JP2019052638A - ターボチャージャのケーシングおよびターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】ターボチャージャの新たなタイプのケーシングと、かかるケーシングを有するターボチャージャとを創出する。【解決手段】ターボチャージャのタービンハウジングおよび／または圧縮機ハウジングおよび／または軸受ハウジングを径方向外側においておよび軸方向外側において少なくとも部分的に囲む、ターボチャージャのケーシング１は、タービンハウジングおよび／または圧縮機ハウジングおよび／または軸受ハウジングを径方向外側においておよび軸方向外側において少なくとも部分的に囲む１つの温度ケーシングモジュール２と、温度ケーシングモジュール２を径方向外側においておよび軸方向外側において少なくとも部分的に囲む、内方破裂保護ケーシングモジュール３と、内方破裂保護ケーシングモジュール３を径方向外側のみにおいて少なくとも部分的に囲む、少なくとも１つの外方破裂保護ケーシングモジュール４、５とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ターボチャージャのケーシングおよびターボチャージャに関する。

ターボチャージャの基本構造は、本明細書で取り上げられる分野の当業者には既知である。ターボチャージャは、タービンを備え、このタービンにおいて第１の媒体が膨張される。ターボチャージャは、圧縮機をさらに備え、この圧縮機において第２の媒体が圧縮され、すなわち、第１の媒体の膨張中にタービン内で抽出されるエネルギーが使用される。ターボチャージャのタービンは、タービンハウジングおよびタービンロータを備える。ターボチャージャの圧縮機は、圧縮機ハウジングおよび圧縮機ロータを備える。タービンのタービンハウジングと圧縮機の圧縮機ハウジングとの間に、軸受ハウジングが位置決めされ、軸受ハウジングは、一方の側でタービンハウジングに、他方の側で圧縮機ハウジングに連結される。軸受ハウジング内にはシャフトが取り付けられ、このシャフトを介してタービンロータは、圧縮機ロータに結合される。

ターボチャージャの動作中に、例えばターボチャージャのタービンロータまたは圧縮機ロータなどのロータが、破損し、ロータの破片が、関連するハウジング、すなわち、タービンハウジングまたは圧縮機ハウジングを打ち抜くリスクが存在する。この場合には、これによってターボチャージャの破片が周辺物に進入するリスクが生ずる。ターボチャージャのロータが破裂するこの問題を考慮して、慣例的に知られるターボチャージャの各ハウジングは、各ハウジングの故障を予想する必要がなく、各ロータが破損した場合でもロータの破片が各ハウジングを打ち抜くことができないように設計される。しかし、ターボチャージャの重量が、これにより上昇する。

ターボチャージャの重量を不必要に上昇させることを回避し、さらに打ち抜いたロータの破片が周囲物内に入り込むことから当分野で既に使用されているターボチャージャを保護するために、慣例的に、ターボチャージャのタービンハウジングおよび／または圧縮機ハウジングおよび／または軸受ハウジングを径方向外側においておよび軸方向外側において少なくとも部分的に囲むケーシングをターボチャージャに備えさせることが既に知られている。これまで、かかるケーシングは、ターボチャージャの特定の設計の実施形態ごとに常に個別に設計される。これは不利である。

ここを起点として、本発明は、ターボチャージャの新たなタイプのケーシングと、かかるケーシングを有するターボチャージャとを創出することを課題とする。この課題は、請求項１に記載のターボチャージャのケーシングにより解決される。本発明によれば、このケーシングは、複数のケーシングモジュールを、すなわち、少なくとも、タービンハウジングおよび／または圧縮機ハウジングおよび／または軸受ハウジングを径方向外側においておよび軸方向外側において囲む１つの温度ケーシングモジュールと、温度ケーシングモジュールに続いてその外側に位置する内方破裂保護ケーシングモジュールであって、温度ケーシングモジュールを径方向外側においておよび軸方向外側において囲む、内方破裂保護ケーシングモジュールと、内方破裂保護ケーシングモジュールに続いてその外側に位置する少なくとも１つの外方破裂保護ケーシングモジュールであって、内方破裂保護ケーシングモジュールを径方向外側のみにおいて囲む、少なくとも１つの外方破裂保護ケーシングモジュールとを備える。本発明は、複数のケーシングモジュールからなるケーシングを提案する。このケーシングは、少なくとも温度ケーシングモジュール、内方破裂保護ケーシングモジュール、および少なくとも１つの外方破裂保護ケーシングモジュールを備える。複数の外方破裂保護ケーシングモジュールが存在することも可能である。ケーシングのこのモジュール式構造により、ケーシングは、対応した収容保護を可能にするために、とりわけターボチャージャの種々のアセンブリに対して使用されることと、例えば種々のサイズのターボチャージャなどの種々の設計のターボチャージャに対して使用されることとが可能となる。

しかしながら、モジュール式設計のさらに重要な側面は、ターボチャージャ構造内における収容安全性に関する個別のおよび種々の要件に対して解決策を提供することが可能となる利点が結果的に得られる点である。

優先的には、フランジ連結ケーシングモジュールが、ターボチャージャの温度ケーシングモジュールとタービンハウジングまたは圧縮機ハウジングとの間に配置され、このフランジ連結ケーシングモジュールは、タービンハウジングまたは圧縮機ハウジングをタービンハウジングまたは圧縮機ハウジングの連結フランジの領域のみにおいて径方向外側においておよび軸方向外側において囲む。タービンハウジングまたは圧縮機ハウジングの連結フランジは、流入開口または流出開口を有しつつ、フランジ連結ケーシングモジュールの凹部を通り延在し、温度ケーシングモジュールおよび破裂保護ケーシングモジュールも、タービンハウジングの連結フランジまたは圧縮機ハウジングの連結フランジを通すための凹部を備える。これにより、タービンハウジングまたは圧縮機ハウジングに対するケーシングの特に有利な連結が可能となる。

優先的には、温度ケーシングモジュールおよび破裂保護ケーシングモジュールは、相互に連結される複数の周方向セグメントからなる。各ケーシングモジュールの周方向セグメントにより、ケーシングは、種々のサイズのターボチャージャに対して容易に適合化され得る。さらに、ケーシングの簡単な取付けおよび取外しが可能となる。

本発明によるターボチャージャは、請求項１１において定義される。

本発明の好ましいさらなる展開例は、従属クレームおよび以下の説明から得られる。本発明の例示の実施形態は、図面によりさらに詳細に説明されるが、これには限定されない。

ターボチャージャのアセンブリ用の本発明によるケーシングの斜視図である。 図１の分解斜視図である。 図１の断面図である。 図３のＩＶの詳細図である。 図３のＶの詳細図である。 図３のＶＩの詳細図である。 約９０°だけ回転された図６の詳細図である。

本発明は、ターボチャージャのケーシングおよびケーシングを有するターボチャージャに関する。

本明細書で取り上げられる分野の当業者は、ターボチャージャの基本構造に精通している。したがって、ターボチャージャは、第１の媒体を膨張させるための、特に排気ガスを膨張させるためのタービンと、第２の媒体を圧縮させるための、特に給気を圧縮するための、すなわち、第１の媒体の膨張中にタービン内で抽出されるエネルギーが使用される圧縮機とを備える。タービンは、タービンロータおよびタービンハウジングを備える。圧縮機は、圧縮機ロータおよび圧縮機ハウジングを備える。タービンロータおよび圧縮機ロータは、シャフトにより結合され、このシャフトは、ターボチャージャの軸受ハウジング内に取り付けられ、軸受ハウジングは、タービンハウジングおよびさらに圧縮機ハウジングの両方に連結される。

特に、動作中に例えばタービンロータまたは圧縮機ロータが破壊した場合には、それらの破片がそれらのそれぞれのハウジング、すなわちタービンハウジングまたは圧縮機ハウジングを打ち抜き、周囲物に進入する恐れがある。これは、ターボチャージャのタービンハウジングおよび／または圧縮機ハウジングおよび／または軸受ハウジングを囲むケーシングをターボチャージャに備えさせることが知られているが、それを目的として回避されなければならない。

優先的には、別個のケーシングが、いずれの場合においてもタービンハウジングのおよび圧縮機ハウジングの領域で使用され、このケーシングは、包囲すべきターボチャージャの各アセンブリを径方向外側においておよび軸方向外側において少なくとも部分的に囲む。

図１は、ターボチャージャ用の本発明によるケーシング１の斜視図を示す。ケーシング１は、例えば図示しないタービンハウジングの周囲にまたは図示しない圧縮機ハウジングの周囲に配置することが可能である。

本発明によるケーシング１は、複数のケーシングモジュールを備え、これらの複数のケーシングモジュールは、図１を分解斜視表示した図２においては個別に見ることができる。

したがって、ケーシング１は、タービンハウジングまたは圧縮機ハウジングを径方向外側においておよび軸方向外側において囲む温度ケーシングモジュール２を備える。

温度ケーシングモジュール２は、包囲すべきターボチャージャのアセンブリを断熱する、すなわち、周囲物に対して圧縮機ハウジングまたはタービンハウジングを断熱する役割を主に果たす。

ケーシング１は、温度ケーシングモジュール２に続いてその外側に内方破裂保護ケーシングモジュール３をさらに備え、この内方破裂保護ケーシングモジュール３は、温度ケーシングモジュール２を径方向外側においておよび軸方向外側において囲む。さらに、ケーシング１は、内方破裂保護ケーシングモジュール３に続いてその外側に少なくとも１つの外方破裂保護ケーシングモジュール４、５を備え、この外方破裂保護ケーシングモジュール４、５は、内方破裂保護ケーシングモジュール３を径方向外側のみにおいて囲むが、軸方向には囲まない。

図示する例示の実施形態では、２つの外方破裂保護ケーシングモジュール４、５が存在し、第１の外方破裂保護ケーシングモジュール４は、内方破裂保護ケーシングモジュール３の直後に径方向外側において続き、第２の外方破裂保護ケーシングモジュール５は、第１の外方破裂保護ケーシングモジュール４の直後に続き、それにより、第１の外方破裂保護ケーシングモジュール４は、内方破裂保護ケーシングモジュール３と第２の外方破裂保護ケーシングモジュール５との間にサンドイッチ状に位置決めされる。

さらに、図２は、フランジ連結ケーシングモジュール６を示し、このフランジ連結ケーシングモジュール６は、温度ケーシングモジュール２と包囲されるべきタービンハウジングまたは包囲されるべき圧縮機ハウジングとの間に配置される。温度ケーシングモジュール２および破裂保護ケーシングモジュール３、４、５は、周方向へと周囲に形成され、フランジ連結ケーシングモジュール６は、周方向に見た場合に周囲に形成されず、流入開口または流出開口を形成するタービンハウジングまたは圧縮機ハウジングの連結フランジの領域のみにおいて、包囲されるべきタービンハウジングまたは包囲されるべき圧縮機ハウジングを径方向外側においておよび軸方向外側において囲む。タービンハウジングまたは圧縮機ハウジングのこの連結フランジは、フランジ連結ケーシングモジュール６の凹部６ａを通り延在することが可能であり、温度ケーシングモジュール２ならびに破裂保護ケーシングモジュール３、４、および５もまた、タービンハウジングの連結フランジを通過させるまたは圧縮機ハウジングの連結フランジを通過させるために、対応する凹部２ａ、３ａ、４ａ、および５ａを有する。取付け状態（図１を参照）では、すべての凹部２ａ、３ａ、４ａ、５ａ、および６ａが、合致し、それによりタービンハウジングの連結フランジは、これらの凹部を通り延在することが可能となる。これにより、包囲されるべきターボチャージャのアセンブリに対するケーシングモジュール２〜６の最適な連結が可能となる。

周方向において周囲に延在するケーシングモジュール２、３、４、および５は、周方向においてセグメント化され、したがっていずれの場合でも、相互に連結された複数の周方向セグメントから構成される。

したがって、内方破裂保護ケーシングモジュール３は、ねじ連結部７により相互に連結された複数の周方向セグメントから構成される。図５は、内方破裂保護ケーシングモジュール３の２つの隣接し合う周方向セグメント間のかかるねじ連結部７を詳細に示す。したがって、３つのフランジ３ｂが、内方破裂保護ケーシングモジュール３の隣接し合う周方向セグメントの隣接し合う端部上に形成され、径方向に角度をつけられ径方向に延在する。ねじ連結部７のねじ７ａが、これらのフランジ３ｂを貫通して延在する。これらのねじ７ａは、フランジ３ｂを垂直方向に貫通して、すなわち周方向または接線方向に延在する。これにより、ねじ連結部７のねじ７ａがせん断力を被りかかるせん断力の結果として故障する可能性が回避される。

外方破裂保護ケーシングモジュール４、５もまた、周方向においてセグメント化され、関連する周方向セグメント同士が、ねじ連結部８により相互に連結される。図６は、かかるねじ連結部８の詳細を示し、このねじ連結部８により、第１の外方破裂保護ケーシングモジュール４の隣接し合う周方向セグメント同士および第２の外方破裂保護ケーシングモジュール５の隣接し合う周方向セグメント同士が、相互にすなわち共に連結される。したがって、図６は、径方向に延在するフランジ４ｂが、第１の外方破裂保護ケーシングモジュール４の隣接し合う周方向セグメント上において共に形成され、径方向に延在するフランジ５ｂが、第２の外方破裂保護ケーシングモジュール５の隣接し合う周方向セグメント上において形成されることを示す。

ねじ連結部８のねじ８ａは、フランジ４ｂおよびさらにフランジ５ｂを共に貫通して、すなわち、接線方向または周方向に延在する。したがって、これらのねじ８ａは、いずれもせん断力を被らない。

温度ケーシングモジュール２もまた、周方向においてセグメント化され、隣接し合う周方向セグメント同士が、相互に連結される。図面では、内方破裂保護ケーシングモジュール３に対して温度ケーシングモジュール２を連結する連結要素１１が示される。

既述のねじ連結部７および８に加えて、個々のケーシングモジュール２、３、４、５、および６は、さらなるねじ連結部９によって相互に連結されることが可能であり、このねじ連結部９は、個々のケーシングモジュールを貫通して径方向に延在する。

ターボチャージャの包囲されるべきタービンハウジングまたは包囲されるべき圧縮機ハウジングに対面する内方表面上において、温度ケーシングモジュール２は、優先的にはスペーサ１０を備え、このスペーサ１０により、温度ケーシングモジュール２と包囲されるべきタービンハウジングまたは圧縮機ハウジングとの間の規定距離を調節することが可能となる。

１ ケーシング
２ 温度ケーシングモジュール
２ａ 凹部
３ 内方破裂保護ケーシングモジュール
３ａ 凹部
３ｂ フランジ
４ 外方破裂保護ケーシングモジュール
４ａ 凹部
４ｂ フランジ
５ 外方破裂保護ケーシングモジュール
５ａ 凹部
５ｂ フランジ
６ フランジ連結ケーシングモジュール
６ａ 凹部
７ ねじ連結部
８ ねじ連結部
９ ねじ連結部
１０ スペーサ
１１ 連結要素

Claims (11)

1. ターボチャージャのタービンハウジングおよび／または圧縮機ハウジングおよび／または軸受ハウジングを径方向外側および軸方向外側において少なくとも部分的に囲む、前記ターボチャージャのケーシング（１）において、
   前記ケーシング（１）は、複数のケーシングモジュール（２、３、４、５）を、すなわち、少なくとも
   前記タービンハウジングおよび／または前記圧縮機ハウジングおよび／または前記軸受ハウジングを径方向外側においておよび軸方向外側において少なくとも部分的に囲む、１つの温度ケーシングモジュール（２）と、
   前記温度ケーシングモジュール（２）に続いてその外側に位置する内方破裂保護ケーシングモジュール（３）であって、前記温度ケーシングモジュール（２）を径方向外側および軸方向外側において少なくとも部分的に囲む、内方破裂保護ケーシングモジュール（３）と、
   前記内方破裂保護ケーシングモジュール（３）に続いてその外側に位置する少なくとも１つの外方破裂保護ケーシングモジュール（４、５）であって、前記内方破裂保護ケーシングモジュール（３）を径方向外側のみにおいて少なくとも部分的に囲む、少なくとも１つの外方破裂保護ケーシングモジュール（４、５）と
   を備えることを特徴とする、ケーシング。
2. 前記温度ケーシングモジュール（２）および前記破裂保護ケーシングモジュール（３、４、５）は、周方向において周囲を取り巻くことを特徴とする、請求項１に記載のケーシング。
3. 前記温度ケーシングモジュール（２）と前記タービンハウジングまたは前記圧縮機ハウジングとの間に、フランジ連結ケーシングモジュール（６）が配置され、前記フランジ連結ケーシングモジュール（６）は、前記タービンハウジングまたは前記圧縮機ハウジングを前記タービンハウジングまたは前記圧縮機ハウジングの連結フランジの領域のみにおいて径方向外側におよび軸方向外側において囲むことを特徴とする、請求項１または２に記載のケーシング。
4. 流入開口または流出開口を有する、前記タービンハウジングの連結フランジまたは前記圧縮機ハウジングの連結フランジは、前記フランジ連結ケーシングモジュール（６）の凹部（６ａ）を通り延在し、周方向において周囲を取り巻く前記温度ケーシングモジュール（２）および前記破裂保護ケーシングモジュール（３、４、５）も、前記タービンハウジングの前記連結フランジまたは前記圧縮機ハウジングの前記連結フランジを通すための凹部（２ａ、３ａ、４ａ、５ａ）を備えることを特徴とする、請求項３に記載のケーシング。
5. 前記温度ケーシングモジュール（２）および前記破裂保護ケーシングモジュール（３、４、５）は、相互に連結される複数の周方向セグメントからなることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のケーシング。
6. 前記内方破裂保護ケーシングモジュール（３）は、ねじ連結部（７）により相互に連結される複数の周方向セグメントからなることを特徴とする、請求項５に記載のケーシング。
7. 前記内方破裂保護ケーシングモジュール（３）を径方向外側のみにおいて囲む、前記内方破裂保護ケーシングモジュール（３）に続いてその外側に位置する第１の外方破裂保護ケーシングモジュール（４）が、ねじ連結部（８）により相互に連結される複数の周方向セグメントからなることを特徴とする、請求項５または６に記載のケーシング。
8. 前記第１の外方破裂保護ケーシングモジュール（４）を径方向外側のみにおいて囲む、前記第１の外方破裂保護ケーシングモジュール（４）に続いてその外側に位置する第２の外方破裂保護ケーシングモジュール（５）が、ねじ連結部（８）により相互に連結される複数の周方向セグメントからなることを特徴とする、請求項７に記載のケーシング。
9. 前記第１の外方破裂保護ケーシングモジュール（４）の前記周方向セグメントおよび前記第２の外方破裂保護ケーシングモジュール（５）の前記周方向セグメントは、共通のねじ連結部（８）により相互に連結されることを特徴とする、請求項８に記載のケーシング。
10. 前記ねじ連結部（７、８）は、周方向または接線方向に延在するように、径方向に延在するフランジ（３ｂ、４ｂ、５ｂ）上に形成される、請求項７から９のいずれか一項に記載のケーシング。
11. 第１の媒体を膨張させるためのタービンと、
    前記第１の媒体の前記膨張中に前記タービンにおいて抽出されたエネルギーを使用して第２の媒体を圧縮するための圧縮機と、
    を有し、
    前記タービンのタービンハウジングおよび前記圧縮機の圧縮機ハウジングが、前記タービンのタービンハウジングと前記圧縮機の圧縮機ハウジングとの間に配置された軸受ハウジングにそれぞれ連結される、ターボチャージャであって、
    前記タービンハウジングおよび／または前記圧縮機ハウジングおよび／または前記軸受ハウジングを径方向外側および軸方向外側において少なくとも部分的に囲むケーシング（１）であって、請求項１から１０のいずれか一項にしたがって形成されることを特徴とするケーシング（１）を備える、ターボチャージャ。

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