(57)【要約】ターボチャージャのための可変ノズル装置（１）は、内壁（１１）と外壁（１０）との間に形成された環状のノズル（３）と、複数のノズル通路を画定するためにノズル（３）内に置かれた調整可能な羽根（４）の環状構造体とを有し、羽根（４）を制御可能な状態で調整することにより及び外壁（１０）と羽根（４）との間の軸方向の間隙を制御可能な状態で調整することにより、ノズル（３）を調整できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャのための可変ノズル装置（１）であって、
内壁（１１）と外壁（１０）との間に形成された環状のノズル（３）と；
複数のノズル通路を画定するためにノズル（３）内に置かれた調整可能な羽根（４）の環状構造体と；を有し、
羽根（４）を制御可能な状態で調整することにより及び外壁（１０）と羽根（４）との間の軸方向の間隙を制御可能な状態で調整することにより、ノズル（３）を調整できることを特徴とする可変ノズル装置。
【請求項２】
前記外壁（１０）が、アクチュエータ好ましくは空気式アクチュエータ（６）により、羽根（４）に対して進退するように軸方向に移動されることを特徴とする請求項１の可変ノズル装置（１）。
【請求項３】
前記羽根（４）の方への外壁（１０）の軸方向の運動が、羽根（４）と外壁（１０）との間の最小の軸方向間隙を画定するスペーサにより、制限されることを特徴とする請求項２の可変ノズル装置（１）。
【請求項４】
前記外壁（１０）がノズル（３）を通過しない排気ガスのためのバイパスを形成する軸方向のスリットを有する中空のシャフト（５）により画定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの可変ノズル装置（１）。
【請求項５】
前記ターボチャージャの作動回転速度が増大したときに外壁（１０）が羽根（４）から離れるように移動するような態様で、外壁（１０）の軸方向の運動を生じさせる手段を有することを特徴とする請求項２ないし４のいずれかの可変ノズル装置（１）。
【請求項６】
前記ターボチャージャの作動回転速度が減少したときに外壁（１０）が羽根（４）の方へ移動するような態様で、外壁（１０）の軸方向の運動を生じさせる手段を有することを特徴とする請求項２ないし５のいずれかの可変ノズル装置（１）。
【請求項７】
内壁（１１）と外壁（１０）との間に画定されたノズル（３）内に配置される複数の羽根（４）を有し、羽根（４）がノズル通路を形成するようなターボチャージャのための可変ノズル装置（１）を作動させる方法であって、
羽根（４）を制御可能な状態で調整することによりノズル通路を調整する工程と；
羽根（４）に対して進退するように外壁（１０）を軸方向に移動させることにより外壁（１０）と羽根（４）との間の軸方向の間隙を変更する工程と；
を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
前記ターボチャージャの作動回転速度が増大したとき外壁（１０）と羽根（４）との間の軸方向の間隙を増大させる工程と；
ターボチャージャの作動回転速度が減少したとき外壁（１０）と羽根（４）との間の軸方向の間隙を減少させる工程と；
を含むことを特徴とする請求項７のターボチャージャのための可変ノズル装置（１）を作動させる方法。
【請求項９】
前記外壁（１０）と羽根（４）との間の軸方向間隙を増大させる工程が、環状のノズル（３）のガス流れ面積を拡大させるために羽根（４）を枢動させる工程とは独立に又は同工程と同時に、始動及び（又は）停止し；及び（又は）
前記外壁（１０）と羽根（４）との間の軸方向間隙を減少させる工程が、環状のノズル（３）のガス流れ面積を縮小させるために羽根（４）を枢動させる工程とは独立に又は同工程と同時に、始動及び（又は）停止する；とを特徴とする請求項７又は８のターボチャージャのための可変ノズル装置（１）を作動させる方法。
【請求項１０】
ターボチャージャの可変ノズル装置（１）のための羽根枢動機構であって、
歯車（７）と、歯車装置（８）とを有し、歯車装置（８）が歯車（７）に対して相対的に移動したときに羽根（４）が枢動するように、歯車装置が歯車（７）に係合することを特徴とする羽根枢動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にターボチャージャのための可変ノズル装置に関し、また、ターボチャージャのための可変ノズル装置を作動させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
普通の可変ノズル装置を有するターボチャージャは米国特許第４６４３６４０号明細書から既知である。そのノズル装置は内壁と外壁との間の環状のノズルと、複数のノズル通路を画定するためにノズル内に置かれた調整可能な羽根の環状構造体（annular arrangement）とを有し、ノズルは内外壁間で羽根を制御可能な状態で枢動させることにより調整できる。
【特許文献１】米国特許第４６４３６４０号明細書  これにより、ノズル通路はタービンへのガス流即ち環状のノズルのガス流れ面積を変更する。環状のノズルは内壁を形成するノズルリングと、外壁を形成する覆いと、枢動可能な羽根とにより形成される。羽根を枢動可能な状態に保持するためには、枢動可能な羽根と覆いとの間に間隙即ちギャップを設けなければならない。このような間隙の寸法は、普通、性能レベルを保証し、覆いへの羽根の付着を阻止するために、制限される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、改善されたタービン性能を可能にする、ターボチャージャのための可変ノズル装置及び可変ノズル装置を作動させる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的は、請求項１又は１０の特徴を有する可変ノズル装置により及び請求項７の特徴を有する可変ノズルを作動させる方法により達成される。本発明は従属の請求項により更に発展される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明に係るノズル装置１の第１の実施の形態を、図１を参照しながら説明する。
図１に示すノズル装置１はターボチャージャ内に組み込まれるべきものである。普通のターボチャージャはその上にコンプレッサインペラを有する回転可能なシャフト１２に装着された排気ガスで駆動するタービン２と、環状のノズル３を通してエンジン（図示せず）からタービン２へ排気ガスを導くためにその中にボリュートを形成するタービンハウジング１９とを有する。環状のノズル３は内壁１１と外壁１０との間に画定される。ノズル３内に位置する調整可能な羽根４の環状構造体は複数のノズル通路を画定するためのものである。ノズル３はノズル通路の幾何学形状を変更するために内壁１１と外壁１０との間で羽根４を制御可能な状態で調整することにより調整することができる。
【０００６】
羽根４は図面に関連して説明する羽根枢動機構により調整される。羽根枢動機構は羽根ピン１５と、羽根アーム１７と、ノズルリング１６と、一体リング１４と、作動部材１８とを有する。羽根４、羽根ピン１５及び羽根アーム１７は互いに剛直に接続される。ノズルリング１６は静止しているが、主要なアーム１８は一体リング１４に関して枢動することができる。主要なアーム１８が一体リング１４を回転させたときには、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、羽根４が枢動する。この実施の形態においては、ノズルリング１６の内壁１１は環状のリング状板により形成される。好ましくは、環状のリング状板は熱シールドのように作用する。しかし、内壁１１はまたタービンハウジングの任意の部分により形成することができる。
【０００７】
本発明に係るノズル装置１は、タービン２を取り囲み、環状のノズル３の外壁１０を画定する中空のシャフト５（中空ピストン）を有し、中空のシャフト５は羽根４に対して進退するように軸方向に移動できる。枢動する羽根４が完全に開き、次いで、摺動するピストン５が羽根の頂部から開き始めて、通路の幅及びタービンの流れ容量を増大させるまで、中空のシャフト５は機能ギャップ（羽根４の右側及び左側）をキャンセルし、エンジンの全範囲のすべてに沿ってタービン段の効率を増大させるために使用され、中空のシャフト５は、羽根４が中空のシャフト５により画定された外壁１０に付着するのを阻止するために羽根４から離れるように軸方向に移動する。
【０００８】
この構成においては、間隙をほぼゼロに調整するために従来技術で必要とされる普通に知られた素子を省略することができる。中空のシャフト５の運動は例えば空気式のアクチュエータであるアクチュエータ６により行われる。好ましくは、中空のシャフト５は環状のノズル３を通過しない排気ガスのためのバイパスを形成する軸方向のスリット（図示せず）を有する。
【０００９】
好ましくは、ノズル装置１は、ターボチャージャの作動回転速度が増大したときに中空のシャフト５が羽根４から離れる方向に移動するような及びターボチャージャの作動回転速度が減少したときに中空のシャフト５が羽根４の方へ移動するような態様で、中空シャフト５を作動させる手段により、作動される。
【００１０】
図２Ａ−２Ｂ、図３Ａ−３Ｂ及び図４Ａ−４Ｂを参照して、ノズル装置の作動を以下に一層詳細に説明する。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ターボチャージャの低い回転速度においては、ノズル通路は羽根４により閉じられる。同時に、中空のシャフト５は羽根４と壁１０との間の間隙をキャンセルするように最初は羽根４と接触している。それにより、タービン段はターボチャージャの低い回転速度においてさえ改善された効率を示す。
【００１１】
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、中間の速度範囲においては、ノズル通路は羽根４を枢動させることによって羽根４により開かれるが、中空のシャフト５は羽根４に近い位置にまだ留まっている。それにより、ノズルは半分開いた状態となる。
【００１２】
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、高い回転速度範囲においては、ノズル通路は羽根４により開いた状態に更に保たれる。同時に、中空のシャフト５は羽根４から離れるように移動される。それにより、羽根４は中空のシャフト５により画定される外壁１０上に付着するのを阻止される。有利には、タービン２の高い回転速度範囲におけるエンジン背圧が減少するように、流れ容量が増大される。
【００１３】
中空のシャフト５がバイパスを形成するためのスリットを付加的に具備する場合、タービン２の高い回転速度範囲におけるエンジン背圧が更に減少するように、流れ容量が更に増大される。中空のシャフト５を移動させるタイミング及び羽根４を枢動させるタイミングはターボチャージャの最適な性能即ち最適なタービン効率、大きなブースト及び小さな背圧を達成するように調節することができる。上述のように、回転速度が増大すると、羽根４はまずノズル通路を開くように調整される。回転速度が更に増大すると、中空シャフト５は羽根４から離れるように移動する。
【００１４】
一般に、羽根４から離れるような中空のシャフト５の移動及び環状のノズル３のガス流れ面積を拡大するための羽根４の枢動は、独立（別個）に又は同時に開始させることができる。また、羽根４の方への中空のシャフト５の移動及び環状のノズル３のガス流れ面積を縮小するための羽根４の枢動は、独立に又は同時に開始させることができる。
【００１５】
同様の方法で、羽根４から離れるような中空のシャフト５の移動及び環状のノズル３のガス流れ面積を拡大するための羽根４の枢動は、独立に又は同時に停止させることができ及び（又は）羽根４の方への中空のシャフト５の移動及び環状のノズル３のガス流れ面積を縮小するための羽根４の枢動は、独立に又は同時に停止させることができる。
【００１６】
中空のシャフト５の代わりに、タービンへのガス流を変更するための可変の外壁を有する任意の手段を設けることができるように、第１の実施の形態を修正することができる。
本発明に係る実施の形態は、中空のシャフト５が羽根４に最も近い位置にあるときに、羽根４と中空のシャフト５により画定された外壁１０との間のキャンセルされた間隙（「ゼロギャップ」とも呼ぶ）のため、低い回転速度範囲で大きなブーストを達成する。
【００１７】
エンジンの中間の及び高い回転速度においては、背圧は羽根４から離れるように中空のシャフト５を移動させることにより、減少する。背圧は環状のノズル３を通過しない排気ガスのためのバイパスにより更に減少させることができる。
【００１８】
本発明の第２の実施の形態は図５、６を参照して説明するような羽根枢動機構を有するノズル装置を示す。ターボチャージャの可変ノズル装置１のための羽根枢動機構は歯車７に取り付けた少なくとも１つの羽根４と、歯車装置８とを有し、歯車装置は、歯車装置８が歯車に対して相対的に移動したときに羽根４が枢動するように、歯車７に係合する。
【００１９】
好ましくは、羽根４はロッド（図示せず）を介してそれぞれの歯車７に接続される。ロッドは内壁１１により回転自在に支持されるように内壁１１を貫通する。羽根４を枢動させるため、２つの別のモードがある。第１のモードにおいては、歯車リング８が固定されている間に、内壁１１が回転する。第２のモードにおいては、内壁１１が固定されている間に、歯車リング８が回転する。
【００２０】
羽根４を枢動させるために歯車７及び歯車リング８を設けると、従来の構成よりも簡単になる。その理由は、従来技術において必要であった例えばアーム羽根、ローラ、ピン、一体リング等のような多くの素子を省略できるからである。歯車７の代わりに、歯車又は歯部を有する任意の素子を設けることができる。更に、歯車７及びリング８が噛み合い係合の代わりに摩擦係合することが考えられる。ここで説明した実施の形態は単なる例示として考えるべきであり、これらは保護の範囲を制限するものではない。本発明は特許請求の範囲内で修正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るターボチャージャのためのノズル装置の部分断面図である。
【図２】図２Ａ及び図２Ｂは、ノズルが完全に閉じた状態での、本発明の第１の実施の形態に係るノズル装置のそれぞれ断面図及び平面図である。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、ノズルが半分開いた状態での、本発明の第１の実施の形態に係るターボチャージャのためのノズル装置のそれぞれ断面図及び平面図である。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、ノズルが完全に開いた状態での、本発明の第１の実施の形態に係るターボチャージャのためのノズル装置のそれぞれ断面図及び平面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るターボチャージャのための羽根枢動機構を有するノズル装置を示す図である。
【図６】図５に示す羽根枢動機構を示す別の図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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