JP2019060342A - ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの破裂からの保護、封じ込めの保護を提供する。【解決手段】ターボチャージャの圧縮機と、タービンハウジング（４）及び／又は圧縮機ハウジング及び／又は軸受ハウジングを、少なくとも部分的に包囲するハウジング（１８）であって、少なくとも、ネジ接続部（２２）によって互いに接続されている第１のハウジング部分（２０）及び第２のハウジング部分（２１）から構成されている、ハウジング（１８）と、を有する。第１のハウジング部分（２０）上には、せん断力吸収要素（２３）が形成されているか、又は、固定されており、せん断力吸収要素は、第２のハウジング部分（２１）を通って延在し、せん断力が生じた場合には、せん断力を吸収し、それによって、ネジ接続部（２２）をせん断力から解放する。【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、関係する当業者には知られている。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、タービン内での第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と、他方では圧縮機ハウジングと接続されている。軸受ハウジング内にはシャフトが取り付けられており、当該シャフトを通じて、タービンロータは圧縮機ロータに連結されている。

ターボチャージャの運転中には、ターボチャージャのロータ、例えばタービンロータ、又は、圧縮機ロータも破損し、ロータの破片が、対応するハウジング、すなわちタービンハウジング又は圧縮機ハウジングを突き破る危険性が存在する。その際、さらに、ターボチャージャの破片が周囲に到達する危険性が存在する。このターボチャージャのロータの破裂の問題を考慮するために、実践から知られたターボチャージャでは、各ハウジングは、各ハウジングが破損する事例が予期されないように、かつ、各ロータが破損した場合であっても、その破片が各ハウジングを突き破ることができないように設計される。しかしながら、それによってターボチャージャの重量が増大する。

破裂から保護する結果としてターボチャージャの重量を増大させないために、かつ、他方において、既存の老朽化した排ガスターボチャージャを適切に改装することを可能にするために、特許文献１からは、ターボチャージャの圧縮機ハウジング及び／又はタービンハウジングを、環状の織物で少なくとも部分的に包囲することが知られており、環状の織物は、破損した場合に破片を留め、ターボチャージャの封じ込めの確実性を高める。

さらに、実践からはすでに、タービンハウジング及び／又は圧縮機ハウジング及び／又は軸受ハウジングを少なくとも部分的に包囲するハウジングによって、破裂からの保護と、従って封じ込めの保護とを提供することが知られており、このようなハウジングは、ネジ接続部によって互いに接続された複数のハウジング部分から構成されている。特に、破損した場合、ターボチャージャのロータの破片がハウジングに衝突する際に、破裂力の結果として、ネジ接続部がせん断力を受ける危険性が存在しており、このせん断力は、ネジ接続部が作用しなくなることにつながり得る。封じ込めの確実性を高めるために、破裂からの保護、及び、従って封じ込めの確実性を提供するようにネジ接続部によって互いに接続された複数のハウジング部分を有するターボチャージャの必要性が存在する。

独国特許出願公開第１０２０１３０１３５７１号明細書

この必要性から出発して、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。第１のハウジング部分上には、せん断力吸収要素が形成されているか、又は、固定されており、当該せん断力吸収要素は、第２のハウジング部分を通って延在しており、せん断力が生じた場合には、当該せん断力を吸収し、ネジ接続部を当該せん断力から解放する。せん断力吸収要素を通じて、破裂した場合に生じるせん断力を確実に吸収し、ネジ接続部を解放することが可能である。せん断力の結果としてネジ接続部が作用しなくなる危険性は存在しない。それによって、破裂からの保護と、従って封じ込めの確実性を高めることができる。

好ましくは、せん断力吸収要素は、ネジ接続部に隣接して配置されている。その際、せん断力吸収要素は、ネジ接続部の横隣に、又は、ネジ接続部の周りに配置されていて良い。それによって、破裂からの保護、又は、封じ込めの確実性を特に有利に高めることができる。

好ましくは、せん断力吸収要素は、第１のハウジング部分に溶接されており、第２のハウジング部分内の凹部をそれぞれ通って延在している。代替的に、せん断力吸収要素それぞれは、ハウジング部分の隆起部として、特に深絞りされた、又は、エンボス加工されたドームとして形成されており、第２のハウジング部分内の凹部を通って延在している。これらの特徴も、せん断力の効率的な吸収と、従って、ネジ接続部のせん断力の負荷からの解放と、に用いられる。

せん断力吸収要素は、好ましくは、ターボチャージャのハウジングにおいて用いられる。しかしながら、せん断力吸収要素は、ターボチャージャの別の接続されるべき要素においても、例えば、ターボチャージャの第１のステータ側の要素をターボチャージャの第２のステータ側の要素に接続するために、かつ／又は、ターボチャージャの第１のロータ側の要素をターボチャージャの第２のロータ側の要素に接続するために用いることができる。これは、請求項１０に規定されている。

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。本発明の実施例を、図面を用いてより詳細に説明するが、これに限定されるものではない。

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、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及びタービンロータ５を有している。圧縮機３は、圧縮機ハウジング６及び圧縮機ロータ７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を通じて連結されており、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。さらに、図１は、圧縮機側の消音装置１０を示している。

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及び流出ハウジング１２を含んでいる。流入ハウジング１１を通って、タービン２の領域において膨張すべき第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の領域において膨張した第１の媒体は、タービン２から排出される。

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、つまり、タービンロータ５に隣接して、径方向外側でタービンロータ５の運動ブレード１４に隣り合って延在している。

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、タービン案内装置とも表される。

さらに、図１は、流入ハウジング１１及び軸受ハウジング９の接続領域におけるシールカバー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、軸受ハウジング９と、固定装置１７を通じて接続されており、固定装置１７は、好ましくはクランプ爪として構成されている。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、この接続領域において、ノズルリングも所定部分がクランプされる。

このようなターボチャージャ１の運転中には、タービンロータ５又は圧縮機ロータ７の領域において破損が生じる場合があり得る。その際、破片が各ロータ５又は７から剥がれ落ち、各ハウジング４又は６に衝突する可能性があり、それによって、ハウジング４又は６が損傷を受ける。例えば、特にタービンロータ５が破損した場合、その破片が、タービンハウジング４の流入ハウジング１１上に到達し、流入ハウジング１１を突き破る可能性がある。従って、いわゆる封じ込めの確実性を高めるために、適切な破裂からの保護を提供することが必要である。

図２は、本発明に係るターボチャージャのタービンハウジング４の流入ハウジング１１の領域における、ターボチャージャ１の横断面を部分的に示しており、タービンハウジング４、すなわちタービンハウジング４の流入ハウジング１１は、図２によると、少なくとも部分的にハウジング１８によって包囲されている。

図示された実施例において、ハウジング１８は、複数のハウジング部分１９、２０及び２１から構成されており、これらのハウジング部分は、ネジ接続部２２を通じて互いに接続されている。従って、ネジ接続部２２は、ハウジング部分１９、２０及び２１内の凹部を通って延在し、これらの部分を互いに接続している。

本発明によると、ハウジング部分２０上には、少なくとも１つのせん断力吸収要素２３が形成されているか、又は、少なくとも１つのせん断力吸収要素２３がハウジング部分２０に固定されている。ハウジング部分２０上に形成された、又は、固定されたせん断力吸収要素２３は、隣接するハウジング部分２１を通って延在し、特に破裂した場合、すなわち、破裂力２６がハウジング部分２０においてせん断力２７を引き起こす場合には、当該せん断力を吸収し、それによって、ネジ接続部２２を当該せん断力から解放する。

従って、生じるせん断力は、せん断力吸収要素２３によって吸収され、ネジ接続部２２によって吸収されずともよいので、ネジ接続部２２が、破損又は破裂した場合に、せん断力を受けて作用しなくなる危険性は存在しない。

図２によると、せん断力吸収要素２３は、ネジ接続部２２に隣接して配置されている。その際、各ネジ接続部２２の領域には、せん断力吸収要素２３が配置されており、図２では、各ネジ接続部の横隣に配置されている。

各せん断力吸収要素２３は、図示された実施例では環状に形成されており、ハウジング部分２０に溶接されて、溶接継ぎ目２４を形成している。各せん断力吸収要素２３は、円形又は楕円形又は角ばった外形を有し得る。

各せん断力吸収要素２３は、隣接するハウジング部分２１内の凹部２５を通って延在している。せん断力２７が生じる場合、せん断力吸収要素２３が当該せん断力を吸収する。

図２に示された実施例では、３つのハウジング部分１９、２０及び２１が存在しており、せん断力吸収要素２３は、ハウジング部分２０上に固定されており、ハウジング部分２１内の凹部２５を通って延在している。これとは異なり、せん断力吸収要素２３が、ハウジング部分１９上に形成されており、ハウジング部分２０内の凹部、ハウジング部分２１内の凹部を通って延在することも可能である。

さらに、２つのみのハウジング部分、例えばハウジング部分１９及び２０が存在しても良く、その場合、せん断力吸収要素２３は、溶接によってハウジング部分１９に接続されており、ハウジング部分２０内の凹部を通って延在している。

図示された実施例では、せん断力吸収要素２３は、ネジ接続部２２の横隣に位置している。これとは異なり、環状のせん断力吸収要素２３が、ネジ接続部２２の周りに延在することも可能であり、その場合、ネジ接続部２２は、せん断力吸収要素２３内の中央の凹部を通って延在している。

本発明によって、ターボチャージャにおいて、ハウジングを用いて、効果的な破裂からの保護と、それに伴う効果的な封じ込めの確実性と、が提供され得る。ハウジング部分を互いに接続しているネジ接続部が、せん断力を受けて作用しなくなる危険性は存在しない。

せん断力はむしろ、特に溶接によってハウジング部分と接続されかつ隣接するハウジング部分内の凹部を通って延在するせん断力吸収要素２３によって吸収される。

せん断力吸収要素２３及びネジ接続部２２は、その機能に関して設計又は寸法設計され得る。例えば、せん断力吸収要素２３は、せん断力の吸収に関して、寸法設計又は設計される。これに対して、せん断力を受けないネジ接続部２２は、その接続機能と、従って、張力及び圧縮力の吸収と、のために設計され得る。

せん断力吸収要素２３は、変形によって形成された、特に深絞りされた、又は、エンボス加工されたハウジング部分２０の隆起部又はドームとしても形成可能であり、ハウジング部分２１内の各凹部を通って延在している。

せん断力吸収要素２３は、好ましくはターボチャージャのハウジングにおいて用いられる。しかしながら、せん断力吸収要素２３は、ターボチャージャの別の接続されるべき部材においても、例えば、ターボチャージャの第１のステータ側の要素をターボチャージャの第２のステータ側の要素に接続するために、かつ／又は、ターボチャージャの第１のロータ側の要素をターボチャージャの第２のロータ側の要素に接続するために用いられ得る。上述の説明が参照可能である。

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 消音装置
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 固定装置
１８ ハウジング
１９ ハウジング部分
２０ ハウジング部分
２１ ハウジング部分
２２ ネジ接続部
２３ せん断力吸収要素
２４ 溶接継ぎ目
２５ 凹部
２６ 破裂力
２７ せん断力

Claims (11)

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）及びタービンロータ（５）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、前記圧縮機（３）が、圧縮機ハウジング（６）と前記タービンロータ（５）にシャフト（８）を通じて連結された圧縮機ロータ（７）とを有し、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）が、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）の間に配置された、前記シャフト（８）が取り付けられている軸受ハウジング（９）にそれぞれ接続されている、圧縮機（３）と、
   前記タービンハウジング（４）及び／又は前記圧縮機ハウジング（６）及び／又は前記軸受ハウジング（９）を、少なくとも部分的に包囲するハウジング（１８）であって、少なくとも、ネジ接続部（２２）によって互いに接続されている第１のハウジング部分（２０）及び第２のハウジング部分（２１）から構成されている、ハウジング（１８）と、
   を有するターボチャージャ（１）において、
   前記第１のハウジング部分（２０）上には、せん断力吸収要素（２３）が形成されているか、又は、固定されており、前記せん断力吸収要素（２３）は、前記第２のハウジング部分（２１）を通って延在し、せん断力が生じた場合には、前記せん断力を吸収し、それによって、前記ネジ接続部（２２）を前記せん断力から解放することを特徴とするターボチャージャ（１）。
2. 前記せん断力吸収要素（２３）が、前記ネジ接続部（２２）に隣接して配置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. 前記ネジ接続部（２２）それぞれの領域に、せん断力吸収要素（２３）が配置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. 前記せん断力吸収要素（２３）それぞれが、ネジ接続部（２２）の横隣に配置されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のターボチャージャ。
5. 前記せん断力吸収要素（２３）それぞれが、ネジ接続部（２２）の周りに配置され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. 前記せん断力吸収要素（２３）それぞれが、環状に形成されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のターボチャージャ。
7. 前記せん断力吸収要素（２３）それぞれが、円形又は楕円形又は角ばった外形を有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。
8. 前記せん断力吸収要素（２３）それぞれが、前記第１のハウジング部分（２０）に溶接されており、前記第２のハウジング部分（２１）内の凹部（２５）を通って延在していることを特徴とする、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。
9. 前記せん断力吸収要素（２３）それぞれが、前記第１のハウジング部分（２０）の隆起部として形成されており、前記第２のハウジング部分（２１）内の凹部（２５）を通って延在していることを特徴とする、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。
10. 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）及びタービンロータ（５）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）と前記タービンロータ（５）にシャフト（８）を通じて連結された圧縮機ロータ（７）とを有する、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）が、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）の間に配置された、前記シャフト（８）が取り付けられている軸受ハウジング（９）にそれぞれ接続されており、
    前記ターボチャージャの第１のステータ側の要素は、前記ターボチャージャの第２のステータ側の要素と、かつ／又は、前記ターボチャージャの第１のロータ側の要素は、前記ターボチャージャの第２のロータ側の要素と、ネジ接続部（２２）によって接続されているターボチャージャ（１）において、
    前記第１の要素（２０）上には、せん断力吸収要素（２３）が形成されているか、又は、固定されており、前記せん断力吸収要素（２３）は、前記第２の要素（２０）を通って延在し、せん断力が生じた場合には、前記せん断力を吸収し、それによって、前記ネジ接続部（２２）を前記せん断力から解放することを特徴とするターボチャージャ（１）。
11. 請求項２から９のいずれか一項に記載のせん断力吸収要素（２３）を備え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。