JP2004084667A - ターボ加給機及びそのベーン支持リング - Google Patents

Abstract

ターボ過給機１は、少なくとも１つの供給通路９が排気ガスを供給する箇所であるタービンハウジング２を備えている。少なくとも１つのタービンロータ４がハウジング内で回転可能に支持され、回転させるべき排気ガスを受ける。排気ガスは、供給通路とタービンロータとの間で可変断面の通路を形成し、タービンロータに導入される排気ガスの量を制御する案内格子を介して供給される。この案内格子は、ほぼ同一幅のベーン空間内で所定の幅の複数のベーン７を備えている。ベーン支持リングは、ベーンの回動軸を支持し且つ、第一の周面によって環状のベーン空間の１つの軸方向端部を画成する。対向するリングは、ほぼベーンの幅だけベーンの支持リングから隔てられて、環状のベーン空間の他方の軸方向端部を画成する。この幅のため、少なくとも２つのスペーサが少なくとも１つのリングに一体に形成され、かつそのそれぞれの周面を被うように分配されている。
【選択図】　図１

Description

　本発明は、そのタービンハウジング内に少なくとも１つのタービンロータが回転可能に支持されたターボ過給機に関する。

　タービンロータには、典型的に、燃焼機関から放出される排気ガスが供給される。排気ガスの供給は、例えば、国際出願ＷＯ　０１／９６７１３号により各対のノズルの間に可変方位のノズルを形成し、排気ガスを調節可能な量にてタービンロータに供給することが従来の技術にて理解されるように、タービンハウジング内の供給通路及び可変タービン幾何学形状（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）の案内ベーンのリング（又は、案内格子）を通じて行われる。このため、案内格子は、１つの軸方向端部にてベーン空間を画成し且つその境を設定すると共に、タービンロータの周りに配置された上述した複数のベーン回動軸を支えるベーン支持リングを備えており、ロータに供給される排気ガスの量は、ベーンをその軸によって回動させることで調節される。ベーン空間の反対側の軸方向端部には、更なるリング（ＴＧ）があり、このリングは、この空間の軸方向幅がベーンの幅にほぼ相応する（又は、僅かな製造許容公差だけより大きい）ようにこの空間を画成し且つその境を設定する。

　本発明は、上述した仕方にて形成されたベーン支持リングに関する。本明細書の説明において、「ターボ過給機」という語は、その最広義の意味にて、二次的エアポンプのような、その他の同様の流体流動原動機をも包含するものと理解すべきである。

　この型式のターボ過給機及びかかるベーン支持リングは、例えば、ＥＰ−Ａ−０　２２６　４４４号に開示されている。この既知の構造において、ベーン空間の幅、すなわちこの空間の軸方向寸法は、ねじによってベーン支持リングに締結される分離ブッシュを隔てることにより確保される。このことは、当然に、取り付け且つ組み立てるとき、問題を生じ易く且つコスト高である。
国際出願ＷＯ　０１／９６７１３号 ＥＰ−Ａ−０　２２６　４４４号

　本発明の目的は、上述した型式のターボ過給機又はベーン支持リングの製造コストを削減することである。

　本発明によれば、ベーン空間の軸方向端部を画成するこれらリングの少なくとも１つのリングの外周上に分配されたスペーサを前記リングと一体となるように形成することにより、この目的が達成される。

　このようにして、図面に関する以下の詳細な説明から明らかとなるように、上述した目的が達成されるのみならず、作動の精密さ及び信頼性も向上することは驚くべきことである。

　原理上、スペーサが一方又は他方のリングと一体に形成されるか、又は、これと代替的に、整合されているが、空間幅の軸方向長さの１／２である、一方のリング及び他方のリングに或いはその双方のリングにスペーサが設けられるかどうかは問題とならない。しかし、スペーサは、上記のベーン支持リングと一体に形成されることが好ましい。このことは、スペーサをリングの材料内に埋込む（又は、リング材料から加工する）ことにより行うことができるが、スペーサは、特に精密鋳造法によってリングと共に鋳造されることが好ましい。その理由は、他方のリングは、多くの場合、タービンハウジングのより大型の構成要素の一部を形成し、このため、スペーサをこのリングと一体に形成することはより難しいからである。

　このようにして、本発明によれば、スペーサを一体に形成することにより、取り付け作業及び費用は不要となる。精密鋳造法が適用されるならば、製造許容公差を小さくすることができ、このため、このリング及びスペーサを製造する方法の結果、全体的な精度は改良されることになる。構造に関して、従来の技術におけるように、分離ブッシュの形状を円筒体ではなくて、空気力学的に有利な形状に自由に選ぶことができる。１つの好ましい実施の形態において、このことは、スペーサ自体がベーンの形状をしているようにすることで行うことができる。かかる長い形状は、リングに対してほぼ接線方向に方位決めし得ることが好ましい。

　更なる詳細は、図面に概略図的に示した１つの好ましい実施の形態の以下の説明から明らかになるであろう。

好ましい実施例の説明

　図１によれば、ターボ過給機１は、それ自体、既知の仕方にて、タービンハウジング部分２と、タービンハウジングに接続されたコンプレッサハウジング部分３とを備えており、その双方は回転軸線Ｒに沿って配置されている。タービンハウジング部分２は、ベーン支持リング（「ノズルリング」としばしば称される）がリング６の外周を被うように分配された案内ベーン７の外側「案内格子」を支持することを示し得るように、部分断面図で示してある。これらのベーンは、ベーン支持リング６のボア内に挿入された回動軸８によって回動させ（又は、相応する回動軸の周りで回動させる）ことができる。このようにして、各対のベーンは、そのベーンの間にノズルを形成し、このノズルの断面を、ベーン７の回動位置に従って変化させることができる、すなわち、より半径方向に方位決めし（図示するように）又はより接線方向に方位決めし、断面をより大きくし又はより小さくし、軸線Ｒに沿った中間に配置されたタービンロータ４に対し燃焼機関の排気ガスをより多量に又はより少量に供給し得るようにすることができ、この排気ガスは、供給通路９によって導入し且つ、中央の短い供給管１０を通じて排出し、タービンロータ４の軸に締結されたコンプレッサロータ２１を駆動する。

　案内ベーン７の動作又は位置を制御するため、作動装置１１が設けられている。この装置は、所望の任意の性質のものとすることができるが、それ自体、既知であるように制御ハウジング１２を備え、前記制御ハウジングは、前記ハウジング内に受け入れた棒部材１４の作動運動を制御し、この棒部材の軸方向動作は、既知の仕方にて、ベーン支持リング６の真後に（図１にてリングの左側に）配置された制御リング５の僅かな回転動作に変換される。この制御リングの回転動作によって、案内ベーン７の軸８の回転位置は、次のような仕方にて、すなわち、ベーンをほぼ接線方向の端部位置からほぼ半径方向に伸びる端部位置まで変位させることができるよう調節される。このようにして、供給通路９によって供給されたより多量又は少量の燃焼機関の排気ガスがタービンロータ４に供給され、また、回転軸線Ｒに沿って軸方向供給管１０を通じて排出される。

　ベーン支持リング６とタービンハウジング部分２のリング形状部分１５との間には、ベーン７の自由運動を許容する相対的に小さい空間１３がある。勿論、このベーン空間１３は、ベーン７の幅よりも著しく大きくないことが必要であり、それは、さもなければ、排気ガスのエネルギが損失されるからである。他方、ベーン空間１３は、過小であってはならず、それは、ベーン７は、この場合、詰まるからである。高温の排気ガスのため、材料が特定の程度、熱膨張することを考慮に入れなければならないから、このことは、特に重要なことである。

　このため、このベーンの空間１３の幅及び反対側のハウジングリング１５からのベーン支持リング６の距離を確保するため、本発明によるベーン支持リング６は、前記支持リングに一体に形成され且つ支持リングから突き出すスペーサ１６を有している。これらのスペーサ１６は、図２に一層良く図示されており、この図２において、ベーン支持リング６は、前記支持リングによって支えられたベーン７が無い状態で示してある。

　理解し得るように、スペーサ１６は、ハウジングリング１５への距離（図１）が全周に亙って等しいように、回転軸線Ｒの周りでリング６の周面を被うように等しい角度距離に配置されている。これらのスペーサ１６には、好ましくは、鋳造法、特に、精密鋳造法によってベーン支持リング６が一体に形成されており（上述したように、代替的に、ハウジングリング１５に設け、又はその双方に設けてもよい）、このため、これらのスペーサは、リング６と直接、熱伝導可能に接続されている。一体となる部分６、１６を形成するため、その他の製造方法を使用することもできるが、鋳造法を採用いることが好ましいことを理解すべきである。

　このため、高温の排気ガスが供給通路９から（又は、幾つかの供給通路を通って）ベーン空間１３に流動するとき、熱は、ベーン支持リング６及びそのスペーサ１６の上方で比較的迅速に分配され、このため、リング及びスペーサの全体に亙って実質的に等しい熱膨張が生ずる。このようにして、ハウジングリング１５までのベーン支持リング６の距離は、全外周に亙って均一であることが保証される。スペーサがリング６のボア穴内にねじ止め又はボルト止めしたブッシュとして形成されたならば、すなわちスペーサが一体の部品ではなくて、別個の部品であるならば、熱伝導は悪化し、更に、かかるブッシュを同一の（例えば、鋳造）材料から成るものとすることはできず、このため膨張係数は異なったものとなろう。本発明によって、これら不利益の点の全てが回避され、精密度及び作動の信頼性が向上する。
原理上、スペーサ１６は、ベーン支持リング６の半径の色々な位置に配置することができるが、図示したように、これらスペーサをリング６の境界面（リングの周面の境界区域又は領域）に配置することが好ましく、このことは、隔てる程度の精密さに更に寄与することになる。さもなければ、これらのスペーサは、米国特許第４，６５９，２９５号に示唆されたように、相応する案内ベーンに代えて配置しなければならない。

　更に、ベーン支持リング６に向けて突き出すよう、スペーサ１６の少なくとも一部分をハウジングリング１５に提供することが可能であることも既に説明した。しかし、ハウジングリング１５における状態は、ベーン支持リング６の簡単な複雑ではない形状と比較して、タービンハウジング２が複雑な三次元的な形状をしているから、余り好ましくない。更に、スペーサ１６を２つのみ又は、３つ以上も提供することが可能であるが、３つのスペーサ１６であるとき、ハウジングリング１５（図１）に対する接続面が幾何学的に精密に画成されることが理解されよう。更に、前記リング１５と協働するハウジングリング１５と反対側の面１７を例えば、表面仕上げ、例えば、スポット表面仕上げによって加工し、全てのスペーサ１６の精密な軸方向長さを保証することが推奨できる。

　ハウジングリング１５と接続するため、接続動作により加えられた力がスペーサ１６の面１７に直接、作用するよう、スペーサ１６の各々にてハウジングリング１５と接続すべく、接続ボルト用のボア穴１８を提供することが好ましい。更に、図２から、本発明によるスペーサ１６は、空気力学的に好ましい形状を有していること、また、特に、ベーンの形状にて形成し得ることが理解されよう。図２に図示するように、空気力学的観点から選んだ長い形状の場合、この長い形状がリング６に対してほぼ接線方向に伸びるようにすることが有益である。

　更に、ベーン空間１３（これは、図２に関して、スペーサ１６の軸方向長さによって画成された空間である）から軸方向に縮小する、リング１５及び（又は）６の面の境界領域１９が提供されるようにすることが有益である。この縮小する面領域１９は、図２の実施の形態にて示すように、漸進的に円錐形に斜角面を付すことが有益であるが、特定の用途の場合、所望であるならば、例えば、丸味を付けた角度部分の下に段差部分を形成することにより肩部を形成するようにしてもよい。この縮小領域は、ベーン空間１３（図１）内の空気力学的状態に対し有益であることが判明しており、このベーン空間内にて、ベーン７（図１）は、上述したようにベーン支持リング６の周方向に伸びるリング状のボア穴２０の内の１つのボア穴２０を通って伸びる調節軸８にあるようにする。空間１３から縮小するかかる領域は、また、ベーン支持リング６にのみ設けることが好ましいが、ハウジングリング１５に設けることも可能であることが理解されよう。

　上記の説明から、本発明に従って、スペーサ１６の製造及びそのタービンハウジング部分２への組み付けの双方が簡略化されることが明らかであろう。更に、それぞれのリング、例えば、ベーン支持リング６と、その一体に形成された、スペーサ１６との間に、より均一で且つより直接的な熱伝導が実現される。このようにして、あらゆる作動状態下にてベーン空間１３の軸方向距離又は幅を正確に維持する信頼性が向上する。

　更に、本発明は、図示した実施の形態にのみ限定されるものではないことが理解されよう。例えば、本発明は、１つ以上のタービンロータ２及び（又は）１つ以上のコンプレッサロータ２１又は１つ以上の供給通路９を有するターボ過給機に適用することが可能である。更に、特に、スペーサ１６が３つ以上、例えば、６つ設けられる場合、スペーサ１６の各々毎にボア穴１８を設けないことが考えられよう。ベーン支持リング６のようなリングを鋳造法によってスペーサ１６と共に製造することに代えて、図２に示した面は、また、流体が通れるその他の自動車の構成要素に対して提案したように、冷間加工によって一体に形成することもできる。

本発明が具体化されるターボ過給機の部分断面図とした、斜視図である。 図１によるターボ過給機内に挿入される本発明によるベーン支持リングの斜視図である。

符号の説明

１　　ターボ過給機　　　　　　　　　　　　２　　タービンハウジング部分
３　　コンプレッサハウジング部分　　　　　４　　タービンロータ
５　　制御リング　　　　　　　　　　　　　６　　リング
７　　案内ベーン　　　　　　　　　　　　　８　　回動軸
９　　供給通路　　　　　　　　　　　　　　１０　　中央供給通路
１１　　作動装置　　　　　　　　　　　　　１２　　制御ハウジング
１３　　ベーン空間　　　　　　　　　　　　１４　　棒部材
１５　　リング形状部分　　　　　　　　　　１６　　スペーサ
１８　　ボア穴　　　　　　　　　　　　　　２１　　コンプレッサロータ
Ｒ　　回転軸線

Claims (21)

1. 　排気ガスによって駆動されるターボ過給機において、
   　タービンハウジングと、
   　前記排気ガスを供給し得るように前記ハウジング内に設けられた、少なくとも１つの供給通路手段と、
   　前記ハウジング内で回転可能に支持された少なくとも１つのタービンロータであって、前記タービンロータを回転させ得るように、前記タービンロータに前記排気ガスを供給すべく前記供給通路手段が配置された、少なくとも１つのタービンロータと、
   　前記タービンロータ内に導入される排気ガスの量を制御し得るように、前記供給通路手段と前記タービンロータとの間に可変断面の通路を形成する手段とを備え、前記手段が、
   　　所定幅の複数のベーンであって、排気ガスを前記タービンロータに導入し得るようにベーン間で通路を形成すべく２つの軸方向端部を有する前記タービンロータの周りでほぼ前記幅の環状空間内に分配され、前記ベーンの各々が軸の周りで回動して排気ガスの量を制御することを可能にする複数のベーンと、
   　　前記ベーンの前記軸を支持するベーン支持リング部材であって、第一の周面によって前記環状ベーン空間の１つの軸方向端部を画成するベーン支持リング部材と、
   　　前記支持リング部材に面し且つ、前記幅によって前記支持リングから隔てられ、第二の周面によって前記環状のベーン空間の他方の軸方向端部を画成するリング部材と、
   　　前記リング部材の前記周面の少なくとも１つに一体に形成され且つ、前記ベーンの空間の幅を確保し得るように、そのそれぞれの周面に分配された、少なくとも２つのスペーサ手段とを備える、ターボ過給機。
2. 　請求項１に記載のターボ過給機において、前記スペーサ手段が前記ベーンの支持リング部材に一体に形成されているターボ過給機。
3. 　請求項１に記載のターボ過給機において、前記リング部材の少なくとも１つが鋳造金属であり、前記スペーサ手段が一体に鋳造されているターボ過給機。
4. 　請求項１に記載のターボ過給機において、前記スペーサ手段が、前記リング部材の少なくとも１つの前記周面の外周境界面内で一体に形成されているターボ過給機。
5. 　請求項１に記載のターボ過給機において、前記リング部材の少なくとも１つが、前記周面の半径方向外周縁の境界領域と、半径方向面を画成する前記周面の半径方向内周縁領域とを有し、前記半径方向外側領域が前記半径方向面から縮小しているターボ過給機。
6. 　請求項５に記載のターボ過給機において、前記スペーサ手段が、前記周面の前記半径方向外側の周縁境界領域内に配置されているターボ過給機。
7. 　請求項５に記載のターボ過給機において、前記半径方向外側周縁の境界領域が前記ベーン支持リング部材に設けられているターボ過給機。
8. 　請求項１に記載のターボ過給機において、前記スペーサ手段が前記周面方向に見たとき、細長であるターボ過給機。
9. 　請求項１に記載のターボ過給機において、前記長いスペーサ手段がベーンの形状をしているターボ過給機。
10. 　請求項１に記載のターボ過給機において、前記長いスペーサ手段がそのリング部材に対しほぼ接線方向に方位決めされているターボ過給機。
11. 　請求項１に記載のターボ過給機において、前記スペーサ手段の少なくとも一部分が接続ボルトが通るためのボアを有するターボ過給機。
12. 　請求項１１に記載のターボ過給機において、前記ボルトが対向するリング部材に接続されているターボ過給機。
13. 　ターボ過給機用のベーン支持リングにおいて、
    　両側部における環状面と、
    　複数のベーンの軸が通るのを許容する、前記環状面における複数のボアと、
    　前記環状面に一体に形成された、スペーサ手段であって、前記環状面の周縁に分配された前記スペーサ手段とを備える、ターボ過給機用のベーン支持リング。
14. 　請求項１３に記載のリングにおいて、前記スペーサ手段が細長とされているリング。
15. 　請求項１４に記載のリングにおいて、前記スペーサ手段がベーンの形状をしているリング。
16. 　請求項１４に記載のリングにおいて、前記スペーサ手段が、前記リングの接線方向にほぼ方位決めされているリング。
17. 　請求項１３に記載のリングにおいて、鋳造金属であり、スペーサ手段がリングと共に鋳造されているリング。
18. 　請求項１７に記載のリングにおいて、前記リング及び前記スペーサ手段が、精密鋳造部品として形成されているリング。
19. 　請求項１３に記載のリングにおいて、前記周面の半径方向外周縁の境界領域と、半径方向面を画成する前記周面の半径方向内側の周縁領域とを更に備え、前記半径方向外側領域が前記半径方向面から縮小しているリング。
20. 　請求項１９に記載のリングにおいて、前記スペーサ手段が前記半径方向外側領域内で一体に形成されているリング。
21. 　請求項１３に記載のリングにおいて、前記スペーサ手段の少なくとも一部分が接続ボルトが通るためのボアを有するリング。
    
    

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