(57)【要約】【解決手段】可変ジオメトリタービンアセンブリは、タービンホイールに向かって径方向内側に延びており、可動壁部材の表面と対向壁との間で規定された環状吸気通路と、可動壁部材を軸方向に移動させるように配置された作動機構とを備えている。作動機構は、少なくとも１つの構造を備えたカム部材と、少なくとも１つの協働構造に軸方向に結合されたキャリア部材とを備えている。少なくとも１つの構造及び少なくとも１つの協働構造のうちの一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、径方向に延びる構造を受けるための相補的な凹部を規定している。少なくとも１つの構造又は少なくとも１つの共働構造が、周方向及び軸方向の両方に延びており、カム部材がキャリア部材に対して回転すると、少なくとも１つの構造及び少なくとも１つの共働構造は係合して、可動壁体を軸方向に移動させる。シュラウドは可動壁部材を含んでおり、シュラウドとノズルリングは吸気通路において軸方向の同じ側に取り付けられている。【選択図】図２
2017515051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変ジオメトリタービンアセンブリにおいて、
タービン軸回りに回転するようにタービンハウジング内に取り付けられたタービンホイールと、
前記タービンホイールに向かって径方向内側に延びる環状吸気通路であって、前記環状吸気通路は、可動壁部材の表面と対向壁の間で規定されており、前記可動壁部材は、前記環状吸気通路の大きさを変化させるように軸方向に移動可能である、環状吸気通路と、
前記可動壁部材を前記対向壁に対して軸方向に移動させるように構成されている作動機構と、を備えており、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されているキャリア部材と、
少なくとも１つの構造を備えたカム部材と、
を備えており、
前記キャリア部材は、少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも１つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも１つの構造及び前記少なくとも１つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも１つの構造又は前記少なくとも１つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも１つの構造と前記少なくとも１つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させ、前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記可変ジオメトリタービンアセンブリは、周方向に分布した複数の吸気ベーンを有するノズルリングと、複数のスロットが設けられた環状シュラウドとを更に備えており、前記複数のスロットは、前記環状シュラウドが前記ノズルリングに対して軸方向に移動すると、前記ノズルリングの前記複数の吸気ベーンを受け入れ、
前記環状シュラウドは、前記可動壁部材を備えており、
前記ノズルリング及び前記環状シュラウドは、軸方向について前記吸気通路の同じ側に取り付けられている、可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項２】
前記ノズルリングは、径方向に延びる環状壁を備えており、周方向に分布した前記複数の吸気ベーンは、前記径方向に延びる環状壁のインボード側表面から軸方向インボード側に延び、前記環状シュラウドは、前記複数のスロットが設けられており、径方向に延びる環状壁を備えており、前記ノズルリングの前記径方向に延びる環状壁は、前記環状シュラウドの前記径方向壁の軸方向アウトボード側に取り付けられている、請求項１に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項３】
前記タービンホイールが装着されているシャフトを回転可能に支持する少なくとも１つのベアリングを収容するように構成されたベアリングハウジングを備えており、前記環状シュラウド及び前記ノズルリングは、軸方向について、前記吸気通路における前記ベアリングハウジングと同じ側に取り付けられている、請求項１又は請求項２に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項４】
可変ジオメトリタービンアセンブリにおいて、
タービン軸回りに回転するようにタービンハウジング内に取り付けられたタービンホイールと、
前記タービンホイールに向かって径方向内側に延びる環状吸気通路であって、環状吸気通路は、可動壁部材の表面と対向壁の間で規定されており、前記可動壁部材は、前記環状吸気通路の大きさを変化させるように軸方向に移動可能である、環状吸気通路と、
前記可動壁部材を前記対向壁に対して軸方向に移動させるように構成されている作動機構とを備えており、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されている環状キャリア部材と、
前記タービン軸回りに回転するように取り付けられており、少なくとも１つの構造を備えたカム部材と、
を備えており、
前記キャリア部材は、少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも１つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも１つの構造及び前記少なくとも１つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも１つの構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が回転すると、前記少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも１つの構造と前記少なくとも１つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させて前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記カム部材及び前記キャリア部材は、前記可動壁部の少なくとも１つの軸方向位置について軸方向に重なり合っている、可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項５】
前記カム部材及び前記キャリア部材は、前記可動壁部材の複数の軸方向位置について軸方向に重なり合っている、請求項４に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項６】
前記カム部材は環状である、請求項４又は請求項５に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項７】
周方向に分布した複数の吸気ベーンを有するノズルリングと、複数のスロットが設けられた環状シュラウドとを更に備えており、前記複数のスロットは、前記環状シュラウドが前記ノズルリングに対して軸方向に移動すると、前記ノズルリングの前記複数の吸気ベーンを受け入れ、
前記ノズルリング又は前記環状シュラウドは、前記可動壁部材を備えている、請求項４乃至６の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項８】
可変ジオメトリタービンアセンブリにおいて、
タービン軸回りに回転するようにタービンハウジング内に取り付けられたタービンホイールと、
前記タービンホイールに向かって径方向内側に延びる環状吸気通路であって、環状吸気通路は、可動壁部材の表面と対向壁の間で規定されており、前記可動壁部材は、前記環状吸気通路の大きさを変化させるように軸方向に移動可能である、環状吸気通路と、
前記可動壁部材を前記対向壁に対して軸方向に移動させるように構成されている作動機構とを備えており、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されているキャリア部材と、
少なくとも１つの構造を備えたカム部材と、
を備えており、
前記キャリア部材は、少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも１つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも１つの構造及び前記少なくとも１つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも１つの構造又は前記少なくとも１つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも１つの構造と前記少なくとも１つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させて前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記カム部材は、前記可動壁部材の径方向外側に配置されている、可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項９】
前記カム部材及び前記可動壁部材は環状である、請求項８に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項１０】
周方向に分布した複数の吸気ベーンを有するノズルリングと、複数のスロットが設けられた環状シュラウドとを更に備えており、前記複数のスロットは、前記環状シュラウドが前記ノズルリングに対して軸方向に移動すると、前記ノズルリングの前記複数の吸気ベーンを受け入れ、
前記ノズルリング又は前記環状シュラウドは、前記可動壁部材を備えている、請求項８又は請求項９に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの構造及び前記少なくとも１つの協働構造の周方向及び軸方向の両方に延びる一方は、前記相補的な凹部であり、他方は、前記径方向に延びる構造である、請求項１乃至１０の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの協働構造は、前記径方向に延びる構造であり、前記少なくとも１つの構造は、前記前記相補的な凹部を規定しており、前記径方向に延びる構造を受け入れる、請求項１乃至１１の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの構造は前記相補的な凹部であって、周方向及び軸方向の両方に延びており、前記少なくとも１つの協働構造は前記径方向に延びる構造である、請求項１乃至１２の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの協働構造は、前記キャリア部材の一部である、請求項１乃至１３の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの協働構造は、前記キャリア部材とは別体である、請求項１乃至１３の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの協働構造は、径方向に延びる結合要素である、請求項１乃至１５の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項１７】
前記キャリア部材は、少なくとも１つの径方向に延びるボアが設けられた環状壁を有しており、前記少なくとも１つの結合要素が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように、前記少なくとも１つの径方向に延びる結合要素が、前記少なくとも１つの径方向に延びるボア内に入れられる、請求項１６に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの構造及び前記少なくとも１つの協働構造における周方向及び軸方向の両方に延びる一方は、螺旋の少なくとも一部を規定する、請求項１乃至１７の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの構造及び前記少なくとも１つの協働構造における周方向及び軸方向の両方に延びる一方は、ほぼ螺旋状である、請求項１乃至１８の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの構造は前記相補的な凹部であって、周方向及び軸方向の両方に延びており、前記少なくとも１つの協働構造は前記径方向に延びる構造であり、壁部材には少なくとも１つの軸方向に延びるスロットが設けられており、前記少なくとも１つの協働構造は、前記少なくとも１つの軸方向に延びるスロットに入れられ、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも１つの構造と前記少なくとも１つの協働構造が係合して、前記壁部材の前記少なくとも１つの軸方向に延びるスロットに沿って、前記少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動して、それにより前記キャリア部材が軸方向に移動し、前記可動壁部材が軸方向に移動して、前記吸気通路の幅が変化するように構成されている、請求項１乃至１９の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項２１】
前記ノズルリング及び前記環状シュラウドは、前記環状シュラウドが軸方向に移動すると、前記複数の吸気ベーンと前記複数のスロットとの係合によって、前記環状シュラウドが軸方向に案内されるように構成されている、請求項１、７、又は１０に従属している請求項１乃至２０の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項２２】
前記環状シュラウドが軸方向に移動すると、前記複数の吸気ベーンと前記複数のスロットとの係合が、前記環状シュラウドの前記タービン軸回りの回転を規制する、請求項２１に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項２３】
前記環状シュラウドが軸方向に移動すると、前記少なくとも１つの構造と前記少なくとも１つの協働構造との係合により、前記環状シュラウドが回転して、前記環状シュラウドの各スロットについて、当該スロットを規定する内面の少なくとも一部は、そのスロット内に入れられる前記ノズルリングのベーンの対向面に当接するように、前記ノズルリングと前記環状シュラウドは構成されている、請求項２１又は請求項２２に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項２４】
前記タービンホイールが取り付けられたシャフトを回転可能に支持する少なくとも１つのベアリングを収容するように構成されたベアリングハウジングを更に備えており、
前記環状シュラウドと前記作動機構は、軸方向について、前記吸気通路における前記ベアリングハウジングと同じ側に取り付けられている、請求項１乃至２３の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの構造は、前記相補的な凹部を規定しており、前記相補的な凹部は、前記カムリングの円周部分に設けられており、前記円周部分は、前記カムリングの残りの部分よりも径方向の厚さが大きい、請求項１乃至２４の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの構造は前記相補的な凹部を規定し、前記少なくとも１つの協働構造は、前記径方向に延びる構造であって、前記キャリア部材の一部であり、前記相補的な凹部は、前記少なくとも１つの協働構造を受け入れる開放端を有する、請求項１乃至２５の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項２７】
少なくとも１つのシールが、前記キャリア部材及び／又は前記可動壁部材と隣接面との間に設けられており、前記吸気通路からの排気ガスが、前記少なくとも１つのシールのアウトボード側を通過するのを実質的に防止する、請求項１乃至２６の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項２８】
前記環状シュラウドは、前記可動壁部材を備えており、前記ノズルリングに摺動可能に取り付けられており、前記少なくとも１つのシールは、前記環状シュラウドの表面と前記ノズルリングの対向面との間に設けられている、請求項１、７、又は１０に従属している請求項１乃至２７の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項２９】
前記ノズルリングは、熱シールドを備えており、前記熱シールドは、前記ノズルリングと一体的に形成されており、前記タービンホイールと前記可変ジオメトリタービンアセンブリの構成部品との間に配置されて、前記構成部品を前記タービン内の高温ガスから保護するように配置されている、請求項１、７、又は１０に従属している請求項１乃至２８の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項３０】
前記複数のガイドベーンの先端を前記対向壁に接触させるように付勢された付勢部材を備える、請求項１、７、又は１０に従属している請求項１乃至２９の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項３１】
前記熱シールドは、前記ノズルリングに取り付けられておらず、前記付勢部材は、前記熱シールド上に軸方向インボード側の力を加えることなく、前記対向壁と接触するように前記複数のガイドベーンの先端を付勢するように構成されている、請求項３０に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項３２】
環状壁を含む支持部材を更に備えており、前記キャリア部材は、前記支持部材の前記環状壁の径方向外側表面に軸方向に摺動可能に取り付けられる、請求項１乃至３１の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項３３】
可変ジオメトリタービンアセンブリにおいて、
タービン軸回りに回転するようにタービンハウジング内に取り付けられたタービンホイールと、
前記タービンホイールに向かって径方向内側に延びる環状吸気通路であって、環状吸気通路は、可動壁部材の表面と、前記可変ジオメトリタービンアセンブリのハウジングの対向壁の間で規定されており、前記可動壁部材は、前記環状吸気通路の大きさを変化させるように軸方向に移動可能である、環状吸気通路と、
前記可動壁部材を前記ハウジングの対向壁に対して軸方向に移動させるように構成されている作動機構とを備えており、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材は、軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されており、少なくとも１つの径方向に延びるボアが設けられた環状壁を有する、キャリア部材と、
少なくとも１つの径方向に延びる結合要素であって、前記少なくとも１つの結合要素が、前記キャリア部材の前記環状壁における前記少なくとも１つの径方向に延びるボアに入れられることで、前記少なくとも１つの結合要素が軸方向に移動すると前記キャリア部材が軸方向に移動する、少なくとも１つの径方向に延びる結合要素と、
前記タービン軸回りで回転するように取り付けられたカム部材であって、前記カム部材は環状壁を有しており、前記環状壁には、前記環状壁の少なくとも１つの表面で規定された少なくとも１つのスロットが設けられており、前記少なくとも１つのスロットは、周方向及び軸方向の両方に延びている、カム部材と、
を備えており、
前記少なくとも１つの結合要素は、前記カム部材の前記少なくとも１つのスロットに入れられ、
壁部材には、少なくとも１つの軸方向に延びるスロットが設けられており、前記少なくとも１つの結合要素は、少なくとも１つの軸方向に延びるスロットに入れられ、
前記作動機構は、前記カム部材が前記タービン軸回りで回転すると、前記カム部材の前記環状壁の前記少なくとも１つのスロットが、前記少なくとも１つの結合要素に対して移動するように構成されており、前記少なくとも１つのスロットを規定する前記カム部材の前記少なくとも１つの表面が、前記前記少なくとも１つの結合要素に作用して、前記壁部材の前記少なくとも１つの軸方向に延びるスロットに沿って、前記少なくとも１つの結合要素が軸方向に移動することで、前記キャリア部材が軸方向に移動し、前記可動壁部材が軸方向に移動して、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されている、可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項３４】
前記キャリア部材は、前記可動壁部材に対して軸方向に固定されている、請求項３３に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項３５】
前記キャリア部材は、前記タービン軸回りの回転方向に固定されるように構成されている、請求項３３又は請求項３４に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項３６】
前記キャリア部材の前記環状壁の前記径方向に延びる少なくとも１つのボアは、径方向に実質的に平行な長手方向軸に沿って延びている、請求項３３乃至３５の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項３７】
前記少なくとも１つの結合要素が、前記キャリア部材に対して軸方向に固定されている、請求項３３乃至３６の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項３８】
前記キャリア部材の前記環状壁の前記少なくとも１つの径方向に延びるボアと前記少なくとも１つの結合要素とは、前記少なくとも１つの結合要素が第１軸方向に移動すると、前記キャリア部材が前記第１軸方向に移動し、前記少なくとも１つの結合要素が第２軸方向に移動すると、前記キャリア部材が前記第２軸方向に移動するように構成されている、請求項３７に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項３９】
前記少なくとも１つの径方向に延びるボアが、前記少なくとも１つの結合要素の軸方向範囲とほぼ同じ、又は僅かに大きい軸方向範囲を有していることで、前記少なくとも１つの結合要素が第１軸方向に移動すると、前記キャリア部材が前記第１軸方向に移動し、前記少なくとも１つの結合要素が第２軸方向に移動すると、前記キャリア部材が前記第２軸方向に移動する、請求項３８に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項４０】
前記カム部材は、前記キャリア部材に回転方向に取り付けられており、前記キャリア部材によって回転可能に支持される、請求項３３乃至３９の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項４１】
前記少なくとも1つの結合要素は、径方向に実質的に平行な長手方向軸を有しており、細長い、請求項３３乃至４０の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項４２】
前記カム部材は、回転すると軸方向に実質的に固定されるように回転方向に取り付けられている、請求項３３乃至４１の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項４３】
前記カム部材の前記環状壁の前記少なくとも１つのスロットは、ほぼ細長く、長手方向軸に沿って延びている、請求項３３乃至４２の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項４４】
前記少なくとも１つのスロットの長手方向軸は、前記径方向平面に対してほぼ一定の角度で傾斜している、請求項４３に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項４５】
前記少なくとも１つのスロットの長手方向軸は、前記径方向平面に対して、その長さに沿って変化するある角度で傾斜してよい、請求項４４に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項４６】
前記少なくとも１つの軸方向に延びるスロットは、前記周方向に延びていない長手方向軸に沿って延びてよい、請求項３３乃至４５の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項４７】
前記少なくとも１つの軸方向に延びるスロットは、周方向に幅を有しており、前記幅は、前記少なくとも１つの結合要素の周方向の幅と実質的に等しいか又はより大きいので、前記少なくとも１つの結合要素は、前記少なくとも１つの軸方向に延びるスロットに沿って移動する際に、周方向に移動することが防止されている、請求項３３乃至４６の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項４８】
環状壁部材を備えており、
前記カム部材の前記環状壁の径方向外側表面が前記環状壁部材の径方向内側表面に対向して隣接するように、前記カム部材は、前記環状壁部材の径方向内側に取り付けられており、
前記少なくとも１つの軸方向に延びるスロットが設けられている前記壁部材は、前記環状壁部材である、請求項３３乃至４７の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項４９】
前記カム部材の前記環状壁に設けられた前記少なくとも１つのスロットと、前記キャリア部材の前記環状壁に設けられた前記少なくとも１つの径方向に延びるボアと、前記壁部材に設けられた前記少なくとも１つの軸方向スロットと、前記少なくとも１つの結合要素は夫々、複数のスロット、複数の径方向に延びるボア、複数の軸方向スロット及び複数の結合要素であってもよく、各結合要素は、前記キャリア部材の径方向に延びる個々のボアに、前記カム部材の前記環状壁の個々のスロットに、前記壁部材の軸方向に延びる個々のスロットに入れられる、請求項３３乃至４８の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項５０】
環状壁を含む支持部材を更に備えており、
前記キャリア部材は、前記支持部材の前記環状壁の径方向外側表面に軸方向に摺動可能に取り付けられている、請求項３３乃至４９の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項５１】
前記支持部材及び／又は前記キャリア部材は、前記キャリア部材と前記支持部材の間の摩擦を低減するように作用する、及び／又は、耐摩耗性のコーティングを備えている、請求項５０に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項５２】
前記支持部材が前記軸方向に実質的に固定されている、請求項５０又は請求項５１に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項５３】
前記支持部材がハウジングに取り付けられており、前記支持部材と前記ハウジングとの間に少なくとも１つのシール要素が設けられていることで、前記支持部材と前記ハウジングとの間がシールされている、請求項５０乃至５２の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項５４】
前記キャリア部材と前記支持部材との間に少なくとも１つのシール要素が設けられていることで、前記キャリア部材が前記支持部材に対して軸方向に動く際に、前記キャリア部材と前記支持部材との間がシールされている、請求項５０乃至５３の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項５５】
前記環状吸気通路内に入ることができる複数のガイドベーンが設けられたノズルリングを備えており、前記複数のガイドベーンは、前記ノズルリングの周囲にて周方向に分布している、請求項５０乃至５４の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項５６】
前記ノズルリングは、前記ハウジングの前記対向壁に対して軸方向に固定されている、請求項５５に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項５７】
前記ノズルリングは、前記支持部材に軸方向に及び／又は回転方向に固定されている、請求項５５に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項５８】
複数のスロットが設けられた環状壁を有する環状シュラウドを備えており、
各スロットは、前記環状シュラウドと前記ノズルリングとの間の相対的な軸方向移動に対応して、前記ノズルリングの個々のガイドベーンを受け入れるように構成されている、請求項５０乃至５７の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項５９】
前記可動壁部材は、前記環状シュラウドの前記環状壁である、請求項５８に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項６０】
前記カム部材を前記タービン軸回りで回転させるように前記カム部材に結合されたアクチュエータを更に備える、請求項１乃至５９の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項６１】
前記アクチュエータは、回転可能なアームによって前記カム部材に結合されており、
前記アクチュエータによる前記アームの回転が前記カム部材を前記タービン軸回りで回転させるように前記アームと係合する構造が、前記カム部材に設けられている、請求項６０に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項６２】
前記キャリア部材には、前記アームの回転のための隙間がもたらされるように少なくとも１つの凹部が設けられている、請求項６１に記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項６３】
前記ノズルリングｈ、前記ノズルリングと一体的に形成されており、前記タービンホイールと前記可変ジオメトリタービンの構成部品との間に配置され、前記構成部品を前記タービン内の高温ガスから保護するように配置された熱シールドを備える、請求項５５乃至６２の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項６４】
前記キャリア部材、前記可動壁部材、前記カム部材、及び前記少なくとも１つの結合要素は、カートリッジアセンブリを形成する、請求項３３乃至６３の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項６５】
前記可変ジオメトリタービンアセンブリの壁部材には、前記ノズルリング、前記キャリア部材、前記カム部材及び／又は前記支持部材の相補的な構造と係合するように構成された構造が設けられており、これら構造が係合すると、前記ノズルリング、前記キャリア部材、前記カム部材及び/又は支持部材は、前記タービン軸回りの特定の回転方向にある、請求項１乃至６４の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項６６】
タービンの環状吸気通路を対向壁と共に規定する面を有する可動壁部材を移動させて、前記環状吸気通路の幅を変化させる作動機構を備える作動機構アセンブリにおいて、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されているキャリア部材と、
少なくとも１つの構造を備えたカム部材と、
を備えており、
前記キャリア部材は、少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも１つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも１つの構造及び前記少なくとも１つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも１つの構造又は前記少なくとも１つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも１つの構造と前記少なくとも１つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させ、前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記作動機構アセンブリは、周方向に分布した複数の吸気ベーンを有するノズルリングと、複数のスロットが設けられた環状シュラウドとを更に備えており、前記複数のスロットは、前記環状シュラウドが前記ノズルリングに対して軸方向に移動すると、前記ノズルリングの前記複数の吸気ベーンを受け入れ、
前記環状シュラウドは、前記可動壁部材を備えており、
前記ノズルリング及び前記環状シュラウドは、軸方向について前記吸気通路の同じ側に取り付け可能である、作動機構アセンブリ。
【請求項６７】
タービンの環状吸気通路を対向壁と共に規定する面を有する可動壁部材を移動させて、前記環状吸気通路の幅を変化させる作動機構を備える作動機構アセンブリにおいて、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能である環状キャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されるキャリア部材と、
回転可能に取り付けられたカム部材と、
を備えており、
前記カム部材には、少なくとも１つの構造が設けられており、
前記キャリア部材は、少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも１つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも１つの構造及び前記少なくとも１つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも１つの構造又は前記少なくとも１つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも１つの構造と前記少なくとも１つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させ、前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記カム部材と前記キャリア部材とは、前記可動壁部材の少なくとも１つの軸方向位置について軸方向に重なり合う、作動機構アセンブリ。
【請求項６８】
作動機構と、タービンの環状吸気通路を対向壁と共に規定する面を有する可動壁部材とを備えており、前記作動機構は、前記可動壁部材を移動させて、前記環状吸気通路の幅を変化させる作動機構アセンブリにおいて、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されているキャリア部材と、
少なくとも１つの構造を備えたカム部材と、
を備えており、
前記キャリア部材は、少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも１つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも１つの構造及び前記少なくとも１つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも１つの構造又は前記少なくとも１つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも１つの構造と前記少なくとも１つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させ、前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記カム部材は、前記可動壁部材の径方向外側に配置されている、作動機構アセンブリ。
【請求項６９】
タービンの環状吸気通路を対向壁と共に規定する面を有する可動壁部材を移動させて、前記環状吸気通路の幅を変化させる作動機構において、
可動壁部材に結合するキャリア部材であって、前記キャリア部材の表面は、ハウジングの対向壁と共にタービンの環状吸気通路を規定し、前記キャリア部材が前記キャリア部材の長手方向軸の方向に移動すると、前記可動壁部材は軸方向に移動し、前記キャリア部材は、少なくとも１つの径方向に延びるボアが設けられた環状壁を有する、キャリア部材と、
少なくとも１つの径方向に延びる結合要素であって、前記少なくとも１つの結合要素が、前記キャリア部材の前記環状壁における前記少なくとも１つの径方向に延びるボアに入れられることで、前記少なくとも１つの結合要素が軸方向に移動すると前記キャリア部材が軸方向に移動する、少なくとも１つの径方向に延びる結合要素と、
前記タービン軸回りで回転するように取り付けられたカム部材であって、前記カム部材は環状壁を有しており、前記環状壁には、前記環状壁の少なくとも１つの表面で規定された少なくとも１つのスロットが設けられており、前記少なくとも１つのスロットは、周方向及び軸方向の両方に延びている、カム部材と、
を備えており、
前記少なくとも１つの結合要素はまた、前記カム部材の前記少なくとも１つのスロットに入れられ、
前記少なくとも１つの結合要素が、壁部材の前記少なくとも１つの軸方向に延びるスロットに入れられることで、前記カム部材が前記軸回りで回転すると、前記カム部材の前記環状壁の前記少なくとも１つのスロットが、前記少なくとも１つの結合要素に対して移動し、前記少なくとも１つのスロットを規定する前記カム部材の前記少なくとも１つの表面が、前記少なくとも１つの結合要素に作用して、前記壁部材の前記少なくとも１つの軸方向に延びるスロットに沿って、前記少なくとも１つの結合要素が軸方向に移動することで、前記キャリア部材が軸方向に移動し、前記可動壁部材が軸方向に移動して、前記吸気通路の大きさを変化させる、作動機構。
【請求項７０】
請求項１乃至６５の何れかに記載の可変ジオメトリタービンアセンブリを含むターボ機械。
【請求項７１】
前記ターボ機械は、ターボチャージャであり、前記タービンホイールはシャフトに取り付けられ、前記ターボチャージャは、圧縮機ハウジング内に回転可能に取り付けられたインペラホイールを有しており、前記インペラホイールは、前記シャフトに結合されて、前記タービンホイールの回転により、前記コンプレッサホイールが回転して、前記コンプレッサの吸気口を通って空気を引き込み、圧縮して、前記コンプレッサの排気口に通す、請求項７０に記載のターボ機械。
【請求項７２】
添付の図面を参照することで本明細書に実質的に記載されている可変ジオメトリタービンアセンブリ。
【請求項７３】
添付の図面を参照することで本明細書に実質的に記載されている作動機構。
【請求項７４】
添付の図面を参照することで本明細書に実質的に記載されているターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変ジオメトリタービンアセンブリに関する。本発明は、可変ジオメトリターボ機械の可変ジオメトリタービンジオメトリに関しており、限定ではないが、特に可変ジオメトリターボチャージャの可変ジオメトリタービンアセンブリに関する。本発明はまた、可変ジオメトリタービンの可動壁部材を移動させるための作動機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャは、大気圧を超える圧力（ブースト圧）で内燃機関の吸気口に空気を供給する周知の装置である。従来のターボチャージャは基本的に、エンジンの排気マニホールドの下流側に接続されたタービンハウジング内にて回転シャフトに取り付けられた排気ガス駆動タービンホイールを備えている。タービンホイールの回転によって、コンプレッサハウジング内にてシャフトの他端に取り付けられたコンプレッサホイールが回転する。コンプレッサホイールは、エンジンの吸気マニホールドに圧縮空気を送る。ターボチャージャのシャフトは通常、ジャーナル及びスラストベアリングによって支持されており、それらは、適切な潤滑システムを含んでおり、タービンハウジングとコンプレッサホイールハウジングの間に接続された中央ベアリングハウジング内に配置されている。
【０００３】
既知のターボチャージャでは、タービン段は、タービンホイールが内部に取り付けられるタービン室と、タービン室の周囲に配置された対向する径方向壁の間で画定された環状吸気通路と、吸気通路の周囲に配置された吸気口と、タービン室から延びる排気通路とを備えている。これらの通路と室は、吸気室に入った加圧排ガスが吸気通路を通って、タービンを介して排気通路へと流れて、タービンホイールを回転させるように連通している。吸気通路を通って流れるガスをタービンホイールの回転方向に向けるように、ノズルベーンと呼ばれるベーンを吸気通路に設けることによって、タービン性能を向上させることも知られている。
【０００４】
タービンは、固定又は可変ジオメトリタイプであってもよい。可変ジオメトリタービンは、吸気通路の大きさを変化させることで、広範な質量流量にわたってガス流量を最適化して、変化するエンジン要求に合うようにタービンの出力を変えることができるという点で、固定ジオメトリタービンとは異なっている。例えば、タービンに供給される排気ガスの量が比較的少ない場合には、環状吸気通路の大きさを小さくすることによって、タービンホイールに到達するガスの流量が効率的なタービン運転を保証するレベルに維持される。可変ジオメトリタービンを備えたターボチャージャは、可変ジオメトリターボチャージャと呼ばれている。
【０００５】
ある既知のタイプの可変ジオメトリタービンでは、一般に「ノズルリング」と呼ばれる軸方向に移動可能な壁部材が、吸気通路における１つの壁を規定する。吸気通路の対向壁に対するノズルリングの位置は調節可能であって、吸気通路の軸方向幅が制御できる。故に、例えば、タービンを通るガス流が減少すると、吸気通路の幅を減少させることで、ガス速度を維持して、タービン出力を最適化することができる。ノズルリングには、吸気口へと延びて、「シュラウド」に設けられたスロットを通るベーンが設けられている。シュラウドは、吸気通路の対向壁を画定しており、ノズルリングの移動に対処する。ベーンは、ノズルリングの半径に対して一定の角度にある。このような可変ジオメトリタービンを含む可変ジオメトリターボチャージャは、例えば、米国特許第５，８６８，５５２号に開示されている。
【０００６】
様々な構成において、ノズルリングは固定されており、シュラウドは、吸気通路の軸方向幅を制御するために軸方向に移動可能である。
【０００７】
現在の可変ジオメトリターボチャージャでは、可動壁部材（即ち、ノズルリング又はシュラウド）は、プッシュロッドの端部に取り付けられており、プッシュロッドの他端は、クロスシャフト回りに円弧状に回転する回転ヨークに取り付けられている。ヨークは、その回転によりプッシュロッドを軸方向に移動させることで、可動壁部材を軸方向に移動させるように配置されている。
【０００８】
ヨーク及びプッシュロッドは、ベアリングハウジング内に取り付けられている。この場合、プッシュロッドがベアリングハウジング壁を貫通してタービンハウジング内に入るので、シールが必要とされる。これらのシールは比較的高価であって、水冷を必要としており、このことは、チャージャにおける可変ジオメトリの複雑さとコストとを増加させる。
【０００９】
別の構成では、プッシュロッド及びヨークは、タービンハウジングのキャビティ内に取り付けられる。この構成は、ベアリングハウジングに取り付けられる構成におけるシールを必要としない。しかしながら、この構成は、可動壁部材、プッシュロッド、及びヨークの取り付けを可能にするために、本質的に大きくてかさばっている。その結果、タービンハウジングが全体的に大きくなって、これによって、熱慣性も増大する。さらに、可動構成要素の全てを収容するのに室を大きくする必要があるので、ハウジングにおける排気ガスの充填及び排気の際に圧力差の増大が起こる。
【００１０】
本発明の目的の１つは、上述の欠点を除去又は緩和することである。また、本発明の目的は、改良されたまたは代替の可変ジオメトリタービンアセンブリを提供することである。また、本発明の目的は、可変ジオメトリタービンアセンブリの可動壁部材のための改良された又は代替的な作動機構を提供することである。
【発明の概要】
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、可変ジオメトリタービンアセンブリが提供される。当該可変ジオメトリタービンアセンブリは、
タービン軸回りに回転するようにタービンハウジング内に取り付けられたタービンホイールと、
前記タービンホイールに向かって径方向内側に延びる環状吸気通路であって、環状吸気通路は、可動壁部材の表面と対向壁の間で規定されており、前記可動壁部材は、前記環状吸気通路の大きさを変化させるように軸方向に移動可能である、環状吸気通路と、
前記可動壁部材を前記対向壁に対して軸方向に移動させるように構成されている作動機構とを備えており、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されているキャリア部材と、
少なくとも１つの構造を備えたカム部材と、
を備えており、
前記キャリア部材は、少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも１つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも１つの構造及び前記少なくとも１つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延び構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも１つの構造又は前記少なくとも１つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも１つの構造と前記少なくとも１つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させ、前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記可変ジオメトリタービンアセンブリは、周方向に分布した複数の吸気ベーンを有するノズルリングと、複数のスロットが設けられた環状シュラウドとを更に備えており、前記複数のスロットは、前記環状シュラウドが前記ノズルリングに対して軸方向に移動すると、前記ノズルリングの前記複数の吸気ベーンを受け入れ、
前記環状シュラウドは、前記可動壁部材を備えており、
前記ノズルリング及び前記環状シュラウドは、軸方向について前記吸気通路の同じ側に取り付けられている。
【００１２】
これは、比較的コンパクトな可変ジオメトリタービン装置をもたらす点で有利である。さらに、カム部材、キャリア部材及び可動壁部材を、比較的コンパクトで取り付けが容易な自己完結型（self-contained）カートリッジとして形成することができる。
【００１３】
さらに、上記の装置は、可動壁部材を動かすために軸方向プッシュロッドを必要とせず、比較的高価であって、容易に摩耗し、水冷を必要とするプッシュロッドが使用される場合に必要とされるシール装置を必要としない。従って、上記の装置は、比較的廉価で、耐久性があって、コンパクトである。
【００１４】
何かについて、「径方向に延びる」又は「径方向の向きに延びる」と言及される場合、これは、概ね径方向（タービン軸に対して径方向）に延在することを指しており、特に明記しない限りは、径方向にほとんど平行に延びる必要があると解釈されるべきではない。
【００１５】
同様に、何かについて、「軸方向に延びる」又は「軸方向の向きに延びる」と言及される場合、これは、概ね軸方向（タービン軸の方向）に延在することを指しており、特に明記しない限りは、軸方向にほとんど平行に延びる必要があると解釈されるべきではない。
【００１６】
随意選択的に、前記ノズルリングは、径方向に延びる環状壁を備えており、周方向に分布した前記複数の吸気ベーンは、前記径方向に延びる環状壁のインボード側表面から軸方向インボード側に延び、前記環状シュラウドは、前記複数のスロットが設けられた径方向に延びる環状壁を備えており、前記ノズルリングの前記径方向に延びる環状壁は、前記環状シュラウドの前記径方向壁の軸方向アウトボード側に取り付けられている。
【００１７】
随意選択的に、前記タービンホイールが装着されているシャフトを回転可能に支持する少なくとも１つのベアリングを収容するように構成されたベアリングハウジングを備えており、前記環状シュラウド及び前記ノズルリングは、軸方向について、前記吸気通路における前記ベアリングハウジングと同じ側に取り付けられている。
【００１８】
或いは、シュラウド及びノズルリングは、吸気通路の軸方向の両側にて、ベアリングハウジングに取り付けられてよい。この点に関して、シュラウド及びノズルリングは、吸気側通路におけるタービンハウジングと同じ軸方向側に取り付けられてもよい。
【００１９】
任意選択的に、ノズルリングは軸方向に実質的に固定される。この点に関して、ノズルリングの吸気ベーンは吸気通路に配置される。吸気ベーンは、吸気通路の幅を実質的に横切って延びてよい。
【００２０】
任意選択的に、ノズルリングは、軸方向にも移動可能であって、吸気通路内の吸気ベーンの軸方向範囲を変えることができる。
【００２１】
随意選択的に、キャリア部材は環状である。随意選択的に、キャリア部材は、タービン軸周りで周方向に延びる。
【００２２】
随意選択的に、カム部材及びキャリア部材は、可動壁部材の少なくとも１つの軸方向位置に対して軸方向に重なり合っている。
【００２３】
随意選択的に、カム部材は、可動壁部材の径方向外側に配置される。或いは、カム部材は、可動壁部材の径方向内側に配置されてよい。
【００２４】
任意選択的に、少なくとも１つの構造及び少なくとも１つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びている。少なくとも１つの構造又は少なくとも１つの協働構造のみが周方向及び軸方向の両方に延びるのが好ましい。
【００２５】
本発明の第２の態様では、可変ジオメトリタービンアセンブリが提供される。当該可変ジオメトリタービンアセンブリは、
タービン軸回りに回転するようにタービンハウジング内に取り付けられたタービンホイールと、
前記タービンホイールに向かって径方向内側に延びる環状吸気通路であって、環状吸気通路は、可動壁部材の表面と対向壁の間で規定されており、前記可動壁部材は、前記環状吸気通路の大きさを変化させるように軸方向に移動可能である、環状吸気通路と、
前記可動壁部材を前記対向壁に対して軸方向に移動させるように構成されている作動機構とを備えており、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されている環状キャリア部材と、
前記タービン軸回りに回転するように取り付けられており、少なくとも１つの構造を備えたカム部材と、
を備えており、
前記キャリア部材は、少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも１つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも１つの構造及び前記少なくとも１つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも１つの構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が回転すると、前記少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも１つの構造と前記少なくとも１つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させて前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記カム部材及び前記キャリア部材は、前記可動壁部の少なくとも１つの軸方向位置について軸方向に重なり合っている。
【００２６】
これは、比較的コンパクトな可変ジオメトリタービン装置をもたらす点で有利である。さらに、カム部材、キャリア部材及び可動壁部材を、比較的コンパクトで取り付けが容易な自己完結型カートリッジとして形成することができる。
【００２７】
さらに、上記の装置は、可動壁部材を動かすために軸方向プッシュロッドを必要とせず、比較的高価であって、容易に摩耗し、水冷を必要とするプッシュロッドが使用される場合に必要とされるシール装置を必要としない。従って、上記の装置は、比較的廉価で、耐久性があって、コンパクトである。
【００２８】
随意選択的に、キャリア部材は環状である。随意選択的に、キャリア部材は、タービン軸周りで周方向に延びる。随意選択的に、キャリア部材は、タービン軸周りで周方向に延びる環状壁を備えている。
【００２９】
随意選択的に、カム部材及びキャリア部材は、可動壁部材の複数の軸方向位置について軸方向に重なり合う。
【００３０】
随意選択的に、タービンアセンブリは、周方向に分布した複数の吸気ベーンを有するノズルリングと、環状シュラウドとを更に備えており、環状シュラウドは、シュラウドがノズルリングに対して軸方向に移動するとノズルリングの吸気ベーンが入る複数のスロットを備えている。
【００３１】
ノズルリング及びシュラウドは、吸気通路の同じ側又は異なる側に取り付けられてよい。シュラウドが可動壁部材を備える場合、ノズルリング及びシュラウドは、軸方向について吸気通路の同じ側に取り付けられてよい。
【００３２】
随意選択的に、カム部材は、可動壁部材の径方向外側に配置される。或いは、カム部材は、可動壁部材の径方向内側に配置されてもよい。
【００３３】
本発明の第３の態様では、可変ジオメトリタービンアセンブリが提供される。当該可変ジオメトリタービンアセンブリは、
タービン軸回りに回転するようにタービンハウジング内に取り付けられたタービンホイールと、
前記タービンホイールに向かって径方向内側に延びる環状吸気通路であって、環状吸気通路は、可動壁部材の表面と対向壁の間で規定されており、前記可動壁部材は、前記環状吸気通路の大きさを変化させるように軸方向に移動可能である、環状吸気通路と、
前記可動壁部材を前記対向壁に対して軸方向に移動させるように構成されている作動機構とを備えており、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されているキャリア部材と、
少なくとも１つの構造を備えたカム部材と、
を備えており、
前記キャリア部材は、少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも１つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも１つの構造及び前記少なくとも１つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも１つの構造又は前記少なくとも１つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも１つの構造と前記少なくとも１つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させて前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記カム部材は、前記可動壁部材の径方向外側に配置されている。
【００３４】
これは、比較的コンパクトな可変ジオメトリタービン装置をもたらす点で有利である。さらに、カム部材、キャリア部材及び可動壁部材を、比較的コンパクトで取り付けが容易な自己完結型カートリッジとして形成することができる。
【００３５】
さらに、上記の装置は、可動壁部材を動かすために軸方向プッシュロッドを必要とせず、比較的高価であって、容易に摩耗し、水冷を必要とするプッシュロッドが使用される場合に必要とされるシール装置を必要としない。従って、上記の装置は、比較的廉価で、耐久性があって、コンパクトである。
【００３６】
随意選択的に、キャリア部材は環状である。随意選択的に、キャリア部材は、タービン軸周りで周方向に延びる。
【００３７】
随意選択的に、可動壁部材は環状である。随意選択的に、可動壁部材は、タービン軸周りで周方向に延びる。
【００３８】
随意選択的に、タービンアセンブリは、周方向に分布した複数の吸気ベーンを有するノズルリングと、環状シュラウドとを更に備えており、環状シュラウドは、シュラウドがノズルリングに対して軸方向に移動するとノズルリングの吸気ベーンが入る複数のスロットを備えている。
【００３９】
ノズルリング及び／又はシュラウドは、可動壁部材を備えてよい。
【００４０】
ノズルリング及びシュラウドは、吸気通路の同じ側又は異なる側に取り付けられてもよい。シュラウドが可動壁部材を備える場合、ノズルリング及びシュラウドは、軸方向について吸気通路の同じ側に取り付けられてもよい。
【００４１】
随意選択的に、キャリア部材は環状である。
【００４２】
随意選択的に、カム部材及びキャリア部材は、可動壁部材の少なくとも１つの軸方向位置について軸方向に重なり合う。
【００４３】
随意選択的に、少なくとも１つの構造及び少なくとも１つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びている。少なくとも１つの構造又は少なくとも１つの協働構造のみが周方向及び軸方向の両方に延びるのが好ましい。
【００４４】
本発明の第１乃至第３の態様の何れも、以下の特徴の何れかを任意の組み合わせで含むことができる。
【００４５】
可動壁部材はシュラウドの一部であってよい。この場合、キャリア部材はシュラウドに結合されてよく、キャリア部材が軸方向に移動すると、シュラウドが軸方向に移動する。キャリア部材は、シュラウドの一部であってもよく、その結果、キャリア部材が軸方向に移動すると、シュラウドが軸方向に移動する。
【００４６】
この場合、シュラウド及びノズルリングは、軸方向について吸気通路の同じ側に取り付けられてもよい。ノズルリングは、軸方向に実質的に固定されてよい。
【００４７】
可動壁部材は、ノズルリングの一部であってもよい。この場合、キャリア部材は、キャリア部材が軸方向に移動すると、ノズルリングが軸方向に移動するように、ノズルリングに結合されてよい。キャリア部材は、ノズルリングの一部であって、キャリア部材が軸方向に移動すると、ノズルリングが軸方向に移動してよい。
【００４８】
この場合、シュラウド及びノズルリングは、吸気通路の軸方向両側に取り付けられてもよい。シュラウドは、実質的に軸方向に固定されていてもよい。
【００４９】
随意選択的に、ノズルリングは、径方向に延びる環状壁を備えており、周方向に分布した複数の吸気ベーンは、径方向に延びる壁のインボード側表面から軸方向インボード側に延び、環状シュラウドは、複数のスロットが設けられており、径方向に延びる複数の環状壁を備えており、ノズルリングの径方向に延びる壁は、シュラウドの径方向壁の軸方向アウトボード側に取り付けられている。
【００５０】
随意選択的に、可変ジオメトリタービンアセンブリは、ベアリングハウジングを備えており、ベアリングハウジングは、タービンホイールが取り付けられたシャフトを回転可能に支持する少なくとも１つの軸受を収容するように構成されている。シュラウド及びノズルリングは、吸気通路のベアリングハウジングと同じ軸方向側に取り付けられる。
【００５１】
或いは、シュラウド及びノズルリングは、ベアリングハウジングに対して吸気通路の軸方向反対側に取り付けられてもよい。この点に関して、シュラウド及びノズルリングは、吸気通路におけるタービンハウジングと同じ軸方向側に取り付けられてもよい。
【００５２】
随意選択的に、ノズルリングは軸方向に実質的に固定されている。この点に関して、ノズルリングの吸気ベーンは吸気通路に配置される。吸気ベーンは、吸気通路の幅をほとんど横切って延びてよい。
【００５３】
随意選択的に、ノズルリングはまた、軸方向にも移動可能であり、吸気通路内の吸気ベーンの軸方向範囲を変えることができる。
【００５４】
随意選択的に、少なくとも１つの構成及び少なくとも１つの協働構造における周方向及び軸方向の両方に延びる一方が、相補的な凹部であり、他方が径方向に延びる構造である。
【００５５】
任意選択的に、少なくとも１つの協働構造は、径方向に延びる構造であり、少なくとも１つの構造は、径方向に延びる構造を受ける相補的な凹部を規定する。
【００５６】
随意選択的に、少なくとも１つの構成は、相補的な凹部であり、少なくとも１つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びている。
【００５７】
任意選択的に、協働構造は、キャリア部材の一部である。
【００５８】
少なくとも１つの協働構造は、キャリア部材とは別体であってよい。随意選択的に、少なくとも１つの協働構造は、径方向に延びる結合要素であってよい。随意選択的に、キャリア部材は、少なくとも１つの径方向に延びるボアが設けられた環状壁を有しており、少なくとも１つの結合要素が軸方向に移動すると、キャリア部材が軸方向に移動するように、少なくとも１つの結合要素が、前記少なくとも１つの径方向に延びるボア内に入れられている。
【００５９】
少なくとも１つの結合要素は、細長くて、径方向に実質的に平行な長手方向軸を有してよい。少なくとも１つの結合要素の長手方向軸は、ほぼ真っ直ぐであってよい。
【００６０】
少なくとも１つの結合要素は、ピンであってもよい。少なくとも１つの結合要素は、ほぼ円柱形であってもよい。
【００６１】
随意選択的に、少なくとも１つの構造及び少なくとも１つの協働構造における周方向及び軸方向の両方に延びる一方は、螺旋の少なくとも一部を規定する。随意選択的に、少なくとも１つの構造及び少なくとも１つの協働構造における周方向及び軸方向の両方に延びる一方は、螺旋を規定する。
【００６２】
任意選択的に、相補的な凹部は、径方向に延びるスロットである。
【００６３】
キャリア部材は、タービン軸回りに回転可能に実質的に固定されてよい。
【００６４】
随意選択的に、少なくとも１つの構造は相補的な凹部であって、周方向及び軸方向の両方に延びており、少なくとも１つの協働構造は前記向に延びる構造であり、壁部材には少なくとも１つの軸方向に延びるスロットが設けられており、少なくとも１つの協働構造は、少なくとも１つの軸方向に延びるスロット内に入れられ、作動機構は、カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、少なくとも１つの構造と少なくとも１つの協働構造が係合して、前記材の前記少なくとも１つの軸方向に延びるスロットに沿って、少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動して、それによりキャリア部材が軸方向に移動し、可動壁部材が軸方向に移動して、前記通路の幅が変化するように構成されている。
【００６５】
随意選択的に、シュラウドが可動壁部材を備える場合、ノズルリング及びシュラウドは、シュラウドが軸方向に移動すると、スロットとベーンが係合してシュラウドを軸方向に案内するように構成される。随意選択的に、スロットとベーンの係合は、シュラウドが軸方向に移動すると、シュラウドのタービン軸回りの回転を制限する。随意選択的に、ベーンとスロットとの係合は、シュラウドが軸方向に移動すると、シュラウドがタービン軸回りで回転することを実質的に防止する。随意選択的に、ノズルリングはタービン軸周りに回転可能に実質的に固定される。
【００６６】
随意選択的に、環状シュラウドが軸方向に移動すると、少なくとも１つの構造と前記少なくとも１つの協働構造との係合により、環状シュラウドが回転して、環状シュラウドの各スロットについて、当該スロットを規定する内面の少なくとも一部は、そのスロット内に入れられるノズルリングのベーンの対向面に当接する。これは、シュラウドのスロットを通って、吸気通路から排気ガスが漏れるのを低減する点で有利である。
【００６７】
随意選択的に、カム部材が第１の回転方向に回転すると、シュラウドの各スロットについて、そのスロットを規定する内面の第１の部分が、スロット内に入るノズルリングのベーンにおける対向する面に当接するように、且つ、カム部材が第２の回転方向に回転すると、シュラウドの各スロットについて、そのスロットを規定する内面の第２の部分が、スロット内に入るノズルリングのベーンにおける対向する面に当接するように、ノズルリング及びシュラウドは配置される。第１及び第２の回転方向は互いに反対であることは理解されよう。
【００６８】
随意選択的に、可変ジオメトリタービンアセンブリは、タービンホイールが取り付けられたシャフトを回転可能に支持する少なくとも１つのベアリングを収容するように構成されたベアリングハウジングを更に備えており、環状シュラウドと作動機構は、吸気通路の軸方向について、前記ベアリングハウジングと同じ側に取り付けられている。
【００６９】
随意選択的に、少なくとも１つの構造は、相補的な凹部を規定しており、相補的な凹部は、カムリングの円周部分に設けられており、円周部分は、カムリングの残りの部分よりも径方向の厚さが大きい。
【００７０】
随意選択的に、少なくとも１つの構造は補完的な凹部を規定し、少なくとも１つの協働構造は、径方向に延びる構造であって、キャリア部材の一部であり、相補的な凹部は、少なくとも１つの協働構造を受け入れる開放端を有する。
【００７１】
随意選択的に、カム部材は、周方向に分布した複数の前記構成を備えている。
【００７２】
随意選択的に、キャリア部材は、周方向に分布した複数の前記協働構成に結合される。
【００７３】
随意選択的に、シュラウドが可動壁部材を備える場合、シュラウドもキャリア部材を備える。或いは、キャリア部材は、シュラウドとは別体であってよい。
【００７４】
ノズルリングは、可動壁部材を備えてよい。この場合、ノズルリングはキャリア部材を備えていてよい。
【００７５】
随意選択的に、少なくとも１つのシールが、可動壁部材と隣接面との間に設けられており、吸気通路からの排気ガスが、少なくとも１つのシールのアウトボード側を通過するのを実質的に防止する。
【００７６】
シールは、可動壁部材に取り付けられて、可動壁部材と共に軸方向に移動してよい。或いは、シールは、隣接面に対して軸方向に固定されてよい。
【００７７】
シュラウドが可動壁部材を備える場合、シュラウドは、ノズルリングに摺動可能に取り付けられてよく、少なくとも１つのシールが、シュラウドの表面とノズルリングの対向面との間に設けられてよい。少なくとも１つのシールは、可動壁部材を形成するシュラウドの径方向壁からインボード側に延びる、シールの軸方向に延びる環状のフランジと、ノズルリングの対向面との間に設けられてもよい。
【００７８】
代替的に又は追加的に、随意選択的に、軸方向に延びる環状フランジが径方向内側フランジを形成し、シュラウドは、シュラウドの径方向壁からインボード側に延びる、径方向外側の軸方向に延びる環状のフランジを備え、少なくとも１つのシールは、径方向外側フランジとノズルリングの対向面との間に設けられている。
【００７９】
ノズルリングは、熱シールドを備えてよく、当該熱シールドは、ノズルリングと一体的に形成されており、タービンホイールと可変ジオメトリタービンアセンブリの構成部品との間に配置されて、タービン内の高温ガスから構成部品を保護するように構成されてよい。
【００８０】
熱シールドは、タービンホイールと可変ジオメトリタービンアセンブリの構成部品との間に配置された、ノズルリングの径方向内側部分によって形成されてもよい。
【００８１】
熱シールド部は、ステンレス鋼（例えば、３０４又はｐＩ３３）、インコネル又は任意の適切な耐熱材料のような耐熱材料で作られてよい。
【００８２】
可変形状タービンアセンブリは、ガイドベーンの先端を対向壁に接触させるように付勢するように構成された付勢部材を備えてよい。付勢部材は、弾性的に変形可能な環状部材であってよい。
【００８３】
任意選択的に、熱シールドは、ノズルリングに取り付けられず、付勢部材は、熱シールドに軸方向のインボード側の力を及ぼすことなく、ガイドベーンの先端を対向壁と接触させるように構成されている。これに関して、熱シールドは、付勢部材の外側に配置された環状リップを備えてよい。
【００８４】
作動機構は、カム部材が第１の回転方向でキャリア部材に対して回転すると、キャリア部材が第１の軸方向に移動し、カム部材が第２の回転方向でキャリア部材に対して回転すると、可動壁部材が第２の軸方向に移動するように構成されるのが好ましい。
【００８５】
好ましくは、第２の軸方向は、第1の軸方向と反対である。好ましくは、第２の回転方向は第１の回転方向と反対である。
【００８６】
可変ジオメトリタービンアセンブリは、環状壁を含む支持部材を更に備えてよい、支持部材は、支持部材の環状壁の径方向外側表面に軸方向に摺動可能に取り付けられる。キャリア部材は、支持部材に直接取り付けられてよい。
【００８７】
本発明の第１乃至第３の態様の可変ジオメトリタービンアセンブリの好ましい実施形態は、図１乃至図９５に示される本発明の第１乃至第４の実施形態である。本発明の第１乃至第３の態様の可変ジオメトリタービンアセンブリは、第１乃至第４の態様の何れかの特徴を有することができる。
【００８８】
可変ジオメトリタービンアセンブリの壁部材は、ノズルリング、キャリア部材、カム部材、及び／又は支持部材の相補的な構造と係合するように構成された構造を備えてよく、それらの構成が係合すると、ノズルリング、キャリア部材、カム部材及び／又は支持部材は、タービン軸回りの特定の回転方向にある。
【００８９】
構造及び相補的な構造は、凹部又は突起であってよく、或いは、その逆であってもよい。壁部材は、ベアリングハウジングの壁部材であってよい。
【００９０】
支持部材は相補的な構成を備えてよく、その結果、構造が係合すると、支持部材は、ベアリングハウジングに対してタービン軸回りの特定の回転方向にある。支持部材は、ノズルリング又はシュラウドの第２の相補的形成と係合する第２の構造を備えており、第２の構造と第２の相補的構造が係合すると、ノズルリング又はシュラウドは、支持部材に対してタービン軸回りの特定の回転方向にある。
【００９１】
第２の形成又は第２の相補的な形成は、凹部又は突起であってもよく、或いはその逆であってもよい。
【００９２】
本発明の第４の態様では、可変ジオメトリタービンアセンブリが提供される。当該可変ジオメトリタービンアセンブリにおいて、
タービン軸回りに回転するようにタービンハウジング内に取り付けられたタービンホイールと、
前記タービンホイールに向かって径方向内側に延びる環状吸気通路であって、可動壁部材の表面と、前記可変ジオメトリタービンアセンブリの対向壁の間で規定されており、前記可動壁部材は、前記環状吸気通路の大きさを変化させるように軸方向に移動可能である、環状吸気通路と、
前記可動壁部材を前記対向壁に対して軸方向に移動させるように構成されている作動機構とを備えており、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材は、軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されており、少なくとも１つの径方向に延びるボアが設けられた環状壁を有する、キャリア部材と、
少なくとも１つの径方向に延びる結合要素であって、前記少なくとも１つの結合要素が、前記キャリア部材の前記環状壁における前記少なくとも１つの径方向に延びるボアに入れられることで、前記少なくとも１つの結合要素が軸方向に移動すると前記キャリア部材が軸方向に移動する、少なくとも１つの径方向に延びる結合要素と、
前記タービン軸回りで回転するように取り付けられたカム部材であって、前記カム部材は環状壁を有しており、前記環状壁には、前記環状壁の少なくとも１つの表面で規定された少なくとも１つのスロットが設けられており、前記少なくとも１つのスロットは、周方向及び軸方向の両方に延びている、カム部材と、
を備えており、
前記少なくとも１つの結合要素は、前記カム部材の前記少なくとも１つのスロットに入れられ、
壁部材には、少なくとも１つの軸方向に延びるスロットが設けられており、前記少なくとも１つの結合要素は、前記少なくとも１つの軸方向に延びるスロットに入れられ、
前記作動機構は、前記カム部材が前記タービン軸回りで回転すると、前記カム部材の前記環状壁の前記少なくとも１つのスロットが、前記少なくとも１つの結合要素に対して移動するように構成されており、前記少なくとも１つのスロットを規定する前記カム部材の前記少なくとも１つの表面が、前記前記少なくとも１つの結合要素に作用して、前記壁部材の前駆少なくとも１つの軸方向に延びるスロットに沿って、前記少なくとも１つの結合要素が軸方向に移動することで、前記キャリア部材が軸方向に移動し、前記可動壁部材が軸方向に移動して、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されている。
【００９３】
これは、比較的コンパクトな可変ジオメトリタービン装置をもたらす点で有利である。さらに、カム部材、キャリア部材及び可動壁部材を、比較的コンパクトで取り付けが容易な自己完結型カートリッジとして形成することができる。
【００９４】
さらに、上記の装置は、可動壁部材を動かすために軸方向プッシュロッドを必要とせず、比較的高価であって、容易に摩耗し、水冷を必要とするプッシュロッドが使用される場合に必要とされるシール装置を必要としない。従って、上記の装置は、比較的廉価で、耐久性があって、コンパクトである。
【００９５】
対向壁は、ハウジングの対向壁であってもよい。
【００９６】
カム部材が第１及び第２の回転方向に回転すると、カム部材の少なくとも１つのスロットは、少なくとも１つの結合要素に対して移動し、少なくとも１つのスロットを規定するカム部材の少なくとも１つの表面は、少なくとも１つの結合要素に作用して、壁部材の少なくとも１つの軸方向に延びるスロットに沿って、少なくとも１つの結合要素を第１及び第２の軸方向に夫々移動させ、可動壁体を第１軸方向及び第２軸方向に夫々移動させるように、作動機構は構成されるのが好ましい。
【００９７】
好ましくは、第２の軸方向は、第１の軸方向と反対である。好ましくは、第２の回転方向は第１の回転方向と反対である。
【００９８】
キャリア部材は、可動壁部材に対して軸方向に固定されてよい。キャリア部材は、可動壁部材に対して回転方向に固定されてよい。キャリア部材は、可動壁部材に直接固定されてよい。
【００９９】
キャリア部材は、タービン軸回りの回転方向に固定されるように配置されてよい。これに関して、キャリア部材が軸方向に移動すると、キャリア部材はタービン軸回りで回転しないのが好ましい。
【０１００】
キャリア部材の環状壁の径方向に延びる少なくとも１つのボアは、径方向にほぼ平行な長手方向軸に沿って延びてよい。少なくとも１つの径方向に延びるボアの長手方向軸は、ほぼ真っ直ぐにされてよい。
【０１０１】
少なくとも１つの結合要素は、キャリア部材に対して軸方向に固定されてよい。
【０１０２】
キャリア部材の環状壁の径方向に延びる少なくとも１つのボアと、少なくとも１つの結合要素とは、少なくとも１つの結合要素が第１及び第２の軸方向に移動すると、キャリア部材が第１及び第２の軸方向に夫々移動するように構成されてよい。
【０１０３】
少なくとも１つの径方向に延びるボアが、少なくとも１つの結合要素の軸方向範囲と実質的に同じか、又は僅かに大きい軸方向範囲を有していることで、少なくとも１つの結合要素が第１及び第２の軸方向に移動すると、キャリア部材が第１及び第２の軸方向に夫々移動してよい。
【０１０４】
キャリア部材の環状壁は、軸方向にほぼ平行に延びる径方向内側及び／又は外側表面を有してもよい。
【０１０５】
キャリア部材の環状壁及びカム部材の環状壁は、実質的に同心状であってよい。キャリア部材の環状壁及びカム部材の環状壁は、タービン軸と実質的に同心状であってよい。
【０１０６】
カム部材は、キャリア部材に回転可能に取り付けられ、キャリア部材によって回転するように支持されてよい。この場合、キャリア部材は、カム部材の径方向内側に取り付けられてよい。カム部材が回転すると、及び／又は、キャリア部材が軸方向に動くと、カム部材の径方向内側表面は、キャリア部材の環状壁の径方向外側表面に当接してもよい。少なくとも１つの径方向に延びるボアは、キャリア部材の径方向外側表面に設けられた第１の端部から第２の端部まで径方向内向きに延びてよい。
【０１０７】
或いは、カム部材は、キャリア部材の径方向内側に取り付けられてよい。この場合、少なくとも１つの径方向に延びるボアは、キャリア部材の径方向内側表面に設けられた第１の端部から第２の端部まで径方向外向きに延びてよい。
【０１０８】
各場合において、ボアの第２の端部は閉じており、ボアがブラインドボアであってよい。
【０１０９】
少なくとも１つの結合要素は、細長く、径方向にほぼ平行な長手方向軸を有してよい。少なくとも１つの結合要素の長手方向軸は、ほぼ真っ直ぐであってもよい。
【０１１０】
少なくとも１つの結合要素は、ピンであってもよい。少なくとも１つの結合要素は、ほぼ円柱状であってよい。
【０１１１】
カム部材は、回転すると軸方向に実質的に固定されるように回転可能に取り付けられてよい。カム部材は、回転すると、カム部材を軸方向に実質的に固定し、径方向に延びる第１の面と第２の面との間に入れられてよい。第１及び第２の径方向に延びる表面は夫々、タービンハウジングの壁の表面及び可変ジオメトリタービンアセンブリのベアリングハウジングの壁の表面であってよい。
【０１１２】
カム部材の環状壁は、軸方向にほぼ平行に延びる径方向内側表面及び／又は外側表面を有してよい。
【０１１３】
カム部材の環状壁の少なくとも１つのスロットは、環状壁の径方向の厚さをほぼ通って延びてよい。
【０１１４】
カム部材の環状壁の少なくとも１つのスロットは、概ね細長く、長手方向軸に沿って延びてよい。
【０１１５】
少なくとも１つのスロットの長手方向軸は、径方向平面に対してほぼ一定の角度で傾斜してよい。この点において、径方向平面は、タービン軸にほぼ垂直な平面である。
【０１１６】
少なくとも１つのスロットの長手方向軸は、その長さに沿って変化する径方向平面に対してある角度で傾斜してよい。これは、カム部材のある程度の回転運動のために可動壁部材の所望の軸方向移動を可能にする点で有利である。
【０１１７】
この場合、径方向平面に対する長手方向軸の角度は、スロットの第１の端部からスロットの第２の端部にて減少して、少なくとも１つのスロットが凹状の曲線を形成してよい。径方向平面に対する長手方向軸の角度は、スロットの第１の端部からスロットの第２の端部にて増加し、次いで減少して、少なくとも１つのスロットが湾曲波形状を形成してよい。
【０１１８】
少なくとも１つのスロットを規定するカム部材の環状壁部材の少なくとも１つの表面が少なくとも１つの結合要素に作用して、壁部材の少なくとも１つの軸方向に延びるスロットに沿って、少なくとも１つの結合要素を軸方向に移動させると、少なくとも１つの軸方向に延びるスロットを規定する壁部材の表面は、少なくとも１つのスロットを規定するカム部材の環状壁部材の少なくとも１つの表面によって、少なくとも１つの結合要素に加えられる力に反応し、少なくとも１つの結合要素は、軸方向に延びるスロットに沿って軸方向に移動するように、壁部材の少なくとも１つの軸方向に延びるスロットを規定する壁部材の表面は構成されてよい。
【０１１９】
少なくとも１つの軸方向に延びるスロットは、周方向（即ち、タービン軸に対して周方向）に延在しない縦軸に沿って延びてよい。少なくとも１つの軸方向に延びるスロットは、軸方向にほぼ真っ直ぐであってよい。
【０１２０】
随意選択的に、少なくとも１つの軸方向に延びるスロットは、少なくとも１つの結合要素の周方向の幅と実質的に等しいか、又は僅かに大きい周方向の幅を有しており、少なくとも１つの結合要素が、少なくとも１つの軸方向に延びるスロットに沿って移動するにつれて周方向に移動する。
【０１２１】
可変ジオメトリタービンアセンブリは、環状壁部材を備えてよく、カム部材は、環状壁部材の径方向内側に取り付けられて、カム部材の環状壁の径方向外側表面が、径方向内側表面に隣接するように。カム部材の環状壁の径方向外側の表面は、カム部材が回転すると環状壁部材の径方向内面に対向し、隣接してよい。
【０１２２】
少なくとも１つの軸方向に延びるスロットが設けられた壁部材は、可変ジオメトリタービンアセンブリのベアリングハウジングの壁部材であってよい。或いは、そのハウジングは、可変ジオメトリタービンアセンブリの他のハウジングであってよい。
【０１２３】
少なくとも１つの軸方向に延びるスロットが設けられた壁部材は、前記の環状壁部材であってよい。
【０１２４】
カム部材の環状壁に設けられた少なくとも１つのスロットと、キャリア部材の環状壁に設けられた少なくとも１つの径方向に延びるボアと、壁部材に設けられた少なくとも１つの軸方向スロットと、少なくとも１つの結合要素は夫々、複数のスロット、複数の径方向に延びるボア、複数の軸方向スロット及び複数の結合要素であってもよく、各結合要素は、キャリア部材の径方向に延びる個々のボアに、カム部材の環状壁の個々のスロットに、壁部材の軸方向に延びる個々のスロットに入れられる。
【０１２５】
キャリア部材の環状壁の径方向に延びる複数のボアは、キャリア部材の環状壁の周方向に周方向に分布してよい。
【０１２６】
カム部材の環状壁の複数のスロットは、カム部材の環状壁周りで周方向に分布してよい。
【０１２７】
壁部材における軸方向に延びる複数のスロットは、壁部材周りに周方向に分布してよい。
【０１２８】
可変ジオメトリタービンアセンブリは、環状壁を含む支持部材を更に備えており、キャリア部材は、支持部材の環状壁の径方向外側表面に軸方向に摺動可能に取り付けられてよい。キャリア部材は、支持部材に直接取り付けられてよい。
【０１２９】
支持部材の環状壁の径方向内側表面及び/又は径方向外側表面は、軸方向にほぼ平行に延びてよい。
【０１３０】
支持部材は、ステンレス鋼で作られてよい。
【０１３１】
支持部材及び／又はキャリア部材には、キャリア部材と支持部材の間の摩擦を低減するように作用するコーティングが設けられてよい。加えて又は代替的に、支持部材には、耐摩耗性の材料のコーティングが設けられてよい。コーティングはＣＭ１１であってよい。支持部材及び／又はキャリア部材には、ボロン化表面処理が施されてよい。
【０１３２】
支持部材は、軸方向に実質的に固定されてよい。支持部材は、可変ジオメトリタービンアセンブリのハウジングに取り付けられ、固定されてよい。そのハウジングは、ベアリングハウジングであってよい。
【０１３３】
支持部材とハウジングの間にシールをもたらすために、支持部材とハウジングの間に少なくとも１つのシール要素が設けられてよい。そのハウジングは、ベアリングハウジングであってよい。
【０１３４】
少なくとも１つのシール要素は、環状シールであってよい。少なくとも１つのシール要素は、支持部材のほぼ内周周りに延びてよい。少なくとも１つのシール要素は、支持部材又はハウジングに固定されてよい。少なくとも１つのシール要素は、ハウジング又は支持部材に規定された円周溝に取り付けられてよい。
【０１３５】
キャリア部材が支持部材に対して軸方向に移動する際に、キャリア部材と支持部材の間をシールするように、少なくとも１つのシール要素が、キャリア部材と支持部材の間に設けられてよい。少なくとも１つのシール要素は、環状シールであってもよい。少なくとも１つのシール要素は、キャリア部材のほぼ内周周りに延びてよい。
【０１３６】
少なくとも１つのシール要素は、キャリア部材に固定されてよい。少なくとも１つのシール要素は、キャリア部材に規定された周方向溝に取り付けられもよい。或いは、少なくとも１つのシール要素は、支持部材に固定されてよい。この場合、少なくとも１つのシール要素は、支持部材に規定された周方向溝に取り付けられてよい。
【０１３７】
軸方向に摺動可能に支持部材に取り付けられる代わりに、キャリア部材は、ベアリングハウジングのような可変ジオメトリタービンアセンブリのハウジングに軸方向に摺動可能に取り付けられてよい。
【０１３８】
可変ジオメトリタービンアセンブリは、ノズルリングを備えてよい。ノズルリングには、複数のガイドベーンが設けられてよく、これらガイドベーンは、ノズルリング周りに円周方向に分布しており、環状吸気通路へと延びている。各ガイドベーンは、根元から先端に延びている。
【０１３９】
ノズルリングは、ハウジングの対向壁に対して軸方向に固定されてよい。ノズルリングは、軸方向に及び／又は回転方向に支持部材に固定されてもよい。
【０１４０】
可変ジオメトリタービンアセンブリは、環状シュラウドを備えてよい。環状シュラウドは、複数のスロットを備えた環状壁を備えてよく、各スロットは、シュラウドがノズルリングに対して軸方向に移動すると、ノズルリングの各々のガイドベーンを受け入れるように配置されている。
【０１４１】
可動壁部材は、シュラウドの環状壁であってよい。
【０１４２】
可変ジオメトリタービンアセンブリは、ハウジングの対向壁と接触するようにガイドベーンの先端を付勢するように構成された付勢部材を備えてよい。付勢部材は、弾性的に変形可能な環状部材であってよい。
【０１４３】
或いは、可動壁部材はノズルリングであってよい。この場合、ハウジングの対向壁は、シュラウドの環状壁であってよい。
【０１４４】
作動機構は、環状吸気通路における可動壁部材と同じ軸方向側に設けられてよい。或いは、作動機構は、環状吸気通路における可動壁部材と反対の軸方向側に設けられてもよい。
【０１４５】
作動機構は、環状吸気通路における、可変ジオメトリタービンアセンブリのベアリングハウジングと同じ側に取り付けられてもよい。 或いは、作動機構は、環状吸気通路における、タービンハウジングと同じ側に取り付けられてよい。
【０１４６】
作動機構は、可変ジオメトリタービンアセンブリのベアリングハウジングとタービンハウジングの間に取り付けられてよい。
【０１４７】
ハウジングの対向壁は、タービンハウジングの壁であってよい。或いは、ベアリングハウジングの壁などの、可変ジオメトリタービンアセンブリの他のハウジングの壁であってよい。
【０１４８】
可変ジオメトリタービンアセンブリは、カム部材をタービン軸回りに回転させるようにカム部材に結合されたアクチュエータを更に備えてよい。アクチュエータは、回転可能なアームによってカム部材に結合されてよい。カム部材は、アームと係合する構造を備えていることで、アクチュエータによってアームが回転すると、カム軸を中心にカム部材が回転する。当該構造は、径方向に延びる突出部であって、当該突出部は、アームを入れるキャビディを規定してよい。
【０１４９】
アクチュエータは、電気、空気圧又は油圧アクチュエータなどの適切なアクチュエータであってよい。
【０１５０】
キャリア部材は、アームの回転のための隙間をもたらす少なくとも１つの凹部を備えていてもよい。凹部は、径方向及び／又は軸方向にあってもよい。キャリア部材は、周方向に分布した複数の凹部を備えてよい。
【０１５１】
ノズルリングが軸方向に固定される場合、ノズルリングは、熱シールドを備えてよく、当該熱シールドは、ノズルリングと一体的に形成され、タービンホイールと可変ジオメトリタービンアセンブリの構成部品との間に配置されて、当該部品をタービン内の高温ガスから保護するように構成されている。
【０１５２】
熱シールドは、タービンホイールと可変ジオメトリタービンアセンブリの構成部品とその間に配置された、ノズルリングの径方向内側部分によって形成されてよい。
【０１５３】
熱シールドは、ステンレス鋼（例えば、３０４またはｐＩ３３）、インコネル又は適切な任意の耐熱材料を含む耐熱材料で作られてよい。
【０１５４】
キャリア部材、可動壁部材、カム部材及びなくとも１つの結合要素は、カートリッジアセンブリを形成してよい。可変ジオメトリタービンアセンブリが支持部材を備える場合、支持部材及び任意選択的にノズルリングは、カートリッジアセンブリの一部を形成してよい。
【０１５５】
可変ジオメトリタービンアセンブリの壁部材には、ノズルリング、キャリア部材、カム部材及び／又は支持部材の相補的な構造と係合するように構成された構造が設けられて、これらの構造が係合すると、ノズルリング、キャリア部材、カム部材及び/又は支持部材は、タービン軸回りで特定の回転方向にあってよい。
【０１５６】
構造及び相補的な構造は、凹部及び凸部であってよく、又は、その逆であってよい。壁部材は、ベアリングハウジングの壁部材であってよい。
【０１５７】
本発明の第４の態様の特徴の何れも、本発明の前述の何れかの態様における任意の特徴と組み合わせることができる。同様に、本発明の前述の態様の特徴の何れも、本発明の第４の態様における任意の特徴と任意の組合せで組み合わせることができる。
【０１５８】
本発明の第４の態様の可変ジオメトリタービンアセンブリの好ましい実施形態は、図１乃至図２４ｃに示す本発明の第１の実施形態である。本発明の第４の態様の可変ジオメトリタービンアセンブリは、第１の態様の任意の特徴を有してよい。
【０１５９】
アクチュエータは、カム部材を回転させるように、カム部材に結合されてよい。アクチュエータは、空気式、油圧式又は電気式アクチュエータなどの適切な任意のアクチュエータであってよい。
【０１６０】
本発明の第５実施形態では、作動機構アセンブリがもたらされる、当該作動機構アセンブリは、タービンの環状吸気通路を対向壁と共に規定する面を有する可動壁部材を移動させて、前記環状吸気通路の幅を変化させる作動機構を備える作動機構アセンブリにおいて、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されているキャリア部材と、
少なくとも１つの構造を備えたカム部材と、
を備えており、
前記キャリア部材は、少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも１つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも１つの構造及び前記少なくとも１つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも１つの構造又は前記少なくとも１つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも１つの構造と前記少なくとも１つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させ、前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記作動機構アセンブリは、周方向に分布した複数の吸気ベーンを有するノズルリングと、複数のスロットが設けられた環状シュラウドとを更に備えており、前記複数のスロットは、前記環状シュラウドが前記ノズルリングに対して軸方向に移動すると、前記ノズルリングの前記複数の吸気ベーンを受け入れ、
前記環状シュラウドは、前記可動壁部材を備えており、
前記ノズルリング及び前記環状シュラウドは、軸方向について前記吸気通路の同じ側に取り付け可能である。
【０１６１】
本発明の第６実施形態では、作動機構アセンブリがもたらされる、当該作動機構アセンブリは、タービンの環状吸気通路を対向壁と共に規定する面を有する可動壁部材を移動させて、前記環状吸気通路の幅を変化させる作動機構を備える作動機構アセンブリにおいて、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能である環状キャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されるキャリア部材と、
回転可能に取り付けられたカム部材と、
を備えており、
前記カム部材には、少なくとも１つの構造が設けられており、
前記キャリア部材は、少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも１つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも１つの構造及び前記少なくとも１つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも１つの構造又は前記少なくとも１つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも１つの構造と前記少なくとも１つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させ、前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記カム部材と前記キャリア部材とは、前記可動壁部材の少なくとも１つの軸方向位置について軸方向に重なり合う。
【０１６２】
本発明の第７実施形態では、作動機構アセンブリがもたらされる、当該作動機構アセンブリは、タービンの環状吸気通路を対向壁と共に規定する面を有する作動機構と可動壁部材とを備えており、前記作動機構は、前記可動壁部材を移動させて、前記環状吸気通路の幅を変化させる作動機構アセンブリにおいて、
前記作動機構は、
軸方向に移動可能であるキャリア部材であって、前記キャリア部材が軸方向に移動すると、前記可動壁部材が軸方向に移動するように前記可動壁部材に結合されているキャリア部材と、
少なくとも１つの構造を備えたカム部材と、
を備えており、
前記キャリア部材は、少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動すると、前記キャリア部材が軸方向に移動するように前記少なくとも１つの協働構造に結合されており、
前記少なくとも１つの構造及び前記少なくとも１つの協働構造の一方は、径方向に延びる構造であり、他方は、前記径方向に延びる構造を受け入れる相補的な凹部を規定しており、
前記少なくとも１つの構造又は前記少なくとも１つの協働構造は、周方向及び軸方向の両方に延びており、
前記作動機構は、前記カム部材が前記キャリア部材に対して回転すると、前記少なくとも１つの協働構造が軸方向に移動するように、前記少なくとも１つの構造と前記少なくとも１つの協働構造が係合することで、前記キャリア部材を軸方向に移動させ、前記可動壁部材を軸方向に移動させて、前記吸気通路の大きさを変化させるように構成されており、
前記カム部材は、前記可動壁部材の径方向外側に配置されている。
【０１６３】
本発明の第７実施形態では、作動機構アセンブリがもたらされる、当該作動機構アセンブリは、タービンの環状吸気通路を対向壁と共に規定する面を有する可動壁部材を移動させて、前記環状吸気通路の幅を変化させる作動機構を備える作動機構アセンブリにおいて、
前記作動機構は、
可動壁部材に結合するキャリア部材であって、前記キャリア部材の表面は、ハウジングの対向壁と、タービンの環状吸気通路を規定し、前記キャリア部材が前記キャリア部材の長手方向軸の方向に移動すると、前記可動壁部材は軸方向に移動し、前記キャリア部材は、少なくとも１つの径方向に延びるボアが設けられた環状壁を有する、キャリア部材と、
少なくとも１つの径方向に延びる結合要素であって、前記少なくとも１つの結合要素が、前記キャリア部材の前記環状壁における前記少なくとも１つの径方向に延びるボアに入れられることで、前記少なくとも１つの結合要素が軸方向に移動すると前記キャリア部材が軸方向に移動する、少なくとも１つの径方向に延びる結合要素と、
前記タービン軸回りで回転するように取り付けられたカム部材であって、前記カム部材は環状壁を有しており、前記環状壁には、前記環状壁の少なくとも１つの表面で規定された少なくとも１つのスロットが設けられており、前記少なくとも１つのスロットは、周方向及び軸方向の両方に延びている、カム部材と、
を備えており、
前記少なくとも１つの結合要素が、前記カム部材の前記少なくとも１つのスロットにいれられ、
前記少なくとも１つの結合要素が、前記壁部材の前記少なくとも１つの軸方向に延びるスロットに入れられることで、前記カム部材が前記軸回りで回転すると、前記カム部材の前記環状壁の前記少なくとも１つのスロットが、前記少なくとも１つの結合要素に対して移動するように構成されており、前記少なくとも１つのスロットを規定する前記カム部材の前記少なくとも１つの表面が、前記前記少なくとも１つの結合要素に作用して、前記壁部材の前駆少なくとも１つの軸方向に延びるスロットに沿って、前記少なくとも１つの結合要素が軸方向に移動することで、前記キャリア部材が軸方向に移動し、前記可動壁部材が軸方向に移動して、前記吸気通路の大きさを変化させる。
【０１６４】
本発明の第９の態様によれば、本発明の第１乃至第４の態様の何れかの可変ジオメトリタービンアセンブリを備えるターボ機械が提供される。
【０１６５】
ターボ機械は、ベアリングハウジングを備えており、当該ベアリングハウジングは、タービンホイールが取り付けられたシャフトを回転可能に支持する少なくとも１つのベアリングを収容するように構成されており、少なくとも１つの軸方向に延びるスロットを備えた壁部材は、ベアリングハウジングの壁部材であってよい。
【０１６６】
ターボ機械は、ターボチャージャであってよく、タービンホイールはシャフトに取り付けられ、ターボチャージャは、圧縮機ハウジング内に回転可能に取り付けられたインペラホイールを有しており、インペラホイールは、シャフトに結合されて、タービンホイールの回転により、コンプレッサホイールが回転して、コンプレッサの吸気口を通って空気を引き込み、圧縮して、コンプレッサの排気口に通してよい。
【０１６７】
本発明の上記の態様の何れかの任意の特徴は、本発明の任意の他の態様の任意の特徴と、任意の組合せで組み合わせられてよい。 これに関して、本発明の第５乃至第８の態様の何れかの作動機構は、本発明の前述の任意の態様の可変ジオメトリタービンアセンブリの任意の特徴を有してよい。
【図面の簡単な説明】
【０１６８】
本発明の具体的な実施形態は、添付図面を参照しながら単なる例示として説明される。
【０１６９】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態による可変ジオメトリターボチャージャの軸方向断面図である。
【図２】図２は、図１に示した可変ジオメトリターボチャージャの可変ジオメトリタービンとベアリングハウジングの一部の分解斜視図である。
【図３】図３は、図２に相当する図であるが、説明の目的のために周辺部分が削除されている。
【図４】図４は、図１乃至図３に示した可変ジオメトリタービンのカム部材、キャリア部材、支持部材、シュラウド、及びノズルリングの軸方向断面図である。
【図５】図５は、図１乃至図３に示した可変ジオメトリタービンのカム部材の背面斜視図である。
【図６】図６は、図１乃至図３に示した可変ジオメトリタービンのノズルリングの正面斜視図である。
【図７】図７は、図６に示すノズルリングの軸方向断面図である。
【図８】図８は、図６及び図７に示すノズルリングの背面斜視図である。
【図９】図９は、図１乃至図３に示し可変ジオメトリタービンの支持部材の正面斜視図である。
【図１０】図１０は、図９に示す支持部材の軸方向断面図である。
【図１１】図１１は、図１乃至図３に示す可変ジオメトリタービンのシュラウドの正面斜視図である。
【図１２】図１２は、図１１に示すシュラウドの軸方向断面図である。
【図１３】図１３は、図１１及び図１２に示すシュラウドの背面斜視図である。
【図１４】図１４は、図１乃至図３に示す可変ジオメトリタービンのキャリア部材の正面斜視図である。
【図１５】図１５は、図１４に示すキャリア部材の軸方向断面図である。
【図１６】図１６は、図１４及び図１５に示すキャリア部材の背面斜視図である。
【図１７】図１７は、図１に示すターボチャージャのベアリングハウジングの背面斜視図である。
【図１８】図１８は、図１７に示すベアリングハウジングの軸方向断面図である。
【図１９】図１９は、図１７及び図１８に示すベアリングハウジングの正面斜視図である。
【図２０】図２０は、「Ａ」が付された図１９の領域の拡大斜視図である。
【図２１】図２１は、図１乃至図３に示すターボチャージャのタービンハウジングの破断斜視図である。
【図２２】図２２は、図１乃至図３に示すターボチャージャの回転可能アームアセンブリの斜視図である。
【図２３】図２３は、図２２に示す回転アームアセンブリの破断斜視図である。
【図２４ａ】図２４ａは、図５に示すカム部材の側面図である。
【図２４ｂ】図２４ｂは、図２４ａに対応する図であるが、カム部材の環状壁におけるスロットの形状は異なる（スロットの形状は、図２４ａのスロットを覆う太く暗い線として示されている）。
【図２４ｃ】図２４ｃは、図２４ａに対応する図であるが、カム部材の環状壁におけるスロットの形状は異なる（スロットの形状は、図２４ａのスロットを覆う太く暗い線として示されている）。
【図２５】図２５は、本発明の第２の実施形態による可変ジオメトリターボチャージャの軸方向断面図である。
【図２６】図２６は、図２５に示す可変ジオメトリターボチャージャの可変ジオメトリタービン及びベアリングハウジングの一部の分解斜視図である。
【図２７】図２７は、図２６に対応する図であるが、説明の目的のために周辺部分が削除されている。
【図２８】図２８は、図２５乃至図２７に示す可変ジオメトリタービンのカム部材、キャリア部材、支持部材、シュラウド、及びノズルリングの軸方向断面図である。
【図２９】図２９は、図２５乃至図２７に示す可変ジオメトリタービンのカム部材の背面斜視図である。
【図３０】図３０は、図２５乃至図２７に示す可変ジオメトリタービンのノズルリングの正面斜視図である。
【図３１】図３１は、図３０に示すノズルリングの軸方向の断面図である。
【図３２】図３２は、図３０及び図３１に示すノズルリングの背面斜視図である。
【図３３】図３３は、図２５乃至図２７に示す可変ジオメトリタービンの支持部材の正面斜視図である。
【図３４】図３４は、図３３に示す支持部材の軸方向断面図である。
【図３５】図３５は、図２５乃至図２７に示す可変ジオメトリタービンのシュラウドの正面斜視図である。
【図３６】図３６は、図３５に示すシュラウドの軸方向の断面図である。
【図３７】図３７は、図３５及び図３６に示すシュラウドの背面斜視図である。
【図３８】図３８は、図２５乃至図２７に示す可変ジオメトリタービンのキャリア部材の正面斜視図である。
【図３９】図３９は、図３８に示すキャリア部材の軸方向の断面図である。
【図４０】図４０は、図２７乃至図２５に示すターボチャージャのベアリングハウジングの背面斜視図である。
【図４１】図４１は、図４０に示すベアリングハウジングの軸方向の断面図である。
【図４２】図４２は、図４０及び図４１に示すベアリングハウジングの正面斜視図である。
【図４３】図４３は、「Ａ」が付された図４２の領域の拡大斜視図である。
【図４４】図４４は、図２５乃至図２７に示すターボチャージャのタービンハウジングの破断斜視図である。
【図４５】図４５は、図２５乃至図２７に示すターボチャージャの回転可能なアームアセンブリの斜視図である。
【図４６】図４６は、図４５に示す回転アームアセンブリの破断斜視図である。
【図４７】図４７は、本発明の第３の実施形態による可変ジオメトリターボチャージャの軸方向断面図である。
【図４８】図４８は、図４７に示す可変ジオメトリターボチャージャの可変ジオメトリタービンとベアリングハウジングの一部の分解斜視図である。
【図４９】図４９は、図４８に相当する図であるが、説明目的のために周辺部分を削除している。
【図５０】図５０は、図４７乃至図４９に示す可変ジオメトリタービンのキャリア部材、支持部材、シュラウド、及びノズルリングの軸方向断面図である。
【図５１】図５１は、図４７乃至図４９に示す可変ジオメトリタービンのカム部材の背面斜視図である。
【図５２】図５２は、図４７乃至図４９に示す可変ジオメトリタービンのノズルリングの正面斜視図である。
【図５３】図５３は、図５２に示すノズルリングの軸方向断面図である。
【図５４】図５４は、図５２及び図５３に示すノズルリングの背面斜視図である。
【図５５】図５５は、図４７乃至図４９に示す可変ジオメトリタービンの支持部材の正面斜視図である。
【図５６】図５６は、図５５に示す支持部材の軸方向断面図である。
【図５７】図５７は、図５５及び図５６に示す支持部材の背面斜視図である。
【図５８】図５８は、説明のために周辺部分が破断されている、図４７乃至図４９に示す可変ジオメトリタービンのベアリングハウジング及び支持部材の部分の分解斜視図であって、支持部材がスライド可能に取り付けられている様子を示す。
【図５９】図５９は、図４７乃至図４９に示す可変ジオメトリタービンのシュラウドの正面斜視図である。
【図６０】図６０は、図５９に示すシュラウドの軸方向断面図である。
【図６１】図６１は、図５９及び図６０に示すシュラウドの背面斜視図である。
【図６２】図６２は、図４７乃至図４９に示す可変ジオメトリタービンのキャリア部材の正面斜視図である。
【図６３】図６３は、図６２に示すキャリア部材の軸方向断面図である。
【図６４】図６４は、図６２及び図６３に示すキャリア部材の背面斜視図である。
【図６５】図６５は、図４７乃至図４９に示すターボチャージャのベアリングハウジングの背面斜視図である。
【図６６】図６６は、図６５に示すベアリングハウジングの軸方向断面図である。
【図６７】図６７は、図６５及び図６６に示すベアリングハウジングの正面斜視図である。
【図６８】図６８は、図４７乃至図４９に示すターボチャージャのタービンハウジングの破断斜視図である。
【図６９】図６９は、図４７乃至図４９に示すターボチャージャの回転可能アームアセンブリの斜視図である。
【図７０】図７０は、図６９に示す回転アームアセンブリの破断斜視図である。
【図７１】図７１は、本発明の第４の実施形態による可変ジオメトリターボチャージャの軸方向断面図である。
【図７２】図７２は、図７１に示した可変ジオメトリターボチャージャの可変ジオメトリタービンとベアリングハウジングの一部の分解斜視図である。
【図７３】図７３は、図７２に対応する図であるが、説明を目的として周辺部分を削除してある。
【図７４】図７４は、図７１乃至図７３に示す可変ジオメトリタービンのキャリア部材、支持部材、シュラウド、及びノズルリングの軸方向断面図である。
【図７５】図７５は、図７４に相当するが、展開されている。
【図７６】図７６は、図７１乃至図７３に示す可変ジオメトリタービンのカム部材の背面斜視図である。
【図７７】図７７は、図７１乃至図６３に示す可変ジオメトリタービンのノズルリングの正面斜視図である。
【図７８】図７８は、図７７に示すノズルリングの軸方向の断面図である。
【図７９】図７９は、図７７及び図７８に示すノズルリングの背面斜視図である。
【図８０】図８０は、図７１乃至図７３に示す可変ジオメトリタービンの支持部材の正面斜視図である。
【図８１】図８１は、図８０に示す支持部材の軸方向の断面図である。
【図８２】図８２は、図７１乃至図７３に示す可変ジオメトリタービンのシュラウドの径方向壁の正面斜視図である。
【図８３】図８３は、図８２に示すシュラウドの径方向壁の背面斜視図である。
【図８４】図８４は、図８２及び図８３に示すシュラウドの径方向壁の軸方向断面図である。
【図８５】図８５は、図７１乃至図７３に示す可変ジオメトリタービンのシュラウドの径方向内側の軸方向に延びる環状フランジの正面斜視図である。
【図８６】図８６は、図８５に示したシュラウドの径方向内側の軸方向に延びる環状フランジの軸方向断面図である。
【図８７】図８７は、図７１乃至図７３に示すターボチャージャのシュラウドの径方向外側の軸方向に延びる環状フランジの正面斜視図である。
【図８８】図８８は、図８７に示す、シュラウドの径方向外側の軸方向に延びる環状フランジの軸方向の断面図である。
【図８９】図８９は、図８７及び８８に示す、シュラウドの径方向外側の軸方向に延びる環状フランジの背面斜視図である。
【図９０】図９０は、図７１乃至図７３に示すターボチャージャのベアリングハウジングの背面斜視図である。
【図９１】図９１は、図９０に示すベアリングハウジングの軸方向断面図である。
【図９２】図９２は、図９０及び図９１に示すターボチャージャのベアリングハウジングの正面斜視図である。
【図９３】図９３は、図７１乃至図７３に示すターボチャージャのタービンハウジングの破断斜視図である。
【図９４】図９４は、図７１乃至図７３に示すターボチャージャの回転可能アームアセンブリの斜視図である。
【図９５】図９５は、図９４に示す回転アームアセンブリの破断斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０１７０】
図１乃至２４を参照すると、本発明の第１実施形態に係る可変ジオメトリタービンアセンブリを備える可変ジオメトリターボチャージャ１が示されている。可変ジオメトリターボチャージャ１は、ベアリングアセンブリ９３によってコンプレッサ９２に接続された可変ジオメトリタービン９１を備えている。
【０１７１】
より具体的には、可変ジオメトリタービン９１は、タービンハウジング２を備えておりタービンハウジング２は、ベアリングアセンブリ９３の中央ベアリングハウジング４によってコンプレッサ９２のコンプレッサハウジング３に接続されている。
【０１７２】
。
ターボチャージャ１は、ターボチャージャ軸５ａを有している。ターボチャージャ１は、ターボチャージャ軸５ａ回りについてほぼ対称である。可変ジオメトリタービン９１は、ターボチャージャ軸５ａと一致しており、実質的に平行なタービン軸１０５ａを有している。
【０１７３】
「径方向に延びる」、「径方向」、「軸方向に延びる」、「軸方向」、「周方向に延びる」、及び「周方向」なる言及は、特に明記しない限り、ターボチャージャ軸５ａ（それに故にタービン軸１０５ａにも）に対していることは理解されるであろう。
【０１７４】
ターボチャージャシャフト５は、ベアリングハウジング４を通ってタービンハウジング２からコンプレッサハウジング３へと延びている。タービンホイール６は、ターボチャージャ軸５ａ回りでタービンハウジング２内で回転するようにシャフト５の一端に取り付けられている。コンプレッサホイール７は、コンプレッサハウジング内で回転するようにシャフト５の他端に取り付けられている。シャフト５は、ターボチャージャ軸５ａ回りで回転し、ベアリングハウジング４に配置されたベアリング９４によって回転可能に支持されている。
【０１７５】
タービンハウジング２は、内燃機関（図示せず）からガスが供給される吸気ボリュート（inlet volute）８を規定する。排気ガスは、環状吸気通路１０及びタービンホイール６を通って吸気ボリュート８から軸方向排気通路９へと流れる。
【０１７６】
「インボード（inboard）」と「アウトボード（outboard）」なる言及は、環状吸気通路１０に対してのものである。
【０１７７】
吸気ボリュート８から排気通路９へと流れるガスは、ガスタービンホイール６を通り過ぎて、その結果、トルクがシャフト５に印加してコンプレッサホイール７を回転させる。コンプレッサハウジング３内のコンプレッサホイール７の回転によって、コンプレッサハウジング３によって規定される軸方向吸気口１０１の周囲空気が加圧されて、環状排気ボリュート１０２に加圧空気が送られる。それは、環状排気ボリュート１０２から内燃機関（図示せず）に供給される。コンプレッサ９２の詳細は、完全に従来のものであってよい（例えば、それらは既知のコンプレッサのものに対応してよい）ので、さらに詳細には説明されないであろう。
【０１７８】
ベアリングハウジング４（下記参照）のインボード側部分１１０とタービン９１は共に、本発明の第１実施形態に係る可変ジオメトリタービンアセンブリを形成する。
【０１７９】
本発明は、ターボチャージャに適しているが、これに限定されない。しかしながら、本発明は、可変ジオメトリタービンアセンブリの特徴に関係しているので、このようなベアリングハウジング４やコンプレッサ３のその他の詳細のような、本発明の可変ジオメトリタービンアセンブリを組み込んだターボチャージャについてのその他の詳細については、更には説明されないであろう。
【０１８０】
タービンハウジング２は給気部１２０と排気部１２１を備えており、それらは夫々、吸気ボリュート８と軸方向排気通路９とを規定している。吸気部１２０は、周方向に離間した複数のボルト１１２によって、ベアリングハウジング４の軸方向インボード側部分１１０に取り付けられている（図１８参照）。タービンハウジング２は、Ｖ−バンドを含む適切な取付手段を用いて、ベアリングハウジング４に固定されてよいことは、理解されるであろう。
【０１８１】
環状キャビティ２４は、ベアリングハウジング４のインボード側部分１１０とタービンハウジング２の吸気部１２０との間で規定される。環状キャビティ２４は、ターボチャージャの軸５ａをほぼ中心としている。
【０１８２】
（図１１乃至図１３に詳細に示されるように）可変ジオメトリタービン９１は、環状シュラウド１１を備えている。シュラウド１１は、ほぼ環状であって、ターボチャージャ軸５ａをほぼ中心とする。シュラウド１１は、径方向環状壁１８を備えており、径方向環状壁１８は、インボード側径方向表面１２及びアウトボード側径方向表面２０を有している。インボード側径方向表面１２及びアウトボード側径方向表面２０は、ほぼ環状であり、ターボチャージャ軸５ａをほぼ中心としており、平行方向に延びており、ターボチャージャ軸５に対してほぼ垂直である。
【０１８３】
環状壁１８には、複数のスロット１６が設けられている。各スロット１６は、シュラウド１１がノズルリング１３に対して軸方向に移動すると、ノズルリング１３の個々のガイドベーン１５を受け入れるように配置されている（下記参照）。
【０１８４】
環状壁１８は、（以下でより詳細に説明されるように）吸気通路の幅を変化させる可動壁部材を形成している。
【０１８５】
シュラウド１１は更に環状フランジ１９を備えている。環状フランジ１９は、シュラウド１１の軸方向アウトボード側表面２０の外側径周から離れるように、軸方向アウトボード向きに延びている。軸方向に延びる環状フランジ１９は、ターボチャージャ軸５ａにほぼ平行である。軸方向に延びるフランジ１９は、環状のステップが規定されるように、厚さが減少したアウトボード側端部に向かう部分２３を有している。
【０１８６】
環状吸気通路１０は、シュラウド１１の軸方向インボード側表面１２とタービンハウジング２の対向するインボード側表面１７との間で規定されている。タービンハウジング２の対向するインボード側表面１７は、ほぼ環状であって、ターボチャージャ軸５ａをほぼ中心としており、ターボチャージャ軸５ａに対してほぼ垂直に、径方向に延びている。以下でより詳細に説明するように、シュラウド１１は、吸気通路１０の幅を変化させるように、タービンハウジング２のインボード側表面１７に対して軸方向に移動するために、軸方向に摺動可能なようにキャビティ２４内に取り付けられている。
【０１８７】
この点に関し、吸気通路１０の幅が、広範な質量流量にわたってガス流速を最適化するように変更されることで、タービン９１の出力は、変化するエンジンの要求に合うように変えられる。例えば、タービン９１に送られる排気ガスの量が比較的低い場合、環状吸気通路１０の大きさを減少させることによって、タービンホイール６に到達するガスの速度は、効率的なタービン運転を保証するレベルに維持される。
【０１８８】
シュラウド１１の径方向壁１８のインボード側表面１２（及びアウトボード側表面２０）は、ベアリングハウジング４と同じく、環状吸気通路１０の軸方向インボード側に設けられている。
【０１８９】
可変ジオメトリタービン９１はさらに、キャビティ２４内に取り付けられた（図６乃至図８により詳細に示されるような）固定ノズルリング１３を備えている。ノズルリング１３は、径方向外側にあって、シュラウド１１の軸方向に延びるフランジ１９内に配置される。
【０１９０】
ノズルリング１３は、ほぼ環状であり、ターボチャージャ軸５ａをほぼ中心としている。ノズルリング１３は、径方向に延びる環状壁２５を備えており、環状壁２５は、軸方向インボード側表面１４と軸方向アウトボード側表面２６とを有している。インボード側表面１４とアウトボード側表面２６は、ターボチャージャ軸５ａにほぼ垂直に径方向に延びている。
【０１９１】
周方向に分布した複数の吸気ベーン１５が、インボード側表面１４から環状吸気通路１０へと軸方向インボード向きに延びている。ベーン１５の各々は、インボード側表面１４にある基部から、インボード側表面１４に対して遠位にある先端へと軸方向インボード側に延びている。環状吸気通路１０を通って、タービンホイール６の回転方向に向かうようにガスの流れを向かせるように、吸気ベーン１５は構成されている。
【０１９２】
この点に関して、ノズルリング１３の径方向に延びる壁２５は、シュラウド１１の径方向の壁１８の軸方向アウトボード側に配置されており、ノズルリング１３の吸気ベーン１５は、シュラウド１１の径方向壁１８の軸方向スロット１６を通って、環状吸気通路１０へと延びている。
【０１９３】
ノズルリング１３は、ベアリングハウジング４に軸方向に且つ回転方向に取り付けてある。この点に関し、環状フランジ２８は、ノズルリング１３のアウトボード側表面２６の径方向外側部分から、軸方向アウトボード側に延びている。軸方向に延びるフランジ２８の径方向内面は、ベアリングハウジング４のインボード側部分１１０の径方向外側表面２７に取り付けられている（図１参照）。
【０１９４】
ノズルリング１３は、ノズルリング１３の径方向内側環状部分で形成された一体型熱シールド３１を備える。
【０１９５】
ノズルリング１３の熱シールド３１は、ノズルリングの径方向壁２５のインボード側表面１４の径方向内側部分から径方向内向きに延びている。熱シールド３１は、軸方向及び径方向に曲げられて、軸方向部３１１と径方向部３１２を形成する。軸方向部３１１は、ノズルリング１３の径方向壁２５の径方向周縁から軸方向インボード側に延びる。径方向部３１２は、シュラウド１１のインボード側表面１２と軸方向にほぼ揃えられている。径方向部３１２は、軸方向部３１１のインボード側端部から径方向内側に延びており、ベアリングハウジング４とタービンホイール６の間にてベアリングハウジング４の領域をほぼ覆っている。その結果、熱シールド３１は、ベアリングハウジング４のこの部分を、タービン２の高温排気ガスから保護する。熱シールドは、ステンレス鋼（例えば、３０４又はｐＩ３３）やインコネルなどの耐熱性材料で作られている。任意の適切な耐熱性材料が用いられてよいことは理解されるであろう。
【０１９６】
ノズルリング１３は、以下で詳細に記載されるように、支持部材３２に軸方向に固定されている。
【０１９７】
支持部材３２は、ターボチャージャ軸５ａを中心としたほぼ環状のリングである。支持部材３２は、図４、図９、図１０により詳細に示されている。
【０１９８】
支持部材３２は、径方向内側環状面３４と外側環状面３３とを有する略環状壁部材１３１を備えている。環状壁部材１３１（及び径方向内側面３４及び外側面３３）は、軸方向５ａに略平行に延びている。
【０１９９】
支持部材３２は、軸方向に実質的に固定されている。この点に関し、支持部材３２の径方向内側表面３４は、ベアリングハウジング４の径方向外側表面２７に軸方向に（且つ回転方向に）固定されている。
【０２００】
支持部材３２は、組み立てにおいて、軸方向の滑りばめを確保するために、ベアリングハウジングの径方向外側表面２７から径方向に若干を開けて、ベアリングハウジング４に取り付けられている。トレランス（tolerancing）は、熱膨張に起因するこれらの２つの構成要素間の「スロップ（slop）」をできるだけ小さくするために適用される。
【０２０１】
径方向内側表面３４には、その軸方向長さに沿ったほぼ中央にて、径方向内側に延びる環状フランジ３５が設けられている。支持部材３２は、ベアリングハウジング４のインボード側部分１１０の径方向外側表面２７に取り付けられている。より詳細には、環状フランジ３５の径方向内側表面１３２は、ベアリングハウジング４の径方向外側表面２７に取り付けられている。支持部材３２は、キャビティ２４内にて、ノズルリング１３の径方向壁２５の軸方向アウトボード側に取り付けられている。支持部材３２の環状フランジ３５と径方向内側表面３４とは、径方向外側表面２９に形成された相補的な段付き構造と、ノズルリング１３の軸方向に延びるフランジ２８の軸方向アウトボード側端部とに溶接される段付き構造を形成している。このようにして、ノズルリング１３は、軸方向と回転方向の両方について、支持部材３２に固定されている。ノズルリング１３は、ろう付けを含む適切な任意の手段によって支持部材３２に固定されてよいことは理解されるであろう。
【０２０２】
環状溝３６は、ベアリングハウジング４のインボード側部分１１０の径方向外側表面２７に設けられている（図１参照）。環状リングシール３７は、環状溝３６内に位置しており、ベアリングハウジング４の外周面２７と、支持部材３２の環状フランジ３５の径方向内側表面１３２との間をシールする。このシール構造は、環状内側通路１０からガスが流れて、リングシール３７を通過することを防止する。これによって、シュラウド１１の径方向壁１８にわたって所望の圧力差を維持することが容易になる。シール３７は、ベアリングハウジングとノズルリングとの間でキャビティ２４へのガスの流れを停止し、負荷バランスのために圧力差を維持する。
【０２０３】
弾性的に変形可能な環状トレランスリング（tolerance ring）３８（図１及び図２参照）は、支持部材３２の環状フランジ３５の軸方向アウトボード側とベアリングハウジング４の対向する面との間に挟まれている。トレランスリング３８は、支持部材３２を介してノズルリング１３に軸方向に向かう力を与える。これに関して、タービンハウジング２がベアリングハウジング４上にボルト止めされると、タービンハウジング２の対向壁１７は、吸気ベーン１５の先端、ひいてはノズルリング１３の先端に、対向壁１７から離れる向きに力を及ぼして、これは、トレランスリング３８を圧縮するように作用する。これがトレランスリング３８に予荷重を与える（pre-load）ことで、それは、支持部材３２を介して反対方向にノズルリング１３に力を及ぼして、支持部材３２は、ベアリングハウジング４上を自由に浮動する。これに関し、支持部材３２は、ベアリングハウジング４に摺動可能に取り付けられている。これは、タービンガス圧力及び脈動に拘わらず、入口ベーン１５と対向壁１４の先端間の接触が維持されることを確実にする。これはまた、ディフューザー通路１０の小さな幅にてベーン１５の先端部にわたってガスの流れをできるだけ小さくして、効率を改善する。
【０２０４】
ノズルリング１３の環状壁２５の径方向外側部分のインボード側表面１４は、シュラウド１１の軸方向位置をアウトボード向きについて制限する停止部として働く。この点に関し、シュラウド１１がアウトボード側に動くと（下記参照）、シュラウド１１の環状壁１８のアウトボード側表面２０は、ノズルリング１３の環状壁２５の径方向外側部分のインボード側表面１４に当接して、これによって、シュラウド１１の所望の最大アウトボード側位置を提供する停止部として作用する。
【０２０５】
シュラウド１１は、作動機構の使用によって軸方向に移動して、環状吸気通路１０の幅が変化する。これについては、以下で詳細に説明する。
【０２０６】
作動機構は、図１４乃至図１６により詳細に示すように、キャリア部材３９を備えている。キャリア部材３９は、ターボチャージャ軸５ａをほぼ中心とするほぼ環状のリングである。キャリア部材３９は、径方向内側環状表面４０及び外側環状表面４１を有する環状壁１１７を備える。環状壁１１７は、軸方向５ａとほぼ平行に延びている。この点に関して、環状壁１１７の径方向内側表面４０及び径方向外側表面４１は、軸方向５ａにほぼ平行に延びている。
【０２０７】
環状フランジ１１４は、径方向内側表面４０から径方向内向きに延びている。環状フランジ１１４は、軸方向５ａに対してほぼ垂直である。環状溝４６が環状フランジ１１４に設けられている。
【０２０８】
環状壁１１７は、環状フランジ１１４のインボード側及びアウトボード側に配置された軸方向インボード側部分４２及びアウトボード側部分４５を有する。アウトボード側部分４５は、インボード側部分４２よりも厚い。
【０２０９】
キャリア部材３９は、軸方向及び回転方向の両方について、シュラウド１１に固定されている。従って、キャリア部材３９が軸方向に移動すると、シュラウド１１はキャリア部材３９と共に軸方向に移動する。キャリア部材３９は、シュラウド１１に直接固定されている。この点に関して、環状壁１１７のインボード側部分４２の径方向内側表面は、シュラウド１１の軸方向フランジ１９の薄肉部分２３の外側部分における径方向外側表面に溶接されている。キャリア部材３９は、ろう付けを含む適切な任意の手段によってシュラウド１１に固定されてよいことは理解されるであろう。
【０２１０】
環状壁１１７には、複数の径方向ボア４３が設けられている。具体的には、環状壁１１７には、環状壁１１７の周囲にて周方向に分布した３つの径方向ボア４３が設けられている。径方向ボア４３は、環状壁周りに等しく周方向に離間して配置されている。
【０２１１】
各径方向ボア４３は、径方向にほぼ平行な長手方向軸に沿って、キャリア部材３９の径方向外側表面４１に設けられた第１端から径方向内側に延びている。径方向に延びる各ボアの長手方向軸は、ほぼ真っ直ぐである。
【０２１２】
各径方向ボア４３は、キャリア部材３９の径方向内側表面４０の前で終わっており、その第２端は、閉じており、ブラインドボア３を形成している。各々のボア４３は、その長手方向軸周りでほぼ円形の断面形状を有している。各ボア４３は、（以下でより詳細に説明するように）ほぼ円柱状のピン６９を受け入れるものである。
【０２１３】
環状壁１１７の軸方向アウトボード側部分４５には、環状壁１１７周りで周方向に分布しており、軸方向に延びる複数の凹部４４が設けられている。キャリア部材３９が所定の位置に取り付けられると、以下でより詳細に説明するように、それらの凹部の１つは、回転可能なアームアセンブリ５７のアーム６０に隣接し、且つ、アーム６０が回転するための隙間をもたらす。
【０２１４】
キャリア部材３９は、軸方向に移動できるように、支持部材３２の径方向外側表面３３に摺動自在に取り付けられている。キャリア部材３９は、支持部材３２に直接取り付けられている。より詳細には、ほぼ環状のシール４４が、フランジ１１４と支持部材３２の径方向外側表面３３との間にて、キャリア部材３９のフランジ１１４の環状溝４６内に入れられている。環状シール４４は、キャリア部材３９が支持部材３２に対して軸方向に移動する際に、支持部材３２に対してキャリア部材３９をシールする。これは、環状吸気通路１０からキャリア部材３９の軸方向アウトボード側にガスが流れることを防止して、キャリア部材３９にわたって所望の圧力差を維持するのに役立つ。
【０２１５】
図５にさらに詳細に示すように、作動機構は、カム部材４７を更に備えている。カム部材４７は、ターボチャージャ軸線５ａをほぼ中心とするほぼ環状のリングである。カム部材４７は、径方向内側環状表面４９及外側環状表面４８を有する環状壁１０４を備える。環状壁１０４（及びその径方向内側環状表面４９及び外側環状表面４８）は、軸方向５ａにほぼ平行に延びている。
【０２１６】
複数のスロット５０が、環状壁１０４に設けられており、環状壁１０４の個々の内面５１によって規定されている。各スロットは、概して細長であって、長手方向軸５０ａに沿って延びている（図５及び図２４ａ参照）。各スロットは、環状壁１０４の径方向の厚さをほぼ通って延びている。
【０２１７】
説明している実施形態では、３つのスロット５０がある。各スロット５０は、ほぼ同一である。スロット５０は、環状壁１０４周りにて、周方向にほぼ等間隔に離間して分布している。
【０２１８】
各スロット５０は、周方向及び軸方向の両方に延びている。この点に関して、各スロット５０は、ターボチャージャ軸５ａ回りの螺旋の一部を規定している。具体的には、各スロット５０の長手方向軸５０ａは、周方向及び軸方向５ａの両方に延びている。この点に関して、各スロット５０の長手方向軸５０ａは、ターボチャージャ軸５ａ回りの螺旋の一部を規定している。
【０２１９】
図５及び図２４ａに示すカム部材４７の実施形態では、各スロット５０の長手方向軸５０ａは、径方向平面に対してほぼ一定の角度で傾斜している。この点に関し、径方向平面は、ターボチャージャ軸５ａに対してほぼ垂直な平面である。
【０２２０】
図２４ｂ及び図２４ｃに示すカム部材４７の実施形態では、各スロット５０の長手方向軸５０ａは、その長さに沿って変化する径方向平面に対してある角度で傾斜している。これは、カム部材４７の幾らかの回転運動のためにシュラウド１１に所望の軸方向移動を可能とさせる点で有利である。
【０２２１】
図２４ｂの実施形態では、径方向平面に対する長手方向軸５０ａの角度は、スロット５０の第１の端５０１からスロット５０の第２の端５０２で減少しており、スロット５０は、凹状の曲線を形成している。
【０２２２】
図２４ｃの実施形態では、径方向平面に対する長手方向軸５０ａの角度が増加し、その後、スロット５０の第１の端５０１からスロット５０の第２の端５０２で減少しており、スロット５０は、湾曲した波形を形成している。
【０２２３】
カム部材４７は、ターボチャージャ軸５ａ回りに回転可能に取り付けられている。この点に関して、カム部材４７は、キャリア部材３９と、シュラウド１１の軸方向に延びるフランジ１９とに、回転可能に且つ径方向外向きに取り付けられている。この点に関して、カム部材４７の径方向内側表面４９は、キャリア部材３９の環状壁の径方向外側表面４１と、シュラウドの軸方向に延びるフランジ１９の径方向外側表面２２の軸方向部分とに取り付けられている。
【０２２４】
カム部材４７の径方向内側表面４９は、カム部材４７が回転すると、そして、キャリア部材３９が軸方向に移動すると、キャリア部材３９の環状壁の径方向外側表面４１に当接する。
【０２２５】
キャリア部材３９の環状壁１１７及びカム部材４７の環状壁１０４は、ターボチャージャ軸５ａとほぼ同心状に配置されている。
【０２２６】
カム部材４７は、ベアリングハウジング４及びタービンハウジング２の夫々における径方向に延びて対向する環状面２０１及び環状面２０２の間に挟まれているので、カム部材４７は、ベアリングハウジング４及びタービンハウジング２に対して、ターボチャージャ軸ａ回りに回転可能とされているが、軸方向５ａについてほぼ固定されている。スロット５０は、キャリア部材３９の径方向ボア４３にほぼ対応している周方向位置を有する。径方向表面２０１及び径方向表面２０２は、軸方向５ａにほぼ垂直である。
【０２２７】
ベアリングハウジング４のインボード側部分１１０は、環状壁部材５３を備えている。環状壁部材５３は、軸方向インボード側にて径方向に延びる環状表面５４を有する。表面５４は、軸方向５ａにほぼ垂直である。環状フランジ５２は、面５４から軸方向インボード側に延びている。環状フランジ５２は、径方向外側表面１５１及び内側表面１５３を有する。環状フランジ５２は、ターボチャージャの軸５ａをほぼ中心としている。周方向に延びる間隙１５２が、環状フランジ５２に設けられており、隙間を与えて、回転可能なアームアセンブリ５７のアーム６０を回転可能とする（詳細は後述する）。
【０２２８】
軸方向に延びる３つのスロット５５の組が、環状フランジ５２周りに周方向に分布して、環状フランジ５２に設けられている。各軸方向スロット５５は、環状フランジ５２の個々の内面５６によって規定されている。各軸方向スロット５５は、環状フランジ５２の軸方向インボード側端部から軸方向アウトボード側に延びて、環状フランジャー５２の端部にて開放端を形成する。スロット５５は、環状フランジ５２の軸方向領域内で終端しており、ブラインドスロット５５を形成している。各軸方向スロット５５は、環状フランジ５２の厚さにわたって、その径方向内側表面１５３から径方向外側表面１５１まで延びている。各スロット５５は、軸方向５ａにほぼ真っ直ぐである。各スロット５５の長手方向軸は、周方向に延びていない。
【０２２９】
カム部材４７は、環状フランジ５２の径方向内側に取り付けられている。この点に関して、カム部材４７の環状壁１０４の径方向外側表面４８は、ベアリングハウジング４の環状フランジ５２の径方向内側表面１５３の径方向内側に配置されており、表面４８と表面１５３の間に設けられた径方向の隙間は小さい。この構成によって、ベアリングハウジング４に対するカム部材４７の回転が可能にされている。或いは、カム部材４７の環状壁１０４の径方向外側表面４８は、ベアリングハウジング４の環状フランジ５２の径方向内側表面１５３に当接する。
【０２３０】
作動機構は、３つのピン６９の組を更に備えている。各ピン６９は、概して細長く、長手方向軸１１８に沿って延びている。各ピン６９は、ほぼ真っ直ぐである。各ピンの長手方向軸１１８はほぼ真っ直ぐであり、径方向に対してほぼ平行である。各ピン６９は、その長手方向軸回りについてほぼ円形の断面形状を有する。
【０２３１】
各ピン６９は、キャリア部材３９における個々の径方向ボア４３に入れられる。各ピン６９は、キャリア部材３９に対して軸方向に固定されている。この点に関して、径方向に延びる各ボア４３の軸方向領域は、個々のピン６９の軸方向領域とほぼ同じであるか、若干大きく、ピン６９が第１及び第２の軸方向に夫々移動すると、キャリア部材３９が第１及び第２の軸方向に移動する。第１及び第２の軸方向は、ターボチャージャ軸５ａに平行な反対方向であることは理解できるであろう。
【０２３２】
各ピン６９は、キャリア部材３９の各ボア４３から径方向外向きに突出し、カム部材４７の個々のスロット５０を通る。ピン６９は、ベアリングハウジング４の壁部材５３のフランジ５２の個々の軸方向スロット５０へと、スロット５０の径方向外向きに通っている。
【０２３３】
各ピン６９は、個々の軸方向スロット５５内にて軸方向に摺動可能である。しかしながら、スロット５５は、ターボチャージャ軸５ａ回りのピン６９の回転を実質的に防止する大きさにされている。この点に関して、スロット５５は、スロット６９がターボチャージャ軸５ａ回りのピン６９の回転を防止するように、ピン６９の周方向幅とほぼ同じ周方向幅を有している。従って、キャリア部材３９の径方向のボア４３にピン６９が係合することで、キャリア部材３９は、ベアリングハウジング４に対して、ターボチャージャ軸５ａ回りの回転方向に固定される。
【０２３４】
作動機構の動作方法について、次に説明する。シュラウド１１を軸方向に移動させて環状吸気通路１０の幅を変化させるために、カム部材４７は、ターボチャージャ軸５ａ回りで回転する。これにより、スロット５０を通る各々のピン６９に対する各スロット５０の動きが生じる。個々のスロット５０を規定するカム部材４７の各内側表面５１は、スロット５０に入ったピン６９と係合し、ピン６９を軸方向に動かす働きをする。
【０２３５】
個々の軸方向スロット５５を規定する環状フランジ５２の内側表面５６に各ピン６９が係合することで、ピン６９の回転が抑制される。この内側表面５６がピン６９に及ぼす反力は、個々のスロット５０を規定しており回転する内側表面５１によってピンに及ぼされる力と組み合わされて、各ピン６９を、個々のスロット５６に沿って軸方向インボード側に移動させる。
【０２３６】
各ピン６９がキャリア部材３９の径方向ボア４３内に係合することにより、キャリア部材３９、ひいては（キャリア部材３９に固定されている）シュラウド１１が軸方向に移動する。これに関して、キャリア部材３９は、支持部材３２上にて軸方向に摺動する。
【０２３７】
支持部材３２は、キャリア部材３９を支持部材３２にわたって容易に移動させるために、低摩擦材料でコーティングされたステンレス鋼で作られている。コーティング材料はまた、耐摩耗性であって、キャリア部材３９が支持部材３２わたって移動することによる支持部材３２の磨耗を防ぐ。記載された実施形態では、コーティングはＣＭ１１であり、或いは、支持部材は、ホウ化（boronised）熱処理を施されている。
【０２３８】
カム部材４７が（図２のタービン端から見た場合に）反時計方向に回転することは、シュラウド１１の径方向壁１８のインボード側表面１２を、タービンハウジング２の対向するインボード側表面１７に向かって動かすように作用する。カム部材４７の時計方向への回転は、タービンハウジング２の対向するインボード側表面１７から遠ざける方向に、シュラウド１１の径方向壁１８のインボード側表面１２を動かす。
【０２３９】
作動機構は、ベアリングハウジング４に取り付けられた回転可能なアームアセンブリ５７を更に備えている（回転可能なアームアセンブリ５７は、図２２及び図２３にさらに詳細に示されている）。
【０２４０】
回転可能なアームアセンブリ５７は、細長いアーム６０を含んでおり、アーム６０は、長手方向軸に沿って延びており、ベアリングハウジング４の軸方向インボード側壁部材５３の軸方向インボード側表面５４に回動可能に取り付けられている。アーム６０の第１の端部には、開口７１が設けており、開口７１の内部には、細長いピン５９の第１の端部が入れられる。ピン５９は、長手方向軸に沿って延び、ほぼ円筒状のカラー６１を通る。カラー６１は、軸方向インボード側壁部材５３のボア６２に収容されている。カラー６１は、締まり嵌めによってボア６２内に回転方向に固定されている。
【０２４１】
ピン５９は、カラー６１内で回転可能である。アーム６０は、ピン５９と一緒に回転するようにピン５９に回転方向に固定されている。この点に関して、ピン５９は、アーム６０の第１の端部の開口７１内にて締まり嵌めを形成する。
【０２４２】
アーム６０の第２の端部には、軸方向に延びる突起５８が設けられている。突起５８は、ほぼ円柱状であり、突起５８の長手方向軸回りでほぼ円形の断面を有する。突出部５８の長手方向軸は、アーム６０の長手方向軸にほぼ垂直である。ピン５９の第２の端部は、アクチュエータアーム６３の開口に入れられる。ピン５９の第２の端部は、開口と締まり嵌めを形成しているので、ピン５９はアクチュエータアーム６３と共に回転する。
【０２４３】
アクチュエータアーム６３は、壁部材５３の軸方向アウトボード側に配置されており、空気圧アクチュエータ（図示せず）に接続されている。アクチュエータは、アクチュエータアーム６３を回転させて、その長手方向軸回りでピン５９が回転するように構成されており、それにより、アーム６０は、ピン５９の長手方向軸回りに回転する。アーム６０及び突起５８は、凹部４００内で回転するように、ベアリングハウジングのフランジ５３の凹部４００内に取り付けられている。凹部４００は、フランジ５３の軸方向インボード側表面から軸方向インボード側に、且つ周方向に延びている。
【０２４４】
回転可能なアームアセンブリ５７に近接しているキャリア部材３９の凹部１４４は、アーム６０が回転するための隙間をもたらす。
【０２４５】
さらに、環状フランジ５２における周方向に延びる間隙１５２は、アーム６０が回転するための隙間をもたらす。
【０２４６】
カム部材４７には、カム部材４７の径方向外側表面４８から径方向外向きに突出し、径方向に延びる突起６６が設けられている（図５参照）。突起６６は、キャビティ６８を規定する内側表面６７を有する。キャビティ５８は、アーム６０の軸方向に延びる突出部５８が入る大きさ及び寸法にされている。
【０２４７】
アーム６０の突起５８は、キャビティ６８内に入れられて、径方向の突起６６に対して回転方向に固定される。従って、アーム６０の回転により突起５８が回転すると、キャビティ６８内に係合しているので、カム部材４７は、ターボチャージャ軸５ａ回りで回転する。アーム６０は、何れかの方向に回転可能であり、ターボチャージャ軸線５ａ回りにてカム部材４７を何れかの回転方向に回転させる。このカム部材４７の回転は、何れかの軸方向にシュラウド１１を動かすように働いて、上述したように、環状吸気通路１０の幅が変化する。
【０２４８】
（カム部材４７、ピン６９、キャリア部材３９、支持部材３２、シュラウド１１、及びノズルリング１３を含む）可変ジオメトリタービン９１と、軸方向のスロット５５を備えた軸方向に延びる環状フランジ５２は共に、タービンアセンブリを構成する。
【０２４９】
カム部材４７、ピン６９、キャリア部材３９、支持部材３２、シュラウド１１、及びノズルリング１３は共に、カートリッジアセンブリ１４００を構成する。単一部品として着脱できるので、カートリッジアセンブリ１４００のターボチャージャ１への取り付けと取り外しが容易になっている。これに関して、カートリッジアセンブリを取り付けるために、カートリッジアセンブリは、ベアリングハウジング４の所定の位置に取り付けられる。その後、タービンハウジング２は、ベアリングアセンブリ４のキャビティ２４内でカートリッジアセンブリを挟むように、ベアリングハウジング４とタービンハウジング２の間にてベアリングハウジング４に取り付けられる。
【０２５０】
カートリッジアセンブリ１４００の向きを容易に正しくするために、ノズルリング１３には、ノズルリング１３のアウトボード側表面２６から軸方向アウトボード側に延びる突起１２４（図８参照）が設けられている。突起１２４は、概して細長く、ほぼ半円形の断面形状を有している。ベアリングハウジング４のインボード側部分１１０の径方向外側表面２７には、内側表面６５によって規定されており、径方向内側且つ軸方向アウトボード側に延出する凹部６４が設けられている。凹部６４は、ほぼ半円状の断面形状を有する。凹部６４は、ノズルリング１３のアウトボード側表面２６に突起１２４を受けるように配置されている。突起１２４が凹部６４内に入れられると、ノズルリング１３は、その正しい回転方向に自動的に揃えられる。従って、突起１２４と凹部６４の係合は、ノズルリング、ひいてはカートリッジアセンブリ１４００全体の回転方向を正しくすることを容易にする。
【０２５１】
本発明の可変ジオメトリタービンアセンブリは、小型の可変ジオメトリターボチャージャに使用するのに特に適しており、比較的コンパクトな可変ジオメトリタービン９１を提供する。さらに、それは、作動機構を収容するために比較的小さなキャビティしか必要としないので、このことによって、ハウジング内の排気ガスの充填及び排気中に生じる圧力差が低減する。
【０２５２】
さらに、それは、従来設計のヨーク及びプッシュロッドを必要としないので、シーリングが改善され、水冷が不要になる。
【０２５３】
さらに、カートリッジアセンブリは、既存のタービンに容易且つ簡便に後付けできて、それらを可変ジオメトリタービンに変換することができる。これに関して、既存のタービンのベアリングハウジング４に、軸方向スロット５５と、ベアリングハウジングとタービンハウジングの間でキャビティ内に取り付けられるカートリッジアセンブリ１４００とを設けることで、可変タービンに変換することができる。
【０２５４】
図２５乃至図４６を参照すると、本発明の第２の実施形態による可変ジオメトリタービンアセンブリを備える可変ターボチャージャが示されている。第２の実施形態の可変ジオメトリターボチャージャは、以下に説明する相違点を除いて、第１の実施形態の可変ジオメトリターボチャージャ１と同じである。対応する特徴には、対応する参照番号が付されている。
【０２５５】
第２の実施形態のターボチャージャは、ベアリングハウジング４の軸方向に延びる環状フランジ５２における軸方向に延びるスロット５５が、第１の実施形態におけるそれらの位置の径方向外側に配置されている点で、第１の実施形態と異なっている。
【０２５６】
さらに、支持部材３２は、第１の実施形態とは逆に、ベアリングハウジング４に対してシールされている。これに関して、支持部材３２の径方向内側表面３４に設けられた環状フランジ３５には、軸方向の長さに沿ってほぼ中央に環状溝３００が設けられている（図３４参照）。環状溝３００は、環状フランジ３５の径方向内側表面から径方向内向きに延び、さらに、ほぼ支持部材３２の内周面にて、ターボチャージャ軸５Ａ回りに周方向に延びている。環状リングシール３０１（図２５参照）が溝３００に入れられて、支持部材３２をベアリングハウジング４の径方向外側表面２７にシールする。これに関して、環状溝３００及びシール３０１は、第１の実施形態における支持ハウジング３２の環状溝３６及び環状シール３７と置き換わって、ベアリングハウジング４の径方向外側表面２７に対して支持部材３２をシールする代替のシール構成を提供する。
【０２５７】
第２の実施形態のターボチャージャは更に、カム部材４７を可動シュラウド１１に結合する手法において第１の実施形態とは異なっている。これに関して、シュラウド１１の軸方向に延びる環状フランジ１９は、軸方向に延びて、その内側端部に向けられており、環状フランジ１９は、周方向に分布した複数の径方向ボア３０２を備えている。各ボア３０２は、軸方向に延びるフランジ１９の径方向外側表面２２から、軸方向に延びるフランジ１９の径方向内側表面３０３まで延びている（図３６参照）。各ボア３０２は、径方向にほぼ平行な長手方向軸に沿って径方向外側表面２２から、径方向内側表面３０３まで延びている。各ボア３０２は、（その長手方向軸回りに）ほぼ円形の断面形状を有する。各ボア３０２は、個々ピン６９を入れるためのものである（詳細は後述する）。
【０２５８】
この実施形態では、キャリア部材３９とシュラウド１１は、第１の実施形態の段付き構成２３によっては互いに接続されていない。この点に関して、シュラウド１１の軸方向に延びるフランジ１９は、軸方向の長さにわたってほぼ均一な厚さであるので、段を規定する前記の部分２３は設けられない。
【０２５９】
代わりに、シュラウド１１の軸方向フランジ１９は、キャリア部材３９の軸方向長さにほぼわたって内向きに延びている。この点に関して、シュラウド１１の軸方向フランジ１９とキャリア部材３９の径方向外側表面４１とにおける夫々の軸方向内側端部は、ほぼ軸方向に揃えられている。キャリア部材３９の径方向外側表面４１は、シュラウド１１の軸方向に延びるフランジ１９における隣接する径方向内側表面３０３と締まり嵌めを形成する。
【０２６０】
キャリア部材３９の環状壁１１７の径方向ボア４３は、周方向について、シュラウド１１の環状フランジ１９の個々のボア３０２とほぼ揃えられている。さらに、カム部材４７のスロット５０は、シュラウド１１の軸方向に延びるフランジ１９と、キャリア部材３９とにおける径方向のボア３０２及びボア４３と重なり合う。
【０２６１】
第１の実施形態と同様に、各ピン６９は、キャリア部材３９の個々の径方向ボア４３に入れられる。さらに、この実施形態では、各ピン６９は、シュラウド１１の軸方向フランジ１９の個々のボア３０２を通っている。このようにして、シュラウド１１は、締まり嵌めと、シュラウド１１の軸方向フランジ１９のボア３０２に係合するピン６９とによって、キャリア部材３９に結合している。この点に関して、フランジ１９の各ボア３０２は、ピン６９の直径とほぼ同じ（又は、僅かに大きい）直径を有しており、ピン６９が軸方向に移動すると、シュラウド１１も軸方向に移動する（即ち、シュラウド１１は、ピン６９に対して軸方向に固定されている）。
【０２６２】
作動機構の作動方法は、第１の実施形態の作動方法と実質的に同じである。この点に関し、カム部材４７の回転によって、スロット５０を通る個々のピン６９に対する各スロット５０の動きが引き起こされる。カム部材４７の内側表面５１は、スロット５０を規定しており、ピン６９を軸方向に移動させるようにピン６９に係合する。各ピン６９が、ベアリングハウジング４にて個々の軸方向スロット５５を規定する環状フランジ５２の内側表面５６と係合することにより、ピン６９の回転が防止されて、ピン６９が軸方向に案内される。キャリア部材３９における径方向ボア４３へのピン６９の係合は、キャリア部材３９（故にシュラウド１１）を軸方向に移動させて、キャリア部材３９の環状溝４６内のシール４４は、支持部材３２の径方向外側表面を摺動する。さらに、シュラウド１１の径方向ボア３０３とのピン６９の係合は、シュラウド１１を軸方向に動かして、吸気通路の幅を変化させるように作用する。
【０２６３】
しかしながら、この実施形態では、螺旋スロット５０は反対の回転方向に向けられている。従って、カム部材４７が（図２６のタービン端部から見て）時計方向に回転すると、シュラウド１１の径方向壁１８のインボード側表面１２は、タービンハウジング２の対向するインボード側表面１７に向かって移動する。
【０２６４】
この実施形態では、カム部材４７における径方向に延びる突起６６は、スロット３０４に置き換えられている。スロット３０４は、カム部材４７の環状壁１０４の径方向外側表面４８から、径方向内側表面４９まで、径方向内向きに長手方向軸に沿って延びている。長手方向軸は、径方向にほぼ平行である。スロット３０４は、その長手方向軸周りについて（アウトボード側が開放した）ほぼ矩形の断面形状を有する。
【０２６５】
スロット３０４は、カム部材４７の環状壁１０４の軸方向アウトボード側表面から軸方向インボード向きに延びており、環状壁１０４の軸方向厚さ内で終端して、スロット３０４は、その軸方向アウトボード側端で開いており、その軸方向インボード側端で閉じている。
【０２６６】
アーム６０における軸方向に延びる突起５８は、カム部材４７のスロット３０４の形状と相補的な形状にされている。この点に関して、突起５８は湾曲した矩形断面形状を有しており、当該断面形状は、スロット３０４との締まり嵌めを形成して、ターボチャージャ軸回りに突起５８が回転すると、カム部材４７がターボチャージャ軸回りで回転する。
【０２６７】
第１の実施形態のカム部材４７における径方向に延びる突起６６を除去することで、作動機構の重量が減少することは有利に働く。
【０２６８】
図３７に示すように、シュラウド１１の軸方向に延びるフランジ１９のアウトボード側端部には、スロット３０５が設けられている（図３７参照）。このスロットは、フランジ１９のアウトボード側端部から軸方向インボード側に延びて、部分的にフランジ１９の外周に沿って、周方向に延びる。スロットは、回転可能なアームアセンブリ５７のアーム６０に隣接しており、アーム６０が回転するための隙間をもたらす。
【０２６９】
図４７乃至図７０を参照すると、本発明の第３の実施形態による可変ジオメトリタービンアセンブリを備える可変ジオメトリターボチャージャが示されている。第３実施形態の可変ジオメトリターボチャージャは、以下に説明する相違点を除いて、第２実施形態の可変ジオメトリターボチャージャと同一である。対応する特徴には、対応する参照番号が付されている。
【０２７０】
第３実施形態のターボチャージャは、軸方向に延びるスロット５５が環状フランジ５２に設けられていない点で、第２実施形態のターボチャージャと相違する。代わりに、カム部材４７の回転に起因して軸方向及び周方向の両方にピン６９が押されると、スロット１６内でのベーン１５の係合がシュラウド１１及びキャリア部材３９の回転を防止するように、ノズルリング１３のベーン１５とシュラウド１１のスロット１６とが配置されている。この点に関して、スロット１６は、ベーン１５に対して相補的な形状を有している。第２の実施形態と同様に、カム部材４７が（図４８のタービン端から見て）時計回り方向に回転することで、タービンハウジング２のインボード側表面１７に向けてシュラウド１１の径方向壁１８のインボード側表面１２が移動する。
【０２７１】
この実施形態では、軸方向ガイドスロット５５がベアリングハウジングに設けられていない。従って、カム部材４７が回転する際に、軸方向のガイド溝５５によってピン６９が回転することが防止されている。
【０２７２】
この点に関して、カム部材４７の回転（時計回り方向）は、スロット５０を規定するカム部材の内側表面５１を個々のピン６９に係合させて、ピン６９は、タービン軸回りに時計回りの回転方向に押される。これは、キャリア部材、ひいてはシュラウド１１をタービン軸回りに（時計回りに）回転させるように働く。しかしながら、スロット１６とベーン１５の係合は、シュラウド１１の回転を規制して、シュラウド１１を軸方向に案内するように働く。この点に関して、シュラウド１１が軸方向に移動すると、スロット１６は、ベーン１５にわたって摺動する。
【０２７３】
ピン６９を介してカム部材４７によってシュラウド１１に加えられる回転力によって、シュラウド１１は少しだけ回転して、各スロット１６について、スロットを規定するシュラウドの表面の径方向外側部分は、スロット内に入れられたベーン１５の径方向外側表面に当接する。これによって、スロットの高圧側がほぼ閉じられて、この側の排気ガスが吸気通路からスロット１６を通過することがほとんど防止される。
【０２７４】
或いは、（図４８のタービン端から見て）カム部材４７の反時計回りの回転が作用して、シュラウド１１の径方向壁１８のインボード側表面１２を、タービンハウジング２の対向するインボード側表面１７に向けて動かすように、作動機構は構成されてよい。これを行うために、螺旋スロットの回転方向は反転されてよい。
【０２７５】
この場合、（反時計回りの）カム部材４７の回転により、スロット５０を規定するカム部材の内側表面５１が個々のピン６９に係合するので、ピン６９は、タービン軸回りに時計回りに押される。これは、キャリア部材３９、ひいてはシュラウド１１をタービン軸回り（反時計回り）に回転させるように働く。しかしながら、スロット１６とのベーン１５の係合は、シュラウド１１の回転を規制して、シュラウド１１を軸方向に案内するように働く。
【０２７６】
ピン６９を介してカム部材４７によってシュラウド１１に加えられる回転力のために、シュラウド１１は少しだけ回転して、各スロット１６について、スロットを規定するシュラウドの表面の径方向内側部分は、スロット内に入れられたベーン１５の径方向内側表面に当接する。これにより、スロットの低圧側がほぼ閉じられるので、この側の排気ガスが吸気通路からスロット１６を通過することがほとんど防止される。
【０２７７】
従って、このようにして、作動機構は、何れかの回転方向について、所望の性能特性を提供するように構成される。
【０２７８】
さらに、この実施形態では、ピン６９は、キャリア部材３９と一体的に形成されている。この点に関して、ピン６９は、キャリア部材３９の一部を形成し、キャリア部材３９の径方向外側表面から径方向外向きに突出している。先の実施例の場合と同様に、各ピン６９は径方向にほぼ平行な長手方向軸に沿って径方向内側端部から径方向外側端部まで延びている。この実施形態では、各ピン６９は、その長手方向軸周りにて、湾曲したコーナーを有する略正方形の断面形状を有する。この形状は、ピン６９とスロット５０を規定する表面５１との間の接触面積を増加させて、ピン６９と表面５１の間の接触応力を低減する点で有利である。
【０２７９】
さらに、ピン６９がキャリア部材３９と一体であるので、カム部材４７、ピン６９、キャリア部材３９、支持部材３２、シュラウド１１、及びノズルによって形成されるカートリッジアセンブリ１４００の組立てが容易になる。これは、一緒に運ぶ必要のある別々のコンポーネントをほとんどもたらさないからである。
【０２８０】
この実施形態では、カム部材４７の径方向厚さは、先の実施形態のものと比較してより薄いが、カム部材４７周りに周方向に分布した複数のラグ３２０を備えている（図４８参照）。ラグ３２０の厚さは、ラグ３２０の間に設けられた、カム部材４７の残りの部分よりも（径方向に）大きい。この実施形態では、カム部材４７には、３つのラグ３２０が周方向に分布して設けられている。
【０２８１】
各ラグ３２０は、内側表面５１を有しており、内側表面５１は、個々のピン６９を入れる螺旋状スロット５０を規定する。各螺旋状スロット５０のアウトボード側端部は開放しており、当該開放端を通ってスロット５０へと（キャリア部材３９と一体の）個々のピン６９を挿入できるようになっている。
【０２８２】
厚さの増したラグ３２０を設けることは、ピン６９と、螺旋スロット１５を規定するラグ３２０の内側表面５１との接触面積を増加させる点で有利である。これにより、ピン６９と螺旋状スロット１５を規定する内側表面５１との間の接触応力が低減される点でも有利である。さらに、ラグ６９間におけるカム部材４７の部分は、ラグ３２０と比較して薄くなっているので、これによって、カム部材４７のこれらの部分がラグ３２０と同じ厚さである場合よりも、カム部材４７（ひいては、ターボチャージャの）全体的な重量が低減される。
【０２８３】
或いは、キャリア部材３９と一体化されたピン６９を有する代わりに、ピン６９は、キャリア部材３９とは別体であってよく、先の実施形態のようにキャリア部材３９のボア４３内に入れられてよい。
【０２８４】
この実施形態では、キャリア部材３９は、第１の実施形態のようにシュラウド１１に取り付けられている。即ち、シュラウド１１の軸方向に延びるフランジ１９は、薄肉のアウトボード側端部に向かう部分２３（図６０参照）を有する。
【０２８５】
キャリア部材３９の環状壁１１７のインボード側部分４２における径方向内側表面は、シュラウド１１の軸方向フランジ１９の薄肉部分２３のアウトボード側部分における径方向外側表面に溶接されている。キャリア部材３９は、ろう付けを含む適切な任意の手段によってシュラウド１１に固定してよいことは理解されるであろう。
【０２８６】
この実施形態では、ノズルリング１３には、支持部材３２に対してノズルリング１３を回転可能に方向付ける突起１２４が設けられている（図５４参照）。突起１２４は、ほぼ円柱状であり、ノズルリング１３の環状壁２５の外側表面１４から軸方向アウトボード側に延びている。支持部材３２の環状壁部材１３１の径方向内側表面には、ノズルリング１３の突起１２４を入れるための凹部３１５が設けられている。凹部３１５は、壁部材１３１のインボード側端部から軸方向インボード側に延びている。凹部３１５は、突起１２４の形状と相補的な形状を有している。
【０２８７】
同様に、支持部材３２の環状壁部材１３１には、環状壁部材１３１の軸方向アウトボード側表面から軸方向インボード側に延びる円筒状ボア３１６が設けられている。
【０２８８】
ベアリングハウジング４の軸方向インボード側表面には、軸方向アウトボード側に延びるボア３１８が設けられている。ボア３１８は、支持部材３２のボア３１６にも入れられる位置決めピン３１７（図５８参照）を入れるためのものである。
【０２８９】
この実施形態では、支持部材３２の径方向内側表面をベアリングハウジング４の径方向外側表面にシールした、先の実施形態のシール２７及びシール３０１は存在せず、支持部材３２の径方向内側表面は、ベアリングハウジング４の径方向外側表面と圧入係合する。
【０２９０】
ピン３１７が、ベアリングハウジングのボア３１８及び支持部材３２のボア３１６に入れられると、支持部材３２はベアリングハウジング４に対して正確に方向づけられる。さらに、ノズルリング１３の突起１２４が支持部材３２の凹部３１５内に入れられると、ノズルリング１３は支持部材３２に対して正確に方向づけられる。
【０２９１】
従って、突起１２４、凹部３１５、ボア３１６、ピン３１７、及びボア３１８は、組み立て中に、キャリア部材３９及びノズルリング１３（ひいては、シュラウド１１）の両方をベアリングハウジング４に対して正確に（円周方向に）方向づける手段を提供する。これは、カートリッジアセンブリ１４００の組立てを容易にする。
【０２９２】
この実施形態では、回転可能なアームアセンブリ５７（図６９及び図７０を参照）は、突起５８が、角が丸いほぼ正方形の断面形状を有することを除いて、先の実施形態と実質的に同じである。カム部材４７のスロット３０４は、突起５８と相補的な正方形である。
【０２９３】
この実施形態では、熱シールド３１は、もはやノズルリング１３と一体ではなく、別体とされている。ノズルリング３１は、熱シールド３１の径方向外側表面と、支持部材３２及びシュラウド１１における軸方向に隣接する径方向内側表面との間で、熱シールド３１の径方向外側表面に取り付けられている。
【０２９４】
熱シールド３１における径方向外側の軸方向に延びる環状フランジの軸方向アウトボード側の端部には、径方向外向きに延びる環状のリップ３３０が設けられている。リップ３３０は、トレランスリング３８の軸方向アウトボード側に配置され、トレランスリング３８と支持部材３２の軸方向インボード側の接触面との間に挟まれている。
【０２９５】
トレランスリング３８の内側は、ノズルリング１３の内側表面に接触し、ノズルリング１３のベーン１５をタービンハウジングの対向面１７に付勢する。
【０２９６】
従って、この実施形態では、トレランスリング３８は、ノズルリング１３に直接接触して、それを軸方向インボード側に付勢する。熱シールド３１はノズルリング１３とは別体であって、そのリップ３３０は、トレランスリング３８の軸方向インボード側に配置されるようにベアリングハウジング４に取り付けられている。従って、トレランスリング３８は、（先の実施形態のように）軸方向インボード側に熱シールド３１に力を及ぼさない。これは、組立て中、熱シールド３１が軸方向インボード側に付勢されない点で有利である（さもなければタービンハウジングがベアリングハウジング４に取り付けられる前に起こるであろう）。従って、熱シールド３０１は、タービンホイール６に、望ましくないであろうインボード方向の力を発揮しない。
【０２９７】
ベアリングハウジング４の軸方向に延びるフランジ５２には、周方向に等間隔で配置された３つの周方向に延びる間隙１５２が設けられている。これにより、ベアリングハウジング４の軽量化が図られる。
【０２９８】
作動機構の動作方法は、先の実施形態のものと実質的に同じである。
【０２９９】
図７１乃至図９５を参照すると、本発明の第４の実施形態による可変ジオメトリタービンアセンブリを備えるターボチャージャが示されている。第４の実施形態の可変ジオメトリターボチャージャは、以下に説明する相違点を除いて、第３の実施形態の可変ジオメトリターボチャージャと同じである。対応する特徴には、対応する参照番号が付されている。
【０３００】
第４の実施形態のターボチャージャは、径方向外側に軸方向に延びる環状フランジ５０１と、径方向内側に軸方向に延びる環状フランジ５０３と、径方向に延びる環状壁５０２とからシュラウド１１が形成されている点で第３の実施形態と相違している。環状壁５０２は、径方向外側及び内側の軸方向に延びるフランジ５０１及びフランジ５０３のインボード側端部と接触する。
【０３０１】
径方向に延びる環状壁５０２のインボード側径方向表面は、吸気通路を規定するインボード側表面１２を形成する。これに関して、径方向に延びる環状壁５０２が可動壁部材を形成し、径方向外側の軸方向に延びる環状フランジ５０１がキャリア部材を形成する。従って、この実施形態では、シュラウド１１は、可動壁部材及びキャリア部材を備えている。前述の実施形態の場合と同様に、インボード側表面１２には、ノズルベーン１５を入れるための複数のスロット１６が設けられている。
【０３０２】
径方向外側の軸方向に延びるフランジ５０１は、環状壁５０２の径方向外側の端部からアウトボード側に延びている。軸方向に延びるフランジ５０１のインボード側端部は、環状壁５０２の径方向外側端部に溶接されている。
【０３０３】
この実施形態では、ピン６９は、フランジ５０１のアウトボード側端部に向かって径方向外側の軸方向に延びるフランジ５０１と一体的に形成される。ピン６９は、フランジ５０１の径方向外側表面５１８から径方向外向きに延びている。
【０３０４】
径方向内側の軸方向に延びるフランジ５０３は、熱シールド３１の径方向外側表面に取り付けられる径方向内側表面５１４を有する。
【０３０５】
ノズルリング１３は、シュラウド１１内に取り付けられている。この点に関して、ノズルリング１３は、径方向に延びる壁５０４を含み、羽根１５は、壁５０４（図７４参照）のインボード側表面１４から軸方向インボード側に延びる。径方向に延びる壁５０４には、環状シール５０及び環状シール５０８を夫々収容する径方向外側環状溝５０５及び内側環状溝５０６が設けられている。シール５０７及びシール５０８は夫々、ノズルリング１３に対してシュラウド１１が軸方向に移動すると、径方向外側の軸方向フランジ５０１の径方向内側表面と、径方向内側の軸方向に延びるフランジ５０３の径方向外側表面とに対して、ノズルリング１３の径方向壁５０４をシールする。
【０３０６】
シール５０７及びシール５０８は、スロット１６を通った排気ガスがシール５０７及びシール５０８の外側を通ることを防止する点で有利である。さらに、径方向内側シール５０８は、この排気ガスがタービンホイールに流れることを防止する。
【０３０７】
作動機構の動作方法は、先の実施形態のものと実質的に同じである。
【０３０８】
記載した各実施形態では、ノズルリング１３及びシュラウド１１は、軸方向について吸気通路の同じ側に取り付けられている。上述の実施形態の作動機構と組み合わせて、これはコンパクトな構成を生じて、作動機構をカートリッジとして構成することを可能にする点で有利である。
【０３０９】
記載した各実施形態では、キャリア部材３９は環状であり、カム部材４７及びキャリア部材３９は、シュラウド１１の少なくとも１つの軸方向位置について軸方向に重なっている。上述の実施形態の作動機構と組み合わせて、これはコンパクトな構成を生じて、作動機構をカートリッジとして形成することを可能にする点で有利である。
【０３１０】
カム部材４７及びキャリア部材３９は、シュラウド１１の複数の軸方向位置について軸方向に重なり合うことは理解されるであろう。
【０３１１】
上述した各実施形態では、カム部材４７は、シュラウド１１の径方向外側に配置されている。上述の実施形態の作動機構と組み合わせて、これはコンパクトな構成を生じて、作動機構をカートリッジとして形成することを可能にする点で有利である。
【０３１２】
特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく、上述の可変ジオメトリタービンアセンブリに対する多数の変更がなされ得ることは理解されるであろう。
【０３１３】
この点に関して、記載した実施形態では、カム部材４７の各スロット５０は、構造を形成し、各ピン６９は、キャリア部材３９と結合する協働構造を形成しているので、協働構造が軸方向に移動すると、キャリア部材３９は軸方向に移動する。説明した構成の代替的な構成では、スロット５０は、キャリア部材３９に設けられてもよく、カム部材４７にはピン６９が設けられて、キャリア部材に対するカム部材４７の回転がキャリア部材３９を軸方向に移動させる。
【０３１４】
本発明は、ピン６９及びスロット５０を使用することに限定されないことは理解されるであろう。ピン６９は、径方向に延びる任意の構造であってよく、スロット５０は、径方向に延びる構造を受ける相補的な任意の凹部であってよい。
【０３１５】
記載した実施形態では、スロット５０は周方向及び軸方向の両方に延びており、ピン６９は、スロット５０に沿って移動するように配置されている。これに代えて、又は、それに加えて、ピン６９（又は、径方向に延びる任意の構造）は、周方向及び軸方向の両方に延びてよく（例えば螺旋形状を有する）、スロット５０はピン６９を受け入れて、カム部材４７が回転すると、キャリア部材３９を軸方向に移動させる。
【０３１６】
記載した実施形態の何れの特徴も、記載した他の実施形態の何れの特徴とも組み合わせることができる。
【０３１７】
例えば、任意の実施形態において、他の実施形態のように、ピン６９をシュラウド１１に結合させてよい。例えば、第４の実施形態では、ピン６９は、シュラウド１１の一部である。しかしながら、ピン６９は、シュラウドの一部でなくてよく、代わりに、第１乃至第３の実施形態のようにシュラウド及び／又はキャリア部材３９のボアに入れられてよい。
【０３１８】
図２４ａ乃至図２４ｃに示されているカム部材４７のスロット５０の様々な形状は、説明した実施形態の何れにも使用できる。
【０３１９】
記載された実施形態では、シュラウド１１は軸方向に移動可能であり、ノズルリング１３はベアリングハウジング４に対して軸方向に固定されている。或いは、ノズル１３は軸方向に移動可能であってよく、シュラウド１１は軸方向に固定されてよい。この場合、ノズルリング１３は、シュラウド１６の代わりにキャリア部材３９に取り付けられて、作動機構がノズルリング１３を移動させる。この場合、ノズルリング１３及びシュラウド１３は、吸気通路の軸方向両側に取り付けられてよい。
【０３２０】
シュラウド１３及びノズルリング１３の双方は、軸方向に移動可能であってよい。
【０３２１】
記載した実施形態では、作動機構は、ベアリングハウジング４とタービンハウジング２の間で、キャビティ２４内にてベアリングハウジング４側に配置される。或いは、作動機構は、環状吸気通路１０のタービンハウジング２側にてキャビティ内に設けられてもよい。作動機構は、適切な任意の位置に収容されてよい。
【０３２２】
第２乃至第４の実施形態は、軸方向に延びるスロット５５を備えたベアリングハウジング４の軸方向に延びる環状フランジ５２の第１の実施形態の特徴を有しており、ピン６９は、スロット５５内に入れられる。
【０３２３】
記載した実施形態では、キャリア部材３９は、カム部材４７の径方向内側に配置される。或いは、キャリア部材３９は、カム部材４７の径方向外側に配置されてよい。この場合、キャリヤ部材３９は、適切な任意の構造によって、例えば、軸方向及び径方向内向きに延びるフランジを介して、シュラウド１１に取り付けられてよく、シュラウド１１に向かってカム部材４７の周りを通る。
【０３２４】
加えて又は代替的に、シュラウドの軸方向に延びるフランジ１９は、カム部材４７の径方向外側に取り付けられてよい。
【０３２５】
記載した実施形態では、３つのスロット５０の組がカム部材４７に設けられている。或いは、カム部材４７には、単一のスロット５０のみが設けられてよい。カム部材４７には、１又は複数のスロット５０が設けられてよい。
【０３２６】
この点に関して、キャリア部材３９には、対応する数の径方向ボア４３が設けられてよい。第１の実施形態に関して、ベアリングハウジング４の軸方向に延びる環状フランジ５２には、対応する数の軸方向に延びるスロット５５が設けられてよく、対応する数の径方向ピン６９が個々のスロット／ボアを通って突出する。
【０３２７】
第１の実施形態では、軸方向スロット５５が、ベアリングハウジング５４の軸方向に延びる環状フランジ５２に設けられている。或いは、スロット５５は、ターボチャージャ１の異なるハウジング内に設けられてよい。
【０３２８】
回転可能なアームアセンブリ５７は、ターボチャージャ１の任意のハウジングに取り付けられてよい。
【０３２９】
記載された実施形態では、ノズルリング１３には複数の吸気ベーン１５が設けられ、シュラウド１１には複数のスロット１６が設けられている。或いは、ノズルリングには、吸気ベーン１５は設けられなくてよい。この場合、シュラウド１１にはスロット１６が設けられなくてよい。
【０３３０】
説明されている可変ジオメトリタービンアセンブリは、可変ジオメトリターボチャージャ１の一部として使用される場合について記載されている。しかしながら、可変ジオメトリタービンアセンブリは、任意のターボ機械の一部として使用されてよく、また、ターボチャージャと共に使用することに限定されないことは、理解されるであろう。例えば、本発明の可変ジオメトリタービンアセンブリは、動力タービン又は他の任意のターボ機械の一部として使用されてよい。
【０３３１】
記載された実施形態では、キャリア部材がシュラウドに結合されているので、キャリア部材の軸方向移動は、シュラウドに直接取り付けられることで、シュラウドの軸方向移動を生じる。或いは、キャリア部材は、例えば中間結合部材を介してシュラウドに間接的に接続されることで、シュラウドに結合されてよい。同じことは、ノズルリングが可動壁部材を備えている場合において、キャリヤ部材のノズルリングへの結合についても当てはまる。
【０３３２】
可変ジオメトリタービンアセンブリは、支持部材３２を備えていなくてよい。この場合、キャリア部材３９は、ベアリングハウジング４のような可変ジオメトリタービンアセンブリのハウジングに軸方向に摺動可能に取り付けられてよい。
【０３３３】
記載された実施形態では、ノズルリングには、凹部６４内に入れられる突起１２４が設けられている。代替的に又はそれに加えて、カム部材及び／又は支持部材に突起が設けられてよい。
【０３３４】
ベアリングハウジングは、支持部材３２周りに鋳造されてよい。これを行うために、支持部材３２をケーシング鋳型に入れられて、その周りに溶融金属を注がれるであろう。支持部材３２はその後、公差の積み重ねを減らすのを助けるために、ベアリングハウジングと共に機械加工されてよい。シールする必要がある潜在的な漏洩経路がもはや存在しないので、環状溝３６及びシール３７は省略されてよい。
【０３３５】
タービンハウジング２の対向するインボード側表面１７は、吸気通路の幅を変化させるように軸方向に移動可能であってもよい。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４ａ】
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【図２４ｂ】
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【図２４ｃ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図８９】
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【図９０】
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【図９１】
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【図９２】
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【図９３】
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【図９４】
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【図９５】
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【国際調査報告】
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