JP2018162784A

JP2018162784A - ターボチャージャ

Info

Publication number: JP2018162784A
Application number: JP2018031816A
Authority: JP
Inventors: ビョルン・ホスバッハ; Bjoern Hossbach; サンティアゴ・ウーレンブロック; Uhlenbrock Santiago
Original assignee: MAN Energy Solutions SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2017-02-27
Filing date: 2018-02-26
Publication date: 2018-10-18
Also published as: KR20180099509A; DE102017104001A1; CH713507A2; US20180245482A1; CH713507B1; CN108506054A

Abstract

【課題】熱負荷の影響を受けにくい接続部を有するターボチャージャを提供する。【解決手段】このターボチャージャは、タービン（１）と、圧縮機とを有する。前記タービン（１）は、タービン流入ハウジング（４）と、タービンロータ（６）とを有するタービンハウジング（３）を備える。前記圧縮機は、圧縮機ハウジングと、圧縮機ロータと、を備える。前記タービンハウジング（３）と前記圧縮機ハウジングは、軸受ハウジング（２）に接続される。前記タービン流入ハウジング（４）と前記軸受ハウジング（２）とは、互いに隣接したフランジ（９，１０）において締付具（１１）を介して互いに接続される。当該接続は、前記締付具（１１）が挿通する前記タービン流入ハウジング（４）のフランジ（１０）が、軸方向に離間して、前記タービンロータ（６）の範囲の領域まで、径方向に延びてなされる。【選択図】図１

Description

本発明は、ターボチャージャに関する。

ターボチャージャは、タービンと圧縮機を備える。ターボチャージャのタービンは、第一の媒体の膨張、特に排気ガスの膨張のために機能し、第一の媒体の膨張の過程でエネルギが抽出される。ターボチャージャの圧縮機は、第一の媒体の膨張過程で抽出されたエネルギを利用して第二の媒体を圧縮するために機能する。ターボチャージャのタービンは、タービンハウジング及びタービンロータを備え、タービンハウジングは、タービン流入ハウジング及び挿入部材を備える。ターボチャージャの圧縮機は、圧縮機ハウジング及び圧縮機ロータを備える。タービンのタービンロータと圧縮機の圧縮機ロータとは、軸受ハウジングに回転可能に取り付けられた軸を介して互いに連結される。軸受ハウジングは、タービンハウジングと圧縮機ハウジングに接続されている。

慣例から知られるターボチャージャの場合、軸受ハウジングはタービンハウジングのタービン流入ハウジングに、クランプ爪接続を介して接続される。この場合のクランプ爪接続は、少なくとも一つのクランプ爪及び一以上の締付ネジを備え、クランプ爪は軸受ハウジング及びタービン流入ハウジングが互いに隣接している部分をカバーし、一以上の締付ネジはタービン流入ハウジングの関連する箇所における少なくとも一つのクランプ爪を貫通して延びて、タービン流入ハウジング及び軸受ハウジングを互いに締め付ける。タービン流入ハウジングにおけるクランプ爪接続の締付ネジが挿通される部分は、径方向から見て、タービンロータの範囲よりも比較的大きい半径をもって径方向の外側とされる。

慣例から知られるターボチャージャでは、クランプ爪接続は実質的な負荷にさらされる。このため、軸受ハウジング及びタービン流入ハウジングにおいてクランプ爪接続が位置する部分は、異なる熱負荷にさらされ、この結果要素間に相対的な移動がもたらされて、クランプ爪接続が損なわれる結果となり得る。

これを鑑み、本発明は、新しいタイプのターボチャージャを創造するとの目的に基づいている。

この目的は、請求項１に係るターボチャージャを通して解決される。本発明によれば、タービン流入ハウジング及び軸受ハウジングは、互いに隣接したフランジにおいて締付具を介して接続され、その接続の態様は、締付具が挿通するタービン流入ハウジングのフランジが、軸方向に離間して、タービンロータの範囲の領域まで、径方向に延びるというものでる。

本発明に係るターボチャージャにおいては、タービン流入ハウジング及び軸受ハウジングの接続領域は、従来技術から知られるターボチャージャと比較して、より小さい半径もしくは直径の径方向内側に移動される。すなわちタービンロータの範囲の領域まで径方向延びる、締付ネジとして形成される締付具が挿通されるタービン流入ハウジングのフランジにおいて、タービンロータと軸方向に離間して径方向内側に移動される。このことにより、接続要素の応力は軽減される。更に、これら締付具が位置するそれぞれの部分は、同様の熱負荷にさらされる。これらを総合して、タービン流入ハウジングと軸受ハウジングの接続は改善され得る。

本発明の更なる進展によれば、タービンロータ、優先的には同タービンロータの動翼は、締付具が挿通するタービン流入ハウジングのフランジをカバーし、かつ、締付具は少なくともいくつかの部分に分かれている。これは、特にタービン流入ハウジングと軸受ハウジングの確実な接続のために好ましい。互いに接続される要素の領域と締付具における好ましくない応力は、可能な限り小さく保たれる。これはタービン流入ハウジングと軸受ハウジングの確実な接続を確かにする。

締付具は、タービン流入ハウジングのフランジから始まり、軸受ハウジングのフランジの中に延びると好ましい。これは、タービン流入ハウジングと軸受ハウジングの簡易な組み立てを可能とする。

締付具が挿通するタービン流入ハウジングのフランジは、タービンから見て軸方向に、タービンロータの背後の軸受ハウジングの方向、かつ締付具が挿通する軸受ハウジングのフランジの全面に配置されると好ましい。これらの特徴は、タービン流入ハウジングと軸受ハウジングが互いに接続された組立体における好ましくない応力を最小化し、タービン流入ハウジングと軸受ハウジングとの確実な接続に寄与する。

本発明の好ましい更なる進展は、従属請求項及び以下の明細書から得られる。本発明の例示的実施形態は、それに限定されることなく、図面を参照してより詳細に説明される。

本発明のターボチャージャのタービンと軸受ハウジングの領域から抽出した軸方向断面図である。

本発明は、ターボチャージャに関する。ターボチャージャは、第一の媒体の膨張のため、特には内燃機関の排気ガスの膨張のためのタービンを備える。更に、ターボチャージャは、第二の媒体の圧縮、特には供給空気を、第一の媒体の膨張の過程でタービンから抽出されたエネルギを利用して圧縮する圧縮機を備える。ここで、タービンは、タービンハウジングとタービンロータとを備える。圧縮機は、圧縮機ハウジングと圧縮機ロータとを備える。圧縮機ロータは、軸受ハウジングに取り付けられた軸を介してタービンロータに接続される。軸受ハウジングは、タービンハウジングと圧縮機ハウジングの間に位置されてタービンハウジングと圧縮機ハウジングの両方に接続される。ここでいう当業者とは、ターボチャージャの基礎的な構造をよく知っているものである。

図１は、この場合ラジアルタービンとされたタービン１、及び軸受ハウジング２の範囲において抽出したターボチャージャの概略断面図である。タービン１の、タービンハウジング３及びタービンロータ６が示される。タービンハウジング３は、少なくとも一つのタービン流入ハウジング４及び挿入部材５を備え、膨張する媒体はタービン流入ハウジング４を介してタービンロータ６に送られ、膨張した媒体は挿入部材５を介してタービンロータ６に排出され得る。タービンロータ６は動翼８を支持している。

タービンロータ６は図示されない軸を介して圧縮機の圧縮機ロータに連結され、軸７は軸受ハウジング２に取り付けられる。本願発明は、軸受ハウジング２とタービン流入ハウジング４の接続の詳細に関するものであり、この接続は、タービン流入ハウジング４と軸受ハウジング２が互いに接続される要素における好ましくない応力を最小化もしくは回避してタービン流入ハウジング４と軸受ハウジング２との確実な接続を確かなものとする。

図１から明らかなように、タービン流入ハウジング４と軸受ハウジング２とは、好ましくは締付ネジとされた締付具１１を介して、互いに隣接するフランジ９、１０に接続される。締付具１１が挿通するタービン流入ハウジング４のフランジ１０は、径方向から見て、タービンロータ６から、タービンロータ６の範囲の径方向領域まで延び、これにより、慣例のターボチャージャと比較して締付具１１は相対的に小さい半径、すなわち小さい直径に位置する。これにより、互いに接続される要素における応力は最小化される。締付具１１の領域において、タービン流入ハウジング４と軸受ハウジング２とは、ほぼ同じ熱負荷にさらされる。タービン流入ハウジング４と軸受ハウジング２との間の好ましくない相対的な移動は最小化される。これらを総合し、タービン流入ハウジング４と軸受ハウジング２との間の接続が損なわれるリスクが低減される。

突出部において、タービンロータ６は締付具１１が挿通するタービン流入ハウジング４のフランジ１０を少なくとも部分的にカバーする。特に、タービンロータ６は締付具１１を少なくとも部分的にカバーする。図１から明らかなように、突出部において、タービンロータ６の動翼８は、少なくとも締付具１１と、締付具１１が挿通するタービン流入ハウジングのフランジ１０を部分的にカバーするか、もしくは重なる。上記したカバーの範囲は、径方向から見て、軸方向の間隔として実施される。タービン１から軸受ハウジング２への方向に軸方向から見ると、締付具１１が挿通するタービン流入ハウジング４のフランジ１０は、タービンロータ６の動翼の背後かつ軸受ハウジング２の締付具１１が挿通するフランジ９の前面に配置される。

従って、締付ネジとされた締付具１１は、タービン流入ハウジング４のフランジ１０から始まり、軸受ハウジング２のフランジ９に延びる。例示された本発明に係るターボチャージャの実施形態において、慣例から知られるタービン流入ハウジングと軸受ハウジングとの間の接続のクランプ爪接続の締付具と比較し、締付具１１は軸方向からみておよそ１８０°回転している。

本願発明によれば、特に、好ましくはラジアルタービンとされるタービンのタービン流入ハウジング４とターボチャージャの軸受ハウジング２の確実な接続を提供することが出来る。

本発明の観点から、ラジアルタービンは、ガスが軸方向から流入するが、必ずしも軸７に厳密に垂直にではなく、軸７に対して角度を持って流入する混流タービンをも意味する。

タービン流入ハウジング４と軸受ハウジング２との間の接続領域に熱的にもたらされる応力は最小限度に低減され、同様に互いに接続されている組立体の間の相対的な移動も最小限度に低減される。

１タービン
２軸受ハウジング
３タービンハウジング
４タービン流入ハウジング
５挿入部材
６タービンロータ
７軸
８動翼
９フランジ
１０フランジ
１１締付具

Claims

第一の媒体を膨張するためのタービン（１）と、前記第一の媒体の前記膨張の過程で前記タービンから抽出されたエネルギを利用して第二の媒体を圧縮する圧縮機と、を有し、
前記タービン（１）は、タービン流入ハウジング（４）と、タービンロータ（６）とを有するタービンハウジング（３）を備え、
前記圧縮機は、圧縮機ハウジングと、軸（７）を介して前記タービンロータ（６）に連結される圧縮機ロータと、を備え、
前記タービンハウジング（３）及び前記圧縮機ハウジングはそれぞれ、両者間に配置されて前記軸（７）が取り付けられる軸受ハウジング（２）に接続されてなる、
ターボチャージャであって、
前記タービン流入ハウジング（４）と前記軸受ハウジング（２）とは、互いに隣接したフランジ（９，１０）において締付具（１１）を介して互いに接続され、当該接続は、前記締付具（１１）が挿通する前記タービン流入ハウジング（４）のフランジ（１０）が、軸方向に離間して、前記タービンロータ（６）の範囲の領域にまで、径方向に延びてなされる
ことを特徴とするターボチャージャ。
請求項１に記載のターボチャージャであって、前記タービンロータ（６）は、前記締付具（１１）が挿通するタービン流入ハウジング（４）のフランジ（１０）を少なくとも部分的にカバーすることを特徴とするターボチャージャ。
請求項２に記載のターボチャージャであって、前記タービンロータ（６）は、前記締付具（１１）を少なくとも部分的にカバーすることを特徴とするターボチャージャ。
請求項３に記載のターボチャージャであって、前記タービンロータ（６）の動翼は、前記締付具（１１）を少なくとも部分的にカバーすることを特徴とするターボチャージャ。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のターボチャージャであって、前記締付具（１１）は、前記タービン流入ハウジング（４）のフランジ（１０）から始まり、前記軸受ハウジング（２）のフランジ（９）まで延びていることを特徴とするターボチャージャ。
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のターボチャージャであって、前記タービン（１）から前記軸受ハウジング（２）への方向に軸方向に見ると、前記締付具（１１）が挿通する前記タービン流入ハウジング（４）の前記フランジ（１０）は、前記タービンロータ（６）の背後、かつ、前記締付具（１１）が挿通する前記軸受ハウジング（２）の前記フランジ（９）の前面に配置されることを特徴とするターボチャージャ。
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のターボチャージャであって、前記タービンはラジアルタービンであることを特徴とするターボチャージャ。