JP2018141461A - ターボチャージャー - Google Patents

Abstract

【課題】新規なターボチャージャーを創出する。【解決手段】第１の媒体を膨張させるタービン（２）と、第１の媒体の膨張中にタービン（２）において抽出されたエネルギーを利用して第２の媒体を圧縮するコンプレッサー（３）とを備えたターボチャージャー（１）。タービン（２）はタービンハウジング（４）とタービンローター（５）とを備え、コンプレッサー（３）は、コンプレッサーハウジング（６）と、シャフト（８）を介してタービンローター（５）に結合されたコンプレッサーローター（７）とを備え、タービンハウジング（４）とコンプレッサーハウジング（６）とはそれぞれ、両者間に配置され、内部にシャフト（８）が設けられたベアリングハウジング（９）に連結されており、タービンハウジング（４）の流入ハウジング（１１）は二重壁様式で、すなわち内側流れ案内コア（１５）および外側力伝達シェル（１６）から形成されている。【選択図】図２

Description

本発明はターボチャージャーに関する。

図１は、実際に知られているターボチャージャー１の断面を示している。図１に示されるターボチャージャー１は、タービン２とコンプレッサー３とを備える。タービン２では、第１の媒体、特に内燃機関の排気ガスが膨張させられる。このプロセスで抽出されたエネルギーは、内燃機関に供給される第２の媒体、特に給気を圧縮するために、ターボチャージャー１のコンプレッサー３において利用される。

ターボチャージャー１のタービン２は、タービンハウジング４とタービンローター５とを備えている。

ターボチャージャー１のコンプレッサー３は、コンプレッサーハウジング６とコンプレッサーローター７とを備えている。タービンローター５とコンプレッサーローター７とは、ベアリングハウジング９にマウントされたシャフト８を介して結合される。ベアリングハウジング９は、一方の側においてタービンハウジングに、そして他方の側においてコンプレッサーハウジング６に連結される。さらに図１は、コンプレッサーハウジング６に作用し、それを介して給気が導かれる任意のサイレンサー１０を示している。

ターボチャージャー１のタービン２のタービンハウジング４は、流入ハウジング１１と流出ハウジング１２とを備えている。流入ハウジング１１を介して、膨張させられる第１の媒体は、ここでは径方向にタービンローター５に供給される。タービンローター５から排出された膨張させられた媒体は、流出ハウジング１２を介して、ここでは軸方向に流れる。

実際に知られているターボチャージャーの場合、タービン２の領域、特にタービン２のタービンハウジング４の流入ハウジング１１の領域で破裂する危険性がある。タービンローター５が例えば破裂すると、その破片が流入ハウジング１１に衝突して流入ハウジング１１が破壊され、この結果、流入ハウジング１１の破裂も生じるであろう。この場合、破片は周囲に飛散し、周囲に存在する人や物に脅威を与えることがある。これにより、いわゆる閉じ込め安全性が低下する。

これを起点として、本発明は、新しいタイプのターボチャージャーを創出するという目的に基づいている。

この目的は、請求項１に記載のターボチャージャーによって解決される。本発明によれば、タービンハウジングの流入ハウジングは、二重壁、すなわち、内側の流れ案内コアと外側の力伝達シェルとから形成される。

本発明によるターボチャージャーでは、タービンハウジングの流入ハウジングは二重壁様式で具現化される。内部コアは流れ案内の仕事を引き受ける。外側シェルは力伝達の仕事を引き受ける。このようにして、いわゆる閉じ込め安全性を、先行技術から知られているターボチャージャーと比較して、タービン２の領域において最終的に大幅に改善することができる。

好ましくは、外側力伝達シェルは軸方向に半分に分割され、一方、内側流れ案内コアは、軸方向に分割されない。この構成は、閉じ込め安全性が改善されたターボチャージャーの簡素な設計の実施形態のために好ましい。

好ましくは、力伝達シェルの第１の半体の半径方向内側セクションと内側流れ案内コアの第１の半径方向内側セクションとはそれぞれ、ベアリングハウジングに取り付けられかつ／またはそれに隣接する。外側力伝達シェルの第２の半体の半径方向内側セクションと内側流れ伝達コアの第２の半径方向内側セクションとはそれぞれ、タービンハウジングのインサートピースに取り付けられかつ／またはインサートピースに隣接する。これらの特徴はまた、タービンハウジングの二重壁流入ハウジングおよび改善された閉じ込め安全性を備えたターボチャージャーの簡素な設計の実施形態のために役立つ。

本発明のさらなる展開によれば、断熱材料が内側流れ案内コアと外側力伝達シェルとの間に配置される。これにより、タービンハウジングの流入ハウジングの領域に断熱材を設けることができる。これは、運転の安全性のために、そしてまた効率を高めるために有利である。

本発明の好ましいさらなる展開は従属請求項および以下の説明から得られる。本発明の例示的な実施形態について、これに限定されることなく、図面を用いてより詳細に説明する。

実際に知られているターボチャージャーの断面図である。 ターボチャージャーのタービンの流入ハウジングの領域における、本発明に係るターボチャージャーの断面図である。

本発明はターボチャージャーに関する。

ターボチャージャー１は、第１の媒体を膨張させるための、特に内燃機関の排気ガスを膨張させるためのタービン２を備える。さらにターボチャージャー１は、第１の媒体の膨張中にタービン２において抽出されたエネルギーを利用して、第２の媒体、特に給気を圧縮するためのコンプレッサー３を備える。

タービン２は、タービンハウジング４およびタービンローター５を含む。コンプレッサー３は、コンプレッサーハウジング６およびコンプレッサーローター７を備える。コンプレッサーローター７は、ベアリングハウジング９内に設けられたシャフト８を介してタービンローター５に結合され、ベアリングハウジング９は、タービンハウジング４とコンプレッサーハウジング５との間に配置され、かつ、タービンハウジング４およびコンプレッサーハウジング５の両方に連結されている。

タービン２のタービンハウジング４は、流入ハウジング１１と流出ハウジング１２とを備えている。流入ハウジング１１を介して、タービン２の領域で膨張させられる第１の媒体をタービンローター５に供給することができる。流出ハウジング１２を介して、タービンローター５の領域で膨張させられた第１の媒体がタービン２から流出する。

流入ハウジング１１および流出ハウジング１２に加えて、タービンハウジング４はインサートピース１３を備え、このインサートピース１３は、特に流入ハウジング１１の領域において、すなわちタービンローター５の隣接する動翼１４の半径方向外側でタービンローター５に隣接して延在する。

本発明に関して、タービンハウジング４の流入ハウジング１１は二重壁様式で設計されており、内側流れ案内コア１５と外側力伝達シェル１６とによって形成されている。

内側コア１５は、タービンローター５の方向に膨張させられる第１の媒体を案内するための流れ案内機能を引き受け、外側シェル１６は力伝達機能を引き受ける。

外側力伝達シェル１６は、タービン２またはターボチャージャー１の軸方向に見て、半体１６ａ，１６ｂに分割されている。半径方向外側端部において、外側力伝達シェル１６のこれら二つの半体１６ａ，１６ｂは、フランジ１７，１８において互いに連結されている。半径方向内側端部あるいはセクション１９，２２において、二つの半体１６ａ，１６ｂは、ベアリングハウジング９またはインサートピース１３に取り付けられかつ／またはこれらのアセンブリに隣接する。したがって、半径方向内側セクション１９を有する半体１６ａはベアリングハウジング９と係合し、一方、インサートピース１３は半体１６ｂの半径方向内側セクション２２に隣接する。

シェル１６に囲まれた内部流れ案内コア１５は軸方向に分割されていない。その半径方向内側セクション２０，２１は一方側においてベアリングハウジング９に、そして他方側においてインサートピース１３に隣接し、すなわち半径方向内側セクション２０はベアリングハウジング９に隣接し、半径方向内側セクション２１はインサートピース１３に隣接する。

内側流れ案内コア１５と外側力伝達シェル１６との間には、中空スペース２３が形成されている。有利なさらなる展開によれば、断熱材が内側コア１５と外側シェル１６との間の中空スペース２３内に配置される。

したがって、本発明によるターボチャージャー１では、流入ハウジング２は二重壁様式で具現化されている。力伝達機能と流れ案内機能とは、二つの別個の構成要素によって引き受けられ、したがって互いに分離される。特に、これによって閉じ込め安全性を高めることができる。コア１５とシェル１６との間の中空スペース２３内に断熱材を配置することにより、効率をさらに高めることができる。

例えば、セラミックフォームまたはミネラルウールを断熱材として使用することができる。閉じ込め安全性を向上させるために、断熱材を多層マトリックス構造で埋め込むことができる。これに代えて、またはこれに加えて、ターボチャージャーのある方向の温度ラインを操作するために、中空スペース内にヒートパイプを配置することができる。ヒートパイプの材料としては、主に銅線、例えば銅線編組が、容易に成形可能でありかつ高い熱伝達率を有するため、たいては低温範囲で使用される。高温ヒートパイプの場合、主に耐熱鋼またはニッケル基合金が用いられる。

１ ターボチャージャー
２ タービン
３ コンプレッサー
４ タービンハウジング
５ タービンローター
６ コンプレッサーハウジング
７ コンプレッサーローター
８ シャフト
９ ベアリングハウジング
１０ サイレンサー
１１ 流入ハウジング
１２ 流出ハウジング
１３ インサートピース
１４ 動翼
１５ コア
１６ シェル
１６ａ 半体
１６ｂ 半体
１７ フランジ
１８ フランジ
１９ セクション
２０ セクション
２１ セクション
２２ セクション
２３ 中空スペース

Claims (7)

1. 第１の媒体を膨張させるためのタービン（２）と、前記第１の媒体の膨張中に前記タービン（２）において抽出されたエネルギーを利用して第２の媒体を圧縮するためのコンプレッサー（３）と、を備えたターボチャージャー（１）であって、
   前記タービン（２）は、タービンハウジング（４）と、タービンローター（５）と、を備え、
   前記コンプレッサー（３）は、コンプレッサーハウジング（６）と、シャフト（８）を介して前記タービンローター（５）に結合されたコンプレッサーローター（７）と、を備え、
   前記タービンハウジング（４）と、前記コンプレッサーハウジング（６）とはそれぞれ、両者間に配置されたベアリングハウジング（９）に連結されており、前記ベアリングハウジング（９）内には前記シャフト（８）が設けられており、
   前記タービンハウジング（４）の流入ハウジング（１１）は、二重壁様式で、すなわち内側流れ案内コア（１５）および外側力伝達シェル（１６）から形成されている、ターボチャージャー（１）。
2. 前記外側力伝達シェル（１６）は、軸方向に半体（１６ａ，１６ｂ）へと分割されていることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャー。
3. 前記内側流れ案内コア（１５）は、軸方向に分割されないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のターボチャージャー。
4. 前記外側力伝達シェル（１６）の第１の半体（１６ａ）のセクション（１９）と、前記内側流れ案内コア（１５）の第１のセクション（２０）とはそれぞれ、前記ベアリングハウジング（９）に取り付けられかつ／または前記ベアリングハウジング（９）に隣接していることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のターボチャージャー。
5. 前記外側力伝達シェル（１６）の第２の半体（１６ｂ）のセクション（２２）と、前記内側流れ案内コア（１５）の第２のセクション（２１）とはそれぞれ、前記タービンハウジング（４）のインサートピース（１３）に取り付けられかつ／または前記インサートピース（１３）に隣接していることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のターボチャージャー。
6. 前記外側力伝達シェル（１６）の前記半体（１６ａ，１６ｂ）は、フランジ（１７，１８）において互いに取り付けられていることを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載のターボチャージャー。
7. 前記内側流れ案内コア（１５）と前記外側力伝達シェル（１６）との間の中空スペース（２３）内に断熱材料が配置されることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のターボチャージャー。