JP2020128747A - ケースを有するターボチャージャ及び内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】新規のタイプのターボチャージャ及びこのようなターボチャージャを有する内燃機関を創出すること。【解決手段】タービンのタービン筐体（１６）及び圧縮機の圧縮機筐体それぞれが、タービン筐体と圧縮機筐体との間に配設されたベアリング筐体（１７）に接続されており、ターボチャージャが、少なくとも特定のセクションにおいてタービン筐体を径方向外方及び軸方向外方で囲むケース（１８）を備える、かつ／または、少なくとも特定のセクションにおいて圧縮機筐体を径方向外方及び軸方向外方で囲むケース（１８）を備える。ケース（１８）は、タービン筐体（１６）に直接接続することなくタービン筐体（１６）の周りに解放して位置し、または、圧縮機筐体に直接接続されることなく圧縮機筐体の周りに解放して位置し、ケース（１８）が、ターボチャージャの動作中においてケースに対応する温度レベルを有する組立体に接続されている。【選択図】図３

Description

本発明は、ケースを有するターボチャージャに、及び、内燃機関に関する。

ターボチャージャの基本構造は、本願で対処する当業者に公知である。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。さらに、ターボチャージャは、第２媒体を圧縮する圧縮機を備える、すなわち、第１媒体が膨張している間にタービンで抽出するエネルギーを利用する。ターボチャージャのタービンは、タービン筐体及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、圧縮機筐体及び圧縮機ロータを備える。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、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、シャフトが取り付けられており、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。

ターボチャージャの動作中に、ロータ、例えばターボチャージャのタービンロータが破損してロータの破片が関連する筐体、すなわちタービン筐体を貫く危険性がある。そして、ターボチャージャの破片が周囲の物に入る危険性がある。
ターボチャージャのロータが破裂のこの問題を考慮するため、慣習から知られているターボチャージャ内の関連する筐体は、関連する筐体が損傷する場合を予期する必要がなくかつ関連するロータが破損してもロータの破片が関連する筐体を貫かないように設計されている。しかしながら、このために、ターボチャージャの重量が増大している。

ロータの破片が周辺の物を貫くことに対してターボチャージャ及びこの技術分野ですでに採用されている追加のターボチャージャ保護部品の重量を不必要に増大させないために、慣習からすでに知られていることは、少なくとも特定のセクションにおいて覆われる関連する筐体、すなわちタービン筐体または圧縮機筐体を径方向外方から及び軸方向外方から囲むケースをタービンに設けること、である。

慣習から知られているターボチャージャにおいて、タービンのためのケースは、タービン筐体に直接接続されており、圧縮機のためのケースは、圧縮機筐体に直接接続されている。ケースとタービン筐体の間またはケースと圧縮機筐体との間に動作中に形成される温度差のため、関連する接続要素は、複数の要件を満たさなければならない。したがって、接続要素の適切な弾性は、すなわち、伸長状態を経て進展する許容不能な高い拘束力なく、ケースとケースによって囲まれる少なくとも特定のセクションである筐体との間における熱により引き起こされる相対移動を補償するために必要である。しかしながら、同時に、高固有振動数を提供しかつケースの振動励起を回避するために、適切な剛性接続は必要である。このために、慣習から知られているターボチャージャでは、複雑かつ高価な接続要素を採用している。これは、欠点である。簡素かつコスト効率の良い接続要素を用いてタービン筐体のためのケース及び／または圧縮機筐体のためのケースを組み立て得るターボチャージャへの必要性がある。

ここから出発して、本発明は、新規のタイプのターボチャージャ及びこのようなターボチャージャを有する内燃機関を創出する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、ケースは、タービン筐体に直接接続することなくタービン筐体の周りに解放して位置する、または、圧縮機筐体に直接接続することなく圧縮機筐体の周りに解放して位置する。
ケースは、ターボチャージャの動作中においてターボチャージャがケースに対応する温度レベルを有する組立体に接続されている。本発明により、筐体の周り、すなわち、タービン筐体または圧縮機筐体の周りにあるケースが、筐体に直接接続することなく解放して位置する。ケースは、むしろ、ターボチャージャの動作中にケースに対応する温度レベルを有する組立体に接続されている。これにより、ケースに備え付けるように機能する接続要素が温度によって引き起こされる相対移動を補償しなければならない必要がない。接続要素は、適切な高固有振動数を提供するために、硬質に具現化され得る。接続要素は、簡素にかつよりコスト効率よく具現化され得る。

有利なさらなる展開によれば、ケースは、ベアリング筐体に接続されている。ベアリング筐体へのケースの接続は、好ましい。これにより、ケースのターボチャージャへの簡素な接続を可能とする。

好ましくは、ケースは、ブラケットが一端部においてベアリング筐体に接続されかつ第２端部においてケースに接続される態様で、優先的にブラケットを介してベアリング筐体に接続されており、ブラケットの第２端部には、長穴が形成されており、長穴は、様々な角度位置においてケースに接続できるようにする。これにより、保証することは、ケースが、必要に応じて、覆われる筐体と共にベアリング筐体に対して様々な相対位置においてベアリング筐体に備え付けられ得る。

本発明にかかる内燃機関は、請求項８に規定されている。

さらにまたはあるいは、ベアリング筐体に接続するために、ケースは、エンジン及び／または内燃機関の組立体のための支持構造体もしくはコンソールに接続され得る。このため、ケースは、同様に、エンジンに、または、支持構造体もしくはコンソールに接続され得る。そして、覆われる筐体への、すなわちこの場合においてタービン筐体へのまたは圧縮機筐体へのケースの直接接続がない。

本発明の好ましいさらなる展開は、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を図面を用いてより詳細に説明するが、この例示的な実施形態に限定されない。

内燃機関を発電機と共に示す側面図である。 ターボチャージャの筐体を覆っていない状態の内燃機関のターボチャージャのためのケースを示す図である。 ベアリング筐体の、タービン筐体の、及び、ハウジング筐体のケースの領域においてターボチャージャから抽出したものを示す図である。

図１は、内燃機関１０の側面図を内燃機関１０によって駆動される発電機１１と共に示す。本明細書ですでに指摘したように、図１の内燃機関１０は、実際には、まったくの例である。本発明は、発電機１１を駆動するように機能する内燃機関１０に限定されない。

内燃機関１０は、複数のシリンダ１３を有する実際のエンジン１２を備える。内燃機関１０のシリンダ１３では、燃料を燃焼させる。この燃料は、液体燃料または気体燃料であり得る。エンジン１２は、例えば、ガスエンジン、ディーゼルエンジンまたは二系統燃料エンジンであり得る。

内燃機関１０は、ターボチャージャ１４を備える。ターボチャージャ１４は、図１において支持構造体１５上に備え付けられており、この支持構造体は、コンソールとも称され得る。

本願で対処する当業者は、ターボチャージャ１４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１４は、第１媒体を膨張させるための、特にエンジン１２のシリンダ１３内で燃料を燃焼させている間に生じる排気ガスを膨張させるためのタービンを備える。さらに、ターボチャージャ１４は、第２媒体を圧縮するための、特に燃料を燃焼させるためのエンジン１２のシリンダ１３に供給する吸気を圧縮するための圧縮機を備える。

ターボチャージャ１４のタービンは、タービンロータ及びタービン筐体を備える。ターボチャージャ１４の圧縮機は、圧縮機ロータ及び圧縮機筐体を備える。タービンロータ及び圧縮機ロータは、シャフトを介して連結されている。シャフトは、ターボチャージャのベアリング筐体に備え付けられており、ベアリング筐体は、タービン筐体と圧縮機筐体との間に位置しており、タービン筐体及び圧縮機筐体をタービン筐体双方に接続されている。

図３は、タービン筐体１６の及びベアリング筐体１７の領域におけるターボチャージャ１４から抽出したものを示す。

動作中に、根本的に、ターボチャージャ１４のタービンのタービンロータまたはターボチャージャ１４の圧縮機の圧縮機ロータが破損する危険性がある。そして、処理中において、各ロータの破片は、各筐体、すなわち、タービン筐体または圧縮機筐体を貫き、周囲にあるものに入り得る。これは、基本的にターボチャージャに少なくとも１つのケースを設けることが公知である目的のために、回避されなければならない。したがって、図３は、ターボチャージャのうち軸方向外方及び径方向外方の特定のセクションにおいてタービン筐体１６を囲むタービンのためのケース１８を示す。

好ましくは、このようなケースは、タービンの領域及び圧縮機の領域であって筐体を各別に囲む領域双方、すなわち、少なくとも特定のセクションにおいて径方向外方及び軸方向外方にあるタービン筐体１６及び圧縮機筐体に採用される。

本明細書にある発明に関して、提案されることは、覆われる各筐体に直接接続することなく、覆われる各筐体の周りに各ケースが解放して位置することである。図３において、図示のケース１８は、タービン筐体１６に直接接続することなく、タービン筐体１６の周りに位置する。圧縮機の領域において、このようなケースは、圧縮機筐体に直接接続することなく、圧縮機筐体の周りに位置する。

本発明によれば、各ケース１８は、ターボチャージャ１４の動作中にケース１８に対応する温度レベルを有する。したがって、図３において、タービン筐体１６に直接接続することなくタービン筐体１６の周りに配設されているケース１８は、ベアリング筐体１７に接続されている。図３において、この目的は、複数のブラケット１９によって機能しており、このブラケットは、第１端部１９ａにおいてベアリング筐体１７に接続されており、反対側に位置する第２端部１９ａは、タービン筐体１６のためのケース１８に接続されている。

したがって、本発明の目的は、ターボチャージャ１４のケース１８を覆われる筐体ではなく、むしろターボチャージャ１４の動作中にケース１８に対応する温度レベルを有する組立体に接続することである。

タービン筐体１６のケース１８がタービン筐体１６ではなくベアリング筐体１７に接続されている図３の例示的な実施形態において、ブラケット１９は、ケース１８をベアリング筐体１７に接続する機能を果たす。ブラケット１９は、曲輪郭を有する。ブラケット１９は、それらの第１端部１９ａにおいて、ベアリング筐体１７に接続されている、特に螺着されている。反対側に位置するブラケットの第２端部において、ブラケット１９は、タービン１４のケース１８に接続されている、特に螺着されている。

図３によれば、長穴２０は、曲ブラケット１９の２つの端部１９ｂに形成されており、ブラケット１９をケース１８に螺着するために、ネジは、ケース１８のネジ山付孔部内に延在する。これら長穴２０により、ケース１８をベアリング筐体１７の様々な角度位置に接続することが可能となり、それにより、タービン筐体の様々な取付位置を可能とする。長穴２０が形成される曲ブラケット１９の第２端部１９ｂは、扇状外郭を有する。これらの第２端部１９ｂにおいて、複数のブラケット１９は、長穴２０を有する共通の扇状外郭セクションを形成し得る、または、このような共通の扇状セクションで終端し得る。

図２は、さらなるケース１８の斜視図を示す。図２の例示的な実施形態において、ケース１８は、ブラケット１９を介してベアリング筐体１７に取り付けられている。さらなるブラケット２１を用いて、ケース１８は、ターボチャージャ１４のための内燃機関１０の支持構造体１５にさらに備え付けられている。

図示しないが、エンジン１２へのターボチャージャ１４の据え付け位置に応じて、ケース１８を同様にエンジン１２に接続してもよい。

本発明によれば、ケース１８を備え付けるように機能する接続要素がケース１８と覆われる筐体との間における熱により引き起こされる相対移動を補償しなければならない必要がない。このため、接続要素は、特にケース１８の高固有振動数を確実にすることに関して、硬質に具現化され得る。このために、簡素かつコスト効率の良いブラケットを採用し得る。

本発明にかかるケースの組み立ては、タービンの領域において、及び、圧縮機の領域において、利用され得る。いずれの場合においても、ケースは、覆われる筐体に直接備え付けられていないが、組立体に備え付けられており、この組立体は、ターボチャージャの動作中にケースに対応する熱レベルを有する。

１０ 内燃機関
１１ 発電機
１２ エンジン
１３ シリンダ
１４ ターボチャージャ
１５ 支持構造体
１６ タービン筐体
１７ ベアリング筐体
１８ ケース
１９ ブラケット
１９ａ 端部
１９ｂ 端部
２０ 長穴
２１ ブラケット

Claims (10)

1. 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から抽出さ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と、
   を備えるターボチャージャ（１４）であって、
   前記タービンのタービン筐体（１６）及び前記圧縮機の圧縮機筐体それぞれが、前記タービン筐体と前記圧縮機筐体との間に配設されたベアリング筐体（１７）に接続されており、
   当該ターボチャージャが、少なくとも特定のセクションにおいて前記タービン筐体（１６）を径方向外方及び軸方向外方で囲むケース（１８）を備え、かつ／または、少なくとも特定のセクションにおいて前記圧縮機筐体を径方向外方及び軸方向外方で囲むケース（１８）を備え、
   前記ケース（１８）が、前記タービン筐体（１６）に直接接続することなく前記タービン筐体（１６）の周りに位置し、または、前記圧縮機筐体に直接接続されることなく前記圧縮機筐体の周りに解放して位置し、
   前記ケース（１８）が、当該ターボチャージャの動作中において当該ケース（１８）に対応する温度レベルを有する組立体に接続されていることを特徴とするターボチャージャ。
2. 前記ケース（１８）が、当該ターボチャージャの動作中において当該ケース（１８）に対応する熱負荷にさらされる組立体に接続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. 前記ケース（１８）が、前記ベアリング筐体（１７）に接続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. 前記ケース（１８）が、曲ブラケット（１９）によって前記ベアリング筐体（１７）に接続され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. 前記曲ブラケット（１９）が、一端部（１９ａ）において、前記ベアリング筐体（１７）に接続されており、第２端部（１９ｂ）において、前記ケース（１８）に接続されており、
   前記ブラケット（１９）の前記第２端部（１９ｂ）には、前記ケース（１８）を様々な角度位置で接続することを可能とする長穴（２０）が形成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. 前記ブラケット（１９）の前記第２端部（１９ｂ）が、扇状外郭を有していることを特徴とする請求項５に記載のターボチャージャ。
7. 複数の前記ブラケット（１９）の前記第２端部（１９ｂ）が、前記長穴（２０）を有する扇状外郭を有する共通のセクションを形成す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. 燃料を燃焼させるための複数のシリンダ（１３）を備えるエンジン（１２）と、
   前記シリンダ（１３）で前記燃料の燃焼中に生じる排気ガスを膨張させるための、かつ、前記燃料を燃焼させるために前記シリンダ（１３）に供給される吸気を圧縮するための、ターボチャージャと、
   を備える内燃機関（１０）であって、
   前記ターボチャージャ（１４）が、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であることを特徴とする内燃機関。
9. 前記ケース（１８）が、前記エンジン（１２）に接続されていることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関。
10. 当該内燃機関の組立体のための支持構造体（１５）またはコンソールを有し、
    前記ケース（１８）が、前記支持構造体（１５）または前記コンソールに接続されていることを特徴とする請求項８または９に記載の内燃機関。

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