JP2020067085A - 可変タービン幾何学的形状を有するターボチャージャー - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は可変タービン幾何学的形状を有するターボチャージャーの製造法を提供する。【解決手段】タービンハウジング内に回転可能に取り付けられるタービンロータを備えたタービン５、６、７、８、９を含み、タービン５、６、７、８、９はタービン軸の周りに配列されるブレード軸受リング５を含み、ブレード軸受リング５は多数のブレードシャフト６を支持し、調整可能なガイドブレード７はブレード軸受リング５の前側上のブレードシャフト６に配列され、ブレードレバー８はブレード軸受リング５の後側上のブレードシャフト６に配列され、調整リング９はブレード軸受リング５と同軸に配列され、ブレードレバー８と係合し、ブレード軸受リング５に対する調整リング９の回転はガイドブレード７の調整を提供し、調整リング９は少なくとも１つの軸方向に突出する軸受止め部１０を含み、軸受止め部１０は調整リング５の変形によって提供される。【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１の前提部によるターボチャージャーに関する。本発明はさらに、請求項８に記載のターボチャージャーのガイドブレードを調整するための調整リングの製造方法に関する。

米国特許第８，９９２，１６４ Ｂ２号には、タービンの多数のガイドブレードがターボチャージャーの動作中においてそれぞれのブレードシャフトに対して傾斜し得る燃焼機関用のターボチャージャーが記載されている。ガイドブレードを調整するために、調整リングは、ブレード軸受リングに対して回転する。調整リングは、平面または２次元構造として形成され、調整リングの軸方向支持部は、ブレード軸受リングの円周面上のバヨネット式溝（ｂａｙｏｎｅｔ−ｌｉｋｅ ｇｒｏｏｖｅ）によって提供される。

本発明の目的は、可変タービン幾何学的形状を有するターボチャージャーを提供することであり、ここで、可変タービン幾何学的形状の構成は、信頼性と費用効果との高い方式で達成される。本発明のさらなる目的は、可変タービン幾何学的形状の単純かつ正確な製造を提供することである。

請求項１の前提部によるターボチャージャーに対して、この目的は請求項１の特徴部によって達成される。軸方向に軸受止め部を提供するために調整リングを変形させることにより、調整リングの製造及び配列のための単純で費用効果の高い手段が提供される。一般に、好ましくは変形によって提供される複数の軸受止め部があり得る。

特に、本発明の調整リングは、ブレード軸受リングのより単純な設計を可能にする。例えば、米国特許第８，９９２，１６４ Ｂ２号に記載されているように、調整リングのバヨネット式の軸方向の当接のための溝の複雑な機械加工を形成する必要はない。

本発明の趣旨におけるターボチャージャーは、燃焼機関、特に自動車及び／またはトラックのような車両の機関用ターボチャージャーを含む。このようなターボチャージャーは、一般に、タービンロータ及び圧縮機を含み、前記タービンロータ及び圧縮機は、回転シャフトによって連結される。燃焼機関の排気ガスのような媒体によって、シャフトを介して圧縮機に機械的エネルギーを伝達するタービンロータが駆動される。

本発明の好ましい実施形態において、軸受止め部は、ブレードレバーのうちの１つのブレードレバーの面に当接し、平軸受配列が調整リング及びブレードレバーの相対移動のために提供される。これにより、回転可能な調整リングを軸方向に容易かつ確実に位置決めすることが可能になる。平軸受配列の配列の提供は、軸受止め部または複数の軸受止め部を有する調整リングが、ガイドブレードを調整するために位置を変更しながら、ブレードレバーに対して移動し得ることを意味する。この移動中において、軸受止め部は、それぞれのブレードレバーの平坦面と摺接し続けるため、調整リングの一定の軸方向位置を画定する。軸受止め部とブレードレバーとの表面平坦度及び材料は、この平軸受の要件に従って選択される。

製造費用を減少させるために、調整リングは、好ましくは金属シートから製造され得る。このような単純なシートは、非常に良好な平坦度及び平行面を提供する。ターボチャージャーのタービン側が動作中において非常に熱くなるため、材料は好ましくは高合金鋼及び耐熱鋼から選択される。

本発明の好ましい実施形態において、軸受止め部は、ブリッジの軸方向に向けられた変形（ａｘｉａｌｌｙ ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）として形成され、ブリッジは、材料を除去することによって調整リングに提供される。さらにより好ましくは、ブリッジは、Ｖ字形状またはＵ字形状に変形される。ブリッジまたはウェブのこのような変形は、調整リングの隣接領域に最小限の応力または望まない変形をもたらす。ブリッジの直径または断面は、変形力をできるだけ低く維持しながら、十分な軸受力を提供するために容易に設計され得る。

一般に好ましくは、調整リングは、ブレードレバーのレバーヘッドによって、閉じられたリム（ｒｉｍ）を備えた開口部内において支持される。特に、開口部はファインブランキング（ｆｉｎｅ ｂｌａｎｋｉｎｇ）によって製造され得る。これにより、ブレードレバーのための支持部を簡単かつ正確に形成することが可能になる。ブレードレバーが、開口部の円周方向に面する側壁と相互作用するため、これらの側壁はファインブランキングによって助けられる滑らかで摩擦のないものとして提供されるべきである。ファインブランキングの方法は、当業界によく知られており、パンチングステップにおける材料変形を最小化するためにカウンターパンチを利用する。上述のように、軸受止め部内に形成されるブリッジは、最も好ましくは、開口部の閉じられたリムの一部として提供される。

このような実施形態のさらにより好ましい詳細事項において、軸方向に突出する軸受止め部は、開口部の閉じられたリムの一部の変形として提供される。これにより、単純でスリムなデザインだけでなく、調整リングの容易な製造も可能になる。

本発明の目的は、さらに、可変タービン幾何学的形状を有するターボチャージャーのガイドブレードを調整するための調整リングの製造方法によって達成され、上記方法は、
ａ． 板金片を提供するステップ；
ｂ． 閉じられたリムを備えた多数の開口部を有する平面状中間体（ｐｌａｎａｒ ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ）を提供するために、好ましくはファインブランキングによって板金から材料を除去するステップ；
ｃ． 軸方向に突出する軸受止め部を提供するために、中間体の平面に垂直な方向に中間体の一部を変形させるステップ
を含む。

好ましくは、ターボチャージャーは、上述のような本発明のターボチャージャーである。

有利には、ステップｂ及びステップｃは、好ましくは同じ工具上で、１つのクランプ作業で実行される。これは、スループット（ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）を向上させ、失敗を減少させる。

１つのクランプ作業でステップを実行することは、被加工物が何らかのクランプ装置によって連続的に保持されるため、被加工物の画定された位置を維持することを意味する。

一般的には、好ましくは、ステップｂ及びｃは、同じ工具で順番に実行される。最も好ましい第１変形例において、工具の第１ステージは、ステップｂを提供する。その後、結果として生じた中間体が、第２ステージに移動するか、または、代替的に工具の他の部分が、好ましくは１つのクランプ作業で中間体に向かって移動する。その後、中間体の一部、例えば、閉じられたリムのブリッジの変形が、第２ステージで実行される。

第２変形例において、ステップｂ及びｃはまた、パンチが最初にシートの材料を除去して中間体を形成する方式で、１つの単一ステージで提供され得る。その後、パンチがさらに移動し、次のカムが中間体の一部を軸受止め部に変形させる。

本発明のさらなる利点及び特徴は、後述する詳細な実施形態及び従属請求項から導き出すことができる。

本発明の好ましい実施形態が以下に記載され、図面によってさらに説明される。

図１は、可変タービン幾何学的形状を有する燃焼機関用のターボチャージャーの一般的な概略図を示す。 図２は、本発明によるターボチャージャーの可変タービン幾何学的形状に対する調整装置の部分空間図を示す。 図３は、図２からの調整リングの部分空間図を示す。 図４は、図２の調整装置の部分断面図を示す。

図１に示したターボチャージャーは、可変タービン幾何学的形状（ＶＴＧ）を有する燃焼機関用のターボチャージャーである。これは、タービンハウジング２内に回転可能に取り付けられるタービンロータ１を備えたタービンを含む。タービンロータ１は、中央タービン軸Ａの周りに回転することができ、回転シャフト４によって圧縮機装置３に連結される。燃焼機関の排気ガスによって、シャフト４を介して圧縮機３に機械的エネルギーを伝達するタービンロータ１が駆動される。

タービンは、調整可能な多数のガイドブレード７をさらに含み、これは、それらがタービン軸Ａに平行なそれぞれの軸の周りに旋回（ｓｗｉｖｅｌ）できることを意味する。この調整により、ガイドブレード７は、可変タービン幾何学的形状を提供する。

図２、図３及び図４により詳細に示したように、タービンは、タービン軸Ａの周りに配列されるブレード軸受リング５を含む。ブレード軸受リング５は、多数のブレードシャフト６を支持する。ブレードシャフト６は、ブレード軸受リング５のボアを通って突出し、それぞれタービン軸Ａに平行に向けられる。

１つの調整可能なガイドブレード７が、ブレード軸受リング５の前側（ｆｒｏｎｔ ｓｉｄｅ）上のブレードシャフト６の各々に配列される。ブレードレバー８は、ブレード軸受リング５の後側（ｒｅａｒ ｓｉｄｅ）上のブレードシャフト６のそれぞれに配列される。ブレードシャフト６は、ブレード軸受リングを通って突出し、ガイドブレード７をブレードレバー８と連結し、それに応じてブレードレバー８の旋回運動が、ブレードシャフト６の軸周りにおける各ガイドブレード７の調整または旋回を強制する。

調整リング９は、ブレード軸受リング５と同軸に配列される。調整リング９は、ブレード軸受リング５の円筒面５ａ上に配列され、ブレード軸受リング５に対して回転し得る。調整リング９は、ブレードレバー８と係合し、ブレード軸受リングに対する調整リングの回転は、ガイドブレードの調整を提供する。

ブレードレバー８と調整リング９との係合は、ブレードレバー８のクランクレバーヘッド８ａによって提供され、クランクレバーヘッド８ａが、調整リング９の各開口部９ａを通って軸方向に突出することにより、調整リング９の半径方向の支持部が達成される。ブレードレバー８は、板金片から製造され、レバーヘッド８ａは板金の曲げによって形成される。

調整リング９は、軸方向に突出する軸受止め部１０をさらに含み、軸受止め部１０は、調整リング９の変形によって提供される。

軸受止め部１０のそれぞれは、ブレードレバー８のそれぞれのブレードレバーの面８ｂに当接し、平軸受配列が調整リング９及びブレードレバー８の相対移動のために提供される。これにより、回転可能な調整リング９を軸方向に容易かつ確実に位置決めすることが可能になる。平軸受配列の提供は、軸受止め部１０を有する調整リング９が、ガイドブレード７を調整するために位置を変更しながら、ブレードレバー８に対して移動し得ることを意味する。この移動中において、軸受止め部１０は、それぞれのブレードレバー８の平坦面８ｂと摺接し続けるため、調整リング９の一定の軸方向位置を画定する。軸受止め部１０とブレードレバー８との表面平坦度及び材料は、この平軸受の要件に従って選択される。それぞれの場合に、ターボチャージャーのタービン側が動作中において非常に熱くなるため、材料は高合金鋼及び耐熱鋼から選択される。

調整リング９（図３参照）は、金属シートから製造される。このような単純なシートは、一般的に、非常に良好な平坦度及び平行面を提供する。軸受止め部１０は、調整リングの板金のブリッジの軸方向に向けられた変形として形成される。軸受止め部１０に変形されるこのようなブリッジは、開口部９ａのうちの１つの開口部の閉じられたリムの一部として提供される。

軸受止め部の前駆体としてのブリッジは、板金から材料を除去することによって調整リング９に提供される。ブリッジは、Ｖ字形状またはＵ字形状に変形される。ブリッジまたはウェブのこのような変形は、調整リング９の隣接領域に最小限の応力または望まない変形をもたらす。ブリッジの直径または断面は、変形力をできるだけ低く維持しながら、十分な軸受力を提供するために設計される。

調整リング９は、それぞれの開口部９ａ内のレバーヘッド８ａによってブレードレバー８で支持される。開口部９ａが軸方向に調整リング９を通って完全に延びる穴として形成されるように、開口部９ａのそれぞれは、閉じられたリムによって画定される。また、閉じられたリムの一部は、ブリッジのリム（変形前）または軸受止め部（変形後）である。したがって、軸方向に突出する軸受止め部１０は、開口部９ａの閉じられたリムの一部の変形として提供される。示した実施形態において、ブリッジまたは軸受止め部は、調整リング９の開口部９ａの半径方向の最内側部に配置される。

開口部９ａは、ファインブランキングによって製造される。これにより、調整リング９のための支持部を簡単かつ正確に形成することが可能になる。ブレードレバー８が、開口部の円周方向に面する側壁９ｂと相互作用するため、これらの側壁はファインブランキングによって助けられる滑らかで摩擦のないものとして提供される。ファインブランキングの方法は、当業界によく知られており、パンチングステップにおける材料変形を最小化するためにカウンターパンチを利用する。

ガイドブレード７と、ブレード軸受リング５と、調整リング９と、ブレードレバー８と、ブレードシャフト６とのアセンブリ（図２、図４参照）は、タービンハウジング２及びタービンロータ１を提供するだけでなく、ターボチャージャーの可変タービン幾何学的形状（ＶＴＧ）を有するタービンの一部であるガイド装置を提供する。このガイド装置５、６、７、８、９により、排気ガスの断面が影響され得る。

上述のような調整リング９は、
ａ． 板金片を提供するステップ；
ｂ． 閉じられたリムを備えた多数の開口部９を有する平面状中間体を提供するために、好ましくはファインブランキングによって板金から材料を除去するステップ；
ｃ． 軸方向に突出する軸受止め部１０を提供するために、中間体の平面に垂直な方向に中間体の一部を変形させるステップ
を含めて製造される。

さらに、ステップｂ及びステップｃは、同じ工具上で１つのクランプ作業で実行される。これは、スループットを向上させ、失敗を減少させる。１つのクランプ作業でステップを実行することは、被加工物が何らかのクランプ装置によって連続的に保持されるため、被加工物の画定された位置を維持することを意味する。

ステップｂ及びｃは、同じ工具で順番に実行される。工具の第１ステージは、ステップｂを提供する。その後、結果として生じた中間体（平面または２次元構造を有する）が、第２ステージに移動するか、または、代替的に工具の他の部分が、１つのクランプ作業で中間体に向かって移動する。

その後、開口部９ａの閉じられたリムのブリッジである中間体の一部の変形が、第２ステージで実行される。変形されたブリッジは、軸受止め部１０である。１つの中間体／調整リングのブリッジの全部が、同じ作業で同時に軸受止め部１０に変形されることが理解される。

１ タービンロータ
２ タービンハウジング
３ 圧縮機装置
４ シャフト
５ ブレード軸受リング
５ａ 円筒面
６ ブレードシャフト
７ ガイドブレード
８ ブレードレバー
８ａ レバーヘッド
８ｂ ブレードレバーの平坦面
９ 調整リング
９ａ 調整リング内の開口部
９ｂ 開口部の側壁
１０ 軸受止め部
Ａ タービン軸

Claims (9)

1. 可変タービン幾何学的形状を有するターボチャージャーであって、
   タービンハウジング（２）内に回転可能に取り付けられるタービンロータ（１）を備えたタービン（１、２、５、６、７、８、９）を含み；
   前記タービン（１、２、５、６、７、８、９）は、タービン軸（Ａ）の周りに配列されるブレード軸受リング（５）を含み；
   前記ブレード軸受リング（５）は、多数のブレードシャフト（６）を支持し；
   調整可能なガイドブレード（７）は、前記ブレード軸受リング（５）の前側（ｆｒｏｎｔ ｓｉｄｅ）上の前記ブレードシャフト（６）に配列され；
   ブレードレバー（８）は、前記ブレード軸受リング（５）の後側（ｒｅａｒ ｓｉｄｅ）上の前記ブレードシャフト（６）に配列され；
   調整リング（９）は、前記ブレード軸受リング（５）と同軸に配列され、前記ブレードレバー（８）と係合し、前記ブレード軸受リング（５）に対する前記調整リング（９）の回転は、前記ガイドブレード（７）の調整を提供し；
   前記調整リング（９）は、少なくとも１つの軸方向に突出する軸受止め部（１０）を含み、前記軸受止め部（１０）は、前記調整リング（９）の変形によって提供されることを特徴とする、
   ターボチャージャー。
2. 前記軸受止め部（１０）は、前記ブレードレバー（８）のうちの１つのブレードレバーの面（８ｂ）に当接し、平軸受配列が前記調整リング（９）及び前記ブレードレバー（８）の相対移動のために提供されることを特徴とする、請求項１に記載のターボチャージャー。
3. 前記調整リング（９）は、金属シートから製造されることを特徴とする、請求項１または２に記載のターボチャージャー。
4. 前記軸受止め部（１０）は、特にＶ字形状またはＵ字形状であり、ブリッジの軸方向に向けられた変形（ａｘｉａｌｌｙ ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）として形成され、前記ブリッジは、材料を除去することによって前記調整リング（９）に提供されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のターボチャージャー。
5. 前記調整リング（９）は、前記ブレードレバー（８）の前記レバーヘッド（８ａ）によって、閉じられたリム（ｒｉｍ）を備えた開口部（９ａ）内において支持されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のターボチャージャー。
6. 前記開口部（９ａ）は、ファインブランキング（ｆｉｎｅ ｂｌａｎｋｉｎｇ）によって製造されることを特徴とする、請求項５に記載のターボチャージャー。
7. 前記軸方向に突出する軸受止め部（１０）は、前記開口部（９ａ）の前記閉じられたリムの一部の変形として提供されることを特徴とする、請求項５または６に記載のターボチャージャー。
8. 特に請求項１〜７のいずれか一項に記載の可変タービン幾何学的形状を有するターボチャージャーのガイドブレードを調整するための調整リングの製造方法であって、
   ａ． 板金片を提供するステップ；
   ｂ． 閉じられたリムを備えた多数の開口部（９ａ）を有する平面状中間体（ｐｌａｎａｒ ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ）を提供するために、特にファインブランキングによって前記板金から材料を除去するステップ；
   ｃ． 軸方向に突出する軸受止め部（１０）を提供するために、前記中間体の平面に垂直な方向に前記中間体の一部を変形させるステップを含む、
   方法。
9. ステップｂ及びステップｃは、同じ工具上で、特に１つのクランプ作業で実行されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。

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