(57)【要約】  可変形状ターボチャージャは、その中に位置された羽根（５０）を有する。羽根（５０）は、タービンホイールに隣接するように配向された内側の翼表面（６８）と、内側の翼表面（６８）とは反対側にこれと平行に配向された外側の翼表面（６６）とを備える。羽根（５０）は、それぞれ内側及び外側の翼表面（６６、６８）に垂直に位置し、これらの間に介挿された第１及び第２の軸方向表面（７０、７２）を有する。羽根の先端縁部（７４）は、内側及び外側の翼表面の第１の交差部に沿って位置し、後端縁部（７６）は内側及び外側の翼表面の第２の交差部に沿って位置する。第１及び第２の軸方向表面（７０、７２）の一方又は双方は、先端縁部から後端縁部の方へある距離だけ延びる中実区分と、後端縁部から先端縁部の方へある距離だけ延びる芯無し区分とからなる複合構造を有する。
2007519845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変形状ターボチャージャ組立体であって、
排気ガス入口（４２）及び出口（４４）、入口（４２）に接続されたボリュート、及びボリュートに隣接するノズル壁を有するタービンハウジング（４０）；
タービンハウジング（４０）内で担持され、シャフト（４６）に取り付けられたタービンホイール；並びに
排気ガス入口（４２）とタービンホイールとの間でタービンハウジング（４０）内に位置する複数の羽根（５０）；を含み、
複数の羽根（５０）の各々が、
タービンホイールに隣接するように配向される内側の翼表面（６８）；
内側の翼表面（６８）とは反対側にこれと平行に配向される外側の翼表面（６６）；
各々内側及び外側の翼表面（６６、６８）に垂直に位置され、これらの間に介挿された第１及び第２の軸方向表面（７０、７２）；、
内側及び外側の翼表面の第１の交差部に沿って位置する先端縁部（７４）；及び
内側及び外側の翼表面の第２の交差部に沿って位置する後端縁部（７６）；を有し、
第１及び第２の軸方向表面（７０、７２）のうちの少なくとも１つが、軸方向表面積の少なくとも２５％を占め且つ先端縁部（７４）から後端縁部（７６）の方へ延びる中実区分（３０）、及び後端縁部（７６）から先端縁部（７４）の方へある距離だけ延びる芯無し区分の複合構造を有することを特徴とする組立体。
【請求項２】
前記第１及び第２の軸方向表面（７０、７２）が各々複合構造を有し、第１の軸方向表面（７０）の中実区分が第２の軸方向表面（７２）の芯無し区分からは反対側に位置することを特徴とする請求項１の組立体。
【請求項３】
前記各羽根（５０）は更に第１及び第２の軸方向表面（７０、７２）のうちの少なくとも１つ内にポストを収容するための開口を有し、中実区分が先端縁部（７４）から開口へ延び、芯無し区分が開口（３６）から後端縁部（７６）に隣接する位置へ延びることを特徴とする請求項１の組立体。
【請求項４】
前記中実区分が第１の軸方向表面（７０）の表面積の５０％以上を占めることを特徴とする請求項１の組立体。
【請求項５】
前記中実区分から外方に突出し、先端縁部（７４）に隣接して位置するタブ（５８）を更に含むことを特徴とする請求項１の組立体。
【請求項６】
前記開口は羽根（５６）を通って第１の軸方向表面（７０）から第２の軸方向表面（７２）へ延び、第１の軸方向表面（７０）が先端縁部（７４）から開口へ延びる中実区分を有し、芯無し区分が開口から後端縁部（７６）に隣接する位置へ延び、第２の軸方向表面（７２）が先端縁部（７４）から開口へ延びる芯無し区分を有し、中実区分が開口から後端縁部へ延びることを特徴とする請求項３の組立体。
【請求項７】
前記第１の軸方向表面（７０）の中実区分が第１の軸方向表面（７０）の過半の表面積を占め、前記第２の軸方向表面の芯無し区分が第２の軸方向表面（７２）の過半の表面積を占めることを特徴とする請求項６の組立体。
【請求項８】
前記第１の軸方向表面（７０）から外方に延び、先端縁部（７４）に隣接して位置するタブ（５８）を更に有することを特徴とする請求項６の組立体。
【請求項９】
可変形状ターボチャージャ組立体であって、
排気ガス入口（４２）及び出口（４４）、入口（４２）に接続されたボリュート、及びボリュートに隣接するノズル壁を有するタービンハウジング（４０）；
タービンハウジング（４０）内に担持され、シャフト（４６）に取り付けられたタービンホイール；
排気ガス入口（４２）とタービンホイールとの間でタービンハウジング（４０）内に位置された複数の羽根（５０）；並びに
第１の軸方向表面（７０）に沿って羽根（５０）に隣接して位置し、ターボチャージャ内で羽根（５０）を回転させるために複数の羽根（５０）に係合するように作動手段と共働する手段；を含み、
前記複数の羽根（５０）の各々が、
タービンホイールに隣接するように指向する内側の翼表面（６８）；
内側の翼表面（６８）とは反対側にこれと平行に指向する外側の翼表面（６６）；
各々内側及び外側の翼表面（６６、６８）に垂直に位置し、これらの間に介挿された第１及び第２の軸方向表面（７０、７２）にして、第２の軸方向表面（７２）がノズル壁に隣接して位置するような第１及び第２の軸方向表面（７０、７２）；
内側及び外側の翼表面の第１の交差部に沿って位置する先端縁部（７４）；
内側及び外側の翼表面の第２の交差部に沿って位置する後端縁部（７６）；
羽根（５０）とノズル壁との間に位置するポストをその中に収容するための、第２の軸方向表面（７２）を通って位置する開口；並びに
第１の軸方向表面（７０）上に位置する作動手段；を含み、
第１及び第２の軸方向表面（７０、７２）のうちの少なくとも１つが、中実区分及び芯無し区分の複合構造を有し、中実区分先端縁部（７４）から後端縁部（７６）の方へ延びる羽根の軸方向表面の表面積の少なくとも２５％を占め、芯無し区分が後端縁部（７６）から先端縁部（７４）の方へある距離だけ延びることを特徴とする組立体。
【請求項１０】
前記中実区分が第１の軸方向表面（７０）に沿って先端縁部（７４）から第２の軸方向表面（７２）の開口に隣接する位置へ延び、中実区分が第２の軸方向表面（７２）に沿って開口から後端縁部（７６）へ延びることを特徴とする請求項９の組立体。
【請求項１１】
前記芯無し区分が第１の軸方向表面（７０）に沿って後端縁部（７６）に隣接する位置から第２の軸方向表面（７２）の開口に隣接する位置へ延び、芯無し区分が第２の軸方向表面（７２）に沿って先端縁部（７４）から開口に隣接する位置へ延びることを特徴とする請求項１０の組立体。
【請求項１２】
前記第１の軸方向表面（７０）の中実区分が、先端及び後端の縁部（７４、７６）間で測定して、羽根（５０）の第１の軸方向表面（７０）の表面積の少なくとも５０％を占めることを特徴とする請求項１０の組立体。
【請求項１３】
前記作動手段が羽根（５０）から外方に突出するタブ（５８）であり、前記作動手段が溝穴（６０）であることを特徴とする請求項９の組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に可変形状（variable geometry）ターボチャージャの分野に関し、特に、その中に移動自在な状態で位置し、従来の中実の羽根に比べて軽量であり、既知の中実でない羽根に比べてガス漏洩が少なく、それによって、改善された羽根作動及び羽根／ターボチャージャの長い使用寿命を提供する空気力学的な羽根に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリン及びディーゼル内燃エンジンのためのターボチャージャは、エンジンから出る排気ガスの熱及び体積流れを使用することにより、エンジンの燃焼室へ送られる吸入空気流を加圧又は昇圧するための当業界で知られた装置である。特に、エンジンから出る排気ガスは、排気ガス駆動タービンをハウジング内で回転させるような態様で、ターボチャージャのタービンハウジング内へ送られる。排気ガス駆動タービンはシャフトの一端に装着され、このシャフトは、シャフトの他端に装着され、コンプレッサハウジング内に収容された半径方向の空気コンプレッサに対して共通である。従って、タービンの回転作用はまた、タービンハウジングとは別のターボチャージャのコンプレッサハウジング内で空気コンプレッサを回転させる。空気コンプレッサの回転作用は吸入空気をコンプレッサハウジング内へ進入させ、吸入空気が燃料と混合されてエンジンの燃焼室内で燃焼する前に、所望の量に加圧又は昇圧させる。
【０００３】
ターボチャージャにおいては、しばしば、ターボチャージャの効率又は作動範囲を改善するためにタービンへの排気ガスの流れを制御することが望ましい。可変形状ターボチャージャはこの要求を処理するように形状づけられてきた。このような可変形状ターボチャージャの１つの形式は、可変ノズルターボチャージャと呼ばれる、可変排気ノズルを有するものである。排気ガスの流れを制御するために、異なる形状の可変ノズルが可変ノズルターボチャージャに使用されてきた。このような可変ノズルターボチャージャにおいて排気ガス流の制御を達成するために行われる１つのアプローチ即ち接近法は、タービンの入口のまわりで角度的に配置された多数の枢動羽根の使用を含む。枢動羽根は羽根間の通路ののど部の面積を変更するように普通に制御され、それによって、タービン内への排気ガス流を制御するように機能する。
【０００４】
このような可変ノズルターボチャージャの適正で信頼ある作動を保証するためには、所望の排気ガス流制御作動に応答して自由に移動又は枢動するように、個々の羽根を形状づけ、タービンハウジング内で組立てることが重要である。図１はこのようなターボチャージャの応用に使用する従来の羽根１０を示し、この羽根は外側の翼表面１２と、内側の翼表面１４と、対向する軸方向表面１６、１８とを有する。この形式の羽根は「中実」の構造を有するものである。その理由は、羽根の軸方向表面１６、１８が連続的な面即ち平坦な構造により画定されるからである。
【０００５】
このような従来の中実の羽根１０は可変形状ターボチャージャにおいて有用であるが、羽根の中実デザインはターボチャージャ内での羽根の機動性を一層困難にするものとして知られ、また、羽根及びターボチャージャ内の関連する羽根運動機構に関連する摩擦効果を与え、ターボチャージャの作動使用寿命を減少させることがあるものとして知られる。更に、中実の羽根の使用に関連するコストは比較的高い。
【０００６】
図２Ａ、図２Ｂは各々中実でない構造を有するように構成された別の従来の羽根２０を示す。特に、このような従来の羽根２０は軸方向表面２２、２４を有するように形状づけられるが、上述の中実の羽根とは異なり、実質上芯無し即ち中空の軸方向表面を有する。図２Ａに示すように、羽根の軸方向表面２２は軸方向の表面積の過半部分を一緒に占める２つの芯無し区分（cored-out section）２６、２８により画定される。羽根の軸方向表面２２は中実の区分（solid section）３０を有し、この部分は２つの芯無し区分２６、３８間に位置し、軸方向の表面積の過半部分を占める。図２Ｂに示すように、羽根の軸方向表面２４は軸方向の表面積の過半部分を一緒に占める２つの芯無し区分３２、３４により画定される。羽根の軸方向表面２４は２つの芯無し区分間に位置する開口３６を有し、対向する羽根の軸方向表面２２の中実区分３０から反対側に位置する。
【０００７】
この従来の芯無し羽根は減少した重量の羽根構造を提供するのに有用であり、それによって、ターボチャージャ内でのこの構造の羽根の運動に関連する努力及び摩擦磨耗を減少させ、コストを下げる。しかし、このような羽根の芯無し構造はターボチャージャ内で望ましくない空気流れ効果を生じさせるように作動することがある。例えば、芯無し羽根の軸方向表面は羽根の翼表面上へ指向する空気のための漏洩経路を提供するように作動することがある。例えば、翼表面に沿って指向するのではなく、羽根の先端縁部及び翼表面に指向する空気は、芯無し形状により提供された空気流に対する減少した抵抗のため、羽根の軸方向表面と隣接するターボチャージャの表面との間で漏洩することがある。ターボチャージャ内でのこのような羽根での漏洩は、ターボチャージャの作動効率に悪影響を与えるので、望ましくない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
それ故、従来の中実構造の羽根に比べて減少した重量を有し、羽根を横切る空気漏洩に関連するターボチャージャ内での望ましくない空気流効果を最小化するか又は排除する羽根を、可変形状ターボチャージャ内で使用するように構成し、それによって、改善された羽根の作動信頼性及びターボチャージャ効率を提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の羽根は、排気ガス入口及び出口と、入口に接続されたボリュート（volute；渦巻室）と、ボリュートに隣接するノズル壁とを備えたタービンハウジングを有する可変形状ターボチャージャ組立体内に位置する。タービンホイールはタービンハウジング内で担持され、シャフトに取り付けられる。複数のこのような羽根は排気ガス入口とタービンホイールとの間でタービンハウジング内に位置する。
【００１０】
本発明の羽根はタービンホイールに隣接するように配向された内側の翼表面と、内側の翼表面とは反対側にこれと平行に指向する外側の翼表面とを有する。第１及び第２の軸方向表面は各々内側及び外側の翼表面に対して垂直に位置し、これらの翼表面間に位置する。羽根の先端縁部は第１の内側及び外側の翼表面の交差部に沿って位置する。羽根の後端縁部は第２の内側及び外側の翼表面の交差部に沿って位置する。本発明の羽根はまた、その中にポストを受け入れるための、第１及び第２の軸方向表面のうちの１つ内に位置する穴を有する。
【００１１】
本発明の羽根の重要な特徴は、第１及び第２の軸方向表面のうちの少なくとも１つが中実区分と芯無し区分との複合構造を有することである。例示的な実施の形態においては、中実区分は先端縁部から後端縁部の方へある距離だけ延び、芯無し区分は後端縁部から先端縁部の方へある距離だけ延びる。中実及び芯無しの区分は羽根の軸方向表面に沿ったガスの望ましくない通過を最小化するか又は排除するように位置決めされ、形状づけられ、それによって、ターボチャージャの作動効率を増大させるように作動する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
添付図面を参照することにより本発明を一層明確に理解できよう。可変形状ターボチャージャに使用するように構成された本発明の羽根は軸方向表面を有するように形状づけられ、各軸方向表面は戦略的に位置決めされた芯無し及び中実の表面を有することを特徴とする。一層詳細には、本発明の羽根は過半の表面積に沿って中実の第１の軸方向表面と、過半の表面積に沿って芯無しの第２の軸方向表面とを有する。第１及び第２の軸方向表面の各々はまた、それぞれの軸方向表面の過半以下の表面積を占めるそれぞれの芯無し及び中実の区分を有する。本発明の羽根はターボチャージャの作動中に羽根の軸方向表面を横切る可能な漏洩経路を最小化又は排除するように形状づけられる。
【００１３】
本発明の羽根は可変形状即ち可変ノズルターボチャージャ内に位置する。このような可変形状ターボチャージャは一般に一端で取り付けたタービンハウジングと、他端で取り付けたコンプレッサハウジングとを備えた中央のハウジングを有する。シャフトは中央のハウジング内に収容された軸受組立体内で回転自在に位置する。タービン即ちタービンホイールはシャフトの一端に取り付けられ、タービンハウジング内で担持され、コンプレッサのインペラはシャフトの他端に取り付けられ、コンプレッサハウジング内で担持される。タービンハウジング及びコンプレッサハウジングは、例えば隣接するハウジング間を延びるボルトにより、中央のハウジングに取り付けられる。
【００１４】
図３は、排気ガス流を受け取るための標準の入口４２と、エンジンの排気装置へ排気ガスを導くための出口４４とを備えたタービンハウジング４０を有する既知の可変ノズルターボチャージャ３８の一部を示す。ボリュートは排気入口に接続され、外側のノズル壁はボリュートに隣接してタービンハウジングの鋳造物に組み込まれる。タービンホイール及びシャフト組立体４６はタービンハウジング内で担持される。ターボチャージャに供給される排気ガス又は他の高エネルギガスは入口を通ってタービンへ入り、円周方向のノズル入口４８を通してのタービンホイール内への実質上半径方向の進入のために、ボリュートを通してタービンハウジング内に分配される。
【００１５】
多数の羽根５０はその間で垂直に突出するシャフト５４によりノズル壁５２に装着される。シャフトはノズル壁のそれぞれの開口５６内に位置する。各羽根は、シャフトとは反対側から突出し、第２のノズル壁として作用する調和リング６２のそれぞれの溝穴６０に係合する作動タブ５８を有する。
【００１６】
アクチュエータ組立体は調和リングに接続され、タービンへの排気ガスの流れをそれぞれ増大又は減少させるために外方又は内方へ、タービンホイールの回転軸線に関して半径方向に羽根を移動させるのに必要な場合にリングを一方向又は反対方向へ回転させるように形状づけられる。調和リングが回転すると、羽根のタブ５８は溝穴の一端から溝穴の他端へそのそれぞれの溝穴６０内で移動させられる。溝穴が調和リングに沿って半径方向の成分を有するように指向しているので、それぞれの溝穴内での羽根のタブの運動は、そのそれぞれの開口内での羽根のシャフトの回転を介して、羽根を枢動させ、調和リングの回転方向に応じてノズルの領域を開閉する。このような素子を有する既知の可変ノズルターボチャージャの例は参照としてここに組み込む米国特許第６，２６９，６４２号及び同第６，４１９，４６４号各明細書に開示されている。
【特許文献１】米国特許第６，２６９，６４２号明細書
【特許文献２】米国特許第６，４１９，４６４号明細書。
【００１７】
技術背景において上述したように、上述の多数の羽根の構成を有し図３に示す可変形状ターボチャージャの適正な作動にとって必要なことは、例えば軽量のデザインにするような過剰な摩擦磨耗を生じさせない方法での所望の羽根の運動、及び、例えばガス流の漏洩を促進しないようなタービンハウジング内でのガスの有効な流れを容易にするように、羽根を形状づけることである。
【００１８】
図４Ａ、図４Ｂは、これらのすべての要求を処理するために、上述し図３に示したような可変形状ターボチャージャ内での応用のために特殊に設計した本発明の例示的な実施の形態の羽根６４を示す。図５はまた以下に説明するこれらの羽根素子のための更なる参照を提供する目的で羽根の水平横断面を示す。図４Ａ、図５を参照すると、羽根６４は外側の即ち低圧の翼表面６６と、対向する内側の即ち高圧の翼表面６８と、軸方向表面７０、７２（図４Ｂに示す）とを有する。これらの羽根の表面はタービンハウジング内での羽根の配置に関して定義される。羽根６４は低圧及び高圧の翼表面６６、６８の対向する共通の端部において先端縁部７４及び後端縁部７６を有する。羽根は先端縁部７４に隣接して位置し、軸方向表面７０から突出するタブ７８を有する。タブ７８は羽根の作動を容易にするために上述の方法で調和リングの溝穴と共働するように形状づけられる。
【００１９】
本発明の羽根は、上述し図示したもの以外の翼表面形状を有することができる。好ましい実施の形態においては、本発明の羽根は、例えば（羽根の先端及び後端縁部間で直線距離として測定した）羽根の長さの約０．１６ないし０．５０の範囲内の、羽根の長さの約０．１６よりも大きくすることのできる(対向する外側及び内側の翼表面間で測定した)翼即ち半径方向の厚さを有することができる。更に、外側の翼表面は羽根の長さの約０．８倍よりも小さな曲率半径を備えた凸状の表面とすることができる。更に、羽根の先端縁部は、外側の翼表面の隣接する部分が作動タブから比較的大きな距離だけ離れて位置し、それによって、先端縁部に隣接する増大した厚さを提供するように作動するように、比較的大きな曲率半径を有することを特徴とする。
【００２０】
更に、連続的な凸形状(即ち単一の曲率半径により画定されたもの)を有するのではなく、内側の翼表面は少なくとも２つの異なる形状の区分により画定される複雑な形状を有することができる。先端縁部から出発して、内側の翼表面は先端縁部を内側の表面に対して輪郭づけ又は融合させるように先端縁部よりも大きな曲率半径により画定される凸状部分を有する。凸形状の部分は先端縁部７４からタブ７８を丁度通過して延びる。凸形状の部分から出発して、内側の表面は羽根の後端縁部へ延びる凹形状の部分を有する。
【００２１】
羽根の軸方向表面７０は軸方向表面に沿った望ましくないガス流の漏洩を回避するように特殊に形状づけられた中実表面区分と芯無し表面区分との複合構造を有する。ここで使用されるような中実という用語は、指定した表面部分が平坦又は平面となり、内側及び外側の翼表面の境界縁部に関して窪んでいるという事実を言うために使用される。この例示的な実施の形態においては、羽根の軸方向表面７０は外側及び内側の翼表面６６、６８間で羽根の先端縁部７４からシャフト開口８２へ延びる中実区分８０を有する。タブ７８はこの中実区分８０から突出し、中実区分は軸方向表面７０の実質的な表面積を占める。例示的な実施の形態においては、中実区分は軸方向の表面積の約２５％より多く、好ましくは約５０％より多く、一層好ましくは５５％より多くを占める。
【００２２】
上述し図３に示す可変形状ターボチャージャ内で作動状態にある羽根に対しては、ターボチャージャ内で高圧差に曝される羽根の軸方向表面７０の部分及びガス漏洩を最も受ける羽根の部分は、調和リングの外面特に調和リングの溝穴の外面に対応する羽根の部分である。調和リングを通って溝穴を介して羽根の軸方向表面上へ高圧を導くことができることを理論上想定する。この理由のため、軸方向表面７０は、溝穴を通過している任意の高圧のための漏洩経路を最小化するために調和リングの溝穴に対応するように位置決めされた中実区分を有するように、形状づけられる。
【００２３】
開口８２はターボチャージャ内での羽根の運動を許容するためにその中でのシャフトの配置を許容するように形状づけられる。例示的な実施の形態においては、開口８２は羽根を完全に貫通して延び、そのまわりで同心的に位置する窪んだ表面区分８４を有する。窪んだ表面区分８４はコイニングのような平坦化作業を容易にするように作動する。羽根の軸方向面７０の厳密な平坦化公差は漏洩経路を減少させ、関連する効率損失を処理する目的にとって重要である。
【００２４】
羽根の軸方向表面７０はシャフトの開口８２の一部を画定する壁８８から後端縁部７６の方へある距離だけ延びる中空即ち芯無し区分８６を有する。芯無し区分８６は外側及び内側の翼表面の対向する内壁により画定される。芯無し区分８６は軸方向表面７０の過半以下の表面積を占める。例示的な実施の形態においては、芯無し区分８６は軸方向の表面積の約４０％以下、好ましくは３５％以下を占める。
【００２５】
上述し図３に示す可変形状ターボチャージャ内で作動状態にある羽根に対しては、比較的低圧差に曝される羽根の軸方向表面７０の部分はシャフトの開口８２から後端縁部へ延びる羽根の部分である。この理由のため、ガス漏洩の可能性は減少し、これは、芯無し形状を有するようにこの区分を構成するためにコスト及び回転質量を減少させる目的にとって有益である。
【００２６】
図４Ｂは他の軸方向表面７２からの羽根６４の別の図を示す。軸方向表面７２は、軸方向表面７０と同様、そこを横切る望ましくないガス流の漏洩を回避するように特殊に位置決めされた中実区分と芯無し区分との複合構造を有する。この羽根の軸方向表面の特徴を図５に示す。この例示的な実施の形態においては、羽根の軸方向表面７２は、外側及び内側の翼表面６６、６８間で羽根の先端縁部７４からシャフトの開口８２へ延びる中空即ち芯無し区分９０を有する。
【００２７】
一層詳細には、芯無し区分９０は、外側及び内側の翼表面の対向する内壁により及び羽根を通って延びるシャフトの開口８２を画定する壁区分９２により、画定される。図５に明示するように、例示的な実施の形態においては、芯無し区分９０は対向する軸方向表面７０に沿って位置する中実区分８０の内壁部分９４により画定される深さを有する。芯無し区分９０は中実区分８０により占められる軸方向表面７０の部分と実質上同様か又はそれに等しい軸方向表面７２の部分を占める。このような例示的な実施の形態においては、芯無し区分９０は軸方向表面７２の実質的な表面積を占め、例えば、軸方向の表面積の約５０％以上、好ましくは５５％以上を占める。
【００２８】
軸方向の表面７０のように、軸方向表面７２はシャフトの開口８２のまわりで同心的に位置する窪んだ表面区分９６を有する。窪んだ表面区分９６はコイニングのような平坦化作業を容易にするように作動する。羽根の軸方向表面７２の厳密な平坦化公差は漏洩経路を減少させ、関連する効率損失を減少させる目的にとって重要である。
【００２９】
羽根の軸方向表面７２は更にシャフトの開口８２から後端縁部７６の方へある距離だけ延びる中実区分９８を有する。中実区分９８は外側及び内側の翼表面により画定され、軸方向表面７２の過半の表面積を占める。中実区分９８は芯無し区分８６により占められる軸方向表面７０の部分と実質上同様か又はそれに等しい軸方向表面７２の部分を占める。例示的な実施の形態では、中実区分９８は軸方向の表面積の約４０％以下、好ましくは３５％以下を占める。
【００３０】
上述し図３に示す可変形状ターボチャージャ内で作動状態にある羽根に対しては、ターボチャージャ内で高圧差に曝される羽根の軸方向表面７２の部分及びガス漏洩を最も受ける羽根の部分は、後端縁部に隣接する羽根の部分である。実験の結果、羽根のこの部分はタービンの効率にある程度影響を与えることが判明した。この理由のため、軸方向表面７２は任意の高圧ガスに対する漏洩経路を最小化するために穴と後端縁部との間に位置する中実区分９８を有するように形状づけられる。
【００３１】
更に、比較的低圧差に曝される羽根の軸方向表面７２の部分は、先端縁部からシャフトの開口８２へ延びる羽根の部分である。羽根の軸方向表面のこの部分は中断のない円滑で平坦なノズル面に沿って摺動し、この場合、実質的な漏洩流れを発生させる高圧ガス源は存在しない。この理由のため、ガス漏洩の可能性が減少し、これは、芯無し形状を有するようにこの区分を構成するためにコスト及び回転質量を減少させる目的にとって有益である。
【００３２】
本発明の羽根は中実及び芯無し区分の複合体からなる軸方向表面を有するように意図的に形状づけられる。好ましい実施の形態においては、中実及び芯無し区分は羽根の他方の軸方向表面上の対応する芯無し及び中実区分からは反対側の羽根の一方の軸方向表面上に位置する。このような好ましい実施の形態においては、中実及び芯無し区分は羽根の先端又は後端の縁部に隣接して位置する。上述し図示した方法で形状づけられた本発明の羽根は、図３に示すターボチャージャ組立体内で使用するように配置された場合に、各軸方向表面に沿う中実及び芯無し部分の最小化した漏洩経路を提供することにより、羽根の軸方向表面と隣接するターボチャージャの表面との間でのガスボ漏洩を最小化する。
【００３３】
しかし、本発明の羽根は、特定のターボチャージャの形状及びターボチャージャの用途に応じて、説明し図示したもの異なるように配列された中実及び芯無し区分の複合体を備えた軸方向表面を有することができることを理解すべきである。例えば、本発明の羽根はターボチャージャ内で異なって位置する高圧差に対処するために軸方向表面に沿って異なって位置する中実及び芯無し区分を有することができる。本発明の重要な特徴は、羽根の軸方向表面の少なくとも１つが芯無し区分と中実区分との複合体を有することである。
【００３４】
本発明の羽根は普通の従来の羽根を形成するために使用されるものと同じ形式の材料から形成することができる。本発明の羽根は機械加工又はモールド成形処理により形成することができる。好ましい実施の形態においては、本発明の羽根は金属射出成形技術により形成される。本発明の羽根は中実の羽根に代わる、所望の安価で軽量の羽根を提供し、一方、それと同時に、ターボチャージャ内の望ましくないガス漏洩効果を最小化又は排除する。従って、本発明の羽根は機動性を改善し、摩擦磨耗を減少させ、ターボチャージャの作動効率を改善し、ターボチャージャの作動使用寿命を延ばすように作動する。
【００３５】
ここでは特許事情に必要な程度に本発明を詳細に説明したが、当業者なら、ここに開示した特定の実施の形態に対する修正及び置換を認識できよう。このような修正は本発明の要旨及び意図の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来の中実の羽根の斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは従来の芯無し羽根の斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは従来の芯無し羽根の斜視図である。
【図３】普通の羽根を使用する可変形状ターボチャージャのためのタービンハウジングの分解部品斜視図である。
【図４Ａ】図４Ａは本発明に従って構成された羽根の側面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは本発明に従って構成された羽根の側面図である。
【図５】図４Ａ、図４Ｂの羽根の水平方向断面図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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