JP2018193993A - ターボ過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ターボ過給機に関する。【解決手段】本発明におけるターボ過給機は、第１の媒体を膨張させるためのタービンであって、タービンハウジングとタービンロータとを備えているタービンと、第１の媒体を膨張させる際にタービンの内部で抽出されたエネルギを利用することによって、第２の媒体を圧縮するための圧縮機であって、圧縮機ハウジングとシャフトを介してタービンロータに結合されている圧縮機ロータとを備えている圧縮機と、タービンハウジングと圧縮機ハウジングとの間に配置されている軸受ハウジングであって、タービンハウジングと圧縮機ハウジングとの両方が、軸受ハウジングに接続されており、軸受ハウジングが、タービンに面している側において、密封カバーによって閉じられており、終端カバーが、タービンロータに隣接している密封カバーに隣り合っている、軸受ハウジングと、を備えており、密封カバーと終端カバーとが、一体構成部品として形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、ターボ過給機に関する。

ターボ過給機は、圧縮機とタービンとを備えている。タービンでは、第１の媒体が膨張され、エネルギがプロセス中に抽出される。タービンで抽出されたエネルギは、圧縮機で第２の媒体を圧縮するために利用される。排ガスターボ過給機の場合には、タービンで膨張された第１の媒体は、内燃機関の排ガスとされ、圧縮機で圧縮された第２の媒体は、内燃機関に給送されるべき給気とされる。

特許文献１から、軸流式タービンとして構成されているタービンを具備する排ガスターボ過給機が知られている。さらに、当該先行技術から、タービンロータを圧縮機ロータに結合しているシャフトが、軸受ハウジングに回転可能に取り付けられており、タービンロータに面している側には、軸受ハウジングが密封カバーによって閉じられていることが知られている。密封カバーとタービンロータとの間には、終端カバーが位置決めされており、さらには、終端カバーは、密封空気をタービンロータに向かって導くために、密封カバーと共に、特定部分において密封空気ダクトの境界を形成している。密封カバーと終端カバーとの間に形成されている密封空気流路は、圧縮機又は外部ソースから放出される密封空気を、軸受ハウジング及び密封カバーの内部に組み込まれている密封空気ダクトを介して給送することができる。

低コストで製造可能とされるターボ過給機に対するニーズが存在する。

独国実用新案登録出願第２０２０１４００２９８１号明細書

このような観点から、本発明の目的は、新しいタイプのターボ過給機を創造することである。当該目的は、請求項１に記載のターボ過給機によって達成される。本発明では、密封カバーと終端カバーとが、一体構成部品として形成されている。本発明におけるターボ過給機の場合には、軸受ハウジングとタービンとの間に配置されている密封カバー及び終端カバーが、一体品ひいては一体構成部品に形成されている。このために、ターボ過給機の製造が著しく単純化される。現在に至るまで２つの別部品として構成されていなかった機能部品が、一体構成部品に統合されている。従って、一の構成部品のみに機械的動作が要求される。密封カバーと終端カバーとの間における一連の許容誤差が解消される。密封カバー及び終端カバーを一体構成部品として実現することによって、製造時における労力が低減されるばかりでなく、必要な設置スペースを良好に利用可能となる。

本発明の優位なさらなる発展形態では、密封空気のための少なくとも１つの導管が、統合された構成要素の内部に組み込まれている。導管又は導管それぞれによって、密封空気が、シャフト又はタービンロータと一体構成部品との間における密封面に最適に給送可能とされる。

好ましくは、密封空気流路が、軸受ハウジングのラジアル方向内面と排ガス内部ディフューザのラジアル方向内面との間には、ラジアル方向外方において排ガスディフューザを所定の部分に形成されており、密封カバー及び終端カバーとしての機能を果たす一体構成部品の導管又は導管それぞれに密閉空気を導く。従って、密封空気流路を形成するために、流路を軸受ハウジングに一体化させる必要がなく、密封空気流路の境界は、必要不可欠な軸受ハウジングのラジアル方向外面と必要不可欠な排ガス内部ディフューザのラジアル方向内面とによって形成されている。これにより、ターボ過給機の製造時における労力もさらに低減させることができる。しかしながら、軸受ハウジングのボアを通じた密封空気の給送を実現することが依然として可能である。

好ましくは、密封カバー及び終端カバーとしての機能を果たす一体構成部品が、密封カバー及び終端カバーとしての機能を果たす一体構成部品を排ガス内部ディフューザに対して密封するために、密封要素を受容するための少なくとも１つの溝をラジアル方向外方に備えている。これら詳細によって、排ガス空間に対して密封空気空間を最適に密封することができる。

本発明の優位なさらなる発展形態では、密封面が、ラジアル方向内側において、密封カバー及び終端カバーとしての機能を果たす一体構成部品に形成されており、タービンロータ側のラビリンスシールのシール先端と相互作用する。これにより、ロータすなわち軸受内部空間を排ガスに対して最適に密封することができる。

本発明の好ましいさらなる発展形態については、従属請求項及び発明の詳細な説明から理解することができる。本発明の典型的な実施例について、図面を用いて詳述するが、図面に限定される訳ではない。

軸流式タービンの領域における、本発明に係るターボ過給機の概略図である。

本発明は、ターボ過給機に関する。図１は、軸受ハウジング１及び詳細には図示しないタービンのタービンロータ２の領域における、本発明に係るターボ過給機の概略図である。タービンロータ２は、シャフト３を介して、図示しない圧縮機の圧縮機ロータに結合されている。図１は、タービンロータ２を図示しない圧縮機ロータに結合しているシャフト３を軸受ハウジング１に取り付けるために介在する軸受４を表わす。

軸受４は、軸受キャップ５を介して、軸受ハウジング１に保持されている。軸受キャップ５は、シャフト３の表面に接触した状態で配置されているシール先端６をラジアル方向内側に備えており、シール先端６は、シャフト３の当該表面と共にラビリンスシールを形成している。

本発明におけるターボ過給機の場合には、一体構成部品７が、軸受ハウジング１とタービンロータ２との間に位置決めされており、一体構成部品７は、密封カバーとしての機能を果たすと共に、従来技術として知られているターボ過給機では別部品群として実現されている終端カバーとしての機能を果たす。

密封カバー及び終端カバーとしての機能を果たす一体構成部品７によって、軸受ハウジング１は、油が、タービンロータ２に向かって軸受ハウジング１から漏出することを防止するために、タービンロータ２に面している側において密封されている。密封空気のための少なくとも１つの導管８が、一体構成部品７のラジアル方向内周面とシャフト３に直接又は間接的に配置されているラビリンスディスク１０のラジアル方向外周面との間に形成されている密封領域９に密封空気を給送するために、密封カバー及び終端カバーとしての機能を果たす一体構成部品７の内部に組み込まれている。シール先端６は、ラビリンスディスク１０又はタービンシャフト３のラジアル方向外面に装着されており、一体構成部品７のラジアル方向内周面と共に密封間隙を形成しており、且つ、一体構成部品７のラジアル方向内周面と共に密封領域９にラビリンスシールを形成している。ラビリンスディスク１０は、ナット１１を介してシャフト３に固定可能とされる。

上述のように、密封空気は、一体構成部品７に一体化されている導管８又は導管８それぞれを介して、ラビリンスシールの密封領域９に供給可能とされる。好ましくは、密封空気のための複数の導管８が、周囲に亘って分散配置されており、一体構成部品７の内部に組み込まれており、シャフト３に等間隔で環状に分散配置されるように環状のダクトに向かって開口している。

密封空気は、図示しない圧縮機又は外部の密封空気源から、図示の典型的な実施例では軸受ハウジング１のラジアル方向外面１３と軸受ハウジング１からラジアル方向外方に連なっている排ガス内部ディフューザ１５のラジアル方向内面１４とによって境界が形成されている密封空気流路１２を介して、一体構成部品７の導管８又は導管８それぞれに供給可能とされる。従って、排ガス内部ディフューザ１５のラジアル方向内面１４は、軸受ハウジング１のラジアル方向外面１３と排ガス内部ディフューザ１５のラジアル方向内面１４との間に密封空気流路１２が形成されるように、軸受ハウジング１のラジアル方向外面１３のラジアル方向外側に位置決めされている。密封空気は、密封空気流路１２を介して、密封カバー及び終端カバーとしての機能を果たす一体構成部品７の導管８に供給可能とされる。他の実施例では、密封空気は、アキシアル方向ボアを通じて複合ユニットの内部に導かれ、ラビリンスシールに給送される場合がある。

図１に表わすように、排ガス内部ディフューザ１５は、排ガス内部ディフューザ１５の所定の周方向位置において軸受ハウジング１に向かって排ガス内部ディフューザ１５のラジアル方向内面１４に対してラジアル方向内側に突出している突起１６であって、軸受ハウジング１に接触している突起１６介して、タービンロータ２に面している軸受ハウジング１の端部において排ガス内部ディフューザ１５自体を支持しているので、突起１６同士の間において、密封空気を一体構成部品７の導管８に向かって流すことができる。排ガス内部ディフューザ１５のラジアル方向外面２１において、排ガス内部ディフューザ１５は、膨張された排ガスをタービンロータ２から排出するための排ガス流路２２の境界を形成している。

図１では、密封カバー及び終端カバーとしての機能を果たす一体構成部品７は、密封要素１８を位置決めするための少なくとも１つの溝１７を、図示の典型的な実施例では２つの溝１７をラジアル方向外面に備えているので、排ガス内部ディフューザ１５すなわち排ガス内部ディフューザ１５のラジアル方向内面１４に関連する密封カバー及び終端カバーとしての機能を果たす一体構成部品７を排ガスに対して密封することができる。溝１７に受容されている密封要素１８は、排ガス内部ディフューザ１５のラジアル方向内面１４の一部分１４ａに接触した状態で配置されている。

好ましくはガスケットとして構成されている密封要素１９が、軸受の内部空間からの油の流出を防止するようにアキシアル方向において互いに接触した状態で配置されている軸受ハウジング１及び一体構成部品７のフランジ面を密封するために、軸受ハウジング１と密封カバー及び終端カバーとしての機能を果たす一体構成部品７との間に配置されていることが望ましい。

図１に表わさないが、密封カバー及び終端カバーとしての機能を果たす一体構成部品７は、タービンロータ２と密封カバー及び終端カバーとしての機能を果たす一体構成部品７との間において且つ可能な限りラジアル方向外側において排ガスを密封するための、例えばラビリンスシールのシール先端のような密封要素をタービンロータ２に面しているアキシアル方向端面に備えており、ピストン表面をタービンロータ２に発生させることによって、推進力を緩和させることができる。このような構成は、必要に応じて任意に設けられる。

従って、本発明におけるターボ過給機では、現在に至るまで別々の部品として構成されていた密封カバー及び終端カバーが、一体構成部品として構成されている。従って、現在に至るまで別々の部品として構成されていた構成部品が一体構成部品として一体化された結果として、製造時及び組立時における労力が緩和される。また、現在に至るまで別体の部品同士の間に存在した一連の許容誤差が解消される。利用可能な設置スペースを有効に利用することができる。製造しなければならない部品の点数が低減される。組立時における労力に加えて、製造コストも低減される。密封空気は、一体構成部品の内部に組み込まれている導管を介して確実に導かれる。

図示の典型的な実施例では、導管８が、少なくとも特定部分においてラジアル方向に対して斜めに配設された態様で、ラジアル方向外面からラジアル方向内面に延在している。コンパクトな設計を実現することによって、最適に密封空気を密封領域９に導くことができる。導管８は、ラビリンスシールの全周に亘って密封空気を一様に分配するための環状ダクトに向かって開口している。

一体構成部品７の導管８は、穴加工、圧延加工、又は型成形されている場合がある。

１ 軸受ハウジング
２ タービンロータ
３ シャフト
４ 軸受
５ 軸受キャップ
６ シール先端
７ 一体構成部品
８ 導管
９ 密封領域（ラビリンスシール）
１０ ラビリンスディスク
１１ ナット
１２ 密封空気通路
１３ （軸受ハウジング１の）ラジアル方向外面
１４ （排ガス内部ディフューザ１５の）ラジアル方向内面
１４ａ （排ガス内部ディフューザ１５の）ラジアル方向内面の一部分
１５ 排ガス内部ディフューザ
１６ 突起
１７ 溝
１８ 密封要素
１９ 密封要素
２０ 軸線方向間隙
２１ （排ガス内部ディフューザ１５の）ラジアル方向外面
２２ 排ガス流路

Claims (8)

1. 第１の媒体を膨張させるためのタービンであって、タービンハウジングとタービンロータ（２）とを備えている前記タービンと、
   前記第１の媒体を膨張させる際に前記タービンの内部で抽出されたエネルギを利用することによって、第２の媒体を圧縮するための圧縮機であって、圧縮機ハウジングと、シャフト（３）を介して前記タービンロータ（２）に結合されている圧縮機ロータとを備えている前記圧縮機と、
   前記タービンハウジングと前記圧縮機ハウジングとの間に配置されている軸受ハウジング（１）であって、前記タービンハウジングと前記圧縮機ハウジングとの両方が、前記軸受ハウジング（１）に接続されており、前記軸受ハウジング（１）が、前記タービンに面している側において、密封カバーによって閉じられており、終端カバーが、前記タービンロータ（２）に隣接している前記密封カバーに隣り合っている、前記軸受ハウジング（１）と、
   を備えているターボ過給機において、
   前記密封カバーと前記終端カバーとが、一体構成部品（７）として形成されていることを特徴とするターボ過給機。
2. 密封空気のための少なくとも１つの導管（８）が、前記密封カバー及び前記終端カバーとしての機能を果たす前記一体構成部品（７）の内部に組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載のターボ過給機。
3. 密封空気のための複数の導管（８）が、前記密封カバー及び前記終端カバーとしての機能を果たす前記一体構成部品の内部に組み込まれており、前記一体構成部品（７）の全周に亘って分散配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のターボ過給機。
4. 密封面が、ラジアル方向内側において前記密封カバー及び前記終端カバーとしての機能を果たす一体構成部品（７）に形成されており、前記タービンロータ（２）の側においてラビリンスシールのシール先端と相互作用していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のターボ過給機。
5. 密封空気流路（１２）が、前記軸受ハウジング（１）のラジアル方向外面（１３）と排ガス内部ディフューザ（１５）のラジアル方向内面（１４）との間において、排ガスディフューザダクトをラジアル方向外方の所定の部分に形成しており、前記密封カバー及び前記終端カバーとしての機能を果たす前記一体構成部品（７）の導管（８）又は管（８）それぞれに密閉空気を導くことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のターボ過給機。
6. 前記密封カバー及び前記終端カバーとしての機能を果たす前記一体構成部品（７）が、前記密封カバー及び前記終端カバーとしての機能を果たす前記一体構成部品（７）を前記排ガス内部ディフューザ（１５）に対して密封するために、密封要素（１８）を受容するための少なくとも１つの溝（１７）をラジアル方向外方に備えていることを特徴とする請求項５に記載のターボ過給機。
7. 前記密封カバー及び前記終端カバーである前記一体構成部品（７）の、前記タービンロータ（２）に面しているアキシアル方向端面には、ラビリンスシールのシール先端又は前記タービンロータ（２）と前記一体構成部品（７）との係合面が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のターボ過給機。
8. 前記タービンが、軸流式タービンとされることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のターボ過給機。