JP2007510854A - スパイラル通路がハウジング中間部材に設けられた流体機械 - Google Patents

Abstract

本発明は、流体機（１０）、特にタービン軸（１２）が軸受支持されたハウジング中間部材（１１）を有する質量流を生じさせるターボ機械に関する。ハウジング中間部材（１１）にはタービン側にタービンハウジングが、圧縮機側に圧縮機ハウジングが取り付けられている。圧縮機側およびタービン側に必要なスパイラル通路（１７，１８）は、蓋部材（１５，１６）の部分および少なくともハウジング中間部材（１１）の部分に設けることができる。これにより、スパイラル通路（１７，１８）に必要な複雑な形状をハウジング中間部材（１１）に形成することができる。

Description

本発明は、特許請求範囲１に記載の上位概念による、質量流を生じさせる流体機械に関する。

特許文献１（ＤＥ１０２９７２０３）に排気ガスで駆動されるタービンロータが圧縮機ロータを駆動する排気ターボチャージャのタービンハウジングが開示されている。そこでは、圧縮機ロータは剛体軸でタービンロータに連結されている。圧縮機羽根車とタービン羽根車を支える前記軸はハウジング中間部材に軸受支持され、該ハウジング中間部材のタービン側にはタービンハウジングが、圧縮機側には圧縮機ハウジングが取り付けられている。排気ガスは、タービンハウジングの次第に狭まるスパイラル状の通路に接線方向に流入し、タービン羽根に適切に導かれる。これらタービン羽根によりタービンロータが駆動される。排気ガスは、さらにタービン羽根車の軸方向にタービンハウジングから流出する。圧縮機側では質量流が圧縮機ロータに軸方向に流入し、スパイラル状の通路を通って接線方向に流出される。スパイラル状の通路はその幾何学形状および表面状態に関する要求が厳しい。上記のような構成においては、スパイラル状の通路はタービンハウジングおよび圧縮機ハウジング内に形成される。これら両ハウジングはそれぞれハウジング中間部材の両側面にフランジ結合される。このような形状構成は造形上高度な製作技術を用いてのみ構成することができる。
ＤＥ１０２９７２０３

本発明の課題は、スパイラル状通路の形成が容易になるようにハウジング部材の形状を変えることにある。

この課題は特許請求項１に記載の特徴によって解決される。

本発明の流体機械の構成は、少なくともスパイラル形状部の一部をハウジング中間部材に設けることを基本とする。該ハウジング中間部材は、したがって少なくともタービンハウジング或は圧縮機ハウジングの一部を構成する。前記スパイラル形状部は外側が蓋部材で閉じられ、該蓋部材が前記スパイラル形状部の第2の部材を構成する。したがって、スパイラル通路の断面はハウジング中間部材と蓋部材により規定される。蓋部材とハウジング中間部材の間には、該ハウジング中間部材に軸受支持されたタービン軸に直角な分割面がある。

前記流体機械は、例えばターボ機械、例えば排気ターボチャージャあるいは排気ガス浄化装置において2次空気を吹き付ける2次空気供給ブロワーであってもよい。また、質量流を回転運動に変換するのに用いられる簡単なタービンであってもよい。

本発明の流体機械はスパイラル形状部を中央のハウジング中間部材に形成して該スパイラル通路の流路断面を一次成形法においてアンダカットなしに製作することができる利点を有する。さらに、前記蓋部材を薄い形状にできるので所要スペースが減じ小型化できる。

本発明の実施形態によれば、前記蓋部材は前記スパイラル形状部に隣接する領域が平坦に形成される。この場合、スパイラル形状部は全部がハウジング中間部材内に形成される。そして、タービンロータに対応する形状部分および軸方向の入口または出口接合管部は変更することなく従来同様に形成することができる。

このような実施形態では、スパイラル形状部の形状及び寸法公差に対する厳しい要求を満たすことができる利点がある。前記蓋部材の形状が簡単であるので、蓋部材をプラスチック材、例えばポリアミドで製作することができる。

一変形例ではタービン側及び圧縮機側のスパイラル形状部がハウジング中間部材に形成される。これにより、タービン軸の長さを減ずることができ、したがってハウジング全体の長さを短縮することができる。したがって所要搭載スペースを低減することができる。

本発明の有利な一形態は特にタービン側のスパイラル通路の断面形状に関するものである。スパイラル通路の断面積の増大は通路の軸方向の深さおよび半径方向の幅の増大によってなすことができる。断面積の増大をスパイラル通路の半径方向の幅の増大によって行なえば軸方向の深さは減じることができる。その場合スパイラル通路の外周径が増大する。スパイラル通路の外周径はタービン側の方が圧縮機側よりも小さいので、タービン側では半径方向に利用できる余地が十分にある。このようにタービン側のスパイラル通路の半径方向幅を増大することによりハウジング全体の幅を短縮することができる。

さらに他の有利な変形形態はスパイラル通路相互の回転角度位置に関するものである。スパイラル通路の軸方向深さの減少によりスパイラル通路相互の回転角度位置を随意にすることができる。このことは、接線方向の入口及び出口接合管部は非常に限られた構造空間を利用して設けるしかないので、有利である。これにより、これらの接合管部を相互に随意の角度に設けることができる。

別の実施形態においては、少なくとも一つの接線方向接合管部はタービン軸に平行方向に屈曲される。この場合、接線方向接合管部はそれぞれ対向する蓋部材側に屈曲させるのが好ましい。そうすることにより、接合管部の中心部はアンダカットなしに形成することができる。そして、スパイラル形状と接合管部の中心部は一つの型工具により形成することができる。これにより、ハウジング中間部材を容易に経済的に製作することができる。

さらに他の実施形態では接線方向接合管部がタービン軸に対して互いに異なる方向に設けられる。この変形例は製作技術的には横中子スライドを用いることによって実現できる。可能な角度範囲は０〜９０°である。これにより、タービン軸に対する接線方向入口接合管部の流入角を多様に形成することが可能となり有利である。

さらに他の実施形態では一つあるいは二つの接線方向接合管部がそれぞれの側の蓋部材に設けられる。これは先に述べた配置角度に対応して２殻体の型工具あるいは横中子スライドを有する型工具により実現することができる。そして接線方向接合管部を搭載スペースの幾何学形状にさらに適合させることができて有利である。

本発明のさらに別の形態では、ハウジング中間部材と蓋部材の間の分割面が基本的にスパイラル通路の中央にあるように形成される。この場合、スパイラル通路はタービン軸方向位置について一部分は基本的にハウジング中間部材内に形成され、他の部分は基本的に蓋部材内に形成される。そうすることにより、ハウジング中間部材とともに蓋部材にもスパイラル通路が形成されることになり有利である。これにより流れ的に最適な幾何学形状の通路を形成することができる。

上記およびその他の本発明の好ましい実施例の特徴が、請求項のほか、明細書及び図面から読み取れ、それらの特徴が個々にあるいは幾つかが組み合わされて本発明の実施形態に実施され、および他の分野で適用されて有利かつそれ自身保護され得る実施形態を具現することができ、それらに対して茲に保護を要請する。

本発明のさらなる詳細は実施例の概略を示す図面を参照して説明される。図１は本発明の流体機械１０を示す断面図で、中央のハウジング中間部材１１にタービン軸１２が軸受支持されている。該タービン軸１２には圧縮機ロータ１３と、その反対側にタービンロータ１４が固定されている。前記ハウジング中間部材１１の両側面にはタービン蓋部材１６および圧縮機蓋部材１５が取り付けてある。これら両蓋部材１５、１６は、平坦な分割面２１、２２でハウジング中間部材に張り渡されて固定される。該ハウジング中間部材１１は両側面にスパイラル通路１７、１８が形成され、これらのスパイラル通路は前記平坦な分割面21、２２で前記蓋部材15、１６により蓋部材側が閉じられる。分割面２１、２２で前記ハウジング中間部材の厚さが規定される。

前記スパイラル通路１７、１８は、その円形状の断面積がスパイラルに沿って変化し、それぞれのスパイラル通路の最大断面積部はタービン軸１２の方向にｘで示す寸法だけオーバーラップしている。タービン蓋部材１６にはタービン出口側１９に出口接合管部２４が設けられ、圧縮機蓋部材１５には圧縮機入口側２０に入口接合管部２３が設けられている。

図２は別の実施例の流体機械１０が断面図で示してある。図１に対応する構成部には同じ符号が付してある。ハウジング中間部材にはスパイラル通路１７a、１８aが図１とは異なり楕円状に形成されている。それぞれのスパイラル通路の最大断面積部はタービン軸１２の方向にｙで示す寸法だけ隔たっている。スパイラル通路１７a、１８aの楕円形状は通路全長に渡って楕円である必要はなく、最大断面積の領域部のみを楕円形状としてもよい。スパイラル通路１７a、１８aを楕円形状とすることによりハウジングの厚さa
を減じることができる。

図３ａは流体機械１０の別の断面を示す。先に示した図に対応する構成部には同じ符号が付してある。図３ａにはタービン側の入口接合管部２５と圧縮機側の出口接合管部２６が示されている。スパイラル通路１７、１８は部分的に破線で示してある。前記入口接合管部２５と出口接合管部２６はそれぞれスパイラル通路１７、１８に接線方向に設けられ、それらに通じている。

図３ｂは図３ａのハウジング中間部材１１の平面図である。先に示した図に対応する構成部には同じ符号が付してある。タービン側のスパイラル通路１７は破線で示してある。圧縮機側の出口接合管部ではハウジング中間部材１１は部分断面で示してある。入口接合管部２５と出口接合管部２６は互いに１８０°をなすように配置されている。

破線で示すような角度配置の場合、第3の入口接合管部２５cを配置するには該入口接合管部がスパイラル通路１７、１８と干渉するのを避けるためにハウジング厚さa（図３a参照）を増大しなければならなくなる。

図3ｃ及び図３dではハウジング中間部材１１の接合管部２６、２５は互いに２７０°をなして配置されており、両接合管部２５b、２６bは交叉している。ハウジング厚さaは両接合管部２５b、２６bの内径に規制されるので、このような角度配置は不利である。このような角度配置でハウジング厚さaを最低限に抑えるために、両接合管部２５b、２６bは交叉領域で楕円断面となるように形成する。

図４はハウジング中間部材１１の圧縮機側が見えるようにした斜視図である。同図において、圧縮機側の円形状のスパイラル通路１８の場合が破線で示され、楕円形状のスパイラル通路１８bの場合が実線で示されている。楕円形状の場合はスパイラル通路１８bの全体に亘って幅bが広い。この場合、ハウジングの直径を大きくする必要がある。タービン側のスパイラル通路１７の断面積の方が小さいので（図3参照）、このスパイラル通路１７のみを楕円形状に、したがって幅広に形成することができる。そうするとハウジングの直径は同じで済む。

図５ａおよび図５ｂは、それぞれ図４におけるC-C断面およびD-D断面を示す。楕円形状のスパイラル通路１８bの幅bが円形状のスパイラル通路１８の幅と比較して示されている。

図6aおよび図6bには流体機械の二つの変形例の概略が断面で示してある。ハウジング中間部材１１１では両接線方向接合管部１２５、１２６が分割面１２１、１２２に対して直角に折れ曲がっている。これら両出口接合管部１２５、１２６はそれぞれのスパイラル通路１１７、１１８に対して反対方向に向いている。両蓋部材１１５、１１６が両スパイラル通路１１７、１１８を両接合管部１２５、１２６の部分まで閉ざしている。これにより、スパイラル通路１１７、１１８と両接合管部１２５、１２６がアンダカットなしに形成できる。これにより一次成形法に置ける製作が容易になる。

図7には流体機械１０の他の変形例の概略が示してある。同図では接合管部２２６はハウジング中間部材２１１に設けられ、圧縮機側スパイラル通路２１８の方向に延びる分割面２２２に対して直角に曲がっている。スパイラル通路２１８は圧縮機蓋部材２１５により閉じられる。ハウジング中間部材２１１で生じるアンダカット部は、例えば一次成形法において中子スライドを備えた型工具を用いて形成できる。ハウジング中間部材２１１のタービン側にはタービン蓋部材２１６が取り付けられる。

図8は流体機械１０を概略的に示す。同図では接合管部３２６は蓋部材３１５に設けられて分割面３２２でスパイラル通路３１７に合わさる。したがって、ハウジング中間部材３１１は、スパイラル通路３１７のみが形成されて形状的に複雑となる接合管部３２６を含まない形状にすることができる。ハウジング中間部材３１１のタービン側にはタービン蓋部材３１６が取り付けられる。

図9は、分割面２２が基本的に圧縮機側のスパイラル通路１８bの断面の中央を通る流体機械１０を示す。前記スパイラル通路１８bは圧縮機蓋部材１５内では分割面２２に平行に走り、ハウジング中間部材１１内では分割面２２に対して傾いて走る。このため、分割面は一部分においてのみスパイラル通路の中央に位置することになる。幾何学形状が簡単な部分を圧縮機蓋部材１５内に例えば平坦な溝に形成することができ、幾何学的に複雑で正確さを要する形状はハウジング中間部材内に形成される。

両蓋部材１５，１６は好ましくはプラスチック材により製作され、ハウジング中間部財は好ましくは金属材料で製作される。

流体機械の実施例の断面図である。 流体機械の別の実施例の断面図である。 流体機械の実施例の断面図である。 図３ａの流体機械の平面図である。 流体機械の実施例の断面図である。 図3ｃの流体機械の平面図である。 ハウジング中間部材の斜視図である。 図５ａ、ｂは図4のハウジング中間部材の断面を示す図である。 流体機械の二つの変形例を概略的に示す断面図である。 流体機械の二つの変形例を概略的に示す断面図である。 流体機械の実施例の概略断面図である。 流体機械の他の実施例の概略断面図である。 流体機械の他の変形例の断面図である。

Claims (9)

1. タービン軸が軸受支持されるハウジング中間部材を有する、特に質量流を生じさせるためのターボ機械である流体機械であって、
   前記ハウジング中間部材はタービン側がタービンハウジングの一部をなすように、そして圧縮機側が圧縮機ハウジングの一部をなすように形成され、
   タービン側には、前記ハウジング中間部材にタービン軸に対して接線方向の入口接合管部が設けられるとともにタービンハウジングにタービン軸方向の出口接合管部が設けられ、
   圧縮機側には、前記ハウジング中間部材にタービン軸に対して接線方向の出口接合管部が設けられるとともに圧縮機ハウジングにタービン軸方向の入口接合管部が設けられ、
   圧縮機側及び／或はタービン側に蓋部材が取り付けられて該蓋部材がハウジングの一部を形成し、前記ハウジング中間部材にはタービン側及び／或は圧縮機側のスパイラル通路が設けられた流体機械。
2. 前記蓋部材はハウジング中間部材側が基本的に平坦状に形成されている請求項１記載の流体機械。
3. 前記両スパイラル通路は前記ハウジング中間部材部分と前記蓋部材部分により形成されている前記請求項のいずれか1項に記載の流体機械。
4. 特にタービン側のスパイラル通路がタービン軸方向に一定の最大深さを有し、通路断面積の変更はスパイラル通路をタービン軸に対して半径方向に広げることにより行なうようにした前記請求項のいずれか1項に記載の流体機械。
5. 前記スパイラル通路をその最大深さを一定に限定することにより互いに随意の回転角度位置を取らせ、これにより前記接線方向の接合管部を互いに随意の角度に配置可能とした請求項４記載の流体機械。
6. 少なくとも一つの接合管部は屈曲されてタービン軸と平行に延びる前記請求項のいずれか1項に記載の流体機械。
7. 両接線方向接合管部がタービン軸の軸線に対して異なる角度に設けられた請求項６記載の流体機械。
8. 前記接線方向接合管部がタービン側の蓋部材及び／或は圧縮機側の蓋部材に設けられた前記請求項のいずれか1項に記載の流体機械。
9. 蓋部材とハウジング中間部材間の分割面が基本的にスパイラル通路の断面の中央に位置する請求項１記載の流体機械。
   
   

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