JP2017515051A - 可変ジオメトリタービンアセンブリ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】可変ジオメトリタービンアセンブリは、タービンホイールに向かって径方向内側に延びており、可動壁部材の表面と対向壁との間で規定された環状吸気通路と、可動壁部材を軸方向に移動させるように配置された作動機構とを備えている。作動機構は、少なくとも1つの構造を備えたカム部材と、少なくとも1つの協働構造に軸方向に結合されたキャリア部材とを備えている。少なくとも1つの構造及び少なくとも1つの協働構造のうちの一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、径方向に延びる構造を受けるための相補的な凹部を規定している。少なくとも1つの構造又は少なくとも1つの共働構造が、周方向及び軸方向の両方に延びており、カム部材がキャリア部材に対して回転すると、少なくとも1つの構造及び少なくとも1つの共働構造は係合して、可動壁体を軸方向に移動させる。シュラウドは可動壁部材を含んでおり、シュラウドとノズルリングは吸気通路において軸方向の同じ側に取り付けられている。【選択図】図2
Description
本発明は、可変ジオメトリタービンアセンブリに関する。本発明は、可変ジオメトリターボ機械の可変ジオメトリタービンジオメトリに関しており、限定ではないが、特に可変ジオメトリターボチャージャの可変ジオメトリタービンアセンブリに関する。本発明はまた、可変ジオメトリタービンの可動壁部材を移動させるための作動機構に関する。
ターボチャージャは、大気圧を超える圧力(ブースト圧)で内燃機関の吸気口に空気を供給する周知の装置である。従来のターボチャージャは基本的に、エンジンの排気マニホールドの下流側に接続されたタービンハウジング内にて回転シャフトに取り付けられた排気ガス駆動タービンホイールを備えている。タービンホイールの回転によって、コンプレッサハウジング内にてシャフトの他端に取り付けられたコンプレッサホイールが回転する。コンプレッサホイールは、エンジンの吸気マニホールドに圧縮空気を送る。ターボチャージャのシャフトは通常、ジャーナル及びスラストベアリングによって支持されており、それらは、適切な潤滑システムを含んでおり、タービンハウジングとコンプレッサホイールハウジングの間に接続された中央ベアリングハウジング内に配置されている。
既知のターボチャージャでは、タービン段は、タービンホイールが内部に取り付けられるタービン室と、タービン室の周囲に配置された対向する径方向壁の間で画定された環状吸気通路と、吸気通路の周囲に配置された吸気口と、タービン室から延びる排気通路とを備えている。これらの通路と室は、吸気室に入った加圧排ガスが吸気通路を通って、タービンを介して排気通路へと流れて、タービンホイールを回転させるように連通している。吸気通路を通って流れるガスをタービンホイールの回転方向に向けるように、ノズルベーンと呼ばれるベーンを吸気通路に設けることによって、タービン性能を向上させることも知られている。
タービンは、固定又は可変ジオメトリタイプであってもよい。可変ジオメトリタービンは、吸気通路の大きさを変化させることで、広範な質量流量にわたってガス流量を最適化して、変化するエンジン要求に合うようにタービンの出力を変えることができるという点で、固定ジオメトリタービンとは異なっている。例えば、タービンに供給される排気ガスの量が比較的少ない場合には、環状吸気通路の大きさを小さくすることによって、タービンホイールに到達するガスの流量が効率的なタービン運転を保証するレベルに維持される。可変ジオメトリタービンを備えたターボチャージャは、可変ジオメトリターボチャージャと呼ばれている。
ある既知のタイプの可変ジオメトリタービンでは、一般に「ノズルリング」と呼ばれる軸方向に移動可能な壁部材が、吸気通路における1つの壁を規定する。吸気通路の対向壁に対するノズルリングの位置は調節可能であって、吸気通路の軸方向幅が制御できる。故に、例えば、タービンを通るガス流が減少すると、吸気通路の幅を減少させることで、ガス速度を維持して、タービン出力を最適化することができる。ノズルリングには、吸気口へと延びて、「シュラウド」に設けられたスロットを通るベーンが設けられている。シュラウドは、吸気通路の対向壁を画定しており、ノズルリングの移動に対処する。ベーンは、ノズルリングの半径に対して一定の角度にある。このような可変ジオメトリタービンを含む可変ジオメトリターボチャージャは、例えば、米国特許第5,868,552号に開示されている。
様々な構成において、ノズルリングは固定されており、シュラウドは、吸気通路の軸方向幅を制御するために軸方向に移動可能である。
現在の可変ジオメトリターボチャージャでは、可動壁部材(即ち、ノズルリング又はシュラウド)は、プッシュロッドの端部に取り付けられており、プッシュロッドの他端は、クロスシャフト回りに円弧状に回転する回転ヨークに取り付けられている。ヨークは、その回転によりプッシュロッドを軸方向に移動させることで、可動壁部材を軸方向に移動させるように配置されている。
ヨーク及びプッシュロッドは、ベアリングハウジング内に取り付けられている。この場合、プッシュロッドがベアリングハウジング壁を貫通してタービンハウジング内に入るので、シールが必要とされる。これらのシールは比較的高価であって、水冷を必要としており、このことは、チャージャにおける可変ジオメトリの複雑さとコストとを増加させる。
別の構成では、プッシュロッド及びヨークは、タービンハウジングのキャビティ内に取り付けられる。この構成は、ベアリングハウジングに取り付けられる構成におけるシールを必要としない。しかしながら、この構成は、可動壁部材、プッシュロッド、及びヨークの取り付けを可能にするために、本質的に大きくてかさばっている。その結果、タービンハウジングが全体的に大きくなって、これによって、熱慣性も増大する。さらに、可動構成要素の全てを収容するのに室を大きくする必要があるので、ハウジングにおける排気ガスの充填及び排気の際に圧力差の増大が起こる。
本発明の目的の1つは、上述の欠点を除去又は緩和することである。また、本発明の目的は、改良されたまたは代替の可変ジオメトリタービンアセンブリを提供することである。また、本発明の目的は、可変ジオメトリタービンアセンブリの可動壁部材のための改良された又は代替的な作動機構を提供することである。
本発明の第1の態様によれば、可変ジオメトリタービンアセンブリが提供される。当該可変ジオメトリタービンアセンブリは、
タービン軸回りに回転するようにタービンハウジング内に取り付けられたタービンホイールと、
前記タービンホイールに向かって径方向内側に延びる環状吸気通路であって、環状吸気通路は、可動壁部材の表面と対向壁の間で規定されており、前記可動壁部材は、前記環状吸気通路の大きさを変化させるように軸方向に移動可能である、環状吸気通路と、
前記可動壁部材を前記対向壁に対して軸方向に移動させるように構成されている作動機構とを備えており、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されているキャリア部材と、
少なくとも1つの構造を備えたカム部材と、
を備えており、
前記キャリア部材は、少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも1つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも1つの構造及び前記少なくとも1つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延び構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも1つの構造又は前記少なくとも1つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも1つの構造と前記少なくとも1つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させ、前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記可変ジオメトリタービンアセンブリは、周方向に分布した複数の吸気ベーンを有するノズルリングと、複数のスロットが設けられた環状シュラウドとを更に備えており、前記複数のスロットは、前記環状シュラウドが前記ノズルリングに対して軸方向に移動すると、前記ノズルリングの前記複数の吸気ベーンを受け入れ、
前記環状シュラウドは、前記可動壁部材を備えており、
前記ノズルリング及び前記環状シュラウドは、軸方向について前記吸気通路の同じ側に取り付けられている。
タービン軸回りに回転するようにタービンハウジング内に取り付けられたタービンホイールと、
前記タービンホイールに向かって径方向内側に延びる環状吸気通路であって、環状吸気通路は、可動壁部材の表面と対向壁の間で規定されており、前記可動壁部材は、前記環状吸気通路の大きさを変化させるように軸方向に移動可能である、環状吸気通路と、
前記可動壁部材を前記対向壁に対して軸方向に移動させるように構成されている作動機構とを備えており、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されているキャリア部材と、
少なくとも1つの構造を備えたカム部材と、
を備えており、
前記キャリア部材は、少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも1つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも1つの構造及び前記少なくとも1つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延び構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも1つの構造又は前記少なくとも1つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも1つの構造と前記少なくとも1つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させ、前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記可変ジオメトリタービンアセンブリは、周方向に分布した複数の吸気ベーンを有するノズルリングと、複数のスロットが設けられた環状シュラウドとを更に備えており、前記複数のスロットは、前記環状シュラウドが前記ノズルリングに対して軸方向に移動すると、前記ノズルリングの前記複数の吸気ベーンを受け入れ、
前記環状シュラウドは、前記可動壁部材を備えており、
前記ノズルリング及び前記環状シュラウドは、軸方向について前記吸気通路の同じ側に取り付けられている。
これは、比較的コンパクトな可変ジオメトリタービン装置をもたらす点で有利である。さらに、カム部材、キャリア部材及び可動壁部材を、比較的コンパクトで取り付けが容易な自己完結型(self-contained)カートリッジとして形成することができる。
さらに、上記の装置は、可動壁部材を動かすために軸方向プッシュロッドを必要とせず、比較的高価であって、容易に摩耗し、水冷を必要とするプッシュロッドが使用される場合に必要とされるシール装置を必要としない。従って、上記の装置は、比較的廉価で、耐久性があって、コンパクトである。
何かについて、「径方向に延びる」又は「径方向の向きに延びる」と言及される場合、これは、概ね径方向(タービン軸に対して径方向)に延在することを指しており、特に明記しない限りは、径方向にほとんど平行に延びる必要があると解釈されるべきではない。
同様に、何かについて、「軸方向に延びる」又は「軸方向の向きに延びる」と言及される場合、これは、概ね軸方向(タービン軸の方向)に延在することを指しており、特に明記しない限りは、軸方向にほとんど平行に延びる必要があると解釈されるべきではない。
随意選択的に、前記ノズルリングは、径方向に延びる環状壁を備えており、周方向に分布した前記複数の吸気ベーンは、前記径方向に延びる環状壁のインボード側表面から軸方向インボード側に延び、前記環状シュラウドは、前記複数のスロットが設けられた径方向に延びる環状壁を備えており、前記ノズルリングの前記径方向に延びる環状壁は、前記環状シュラウドの前記径方向壁の軸方向アウトボード側に取り付けられている。
随意選択的に、前記タービンホイールが装着されているシャフトを回転可能に支持する少なくとも1つのベアリングを収容するように構成されたベアリングハウジングを備えており、前記環状シュラウド及び前記ノズルリングは、軸方向について、前記吸気通路における前記ベアリングハウジングと同じ側に取り付けられている。
或いは、シュラウド及びノズルリングは、吸気通路の軸方向の両側にて、ベアリングハウジングに取り付けられてよい。この点に関して、シュラウド及びノズルリングは、吸気側通路におけるタービンハウジングと同じ軸方向側に取り付けられてもよい。
任意選択的に、ノズルリングは軸方向に実質的に固定される。この点に関して、ノズルリングの吸気ベーンは吸気通路に配置される。吸気ベーンは、吸気通路の幅を実質的に横切って延びてよい。
任意選択的に、ノズルリングは、軸方向にも移動可能であって、吸気通路内の吸気ベーンの軸方向範囲を変えることができる。
随意選択的に、キャリア部材は環状である。随意選択的に、キャリア部材は、タービン軸周りで周方向に延びる。
随意選択的に、カム部材及びキャリア部材は、可動壁部材の少なくとも1つの軸方向位置に対して軸方向に重なり合っている。
随意選択的に、カム部材は、可動壁部材の径方向外側に配置される。或いは、カム部材は、可動壁部材の径方向内側に配置されてよい。
任意選択的に、少なくとも1つの構造及び少なくとも1つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びている。少なくとも1つの構造又は少なくとも1つの協働構造のみが周方向及び軸方向の両方に延びるのが好ましい。
本発明の第2の態様では、可変ジオメトリタービンアセンブリが提供される。当該可変ジオメトリタービンアセンブリは、
タービン軸回りに回転するようにタービンハウジング内に取り付けられたタービンホイールと、
前記タービンホイールに向かって径方向内側に延びる環状吸気通路であって、環状吸気通路は、可動壁部材の表面と対向壁の間で規定されており、前記可動壁部材は、前記環状吸気通路の大きさを変化させるように軸方向に移動可能である、環状吸気通路と、
前記可動壁部材を前記対向壁に対して軸方向に移動させるように構成されている作動機構とを備えており、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されている環状キャリア部材と、
前記タービン軸回りに回転するように取り付けられており、少なくとも1つの構造を備えたカム部材と、
を備えており、
前記キャリア部材は、少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも1つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも1つの構造及び前記少なくとも1つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも1つの構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が回転すると、前記少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも1つの構造と前記少なくとも1つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させて前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記カム部材及び前記キャリア部材は、前記可動壁部の少なくとも1つの軸方向位置について軸方向に重なり合っている。
タービン軸回りに回転するようにタービンハウジング内に取り付けられたタービンホイールと、
前記タービンホイールに向かって径方向内側に延びる環状吸気通路であって、環状吸気通路は、可動壁部材の表面と対向壁の間で規定されており、前記可動壁部材は、前記環状吸気通路の大きさを変化させるように軸方向に移動可能である、環状吸気通路と、
前記可動壁部材を前記対向壁に対して軸方向に移動させるように構成されている作動機構とを備えており、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されている環状キャリア部材と、
前記タービン軸回りに回転するように取り付けられており、少なくとも1つの構造を備えたカム部材と、
を備えており、
前記キャリア部材は、少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも1つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも1つの構造及び前記少なくとも1つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも1つの構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が回転すると、前記少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも1つの構造と前記少なくとも1つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させて前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記カム部材及び前記キャリア部材は、前記可動壁部の少なくとも1つの軸方向位置について軸方向に重なり合っている。
これは、比較的コンパクトな可変ジオメトリタービン装置をもたらす点で有利である。さらに、カム部材、キャリア部材及び可動壁部材を、比較的コンパクトで取り付けが容易な自己完結型カートリッジとして形成することができる。
さらに、上記の装置は、可動壁部材を動かすために軸方向プッシュロッドを必要とせず、比較的高価であって、容易に摩耗し、水冷を必要とするプッシュロッドが使用される場合に必要とされるシール装置を必要としない。従って、上記の装置は、比較的廉価で、耐久性があって、コンパクトである。
随意選択的に、キャリア部材は環状である。随意選択的に、キャリア部材は、タービン軸周りで周方向に延びる。随意選択的に、キャリア部材は、タービン軸周りで周方向に延びる環状壁を備えている。
随意選択的に、カム部材及びキャリア部材は、可動壁部材の複数の軸方向位置について軸方向に重なり合う。
随意選択的に、タービンアセンブリは、周方向に分布した複数の吸気ベーンを有するノズルリングと、環状シュラウドとを更に備えており、環状シュラウドは、シュラウドがノズルリングに対して軸方向に移動するとノズルリングの吸気ベーンが入る複数のスロットを備えている。
ノズルリング及びシュラウドは、吸気通路の同じ側又は異なる側に取り付けられてよい。シュラウドが可動壁部材を備える場合、ノズルリング及びシュラウドは、軸方向について吸気通路の同じ側に取り付けられてよい。
随意選択的に、カム部材は、可動壁部材の径方向外側に配置される。或いは、カム部材は、可動壁部材の径方向内側に配置されてもよい。
本発明の第3の態様では、可変ジオメトリタービンアセンブリが提供される。当該可変ジオメトリタービンアセンブリは、
タービン軸回りに回転するようにタービンハウジング内に取り付けられたタービンホイールと、
前記タービンホイールに向かって径方向内側に延びる環状吸気通路であって、環状吸気通路は、可動壁部材の表面と対向壁の間で規定されており、前記可動壁部材は、前記環状吸気通路の大きさを変化させるように軸方向に移動可能である、環状吸気通路と、
前記可動壁部材を前記対向壁に対して軸方向に移動させるように構成されている作動機構とを備えており、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されているキャリア部材と、
少なくとも1つの構造を備えたカム部材と、
を備えており、
前記キャリア部材は、少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも1つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも1つの構造及び前記少なくとも1つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも1つの構造又は前記少なくとも1つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも1つの構造と前記少なくとも1つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させて前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記カム部材は、前記可動壁部材の径方向外側に配置されている。
タービン軸回りに回転するようにタービンハウジング内に取り付けられたタービンホイールと、
前記タービンホイールに向かって径方向内側に延びる環状吸気通路であって、環状吸気通路は、可動壁部材の表面と対向壁の間で規定されており、前記可動壁部材は、前記環状吸気通路の大きさを変化させるように軸方向に移動可能である、環状吸気通路と、
前記可動壁部材を前記対向壁に対して軸方向に移動させるように構成されている作動機構とを備えており、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されているキャリア部材と、
少なくとも1つの構造を備えたカム部材と、
を備えており、
前記キャリア部材は、少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも1つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも1つの構造及び前記少なくとも1つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも1つの構造又は前記少なくとも1つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも1つの構造と前記少なくとも1つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させて前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記カム部材は、前記可動壁部材の径方向外側に配置されている。
これは、比較的コンパクトな可変ジオメトリタービン装置をもたらす点で有利である。さらに、カム部材、キャリア部材及び可動壁部材を、比較的コンパクトで取り付けが容易な自己完結型カートリッジとして形成することができる。
さらに、上記の装置は、可動壁部材を動かすために軸方向プッシュロッドを必要とせず、比較的高価であって、容易に摩耗し、水冷を必要とするプッシュロッドが使用される場合に必要とされるシール装置を必要としない。従って、上記の装置は、比較的廉価で、耐久性があって、コンパクトである。
随意選択的に、キャリア部材は環状である。随意選択的に、キャリア部材は、タービン軸周りで周方向に延びる。
随意選択的に、可動壁部材は環状である。随意選択的に、可動壁部材は、タービン軸周りで周方向に延びる。
随意選択的に、タービンアセンブリは、周方向に分布した複数の吸気ベーンを有するノズルリングと、環状シュラウドとを更に備えており、環状シュラウドは、シュラウドがノズルリングに対して軸方向に移動するとノズルリングの吸気ベーンが入る複数のスロットを備えている。
ノズルリング及び/又はシュラウドは、可動壁部材を備えてよい。
ノズルリング及びシュラウドは、吸気通路の同じ側又は異なる側に取り付けられてもよい。シュラウドが可動壁部材を備える場合、ノズルリング及びシュラウドは、軸方向について吸気通路の同じ側に取り付けられてもよい。
随意選択的に、キャリア部材は環状である。
随意選択的に、カム部材及びキャリア部材は、可動壁部材の少なくとも1つの軸方向位置について軸方向に重なり合う。
随意選択的に、少なくとも1つの構造及び少なくとも1つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びている。少なくとも1つの構造又は少なくとも1つの協働構造のみが周方向及び軸方向の両方に延びるのが好ましい。
本発明の第1乃至第3の態様の何れも、以下の特徴の何れかを任意の組み合わせで含むことができる。
可動壁部材はシュラウドの一部であってよい。この場合、キャリア部材はシュラウドに結合されてよく、キャリア部材が軸方向に移動すると、シュラウドが軸方向に移動する。キャリア部材は、シュラウドの一部であってもよく、その結果、キャリア部材が軸方向に移動すると、シュラウドが軸方向に移動する。
この場合、シュラウド及びノズルリングは、軸方向について吸気通路の同じ側に取り付けられてもよい。ノズルリングは、軸方向に実質的に固定されてよい。
可動壁部材は、ノズルリングの一部であってもよい。この場合、キャリア部材は、キャリア部材が軸方向に移動すると、ノズルリングが軸方向に移動するように、ノズルリングに結合されてよい。キャリア部材は、ノズルリングの一部であって、キャリア部材が軸方向に移動すると、ノズルリングが軸方向に移動してよい。
この場合、シュラウド及びノズルリングは、吸気通路の軸方向両側に取り付けられてもよい。シュラウドは、実質的に軸方向に固定されていてもよい。
随意選択的に、ノズルリングは、径方向に延びる環状壁を備えており、周方向に分布した複数の吸気ベーンは、径方向に延びる壁のインボード側表面から軸方向インボード側に延び、環状シュラウドは、複数のスロットが設けられており、径方向に延びる複数の環状壁を備えており、ノズルリングの径方向に延びる壁は、シュラウドの径方向壁の軸方向アウトボード側に取り付けられている。
随意選択的に、可変ジオメトリタービンアセンブリは、ベアリングハウジングを備えており、ベアリングハウジングは、タービンホイールが取り付けられたシャフトを回転可能に支持する少なくとも1つの軸受を収容するように構成されている。シュラウド及びノズルリングは、吸気通路のベアリングハウジングと同じ軸方向側に取り付けられる。
或いは、シュラウド及びノズルリングは、ベアリングハウジングに対して吸気通路の軸方向反対側に取り付けられてもよい。この点に関して、シュラウド及びノズルリングは、吸気通路におけるタービンハウジングと同じ軸方向側に取り付けられてもよい。
随意選択的に、ノズルリングは軸方向に実質的に固定されている。この点に関して、ノズルリングの吸気ベーンは吸気通路に配置される。吸気ベーンは、吸気通路の幅をほとんど横切って延びてよい。
随意選択的に、ノズルリングはまた、軸方向にも移動可能であり、吸気通路内の吸気ベーンの軸方向範囲を変えることができる。
随意選択的に、少なくとも1つの構成及び少なくとも1つの協働構造における周方向及び軸方向の両方に延びる一方が、相補的な凹部であり、他方が径方向に延びる構造である。
任意選択的に、少なくとも1つの協働構造は、径方向に延びる構造であり、少なくとも1つの構造は、径方向に延びる構造を受ける相補的な凹部を規定する。
随意選択的に、少なくとも1つの構成は、相補的な凹部であり、少なくとも1つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びている。
任意選択的に、協働構造は、キャリア部材の一部である。
少なくとも1つの協働構造は、キャリア部材とは別体であってよい。随意選択的に、少なくとも1つの協働構造は、径方向に延びる結合要素であってよい。随意選択的に、キャリア部材は、少なくとも1つの径方向に延びるボアが設けられた環状壁を有しており、少なくとも1つの結合要素が軸方向に移動すると、キャリア部材が軸方向に移動するように、少なくとも1つの結合要素が、前記少なくとも1つの径方向に延びるボア内に入れられている。
少なくとも1つの結合要素は、細長くて、径方向に実質的に平行な長手方向軸を有してよい。少なくとも1つの結合要素の長手方向軸は、ほぼ真っ直ぐであってよい。
少なくとも1つの結合要素は、ピンであってもよい。少なくとも1つの結合要素は、ほぼ円柱形であってもよい。
随意選択的に、少なくとも1つの構造及び少なくとも1つの協働構造における周方向及び軸方向の両方に延びる一方は、螺旋の少なくとも一部を規定する。随意選択的に、少なくとも1つの構造及び少なくとも1つの協働構造における周方向及び軸方向の両方に延びる一方は、螺旋を規定する。
任意選択的に、相補的な凹部は、径方向に延びるスロットである。
キャリア部材は、タービン軸回りに回転可能に実質的に固定されてよい。
随意選択的に、少なくとも1つの構造は相補的な凹部であって、周方向及び軸方向の両方に延びており、少なくとも1つの協働構造は前記向に延びる構造であり、壁部材には少なくとも1つの軸方向に延びるスロットが設けられており、少なくとも1つの協働構造は、少なくとも1つの軸方向に延びるスロット内に入れられ、作動機構は、カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、少なくとも1つの構造と少なくとも1つの協働構造が係合して、前記材の前記少なくとも1つの軸方向に延びるスロットに沿って、少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動して、それによりキャリア部材が軸方向に移動し、可動壁部材が軸方向に移動して、前記通路の幅が変化するように構成されている。
随意選択的に、シュラウドが可動壁部材を備える場合、ノズルリング及びシュラウドは、シュラウドが軸方向に移動すると、スロットとベーンが係合してシュラウドを軸方向に案内するように構成される。随意選択的に、スロットとベーンの係合は、シュラウドが軸方向に移動すると、シュラウドのタービン軸回りの回転を制限する。随意選択的に、ベーンとスロットとの係合は、シュラウドが軸方向に移動すると、シュラウドがタービン軸回りで回転することを実質的に防止する。随意選択的に、ノズルリングはタービン軸周りに回転可能に実質的に固定される。
随意選択的に、環状シュラウドが軸方向に移動すると、少なくとも1つの構造と前記少なくとも1つの協働構造との係合により、環状シュラウドが回転して、環状シュラウドの各スロットについて、当該スロットを規定する内面の少なくとも一部は、そのスロット内に入れられるノズルリングのベーンの対向面に当接する。これは、シュラウドのスロットを通って、吸気通路から排気ガスが漏れるのを低減する点で有利である。
随意選択的に、カム部材が第1の回転方向に回転すると、シュラウドの各スロットについて、そのスロットを規定する内面の第1の部分が、スロット内に入るノズルリングのベーンにおける対向する面に当接するように、且つ、カム部材が第2の回転方向に回転すると、シュラウドの各スロットについて、そのスロットを規定する内面の第2の部分が、スロット内に入るノズルリングのベーンにおける対向する面に当接するように、ノズルリング及びシュラウドは配置される。第1及び第2の回転方向は互いに反対であることは理解されよう。
随意選択的に、可変ジオメトリタービンアセンブリは、タービンホイールが取り付けられたシャフトを回転可能に支持する少なくとも1つのベアリングを収容するように構成されたベアリングハウジングを更に備えており、環状シュラウドと作動機構は、吸気通路の軸方向について、前記ベアリングハウジングと同じ側に取り付けられている。
随意選択的に、少なくとも1つの構造は、相補的な凹部を規定しており、相補的な凹部は、カムリングの円周部分に設けられており、円周部分は、カムリングの残りの部分よりも径方向の厚さが大きい。
随意選択的に、少なくとも1つの構造は補完的な凹部を規定し、少なくとも1つの協働構造は、径方向に延びる構造であって、キャリア部材の一部であり、相補的な凹部は、少なくとも1つの協働構造を受け入れる開放端を有する。
随意選択的に、カム部材は、周方向に分布した複数の前記構成を備えている。
随意選択的に、キャリア部材は、周方向に分布した複数の前記協働構成に結合される。
随意選択的に、シュラウドが可動壁部材を備える場合、シュラウドもキャリア部材を備える。或いは、キャリア部材は、シュラウドとは別体であってよい。
ノズルリングは、可動壁部材を備えてよい。この場合、ノズルリングはキャリア部材を備えていてよい。
随意選択的に、少なくとも1つのシールが、可動壁部材と隣接面との間に設けられており、吸気通路からの排気ガスが、少なくとも1つのシールのアウトボード側を通過するのを実質的に防止する。
シールは、可動壁部材に取り付けられて、可動壁部材と共に軸方向に移動してよい。或いは、シールは、隣接面に対して軸方向に固定されてよい。
シュラウドが可動壁部材を備える場合、シュラウドは、ノズルリングに摺動可能に取り付けられてよく、少なくとも1つのシールが、シュラウドの表面とノズルリングの対向面との間に設けられてよい。少なくとも1つのシールは、可動壁部材を形成するシュラウドの径方向壁からインボード側に延びる、シールの軸方向に延びる環状のフランジと、ノズルリングの対向面との間に設けられてもよい。
代替的に又は追加的に、随意選択的に、軸方向に延びる環状フランジが径方向内側フランジを形成し、シュラウドは、シュラウドの径方向壁からインボード側に延びる、径方向外側の軸方向に延びる環状のフランジを備え、少なくとも1つのシールは、径方向外側フランジとノズルリングの対向面との間に設けられている。
ノズルリングは、熱シールドを備えてよく、当該熱シールドは、ノズルリングと一体的に形成されており、タービンホイールと可変ジオメトリタービンアセンブリの構成部品との間に配置されて、タービン内の高温ガスから構成部品を保護するように構成されてよい。
熱シールドは、タービンホイールと可変ジオメトリタービンアセンブリの構成部品との間に配置された、ノズルリングの径方向内側部分によって形成されてもよい。
熱シールド部は、ステンレス鋼(例えば、304又はpI33)、インコネル又は任意の適切な耐熱材料のような耐熱材料で作られてよい。
可変形状タービンアセンブリは、ガイドベーンの先端を対向壁に接触させるように付勢するように構成された付勢部材を備えてよい。付勢部材は、弾性的に変形可能な環状部材であってよい。
任意選択的に、熱シールドは、ノズルリングに取り付けられず、付勢部材は、熱シールドに軸方向のインボード側の力を及ぼすことなく、ガイドベーンの先端を対向壁と接触させるように構成されている。これに関して、熱シールドは、付勢部材の外側に配置された環状リップを備えてよい。
作動機構は、カム部材が第1の回転方向でキャリア部材に対して回転すると、キャリア部材が第1の軸方向に移動し、カム部材が第2の回転方向でキャリア部材に対して回転すると、可動壁部材が第2の軸方向に移動するように構成されるのが好ましい。
好ましくは、第2の軸方向は、第1の軸方向と反対である。好ましくは、第2の回転方向は第1の回転方向と反対である。
可変ジオメトリタービンアセンブリは、環状壁を含む支持部材を更に備えてよい、支持部材は、支持部材の環状壁の径方向外側表面に軸方向に摺動可能に取り付けられる。キャリア部材は、支持部材に直接取り付けられてよい。
本発明の第1乃至第3の態様の可変ジオメトリタービンアセンブリの好ましい実施形態は、図1乃至図95に示される本発明の第1乃至第4の実施形態である。本発明の第1乃至第3の態様の可変ジオメトリタービンアセンブリは、第1乃至第4の態様の何れかの特徴を有することができる。
可変ジオメトリタービンアセンブリの壁部材は、ノズルリング、キャリア部材、カム部材、及び/又は支持部材の相補的な構造と係合するように構成された構造を備えてよく、それらの構成が係合すると、ノズルリング、キャリア部材、カム部材及び/又は支持部材は、タービン軸回りの特定の回転方向にある。
構造及び相補的な構造は、凹部又は突起であってよく、或いは、その逆であってもよい。壁部材は、ベアリングハウジングの壁部材であってよい。
支持部材は相補的な構成を備えてよく、その結果、構造が係合すると、支持部材は、ベアリングハウジングに対してタービン軸回りの特定の回転方向にある。支持部材は、ノズルリング又はシュラウドの第2の相補的形成と係合する第2の構造を備えており、第2の構造と第2の相補的構造が係合すると、ノズルリング又はシュラウドは、支持部材に対してタービン軸回りの特定の回転方向にある。
第2の形成又は第2の相補的な形成は、凹部又は突起であってもよく、或いはその逆であってもよい。
本発明の第4の態様では、可変ジオメトリタービンアセンブリが提供される。当該可変ジオメトリタービンアセンブリにおいて、
タービン軸回りに回転するようにタービンハウジング内に取り付けられたタービンホイールと、
前記タービンホイールに向かって径方向内側に延びる環状吸気通路であって、可動壁部材の表面と、前記可変ジオメトリタービンアセンブリの対向壁の間で規定されており、前記可動壁部材は、前記環状吸気通路の大きさを変化させるように軸方向に移動可能である、環状吸気通路と、
前記可動壁部材を前記対向壁に対して軸方向に移動させるように構成されている作動機構とを備えており、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材は、軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されており、少なくとも1つの径方向に延びるボアが設けられた環状壁を有する、キャリア部材と、
少なくとも1つの径方向に延びる結合要素であって、前記少なくとも1つの結合要素が、前記キャリア部材の前記環状壁における前記少なくとも1つの径方向に延びるボアに入れられることで、前記少なくとも1つの結合要素が軸方向に移動すると前記キャリア部材が軸方向に移動する、少なくとも1つの径方向に延びる結合要素と、
前記タービン軸回りで回転するように取り付けられたカム部材であって、前記カム部材は環状壁を有しており、前記環状壁には、前記環状壁の少なくとも1つの表面で規定された少なくとも1つのスロットが設けられており、前記少なくとも1つのスロットは、周方向及び軸方向の両方に延びている、カム部材と、
を備えており、
前記少なくとも1つの結合要素は、前記カム部材の前記少なくとも1つのスロットに入れられ、
壁部材には、少なくとも1つの軸方向に延びるスロットが設けられており、前記少なくとも1つの結合要素は、前記少なくとも1つの軸方向に延びるスロットに入れられ、
前記作動機構は、前記カム部材が前記タービン軸回りで回転すると、前記カム部材の前記環状壁の前記少なくとも1つのスロットが、前記少なくとも1つの結合要素に対して移動するように構成されており、前記少なくとも1つのスロットを規定する前記カム部材の前記少なくとも1つの表面が、前記前記少なくとも1つの結合要素に作用して、前記壁部材の前駆少なくとも1つの軸方向に延びるスロットに沿って、前記少なくとも1つの結合要素が軸方向に移動することで、前記キャリア部材が軸方向に移動し、前記可動壁部材が軸方向に移動して、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されている。
タービン軸回りに回転するようにタービンハウジング内に取り付けられたタービンホイールと、
前記タービンホイールに向かって径方向内側に延びる環状吸気通路であって、可動壁部材の表面と、前記可変ジオメトリタービンアセンブリの対向壁の間で規定されており、前記可動壁部材は、前記環状吸気通路の大きさを変化させるように軸方向に移動可能である、環状吸気通路と、
前記可動壁部材を前記対向壁に対して軸方向に移動させるように構成されている作動機構とを備えており、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材は、軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されており、少なくとも1つの径方向に延びるボアが設けられた環状壁を有する、キャリア部材と、
少なくとも1つの径方向に延びる結合要素であって、前記少なくとも1つの結合要素が、前記キャリア部材の前記環状壁における前記少なくとも1つの径方向に延びるボアに入れられることで、前記少なくとも1つの結合要素が軸方向に移動すると前記キャリア部材が軸方向に移動する、少なくとも1つの径方向に延びる結合要素と、
前記タービン軸回りで回転するように取り付けられたカム部材であって、前記カム部材は環状壁を有しており、前記環状壁には、前記環状壁の少なくとも1つの表面で規定された少なくとも1つのスロットが設けられており、前記少なくとも1つのスロットは、周方向及び軸方向の両方に延びている、カム部材と、
を備えており、
前記少なくとも1つの結合要素は、前記カム部材の前記少なくとも1つのスロットに入れられ、
壁部材には、少なくとも1つの軸方向に延びるスロットが設けられており、前記少なくとも1つの結合要素は、前記少なくとも1つの軸方向に延びるスロットに入れられ、
前記作動機構は、前記カム部材が前記タービン軸回りで回転すると、前記カム部材の前記環状壁の前記少なくとも1つのスロットが、前記少なくとも1つの結合要素に対して移動するように構成されており、前記少なくとも1つのスロットを規定する前記カム部材の前記少なくとも1つの表面が、前記前記少なくとも1つの結合要素に作用して、前記壁部材の前駆少なくとも1つの軸方向に延びるスロットに沿って、前記少なくとも1つの結合要素が軸方向に移動することで、前記キャリア部材が軸方向に移動し、前記可動壁部材が軸方向に移動して、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されている。
これは、比較的コンパクトな可変ジオメトリタービン装置をもたらす点で有利である。さらに、カム部材、キャリア部材及び可動壁部材を、比較的コンパクトで取り付けが容易な自己完結型カートリッジとして形成することができる。
さらに、上記の装置は、可動壁部材を動かすために軸方向プッシュロッドを必要とせず、比較的高価であって、容易に摩耗し、水冷を必要とするプッシュロッドが使用される場合に必要とされるシール装置を必要としない。従って、上記の装置は、比較的廉価で、耐久性があって、コンパクトである。
対向壁は、ハウジングの対向壁であってもよい。
カム部材が第1及び第2の回転方向に回転すると、カム部材の少なくとも1つのスロットは、少なくとも1つの結合要素に対して移動し、少なくとも1つのスロットを規定するカム部材の少なくとも1つの表面は、少なくとも1つの結合要素に作用して、壁部材の少なくとも1つの軸方向に延びるスロットに沿って、少なくとも1つの結合要素を第1及び第2の軸方向に夫々移動させ、可動壁体を第1軸方向及び第2軸方向に夫々移動させるように、作動機構は構成されるのが好ましい。
好ましくは、第2の軸方向は、第1の軸方向と反対である。好ましくは、第2の回転方向は第1の回転方向と反対である。
キャリア部材は、可動壁部材に対して軸方向に固定されてよい。キャリア部材は、可動壁部材に対して回転方向に固定されてよい。キャリア部材は、可動壁部材に直接固定されてよい。
キャリア部材は、タービン軸回りの回転方向に固定されるように配置されてよい。これに関して、キャリア部材が軸方向に移動すると、キャリア部材はタービン軸回りで回転しないのが好ましい。
キャリア部材の環状壁の径方向に延びる少なくとも1つのボアは、径方向にほぼ平行な長手方向軸に沿って延びてよい。少なくとも1つの径方向に延びるボアの長手方向軸は、ほぼ真っ直ぐにされてよい。
少なくとも1つの結合要素は、キャリア部材に対して軸方向に固定されてよい。
キャリア部材の環状壁の径方向に延びる少なくとも1つのボアと、少なくとも1つの結合要素とは、少なくとも1つの結合要素が第1及び第2の軸方向に移動すると、キャリア部材が第1及び第2の軸方向に夫々移動するように構成されてよい。
少なくとも1つの径方向に延びるボアが、少なくとも1つの結合要素の軸方向範囲と実質的に同じか、又は僅かに大きい軸方向範囲を有していることで、少なくとも1つの結合要素が第1及び第2の軸方向に移動すると、キャリア部材が第1及び第2の軸方向に夫々移動してよい。
キャリア部材の環状壁は、軸方向にほぼ平行に延びる径方向内側及び/又は外側表面を有してもよい。
キャリア部材の環状壁及びカム部材の環状壁は、実質的に同心状であってよい。キャリア部材の環状壁及びカム部材の環状壁は、タービン軸と実質的に同心状であってよい。
カム部材は、キャリア部材に回転可能に取り付けられ、キャリア部材によって回転するように支持されてよい。この場合、キャリア部材は、カム部材の径方向内側に取り付けられてよい。カム部材が回転すると、及び/又は、キャリア部材が軸方向に動くと、カム部材の径方向内側表面は、キャリア部材の環状壁の径方向外側表面に当接してもよい。少なくとも1つの径方向に延びるボアは、キャリア部材の径方向外側表面に設けられた第1の端部から第2の端部まで径方向内向きに延びてよい。
或いは、カム部材は、キャリア部材の径方向内側に取り付けられてよい。この場合、少なくとも1つの径方向に延びるボアは、キャリア部材の径方向内側表面に設けられた第1の端部から第2の端部まで径方向外向きに延びてよい。
各場合において、ボアの第2の端部は閉じており、ボアがブラインドボアであってよい。
少なくとも1つの結合要素は、細長く、径方向にほぼ平行な長手方向軸を有してよい。少なくとも1つの結合要素の長手方向軸は、ほぼ真っ直ぐであってもよい。
少なくとも1つの結合要素は、ピンであってもよい。少なくとも1つの結合要素は、ほぼ円柱状であってよい。
カム部材は、回転すると軸方向に実質的に固定されるように回転可能に取り付けられてよい。カム部材は、回転すると、カム部材を軸方向に実質的に固定し、径方向に延びる第1の面と第2の面との間に入れられてよい。第1及び第2の径方向に延びる表面は夫々、タービンハウジングの壁の表面及び可変ジオメトリタービンアセンブリのベアリングハウジングの壁の表面であってよい。
カム部材の環状壁は、軸方向にほぼ平行に延びる径方向内側表面及び/又は外側表面を有してよい。
カム部材の環状壁の少なくとも1つのスロットは、環状壁の径方向の厚さをほぼ通って延びてよい。
カム部材の環状壁の少なくとも1つのスロットは、概ね細長く、長手方向軸に沿って延びてよい。
少なくとも1つのスロットの長手方向軸は、径方向平面に対してほぼ一定の角度で傾斜してよい。この点において、径方向平面は、タービン軸にほぼ垂直な平面である。
少なくとも1つのスロットの長手方向軸は、その長さに沿って変化する径方向平面に対してある角度で傾斜してよい。これは、カム部材のある程度の回転運動のために可動壁部材の所望の軸方向移動を可能にする点で有利である。
この場合、径方向平面に対する長手方向軸の角度は、スロットの第1の端部からスロットの第2の端部にて減少して、少なくとも1つのスロットが凹状の曲線を形成してよい。径方向平面に対する長手方向軸の角度は、スロットの第1の端部からスロットの第2の端部にて増加し、次いで減少して、少なくとも1つのスロットが湾曲波形状を形成してよい。
少なくとも1つのスロットを規定するカム部材の環状壁部材の少なくとも1つの表面が少なくとも1つの結合要素に作用して、壁部材の少なくとも1つの軸方向に延びるスロットに沿って、少なくとも1つの結合要素を軸方向に移動させると、少なくとも1つの軸方向に延びるスロットを規定する壁部材の表面は、少なくとも1つのスロットを規定するカム部材の環状壁部材の少なくとも1つの表面によって、少なくとも1つの結合要素に加えられる力に反応し、少なくとも1つの結合要素は、軸方向に延びるスロットに沿って軸方向に移動するように、壁部材の少なくとも1つの軸方向に延びるスロットを規定する壁部材の表面は構成されてよい。
少なくとも1つの軸方向に延びるスロットは、周方向(即ち、タービン軸に対して周方向)に延在しない縦軸に沿って延びてよい。少なくとも1つの軸方向に延びるスロットは、軸方向にほぼ真っ直ぐであってよい。
随意選択的に、少なくとも1つの軸方向に延びるスロットは、少なくとも1つの結合要素の周方向の幅と実質的に等しいか、又は僅かに大きい周方向の幅を有しており、少なくとも1つの結合要素が、少なくとも1つの軸方向に延びるスロットに沿って移動するにつれて周方向に移動する。
可変ジオメトリタービンアセンブリは、環状壁部材を備えてよく、カム部材は、環状壁部材の径方向内側に取り付けられて、カム部材の環状壁の径方向外側表面が、径方向内側表面に隣接するように。カム部材の環状壁の径方向外側の表面は、カム部材が回転すると環状壁部材の径方向内面に対向し、隣接してよい。
少なくとも1つの軸方向に延びるスロットが設けられた壁部材は、可変ジオメトリタービンアセンブリのベアリングハウジングの壁部材であってよい。或いは、そのハウジングは、可変ジオメトリタービンアセンブリの他のハウジングであってよい。
少なくとも1つの軸方向に延びるスロットが設けられた壁部材は、前記の環状壁部材であってよい。
カム部材の環状壁に設けられた少なくとも1つのスロットと、キャリア部材の環状壁に設けられた少なくとも1つの径方向に延びるボアと、壁部材に設けられた少なくとも1つの軸方向スロットと、少なくとも1つの結合要素は夫々、複数のスロット、複数の径方向に延びるボア、複数の軸方向スロット及び複数の結合要素であってもよく、各結合要素は、キャリア部材の径方向に延びる個々のボアに、カム部材の環状壁の個々のスロットに、壁部材の軸方向に延びる個々のスロットに入れられる。
キャリア部材の環状壁の径方向に延びる複数のボアは、キャリア部材の環状壁の周方向に周方向に分布してよい。
カム部材の環状壁の複数のスロットは、カム部材の環状壁周りで周方向に分布してよい。
壁部材における軸方向に延びる複数のスロットは、壁部材周りに周方向に分布してよい。
可変ジオメトリタービンアセンブリは、環状壁を含む支持部材を更に備えており、キャリア部材は、支持部材の環状壁の径方向外側表面に軸方向に摺動可能に取り付けられてよい。キャリア部材は、支持部材に直接取り付けられてよい。
支持部材の環状壁の径方向内側表面及び/又は径方向外側表面は、軸方向にほぼ平行に延びてよい。
支持部材は、ステンレス鋼で作られてよい。
支持部材及び/又はキャリア部材には、キャリア部材と支持部材の間の摩擦を低減するように作用するコーティングが設けられてよい。加えて又は代替的に、支持部材には、耐摩耗性の材料のコーティングが設けられてよい。コーティングはCM11であってよい。支持部材及び/又はキャリア部材には、ボロン化表面処理が施されてよい。
支持部材は、軸方向に実質的に固定されてよい。支持部材は、可変ジオメトリタービンアセンブリのハウジングに取り付けられ、固定されてよい。そのハウジングは、ベアリングハウジングであってよい。
支持部材とハウジングの間にシールをもたらすために、支持部材とハウジングの間に少なくとも1つのシール要素が設けられてよい。そのハウジングは、ベアリングハウジングであってよい。
少なくとも1つのシール要素は、環状シールであってよい。少なくとも1つのシール要素は、支持部材のほぼ内周周りに延びてよい。少なくとも1つのシール要素は、支持部材又はハウジングに固定されてよい。少なくとも1つのシール要素は、ハウジング又は支持部材に規定された円周溝に取り付けられてよい。
キャリア部材が支持部材に対して軸方向に移動する際に、キャリア部材と支持部材の間をシールするように、少なくとも1つのシール要素が、キャリア部材と支持部材の間に設けられてよい。少なくとも1つのシール要素は、環状シールであってもよい。少なくとも1つのシール要素は、キャリア部材のほぼ内周周りに延びてよい。
少なくとも1つのシール要素は、キャリア部材に固定されてよい。少なくとも1つのシール要素は、キャリア部材に規定された周方向溝に取り付けられもよい。或いは、少なくとも1つのシール要素は、支持部材に固定されてよい。この場合、少なくとも1つのシール要素は、支持部材に規定された周方向溝に取り付けられてよい。
軸方向に摺動可能に支持部材に取り付けられる代わりに、キャリア部材は、ベアリングハウジングのような可変ジオメトリタービンアセンブリのハウジングに軸方向に摺動可能に取り付けられてよい。
可変ジオメトリタービンアセンブリは、ノズルリングを備えてよい。ノズルリングには、複数のガイドベーンが設けられてよく、これらガイドベーンは、ノズルリング周りに円周方向に分布しており、環状吸気通路へと延びている。各ガイドベーンは、根元から先端に延びている。
ノズルリングは、ハウジングの対向壁に対して軸方向に固定されてよい。ノズルリングは、軸方向に及び/又は回転方向に支持部材に固定されてもよい。
可変ジオメトリタービンアセンブリは、環状シュラウドを備えてよい。環状シュラウドは、複数のスロットを備えた環状壁を備えてよく、各スロットは、シュラウドがノズルリングに対して軸方向に移動すると、ノズルリングの各々のガイドベーンを受け入れるように配置されている。
可動壁部材は、シュラウドの環状壁であってよい。
可変ジオメトリタービンアセンブリは、ハウジングの対向壁と接触するようにガイドベーンの先端を付勢するように構成された付勢部材を備えてよい。付勢部材は、弾性的に変形可能な環状部材であってよい。
或いは、可動壁部材はノズルリングであってよい。この場合、ハウジングの対向壁は、シュラウドの環状壁であってよい。
作動機構は、環状吸気通路における可動壁部材と同じ軸方向側に設けられてよい。或いは、作動機構は、環状吸気通路における可動壁部材と反対の軸方向側に設けられてもよい。
作動機構は、環状吸気通路における、可変ジオメトリタービンアセンブリのベアリングハウジングと同じ側に取り付けられてもよい。 或いは、作動機構は、環状吸気通路における、タービンハウジングと同じ側に取り付けられてよい。
作動機構は、可変ジオメトリタービンアセンブリのベアリングハウジングとタービンハウジングの間に取り付けられてよい。
ハウジングの対向壁は、タービンハウジングの壁であってよい。或いは、ベアリングハウジングの壁などの、可変ジオメトリタービンアセンブリの他のハウジングの壁であってよい。
可変ジオメトリタービンアセンブリは、カム部材をタービン軸回りに回転させるようにカム部材に結合されたアクチュエータを更に備えてよい。アクチュエータは、回転可能なアームによってカム部材に結合されてよい。カム部材は、アームと係合する構造を備えていることで、アクチュエータによってアームが回転すると、カム軸を中心にカム部材が回転する。当該構造は、径方向に延びる突出部であって、当該突出部は、アームを入れるキャビディを規定してよい。
アクチュエータは、電気、空気圧又は油圧アクチュエータなどの適切なアクチュエータであってよい。
キャリア部材は、アームの回転のための隙間をもたらす少なくとも1つの凹部を備えていてもよい。凹部は、径方向及び/又は軸方向にあってもよい。キャリア部材は、周方向に分布した複数の凹部を備えてよい。
ノズルリングが軸方向に固定される場合、ノズルリングは、熱シールドを備えてよく、当該熱シールドは、ノズルリングと一体的に形成され、タービンホイールと可変ジオメトリタービンアセンブリの構成部品との間に配置されて、当該部品をタービン内の高温ガスから保護するように構成されている。
熱シールドは、タービンホイールと可変ジオメトリタービンアセンブリの構成部品とその間に配置された、ノズルリングの径方向内側部分によって形成されてよい。
熱シールドは、ステンレス鋼(例えば、304またはpI33)、インコネル又は適切な任意の耐熱材料を含む耐熱材料で作られてよい。
キャリア部材、可動壁部材、カム部材及びなくとも1つの結合要素は、カートリッジアセンブリを形成してよい。可変ジオメトリタービンアセンブリが支持部材を備える場合、支持部材及び任意選択的にノズルリングは、カートリッジアセンブリの一部を形成してよい。
可変ジオメトリタービンアセンブリの壁部材には、ノズルリング、キャリア部材、カム部材及び/又は支持部材の相補的な構造と係合するように構成された構造が設けられて、これらの構造が係合すると、ノズルリング、キャリア部材、カム部材及び/又は支持部材は、タービン軸回りで特定の回転方向にあってよい。
構造及び相補的な構造は、凹部及び凸部であってよく、又は、その逆であってよい。壁部材は、ベアリングハウジングの壁部材であってよい。
本発明の第4の態様の特徴の何れも、本発明の前述の何れかの態様における任意の特徴と組み合わせることができる。同様に、本発明の前述の態様の特徴の何れも、本発明の第4の態様における任意の特徴と任意の組合せで組み合わせることができる。
本発明の第4の態様の可変ジオメトリタービンアセンブリの好ましい実施形態は、図1乃至図24cに示す本発明の第1の実施形態である。本発明の第4の態様の可変ジオメトリタービンアセンブリは、第1の態様の任意の特徴を有してよい。
アクチュエータは、カム部材を回転させるように、カム部材に結合されてよい。アクチュエータは、空気式、油圧式又は電気式アクチュエータなどの適切な任意のアクチュエータであってよい。
本発明の第5実施形態では、作動機構アセンブリがもたらされる、当該作動機構アセンブリは、タービンの環状吸気通路を対向壁と共に規定する面を有する可動壁部材を移動させて、前記環状吸気通路の幅を変化させる作動機構を備える作動機構アセンブリにおいて、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されているキャリア部材と、
少なくとも1つの構造を備えたカム部材と、
を備えており、
前記キャリア部材は、少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも1つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも1つの構造及び前記少なくとも1つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも1つの構造又は前記少なくとも1つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも1つの構造と前記少なくとも1つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させ、前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記作動機構アセンブリは、周方向に分布した複数の吸気ベーンを有するノズルリングと、複数のスロットが設けられた環状シュラウドとを更に備えており、前記複数のスロットは、前記環状シュラウドが前記ノズルリングに対して軸方向に移動すると、前記ノズルリングの前記複数の吸気ベーンを受け入れ、
前記環状シュラウドは、前記可動壁部材を備えており、
前記ノズルリング及び前記環状シュラウドは、軸方向について前記吸気通路の同じ側に取り付け可能である。
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されているキャリア部材と、
少なくとも1つの構造を備えたカム部材と、
を備えており、
前記キャリア部材は、少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも1つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも1つの構造及び前記少なくとも1つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも1つの構造又は前記少なくとも1つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも1つの構造と前記少なくとも1つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させ、前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記作動機構アセンブリは、周方向に分布した複数の吸気ベーンを有するノズルリングと、複数のスロットが設けられた環状シュラウドとを更に備えており、前記複数のスロットは、前記環状シュラウドが前記ノズルリングに対して軸方向に移動すると、前記ノズルリングの前記複数の吸気ベーンを受け入れ、
前記環状シュラウドは、前記可動壁部材を備えており、
前記ノズルリング及び前記環状シュラウドは、軸方向について前記吸気通路の同じ側に取り付け可能である。
本発明の第6実施形態では、作動機構アセンブリがもたらされる、当該作動機構アセンブリは、タービンの環状吸気通路を対向壁と共に規定する面を有する可動壁部材を移動させて、前記環状吸気通路の幅を変化させる作動機構を備える作動機構アセンブリにおいて、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能である環状キャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されるキャリア部材と、
回転可能に取り付けられたカム部材と、
を備えており、
前記カム部材には、少なくとも1つの構造が設けられており、
前記キャリア部材は、少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも1つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも1つの構造及び前記少なくとも1つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも1つの構造又は前記少なくとも1つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも1つの構造と前記少なくとも1つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させ、前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記カム部材と前記キャリア部材とは、前記可動壁部材の少なくとも1つの軸方向位置について軸方向に重なり合う。
前記作動機構は、
軸方向に移動可能である環状キャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されるキャリア部材と、
回転可能に取り付けられたカム部材と、
を備えており、
前記カム部材には、少なくとも1つの構造が設けられており、
前記キャリア部材は、少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも1つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも1つの構造及び前記少なくとも1つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも1つの構造又は前記少なくとも1つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも1つの構造と前記少なくとも1つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させ、前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記カム部材と前記キャリア部材とは、前記可動壁部材の少なくとも1つの軸方向位置について軸方向に重なり合う。
本発明の第7実施形態では、作動機構アセンブリがもたらされる、当該作動機構アセンブリは、タービンの環状吸気通路を対向壁と共に規定する面を有する作動機構と可動壁部材とを備えており、前記作動機構は、前記可動壁部材を移動させて、前記環状吸気通路の幅を変化させる作動機構アセンブリにおいて、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されているキャリア部材と、
少なくとも1つの構造を備えたカム部材と、
を備えており、
前記キャリア部材は、少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも1つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも1つの構造及び前記少なくとも1つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも1つの構造又は前記少なくとも1つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも1つの構造と前記少なくとも1つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させ、前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記カム部材は、前記可動壁部材の径方向外側に配置されている。
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されているキャリア部材と、
少なくとも1つの構造を備えたカム部材と、
を備えており、
前記キャリア部材は、少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも1つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも1つの構造及び前記少なくとも1つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも1つの構造又は前記少なくとも1つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも1つの構造と前記少なくとも1つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させ、前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記カム部材は、前記可動壁部材の径方向外側に配置されている。
本発明の第7実施形態では、作動機構アセンブリがもたらされる、当該作動機構アセンブリは、タービンの環状吸気通路を対向壁と共に規定する面を有する可動壁部材を移動させて、前記環状吸気通路の幅を変化させる作動機構を備える作動機構アセンブリにおいて、
前記作動機構は、
可動壁部材に結合するキャリア部材であって、前記キャリア部材の表面は、ハウジングの対向壁と、タービンの環状吸気通路を規定し、前記キャリア部材が前記キャリア部材の長手方向軸の方向に移動すると、前記可動壁部材は軸方向に移動し、前記キャリア部材は、少なくとも1つの径方向に延びるボアが設けられた環状壁を有する、キャリア部材と、
少なくとも1つの径方向に延びる結合要素であって、前記少なくとも1つの結合要素が、前記キャリア部材の前記環状壁における前記少なくとも1つの径方向に延びるボアに入れられることで、前記少なくとも1つの結合要素が軸方向に移動すると前記キャリア部材が軸方向に移動する、少なくとも1つの径方向に延びる結合要素と、
前記タービン軸回りで回転するように取り付けられたカム部材であって、前記カム部材は環状壁を有しており、前記環状壁には、前記環状壁の少なくとも1つの表面で規定された少なくとも1つのスロットが設けられており、前記少なくとも1つのスロットは、周方向及び軸方向の両方に延びている、カム部材と、
を備えており、
前記少なくとも1つの結合要素が、前記カム部材の前記少なくとも1つのスロットにいれられ、
前記少なくとも1つの結合要素が、前記壁部材の前記少なくとも1つの軸方向に延びるスロットに入れられることで、前記カム部材が前記軸回りで回転すると、前記カム部材の前記環状壁の前記少なくとも1つのスロットが、前記少なくとも1つの結合要素に対して移動するように構成されており、前記少なくとも1つのスロットを規定する前記カム部材の前記少なくとも1つの表面が、前記前記少なくとも1つの結合要素に作用して、前記壁部材の前駆少なくとも1つの軸方向に延びるスロットに沿って、前記少なくとも1つの結合要素が軸方向に移動することで、前記キャリア部材が軸方向に移動し、前記可動壁部材が軸方向に移動して、前記吸気通路の大きさを変化させる。
前記作動機構は、
可動壁部材に結合するキャリア部材であって、前記キャリア部材の表面は、ハウジングの対向壁と、タービンの環状吸気通路を規定し、前記キャリア部材が前記キャリア部材の長手方向軸の方向に移動すると、前記可動壁部材は軸方向に移動し、前記キャリア部材は、少なくとも1つの径方向に延びるボアが設けられた環状壁を有する、キャリア部材と、
少なくとも1つの径方向に延びる結合要素であって、前記少なくとも1つの結合要素が、前記キャリア部材の前記環状壁における前記少なくとも1つの径方向に延びるボアに入れられることで、前記少なくとも1つの結合要素が軸方向に移動すると前記キャリア部材が軸方向に移動する、少なくとも1つの径方向に延びる結合要素と、
前記タービン軸回りで回転するように取り付けられたカム部材であって、前記カム部材は環状壁を有しており、前記環状壁には、前記環状壁の少なくとも1つの表面で規定された少なくとも1つのスロットが設けられており、前記少なくとも1つのスロットは、周方向及び軸方向の両方に延びている、カム部材と、
を備えており、
前記少なくとも1つの結合要素が、前記カム部材の前記少なくとも1つのスロットにいれられ、
前記少なくとも1つの結合要素が、前記壁部材の前記少なくとも1つの軸方向に延びるスロットに入れられることで、前記カム部材が前記軸回りで回転すると、前記カム部材の前記環状壁の前記少なくとも1つのスロットが、前記少なくとも1つの結合要素に対して移動するように構成されており、前記少なくとも1つのスロットを規定する前記カム部材の前記少なくとも1つの表面が、前記前記少なくとも1つの結合要素に作用して、前記壁部材の前駆少なくとも1つの軸方向に延びるスロットに沿って、前記少なくとも1つの結合要素が軸方向に移動することで、前記キャリア部材が軸方向に移動し、前記可動壁部材が軸方向に移動して、前記吸気通路の大きさを変化させる。
本発明の第9の態様によれば、本発明の第1乃至第4の態様の何れかの可変ジオメトリタービンアセンブリを備えるターボ機械が提供される。
ターボ機械は、ベアリングハウジングを備えており、当該ベアリングハウジングは、タービンホイールが取り付けられたシャフトを回転可能に支持する少なくとも1つのベアリングを収容するように構成されており、少なくとも1つの軸方向に延びるスロットを備えた壁部材は、ベアリングハウジングの壁部材であってよい。
ターボ機械は、ターボチャージャであってよく、タービンホイールはシャフトに取り付けられ、ターボチャージャは、圧縮機ハウジング内に回転可能に取り付けられたインペラホイールを有しており、インペラホイールは、シャフトに結合されて、タービンホイールの回転により、コンプレッサホイールが回転して、コンプレッサの吸気口を通って空気を引き込み、圧縮して、コンプレッサの排気口に通してよい。
本発明の上記の態様の何れかの任意の特徴は、本発明の任意の他の態様の任意の特徴と、任意の組合せで組み合わせられてよい。 これに関して、本発明の第5乃至第8の態様の何れかの作動機構は、本発明の前述の任意の態様の可変ジオメトリタービンアセンブリの任意の特徴を有してよい。
本発明の具体的な実施形態は、添付図面を参照しながら単なる例示として説明される。
図1乃至24を参照すると、本発明の第1実施形態に係る可変ジオメトリタービンアセンブリを備える可変ジオメトリターボチャージャ1が示されている。可変ジオメトリターボチャージャ1は、ベアリングアセンブリ93によってコンプレッサ92に接続された可変ジオメトリタービン91を備えている。
より具体的には、可変ジオメトリタービン91は、タービンハウジング2を備えておりタービンハウジング2は、ベアリングアセンブリ93の中央ベアリングハウジング4によってコンプレッサ92のコンプレッサハウジング3に接続されている。
。
ターボチャージャ1は、ターボチャージャ軸5aを有している。ターボチャージャ1は、ターボチャージャ軸5a回りについてほぼ対称である。可変ジオメトリタービン91は、ターボチャージャ軸5aと一致しており、実質的に平行なタービン軸105aを有している。
ターボチャージャ1は、ターボチャージャ軸5aを有している。ターボチャージャ1は、ターボチャージャ軸5a回りについてほぼ対称である。可変ジオメトリタービン91は、ターボチャージャ軸5aと一致しており、実質的に平行なタービン軸105aを有している。
「径方向に延びる」、「径方向」、「軸方向に延びる」、「軸方向」、「周方向に延びる」、及び「周方向」なる言及は、特に明記しない限り、ターボチャージャ軸5a(それに故にタービン軸105aにも)に対していることは理解されるであろう。
ターボチャージャシャフト5は、ベアリングハウジング4を通ってタービンハウジング2からコンプレッサハウジング3へと延びている。タービンホイール6は、ターボチャージャ軸5a回りでタービンハウジング2内で回転するようにシャフト5の一端に取り付けられている。コンプレッサホイール7は、コンプレッサハウジング内で回転するようにシャフト5の他端に取り付けられている。シャフト5は、ターボチャージャ軸5a回りで回転し、ベアリングハウジング4に配置されたベアリング94によって回転可能に支持されている。
タービンハウジング2は、内燃機関(図示せず)からガスが供給される吸気ボリュート(inlet volute)8を規定する。排気ガスは、環状吸気通路10及びタービンホイール6を通って吸気ボリュート8から軸方向排気通路9へと流れる。
「インボード(inboard)」と「アウトボード(outboard)」なる言及は、環状吸気通路10に対してのものである。
吸気ボリュート8から排気通路9へと流れるガスは、ガスタービンホイール6を通り過ぎて、その結果、トルクがシャフト5に印加してコンプレッサホイール7を回転させる。コンプレッサハウジング3内のコンプレッサホイール7の回転によって、コンプレッサハウジング3によって規定される軸方向吸気口101の周囲空気が加圧されて、環状排気ボリュート102に加圧空気が送られる。それは、環状排気ボリュート102から内燃機関(図示せず)に供給される。コンプレッサ92の詳細は、完全に従来のものであってよい(例えば、それらは既知のコンプレッサのものに対応してよい)ので、さらに詳細には説明されないであろう。
ベアリングハウジング4(下記参照)のインボード側部分110とタービン91は共に、本発明の第1実施形態に係る可変ジオメトリタービンアセンブリを形成する。
本発明は、ターボチャージャに適しているが、これに限定されない。しかしながら、本発明は、可変ジオメトリタービンアセンブリの特徴に関係しているので、このようなベアリングハウジング4やコンプレッサ3のその他の詳細のような、本発明の可変ジオメトリタービンアセンブリを組み込んだターボチャージャについてのその他の詳細については、更には説明されないであろう。
タービンハウジング2は給気部120と排気部121を備えており、それらは夫々、吸気ボリュート8と軸方向排気通路9とを規定している。吸気部120は、周方向に離間した複数のボルト112によって、ベアリングハウジング4の軸方向インボード側部分110に取り付けられている(図18参照)。タービンハウジング2は、V−バンドを含む適切な取付手段を用いて、ベアリングハウジング4に固定されてよいことは、理解されるであろう。
環状キャビティ24は、ベアリングハウジング4のインボード側部分110とタービンハウジング2の吸気部120との間で規定される。環状キャビティ24は、ターボチャージャの軸5aをほぼ中心としている。
(図11乃至図13に詳細に示されるように)可変ジオメトリタービン91は、環状シュラウド11を備えている。シュラウド11は、ほぼ環状であって、ターボチャージャ軸5aをほぼ中心とする。シュラウド11は、径方向環状壁18を備えており、径方向環状壁18は、インボード側径方向表面12及びアウトボード側径方向表面20を有している。インボード側径方向表面12及びアウトボード側径方向表面20は、ほぼ環状であり、ターボチャージャ軸5aをほぼ中心としており、平行方向に延びており、ターボチャージャ軸5に対してほぼ垂直である。
環状壁18には、複数のスロット16が設けられている。各スロット16は、シュラウド11がノズルリング13に対して軸方向に移動すると、ノズルリング13の個々のガイドベーン15を受け入れるように配置されている(下記参照)。
環状壁18は、(以下でより詳細に説明されるように)吸気通路の幅を変化させる可動壁部材を形成している。
シュラウド11は更に環状フランジ19を備えている。環状フランジ19は、シュラウド11の軸方向アウトボード側表面20の外側径周から離れるように、軸方向アウトボード向きに延びている。軸方向に延びる環状フランジ19は、ターボチャージャ軸5aにほぼ平行である。軸方向に延びるフランジ19は、環状のステップが規定されるように、厚さが減少したアウトボード側端部に向かう部分23を有している。
環状吸気通路10は、シュラウド11の軸方向インボード側表面12とタービンハウジング2の対向するインボード側表面17との間で規定されている。タービンハウジング2の対向するインボード側表面17は、ほぼ環状であって、ターボチャージャ軸5aをほぼ中心としており、ターボチャージャ軸5aに対してほぼ垂直に、径方向に延びている。以下でより詳細に説明するように、シュラウド11は、吸気通路10の幅を変化させるように、タービンハウジング2のインボード側表面17に対して軸方向に移動するために、軸方向に摺動可能なようにキャビティ24内に取り付けられている。
この点に関し、吸気通路10の幅が、広範な質量流量にわたってガス流速を最適化するように変更されることで、タービン91の出力は、変化するエンジンの要求に合うように変えられる。例えば、タービン91に送られる排気ガスの量が比較的低い場合、環状吸気通路10の大きさを減少させることによって、タービンホイール6に到達するガスの速度は、効率的なタービン運転を保証するレベルに維持される。
シュラウド11の径方向壁18のインボード側表面12(及びアウトボード側表面20)は、ベアリングハウジング4と同じく、環状吸気通路10の軸方向インボード側に設けられている。
可変ジオメトリタービン91はさらに、キャビティ24内に取り付けられた(図6乃至図8により詳細に示されるような)固定ノズルリング13を備えている。ノズルリング13は、径方向外側にあって、シュラウド11の軸方向に延びるフランジ19内に配置される。
ノズルリング13は、ほぼ環状であり、ターボチャージャ軸5aをほぼ中心としている。ノズルリング13は、径方向に延びる環状壁25を備えており、環状壁25は、軸方向インボード側表面14と軸方向アウトボード側表面26とを有している。インボード側表面14とアウトボード側表面26は、ターボチャージャ軸5aにほぼ垂直に径方向に延びている。
周方向に分布した複数の吸気ベーン15が、インボード側表面14から環状吸気通路10へと軸方向インボード向きに延びている。ベーン15の各々は、インボード側表面14にある基部から、インボード側表面14に対して遠位にある先端へと軸方向インボード側に延びている。環状吸気通路10を通って、タービンホイール6の回転方向に向かうようにガスの流れを向かせるように、吸気ベーン15は構成されている。
この点に関して、ノズルリング13の径方向に延びる壁25は、シュラウド11の径方向の壁18の軸方向アウトボード側に配置されており、ノズルリング13の吸気ベーン15は、シュラウド11の径方向壁18の軸方向スロット16を通って、環状吸気通路10へと延びている。
ノズルリング13は、ベアリングハウジング4に軸方向に且つ回転方向に取り付けてある。この点に関し、環状フランジ28は、ノズルリング13のアウトボード側表面26の径方向外側部分から、軸方向アウトボード側に延びている。軸方向に延びるフランジ28の径方向内面は、ベアリングハウジング4のインボード側部分110の径方向外側表面27に取り付けられている(図1参照)。
ノズルリング13は、ノズルリング13の径方向内側環状部分で形成された一体型熱シールド31を備える。
ノズルリング13の熱シールド31は、ノズルリングの径方向壁25のインボード側表面14の径方向内側部分から径方向内向きに延びている。熱シールド31は、軸方向及び径方向に曲げられて、軸方向部311と径方向部312を形成する。軸方向部311は、ノズルリング13の径方向壁25の径方向周縁から軸方向インボード側に延びる。径方向部312は、シュラウド11のインボード側表面12と軸方向にほぼ揃えられている。径方向部312は、軸方向部311のインボード側端部から径方向内側に延びており、ベアリングハウジング4とタービンホイール6の間にてベアリングハウジング4の領域をほぼ覆っている。その結果、熱シールド31は、ベアリングハウジング4のこの部分を、タービン2の高温排気ガスから保護する。熱シールドは、ステンレス鋼(例えば、304又はpI33)やインコネルなどの耐熱性材料で作られている。任意の適切な耐熱性材料が用いられてよいことは理解されるであろう。
ノズルリング13は、以下で詳細に記載されるように、支持部材32に軸方向に固定されている。
支持部材32は、ターボチャージャ軸5aを中心としたほぼ環状のリングである。支持部材32は、図4、図9、図10により詳細に示されている。
支持部材32は、径方向内側環状面34と外側環状面33とを有する略環状壁部材131を備えている。環状壁部材131(及び径方向内側面34及び外側面33)は、軸方向5aに略平行に延びている。
支持部材32は、軸方向に実質的に固定されている。この点に関し、支持部材32の径方向内側表面34は、ベアリングハウジング4の径方向外側表面27に軸方向に(且つ回転方向に)固定されている。
支持部材32は、組み立てにおいて、軸方向の滑りばめを確保するために、ベアリングハウジングの径方向外側表面27から径方向に若干を開けて、ベアリングハウジング4に取り付けられている。トレランス(tolerancing)は、熱膨張に起因するこれらの2つの構成要素間の「スロップ(slop)」をできるだけ小さくするために適用される。
径方向内側表面34には、その軸方向長さに沿ったほぼ中央にて、径方向内側に延びる環状フランジ35が設けられている。支持部材32は、ベアリングハウジング4のインボード側部分110の径方向外側表面27に取り付けられている。より詳細には、環状フランジ35の径方向内側表面132は、ベアリングハウジング4の径方向外側表面27に取り付けられている。支持部材32は、キャビティ24内にて、ノズルリング13の径方向壁25の軸方向アウトボード側に取り付けられている。支持部材32の環状フランジ35と径方向内側表面34とは、径方向外側表面29に形成された相補的な段付き構造と、ノズルリング13の軸方向に延びるフランジ28の軸方向アウトボード側端部とに溶接される段付き構造を形成している。このようにして、ノズルリング13は、軸方向と回転方向の両方について、支持部材32に固定されている。ノズルリング13は、ろう付けを含む適切な任意の手段によって支持部材32に固定されてよいことは理解されるであろう。
環状溝36は、ベアリングハウジング4のインボード側部分110の径方向外側表面27に設けられている(図1参照)。環状リングシール37は、環状溝36内に位置しており、ベアリングハウジング4の外周面27と、支持部材32の環状フランジ35の径方向内側表面132との間をシールする。このシール構造は、環状内側通路10からガスが流れて、リングシール37を通過することを防止する。これによって、シュラウド11の径方向壁18にわたって所望の圧力差を維持することが容易になる。シール37は、ベアリングハウジングとノズルリングとの間でキャビティ24へのガスの流れを停止し、負荷バランスのために圧力差を維持する。
弾性的に変形可能な環状トレランスリング(tolerance ring)38(図1及び図2参照)は、支持部材32の環状フランジ35の軸方向アウトボード側とベアリングハウジング4の対向する面との間に挟まれている。トレランスリング38は、支持部材32を介してノズルリング13に軸方向に向かう力を与える。これに関して、タービンハウジング2がベアリングハウジング4上にボルト止めされると、タービンハウジング2の対向壁17は、吸気ベーン15の先端、ひいてはノズルリング13の先端に、対向壁17から離れる向きに力を及ぼして、これは、トレランスリング38を圧縮するように作用する。これがトレランスリング38に予荷重を与える(pre-load)ことで、それは、支持部材32を介して反対方向にノズルリング13に力を及ぼして、支持部材32は、ベアリングハウジング4上を自由に浮動する。これに関し、支持部材32は、ベアリングハウジング4に摺動可能に取り付けられている。これは、タービンガス圧力及び脈動に拘わらず、入口ベーン15と対向壁14の先端間の接触が維持されることを確実にする。これはまた、ディフューザー通路10の小さな幅にてベーン15の先端部にわたってガスの流れをできるだけ小さくして、効率を改善する。
ノズルリング13の環状壁25の径方向外側部分のインボード側表面14は、シュラウド11の軸方向位置をアウトボード向きについて制限する停止部として働く。この点に関し、シュラウド11がアウトボード側に動くと(下記参照)、シュラウド11の環状壁18のアウトボード側表面20は、ノズルリング13の環状壁25の径方向外側部分のインボード側表面14に当接して、これによって、シュラウド11の所望の最大アウトボード側位置を提供する停止部として作用する。
シュラウド11は、作動機構の使用によって軸方向に移動して、環状吸気通路10の幅が変化する。これについては、以下で詳細に説明する。
作動機構は、図14乃至図16により詳細に示すように、キャリア部材39を備えている。キャリア部材39は、ターボチャージャ軸5aをほぼ中心とするほぼ環状のリングである。キャリア部材39は、径方向内側環状表面40及び外側環状表面41を有する環状壁117を備える。環状壁117は、軸方向5aとほぼ平行に延びている。この点に関して、環状壁117の径方向内側表面40及び径方向外側表面41は、軸方向5aにほぼ平行に延びている。
環状フランジ114は、径方向内側表面40から径方向内向きに延びている。環状フランジ114は、軸方向5aに対してほぼ垂直である。環状溝46が環状フランジ114に設けられている。
環状壁117は、環状フランジ114のインボード側及びアウトボード側に配置された軸方向インボード側部分42及びアウトボード側部分45を有する。アウトボード側部分45は、インボード側部分42よりも厚い。
キャリア部材39は、軸方向及び回転方向の両方について、シュラウド11に固定されている。従って、キャリア部材39が軸方向に移動すると、シュラウド11はキャリア部材39と共に軸方向に移動する。キャリア部材39は、シュラウド11に直接固定されている。この点に関して、環状壁117のインボード側部分42の径方向内側表面は、シュラウド11の軸方向フランジ19の薄肉部分23の外側部分における径方向外側表面に溶接されている。キャリア部材39は、ろう付けを含む適切な任意の手段によってシュラウド11に固定されてよいことは理解されるであろう。
環状壁117には、複数の径方向ボア43が設けられている。具体的には、環状壁117には、環状壁117の周囲にて周方向に分布した3つの径方向ボア43が設けられている。径方向ボア43は、環状壁周りに等しく周方向に離間して配置されている。
各径方向ボア43は、径方向にほぼ平行な長手方向軸に沿って、キャリア部材39の径方向外側表面41に設けられた第1端から径方向内側に延びている。径方向に延びる各ボアの長手方向軸は、ほぼ真っ直ぐである。
各径方向ボア43は、キャリア部材39の径方向内側表面40の前で終わっており、その第2端は、閉じており、ブラインドボア3を形成している。各々のボア43は、その長手方向軸周りでほぼ円形の断面形状を有している。各ボア43は、(以下でより詳細に説明するように)ほぼ円柱状のピン69を受け入れるものである。
環状壁117の軸方向アウトボード側部分45には、環状壁117周りで周方向に分布しており、軸方向に延びる複数の凹部44が設けられている。キャリア部材39が所定の位置に取り付けられると、以下でより詳細に説明するように、それらの凹部の1つは、回転可能なアームアセンブリ57のアーム60に隣接し、且つ、アーム60が回転するための隙間をもたらす。
キャリア部材39は、軸方向に移動できるように、支持部材32の径方向外側表面33に摺動自在に取り付けられている。キャリア部材39は、支持部材32に直接取り付けられている。より詳細には、ほぼ環状のシール44が、フランジ114と支持部材32の径方向外側表面33との間にて、キャリア部材39のフランジ114の環状溝46内に入れられている。環状シール44は、キャリア部材39が支持部材32に対して軸方向に移動する際に、支持部材32に対してキャリア部材39をシールする。これは、環状吸気通路10からキャリア部材39の軸方向アウトボード側にガスが流れることを防止して、キャリア部材39にわたって所望の圧力差を維持するのに役立つ。
図5にさらに詳細に示すように、作動機構は、カム部材47を更に備えている。カム部材47は、ターボチャージャ軸線5aをほぼ中心とするほぼ環状のリングである。カム部材47は、径方向内側環状表面49及外側環状表面48を有する環状壁104を備える。環状壁104(及びその径方向内側環状表面49及び外側環状表面48)は、軸方向5aにほぼ平行に延びている。
複数のスロット50が、環状壁104に設けられており、環状壁104の個々の内面51によって規定されている。各スロットは、概して細長であって、長手方向軸50aに沿って延びている(図5及び図24a参照)。各スロットは、環状壁104の径方向の厚さをほぼ通って延びている。
説明している実施形態では、3つのスロット50がある。各スロット50は、ほぼ同一である。スロット50は、環状壁104周りにて、周方向にほぼ等間隔に離間して分布している。
各スロット50は、周方向及び軸方向の両方に延びている。この点に関して、各スロット50は、ターボチャージャ軸5a回りの螺旋の一部を規定している。具体的には、各スロット50の長手方向軸50aは、周方向及び軸方向5aの両方に延びている。この点に関して、各スロット50の長手方向軸50aは、ターボチャージャ軸5a回りの螺旋の一部を規定している。
図5及び図24aに示すカム部材47の実施形態では、各スロット50の長手方向軸50aは、径方向平面に対してほぼ一定の角度で傾斜している。この点に関し、径方向平面は、ターボチャージャ軸5aに対してほぼ垂直な平面である。
図24b及び図24cに示すカム部材47の実施形態では、各スロット50の長手方向軸50aは、その長さに沿って変化する径方向平面に対してある角度で傾斜している。これは、カム部材47の幾らかの回転運動のためにシュラウド11に所望の軸方向移動を可能とさせる点で有利である。
図24bの実施形態では、径方向平面に対する長手方向軸50aの角度は、スロット50の第1の端501からスロット50の第2の端502で減少しており、スロット50は、凹状の曲線を形成している。
図24cの実施形態では、径方向平面に対する長手方向軸50aの角度が増加し、その後、スロット50の第1の端501からスロット50の第2の端502で減少しており、スロット50は、湾曲した波形を形成している。
カム部材47は、ターボチャージャ軸5a回りに回転可能に取り付けられている。この点に関して、カム部材47は、キャリア部材39と、シュラウド11の軸方向に延びるフランジ19とに、回転可能に且つ径方向外向きに取り付けられている。この点に関して、カム部材47の径方向内側表面49は、キャリア部材39の環状壁の径方向外側表面41と、シュラウドの軸方向に延びるフランジ19の径方向外側表面22の軸方向部分とに取り付けられている。
カム部材47の径方向内側表面49は、カム部材47が回転すると、そして、キャリア部材39が軸方向に移動すると、キャリア部材39の環状壁の径方向外側表面41に当接する。
キャリア部材39の環状壁117及びカム部材47の環状壁104は、ターボチャージャ軸5aとほぼ同心状に配置されている。
カム部材47は、ベアリングハウジング4及びタービンハウジング2の夫々における径方向に延びて対向する環状面201及び環状面202の間に挟まれているので、カム部材47は、ベアリングハウジング4及びタービンハウジング2に対して、ターボチャージャ軸a回りに回転可能とされているが、軸方向5aについてほぼ固定されている。スロット50は、キャリア部材39の径方向ボア43にほぼ対応している周方向位置を有する。径方向表面201及び径方向表面202は、軸方向5aにほぼ垂直である。
ベアリングハウジング4のインボード側部分110は、環状壁部材53を備えている。環状壁部材53は、軸方向インボード側にて径方向に延びる環状表面54を有する。表面54は、軸方向5aにほぼ垂直である。環状フランジ52は、面54から軸方向インボード側に延びている。環状フランジ52は、径方向外側表面151及び内側表面153を有する。環状フランジ52は、ターボチャージャの軸5aをほぼ中心としている。周方向に延びる間隙152が、環状フランジ52に設けられており、隙間を与えて、回転可能なアームアセンブリ57のアーム60を回転可能とする(詳細は後述する)。
軸方向に延びる3つのスロット55の組が、環状フランジ52周りに周方向に分布して、環状フランジ52に設けられている。各軸方向スロット55は、環状フランジ52の個々の内面56によって規定されている。各軸方向スロット55は、環状フランジ52の軸方向インボード側端部から軸方向アウトボード側に延びて、環状フランジャー52の端部にて開放端を形成する。スロット55は、環状フランジ52の軸方向領域内で終端しており、ブラインドスロット55を形成している。各軸方向スロット55は、環状フランジ52の厚さにわたって、その径方向内側表面153から径方向外側表面151まで延びている。各スロット55は、軸方向5aにほぼ真っ直ぐである。各スロット55の長手方向軸は、周方向に延びていない。
カム部材47は、環状フランジ52の径方向内側に取り付けられている。この点に関して、カム部材47の環状壁104の径方向外側表面48は、ベアリングハウジング4の環状フランジ52の径方向内側表面153の径方向内側に配置されており、表面48と表面153の間に設けられた径方向の隙間は小さい。この構成によって、ベアリングハウジング4に対するカム部材47の回転が可能にされている。或いは、カム部材47の環状壁104の径方向外側表面48は、ベアリングハウジング4の環状フランジ52の径方向内側表面153に当接する。
作動機構は、3つのピン69の組を更に備えている。各ピン69は、概して細長く、長手方向軸118に沿って延びている。各ピン69は、ほぼ真っ直ぐである。各ピンの長手方向軸118はほぼ真っ直ぐであり、径方向に対してほぼ平行である。各ピン69は、その長手方向軸回りについてほぼ円形の断面形状を有する。
各ピン69は、キャリア部材39における個々の径方向ボア43に入れられる。各ピン69は、キャリア部材39に対して軸方向に固定されている。この点に関して、径方向に延びる各ボア43の軸方向領域は、個々のピン69の軸方向領域とほぼ同じであるか、若干大きく、ピン69が第1及び第2の軸方向に夫々移動すると、キャリア部材39が第1及び第2の軸方向に移動する。第1及び第2の軸方向は、ターボチャージャ軸5aに平行な反対方向であることは理解できるであろう。
各ピン69は、キャリア部材39の各ボア43から径方向外向きに突出し、カム部材47の個々のスロット50を通る。ピン69は、ベアリングハウジング4の壁部材53のフランジ52の個々の軸方向スロット50へと、スロット50の径方向外向きに通っている。
各ピン69は、個々の軸方向スロット55内にて軸方向に摺動可能である。しかしながら、スロット55は、ターボチャージャ軸5a回りのピン69の回転を実質的に防止する大きさにされている。この点に関して、スロット55は、スロット69がターボチャージャ軸5a回りのピン69の回転を防止するように、ピン69の周方向幅とほぼ同じ周方向幅を有している。従って、キャリア部材39の径方向のボア43にピン69が係合することで、キャリア部材39は、ベアリングハウジング4に対して、ターボチャージャ軸5a回りの回転方向に固定される。
作動機構の動作方法について、次に説明する。シュラウド11を軸方向に移動させて環状吸気通路10の幅を変化させるために、カム部材47は、ターボチャージャ軸5a回りで回転する。これにより、スロット50を通る各々のピン69に対する各スロット50の動きが生じる。個々のスロット50を規定するカム部材47の各内側表面51は、スロット50に入ったピン69と係合し、ピン69を軸方向に動かす働きをする。
個々の軸方向スロット55を規定する環状フランジ52の内側表面56に各ピン69が係合することで、ピン69の回転が抑制される。この内側表面56がピン69に及ぼす反力は、個々のスロット50を規定しており回転する内側表面51によってピンに及ぼされる力と組み合わされて、各ピン69を、個々のスロット56に沿って軸方向インボード側に移動させる。
各ピン69がキャリア部材39の径方向ボア43内に係合することにより、キャリア部材39、ひいては(キャリア部材39に固定されている)シュラウド11が軸方向に移動する。これに関して、キャリア部材39は、支持部材32上にて軸方向に摺動する。
支持部材32は、キャリア部材39を支持部材32にわたって容易に移動させるために、低摩擦材料でコーティングされたステンレス鋼で作られている。コーティング材料はまた、耐摩耗性であって、キャリア部材39が支持部材32わたって移動することによる支持部材32の磨耗を防ぐ。記載された実施形態では、コーティングはCM11であり、或いは、支持部材は、ホウ化(boronised)熱処理を施されている。
カム部材47が(図2のタービン端から見た場合に)反時計方向に回転することは、シュラウド11の径方向壁18のインボード側表面12を、タービンハウジング2の対向するインボード側表面17に向かって動かすように作用する。カム部材47の時計方向への回転は、タービンハウジング2の対向するインボード側表面17から遠ざける方向に、シュラウド11の径方向壁18のインボード側表面12を動かす。
作動機構は、ベアリングハウジング4に取り付けられた回転可能なアームアセンブリ57を更に備えている(回転可能なアームアセンブリ57は、図22及び図23にさらに詳細に示されている)。
回転可能なアームアセンブリ57は、細長いアーム60を含んでおり、アーム60は、長手方向軸に沿って延びており、ベアリングハウジング4の軸方向インボード側壁部材53の軸方向インボード側表面54に回動可能に取り付けられている。アーム60の第1の端部には、開口71が設けており、開口71の内部には、細長いピン59の第1の端部が入れられる。ピン59は、長手方向軸に沿って延び、ほぼ円筒状のカラー61を通る。カラー61は、軸方向インボード側壁部材53のボア62に収容されている。カラー61は、締まり嵌めによってボア62内に回転方向に固定されている。
ピン59は、カラー61内で回転可能である。アーム60は、ピン59と一緒に回転するようにピン59に回転方向に固定されている。この点に関して、ピン59は、アーム60の第1の端部の開口71内にて締まり嵌めを形成する。
アーム60の第2の端部には、軸方向に延びる突起58が設けられている。突起58は、ほぼ円柱状であり、突起58の長手方向軸回りでほぼ円形の断面を有する。突出部58の長手方向軸は、アーム60の長手方向軸にほぼ垂直である。ピン59の第2の端部は、アクチュエータアーム63の開口に入れられる。ピン59の第2の端部は、開口と締まり嵌めを形成しているので、ピン59はアクチュエータアーム63と共に回転する。
アクチュエータアーム63は、壁部材53の軸方向アウトボード側に配置されており、空気圧アクチュエータ(図示せず)に接続されている。アクチュエータは、アクチュエータアーム63を回転させて、その長手方向軸回りでピン59が回転するように構成されており、それにより、アーム60は、ピン59の長手方向軸回りに回転する。アーム60及び突起58は、凹部400内で回転するように、ベアリングハウジングのフランジ53の凹部400内に取り付けられている。凹部400は、フランジ53の軸方向インボード側表面から軸方向インボード側に、且つ周方向に延びている。
回転可能なアームアセンブリ57に近接しているキャリア部材39の凹部144は、アーム60が回転するための隙間をもたらす。
さらに、環状フランジ52における周方向に延びる間隙152は、アーム60が回転するための隙間をもたらす。
カム部材47には、カム部材47の径方向外側表面48から径方向外向きに突出し、径方向に延びる突起66が設けられている(図5参照)。突起66は、キャビティ68を規定する内側表面67を有する。キャビティ58は、アーム60の軸方向に延びる突出部58が入る大きさ及び寸法にされている。
アーム60の突起58は、キャビティ68内に入れられて、径方向の突起66に対して回転方向に固定される。従って、アーム60の回転により突起58が回転すると、キャビティ68内に係合しているので、カム部材47は、ターボチャージャ軸5a回りで回転する。アーム60は、何れかの方向に回転可能であり、ターボチャージャ軸線5a回りにてカム部材47を何れかの回転方向に回転させる。このカム部材47の回転は、何れかの軸方向にシュラウド11を動かすように働いて、上述したように、環状吸気通路10の幅が変化する。
(カム部材47、ピン69、キャリア部材39、支持部材32、シュラウド11、及びノズルリング13を含む)可変ジオメトリタービン91と、軸方向のスロット55を備えた軸方向に延びる環状フランジ52は共に、タービンアセンブリを構成する。
カム部材47、ピン69、キャリア部材39、支持部材32、シュラウド11、及びノズルリング13は共に、カートリッジアセンブリ1400を構成する。単一部品として着脱できるので、カートリッジアセンブリ1400のターボチャージャ1への取り付けと取り外しが容易になっている。これに関して、カートリッジアセンブリを取り付けるために、カートリッジアセンブリは、ベアリングハウジング4の所定の位置に取り付けられる。その後、タービンハウジング2は、ベアリングアセンブリ4のキャビティ24内でカートリッジアセンブリを挟むように、ベアリングハウジング4とタービンハウジング2の間にてベアリングハウジング4に取り付けられる。
カートリッジアセンブリ1400の向きを容易に正しくするために、ノズルリング13には、ノズルリング13のアウトボード側表面26から軸方向アウトボード側に延びる突起124(図8参照)が設けられている。突起124は、概して細長く、ほぼ半円形の断面形状を有している。ベアリングハウジング4のインボード側部分110の径方向外側表面27には、内側表面65によって規定されており、径方向内側且つ軸方向アウトボード側に延出する凹部64が設けられている。凹部64は、ほぼ半円状の断面形状を有する。凹部64は、ノズルリング13のアウトボード側表面26に突起124を受けるように配置されている。突起124が凹部64内に入れられると、ノズルリング13は、その正しい回転方向に自動的に揃えられる。従って、突起124と凹部64の係合は、ノズルリング、ひいてはカートリッジアセンブリ1400全体の回転方向を正しくすることを容易にする。
本発明の可変ジオメトリタービンアセンブリは、小型の可変ジオメトリターボチャージャに使用するのに特に適しており、比較的コンパクトな可変ジオメトリタービン91を提供する。さらに、それは、作動機構を収容するために比較的小さなキャビティしか必要としないので、このことによって、ハウジング内の排気ガスの充填及び排気中に生じる圧力差が低減する。
さらに、それは、従来設計のヨーク及びプッシュロッドを必要としないので、シーリングが改善され、水冷が不要になる。
さらに、カートリッジアセンブリは、既存のタービンに容易且つ簡便に後付けできて、それらを可変ジオメトリタービンに変換することができる。これに関して、既存のタービンのベアリングハウジング4に、軸方向スロット55と、ベアリングハウジングとタービンハウジングの間でキャビティ内に取り付けられるカートリッジアセンブリ1400とを設けることで、可変タービンに変換することができる。
図25乃至図46を参照すると、本発明の第2の実施形態による可変ジオメトリタービンアセンブリを備える可変ターボチャージャが示されている。第2の実施形態の可変ジオメトリターボチャージャは、以下に説明する相違点を除いて、第1の実施形態の可変ジオメトリターボチャージャ1と同じである。対応する特徴には、対応する参照番号が付されている。
第2の実施形態のターボチャージャは、ベアリングハウジング4の軸方向に延びる環状フランジ52における軸方向に延びるスロット55が、第1の実施形態におけるそれらの位置の径方向外側に配置されている点で、第1の実施形態と異なっている。
さらに、支持部材32は、第1の実施形態とは逆に、ベアリングハウジング4に対してシールされている。これに関して、支持部材32の径方向内側表面34に設けられた環状フランジ35には、軸方向の長さに沿ってほぼ中央に環状溝300が設けられている(図34参照)。環状溝300は、環状フランジ35の径方向内側表面から径方向内向きに延び、さらに、ほぼ支持部材32の内周面にて、ターボチャージャ軸5A回りに周方向に延びている。環状リングシール301(図25参照)が溝300に入れられて、支持部材32をベアリングハウジング4の径方向外側表面27にシールする。これに関して、環状溝300及びシール301は、第1の実施形態における支持ハウジング32の環状溝36及び環状シール37と置き換わって、ベアリングハウジング4の径方向外側表面27に対して支持部材32をシールする代替のシール構成を提供する。
第2の実施形態のターボチャージャは更に、カム部材47を可動シュラウド11に結合する手法において第1の実施形態とは異なっている。これに関して、シュラウド11の軸方向に延びる環状フランジ19は、軸方向に延びて、その内側端部に向けられており、環状フランジ19は、周方向に分布した複数の径方向ボア302を備えている。各ボア302は、軸方向に延びるフランジ19の径方向外側表面22から、軸方向に延びるフランジ19の径方向内側表面303まで延びている(図36参照)。各ボア302は、径方向にほぼ平行な長手方向軸に沿って径方向外側表面22から、径方向内側表面303まで延びている。各ボア302は、(その長手方向軸回りに)ほぼ円形の断面形状を有する。各ボア302は、個々ピン69を入れるためのものである(詳細は後述する)。
この実施形態では、キャリア部材39とシュラウド11は、第1の実施形態の段付き構成23によっては互いに接続されていない。この点に関して、シュラウド11の軸方向に延びるフランジ19は、軸方向の長さにわたってほぼ均一な厚さであるので、段を規定する前記の部分23は設けられない。
代わりに、シュラウド11の軸方向フランジ19は、キャリア部材39の軸方向長さにほぼわたって内向きに延びている。この点に関して、シュラウド11の軸方向フランジ19とキャリア部材39の径方向外側表面41とにおける夫々の軸方向内側端部は、ほぼ軸方向に揃えられている。キャリア部材39の径方向外側表面41は、シュラウド11の軸方向に延びるフランジ19における隣接する径方向内側表面303と締まり嵌めを形成する。
キャリア部材39の環状壁117の径方向ボア43は、周方向について、シュラウド11の環状フランジ19の個々のボア302とほぼ揃えられている。さらに、カム部材47のスロット50は、シュラウド11の軸方向に延びるフランジ19と、キャリア部材39とにおける径方向のボア302及びボア43と重なり合う。
第1の実施形態と同様に、各ピン69は、キャリア部材39の個々の径方向ボア43に入れられる。さらに、この実施形態では、各ピン69は、シュラウド11の軸方向フランジ19の個々のボア302を通っている。このようにして、シュラウド11は、締まり嵌めと、シュラウド11の軸方向フランジ19のボア302に係合するピン69とによって、キャリア部材39に結合している。この点に関して、フランジ19の各ボア302は、ピン69の直径とほぼ同じ(又は、僅かに大きい)直径を有しており、ピン69が軸方向に移動すると、シュラウド11も軸方向に移動する(即ち、シュラウド11は、ピン69に対して軸方向に固定されている)。
作動機構の作動方法は、第1の実施形態の作動方法と実質的に同じである。この点に関し、カム部材47の回転によって、スロット50を通る個々のピン69に対する各スロット50の動きが引き起こされる。カム部材47の内側表面51は、スロット50を規定しており、ピン69を軸方向に移動させるようにピン69に係合する。各ピン69が、ベアリングハウジング4にて個々の軸方向スロット55を規定する環状フランジ52の内側表面56と係合することにより、ピン69の回転が防止されて、ピン69が軸方向に案内される。キャリア部材39における径方向ボア43へのピン69の係合は、キャリア部材39(故にシュラウド11)を軸方向に移動させて、キャリア部材39の環状溝46内のシール44は、支持部材32の径方向外側表面を摺動する。さらに、シュラウド11の径方向ボア303とのピン69の係合は、シュラウド11を軸方向に動かして、吸気通路の幅を変化させるように作用する。
しかしながら、この実施形態では、螺旋スロット50は反対の回転方向に向けられている。従って、カム部材47が(図26のタービン端部から見て)時計方向に回転すると、シュラウド11の径方向壁18のインボード側表面12は、タービンハウジング2の対向するインボード側表面17に向かって移動する。
この実施形態では、カム部材47における径方向に延びる突起66は、スロット304に置き換えられている。スロット304は、カム部材47の環状壁104の径方向外側表面48から、径方向内側表面49まで、径方向内向きに長手方向軸に沿って延びている。長手方向軸は、径方向にほぼ平行である。スロット304は、その長手方向軸周りについて(アウトボード側が開放した)ほぼ矩形の断面形状を有する。
スロット304は、カム部材47の環状壁104の軸方向アウトボード側表面から軸方向インボード向きに延びており、環状壁104の軸方向厚さ内で終端して、スロット304は、その軸方向アウトボード側端で開いており、その軸方向インボード側端で閉じている。
アーム60における軸方向に延びる突起58は、カム部材47のスロット304の形状と相補的な形状にされている。この点に関して、突起58は湾曲した矩形断面形状を有しており、当該断面形状は、スロット304との締まり嵌めを形成して、ターボチャージャ軸回りに突起58が回転すると、カム部材47がターボチャージャ軸回りで回転する。
第1の実施形態のカム部材47における径方向に延びる突起66を除去することで、作動機構の重量が減少することは有利に働く。
図37に示すように、シュラウド11の軸方向に延びるフランジ19のアウトボード側端部には、スロット305が設けられている(図37参照)。このスロットは、フランジ19のアウトボード側端部から軸方向インボード側に延びて、部分的にフランジ19の外周に沿って、周方向に延びる。スロットは、回転可能なアームアセンブリ57のアーム60に隣接しており、アーム60が回転するための隙間をもたらす。
図47乃至図70を参照すると、本発明の第3の実施形態による可変ジオメトリタービンアセンブリを備える可変ジオメトリターボチャージャが示されている。第3実施形態の可変ジオメトリターボチャージャは、以下に説明する相違点を除いて、第2実施形態の可変ジオメトリターボチャージャと同一である。対応する特徴には、対応する参照番号が付されている。
第3実施形態のターボチャージャは、軸方向に延びるスロット55が環状フランジ52に設けられていない点で、第2実施形態のターボチャージャと相違する。代わりに、カム部材47の回転に起因して軸方向及び周方向の両方にピン69が押されると、スロット16内でのベーン15の係合がシュラウド11及びキャリア部材39の回転を防止するように、ノズルリング13のベーン15とシュラウド11のスロット16とが配置されている。この点に関して、スロット16は、ベーン15に対して相補的な形状を有している。第2の実施形態と同様に、カム部材47が(図48のタービン端から見て)時計回り方向に回転することで、タービンハウジング2のインボード側表面17に向けてシュラウド11の径方向壁18のインボード側表面12が移動する。
この実施形態では、軸方向ガイドスロット55がベアリングハウジングに設けられていない。従って、カム部材47が回転する際に、軸方向のガイド溝55によってピン69が回転することが防止されている。
この点に関して、カム部材47の回転(時計回り方向)は、スロット50を規定するカム部材の内側表面51を個々のピン69に係合させて、ピン69は、タービン軸回りに時計回りの回転方向に押される。これは、キャリア部材、ひいてはシュラウド11をタービン軸回りに(時計回りに)回転させるように働く。しかしながら、スロット16とベーン15の係合は、シュラウド11の回転を規制して、シュラウド11を軸方向に案内するように働く。この点に関して、シュラウド11が軸方向に移動すると、スロット16は、ベーン15にわたって摺動する。
ピン69を介してカム部材47によってシュラウド11に加えられる回転力によって、シュラウド11は少しだけ回転して、各スロット16について、スロットを規定するシュラウドの表面の径方向外側部分は、スロット内に入れられたベーン15の径方向外側表面に当接する。これによって、スロットの高圧側がほぼ閉じられて、この側の排気ガスが吸気通路からスロット16を通過することがほとんど防止される。
或いは、(図48のタービン端から見て)カム部材47の反時計回りの回転が作用して、シュラウド11の径方向壁18のインボード側表面12を、タービンハウジング2の対向するインボード側表面17に向けて動かすように、作動機構は構成されてよい。これを行うために、螺旋スロットの回転方向は反転されてよい。
この場合、(反時計回りの)カム部材47の回転により、スロット50を規定するカム部材の内側表面51が個々のピン69に係合するので、ピン69は、タービン軸回りに時計回りに押される。これは、キャリア部材39、ひいてはシュラウド11をタービン軸回り(反時計回り)に回転させるように働く。しかしながら、スロット16とのベーン15の係合は、シュラウド11の回転を規制して、シュラウド11を軸方向に案内するように働く。
ピン69を介してカム部材47によってシュラウド11に加えられる回転力のために、シュラウド11は少しだけ回転して、各スロット16について、スロットを規定するシュラウドの表面の径方向内側部分は、スロット内に入れられたベーン15の径方向内側表面に当接する。これにより、スロットの低圧側がほぼ閉じられるので、この側の排気ガスが吸気通路からスロット16を通過することがほとんど防止される。
従って、このようにして、作動機構は、何れかの回転方向について、所望の性能特性を提供するように構成される。
さらに、この実施形態では、ピン69は、キャリア部材39と一体的に形成されている。この点に関して、ピン69は、キャリア部材39の一部を形成し、キャリア部材39の径方向外側表面から径方向外向きに突出している。先の実施例の場合と同様に、各ピン69は径方向にほぼ平行な長手方向軸に沿って径方向内側端部から径方向外側端部まで延びている。この実施形態では、各ピン69は、その長手方向軸周りにて、湾曲したコーナーを有する略正方形の断面形状を有する。この形状は、ピン69とスロット50を規定する表面51との間の接触面積を増加させて、ピン69と表面51の間の接触応力を低減する点で有利である。
さらに、ピン69がキャリア部材39と一体であるので、カム部材47、ピン69、キャリア部材39、支持部材32、シュラウド11、及びノズルによって形成されるカートリッジアセンブリ1400の組立てが容易になる。これは、一緒に運ぶ必要のある別々のコンポーネントをほとんどもたらさないからである。
この実施形態では、カム部材47の径方向厚さは、先の実施形態のものと比較してより薄いが、カム部材47周りに周方向に分布した複数のラグ320を備えている(図48参照)。ラグ320の厚さは、ラグ320の間に設けられた、カム部材47の残りの部分よりも(径方向に)大きい。この実施形態では、カム部材47には、3つのラグ320が周方向に分布して設けられている。
各ラグ320は、内側表面51を有しており、内側表面51は、個々のピン69を入れる螺旋状スロット50を規定する。各螺旋状スロット50のアウトボード側端部は開放しており、当該開放端を通ってスロット50へと(キャリア部材39と一体の)個々のピン69を挿入できるようになっている。
厚さの増したラグ320を設けることは、ピン69と、螺旋スロット15を規定するラグ320の内側表面51との接触面積を増加させる点で有利である。これにより、ピン69と螺旋状スロット15を規定する内側表面51との間の接触応力が低減される点でも有利である。さらに、ラグ69間におけるカム部材47の部分は、ラグ320と比較して薄くなっているので、これによって、カム部材47のこれらの部分がラグ320と同じ厚さである場合よりも、カム部材47(ひいては、ターボチャージャの)全体的な重量が低減される。
或いは、キャリア部材39と一体化されたピン69を有する代わりに、ピン69は、キャリア部材39とは別体であってよく、先の実施形態のようにキャリア部材39のボア43内に入れられてよい。
この実施形態では、キャリア部材39は、第1の実施形態のようにシュラウド11に取り付けられている。即ち、シュラウド11の軸方向に延びるフランジ19は、薄肉のアウトボード側端部に向かう部分23(図60参照)を有する。
キャリア部材39の環状壁117のインボード側部分42における径方向内側表面は、シュラウド11の軸方向フランジ19の薄肉部分23のアウトボード側部分における径方向外側表面に溶接されている。キャリア部材39は、ろう付けを含む適切な任意の手段によってシュラウド11に固定してよいことは理解されるであろう。
この実施形態では、ノズルリング13には、支持部材32に対してノズルリング13を回転可能に方向付ける突起124が設けられている(図54参照)。突起124は、ほぼ円柱状であり、ノズルリング13の環状壁25の外側表面14から軸方向アウトボード側に延びている。支持部材32の環状壁部材131の径方向内側表面には、ノズルリング13の突起124を入れるための凹部315が設けられている。凹部315は、壁部材131のインボード側端部から軸方向インボード側に延びている。凹部315は、突起124の形状と相補的な形状を有している。
同様に、支持部材32の環状壁部材131には、環状壁部材131の軸方向アウトボード側表面から軸方向インボード側に延びる円筒状ボア316が設けられている。
ベアリングハウジング4の軸方向インボード側表面には、軸方向アウトボード側に延びるボア318が設けられている。ボア318は、支持部材32のボア316にも入れられる位置決めピン317(図58参照)を入れるためのものである。
この実施形態では、支持部材32の径方向内側表面をベアリングハウジング4の径方向外側表面にシールした、先の実施形態のシール27及びシール301は存在せず、支持部材32の径方向内側表面は、ベアリングハウジング4の径方向外側表面と圧入係合する。
ピン317が、ベアリングハウジングのボア318及び支持部材32のボア316に入れられると、支持部材32はベアリングハウジング4に対して正確に方向づけられる。さらに、ノズルリング13の突起124が支持部材32の凹部315内に入れられると、ノズルリング13は支持部材32に対して正確に方向づけられる。
従って、突起124、凹部315、ボア316、ピン317、及びボア318は、組み立て中に、キャリア部材39及びノズルリング13(ひいては、シュラウド11)の両方をベアリングハウジング4に対して正確に(円周方向に)方向づける手段を提供する。これは、カートリッジアセンブリ1400の組立てを容易にする。
この実施形態では、回転可能なアームアセンブリ57(図69及び図70を参照)は、突起58が、角が丸いほぼ正方形の断面形状を有することを除いて、先の実施形態と実質的に同じである。カム部材47のスロット304は、突起58と相補的な正方形である。
この実施形態では、熱シールド31は、もはやノズルリング13と一体ではなく、別体とされている。ノズルリング31は、熱シールド31の径方向外側表面と、支持部材32及びシュラウド11における軸方向に隣接する径方向内側表面との間で、熱シールド31の径方向外側表面に取り付けられている。
熱シールド31における径方向外側の軸方向に延びる環状フランジの軸方向アウトボード側の端部には、径方向外向きに延びる環状のリップ330が設けられている。リップ330は、トレランスリング38の軸方向アウトボード側に配置され、トレランスリング38と支持部材32の軸方向インボード側の接触面との間に挟まれている。
トレランスリング38の内側は、ノズルリング13の内側表面に接触し、ノズルリング13のベーン15をタービンハウジングの対向面17に付勢する。
従って、この実施形態では、トレランスリング38は、ノズルリング13に直接接触して、それを軸方向インボード側に付勢する。熱シールド31はノズルリング13とは別体であって、そのリップ330は、トレランスリング38の軸方向インボード側に配置されるようにベアリングハウジング4に取り付けられている。従って、トレランスリング38は、(先の実施形態のように)軸方向インボード側に熱シールド31に力を及ぼさない。これは、組立て中、熱シールド31が軸方向インボード側に付勢されない点で有利である(さもなければタービンハウジングがベアリングハウジング4に取り付けられる前に起こるであろう)。従って、熱シールド301は、タービンホイール6に、望ましくないであろうインボード方向の力を発揮しない。
ベアリングハウジング4の軸方向に延びるフランジ52には、周方向に等間隔で配置された3つの周方向に延びる間隙152が設けられている。これにより、ベアリングハウジング4の軽量化が図られる。
作動機構の動作方法は、先の実施形態のものと実質的に同じである。
図71乃至図95を参照すると、本発明の第4の実施形態による可変ジオメトリタービンアセンブリを備えるターボチャージャが示されている。第4の実施形態の可変ジオメトリターボチャージャは、以下に説明する相違点を除いて、第3の実施形態の可変ジオメトリターボチャージャと同じである。対応する特徴には、対応する参照番号が付されている。
第4の実施形態のターボチャージャは、径方向外側に軸方向に延びる環状フランジ501と、径方向内側に軸方向に延びる環状フランジ503と、径方向に延びる環状壁502とからシュラウド11が形成されている点で第3の実施形態と相違している。環状壁502は、径方向外側及び内側の軸方向に延びるフランジ501及びフランジ503のインボード側端部と接触する。
径方向に延びる環状壁502のインボード側径方向表面は、吸気通路を規定するインボード側表面12を形成する。これに関して、径方向に延びる環状壁502が可動壁部材を形成し、径方向外側の軸方向に延びる環状フランジ501がキャリア部材を形成する。従って、この実施形態では、シュラウド11は、可動壁部材及びキャリア部材を備えている。前述の実施形態の場合と同様に、インボード側表面12には、ノズルベーン15を入れるための複数のスロット16が設けられている。
径方向外側の軸方向に延びるフランジ501は、環状壁502の径方向外側の端部からアウトボード側に延びている。軸方向に延びるフランジ501のインボード側端部は、環状壁502の径方向外側端部に溶接されている。
この実施形態では、ピン69は、フランジ501のアウトボード側端部に向かって径方向外側の軸方向に延びるフランジ501と一体的に形成される。ピン69は、フランジ501の径方向外側表面518から径方向外向きに延びている。
径方向内側の軸方向に延びるフランジ503は、熱シールド31の径方向外側表面に取り付けられる径方向内側表面514を有する。
ノズルリング13は、シュラウド11内に取り付けられている。この点に関して、ノズルリング13は、径方向に延びる壁504を含み、羽根15は、壁504(図74参照)のインボード側表面14から軸方向インボード側に延びる。径方向に延びる壁504には、環状シール50及び環状シール508を夫々収容する径方向外側環状溝505及び内側環状溝506が設けられている。シール507及びシール508は夫々、ノズルリング13に対してシュラウド11が軸方向に移動すると、径方向外側の軸方向フランジ501の径方向内側表面と、径方向内側の軸方向に延びるフランジ503の径方向外側表面とに対して、ノズルリング13の径方向壁504をシールする。
シール507及びシール508は、スロット16を通った排気ガスがシール507及びシール508の外側を通ることを防止する点で有利である。さらに、径方向内側シール508は、この排気ガスがタービンホイールに流れることを防止する。
作動機構の動作方法は、先の実施形態のものと実質的に同じである。
記載した各実施形態では、ノズルリング13及びシュラウド11は、軸方向について吸気通路の同じ側に取り付けられている。上述の実施形態の作動機構と組み合わせて、これはコンパクトな構成を生じて、作動機構をカートリッジとして構成することを可能にする点で有利である。
記載した各実施形態では、キャリア部材39は環状であり、カム部材47及びキャリア部材39は、シュラウド11の少なくとも1つの軸方向位置について軸方向に重なっている。上述の実施形態の作動機構と組み合わせて、これはコンパクトな構成を生じて、作動機構をカートリッジとして形成することを可能にする点で有利である。
カム部材47及びキャリア部材39は、シュラウド11の複数の軸方向位置について軸方向に重なり合うことは理解されるであろう。
上述した各実施形態では、カム部材47は、シュラウド11の径方向外側に配置されている。上述の実施形態の作動機構と組み合わせて、これはコンパクトな構成を生じて、作動機構をカートリッジとして形成することを可能にする点で有利である。
特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく、上述の可変ジオメトリタービンアセンブリに対する多数の変更がなされ得ることは理解されるであろう。
この点に関して、記載した実施形態では、カム部材47の各スロット50は、構造を形成し、各ピン69は、キャリア部材39と結合する協働構造を形成しているので、協働構造が軸方向に移動すると、キャリア部材39は軸方向に移動する。説明した構成の代替的な構成では、スロット50は、キャリア部材39に設けられてもよく、カム部材47にはピン69が設けられて、キャリア部材に対するカム部材47の回転がキャリア部材39を軸方向に移動させる。
本発明は、ピン69及びスロット50を使用することに限定されないことは理解されるであろう。ピン69は、径方向に延びる任意の構造であってよく、スロット50は、径方向に延びる構造を受ける相補的な任意の凹部であってよい。
記載した実施形態では、スロット50は周方向及び軸方向の両方に延びており、ピン69は、スロット50に沿って移動するように配置されている。これに代えて、又は、それに加えて、ピン69(又は、径方向に延びる任意の構造)は、周方向及び軸方向の両方に延びてよく(例えば螺旋形状を有する)、スロット50はピン69を受け入れて、カム部材47が回転すると、キャリア部材39を軸方向に移動させる。
記載した実施形態の何れの特徴も、記載した他の実施形態の何れの特徴とも組み合わせることができる。
例えば、任意の実施形態において、他の実施形態のように、ピン69をシュラウド11に結合させてよい。例えば、第4の実施形態では、ピン69は、シュラウド11の一部である。しかしながら、ピン69は、シュラウドの一部でなくてよく、代わりに、第1乃至第3の実施形態のようにシュラウド及び/又はキャリア部材39のボアに入れられてよい。
図24a乃至図24cに示されているカム部材47のスロット50の様々な形状は、説明した実施形態の何れにも使用できる。
記載された実施形態では、シュラウド11は軸方向に移動可能であり、ノズルリング13はベアリングハウジング4に対して軸方向に固定されている。或いは、ノズル13は軸方向に移動可能であってよく、シュラウド11は軸方向に固定されてよい。この場合、ノズルリング13は、シュラウド16の代わりにキャリア部材39に取り付けられて、作動機構がノズルリング13を移動させる。この場合、ノズルリング13及びシュラウド13は、吸気通路の軸方向両側に取り付けられてよい。
シュラウド13及びノズルリング13の双方は、軸方向に移動可能であってよい。
記載した実施形態では、作動機構は、ベアリングハウジング4とタービンハウジング2の間で、キャビティ24内にてベアリングハウジング4側に配置される。或いは、作動機構は、環状吸気通路10のタービンハウジング2側にてキャビティ内に設けられてもよい。作動機構は、適切な任意の位置に収容されてよい。
第2乃至第4の実施形態は、軸方向に延びるスロット55を備えたベアリングハウジング4の軸方向に延びる環状フランジ52の第1の実施形態の特徴を有しており、ピン69は、スロット55内に入れられる。
記載した実施形態では、キャリア部材39は、カム部材47の径方向内側に配置される。或いは、キャリア部材39は、カム部材47の径方向外側に配置されてよい。この場合、キャリヤ部材39は、適切な任意の構造によって、例えば、軸方向及び径方向内向きに延びるフランジを介して、シュラウド11に取り付けられてよく、シュラウド11に向かってカム部材47の周りを通る。
加えて又は代替的に、シュラウドの軸方向に延びるフランジ19は、カム部材47の径方向外側に取り付けられてよい。
記載した実施形態では、3つのスロット50の組がカム部材47に設けられている。或いは、カム部材47には、単一のスロット50のみが設けられてよい。カム部材47には、1又は複数のスロット50が設けられてよい。
この点に関して、キャリア部材39には、対応する数の径方向ボア43が設けられてよい。第1の実施形態に関して、ベアリングハウジング4の軸方向に延びる環状フランジ52には、対応する数の軸方向に延びるスロット55が設けられてよく、対応する数の径方向ピン69が個々のスロット/ボアを通って突出する。
第1の実施形態では、軸方向スロット55が、ベアリングハウジング54の軸方向に延びる環状フランジ52に設けられている。或いは、スロット55は、ターボチャージャ1の異なるハウジング内に設けられてよい。
回転可能なアームアセンブリ57は、ターボチャージャ1の任意のハウジングに取り付けられてよい。
記載された実施形態では、ノズルリング13には複数の吸気ベーン15が設けられ、シュラウド11には複数のスロット16が設けられている。或いは、ノズルリングには、吸気ベーン15は設けられなくてよい。この場合、シュラウド11にはスロット16が設けられなくてよい。
説明されている可変ジオメトリタービンアセンブリは、可変ジオメトリターボチャージャ1の一部として使用される場合について記載されている。しかしながら、可変ジオメトリタービンアセンブリは、任意のターボ機械の一部として使用されてよく、また、ターボチャージャと共に使用することに限定されないことは、理解されるであろう。例えば、本発明の可変ジオメトリタービンアセンブリは、動力タービン又は他の任意のターボ機械の一部として使用されてよい。
記載された実施形態では、キャリア部材がシュラウドに結合されているので、キャリア部材の軸方向移動は、シュラウドに直接取り付けられることで、シュラウドの軸方向移動を生じる。或いは、キャリア部材は、例えば中間結合部材を介してシュラウドに間接的に接続されることで、シュラウドに結合されてよい。同じことは、ノズルリングが可動壁部材を備えている場合において、キャリヤ部材のノズルリングへの結合についても当てはまる。
可変ジオメトリタービンアセンブリは、支持部材32を備えていなくてよい。この場合、キャリア部材39は、ベアリングハウジング4のような可変ジオメトリタービンアセンブリのハウジングに軸方向に摺動可能に取り付けられてよい。
記載された実施形態では、ノズルリングには、凹部64内に入れられる突起124が設けられている。代替的に又はそれに加えて、カム部材及び/又は支持部材に突起が設けられてよい。
ベアリングハウジングは、支持部材32周りに鋳造されてよい。これを行うために、支持部材32をケーシング鋳型に入れられて、その周りに溶融金属を注がれるであろう。支持部材32はその後、公差の積み重ねを減らすのを助けるために、ベアリングハウジングと共に機械加工されてよい。シールする必要がある潜在的な漏洩経路がもはや存在しないので、環状溝36及びシール37は省略されてよい。
タービンハウジング2の対向するインボード側表面17は、吸気通路の幅を変化させるように軸方向に移動可能であってもよい。
Claims (74)
- 可変ジオメトリタービンアセンブリにおいて、
タービン軸回りに回転するようにタービンハウジング内に取り付けられたタービンホイールと、
前記タービンホイールに向かって径方向内側に延びる環状吸気通路であって、前記環状吸気通路は、可動壁部材の表面と対向壁の間で規定されており、前記可動壁部材は、前記環状吸気通路の大きさを変化させるように軸方向に移動可能である、環状吸気通路と、
前記可動壁部材を前記対向壁に対して軸方向に移動させるように構成されている作動機構と、を備えており、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されているキャリア部材と、
少なくとも1つの構造を備えたカム部材と、
を備えており、
前記キャリア部材は、少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも1つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも1つの構造及び前記少なくとも1つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも1つの構造又は前記少なくとも1つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも1つの構造と前記少なくとも1つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させ、前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記可変ジオメトリタービンアセンブリは、周方向に分布した複数の吸気ベーンを有するノズルリングと、複数のスロットが設けられた環状シュラウドとを更に備えており、前記複数のスロットは、前記環状シュラウドが前記ノズルリングに対して軸方向に移動すると、前記ノズルリングの前記複数の吸気ベーンを受け入れ、
前記環状シュラウドは、前記可動壁部材を備えており、
前記ノズルリング及び前記環状シュラウドは、軸方向について前記吸気通路の同じ側に取り付けられている、可変ジオメトリタービンアセンブリ。 - 前記ノズルリングは、径方向に延びる環状壁を備えており、周方向に分布した前記複数の吸気ベーンは、前記径方向に延びる環状壁のインボード側表面から軸方向インボード側に延び、前記環状シュラウドは、前記複数のスロットが設けられており、径方向に延びる環状壁を備えており、前記ノズルリングの前記径方向に延びる環状壁は、前記環状シュラウドの前記径方向壁の軸方向アウトボード側に取り付けられている、請求項1に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記タービンホイールが装着されているシャフトを回転可能に支持する少なくとも1つのベアリングを収容するように構成されたベアリングハウジングを備えており、前記環状シュラウド及び前記ノズルリングは、軸方向について、前記吸気通路における前記ベアリングハウジングと同じ側に取り付けられている、請求項1又は請求項2に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 可変ジオメトリタービンアセンブリにおいて、
タービン軸回りに回転するようにタービンハウジング内に取り付けられたタービンホイールと、
前記タービンホイールに向かって径方向内側に延びる環状吸気通路であって、環状吸気通路は、可動壁部材の表面と対向壁の間で規定されており、前記可動壁部材は、前記環状吸気通路の大きさを変化させるように軸方向に移動可能である、環状吸気通路と、
前記可動壁部材を前記対向壁に対して軸方向に移動させるように構成されている作動機構とを備えており、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されている環状キャリア部材と、
前記タービン軸回りに回転するように取り付けられており、少なくとも1つの構造を備えたカム部材と、
を備えており、
前記キャリア部材は、少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも1つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも1つの構造及び前記少なくとも1つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも1つの構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が回転すると、前記少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも1つの構造と前記少なくとも1つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させて前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記カム部材及び前記キャリア部材は、前記可動壁部の少なくとも1つの軸方向位置について軸方向に重なり合っている、可変ジオメトリタービンアセンブリ。 - 前記カム部材及び前記キャリア部材は、前記可動壁部材の複数の軸方向位置について軸方向に重なり合っている、請求項4に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記カム部材は環状である、請求項4又は請求項5に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 周方向に分布した複数の吸気ベーンを有するノズルリングと、複数のスロットが設けられた環状シュラウドとを更に備えており、前記複数のスロットは、前記環状シュラウドが前記ノズルリングに対して軸方向に移動すると、前記ノズルリングの前記複数の吸気ベーンを受け入れ、
前記ノズルリング又は前記環状シュラウドは、前記可動壁部材を備えている、請求項4乃至6の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。 - 可変ジオメトリタービンアセンブリにおいて、
タービン軸回りに回転するようにタービンハウジング内に取り付けられたタービンホイールと、
前記タービンホイールに向かって径方向内側に延びる環状吸気通路であって、環状吸気通路は、可動壁部材の表面と対向壁の間で規定されており、前記可動壁部材は、前記環状吸気通路の大きさを変化させるように軸方向に移動可能である、環状吸気通路と、
前記可動壁部材を前記対向壁に対して軸方向に移動させるように構成されている作動機構とを備えており、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されているキャリア部材と、
少なくとも1つの構造を備えたカム部材と、
を備えており、
前記キャリア部材は、少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも1つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも1つの構造及び前記少なくとも1つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも1つの構造又は前記少なくとも1つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも1つの構造と前記少なくとも1つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させて前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記カム部材は、前記可動壁部材の径方向外側に配置されている、可変ジオメトリタービンアセンブリ。 - 前記カム部材及び前記可動壁部材は環状である、請求項8に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 周方向に分布した複数の吸気ベーンを有するノズルリングと、複数のスロットが設けられた環状シュラウドとを更に備えており、前記複数のスロットは、前記環状シュラウドが前記ノズルリングに対して軸方向に移動すると、前記ノズルリングの前記複数の吸気ベーンを受け入れ、
前記ノズルリング又は前記環状シュラウドは、前記可動壁部材を備えている、請求項8又は請求項9に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。 - 前記少なくとも1つの構造及び前記少なくとも1つの協働構造の周方向及び軸方向の両方に延びる一方は、前記相補的な凹部であり、他方は、前記径方向に延びる構造である、請求項1乃至10の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記少なくとも1つの協働構造は、前記径方向に延びる構造であり、前記少なくとも1つの構造は、前記前記相補的な凹部を規定しており、前記径方向に延びる構造を受け入れる、請求項1乃至11の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記少なくとも1つの構造は前記相補的な凹部であって、周方向及び軸方向の両方に延びており、前記少なくとも1つの協働構造は前記径方向に延びる構造である、請求項1乃至12の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記少なくとも1つの協働構造は、前記キャリア部材の一部である、請求項1乃至13の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記少なくとも1つの協働構造は、前記キャリア部材とは別体である、請求項1乃至13の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記少なくとも1つの協働構造は、径方向に延びる結合要素である、請求項1乃至15の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記キャリア部材は、少なくとも1つの径方向に延びるボアが設けられた環状壁を有しており、前記少なくとも1つの結合要素が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように、前記少なくとも1つの径方向に延びる結合要素が、前記少なくとも1つの径方向に延びるボア内に入れられる、請求項16に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記少なくとも1つの構造及び前記少なくとも1つの協働構造における周方向及び軸方向の両方に延びる一方は、螺旋の少なくとも一部を規定する、請求項1乃至17の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記少なくとも1つの構造及び前記少なくとも1つの協働構造における周方向及び軸方向の両方に延びる一方は、ほぼ螺旋状である、請求項1乃至18の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記少なくとも1つの構造は前記相補的な凹部であって、周方向及び軸方向の両方に延びており、前記少なくとも1つの協働構造は前記径方向に延びる構造であり、壁部材には少なくとも1つの軸方向に延びるスロットが設けられており、前記少なくとも1つの協働構造は、前記少なくとも1つの軸方向に延びるスロットに入れられ、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも1つの構造と前記少なくとも1つの協働構造が係合して、前記壁部材の前記少なくとも1つの軸方向に延びるスロットに沿って、前記少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動して、それにより前記キャリア部材が軸方向に移動し、前記可動壁部材が軸方向に移動して、前記吸気通路の幅が変化するように構成されている、請求項1乃至19の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。 - 前記ノズルリング及び前記環状シュラウドは、前記環状シュラウドが軸方向に移動すると、前記複数の吸気ベーンと前記複数のスロットとの係合によって、前記環状シュラウドが軸方向に案内されるように構成されている、請求項1、7、又は10に従属している請求項1乃至20の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記環状シュラウドが軸方向に移動すると、前記複数の吸気ベーンと前記複数のスロットとの係合が、前記環状シュラウドの前記タービン軸回りの回転を規制する、請求項21に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記環状シュラウドが軸方向に移動すると、前記少なくとも1つの構造と前記少なくとも1つの協働構造との係合により、前記環状シュラウドが回転して、前記環状シュラウドの各スロットについて、当該スロットを規定する内面の少なくとも一部は、そのスロット内に入れられる前記ノズルリングのベーンの対向面に当接するように、前記ノズルリングと前記環状シュラウドは構成されている、請求項21又は請求項22に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記タービンホイールが取り付けられたシャフトを回転可能に支持する少なくとも1つのベアリングを収容するように構成されたベアリングハウジングを更に備えており、
前記環状シュラウドと前記作動機構は、軸方向について、前記吸気通路における前記ベアリングハウジングと同じ側に取り付けられている、請求項1乃至23の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。 - 前記少なくとも1つの構造は、前記相補的な凹部を規定しており、前記相補的な凹部は、前記カムリングの円周部分に設けられており、前記円周部分は、前記カムリングの残りの部分よりも径方向の厚さが大きい、請求項1乃至24の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記少なくとも1つの構造は前記相補的な凹部を規定し、前記少なくとも1つの協働構造は、前記径方向に延びる構造であって、前記キャリア部材の一部であり、前記相補的な凹部は、前記少なくとも1つの協働構造を受け入れる開放端を有する、請求項1乃至25の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 少なくとも1つのシールが、前記キャリア部材及び/又は前記可動壁部材と隣接面との間に設けられており、前記吸気通路からの排気ガスが、前記少なくとも1つのシールのアウトボード側を通過するのを実質的に防止する、請求項1乃至26の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記環状シュラウドは、前記可動壁部材を備えており、前記ノズルリングに摺動可能に取り付けられており、前記少なくとも1つのシールは、前記環状シュラウドの表面と前記ノズルリングの対向面との間に設けられている、請求項1、7、又は10に従属している請求項1乃至27の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記ノズルリングは、熱シールドを備えており、前記熱シールドは、前記ノズルリングと一体的に形成されており、前記タービンホイールと前記可変ジオメトリタービンアセンブリの構成部品との間に配置されて、前記構成部品を前記タービン内の高温ガスから保護するように配置されている、請求項1、7、又は10に従属している請求項1乃至28の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記複数のガイドベーンの先端を前記対向壁に接触させるように付勢された付勢部材を備える、請求項1、7、又は10に従属している請求項1乃至29の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記熱シールドは、前記ノズルリングに取り付けられておらず、前記付勢部材は、前記熱シールド上に軸方向インボード側の力を加えることなく、前記対向壁と接触するように前記複数のガイドベーンの先端を付勢するように構成されている、請求項30に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 環状壁を含む支持部材を更に備えており、前記キャリア部材は、前記支持部材の前記環状壁の径方向外側表面に軸方向に摺動可能に取り付けられる、請求項1乃至31の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 可変ジオメトリタービンアセンブリにおいて、
タービン軸回りに回転するようにタービンハウジング内に取り付けられたタービンホイールと、
前記タービンホイールに向かって径方向内側に延びる環状吸気通路であって、環状吸気通路は、可動壁部材の表面と、前記可変ジオメトリタービンアセンブリのハウジングの対向壁の間で規定されており、前記可動壁部材は、前記環状吸気通路の大きさを変化させるように軸方向に移動可能である、環状吸気通路と、
前記可動壁部材を前記ハウジングの対向壁に対して軸方向に移動させるように構成されている作動機構とを備えており、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材は、軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されており、少なくとも1つの径方向に延びるボアが設けられた環状壁を有する、キャリア部材と、
少なくとも1つの径方向に延びる結合要素であって、前記少なくとも1つの結合要素が、前記キャリア部材の前記環状壁における前記少なくとも1つの径方向に延びるボアに入れられることで、前記少なくとも1つの結合要素が軸方向に移動すると前記キャリア部材が軸方向に移動する、少なくとも1つの径方向に延びる結合要素と、
前記タービン軸回りで回転するように取り付けられたカム部材であって、前記カム部材は環状壁を有しており、前記環状壁には、前記環状壁の少なくとも1つの表面で規定された少なくとも1つのスロットが設けられており、前記少なくとも1つのスロットは、周方向及び軸方向の両方に延びている、カム部材と、
を備えており、
前記少なくとも1つの結合要素は、前記カム部材の前記少なくとも1つのスロットに入れられ、
壁部材には、少なくとも1つの軸方向に延びるスロットが設けられており、前記少なくとも1つの結合要素は、少なくとも1つの軸方向に延びるスロットに入れられ、
前記作動機構は、前記カム部材が前記タービン軸回りで回転すると、前記カム部材の前記環状壁の前記少なくとも1つのスロットが、前記少なくとも1つの結合要素に対して移動するように構成されており、前記少なくとも1つのスロットを規定する前記カム部材の前記少なくとも1つの表面が、前記前記少なくとも1つの結合要素に作用して、前記壁部材の前記少なくとも1つの軸方向に延びるスロットに沿って、前記少なくとも1つの結合要素が軸方向に移動することで、前記キャリア部材が軸方向に移動し、前記可動壁部材が軸方向に移動して、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されている、可変ジオメトリタービンアセンブリ。 - 前記キャリア部材は、前記可動壁部材に対して軸方向に固定されている、請求項33に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記キャリア部材は、前記タービン軸回りの回転方向に固定されるように構成されている、請求項33又は請求項34に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記キャリア部材の前記環状壁の前記径方向に延びる少なくとも1つのボアは、径方向に実質的に平行な長手方向軸に沿って延びている、請求項33乃至35の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記少なくとも1つの結合要素が、前記キャリア部材に対して軸方向に固定されている、請求項33乃至36の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記キャリア部材の前記環状壁の前記少なくとも1つの径方向に延びるボアと前記少なくとも1つの結合要素とは、前記少なくとも1つの結合要素が第1軸方向に移動すると、前記キャリア部材が前記第1軸方向に移動し、前記少なくとも1つの結合要素が第2軸方向に移動すると、前記キャリア部材が前記第2軸方向に移動するように構成されている、請求項37に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記少なくとも1つの径方向に延びるボアが、前記少なくとも1つの結合要素の軸方向範囲とほぼ同じ、又は僅かに大きい軸方向範囲を有していることで、前記少なくとも1つの結合要素が第1軸方向に移動すると、前記キャリア部材が前記第1軸方向に移動し、前記少なくとも1つの結合要素が第2軸方向に移動すると、前記キャリア部材が前記第2軸方向に移動する、請求項38に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記カム部材は、前記キャリア部材に回転方向に取り付けられており、前記キャリア部材によって回転可能に支持される、請求項33乃至39の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記少なくとも1つの結合要素は、径方向に実質的に平行な長手方向軸を有しており、細長い、請求項33乃至40の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記カム部材は、回転すると軸方向に実質的に固定されるように回転方向に取り付けられている、請求項33乃至41の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記カム部材の前記環状壁の前記少なくとも1つのスロットは、ほぼ細長く、長手方向軸に沿って延びている、請求項33乃至42の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記少なくとも1つのスロットの長手方向軸は、前記径方向平面に対してほぼ一定の角度で傾斜している、請求項43に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記少なくとも1つのスロットの長手方向軸は、前記径方向平面に対して、その長さに沿って変化するある角度で傾斜してよい、請求項44に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記少なくとも1つの軸方向に延びるスロットは、前記周方向に延びていない長手方向軸に沿って延びてよい、請求項33乃至45の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記少なくとも1つの軸方向に延びるスロットは、周方向に幅を有しており、前記幅は、前記少なくとも1つの結合要素の周方向の幅と実質的に等しいか又はより大きいので、前記少なくとも1つの結合要素は、前記少なくとも1つの軸方向に延びるスロットに沿って移動する際に、周方向に移動することが防止されている、請求項33乃至46の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 環状壁部材を備えており、
前記カム部材の前記環状壁の径方向外側表面が前記環状壁部材の径方向内側表面に対向して隣接するように、前記カム部材は、前記環状壁部材の径方向内側に取り付けられており、
前記少なくとも1つの軸方向に延びるスロットが設けられている前記壁部材は、前記環状壁部材である、請求項33乃至47の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。 - 前記カム部材の前記環状壁に設けられた前記少なくとも1つのスロットと、前記キャリア部材の前記環状壁に設けられた前記少なくとも1つの径方向に延びるボアと、前記壁部材に設けられた前記少なくとも1つの軸方向スロットと、前記少なくとも1つの結合要素は夫々、複数のスロット、複数の径方向に延びるボア、複数の軸方向スロット及び複数の結合要素であってもよく、各結合要素は、前記キャリア部材の径方向に延びる個々のボアに、前記カム部材の前記環状壁の個々のスロットに、前記壁部材の軸方向に延びる個々のスロットに入れられる、請求項33乃至48の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 環状壁を含む支持部材を更に備えており、
前記キャリア部材は、前記支持部材の前記環状壁の径方向外側表面に軸方向に摺動可能に取り付けられている、請求項33乃至49の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。 - 前記支持部材及び/又は前記キャリア部材は、前記キャリア部材と前記支持部材の間の摩擦を低減するように作用する、及び/又は、耐摩耗性のコーティングを備えている、請求項50に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記支持部材が前記軸方向に実質的に固定されている、請求項50又は請求項51に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記支持部材がハウジングに取り付けられており、前記支持部材と前記ハウジングとの間に少なくとも1つのシール要素が設けられていることで、前記支持部材と前記ハウジングとの間がシールされている、請求項50乃至52の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記キャリア部材と前記支持部材との間に少なくとも1つのシール要素が設けられていることで、前記キャリア部材が前記支持部材に対して軸方向に動く際に、前記キャリア部材と前記支持部材との間がシールされている、請求項50乃至53の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記環状吸気通路内に入ることができる複数のガイドベーンが設けられたノズルリングを備えており、前記複数のガイドベーンは、前記ノズルリングの周囲にて周方向に分布している、請求項50乃至54の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記ノズルリングは、前記ハウジングの前記対向壁に対して軸方向に固定されている、請求項55に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記ノズルリングは、前記支持部材に軸方向に及び/又は回転方向に固定されている、請求項55に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 複数のスロットが設けられた環状壁を有する環状シュラウドを備えており、
各スロットは、前記環状シュラウドと前記ノズルリングとの間の相対的な軸方向移動に対応して、前記ノズルリングの個々のガイドベーンを受け入れるように構成されている、請求項50乃至57の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。 - 前記可動壁部材は、前記環状シュラウドの前記環状壁である、請求項58に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記カム部材を前記タービン軸回りで回転させるように前記カム部材に結合されたアクチュエータを更に備える、請求項1乃至59の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記アクチュエータは、回転可能なアームによって前記カム部材に結合されており、
前記アクチュエータによる前記アームの回転が前記カム部材を前記タービン軸回りで回転させるように前記アームと係合する構造が、前記カム部材に設けられている、請求項60に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。 - 前記キャリア部材には、前記アームの回転のための隙間がもたらされるように少なくとも1つの凹部が設けられている、請求項61に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記ノズルリングh、前記ノズルリングと一体的に形成されており、前記タービンホイールと前記可変ジオメトリタービンの構成部品との間に配置され、前記構成部品を前記タービン内の高温ガスから保護するように配置された熱シールドを備える、請求項55乃至62の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記キャリア部材、前記可動壁部材、前記カム部材、及び前記少なくとも1つの結合要素は、カートリッジアセンブリを形成する、請求項33乃至63の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 前記可変ジオメトリタービンアセンブリの壁部材には、前記ノズルリング、前記キャリア部材、前記カム部材及び/又は前記支持部材の相補的な構造と係合するように構成された構造が設けられており、これら構造が係合すると、前記ノズルリング、前記キャリア部材、前記カム部材及び/又は支持部材は、前記タービン軸回りの特定の回転方向にある、請求項1乃至64の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- タービンの環状吸気通路を対向壁と共に規定する面を有する可動壁部材を移動させて、前記環状吸気通路の幅を変化させる作動機構を備える作動機構アセンブリにおいて、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されているキャリア部材と、
少なくとも1つの構造を備えたカム部材と、
を備えており、
前記キャリア部材は、少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも1つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも1つの構造及び前記少なくとも1つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも1つの構造又は前記少なくとも1つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも1つの構造と前記少なくとも1つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させ、前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記作動機構アセンブリは、周方向に分布した複数の吸気ベーンを有するノズルリングと、複数のスロットが設けられた環状シュラウドとを更に備えており、前記複数のスロットは、前記環状シュラウドが前記ノズルリングに対して軸方向に移動すると、前記ノズルリングの前記複数の吸気ベーンを受け入れ、
前記環状シュラウドは、前記可動壁部材を備えており、
前記ノズルリング及び前記環状シュラウドは、軸方向について前記吸気通路の同じ側に取り付け可能である、作動機構アセンブリ。 - タービンの環状吸気通路を対向壁と共に規定する面を有する可動壁部材を移動させて、前記環状吸気通路の幅を変化させる作動機構を備える作動機構アセンブリにおいて、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能である環状キャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されるキャリア部材と、
回転可能に取り付けられたカム部材と、
を備えており、
前記カム部材には、少なくとも1つの構造が設けられており、
前記キャリア部材は、少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも1つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも1つの構造及び前記少なくとも1つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも1つの構造又は前記少なくとも1つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも1つの構造と前記少なくとも1つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させ、前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記カム部材と前記キャリア部材とは、前記可動壁部材の少なくとも1つの軸方向位置について軸方向に重なり合う、作動機構アセンブリ。 - 作動機構と、タービンの環状吸気通路を対向壁と共に規定する面を有する可動壁部材とを備えており、前記作動機構は、前記可動壁部材を移動させて、前記環状吸気通路の幅を変化させる作動機構アセンブリにおいて、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されているキャリア部材と、
少なくとも1つの構造を備えたカム部材と、
を備えており、
前記キャリア部材は、少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも1つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも1つの構造及び前記少なくとも1つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも1つの構造又は前記少なくとも1つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも1つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも1つの構造と前記少なくとも1つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させ、前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記カム部材は、前記可動壁部材の径方向外側に配置されている、作動機構アセンブリ。 - タービンの環状吸気通路を対向壁と共に規定する面を有する可動壁部材を移動させて、前記環状吸気通路の幅を変化させる作動機構において、
可動壁部材に結合するキャリア部材であって、前記キャリア部材の表面は、ハウジングの対向壁と共にタービンの環状吸気通路を規定し、前記キャリア部材が前記キャリア部材の長手方向軸の方向に移動すると、前記可動壁部材は軸方向に移動し、前記キャリア部材は、少なくとも1つの径方向に延びるボアが設けられた環状壁を有する、キャリア部材と、
少なくとも1つの径方向に延びる結合要素であって、前記少なくとも1つの結合要素が、前記キャリア部材の前記環状壁における前記少なくとも1つの径方向に延びるボアに入れられることで、前記少なくとも1つの結合要素が軸方向に移動すると前記キャリア部材が軸方向に移動する、少なくとも1つの径方向に延びる結合要素と、
前記タービン軸回りで回転するように取り付けられたカム部材であって、前記カム部材は環状壁を有しており、前記環状壁には、前記環状壁の少なくとも1つの表面で規定された少なくとも1つのスロットが設けられており、前記少なくとも1つのスロットは、周方向及び軸方向の両方に延びている、カム部材と、
を備えており、
前記少なくとも1つの結合要素はまた、前記カム部材の前記少なくとも1つのスロットに入れられ、
前記少なくとも1つの結合要素が、壁部材の前記少なくとも1つの軸方向に延びるスロットに入れられることで、前記カム部材が前記軸回りで回転すると、前記カム部材の前記環状壁の前記少なくとも1つのスロットが、前記少なくとも1つの結合要素に対して移動し、前記少なくとも1つのスロットを規定する前記カム部材の前記少なくとも1つの表面が、前記少なくとも1つの結合要素に作用して、前記壁部材の前記少なくとも1つの軸方向に延びるスロットに沿って、前記少なくとも1つの結合要素が軸方向に移動することで、前記キャリア部材が軸方向に移動し、前記可動壁部材が軸方向に移動して、前記吸気通路の大きさを変化させる、作動機構。 - 請求項1乃至65の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリを含むターボ機械。
- 前記ターボ機械は、ターボチャージャであり、前記タービンホイールはシャフトに取り付けられ、前記ターボチャージャは、圧縮機ハウジング内に回転可能に取り付けられたインペラホイールを有しており、前記インペラホイールは、前記シャフトに結合されて、前記タービンホイールの回転により、前記コンプレッサホイールが回転して、前記コンプレッサの吸気口を通って空気を引き込み、圧縮して、前記コンプレッサの排気口に通す、請求項70に記載のターボ機械。
- 添付の図面を参照することで本明細書に実質的に記載されている可変ジオメトリタービンアセンブリ。
- 添付の図面を参照することで本明細書に実質的に記載されている作動機構。
- 添付の図面を参照することで本明細書に実質的に記載されているターボ機械。
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