JP2019044772A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】摩耗リスクの小さい新規なタイプのターボチャージャを創作すること。
【解決手段】流入筐体（１１）のフランジ（１８）とノズルリング（１５）のフランジ（２４）との間には、第１接触締付領域（２７）が、ノズルリング（１５）のフランジ（２４）と密閉カバー（１６）のフランジ（２５）との間には、第２接触締付領域（２８）が、密閉カバー（１６）のフランジ（２５）とベアリング筐体（９）のフランジ（２６）との間には、第３接触締付領域（２９）が形成される。第１接触締付領域（２７）の領域において、及び／または、第２接触締付領域（２８）の領域において、及び／または、第３接触締付領域（２９）の領域において、互いに接触する隣接領域は、硬化されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ターボチャージャに関する。

特許文献１から、ターボチャージャの基本構成が知られている。ターボチャージャは、第１媒体を膨張させるタービンを備える。ターボチャージャは、第２媒体を圧縮させる、すなわち第１媒体の膨張中にタービンから抽出したエネルギーを利用する圧縮機をさらに備える。ターボチャージャのタービンは、タービン筐体とタービンロータとを備える。ターボチャージャの圧縮機は、圧縮機筐体と圧縮機ロータとを備える。タービンのタービン筐体と圧縮機の圧縮機筐体との間には、ベアリング筐体が位置しており、ベアリング筐体は、一方では、タービン筐体に接続されており、他方では、圧縮機筐体に接続されている。ベアリング筐体内には、シャフトが備え付けられており、このシャフトを介して、タービンロータは、圧縮機ロータに連結されている。

慣習から公知であることは、タービンのタービン筐体、すなわち、いわゆる流入筐体とベアリング筐体とが締結装置を介した互いに接続されており、この締結装置が、締付爪として設計されていること、である。締付爪として設計されているこのような締結装置は、締結装置の第１セクションによって、締結手段を介してタービン筐体のフランジに取り付けられており、第２セクションによって、少なくも複数の区域でベアリング筐体のフランジを覆っている。このような締結装置を用いて、ベアリング筐体とタービン筐体との組合せは、締め付けられる、すなわち、タービン筐体とベアリング筐体との間にある密閉カバー及びノズルリングを締め付ける。

タービン筐体には、膨張される第１媒体、すなわち膨張される排気ガスが充填されている。タービン筐体の流入筐体は、タービンロータの方向で排気ガスを導く。流入筐体には、周囲に対する過圧があり、この過圧は、第１媒体の膨張中にエネルギーの抽出を受けるタービン内で減圧される。タービン筐体または流入筐体とベアリング筐体との接続領域では、漏洩が発生し得、それにより、タービン内で膨張される第１媒体は、タービン筐体とベアリング筐体との間の接続領域を通して周囲に入り得る。これは、欠点である。

独国特許出願公開第１０２０１３００２６０５号明細書

タービン内で膨張される第１媒体がこのように漏洩することに対抗するために、タービン筐体または流入筐体とベアリング筐体との間を締結することは、特に締結手段のための高締付トルクを介して、慣習に従って増加され、この高締付トルクを介して、好ましくは締付爪として設計されている締結装置は、タービン筐体に取り付けられている。これにより、締結装置とベアリング筐体との間の締付力が増大する。さらに、ベアリング筐体と密閉カバーとの間の、密閉カバーとノズルリングとの間の、及び、ノズルリングと流入筐体との間の、締付力を増加させる。締結装置とベアリング筐体との間の、ベアリング筐体と密閉カバーとの間の、密閉カバーとノズルリングとの間の、及び、ノズルリングと流入筐体との間の、上記接触締付領域は、特にベアリング筐体と流入筐体との組立体の熱膨張が異なる結果として、相対移動にさらされる。相対移動は、同様に、振動またはガス力によって引き起こされ得る。抗接触圧力または高負荷力もしくは高締付力と同時に、接触締付領域の領域は、その後、いわゆる切削効果の結果として生じ得る。これにより、タービン内で膨張される第１媒体の周囲への漏洩を引き起こし得、同時に、極端な例において、流入筐体とベアリング筐体との接続部分を弛緩させ得る。

これから、本発明は、摩耗リスクの小さい新規なタイプのターボチャージャを創作するという目的に基づいている。この目的は、請求項１にかかるターボチャージャによって解決される。本発明によれば、第１接触締付領域において、及び／または、第２接触締付領域において、及び／または、第３接触締付領域において、互いに接触する隣接面は、硬化される。これにより、接触締付領域の領域における摩耗を低減し得る。

好ましくは、少なくとも２つの接触締付領域において、特に好ましくは第１接触締付領域、第２接触締付領域及び第３接触締付領域を備える一群の接触締付領域からの３つの接触締付領域全てにおいて、互いに接触する隣接面は、硬化される。これにより、接触締付領域の領域における摩耗をさらに低減し得る。

締結装置の第２セクションとベアリング筐体のフランジとの間には、第４接触締付領域が形成されており、この第４接触締付領域において互いに接触する隣接面は、好ましくは、同様に硬化されている。これにより、接触締付領域の領域における摩耗をさらに低減し得る。

本発明の有利なさらなる展開によれば、第１接触締付領域におけるタービン筐体のフランジの表面及び／または第３接触締付領域におけるベアリング筐体のフランジの表面は、それぞれにおいて、被覆によって硬化されている。第１接触締付領域及び／もしくは第２接触締付領域におけるノズルリングのフランジの表面並びに／または第２接触締付領域及び／もしくは第３接触締付領域における密閉カバーのフランジの表面は、窒化によって硬化されている。表面をこのように硬化することは、好ましい。

本発明の好ましいさらなる展開は、従属請求項または以下の説明から得られる。本発明の例示的な実施形態は、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される。

ターボチャージャを示す横断面図である。 ターボチャージャの流入筐体の及びベアリング筐体の領域におけるターボチャージャを示す横断面図である。

本発明は、ターボチャージャに関する。

ターボチャージャ１は、第１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１は、第２媒体、特に吸気を圧縮するための、すなわち、第１媒体の膨張中にタービン２から抽出されたエネルギーを用いる圧縮機３を備える。

ここで、タービン２は、タービン筐体４及びタービンロータ５を備える。圧縮機３は、圧縮機筐体６及び圧縮機ロータ７を備える。圧縮機ロータ７は、シャフト８を介してタービンロータ５に連結されており、このシャフトは、ベアリング筐体９内に取り付けられており、ベアリング筐体９は、タービン筐体４と圧縮機筐体６との間に位置し、タービン筐体４及び圧縮機筐体６双方に接続されている。

タービン２のタービン筐体４は、流入筐体１１及び流出筐体１２を備える。流入筐体１１を用いて、タービン２の領域で膨張される第１媒体は、タービンロータ５に供給され得る。流出筐体１２を用いて、タービンロータ５の領域で膨張した第１媒体は、タービン２から流出する。

流入筐体１１及び流出筐体１２に加え、タービン筐体４は、インサート片１３を備え、インサート片１３は、特に流入筐体１１の領域において、すなわちタービンロータ５に隣接してタービンロータ５の可動ブレード１４に対して径方向外側に隣接して、延在する。

さらに、タービン筐体４は、ノズルリング１５を備える。ノズルリング１５は、同様に、タービン案内器具と称される。

さらに、図１は、流入筐体１１とベアリング筐体９との接続領域にある密閉カバー１６を示す。密閉カバー１６は、同様に、ベアリング筐体カバーまたは熱シールドと称される。

タービン２の流入筐体１１は、締結装置１７が、第１セクションによって、流入筐体１１のフランジ１８に取り付けられる、すなわち複数の締結手段２０を利用して取り付けられるように、かつ、第２セクション２１によって、締結装置１７がベアリング筐体９のフランジ２６と少なくとも複数の区域で重なるように、締結装置１７を介してベアリング筐体９に接続されている。締結装置１７は、同様に締付爪と称され得る。周方向で見て、締結装置１７は、セグメント化され(segmented)得る。

締結手段２０それぞれは、流入筐体１１のフランジ１８内に螺着されるネジ山付ボルト２２と、ネジ山付ボルト２２の他端部に作用するナット２３と、を備え、ナット２３を締め付けることによって、締結装置１７を介して、所定の予備負荷力は、流入筐体１１に及びベアリング筐体９にかけられ得る。このようにして、ノズルリング１５および密閉カバー１６の対応するフランジ２４、２５は、流入筐体１１とベアリング筐体９との間で締め付けられる。

上述のように、複数の接触締付領域は、タービン２の流入筐体１１とベアリング筐体９との間にある接続領域に、すなわち流入筐体１１のフランジ１８とノズルリング１５のフランジ２４との間にある第１接触締付領域２７、ノズルリング１５のフランジ２４と密閉カバー１６のフランジ２５との間にある第２接触締付領域２８、密閉カバー１６のフランジ２５とベアリング筐体９のフランジ２６との間にある第３接触締付領域２９、及び、ベアリング筐体９のフランジ２６と締結装置１７の第２セクション２１との間にある第４接触締付領域３０、に形成される。

本発明に関して、第１接触締付領域２７の領域において、及び／または、第２接触締付領域２８の領域において、及び／または、第３接触締付領域２９の領域において、互いに接触する隣接面は、硬化される。

好ましくは少なくも２つの接触締付領域の領域において、特に好ましくは第１接触締付領域２７と第２接触締付領域２８と第３接触締付領域２９とを備える一群の接触締付領域から３つの接触締付領域全ての領域において、互いに接触する隣接面は、硬化される。

本発明の有利なさらなる展開において、第４接触締付領域３０の領域において互いに接触する隣接面は、同様に、硬化される。

隣接面を硬化することは、表面それぞれの表面硬度が少なくとも４０ＨＲＣに達するように良好に作用する。

本発明の好ましい例示的な実施形態において、第１接触締付領域２７において、タービン２の流入筐体１１のフランジ１８の表面が被覆によって、好ましくはコバルト・クロム被覆によって、硬化されており、この被覆は、吹き付けによって流入筐体１１のフランジ１８に塗布されている。第１接触締付領域２７及び第２接触締付領域２８それぞれにおいて、ノズルリング１５のフランジ２４の表面は、窒化によって、好ましくはガス窒化によって、硬化されている。第２接触締付領域２８及び第３接触締付領域２９の領域において、密閉カバー１６のフランジ２５の表面は、好ましくは、同様に、窒化によって、特に塩浴窒化によって、硬化されている。第３接触締付領域２９において、ベアリング筐体９のフランジ２６の表面は、被覆によって、好ましくはコバルト・クロム被覆によって、硬化されており、この被覆は、吹き付けによって第３接触締付領域２９におけるベアリング筐体９のフランジ２６に塗布されている。第４接触締付領域３０においてベアリング筐体９のフランジ２６の表面は、好ましくはコバルト・クロム被覆のようなものによって、具現化されており、第４接触締付領域３０において、締結装置１７の第２セクション２１の表面は、好ましくは、窒化によって硬化されている。接触締付領域において表面をこのように硬化することが好ましいが、表面は、同様に、他の効果方法によって硬化され得る。

この発明により、上記接触締付領域２７、２８、２９及び３０の摩耗を低減し得る。これにより、タービン２の流入筐体１１とベアリング筐体９との接続は、双方とも摩耗を受けにくくなる。このため、この接続が意図せず弛緩する危険性及び周囲へ排気ガスが漏洩する危険性は、低減され得る。

１ ターボチャージャ
２ タービン
３ 圧縮機
４ タービン筐体
５ タービンロータ
６ 圧縮機筐体
７ 圧縮機ロータ
８ シャフト
９ ベアリング筐体
１０ 消音器
１１ 流入筐体
１２ 流出筐体
１３ インサート片
１４ 可動ブレード
１５ ノズルリング
１６ 密閉カバー
１７ 締結装置
１８ フランジ
１９ セクション
２０ 締結手段
２１ セクション
２２ ボルト
２３ ナット
２４ フランジ
２５ フランジ
２６ フランジ
２７ 第１接触締付領域
２８ 第２接触締付領域
２９ 第３接触締付領域
３０ 第４接触締付領域

Claims (14)

1. 第１媒体を膨張させるためのタービン（２）であって、タービン筐体（４）及びタービンロータ（５）を備える、タービンと、
   前記第１媒体の膨張中に前記タービン（２）において抽出されるエネルギーを利用して第２媒体を圧縮させるための圧縮機（３）であって、圧縮機筐体（６）と、シャフト（８）を介して前記タービンロータ（５）に連結される圧縮機ロータ（７）と、を備える、圧縮機と、
   を有し、
   前記タービン筐体（４）及び前記圧縮機筐体（６）それぞれが、当該タービン筐体と当該圧縮機筐体との間に配設されたベアリング筐体（９）に接続され、前記ベアリング筐体内には、前記シャフト（８）が取り付けられており、
   前記タービン筐体（４）の流入筐体（１１）と前記ベアリング筐体（９）とが、締結装置（１７）が第１セクション（１９）によって当該流入筐体（１１）のフランジ（１８）に取り付けられ、かつ、第２セクション（２１）によって前記ベアリング筐体（９）のフランジ（２６）が少なくとも複数の区域で重なるように、前記締結装置（１７）を介して互いに接続されており、
   前記流入筐体（１１）の前記フランジ（１８）と前記ベアリング筐体（９）の前記フランジ（２６）との間には、ノズルリング（１５）のフランジ（２４）と密閉カバー（１６）のフランジ（２５）とが、前記流入筐体（１１）の前記フランジ（１８）と前記ノズルリング（１５）の前記フランジ（２４）との間に第１接触締付領域（２７）が形成され、前記ノズルリング（１５）の前記フランジ（２４）と前記密閉カバー（１６）の前記フランジ（２５）との間に第２接触締付領域（２８）が形成され、前記密閉カバー（１６）の前記フランジ（２５）と前記ベアリング筐体（９）の前記フランジ（２６）との間に第３接触締付領域（２９）が形成されるように、締め付けられており、
   前記第１接触締付領域（２７）の領域において、及び／または、前記第２接触締付領域（２８）の領域において、及び／または、前記第３接触締付領域（２９）の領域において、互いに接触する隣接面が硬化されていることを特徴とするターボチャージャ（１）。
2. 前記第１接触締付領域（２７）と前記第２接触締付領域（２８）と前記第３接触締付領域（２９）とを備える一群の接触締付領域の中から少なくとも２つの接触締付領域の領域において、互いに接触する前記隣接面が、硬化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。
3. 前記第１接触締付領域（２７）と前記第２接触締付領域（２８）と前記第３接触締付領域（２９）とを備える一群の接触締付領域の中から３つの接触締付領域全ての領域において、互いに接触する前記隣接面が、硬化されていることを特徴とする請求項１または２に記載のターボチャージャ。
4. 前記第１接触締付領域（２７）において、前記流入筐体（１１）の前記フランジ（１８）の表面が、被覆によって硬化されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のターボチャージャ。
5. 前記第１接触締付領域において、前記流入筐体（１１）の前記フランジ（１８）の表面が、コバルト・クロム被覆によって硬化されていることを特徴とする請求項４に記載のターボチャージャ。
6. 前記第１接触締付領域（２７）及び／または前記第２接触締付領域（２８）において、前記ノズルリング（１５）の前記フランジ（２４）の表面が、窒化によって硬化されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のターボチャージャ。
7. 前記第１接触締付領域（２７）及び／または前記第２接触締付領域（２８）において、前記ノズルリング（１５）の前記フランジ（２４）の表面が、ガス窒化によって硬化されていることを特徴とする請求項６に記載のターボチャージャ。
8. 前記第２接触締付領域（２８）及び／または前記第３接触締付領域（２９）において、前記密閉カバー（１６）の前記フランジ（２５）の表面が、窒化によって硬化されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のターボチャージャ。
9. 前記第２接触締付領域（２８）及び／または前記第３接触締付領域（２９）において、前記密閉カバー（１６）の前記フランジ（２５）の表面が、塩浴窒化によって硬化されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のターボチャージャ。
10. 前記第３接触締付領域（２９）において、前記ベアリング筐体（９）の前記フランジ（２６）の表面が、被覆によって硬化されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のターボチャージャ。
11. 前記第３接触締付領域（２９）において、前記ベアリング筐体（９）の前記フランジ（２６）の表面が、コバルト・クロム被覆によって硬化されていることを特徴とする請求項１０に記載のターボチャージャ。
12. 前記締結装置（１７）の前記第２セクション（２１）と前記ベアリング筐体（９）の前記フランジ（２６）との間には、第４接触締付領域（３０）が形成されており、前記第４接触締付領域のうち互いに接触する隣接面が、硬化されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のターボチャージャ。
13. 前記第４接触締付領域（３０）において、前記ベアリング筐体（９）の前記フランジ（２６）の表面が、コバルト・クロム被覆によって、硬化されており、前記締結装置（１７）の前記第２セクション（２１）の表面が、窒化によって硬化されていることを特徴とする請求項１２に記載のターボチャージャ。
14. 硬化された前記隣接面の領域における表面硬度が、少なくとも４０ＨＲＣに達していることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載のターボチャージャ。