JP4988928B2 - 内燃機関の排気ガスターボチャージャ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部分に基づく内燃機関の排気ガスターボチャージャに関する。

特許文献１から、排気ガス導入部が、排出ガスによる排気ガスターボチャージャのタービンホイールの作動を変更するためのガイド装置を有し、その際、このガイド装置が貫流するガイドグリルリングと軸方向スライダとを有している、内燃機関の排気ガスターボチャージャが周知である。このガイドグリルリングは、タービンホイールのシャフト部分にある排気ガス導入部に、ハウジングに固定された状態で支持されており、タービンホイールの回転軸を中心に固定装置によって固定されている。

独国特許出願公開第１０２００５０２７０８０Ａ１号明細書

排気ガスによるタービンホイールの作動を変更するため、タービンホイール及びガイドグリルリングと同軸に配置されている軸方向スライダが並進的にスライド可能であり、この場合、この軸方向スライダが、ガイドグリルリングに対向して配置されている端部に、環状のくぼみの形で凹部を有し、この凹部は、軸方向スライダに対向して配置されているガイドグリルリングの端部に収容可能であるように形成されている。この場合、排気ガスターボチャージャが確実に機能するために、凹部とガイドグリルリングとの間に接触すき間が設けられているため、軸方向スライダ移動時の傾斜を排除することができる。凹部とガイドグリルリングとの間で、接触しないことに伴って生じるすき間を確実に作るため、排気ガスターボチャージャの組立てコストは、ガイドグリルリングの固定又は支持によって高くなる。

ガイドグリルリングは、貫流できないキャリアと、このキャリアに固定されている貫流可能な案内羽根とを有している。このキャリアは、１つにはガイドグリルリングの支持に働き、他方では案内羽根の保持に働く。基本的に、このキャリアは、ガイドグリルリングの安定した部分となる。従来の技術で実施されているように、軸方向スライダが、キャリアから離れて配置されている案内羽根の端部から始まって、案内羽根を支持しながらガイドグリルリングを介して延びている場合、基本的に、案内羽根がほんのわずか傾いただけでも、ガイドグリルリングと軸方向スライダトの間で傾斜を引き起こす危険がある。この傾斜は、作動が不安的な状況においては、排気ガスターボチャージャの完全な故障につながる。

本発明の課題は、組立て易く、作動の安定した排気ガスターボチャージャを提供することである。

この課題は、請求項１の特徴を有する内燃機関の排気ガスターボチャージャによって解決される。従属請求項は、適切な発展形態を示している。

本発明に基づく排気ガスターボチャージャはガイドグリルリングを有し、このガイドグリルリングは、その案内羽根が、ガイドグリルリングのキャリアの端部位置から、軸方向スライダによって収容可能であるように配置されている。次に、軸方向スライダは、不動であることにより基本的により安定している安定部分であるガイドグリルリングの支持部分から始まって、支持されていないために基本的に可動であるガイドグリルリングの不安定な可動部分を介して延びることができる。これによって、例えば、ガイドグリルリングの可動部分の傾きによって引き起こされる傾斜を防止することができる。

１つの実施形態では、キャリアが回転軸を中心に輪郭スリーブ上に支持されており、この場合、輪郭スリーブは、最適にはセンタリング装置として形成されている。輪郭スリーブは、排気ガス導入部の出口付近において、タービンホイールの下流で、動かないようにハウジングに固定され、強固に位置決めされている。輪郭スリーブ上でキャリアが支持されていることにより、ガイドグリルリングが固定して支持され、それによってガイドグリルリングと軸方向スライダとの間の接触すき間を固定することができ、安定させることができる。

もう１つの実施形態では、センタリングのため、センタリング装置がガイドグリルリングと輪郭スリーブとの間に配置されている、及び／又はセンタリングが摩擦結合及び／又はポジティブ結合によって行われる。センタリング装置及び／又は輪郭スリーブとガイドグリルリングとの間の該当する結合によって、輪郭スリーブ上でガイドグリルリングが動くのを回避することができる。

さらなる低コストの実施形態では、センタリング装置が剛性に形成されており、この場合には、例えばピンが、センタリング装置として働いている。

さらなる実施形態においては、ガイドグリルリングがプリテンション装置を有し、その際、このプリテンション装置を用いることによって、ガイドグリルリングをセンタリングする以外に、ハウジング壁と、このハウジング壁に対向して配置されている案内羽根の端部との間で、流動損失を引き起こすすき間をほとんど又は完全に回避することができる。

最適な場合では、このプリテンション装置が、輪郭スリーブに対向して配置されているキャリア端部に配置されており、それによって簡単な組立てが可能となる。

コスト削減と簡単な組立てのため、このプリテンション装置は、カップスプリングの形で形成されている。

本発明のその他の利点及び適切な実施形態は、説明及び図から参照することができる。

排気ガス導入部が、排気ガス導入部に支持されているタービンホイールへの排気ガスの流れを変更するためのガイド装置を有している排気ガスターボチャージャを備えた内燃機関の図。 ガイド装置を備えた排気ガスターボチャージャの排気ガス導入部の長手方向の断面図。 本発明に基づく、排気ガスターボチャージャの排気ガス導入部の長手方向の部分断面図。

図の中で、同一構成部品又は機能の同じ構成部品のすべてに同じ番号が付けられている。

図１に示されている内燃機関１は、特にピストン内燃機関として形成され、ガソリン燃焼方法又はディーゼル燃焼方法に従って作動可能であり、主に外気が流れる外気システム２と、主に排出ガスが流れる排出ガスシステム３とを有している。

外気システム２は、ブーストエアライン４を有しており、その際、インタークーラー５が、吸引された燃焼エアを冷却するために、内燃機関１の上流に配置されている。図には示されていないが、吸引された燃焼エアを浄化するためのエアフィルターが、ブーストエアライン４の、内燃機関１から離れて配置されている端部に配置されている。

排気ガスシステム３は、排気ガスライン６及び排気ガス後処理ユニット７を含み、その際、排気ガスライン６の、内燃機関１から離れた端部に、排気ガスを後処理するために配置された排気ガス後処理ユニット７が、特に粒子フィルタ及び／又は触媒の形で形成されている。

内燃機関１は、補足的に排気ガス再循環システム８を有し、このシステムは、排気ガス再循環ライン９、排気ガス冷却装置１０及び排気ガス再循環バルブ１１を含んでいる。排気ガス再循環ライン９は、貫流する接続ラインとして実施され、その際、排気ガスライン６に対向して配置されている端部が、内燃機関１の下流と排気ガス後処理ユニット７の上流で、排気ガスライン６に接続され、ブーストエアライン４に対向して配置されている端部は、インタークーラー５の下流と内燃機関１の上流でブーストエアライン４に接続されている。排気ガス再循環ライン９には、再循環された排気ガスを冷却するために、排気ガス冷却装置１０が配置されている。再循環された排気ガスの調整は、排気ガス再循環バルブ１１を用いて行われる。これによって、排気ガスは、排気ガス再循環バルブ１１の調整に従って、排気ガスライン６から排気ガス再循環ライン９を介してブーストエアライン４に流れ込むことができる。

多数の機能を調整し、制御するために、この内燃機関１には、調整制御システム１２が割り当てられている。この調整制御システム１２によって、特に、燃料供給及び排気ガス再循環バルブ１１を制御することができる。

内燃機関１には、排気ガスターボチャージャ１３が割り当てられており、これは、貫流する排気ガス導入部１５、貫流可能なエア導入部１６及び支持部分１７を含むハウジング１４を有し、この場合、エア導入部１６は、外気システム２の中でインタークーラー５の上流に配置され、排気ガス導入部１５は、排気ガスシステムの中で、排気ガス再循環ライン９の排気ガスライン６との接続部分と、排気ガス後処理ユニット７との間に配置されている。

排気ガスターボチャージャ１３は回転部品１８を有しており、この回転部品１８は、燃焼エアを吸引し、圧縮するためのコンプレッサーホイール１９と、排気ガスを膨張させるためのタービンホイール２０と、コンプレッサーホイール１９をタービンホイール２０と共回転するように接続している、回転軸２２を備えるシャフト２１とを有している。このシャフト２１は、エア導入部１６と排気ガス導入部１５との間に配置されている排気ガスターボチャージャ１３の支持部分１７に回転可能に支持されている。

内燃機関１の作動においては、タービンホイール２０に、内燃機関１の排気ガスが当たる結果として、タービンホイール２０の回転運動に変換され、その際、シャフト２１により、コンプレッサーホイール１９が共に回転することによって、燃焼エアが吸引され、圧縮される。

排気ガスを排気ガス導入部１５に流入させるため、排気ガス導入部１５の中に吸入ダクト２３が形成されている（図２を参照）。この吸入ダクト２３は、内燃機関１の作動中にタービンホイール２０を回転運動に置き換える排気ガスを調節するように働く。吸入ダクト２３は、回転軸２２に対して垂直に配置されているのが好ましい。

吸入ダクト２３の下流には、排気ガス導入部１５の中に、スパイラルダクト２４が配置されており、このスパイラルダクト２４の作用により、回転対称の流れが生じる。スパイラルダクト２４の下流には、排気ガス導入部１５の中に供給ダクト２５が配置され、この供給ダクト２５は、流れに渦を発生させるために形成されている。さらに、スパイラルダクト２４は、吸入ダクト２３と供給ダクト２５との接続ダクトとしても形成されている。

供給ダクト２５の下流には、ホイールチャンバ２６が排気ガス導入部１５の中に配置されており、このホイールチャンバ２６は、回転可能なタービンホイール２０を収容できるように形成されている。供給ダクト２５は、ホイールチャンバ２６に対向して配置されている端部に、出口断面２７を有している。ホイールチャンバ２６の下流には、出口ダクト２８が、排気ガス導入部１５の中に配置されている。

内燃機関１が低負荷で低回転数の場合にも、内燃機関１が高負荷で高回転数の場合にも、最大限の排気ガスターボチャージャ効率を得ることができるようにするため、排気ガスは、排気ガス導入部１５に配置されている、調整可能に形成されたガイド装置２９を用いて調節可能になっている。

図２に示されているように、このガイド装置２９は、部分的に貫流可能なガイドグリルリング３０と、環状の軸方向スライダ３１と、軸方向スライダ３１のガイドを行い出口ダクト２８における排気ガスの流れを調節するために作用する輪郭スリーブ３２とを含んでいる。ガイドグリルリング３０、軸方向スライダ３１、輪郭スリーブ３２及びシャフト２１は、同軸上に配置されている。輪郭スリーブ３２は、排気ガス導入部１５の中に動かないように配置されている。

このガイドグリルリング３０は、タービンホイール２０を部分的に取り囲むように供給ダクト２５の中に配置され、その際、ガイドグリルリング３０は、出口断面２７の中に延びている状態で形成されている。軸方向スライダ３１は、ガイドグリルリング３０に対向して配置されているくぼみ、すなわち凹部３３を有し、凹部に対向して配置されるガイドグリルリング３０の端部がその中に挿入可能であるように、ガイドグリルリング３０が形成されている。軸方向スライダ３１によって、出口断面２７の大きさを調整することができる。内燃機関１が低回転数で高負荷の場合に、はこの出口断面２７を小さく、内燃機関１が高負荷及び／又は高回転数の場合には大きく形成するのが好ましい。

ガイド装置２９には、調整レバー３５を備える調整装置３４が割り当てられている。調整レバー３５に作用し、移動を引き起こす力は、電気的及び／又は機械的及び／またはニューマチック式及び／又はハイドロリック式に発生させることができる。

図２には、従来の技術に基づいた排気ガス導入部１５が示されている。ガイドグリルリング３０は、貫流可能な第１の部分３６を有し、この第１の部分３６は、出口断面２７の中に配置されており、以下では、案内羽根３６と呼ぶ。ガイドグリルリング３０の第２の部分３７（以下、キャリア３７とする）は、貫流することができないようになっており、案内羽根３６の位置決めに働き、また、排気ガス導入部１５においてガイドグリルリング３０をしっかりと、回転軸２２を中心に固定するのに作用する。

キャリア３７は、支持部分１７に対向して配置されている部分において、排気ガス導入部１５に圧力をかける状態で、動かないように支持されており、その際、キャリア３７の、案内羽根３６から離れて配置された一方の端部に、シェル形の装置４３が、熱シールドの形で配置されている。キャリア３７の固定は、例えば、排気ガス導入部１５に隣接する支持部分１７によって行われる。

軸方向スライダ３１による案内羽根３６の収容は、キャリア３７から離れて配置されている案内羽根３６の一方の端部から始まって行われる。

図３には、本発明に基づく排気ガスターボチャージャ１３のガイドグリルリング３０が示され、この場合、ガイドグリルリング３０のキャリア３７は、回転軸２２を中心に、輪郭スリーブ３２の上に配置されている。輪郭スリーブ３２は、キャリア３７を収容するために、キャリア３７に対向して配置される一方の端部に、その全範囲にわたって設けられているサポート４０を有している。したがって、輪郭スリーブ３２は、第１の外部直径Ｄ１と第２の外部直径Ｄ２とを有しており、この場合、第１の外部直径Ｄ１は、第２の外部直径Ｄ２よりも小さく形成されている。キャリア３７は、小さいほうの直径Ｄ１の部分において、輪郭スリーブ３２を完全に取り囲むように形成されている。

キャリア３７と輪郭スリーブ３２との間を動かないように接続するため、又はセンタリングするため、又はガイドグリルリング３０を固定するために、例えば、打込みばめの形で接続を形成することができる。キャリア３７のセンタリング及び固定は、例えば、輪郭スリーブ３２を備えるピンの形の固定エレメントを１つ又は複数使って実施することができる。

キャリア３７は、この場合、凹部３３と案内羽根３６との間にすき間ができるように、輪郭スリーブ３２の上に配置されるため、軸方向スライダ３１が移動する場合に、軸方向スライダ３１と案内羽根３６との間の接触を避けることができる。

この実施例においては、ハウジング壁４２の１つと、このハウジング壁４２に対向して配置されている案内羽根３６の一方の端部との間で、流量損失を引き起こすすき間を回避するために、プリテンション装置４１が設けられ、このプリテンション装置４１を用いることによって、このすき間をほとんど又は完全に回避することができる。このプリテンション装置４１は、輪郭スリーブ３２に対向して配置されるキャリア３７の一方の端部と輪郭スリーブ３２の段部４０との間に配置されている。

プリテンション装置４１は、カップスプリングの形で形成されている。このプリテンション装置４１は、同じ作用をするように作られたスパイラルスプリング又はコイルスプリングとしても構成することができる。

Claims (8)

1. ハウジング（１４）及び回転部品（１８）を有する排気ガスターボチャージャにおいて、前記ハウジング（１４）は排気ガスが貫流可能な排気ガス導入部（１５）を有し、前記回転部品（１８）はタービンホイール（２０）と該タービンホイール（２０）に共回転するように接続されているシャフト（２１）を有し、前記タービンホイール（２０）は前記排気ガス導入部（１５）において回転可能に支持されており、該タービンホイール（２０）は、排気ガスによって作動可能に構成され、前記排気ガス導入部（１５）には、前記排気ガスによる前記タービンホイール（２０）の作動を変更するためのガイド装置（２９）が配置されており、該ガイド装置（２９）は、ガイドグリルリング（３０）と軸方向スライダ（３１）を有し、前記ガイドグリルリング（３０）は、固定支持のためのキャリア（３７）と、その基部が該キャリア（３７）と接続され、且つ該キャリア（３７）から軸方向に延びる前記排気ガスが貫流可能な案内羽根（３６）とを有し、前記軸方向スライダ（３１）が、前記案内羽根（３６）を収容するように構成されている、内燃機関の排気ガスターボチャージャであって、
   前記ガイドグリルリング（３０）は、前記軸方向スライダ（３１）が前記キャリア（３７）の端部に接続される前記案内羽根（３６）の基部のところから前記案内羽根（３６）を覆って収容することを開始することができるように、配置されていることを特徴とする、排気ガスターボチャージャ。
2. 前記キャリア（３７）が、回転軸（２２）を中心に前記ガイド装置（２９）の輪郭スリーブ（３２）の上に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の排気ガスターボチャージャ。
3. 前記輪郭スリーブ（３２）が、センタリング装置（３９）として形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の排気ガスターボチャージャ。
4. センタリング装置が、前記ガイドグリルリング（３０）と前記輪郭スリーブ（３２）との間にセンタリングのために配置され、該センタリングが摩擦結合又は係合結合によって行われることを特徴とする、請求項１又は２に記載の排気ガスターボチャージャ。
5. 前記センタリング装置が、剛性を有することを特徴とする、請求項３又は４に記載の排気ガスターボチャージャ。
6. 前記ガイドグリルリング（３０）が、プリテンション装置（４１）を有していることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の排気ガスターボチャージャ。
7. 前記プリテンション装置（４１）が、前記ガイドグリルリング（３０）の、前記輪郭スリーブ（３２）に対向して配置されている一方の端部に配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の排気ガスターボチャージャ。
8. 前記プリテンション装置（４１）が、カップスプリングとして構成されていることを特徴とする、請求項６又は７に記載の排気ガスターボチャージャ。

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