JP2004507668A - ターボチャージャの圧縮機入口のフィルタ吸音器用の緊締装置 - Google Patents
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Abstract
Description
技術分野:
本発明は、特許請求の範囲の請求項1に発明の上位概念として特定したように、フィルタ吸音器を緊締子を介して圧縮機の圧縮機入口に固定可能にした形式の、内燃機関用ターボチャージャに所属する圧縮機のケーシング部分にフィルタ吸音器を着脱可能に固定するための緊締装置に関する。
【0002】
背景技術:
ターボチャージャの圧縮機入口では、高放出度のノイズが発生する。それ故に大抵は圧縮機入口に、このノイズ放出を低下させるフィルタ吸音器が配置されている。該フィルタ吸音器は圧縮機のケーシング部分に剛性結合されており、かつこれは振動技術の点でターボチャージャから遮断されていないので、ターボチャージャの振動はフィルタ吸音器に伝搬される。ターボチャージャ自体は通常は直接にか又は固定足部を介して内燃機関のブラケット上に固定されている。固定足部とフィルタ吸音器との間の軸方向間隔は概して著しく大である。ターボチャージャが機関振動によって励振され、かつ/又は固有周波数で振動する場合、振動振幅は、フィルタ吸音器の幾何学的形状に基づいて最大に達する。これは殊に、その結果として大きな材料負荷が生じるので、好ましいことではない。相応の規定を有する国々では、これらの振動問題は、技術的ライセンスの却下にまで及ぶこともある。
【0003】
発明の開示:
それ故に本発明の課題は、明細書冒頭に述べた形式の緊締装置を改良して、前記の欠点を簡単かつ低廉に除くことである。
【0004】
前記課題は、請求項1の特徴部に記載した構成手段を有する緊締装置によって解決される。
【0005】
本発明の緊締装置は、圧縮機入口でフィルタ吸音器を圧縮機のケーシング部分に結合するために、フィルタ吸音器と圧縮機のケーシング部分との間に、振動遮断器を有している。該振動遮断器によってフィルタ吸音器は、振動技術的に、圧縮機ケーシング部分から、ひいてはターボチャージャから充分に遮断されている。ターボチャージャもしくは圧縮機からフィルタ吸音器への振動伝搬時に、フィルタ吸音器において大きな振動振幅は避けられ、かつ振動に起因した高い材料応力による早期の材料疲労は阻止される。
【0006】
振動遮断器としては、温度及びオイル安定性並びに耐摩耗性のゴム弾性質エレメントを使用するのが最も有利である。このようにして振動遮断器は使用条件に最も良く適合されており、これによって振動遮断器の高い耐用寿命が保証される。(例えばデュポン社のヴィトン又はシリコーンから成るような)エラストマーから製作されたゴム弾性質エレメントが、振動遮断器として極めて好適であることが判った。
【0007】
振動遮断器は、組付け状態で見て、ターボチャージャの軸方向並びに該軸方向に対して直角な方向では僅かな曲げ剛さを有しているのが有利である。軸方向及び該軸方向に対して直角な方向での曲げ剛さは、ターボチャージャの6つの固有周波数に関連して種々異なるように選ぶことができる。僅かな曲げ剛さは、フィルタ吸音器と圧縮機のケーシング部分との間の振動伝搬を充分に遮断するように働く。
【0008】
構造上の条件を考慮して振動遮断器は、可能な限り軟性に選ばれる。しかし少なくとも曲げ剛さは、構成部品の重量及び該構成部品の幾何学的形状を考慮すると共にフィルタ吸音器と圧縮機のケーシング部分との間の継手の幾何学的形状を考慮して、フィルタ吸音器が究極的には、ターボチャージャの少なくとも最低の固有周波数の約25%〜50%の固有周波数、殊に有利には40%の固有周波数を有するように選ばれる。例えば機関振動に起因してターボチャージャが固有周波数範囲で励振する場合、フィルタ吸音器は臨界超過範囲で振動する。
【0009】
振動遮断器は、予荷重をかけられているのが特に有利である。このようにすれば、振動遮断器と構成部分との間の接触が失われて、振動遮断器において摩耗が発生するような事態を回避することが可能になる。
【0010】
振動遮断器はOリングの形に形成するのが特に有利である。それというのは、この実施形態の場合には、継手によって吸収すべき力がOリングの全周に分配されるからである。
【0011】
Oリング形の振動遮断器が毀損した場合に、フィルタ吸音器と圧縮機のケーシング部分との間の結合解消を防止する安全子を設けておくのが有利である。
【0012】
その他の有利な実施形態は、請求の範囲のその他の従属請求項に記載した通りである。
【0013】
発明を実施するための最良の形態:
次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。なお図面で使用した符号及びその名称は、実施例の説明の文末に纏めてリスト・アップされててる。原則として図面中、同一の構成要素には同一符号を付した。以下に説明する実施形態は、本発明の具体例として列挙するものであって、決して発明を減縮するものではない。
【0014】
図1のターボチャージャ12の縦軸線10に沿った断面図には、ターボチャージャ12及び、該ターボチャージャ12の圧縮機入口14に固定されたフィルタ吸音器16の一部分が示されている。前記ターボチャージャ12は典型的な構造を有し、つまり圧縮機18とタービン20とから成り、両者の動翼車22,24は共通の軸26上に相互間隔をおいて配置されている。ターボチャージャ12はターボチャージャケーシング28を有しており、該ターボチャージャケーシングは複数のケーシング部分、例えばタービンケーシング29、軸受ケーシング30及び圧縮機ケーシング27から成っており、前記のケーシング自体はやはり複数のケーシング部分から成ることができる。軸受ケーシング30内では前記軸26が、タービン動翼車24と圧縮機動翼車22との間で軸支されている。固定足部31を介してターボチャージャ12は、機関(図示せず)のブラケット34上に固定されている。ノイズ放出を低下させるために、圧縮機入口14で圧縮機18のケーシング部分32にはフィルタ吸音器16が固定されている。
【0015】
フィルタ吸音器16と圧縮機18のケーシング部分32は、緊締装置36を介して互いに固定結合されている。該緊締装置36は本例では、ターボチャージャ軸線10を中心とする同一円周線上に複数配置された第1緊締開口38を有しており、該第1緊締開口は圧縮機18のケーシング部分32内に設けられている。前記の第1緊締開口38はねじ山を有している。また緊締装置36は、フィルタ吸音器16のフランジ40内に配置された第2緊締開口42を有し、該第2緊締開口は前記の第1緊締開口38と共軸に合致させることができる。やはり緊締装置36に所属する緊締子44は、本例ではねじとして構成されており、該緊締子は、第2緊締開口42を通って第1緊締開口38内に螺入されており、こうしてフィルタ吸音器16を圧縮機18のケーシング部分32と固定結合する。
【0016】
図1から判るように、固定足部31とフィルタ吸音器16との間の間隔は極めて大である。ブラケット34及び固定足部31を介して機関(図示せず)からターボチャージャ12へ伝搬される振動及びターボチャージャ12の固有振動は、固定的な緊締装置36を介してフィルタ吸音器16に伝搬される。固定足部31とフィルタ吸音器16との間の大きな間隔に基づいて、フィルタ吸音器16における振動振幅は最大になるので、その結果として、すでに挙げた欠点が必然的に随伴する。
【0017】
図2〜図4には本発明の緊締装置36が夫々図示されている。各緊締装置36は、圧縮機18のケーシング部分32内に配置された雌ねじ山を有する第1緊締開口38並びに、該第1緊締開口38内に螺入されているねじの形の緊締子44から成っている。複数の第1緊締開口38は殊に、ターボチャージャ縦軸線10に直交する同一平面内で、ターボチャージャ縦軸線10を中心とする1つのリングに沿って配置されている。ターボチャージャ縦軸線10の位置する方向は夫々矢印aで表示されている。前記リングは理想的には1つの円環であり、かつ第1緊締開口38は該円環に均等配分されている。また本発明の緊締装置36は、振動遮断器46を有し、該振動遮断器は、フィルタ吸音器16と、圧縮機18のケーシング部分32との間に配置されている。前記振動遮断器46は、ターボチャージャ12の軸方向及び該軸方向に対して直角な方向で低い曲げ剛さを有するエラストマーから製作されている。前記曲げ剛さは、フィルタ吸音器16の固有周波数が、ターボチャージャ12の少なくとも最低固有周波数の約40%であるように選ばれている。該曲げ剛さは殊に、構成部分の幾何学形状及び該構成部分の重量並びに緊締装置36の構成に関連している。
【0018】
図2に示した緊締装置36は、更にまた複数の第2緊締開口42を有しており、該第2緊締開口は、フィルタ吸音器16のフランジ40内において、第1緊締開口38と軸整合するように配置されている。このような第2緊締開口42の内径は、第1緊締開口38の内径よりも大である。振動遮断器46は、エラストマーから成る2つの遮断素子47を有しており、該遮断素子の基本形状は中空円筒体48であり、該中空円筒体の一端には、半径方向外向きに張出す素子フランジ50が設けられている。中空円筒体48の外径は第2緊締開口42の内径にほぼ等しい。両遮断素子47の中空円筒体48は、互いに反対の側から第2緊締開口42内へ挿嵌されているので、前記素子フランジ50は、第2緊締開口42のエッジを超えて側方に張出してフランジ40の一部分をカバーしている。中空円筒体48の長さは、素子フランジ50が第2緊締開口42のエッジと当接した場合に、フランジの無い端面同士が接し合うように選ばれているのが有利である。遮断素子47は等しく形成されており、従って製作が単純化されので有利である。しかし該遮断素子は、第2緊締開口42及び/又はフランジ40の形状が必要とする限り、殊に素子フランジ50に関して異なった形状に構成することもできる。中空円筒体48は共に緊締子44を受容するために、振動遮断器46内に1つの開口52を形成している。振動遮断器46に対して特定の予荷重をかけ得るようにするために、前記開口52内にはスペーサブシュ54が収蔵されており、該スペーサブシュの基本形状自体はやはり中空円筒体56であり、該中空円筒体の一端には、半径方向外向きに張出すブシュフランジ58が設けられている。スペーサブシュ54の中空円筒体56は、開口52内で緊締子42を包囲するように配置されている。ブシュフランジ58は吸音器側の素子フランジ50と当接して位置している。
【0019】
圧縮機18のケーシング部分32にフィルタ吸音器16を固定するためには、先ず遮断エレメント47が、フィルタ吸音器16のフランジ40の第2緊締開口42内へ挿嵌される。スペーサブシュ54が、遮断エレメント47によって形成される開口52内へ挿嵌される。次いで第2緊締開口42と第1緊締開口38が互いに軸整合され、かつねじ状の緊締子44によって互いにねじ締結される。スペーサブシュ54の中空円筒体56の長さは、開口52の深さよりも短い。すなわち開口52内へ挿嵌されたスペーサブシュ54のブシュフランジ58が、遮断素子47の吸音器側の素子フランジ50に当接した場合、中空円筒体56のフランジの無い端面と、第1緊締開口38のエッジとの間にはギャップが残留する。緊締子44の緊締によってスペーサブシュ54が第1緊締開口38のエッジに当接させられ、かつ遮断素子47が緊縮される。遮断素子47は特定の予荷重をかけられ、その結果、緊締装置36によってフィルタ吸音器16と圧縮機18のケーシング部分32との間に形成される結合部が負荷されることによって、種々の構成部分は常に振動遮断器46と接触した状態に維持され、かつ該振動遮断器は不均等な負荷に対して防護される。
【0020】
ターボチャージャ軸線10を中心として均等配分された第1及び第2の緊締開口38,42が10個であり、フィルタ吸音器16の重量が約380Kgであり、かつ全ての振動遮断器46の軸方向及び半径方向の曲げ剛さが、合わせて約5000N/mm〜15000N/mmである場合、フィルタ吸音器16の固有周波数がターボチャージャ12の固有周波数の約40%であるような振動遮断作用が得られる。
【0021】
図3に示した緊締装置36は、前記構成エレメントに加えて、Oリング形の振動遮断器46、フィルタ吸音器16の1つの吸音素子60内に前記振動遮断器46を支持するために配置された半径方向外向きに開いたリング溝62、並びに2つの緊締リング64,66を有している。2つの緊締リング64,66は、緊締子44を収容するために、圧縮機18のケーシング部分32内の第1緊締開口38と共軸に整合可能な穴68を有している。両緊締リングは互いに共軸に、かつ軸方向で相前後して圧縮機18のケーシング部分32に続いて配置されている。ねじ状の緊締子44を介して、緊締リング64,66が圧縮機18のケーシング部分32に定着されている。緊締リング64,66は、その半径方向内位寄りに支持面67を有しており、該支持面はOリング46を約+30゜〜+50゜もしくは−30゜〜−50゜の角度で支持している。支持面67は相俟って同じく一種のリング溝を形成しており、該リング溝は半径方向内向きに開いており、かつ吸音素子60内のリング溝62に対して間隔をおいて該リング溝62に平行に延びている。緊締リング64,66の半径方向内位側の直径及び、フィルタ吸音器16の吸音素子60におけるリング溝62の直径は、中間に配置されたOリング状の振動遮断器46が緊締状態では予荷重をかけられているように選ばれている。
【0022】
フィルタ吸音器16がやはり重量約380Kgで本発明の構成を有する場合、7000N/mm〜14000N/mmの軸方向曲げ剛さ及び15000N/mm〜40000N/mmの半径方向曲げ剛さによって、ターボチャージャ12の約40%の固有周波数がフィルタ吸音器16において得られる。
【0023】
図4には、図3に示した実施形態にほぼ同様に構成された別の実施形態が図示されている。もっとも本例ではなお安全子68が緊締装置36に所属している。該安全子68は軸方向で見て、フィルタ吸音器16に隣接した緊締リング66に続いて配置されており、かつ緊締子44を介して、緊締リング64,66と一緒にケーシング部分32に固定されている。該安全子は半径方向内向きにも、半径方向外向きにも、緊締リング64,66を超えて張出している。Oリングの損傷時に前記安全子は、リング溝62を有する、フィルタ吸音器16の吸音素子60の背面に係合し、こうしてフィルタ消音器16と圧縮機18のケーシング部分32との間の結合解消を防止する。安全子68は、緊締リング64,66と同様に、リング状に形成することができるが、図示例のようにリングセグメント片から構成することもできる。
【0024】
原理的には図3もしくは図4に示した実施形態に等しく構成された、図示を省いた実施形態では、圧縮機18のケーシング部分32に隣接した緊締リング64は、ケーシング部分32と一体に構成されている。
【0025】
図5に概略的に示した別の実施形態は、図3に基づいて既知の実施形態の更なる変化態様である。ねじ状の緊締子44の代わりに緊締装置36は、クランプエレメント72の形の緊締子44を有している。それ故に圧縮機18のケーシング部分32は、第1緊締開口38の代わりに緊締フランジ70を有している。また緊締リング64,66は第1緊締開口38を有していない。圧縮機18のケーシング部分32における緊締リング64,66の固着は、ねじ状の緊締子44による代わりに、構成部品間の固定結合のために全周にわたって配分された複数のクランプエレメント72によって行われる。
【0026】
Oリング形の振動遮断器46を有する緊締装置36のこの構成の場合には、組付けのために先ずOリング形の振動遮断器46と緊締リング64,66(両者は例えば緊締クランプによって、或いは穿穴された補助穴及び補助ねじによって、互いに結合される)がフィルタ吸音器16に予め組付けられる。次いでフィルタ吸音器16が、緊締リング64,66を介して緊締子44によって圧縮機18のケーシング部分32に、ひいてはターボチャージャ12に固定される。
【0027】
フィルタ吸音器16がやはり約380Kgの重量を有し、本発明の構成を有している場合、振動遮断器46の軸方向曲げ剛さ7000N/mm〜14000N/mm及び振動遮断器46の半径方向曲げ剛さ15000N/mm〜40000N/mmによって、ターボチャージャ12の約40%のフィルタ吸音器16の固有周波数が得られる。
【0028】
前記緊締装置36の種々異なった更なる態様及び組合せが当然考えられる。例えばクランプエレメント72とねじ状の緊締子44を組合せて使用することも可能である。第2緊締開口42は、フィルタ吸音器16のフランジ40にではなく、圧縮機入口14に近接した、フィルタ吸音器16の別の構成エレメントに配置することもできる。圧縮機18のケーシング部分32内の第1緊締開口38ではなくて、フィルタ吸音器16内の第2緊締開口42が雌ねじ山を有していることもできる。圧縮機18のケーシング部分32内の第1緊締開口38は、ケーシング部分32のフランジ内に配置することもできる。ねじ状の緊締子44はその場合、フィルタ吸音器16の側からではなくて、圧縮機側から螺入されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】
従来技術による緊締装置によって圧縮機入口に配置されたフィルタ吸音器を備えたターボチャージャをターボチャージャ軸線に沿って断面して示した断面図である。
【図2】
本発明による緊締装置の第1実施形態の一部分を拡大して示した図1相当の断面図である。
【図3】
本発明による緊締装置の第2実施形態の一部分の図2相当断面図である。
【図4】
安全エレメントを備えた、図3の緊締装置部分の断面図である。
【図5】
本発明の緊締装置の第3実施形態の一部分の図2相当の断面図である。
【符号の説明】
10 ターボチャージャ縦軸線、 12 ターボチャージャ、 14 圧縮機入口、 16 フィルタ吸音器、 18 圧縮機、 20 タービン、 22 圧縮機動翼車、 24 タービン動翼車、 26 共通の軸、 27 圧縮機ケーシング、 28 ターボチャージャケーシング、 29 タービンケーシング、 30 軸受ケーシング、 31 固定足部、 32 圧縮機のケーシング部分、 34 ブラケット、 36 緊締装置、 38 第1緊締開口、 40 フランジ、 42 第2緊締開口、 44 緊締子、 46 振動遮断器、 47 遮断素子、 48 中空円筒体、 50 素子フランジ、 52 開口、 54 スペーサブシュ、 56 中空円筒体、 58 ブシュフランジ、 60 吸音素子、 62 リング溝、 64,66 緊締リング、 67 支持面、 68 安全子、 70 緊締フランジ、 72 クランプエレメント
Claims (14)
- 内燃機関用のターボチャージャに所属した圧縮機のケーシング部分にフィルタ吸音器を着脱可能に固定するための緊締装置であって、しかも前記フィルタ吸音器を緊締子によって圧縮機の圧縮機入口に固定可能にした形式のものにおいて、
緊締装置(36)が、フィルタ吸音器(16)と圧縮機(18)のケーシング部分(32)との間に配置される振動遮断器(46)を有しており、これに基づいて前記フィルタ吸音器(16)が励振時に、ターボチャージャケーシング(28)とは異なった周波数で振動することを特徴とする、内燃機関用のターボチャージャの圧縮機入口のケーシング部分にフィルタ吸音器を着脱可能に固定するための緊締装置。 - 振動遮断器(46)として、特にエラストマーから成る耐摩耗性並びに温度及びオイル安定性のゴム弾性質エレメントが設けられている、請求項1記載の緊締装置。
- 振動遮断器(46)が、ターボチャージャ(12)の縦軸線方向(10)でも該縦軸線方向(10)に対して直角な方向でも低い曲げ剛さを有している、請求項1又は2記載の緊締装置。
- 遮断されたフィルタ吸音器(16)の少なくとも最低固有周波数の周波数が、ターボチャージャ(12)の最低固有周波数の約40%に相当するような曲げ剛さを、振動遮断器(46)が有している、請求項1から3までのいずれか1項記載の緊締装置。
- 振動遮断器(46)が機械的に予荷重をかけられている、請求項1から4までのいずれか1項記載の緊締装置。
- フィルタ吸音器(16)内及び圧縮機(18)のケーシング部分(32)内に互いに対応した緊締開口(38,42)が、緊締子(44)を受容するために設けられており、しかも前記フィルタ吸音器(16)の緊締開口(42)内には夫々1つの振動遮断器(46)が挿嵌可能であり、該振動遮断器自体が、前記緊締子(44)を受容するための開口(52)を有している、請求項1から5までのいずれか1項記載の緊締装置。
- 振動遮断器(46)が、2つの、殊に等しく形成された遮断素子(47)を有し、該遮断素子の基本形状が中空円筒体(56)であって、該中空円筒体(56)の一端に、該中空円筒体から張出す殊に円盤形の素子フランジ(50)を有しており、しかも前記遮断素子の両中空円筒体が、互いに逆の方向からフィルタ吸音器(16)の第2緊締開口(42)内へ挿嵌可能でありかつ相俟って緊締子(44)を受容するための開口(52)を形成しており、かつ前記素子フランジ(50)が、前記緊締開口(42)のエッジを超えて側方に張出して、前記フィルタ吸音器(16)と前記緊締子(44)のヘッドとの間、もしくは前記フィルタ吸音器(16)と圧縮機(18)のケーシング部分(32)との間のクッションを形成している、請求項5又は6記載の緊締装置。
- 予荷重が、振動遮断器(46)の開口(52)内へ挿嵌可能なスペーサブシュ(54)によって、規定通りに前記振動遮断器(46)にかけられている、請求項6又は7記載の緊締装置。
- 圧縮機入口(14)に隣接したフィルタ吸音器(16)の吸音素子(60)内に配置されていて半径方向外向きに開いた1つのリング溝(62)及び2つの緊締リング(64,66)が設けられており、前記緊締リングの半径方向内寄り側が、前記リング溝(62)から半径方向に間隔をおいて該リング溝に対して平行に延びており、かつ振動遮断器(46)がOリングの形に形成されており、該Oリングが、一方の側では前記フィルタ吸音器(16)のリング溝(62)によって、また他方の側では前記2つの緊締リング(64,66)によって支持されており、しかも前記の両緊締リング(64,66)が、縦軸線方向で共軸に相前後して配置されており、かつ緊締子(44)によって圧縮機(18)のケーシング部分(32)に結合されている、請求項1から5までのいずれか1項記載の緊締装置。
- 予荷重が緊締リング(64,66)を介して振動遮断器(46)にかけられており、かつ前記緊締リング(64,66)がOリング形の振動遮断器(46)を、殊に約+30゜〜+50゜もしくは−30゜〜−50゜の角度で支持している、請求項9記載の緊締装置。
- 圧縮機(18)のケーシング部分(32)に隣接した緊締リング(64)が、前記ケーシング部分と一体に形成されている、請求項9又は10記載の緊締装置。
- 振動遮断器(46)の故障時にフィルタ吸音器(16)と圧縮機(18)のケーシング部分(32)との間の結合解消を防止する安全子(68)が設けられている、請求項9から11までのいずれか1項記載の緊締装置。
- 安全子(68)が、緊締リング(64,66)の少なくとも1つに、かつ/又は圧縮機(18)のケーシング部分(32)に固定されており、かつ振動遮断器(46)の故障時にはフィルタ吸音器(16)のサイドから、該フィルタ吸音器(16)の、リング溝(62)を有する吸音素子(60)の背面に係合する、請求項12記載の緊締装置。
- ターボチャージャ(12)の圧縮機入口(14)に配置されていて圧縮機(18)のケーシング部分(32)に着脱可能に結合されたフィルタ吸音器(16)を備えた形式の、内燃機関過給用のターボチャージャにおいて、圧縮機(18)のケーシング部分(32)にフィルタ吸音器(16)を固定するために、請求項1から13までのいずれか1項記載の緊締装置(36)が設けられていることを特徴とする、内燃機関過給用のターボチャージャ。
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