JP2018189089A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルリングが、ターボチャージャのベアリングハウジングへ、より信頼性高く固定されるターボチャージャを提供する。【解決手段】タービン１とコンプレッサとを備え、タービンハウジング３は、タービン流入ハウジング４及びインサート部材５を備え、かつノズルリング９を収容してなるターボチャージャにおいて、ノズルリング９はノズルリングの第１カバーリング１２で、ベアリングハウジング２のフランジ１４に第１締結手段１３を介して接続されており、ノズルリング９の第１カバーリング１２が接続されるベアリングハウジング２のフランジ１４には、半径方向外方に延び全周にわたって配置された複数の突出部１５が形成され、第１締結手段１３が、ベアリングハウジング２のフランジ１４の突出部１５を貫通し、かつ、ノズルリング９の第１カバーリング１２と係合している。【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及びコンプレッサを備える。ターボチャージャにおけるタービンにおいては、第１媒体、特に排気ガスが膨張し、かつその過程においてエネルギーが抽出される。ターボチャージャのコンプレッサにおいては、前記第１媒体の膨張時に前記タービンで抽出されたエネルギーを使用して、第２媒体、特に空燃混合気が圧縮される。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る。ターボチャージャのコンプレッサは、コンプレッサハウジング及びコンプレッサロータを備える。タービンロータとコンプレッサロータとは、ベアリングハウジング内に設けられたシャフトによって連結されている。前記ベアリングハウジングは、一方で前記タービンハウジングに、また他方で前記コンプレッサハウジングに接続されている。

前記ターボチャージャの前記タービンハウジングはタービン流入ハウジングを備え、該タービン流入ハウジング介して、膨張する前記媒体が前記タービンロータに送られることは同様に知られている。タービンハウジングは通常、インサート部材及びノズルリングを受けている。該インサート部材によって、膨張した第１媒体はタービンから排出されることが可能とされており、ここで、前記インサート部材は、前記タービンロータの動翼に近接して半径方向外方に延在したものとなっている。前記ノズルリングは、タービンガイド装置、あるいはガイドグリル、あるいはガイド装置とも称されるもので、複数のガイドブレードを備える。これらガイドブレードは、前記第１媒体の流れ方向における前記タービンロータの上流に位置し、このノズルリング介して、膨張すべき前記第１媒体は前記タービンロータの上流に案内される。

実際に知られているターボチャージャでは、前記タービン流入ハウジングは通常、クランプ爪接続によって前記ベアリングハウジングに接続されている。前記ノズルリングもまたクランプ爪接続によって取り付けられており、つまり、該ノズルリングのフランジが、ベアリングハウジングのフランジ又は固定部とタービン流入ハウジングとの間でクランプされる。

したがって、実際に知られているターボチャージャ、ノズルリング、及びタービン流入ハウジングは、前記ベアリングハウジングに、協働的に、あるいは互いに依存して取り付けられている。

作動中、前記ノズルリングは熱に起因する変形に曝される。実際に知られているターボチャージャにおいて、これは、ノズルリング、ベアリングハウジング、及びタービン流入ハウジングの接続が、同様に変形に曝されることとなり、その結果、接続部の摩耗をもたらし、かつこの接続部におけるシール効果が低減する。これは不都合なことである。従って、前記ノズルリングを、ターボチャージャのベアリングハウジングへ、より信頼性高く固定することが求められる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、上記の不具合を解消した新規なタイプのターボチャージャを提供することを目的とする。

上記目的は、本願請求項１に規定されたターボチャージャによって解決される。本発明によれば、前記ノズルリングは、自身の第１カバーリングが、第１締結手段によって、前記ベアリングハウジングのフランジに接続されている。前記ノズルリングの前記第１カバーリングが接続される前記ベアリングハウジングの前記フランジには、半径方向外方に延出しかつ周囲にわたって配設された複数の突出部が形成されており、前記第１締結手段が、前記ベアリングハウジングの前記フランジのこれら突出部を貫通し、かつ前記ノズルリングの前記第１カバーリングと係合している。

前記ベアリングハウジングの前記フランジの前記突出部に作用する前記第１締結手段を介しての、前記ノズルリングの前記ベアリングハウジングと前記フランジとの接続により、前記ノズルリングを前記ベアリングハウジングへしっかりと取り付けることが可能となる。ベアリングハウジングのフランジの突出部が温度によってより急速に、したがってより均等にノズルリングと共に変形できる点において、ベアリングハウジングの前記フランジにおける応力、特に接線応力は、減少する。

好ましくは、前記第１締結手段は、前記タービンハウジングの方向で見て前記ベアリングハウジングから出発し、前記ベアリングハウジングの前記フランジ部を通り、前記ノズルリングの前記第１カバーリング内にまで、軸方向に延在している。この構成により、前記ノズルリングの前記ベアリングハウジングへの組立てが特に有利になっている。

本発明のさらなる実施形態によれば、前記ノズルリングは、該部材の第２カバーリングにおいて、前記インサート部材のフランジに、第２締結手段によって接続されている。ここにおいて、前記第２締結手段は前記インサート部材の前記フランジを貫通し、かつ、前記ノズルリングの前記第２カバーリングと係合している。この際、好ましくは、前記第２締結手段は、前記インサート部材の前記フランジを通って、前記ベアリングハウジングの方向において軸方向に、前記タービンハウジングから前記ノズルリングの前記第２カバーリングまで延在する形態となっている。これらの特徴によって、インサート部材の前記ノズルリングへの組立てが特に有利なものとなり得る。

本発明のさらに別の実施形態によれば、前記タービン流入ハウジングは、別の締結手段によって、前記ノズルリングとは別に前記ベアリングハウジングに固定されている。これは、タービン流入ハウジングとベアリングハウジングとの間の接続において良好なシール効果を保証し、かつそれにより、前記タービン内で膨張する前記第１媒体が周囲へ漏れるという望ましくない状況の発生を防止する上で好ましい。

本発明のさらなる変形実施形態は従属請求項及び下記の記載から得られる。以下、本発明の例示的な、かつ非限定的な実施形態を、図面を参照してより詳細に説明する。

本発明の一実施形態によるターボチャージャにおける、タービン部及びベアリングハウジング部の軸方向部分断面図である。 図１の装置を、インサート部材の一部及びタービン流入ハウジングの一部と共に示した斜視図である。 図２の装置を、ノズルリングの一部と共に示した斜視図である。

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１媒体を膨張させるための、特には内燃機関の排気ガスを膨張させるためのタービンを備える。また、ターボチャージャは、第２媒体、特に空燃混合気を圧縮するためのコンプレッサを備え、すなわち、前記第１媒体の膨張時に該タービンから抽出したエネルギーを利用する。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る。前記コンプレッサは、コンプレッサハウジング及びコンプレッサロータを備える。前記コンプレッサロータは、ベアリングハウジング内に設けられたシャフトを介して前記タービンロータに接続されている。前記ベアリングハウジングは前記タービンハウジングと前記コンプレッサハウジングとの間に位置し、かつ、これらタービンハウジング及びコンプレッサハウジングの双方に接続している。本明細書に臨む当業者はターボチャージャの上記の基本的構成については精通しているであろう。

図１ないし図３は、それぞれ、ターボチャージャにおけるタービン１及びベアリングハウジング２の部分を示した図である。タービン１はタービンハウジング３及びタービンロータ６を備えている。該ターボチャージャの図示されないコンプレッサは、コンプレッサハウジング及びコンプレッサロータを備え、前記タービンロータ６は、前記ベアリングハウジング２内で回転可能に設けられたシャフト７を介して、図示しないコンプレッサロータに接続されている。本実施形態において、該ターボチャージャの前記タービン１は半径流タービン (radial turbine) である。本明細書において半径流タービンとは、気体の流入が、半径方向に生じるもの、当該流入が前記シャフト７に厳密に垂直となるだけでなく、シャフト７と角度を持つ、いわゆる混流タービン (mixed flow turbine) をも意味する。

前記タービンハウジング３はタービン流入ハウジング４を備え、該タービン流入ハウジング４は、この実施形態においては二重壁とされ、かつ、該タービン流入ハウジング４を冷却するための冷却ダクト１０を形成している。タービン流入ハウジング４により、膨張する第１媒体、好ましくは高温排気ガスを、前記タービンロータ６に供給することができる。

前記タービンハウジング３は、インサート部材５及びノズルリング９を収容している。前記ノズルリング９は、タービンロータ６の上流に、膨張する第１の媒体の流れを導くガイドブレード１１を複数備える。タービンロータ６には複数の動翼８が設けられており、これら動翼は従って、前記膨張ガスの流れ方向においてノズルリング９の前記ガイドブレード１１の下流に位置している。ノズルリング９の下流では、タービンロータ６の動翼８に隣接して外側に放射状に配置されたインサート部材５が、前記第１媒体のための流れダクトを規定しており、タービン１内部で膨張する第１媒体は、該インサート部材５を介して該タービン１から排出され得る。

本発明の一実施形態によるターボチャージャでは、前記ノズルリング９は、同部材の第１カバーリング１２において、第１締結手段１３によって、前記ベアリングハウジング２のフランジ１４に接続されている。ノズルリング９の第１カバーリング１２が接続されるベアリングハウジング２の前記フランジ１４には、ノズルリング９の周囲にわたるように配置され半径方向外方に延在する複数の突出部１５が形成されている。

これらの突出部１５は、ラグ、あるいはロゼットとも称される。前記第１締結手段１３が、ベアリングハウジング２のフランジ１４のこれらラグ状又はロゼット状の突出部１５を貫通し、かつノズルリング９の第１カバーリング１２に作用する。

図１に示すように、第１締結手段１３は、ベアリングハウジング２から、タービンハウジング３の方向に軸方向に延出し、ベアリングハウジング２のフランジ１４の突出部１５を貫通して、ノズルリング９の第１カバーリング１２内に至っている。好ましくは、第１締結手段１３は、ネジ付きピンとされており、ノズルリング９の第１カバーリング１２内に延びる部位に外ネジが形成され、これら外ネジは、ノズルリング９の第１カバーリング１２内のネジ孔において対応する内ネジに係合している。これらネジ付きピンの反対側の部位は、ベアリングハウジング２のフランジ１４又は該フランジ１４に形成された突出部１５よりも軸方向に突出して同様に外ネジが切られており、対応するナット２４と係合している。これにより、ノズルリング９は確実にかつ容易にベアリングハウジング２に組み付けれるようになっている。前記ナット２４は、スリーブ２５を介して、ベアリングハウジング２のフランジ１４に自身を支持させている。ネジ付きピンにおける、ベアリングハウジング２のフランジ１４のラグ状又はロゼット状の突出部１５を貫通して延在し、かつ前記外ネジを有する部位が配された部位の間には、好ましく、ネジは形成されてない。

ノズルリング９は、第１カバーリング１２の対向位置にある第２カバーリング１７において、第２締結手段１８によって、インサート部材のフランジ１９に接続されている。該第２締結手段がインサート部材１５のフランジ１９を貫通し、かつノズルリング９の第２カバーリング１７と係合している。第２締結手段１９は、好ましくはネジ付きピンであり、タービンハウジング３から、ベアリングハウジング 2 の方向に軸方向に延出し、インサート部材５のフランジ１９を通って、ノズルリング９の第２カバーリング１７に至っている。

このように、ノズルリング９をベアリングハウジング２に固定する前記第１締結手段は、ベアリングハウジング２から軸方向にタービンハウジングの方向に延出し、ノズルリング９の第１カバーリング１２内に至る一方、前記第２締結手段１８は、前記インサート部材５から又は前記タービンハウジング３から反対に略１８０°転換した軸方向に、ベアリングハウジング２の方向に、ノズルリング９の第２カバーリング１７の内部へ延在している。

既に説明したように、第２締結手段１８は、好ましくは、対向部位に外ネジが形成された複数のネジ付きピンである。すなわち、外ネジの一つは、第１部分に設けられた、ノズルリング９の第２カバーリング１７の対応する複数のネジ孔２０に係合する第１外ネジであり、もう一つは、反対側に位置する第２部分に設けられ、インサート部材５をノズルリング９に固定するためにナット２６と協働する外ネジである。これらナット２６は、自身を、スリーブ２７を介してインサート部材５のフランジ１９に支持する。これらネジ付きピンにおける前記外ネジを有する２つの部分の間において、インサート部材５のフランジ１９を貫通して延在する部分は、好ましくは、同様にネジが形成されない。

タービンハウジング３のタービン流入ハウジング４は、図１ないし図３に例示するように、クランプ用リング２３が、隣接するベアリングハウジング２及びタービン流入ハウジング４のフランジ２１，２２に対して作用するように、ノズルリング９とは別にかつインサート部材５とは別にベアリングハウジング２に固定されている。

そのようなクランプ用リング２３とは対照的に、ベアリングハウジング２及びタービン流入ハウジング４の、互いに隣接するフランジ２１，２２もまた、クランプ爪結合及び／又はネジ結合により互いに接続可能である。

従って、本発明によるターボチャージャでは、一方においてベアリングハウジング２のフランジ１４と相互作用し、かつ他方においてノズルリング９の第１カバーリング１２と相互作用する第１締結手段、すなわちベアリングハウジング２のフランジ１４の領域において、ラグ又はロゼットとも称されるフランジ１４の半径方向の突出部１５を貫通する第１締結手段によって、ノズルリング９をベアリングハウジング２に締結するのが効果的である。これら突出部１５はノズルリング９と共に拡張可能であり、その結果、ベアリングハウジング２とノズルリング９との間の応力は最小化される。インサート部材５は、第２締結手段１８によってノズルリング９に取り付けられている。タービン流入ハウジング４は、ベアリングハウジング２に独立的に取り付けられている。組み立てるには、最初に第２締結手段１８を介してインサイド部材５をノズルリング９上に組み立て、続いて予め組み立てたインサイド部材５及びノズルリング９のユニットを、第１締結手段１３を介してベアリングハウジング２に固定する。これに続き、タービン流入ハウジング４をベアリングハウジング２に組み立てることができる。

１ タービン
２ ベアリングハウジング
３ タービンハウジング
４ タービン流入ハウジング
５ インサート部材
６ タービンロータ
７ シャフト
８ 動翼
９ ノズルリング
１０ ダクト
１１ ガイドブレード
１２ カバーリング
１３ 締結手段
１４ フランジ
１５ 突出部
１６ ネジ孔
１７ カバーリング
１８ 締結手段
１９ フランジ
２０ ネジ孔
２１ フランジ
２２ フランジ
２３ 締結手段
２４ ナット
２５ スリーブ
２６ ナット
２７ スリーブ

Claims (6)

1. 第１媒体を膨張するためのタービン（１）と、
   前記第１媒体が膨張する間に前記タービン内から抽出したエネルギーを利用して第２媒体を圧縮するためのコンプレッサと、を備え、
   前記タービン（１）はタービンハウジング（３）及びタービンロータ（６）を備え、
   前記コンプレッサは、コンプレッサハウジングと、シャフト（７）を介して前記タービンロータ（６）に接続されたコンプレッサロータと、を備え、
   前記タービンハウジング（３）及び前記コンプレッサハウジングはそれぞれ、これらの両者間に配置されて前記シャフト（７）が設けられたベアリングハウジング（２）に接続されており、かつ
   前記タービンハウジング（３）は、タービン流入ハウジング（４）及びインサート部材（５）を備え、かつ複数のガイドブレード（１１）を備えたノズルリング（９）を収容してなる、ターボチャージャにおいて、
   前記ノズルリング（９）が、該ノズルリングの第１カバーリング（１２）において、前記ベアリングハウジング（２）のフランジ（１４）に、第１締結手段（１３）によって接続されており、
   前記ベアリングハウジング（２）における、前記ノズルリング（９）の前記第１カバーリング（１２）が接続される前記フランジ（１４）に、半径方向外方に延び全周にわたって配置された複数の突出部（１５）が形成され、
   前記第１締結手段（１３）が、前記ベアリングハウジング（２）の前記フランジ（１４）の前記突出部（１５）を貫通し、かつ、前記ノズルリング（９）の第１カバーリング（１２）と係合していることを特徴とする、
   ターボチャージャ。
2. 請求項１記載のターボチャージャにおいて、前記第１締結手段（１３）は、前記ベアリングハウジング（２）から軸方向に、前記タービンハウジング（３）の方向に延在し、前記ベアリングハウジング（２）の前記フランジ（１４）の前記突出部（１５）を貫通して前記ノズルリング（９）の前記第１カバーリング（１２）内に至る、ターボチャージャ。
3. 請求項１又は２記載のターボチャージャにおいて、前記ノズルリング（９）は、該ノズルリングの第２カバーリング（１７）において、前記インサート部材（５）のフランジ（１９）に、第２締結手段（１８）により接続されており、前記第２締結手段（１８）は、前記インサート部材（５）の前記フランジ（１９）を貫通して前記ノズルリング（９）の前記第２カバーリング（１７）と係合してなる、ターボチャージャ。
4. 請求項３記載のターボチャージャにおいて、前記第２締結手段（１８）は、前記タービンハウジング（３）から軸方向に前記ベアリングハウジング（２）の方向に延在し、前記インサート部材（５）の前記フランジ（１９）を貫通して、前記ノズルリング（９）の前記第２カバーリング（１７）内に至る、ターボチャージャ。
5. 請求項１から４の何れか一項記載のターボチャージャにおいて、前記タービン流入ハウジング（４）は、前記ノズルリング（９）と別に、他の締結手段（２３）により、前記ベアリングハウジング（２）に締結されている、ターボチャージャ。
6. 請求項１から５の何れか一項記載のターボチャージャにおいて、前記タービンは半径流タービンである、ターボチャージャ。