(57)【要約】  ターボチャージャ（１）は、タービンホイール（４）に隣接してタービンハウジング（１１）内に配置され、タービンホイール（４）に伝達された排気ガスの量を選択的に制御するように構成された可変型タービン幾何学的形態（ＶＴＧ）装置（２０）を含む。ギア形作動機構（４０）は、ＶＴＧ装置（２０）をターボチャージャ軸受ハウジング（８）の外側に配置されたアクチュエータ（３０）に連結する。ギア形作動機構（４０）は、ギア形作動機構（４０）の少なくとも一部がハウジング（８）の外側に配置されるように、シャフト受容ボア（２５）内に回転自在に支持され、ＶＴＧ装置（２０）に連結される作動ピボットシャフト（９４）を含む。カバー（７５）は、アクチュエータ（３０）及びギア形作動機構（４０）を取り囲み、ハウジング（８）とシールされた連結部を形成し、シャフト受容ボア（２５）内に通過する排気ガスが大気に漏れ出ることを防止する。【代表図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンホイール（４）と；
前記タービンホイール（４）を取り囲むタービンハウジング（１１）と；
前記タービンホイール（４）に隣接して前記タービンハウジング（１１）内に配置され、前記タービンホイール（４）に伝達される排気ガスの量を選択的に制御するように構成されたＶＴＧ装置（２０）と；
シャフト受容ボア（２５）を画定する軸受ハウジング（８）と；
前記ＶＴＧ装置（２０）をアクチュエータ（３０）に連結するように構成された作動機構（４０、１４０）であって、前記シャフト受容ボア（２５）内に配置され、前記ＶＴＧ装置（２０）に連結される作動ピボットシャフト（５４、９４）を含み、前記作動機構（４０、１４０）の少なくとも一部が前記軸受ハウジング（８）の外側に配置される作動機構（４０、１４０）と；
前記アクチュエータ（３０）と；
前記アクチュエータ（３０）及び前記作動機構（１４０）を取り囲み、前記軸受ハウジング（８）とシールされた連結部を形成し、前記シャフト受容ボア２５内に通過する排気ガスが大気に漏れ出ることを防止するカバー（７５）と、を含む、可変型タービン幾何学的形態（ｖａｒｉａｂｌｅ  ｔｕｒｂｉｎｅ  ｇｅｏｍｅｔｒｙ：ＶＴＧ）ターボチャージャ（１）。
【請求項２】
前記カバー（７５）は、加圧空気供給源に連結された空気入口（７８）を含み、これにより、前記カバー（７５）によって取り囲まれた領域内のガスが大気圧よりも高い圧力にある、請求項１に記載のターボチャージャ（１）。
【請求項３】
前記加圧空気供給源は、前記ターボチャージャ（１）の圧縮機部（３）の空気出口を含む、請求項２に記載のターボチャージャ（１）。
【請求項４】
前記軸受ハウジング（８）は、前記シャフト受容ボア（２５）を油潤滑排出口（１７、１３）に連結する通路（１２４）を含み、これにより、前記カバー（７５）の内側からの加圧空気が前記通路（１２４）及び前記油潤滑排出口（１７、１３）を介して前記ターボチャージャ（１）を漏れ出る、請求項２に記載のターボチャージャ（１）。
【請求項５】
前記シャフト受容ボア（２５）は、前記作動機構（４０、１４０）に隣接する第１の端部（５６）と、前記ＶＴＧ装置（２０）に隣接する対向する第２の端部（５８）と、を含み、
前記軸受ハウジング（８）は、油潤滑排出口（１７、１３）及び前記シャフト受容ボア（２５）を前記油潤滑排出口（１７、１３）に連結する通路（１２４）を含み、
前記通路（１２４）は、前記第１の端部（５６）と前記対向する第２の端部（５８）との間の位置で前記シャフト受容ボア（２５）と連通する、請求項１に記載のターボチャージャ（１）。
【請求項６】
前記作動ピボットシャフト（５４、９４）と前記シャフト受容ボア（２５）との間に配置されたピストンリング（１０４）を含み、前記通路（１２４）は、隣接するピストンリング（１０４）間の位置で前記シャフト受容ボア（２５）と連通する、請求項５に記載のターボチャージャ（１）。
【請求項７】
前記作動機構（４０）は、前記アクチュエータ（３０）によって提供された回転運動を前記ＶＴＧ装置（２０）の回転運動に伝達するように構成された相互連結要素（４２、４８、９４）を含み、前記作動機構（４０）の各相互連結要素（４２、４８、９４）は、ギア形歯表面を含み、各相互連結要素（４２、４８、９４）は、そのそれぞれのギア歯形表面を介して隣接する相互連結要素（４２、４８、９４）に連結される、請求項１に記載のターボチャージャ（１）。
【請求項８】
前記カバー（７５）は、加圧空気供給源に連結された空気入口（７８）を含み、
前記ターボチャージャ（１）は、前記加圧空気供給源からの空気を前記空気入口（７８）に逹する前に冷却するように構成された空気冷却器（７４）を含み、これにより、前記カバー（７５）によって取り囲まれた領域内のガスが前記カバー（７５）の外側の周囲温度よりも冷却され得る、請求項１に記載のターボチャージャ（１）。
【請求項９】
ハウジング（１１）の外面上に取り付けられ、前記ハウジング（１１）内に配置された装置（２０）を作動させるように構成された作動組立体（３０、４０、１４０）であって、
アクチュエータ（３０）と；
前記ハウジング内のシャフト受容ボア（２５）を通って延びる作動ピボットシャフト（５４、９４）であって、前記ハウジング（１１）の外側上に配置され、前記アクチュエータ（３０）に連結される第１の端部（５６）及び前記ハウジング（１１）の内側上に配置され、前記装置（２０）に連結される第２の端部（５８）を含む、前記作動ピボットシャフト（５４、９４）と；
前記作動ピボットシャフト（５４、９４）を前記アクチュエータ（３０）に連結する作動機構（４０、１４０）と；
前記ハウジング（１１）の外面の一部と協働して、前記アクチュエータ（３０）、前記作動機構（４０、１４０）及び前記作動ピボットシャフトの第１の端部（５６）を取り囲むシールされたエンクロージャ（７６）を形成するカバー（７５）と、を含む、作動組立体（３０、４０、１４０）。
【請求項１０】
前記シールされたエンクロージャ（７６）内のガスは、大気圧よりも高い圧力にある、請求項９に記載の作動組立体（３０、４０、１４０）。
【請求項１１】
前記カバー（７５）は、加圧空気供給源に連結された空気入口（７８）を含み、これにより、前記シールされたエンクロージャ（７６）内のガスが大気圧よりも高い圧力にある、請求項９に記載の作動組立体（３０、４０、１４０）。
【請求項１２】
前記ハウジング（１１）は、内部に形成されたシンク通路（１２４）を更に含み、前記シンク通路（１２４）は、前記シャフト受容ボア（２５）と前記カバー（７５）によって取り囲まれていない位置で前記ハウジング内に形成された排出開口（１３、１７）の間に流体流路を画定する、請求項９に記載の作動組立体（３０、４０、１４０）。
【請求項１３】
第１のシール部（１０２）と、第２のシール部（１２０）と、を含み、
前記第１のシール部（１０２）は、前記作動ピボットシャフト（５４、９４）と前記シャフト受容ボア（２５）との間に配置されたピストンリング（１０４）を含み、
前記第２のシール部（１２０）は、前記ハウジング内のシンク通路（１２４）に対応する位置にある比較的低圧の領域、及び前記比較的低圧の領域の対向側面上に設けられた高圧の領域を含む、請求項９に記載の作動組立体。
【請求項１４】
前記作動機構（４０）は、前記アクチュエータ（３０）によって提供された回転運動を前記装置（２０）の回転運動に伝達するように構成された相互連結要素（４２、４８、９４）を含み、前記作動機構（４０）の各相互連結要素（４２、４８、９４）は、ギア歯形表面を含み、各相互連結要素（４２、４８、９４）は、そのそれぞれのギア歯形表面を介して隣接する相互連結要素（４２、４８、９４）に連結される、請求項９に記載の作動組立体。
【請求項１５】
前記カバー（７５）は、冷却空気供給源に連結された空気入口（７８）を含み、これにより、前記シールされたエンクロージャ（７６）内のガスが周囲温度よりも冷却された温度にある、請求項９に記載の作動組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、“一体型アクチュエータを備えるターボチャージャ”という名称で２０１４年９月２３日に出願された米国仮特許出願第６２／０５４，０２３号に対する優先権及びそれのすべての利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージングの利点は、増加した動力出力、より低い燃料消費、及び減少した汚染物質の排出を含む。エンジンのターボチャージングは、もはや高出力性能の観点から主に見るものではなく、むしろより低い二酸化炭素（ＣＯ２）排出のために燃料消費及び環境汚染を減らす手段として見なされる。現在、ターボチャージングの主な理由は、排気ガスのエネルギーを使用して燃料消費及び排出を減らすためのことである。ターボチャージング型エンジンにおいて、燃焼空気は、エンジンに供給される前に予め圧縮される。エンジンは、自然吸入エンジンと同じ量の空気−燃料混合物を吸入するが、より高い圧力、これにより、より高い密度のため、より多くの空気及び燃料質量が制御された方式で燃焼室内に供給される。その結果、より多くの燃料を燃焼させることができ、エンジンの動力出力は、速度及び排気量に対して増加する。
【０００３】
排気ガスターボチャージングでは、通常は廃棄される排気ガスエネルギーの一部がタービンを駆動するために使用される。タービンは、シャフトに取り付けられ、排気ガスの流れによって回転自在に駆動されるタービンホイールを含む。ターボチャージャは、このような通常廃棄される排気ガスエネルギーの一部をエンジンに戻し、エンジンの効率及び燃料節減に寄与する。これは、タービンによって駆動され、濾過された周囲空気を吸引し、その空気を圧縮した後、圧縮空気をエンジンに供給する圧縮機を介して達成される。圧縮機は、圧縮機ホイールを含み、前記圧縮機ホイールは、タービンホイールの回転が圧縮機ホイールの回転を引き起こすように、同じシャフトに取り付けられる。
【０００４】
ターボチャージャは、典型的に、エンジンの排気マニホールドに連結されたタービンハウジングと、エンジンの吸気マニホールドに連結された圧縮機ハウジングと、タービンハウジング及び圧縮機ハウジングを共に結合する中央軸受ハウジングと、を含む。タービンハウジングは、タービンホイールを取り囲み、エンジンからの排気ガスを受容するボリュートを画定する。タービンハウジング内のタービンホイールは、排気マニホールドからボリュートを介して供給された排気ガスの制御された流入によって回転自在に駆動される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一部の様態において、可変型タービン幾何学的形態（ｖａｒｉａｂｌｅ  ｔｕｒｂｉｎｅ  ｇｅｏｍｅｔｒｙ：ＶＴＧ）ターボチャージャは、タービンホイールと、タービンホイールを取り囲むタービンハウジングと、タービンホイールに隣接して前記タービンハウジング内に配置されたＶＴＧ装置と、を含む。前記ＶＴＧ装置は、前記タービンホイールに供給される排気ガスの量を選択的に制御するように構成される。前記ターボチャージャは、シャフト受容ボアを画定する軸受ハウジングと、ＶＴＧ装置をアクチュエータに連結するように構成された作動機構（ａｃｔｕａｔｉｎｇ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）と、を含む。前記作動機構は、シャフト受容ボア内に配置され、ＶＴＧ装置に連結される作動ピボットシャフトを含み、作動機構の少なくとも一部は、軸受ハウジングの外側に配置される。前記ターボチャージャは、アクチュエータと、アクチュエータ及び作動機構を取り囲むカバーと、を含む。前記カバーは、軸受ハウジングとシールされた連結部を形成し、シャフト受容ボア内に通過する排気ガスが大気に漏れ出ることを防止する。
【０００６】
前記ターボチャージャは、以下の特徴などのうちの一つ以上を含む：前記カバーは、加圧空気供給源に連結された空気入口を含み、これにより、カバーによって取り囲まれた領域内のガスが大気圧よりも高い圧力にある。前記加圧空気供給源は、ターボチャージャの圧縮機部の空気出口を含む。前記軸受ハウジングは、シャフト受容ボアを潤滑油排出口に連結する通路を含み、これにより、カバー内からの加圧空気が通路及び潤滑油排出口を介してターボチャージャから漏れ出る。前記シャフト受容ボアは、作動機構に隣接した第１の端部と、ＶＴＧ装置に隣接した第２の端部とを含み、前記軸受ハウジングは、潤滑油排出口と、シャフト受容ボアを潤滑油排出口に連結する通路とを含み、前記通路は、第１の端部と第２の端部との間の位置でシャフト受容ボアと連通する。前記ターボチャージャは、作動ピボットシャフトとシャフト受容ボアとの間に配置されたピストンリングを含み、前記通路は、隣接するピストンリング間の位置でシャフト受容ボアと連通する。前記作動機構は、アクチュエータによって提供された回転運動を作動ピボットシャフトの回転運動に伝達するように構成された相互連結要素を含み、前記作動機構の各要素は、ギア歯形表面を含み、各要素は、そのそれぞれのギア歯形表面を介して隣接する相互連結要素に連結される。前記カバーは、加圧空気供給源に連結された空気入口を含み、前記ターボチャージャは、加圧空気供給源からの空気を空気入口に逹する前に冷却するように構成された空気冷却器を含み、これにより、カバーに取り囲まれた領域内のガスがカバー外側の周囲温度よりも冷却され得る。
【０００７】
一部の様態において、作動組立体は、ハウジングの外面上に取り付けられ、ハウジング内に配置された装置を作動させるように構成される。前記作動組立体は、アクチュエータと、ハウジング内のシャフト受容ボアを通って延びる作動ピボットシャフトと、を含む。前記作動ピボットシャフトは、ハウジングの外側に配置され、アクチュエータに連結される第１の端部と、ハウジングの内側に配置され、装置に連結される第２の端部と、を含む。前記作動組立体は、作動ピボットシャフトをアクチュエータに連結する作動機構と、ハウジングの外面の一部と協働して、アクチュエータ、作動機構及び作動ピボットシャフトの第１の端部を取り囲むシールされたエンクロージャ（ｓｅａｌｅｄ  ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）を形成するカバーと、を含む。
【０００８】
前記作動組立体は、以下の特徴などのうちの一つ以上を含む：前記シールされたエンクロージャ内のガスは、大気圧よりも高い圧力にある。前記カバーは、加圧空気供給源に連結された空気入口を含み、これにより、シールされたエンクロージャ内のガスが大気圧よりも高い圧力にある。前記ハウジングは、内部に形成されたシンク通路を更に含み、前記シンク通路は、シャフト受容ボアと、カバーによって取り囲まれていない位置でハウジング内に形成された排出開口との間に流体流路を画定する。前記作動組立体は、第１のシール部及び第２のシール部を含む。前記第１のシール部は、作動ピボットシャフトとシャフト受容ボアとの間に配置されたピストンリングを含み、前記第２のシール部は、ハウジング内のシンク通路に対応する位置にある比較的低圧の領域と、比較的低圧の領域の対向側面上に設けられた高圧の領域とを含む。前記作動機構は、アクチュエータによって提供される回転運動を作動ピボットシャフトの回転運動に伝達するように構成された相互連結要素を含み、前記作動機構の各要素は、ギア歯形表面を含み、各要素は、そのそれぞれのギア歯形表面を介して隣接する相互連結要素に連結される。前記カバーは、冷却空気供給源に連結された空気入口を含み、これにより、シールされたエンクロージャ内のガスが周囲温度よりも冷却された温度にある。
【０００９】
ＶＴＧターボチャージャは、タービンホイールに導くタービン流れ断面がエンジン動作点に応じて変化させることができる。これは、エンジン排気ガスエネルギーを使用することができるようにし、タービン流れ断面が各動作点ごとに最適に設定され得るようにする。その結果、ターボチャージャの効率及びこれにより、エンジンの効率がウェストゲートバルブ（ｗａｓｔｅｇａｔｅ  ｖａｌｖｅ）組立体のバイパス制御によって達成される効率よりも高くなり得る。
【００１０】
一部のＶＴＧターボチャージャでは、タービン内の調整可能な案内羽根（ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ  ｇｕｉｄｅ  ｖａｎｅ）が圧力上昇挙動、及びこれにより、ターボチャージャの動力出力を制御するのに使用される。前記調整可能な案内羽根は、各種の可能なリングを含んだ、下側リング及び上側羽根リング、及び／またはノズル壁にピボット可能に連結される。前記案内羽根の角度位置は、排気ガス流れをタービンホイールに合わせて調整することによって、排気ガス背圧及びターボチャージャ速度を制御するように調整される。前記案内羽根は、上側羽根リングの上に配置され得る羽根レバーによってピボットされ得る。タービンホイールに対する性能及び流れは、案内羽根をピボットすることによってタービンホイールに対する流れ角度の変化によって影響される。
【００１１】
ＶＴＧターボチャージャの一つの目標は、高いレベルの効率を維持しながら、実際の用途で使用可能な流量範囲を拡大することである。これを達成するために、タービン出力は、タービンホイール入口における排気ガス流れの流入角度及び流入速度を変化させることによって調整される。ＶＴＧターボチャージャにおいて、これはタービンホイールの前方にある案内羽根を使用して、排気ガスの流速によってその迎え角（ａｎｇｌｅ  ｏｆ  ａｔｔａｃｋ）を変化させることで達成される。これは、遅い速度では遅れを減少させる反面に、速い速度では排気ガスの背圧を防止するように開放される。
【００１２】
ＶＴＧにおいて、ターボチャージャの比は、条件が変わることに応じて変更され得る。案内羽根が閉鎖位置にあるとき、流速の高い円周方向成分及び急激なエンタルピー勾配（ｅｎｔｈａｌｐｙ  ｇｒａｄｉｅｎｔ）は、高いタービン出力をもたらし、これにより、高い充填圧力につながる。案内羽根が完全開放位置にあるとき、タービンはその最大流量に逹し、流れの速度ベクトルは大きな求心成分（ｃｅｎｔｒｉｐｅｔａｌ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を有する。バイパス制御を介するこのような類型の出力制御の利点は、全体排気ガス流れが常にタービンを通って導かれ、出力に変換され得るということである。案内羽根の調整は、様々な空気圧または電気アクチュエータによって制御され得る。
【００１３】
ＶＴＧターボチャージャは、案内羽根の動きを制御するのを助けるために、ＶＴＧレバーを備える作動ピボットシャフトを有することができる。ＶＴＧ作動ピボットシャフトは、典型的に、タービンハウジング内のボアに直接嵌合されるのではなく、一般に、タービンハウジング内のボア内の固定軸受に嵌合される。作動ピボットシャフトは、タービンハウジング内の中心線を有するボア内にまたは設計に応じて軸受ハウジング内に直接配置され得る軸受内に半径方向に配置されることが多い。
【００１４】
作動ピボットシャフトシステムは、典型的に、タービンガス圧力と大気圧との間のシールを必要とする。ＶＴＧ作動ピボットシャフトシステムは、シャフトとブッシング（ｂｕｓｈｉｎｇ）との間のクリアランス（ｃｌｅａｒａｎｃｅ）のため、部分的にシールするのが困難である。このようなクリアランスは、バインディングを防止するために、ブッシング設計に必要であるが、ブッシング／ハウジングに対するシャフトの誤整列を引き起こす。
【００１５】
前記ＶＴＧターボチャージャは、タービンボリュートとタービンホイールとの間のタービンハウジング内に配置されたＶＴＧ装置を含む。前記ＶＴＧ装置は、タービンホイールに供給される排気ガスの量を選択的に制御するように構成される。前記ＶＴＧ装置は、作動機構を介してターボチャージャハウジングの外側に配置されたアクチュエータに連結される。前記作動機構は、軸受ハウジング内に形成されたシャフト受容ボア内に回転自在に配置される作動ピボットシャフトを含む。前記作動機構の少なくとも一部は、軸受ハウジングの外側に配置される。前記ターボチャージャは、アクチュエータ及び作動機構を取り囲むカバーを含み、軸受ハウジングとシールされた連結部を形成し、シャフト受容ボア内に通過する排気ガスが大気に漏れ出ることが防止される。
【００１６】
前記ターボチャージャ用ＶＴＧアクチュエータ及び作動機構は、シャフト受容ボアを介するターボチャージャハウジングからの排気ガス漏れを防止する役割を果たす一つ以上のカバー内にシールされる。
【００１７】
前記カバーによって取り囲まれた領域は、例えば、ターボチャージャ圧縮機内で発生した充填空気の一部を使用することによって加圧されるエンクロージャを画定する。加圧されたエンクロージャを提供することにより、作動ピボットシャフトとこの作動ピボットシャフトを支持するブッシングとの間の継手内に空気の流れが押し込まれ、加圧排気ガスがこの位置でターボチャージャハウジングから漏れ出ることを防止する。
【００１８】
前記カバーに伝達された加圧空気は、空気−対−空気冷却器（ａｉｒ−ｔｏ−ａｉｒ  ｃｏｏｌｅｒ）、フィルタ及び／または圧力調整器を使用して調整される。冷却された空気は、アクチュエータ、ＶＴＧ作動機構及び軸受ハウジングのタービン端部を冷却し、これらの部品に対する熱に関連する損傷を最小化し、タービン端部でコーキング（ｃｏｋｉｎｇ）する。これに関連して、アクチュエータが電子装置を含むとき、このような電子装置は、高温に敏感であり得り、これにより、アクチュエータを冷却させることにより、アクチュエータの精度及び耐久性を改善することができる。
【００１９】
排気ガス通路が軸受ハウジング内に形成される。排気ガス通路の一端部は、作動ピボットシャフトと対向して開放され、排気ガス通路の対向端部は、潤滑油用の排出口に開放される。前記排出口は、油をエンジンのクランクケースに戻し、ここで、漏れ物がエンジンの空気入口に入り、燃焼される。従って、漏れた排気ガスを軸受ハウジング内に保持し、圧力を使用して漏れた排気ガスを排気通路及び排出口を介してエンジンのクランクケースに導くことにより、作動ピボットシャフトからの漏れが最小限に抑えられるかまたは排除される。
【００２０】
前記排気通路は、ハウジング内の作動ピボットシャフトを支持するブッシングの側壁に形成された半径方向に延びる貫通孔と、軸受ハウジング内に形成された半径方向のボアとを含み、前記半径方向のボアは、このボア内に形成された半月形のサンプ（ｈａｌｆ−ｍｏｏｎ  ｓｈａｐｅｄ  ｓｕｍｐ）を介してブッシングの半径方向のボアと排出口との間の流体連通を提供する。
【００２１】
前記アクチュエータは、ターボチャージャの外側に配置され、ギア形出力シャフトを含む。また、前記ＶＴＧ作動機構は、アクチュエータのギア形出力シャフトをＶＴＧ装置に連結されたギア形作動ピボットシャフトに連結する一連のギアを含むことができる。アクチュエータとＶＴＧ装置との間のギア形連結は、有利には、ヒステリシスを減少させ、運動学の精度を改善し、摩耗を減少させる。
【００２２】
このような構成は、アクチュエータがレバーアーム及び連結装置を介してＶＴＧ装置に連結される一部の従来のターボチャージャＶＴＧ作動機構に関連する多くの問題点に対処する。例えば、従来のＶＴＧレバーアームを作動ピボットシャフトに組み立てる際に、一部の場合には、小さな“窓（ｗｉｎｄｏｗ）”を介してピンチボルトを締め付けるためにアクチュエータを手動で回転させ、これにより、組み立て中にアクチュエータが損傷する可能性がある。他の例では、作動ピボットシャフトは、シャフト受容ボアからの煤煙漏れを減少させるためにピストンリングを有することができるが、一部の排気ガスは、依然としてシャフト受容ボアを介して大気に排出される。他の例では、アクチュエータとアクチュエータレバーアームとの間に連結部を形成することがしばしばスエージング（例えば、冷間鍛造）工程で行われるが、この工程は、アクチュエータレバーアームに亀裂を生じさせ、及び／またはアクチュエータを損傷させることができる。他の例では、一部の従来のＶＴＧ作動機構で使用されるフォーク式作動ピボットシャフトは、ピンに取り付けられたブロックを移動させる。このような構成要素などの組み合わせによって公差が発生し、精度を減少させる。他の例では、より高い温度の公差及びターボチャージャのサイズの減少を含む顧客の要求に対処するために、従来の連結装置のレース（ｒａｃｅ）を形成するために比較的高価である物質が使用される。さらに他の例では、従来の連結装置は、提供される狭い空間では実行することが困難な、ボールスタッド（ｂａｌｌ  ｓｔｕｄ）の背面側に六角工具（ｈｅｘ  ｔｏｏｌ）を使用して組み立てられる。ギア形作動ピボットシャフトに取り付けられた一連のギアを回転させるギア形アクチュエータを提供することにより、高価な連結装置の使用が回避され、組み立てが単純化される。また、ギア形ＶＴＧ作動機構は、より高い温度に耐えることができ、一部の従来のＶＴＧ作動機構に比べて、より低い羽根角度公差、摩耗の減少、及びより低いヒステリシスをもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
本発明の利点は、添付の図面に関連して考慮するとき、以下の詳細な説明を参照することにより、より良く理解され得るので、容易に認められるであろう：
【図１】図１はＶＴＧターボチャージャの断面図である；
【図２】図２は明確にするために、タービンハウジング及びカバーが省略されている図１のＶＴＧターボチャージャの側面斜視図である；
【図３】図３は図１のＶＴＧターボチャージャを含むエンジンシステム内の流体流れの概略図である；
【図４】図４は図１に示したＶＴＧターボチャージャの断面図の一部の拡大図である；
【図５】図５は図４の線５−５に沿って見たときのＶＴＧターボチャージャの断面図である；
【図６】図６は代替的作動機構を示すためにカバーの一部が取り外され、明確にするためにタービンハウジングが取り外されている代替的作動機構を含むＶＴＧターボチャージャの側面斜視図である；
【図７】図７はカバーが代替的作動機構の上の所定の位置にある図５のＶＴＧターボチャージャの側面斜視図である；
【図８】図８は代替的カバー構成を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１〜図３を参照すると、排気ガスターボチャージャ１は、タービン部２と、圧縮機部３と、タービン部２と圧縮機部３との間に配置され、圧縮機部３をタービン部２に連結する中央軸受ハウジング８と、を含む。タービン部２は、排気ガス入口（図示せず）を画定するタービンハウジング１１と、排気ガス出口１０と、排気ガス入口と排気ガス出口１０との間の流体経路内に配置されたタービンボリュート９と、を含む。調整可能な案内羽根２１を含むＶＴＧ装置２０は、タービンボリュート９の半径方向に延びるスロート７の内側に配置される。タービンホイール４は、スロート７と排気ガス出口１０との間のタービンハウジング１１内に配置される。
【００２５】
圧縮機部３は、空気入口１６、空気出口（図示せず）、及び圧縮機ボリュート１４を画定する圧縮機ハウジング１２を含む。圧縮機ホイール５が空気入口１６と圧縮機ボリュート１４との間の圧縮機ハウジング１２内に配置される。圧縮機ホイール５は、主シャフト６を介してタービンホイール４に連結される。
【００２６】
主シャフト６は、軸方向に離隔された一対のジャーナル軸受１８を介して軸受ハウジング８内の軸方向に延びるボア１５内で回転軸Ｒの周りの回転のために支持される。また、スラスト軸受組立体１９が軸受ハウジング８内に配置され、主シャフト６の軸方向支持を提供する。
【００２７】
使用時には、タービンハウジング１１内のタービンホイール４は、エンジン３４（図３）の排気マニホールド３８から供給された排気ガスの流入によって回転自在に駆動される。主シャフト６が中央軸受ハウジング８内に回転自在に支持され、タービンホイール４を圧縮機ハウジング１２内の圧縮機ホイール５に連結するので、タービンホイール４の回転のよって圧縮機ホイール５の回転が引き起こされる。圧縮機ホイール５が回転することにより、空気質量流量は、エンジン３４の吸気マニホールド３７に連結される圧縮機空気出口（図示せず）からの流出を介してエンジン３４のシリンダ３６に伝達された気流密度及び空気圧を増加させる。
【００２８】
ＶＴＧ装置２０は、スペーサ２４によって離隔される上側羽根リング２２と下側羽根リング２３との間にピボット可能に支持される案内羽根２１を含む。案内羽根２１は、調整リング２６を作動させるアクチュエータ３０を介して調整可能である。上側羽根リング２２に対する回転軸Ｒ周りの調整リング２６の回転運動は、案内羽根２１上に伝達され、この装置によって開放位置と閉鎖位置との間の所定の範囲内に調整され得る。案内羽根２１間の間隔は、排気ガスがタービンホイール４に向かって半径方向に流れる円形スロート７の流路を画定する。流路は、案内羽根２１の角度位置の変化によって調整可能である。
【００２９】
より具体的に、案内羽根２１は、上側羽根リング２２を貫通し、羽根アーム２８を案内羽根２１と対向する端部上に運ぶ羽根シャフト２７によって上側羽根リング２２に取り付けられる。調整リング２６は、円形に配置された羽根アーム２８の軸方向平面内に配置されるように、軸受ハウジング８とタービンハウジング１１との間の間隙内に配置される。調整リング２６は、それぞれの羽根アーム２８と係合し、上側羽根リング２２に対する調整リング２６の回転時に、すべての羽根アーム２８及びそれと共に案内羽根２１が同時に回転される。
【００３０】
図４に示されたように、調整リング２６は、アクチュエータ３０からの回転運動出力を調整リング２６に伝達する作動機構１４０を介してアクチュエータ３０に連結される。ＶＴＧ装置２０を駆動するアクチュエータ３０は、例えば、ブラケット（図示せず）を介して軸受ハウジング８の外面に固定される。作動機構１４０は、軸受ハウジング８の外側から調整リング２６を調整することができる作動ピボットシャフト５４を含む。このために、作動ピボットシャフト５４は、シャフト受容ボア２５内に圧入嵌合されるブッシング９０を介して軸受ハウジング８内に形成されたシャフト受容ボア２５内に回転自在に支持され、半径方向に配置される。図示する実施形態において、作動ピボットシャフト５４及びブッシング９０は、シャフト受容ボア２５内に配置される。シャフト受容ボア２５は、軸受ハウジング８の壁部を介して延び、第１及び第２のボア開口２５ａ、２５ｂをそれぞれ含む。一部のターボチャージャの設計において、サプト受容ボア２５は、タービンハウジング１１内に少なくとも部分的に形成され得る。
【００３１】
作動ピボットシャフト５４は、軸受ハウジング８内の第１及び第２のボア開口２５ａ、２５ｂを通って突出し、従って、作動ピボットシャフト５４の第１の端部５６が、一部の従来のターボチャージャ設計で大気圧にある位置で軸受ハウジング８の外側上のＶＴＧ作動機構１４０と係合する。また、作動ピボットシャフト５４の対向する第２の端部５８は、排気ガスの圧力に対応する比較的高圧にある位置で軸受ハウジング８内のＶＴＧ装置２０と係合する。
【００３２】
シャフト受容ボア２５を介する軸受ハウジング８の外への排気ガスの漏れに対処するために、３つのシール部７５、１０２及び１２０が個々に、または組み合わせて使用され得る。例えば、迷路式シール部（ｌａｂｙｒｉｎｔｈ  ｓｅａｌ）１０２のような第１のシール部は、作動ピボットシャフト５４とブッシング９０との間に配置され得る。迷路式シール部１０２は、作動ピボットシャフト５４の外面内に形成された対応する軸方向に離隔された円周方向溝６４内に受容されるピストンリング１０４を含む。４つのピストンリング１０４が作動ピボットシャフト５４とブッシング９０との間に使用される。ピストンリング１０４は、２つのピストンリング対１０４ａ、１０４ｂに配置される。
【００３３】
第２のシール部は、外側に対してシャフト受容ボア２５の第１のボア開口２５ａの近傍で軸受ハウジング８の外側の一部を取り囲むことができる。第２のシール部は、例えば、排気部７０から周囲環境への排気ガスの排出を防止するカバー７５であり得る。カバー７５は、軸受ハウジング８の外面の一部にシールされ、その一部と協働して、アクチュエータ３０、作動機構１４０及び作動ピボットシャフトの第１の端部５６を取り囲むシールされたエンクロージャ７６を形成する。この構成は、シャフト受容ボア２５を介して軸受ハウジング８からの排気ガスの漏れを最小限に抑えるかまたは排除する。
【００３４】
図示される実施形態において、カバー７５は、シールされた継手７７と共にボルト締結され、軸受ハウジング８と協働し、それにシールされてシールされたエンクロージャ７６を形成する２つのカバー部７５ａ、７５ｂを含む。カバー７５は、加圧空気供給源に連結されたカバー空気入口７８を含み、これにより、シールされたエンクロージャ７６内のガスが大気圧よりも高い圧力にある。図示された実施形態において、加圧空気供給源は、ターボチャージャ１の圧縮機部３で発生する加圧空気であるが、その供給源はこれに限定されない。
【００３５】
図３を参照すると、エンクロージャ７６に伝達された空気は、調整され得る。例えば、空気は、カバー空気入口７８（図１）に逹する前に、従来の充填型空気冷却器７１の下流に位置する空気−対−空気冷却器７４、空気フィルタ７２及び／または圧力調整器７３を通過することができる。その結果、エンクロージャ７６に伝達された空気は、清浄で冷却され、大気圧よりも高い所定の圧力になる。空気−対−空気冷却器７４は、伝達された空気をカバー空気入口７８に逹する前に冷却するように構成され、これにより、エンクロージャ７６内の空気が冷却される。例えば、エンクロージャ７６内の空気は、周囲温度（例えば、カバー７５の外側の空気温度）よりも低温にすることができる。圧力調整器７３は、エンクロージャ７６内の空気圧力を制御する。エンクロージャ７６内の圧力は、用途に応じて変わるであろう。例えば、エンクロージャ７６内の圧力は、１．０５〜３．０気圧に設定することができる。一部の実施形態において、エンクロージャ７６に伝達された空気は、タービンボリュート９内の排気ガス圧力の少なくとも７５％になるように設定することができる。例えば、タービンボリュート９内の排気ガス圧力が４気圧であるとき、圧力調整器７３は、空気を３気圧の圧力でエンクロージャ７６に供給する。エンクロージャ７６の加圧は、また、シャフト受容ボア２５からの排気ガス漏れによるアクチュエータ３０及び作動機構４０の汚染（ｆｏｕｌｉｎｇ）を減少させるか、防止することもできる。
【００３６】
再び図４を参照すると、図５に示されたように、第３のシール部は、ブッシング９０とシャフト受容ボア２５（例えば、軸受ハウジング８）の表面との間のシャフト受容ボア２５内に配置され得る。第３のシール部は、例えば、排気ガスがエンクロージャ７６に入ることを防止し、その代わりに、シャフト受容ボア２５を通過する排気ガスを軸受ハウジング８の油潤滑通路１７（図１及び図３に示される）及び対応する油潤滑排出ライン１３（図１及び図３に示される）を介してエンジン３４のクランクケース３５（図示せず）に導くシンクシール部１２０であり得る。シンクシール部１２０は、第１及び第２のボア開口２５ａ、２５ｂから離隔された位置でシャフト受容ボア２５の一面に形成されたサンプ１２２を含む。図示される実施形態において、サンプ１２２は、迷路式シール部がサンプ１２２とそれぞれの第１または第２のボア開口２５ａ、２５ｂとの間にそれぞれ設けられるように、２対のピストンリング１０４ａ、１０４ｂの間に配置される。図示される実施形態において、サンプ１２２は、シャフト受容ボア２５の下向き側面上に配置された半球状の凹部である。他の実施形態において、サンプ１２２は、ブッシング９０の外面を取り囲む円周方向に延びるチャンネルであり得る。
【００３７】
図５に示されたように、ブッシング９０は、エンクロージャ７６からの加圧空気がタービンハウジング１１から漏れる加圧排気ガスと混合され得るようにする半径方向に延びるクロスドリル型貫通孔８４を含む。貫通孔８４は、ブッシング９０の外周に等間隔に離隔され、加圧空気及び排気ガスが混合するサンプ１２２と連通するように軸方向に配置される。図示される実施形態では、共通の平面に置かれるように配置された４つの貫通孔８４があるが、貫通孔は、このような数または配置に限定されるものではない。
【００３８】
シンクシール部１２０は、サンプ１２２と連通する一端部、及び軸受ハウジング８の油潤滑通路１７と連通する対向端部を有する軸受ハウジング８内に形成された一般的に半径方向に延びるシンク通路１２４をさらに含む。この配置により、サンプ１２２内の混合空気及び排気ガスがターボチャージャ油潤滑排出ライン１３に“排出”され得るようにする。
【００３９】
本明細書で使用される用語“シンクシール部（ｓｉｎｋ  ｓｅａｌ）”は、シンク通路１２４、油潤滑通路１７及び油潤滑排出ライン１３が実質的に大気圧にあり、このような大気圧の領域が第１のボア開口２５ａにおけるエンクロージャ７６内の第１の比較的高圧領域（例えば、大気圧よりも大きい）と、第２のボア開口２５ｂにおけるタービンハウジング１１内の第２の比較的高圧領域（例えば、大気圧よりも大きい）との間に配置される条件を指す。高圧領域などの間にサンプ１２２及びシンク通路１２４を配置することによって、サンプ１２２内の混合空気及び排気ガスは、油潤滑排出ライン１３に導かれ、最終的には、エンジンシリンダ３６内で燃焼されるエンジンクランクケース３５（図示せず）に導かれる。従って、シンクシール部１２０は、漏れた排気ガスを第２のボア開口２５ａから漏れ出る前にエンジンに導く。
【００４０】
図２及び図６を参照すると、アクチュエータ３０がＶＴＧレバーアーム４７、連結装置４３及び作動レバーアーム４１（図２）を含む従来の作動機構１４０を介してＶＴＧ装置２０に連結され得るが、ターボチャージャ１は、場合に応じては、改善されたギア形作動機構４０を含むことができる。ギア形作動機構４０は、アクチュエータ３０によって提供された回転運動をＶＴＧ装置２０の調整リング２６の回転運動に伝達するように構成される一連の相互連結要素４２、４８、９４から構成される。
【００４１】
特に、ギア形作動機構４０の各相互連結要素４２、４８、９４は、ギア歯形表面を含み、これにより、隣接する相互連結要素４２、４８、９４は、そのそれぞれのギア歯形表面を介して隣接する相互連結要素４２、４８、９４に連結される。このために、アクチュエータ３０の出力シャフト３２の外面は、ギア歯３３を有するように形成され、これにより、出力シャフト３２は、ギア形作動機構４０用の駆動ギアとして機能する。ギア形作動機構４０の一つの相互連結要素は、第１の車軸４４上に回転自在に支持される第１の遊びギア４２を含むことができる。第１の遊びギア４２は、内側及び外側ギアの両方を含む。例えば、第１の遊びギア４２は、アクチュエータ３０の出力シャフト３２のギア歯３３と噛み合うその半径方向に内向するエッジ上に形成された内側ギア歯４５ａ（図示せず）を有し、これにより、第１の遊びギア４２は、アクチュエータ３０によって駆動される。また、第１の遊びギア４２は、その半径方向に外向するエッジ上に形成された外側ギア歯４５ｂを有する。ギア形作動機構４０の他の相互連結要素は、第２の車軸５０上に回転自在に支持され、外周エッジ上に形成されたギア歯５１を有する第２の遊びギア４８を含むことができる。第２の遊びギア４８のギア歯５１は、第１の遊びギア４２の外側ギア歯４５ｂと噛み合い、これにより、第２の遊びギア４８は、第１の遊びギア４２によって駆動される。第２の遊びギア４８のギア歯５１は、残りの相互連結要素９４の外面上に形成されたギア歯６２と噛み合い、これにより、残りの相互連結要素９４は、第２の遊びギア４８によって駆動される。相互連結要素９４は、例えば、作動ピボットシャフト９４であることもできる。作動ピボットシャフト９４と作動ピボットシャフト５４との間の差は、ただ作動ピボットシャフト９４がギア歯６２を含むことができるということである。作動ピボットシャフト９４のギア歯６２は、調整リング２６の外側部分上に形成された歯６３と噛み合って調整リング２６を駆動させる。アクチュエータ出力シャフト３２の回転軸３１、第１の車軸４４の回転軸４６、第２の車軸５０の回転軸５２、及び作動ピボットシャフト９４の回転軸６０は、それぞれ主シャフト６の回転軸Ｒに平行である。
【００４２】
ギア形作動ピボットシャフト９４に取り付けられた一連の遊びギア４２、４８を駆動するギア形アクチュエータ３０を提供することによって、作動機構４０を製造するコストが減少され、組み立てが一部の従来の構成に比べて、単純化される。また、ギア形作動機構４０は、より高い温度を耐えることができ、一部の従来の作動機構に比べて、より低い羽根角度公差、摩耗の減少、及びより低いヒステリシスを有する。
【００４３】
図６を参照すると、ギア形作動機構４０がカバー７５なしで使用され得るが、ギア形作動機構４０は、シャフト受容ボア２５を介する軸受ハウジング８の外への排気ガスの漏れを最小限に抑えるかまたは排除するために、カバー７５内に封入されることと予想される。前述したように、カバー７５は、軸受ハウジング８の外面の一部にシールされ、その一部と協働して、アクチュエータ３０、作動機構４０及び作動ピボットシャフトの第１の端部５６を取り囲むシールされたエンクロージャ７６を形成する。この構成は、シャフト受容ボア２５を介する軸受ハウジング８の外への排気ガスの漏れを最小限に抑えるかまたは排除する。
【００４４】
図８を参照すると、他の実施形態では、代替的カバー１７５が軸受ハウジング８の外面の一部にシールされ、その一部と協働して、作動機構４０及び作動ピボットシャフトの第１の端部５６を取り囲むシールされたエンクロージャ１７６（図示せず）を形成する。この実施形態において、アクチュエータ３０は、シールされたハウジング３９内に設けられ、次いで、代替的カバー１７５の外面にシール方式で結合される。
【００４５】
選択される例示的な実施形態は、上である程度詳細に説明されている。例示的な実施形態を明確にするために必要であると考えられる構成のみが本明細書で説明されていることが理解されるべきである。他の従来の構造、及びシステムの附属的及び補助的構成要素の構造は、当技術分野の当業者に既知でおり、理解されるものとして想定される。また、作動例が前述されているが、本発明は、前述した作動例に限定されず、特許請求の範囲に提示された本発明を逸脱しない範囲内で様々な設計変更が行われることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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