JP2009531581A - プレスワール・ガイド・デバイス - Google Patents

Abstract

コンプレッサの吸込み領域内にプレスワールを形成するためのプレスワール・ガイド・デバイスであって、複数のガイド・ベーン（１０）を有し、これらのガイド・ベーンのそれぞれは、このガイド・ベーンに接続されたベーン・シャンク（１２）の周りで回動可能であり；回動可能な調整リング（３０）を有し；この調整リング（３０）からそれぞれのガイド・ベーンのベーン・シャンク（１２）へトルクを伝達するための調整レバー（１３）を有している。それぞれのガイド・ベーンのベーン・シャンク（１２）及び調整レバー（１３）は、一体的に形成されている。複数のガイド・ベーン（１０）がケーシングに回転可能に取り付けられていて、このケーシングは、ガイド・ベーンの支承部の領域内で組み合わされている少なくとも２つの部分（４１，４２）からなる。ガイド・ベーンが一体的にデザインされていることによって、取り付けられる構成要素の数も減じられる。このことは、ガイド・デバイスにおける取付け及びあり得る保守作業を簡略化する（図１）。

Description

本発明は、内燃機関の排ガスが流入する流体機械の分野に関する。
本発明は、コンプレッサの吸込み領域内にプレスワールを形成するためのプレスワール・ガイド・デバイス、並びにこのようなプレスワール・ガイド・デバイスを有する排ガスターボチャージャに関する。

排ガスターボチャージャは、内燃機関の出力を増大させるために用いられる。新式の内燃機関の場合、可変の操作条件への排ガスターボチャージャの適合は、益々難しくなる。いわゆる可変のタービン・ジオメトリおよび／またはコンプレッサ・ジオメトリは、適合のための広く普及した可能性を与える。可変のタービン・ジオメトリの場合、ガイド・デバイスのガイド・ベーンは、タービンの出力需要に従って、タービン・ホイールの上流で、流れに対してほぼ急角度に整列されている。可変のコンプレッサ・ジオメトリの場合、ディフューザにおいてコンプレッサ・ホイールの下流にある複数のガイド・ベーンは、流れに対してほぼ急角度に整列されている。

可変の操作条件に排ガスターボチャージャを適合させるための他の可能性が、複数のプレスワール・ガイド・デバイスによって提供される。これらのプレスワール・ガイド・デバイスは、コンプレッサの吸込み領域内で、吸い込まれた空気の中に、または場合によっては吸い込まれた空気・燃料・混合物の中に、所定のプレスワールを、動作点に応じて、ほぼ顕著に、コンプレッサ・ホイールの回転方向に対して正方向または逆方向に形成する。

例えば DE 36 13 857 A1 から公知である従来のプレスワール・ガイド・デバイスでは、複数のベーンは、支承領域で一体的なケーシングに取り付けられている。このためには、ベーンは、追加の軸受ブシュによって保護されていなければならず、調整レバーは、取付上の理由から、分離可能にデザインされていなければならない。このことは、追加のコスト及び許容誤差をもたらし、操作中の信頼性を著しく減じることになる。
独国特許出願公開第 DE 36 13 857 A1 号明細書

本発明の課題は、長い動作時間に亘って確実に機能し、容易に取り付けられ、且つ複数の調整可能なガイド・ベーンを有するプレスワール・ガイド・デバイスを提供することにある。

コンプレッサの吸込み領域内にプレスワールを形成するための、本発明に係わるプレスワール・ガイド・デバイスは、複数のガイド・ベーンを有し、これらのガイド・ベーンのそれぞれは、このガイド・ベーンに接続されたベーン・シャンクの周りで回動可能である。複数のベーン・シャンク、即ち複数のガイド・ベーンの回転軸は、コンプレッサの軸中心線に対して実質的に垂直に及び径方向に向けられている。本発明に係わるプレスワール・ガイド・デバイスは、更に、コンプレッサの軸中心線に対して同軸に設けられ且つこの軸の周りで回動可能な調整リングと、この調整リングからそれぞれのガイド・ベーンのベーン・シャンクへトルクを伝達するための調整レバーと、を有している。本発明では、ベーン・シャンクとそれぞれのガイド・ベーンの調整レバーは、一体的に形成されている。

ガイド・ベーンが一体的にデザインされていることによって、結合個所の数が減じられる。このことは、材料の磨耗に好影響を与える。更に、取り付けられる構成要素の数も減じられる。このことは、ガイド・デバイスにおける取付け作業及びあり得る保守作業を簡略化する。

本発明に係わるプレスワール・ガイド・デバイスのケーシングには、複数のガイド・ベーンが回転可能に取り付けられており、このケーシングは、ガイド・ベーンの軸受の領域内で組み合わされた少なくとも二つの部分からなる。

このことは、一方では、組み込まれた調整レバーと一体的にデザインされたガイド・ベーンの取付けを可能にする。更に、このことによって、ベーンを、支持点によって、それぞれのガイド・ベーンの回転軸に対して軸方向に取り付け且つロックすることが可能にする。耐摩耗性を改善するために、軸受は、挿入された支持スリーブで保護されることが可能である。

複数のガイド・ベーンのこのような軸方向の取付けは、本発明では、ベーン・シャンク上及びベーン・シャンクを取り囲むケーシング上の複数の突出部によって、なされる。これらの突出部は、ガイド・ベーンの回転軸に対して径方向に延びている。突出部は、ベーン・シャンクを軸方向に取り付けるために、互いに係合する。

追加的にまたはその代わりに、ガイド・ベーンを軸方向に取り付けるために、対応する突出部と協働する溝が、ケーシングにおよび／またはベーン・シャンクに設けられていても良い。ハウジングのみならずベーン・シャンクに溝が設けられているとき、軸方向の取付けは、溝に設けられている特殊な支承リングによってなされても良い。複数の溝及び突出部は、それぞれのベーン・シャンクの周りに部分的にのみ延びている。
他の利点は、従属請求項から生じる。

以下、図面を参照して本発明の種々の実施の形態を詳述する。
図１は、コンプレッサの吸込み領域内のガイド・デバイスの断面図を示す。明細書の最初の部分に記載のように、このようなコンプレッサは、内燃機関の出力を増大するための排ガスターボチャージャに用いられる。図中の矢印は、圧縮される媒体の流れのルートを示す。媒体は、通例、内燃機関内の燃焼過程のための空気、あるいは場合によっては空気・燃料混合物である。更に、このようなガイド・デバイスを、如何なるタイプのコンプレッサにも、例えば、電動機で駆動される工業用コンプレッサに用いることが可能である。

ガイド・デバイスは、コンプレッサの軸に関して径方向に向けて設けられた複数のガイド・ベーン１０を有している。ガイド・ベーンのそれぞれは、流路に突出するベーン・プロファイル１１の他に、ベーン・シャンク１２を有している。このベーン・シャンクによって、ベーン・プロファイルがケーシングに回転可能に取り付けられている。調整レバー１３によって、ベーン・プロファイルは、ベーン・シャンクの軸の周りで回転される。調整レバーを駆動するために、即ちベーン・プロファイルを調整するために、コンプレッサの軸に対して同軸に設けられた調整リング３０が備えられている。調整リング３０を回転することによって、全てのベーンが、ベーンのベーン・シャンクのそれぞれの軸の周りで同時に回転される。

図１及び２に示す第一の実施の形態では、トルクが、調整レバー１３の自由端に設けられたボール・ヘッド１４によって、調整リング３０からベーン・シャンク１２へ伝達される。ボール・ヘッド１４は、調整リングの、互いに平行に延びる２つの壁を有する溝３１の中でガイドされている。溝の中で、ボール・ヘッドは、トルク伝達の実現のために必要であるところの、並進運動及び回転運動の自由度を有している。ボール・ヘッドと溝の壁との間の接触領域における、広い面積に亘る、均等な圧力分布を達成するためには、及び、かくして、互いに押しつけあう複数の部分の磨耗を減じるためには、調整リングからそれぞれのガイド・ベーンのベーン・シャンクへのトルクの伝達のために調整レバーのボール・ヘッドに作用する表面が、ボール・ソケットのように形成されている。

この場合、ボール・ソケットは、少なくとも部分的に、並進移動可能に設けられたスライディング・シュー２０から形成されている。調整リング３０が、ガイド・ベーンを調整するために回転されるとき、スライディング・シュー２０は、溝３１の中で、溝の壁の面に沿ってボール・ヘッド１４によって、移動される。調整リングが回転されるとき、調整レバーの位置が、調整リングに相対して変化する。溝の中でのボール・ヘッドの回転中心の並進移動の他に、調整リングに対する調整レバーの回転が生じる。ボール・ヘッドの回転中心の並進移動は、溝の壁に沿って摺動するスライディング・シューによって可能となる。他方、回転のためには、ボール・ヘッドが、スライディング・シューによって形成されたボール・ソケットの中で、任意の如何なる方向にも回転されることが可能である。スライディング・シューは、二つの部分で形成されていても良い。摺動可能な平坦な裏面を有するボール・ソケット半体が、調整リング中の溝のどちら側にも設けられている。

図３及び４に示す第二の実施の形態では、トルクが、調整レバー１３の自由端に設けられた円筒形のピン１５によって、調整リング３０からベーン・シャンク１２へ伝達される。ピンは、調整リング３０に形成された孔３２に取り付けられた円筒形の摺動要素２１に係合している。摺動シリンダ２１は、孔３２の中で自軸の周りで回転され、自軸に沿って移動されることが可能である。ピン１５を収容するために設けられた、摺動シリンダ内の孔は、摺動シリンダの軸に対して直角である。ピンは、この孔の中で自軸の周りで回転され、自軸に沿って移動されることが可能である。かくして、同様に、トルク伝達の実現のために必要である運動の自由度、常に２つの並進運動及び回転運動の自由度が与えられている。この代わりに、ピン１５は、図９に示すように、摺動シリンダ２１に取り付けられており、ガイド・ベーンの調整レバー１３の自由端に形成された孔の中で、摺動可能に取り付けられていても良い。

図示し且つ詳述した実施の形態の代わりに、トルクの伝達のための他の実施の形態、例えば調整レバーを有する実施の形態も考えられる。この調整レバーは、歯車セグメントとして形成されており、歯車リムを有する調整リングに係合する。本発明では、ベーン・プロファイル１１と、ベーン・シャンク１２と、調整レバー１３とは、トルクの伝達のために必要な上部、従ってボール・ヘッド１４またはピン１５と共に、一体的に形成されている。このことは、ガイド・ベーン１０全体の機能的な構成要素が、一体物から注型またはフライス切削され、あるいは、ケーシングへの組み込みの前に、複数の部分から、力により、形状によりまたは材料により組み合わされて、一体物を形成することを意味する。例えば、ベーン・プロファイルと、ベーン・シャンクと、調整レバーとを、一体物として注型し、続いて、ボール・ヘッドまたはピンを、プレス嵌めで、調整レバーに形成されており且つピンのために設けられた開口部へ押し込み、あるいは、緩く挿入し且つ接合または注型する。

一体的に形成されたガイド・ベーンを、ケーシングに設けられ且つガイド・ベーンのために設けられた開口部へ、挿入することが可能であるように、本発明では、ケーシングは、複数のガイド・ベーンの複数の支持点の領域で分割されている。

図２から明らかなように、コンプレッサの軸に関し軸方向に組合せ可能な少なくとも２つのケーシング部分４１及び４２が設けられている。それぞれのガイド・ベーンの支持点の領域で、２つのケーシング部分は、共に、開口部４５を形成する。２つのケーシング部分４１及び４２は、例えば、結合要素のために設けられた複数の孔４６の中の結合要素によって、あるいは、後で組み入れられる他のケーシング部分によって結合される。

ケーシングをガイド・デバイスの領域で本発明に従って分割することによって、複数のガイド・ベーン及び調整リングの取付けが非常に簡略化される。図５に示すように、かくして、ベーン・シャンクは、追加の軸受ブシュまたは外側の支持点でなく、容易に、径方向に突出するケーシング縁部４９で、軸方向にロックされる。これらのケーシング突出部４９は、両側に、または、ベーン・シャンクの支持点の軸方向端部の一方にあるケーシング部分に設けられていても良い。

追加的にまたはその代わりに、図６に示すように、２つのケーシング部分４１と４２の間の開口部に形成された少なくとも部分的に取り囲んでいる溝は、ベーン・シャンクを同様に少なくとも部分的に取り囲んでいる突出部１７を収容することが可能である。ケーシング部分に形成された溝の代わりに、他の変形例では、溝は、ベーン・シャンクにも設けられても良いし、ケーシング部分は、突出部を有しても良い。

他の変形例では、一方のケーシング部分には溝が設けられており、他方のケーシング部分は、突出部を有し、ベーン・シャンクが、夫々、突出部及び溝を有している。完全には取り囲んでいない溝と、更に広くは取り囲んでいない突出部とによって、複数のガイド・ベーンの回転可能性が容易に限定される。

他の変形例では、ベーン・シャンクのみならず、このベーン・シャンクを取り囲むケーシングにも、複数の溝が形成されている。この変形例では、これらの溝に設けられた支承リングは、複数のガイド・ベーンの軸方向の取付けをもたらす。内側の軸方向軸受のこれらの変形例の全ては、複数のガイド・ベーンの軸方向の遊びを減じさせることが可能である。複数のガイド・ベーンの支承領域での摺動性を改善するために、あるいは、磨耗を予防するために、支承構成要素、すなわち、ケーシング部分および／またはベーン・シャンクが、硬化処理が施されていても良く、あるいは、耐摩耗性の材料からなる被覆を有しても良い。

図７に示すように、調整リングの軸方向の及び径方向の取付けは、同様に、容易に実現される。ケーシング部分４１及び４２が、軸方向に押し付けられる前に、調整リング３０は、複数のガイド・ベーンと共に、双方のケーシング部分の間にまたは２つのケーシング部分のうちの一方に設けられる。双方のケーシング部分が押し付けられるとき、調整リングの、軸方向での最終的な整列が、続いて自動的になされる。この場合、調整リング３０は、両側から、適切な支承要素４７’及び４７’’によって、軸方向に取り付けられる。図２から見て取れるように、第一の軸方向の支承要素４７’は第一のケーシング部分４１の部分であり、第二の軸方向の支承要素４７’’は第二のケーシング部分４２の部分である。調整リングの、径方向の取付けは、調整リングを、取り囲んでいる突出部４８に載置することによって、容易に達成される。

ガイド・ベーンの支承点におけるように、調整リングの支承部分も、硬化処理が施されていても良く、あるいは、被覆されていても良い。

本発明に係わるガイド・ベーンの実施の形態では、複数のガイド・ベーンの先端同士が集まる、ガイド・デバイスの中央領域に、ケーシングの中央ボディが選択的に設けられている。この中央ボディは、コンプレッサの軸に同軸に位置している。中央ボディは、ケーシングの部分であり、この部分は、ガイド・デバイスの領域で、圧縮される媒体の流路を形成する。

図１に示すように、中央ボディ４４は、１つまたは複数の径方向に延びているケーシング・リブ４３によって、位置決め且つ保持されていることが可能である。

流路の中の流れをこのようなリブによって損なうことがないように、中央ボディを、ガイド・ベーンの先端によって、位置決め且つ保持することも可能である。図８に示すように、位置決め及び保持のために、径方向に延びている複数の孔４４１が、中央ボディ４４に設けられている。特にこの目的のために形成されており且つガイド・ベーンの先端に形成された複数のシャンク１６が、これらの孔に係合する。中央ボディの周りに放射状に設けられた複数のガイド・ベーンを有するこのデバイスは、２つのケーシング部分のうちの一方４１または４２への挿入の前に既に中央ボディ４４の回りに設けられることが可能である複数のガイド・ベーンの簡略化した取付けをも可能にする。続いて、中央ボディ及び全ガイド・ベーンからなるユニットは、只１つの作業ステップで、ユニットのために意図された空間にガイドされることが可能である。

当然ながら、このような孔は、保持リブによって位置決め且つ保持された中央ボディを有する実施の形態において、設けられていても良い。この場合、これらの孔は、簡略化された取付けのためにも用いられる。詳しくは、複数のガイド・ベーンの特別なシャンクが、中央ボディに形成された複数の孔に挿入され、続いて、これらのガイド・ベーンが、一方のケーシング部分に形成された径方向に延びている開口部に設けられるのである。

ベーンの先端の前記シャンクが、ガイド・ベーンの先端に動かないように接続されているか、ベーンの先端に形成されており且つシャンクのために設けられた孔に回転可能に取り付けられていても良い。第二の場合には、複数のシャンクは、中央ボディに動かないように接続されていることが可能である。それ故に、取付け中に、ベーンの先端に形成されている孔を有するガイド・ベーンが、シャンクに取り付けられる。

当然ながら、中央ボディを有さず、中心にまで延びている複数のガイド・ベーンを有する形態による、本発明に基づくガイド・デバイスの実施形態も可能である。

図１は、保持リブによって保持された中央ボディを有し、且つ本発明により形成されたプレスワール・ガイド・デバイスの第一の実施の形態の断面図を示す。 図２は、図１に示すプレスワール・ガイド・デバイスの詳細等角図を示す。 図３は、本発明により形成されたプレスワール・ガイド・デバイスの第二の実施の形態の断面図を示す。 図４は、図３に示すプレスワール・ガイド・デバイスの詳細等角図を示す。 図５は、複数のガイド・ベーンの軸方向の取付けの第一の変形例の詳細を表わす、ガイド・ベーンのシャンクの領域における、図１の断面図の拡大部分断面図を示す。 図６は、複数のガイド・ベーンの軸方向の取付けの第二の変形例の詳細を表わす、ガイド・ベーンのシャンクの領域における、図１の断面図の拡大部分断面図を示す。 図７は、調整リングの取付けのための詳細を表わす、調整レバーの領域における、図１の断面図の拡大部分断面図を示す。 図８は、複数のガイド・ベーンによって保持されている中央ボディを有し、且つ本発明により形成されたプレスワール・ガイド・デバイスの断面図を示す。 図９は、本発明により形成された図３に示すプレスワール・ガイド・デバイスの第二の実施の形態の他の変形例を表わす部分断面図を示す。

符号の説明

１０…ガイド・ベーン、１１…ベーン・プロファイル、１２…ベーン・シャンク、１３…複数のガイド・ベーンを移動させるための調整レバー、１４…ボール・ヘッド、１５…ピン、１６…中央ボディを位置決めし且つ保持するための、ベーンの先端のシャンク、１７…ガイド・ベーンを軸方向に取り付けるためのシャフト突出部、２０…スライディング・シュー、２１…スライディング・シリンダ、３０…調整レバーを介して複数のガイド・ベーンを回転させるための調整リング、３１…スライディング・シューを収容するための環状溝、３２…スライディング・シリンダを収容するための環状孔、４０…ケーシング、４１，４２…ケーシング部分、４３…保持リブ、４４…中央ボディ、４４１…ベーンの先端のシャンクを収容するための孔、４５…ベーン・シャンクを収容するための、ケーシング内の開口部、４６…複数のケーシング部分を結合するための孔、４７…調整リングを軸方向に取り付けるための支承要素、４８…調整リングを径方向に取り付けるための支承要素、４９…ガイド・ベーンを軸方向に取り付けるための、ケーシングに形成された開口部の領域内の複数の径方向の突出部。

Claims (13)

1. コンプレッサの吸込み領域内にプレスワールを形成するためのプレスワール・ガイド・デバイスであって、
   複数のガイド・ベーン（１０）を有し、これらのガイド・ベーンのそれぞれは、このガイド・ベーンに接続されたベーン・シャンク（１２）の周りで回動可能であり、
   回動可能な調整リング（３０）を有し、
   この調整リング（３０）からそれぞれのガイド・ベーンの前記ベーン・シャンク（１２）へトルクを伝達するための調整レバー（１３）を有する、
   プレスワール・ガイド・デバイスにおいて、
   それぞれのガイド・ベーンの前記ベーン・シャンク（１２）及び調整レバー（１３）は、一体的に形成されていることを特徴とするプレスワール・ガイド・デバイス。
2. 下記特徴を有する請求項１に記載のプレスワール・ガイド・デバイス：
   それぞれのガイド・ベーンの前記調整レバーは、円筒形のピン（１５）を有しており、
   このピンは、その軸の周りで回転可能に且つその軸に沿って移動可能に、円筒形の伝達要素（２１）の孔の中でガイドされており、
   この伝達要素（２１）は、その軸の周りで回転可能に且つその軸に沿って移動可能に、前記調整リング（３０）の孔（３２）の中でガイドされている。
3. 下記特徴を有する請求項１に記載のプレスワール・ガイド・デバイス：
   それぞれのガイド・ベーンの前記調整レバー（１３）は、孔を有しており、この孔の中で、円筒形の伝達要素から径方向に突出するピン（１５）がガイドされ、
   この伝達要素（２１）は、その軸の周りで回転可能に且つその軸に沿って移動可能に、前記調整リング（３０）の孔（３２）の中でガイドされている。
4. 下記特徴を有する請求項１に記載のプレスワール・ガイド・デバイス：
   それぞれのガイド・ベーンの前記調整レバーは、ボール・ヘッド（１４）のように形成され且つ前記調整リング（３０）の溝（３１）の中でガイドされる端部を有し、
   この溝（３１）は、互いに平行に延びる複数の壁を有し、これらの壁の間で、前記調整レバーの前記ボール・ヘッド（１４）がガイドされている。
5. 下記特徴を有する請求項４に記載のプレスワール・ガイド・デバイス：
   前記ボール・ヘッド（１４）は、伝達要素（２０）のボール・ソケットの中で回転可能にガイドされ、
   前記伝達要素（２０）は、互いに平行に延びる複数の壁に沿って移動可能である。
6. 下記特徴を有する請求項１から５のいずれか１項に記載のプレスワール・ガイド・デバイス：
   前記複数のガイド・ベーン（１０）が回転可能に取り付けられるケーシングを有しており、このケーシングは、前記ガイド・ベーンの支承部の領域内で組み合わされている少なくとも２つの部分（４１，４２）から構成されている。
7. 下記特徴を有する請求項１から６のいずれか１項に記載のプレスワール・ガイド・デバイス：
   前記ベーン・シャンク（１２）及びこのベーン・シャンクを取り囲む前記ケーシング部分（４１，４２）に、前記ガイド・ベーンの回転軸に対して径方向に延びる複数の突出部（４９）が設けられており、前記ガイド・ベーンを軸方向に取り付けるために、前記ベーン・シャンクの突出部及び前記ケーシングの突出部がそれぞれ互いに係合している。
8. 下記特徴を有する請求項１から７のいずれか１項に記載のプレスワール・ガイド・デバイス：
   前記ベーン・シャンク（１２）におよび／またはこのベーン・シャンクを取り囲む前記ケーシング（４１，４２）に、前記ガイド・ベーンの回転軸に対して径方向に向いた溝が設けられており、この溝は、前記ガイド・ベーンを軸方向に取り付けるために、前記ガイド・ベーンの回転軸に対して径方向に延び且つ前記溝に係合する突出部（１７）および／または支承リングと協働する。
9. 下記特徴を有する請求項１から８のいずれか１項に記載のプレスワール・ガイド・デバイス：
   軸の周りに放射状に配置された複数のガイド・ベーンの先端の領域に、中央ボディ（４４）が設けられている。
10. 下記特徴を有する請求項９に記載のプレスワール・ガイド・デバイス：
    前記中央ボディ（４４）は、径方向外側に延びる少なくとも１つの保持リブ（４３）を介して、外側のケーシング部分（４１）に取り付けられている。
11. 下記特徴を有する請求項９または１０に記載のプレスワール・ガイド・デバイス：
    前記複数のベーンの先端に形成された複数のシャンク（１６）が、前記中央ボディ（４４）の、径方向に向いた複数の孔（４４１）に回転可能に取り付けられている。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載のプレスワール・ガイド・デバイスを有するコンプレッサ。
13. 請求項１から１１のいずれか１項に記載のプレスワール・ガイド・デバイスを有するコンプレッサを備えた排ガスターボチャージャ。

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