JP2018532932A - パルス分離型可変タービン構造ターボチャージャのためのカートリッジ - Google Patents

Abstract

ターボチャージャのパルスエネルギ強化タービンに用いるためのカートリッジである。ノズルリング（６）とディスク（２９）との間に少なくとも第１及び第２固定式分離ブレード（１２）が提供され、分離ブレード（１２）は分割型ボリュートとタービンホイール（１１）との間のガイドグリッドを通して排気ガス流れの分離を保持する。エンジンまたはエンジンバンクの異なるシリンダまたはシリンダグループからの排気パルスエネルギはタービンホイールに至るまで分離された状態に保持されるので、タービンホイールがエンジン排気ポートからの排気ガス流れの個別パルスに反応する。【選択図】 図３

Description

本発明は、可変タービン構造（ＶＴＧ）ターボチャージャに用いられるベーンカートリッジの効率を向上させるための方案に関する。カートリッジは漏れを防止したり最小化して背圧を極大化し、パルス分離を保持しながらＶＴＧの角度を向上させるように設計される。

エンジンのターボチャージングは、もはや高出力性能の観点から注目されておらず、むしろ燃料消耗及び環境汚染を減少させる手段として認識されている。ターボチャージングエンジンにおいて、燃焼空気はエンジンに供給される前に予め圧縮される。エンジンは自然吸気エンジンと同一体積の空気‐燃料混合物を吸入するが、より高い圧力により、より高い密度を有するがゆえに、より多くの空気及び燃料量が燃焼室へ供給される。結果的に、エンジン出力が増加するためにより多くの燃料が燃焼され得る。

圧縮機は排気ガスにより動力を得る。エンジンから排出される排気ガスはタービンハウジングへ送られ、排気ガスの熱と体積流量はハウジング内のタービンホイールを回転させ、ターボチャージャの圧縮機ハウジング内の圧縮機ホイールを駆動させる。一方、交通の渋滞時に車両の作動中、エンジンの排気出力は広い範囲にわたって可変する。他方、要求される圧縮機出力及びこれによる任意の特定作動条件で圧縮機を駆動するのに必要なエネルギは広い範囲にわたって可変する。動力を出力するタービンの容量が圧縮機の要求事項と常に一致してはいない。タービンと圧縮機の作動をより上手く一致させるために、効率を向上させたり、ターボチャージャの作動範囲を拡張させるようにタービンホイールへの排気ガス流れの速度及び角度を制御することが時々好ましい。可変タービン構造ターボチャージャ（ＶＴＧ）は、このような要求を解決するように構成された。このようなＶＴＧの一類型は、可変ノズルターボチャージャ（ＶＮＴ）と呼ばれる可変排気ノズルを備えたものである。排気ガス流れを制御するために可変ノズルの異なる構成が可変ノズルターボチャージャに用いられた。このようなＶＴＧにおいて排気ガス流れの制御を達成するために行われた一つの接近法は、軸方向に離隔され、同心で装着された一対のリングの間に挟まれたタービンの入口の周りに環状に配置される複数のピボッティングベーンの使用を含む。隣接したベーンの間の空間にノズルを形成し、ノズルはブレードがピボットすることによって方向と断面が変更される。ピボッティングベーンは、ベーンの間の通路の幅を変更させるように同時に集合的に制御されて、タービン内への排気ガスの流れを制御するように機能する。

ガイドベーンが完全に「開放」位置にある時、タービンは、この最大流速で動作するように構成され、流れの速度ベクトルは大きな求心成分を有する。ガイドベーンが「閉鎖」位置にある時、流速の高い円周方向成分及び急激なエンタルピー（ｅｎｔｈａｌｐｙ）傾斜は高いタービン出力を誘導し、これによって高い充填圧力を誘導する。制限は、狭いノズルを通じる背圧と流速を増加させ、低速で遅延を減少させる一方、開放は、より高速で排気ガスの背圧を防止する。排気ガス全体の流れは、常にタービンを通じて伝達され、出力に変換されることができる。ガイドベーンの調整は多様な空圧または電気調節機により制御されることができる。

米国特許第７，８８６，５３６号（Ｈｅｍｅｒ）に公知された例示的なＶＴＧターボチャージャは、ベアリングハウジングにより連結されたタービンハウジング及び圧縮ハウジングを含み、ベアリングハウジング内に回転シャフトが支持される。タービンハウジングにおいて、調節可能なガイドベーンはスペーサによりベーンベアリングリングから一定の距離に保持されるスラスト‐エンド‐ベアリング（ｔｈｒｕｓｔ‐ｅｎｄ‐ｂｅａｒｉｎｇ）リングとベーンベアリングリングの間にピボット式に装着される。ベーンはユニソン（ｕｎｉｓｏｎ）リングを作動させるアクチュエータを通して調整可能である。ベーンベアリングリングに対するユニソンリングの回転運動はガイドベーン上へ伝達され、ガイドベーンは開放位置と閉鎖位置との間の予め設定された範囲内で調整されることができる。

このようなＶＴＧにおいて、多様な部品が互いにマッチングされ、パッチされ、合わせられるべきであり、特にこれらをタービンユニットまたはターボチャージャ内に挿入する時に相互連結されなければならないので、ガイディンググリッドの個別部品をハウジング内に装着することは難しいことがある。また、ベーンと隣接した壁との間のギャップに流動する排気ガスはベーンの制御を「バイパス」してＶＮＴの効率を減少させる。このようなバイパスを可能な限り極力防止するために精密公差で部品を合わせることが好ましい。

米国特許第６，９１６，１５３号（Ｂｏｅｎｉｎｇ）から従来技術の図１及び図２が由来し、単純であり、小型であり、組み立てが容易かつ迅速に装着可能な「カートリッジ」タイプのモジュール型ガイディンググリッドを提示する。事前組立されたユニット全体をタービンハウジング内に簡単に挿入することができる。このような組立体において、タービンハウジングの壁に直接的に装着されず、環状ディスクに装着されるため、可動部の装着がかなり単純化されて加速化される。可変的な構造のガイディンググリッドは、予め設定された軸方向距離の軸方向に延長するベーン空間に中心軸周りの角度距離でハウジング内に複数のガイディングベーンを含む。それぞれのベーンは、連関したピボッティング軸を中心にピボットされて中心軸に対して異なる角度を取り、これによって隣接したベーンの各対の間に可変断面のノズルを形成する。ノズルリングは中心軸周りでベーンを支持し、ベーン空間の第１軸方向制限部を形成する。ユニソンリングはノズルリングに対して変位可能であり、ベーンと連結されてベーンをピボットさせる。環状ディスクはハウジングに固定され、中央開口及びベーン空間の第２軸方向制限部を形成するように軸方向距離でノズルリングに相対する。このような開口内にスリーブが挿入されることができる。固定配列はハウジングに対する環状ディスクの軸方向位置を決定する。

前述の類型のＶＴＧカートリッジがターボチャージャのパルス‐エネルギ強化タービンに用いられることができるように適応させることが好ましく、ここで、エンジンバンクまたはエンジンの異なるシリンダまたはシリンダグループからの排気パルスエネルギがタービンホイールに至るまで分離されるように保持され、エンジンの排気ポートからの排気ガス流れの個別パルスにタービンホイールが反応するようにする。パルスエネルギ及びパルス分離に対するより詳細な説明はＷＯ２０１４１９３７７９（Ｇｒｉｓｓｏｍの外）を参照する。

本発明は、ターボチャージャのパルスエネルギ強化タービンに用いるためのＶＮＴカートリッジを提供する。本発明によれば、調整可能なベーンと共に、少なくとも第１及び第２固定式分離ブレード１２（図３）がノズルリング６とディスク２９との間に提供され、分離ブレード１２は分割型ボリュート（ｖｏｌｕｔｅ）からタービンホイール１１までのガイドされたグリッドでエンジンまたはエンジンバンクの異なるシリンダまたはシリンダグループからの排気ガス流れの分離を保持する。

本発明の長所は、添付の図面と関連して考慮される時、以下の詳細な説明を参照することによりさらに理解しやすく、容易に認識されるものである。
図１は、ガイディンググリッドが収容されるターボチャージャのベアリングハウジングとタービンハウジングとの間の遷移領域の軸方向断面図である。 図２は、図１の細部事項ＩＩを拡大して図示したガイディンググリッドの部分斜視図である。 図３は、２つの分離ブレードを有する本発明の第１実施例を示す。 図４は、「ツイン」スクロールタービンボリュート（子午線で分割される；図４ａ）と「デュアル」スクロールタービンボリュート（セクタ分割される；図４ｂ）間の差を示す。 図５は、スタブベーンを備えた本発明の第２実施例を示す。 図６は、スタブベーン及びスタブ分離ブレードを備えた本発明の第３実施例を示す。 図７は、異なる位置にガイドベーンを備えた第３実施例のバージョンを示す。 図８は、タービンハウジング内に本発明によるカートリッジの設置を示す。 図９は、タービンハウジング内に本発明によるカートリッジの設置を示す。 図１０は、分離ブレイドが支持機能として安着されることができる溝を有する、ノズルリングとディスクを配置及び連結するためのピンの使用を示す。 図１１は、分離ブレードにピンが設けられ、ブレードの一部のみが分離機能を有する本発明によるカートリッジを示す。 図１２は、分離ブレードを有する一体型で形成されたベーンベアリングリングの異なる図である。 図１３は、分離ブレードを有する一体型で形成されたベーンベアリングリングの異なる図である。 図１４は、分離ブレードを有する一体型で形成されたベーンベアリングリングの異なる図である。

図１で、中心軸Ｒの周りに螺旋状に巻かれた流体のための周辺供給チャンネルまたはスクロールまたはボリュート９を典型的に含むターボチャージャ１の単一ボリュートタービンハウジング２の一部が図示される。その後、このような流体は中心軸Ｒの周りに配置された複数のガイディングベーン７を通じて放射状に内側へ、中心軸Ｒを中心に回転するタービンホイール（図示せず）へ送られる。このようなタービンホイールは公知のように、回転子シャフト（図示せず）の端部に装着され、回転子シャフトは、タービンハウジング２に解除可能に取り付けられてボルトまたはＶ‐クランプ（図示せず）により、これに固定されるベアリングハウジング４０内に位置したベアリング４１、４１’に支持される。ターボチャージャの場合、このようなシャフトは、ベアリングハウジングに解除可能に取り付けられるか、またはベアリングハウジングと一体に形成されることができる圧縮機ハウジング内に位置した圧縮機ホイールまで、このようなベアリングハウジング４０を通じて延長される。このような圧縮機は、共通シャフトを通じてタービンハウジング内のタービンホイールにより公知の方式で駆動されることができ、これによってタービンハウジング２に供給される排気ガスにより駆動される。

略円形のガイディンググリッドを形成するガイディングベーン７をピボット可能に作って、ベーン７がより半径方向に中心軸Ｒに向かって傾斜するようにピボットされる一端部の位置と、これらが大略的に接線として延長する他端部の位置との間でガイディンググリッドに可変的な構造を付与する。図２は、ガイディングベーン７のピボット軸を形成する調整シャフト８が支持されるノズルリングまたはベーン支持リング６とユニソンまたは調整リング５との間にローラ３の形態のローリング胴体を有する転がり軸受（ａｎｔｉｆｒｉｃｔｉｏｎ ｂｅａｒｉｎｇ）を図示する。調整シャフト８及びこれら調整シャフトを作動させるユニソンリング５の旋回及び調整は、米国特許第６，９１６，１５３号（Ｂｏｅｎｉｎｇ）に記載のような公知の方式で行うことができる。如何なる場合にも、固定式ノズルリングまたはベーン支持リング６に対してピボットされるユニソンリング５の旋回運動は調整シャフト８の対応するピボット運動を誘発する。

調整レバー１９の自由レバー端部またはヘッド１８は、ユニソンリング５の溝またはリセス１７内に保持され、調整シャフト８に固定されるか、連結される。公知のように、貫通リセス１７と共に、溝はまたユニソンリング５の内側の軸方向の側面に提供されることができ、ヘッド１８は、ヘッド１８がユニソンリングの事前‐センタリングを保障するように保持されるということを留意されたい。これは可能である多様な実施形態の中で一つに過ぎない。調整はスロットカムや噛み合い歯車により影響を受け、伝達されることができる。

ピボット可能なガイドベーンは、カセット内の排気流れの唯一な制御機であり得るか、またはタービンのマップ特性を変形するために、ボリュートとカセットとの間の環状空間に固定式ガイドベーンの追加的なリングが提供されることができる。

このような方式で、供給チャンネル９を通じて供給された燃焼モータの排気ガスは、中心軸Ｒと同軸である軸方向に延長されるパイプ１０を通じてガスが排出される前に、ベーン７により形成されたガイディンググリッドの内部で回転するタービンホイール（図示せず）に多少供給される。このような排出パイプ１０は、図示の実施形態において、結合解除空間４２により後続連続部４３から結合解除されるが、必要に応じて、排気システムに直接連結されることができる。

ユニソンリング５は放射状に内向するローリング表面２０を有し、その上にローラ３が巻かれることができる。しかし、好ましくは、ローラ３がこのようなローリング表面２０に対して、そしてショルダー（ｓｈｏｕｌｄｅｒ）を形成するノズルリング６の反対外部ローラ表面２１に対して、すべての動作環境の下で特定の作用を有することが実際に好ましいため、これは公差を補償するためにのみ提供される。

図２に示されたように、ケージリングまたはホールディングリング２２が使用される場合、相対的に少ないローラ３が必要となる。ローラがこのようなホールディングリング２２のリセス内でも作動することができるが、ローラ３がホールディングリング２２の穴２５と噛み合う、より小さい直径の軸方向突出部２４を備えて、一方では周り方向に適正な距離を提供しながら、ローラ３をローリング表面２０、２１に対してそのトラック上で軸方向に堅固にホールディング及び保持させることが好ましい。

封止リング２７は、ノズルリング６の封止溝２８に挿入されることができる。図１及び図２を比較した時、ノズルリング６はハウジングの壁部分２ａの領域に位置する。原則的に、多様な封止構造が考案されることができる。封止リング２７は壁２ａと噛み合う可撓性封止リップとして形成される。一般的に、これは、このような部品が作動中に互いに対して動いてはならないため、何らの問題がない。しかし、図示の追加の封止リングまたは封止リング２７が壁２ａの溝内へ突出して、一種のラビリンスシールを形成することが可能であり得ると共に、さらには従来技術の封止において公知された接近法、または両方の可能性の組み合せが導出されることもできる。如何なる場合にも、このような封止は、埃及び汚染物質を減摩ベアリング３、２０、２１から遠く保持させる役割をして、供給チャンネル９の領域から防ぐ。

中心軸Ｒを中心にノズルリング上に配置されたスペーサ３１により規定された距離で、タービンハウジング２に隣接する固定ディスク２９が図１に示されたハウジングフランジ２ｂの領域に提供される。固定ディスク２９は、例えば、スペーサ３１を通じて延長される点線で表示されたボルト３０を通じてノズルリング６に固定され、公知のように、すべての温度範囲でこれらのピボット運動を妨害しないようにするために、スペーサ３１は軸方向でベーン７の幅に相応するものより最小限にさらに広い空間を提供する。このような方式で、図２に示されたガイディンググリッドはタービンハウジング２内へ挿入されるように容易に事前組立されることができる。

このように生成されたモジュールを迅速かつ正確な方式でタービンハウジング２内に挿入することができるようにするために、中央軸パイプ１０内に挿入可能な、そして中央開口５３を有する、スリーブ４５に連結されて原則的には、このスリーブがこのような排出パイプ１０内に挿入される必要がある。これを容易にするために、スリーブ４５は、排出パイプ１０内に挿入される時、ディスク２９と噛み合い、これと共に備えられて、好ましくはガイディンググリッドモジュール全体を形成する少なくとも一つのフランジ４６を有し、これによってモジュールの軸方向位置を決定する。このような文脈で「少なくとも一つの駆動機フランジ」４６という用語が用いられる場合、半径方向に突出する、特に同一の角度距離で分布された複数の駆動機フランジ型クロー（ｃｌａｗ）または突出部を提供することが可能であるということを理解すべきである。しかし、図２に示されたように、駆動機部材がスリーブから半径方向に延長してベーン空間及びベーンの側面からディスク２９の後へ捕獲される駆動機フランジ４６として形成されることが好ましいが、原則的にスリーブ４５及びディスク２９の放射状に相互噛み合う突出部及びリセスを備えることも可能であり得る。

図示の実施例で、タービンハウジング２は、スリーブ４５の挿入がスリーブスレッド５０により影響を受ける方式で機械加工される。したがって、スリーブスレッドがねじ結合可能な軸方向パイプ１０内へ内部スレッド（スリーブスレッド５０に相補的である）が切削されなければならない。

カートリッジの一例が図１及び図２に示されるが、本発明は、このような特定の設計に制限されないということを理解すべきである。

本発明によれば、図３に示されたように、ＶＴＧカートリッジは、２つ以上の分離ブレード１２が少なくとも２つのＶＴＧベーン７を代替または補強するように設計される。分離ブレードは、排気マニホルードから始まってタービンボリュートを通じてタービンホイール１１まで継続する流れの分離を保持するように機能する。

ガイドベーンの数は偶数であり得るか、奇数であり得る。分離ブレード１２の数は排気マニホルードが２つの排気分離チャンネルを保持する場合に２つであり得るか、または例えば、３気筒エンジンの排気流れまたは「Ｖ６」エンジンの一つのバンクがエンジンからタービンホイールに分離されて保持される場合、３つであり得る。

ＷＯ２０１４／１９３７７９（ＢｏｒｇＷａｒｎｅｒ Ｉｎｃ．）で説明されたように、多気筒エンジンにおいて、対向するバンクからシリンダが交互に点火する。排気ガス流れは、排気ガスがエンジンの点火シークエンスに基づいてそれぞれのシリンダを抜け出て排気ガスパルスを発生させるため平滑な流れではない。「Ｖ」エンジンの場合、バンクはエンジンを横切って分離される。直列エンジンの場合、バンクは、単に前方シリンダ対後方シリンダであり得る。排気ガスは別途のマニホルードパイプからタービンハウジングへ伝達される。別途のガス流れは、排気ガスがシリンダから放出される時に発生する圧力の「パルス」を保存する役割をする。パルスの保存は、圧力の余分のパルスがタービンをより速く起動開始することができるため、好ましいことであり得る。これはターボ遅延を減少させるのに役立つことができる。

このようなパルス分離は、それぞれのシリンダの排気から始まってタービンの入口まで排気マニホルードで保持される。排気ガスがタービンハウジングに収容される領域で、例えば、ボリュートの２つの半分部の間の分離機の壁は、各シリンダまたはシリンダグループからの排気ガスの間の分離を保存するように助けることができ、これによって圧力パルスを保持させることができる。

排気マニホルードは、排気ガスをタービンハウジングのスクロールまたはボリュート（以下、ボリュート）に供給する。ボリュートは、排気マニホルードの線形流れからタービンホイールの円周の周りに排気ガスを分配するためのアーチ形の流れで排気ガスを遷移させる。多重‐ボリュートタービンとも呼ばれる多重‐スクロールタービンにおいて、ボリュートは「ツイン」スクロールまたは流れ（壁４ａで子午線で分割される；図４ａ）または「二重」ボリュート（壁４ｂで分割されたセクタ；図４ｂ）であり得る。

一実施例として、シリンダ２、３のような直列４気筒エンジンの特定のシリンダからのガス流れは、マニホルードの一つの支流（通路）を貫通することができ、他のシリンダ（例；１、４）からのガスは別途の支流を貫通することができる。それぞれのシリンダからの各支流におけるガス流れは、タービンハウジングのボリュートのツイン‐スクロール内で分割された状態に保持される。結果的に、２つの供給ポート（１と４を備えた２と３）はタービンの効率を向上させ、マニホルードの複雑性を減らすために反対の、そして実質的に同一の点火パルスを伝達する。直列４気筒構成のように、分割型マニホルードランナー（ｒｕｎｎｅｒ）は排気の流れを交番パルスに分離させることによりパルスの使用を向上させる。同様に、６気筒構成は、シリンダ１、２、３からの流れ、そして別途の支流としてシリンダ４、５、６からの流れが交番パルスを提供する２つの供給ポート内へ結合されるようにすることができる。ツイン‐スクロールターボシステムは、低いｒｐｍでより高い背圧を有することができ（ターボスプール‐アップ（ｓｐｏｏｌ‐ｕｐ）に役立つことができる）、高いｒｐｍでより低い背圧を有することができる（トップ‐エンド（ｔｏｐ‐ｅｎｄ）性能に役立つことができる）。したがって、タービンホイールへの個別パルスを保存するための別途の通路を追加的に改善することが好ましい。所望通りに背圧を増加させるために、排気ガス流れを少なくとも一つのボリュートにスロットリング（ｔｈｒｏｔｔｌｉｎｇ）するためのバルブ装置を提供することは、本発明の範囲内にある。また、追加的に、例えば、米国特許２０１６／０１３８５０１ Ａ１に図示されたように、シリンダ不活性化を使用するエンジンと組み合わせて本ターボチャージャを使用することが可能であり得る。ここで、４気筒エンジンの場合、２つのシリンダが不活性化され、エンジンは残りの２つの活性シリンダで継続して作動し、２つの活性シリンダからの排気ガスが２つのボリュートのうち一つへ流動する一方、２つのボリュートのうち他の一つは排気ガス流れを受けない。

図３は、２つの分離ブレード１２が設置された本発明によるＶＴＧカートリッジの最も基本的な形態を図示し、２つの分離ブレード１２は、ガイドグリッドをそれぞれ１８０°を占める２つのセクタとして円周方向に分割する。また、例えば、ガイドグリッドを耐久性または音響的な理由で１７５°及び１９０°セクタに分割するように、スクロールが同一でないこともある。また、図示のように、偶数ではなく奇数個のベーンがあり得る。図３に示されたように、分割されたカセットの場合、それぞれのエンジン排気ポートは、個別的なパルスをタービンホイールへ誘導してタービンホイールの面にわたって交番パルスを発生させる。

不均等な数のＶＴＧベーンを備えたＶＴＧカートリッジにおいて、少なくとも２つのＶＴＧベーン７を分離ブレード１２に代替すると、分離ブレードの下に開放領域１３が生じるものである（３つのベーンが２つの分離ブレードに代替される図３を参照）。実際に、これは標準ＶＴＧよりＶＴＧベーンがさらに近接されるようにして同一のマスフロー（ｍａｓｓ‐ｆｌｏｗ）を達成する。これは効率性を低下させる。

対応策として、各スクロールで同一数のベーンを達成するために、特に不均等な数のＶＴＧベーンから始まって、隣り合う２つのベーンが除去された場合、ベーンリーディングスタンプエッジ１４ａまたはベーントレーリングスタンプエッジ１４ｂのうち何れか一つを備えた「スタンプベーン１４」が全体分離ブレード１２（図５参照）に隣接するように設置されることができる。閉鎖されたＶＴＧ位置で、このようなスタンプベーンは、全体的な開放面積を減少させて同一範囲の質量流れを達成するようにＶＴＧが開放位置と閉鎖位置との間でピボットされることができる。

全体開放面積を追加的に減少させるための別の可能性は、図６に示されたように、スタンプベーン１２’に近接したスタンプ分離ブレード１４を提供するものである。図６は、奇数個のベーンのうち一つが交換される場合の例示的な実施例であって、単一スタンプ分離ブレード及びスタンプベーンを図示する。元のガイディンググリッドが偶数個のベーンからなる場合、例示的な実施形態は、２つのベーンを２つのスタンプ分離ブレード及び２つのスタンプベーンに代替することを含む。２セットのスタンプベーン及びブレードは互いに対向してガイドグリッドを２つの同一のセクタに分割することができるか、またはこれらがオフセットされてガイドグリッドを耐久性または音響的な理由で同一でないセクタに分割することができる。このような位置で流れの静圧の殆どが動圧に変換されると仮定すれば、分離ブレードとベーンとの間の小さな間隙は漏れを著しく増加させてはならない（図７参照）。

図１に示されたようなボルト３０及びスリーブ３１で構成されたスペーサの代わりに、溶接または圧搾によりディスクまたはリングのうち何れか一つに堅固に連結されたピン１５を使用することが可能であり得ると共に、このようなピンは、対向ディスクまたはリングの反対側にある位置設定ボア（ｌｏｃａｔｉｎｇ ｂｏｒｅ）１６内に収容されることができる。

カートリッジの開放面積を減少させる他の可能性は、分離ブレードの厚さの変更を含む。これは、ブレードの長さにわたってブレードの厚さを増加及び減少させることにより行うことができる。また、閉鎖されたＶＴＧベーンの半径で最も厚い地点を有した分離ブレードはホイールの大きな阻害を防止することができる。

パルス分離を有する偶数個のＶＴＧベーンを備えた全体ＶＴＧカートリッジのための一つの解決策は、ＶＴＧベーン旋回半径の外側直径まで２つのスクロールを分離させることである（図７参照）。分離ブレードは、ブレードとＶＴＧ‐ベーンとの間の空間を規定されたＶＴＧベーンの位置に至るまで気密する輪郭を必要とするであろう。その後、輪郭を設計して、スクロールの分離が所望の位置まで到達可能とし、ＶＴＧ‐ベーンが開放されると、スクロールがＶＴＧカートリッジに流動連結される。分離ブレードはまた、ピンまたはスペーサを代替可能に支持体として設計されることができる。

部分進入条件の下で進入許可されたスクロールから進入不可されたスクロールへの漏れを防止するか最小化するために、幾つかの措置が実行されることができる。タービンハウジングに標準ＶＴＧカートリッジを設置すると、特にスクロールの２つのタング（ｔｏｎｇｕｅ）で２つのスクロールの間に幾つかの連結がなされる。対応策は次を含む（図８参照）：
Ａ．ディスクとタービンハウジング（ＴＨ）との間の最小間隔を保障するためのディスク上のニブ（ｎｉｂ）またはピーク（図８、図１０〜１２及び図１４参照）
Ｂ．ベーンベアリングリング（ＶＢＲ）とタービンハウジング（ＴＨ）との間の最小半径間隙を保障するためのＶＢＲの外側直径の増加
Ｃ．ＶＢＲと分離ブレードとの間の最小軸方向の間隙を保障するためのＶＢＲのチャンファ（ｃｈａｍｆｅｒ）除去

製造公差を減らすために、カートリッジが組み立てられる時、３つの部分すべてが特定の直径に変更されることができる。

連結の気密性を増加させ、カートリッジの正確な装着位置を保障するために、ノーズ（ｎｏｓｅ）はＴＨのタング内に、そしてＶＢＲ内の反対輪郭で製造されることができる（図８及び図９参照）。これは、ベアリングハウジング（ＢＨ）とＶＴＧカートリッジとの間の固定用ピンを代替することができる。

分離ブレード１２とベーンベアリングリング（ＶＢＲ）２９との間、または分離ブレード１２とディスク２９との間の漏れを減少させるために、ＶＢＲとディスクに溝２６が機械加工される（図１０参照）。分離ブレード１２の幅は、溝のないディスクの扁平な壁の間に位置された分離ブレードに比べて増加され、溝２６に安着された分離ブレードの場合、ＶＢＲとディスクとの間の全体距離が同一に保持される。溝２６により、封止表面の数は１から３に増加され、より良好な封止が行われる。

封止能力と共に、分離ブレード１２は支持体として使用されることができる。分離ブレードとＶＢＲまたはディスクとの間の任意の形態の結合方法で連結が達成されることができる。また、分離ブレードは、ＶＢＲまたはディスクに連結された分離ブレード上の複数のピン３２により設置されることができる（図１１参照）。ピンの数と分布はカートリッジの必要な支持によって可変することができる。これは、分離ブレードの支持能力と関連して標準位置設定ピンの一部／全部を除去することができる可能性を提供する。

また、分離ブレードは、ブレードの一部のみが支持機能を有し、他の部分はカートリッジの熱変形のための空間を残す方式でＶＢＲまたはディスクに連結されることができる。この場合、解決策は、分離ブレードの外側部分が支持され、ＶＴＧカートリッジの出口にある内側部分は空間を置きながら、スクロール、ノズル及びカートリッジを通じる経路の間に前述の静圧から動圧への変換による漏れをまた減少させることである。

製造のための選択的な可能性は、図１２〜１４に示されたように、ベーンベアリングリングと分離ブレードを一体型で製造することである。ここで、溝及び溝と分離ブレードの溶接のためのコストは省略される。また、分離ブレード及びディスクを一体型でミーリングすることが可能である。

４気筒エンジンの多様なシリンダ、または４気筒エンジンの一つのバンクの２つのシリンダが互いに干渉することを防止し、充填交換サイクル中に運動エネルギを失わないようにするために、図示された実施例で単一シリンダがそれぞれのボリュートと連結される。本発明による分離ブレード１２は、ＶＴＧカートリッジをパルスターボチャージング商業用ディーゼルエンジンに用いることができるように変形し、ツイン‐入口タービンはより短い時間に、より高いタービン圧力比に到達するため、排気ガスパルスが最適化されるようにする。したがって、増加する圧力比を通じて効率性が高くなり、より効率的な大量の質量流れがタービンを通過する時のすべての重要な時間間隔を改善する。このような改善された排気ガスエネルギ使用の結果として、特に低速のエンジン速度で、エンジンの過給圧特性及びこれによるトルク特性が改善される。

排気ガス流れは、ブレードを通過する間、より低い全体圧力の排気ガス流れとなり、後続的にタービンの出口を通じて排気システム内へ軸方向に放出される。

システムは、直列構成、並列構成、または直列／並列構成の組み合わせで配置された多重タービンを含むことができることを留意されたい。

タービンを抜け出た後に、排気ガスは例えば、炭化水素クロージャ、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）、及び／または従来技術に公知された任意の他の処理装置を含むことができる後処理システムを通じて大気へ排出されることができる。

１…ターボチャージャ
２…タービンハウジング
３…ローラ
４…ベアリングハウジング
５…ユニソンリング
６…ノズルリング
７…ガイディングベーン
８…調整シャフト
９…供給チャンネル
１０…パイプ
１１…タービンホイール
１２…分離ブレード
１３…開放領域
１４…スタンプブレード
１５…ピン
１６…位置設定ボア
１７…リセス
１８…ヘッド
１９…調整レバー
２０…ローリング表面
２１…外部ローラ表面
２２…ケージリング
２４…軸方向突出部
２５…穴
２６…溝
２７…封止リング
２８…封止溝
２９…ディスク
３０…ボルト
３１…トラバーススリーブ
３２…ブレードピン
４０…ベアリングハウジング
４１、４１’…ベアリング
４２…結合解除空間
４３…後続連続部
４４…スペーサ
５０…スレッド
５３…中央開口

Claims (10)

1. ターボチャージャタービンであって：
   タービンホイール（１１）をハウジングするタービンハウジング（２）であって、前記タービンホイールは回転軸（Ｒ）を中心に回転可能であり、前記ハウジング（２）は、エンジンからの分割された排気ガスの流れを収容し、エンジンの異なるシリンダまたはシリンダグループからの排気ガス流れの分離を保持するように構成された分割型ボリュートを含む、タービンハウジング（２）と；および
   前記タービンハウジング内に装着された可変タービン構造カートリッジとを含み、
   前記可変タービン構造カートリッジは：
   軸方向に延長するベーン空間で前記回転軸（Ｒ）の周りに角度分離されて前記分割型ボリュートの下流で前記ハウジング（２）内に配置される複数のガイドベーン（７）であって、それぞれのベーン（７）は連関したピボット軸（８）を中心にピボットされ、隣接したベーン（７）の間に可変断面のノズルを形成する、複数のガイドベーン（７）；
   前記ベーン（７）のそれぞれの前記ピボット軸（８）を中心にピボットするように前記ベーン（７）を支持するための略環状のノズルリング（６）であって、前記ノズルリング（６）は前記ベーン空間の第１軸方向制限部を形成する、略環状のノズルリング（６）；
   中央開口を有するディスク（２９）であって、前記ディスクは前記ベーン空間の第２軸方向制限部を形成するために予め設定された軸方向距離で前記ノズルリング（６）に連結され、前記ノズルリング（６）から離隔される、中央開口を有するディスク（２９）；および
   前記分割型ボリュートから前記タービンホイール（１１）へ、または前記ガイドベーン（７）のうち少なくとも一つへ排気ガス流れの分離を継続するために前記ノズルリング（６）と前記ディスク（２９）との間に提供される、少なくとも第１及び第２固定式分離ブレード（１２）を含む、ターボチャージャタービン。
2. 前記少なくとも第１及び第２固定式分離ブレード（１２）は、前記分割型ボリュートから前記タービンホイール（１１）への排気ガス流れを分離する、請求項１に記載のターボチャージャタービン。
3. 前記少なくとも第１及び第２固定式分離ブレード（１２）のうち少なくとも一つは前記分割型ボリュートから少なくとも一つのガイドベーン（７）への排気ガス流れの分離を継続する、請求項１に記載のターボチャージャタービン。
4. 前記ノズルリング（６）とディスク（２９）は略扁平な表面を有し、前記分離ブレード（１２）は前記扁平な表面上に水平をなすように装着され、前記分離ブレード（１２）は好ましくは分離ブレード（１２）をノズルリング（６）及びディスク（２９）に装着するための装着ピン（１５）を含む、請求項１に記載のターボチャージャタービン。
5. 前記ノズルリング（６）とディスク（２９）のうち少なくとも一つに溝（２６）が提供され、前記分離ブレード（１２）は前記溝（２６）に安着される、請求項１に記載のターボチャージャタービン。
6. 分離ブレード（１２）に隣接した少なくとも一つのガイドベーン（７）はスタンプリーディングエッジ（１４ａ）またはスタンプトレーリングエッジ（１４ｂ）を有する、請求項１に記載のターボチャージャタービン。
7. 一つまたは二つの分離ブレード（１２）は分割型ボリュートと前記タービンホイールとの間の放射状距離の一部を延長するスタンプ分離ブレードであり、少なくとも一つのピボット位置のスタンプベーン（１４）は分割型ボリュートと前記タービンホイールとの間の残りの放射状距離を占める、請求項１に記載のターボチャージャタービン。
8. シリンダ不活性化を有するエンジンに連結され、前記エンジンは第１サブセットのシリンダ及び第２サブセットのシリンダを有し、第１セットのシリンダからの排気は分割型ボリュートのうち第１ボリュートと流体疎通し、第２セットのシリンダからの排気は分割型ボリュートのうち第２ボリュートと流体疎通する、請求項１に記載のターボチャージャタービン。
9. 前記カセットは前記ノズルリング（６）に対して前記回転軸（Ｒ）の周りをピボット可能なユニソンリング（５）を含み、前記ユニソンリング（５）は前記ユニソンリング（５）がピボットされる時、前記ベーン（７）をこのピボット軸（８）を中心にピボットさせるために前記ベーン（７）に作動可能に連結される、請求項１に記載のターボチャージャタービン。
10. 前記カセットはボリュートとカセットとの間の環状空間内に、好ましくはピボット可能なガイドベーン（７）の放射状に外側に固定式ガイドベーンの追加的なリングをさらに含む、請求項１に記載のターボチャージャタービン。

Images