(57)【要約】本発明は、過給機(1)、特に車両の排気ガスターボチャージャーに関し、少なくとも１枚の媒体用のフローガイドベーン(5)を有するタービン(2)を備え、このフローガイドベーン(5)が過給機(1)のハウジング部品(8)における凹部(7)に据え付けられたベアリングシャフト(6)を用いてこのハウジング部品(8)に回転自在に支持されている。本発明によれば、ベアリング位置(17,18)及び凹部(7)は、互いに異なる径であり且つ互いに軸方向に離間した少なくとも一対のベアリング位置(17,18)を形成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１枚の媒体用のフローガイドベーン(5)を備え、該フローガイドベーン(5)が、ハウジング部品(8)の凹部(7)に据え付けられたベアリングシャフト(6)によって該ハウジング部品(8)に回転自在に取り付けられている過給機、特に車両の排気ガスターボチャージャーであって、
上記ベアリングシャフト(6)及び上記凹部(7)は、互いに異なる径であり且つ互いに軸方向に離間した少なくとも一対のベアリング位置(17,18)を形成することを特徴とする過給機。
【請求項２】
請求項１に記載の過給機において、
大径の上記ベアリング位置(17,18)が上記フローガイドベーン(5)と対向する側に配置されていることを特徴とする過給機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の過給機において、
上記ベアリング位置(17,18)同士の間において、シャフト径及び／又は凹部径の連続的な変化が可能であることを特徴とする過給機。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の過給機において、
少なくとも１つのベアリング位置(17,18)の領域において、上記凹部径は実質的に上記シャフト径と一致していることを特徴とする過給機。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の過給機において、
上記凹部(7)は、階段状の凹部(7)又は一定の径を有する凹部(7)として存在していることを特徴とする過給機。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の過給機において、
上記ベアリングシャフト(6)は、少なくとも１つのベアリング要素(21)に割り当てられていることを特徴とする過給機。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の過給機において、
上記ベアリング要素(21)は、上記ベアリングシャフト(6)に非確動的に、確動的に、及び／又は、実質的に固定されていることを特徴とする過給機。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の過給機において、
上記ベアリング要素(21)は、上記ベアリングシャフト(6)用の調節装置(13)の一部であって、少なくとも特定の領域の該調節装置(13)は、上記ベアリング位置(17,18)を形成するために、上記凹部(7)において上記ベアリングシャフト(6)と交差していることを特徴とする過給機。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の過給機において、
上記ベアリングシャフト(6)及び上記ガイドベーン(5)は、共通部品として製造され、特にダイカスト法で製造されることを特徴とする過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の過給機に関し、少なくとも１枚の媒体用フローガイドベーンを備え、このフローガイドベーンが、過給機のハウジング部品の凹部に固定されたベアリングシャフトによって、該ハウジング部品に回転自在に取り付けられた過給機、特にターボチャージャーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
請求項１の前文の特徴を備える過給機は、先行技術から公知である。参考文献は、例えば特許文献１〜３である。この過給機は、調節可能な又は加減調整可能なタービン構造（ＢＴＧ）を備えた排気ガスターボチャージャーである。回転自在に取り付けられたフローガイドベーンを備えるこのような調節可能なタービン構造は、乗用車及び商用車用の内燃機関、特にディーゼルエンジンの先行技術である。調節可能なタービン構造を用いて、内燃機関の応答挙動のはっきりした改善がなされる。加減調整可能なフローガイドベーンを用いて、タービンの流量断面積を変更することができる。その過程で、消費及び排気の低減を達成するために、流量断面積は、例えば内燃機関の運転状態及び／又は過給機の運転状態に合わせて変化する。流量断面積の変更は、タービンの堰止め挙動に合わせるのに役立つ。このため、フローガイドベーンは、ハウジング部品（所謂ベアリングディスク）に回転自在に又は枢動可能に固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】独国特許出願公開第 1 004 766号明細書
【特許文献２】独国特許発明第698 27 504号明細書
【特許文献３】独国特許発明第102 62 006号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここでの目的は、過給機の寿命を超えて、フローガイドベーンの故障が防止され、それにより簡単な操作を保証するようにフローガイドベーンを据え付けることにある。その限りにおいて、フローガイドベーンは、排気ガスがタービンを通って流れる範囲で規定の運動を行う。これは特に制限表面同士の間に設けられ、この制限表面は、ハウジング部品又はベアリングディスク及び該ベアリングディスクと対向するカバーディスクによって少なくとも一部形成されたものである。フローガイドベーンは調整装置によって駆動され、調整に要求される力は過給機のハウジング外側から導入される。フローガイドベーンは、ベアリングシャフトによって取り付けられ、このベアリングシャフトは、ハウジング部品の凹部に係合している。従来技術より、ベアリングシャフト径がベアリングシャフトの全長に亘って一定であり、又は、くびれ部を備えたベアリングシャフトが設けられていることが知られているため、ベアリングシャフトは、この位置において上記凹部の内壁に接触していない。ベアリングシャフトの操作の容易さがこの方法で改善されうる。しかしながら、このような設計は、鋳造法、特にダイカスト法によるフローガイドベーン又はベアリングシャフトの製造を困難にする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
これと比較して、請求項１で述べられた特徴を備える過給機は、従来と類似且つ従来よりも費用効率の良い製造が可能であって、特にベアリングシャフトの離型に必要なスライド型を要しないダイカスト法を採用することができるという利点を有する。本発明によると、上記ベアリングシャフト及び上記凹部が互いに異なる径であり且つ互いに軸方向に離間した少なくとも一対のベアリング位置を形成することができる。上記ハウジング部品の上記凹部及び上記ベアリングシャフトは、優先的に円形の断面を有している。それらは共同で少なくとも一対のベアリング位置を形成する。ここで、上記ベアリングシャフト及び上記凹部の内壁は、上記ベアリング位置の大部分の領域において互いに三次元的に接触していてもよい。このように、上記ベアリングシャフトが長手方向全体に亘って上記凹部の内壁に三次元的に接触していなるだけでなく、特定の部位又は区画において、上記ベアリングシャフトによって調節トルクと対抗するトルク（回転抵抗）が低減するので、上記フローガイドベーン又は上記ベアリングシャフトの操作容易性が改善される。上記ベアリング位置の領域において、上記ベアリングシャフトの径をシャフト径といい、上記凹部の径を凹部径という。そして、上記ベアリング位置のシャフト径及び／又は凹部径が互いに異なることは重要ではない。上記シャフト径は、上記ベアリング位置の異なる径を達成するために、上記凹部径が変化する間に上記ベアリングシャフトの長手方向全体に亘って一定に保たれ、そして、上記シャフト径は、上記凹部径が一定に保つ間に変化してもよい。上記シャフト径及び上記凹部径が共に変化してもよい。また、ベアリング位置においてベアリングシャフトが異なるシャフト径を有し、及び／又は、ベアリング位置において上記凹部が異なる凹部径を有してもよい。特に、上記ベアリングシャフトが上記ベアリング位置において異なるシャフト径を有する場合には、上記フローガイドベーン又は上記ベアリングシャフトは、例えば研磨のような再加工なしに、鋳型製造工程で製造されてもよい。ここで、ＨＩＭ又は類似の過程が好ましい。有利には、異なる径の上記ベアリング位置が少なくとも上記シャフト径の変化を通して形成される。このように、鋳型法で用いられるベアリングシャフトの離型に必要なスライド型が除かれてもよい。結果として、ダイカスト法の製造は、上記ベアリングシャフトのより良い離型性により、より簡単に及び／又はより費用効果高く実行されてもよい。ＨＩＭ法の代わりに、精密な鋳型法又はそれと類似のものが用いられてもよい。このように製造された上記フローガイドベーン又はベアリングシャフトの小さな公差により、該ベアリングシャフトの仕上加工又は再加工が回避される。
【０００６】
本発明の更なる発展は、より大きな径を有する上記ベアリング位置が上記フローガイドベーンと対向する側に配置されていることである。上記フローガイドベーンから上記ベアリング位置の径は徐々に減少する。特に、上記ベアリング位置の異なる径が異なるシャフト径によって形成されている場合には、上記フローガイドベーン又は上記ベアリングシャフトの離型がこのように容易になってもよい。
【０００７】
本発明の更なる発展は、上記ベアリング位置同士の間において上記シャフト径及び／又は上記凹部径が連続的に変化することである。好ましくは、ノッチ効果をできるだけ小さく保つために、上記シャフト径又は上記凹部径の突然の変化が回避されている。突然の径変化のために、この径変化が起こった位置における物質にかかる負荷が著しく増加し、局所的な応力集中が関連する位置において発生しうる。このために、連続的な径変化が好ましい。
【０００８】
本発明のさらなる発展は、ベアリング位置の少なくとも１つの領域において、上記凹部径が実質的に上記シャフト径と一致していることである。これは、この領域におけるベアリングシャフトが上記ハウジング部品上に直接取り付けられている、すなわち、当該ハウジング部品に３次元的に接触している。したがって、上記ベアリング位置を形成するために、上記ベアリングシャフトと上記凹部の内壁との間に追加の中間部材を設ける必要がない。有利には、上記ベアリングシャフトを用いてフローガイドベーンの調整操作を簡単に行えるように、上記シャフト径が上記凹部径よりも僅かに小さい。
【０００９】
本発明のさらなる発展は、上記凹部が、階段状の凹部、及び／又は、一定の径からなる凹部として存在していることにある。階段状の凹部の場合、上記凹部は、例えば少なくとも２つの異なる径を有する孔によって形成される。つまり、階段状の孔が存在する。しかしながら、上記凹部は一定の径を有している一方、ベアリング位置の異なる径は、異なるシャフト径によって実現される。
【００１０】
本発明のさらなる発展は、上記ベアリングシャフトが少なくとも１つのベアリング要素に設けられていることにある。上記ベアリング要素は、上記ベアリング位置の領域に配置され、又は、当該位置に設けられており、このベアリング要素は、少なくとも共同で上記ベアリング位置を形成している。例えば、上記ベアリング要素は、環状部品として存在してもよく、この環状部品は上記ベアリングシャフト又は上記凹部に固定される。このような環状部品を用いて、上記凹部径がこの凹部の全長に亘って一定である一方、上記ベアリング位置の異なる径が異なるシャフト径によって実現されている。
【００１１】
本発明のさらなる発展は、上記ベアリング要素が非確動的に、確動的に、及び／又は、実質的に上記ベアリングシャフトと接続していることにある。あるいは、上記ベアリング要素が上記ハウジングの凹部に導入されてもよく、この凹部において当該ベアリング要素が非確動的に、確動的に、及び／又は、実質的に固定されている。
【００１２】
本発明のさらなる発展では、上記ベアリング要素がベアリングシャフト調整用の装置の一部であり、少なくとも特定領域における当該調整装置が、上記ベアリング位置を形成するために、ベアリングシャフト及び上記凹部と接触している。例えば、上記ベアリング要素は、上記調整装置の調整レバーの一部である。この調節レバーは、上記ベアリングシャフトにトルクを与え、上記フローガイドベーンを調節するために用いられている。ここで、上記ベアリング要素は、少なくとも特定領域において上記ベアリングシャフトの周りに係合し、同時に上記凹部において係合している。このように、上記凹部径は一定のままでもよく、上記ベアリング位置の異なる径を形成するために、異なるシャフト径が存在してもよい。
【００１３】
本発明のさらなる発展では、上記ベアリングシャフト及び上記フローガイドベーンが共通の部品として製造され、特に、ダイカスト法を用いて製造される。このような製造品は、上記ベアリングシャフトがフローガイドベーンから飛び出して徐々に縮径する場合に好ましい。この場合、離型用のスライド型が上記部品の製造中に除外されてもよく、共通部品の製造及び部品製造ためのダイカスト成形の提供は、より簡単で、より費用効果がよい。
【００１４】
次に、本発明は、図面に示される例示的な実施形態を用いていかなる制限もなしに、より詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】過給機の断面図である。
【図２】第１実施形態に係るベアリングシャフトを備える、従来技術に係るフローガイドベーンを示す図である。
【図３】第２実施形態に係るベアリングシャフトを備える、従来技術に係るフローガイドベーンを示す図である。
【図４】第１実施形態に係るベアリングシャフトを備える、本発明に係るフローガイドベーンを示す図である。
【図５】第２実施形態に係るベアリングシャフトを備える、本発明に係るフローガイドベーンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、タービン２、特に排気ガスタービンとタービンホイール３とを備える過給機１を示している。タービンホイール３は、調整可能なベーンシステム４を介して径方向流れの影響を受け、このタービンホイール３からの流出が軸方向に起きる（図１右側を参照）。調整可能なベーンシステム４は、少なくとも１枚のフローガイドベーン５を備え、このフローガイドベーン５は、タービンホイール３上の排気ガスの流路内に配置されている。このフローガイドベーン５は、ベアリングシャフト６によって枢動可能に取り付けられている。この目的を達成するために、ベアリングシャフト６は、上記タービン２のハウジング９の一部であるハウジング部品８の凹部７に据え付けられている。このハウジング部品８は、例えば過給機１のベアリングディスク１０である。このベアリングディスク１０と対向するように、カバーディスク１１が設けられている。ベアリングディスク１０とカバーディスク１１との間には、上記フローガイドベーン５が配置されている。フローガイドベーンを調整するために、ベアリングディスク１０とカバーディスク１１との間に適切な空間が必要である。これを保証するために、さらにスペーサ１２がベアリングディスク１０とカバーディスク１１との間に設けられている。フローガイドベーン５は、その信頼性と操作容易性のある調整を可能とするために、ベアリングディスク１０及びカバーディスク１１の双方の間に僅かな間隔を優先的に有している。
【００１７】
フローガイドベーン５と離れて対向するベアリングシャフト６側に調整装置１３が設けられ、この調整装置１３は当該ベアリングシャフト６に回転自在に接続されている。この調整装置１３を用いて、トルクがベアリングシャフト６にかかって、フローガイドベーン５が調整される。フローガイドベーン５を調整することによって、タービンホイール３の流れ角が、上記過給機１に割り当てられる内燃機関（図示せず）の負荷状態に応じて調整される。即ち、例えば内燃機関が低負荷の場合には、フローガイドベーン５が配置されている流路１４の流量断面積は低減する。このように、タービンホイール３の流れ角は、タービンホイール３を駆動するために、過給機１又はタービン２を通る排気ガスの質量流量が低いにもかかわらず十分に高い。したがって、内燃機関が高負荷になるにつれて、つまり大きな排気ガス質量流量と同じ意味であるが、流路１４の流量断面積が増加し、タービン２は不必要に高い流れ抵抗又は圧力損失を生じず、排気ガスに含まれるエネルギーがタービンホイール３を駆動するのに利用される。同様に、排気ガスによって駆動されるタービンホイール３は、例えば、シャフト１５によって過給機１の圧縮機ホイール（図示せず）を駆動する。
【００１８】
図２は、上記ベアリングシャフト６を備える従来技術で公知のフローガイドベーン５の第１実施形態を示す。既に述べた通り、後者は、ハウジング部品８又はベアリング１０の上記凹部７に回転自在に取り付けられている。この実施形態において、凹部７は、一定の凹部径ｄ１を有し、上記ベアリングシャフト６は、一定のベアリングシャフト径ｄ２を有している。ここで、ベアリングシャフト径は、実質的に凹部径と一致し、又は、僅かに小さく、そのため、ベアリングシャフト６によってフローガイドベーン５の調整作業が容易となる。
【００１９】
図３は、フローガイドベーン５の第２実施形態及び従来技術で公知のベアリングシャフト６を示す。この場合にも、ベアリングシャフト６は、ハウジング部品８の凹部に取り付けられている。図２に例示的に示す実施形態のように、凹部径ｄ１は一定である。シャフト径ｄ２も実質的に一定である。しかしながら、ベアリングシャフト６は収縮部１６を有しているため、その径はここで減少している（図３において破線で示されている）。このように、第１ベアリング位置１７及び第２ベアリング位置１８が存在し、そこでベアリングシャフト１６は上記凹部７の内壁に３次元的に接触している。このように、ベアリングシャフトの回転抵抗、すなわちフローガイドベーン５の調整に用いられる調整トルクを相殺するトルクは、凹部７の内壁上のベアリングシャフト６の支持領域が減少しているため、減少しうる。
【００２０】
図４は、フローガイドベーン５の第１実施形態及び本発明に係るベアリングシャフト６を示す。図３の例示的な実施形態において、一対のベアリング位置１７，１８が存在している。しかしながら、上述の例示的な実施形態とは対照的に、上記ベアリング位置１７，１８は互いに異なる径である。ここで、上記径は、例えば、上記ベアリング位置１７，１８を形成する凹部７の内壁と接触するように入るベアリングシャフト６の径によって規定される。単純に、ベアリング位置１７，１８は、それらの領域におけるシャフト径で決められてもよい。その他、上記径はシャフト径及び凹部径の平均値で定義されてもよい。
【００２１】
ここで示される実施形態では、上記凹部７が階段状の凹部１９又は階段状の穴である。これは直径の異なる２つの掘削作業で簡単に形成される。フローガイドベーン５と対向するベアリングシャフト６側に位置する第１ベアリング位置１７の領域にあるベアリングシャフト６は、第２ベアリング位置１８の領域のものよりも大きな径を有する。こうして、上記ベアリング位置１７，１８を一緒に形成する階段状のベアリングシャフト６及び階段状の凹部７が存在している。ここで、フローガイドベーン５及びベアリングシャフト６は共通部品として製造されている。この接続では、上記フローガイドベーン５から次第に縮径する上記ベアリングシャフト６の階段状の実施形態が有利であり、ベアリングシャフト６の径を階段状にすることにより、スライド型を要することなく鋳型からフローガイドベーン５及びベアリングシャフト６を容易に離型することができる。とりわけ、離型するときにベアリングシャフト６の損傷が全く起きず、再形成（例えば、精密な旋回及び／又は研磨）が不要である。上記第１ベアリング位置１７の領域において、上記凹部は凹部径ｄ１を有し、ベアリングシャフト６は径ｄ２を有している。上記第２ベアリング位置１８の領域において、上記凹部径ｄ’１及びシャフト径ｄ’２が存在する。ここで、ｄ’１＜ｄ１かつｄ’２＜ｄ２である。
【００２２】
ベアリングディスク１０を用いて、フローガイドベーン５の取り付けが最初になされる。フローガイドベーン５は、対向する側の熱い排気ガスの影響を受けて流路１４（タービンスペース）を片側だけ制限する。その外径及びカバーディスク１１と共に、フローガイドベーン５は、タービン２のノズル形状を形成する。これらと共同で、タービン２の高効率のために高温にする必要がある。
【００２３】
図５は、フローガイドベーン５の第２実施形態及び本発明に係るベアリングシャフト６を示す。ここで、これらは図４の例示的な実施形態と原則的に同様に構成され、この接続において参照符号は後者で設定されている。しかしながら、図４の実施形態とは対照的に、上記凹部７は階段状ではない、即ち階段状の凹部１９ではない。凹部７はむしろ一定の径ｄ１を有している。より小さいシャフト径ｄ’２の領域において、ベアリング要素２１が配置され、このベアリング要素２１は該シャフト径ｄ’２と上記凹部径ｄ１と相違してオフセットしている。ベアリング要素２１は、例えばリング部品、即ち環状である。このリング部品のこの場合の内径は、実質的にシャフト径と一致し、外径は上記凹部径と一致する。ここで、各ケースにおける内径及び／又は外径の偏差がフローガイドベーン５の簡単な調整操作を保証するために設けられてもよい。ベアリング要素２１は、ベアリングシャフト６又は凹部７内に固定されてもよい。ここで例示的に示されている実施形態において、ベアリング要素２１はベアリングシャフト６に押されている、即ち、後者と非確動的に接続され、又は、摩擦接続している。ベアリング要素２１は上記調節装置１３の一部であり、操作上調節レバー２２と接続されている。上記フローガイドベーン５を調節するために、上記調節レバー２２が駆動され、この調節レバー２２を用いてトルクがベアリングシャフト６に与えられ、このベアリングシャフト６によってフローガイドベーン５の調整がなされる。
【００２４】
図４，５に示されている上記フローガイドベーン５及びベアリングシャフト６の例示的な実施形態は、上述のように共通部品２０のように容易に製造されることから、製造の観点から有利である。しかしながら、ベアリング位置１７，１８の半径差は、フローガイドベーン５の調節時における回転抵抗の明確な低減を実現する。また、利点は実施形態であり、上記シャフト径は一定に維持され、上記凹部径は上記フローガイドベーン５から大きくなる。上記第２ベアリング位置１８の領域における上記シャフト径及び凹部径の差は、この場合、ベアリング要素２１によってオフセットされる。
【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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【国際調査報告】
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2013511661.tif 000009
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