JP2015522135A - 排気ガスターボチャージャ - Google Patents

Abstract

本発明は、排気ガスターボチャージャ（１）であって、タービンハウジング（２）であって、排気ガス用のタービンハウジング入口（８）とタービンハウジング出口（９）とを有し、かつタービンハウジング入口（８）とタービンハウジング出口（９）との間にウェイストゲートダクトを有するタービンハウジング（２）と、フラップ装置（１０）であって、旋回可能なフラップレバー（１２）と、ウェイストゲートダクトを開閉するためのフラップレバー（１２）に接続されるフラッププレート（１１）とを備え、かつフラップレバー（１２）と、フラッププレート（１１）に締結されたディスク（１８）との間に配置されるばね要素（１７）を有するフラップ装置（１０）とを備え、ばね要素（１７）が、フラップレバー（１２）の湾曲形状である摺動接触面（２０）に支持される外側円周領域（２３）を有する排気ガスターボチャージャ（１）に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載の排気ガスターボチャージャに関する。

給気圧力の制御のために、国際公開第２０１０／１３５１０４号パンフレットから公知の一般的な排気ガスターボチャージャには、タービンホイールを迂回しつつタービン入口をタービン出口に接続するウェイストゲートダクトが設けられる。必要な給気圧力が達成されると、排気ガス流の少なくとも一部を前記ウェイストゲート又はバイパスダクトを通して、タービンを通過して又はタービンホイールを通過して導くことができる。前記ウェイストゲートダクトを開閉するために、給気圧力制御フラップとも称されるウェイストゲートフラップが設けられる。給気圧力制御フラップは、リンク機構を介して、例えば空気圧制御カプセル又は電気制御器の形態であり得るアクチュエータに接続される。

国際公開第２０１０／１３５１０４号パンフレットの図３の実施形態では、ばね要素が、フラップレバー又はスピンドルと、フラッププレートに締結されるディスクとの間に配置される。この場合、ばね要素は、その外側の円周領域を介してスピンドルの平坦当接面に支持される。スピンドルに対するフラッププレートの斜めの位置が、特に排気ガスターボチャージャの動作中に生じる場合、ばね要素の予荷重力がその円周にわたって変化し得るか、あるいはばね要素が、対応する構造により、このような斜めの位置に対抗し得るが、その場合、フラッププレートとウェイストゲート開口部との間に漏洩をもたらす可能性がある。

したがって、本発明の目的は、フラッププレートが開口しているときに、振動減衰を発生することを可能にし、及びフラッププレートが閉鎖されているときに、斜めの位置の場合にも、フラッププレート及びウェイストゲートダクト開口部の円周にわたる均一な接触圧によって高度のシールを達成することを可能にする、請求項１の前提部に規定されたタイプの排気ガスターボチャージャを提供することである。

この目的は、請求項１の特徴によって達成される。

フラッププレートとスピンドルとの間にばね要素を設ける結果、前記２つの部分の間に予荷重力があるので、開位置におけるフラッププレートの振動減衰が達成される。

スピンドルに対するフラッププレートの斜めの位置の場合にも、事実上変化しない予荷重を有する閉位置におけるタービンハウジングに対するフラッププレートのシール作用は、ばね要素の外側円周領域が、スピンドル又はフラップレバーの湾曲形状である摺動接触面に位置することにより達成される。

このようにして、ばね要素の外側円周領域は、斜めの位置の場合に摺動接触面に沿って妨げられずに摺動することが可能であるが、この理由は、斜めの位置の場合にも予荷重力の大きな変化がないように、前記摺動接触面にストッパが完全にないように形成されるからである。

フラッププレートが接触線を介してのみフラップレバーに当接するようになっていることが好ましい。この場合、「接触線」は、理想化された説明として見なされるべきである。フラッププレートとフラップレバーとの間の接触は、最終的に、２つの接触面の対応する構造によって達成される。

好ましい実施形態では、フラッププレートは、フラップレバーの凹部内に突出する突出部を備える。この構成の結果、２つの対向する接触面は環状形状である。したがって、フラッププレートとフラップレバーとの間の接触線も円形である。ウェイストゲートダクトの反対側にあるフラップレバーの側面では、ディスクは、突出部に締結（リベット接合又は溶接される）ことが好ましい。ばね要素は、ディスクとフラップレバーとの間に緊締し得る。

フラップレバーとフラッププレートとの間の接触面の本発明による構造によって、第１に、ウェイストゲートダクトに対するフラッププレートの確実な当接を保証することが可能であり、第２に、開口フラップ位置における振動励起によって引き起こされる「金属音（ｃｌａｎｋｉｎｇ）効果」が防止される。

好ましくは使用されるべきばね要素は、複数（好ましくは少なくとも３つ）の半径方向に突出するばねアームを有する。ばねアームは自由であり、それらの半径方向外側の端部において互いに接続されない。使用するばね要素は、したがって、「タコ形状のばねである」と表すことができる。代わりに、湾曲した座金の形態の閉鎖したばね要素を使用してもよい。

ばね要素又は閉鎖したばね要素のばねアームは、フラップレバーの摺動接触面に当接する。前記表面は、特に凸状の形状であることが好ましい。ばねアーム用の前記「球状構造の座部」により、ばね力が加えられたとき、タービンハウジングのフラッププレート座部に対するフラッププレートのシール作用を保証するためになお充分な可撓性があることが保証される。前記特性は、室温及び高温ガス温度の両方において提供されなければならない。さらに、エンジンにおける又は車両内のターボチャージャの動作中、開口フラップ位置における主に過渡的範囲において「金属音効果」を防止すべきである。前記防止はばね要素によって補助される。フラップが開口しているとき、対応するばね要素なしに、従来技術によるフラッププレート構造を励起するある自然の共振が発生され、この結果、前記フラッププレート構造が振動を実行し、これにより、絶え間ない高周波成分の接触が生じ、エンジンに「金属音ノイズ」が生じる。

特に好ましい別の実施形態では、フラップ装置は、ブッシュのタービンハウジングに回転可能に取り付けられるフラップシャフトを有し、この場合、フラップレバーは、フラップシャフトの一方の端部において当該シャフトに共に回転するように接続される。フラップ装置の外側レバーはフラップシャフトの他方の端部に締結される。外側レバーの第２の自由端において、外側レバーは、フラップ装置の作動のためにアクチュエータの制御ロッドに接続される。前記好ましい実施形態では、別のばね要素が設けられ、外側レバーの第１の端部とブッシュの端面との間に配置される。前記第２のばね要素はまた、フラップシャフトのブッシュの湾曲形状の端側摺動接触面に支持される外側円周領域を有する。前記装置により、フラップシャフトの回転振動の減衰が可能になるが、この理由は、制御ロッド又はフラッププレートによって例えば導入され得る回転振動のこのような活動の場合に、ばね要素がブッシュの端側摺動接触面を擦ることができ、これにより、所望の回転振動の減衰が行われるからである。

排気ガスターボチャージャが使用されるエンジンによって例えば導入され得る軸方向振動は、ばね要素の予荷重によって遮断される。

排気ガスターボチャージャの本発明による構造により、ディスクとフラップレバーとの間に又はブッシュと外側レバーとの間に１つのみのばね要素を使用すること、及び上述の方法にこのような２つのばね要素を使用することも可能になる。

本発明のさらなる詳細、利点及び特徴は、図面を参照して例示的な実施形態の以下の説明から明らかになる。

第１の例示的な実施形態による本発明による排気ガスターボチャージャの図面である。 第１の例示的な実施形態による本発明による排気ガスターボチャージャのフラップ装置の等角図である。 図２のフラップ装置の平面図である。 図３に関する詳細図を有する断面図である。 フラッププレートとフラップレバーとの間の斜めの位置の場合の本発明によるフラップ装置の拡大断面図である。 本発明によるターボチャージャの別の実施形態の部分斜視断面図である。 フラップ装置の外側レバーの平面図を有する図６による実施形態の第２の斜視図である。 本発明によるフラップ装置の代替実施形態の図５に対応する図面である。

図１は、排気ガスターボチャージャ１の部分切り取り図を示している。図１によれば、排気ガスターボチャージャ１は、タービンハウジング２、コンプレッサハウジング３、及びタービンハウジング２とコンプレッサハウジング３との間に配置された軸受ハウジング４を備える。タービンホイール５はタービンハウジング２に配置される。シャフト６は、軸受ハウジング４に回転可能に取り付けられる。コンプレッサホイール７はコンプレッサハウジング３に位置する。タービンホイール５及びコンプレッサホイール７は、共に回転するようにシャフト６に取り付けられる。排気ガスは、タービンハウジング入口８を介して導入される。前記排気ガスはタービンホイール５に流れて、タービンハウジング出口９を介して装置を出る。タービンホイール５は、排気ガスによって回転される。コンプレッサホイール７は、このようにシャフト６を介して同様に回転される。内燃機関用の給気は、コンプレッサホイール７によって圧縮される。

ウェイストゲートダクトはタービンハウジング２に形成される。前記ウェイストゲートダクトを介して、排気ガスはタービンハウジング入口８からタービンハウジング出口９に直接導くことができ、タービンホイール５を迂回する。ウェイストゲートダクトは、フラップ装置１０によって閉じることができる。

フラップ装置１０はフラッププレート１１を備える。前記フラッププレート１１はタービンハウジング２にシール当接し、したがって、フラップ装置１０が閉鎖状態にあるときにウェイストゲートダクトを閉じる。

フラッププレート１１は、フラップレバー又はスピンドル１２を介してフラップシャフト１３に接続される。フラップシャフト１３は、タービンハウジング２に回転可能に配置される。フラップシャフト１３は、その外側端部において外側レバーに接続され、次に、この外側レバーは、その自由端において、図１に示した制御ロッド１４に接続され、制御ロッドはアクチュエータ１５によって移動される。

図２は、図１のフラップ装置１０の等角図を示している。図３は、同一のフラップ装置１０の平面図を示している。図４は、図３に示した断面Ａ−Ａを示している。さらに、図４には、細部も示され、左側に拡大図で示されている。

フラッププレート１１は突出部１６を有する。前記突出部１６によって、フラッププレート１１は、フラップレバー１２の凹部２４内に突出する（図５参照）。ウェイストゲートダクトの反対側にあるフラップレバー１２の側面では、ディスク１８が突出部１６に締結される。ディスク１８は、ディスク１８とフラップレバー１２との間にばね要素１７を緊締する。

図示した例では、ばね要素１７は、半径方向に突出する８つの個々のばねアーム１９を備える。各々のばねアーム１９は、フラップレバー又はスピンドル１２の湾曲形状及び好ましくは球状又はボール状の形状である摺動接触面２０に当接する。この点に関して、特に図５の説明が参照される。前記図は、遊びＳ_１及びＳ_２の量の大きさの差によって示されたフラップレバー１２とフラッププレート１１との間の斜めの位置の場合、ばね要素１７の外側円周領域２３が湾曲形状の摺動接触面２０に沿って自由に摺動することができることを示している。前記摺動接触面２０は、スピンドル１２のディスク１８に対面する上側３２の平坦な領域３１に隣接する。この場合、図５の左側の領域には、外側円周領域２３が前記摺動接触面２０に沿って自由に摺動するか又は偏向できることが示されているが、この理由は、このような移動を妨げることができるストッパが設けられないからである。このようにして、冒頭に説明した利点、特に、斜めの位置及び強いシール作用の場合にも事実上変化しない予荷重力が達成される。

図８は、旋回可能なフラップレバー３５を有するフラップ装置３３、フラップレバー３５に接続されかつウェイストゲートダクトを開閉するために機能するフラッププレート３４、及びフラップレバー３５と、フラップレバー３５に締結されるディスク３６との間に配置されるばね要素３７の代替実施形態を示している。

フラップ装置１０と対照的に、図８による代替実施形態では、凸状又は球状に形成された摺動接触面３９がディスク３６に配置され、この摺動接触面は、図８の細部に見ることできるように、外側の円周側面においてディスク３６の平坦面３８に隣接する。ばね要素３７の外側円周領域４２は、前記摺動接触面３９に支持される。ばね要素３７の中央領域４３は、ばね要素３７を通して延びかつフラップ装置１０の突出部１６に対応する突出部４１に隣接し、フラップレバー又はスピンドル３５に配置される平坦面４０に支持される。前記実施形態により、フラップ装置１０の実施形態によるのと同一の効果を達成することが可能である。

特に、図４は、フラッププレート１１の第１の接触面２１及びフラップレバー１２の第２の接触面２２の構造を示している。２つの接触面２１、２２は、円形のラインに沿って互いに当接する。このために、第１の接触面２１は凸状の形状であり、特に球面の形状である。第２の接触面２２は円錐形である。２つの接触面２１、２２は、一例では、円錐及び球形でもよく、他の例では、単に球形でもよい。

２つの接触面２１、２２の本発明による構造の結果、フラッププレート１１は、ウェイストゲートダクトに対するフラッププレート１１のシール当接が常に可能であるように、フラップレバー１２に対して移動可能である。ばね要素１７によって、フラップレバー１２に対するフラッププレート１１の遊びなしの当接が保証される。ばね要素１７及び摺動接触面２０の特別な構造によって、漸次ばね特性曲線が可能であり、この場合、摺動接触面２０の曲率半径及び／又はばねアームの構造及び接続によってばね特性曲線に介入することができる。

図６は、本発明による排気ガスターボチャージャの別の好ましい実施形態を示しており、この場合、前記図は、その構成要素を有しまたフラップ装置１０を有するタービンハウジング２のみを示している。前記実施形態では、フラップシャフト１３が、タービンハウジング２に配置されたブッシュ２８で案内される。フラップシャフト１３の内側端部２５はスピンドル１２に接続される。フラップシャフト１３の外側端部２６は外側レバー２７の第１の端部領域２９に接続される。第２の自由端領域３０は、接続部片３３を介してアクチュエータの制御ロッド（図２に図示せず）に接続することができる。

図６及び図７を共に見たときに明白であるように、ばね要素１７’は、外側レバー２７とブッシュ２８との間に配置され、このばね要素は、ブッシュ２８の湾曲した端側摺動接触面２０’に当接する外側円周領域２３’を有する。前記構造は、特に図５に基づき示した構造に対応し、説明の冒頭部分で詳細に説明したように、フラップ装置１０の前記領域において、ブッシュ２８と外側レバー２７との間の振動減衰を提供するために機能する。したがって、ばね要素１７’の構造は、ばね要素１７の構造に対応してもよく、ブッシュ２８の端面の構造は、スピンドル１２の摺動接触面の構造に対応してもよく、したがって、前記説明が参照される。

ばね要素１７’のみがブッシュ２８の端側と外側レバー２７との間に設けられる場合、本発明は、次のように提示することができる。

排気ターボチャージャ１であって、
− タービンハウジング２であって、
●排気ガス用のタービンハウジング入口８とタービンハウジング出口９とを有し、
●タービンハウジング入口８とタービンハウジング出口９との間にウェイストゲートダクトを備えるタービンハウジング２と、
− フラップ装置１０であって、
●旋回可能なフラップレバー１２と、
●ウェイストゲートダクトを開閉するためのフラップレバー１２に接続されるフラッププレート１１と、
●ブッシュ２８のタービンハウジング２に回転可能に取り付けられるフラップシャフト１３であって、フラップレバー１２がフラップシャフト１３の内側端部２５に共に回転するように接続され、フラップシャフト１３の外側端部２６が外側レバー２７の第１の端部２９に共に回転するように接続され、外側レバーがその第２の端部３０においてアクチュエータ１５の制御ロッド１４に接続されるフラップシャフト１３とを備える、フラップ装置１０とを備え、
− ばね要素１７’が外側レバー２７とブッシュ１８との間に配置され、ばね要素が、ブッシュ２８の湾曲形状である端側摺動接触面２０’に支持される外側円周領域２３’を有する、排気ターボチャージャ１。

本発明の上述の説明に加えて、本発明の追加の開示のために、図１〜８の本発明の概略図が本明細書により明示的に参照される。

１ 排気ガスターボチャージャ
２ タービンハウジング
３ コンプレッサハウジング
４ 軸受ハウジング
５ タービンホイール
６ シャフト
７ コンプレッサホイール
８ タービンハウジング入口
９ タービンハウジング出口
１０ フラップ装置
１１ フラッププレート
１２ フラップレバー／スピンドル
１３ フラップシャフト
１４ 制御ロッド
１５ アクチュエータ
１６ 突出部
１７ ばね要素
１８ ディスク
１９ ばねアーム
２０ 摺動接触面
２０’ 端側摺動接触面
２１ 第１の接触面
２２ 第２の接触面
２３、２３’ 外側円周領域
２４ 凹部
２５ フラップシャフト１３の内側端部
２６ フラップシャフト１３の外側端部
２７ 外側レバー
２８ ブッシュ
２９ 端部領域
３０ 端部領域
３１ 平坦面
３２ 上側
３３ フラップ装置
３４ フラッププレート
３５ フラップレバー／スピンドル
３６ ディスク
３７ ばね要素
３８ ディスク３６の平坦面
３９ 摺動接触面
４０ スピンドル３５の平坦面
４１ 突出部
４２ ばね要素３７の外側円周領域
４３ ばね要素３７の中央領域
４４ 突出部４１の通過用のスピンドル３５の凹部

Claims (11)

1. 排気ガスターボチャージャ（１）であって、
   − タービンハウジング（２）であって、
   ●排気ガス用のタービンハウジング入口（８）とタービンハウジング出口（９）とを有し、
   ●前記タービンハウジング入口（８）と前記タービンハウジング出口（９）との間にウェイストゲートダクトを有するタービンハウジング（２）と、
   − フラップ装置（１０）であって、
   ●旋回可能なフラップレバー（１２）と、
   ●前記ウェイストゲートダクトを開閉するための前記フラップレバー（１２）に接続されるフラッププレート（１１）とを備え、
   ●前記フラップレバー（１２）と、前記フラッププレート（１１）に締結されたディスク（１８）との間に配置されるばね要素（１７）を有するフラップ装置（１０）とを備え、
   − 前記ばね要素（１７）が、前記フラップレバー（１２）の湾曲形状である摺動接触面（２０）に支持される外側円周領域（２３）を有する、
   排気ターボチャージャ１。
2. 前記フラップ装置（１０）が、前記フラッププレート（１１）の第１の接触面（２１）と、前記フラップレバー（１２）の前記第１の接触面（２１）の反対側に位置する第２の接触面（２２）とを有し、前記２つの接触面（２１、２２）が接触線を介してのみ互いに当接する請求項１に記載の排気ガスターボチャージャ。
3. 前記第１の接触面（２１）が凸状の形状であり、前記第２の接触面（２２）が円錐形であり、前記第１の接触面（２１）が円錐形であり、前記第２の接触面（２２）が凸状の形状であり、前記第１の接触面（２１）が凸状の形状であり、前記第１の接触面（２２）が凸状の形状である請求項２に記載の排気ガスターボチャージャ。
4. 前記第１の接触面（２１）が球状であり、前記第２の接触面（２２）が円錐状である請求項２又は３に記載の排気ガスターボチャージャ。
5. 前記摺動接触面（２０）が球状に湾曲している請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気ガスターボチャージャ。
6. 前記ばね要素（１７）が、半径方向に突出する少なくとも３つのばねアーム（１９）を備えるか、又は球状ディスクの形状である請求項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. 前記ばねアーム（１９）が球状に湾曲しているか、又は線形若しくは平坦形状である請求項６に記載の排気ガスターボチャージャ。
8. 前記フラッププレート（１１）の突出部（１６）が前記フラップレバー（１２）の凹部（２４）を通して延びる請求項１〜７のいずれか一項に記載の排気ガスターボチャージャ。
9. 前記ディスク（１８）が前記突出部（１６）に締結され、前記ばね要素（１７）が前記ディスク（１８）と前記フラップレバー（１２）の間に緊締される請求項８に記載の排気ガスターボチャージャ。
10. 前記フラップ装置（１０）が、ブッシュ（２８）の前記タービンハウジング（２）に回転可能に取り付けられるフラップシャフト（１３）を備え、前記フラップレバー（１２）が前記フラップシャフト（１３）の内側端部（２５）に共に回転するように接続され、前記フラップシャフト（１３）の前記外側端部（２６）が外側レバー（２７）の第１の端部（２９）に共に回転するように接続され、前記外側レバーが、前記外側レバーの第２の端部（３０）においてアクチュエータ（１５）の前記制御ロッド（１４）に接続される請求項１〜９のいずれか一項に記載の排気ガスターボチャージャ。
11. ばね要素（１７’）が前記外側レバー（２７）と前記ブッシュ（１８）との間に配置され、前記ばね要素（１７’）が、前記ブッシュ（２８）の湾曲形状である端側摺動接触面（２０’）に支持される外側円周領域（２３’）を有する請求項１０に記載の排気ガスターボチャージャ。

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