(57)【要約】本発明は、タービンへの入力ノズルの横断面を変更するための可搬型円筒状ピストン（７０）を備える可変外形タービンを具備するターボチャージャーに関する。第１閉鎖位置では、ノズルからの流れを調整するための熱シールド（９２）から延在するベーン（９０）がピストンに接触する。第２開放位置では、ピストンはベーンから離隔されることによって入口横断面が増大する。
2004514840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排出マニホールドからの排出ガスを入口で受容しかつ排出出口を具備するタービンハウジング、空気入口及び第１渦巻室を具備するコンプレッサーハウジング、及び前記タービンハウジングと前記コンプレッサーハウジングの中間にあるセンターハウジングを有するケースと、
前記排出ガスからエネルギーを取り出すために前記タービンハウジング内に担持され、前記センターハウジングのシャフト孔を通じて前記タービンハウジングから延在するシャフトに連結されるタービンホイールと、
前記センターハウジングのシャフト孔内に担持され、前記シャフトの回転運動を支持する軸受と、
前記タービンホイールの反対側の前記シャフトに連結され、かつ前記コンプレッサーハウジングに内包されるコンプレッサー羽根車と、
前記タービンホイールに対して同軸な間係にありかつ該タービンホイールの回転軸線に対して平行に移動可能な実質的に円筒状のピストンと、
前記タービンハウジングと前記センターハウジングとの間で自身の外周に係合し、かつ前記回転軸線に向かって半径方向内向きに延在し、該回転軸線に対して実質的に平行に延在する複数のベーンをさらに有する、熱シールドと、
前記熱シールドに近接しかつ前記ベーンに接触する第１位置から、該熱シールドから離れた第２位置まで前記ピストンを移動させる手段と、を備える可変タービンノズル形状を備えるターボチャージャー。
【請求項２】
前記ピストンが、ウェブによって結合される外側リング及び内側リングを構成するＵ字形状横断面の薄壁を備え、前記外側リングが前記タービンハウジング内の円筒状スロット内に近接して受容されかつ前記内側リングが前記排出出口の内側円周表面に近接して係合し、及び前記ピストンが前記第１位置にある状態で前記ウェブが前記ベーンに接触する、請求項１に記載のターボチャージャー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に可変形状ターボチャージャー（ｖａｒｉａｂｌｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ）に関する。より詳細には、ピストンの閉鎖位置にあるノズルを横切って延在するベーンを具備するタービン入口の可変ノズルを形成する摺動ピストンを備えるターボチャージャーが提供される。
【０００２】
【従来の技術】
高効率ターボチャージャーは性能及び空気力学的効率を増大させるためにタービンノズル入口に可変形状装置（ｖａｒｉａｂｌｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｓｙｓｔｅｍｓ）を用いる。ターボチャージャー用可変形状装置は典型的には２つの形式からなっている。すなわち、回転ベーン形式及びピストン形式である。ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＢＡＬＡＮＣＥＤ ＤＵＡＬ ＡＸＬＥ ＶＡＲＩＡＢＬＥ ＮＯＺＺＬＥ ＴＵＲＢＯＣＨＡＲＧＥＲと題する米国特許第５、９４７、６８１号明細書によって例示される回転ベーン形式は、ノズル領域及び流量容積（ｆｌｏｗ ｖｏｌｕｍｅ）を増減させるために回転可能な、タービン入口ノズル内に配置された複数の別個のベーンを提供する。両方ともＴＵＲＢＯＣＨＡＲＧＥＲ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳと題する米国特許第５、２１４、９２０号明細書及び米国特許第５、２３１、８３１号明細書、及びＶＡＲＩＡＢＬＥ ＥＸＨＡＵＳＴ ＤＲＩＶＥＮ ＴＵＲＢＯＣＨＡＲＧＥＲＳと題する米国特許第５、４４１、３８３号明細書によって例示されるピストン形式は、ノズル入口の領域を減じるためにタービンの回転軸線と同心な間係で移動可能な円筒状ピストン又は壁を用いる。大抵の場合、ピストン形式の可変形状ターボチャージャーは、空気流に対して固定された迎え角（ａｎｇｌｅ ｏｆ ａｔｔａｃｋ）を具備するベーンを含む。これらのベーンはピストンに取り付けられるか又はピストンと反対側の静止ノズル壁に取り付けられ、かつピストンの作動中は反対側表面のスロット内に受容される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術におけるピストン形式の可変形状ターボチャージャーでは、特にベーンと、極端な温度変動及び機械的応力に晒される、大抵の構成で用いられる受容スロットとの係合面の許容範囲と釣り合う空気力学的性能を最大にし、並びに容易に製造可能な形状構成のピストンを作動させる手段を提供する挑戦がなされてきた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明を組み込むターボチャージャーは、内燃機関の排出マニホールドからの排出ガスを入口で受容しかつ排出出口を具備するタービンハウジングを有するケース、空気入口及び第１渦巻室（ｖｏｌｕｔｅ）を具備するコンプレッサーハウジング、及びタービンハウジングとコンプレッサーハウジングの中間にあるセンターハウジングを備える。タービンホイールは、排出ガスからエネルギーを取り出すためにタービンハウジング内に担持される。タービンホイールはセンターハウジングのシャフト孔を通じてタービンハウジングから延在するシャフトに連結される。タービンホイールは実質的に中実な（ｆｕｌｌ）背面ディスク及び多くのブレードを備える。センターハウジングのシャフト孔内に担持される軸受はシャフトの回転運動を支持する。コンプレッサーの羽根車はタービンホイールと反対側のシャフトに連結されかつコンプレッサーハウジングに内包される。
【０００５】
実質的に円筒状のピストンはタービンホイールに対して同軸な間係にありかつ該タービンホイールの回転軸線に平行に移動可能である。複数のベーンが、タービンハウジングとセンターハウジング間で自身の外周に係合する、熱シールドの回転軸線に対して実質的に平行に延在する。ピストンを、熱シールドに近接する第１位置から、熱シールドから離れた第２位置まで移動させるためのアクチュエータが設けられる。第１位置では、ピストンの半径方向表面はベーンの端部に係合する。第２位置では、ピストンは、タービン渦巻室からの排出ガスをベーンを通じて部分的に流し及び開放環状体を通じて直接タービン内へ部分的に流す、より大きな横断面ノズルを形成するベーンから離隔される。
【０００６】
本発明の詳細及び特徴は、以下の詳細な説明及び図面からより明瞭に理解されるであろう。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図面を参照して説明する。図１は、タービンハウジング１２、センターハウジング１４、及びコンプレッサハウジング１６を組み込んだターボチャージャー１０に対する本発明の実施形態を示す。タービンホイール１８は、シャフト２０を介してコンプレッサホイール２２に連結される。タービンホイールは、（図示しない）排出マニホールドを設けた内燃機関の排出ガスからのエネルギーをタービンハウジング内の渦巻室２４に転換する。排出ガスはタービンを通じて膨張して出口２６からタービンハウジングを出る。
【０００８】
コンプレッサハウジングには入口２８及び出口３０が組み込まれる。背面プレート３２がボルト３４によってコンプレッサハウジングに連結される。背面プレートは、今度は、（図示しない）ボルトを用いてセンターハウジングに固定されるか、又はセンターハウジングの一体部分として鋳造される。Ｖ字帯状締め具（Ｖ−ｂａｎｄ ｃｌａｍｐ）４０及び整合ピン４２は、タービンハウジングをセンターハウジングに連結する。
【０００９】
センターハウジングのシャフト孔５２内に取り付けられた軸受５０はシャフトを回転支持する。スリーブ５８がスラスト表面及びコンプレッサホイールの中間に係合する。ピストンリングのような回転シール部材６０がスリーブと背面間をシールする。
【００１０】
本発明のための可変形状機構は、タービンの回転軸線と同心な関係に整合されたタービンハウジング内に受容される実質的に円筒状のピストン７０を備える。図示した実施形態では３つの脚部を有し、ピストンに固着しかつ作動シャフト７４に固着するスパイダー７２によって、ピストンは長手方向に移動可能である。作動シャフトはタービンハウジングを貫通して延在するブシュ７６内に受容されかつアクチュエータ７７に連結される。図示した実施形態に対して、アクチュエータはブラケット７８を使ってタービンハウジング上の隆起部（ｓｔａｎｄｏｆｆｓ）に取り付けられる。
【００１１】
ピストンは低摩擦挿入物８２を介してタービンハウジング内で摺動する。円筒状シール部材８４がピストンと挿入物の間に挿入される。ピストンは図１に示す閉鎖位置から、渦巻室２４からタービンへの入口ノズルの領域を実質的に減じながら移動可能である。完全に開放した位置では、ピストンの半径方向の突出部８６はピストンの移動を制限する挿入物表面８８に受容される。
【００１２】
ノズルベーン９０は熱シールド９２から延在する。ピストン閉鎖位置では、ベーンはピストンの半径方向突出部の面に係合する。熱シールドの外周はタービンハウジングとセンターハウジング間に係合する。熱シールドは、センターハウジングとタービンハウジング間の界面からタービンハウジングの空洞内に延在して入り、かつタービン入口ノズル用内壁を形成するように形状付与される。
【００１３】
図２は、ピストン７０が開放位置にある状態の図１のターボチャージャーを示す。開放環状チャンネル９４は、ベーンと、半径方向突出部の面との中間に画成される。排出ガスは、ベーン、及び、該ベーンによって方向が安定化される環状チャンネルを通じて流れる。ノズルの流れ調整は、完全に開放した位置と、完全に閉じた位置との間の所望の幾つかの点にピストンを位置づけることによって達成し得る。
【００１４】
図示した実施形態のピストン作動装置は、図１及び図２に示すようなブラケット７８に固定した空気圧アクチュエータ７７である。
【００１５】
図３は、ピストンの移動方向に対して平行な外側リング９４と、作動棒７４に接続すべくプレート９８に固着するように延在する内側リング９６とを組み込むために実質的にＵ字形状の横断面を有する、金属薄板（ｓｈｅｅｔ ｍｅｔａｌ）又は薄壁鋳物（ｔｈｉｎ ｗａｌｌ ｃａｓｔｉｎｇ）で作ったピストン７０ａを内包する本発明の第２実施形態を示す。ピストンの外側リングは、タービンハウジングのスロット１００内に受容され、かつ内側リングはタービンハウジング出口の内周壁により近接して受容される。これにより、ピストンに対する互い違いの継手シール部材が形成される。閉鎖位置では、Ｕ字形状ピストンのウェブはベーンと係合して最小領域のノズルを形成する。
【００１６】
図４は、ピストンが開放位置にある状態であり、かつベーンから離隔されたピストンのウェブが最大ノズル入口領域を与える開放ノズルに対する上述したように明らかな環状空間を画成する状態の図３の実施形態を示す。外側リング９４のリムとスロット１００の端部との係合、あるいはＵ字形状のピストンウェブとタービンハウジングの隣接する面８８ａとの係合は、ピストンの移動を制限する。
【００１７】
本発明を特許法で要求されるように詳細に説明してきたが、当業者であれば、本明細書に開示した特定事項に対する変更及び置換に気づくであろう。そのような変更及び置換は特許請求の範囲に記載した本発明の範囲及び意図内にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】ピストンが閉鎖位置にある状態の本発明の実施形態を用いたターボチャージャーの断面立面図である。
【図２】ピストンが開放位置にある状態の図１のターボチャージャーの断面立面図である。
【図３】ピストンが閉鎖位置にある状態の、ピストンに対する互い違いの継手シール部材を具備する本発明の第２の実施形態の断面立面図である。
【図４】ピストンが開放位置にある状態の図３の実施形態の断面立面図である。
【符号の説明】
１０　ターボチャージャー
１２　タービンハウジング
１４　センターハウジング
１６　コンプレッサーハウジング
１８　タービンホイール
２０　シャフト
２２　コンプレッサーホイール
２４　渦巻室
２８　入口
３０　出口
３２　背面プレート
３４　ボルト
４０　Ｖ字帯状締め具
４２　整合ピン
５０　軸受
５２　シャフト孔
５８　スリーブ
６０　回転シール部材
７０　ピストン
７０ａ　ピストン
７２　スパイダー
７４　作動シャフト
７６　ブシュ
７７　空気圧アクチュエータ
７８　ブラケット
８０　ボルト
８２　低摩擦挿入物
８４　円筒状シール部材
８６　突出部
８８　挿入物表面
９０　ノズルベーン
９２　熱シールド
９４　開放環状チャンネル
９８　プレート
１００　スロット
【国際公開パンフレット】
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2004514840.tif 000004
2004514840.tif 000005
2004514840.tif 000006
2004514840.tif 000007
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【国際調査報告】
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