(57)【要約】本発明は、ターボチャージャーのハウジング内に回転可能に取り付けられるように設計されたシャフトを備えるターボチャージャー用のアクチュエータ組立体に関し、前記シャフトは、第１の端部で調整要素に、第２の端部で制御要素に結合される。アクチュエータ組立体は、第１の端部と第２の端部との間のシャフトの中央領域の周りに配置され、軸方向にシャフトに沿って延びる円筒状のシールインサートを付加的に備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャー用のアクチュエータ組立体（１００）であって、
前記ターボチャージャーのハウジング（２００）に回転可能に取り付けられるように設計されたシャフト（１１０）であって、第１の端部（１１２）で調整要素（１２０）と第２の端部（１１４）で制御要素（１５０）に連結されているシャフト（１１０）を備え、
前記第１の端部（１１２）と前第２の端部（１１４）の間の前記シャフト（１１０）の中央領域（１１６）の周りに配置され、軸方向にシャフト（１１０）に沿って延びる円筒状のシールインサート（１３０）を特徴とするアクチュエータ組立体（１００）。
【請求項２】
前記シールインサート（１３０）が、半径方向にばね特性を有することを特徴とする、請求項１に記載のアクチュエータ組立体。
【請求項３】
前記シールインサート（１３０）が、軸方向に波形の輪郭を有することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のアクチュエータ組立体。
【請求項４】
前記シールインサート（１３０）が、軸方向に階段状の輪郭を有することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のアクチュエータ組立体。
【請求項５】
前記シールインサート（１３０）が、円周方向に閉じられた円筒形状を有することを特徴とするか、若しくは
前記シールインサート（１３０）が、円周方向に開いた円筒形状を有し、特に前記シールインサート（１３０）が軸方向に延びるスリットを有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアクチュエータ組立体。
【請求項６】
ブッシュ（１４０）を特徴とし、前記シールインサート（１３０）は、半径方向において前記シャフト（１１０）と前記ブッシュ（１４０）との間に配置される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアクチュエータ組立体。
【請求項７】
前記ブッシュ（１４０）が、ハウジング（２００）内に回転可能に配置されるように設計されていること、および前記シャフト（１１０）が、前記ブッシュ（１４０）内に回転可能に取り付けられることを特徴とする、請求項６に記載のアクチュエータ組立体。
【請求項８】
前記シールインサート（１３０）の拡張状態における前記シールインサート（１３０）の最大直径が、前記ブッシュ（１４０）の内径（ｄ４）よりも大きいことを特徴とする、請求項６または７に記載のアクチュエータ組立体。
【請求項９】
前記シャフト（１１０）が、中央領域（１１６）に沿って縮径（ｄ１）を有し、その周りに前記シールインサート（１３０）が前記中央領域に隣接する領域に関して配置されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のアクチュエータ組立体。
【請求項１０】
前記アクチュエータ組立体が、ウェイストゲート組立体であることを特徴とする、若しくは
前記アクチュエータ組立体が、可変タービンジオメトリを調整するために設計されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のアクチュエータ組立体。
【請求項１１】
排気ガスターボチャージャー用のタービンであって、
タービンハウジング（２００）を含み、かつ
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のアクチュエータ組立体（１００）を特徴とする、タービン。
【請求項１２】
前記タービンハウジング（２００）が、前記タービンハウジング（２００）の外壁（２２０）を貫通する穴（２１０）を有することを特徴とし、前記シャフト（１１０）の前記第１の端部および第２の端部（１１２、１１４）が、前記外壁（２２０）の両側に配置されるように前記シャフト（１１０）が前記穴（２１０）を通って延びる、請求項１１に記載のタービン。
【請求項１３】
前記シールインサート（１３０）が、前記穴（２１０）の壁と前記シャフト（１１０）との間に半径方向に配置されることを特徴とする、請求項１２に記載のタービン。
【請求項１４】
前記穴（２１０）内に回転可能に配置され固定されるブッシュ（１４０）が設けられ、前記シールインサート（１３０）が前記シャフト（１１０）と前記ブッシュ（１４０）との間に配置され、かつ前記ブッシュ（１４０）が、前記シールインサート（１３０）と前記穴（２１０）の壁との間に半径方向に配置されることを特徴とする、請求項１２に記載のタービン。
【請求項１５】
請求項１１〜１４のいずれかに記載のタービンを含む、排気ガスターボチャージャー。
【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、２０１７年６月８日に出願されたドイツ特許出願第２０２０１７１０３４４１．０号の利益を主張するものであり、上記特許出願の内容全体を参照により本明細書に援用する。
【０００２】
本発明は、ターボチャージャー用のアクチュエータ組立体、対応するアクチュエータ組立体を含むタービン、および対応する排気ガスターボチャージャーに関する。
【背景技術】
【０００３】
さらに最近世代の車両は充電装置が取り付けられることがますます増えている。目標需要及び法的要件を達成するためには、完全なドライブトレインの開発を促進し、個々の構成要素のみならず、それらの信頼性及び効率性に対してシステム全体を最適化することが必須的である。
【０００４】
排気ガスターボチャージャーは、例えば、タービンホイールを有するタービンが内燃機関の排気ガス流れによって駆動されると公知されている。相互のシャフト（ｍｕｔｕａｌ  ｓｈａｆｔ）上にタービンホイールとともに配列される圧縮機ホイールを備えた圧縮機はエンジンに取り込まれた新鮮な空気を圧縮する。この手段によって、燃焼のためにエンジンに利用可能な空気量または酸素量が増加し、その結果、内燃機関の出力向上を誘導する。
【０００５】
公知のタービンは、内部にタービンホイールが配置されたタービンハウジングを備えている。タービンは、タービンの出力、効率、および動作挙動を改善する可変タービンジオメトリまたはウェイストゲート（タービンバイパス弁）などの付加的デバイスを付加的に含むことができる。これらのタイプのデバイスを動作させるために、対応するアクチュエータ組立体がある。該アクチュエータ組立体は、タービンハウジングまたはターボチャージャーの別の構成部品（例えば、コンプレッサーハウジング）上に外嵌固定されることが多いアクチュエータの動きを、対応する制御要素に伝達する。該制御要素は、通常タービンハウジング内に配置される。それに対応して、これらのタイプのアクチュエータ組立体は、タービンハウジングの内側からタービンハウジングの壁を通ってタービンハウジングの外側に延びるシャフトを有することが多い。この領域でのガス排出を防ぐために、対応するシール手段が提供されている。例えば、１つ以上のＯリングと組み合わせた１つ以上のピストンリングが知られている。しかしながら、これらのタイプのシール手段は、ピストンリング／Ｏリングのための対応する収容溝を提供するためにシャフトの費用がかかる処理を必要とし、常に望ましい結果を提供するとは限らない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、組み立てがより容易な改良されたシールを有するターボチャージャー用の最適化されたアクチュエータ組立体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、請求項１に記載のターボチャージャー用のアクチュエータ組立体、請求項１１に記載のタービン、および請求項１５に記載の排気ガスターボチャージャーに関する。
【０００８】
本発明によるアクチュエータ組立体は、ターボチャージャーのハウジングに回転可能に取り付けられるように設計されたシャフトを備え、該シャフトは、第１の端部で調整要素に、第２の端部で制御要素に結合されている。アクチュエータ組立体は、第１の端部と第２の端部との間のシャフトの中央領域の周りに配置され、軸方向にシャフトに沿って延びる円筒状のシールインサートを付加的に備える。円筒状のシールインサートを備えた本発明によるアクチュエータ組立体に因り、シールの目的でこの分野で従来使用されている、ピストンリングおよびＯリングは、省略されてもよい。加えて、ピストンリングとＯリングに必要な溝を生成するためのシャフトの機械加工ステップを省略してもよい。これによってアクチュエータ組立体の製造コストを削減可能である。最大３つのピストンリングおよび付加的なＯリングの代わりに１つのシールインサートのみを取り付ければよいので、別の利点は、本発明によるアクチュエータ組立体の簡略化された組立にある。
【０００９】
実施形態において、シールインサートは、半径方向にばね特性を有し得る。例えば、ハウジング内からの排気ガスの漏れに対する、円筒状のシールインサートのバネ特性に因り、より良いシール効果が得られる。さらに、望ましくない騒音および摩耗につながる、振動に対する感受性は、バネの特性と組み合わせた円筒状の実施形態に因り減少する。要するに、ハウジング内のシャフトのより良い減衰取り付け（ｄａｍｐｅｄ  ｍｏｕｎｔｉｎｇ）は、アクチュエータ組立体の機能性／制御性、およびアクチュエータ組立体のすべての構成部品、したがって本発明によるアクチュエータ組立体を備えるターボチャージャーのライフサイクルにプラスに影響を及ぼす。
【００１０】
上述したすべての実施形態と組み合わせることができる実施形態において、シールインサートは、軸方向に波形の輪郭を有してもよい。代替的に、シールインサートは、軸方向に階段状の輪郭を有してもよい。
【００１１】
上述したすべての実施形態と組み合わせることができる実施形態において、シールインサートは、円周方向に閉鎖された円筒形状になっていてよい。代替的に、シールインサートは、円周方向に開いた円筒形状を有してもよく、特に、シールインサートは、軸方向に延びるスリットを有してもよい。
【００１２】
上述しすべての実施形態と組み合わせることができる実施形態において、ブッシュを設けることができ、この場合シールインサートが半径方向でシャフトとブッシュとの間に配置される。ブッシュは、ハウジングに回転可能に固定されて配置されるように設計されてもよい。シャフトは、ブッシュに回転可能に取り付けられてもよい。シールインサートの最大直径は、シールインサートの拡張状態では、ブッシュの内径より大きくてもよい。
【００１３】
上述したすべての実施形態と組み合わせることができる実施形態において、シャフトは、中央領域に沿って縮径を有してもよく、中央領域に隣接する領域と比較して、中央領域の周囲にシールインサートが配置される。アクチュエータ組立体の組み立て中に、シールインサートを、中央領域内に位置決めしてもよく、次いでシャフトとともにブッシュに挿入されてもよい。ばね効果に因り、シールインサートはブッシュへの挿入中に圧縮される。これによってシール効果が生じる。
【００１４】
上述したすべての実施形態と組み合わせることができる実施形態において、アクチュエータ組立体は、ウェイストゲート組立体であってよい。代替的に、アクチュエータ組立体は、可変タービンジオメトリを調整するために設計されてもよい。
【００１５】
本発明は、タービンハウジングを有する排気ガスターボチャージャー用のタービンと、前述の実施形態のいずれか１つによるアクチュエータ組立体をさらに含む。
【００１６】
実施形態において、タービンハウジングは、タービンハウジングの外壁を貫通する穴を有してもよく、シャフトの第１および第２の端部が外壁の両側に配置されるようにシャフトは穴を通って延びる。シールインサートは、穴の壁とシャフトの間に放射状に配置されてもよい。代替的に、穴に回転可能に固定されて配置されたブッシュを設けてもよい。次いで、シールインサートはシャフトとブッシュの間に配置され、ブッシュはシールインサートと穴の壁の間に放射状に配置される。
【００１７】
本発明は、前述の実施形態のいずれか１つによるタービンを有する排気ガスターボチャージャーをさらに含む。
【００１８】
本発明のさらなる詳細および特徴は、引き続き図によって説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】先行技術から知られているアクチュエータ組立体の部分切取図を示す。
【図２】本発明によるアクチュエータ組立体の一実施形態の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明によるアクチュエータ組立体１００の実施形態が図に基づいて後述されるであろう。以下に説明するすべての詳細および利点は、アクチュエータ組立体１００と、そのようなアクチュエータ組立体１００を備える対応するタービンの両方に適用される。本出願の文脈において、「軸方向」という用語は、回転軸３００に実質的に平行に延びる方向／向きを指す。「半径方向」という用語は、回転軸３００に実質的に垂直に延びる方向／向きを指す。
【００２１】
図１は、従来技術のタービンのウェイストゲート（タービンバイパス弁）用のアクチュエータ組立体１００を示している。アクチュエータ組立体は、タービンのタービンハウジング２００に回転可能に取り付けられたシャフト１１０を備える。シャフト１１０は、第１の端部１１２で調整要素１２０に結合されている。調整要素自体は、例えば、連結棒（図示せず）を介してアクチュエータ（図示せず）に接続され、それによってアクチュエータの動きがシャフト１１０を回転させる。シャフト１１０は、その第２の端部１１４で制御要素１５０に結合されている。制御要素１５０は、例えば、ウェイストゲートチャネルを閉鎖または解放するウェイストゲート構成のフラップの一部であってもよい。図１のアクチュエータ組立体の場合、シャフト１１０が回転可能に取り付けられたブッシュ１４０が付加的に設けられる。ブッシュ１４０自体は、タービンハウジング２００の外壁２２０内の穴２１０に回転可能に固定されて配置されている。この既知のアクチュエータ組立体１００では、３つのピストンリング１６０とＯリング１７０がシール手段として設けられている。
【００２２】
図２は、本発明によるアクチュエータ組立体１００を示す。図１と図２の同一の構成部品には、理解を容易にするために同一の参照番号を付けている。引き続き、本発明によるアクチュエータ組立体１００について、ウェイストゲート弁（タービンバイパス弁）と共に使用するためのタービン内の例示的な配置に関する図２を用いて説明する。本発明によるアクチュエータ組立体１００は、可変タービンジオメトリ（ＶＴＧ）または充電装置の他の調整可能な構成部品（例えば、可変圧縮機入口の構成部品）を作動させるためにも同様に使用されてもよい。
【００２３】
本発明によるアクチュエータ組立体１００は、同様に、タービンハウジング２００に回転可能に取り付けられたシャフト１１０を備えている。シャフト１１０は再び、その第１の端部１１２で調整要素１２０に、その第２の端部１１４で制御要素１５０に結合されている。本発明によるアクチュエータ組立体は、第１の端部１１２と第２の端部１１４との間のシャフト１１０の中央領域１１６の周りに配置され、シャフト１１０に沿って軸方向に延びる円筒状シールインサート１３０を付加的に備える（図２参照）。円筒状のシールインサート１３０を備える本発明によるアクチュエータ組立体１００に因り、シールの目的でこの分野で従来使用されている、ピストンリング１６０およびＯリング１７０（図１参照）は省略してよい。加えて、ピストンリング１６０およびＯリング１７０に必要な溝を生成するためのシャフト１１０の機械加工ステップを省略してもよく、これによってアクチュエータ組立体１００の製造コストが削減される。最大３つのピストンリング１６０および付加的なＯリング１７０の代わりに１つのシールインサート１３０を取り付けるだけでよいので、別の利点は本発明によるアクチュエータ組立体１００の簡略化された組立にある。
【００２４】
アクチュエータ組立体の作動中、シャフト１１０は、調整要素１２０を介してシャフト１１０に動きを伝達するアクチュエータによって駆動される、回転軸３００を中心に回転する。次に、シャフト１１０は、（例えば、ウェイストゲート弁を開閉するためのウェイストゲート弁の一部として）制御要素１５０に動きを伝達する。
【００２５】
シーリングインサート１３０は、半径方向にばね特性を有する。例えば、タービンハウジング２００内から環境への排気ガスの漏れに対する、円筒状のシールインサート１３０のばね特性に因り、改善されたシール効果が結果として得られる。さらに、望ましくない騒音および摩耗につながる、振動に対する感受性は、ばね特性と組み合わせたシールインサート１３０の円筒状の実施形態によって低減される。要約すると、タービンハウジング２００へのシャフト１１０のより良好な減衰取り付けが結果として得られ、それはアクチュエータ組立体１００の機能性および制御性、ならびにアクチュエータ組立体１００のすべての構成部品、したがって最終的に本発明によるアクチュエータ組立体１００を含むターボチャージャーのライフサイクルにもプラスの影響を及ぼす。
【００２６】
図２から明らかなように、シールインサート１３０は軸方向に波状の輪郭を有する。シャフト１１０が既に円筒状のシールインサート１３０内に配置されている場合でも、シールインサート１３０は波状の構成に因り半径方向内側に圧縮される可能性があるため、軸方向の波状輪郭は半径方向にばね効果を生じる。代替的に、シールインサート１３０は、軸方向に階段状の輪郭を有してもよい。階段状の輪郭は、波状の輪郭と同じ効果を有する。また、階段状の輪郭は、二重波状の輪郭（例えば、複数の層を備えた）を有してもよく、若しくは所望のばね効果を維持すｒために輪郭が（図２に示すように）例えば、大きな波型（より大きな振幅とより大きな波長）に沿って「重なり合う」小波（低振幅および短波長）からなる輪郭が提供されてもよい。この設計により、シールインサート１３０に半径方向のばね効果を与える他の輪郭形状も提供され得る。
【００２７】
シールインサート１３０は、円周方向に閉じた円筒形状を有してもよい。代替的に、シールインサート１３０は、円周方向に開いた円筒形状を有してもよい。この場合、シールインサート１３０は、軸方向に延びるスリットを有していてもよい。シールインサート１３０は、例えば、円筒状の打ち抜きブランクが、対応する構造を備えてばね効果を提供する打ち抜き方法で製造されてもよい。代替的に、シールインサート１３０は、金属シートから製造されてもよく、金属シートは対応する構造を有し、切断プロセスの後、最終的な円筒形状に成形される。これにより、軸方向に延びるスリットが形成され、これはシールインサート１３０の弾性を高めて、かつシールインサート１３０の設置状態で完全に閉じられてもよい。両方の場合において、使用する材料（特にすべてのタイプの耐熱金属）を熱処理してもよい。
【００２８】
図２から明らかなように、タービンハウジング２００は、タービンハウジング２００の外壁２２０を貫通する穴２１０を有し、シャフト１１０の第１および第２の端部１１２、１１４が外壁２２０の両側に配置されるようにシャフト１１０は穴２１０を通って延びる。図２の実施形態では、外壁２２０を貫通する穴２１０に回転可能に固定されて配置されたブッシュ１４０が付加的に設けられている。シャフト１１０は、ブッシュ１４０に回転可能に取り付けられている。シールインサート１３０は、シャフト１１０とブッシュ１４０との間に半径方向に配置され、ブッシュ１４０は、シールインサート１３０と穴２１０の壁との間に半径方向に配置される。加えて、第１および第２の軸受領域１１８は、シャフトに沿って設けられ、ブッシュ１４０の内側と接触し、ブッシュ１４０内でシャフト１１０の摺動軸受を形成し、それによりシャフト１１０をブッシュ１４０内で回転させて制御要素１５０を移動させる。代替的に、ブッシュ１４０を設けなくてもよく、その場合、シールインサート１３０が、次いで、穴２１０の壁とシャフト１１０との間に放射状に配置される。したがって、シャフト１１０が穴２１０に直接回転可能に取り付けられ、シールインサート１３０がシャフト１１０とタービンハウジング２００との間に配置され、シャフト１１０およびタービンハウジング２００と接触するように、ブッシュ１４０を設けなくてもよい。代替的に、図２に示されるように、タービンハウジング２００の穴２１０に回転可能に固定されて配置されるブッシュ１４０が設けられている。この場合、シャフト１１０はブッシュ１４０に回転可能に取り付けられ、シールインサート１３０はシャフト１１０とブッシュ１４０の間に配置され、シャフト１１０とブッシュ１４０に接触する。
【００２９】
シールインサート１３０の最大直径は、シールインサート１３０の拡張状態では、ブッシュ１４０の内径ｄ４よりも大きくなり得る（図２を参照）。加えて、シャフト１１０は、中央領域１１６に沿って縮径ｄ１を有し、その周りにシールインサート１３０が中央領域に隣接する領域に関して配置される。縮径ｄ１を有する中央領域１１６は、直径ｄ１に対してより大きい直径ｄ２およびｄ３を有する２つの隣接する軸受領域１１８を同時に部分的に画定し、ｄ２およびｄ３は同じサイズでも異なるサイズでもよい。アクチュエータ組立体１００の組み立て中、シールインサート１３０は、縮径ｄ１を有する中央領域１１６に沿って位置決めされ、その後、シャフト１１０とともにブッシュ１４０に挿入されてもよい。ばね効果に因り、シールインサート１３０はブッシュ１４０への挿入中に圧縮され、これによってシールインサート１３０のばね効果に因り、シャフト１１０とブッシュ１４０の内側壁の両方と接触が維持されるにつれて、最終的にシール効果が生じる。
【００３０】
すでに述べたように、本発明は、アクチュエータ組立体１００と、アクチュエータ組立体１００の上述した実施形態の１つを含む排気ガスターボチャージャー用のタービンの両方を含む。さらに、本発明は、このタイプのタービンを備える排気ガスターボチャージャーを含む。
【図１】
2020523516.tif 000003
【図２】
2020523516.tif 000004
【国際調査報告】
2020523516.tif 000005
2020523516.tif 000006