JP2009524773A - ウェーブスプリングを用いたｖｔｇ機構組立体 - Google Patents

Abstract

本発明は、可変タービンジオメトリを組み込んだターボチャージャユニット（１０）である。このユニット（１０）は、エンジンからの排気ガスを受け入れるタービンを有し、タービンは、タービンハウジング（１２）内に配置されるタービンホイール（１４）と、タービンハウジング（１２）に連結される中間ハウジング（２４）とを備え、中間ハウジング（２４）は窪み部分（２８）を有する。スプリング部材がこの窪み部分（２８）内に配置され、熱遮蔽（３２）が、そのスプリング部材から印加力を受ける。また、タービンハウジング（１２）内の第１ディスク（３４）と第２ディスク（４０）との間に、可変タービンジオメトリを提供するカートリッジ（３６）が配置される。第２ディスク（４０）は、輪郭を付けられたスリーブ（２６）によって、タービンハウジング（１２）と接触して保持される。熱遮蔽（３２）がスプリング部材から受ける印加力が、第１ディスク（３４）、カートリッジ（２６）および第２ディスク（４０）を経て伝達され、カートリッジ（３６）をタービンホイール（１４）と最も近い位置関係に位置決めする。

Description

本出願は、２００６年１月２７日に出願された米国特許仮出願第６０／７６２，６６３号の利益を主張する。

本発明は、可変タービンジオメトリのターボチャージャと、タービンホイールに対する１組の羽根の位置決めと、羽根の適所への保持方法とに関する。

ターボチャージャは一般的に知られており、内燃機関およびディーゼルエンジンの両者において出力を高めるために用いられる。タービンへのエネルギー供給用として排気ガスが用いられ、タービンが、通常タービンと共通の軸上に取り付けられるコンプレッサを駆動する。コンプレッサは周囲大気から空気を取り入れてそれを圧縮し、その空気をエンジンの吸気マニホルドに強制的に送り込む。いくつかのターボチャージャにおいて一般的に用いられる１つの特徴が可変タービンジオメトリ（ＶＴＧ）の概念である。ＶＴＧの概念を採用するターボチャージャは、タービンを通って流れる排気ガスの量を変化させる能力を有し、エンジンの速度とは独立に排気ガスの流量を変えることができる。

ほとんどのＶＴＧターボチャージャ組立体はタービンハウジング内に配置される「カートリッジ」を用いており、カートリッジがタービンホイールを取り巻いている。カートリッジは、通常２つの金属リングから構成される円形の物体であり、その２つの金属リングが協同して一連の羽根を保持する。タービンホイールに対する羽根の角度を変えることができ、それによってタービンを通る排気ガスの流量を変化させる。現世代の乗用車のＶＴＧターボチャージャは、ターボチャージャの運転中カートリッジが適所に確実に留まるようにカートリッジに対してスプリングの荷重を付与するために、皿バネ（Ｂｅｌｌｅｖｉｌｌｅ−ｗａｓｈｅｒ）タイプの熱遮蔽を使用している。この熱遮蔽は本質的に２つの機能を遂行する。すなわち、その１つは、カートリッジを適所に保持することであり、もう１つは、排気ガスからの熱を逸らしてターボチャージャの種々の構成要素の損傷を防止することである。

熱遮蔽がカートリッジを適所に保持する機能を遂行する場合の１つの共通的な問題点は、熱遮蔽がエンジンからの高温の排気ガスと接触するので、熱遮蔽が弛緩し、その形状が損なわれる潜在的な可能性が存在するという点である。これは、タービンホイールが、ブレード間に扇形の凹陥部（スカラップ：ｓｃａｌｌｏｐ）を有する標準的なホイールである場合に最も頻繁に生起する。皿バネ形状の熱遮蔽が弛緩してその形状が損なわれると、カートリッジに印加される力の量が低下する可能性があり、従ってカートリッジがもはやタービンホイールに対するその正しい位置に保持されなくなることがある。

また、熱遮蔽は、タービンホイールとタービンホイールが取り付けられる軸を支持する軸受との間に位置する大きな間隙を占拠する。この大きな間隙が、ブレード間にスカラップを有する標準ホイールと共に用いられると効率が低下する。この間隙は、タービンホイールと熱遮蔽との間の圧力の低下によってピストンリングシールからのオイルの漏出させる可能性がある。また、この間隙のために、タービンホイールと軸を支持する軸受との間に比較的大きな距離が必要になる。これは、タービンホイールおよびタービンハウジング間の半径方向の隙間の増大が必要になることによって効率の損失を増大させ、かつ、軸受の不安定さを助長する結果をもたらす可能性がある。

従って、変形を避けるために排気ガスからの熱を遮断しながら、ＶＴＧタービンのカートリッジを適所に保持する手段の必要性が存在する。

本発明は、可変タービンジオメトリのターボチャージャのカートリッジを保持するためのスプリング部材を、熱遮蔽から分離した構成要素として有することによって、前記の問題点を克服する。このスプリング部材は、熱遮蔽に力を印加するのに用いられ、その力が、熱遮蔽を介して伝達され、タービンハウジング内においてカートリッジを適所に保持する。

従って、本発明は、可変タービンジオメトリを組み込んだターボチャージャユニットである。このユニットは、エンジンから排気ガスを受け入れるタービンを有し、タービンは、タービンハウジング内部に配置されるタービンホイールと、タービンハウジングに連結される中間ハウジングとを備え、中間ハウジングは窪み部分を有する。スプリング部材はこの窪み部分に配置され、熱遮蔽が、そのスプリング部材から印加力を受ける。また、タービンハウジング内の第１ディスクと第２ディスクとの間に、可変タービンジオメトリを提供するカートリッジが配置される。第２ディスクは、輪郭を付けられた（ｃｏｎｔｏｕｒｅｄ）スリーブによってタービンハウジングと接触して保持される。熱遮蔽がスプリング部材から受ける印加力は、第１ディスク、カートリッジおよび第２ディスクを経て伝達され、カートリッジをタービンホイールと最も近い位置関係に位置決めする。

熱遮蔽は、スプリング部材が排気ガスからの熱に曝露されるのを防ぎ、カートリッジは、タービンを通る排気ガスの流れを変えることができる羽根を含む。

本発明のさらなる応用分野は以下の詳細な説明から明らかになるであろう。以下の詳細な説明および特定の例は、本発明の好ましい実施形態を示しているが、例示目的用としてのみ意図されており、本発明の範囲を制限する意図を有しないことが理解されるべきである。

本発明は、以下の詳細説明および添付の図面からより完全に理解されるであろう。

好ましい実施形態に関する以下の説明は、本質的に単なる例示用のものであり、本発明、その用途または使用を制限する意図は些かも有していない。

本発明を組み込んだターボチャージャユニットが全体として符号１０で示される。タービンハウジング１２がタービンホイール１４を取り囲み、タービンホイール１４は軸１６に取り付けられ、軸１６は１組の軸受１８を貫通して延びており、その軸受１８によって支持される。軸受１８は、１次オイル流路２２に接続される１組のオイル流路２０を特徴とする。タービンハウジング１２は、１つのハウジングすなわち中間ハウジング２４に連結される。タービンハウジング１２は、タービンホイール１４の周囲を取り囲む輪郭を付けられた（ｃｏｎｔｏｕｒｅｄ）スリーブ２６を有する。

中間ハウジング２４は、スプリング部材を支持するための窪み部分２８を含む。この実施形態においては、スプリング部材はウェーブスプリング３０である。このウェーブスプリング３０は窪み部分２８と熱遮蔽３２との間に配置される。熱遮蔽３２はまた第１ディスク３４にも当接する。第１ディスク３４はカートリッジ３６に当接し、カートリッジ３６は、ターボチャージャユニット１０に流入する排気ガスの量を変えるように調整できる一連の羽根３８を備える。カートリッジ３６は、また、第２ディスク４０にも接触しており、第２ディスク４０は、輪郭を付けられたスリーブ２６によってタービンハウジング１２に当接する位置に保持される。

中間ハウジング２４は水冷ジャケット４２をも含んでおり、これは、水のような冷却液を、中間ハウジング２４を通して循環するのに用いられる。

運転においては、排気ガスがタービンハウジング１２に流入し、カートリッジ３６の羽根３８を通り抜ける。排気ガスの流れはタービンホイール１４を回転させ、これによって同様に軸１６の回転が生じる。軸１６はコンプレッサ（図示せず）に連結され、このコンプレッサが空気を圧縮し、その空気をエンジンの吸気マニホルドに強制的に送り込んで出力を増大させる。軸１６はオイルによって潤滑されるが、そのオイルは、第１次オイル流路２２からオイル流路２０に流入し、さらに軸１６に達する。ウェーブスプリング３０が熱遮蔽３２に力を印加し、熱遮蔽３２が第１ディスク３４に力を印加する。第１ディスク３４に印加される荷重は、カートリッジ３６にも、さらに第２ディスク４０にも印加される。ウェーブスプリング３０の機能は、本質的に、タービンハウジング１２への組み込み後のカートリッジ３６の位置を、印加される荷重を熱遮蔽３２、第１ディスク３４、カートリッジ３６および第２ディスク４０を介して伝達することによって適所に保持することにある。スプリング部材はウェーブスプリング３０に限定されないことに留意するべきである。すなわち、スプリング部材は、カートリッジ３６を適所に保持する能力がある任意のタイプのスプリングとすることができる。

排気ガスは、非常な高温でタービンハウジング１２を通って流れる。熱遮蔽３２は、ウェーブスプリング３０を排気ガスに直接曝露されることから保護し、それによって、ウェーブスプリング３０の変形を防止する。熱遮蔽３２は、また、軸１６を支持する軸受１８をタービンホイール１４に一層近い位置に配置することを可能にするという利点を提供すると同時に、水冷ジャケット４２を中間ハウジング２４内のタービンホイール１４に一層近い部分に形成することを可能にし、ターボチャージャユニット１０のより効率的な冷却を可能にする。

当業者は、以上の説明から、本発明の広範な教示を多様な形で実施し得ることを理解することができる。従って、本発明をその特定の実施例に関連して説明したが、本発明の真の範囲はそれに限定されるものではない。図面、明細書および特許請求の範囲を精査すれば、当業者には他の変形態も明らかになるからである。

本発明によるターボチャージャユニットの側面図である。 本発明によるターボチャージャユニットに用いられるウェーブスプリングの平面図である。

Claims (14)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングと作動可能に関係するタービンであり、排気ガスと接触するタービンと、
   前記ハウジングに配置されるスプリング部材と、
   前記ハウジングと作動可能に関係するカートリッジと、
   前記スプリング部材から印加力を受ける熱遮蔽であり、前記スプリング部材から前記熱遮蔽が受ける前記印加力が、前記カートリッジに伝達されて前記カートリッジを前記ハウジングに対して適所に保持する熱遮蔽であって、前記タービンを通って流れる排気ガスからの熱に前記スプリング部材が曝露されるのを防止して、前記スプリング部材が弛緩することを防ぐ熱遮蔽と、
   を含むターボチャージャユニット。
2. 中間ハウジングおよびタービンハウジングを有する前記ハウジングと、
   前記タービンハウジングに配置される前記タービンのタービンホイールと、
   前記中間ハウジング上の窪み部分であり、前記スプリング部材が配置される窪み部分と、
   をさらに含む請求項１に記載のターボチャージャユニット。
3. 前記タービンにおいて第１ディスクおよび第２ディスクを有する前記カートリッジであって、可変タービンジオメトリを提供する前記カートリッジをさらに含むターボチャージャユニットであって、
   前記熱遮蔽が前記スプリング部材から受ける前記印加力が、前記第１ディスク、前記カートリッジおよび前記第２ディスクを経て伝達され、前記カートリッジを前記ハウジングにおいて前記タービンと最も近い位置関係に位置決めする、請求項１に記載のターボチャージャユニット。
4. 前記カートリッジが、前記タービンを通って流れる排気ガスの流れを変える少なくとも１つの羽根を含む請求項３に記載のターボチャージャユニット。
5. 前記熱遮蔽が前記スプリング部材から受ける前記印加力が、前記熱遮蔽を前記ハウジングにおいて位置決めする、請求項１に記載のターボチャージャユニット。
6. 前記スプリング組立体がウェーブスプ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ユニット。
7. タービンハウジング内部に配置されるタービンホイールを有するタービンであり、エンジンからの排気ガスを受け入れるタービンと、
   前記タービンハウジングに連結される中間ハウジングであって、窪み部分を有する中間ハウジングと、
   前記窪み部分に配置されるウェーブスプリングと、
   前記ウェーブスプリングから印加力を受ける熱遮蔽と、
   可変タービンジオメトリを提供し、前記タービンハウジングに配置されるカートリッジと、
   を含むターボチャージャユニットであって、
   前記熱遮蔽が前記ウェーブスプリングから受ける前記印加力が、前記カートリッジを経て伝達され、前記カートリッジを前記タービンホイールに近接して位置決めする、ターボチャージャユニット。
8. 前記カートリッジと作動可能に関係する第１ディスクと、
   前記カートリッジと作動可能に関係する第２ディスクと、
   をさらに含むターボチャージャユニットであって、
   前記カートリッジは前記第１ディスクと前記第２ディスクとの間に配置され、前記熱遮蔽は前記ウェーブスプリングと前記第１ディスクとの間に配置され、前記ウェーブスプリングは前記熱遮蔽に力を印加し、前記力が、続いて、前記第１ディスク、前記カートリッジおよび前記第２ディスクに伝達されて、前記タービンホイールを取り囲む前記カートリッジを位置決めする、請求項７に記載のターボチャージャユニット。
9. 前記ウェーブスプリングが、前記タービンホイールに対する前記熱遮蔽の位置を維持する、請求項７に記載のターボチャージャユニット。
10. 窪み部分を有する中間ハウジングに連結されるタービンハウジングと、
    前記タービンハウジングに配置される輪郭を付けられたスリーブと、
    軸に取り付けられ、前記タービンハウジングに配置されるタービンホイールと、
    前記中間ハウジングの前記窪み部分に配置されるスプリング部材と、
    前記スプリング部材と作動可能に関係する熱遮蔽と、
    第１ディスクと第２ディスクとの間に配置されるカートリッジであり、前記第１ディスクは前記スプリング部材と作動可能に関係するカートリッジと、
    を含む、タービンハウジングにおいてターボチャージャの可変タービンジオメトリのカートリッジを保持するためのスプリング部材であって、
    前記スプリング部材から前記熱遮蔽を介して前記第１ディスクに力が印加され、前記力が前記カートリッジを前記第１ディスクと前記第２ディスクとの間に位置決めし、前記熱遮蔽が、前記タービンハウジングを通って流れる排気ガスからの熱を逸らして、前記スプリング部材への熱の曝露を防止し、前記スプリング部材が前記熱遮蔽、前記第１ディスクおよび前記カートリッジへの一定の荷重を維持することを可能とするスプリング部材。
11. 前記輪郭を付けられたスリーブが、前記第２ディスクを前記タービンハウジングにおいて位置決めする請求項１０に記載のスプリング部材。
12. 前記熱遮蔽が前記排気ガスからの熱を逸らして、前記スプリング部材の変形を防止する請求項１０に記載のスプリング部材。
13. 前記カートリッジが前記タービンホイールを取り囲み、前記タービンを通って流れる排気ガスの流れを方向付ける請求項１０に記載のスプリング部材。
14. ウェーブスプリングをさらに含む請求項１０に記載のスプリング部材。

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