DE112015002811T5

DE112015002811T5 - Variable düseneinheit und turbolader mit variabler geometrie

Info

Publication number: DE112015002811T5
Application number: DE112015002811.0T
Authority: DE
Inventors: Taiki YOSHIZAKI; Takao ASAKAWA; Koutarou ITOU; Tomohiro Inoue; Kenji Bunno; Ryota SAKISAKA; Kazuko TAKEUCHI; Jose Javier BAYOD
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2015-06-09
Publication date: 2017-03-09
Anticipated expiration: 2035-06-10
Also published as: CN106460645B; JP6331736B2; US10125673B2; CN106460645A; DE112015002811B4; US20170058764A1; WO2015190470A1; JP2016003565A

Abstract

In einer variablen Düseneinheit ist an einer Position, die sich in einer Rechts-Links-Richtung entfernt von und gegenüberliegend zu einem ersten Düsenring befindet, ein zweiter Düsenring einstückig mit dem ersten Düsenring durch mehrere Verbindungsstifte vorgesehen, die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind. Ein innerer Randabschnitt eines Stützrings ist mit dem ersten Düsenring durch ein Nieten von einen Endabschnitten der mehreren Verbindungsstifte verbunden. Jedes Stiftloch in dem Stützring ist in solch einer Form ausgebildet, die sich in einer radialen Richtung des Stützrings erstreckt. Eine Unterlegscheibe ist zwischen einem Rand von jedem Stiftloch in dem Stützring und einem Nietkopf vorgesehen, der durch ein Fügen bzw. Verbinden des Endabschnitts des entsprechenden Verbindungsstifts hergestellt ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine variable Düseneinheit und dergleichen, die einen Durchgangsbereich bzw. eine Durchgangsfläche für (eine Strömungsrate von) ein (einem) Abgas, das zu einer Turbinenradseite eines Turboladers mit variabler Geometrie zuzuführen ist, einstellt.
STAND DER TECHNIK
In jüngsten Jahren wurden verschiedene Entwicklungen bezüglich einer variablen Düseneinheit gemacht, um im Innern eines Turbinengehäuses eines Turboladers mit variabler Geometrie angeordnet zu werden (siehe PTL 1, PTL 2 und dergleichen). Eine spezifische Konfiguration einer konventionellen variablen Düseneinheit ist wie nachfolgend beschrieben.
In einem Turbinengehäuse bzw. innerhalb eines Turbinengehäuses ist ein erster Düsenring, der als ein ringförmiges erstes Wandbauteil dient, konzentrisch zu einem Turbinenrad angeordnet. Währenddessen ist ein zweiter Düsenring, der als ein ringförmiges zweites Wandbauteil dient, einstückig mit dem ersten Düsenring an einer Position axial entfernt (in einer axialen Richtung des Turbinenrads) von dem ersten Düsenring vorgesehen durch ein Verwenden von mehreren Verbindungsstiften, die in Abständen in einer Umfangsrichtung (einer vorbestimmten Umfangsrichtung) angeordnet sind. Der erste Düsenring hat eine Fläche (eine entgegengesetzte Fläche), die zu dem zweiten Düsenring entgegengesetzt ist. Gleichermaßen hat der zweite Düsenring eine Fläche (eine entgegengesetzte Fläche), die zu dem ersten Düsenring entgegengesetzt ist.
Mehrere variable Düsen sind zwischen der gegenüberliegenden Fläche des ersten Düsenrings und der gegenüberliegenden Fläche des zweiten Düsenrings angeordnet. Die variablen Düsen sind in regelmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung (der vorbestimmten Umfangsrichtung) angeordnet. Jede variable Düse ist in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung (Öffnungs- und Schließrichtung) um eine Wellenmitte (eine Wellenmitte einer Düsenwelle der variablen Düse) herum drehbar, die parallel zu einer Wellenmitte des Turbinenrads ist. Darüber hinaus ist ein Verbindungsmechanismus (link mechanism) in einer Verbindungskammer angeordnet, die auf einer entgegengesetzten Flächenseite von der gegenüberliegenden Fläche des ersten Düsenrings definiert und ausgebildet ist. Der Verbindungsmechanismus dreht die mehreren variablen Düsen synchron in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung. Ein Durchgangsbereich bzw. eine Durchgangsfläche (eine Halsfläche) für ein zu der Turbinenradseite zuzuführendes Abgas wird erhöht, wenn der Verbindungsmechanismus die mehreren variablen Düsen synchron in der Vorwärtsrichtung (der Öffnungsrichtung) dreht. Andererseits wird diese Durchgangsfläche bzw. dieser Durchgangsbereich verringert, wenn der Verbindungsmechanismus die mehreren variablen Düsen synchron in der Rückwärtsrichtung (der Schließrichtung) dreht.
Ein Stützring (ein ringförmiges Stützbauteil) mit einem Durchmesser, der größer als ein Außendurchmesser des ersten Düsenrings ist, ist auf der entgegengesetzten Fläche von der gegenüberliegenden Fläche des ersten Düsenrings vorgesehen. Währenddessen ist ein innerer Randabschnitt (ein Innenumfangsrandabschnitt) des Stützrings einstückig durch Einfügen von einen Endabschnitten der mehreren Verbindungsstifte angeschlossen. Mehrere Stiftlöcher zum Ermöglichen eines Einsetzens von den einen Endabschnitten der Verbindungsstifte sind durchdringend ausgebildet (in einer durchdringenden Art und Weise ausgebildet) in dem inneren Randabschnitt des Stützrings in Intervallen in der Umfangsrichtung (der vorbestimmten Umfangsrichtung). Ferner ist ein äußerer Randabschnitt (ein Außenumfangsrandabschnitt) des Stützrings an einem Lagergehäuse in einem dazwischenliegenden Zustand in Zusammenwirkung mit dem Turbinengehäuse angebracht bzw. befestigt.
LITERATURSTELLENLISTE
PATENTLITERATUR

Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2009-243431
Patentliteratur 2: Japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2009-243300

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Wenn der Turbolader mit variabler Geometrie in Betrieb ist, kann eine Umgebungstemperatur des ersten Düsenrings (eine Umgebungsgastemperatur) verglichen zu einer Umgebungstemperatur des Stützrings sehr hoch werden. In der Zwischenzeit kann die Umgebungstemperatur des ersten Düsenrings verglichen zu der Umgebungstemperatur des Stützrings in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Turboladers mit variabler Geometrie niedrig werden. Mit anderen Worten kann eine Differenz in einer Umgebungstemperatur (eine Differenz in einer Umgebungsgastemperatur) zwischen dem ersten Düsenring und dem Stützring auftreten, wenn der Turbolader mit variabler Geometrie in Betrieb ist. In diesem Fall wird der erste Düsenring thermisch derart deformiert, dass die gegenüberliegende Fläche des ersten Düsenrings hinsichtlich einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung aufgrund einer Differenz in einer thermischen Ausdehnung (einer Differenz in einer thermischen Deformation) in einer radialen Richtung zwischen dem ersten Düsenring und dem Stützring geneigt wird. Als eine Folge kann ein Parallelismus zwischen der gegenüberliegenden Fläche des ersten Düsenrings und der gegenüberliegenden Fläche des zweiten Düsenrings in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Turboladers mit variabler Geometrie verschlechtert werden, wodurch ein Raum zwischen der gegenüberliegenden Fläche des ersten Düsenrings und der gegenüberliegenden Fläche des zweiten Düsenrings lokal verringert bzw. verkleinert werden kann.
Aus diesem Grund wird die Größe eines düsenseitigen Abstands bzw. Spielraums derart eingestellt, dass die Zuverlässigkeit der variablen Düseneinheit und des Turboladers mit variabler Geometrie gewährleistet werden kann, während eine Betriebsstabilität der mehreren variablen Düsen beibehalten wird. In der Zwischenzeit, wenn der düsenseitige Spielraum größer eingestellt wird, neigt eine Turbineneffizienz des Turboladers mit variabler Geometrie dazu, sich zu verringern, aufgrund eines Anstiegs in einer Leckströmung von dem düsenseitigen Spielraum aus. Im vorliegenden Fall bedeutet der düsenseitige Spielraum entweder einen Spielraum bzw. Abstand zwischen der gegenüberliegenden Fläche des ersten Düsenrings und einer Seitenfläche (einer Seitenfläche auf der Seite in der axialen Richtung) der variablen Düse oder ein Spielraum bzw. Abstand zwischen der gegenüberliegenden Fläche des zweiten Düsenrings und einer anderen Seitenfläche (einer Seitenfläche auf der anderen Seite in der axialen Richtung) der variablen Düse.
Mit anderen Worten gibt es ein Problem einer Schwierigkeit im Gewährleisten der Zuverlässigkeit des Turboladers mit variabler Geometrie bei gleichzeitigem Beibehalten oder Verbessern der Turbineneffizienz des Turboladers mit variabler Geometrie.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine variable Düseneinheit und dergleichen für einen Systemturbolader mit variabler Geometrie zu bieten, die in der Lage ist, die Turbineneffizienz beizubehalten und zu verbessern, während die Zuverlässigkeit gewährleistet wird.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Gemäß einem ersten technischen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine variable Düseneinheit, die gestaltet ist, um eine Durchgangsfläche für (eine Strömungsrate von) ein zu einer Turbinenradseite eines Turboladers mit variabler Geometrie zuzuführenden Abgas einzustellen, Folgendes auf: ein ringförmiges erstes Wandbauteil, das innerhalb eines Turbinengehäuses des Turboladers mit variabler Geometrie und konzentrisch zu dem Turbinenrad angeordnet ist; ein ringförmiges zweites Wandbauteil, das einstückig mit dem ersten Wandbauteil an einer Position vorgesehen ist, die sich von dem ersten Wandbauteil in einer axialen Richtung entfernt und diesem gegenüberliegend befindet, durch ein Verwenden von mehreren Verbindungsstiften, die in Abständen in einer Umfangsrichtung (einer vorbestimmten Umfangsrichtung) angeordnet sind; mehrere variable Düsen, die zwischen einer gegenüberliegenden Fläche des ersten Wandbauteils und einer gegenüberliegenden Fläche des zweiten Wandbauteils in Intervallen in der Umfangsrichtung (der vorbestimmten Umfangsrichtung) angeordnet sind, wobei jede variable Düse in einer Vorwärts- und Rückwärtsrichtung um eine Wellenmitte herum (eine Wellenmitte einer Düsenwelle der variablen Düse) drehbar ist, die parallel zu einer Wellenmitte des Turbinenrads ist; einen Verbindungsmechanismus, der gestaltet ist, um die mehreren variablen Düsen synchron zu drehen; und einen Stützring (ein ringförmiges Stützbauteil), das mit dem ersten Wandbauteil durch ein Verbinden der einen Endabschnitte der mehreren Verbindungsstifte verbunden wird, wobei der Stützring mehrere Stiftlöcher aufweist, um ein Einsetzen von den einen Endabschnitten der mehreren Verbindungsstifte jeweils zu ermöglichen, wobei die Stiftlöcher durchdringend ausgebildet sind (in einer durchdringenden Art und Weise ausgebildet sind) in Abständen in der Umfangsrichtung, wobei das erste Wandbauteil mit absorbierenden Mitteln bzw. einer Absorptionseinrichtung zum Absorbieren einer Differenz einer thermischen Ausdehnung bzw. Wärmeausdehnung in einer radialen Richtung zwischen dem ersten Wandbauteil und dem Stützring (einer Differenz zwischen einer Wärmeausdehnung in der radialen Richtung des ersten Wandbauteils und einer Wärmeausdehnung in der radialen Richtung des Stützrings) ausgerüstet ist, wenn der Turbolader mit variabler Geometrie in Betrieb ist.
Als die absorbierenden Mittel bzw. die Absorptionseinrichtung kann jedes Stiftloch in dem Stützring in einer Form ausgebildet sein, die sich von einer inneren Randabschnittsseite zu einer äußeren Randabschnittsseite des Stützrings hin erstreckt. Außerdem kann als das absorbierende Mittel bzw. die Absorptionseinrichtung ein Schlitz an einer Position ausgebildet sein, die jedem Stiftloch in dem Stützring entspricht.
Es soll vermerkt sein, dass in der Spezifikation und den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung der Ausdruck „angeordnet“ gedacht ist, um einen Zustand eines direkt Angeordnetseins als auch einen Zustand eines durch ein unterschiedliches Bauteil indirekt Angeordnetseins zu umfassen, und der Ausdruck „vorgesehen“ gedacht ist, um einen Zustand eines direkt Vorgesehenseins als auch einen Zustand eines durch ein unterschiedliches Bauteil indirekt Vorgesehenseins zu umfassen. Das „ringförmige erste Wandbauteil“ und das „ringförmige zweite Wandbauteil“ können einen Teil des Turbinengehäuses bilden. Währenddessen bedeutet der Ausdruck „axiale Richtung“ eine axiale Richtung des Turbinenrads (mit anderen Worten eine axiale Richtung von jedem von dem ersten Wandbauteil, dem zweiten Wandbauteil und dem Stützring), soweit nichts anderes spezifiziert ist. Der Ausdruck „fügen bzw. verbinden“ ist gedacht, um ein Nieten, Schweißen, Schrauben und dergleichen zu umfassen. Ferner bedeutet der Ausdruck „radiale Richtung“ eine radiale Richtung des Turbinenrads (mit anderen Worten eine radiale Richtung von jedem von dem ersten Wandbauteil, dem zweiten Wandbauteil und dem Stützring), soweit nichts anderes spezifiziert ist. Außerdem ist der Ausdruck „Position, die jedem Stiftloch entspricht“ dazu gedacht, eine radial äußere Seite (eine äußere Seite in der radialen Richtung) von jedem Stiftloch, eine radial innere Seite (eine innere Seite in der radialen Richtung) von jedem Stiftloch, den Nahbereich von jedem Stiftloch und dergleichen zu umfassen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, falls die Anzahl von Umdrehungen der Maschine in einem hohen Umdrehungsbereich ist und eine Strömungsrate des Abgases hoch ist, wenn der Turbolader mit variabler Geometrie in Betrieb ist, werden die mehreren variablen Düsen synchron in der Vorwärtsrichtung (einer Öffnungsrichtung) gedreht, während der Verbindungsmechanismus betätigt wird. Daher wird ein Gasdurchgangsbereich bzw. eine Gasdurchgangsfläche (eine Halsfläche bzw. ein Halsbereich) für das zu der Turbinenradseite zuzuführende Abgas vergrößert.
Andererseits, falls die Anzahl von Umdrehungen der Maschine in einem niedrigen Umdrehungsbereich ist und die Strömungsrate des Abgases niedrig ist, werden die mehreren variablen Düsen synchron in der Rückwärtsrichtung (einer schließenden Richtung) gedreht, während der Verbindungsmechanismus betätigt wird. Dementsprechend wird der Gasdurchgangsbereich für das zu der Turbinenradseite zuzuführende Abgas reduziert bzw. verringert (gewöhnlicher Betrieb der variablen Düseneinheit).
Falls eine Differenz bzw. ein Unterschied in einer thermischen Expansion bzw. Wärmeausdehnung in der radialen Richtung zwischen dem ersten Wandbauteil und dem Stützring auftritt, wenn der Turbolader mit variabler Geometrie in Betrieb ist, kann die Differenz in einer Wärmeausdehnung durch eine Verwendung der absorbierenden Mittel bzw. der Absorptionseinrichtung absorbiert werden. Daher ist es möglich, eine thermische Deformation des ersten Wandbauteils ausreichend zu unterdrücken, so dass eine gegenüberliegende Fläche des ersten Wandbauteils hinsichtlich einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung geneigt wird (charakteristischer Betrieb der variablen Düseneinheit).
Gemäß einem zweiten technischen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Turbolader mit variabler Geometrie, der gestaltet ist, um die zu der Maschinenseite zuzuführende Luft zu laden bzw. zu komprimieren unter Verwendung einer Energie eines Abgases von der Maschine, die variable Düseneinheit auf, die den ersten technischen Aspekt aufweist.
Der zweite technische Aspekt erreicht einen Betrieb ähnlich dem Betrieb gemäß dem ersten technischen Aspekt.
EFFEKTE DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die thermische Deformation des ersten Wandbauteils effizient zu unterdrücken, so dass die gegenüberliegende Fläche des ersten Wandbauteils hinsichtlich der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung geneigt wird, wenn der Turbolader mit variabler Geometrie in Betrieb ist. Dementsprechend kann ein düsenseitiger Abstand bzw. Spielraum minimiert werden, während ein Parallelismus zwischen der gegenüberliegenden Fläche des ersten Wandbauteils und der gegenüberliegenden Fläche des zweiten Wandbauteils ausreichend gewährleistet wird, wenn der Turbolader mit variabler Geometrie in Betrieb ist. Als eine Folge ist es möglich, eine Betriebsstabilität der mehreren variablen Düsen beizubehalten, eine Zuverlässigkeit der variablen Düseneinheit und des Turboladers mit variabler Geometrie zu gewährleisten und eine Leckströmung von dem düsenseitigen Abstand bzw. Spielraum aus zu reduzieren, wodurch eine Turbineneffizienz des Turboladers mit variabler Geometrie beibehalten oder verbessert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht, die einen wesentlichen Teil der variablen Düseneinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, welche eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts ist, der mit dem Pfeil I in 2 angezeigt ist.
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts, der mit dem Pfeil II in 7 angezeigt ist.
3(a) ist eine Ansicht, die einen Stützring in der variablen Düseneinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 3(b) ist eine Querschnittsansicht, die entlang der III-III-Linie in 3(a) genommen ist.
4(a) ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts, der mit dem Pfeil IV in 3(a) angezeigt ist, und 4(b) ist eine Ansicht, die einen anderen Aspekt des Stützrings in der variablen Düseneinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist eine Ansicht der variablen Düseneinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die von einer Verbindungsmechanismusseite aus betrachtet wird.
6(a) ist eine Ansicht, die einen ersten Düsenring in der variablen Düseneinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 6(b) ist eine Querschnittsansicht, die entlang der VI-VI-Linie in 6(a) genommen ist.
7 ist eine vordere Schnittansicht eines Turboladers mit variabler Geometrie gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Querschnittsansicht, die einen wesentlichen Teil einer variablen Düseneinheit gemäß eines modifizierten Beispiels der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, die eine Ansicht ist, die 1 entspricht.
9(a) ist eine Ansicht, die einen Stützring in der variablen Düseneinheit gemäß dem modifizierten Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 9(b) ist eine Querschnittsansicht, die entlang der IX-IX-Linie in 9(a) genommen ist.
10(a) ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts, der mit dem Pfeil X in 9(a) angezeigt ist, und 10(b) ist eine Ansicht, die einen anderen Aspekt des Stützrings in der variablen Düseneinheit gemäß dem modifizierten Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
(Ausführungsform der vorliegenden Erfindung)
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 1 bis 10 beschrieben. Im vorliegenden Fall, wie in den Zeichnungen gezeigt ist, repräsentiert „L“ eine linke Richtung, repräsentiert „R“ eine rechte Richtung, repräsentiert „AD“ eine axiale Richtung, repräsentiert „BD“ eine radiale Richtung, repräsentiert „BDi“ eine Innenseite in der radialen Richtung, repräsentiert „BDo“ eine Außenseite in der radialen Richtung bzw. repräsentiert „CD“ eine Umfangsrichtung.
Wie in 7 gezeigt ist, ist ein Turbolader 1 mit variabler Geometrie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gestaltet, um zu einer Maschine (nicht gezeigt) zuzuführende Luft unter Verwendung einer Druckenergie eines Abgases von der Maschine zu laden (komprimieren). Im vorliegenden Fall sind eine spezifische Konfiguration und andere Merkmale des Turboladers 1 mit variabler Geometrie wie nachfolgend beschrieben.
Der Turbolader 1 mit variabler Geometrie weist ein Lagergehäuse 3 auf. Ein Paar von radialen Lagern bzw. Radiallagern 5 und ein Paar von Axiallagern 7 sind innerhalb des Lagergehäuses 3 vorgesehen. Außerdem ist eine Rotorwelle (eine Turbinenwelle) 9, die sich in einer Rechts-Links-Richtung erstreckt, drehbar an den mehreren Lagern 5 und 7 vorgesehen. Mit anderen Worten ist die Rotorwelle 9 drehbar an dem Lagergehäuse 3 durch die mehreren Lager 5 und 7 vorgesehen.
Ein Kompressorgehäuse 11 ist auf einer rechten Seite des Lagergehäuses 3 vorgesehen. Ein Kompressorrad 13, das gestaltet ist, um die Luft unter Verwendung einer Zentrifugalkraft zu komprimieren bzw. zu verdichten, ist innerhalb des Kompressorgehäuses 11 auf solch eine Weise vorgesehen, um um dessen Wellenmitte (eine Wellenmitte des Kompressorrads 13) C herum drehbar zu sein. Dieses Kompressorrad 13 ist einstückig mit einem rechten Endabschnitt der Rotorwelle 9 verbunden. Währenddessen weist das Kompressorrad 13 eine Kompressorscheibe 15 auf. Eine Nabenfläche 15h der Kompressorscheibe 15 erstreckt sich von der rechten Seite zu einer radial äußeren Seite (einer äußeren Seite in einer radialen Richtung des Kompressorrads 13). Darüber hinaus sind mehrere Kompressorschaufeln 17 an der Nabenfläche 15h der Kompressorscheibe 15 in Intervallen in einer Umfangsrichtung (einer Umfangsrichtung der Nabenfläche 15h der Kompressorscheibe 15) einstückig ausgebildet.
Ein Lufteinlassanschluss 19 zum Hereinnehmen der Luft in das Kompressorgehäuse 11 ist auf einer Einlassseite (einer stromaufwärtigen Seite hinsichtlich einer Hauptströmungsrichtung der Luft) des Kompressorrads 13 in dem Kompressorgehäuse 11 ausgebildet. Dieser Lufteinlassanschluss 19 ist mit einem Luftfilter (nicht gezeigt) verbindbar, der gestaltet ist, um die Luft zu filtern bzw. zu reinigen. Währenddessen ist ein ringförmiger Diffusordurchgang 21, der gestaltet ist, um die komprimierte Luft zu verstärken, auf einer Auslassseite (einer stromabwärtigen Seite hinsichtlich der Hauptströmungsrichtung der Luft) des Kompressorrads 13 ausgebildet, der sich zwischen dem Lagergehäuse 3 und dem Kompressorgehäuse 11 befindet. Darüber hinaus ist ein Kompressorschneckendurchgang 23 in einer Schneckenform innerhalb des Kompressorgehäuses 11 ausgebildet. Dieser Kompressorschneckendurchgang 23 steht mit dem Diffusordurchgang 21 in Verbindung. Außerdem ist ein Luftabgabeanschluss 25 zum Abgeben der komprimierten Luft zu der Außenseite des Kompressorgehäuses 11 an einer geeigneten Position des Kompressorgehäuses 11 ausgebildet. Dieser Luftabgabeanschluss 25 ist mit einem Lufteinlasskrümmer (nicht gezeigt) der Maschine verbindbar.
Im vorliegenden Fall ist eine ringförmige Dichtplatte 27, die gestaltet ist, um eine Leckage bzw. ein Austreten der komprimierten Luft zu den axialen Lagern 7 hin niederzuhalten, an einem rechten Seitenabschnitt des Lagergehäuses 3 vorgesehen.
Wie in 2 und 7 gezeigt ist, ist ein Turbinengehäuse 29 auf einer linken Seite des Lagergehäuses 3 vorgesehen. Ein Turbinenrad 31, das gestaltet ist, um eine Drehkraft unter Verwendung der Druckenergie des Abgases zu erzeugen, ist innerhalb des Turbinengehäuses 29 auf solch eine Weise vorgesehen, um um dessen Wellenmitte (eine Wellenmitte des Turbinenrads 31) C herum drehbar zu sein. Dieses Turbinenrad 31 ist einstückig mit einem linken Endabschnitt der Rotorwelle 9 verbunden. Währenddessen weist das Turbinenrad 31 eine Turbinenscheibe 33 auf. Eine Nabenfläche 33h dieser Turbinenscheibe 33 erstreckt sich von der linken Seite (eine Seite in der axialen Richtung) zu einer Außenseite in einer radialen Richtung (einer Außenseite in der radialen Richtung des Turbinenrads 31). Darüber hinaus sind mehrere Turbinenschaufeln 35 einstückig an der Nabenfläche 33h der Turbinenscheibe 33 in Intervallen bzw. Abständen in einer Umfangsrichtung (einer Umfangsrichtung der Nabenfläche 33h der Turbinenscheibe 33) ausgebildet.
Ein Gaseinlassanschluss 37 zum Hereinnehmen von Abgas in das Turbinengehäuse 29 ist an einer geeigneten Position des Turbinengehäuses 29 ausgebildet. Dieser Gaseinlassanschluss 37 ist mit einem Abgaskrümmer (nicht gezeigt) der Maschine verbindbar. Darüber hinaus ist ein Turbinenschneckendurchgang 39 in einer Schneckenform auf einer Einlassseite (einer stromaufwärtigen Seite hinsichtlich einer Hauptströmungsrichtung des Abgases) des Turbinenrads 31 innerhalb des Turbinengehäuses 29 ausgebildet. Dieser Turbinenschneckendurchgang 39 steht mit dem Gaseinlassanschluss 37 in Verbindung. Außerdem ist ein Gasabgabeanschluss 41 zum Abgeben des Abgases auf einer Auslassseite (einer stromabwärtigen Seite hinsichtlich einer Strömungsrichtung des Abgases) des Turbinenrads 31 in dem Turbinengehäuse 29 ausgebildet. Dieser Gasabgabeanschluss 41 ist mit einem Katalysator (nicht gezeigt) durch ein Verbindungsrohr bzw. eine Verbindungsleitung (nicht gezeigt) verbindbar.
Der Turbolader 1 mit variabler Geometrie ist mit einer variablen Düseneinheit 43 ausgerüstet, die gestaltet ist, um einen Durchgangsbereich bzw. eine Durchgangsfläche für (eine Strömungsrate von) das Abgas (dem Abgas) einzustellen, um zu der Seite des Turbinenrads 31 hin zugeführt zu werden. Details einer Konfiguration dieses Turboladers 1 mit variabler Geometrie sind wie nachfolgend beschrieben.
Wie in 1, 2 und 6(a) und 6(b) gezeigt ist, ist innerhalb des Turbinengehäuses 29 ein erster Düsenring 45, der als ein ringförmiges erstes Wandbauteil dient, konzentrisch zu dem Turbinenrad 31 angeordnet. Darüber hinaus ist ein ringförmiger Passvorsprung 47 auf einer rechten Fläche des ersten Düsenrings 45 in solch einer Weise ausgebildet, um nach rechts hin vorzuragen. Dieser Passvorsprung 47 wird in einem Zustand eines in einen ringförmigen Stützabschnitt 49 Gepasstseins gestützt, der auf einer linken Fläche des Lagergehäuses 3 ausgebildet ist. Ferner sind mehrere Stützlöcher 51 durchdringend in dem ersten Düsenring 45 in regulären Intervallen bzw. regelmäßigen Abständen in einer Umfangsrichtung ausgebildet (in einer durchdringenden Art und Weise ausgebildet). Außerdem sind mehrere Führungsklauen 53 in Abständen in einer Umfangsrichtung (einer vorbestimmten Umfangsrichtung) an bzw. auf dem Passvorsprung 47 des ersten Düsenrings 45 ausgebildet. Jede Führungsklaue 53 weist eine Führungsnut 55 mit einem U-förmigen Querschnitt auf, die sich auf einer Führungsendseite (einer äußeren Seite in der radialen Richtung) befindet.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, ist an einer Position, die sich entfernt von und gegenüberliegend zu dem ersten Düsenring 45 in einer Rechts-Links-Richtung (der axialen Richtung des Turbinenrads 31) befindet, ein zweiter Düsenring 57 vorgesehen, der als ein ringförmiges zweites Wandbauteil dient, einstückig und konzentrisch zu dem ersten Düsenring über bzw. durch mehrere (zumindest drei) Verbindungsstifte 59, die in einer Umfangsrichtung (einer vorbestimmten Umfangsrichtung) angeordnet sind. Im vorliegenden Fall haben die mehreren Verbindungsstifte 59 eine Funktion, um einen Raum zwischen einer gegenüberliegenden Fläche (einer linken Fläche) des ersten Düsenrings 45 und einer gegenüberliegenden Fläche (einer rechten Fläche) des zweiten Düsenrings 57 einzustellen. Im vorliegenden Fall, wie in PTL 1 und PTL 2 gezeigt ist, die vorangehend diskutiert sind, kann der zweite Düsenring 57 mit einem zylindrischen Hüllabschnitt bzw. Ummantelungsabschnitt (nicht gezeigt) versehen sein, der Spitzen 35t der mehreren Turbinenschaufeln 35 abdeckt.
Mehrere variable Düsen 61 sind zwischen der gegenüberliegenden Fläche des ersten Düsenrings 45 und der gegenüberliegenden Fläche des zweiten Düsenrings 57 angeordnet und in regelmäßigen Abständen in einer Umfangsrichtung (einer vorbestimmten Umfangsrichtung) in solch einer Weise, um das Turbinenrad 31 zu umgeben. Währenddessen ist jede variable Düse 61 in einer Vorwärts- und Rückwärtsrichtung (Öffnungs- und Schließrichtung) um eine Wellenmitte (eine Wellenmitte der variablen Düse 61) herum drehbar, die parallel zu der Wellenmitte C des Turbinenrads 31 ist. Darüber hinaus ist eine Düsenwelle 63 einstückig an einer rechten Fläche (einer Seitenfläche auf einer Seite in der axialen Richtung) von jeder variablen Düse 61 ausgebildet. Jede Düsenwelle 63 ist drehbar gestützt durch das entsprechende Stützloch 51 in dem ersten Düsenring 45. Obwohl die mehreren variablen Düsen 61 in regelmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, können die variablen Düsen 61 in unregelmäßigen Intervallen stattdessen angeordnet sein. Während jede variable Düse 61 mit einer Düsenwelle 63 versehen ist, kann eine andere Düsenwelle (nicht gezeigt) ebenfalls einstückig auf einer linken Fläche (einer Seitenfläche auf einer anderen Seite in der axialen Richtung) von jeder variablen Düse 61 ausgebildet sein. In diesem Fall wären die anderen Düsenwellen durch andere Stützlöcher (nicht gezeigt) jeweils in dem zweiten Düsenring 57 drehbar gestützt.
Eine ringförmige Verbindungskammer 65 ist definiert und auf einer entgegengesetzten Flächenseite (der rechten Flächenseite) von der gegenüberliegenden Fläche des ersten Düsenrings 45 ausgebildet. Ein Verbindungsmechanismus 67 zum Drehen der mehreren variablen Düsen 61 synchron in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung (der Öffnungs- und Schließrichtung) ist innerhalb dieser Verbindungskammer 65 angeordnet. Eine spezifische Konfiguration des Verbindungsmechanismus 67 ist wie nachfolgend beschrieben.
Wie in 1, 2 und 6 gezeigt ist, ist ein Antriebsring 69 an den Führungsnuten 55 der mehreren Führungsklauen 53 des ersten Düsenrings 45 in solch einer Weise vorgesehen, um in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung um die Wellenmitte C des Turbinenrads 31 (der Wellenmitte des ersten Düsenrings 45) herum drehbar zu sein. Im vorliegenden Fall ist der Antriebsring 69 gestaltet, um in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung durch den Antrieb eines Drehaktors 71, wie zum Beispiel einem Elektromotor und einem Membranaktor, gedreht zu werden. Darüber hinaus sind mehrere (in der gleichen Anzahl wie die variablen Düsen 61) Eingriffsvertiefungen (Eingriffsabschnitte) 73 in dem Antriebsring 69 in solch einer Weise ausgebildet, um auswärts in der radialen Richtung vertieft zu sein und sich in regelmäßigen Abständen in einer Umfangsrichtung (einer Umfangsrichtung des Antriebsrings 69) zu befinden. An einer geeigneten Position des Antriebsrings 69 ist eine unterschiedliche Eingriffsvertiefung (ein anderer Eingriffsabschnitt) 75 in solch einer Weise ausgebildet, um in der radialen Richtung auswärts vertieft zu sein. Darüber hinaus sind Basisabschnitte von Düsenverbindungsbauteilen 77 einstückig mit den Düsenwellen 63 der entsprechenden variablen Düsen 61 verbunden. Ein Führungsendabschnitt von jedem Düsenverbindungsbauteil 77 ist mit der entsprechenden Eingriffsvertiefung 73 in dem Antriebsring 69 in Eingriff. Im vorliegenden Fall kann der Antriebsring 69 in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung drehbar an einem Führungsring (nicht gezeigt) vorgesehen sein, der auf der entgegengesetzten Fläche von der gegenüberliegenden Fläche des ersten Düsenrings 45 angeordnet ist, wie in PTL 1 und PTL 2 gezeigt ist, anstelle eines in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung der Führungsnuten 55 der mehreren Führungsklauen 53 des ersten Düsenrings 45 drehbar Angeordnetseins. Der Verbindungsmechanismus 67 kann auf einer entgegengesetzten Flächenseite (einer linken Flächenseite) von der gegenüberliegenden Fläche des zweiten Düsenrings 57 angeordnet sein, anstelle eines Angeordnetseins auf der entgegengesetzten Flächenseite (innerhalb der Verbindungskammer 65) von der gegenüberliegenden Fläche des ersten Düsenrings 45. Falls die mehreren variablen Düsen 61 in unregelmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, dann werden die mehreren Eingriffsvertiefungen 73 in unregelmäßigen Abständen angeordnet sein.
Eine Antriebswelle 79 ist an einem linken Seitenabschnitt des Lagergehäuses 3 in solch einer Weise vorgesehen, um durch eine Buchse 81 um eine Wellenmitte (eine Wellenmitte der Antriebswelle 79) herum drehbar zu sein, die parallel zu der Wellenmitte des Turbinenrads 31 ist. Ein Endabschnitt (ein rechter Endabschnitt) von dieser Antriebswelle 79 ist mit dem Drehaktor 71 durch einen Kraftübertragungsmechanismus 83 verbunden. Währenddessen ist ein Basisendabschnitt eines Antriebsverbindungsbauteils 85 einstückig mit einem anderen Endabschnitt (einem linken Endabschnitt) der Antriebswelle 79 verbunden. Ein Führungsendabschnitt von diesem Antriebsverbindungsbauteil 85 ist mit der unterschiedlichen Eingriffsvertiefung 75 in dem Antriebsring 69 in Eingriff.
Wie in 1, 2 und 3(a) und 3(b) gezeigt ist, ist ein Stützring (ein ringförmiges Stützbauteil) 87 mit einem Durchmesser, der größer als ein Außendurchmesser des ersten Düsenrings 45 ist, an der entgegengesetzten Fläche (der rechten Fläche) von der gegenüberliegenden Fläche des ersten Düsenrings 45 vorgesehen. Darüber hinaus ist ein innerer Randabschnitt des Stützrings 87 mit dem ersten Düsenring 45 durch ein Nieten von einen Endabschnitten (rechten Endabschnitte) der mehreren Verbindungsstifte 59 verbunden. Außerdem sind mehrere mit dem ersten Düsenring 45 zu verbindende Verbindungsstücke 89 an dem inneren Randabschnitt des Stützrings 87 in solch einer Art und Weise ausgebildet, um radial einwärts und in Abständen in einer Umfangsrichtung (einer Umfangsrichtung des Stützrings 87) vorzuragen. Ein Stiftloch 91 zum Ermöglichen eines Einsetzens eines linken Endabschnitts des entsprechenden Verbindungsstifts 59 ist in jedem Verbindungsstück 89 durchdringend ausgebildet. Darüber hinaus ist ein äußerer Randabschnitt des Stützrings 87 an dem Lagergehäuse 3 in einem Zustand angebracht, in dem er in Zusammenarbeit mit dem Turbinengehäuse 29 dazwischen liegt. Eine Verschiebung (geringfügige Bewegung) in der radialen Richtung hinsichtlich des Lagergehäuses 3 ist erlaubt. Im vorliegenden Fall kann der äußere Randabschnitt des Stützrings 87 an dem Lagergehäuse 3 unter Verwendung einer Anbringungsschraube bzw. Befestigungsschraube (nicht gezeigt) angebracht sein anstelle eines Angebrachtseins in dem Zustand, in dem er in Zusammenarbeit mit dem Turbinengehäuse 29 dazwischen liegt.
Wie in 1, 3(a) und 3(b), und 4(a) gezeigt ist, ist der Stützring 87 mit absorbierenden Mitteln bzw. einer Absorptionseinrichtung zum Absorbieren einer Differenz in einer Wärmeausdehnung in der radialen Richtung zwischen dem ersten Düsenring 45 und dem Stützring 87 versehen (einer Differenz zwischen einer Wärmeausdehnung in der radialen Richtung des ersten Düsenrings 45 und einer Wärmeausdehnung in der radialen Richtung des Stützrings 87), die einer Differenz in einer Umgebungstemperatur dazwischen zugeordnet wird (einer Differenz zwischen einer Gastemperatur um den ersten Düsenring 45 herum und einer Gastemperatur um den Stützring 87 herum), wenn der Turbolader 1 mit variabler Geometrie in Betrieb ist. Insbesondere ist jedes Stiftloch 91 in dem Stützring 87 (das Stiftloch 91 in jedem Verbindungsstück 89) in einer länglichen Form ausgebildet, die sich in der radialen Richtung des Stützrings 87 erstreckt. Die Form (Öffnungsform) von jedem Stiftloch 91 in dem Stützring 87 zeigt eine ovale Form. Währenddessen ist eine Unterlegscheibe 95 zwischen einem Rand von jedem Stiftloch 91 in dem Stützring 87 und einem Nietkopf 93 (ein Beispiel eines Verbindungsabschnitts) vorgesehen, der durch ein Verbinden des einen Endabschnitts des entsprechenden Verbindungsstifts 59 bewerkstelligt bzw. erreicht wird. Im vorliegenden Fall kann anstelle einer Form von jedem Stiftloch 91 in dem Stützring 87, das die ovale Form zeigt, das Stiftloch 91 in einer Langlochform mit zwei parallelen langen Seiten ausgebildet sein, wie in 4(b) gezeigt ist. In jedem Fall ist das Stiftloch 91 gestaltet, um eine längliche Form zu haben, um so als das Absorptionsmittel bzw. die Absorptionseinrichtung zu wirken, mit dessen Hauptachse, die in einer Richtung orientiert ist (typischerweise der radialen Richtung BD), die die Umfangsrichtung CD schneidet. Obwohl eine Darstellung weggelassen ist, kann jedes Stiftloch 91 in dem Stützring 87 hinsichtlich der radialen Richtung geneigt sein, solange sich das Stiftloch 91 von der Innenrandabschnittsseite (einer Innenumfangsrandabschnittsseite) zu der Außenrandabschnittsseite (einer Außenumfangsrandabschnittsseite) des Stützrings 87 hin erstreckt. Ferner kann die Unterlegscheibe 95 die Form von einer beliebigen von einer kreisförmigen Form, einer viereckigen Form und einer dreieckigen Form einnehmen. Ein Einschnitt (ein Schnitt) kann an einem Teil der Unterlegscheibe 95 vorgesehen sein. Die Unterlegscheibe 95 muss nicht lediglich zwischen dem Stützring 87 und den Nietköpfen 93 der Verbindungsstifte 59 vorgesehen sein, sondern kann auch zwischen dem Stützring 87 und dem ersten Düsenring 45 vorgesehen sein.
Wie in 2 und 3(a) und 3(b) gezeigt ist, ist ein unstetiger bzw. nicht stetiger ringförmiger Verbindungsdurchgang 97 zwischen den Verbindungsstücken 89 benachbart zueinander in einer Umfangsrichtung (einer Umfangsrichtung des Stützrings 87) auf einer Innenseite (einer Innenumfangsflächenseite) des Stützrings 87 ausgebildet, um so eine Verbindung bzw. Kommunikation zwischen dem Turbinenschneckendurchgang 39 und der Verbindungskammer 65 zu etablieren. Mit anderen Worten steht die entgegengesetzte Fläche (die rechte Flächenseite) von der gegenüberliegenden Fläche des ersten Düsenrings 45 mit dem Turbinenschneckendurchgang 39 durch den Verbindungsdurchgang 97 und die Verbindungskammer 65 in Verbindung.
Wie in 2 gezeigt ist, ist eine ringförmige Hitzeschildplatte bzw. Wärmeabschirmplatte 101 zum Abschirmen von Wärme von der Seite des Turbinenrads 31 aus an einem ringförmigen Vorsprung 99 vorgesehen und daran gepasst, der an einem inneren Randabschnitt bzw. Innenrandabschnitt des Stützabschnitts 49 des Lagergehäuses 3 in solch einer Weise ausgebildet ist, um nach links hin vorzuragen. Währenddessen ist ein ringförmiger Passstufenabschnitt 103 an einem äußeren Randabschnitt bzw. Außenrandabschnitt (einem Außenumfangsrandabschnitt) der Wärmeabschirmplatte 101 in solch einer Weise ausgebildet, um in der radialen Richtung einwärts zurückzuspringen. Dieser Passstufenabschnitt 103 ist an einen Innenrandabschnitt des ersten Düsenrings 45 gepasst. Darüber hinaus gibt es auf einer rechten Seite der Wärmeabschirmplatte 101 an dem Vorsprung 99 des Lagergehäuses 3 eine Scheibenfeder 105, die gestaltet ist, um den ersten Düsenring 45 nach links hin vorzuspannen, um den Passstufenabschnitt 103 der Wärmeabschirmplatte 101 und den Innenrandabschnitt des ersten Düsenrings 45 pressend zu verbinden (in Kontakt zu bringen, während ein Druck darauf aufgebracht wird). Ferner sind mehrere Dichtringe 107, die eine Leckage bzw. ein Austreten des Abgases von der entgegengesetzten Flächenseite (der linken Flächenseite) von der gegenüberliegenden Fläche des zweiten Düsenrings 57 unterdrücken, zwischen einer Innenumfangsfläche des zweiten Düsenrings 57 und einer geeigneten Position des Turbinengehäuses 29 vorgesehen.
Nachfolgend wird der Betrieb und die Wirkung bzw. der Effekt der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Das Abgas wird von dem Gaseinlassanschluss 37 aus hereingenommen und strömt von der Einlassseite zu der Auslassseite des Turbinenrads 31 durch den Turbinenschneckendurchgang 39. Auf diese Weise wird eine drehende Kraft bzw. Drehkraft unter Verwendung der Druckenergie des Abgases erzeugt, so dass die Rotorwelle 9 und das Kompressorrad 13 einstückig mit dem Turbinenrad 31 gedreht werden können. Dementsprechend kann die Luft, die von dem Lufteinlassanschluss 19 aus hereingenommen wird, komprimiert und von dem Luftabgabeanschluss 25 durch den Diffusordurchgang 21 und den Kompressorschneckendurchgang 23 aus abgegeben werden und die zu der Maschine zuzuführende Luft kann entsprechend aufgeladen (komprimiert bzw. verdichtet) werden.
Falls die Anzahl von Umdrehungen der Maschine hoch ist und eine Strömungsrate des Abgases hoch ist, wenn der Turbolader 1 mit variabler Geometrie in Betrieb ist, werden die mehreren variablen Düsen 61 in der Vorwärtsrichtung (der Öffnungsrichtung) synchron gedreht, während der Verbindungsmechanismus 67 unter Verwendung des Drehaktors 71 betätigt wird. Daher ist es möglich, eine große Menge des Abgases durch ein Erhöhen bzw. Vergrößern des Durchgangsbereichs bzw. der Durchgangsfläche (der Halsfläche) für das zu der Seite des Turbinenrads 31 zuzuführende Abgas zuzuführen. Andererseits, falls die Anzahl der Umdrehungen der Maschine gering ist und die Strömungsrate des Abgases gering ist, werden die mehreren variablen Düsen 61 in der Rückwärtsrichtung (der Schließrichtung) synchron gedreht, während der Verbindungsmechanismus 67 unter Verwendung des Drehaktors 71 betätigt wird. Daher ist es möglich, eine Strömungsgeschwindigkeit des Abgases durch ein Reduzieren des Durchgangsbereichs bzw. der Durchgangsfläche für das zu der Seite des Turbinenrads 31 zuzuführende Abgas zu erhöhen und um eine ausreichende Leistungsausgabe von dem Turbinenrad 31 zu gewährleisten. Als eine Folge kann das Turbinenrad 31 die Drehkraft ausreichend und stabil ungeachtet dessen erzeugen, ob die Strömungsrate des Abgases hoch oder niedrig ist (gewöhnlicher Betrieb des Turboladers 1 mit variabler Geometrie).
Jedes Stiftloch 91 in dem Stützring 87 ist ausgebildet, um sich von der Innenrandabschnittsseite zu der Außenrandabschnittsseite des Stützrings 87 hin zu erstrecken. Entsprechend, falls die Differenz in der Wärmeausdehnung in der radialen Richtung zwischen dem ersten Düsenring 45 und dem Stützring 87 auftritt, wenn der Turbolader 1 mit variabler Geometrie in Betrieb ist, bewegt sich jeder Verbindungsstift 59 (der eine Endabschnitt des Verbindungsstifts 59) (bewegt sich geringfügig) relativ zu dem Stützring 87 und entlang des Stiftlochs 91 in dem entsprechenden Verbindungsstück 89 des Stützrings 87. Insbesondere, da die Unterlegscheibe 95 zwischen dem Rand von jedem Stiftloch 91 in dem Stützring 87 und dem Nietkopf 93 des entsprechenden Verbindungsstifts 59 vorgesehen ist, ist es möglich, die Bewegung des Verbindungsstifts 59 relativ zu dem Stützring 87 zu stabilisieren oder eine Rückhaltekraft des Stützrings 87 unter Verwendung des Verbindungsstifts 59 in dem vorangehend genannten Fall zu stabilisieren. Daher ist es möglich, die Differenz in der Wärmeausdehnung in der radialen Richtung zwischen dem ersten Düsenring 45 und dem Stützring 87 zu absorbieren und dementsprechend eine Wärmedeformation bzw. eine thermische Deformation des ersten Düsenrings 45 ausreichend und stabil zu unterdrücken, so dass die gegenüberliegende Fläche des ersten Düsenrings 45 hinsichtlich der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung geneigt wird, wenn der Turbolader 1 mit variabler Geometrie in Betrieb ist.
Da die Seite der gegenüberliegenden Fläche von der gegenüberliegenden Fläche des ersten Düsenrings 45 mit dem Turbinenschneckendurchgang 39 in Verbindung steht, ist es möglich, einen Druck, der auf eine Endfläche der Düsenwelle 63 von jeder variablen Düse 61 wirkt, zu erhöhen, wenn der Turbolader 1 mit variabler Geometrie in Betrieb ist, wodurch jede variable Düse 61 näher an die Seite der gegenüberliegenden Fläche des zweiten Düsenrings 57 gebracht wird (charakteristischer Betrieb des Turboladers 1 mit variabler Geometrie).
Deshalb ist es gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, die thermische Deformation des ersten Düsenrings 45 ausreichend und stabil zu unterdrücken, so dass die gegenüberliegende Fläche des ersten Düsenrings 45 hinsichtlich der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung geneigt wird, wenn der Turbolader 1 mit variabler Geometrie in Betrieb ist, und dementsprechend einen düsenseitigen Abstand bzw. Spielraum so weit wie möglich zu minimieren, während ein Parallelismus zwischen der gegenüberliegenden Fläche des ersten Düsenrings 45 und der gegenüberliegenden Fläche des zweiten Düsenrings 57 ausreichend gewährleistet wird, wenn der Turbolader 1 mit variabler Geometrie in Betrieb ist. Als eine Folge ist es gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, eine Betriebsstabilität der mehreren variablen Düsen 61 beizubehalten, eine Zuverlässigkeit der variablen Düseneinheit 43 und des Turboladers 1 mit variabler Geometrie zu gewährleisten und eine Leckströmung von dem düsenseitigen Abstand bzw. Spielraum aus zu reduzieren, wodurch eine Turbineneffizienz des Turboladers 1 mit variabler Geometrie verbessert wird.
Insbesondere kann jede variable Düse 61 näher an die Seite der gegenüberliegenden Fläche des zweiten Düsenrings 57 gebracht werden, wenn der Turbolader 1 mit variabler Geometrie in Betrieb ist. Daher ist es möglich, eine Leckströmung von einem Spalt zwischen der linken Fläche von jeder variablen Düse 61 und der gegenüberliegenden Fläche des zweiten Düsenrings 57 zu unterdrücken und eine Strömung des Abgases entlang Abschnitten nahe der Spitzen 35t der Turbinenschaufeln 35 (Abschnitten, die sich von einer Seite mittlerer Spannweite zu den Spitzen 35t hin erstrecken) zu stabilisieren, wodurch die Turbineneffizienz des Turboladers 1 mit variabler Geometrie weiter verbessert wird.
(Modifiziertes Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung) Anstelle eines Verwendens des Stützrings 87 (siehe 1) als den Bestandteil der variablen Düseneinheit 43 (siehe 1) kann ein unterschiedlicher Stützring 87A verwendet werden, wie in 8 gezeigt ist. Der Stützring 87A hat eine Konfiguration ähnlich zu jener des Stützrings 87. Eine Beschreibung wird nachfolgend lediglich von Abschnitten einer Konfiguration des Stützrings 87A gegeben, welche verschieden von jenen der Konfiguration des Stützrings 87 sind. Es sei vermerkt, dass Elemente unter mehreren Bestandteilen in dem Stützring 87A, welche den Elementen unter jenen in dem Stützring 87 entsprechen, durch die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen bezeichnet werden.
Wie in 8, 9(a) und 9(b) und 10(a) gezeigt ist, ist hinsichtlich des Stützrings 87A jedes Stiftloch 91 in dem Stützring 87A in einem runden Loch ausgebildet. Außerdem ist ein Schlitz 109 zum Absorbieren einer Differenz in einer Wärmeausdehnung in einer radialen Richtung, welche einer Differenz in einer Umgebungstemperatur (einer Differenz in einer Umgebungsgastemperatur) zwischen dem ersten Düsenring 45 und dem Stützring 87 zuzurechnen ist, wenn der Turbolader 1 mit variabler Geometrie in Betrieb ist, auf einer Außenseite in der radialen Richtung von jedem Stiftloch 91 in dem Stützring 87A ausgebildet. Jeder Schlitz 109 erstreckt sich in der Umfangsrichtung. Währenddessen, wie in 10(b) gezeigt ist, kann ein Endabschnitt von jedem Schlitz 109 in dem Stützring 87A zu einer Innenrandabschnittsseite des Stützrings 87A hin geöffnet werden (stetig dazu gemacht sein). Ferner kann zusätzlich zu der Ausbildung des Schlitzes 109 auf der Außenseite in der radialen Richtung von jedem Stiftloch 91 in dem Stützring 87A ein anderer Schlitz (nicht gezeigt) auf einer Innenseite in der radialen Richtung von jedem Stiftloch 91 in dem Stützring 87A ausgebildet sein. Es sei vermerkt, dass die Position zum Ausbilden des Schlitzes 109 in dem Stützring 87A nicht auf die Außenseite in der radialen Richtung oder die Innenseite in der radialen Richtung von jedem Stiftloch 91 beschränkt ist, sondern zu einer unterschiedlichen Position hin geändert werden kann, solange die Position jedem Stiftloch 91 entspricht. Ähnlicherweise können die Länge, Breite und Form von jedem Schlitz 109 in dem Stützring 87A je nach Bedarf ebenfalls geändert werden.
Gemäß dem modifizierten Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Schlitz 109 als das absorbierende Mittel bzw. die Absorptionseinrichtung an der Position ausgebildet, die jedem Stiftloch 91 entspricht, der Position, wie zum Beispiel der Außenseite in der radialen Richtung von jedem Stiftloch 91 in dem Stützring 87A. Daher, falls eine Differenz in einer Wärmeausdehnung in der radialen Richtung zwischen dem ersten Düsenring 45 und dem Stützring 87 auftritt, wenn der Turbolader 1 mit variabler Geometrie in Betrieb ist, ist es möglich, die Differenz in der Wärmeausdehnung in der radialen Richtung zwischen dem ersten Düsenring 45 und dem Stützring 87 zu absorbieren. Zum Beispiel, wenn der Schlitz 109 auf der äußeren Seite in der radialen Richtung von jedem Stiftloch 91 in dem Stützring 87A ausgebildet ist, kann die Differenz in einer Wärmeausdehnung in der radialen Richtung zwischen dem ersten Düsenring 45 und dem Stützring 87 absorbiert werden, während eine Steifigkeit des gesamten Stützrings 87A ausreichend beibehalten wird. Als eine Folge, wenn der Turbolader 1 mit variabler Geometrie in Betrieb ist, ist es möglich, die thermische Deformation des ersten Düsenrings 45 ausreichend zu unterdrücken, so dass die gegenüberliegende Fläche des ersten Düsenrings 45 hinsichtlich der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung geneigt wird.
Entsprechend kann das modifizierte Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Effekt ähnlich zu jenem der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die vorangehend beschrieben ist, erreichen.
Es soll vermerkt sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorangehend beschriebene Ausführungsform begrenzt ist, sondern in verschiedenen anderen Aspekten verkörpert werden kann. Außerdem ist der Schutzumfang, der durch die vorliegende Erfindung umfasst ist, nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
In einer variablen Düseneinheit ist an einer Position, die sich in einer Rechts-Links-Richtung entfernt von und gegenüberliegend zu einem ersten Düsenring befindet, ein zweiter Düsenring einstückig mit dem ersten Düsenring durch mehrere Verbindungsstifte vorgesehen, die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind. Ein innerer Randabschnitt eines Stützrings ist mit dem ersten Düsenring durch ein Nieten von einen Endabschnitten der mehreren Verbindungsstifte verbunden. Jedes Stiftloch in dem Stützring ist in solch einer Form ausgebildet, die sich in einer radialen Richtung des Stützrings erstreckt. Eine Unterlegscheibe ist zwischen einem Rand von jedem Stiftloch in dem Stützring und einem Nietkopf vorgesehen, der durch ein Fügen bzw. Verbinden des Endabschnitts des entsprechenden Verbindungsstifts hergestellt ist.

Claims

Variable Düseneinheit, die gestaltet ist, um einen Durchgangsbereich für ein zu einer Turbinenradseite eines Turboladers mit variabler Geometrie zuzuführendes Abgas einzustellen, die Folgendes aufweist: ein ringförmiges erstes Wandbauteil, das innerhalb eines Turbinengehäuses des Turboladers mit variabler Geometrie und konzentrisch zu dem Turbinenrad angeordnet ist; ein ringförmiges zweites Wandbauteil, das einstückig mit dem ersten Wandbauteil an einer Position, die in einer axialen Richtung entfernt von dem ersten Wandbauteil und gegenüber davon befindet, unter Verwendung einer Vielzahl von Verbindungsstiften vorgesehen ist, die in Abständen in einer Umfangsrichtung angeordnet sind; eine Vielzahl von variablen Düsen, die zwischen einer gegenüberliegenden Fläche des ersten Wandbauteils und einer gegenüberliegenden Fläche des zweiten Wandbauteils in Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei jede variable Düse in einer Vorwärts- und Rückwärtsrichtung um eine Wellenmitte herum drehbar ist, die parallel zu einer Wellenmitte des Turbinenrads ist; einen Verbindungsmechanismus, der gestaltet ist, um die Vielzahl von variablen Düsen synchron zu drehen; und einen Stützring, der durch ein Verbinden von einen Endabschnitten der Vielzahl von Verbindungsstiften verbunden wird, wobei der Stützring eine Vielzahl von Stiftlöchern aufweist, um ein Einsetzen von den einen Endabschnitten von der Vielzahl von Verbindungsstiften jeweils zu erlauben, wobei die Stiftlöcher in Abständen in der Umfangsrichtung durchdringend ausgebildet sind, wobei der Stützring mit einer Absorptionseinrichtung zum Absorbieren einer Differenz in einer Wärmeausdehnung in einer radialen Richtung zwischen dem ersten Wandbauteil und dem Stützring ausgerüstet ist, wenn der Turbolader mit variabler Geometrie in Betrieb ist.
Variable Düseneinheit nach Anspruch 1, wobei jedes Stiftloch als die Absorptionseinrichtung in dem Stützring in einer Form ausgebildet ist, die sich von einer inneren Randabschnittsseite zu einer äußeren Randabschnittsseite des Stützrings hin erstreckt.
Variable Düseneinheit nach Anspruch 2, wobei eine Unterlegscheibe (95) zwischen einem Rand von jedem Stiftloch in dem Stützring und einem Verbindungsabschnitt vorgesehen ist, der durch ein Verbinden von dem einen Endabschnitt des entsprechenden Verbindungsstifts hergestellt ist.
Variable Düseneinheit nach Anspruch 1, wobei ein Schlitz als die Absorptionseinrichtung an einer Position ausgebildet ist, die jedem Stützloch in dem Stützring entspricht.
Variable Düseneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Vielzahl von Stützlöchern in dem ersten Wandbauteil in Abständen in der Umfangsrichtung durchdringend ausgebildet sind, eine Düsenwelle von jeder variablen Düse durch ein entsprechendes von den Stützlöchern in dem ersten Wandbauteil drehbar gestützt ist, und eine entgegengesetzte Flächenseite von der gegenüberliegenden Fläche des ersten Wandbauteils mit einem Turbinenschneckendurchgang des Turbinengehäuses in Verbindung steht.
Turbolader mit variabler Geometrie, der gestaltet ist, um zu einer Maschinenseite zuzuführende Luft unter Verwendung einer Energie eines Abgases von der Maschine zu komprimieren, der Folgendes aufweist: die variable Düseneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5.