JP2019143624A - ターボチャージャーのケーシング及びターボチャージャー - Google Patents

Abstract

【課題】ターボチャージャーのケーシング、接続要素及び当該ケーシングを備えるターボチャージャーを提供する。【解決手段】ターボチャージャーにおける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囲むターボチャージャーのケーシング１は、ハウジングに軸方向外側で続いている軸方向ケーシングセグメント３と、ハウジングに径方向外側で続いている径方向ケーシングセグメント４，５とを有する。材料凹部６は、径方向ケーシングセグメント４，５に導入され、それぞれ２つの隣り合う材料凹部６が、それぞれの径方向ケーシングセグメント４，５のストラップ７をそれぞれ画定する。径方向ケーシングセグメント４，５は、それぞれのストラップ７の領域においてハウジングのみに接続され、それぞれのストラップ７以外において、軸方向ケーシングセグメント３のみに接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、ターボチャージャーのケーシング、接続要素及びターボチャージャーに関する。

ターボチャージャーの基本構成は、これに関連する当業者には公知である。ターボチャージャーは、第１媒体が膨張させられるタービンを備えている。さらに、ターボチャージャーは、圧縮機を備え、圧縮機内では、第２媒体が圧縮され、すなわち、第２媒体が、第１媒体の膨張中にタービン内で得られたエネルギーを利用して圧縮される。ターボチャージャーのタービンは、タービンハウジング及びタービンロータを備えている。ターボチャージャーの圧縮機は、圧縮機ハウジング及び圧縮機ロータを備えている。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決めされ、軸受ハウジングは、一方ではタービンハウジングに接続され、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、タービンロータは、シャフトを介して圧縮機ロータに連結されている。

ターボチャージャーの動作中に、ターボチャージャーのロータ、例えばタービンロータ又は圧縮機ロータが壊れて、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又は圧縮機ハウジングを貫通する危険性がある。そして、これは、ターボチャージャーの破片が周囲環境内に入る危険性を引き起こす。ターボチャージャーのロータのこのバーストを考慮するために、実施から公知のターボチャージャーでのハウジングは、それぞれのハウジングの破損が予期されないように、かつそれぞれのロータのバースト中にさえロータの破片がそれぞれのハウジングを貫通することができないように、構成される。しかしながら、これは、ターボチャージャーの重量を増大させる。

ターボチャージャーの重量を不必要に増大させないように、さらに、現場ですでに使用されているターボチャージャーを、周囲環境内に貫通するロータの破片に対して保護するように、実施から、ケーシングを有するターボチャージャーであって、ケーシングが、ターボチャージャーの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径方向外側及び軸方向外側で囲む、ターボチャージャーを備えることがすでに公知である。

上記ケーシングは、バースト保護を提供するためだけに役立つものではない。上記ケーシングは、ターボチャージャーの組立体を断熱するためにも役立ち得る。

実施から公知のターボチャージャーのためのケーシングは、軸方向ケーシング要素及び径方向ケーシング要素を備えている。軸方向ケーシング要素は、ターボチャージャーにおける包まれるべきハウジングに軸方向外側で横に続いている。径方向ケーシング要素は、包まれるべきハウジングに径方向外側で続き、実質的に軸方向ケーシングセグメントの間で延在している。

ターボチャージャーのケーシングは、ターボチャージャーにおける包まれるべきハウジングへネジ接続によって接続されている。動作中に、ターボチャージャー、従ってターボチャージャーにおける包まれるべきハウジングは、高い温度負荷、すなわち周期的な熱負荷にさらされる。これは、ケーシングと、ターボチャージャーにおける包まれるべきハウジングと、の間のネジ接続部の破損をもたらす可能性がある。ケーシングの機能は、これによってネガティブに影響を与えられる。

ここからスタートして、本発明は、新たなタイプのターボチャージャーのケーシング、接続要素及び当該ケーシングを備えるターボチャージャーを作り出すという課題に基づいている。

この課題は、請求項１に記載のターボチャージャーのケーシングを通じて解決される。

本発明によれば、スロットのような材料凹部が、ケーシングの径方向ケーシングセグメントに導入され、それぞれ２つの隣り合うスロットのような材料凹部が、それぞれの径方向ケーシングセグメントのストラップをそれぞれ画定する。ケーシングの径方向ケーシングセグメントが、それぞれのストラップの領域において、包まれるべきハウジングのみに接続されている。ケーシングの径方向ケーシングセグメントが、径方向ケーシングセグメントに隣接するそれぞれのストラップ以外において、ケーシングの軸方向ケーシングセグメントのみに接続されている。

ケーシングの径方向ケーシングセグメントに導入されたストラップにより、タービンにおける包まれるべきハウジングを介してケーシングに作用する周期的な熱負荷が、低減され得る。これにより、ケーシングに作用する力を大幅に低減することが可能になる。これに起因して、ターボチャージャーにおける包まれるべきハウジングへのケーシングの接続部が破損する危険性が低減される。これに起因して、ケーシングの機能は、より長く維持され得る。

優先的には、ケーシングの径方向ケーシングセグメントが、ケーシングの軸方向ケーシングセグメントの間で延在する第１セクションと、軸方向ケーシングセグメントに隣り合って延在する第２セクションと、を備え、スロットのような材料凹部が、第２セクションから生じて第１セクション内に延在している。これは、包まれるべきハウジングから生じてケーシングに作用する周期的な熱負荷を特に有利に低減することを可能にする。

優先的には、第１締結手段が、それぞれの径方向ケーシングセグメントの第２セクションを通って延在し、ケーシングの径方向ケーシングセグメントが、それぞれのストラップの領域において、第１締結手段を介して、包まれるべきハウジングに接続されている。ケーシングのそれぞれの軸方向ケーシングセグメントは、第１締結手段の突出部において、径方向外側に開いた材料凹部を有する。第２締結手段が、同様に、それぞれの径方向ケーシングセグメントの第２セクションを通って延在し、ケーシングの径方向ケーシングセグメントが、それぞれのストラップ以外において、第２締結手段を介して、ケーシングのそれぞれの軸方向ケーシングセグメントに接続されている。これにより、ケーシングに作用する周期的な熱負荷は、特に有利に低減され得る。

優先的には、ストラップを画定する、スロットのような材料凹部が、それぞれの径方向ケーシングセグメントの第１セクションの領域に拡大部分を備え、ストラップをそれぞれ画定する、上記スロットのような材料凹部の拡大部分が、互いから離れる方向を向く。拡大部分により、ストラップの領域でのノッチ応力が低減され得る。これにより、ケーシングに作用するケーシング上での周期的な熱負荷は、さらに低減され、ケーシングの寿命がさらに増大される。

本発明による接続要素は、請求項９で規定されている。

本発明によるターボチャージャーは、請求項１０で規定されている。

本発明の好ましいさらなる発展は、従属請求項及び以下の説明から得られる。本発明の例示的な実施形態は、図面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。

本発明によるターボチャージャーのためのケーシングからの抜粋の斜視図である。 図１の抜粋の断面図である。 図１の抜粋の細部の斜視図である。

本発明は、ターボチャージャーのケーシング及びケーシングを有するターボチャージャーに関する。

これに関連する当業者は、ターボチャージャーの基本構成を熟知している。このように、ターボチャージャーは、第１媒体を膨張させるため、特に排ガスを膨張させるためのタービンと、第２媒体を圧縮するため、特に過給空気を圧縮するため、すなわち第１媒体の膨張中にタービン内で得られたエネルギーを利用して第２媒体、特に過給空気を圧縮するための圧縮機と、を備えている。

タービンは、タービンロータ及びタービンハウジングを備えている。圧縮機は、圧縮機ロータ及び圧縮機ハウジングを備えている。タービンロータ及び圧縮機ロータは、ターボチャージャーの軸受ハウジング内に取り付けられたシャフトを介して連結され、軸受ハウジングは、タービンハウジング及び圧縮機ハウジング双方に接続されている。

特に、動作中に、例えばタービンロータ又は圧縮機ロータが壊れた場合、タービンロータ又は圧縮機ロータの破片が、それぞれのハウジング、すなわちタービンハウジング又は圧縮機ハウジングを貫通して周囲環境内に入る可能性がある。これは回避されなければならず、このために、ケーシングを有するターボチャージャーであって、ケーシングが、ターボチャージャーの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囲む、ターボチャージャーを備えることが公知である。

優先的には、個別のケーシングが、タービンハウジング及び圧縮機ハウジングの領域にそれぞれ使用され、個別のケーシングが、ターボチャージャーにおける包まれるべきそれぞれのハウジングを少なくとも部分的に径方向外側及び軸方向外側で囲む。

上記ケーシングは、収容安全性を増大させるためにバースト保護を提供するためだけに役立つものではなく、上記ケーシングは、包まれるべきハウジングの断熱にも役立ち得る。

図１、図２及び図３は、ターボチャージャーのケーシング１の異なる抜粋の図をそれぞれ示す。図１、図２及び図３に示されるケーシング１は、特に、図示されないターボチャージャーのタービン流入ハウジングのケーシングである。ケーシング１は、ターボチャージャーの圧縮機ハウジングのケーシングであってもよい。

ケーシング１は、軸方向ケーシングセグメント２，３を備えている。軸方向ケーシングセグメント２，３が、優先的には、包まれるべきハウジングの軸方向の各側にそれぞれ位置決めされ、軸方向ケーシングセグメント２，３は、包まれるべきハウジングに軸方向外側で続いており、軸方向の対応する側において、包まれるべきそれぞれのハウジングを少なくとも部分的に覆う。

これに加えて、ケーシング１は、径方向ケーシングセグメント４，５をさらに備えている。径方向ケーシングセグメント４，５は、ターボチャージャーにおける包まれるべきそれぞれのハウジングに径方向外側で続いており、軸方向で見ると、実質的に軸方向ケーシングセグメント２，３の間で延在している。

示される好ましい例示的な実施形態では、径方向ケーシングセグメント４，５は、軸方向ケーシングセグメント２，３の間で延在する第１セクション４ａ，５ａと、軸方向ケーシングセグメント２，３の一方と隣り合って延在する、前記第１セクション４ａ，５ａに対して曲げられた第２セクション４ｂ，５ｂと、をそれぞれ有している。

径方向ケーシングセグメント４の第２セクション４ｂは、軸方向ケーシングセグメント２と略平行に延在している。径方向ケーシングセグメント５の第２セクション５ｂは、軸方向ケーシングセグメント３と略平行に延在している。

２つの径方向ケーシングセグメント４，５の第１セクション４ａ，５ａは、径方向において離間して互いに略平行に延在しており、示される例示的な実施形態では、径方向ケーシングセグメント４の第１セクション４ａは、径方向ケーシングセグメント５の第１セクション５ａから径方向外側で延びている。２つの径方向ケーシングセグメント４，５の第１セクション４ａ，５ａの間には、スペーサが、優先的には配置される。

スロットのような材料凹部６が、径方向ケーシングセグメント４，５に導入されている。示される例示的な実施形態でのスロットのような材料凹部６は、それぞれの径方向ケーシングセグメント４，５のそれぞれの第２セクション４ｂ，５ｂから生じてそれぞれの径方向ケーシングセグメント４，５の第１セクション４ａ，５ａ内に延在し、それぞれ２つの隣り合うスロットのような材料凹部６は、それぞれの径方向ケーシングセグメント４，５のストラップ７をそれぞれ画定している。

それぞれのストラップ７の領域では、径方向ケーシングセグメント４，５は、包まれるべきハウジングのみに接続され、すなわち第１締結手段８を介して、包まれるべきハウジングのみに接続され、第１締結手段８は、それぞれのストラップ７の領域において、それぞれの径方向ケーシングセグメント４，５の第２セクション４ｂ，５ｂを通って延在している。

径方向ケーシングセグメント４，５に隣接するそれぞれのストラップ７以外では、径方向ケーシングセグメント４，５は、それぞれの隣り合う軸方向ケーシングセグメント２，３のみに接続され、すなわち第２締結要素（図示せず）を介して、それぞれの隣り合う軸方向ケーシングセグメント２，３のみに接続されている。

第２締結要素（図示せず）は、同様に、それぞれの径方向ケーシングセグメント４，５の第２セクション４ｂ，５ｂを通って延在し、すなわちそれぞれの軸方向ケーシングセグメント２，３内に、すなわちそれぞれのストラップ７以外で延在している。

図１及び図３は、これら第２締結手段のための凹部９を示し、径方向ケーシングセグメント４，５は、ストラップ７の領域以外において、第２締結手段を介して、それぞれの軸方向ケーシングセグメント２，３にそれぞれ接続される。

図３から明らかなように、それぞれの軸方向ケーシングセグメント２，３は、第１締結手段８の軸方向突出部において、径方向外側に開いた材料凹部１０を有する。これに起因して、それぞれの径方向ケーシングセグメント４，５のそれぞれのストラップ７は、隣接するそれぞれの軸方向ケーシングセグメント２，３から独立して動くことができる。

図１及び図３から明らかなように、ストラップ７を画定する、スロットのような材料凹部６は、それぞれの径方向ケーシングセグメント４，５の第１セクション４ａ，５ａの領域において、すなわちそれぞれのスロットのような材料凹部６の端部に、材料凹部６の湾曲した又は丸みを帯びた拡大部分６ａを有し、このため、スロットのような材料凹部６は、ゴルフクラブのような輪郭を有する。本実施形態では、それぞれ協働してストラップ７を画定する、上記スロットのような材料凹部６の拡大部分６ａは、優先的には互いから離れる方向を向く。

サーモストラップとも称され得る、径方向ケーシングセグメント４，５のストラップ７により、包まれるべきハウジングの周期的な熱負荷に起因してケーシング１内に導入される可能性のある力を低減することが可能になる。

これに起因して、ケーシング１のねじ接続部は、より低い負荷にさらされ、この結果として、ケーシング１が破損するリスクが低減され得る。

材料凹部６の拡大部分６ａにより、ストラップ７におけるノッチ応力は、低減され、この結果として寿命がそれでもさらに増大され得る。

径方向ケーシングセグメント４，５の第１セクション４ａ，５ａは、さらなる締結要素１２を介してストリップ７以外で接続されることができ、さらなる締結要素１２は、径方向ケーシングセグメント４，５の第１セクション４ａ，５ａの凹部１１を通って延在している。

本発明は、優先的には、バースト保護又は収容保護を提供するために役立つケーシングで使用される。しかしながら、本発明は、この応用に限定されない。本発明は、断熱のために役立つケーシングでも使用され得る。

１ ケーシング、２ 軸方向ケーシングセグメント、３ 軸方向ケーシングセグメント、４ 径方向ケーシングセグメント、４ａ 第１セクション、４ｂ 第２セクション、５ 径方向ケーシングセグメント、５ａ 第１セクション、５ｂ 第２セクション、６ 材料凹部、６ａ 拡大部分、７ ストラップ、８ 締結手段、９ 凹部、１０ 材料凹部、１１ 凹部、１２ 締結要素

Claims (10)

1. ターボチャージャーにおける包まれるべきハウジングを少なくとも部分的に囲む、ターボチャージャーのケーシング（１）であって、
   包まれるべき前記ハウジングに軸方向外側で続いている軸方向ケーシングセグメント（２、３）と、
   包まれるべき前記ハウジングに径方向外側で続いている径方向ケーシングセグメント（４，５）と、
   を有するケーシングにおいて、
   スロットのような材料凹部（６）が、前記径方向ケーシングセグメント（４，５）に導入され、それぞれ２つの隣り合うスロットのような材料凹部（６）が、それぞれの前記径方向ケーシングセグメント（４，５）のストラップ（７）をそれぞれ画定し、
   前記径方向ケーシングセグメント（４，５）が、それぞれの前記ストラップ（７）の領域において、包まれるべき前記ハウジングのみに接続され、
   前記径方向ケーシングセグメント（４，５）が、それぞれの前記ストラップ（７）以外において、前記軸方向ケーシングセグメント（２、３）のみに接続されていることを特徴とするケーシング。
2. 前記径方向ケーシングセグメント（４，５）が、前記軸方向ケーシングセグメント（２，３）の間で延在する第１セクション（４ａ，５ａ）と、軸方向ケーシングセグメント（２，３）に隣り合って延在する第２セクション（４ｂ，５ｂ）と、を備え、前記スロットのような材料凹部（６）が、前記第２セクション（４ｂ，５ｂ）から生じて、それぞれの前記径方向ケーシングセグメント（４，５）の前記第１セクション（４ａ，５ａ）内に延在していることを特徴とする請求項１に記載のケーシング。
3. 第１締結手段（８）が、それぞれの前記径方向ケーシングセグメント（４，５）の前記第２セクション（４ｂ，５ｂ）を通って延在し、前記径方向ケーシングセグメント（４，５）が、それぞれの前記ストラップ（７）の領域において、前記第１締結手段（８）を介して、包まれるべき前記ハウジングに接続されていることを特徴とする請求項２に記載のケーシング。
4. 第２締結手段が、それぞれの前記径方向ケーシングセグメント（４，５）の前記第２セクション（４ｂ，５ｂ）を通って延在し、前記径方向ケーシングセグメント（４，５）が、それぞれの前記ストラップ（７）以外において、前記第２締結手段を介して、それぞれの前記軸方向ケーシングセグメント（２，３）に接続されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のケーシング。
5. それぞれの前記軸方向ケーシングセグメント（２，３）が、前記第１締結手段（８）の突出部において、径方向外側に開いた材料凹部（１０）を備えていることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載のケーシング。
6. 前記ストラップ（７）を画定する、前記スロットのような材料凹部（６）が、それぞれの前記径方向ケーシングセグメント（４，５）の前記第１セクション（４ａ，５ａ）の領域に拡大部分（６ａ）を有することを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載のケーシング。
7. 前記拡大部分（６ａ）が、それぞれの前記径方向ケーシングセグメント（４，５）の前記第１セクション（４ａ，５ａ）の領域において、それぞれの前記スロットのような材料凹部（６）の端部に形成されていることを特徴とする請求項６に記載のケーシング。
8. ストラップ（７）をそれぞれ画定する、前記スロットのような材料凹部（６）の前記拡大部分（６ａ）が、互いから離れる方向を向くことを特徴とする請求項６又は７に記載のケーシング。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のケーシング（１）のための接続要素であって、
   スロットのような材料凹部（６）が、前記接続要素に導入され、それぞれ２つの隣り合うスロットのような材料凹部（６）が、ストラップ（７）をそれぞれ画定し、個別の前記接続要素が、それぞれの前記ストラップ（７）の領域において、包まれるべき前記ハウジングのみに接続されていることを特徴とする接続要素。
10. 第１媒体を膨張させるためのタービンと、
    前記第１媒体の膨張中に前記タービン内で得られたエネルギーを利用して第２媒体を圧縮するための圧縮機であって、前記タービンのタービンハウジング及び前記圧縮機の圧縮機ハウジングが、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た軸受ハウジングにそれぞれ接続される、圧縮機と、
    前記タービンハウジング及び／又は前記圧縮機ハウジング及び／又は前記軸受ハウジングを少なくとも部分的に径方向外側及び軸方向外側で囲むケーシング（１）と、
    を有するターボチャージャーにおいて、
    前記ケーシング（１）が、請求項１から８のいずれか一項に従って形成されていることを特徴とするターボチャージャー。

Images