JP2019508620A - 保持カラーを使用するスタンプ型可変形状ターボチャージャーレバー - Google Patents

Abstract

可変タービン形状（ＶＴＧ）を有するターボチャージャー用ピボットシャフトアセンブリが提供される。ピボットシャフトアセンブリは、ピボットシャフトと、ピボットシャフトから延びるピボットフォークと、ピボットシャフト上に配置されたＶＴＧレバーと、ＶＴＧレバーが保持カラー及びピボットシャフトと軸方向に整列されるように、ピボットシャフトに軸方向に結合された保持カラーと、を含むことができる。【選択図】 図３

Description

本開示は、一般に、可変形状（ｖａｒｉａｂｌｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を有するターボチャージャーに関し、より詳細には、ピボットシャフトアセンブリ及びその製造方法に関する。

ターボチャージャーは、通常吸引される構成で可能なものよりも高密度でエンジン吸気部に空気を伝達する強制誘導システムの一種である。一般に、ターボチャージャーは、エンジン排気マニホールドからの排気流を収容するためのタービン入口及びタービンホイールを備えたタービンハウジングだけでなく、濾過された空気を収容するためのコンプレッサー入口及びコンプレッサーホイールを備えたコンプレッサーハウジングを含む。より具体的に、タービンハウジングを通る排気ガスの流れは、タービンホイールを駆動させ、次いで、コンプレッサーホイールを駆動させて濾過された空気をコンプレッサーハウジング内に吸引する。使用済み排気ガスは、タービンハウジングのエクスデュサー（ｅｘｄｕｃｅｒ）から車両排気システムのダウンパイプ（ｄｏｗｎｐｉｐｅ）を通って抽出され、一方、圧縮された吸引空気は、コンプレッサー排出部を通って放出され、通常的にインタクーラーを介してエンジン吸気部に伝達される。

タービン段によって発生された動力は、タービン入口からタービンエクスデュサーまでの膨張比であるタービン段全体にわたる膨張比の関数である。タービン動力の範囲は、他のパラメーターの中でタービン段を通る流れの関数である。シャフト及びホイールに対するタービン段によって発生された動力は、コンプレッサーホイールを駆動させて一部の残留運動エネルギー及び熱と静圧（ｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の組み合わせを生成する。より多くの燃料の燃焼を許容することにより、所定のエンジンから出力される動力は、エンジン重量を顕著に増加させることなく、増加することができる。さらに、より小さなターボチャージャーエンジンがより大きな通常的に吸引されるエンジンを代替することができるので、ターボチャージャーはまた、車両の質量及び空力前面面積（ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｆｒｏｎｔａｌ ａｒｅａ）を顕著に減少させることができる。これらの利点及び他の利点のために、ターボチャージャーシステムは、自然に吸引される構成よりも繰り返し選択され、ターボチャージャーに対する漸進的な改良が引き続き開発されている。

最も基本的な形態において、ターボチャージャーは固定型タービンハウジングを使用し、ここで、タービンハウジングボリュートの形状及び体積は、設計ステップで決定され、所定の位置にキャスティングされる。固定型タービンハウジングは、最も少ない部品を備えるため、単純に最もコスト効果的なオプションである。１つの改良例において、ボリュートは、所定の位置にキャスティングされるが、ボリュートは、ダクトによってエクスデュサーに流動的に連結され、ダクトを通る流れは、ウエストゲートバルブ（ｗａｓｔｅｇａｔｅ ｖａｌｖｅ）によって制御される。ウエストゲートダクトの出口がタービンホイールの下流であるボリュートのエクスデュサー側にあるので、ウエストゲートを通る流れは、タービンホイールに伝達された動力に寄与せずにタービンホイールをバイパスすることができる。さらなる改良例では、回転ベーン（ｒｏｔａｔｉｎｇ ｖａｎｅ）、スライディングセクションまたはリング、または調整ガイドベーンがタービンの形状を調整するのに使用される。調整可能な形状を有する従来の一部のターボチャージャーは、可変形状タービンまたはターボチャージャー（ＶＧＴ）、可変ノズルタービン（ＶＮＴ）、及び可変形状（ＶＧ）または可変タービン形状（ＶＴＧ）を有する他のターボチャージャーを含む。

一般に、ＶＴＧターボチャージャーは、一対のベーンリング及び／または１つのベーンリングとノズル壁との間で回転するように取り付けられた調整可能なガイドベーンを使用する。ベーンは、タービンホイールへの排気ガス流を調節することによって、排気ガス背圧及びターボチャージャー速度を制御するように調整される。多くの構成において、ベーンは、ベーンレバーアセンブリを通して回転され、ベーンレバーアセンブリは、調整リングに結合され、調整リングは、アクチュエーターに連結されるピボットシャフトアセンブリを介してさらに回転される。例えば、図１に示したように、従来のピボットシャフトアセンブリ１００は、ピボットシャフト１０２、ピボットフォーク１０４、ピボットシャフト１０２から枢動可能に延びるＶＴＧレバー１０６、及び１つ以上のブッシング１０８を含むことができる。図１に示したピボットシャフトアセンブリ及びそのレバーは、通常、調整リングを介して対応するベーンにトルクを伝達するために十分な摩擦または圧入（ｐｒｅｓｓ ｆｉｔｍｅｎｔ）を維持する必要がある。これらの基準を満たすために、レバー及びその形状は、金属射出成形（ＭＩＭ）、粉末冶金（ＰＭ）などのようなより高価で時間のかかる工程を用いて、注意深く形成する必要があり、スタンピング（ｓｔａｍｐｉｎｇ）または他のよりコスト効率的で簡単な工程によって形成されることはできない。

したがって、可変形状に関連するすべての利点を有するが、ターボチャージャーを製造するのにおいて、より少ないコスト及び遅延でターボチャージャーを提供する必要がある。本開示は、前述の従来技術の欠点及び短所のうちの１つ以上を解決することに関する。しかしながら、任意の特定の問題の解決策は、記載された範囲を除いて、本開示または添付の請求項の範囲を限定するものではないことを理解すべきである。

本発明の一態様では、可変タービン形状（ＶＴＧ）を有するターボチャージャー用ピボットシャフトアセンブリが提供される。ピボットシャフトアセンブリは、ピボットシャフトと、ピボットシャフトから延びるピボットフォークと、ピボットシャフト上に配置されたＶＴＧレバーと、ＶＴＧレバーが保持カラー及びピボットシャフトと軸方向に整列されるように、ピボットシャフトに軸方向に結合された保持カラー（ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ｃｏｌｌａｒ）とを含むことができる。

本開示の他の態様では、ＶＴＧターボチャージャー用ピボットシャフトアセンブリが提供される。ピボットシャフトアセンブリは、ピボットシャフトと、ピボットシャフトから延びるピボットフォークと、ピボットシャフト上に配置されたＶＴＧレバーと、ＶＴＧレバーが保持カラー及びピボットシャフトと軸方向に整列するように、ピボットシャフトに軸方向に結合された保持カラーと、ベーンレバーが保持カラーと支持カラーとの間に配置されるように、取り付けシャフトに軸方向に結合された支持カラーとを含むことができる。

本開示のまた他の態様では、ＶＴＧターボチャージャー用ピボットシャフトアセンブリを製造する方法が提供される。前記方法は、ピボットシャフトを提供するステップと、ピボットシャフトを軸方向に収容するためのサイズ決めされたＶＴＧレバーをスタンピングするステップと、ピボットシャフトを軸方向に収容するためのサイズ決めされた保持カラーを提供するステップと、保持カラーを使用してピボットシャフト上にＶＴＧレバーを結合するステップと、を含むことができる。

これらと他の態様及び特徴は、添付図面と共に以下の詳細な説明を読むとき、より容易に理解されるであろう。

図１は、従来技術のピボットシャフトアセンブリの部分斜視図である。 図２は、可変形状を有し、本開示の教示にしたがって構成された１つの典型的なピボットシャフトアセンブリを使用するターボチャージャーの部分断面斜視図である。 図３は、本開示の教示にしたがって構成された他の典型的なピボットシャフトアセンブリの部分斜視図である。 図４は、図３の典型的なピボットシャフトアセンブリの部分断面図である。 図５は、本開示の教示にしたがって構成された他の典型的なピボットシャフトアセンブリの部分断面図である。 図６は、本開示の教示によるピボットシャフトアセンブリを製造するために使用され得る典型的な開示方法を示すフローチャートである。

特定の典型的な実施形態に対して以下の詳細な説明が提供されるが、図面は、必ずしも実際の縮尺ではなく、開示された実施形態は、時には図式的に、かつ部分的に図示することと理解されるべきである。また、特定の例において、開示された主題の理解のために必要ではないか、または他の詳細な事項を理解することをあまりにも困難にすることは省略され得る。したがって、本開示は、本明細書に説明され示されている特定の実施形態に限定されるのではなく、全体開示及び特許請求の範囲とともに、それらの均等物を公正に読むことに限定されることと理解されるべきである。

先ず、図２を参照すると、可変形状または可変タービン形状（ＶＴＧ）を有するターボチャージャー２０２内に実装される従来技術のピボットシャフトアセンブリ２００の典型的な実施形態が提供される。示されたように、ターボチャージャー２０２は、調整リング２０４、ベーンリング２０６、及び複数のベーンレバーアセンブリ２０８を含むことができる。より具体的には、調整リング２０４は、例えば、１つ以上の調整ピン２１２の円周方向の動きなどを介して関連するベーンリング２０６に対してターボチャージャー中心線２１０の周りに回転することができる。さらに、調整リング２０４の回転は、複数のピボットブロック２１４がターボチャージャー中心線２１０の周りに円周方向に回転するようにし、それに結合された各々のベーンレバー２１６もそれぞれのベーンシャフト中心線２１８の周りに回転するように構成され得る。また、ベーンレバー２１６をベーンシャフト中心線２１８の周りに回転させることは、対応するベーンシャフト２２０及びベーン２２２がターボチャージャー２０２に対して回転するようにするか、枢動させるか、または他に位置を変更させることができる。

図２に示したように、従来技術のピボットシャフトアセンブリ２００は、究極的にベーン２２２がターボチャージャー２０２に対して回転するようにするか、または枢動させるか、または位置を調整するようにするために、調整ピン２１２及びこれにより、調整リング２０４をターボチャージャー中心線２１０の周りに円周方向に回転させるために使用され得る。ピボットシャフトアセンブリ２００は、一般に、ピボットシャフト２２４、ピボットフォーク２２６、ＶＴＧレバー２２８、及び１つ以上のブッシング２３０を含むことができる。ピボットシャフト２２４は、調整リング２０４から軸方向に延びてＶＴＧレバー２２８に取り付けられ得る。ピボットフォーク２２６は、調整リング２０４に最も近接したピボットシャフト２２４の端部から半径方向外側に延びることができ、調整リング２０４の調整ピン２１２に結合するように構成され得る。ＶＴＧレバー２２８は、支持端部２３２及びリンケージ端部２３４から構成されることができ、ここで、支持端部２３２は、ピボットシャフト２２４上に配置されるか、ピボットシャフト２２４に結合され、ピボットシャフト２２４のリンケージ端部２３４は、示されないアクチュエーターによって作動可能なリンケージ２３６に結合される。ブッシング２３０は、ピボットシャフト２２４に軸方向に回転可能に結合されることができ、ピボットシャフト２２４に対してＶＴＧレバー２２８を少なくとも部分的に支持し、軸方向に整列するように構成され得る。

次に、図３を参照すると、本開示にしたがって構成され、修正されたまたは従来のターボチャージャー２０２と共に使用され得る改良されたピボットシャフトアセンブリ３００の１つの典型的な実施形態が提供される。示されたように、ピボットシャフトアセンブリ３００は、一般に、少なくともピボットシャフト３０２、ピボットフォーク３０４、ＶＴＧレバー３０６、１つ以上のブッシング３０８、及び保持カラー３１０を含むことができる。ピボットシャフト３０２は、調整リング２０４から軸方向に延びてＶＴＧレバー３０６に取り付けられ得る。ピボットフォーク３０４は、調整リング２０４に最も近接したピボットシャフト３０２の端部から半径方向外側に延びることができ、調整リング２０４の調整ピン２１２に結合するか、他に係合するように構成され得る。ＶＴＧレバー３０６は、支持端部３１２及びリンケージ端部３１４から構成されることができ、ここで、支持端部３１２は、ピボットシャフト３０２上に配置されるか、またはピボットシャフト３０２に結合され、ピボットシャフト３０２のリンケージ端部３１４は、リンケージ２３６を介してアクチュエーターに結合される。ブッシング３０８は、ピボットシャフト３０２に軸方向に結合されることができ、ピボットシャフト３０２に対してＶＴＧレバー３０６を少なくとも部分的に支持し、軸方向に整列するように構成され得る。

図１及び図２に示したように、従来技術のピボットシャフトアセンブリ１００、２００とは対照的に、図３のピボットシャフトアセンブリ３００は、保持カラー３１０を使用して、ピボットシャフト３０２に対してＶＴＧレバー３０６をさらに支持することができる。図３に示したように、保持カラー３１０は、ピボットシャフト３０２及びＶＴＧレバー３０６のうちの１つ以上に軸方向に結合されることができ、ＶＴＧレバー３０６を保持カラー３１０及びピボットシャフト３０２のそれぞれと整列させるように構成された方式で、ピボットシャフト３０２及び／またはブッシング３０８とインタフェースするように設計され得る。例えば図４にさらに示したように、保持カラー３１０は、ピボットシャフト３０２上に軸方向に結合するように、構成されることができ、また、ＶＴＧレバー３０６をピボットシャフト３０２またはその拡大されたセクション上に堅固に当接させることができる。代替的に、例えば図５に示したように、保持カラー３１０は、ピボットシャフト３０２上に軸方向に結合するように構成され得る一方、ＶＴＧレバー３０６は、保持カラー３１０の外周上に堅固に結合され得る。

いずれかの構成において、保持カラー３１０は、ＶＴＧレバー３０６の堅固で適切な整列を維持し、ピボットシャフト３０２とＶＴＧレバー３０６との間の効果的なトルク伝達を保障するのに十分な圧入、熔接、クリンチング、または任意の他の適切な技術によって、ＶＴＧレバー３０６及びピボットシャフト３０２のうちの１つ以上に堅固に結合され得る。また、ブッシング３０８は省略され得るが、１つが提供される場合、保持カラー３１０は、ブッシング３０８と共に機能してＶＴＧレバー３０６をさらに支持し、整列するように構成され得る。例えば、図４の実施形態に示したように、保持カラー３１０は、少なくとも部分的にブッシング３０８に対してＶＴＧレバー３０６を当接させるように構成されるか、ＶＴＧレバー３０６が保持カラー３１０とブッシング３０８との間に配置され、支持されるように構成され得る。特定の構成のみが提供されるが、他の比較可能で適切な構成が当業者には明らかであろう。

また、図３〜図５を参照すると、保持カラー３１０によって提供された追加支持及び軸方向の補強は、構造的無欠性を損傷させるとか、他の悪影響を示すことなく、ＶＴＧレバー３０６自体の設計が従来技術のアセンブリよりもかなり簡単になることができるようにする。図３〜図５の実施形態の各々に示されたように、及び図１の従来技術のＶＴＧレバー１０６と比較して、ＶＴＧレバー３０６の全体の厚さは、実質的により薄く、ＶＴＧレバー３０６の形状または構造は、比較的より簡単である。さらに、ＶＴＧレバー３０６が減少した厚さだけでなく、より複雑でない設計及び形状を含むので、ＶＴＧレバー３０６は、スタンピングなどのようなより速く、より容易でよりコスト効率的な製造技術または工程を用いて構成され得る。例えば、本開示のＶＴＧレバー３０６は、スタンピング工程によって達成可能な厚さである４ｍｍ未満のおおよその厚さを有することができ、依然としてＶＴＧレバー３０６に十分なトルク伝達を可能にする一方に、従来技術のものは、匹敵するトルク伝達を提供するために、典型的なスタンピング工程によって達成できない厚さであるおおよそ６〜８ｍｍの厚さである必要があり得る。減少したコストで本明細書に開示された全体的に減少した厚さのＶＴＧレバー３０６を製造することができるスタンピング以外の技術または工程は、当業者に明らかであり、また匹敵する結果を達成するために使用されることもできる。

次に、図６を参照すると、本開示のピボットシャフトアセンブリ３００を製造する１つの典型的な方法４００が提供される。ブロック４０２に示されたように、及び図３〜図５に開示された実施形態にしたがって、方法４００は、最初に、ピボットシャフトアセンブリ３００のピボットシャフト３０２を提供するか、または形成することができる。例えば、図２のターボチャージャー２０２において、または他の匹敵するＶＴＧにおいて、ピボットシャフト３０２は、調整リング２０４から延びて対応するＶＴＧレバー３０６に取り付けられるように設計され得る。ブロック４０４において、方法４００は、適切なスタンピング工程によって全体的に減少した厚さで図３〜図５のピボットシャフトアセンブリ３００のＶＴＧレバー３０６を形成することができる。また、ブロック４０４のスタンピング工程は、支持端部３１２がピボットシャフト３０２を収容するためにサイズ決めされるように、及びリンケージ端部３１４がリンケージ２３６を収容し、それによって、アクチュエーターなどに結合するためにサイズ決めされるように、支持端部３１２及びリンケージ端部３１４を有するＶＴＧレバー３０６を形成するように構成され得る。

図６のブロック４０６によって、方法４００は、ピボットシャフトアセンブリ３００のピボットシャフト３０２を軸方向に収容するためのサイズ決めされた保持カラー３１０を提供または形成するように構成され得る。選択的にまたは追加的に、ブロック４０８において、方法４００は、例えば、ＶＴＧレバー３０６が保持カラー３１０と１つ以上のブッシング３０８との間に堅固に嵌合または保持されるように、ピボットシャフト３０２を軸方向に収容し、ＶＴＧレバー３０６を支持するためのサイズ決めされた１つ以上のブッシング３０８を提供または形成するように構成され得る。さらに、ブロック４１０において、方法４００は、例えば、図３〜図５に示された任意の構成において、保持カラー３１０を使用して、ＶＴＧレバー３０６の支持端部３１２をピボットシャフト３０２上に結合するステップを含むことができる。例えば、保持カラー３１０は、ピボットシャフト３０２上に結合されることができ、図４に示したように、ＶＴＧレバー３０６をピボットシャフト３０２上に軸方向に当接させるように構成され得る。代替的に、保持カラー３１０は、ピボットシャフト３０２上に結合されることができ、ＶＴＧレバー３０６は、図５に示したように、保持カラー３１０上に結合され得る。さらに、保持カラー３１０は、圧入、熔接、クリンチング、及び／または任意の他の適切な技術を用いてＶＴＧレバー３０６及びピボットシャフト３０２のうちの１つ以上に結合され得る。

前述の内容から、特定の実施形態は、単なる例示の目的に説明されているが、当業者には前記の説明から代替及び変形が明らかなものであると理解するであろう。これら及び他の代替例は、本開示及び添付の特許請求の範囲の思想及び範囲内で均等物と見なされる。

Claims (15)

1. 可変タービン形状（ｖａｒｉａｂｌｅ ｔｕｒｂｉｎｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ：ＶＴＧ）を有するターボチャージャー用ピボットシャフトアセンブリであって：
   ピボットシャフトと；
   前記ピボットシャフトから延びるピボットフォークと；
   前記ピボットシャフト上に配置されたＶＴＧレバーと；及び
   前記ＶＴＧレバーが前記保持カラー及び前記ピボットシャフトと軸方向に整列されるように、前記ピボットシャフトに軸方向に結合された前記保持カラー（ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ｃｏｌｌａｒ）と、を含む、ピボットシャフトアセンブリ。
2. 前記ターボチャージャーは、調整リングと、少なくとも１つのベーンリング（ｖａｎｅ ｒｉｎｇ）と、を含み、前記ピボットシャフトは、前記調整リングから延びて前記ＶＴＧレバーに取り付けるように構成される、請求項１に記載のピボットシャフトアセンブリ。
3. 前記調整リングは、調整ピンを含み、前記ピボットフォークは、前記調整リングの前記調整ピンに結合されるように構成される、請求項２に記載のピボットシャフトアセンブリ。
4. 前記ＶＴＧレバーは、支持端部とリンケージ端部とを有し、前記支持端部は、前記ピボットシャフトに枢動可能に結合され、前記リンケージ端部は、前記ターボチャージャーのリンケージに結合される、請求項１に記載のピボットシャフトアセンブリ。
5. 前記ＶＴＧレバーは、従来のスタンピング工程によって達成可能な全体的に減少した厚さを有する、請求項１に記載のピボットシャフトアセンブリ。
6. 前記保持カラーは、前記ＶＴＧレバー及び前記ピボットシャフトのうちの１つ以上に堅固に結合される、請求項１に記載のピボットシャフトアセンブリ。
7. 前記保持カラーは、圧入、熔接、及びクリンチングのうちの１つ以上を用いて、前記ＶＴＧレバー及び前記ピボットシャフトのうちの１つ以上に堅固に結合される、請求項１に記載のピボットシャフトアセンブリ。
8. １つ以上のブッシングであって、前記ＶＴＧレバーが、前記保持カラーと前記１つ以上のブッシングとの間に配置されるように、前記ピボットシャフトに軸方向に結合される前記１つ以上のブッシングをさらに含む、請求項１に記載のピボットシャフトアセンブリ。
9. 可変タービン形状（ＶＴＧ）を有するターボチャージャー用ピボットシャフトアセンブリを製造する方法であって：
   ピボットシャフトを提供するステップと；
   前記ピボットシャフトを軸方向に収容するためのサイズ決めされたＶＴＧレバーをスタンピングするステップと；
   前記ピボットシャフトを軸方向に収容するためのサイズ決めされた保持カラーを提供するステップと；及び
   前記保持カラーを使用して、前記ＶＴＧレバーを前記ピボットシャフト上に結合するステップと、を含む、ピボットシャフトアセンブリを製造する方法。
10. 前記ターボチャージャーは、調整リングと、少なくとも１つのベーンリングとを含み、前記ピボットシャフトは、前記調整リングから延びて前記ＶＴＧレバーに取り付けるように形成される、請求項９に記載の方法。
11. 前記ＶＴＧレバーは、支持端部、リンケージ端部、及び従来のスタンピング工程によって達成可能な全体的に減少した厚さを有するようにスタンピングされ、前記支持端部は、前記ピボットシャフトを軸方向に収容するためのサイズ決めされ、前記リンケージ端部は、前記ターボチャージャーのリンケージに結合するためのサイズ決めされる、請求項９に記載の方法。
12. 前記保持カラーは、前記ピボットシャフト上に結合され、前記ＶＴＧレバーを前記ピボットシャフト上に軸方向に当接させ、前記ＶＴＧレバー及び前記保持カラーの各々は、前記ピボットシャフトと軸方向に整列される、請求項９に記載の方法。
13. 前記保持カラーは、前記ピボットシャフト上に結合され、前記ＶＴＧレバーは、前記保持カラー上に結合され、前記ＶＴＧレバー及び前記保持カラーの各々は、前記ピボットシャフトと軸方向に整列される、請求項９に記載の方法。
14. 前記保持カラーは、圧入、熔接及びクリンチングのうちの１つ以上を用いて、前記ＶＴＧレバー及び前記ピボットシャフトのうちの１つ以上に結合される、請求項９に記載の方法。
15. １つ以上のブッシングであって、前記ＶＴＧレバーが、前記保持カラーと前記１つ以上のブッシングとの間に配置されるように、前記ピボットシャフトを軸方向で収容するためのサイズ決めされた前記１つ以上のブッシングを提供するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。

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