührungspunkt befindet sich näher an dem Lagergehäuse (weiter auf der Seite des Lagergehäuses) als der zweite Berührungspunkt in der Rotationsachsenrichtung.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß dem Turbolader der vorliegenden Offenbarung kann eine Reduktion einer Federlast unterdrückt werden, wenn das Federbauteil, das die variable Düseneinheit vorspannt, eine hohe Temperatur hat.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Beispiel-Turbolader darstellt.
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die die Umgebung einer variablen Düseneinheit des Turboladers darstellt.
3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Tellerfeder des Turboladers darstellt.
4(a) ist eine Querschnittsansicht, die einen deformierten Zustand der Tellerfeder aus 3 darstellt, und 4(b) ist eine Querschnittsansicht, die einen deformierten Zustand einer Tellerfeder eines Vergleichsbeispiels darstellt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Ein Turbolader gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet eine variable Düseneinheit, die zwischen einem Turbinengehäuse und einem Lagergehäuse disponiert ist, und ein Federbauteil, das eine ringförmige Form hat, die zwischen der variablen Düseneinheit und dem Lagergehäuse disponiert ist und die die variable Düseneinheit und das Lagergehäuse vorspannt, um einen Zwischenraum zwischen der variablen Düseneinheit und dem Lagergehäuse in einer Rotationsachsenrichtung aufzuweiten. Das Federbauteil berührt eine Seite einer variablen Düseneinheit an einem ersten Berührungspunkt an einer Seite eines Außenumfangs und berührt das Lagergehäuse an einem zweiten Berührungspunkt an einer Seite eines Innenumfangs. Der erste Berührungspunkt befindet sich näher an dem Lagergehäuse (weiter auf der Seite des Lagergehäuses) als der zweite Berührungspunkt in der Rotationsachsenrichtung.
Das Federbauteil kann eine Tellerfeder sein, die entlang einer konischen Fläche eines imaginären Konus vorhanden ist, der eine Rotationsachse als eine Konusachse hat. Außerdem kann der Turbolader der vorliegenden Offenbarung ferner eine Wärmeabschirmplatte beinhalten, die zwischen der variablen Düseneinheit und dem Federbauteil in der Rotationsachsenrichtung liegt, um das Federbauteil von der Wärme einer Turbine abzuschirmen. Der erste Berührungspunkt des Federbauteils kann die Wärmeabschirmplatte berühren.
Außerdem kann die variable Düseneinheit zwei Düsenringe beinhalten, die in der Rotationsachsenrichtung angeordnet sind. Einer der beiden Düsenringe, der sich auf einer Seite des Lagergehäuses befindet, kann gegen einen vorgegebenen Abschnitt des Turbinengehäuses in der Rotationsachsenrichtung mittels einer Vorspannkraft des Federbauteils gepresst werden.
Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ausführlich mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Turboladers 1 mit veränderlicher Kapazität, vorgenommen entlang eines Querschnitts, der eine Rotationsachse H beinhaltet. Der Turbolader 1 wird beispielsweise in Verbrennungskraftmaschinen für Schiffe oder Fahrzeuge eingesetzt.
Wie in 1 dargestellt, beinhaltet der Turbolader 1 eine Turbine 2 und einen Kompressor 3. Die Turbine 2 beinhaltet ein Turbinengehäuse 4 und ein Turbinenschaufelrad 6, das in dem Turbinengehäuse 4 untergebracht ist. Das Turbinengehäuse 4 hat einen Spiralformdurchgang 16, der sich in einer Umfangsrichtung um das Turbinenschaufelrad 6 erstreckt. Der Kompressor 3 beinhaltet ein Kompressorgehäuse 5 und ein Kompressorschaufelrad 7, das in dem Kompressorgehäuse 5 untergebracht ist. Das Kompressorgehäuse 5 hat einen Spiralformdurchgang 17, der sich in der Umfangsrichtung um das Kompressorschaufelrad 7 erstreckt.
Das Turbinenschaufelrad 6 ist an einem Ende einer Rotationswelle 14 vorgesehen und das Kompressorschaufelrad 7 ist an dem anderen Ende der Rotationswelle 14 vorgesehen. Ein Lagergehäuse 13 ist zwischen dem Turbinengehäuse 4 und dem Kompressorgehäuse 5 vorgesehen. Die Rotationswelle 14 wird mittels des Lagergehäuses 13 über ein Lager 15 drehbar gestützt und die Rotationswelle 14, das Turbinenschaufelrad 6 und das Kompressorschaufelrad 7 rotieren integral um die Rotationsachse H als ein Rotationskörper 12.
Das Turbinengehäuse 4 ist mit einem Abgaseinlass (nicht dargestellt) und mit einem Abgasauslass 10 versehen. Abgas, das von der Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) abgeführt wird, strömt in das Turbinengehäuse 4 durch den Abgaseinlass und strömt in das Turbinenschaufelrad 6 durch den Spiralformdurchgang 16, um das Turbinenschaufelrad 6 zu rotieren. Danach strömt das Abgas zu der Außenseite des Turbinengehäuses 4 durch den Abgasauslass 10.
Das Kompressorgehäuse 5 ist mit einem Einlassanschluss 9 und mit einem Auslassanschluss (nicht dargestellt) versehen. Wenn das Turbinenschaufelrad 6 dreht, wie zuvor beschrieben, dreht das Kompressorschaufelrad 7 mittels der Rotationswelle 14. Das rotierende Kompressorschaufelrad 7 saugt Außenluft durch den Einlassanschluss 9 an. Die Luft wird komprimiert, während sie durch das Kompressorschaufelrad 7 und durch den Spiralformdurchgang 17 hindurchgeht, und wird von dem Auslassanschluss abgeführt. Die komprimierte Luft, die von dem Auslassanschluss abgeführt wird, wird der Verbrennungskraftmaschine zugeführt, die zuvor beschrieben wurde.
Die Turbine 2 des Turboladers 1 wird weiter beschrieben. Eine „Achsrichtung“, eine „Radialrichtung“ und eine „Umfangsrichtung“, auf die in der folgenden Beschreibung schlicht Bezug genommen wird, bedeuten eine Rotationsaxialrichtung (Richtung der Rotationsachse H), eine Rotationsradialrichtung und eine Rotationsumfangsrichtung jeweils des Turbinenschaufelrads 6.
Wie in 2 dargestellt, ist die Turbine 2 des Turboladers 1 mit einem Düsendurchgang 19 versehen, der den Spiralformdurchgang 16 und das Turbinenschaufelrad 6 verbindet. Eine Mehrzahl an beweglichen Düsenleitschaufeln 21 sind in dem Düsendurchgang 19 vorgesehen. Die Mehrzahl an Düsenleitschaufeln 21 sind in gleichmäßigen Interwallen auf einem Kreis um die Rotationsachse H disponiert. Jede der Düsenleitschaufeln 21 rotiert synchron um jeweilige Achsen parallel zu der Rotationsachse H. Wenn die Mehrzahl an Düsenleitschaufeln 21 wie zuvor beschrieben rotieren, weitet und verjüngt sich ein Zwischenraum zwischen den aneinander angrenzenden Düsenleitschaufeln 21, sodass ein Öffnungsgrad des Düsendurchgangs 19 eingestellt wird.
Die Turbine 2 beinhaltet eine variable Düseneinheit 20 zum Antreiben der Düsenleitschaufeln 21, wie zuvor beschrieben. Die variable Düseneinheit 20 ist innerhalb des Turbinengehäuses 4 eingepasst. Die variable Düseneinheit 20 beinhaltet die Mehrzahl an Düsenleitschaufeln 21 und zwei Düsenringe 23 und 27, die die Düsenleitschaufeln 21 in der Achsrichtung zwischen sich nehmen. Die zwei Düsenringe 23 und 27 sind in der Achsrichtung angeordnet und der Düsenring 23 ist näher an dem Lagergehäuse 13 disponiert als der Düsenring 27. Die Düsenringe 23 und 27 haben jeweils eine ringförmige Form um die Rotationsachse H und sind so disponiert, dass sie das Turbinenschaufelrad 6 in der Umfangsrichtung umgeben. Eine Region, die zwischen den beiden Düsenringen 23 und 27 in der Achsrichtung liegt, bilden den Düsendurchgang 19, der zuvor beschrieben wurde. Ferner beinhaltet die variable Düseneinheit 20 eine Antriebsmechanismuseinheit 29 zum Antreiben der Düsenleitschaufeln 21. Die Antriebsmechanismuseinheit 29 ist in einem Raum zwischen dem Düsenring 23 und dem Lagergehäuse 13 untergebracht und überträgt eine Antriebskraft von einem äußeren Aktuator (nicht dargestellt) auf die Düsenleitschaufeln 21.
Eine Wärmeabschirmplatte 31 ist zwischen dem Turbinenschaufelrad 6 und dem Lagergehäuse 13 vorgesehen. Die Wärmeabschirmplatte 31 schirmt das Lagergehäuse 13 von Strahlungswärme an einer Seite des Turbinengehäuses 4 mit einer hohen Temperatur ab, um eine Zunahme der Temperatur des Lagergehäuses 13 zu unterdrücken. Die Wärmeabschirmplatte 31 hat eine ringförmige Form, die die Rotationswelle 14 in der Umfangsrichtung umgibt. Die Wärmeabschirmplatte 31 ist in eine zentrale Öffnung des Düsenrings 23 von einer Seite des Lagergehäuses 13 aus eingepasst.
Eine Tellerfeder 35 (Federbauteil) liegt zwischen der Wärmeabschirmplatte 31 und dem Lagergehäuse 13. Die Tellerfeder 35 ist so disponiert, dass die Rotationswelle 14 durch eine zentrale Aussparung der Tellerfeder 35 eingesetzt ist und ist entlang einer konischen Fläche disponiert, die die Rotationsachse H als eine Achse hat. Ein Endabschnitt der Tellerfeder 35 in der Achsrichtung berührt das Lagergehäuse 13 und der andere Endabschnitt der Tellerfeder 35 in der Achsrichtung berührt die Wärmeabschirmplatte 31. Dann spannt die Tellerfeder 35 das Lagergehäuse 13 und die Wärmeabschirmplatte 31 in der Achsrichtung weg voneinander vor. Einzelheiten der Tellerfeder 35 werden später beschrieben.
Die Tellerfeder 35 spannt die variable Düseneinheit 20 und die Wärmeabschirmplatte 31 in der Achsrichtung zu der Seite des Turbinengehäuses 4 vor. Dann wird die variable Düseneinheit 20 gegen das Turbinengehäuse 4 gepresst und wird mittels einer Vorspannkraft der Tellerfeder 35 in der Achsrichtung ausgerichtet. Insbesondere beinhaltet von den beiden Düsenringen 23 und 27 der variablen Düseneinheit 20 der Düsenring 23, der sich an der Seite des Lagergehäuses 13 befindet, einen Flansch 23a, der gebildet ist, um sich zu einer Außenumfangsseite zu erstrecken. Andererseits ist ein vorstehender Leistenabschnitt 4a, der den Flansch 23a aufnimmt, an dem Turbinengehäuse 4 gebildet. Dann wird eine Endfläche des Flansches 23a an einer Seite des Turbinengehäuses 4 gegen eine Endfläche des vorstehenden Leistenabschnitts 4a auf einer Seite des Lagergehäuses 13 mittels der Vorspannkraft der Tellerfeder 35 gepresst. Der Flansch 23a kann an dem vorstehenden Leistenabschnitt 4a in der Radialrichtung gleiten und ein Unterschied in thermischer Ausdehnung in der Radialrichtung zwischen der variablen Düseneinheit 20 und dem Turbinengehäuse 4 wird adsorbiert.
Die Tellerfeder 35 wird weiter beschrieben. 3 ist eine Querschnittsansicht, die die Umgebung der Tellerfeder 35 innerhalb des Turboladers 1 schematisch zeigt. In 3 ist die linke Seite der Zeichnung die Seite des Turbinengehäuses 4, die rechte Seite ist die Seite des Lagergehäuses 13 und die Form der Tellerfeder 35 ist in übertriebener Weise abgebildet, verglichen zu der tatsächlichen Form.
Wie in 3 dargestellt, ist die Tellerfeder 35 entlang einer konischen Fläche eines imaginären Konus T vorhanden. Der imaginäre Konus T ist ein Konus, der eine Rotationsachse H als eine Konusachse hat und eine Konusbodenfläche Tb des imaginären Konus T befindet sich näher an der Seite des Lagergehäuses 13 als ein Konusscheitel Ta.
Wie in 2 dargestellt, berührt ein Berührungspunkt an einer Seite eines radialen Außenumfangs der Tellerfeder 35 (nachstehend als „erster Berührungspunkt P1“ bezeichnet) die Wärmeabschirmplatte 31. Außerdem berührt ein Berührungspunkt auf einer Seite eines radialen Innenumfangs der Tellerfeder 35 (nachstehend als „zweiter Berührungspunkt P2“ bezeichnet) das Lagergehäuse 13. Dann befindet sich der erste Berührungspunkt P1, an dem die Tellerfeder 35 die Wärmeabschirmplatte 31 berührt, näher an dem Lagergehäuse 13 (weiter auf der Seite des Lagergehäuses) als der zweite Berührungspunkt P2, an dem die Tellerfeder 35 das Lagergehäuse 13 berührt.
Ein vorstehender Leistenabschnitt 31a, der in der Achsrichtung zu dem Lagergehäuse 13 vorsteht, ist an einer Fläche, die dem Lagergehäuse 13 zugewandt ist, so aus einem Außenumfangskantenabschnitt der Wärmeabschirmplatte 31 gebildet, dass die Wärmeabschirmplatte 31 den ersten Berührungspunkt P1 der Tellerfeder 35 berührt. Der vorstehende Leistenabschnitt 31a erstreckt sich weiter zu dem Lagergehäuse 13 als der zweite Berührungspunkt P2 der Tellerfeder 35 und eine Spitze des vorstehenden Leistenabschnitts 31a berührt den ersten Berührungspunkt P1 der Tellerfeder 35.
4(a) ist eine Querschnittsansicht, die einen deformierten Zustand der Tellerfeder 35 zeigt. 4(b) ist eine Querschnittsansicht, die einen deformierten Zustand einer Tellerfeder 85 des Vergleichsbeispiels (zum Beispiel beschrieben in Patentliteratur 1, wie zuvor beschrieben) zeigt, wenn sie vergleichsweise in dem Turbolader 1 eingesetzt wird. In 4(a) und 4(b) ist die linke Seite der Zeichnungen die Seite des Turbinengehäuses 4, die rechte Seite ist die Seite des Lagergehäuses 13 und in jeder Zeichnung sind Formen der Tellerfedern 35 und 85 in übertriebener Weise abgebildet, verglichen mit den tatsächlichen Formen.
Wie in 4(a) dargestellt, nimmt die Tellerfeder 35 eine Reaktionskraft F1 auf, die den ersten Berührungspunkt P1 zu der Seite des Lagergehäuses 13 von der Wärmeabschirmplatte 31 her drückt. Außerdem nimmt die Tellerfeder 35 eine Reaktionskraft F2 auf, die den zweiten Berührungspunkt P2 von dem Lagergehäuse 13 zu einer Seite der variablen Düseneinheit 20 drückt. Wie mittels einer Punkt-Punkt-Strich-Linie in 4(a) gekennzeichnet, ist die Tellerfeder 35 mittels diesen Reaktionskräften F1 und F2 so verformt, dass der erste Berührungspunkt P1 und der zweite Berührungspunkt P2 sich voneinander in der Achsrichtung wegbewegen. Darüber hinaus hat die Tellerfeder 35 eine Repulsivkraft, die versucht, die Verformung zurückzusetzen, und, wie zuvor beschrieben, die variable Düseneinheit 20 und das Lagergehäuse 13 vorspannt, um einen Zwischenraum dazwischen in der Achsrichtung aufzuweiten. Nämlich wird die Tellerfeder 35 in einem Zustand verwendet, in dem die Tellerfeder 35 elastisch deformiert ist, um sich in der Achsrichtung mittels Aufnehmen einer Zuglast in der Achsrichtung zu strecken. Auf solche Weise wird die Tellerfeder 35 in einem Lastzustand verwendet, der entgegengesetzt ist zu dem der gewöhnlichen Tellerfeder, der elastisch deformiert ist, um in der Achsrichtung durch Aufnahme einer zusammendrückenden Last in der Achsrichtung zusammenzuziehen. Wie zuvor beschrieben wurde, wird die variable Düseneinheit 20 gegen das Turbinengehäuse 4 gepresst und wird in der Achsrichtung mittels der Vorspannkraft der Tellerfeder 35 ausgerichtet.
Demgegenüber wird ein Fall beschrieben, in dem die Tellerfeder 85 des Vergleichsbeispiels, dargestellt in 4(b), in dem Turbolader 1 eingesetzt ist. In diesem Fall, wie in 4(b) dargestellt, nimmt die Tellerfeder 85 die Reaktionskraft F1 auf, die eine Außenumfangsseite 85a zu dem Lagergehäuse 13 von der Wärmeabschirmplatte 31 aus drückt. Außerdem nimmt die Tellerfeder 85 die Reaktionskraft F2 auf, die eine Innenumfangsseite 85b von dem Lagergehäuse 13 aus zu der Seite der variablen Düseneinheit 20 drückt. Wie mittels einer Punkt-Punkt-Strich-Linie in 4(b) gekennzeichnet, ist die Tellerfeder 85 mittels diesen Reaktionskräften F1 und F2 so elastisch deformiert, dass sich die Außenumfangsseite 85a und die Innenumfangsseite 85b einander in der Achsrichtung nähern. Darüber hinaus hat die Tellerfeder 85 eine Repulsivkraft, die versucht, die Verformung zurückzusetzen, und spannt, wie zuvor beschrieben, die variable Düseneinheit 20 und das Lagergehäuse 13 vor, um den Zwischenraum dazwischen in der Achsrichtung aufzuweiten. Wie zuvor beschrieben wurde, wird die variable Düseneinheit 20 gegen das Turbinengehäuse 4 gepresst und wird in der Achsrichtung mittels einer Vorspannkraft der Tellerfeder 85 ausgerichtet.
Nachfolgend werden Vorgänge und Wirkungen beschrieben, die mittels des Turboladers 1 der vorliegenden Ausführungsform erhalten werden, die die Tellerfeder 35 beinhaltet, die zuvor beschrieben wurde. In dem Turbolader 1, der in Betrieb ist, hat die Seite der variablen Düseneinheit 20 eine hohe Temperatur dadurch, dass auf sie ein Hochtemperaturgas einwirkt, wohingegen die Seite des Lagergehäuses 13 eine relativ niedrige Temperatur hat dadurch, dass sie mittels Wasserkühlung, Ölkühlung oder dergleichen gekühlt wird. Beispielsweise ist ein Kühlwasserdurchgang 13a (siehe 2) zum Kühlen in dem Lagergehäuse 13 gebildet.
Wenn die Tellerfeder 85 des Vergleichsbeispiels in 4(b) verwendet wird, berührt unter dieser Bedingung die Außenumfangsseite 85a der Tellerfeder 85 die Wärmeabschirmplatte 31 an der Seite der variablen Düseneinheit 20 und hat eine relativ hohe Temperatur, wohingegen die Innenumfangsseite 85b das Lagergehäuse 13 berührt und eine relativ niedrige Temperatur hat. Dementsprechend hat die Tellerfeder 85 eine Temperaturverteilung, in der die Außenumfangsseite eine hohe Temperatur hat und die Innenumfangsseite eine niedrige Temperatur hat. Dann streckt sich zufolge dieser Temperaturverteilung die Außenumfangsseite der Tellerfeder 85 in der Umfangsrichtung, verglichen mit der Innenumfangsseite, und infolge dessen tritt eine thermische Deformation der Tellerfeder 85 in der gleichen Richtung auf, wie die der zuvor beschriebenen Deformation mittels der Reaktionskräfte F1 und F2 (Punkt-Punkt-Strich-Linie in 4(b)). Dann nimmt eine Federkraft ab, mit der die Tellerfeder 85 die variable Düseneinheit 20 vorspannt, aufgrund der thermischen Deformation.
Dahingegen hat in dem Turbolader 1 der vorliegenden Ausführungsform, in der die Tellerfeder 35 verwendet wird, ähnlich zu der vorherigen Beschreibung, der erste Berührungspunkt P1 an der Außenumfangsseite hat eine relativ hohe Temperatur und der zweite Berührungspunkt P2 an der Innenumfangsseite hat eine relativ niedrige Temperatur, sodass die Tellerfeder 35 eine Temperaturverteilung hat, in der die Außenumfangsseite eine hohe Temperatur hat und die Innenumfangsseite eine niedrige Temperatur hat, ähnlich zu der obigen Beschreibung. Dann tritt zufolge dieser Temperaturverteilung die thermische Deformation in der Tellerfeder 35 in einer Richtung auf, entgegengesetzt zu der der oben beschriebenen Deformation mittels den Reaktionskräften F1 und F2 (Punkt-Punkt-Strich-Linie in 4(a)). Das heißt, die thermische Deformation der Tellerfeder 35 ist in diesem Fall eine Deformation in eine Richtung, in der die Reaktionskräfte F1 und F2 zurückgedrückt werden. Dann nimmt eine Federlast weiter zu, mit der die Tellerfeder 35 die variable Düseneinheit 20 vorspannt, aufgrund der thermischen Deformation. Daher kann gemäß dem Turbolader 1 der vorliegenden Ausführungsform eine Reduktion der Federlast der Tellerfeder 35 bei hoher Temperatur unterdrückt werden.
Außerdem kann es in dem Fall des Einsetzens der Tellerfeder 85 aus 4(b) nötig sein, eine thermische Deformationsanalyse wiederholt durchzuführen, wobei die Form der Tellerfeder 85 genau eingestellt wird, und die Form der Tellerfeder 85 so zu gestalten, dass die Reduktion in der Federlast reduziert wird, unter Berücksichtigung von Einflüssen wie thermischer Deformation von Komponenten um die Tellerfeder 85 herum. Da die zuvor beschriebene Gestaltungsschleife für jede Ausführungsänderung des Turboladers 1 benötigt werden kann, kann außerdem nicht gesagt werden, dass die Effizienz des Gestaltungsprozesses gut ist. Andererseits kann gemäß der Tellerfeder 35 der vorliegenden Ausführungsform solch ein komplizierter Gestaltungsprozess vereinfacht werden.
Da die radiale Belastung, die in der Tellerfeder 35 erzeugt wird, eine Zugbelastung in der Deformation durch die Reaktionskräfte F1 und F2 ist, liegt außerdem gemäß der Tellerfeder 35 der vorliegenden Ausführungsform eine Wirkung vor, dass eine Beulverzerrung der Tellerfeder 35 unwahrscheinlich auftritt.
Außerdem ist in dem Turbolader 1 der vorliegenden Ausführungsform die Wärmeabschirmplatte 31 vorhanden, um den Wärmeeintrag in die Tellerfeder 35 zu reduzieren. Infolgedessen wird eine Reduktion des Elastizitätsmoduls eines Materials der Tellerfeder 35 aufgrund einer Zunahme der Temperatur unterdrückt und eine Reduktion der Federlast wird weiter unterdrückt. Infolgedessen ist die Möglichkeit des Auftretens des Kriechens der Tellerfeder 35 aufgrund einer Zunahme der Temperatur, eine Reduktion der Streckgrenze oder dergleichen reduziert.
Außerdem wird in dem Turbolader 1 der vorliegenden Ausführungsform die Ausrichtung der variablen Düseneinheit 20 in der Achsrichtung mittels Pressen des Flansches 23a des Düsenrings 23 gegen den vorstehenden Leistenabschnitt 4a des Turbinengehäuses 4 erreicht. Während dem Betrieb des Turboladers 1 wird der vorstehende Leistenabschnitt 4a mittels thermischer Deformation des Turbinengehäuses 4 versetzt und die variable Düseneinheit 20 wird gemäß der Deformation des vorstehenden Leistenabschnitts 4a deformiert.
Hier ist berücksichtigt, dass während des Betriebs des Turboladers 1 unter Abschnitten des Turbinengehäuses 4 eine Verschiebung des Abschnitts aufgrund von thermischer Deformation niedriger ist, je näher ein Abschnitt einer Verbindung mit dem Lagergehäuse 13 ist. Unter anderen Teilen der variablen Düseneinheit 20 befindet sich der Düsenring 23 der variablen Düseneinheit 20 relativ nah an dem Lagergehäuse 13. Aus diesem Grund befindet sich der vorstehende Leistenabschnitt 4a des Turbinengehäuses 4 auch nahe an der Verbindung mit dem Lagergehäuse 13. Daher wird während des Betriebs des Turboladers 1 eine Versetzung des vorstehenden Leistenabschnitts 4a relativ klein gehalten und infolgedessen wird eine Deformation der variablen Düseneinheit 20 aufgrund der Versetzung des vorstehenden Leistenabschnitts 4a auch relativ klein gehalten.
Der Turbolader der vorliegenden Offenbarung kann auf verschiedene Weisen mit verschiedenen Änderungen oder Verbesserungen umgesetzt werden, die basierend auf dem Wissen des Fachmanns gemacht werden, inklusive der Ausführungsform, die zuvor beschrieben wurde. Beispielsweise beinhaltet in der Ausführungsform, die zuvor beschrieben wurde, der Turbolader 1 eine Wärmeabschnittsplatte 31, aber die Wärmeabschnittsplatte 31 kann weggelassen werden und das Federbauteil 35 kann direkt den Düsenring 23 berühren. In diesem Fall wird die Form des Düsenrings 23 so geändert, dass das Federbauteil 35 direkt den Düsenring 23 (Seite der variablen Düseneinheit) an dem ersten Berührungspunkt P1 an der Außenumfangsseite des Federbauteils 35 berührt und das Lagergehäuse 13 an dem zweiten Berührungspunkt P2 an der Innenumfangsseite berührt und der erste Berührungspunkt P1 sich näher an der Seite des Lagergehäuses befindet als der zweite Berührungspunkt P2 in der Rotationsachsenrichtung. Zum Beispiel kann in diesem Fall anstatt des vorstehenden Leistenabschnitts 31a, der zuvor beschrieben wurde, ein vorstehender Leistenabschnitt an dem Düsenring 23 vorgesehen sein, der sich weiter zu dem Lagergehäuse 13 erstreckt als der zweite Berührungspunkt P2 des Federbauteils 35 und dessen Spitze den ersten Berührungspunkt P1 des Federbauteils 35 berührt.
Bezugszeichenliste

1: Turbolader mit variabler Verdichtung,
H: Rotationsachse,
4: Turbinengehäuse,
13: Lagergehäuse,
20: Variable Düseneinheit,
23: Düsenring,
27: Düsenring,
31: Wärmeabschirmplatte,
35: Tellerfeder (Federbauteil),
23a: Flansch,
4a: vorstehender Leistenabschnitt,
T: Imaginärer Konus,
P1: Erster Berührungspunkt,
P2: Zweiter Berührungspunkt

Claims

Turbolader (1) mit: einer variablen Düseneinheit (20), die zwischen einem Turbinengehäuse (4) und einem Lagergehäuse (13) disponiert ist; und einem Federbauteil (35), das eine ringförmige Form hat, das zwischen der variablen Düseneinheit (20) und dem Lagergehäuse (13) disponiert ist und das die variable Düseneinheit (20) und das Lagergehäuse (13) vorspannt, um einen Zwischenraum zwischen der variablen Düseneinheit (20) und dem Lagergehäuse (13) in einer Rotationsachsenrichtung aufzuweiten, wobei das Federbauteil (35) eine Seite der variablen Düseneinheit (20) an einem ersten Berührungspunkt an einer Seite eines Außenumfangs berührt und das Lagergehäuse (13) an einem zweiten Berührungspunkt an einer Seite eines Innenumfangs berührt, und wobei der erste Berührungspunkt sich näher an dem Lagergehäuse (13) befindet als der zweite Berührungspunkt in der Rotationsachsenrichtung.
Turbolader (1) nach Anspruch 1, wobei das Federbauteil (35) eine Tellerfeder ist, die entlang einer konischen Fläche eines imaginären Konus vorhanden ist, der eine Rotationsachse als eine Konusachse hat.
Turbolader (1) nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit: einer Wärmeabschirmplatte (31), die zwischen der variablen Düseneinheit (20) und dem Federbauteil (35) in der Rotationsachsenrichtung liegt, um das Federbauteil (35) vor Wärme einer Turbine abzuschirmen, wobei der erste Berührungspunkt des Federbauteils (35) die Wärmeabschirmplatte (31) berührt.
Turbolader (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die variable Düseneinheit (20) zwei Düsenringe (23, 27) aufweist, die in der Rotationsachsenrichtung angeordnet sind, und wobei einer der beiden Düsenringe (23, 27), der sich an einer Seite des Lagergehäuses (13) befindet, gegen einen vorgegebenen Abschnitt des Turbinengehäuses (4) in der Rotationsachsenrichtung mittels einer Vorspannkraft des Federbauteils (35) gepresst wird.