(57)【要約】  本発明は、可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャのガイドノズルアッセンブリに関する。本発明によれば、少なくとも１つの金属薄板部材から形成された、ＶＴＧガイドベーンを支承するための少なくとも１つの支持リングが設けられており、ＶＴＧガイドベーンが、１つの支持リングの切欠きに回動可能に支承されている。さらに、本発明は、可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャおよびガイドノズルアッセンブリを製作するための方法に関する。
2011515608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャ（２１）のガイドノズルアッセンブリ（１０）において、
少なくとも１つの金属薄板部材（１８）から形成された、ＶＴＧガイドベーン（１２）を支承するための少なくとも１つの支持リング（１１，１９）が設けられており、
ＶＴＧガイドベーン（１２）が、１つの支持リング（１１，１９）の切欠き（１６）に回動可能に支承されていることを特徴とする、可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャのガイドノズルアッセンブリ。
【請求項２】
金属薄板部材（１８）が、ＶＴＧガイドベーン（１２）の高さ（Ｈ）の７５％よりも少なく、有利には６０％よりも少なく、さらに有利には５０％よりも少なく設定された厚さ（Ｄ）を有している、請求項１記載のガイドノズルアッセンブリ。
【請求項３】
可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャ（２１）のガイドノズルアッセンブリ（１０）において、
少なくとも１つの支持リング（１１，１９）が設けられており、該支持リング（１１，１９）が、少なくとも１つの環状の構成部材（１８）から形成されており、
ＶＴＧガイドベーン（１２）が設けられており、該ＶＴＧガイドベーン（１２）が、１つの支持リング（１１，１９）の切欠き（１６）に回動可能に支承されており、
１つまたはそれ以上の環状の構成部材（１８）が、それぞれＶＴＧガイドベーン（１２）の高さ（Ｈ）の７５％よりも少なく設定された軸方向の延在長さ（Ｄ）を有していることを特徴とする、可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャのガイドノズルアッセンブリ。
【請求項４】
１つのＶＴＧガイドベーン（１２）が、１つのベーン部材と、該ベーン部材に（一体に）成形された少なくとも１つの回動ピン（１３）とから成っている、請求項１から３までのいずれか１項記載のガイドノズルアッセンブリ。
【請求項５】
金属薄板部材（１８）および／または切欠き（１６）が打抜き加工されており、かつ／またはニブリング加工されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のガイドノズルアッセンブリ。
【請求項６】
ただ１つの支持リング（１１）が設けられており、該支持リング（１１）の切欠き（１６）にＶＴＧガイドベーン（１２）が回動可能に支承されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のガイドノズルアッセンブリ。
【請求項７】
２つの支持リング（１１，１９）が設けられており、両支持リング（１１，１９）の間にＶＴＧガイドベーン（１２）がサンドイッチ状に配置されており、両支持リング（１１，１９）の切欠き（１６）にＶＴＧガイドベーン（１２）が回動可能に支承されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のガイドノズルアッセンブリ。
【請求項８】
１つの支持リング（１１，１９）が、複数の金属薄板部材（１８）から形成されており、該金属薄板部材（１８）が、積層体状に重なり合って配置されており、これによって、支持リング（１１，１９）が、合致して重なり合って位置する切欠き（１６）を有しており、該切欠き（１６）にＶＴＧガイドベーン（１２）が回動可能に支承されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のガイドノズルアッセンブリ。
【請求項９】
１つの支持リング（１１，１９）の切欠き（１６）が、支持リング（１１，１９）の中心点から半径方向の等しい間隔を置いて周方向に均等に支持リング（１１，１９）に配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のガイドノズルアッセンブリ。
【請求項１０】
可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャ（２１）内へのガイドノズルアッセンブリ（１０）の組込み状態において、該ガイドノズルアッセンブリ（１０）が、排ガスターボチャージャ（２１）のタービン側の区分（２２）内に回動不能に位置固定されていることを確保する回動防止手段（１７）をガイドノズルアッセンブリ（１０）が有している、請求項１から９までのいずれか１項記載のガイドノズルアッセンブリ。
【請求項１１】
１つの支持リング（１１，１９）の内側の縁部（１４）および／または外側の縁部（１５）が、円形に形成されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のガイドノズルアッセンブリ。
【請求項１２】
可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャ（２１）において、タービン側の区分（２２）が設けられており、該区分（２２）が、排ガスを供給するための供給通路（２３）を有しており、該供給通路（２３）内にタービンロータ（２４）が回転可能に支承されていて、請求項１から１１までのいずれか１項記載のガイドノズルアッセンブリ（１０）が設けられていることを特徴とする、可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャ。
【請求項１３】
可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャ（２１）に用いられるガイドノズルアッセンブリ（１０）、特に請求項１から１１までのいずれか１項記載のガイドノズルアッセンブリ（１０）を製作するための方法において、
（ａ）  少なくとも１つの金属薄板部材（１８）を準備し、
（ｂ）  該少なくとも１つの金属薄板部材（１８）から、切欠き（１６）を備えた１つの支持リング（１１，１９）を形成し、
（ｃ）  ＶＴＧガイドベーン（１２）を準備し、
（ｄ）  該ＶＴＧガイドベーン（１２）を１つの支持リング（１１，１９）の切欠き（１６）内に差し込むことを特徴とする、可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャに用いられるガイドノズルアッセンブリを製作するための方法
【請求項１４】
支持リング（１１）を形成する金属薄板部材（１８）および／または切欠き（１６）を剪断切断法によって製作する、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
支持リング（１１）を形成する金属薄板部材（１８）および／または切欠き（１６）を打抜き加工法および／またはニブリング加工法によって製作する、請求項１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャのガイドノズルアッセンブリに関する。
【０００２】
さらに、本発明は、可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャに関する。
【０００３】
さらに、本発明は、可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャに用いられるガイドノズルアッセンブリを製作するための方法に関する。
【０００４】
これまでに、可変タービンジオメトリ（ＶＴＧ）を備えた排ガスターボチャージャが、内燃機関の出力向上および消費率低減のために有利であると判っている。可変タービンジオメトリによって、高温の排ガスを排ガスターボチャージャのタービンホイールにガイドする流入横断面を変化させることができる。この手段によって、調節することができない固定タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャと異なり、機関回転数および機関負荷に関連して過給圧増加の速度を調整することができる。したがって、可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャでは、各機関運転点において円滑な過給圧増加を確保することができる。固定タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャの過給圧増加時の欠点、たとえば機関回転数が低い場合の著しく遅れた、ターボラグと呼ばれる過給圧増加は、可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャによって効果的に阻止することができるかまたは少なくとも減少させることができる。
【０００５】
ＶＴＧを備えた従来の排ガスターボチャージャでは、可変タービンジオメトリが、調節可能なガイドノズルによって実現される。このような形式のガイドノズルは、可変に方向付けられたガイドベーンの環列から成っている。この環列は、羽根室と呼ばれる、タービンの排ガス供給通路とタービンロータとの間の狭幅の領域に配置されている。
【０００６】
排ガス流の効果的な低損失の案内を可能にするためには、羽根室がガイドベーンの高さよりも著しく広幅に形成されていてはならない。しかし、また、羽根室は過度に狭く寸法設定されていてもならない。なぜならば、この場合、ガイドベーンが運転中に構成部材の熱変形の結果として動かなくなる恐れがあるからである。
【０００７】
欧州特許出願公開第１７３４２３１号明細書には、可変タービンジオメトリを備えたターボチャージャが記載されている。このターボチャージャでは、調節可能なガイドノズルが、上述したように、可変に方向付けられたガイドベーンの環列から形成される。ここでは、ガイドベーンの調節可能性が、ベーン支承リングとも呼ばれる支持リングへのガイドベーンの回動可能な支承によって実現される。
【０００８】
図１には、たとえば欧州特許出願公開第１７３４２３１号明細書に記載されているような公知のガイドノズルアッセンブリ１が示してある。この公知のガイドノズルアッセンブリ１はベーン支承リング２を有している。このベーン支承リング２には、複数のＶＴＧガイドベーン３が支承されている。これらのＶＴＧガイドベーン３は、一体成形された回動ピン４によってベーン支承リング２の切欠き５に回動可能に支承されている。ベーン支承リング２は、ＶＴＧガイドベーン３の高さＨ０の１〜２倍に設定された厚さＤ０を有している。
【０００９】
このような形式のベーン支承リングは、主として、切削による製造法によって製作される。ベーン支承リングの切削による製造のためには、旋削工程と、穿孔工程と、事情により、フライス削り工程も必要となる。ベーン支承リングを切削による製造法によって製作するためには、この製造法に対して特別に設けられた工作機械が準備されなければならない。これによって、このようなベーン支承リングの製作が手間を要すると共に高価となる。
【００１０】
欧州特許第１３９４３６４号明細書には、図１に示したベーン支承リングに類似の構造を備えたベーン支承リングが記載されている。この文献には、鋳造法によるベーン支承リングの製造が提案されている。鋳造部材としてのベーン支承リングの製作時には、モデル・型構造と、適切な溶融炉の準備と、鋳造部材において必要となる切削による後加工とが、著しいコスト要因として挙げられる。したがって、鋳造部材としてのベーン支承リングの製造も著しいコスト消費に結び付けられている。
【００１１】
この背景を前提にして、本発明の課題は、排ガスターボチャージャのＶＴＧガイドベーンを支承するための、従来の解決手段に比べて廉価な択一的なガイドノズルアッセンブリを提供することである。さらに、本発明の更なる課題は、このようなガイドノズルアッセンブリを備えた排ガスターボチャージャと、このようなガイドノズルアッセンブリを製作するための方法とを提供することである。
【００１２】
この課題を解決するために本発明に係る第１のガイドノズルアッセンブリでは、少なくとも１つの金属薄板部材から形成された、ＶＴＧガイドベーンを支承するための少なくとも１つの支持リングが設けられており、ＶＴＧガイドベーンが、１つの支持リングの切欠きに回動可能に支承されているようにした。
【００１３】
本発明に係るガイドノズルアッセンブリの有利な態様によれば、金属薄板部材が、ＶＴＧガイドベーンの高さの７５％よりも少なく、有利には６０％よりも少なく、さらに有利には５０％よりも少なく設定された厚さを有している。
【００１４】
さらに、前述した課題を解決するために本発明に係る第２のガイドノズルアッセンブリでは、少なくとも１つの支持リングが設けられており、該支持リングが、少なくとも１つの環状の構成部材から形成されており、ＶＴＧガイドベーンが設けられており、該ＶＴＧガイドベーンが、１つの支持リングの切欠きに回動可能に支承されており、１つまたはそれ以上の環状の構成部材が、それぞれＶＴＧガイドベーンの高さの７５％よりも少なく設定された軸方向の延在長さを有しているようにした。
【００１５】
本発明に係るガイドノズルアッセンブリの有利な態様によれば、１つのＶＴＧガイドベーンが、１つのベーン部材と、該ベーン部材に（一体に）成形された少なくとも１つの回動ピンとから成っている。
【００１６】
本発明に係るガイドノズルアッセンブリの有利な態様によれば、金属薄板部材および／または切欠きが打抜き加工されており、かつ／またはニブリング加工されている。
【００１７】
本発明に係るガイドノズルアッセンブリの有利な態様によれば、ただ１つの支持リングが設けられており、該支持リングの切欠きにＶＴＧガイドベーンが回動可能に支承されている。
【００１８】
本発明に係るガイドノズルアッセンブリの有利な態様によれば、２つの支持リングが設けられており、両支持リングの間にＶＴＧガイドベーンがサンドイッチ状に配置されており、両支持リングの切欠きにＶＴＧガイドベーンが回動可能に支承されている。
【００１９】
本発明に係るガイドノズルアッセンブリの有利な態様によれば、１つの支持リングが、複数の金属薄板部材から形成されており、該金属薄板部材が、積層体状に重なり合って配置されており、これによって、支持リングが、合致して重なり合って位置する切欠きを有しており、該切欠きにＶＴＧガイドベーンが回動可能に支承されている。
【００２０】
本発明に係るガイドノズルアッセンブリの有利な態様によれば、１つの支持リングの切欠きが、支持リングの中心点から半径方向の等しい間隔を置いて周方向に均等に支持リングに配置されている。
【００２１】
本発明に係るガイドノズルアッセンブリの有利な態様によれば、可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャ内へのガイドノズルアッセンブリの組込み状態において、該ガイドノズルアッセンブリが、排ガスターボチャージャのタービン側の区分内に回動不能に位置固定されていることを確保する回動防止手段をガイドノズルアッセンブリが有している。
【００２２】
本発明に係るガイドノズルアッセンブリの有利な態様によれば、１つの支持リングの内側の縁部および／または外側の縁部が、円形に形成されている。
【００２３】
さらに、前述した課題を解決するために本発明に係る排ガスターボチャージャでは、タービン側の区分が設けられており、該区分が、排ガスを供給するための供給通路を有しており、該供給通路内にタービンロータが回転可能に支承されていて、本発明に係るガイドノズルアッセンブリが設けられているようにした。
【００２４】
さらに、前述した課題を解決するために本発明に係る方法では、少なくとも１つの金属薄板部材を準備し、該少なくとも１つの金属薄板部材から、切欠きを備えた１つの支持リングを形成し、ＶＴＧガイドベーンを準備し、該ＶＴＧガイドベーンを１つの支持リングの切欠き内に差し込むようにした。
【００２５】
本発明に係る方法の有利な態様によれば、支持リングを形成する金属薄板部材および／または切欠きを剪断切断法によって製作する。
【００２６】
本発明に係る方法の有利な態様によれば、支持リングを形成する金属薄板部材および／または切欠きを打抜き加工法および／またはニブリング加工法によって製作する。
【００２７】
本発明によれば、可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャのガイドノズルアッセンブリにおいて、このガイドノズルアッセンブリが、少なくとも１つの金属薄板部材から形成された、ＶＴＧガイドベーンを支承するための少なくとも１つの支持リングを有しており、この場合、ＶＴＧガイドベーンが、支持リングの切欠き内に回動可能に支承されている。
【００２８】
さらに、可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャのガイドノズルアッセンブリにおいて、このガイドノズルアッセンブリが、少なくとも１つの支持リングと、ＶＴＧガイドベーンとを有しており、支持リングが、少なくとも１つの環状の構成部材から形成されており、ＶＴＧガイドベーンが、１つの支持リングの切欠き内に回動可能に支承されており、この場合、１つまたはそれ以上の環状の構成部材が、それぞれＶＴＧガイドベーンの高さの７５％よりも小さく設定された軸方向の延在長さを有している。
【００２９】
さらに、本発明によれば、排ガスターボチャージャにおいて、この排ガスターボチャージャが、排ガスを供給するための供給通路を備えたタービン側の区分を有しており、このタービン側の区分内にタービンロータが回動可能に支承されていて、本発明に係るガイドノズルアッセンブリが設けられている。
【００３０】
さらに、本発明に係るガイドノズルアッセンブリを製作するための方法において、少なくとも１つの金属薄板部材を準備し、この少なくとも１つの金属薄板部材から切欠きを備えた支持リングを形成し、ＶＴＧガイドベーンを準備し、このＶＴＧガイドベーンを１つの支持リングの切欠き内に差し込む。
【００３１】
本発明の根底にある思想は、少なくとも１つの従来の金属薄板部材から形成された、ＶＴＧガイドベーンを回動可能に支承するための、従来の支持リングに比べて肉薄に形成された少なくとも１つの支持リングを備えたガイドノズルアッセンブリを提供することにある。金属薄板から製造された、従来の解決手段に比べて肉薄に形成された支持リングの使用によって、運転中の支持リングの円滑なかつ均等な均熱が確保される。これによって、熱に起因した支持リングの歪みの結果として羽根室内でＶＴＧガイドベーンが動かなくなる危険が著しく減少させられる。さらに、このような支持リングの使用時には、より肉厚に形成された従来の支持リングに比べて材料節約を実現することができる。高価な耐熱性の材料における節約によって、ガイドノズルアッセンブリの、公知の解決手段に比べて廉価な製作が可能となる。
【００３２】
本発明の更なる思想は、本発明に係るガイドノズルアッセンブリを有する、可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャを提供することにある。排ガスターボチャージャ内への本発明に係るガイドノズルアッセンブリの組込みによって、排ガスターボチャージャの総製作費を従来の排ガスターボチャージャに比べて低減することができる。本発明に係るガイドノズルアッセンブリの使用によって、ＶＴＧガイドベーンが動かなくなる危険が減少させられるので、このようなガイドノズルアッセンブリを備えた排ガスターボチャージャは、従来の排ガスターボチャージャに比べて付加的により高い運転確実性の点で優れている。
【００３３】
本発明の更なる思想は、本発明に係るガイドノズルアッセンブリを製作するための方法を提供することである。ガイドノズルアッセンブリを製作するための従来の方法に比べて、本発明に係る方法は、ＶＴＧガイドベーンを支承するための支持リングが従来の金属薄板部材から製作される点で優れている。これによって、支持リングの製作時に切削による製造または鋳造部材としての製造に比べて材料節約を達成することができる。高価な耐熱性の材料における節約に起因して、本発明に係る方法によって、本発明に係るガイドノズルアッセンブリの、従来の方法に比べて廉価な製作が可能となる。
【００３４】
本発明の有利な態様および改良態様は、従属請求項ならびに図面に関連した説明の対象である。
【００３５】
本発明の有利な態様によれば、支持リングを製作するために使用される金属薄板部材が、ＶＴＧガイドベーンの高さの７５％よりも少なく設定された厚さを有している。有利には、金属薄板部材の厚さは、ＶＴＧガイドベーンの高さの６０％未満、さらに有利には５０％未満に設定されている。支持リングのこのような態様は、この支持リングを製作するために使用される金属薄板部材の厚さの減少によって、支持リングの円滑なかつ均等な均熱が確保されていて、熱に起因した支持リングの歪みの結果として羽根室内でＶＴＧガイドベーンが動かなくなる危険が一層減少させられるという利点を有している。さらに、支持リングを製作するために使用される金属薄板部材の厚さの減少によって、支持リングの製作時の一層の材料節約を実現することができる。この結果、やはりガイドノズルアッセンブリ全体に対する製作費が低減される。
【００３６】
本発明の主な態様では、それぞれ１つのベーン部材と、このベーン部材に一体成形された回動ピンとを有するＶＴＧガイドベーンを備えたガイドノズルアッセンブリが提案されている。ＶＴＧガイドベーンのこのような構造的な態様によって、このＶＴＧガイドベーンを簡単に１つの支持リングの各切欠きに回動可能に支承することができる。
【００３７】
本発明の別の有利な態様では、支持リングを製作するための金属薄板部材と、支持リングの切欠きとが打抜き加工されており、かつ／またはニブリング加工されているガイドノズルアッセンブリが提案されている。これによって、支持リングの製作時のかつガイドノズルアッセンブリ全体の製作時のコスト利点が得られる。これに対して択一的には、支持リングを製作するための金属薄板部材と、支持リングの切欠きとが、当然ながら、一種または多種の異なる廉価な方法、たとえば別の剪断切断法、１つまたは２つの楔状の刃による材料の分割切断法（この場合、特に２つの楔状の刃を上下から材料に接近させて材料を分割する切断法）または割裂法によって製作されていてもよい。
【００３８】
本発明の一般的な第１の態様では、ただ１つの支持リングが設けられており、この支持リングの切欠き内にガイドベーンの回動ピンが回動可能に支承されているガイドノズルアッセンブリが提案されている。片側でのＶＴＧガイドベーンのこのような支承によって、ガイドノズルアッセンブリの特に簡単なかつ廉価な構造が可能になる。
【００３９】
本発明の別の有利な態様では、少なくとも２つ、特に正確に２つの支持リングが設けられており、両支持リングの間にＶＴＧガイドベーンがサンドイッチ状に配置されており、両支持リングの切欠き内にＶＴＧガイドベーンの回動ピンが回動可能に支承されているガイドノズルアッセンブリが提案されている。両側でのＶＴＧガイドベーンのこのような支承は、極めて狭幅に形成された支持リングにもかかわらず、ＶＴＧガイドベーンに加えられる力を受け止めるための大きな支持幅が提供されているという利点を有している。
【００４０】
本発明の別の有利な態様では、１つの支持リングが、それぞれ積層体状に重なり合って位置する複数の金属薄板部材から形成されており、これによって、支持リングが、合致して重なり合って位置する切欠きを有しており、この切欠きにＶＴＧガイドベーンが回動可能に支承されているガイドノズルアッセンブリが提案されている。支持リングのこのような構造的な態様は、片側でのＶＴＧガイドベーンの支承時にも、ＶＴＧガイドベーンに加えられる力を受け止めるための大きな支持幅が提供されているという利点を有している。
【００４１】
本発明の主な態様によれば、１つの支持リングの切欠きが、支持リングの中心点から半径方向の等しい間隔を置いて周方向に均等に支持リングに設けられているガイドノズルアッセンブリが提案されている。
【００４２】
本発明の別の有利な態様では、ターボチャージャ内へのガイドノズルアッセンブリの組込み状態において、このガイドノズルアッセンブリがターボチャージャのタービンハウジング内にかつ／または支承ハウジング内に回動不能に固定されていることを確保する回動防止手段を有するガイドノズルアッセンブリが提案されている。このような形式の回動防止手段は、ＶＴＧガイドベーンに加えられた力をターボチャージャのタービンハウジングでかつ／または支承ハウジングで支持するために必要となる。主として、このような回動防止手段は、支承ハウジングおよび／またはタービンハウジングへの支持リングのねじ締結によって実現される。しかし、このような回動防止手段は、たとえば支承ハウジングもしくはタービンハウジングと１つの支持リングの内側の縁部もしくは外側の縁部との間での溝・キー結合手段として形成されていてもよい。
【００４３】
本発明の特に有利な態様によれば、１つの支持リングの内側の縁部および／または外側の縁部が円形に形成されているガイドノズルアッセンブリが提案されている。１つの支持リングのこのような構造的な態様は有利である。なぜならば、１つの支持リングの内部に位置するタービンロータだけでなく、支持リングの外部に位置するハウジング部材も円形の輪郭を有しているからである。しかし、１つの支持リングの内側の縁部および／または外側の縁部は、たとえば回動防止手段を実現するために、当然ながら、多角形にまたは別の形式で環状に形成されていてもよい。
【００４４】
本発明の別の有利な態様によれば、支持リングを製作する金属薄板部材が剪断切断法によって製作される、ガイドノズルアッセンブリを製作するための方法が提案されている。１回の剪断切断法による金属薄板部材の製造は、切削による製造または鋳造部材としての製造に比べて著しいコスト利点を有している。このような剪断切断法は、たとえば打抜き加工法またはニブリング加工法であってよい。これに対して択一的には、支持リングを製作するための金属薄板部材と、支持リングの切欠きとが、当然ながら、一種または多種の廉価な異なる方法、たとえば別の剪断切断法、１つまたは２つの楔状の刃によって材料を分割する切断法（この場合、特に２つの楔状の刃を上下から材料に接近させて材料を分割する切断法）または割裂法によって製作されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】公知のガイドノズルアッセンブリの概略的な断面図である。
【図２Ａ】本発明に係るガイドノズルアッセンブリの第１の全般的な実施の形態の概略的な断面図である。
【図２Ｂ】本発明に係るガイドノズルアッセンブリの第１の全般的な実施の形態の概略的な平面図である。
【図３】本発明に係るガイドノズルアッセンブリの例示的な実施の形態の概略的な平面図である。
【図４】本発明に係るガイドノズルアッセンブリの有利な実施の形態の概略的な断面図である。
【図５】本発明に係るガイドノズルアッセンブリの別の有利な実施の形態の概略的な断面図である。
【図６】本発明に係るガイドノズルアッセンブリを有する、可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャの例示的な等角図である。
【００４６】
以下に、本発明を、概略図で示した実施の形態につき詳しく説明する。
【００４７】
全ての図面において、同一のエレメントもしくは機能同一のエレメントには、別の形態を特定しない限り、同一の符号が付してある。
【００４８】
図２Ａおよび図２Ｂには、本発明に係るガイドノズルアッセンブリ１０の第１の全般的な実施の形態の概略的な断面図もしくは概略的な平面図が示してある。このガイドノズルアッセンブリ１０は、１つの支持リング１１と、複数のＶＴＧガイドベーン１２とを有している。これらのガイドベーン１２は支持リング１１に回動可能に支承されている。
【００４９】
この支持リング１１は、ここでは、ただ１つの金属薄板部材１８から形成されていて、内側の縁部１４と外側の縁部１５とを有している。さらに、支持リング１１は複数の切欠き１６を有している。これらの切欠き１６は、図２Ｂに例示したように、支持リング１１の中心点から半径方向の等しい間隔を置いて周方向に均等に支持リング１１に配置されていてよい。この支持リング１１ひいては金属薄板部材１８は厚さＤを有している。
【００５０】
ＶＴＧガイドベーン１２は高さＨを有していて、付加的にＶＴＧガイドベーン１２に一体成形された回動ピン１３を有している。ＶＴＧガイドベーン１２をベーン支承リング１１に回動可能に支承するためには、それぞれＶＴＧガイドベーン１２に一体成形された回動ピン１３が、支持リング１１の切欠き１６内に差し込まれている。
【００５１】
金属薄板部材１８の厚さＤは、本発明によれば、ＶＴＧガイドベーン１２の高さＨの７５％よりも少なく、有利には６０％よりも少なく設定されている。主として、金属薄板部材１８の厚さは３ｍｍ〜６ｍｍの間に設定されている。
【００５２】
支持リング１１に支承されたＶＴＧガイドベーン１２の回動によって、各機関運転点に対するタービンの流れ横断面を最適に調整することができる。低い機関回転数または機関全負荷の場合には、ＶＴＧガイドベーン１２が緩傾斜の位置にもたらされ、これによって、タービンの流れ横断面が縮小され、より急速に流れる排ガスの結果、円滑な過給圧増加が可能となる。これに対して、タービンに対する排ガス過多の場合には、ＶＴＧガイドベーン１２がより急傾斜の位置にもたらされ、これによって、タービンの流れ横断面が縮小され、より緩速に流れる排ガスの結果、過給圧が制限される。
【００５３】
排ガスターボチャージャのタービンが、たとえば最大１０５０℃の極めて高い排ガス温度にさらされている事実に基づき、本発明に係るガイドノズルアッセンブリ１０の製作時には、主として、耐熱性の材料が使用される。したがって、ガイドノズルアッセンブリ１０は、たとえば高い割合のクロムおよびニッケルを含んだ耐熱性のオーステナイト鋼から製造することができる。強度向上のためには、この耐熱性のオーステナイト鋼に付加的にモリブデン、バナジウム、タングステン、ニオブ、チタンまたはホウ素が添加されていてよい。さらに、ガイドノズルアッセンブリ１０をニッケルベース合金から製作するかまたはターボチャージャのタービン側の区分の内部に形成される排ガス温度に耐えるために適した任意の別の材料から製作することが可能となる。
【００５４】
図３には、本発明に係るガイドノズルアッセンブリ１０の例示的な別の実施の形態の概略的な平面図が示してある。やはり金属薄板部材１８から形成された支持リング１１が設けられている。この支持リング１１の切欠き１６には、複数のＶＴＧガイドベーン１２が回動可能に支承されている。例示したように、支持リング１１は、この支持リング１１の外側の縁部１５に設けられた複数の溝１７を有している。これらの溝１７によって、ターボチャージャのタービンハウジング内へのかつ／または支承ハウジング内へのガイドノズルアッセンブリ１０の回動防止された取付けが可能になる。
【００５５】
図４には、本発明に係るガイドノズルアッセンブリ１０の有利な実施の形態の概略的な断面図が示してある。金属薄板部材１８から形成された第１の支持リング１１のほかに、ここでは、金属薄板部材１８から形成された第２の支持リング１９が設けられている。ＶＴＧガイドベーン１２は両支持リング１１，１９の間にサンドイッチ状に配置されており、これによって、ＶＴＧガイドベーン１２が、このＶＴＧガイドベーン１２に一体成形された回動ピン１３によって両側で支持リング１１，１９の切欠き１６内に回動可能に支承されている。
【００５６】
図５には、本発明に係るガイドノズルアッセンブリ１０の別の有利な実施の形態の概略的な断面図が示してある。ここでは、ただ１つの支持リング１１が設けられている。この支持リング１１は、積層体状に重なり合って配置された３つの金属薄板部材１８によって形成される。こうして形成された支持リング１１は、合致して重なり合って配置された切欠き１６を有している。この切欠き１６内には、ＶＴＧガイドベーン１２が、このＶＴＧガイドベーン１２に一体成形された回動ピン１３によって回動可能に支承されている。
【００５７】
図６には、本発明に係るガイドノズルアッセンブリ１０を備えた排ガスターボチャージャ２１の等角図が例示してある。この排ガスターボチャージャ２１はタービン側の区分２２を有している。本発明に係るガイドノズルアッセンブリ１０は、ここでは、排ガスターボチャージャ２１のタービン側の区分２２の内部で、排ガスを供給するための供給通路２３と、回転可能に支承されたタービンロータ２４との間に配置されている。
【００５８】
本発明を有利な実施の形態につき前述したが、本発明は、これに限定されるものではなく、多種多様な形式に変更可能である。したがって、本発明は、前述した図面に示したガイドノズルアッセンブリの特殊な構造に限定されるものではない。それどころか、本発明の根底にある原理から逸脱することなく、まさにこれらのガイドノズルアッセンブリを任意の形式に変更することができる。
【００５９】
特にガイドノズルアッセンブリは、図面に示したように、必ずしもただ１つまたは２つの支持リングを備えて形成される必要はなく、当然ながら、３つまたはそれ以上の支持リングを有していてもよい。支持リングの熱機械的な特性および機械的な耐荷量にどのような要求が課せられるのかに応じて、ただ１つの支持リングが１つまたは３つの金属薄板部材から形成されてもよいし、積層体状に重なり合って配置された任意の多数の金属薄板部材から形成されてもよいことは明らかである。
【００６０】
ＶＴＧガイドベーンの回動ピンは、必ずしもＶＴＧガイドベーンに一体に成形されている必要はない。したがって、ただ１つのＶＴＧガイドベーンが、別個の回動ピンとベーン部材とによって形成されてもよい。この場合、両構成部材は適切な形式で互いに相対回動不能に結合される。回動ピンとベーン部材とのこのような結合のためには、たとえば嵌合キー結合、テーパピン結合、螺合、溶接結合、ろう接結合または排ガスターボチャージャのタービン側の区分の内部に形成される高い温度において回動ピンとベーン部材との確実な相対回動不能な結合を保証するために適した任意の別の結合が提供される。
【００６１】
１つの支持リングの内側の縁部と外側の縁部とは、必ずしも円形に形成されている必要はない。それどころか、支持リングの内側の縁部および／または外側の縁部は、たとえば回動防止を実現するために、多角形にまたは別の形式で環状に形成されていてもよい。
【００６２】
ＶＴＧガイドベーンを支承するための切欠きが、支持リングの中心点から等しい間隔を置いて周方向に均等に支持リングに配置されている必要はないことは明らかである。それどころか、ＶＴＧガイドベーンを支承するための切欠きは、ターボチャージャのタービン側の区分への組込み条件を考慮して技術的に有利なガイドノズルアッセンブリが得られる限り、任意の形式で１つの支持リングに配置されていてよい。
【符号の説明】
【００６３】
１  ガイドノズルアッセンブリ
２  ベーン支承リング
３  ＶＴＧガイドベーン
４  回動ピン
５  切欠き
１０  ガイドノズルアッセンブリ
１１  支持リング
１２  ＶＴＧガイドベーン
１３  回動ピン
１４  縁部
１５  縁部
１６  切欠き
１７  溝
１８  金属薄板部材
１９  支持リング
２１  排ガスターボチャージャ
２２  区分
２３  供給通路
２４  タービンロータ
Ｄ０  厚さ
Ｄ  厚さ
Ｈ０  高さ
Ｈ  高さ
【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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