JP2019052641A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】新式のターボチャージャを創出すること。【解決手段】ターボチャージャは、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及びタービンロータを有する、タービンと、第２の媒体を圧縮するための圧縮機（３）であって、圧縮機ハウジング、及び、タービンロータにシャフトを介して連結された圧縮機ロータを有する、圧縮機（３）と、を有し、タービンハウジング及び圧縮機ハウジングはそれぞれ、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た軸受ハウジング（９）に接続されており、前記軸受ハウジング内にはシャフトが取り付けられており、タービンハウジングの流入ハウジングと軸受ハウジング（９）との間の接続領域には、シールカバー（１６）が配置されている。シールカバー（１６）の径方向内側の部分には、軸方向に延在する突起（２１）が形成されており、前記突起は、軸受ハウジング（９）に導入された溝（２２）に係合し、径方向内側のはめ合い部（２３）及び径方向外側のはめ合い部（２４）を形成している。【選択図】図２

Description

本発明は、ターボチャージャに関する。

ターボチャージャの基本的な構造は、関連する当業者に知られている。ターボチャージャはタービンを有しており、当該タービン内で、第１の媒体が膨張する。さらに、ターボチャージャは圧縮機を有しており、当該圧縮機内では、第２の媒体が、タービン内で第１の媒体が膨張する際に得られるエネルギーを用いて圧縮される。ターボチャージャのタービンは、タービンハウジングとタービンロータとを有している。ターボチャージャの圧縮機は、圧縮機ハウジングと圧縮機ロータとを有している。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は、軸受ハウジングが位置しており、当該軸受ハウジングは、一方ではタービンハウジングに、他方では圧縮機ハウジングに接続されている。軸受ハウジング内にはシャフトが取り付けられており、当該シャフトを介して、タービンロータが圧縮機ロータに連結されている。

タービンのタービンハウジング、すなわちいわゆる流入ハウジングと、軸受ハウジングと、が、好ましくはクランプ爪として構成された締結装置を通じて互いに接続されていることが、実践から知られている。このようなクランプ爪として構成された締結装置は、その第１の部分で、タービンハウジングのフランジに、締結手段を通じて取り付けられており、第２の部分で、軸受ハウジングのフランジを少なくとも部分的に覆っている。このような締結装置を通じて、軸受ハウジング及びタービンハウジングから成るユニット又は組み合わせが固定され、つまり、シールカバー及びノズルリングの径方向外側の部分を、タービンハウジングと軸受ハウジングとの間でクランプしながら固定される。シールカバーの径方向内側の部分が、軸受ハウジングの対応する突起に支えられ、はめ合い部を形成することが、実践から知られている。このはめ合い部に隣接して、好ましくは軸受ハウジングには、密閉空気孔が導入されており、当該密閉空気孔を通って、シャフトの方向へ、好ましくはシャフトと協働するトラックリングの方向へ、密閉空気が誘導され得る。その際、密閉空気は、軸受ハウジングとシャフトとの間、又は、軸受ハウジングとトラックリングとの間の接続部における、回転している部材と不動の部材との間の密閉に用いられ、それによって、例えばオイル及び／又は燃焼粒子の、軸受ハウジングとタービンとの間における望ましくない移動が回避される。その際、密閉空気は、圧縮機側で取り出され、流路及び密閉空気孔を通って、シャフト又はトラックリングの方向に誘導される。

動作中には、シールカバーの径方向内側の部分と軸受ハウジングとの間に、ギャップの拡大が生じる可能性があり、それによって、密閉空気の漏れ流れが引き起こされる。それによって、密閉空気孔を通った、シャフト又はトラックリングの方向への密閉空気の供給が制限される。これは不利な点である。

ここから出発して、本発明の課題は、新式のターボチャージャを創出することにある。

本課題は、請求項１に記載のターボチャージャによって解決される。

シールカバーの径方向内側の部分には、軸方向に延在する突起が形成されており、当該突起は、軸受ハウジングに導入された溝に係合し、径方向内側のはめ合い部と、径方向外側のはめ合い部と、を形成している。

シールカバーの径方向内側の部分に形成された、軸方向に延在する突起が、軸受ハウジングに導入された溝に係合し、径方向において離間した２つのはめ合い部を形成することによって、密閉空気の漏れ流れが減少するか、又は、完全に防止され得る。温度が低い場合、径方向内側のはめ合い部が、密閉効果を有し得る。より高い温度において、動作中に、径方向内側のはめ合い部における間隙が拡大する場合、径方向外側のはめ合い部が自動的に閉じ、密閉機能を負うことになる。密閉空気の漏れは、このように効果的に防止され得る。

好ましくは、内側のはめ合い部の領域では、外側のはめ合い部の領域におけるよりも、低温間隙が小さい。内側のはめ合い部の領域では、動作中間隙が、外側のはめ合い部の領域におけるよりも大きい。これもまた、密閉空気の漏れを効果的に防止するために用いられる。

シールカバーの突起の端面と、軸受ハウジングの溝の溝底部と、の間には、第１の軸方向ギャップが形成されている。シールカバーの端面と、軸受ハウジングの端面と、の間には、第２の軸方向ギャップが形成されている。径方向のはめ合い部と軸方向ギャップとは、ラビリンスシールを形成している。それによって、密閉空気の漏れをさらに効果的に防止することが可能である。

本発明の好ましいさらなる発展形態は、従属請求項及び以下の説明から明らかになる。図面を用いて、本発明の実施例を詳細に説明するが、それに限定されるものではない。示されているのは以下の図である：

ターボチャージャの横断面を示す図である。 本発明に係るターボチャージャの詳細を示す図である。

本発明は、ターボチャージャに関する。

図１は、ターボチャージャ１の基本的な構造を示している。ターボチャージャ１は、第１の媒体を膨張させるため、特に内燃機関の排ガスを膨張させるためのタービン２を有している。さらに、ターボチャージャ１は、タービン２内での第１の媒体の膨張の際に得られるエネルギーを用いて、第２の媒体、特に給気を圧縮するための圧縮機３を有している。

その際、タービン２は、タービンハウジング４とタービンロータ５とを有している。圧縮機３は、圧縮機ハウジング６と圧縮機ロータ７とを有している。圧縮機ロータ７は、タービンロータ５と、軸受ハウジング９内に取り付けられたシャフト８を介して連結されており、軸受ハウジング９は、タービンハウジング４と圧縮機ハウジング６との間に位置しており、タービンハウジング４とも圧縮機ハウジング６とも接続されている。

タービン２のタービンハウジング４は、流入ハウジング１１と流出ハウジング１２とを含んでいる。流入ハウジング１１を通って、タービン２の領域で膨張すべき第１の媒体は、タービンロータ５に供給され得る。流出ハウジング１２を通って、タービンロータ５の領域で膨張した第１の媒体は、タービン２から流出する。

タービンハウジング４は、流入ハウジング１１及び流出ハウジング１２の他に、インサート部品１３を含んでおり、インサート部品１３は、特に流入ハウジング１１の領域において、タービンロータ５に隣り合って、タービンロータ５の運動ブレード１４に径方向外側で隣接しながら延在している。

タービンハウジング４は、さらにノズルリング１５を含んでいる。ノズルリング１５は、タービンガイド装置とも表される。

さらに、図１は、流入ハウジング１１と軸受ハウジング９との接続領域において、シールカバー１６を示している。シールカバー１６は、軸受ハウジングカバー又は熱シールドとも表される。

タービン２の流入ハウジング１１は、好ましくはクランプ爪として構成された締結装置１７によって、軸受ハウジング９と接続されている。軸受ハウジング９とタービンの流入ハウジング１１との間のこの接続領域では、シールカバー１６の径方向外側の部分がクランプされる。好ましくは、この接続領域では、ノズルリングも部分的にクランプされる。

図２は、軸受ハウジング９とタービンとの間の接続領域における、つまり、タービンロータ５に隣接する軸受ハウジング９及びシールカバー１６の径方向内側の部分の領域における、本発明に係るターボチャージャの一部を示している。その際、図２は、密閉空気孔１８を示しており、密閉空気孔１８を通って、圧縮機３から取り出されて軸受ハウジング９の方向に誘導される密閉空気が、ロック要素２０を介して軸受ハウジング９に作用するトラックリング１９の方向に誘導される。

本発明では、シールカバー１６の径方向内側の部分には、軸方向に延在する突起２１が形成されている。シールカバー１６の径方向内側の部分におけるこの突起２１は、軸受ハウジング９に導入された溝２２に係合し、径方向内側のはめ合い部２３と、径方向外側のはめ合い部２４と、を形成している。径方向内側のはめ合い部２３の領域では、径方向内側のはめ合い部２３の軸受ハウジング側のギャップのバンクが、カバー側のギャップのバンクよりもさらに径方向内側に位置している。これに対して、径方向外側のはめ合い部２４の領域では、径方向外側のはめ合い部２４の軸受ハウジング側のギャップのバンクが、カバー側のギャップのバンクよりもさらに径方向外側に位置している。

図２は、低温の状態におけるターボチャージャを示しており、径方向内側のはめ合い部２３の領域では、低温間隙は、外側のはめ合い部２４の領域におけるよりも小さい。特に、動作中に、ターボチャージャ１のアセンブリが熱せられる場合、シールカバー１６は、軸受ハウジング９よりも高い熱膨張にさらされるので、シールカバー１６はより大きく膨張する。その際、径方向内側のはめ合い部２３の領域における動作中間隙は、低温間隙に比べて拡大する。しかしながら、同時に、外側のはめ合い部２４の領域には、内側のはめ合い部２３の低温間隙よりも小さい動作中間隙が形成される。すなわち、低い温度において、径方向内側のはめ合い部２３が、密閉機能を負う場合、より高い動作温度においては、径方向外側のはめ合い部２４が密閉機能を負う。

図２から認識できることに、溝２２の溝底部２８に対向している突起２１の端面２７と、溝２２の溝底部２８と、の間には、第１の軸方向ギャップ２５が形成されている。当該軸方向ギャップ２５に対して、軸方向及び径方向においてずらされている第２の軸方向ギャップ２６は、シールカバー１６の径方向内側の部分の端面２９と、対応して対向している軸受ハウジング９の端面３０と、の間に形成されている。これら両方の軸方向ギャップ２５、２６は、両方の径方向のはめ合い部２３、２４とともに、ラビリンスシールを形成しており、それによって、シールカバー１６の径方向内側の部分の領域における密閉空気に関する密閉機能が、さらに改善され得る。

それゆえ、軸受ハウジング９の対応する溝２２に係合する軸方向突起２１が、シールカバー１６の径方向内側の端部に形成されることによって、一方では軸方向ギャップ２５及び２６が、他方では径方向のはめ合い部２３及び２４が提供される。径方向内側のはめ合い部２３では、径方向外側のはめ合い部２４におけるよりも低温間隙が小さい。径方向外側のはめ合い部２４では、径方向内側のはめ合い部２３におけるよりも動作中間隙が小さい。このようにして、シールカバー１６及び軸受ハウジング９の様々な熱変形が、密閉空気の密閉機能を阻害しないことが保証され得る。

はめ合い部２３、２４の領域における間隙の設計は、動作領域全体にわたって、密閉空気に関する優れた密閉機能が保証されるように行われる。さらに、溝と突起２１との接続部の機械的過負荷を防止すべきである。温度が低い場合、又は、ターボチャージャが加速している場合、アセンブリの熱による膨張は少なく、径方向内側のはめ合い部２３が、密閉機能を負っている。温度が上昇すると、径方向内側のはめ合い部２３の領域における間隙は拡大するが、外側のはめ合い部２４の領域における間隙は減少するので、今度は、径方向外側のはめ合い部２４が密閉機能を負うことになる。

１ ターボチャージャ
２ タービン
３ 圧縮機
４ タービンハウジング
５ タービンロータ
６ 圧縮機ハウジング
７ 圧縮機ロータ
８ シャフト
９ 軸受ハウジング
１０ 消音器
１１ 流入ハウジング
１２ 流出ハウジング
１３ インサート部品
１４ 運動ブレード
１５ ノズルリング
１６ シールカバー
１７ 締結装置
１８ 密閉空気孔
１９ トラックリング
２０ ロック要素
２１ 突起
２２ 凹部
２３ 内側のはめ合い部
２４ 外側のはめ合い部
２５ 第１の軸方向ギャップ
２６ 第２の軸方向ギャップ
２７ 端面
２８ 溝底部
２９ 端面
３０ 端面

Claims (8)

1. 第１の媒体を膨張させるためのタービン（２）であって、タービンハウジング（４）とタービンロータ（５）とを有する、タービン（２）と、
   前記タービン（２）内で前記第１の媒体が膨張する際に得られるエネルギーを用いて、第２の媒体を圧縮するための圧縮機（３）であって、圧縮機ハウジング（６）、及び、前記タービンロータ（５）にシャフト（８）を介して連結された圧縮機ロータ（７）を有する、圧縮機（３）と、
   を有するターボチャージャ（１）であって、
   前記タービンハウジング（４）及び前記圧縮機ハウジング（６）はそれぞれ、前記タービンハウジング（４）と前記圧縮機ハウジング（６）との間に配置された軸受ハウジング（９）に接続されており、前記軸受ハウジング内には前記シャフト（８）が取り付けられており、
   前記タービンハウジング（４）の流入ハウジング（１１）と前記軸受ハウジング（９）との間の接続領域には、シールカバー（１６）が配置されている、
   ターボチャージャ（１）において、
   前記シールカバー（１６）の径方向内側の部分には、軸方向に延在する突起（２１）が形成されており、前記突起は、前記軸受ハウジング（９）に導入された溝（２２）に係合し、径方向内側のはめ合い部（２３）及び径方向外側のはめ合い部（２４）を形成していることを特徴とするターボチャージャ。
2. 前記シールカバー（１６）の前記突起（２１）の端面（２７）と、前記軸受ハウジング（９）の前記溝（２２）の溝底部（２８）と、の間には、第１の軸方向ギャップ（２５）が形成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. 前記シールカバー（１６）の端面（２９）と、前記軸受ハウジング（９）の端面（３０）と、の間には、第２の軸方向ギャップ（２６）が形成されていることを特徴とする、請求項２に記載のターボチャージャ。
4. 前記径方向内側のはめ合い部（２３）及び前記径方向外側のはめ合い部（２４）と、前記第１の軸方向ギャップ（２５）及び前記第２の軸方向ギャップ（２６）と、が、ラビリンスシールを形成していることを特徴とする、請求項３に記載のターボチャージャ。
5. 前記径方向内側のはめ合い部（２３）の領域では、前記軸受ハウジング側のギャップのバンクが、前記シールカバー側のギャップのバンクよりもさらに径方向内側に位置してい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ターボチャージャ。
6. 前記径方向外側のはめ合い部（２４）の領域では、前記軸受ハウジング側のギャップのバンクが、前記シールカバー側のギャップのバンクよりもさらに径方向外側に位置していることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のターボチャージャ。
7. 前記径方向内側のはめ合い部（２３）の領域では、前記径方向外側のはめ合い部（２４）の領域におけるよりも低温間隙が小さいことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のターボチャージャ。
8. 前記径方向内側のはめ合い部（２３）の領域では、前記径方向外側のはめ合い部（２４）の領域におけるよりも動作中間隙が大きいことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のターボチャージャ。

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