JP2020527661A - 排気ガス過給機のための結合具及び排気ガス過給機 - Google Patents

Abstract

本発明は排気ガス過給機のための結合具に関する。該結合具は、略々湾曲状の第１部材（２）と略々湾曲状の第２部材（３）とを備えており、前記第１部材（２）と前記第２部材（３）とは、第１端部領域（６）又は第２端部領域（７）において連結解除可能に互いに連結され、第３端部領域（１７）又は第４端部領域（２１）において可動に互いに連結されており、前記第１端部領域（６）と前記第３端部領域（１７）との間を第１支持部（１６）が延在し、前記第２端部領域（７）と前記第４端部領域（２１）との間を第２支持部（１９）が延在している。本発明によれば、応力を低減するために前記結合具（１）は前記部材（２；３）に形成された凹部（２７）を備えている。本発明は更に、結合具（１）を備えた排気ガス過給機に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前段部分に記載した種類の排気ガス過給機排気ガス過給機のための結合具に関する。本発明は更に、請求項８の前段部分に記載した種類の排気ガス過給機に関する。

排気ガス過給機の好適な構成の１つに、以下に示すいくつかのハウジング部分を備えたものがある。第１ハウジング部分はその中を高温ガスが貫流して流れるハウジング部分であり、ここでいう高温ガスは概ねエンジンの排気である。第２ハウジング部分はその中に回転体アセンブリを収容して回転可能に支持するハウジング部分であり、第１ハウジング部分と第３ハウジング部分との間に配置される。第３ハウジング部分はその中を吸入外気が貫流して流れるハウジング部分である。ハウジング部分どうしが当接する当接箇所には双方にフランジ面が形成され、それらフランジ面どうしが当接した間から高温ガスや吸入外気が漏出しないように漏出防止が図られている。フランジ面どうしが当接した間から漏出が生じると排気ガス過給機の総合効率が低下する。また、第１ハウジング部分と第２ハウジング部分との間の当接箇所から漏出が生じる場合には、環境に有害な排気が漏出することになるため、この箇所からの漏出を防止することは特に重要である。更に、排気ガス過給機は分解可能な構成とすべきことも考慮せねばならない。例えば、フランジ面どうしを材料接合方式で結合してしまえば、気密性が得られるものの、排気ガス過給機の分解及び再組立は容易に行えなくなる。

特に問題となるのは、排気がその中を貫流して流れる第１ハウジング部分と、吸入した空気や潤滑油及び／又は冷却水などがその中を貫流して流れる第２ハウジング部分との間の結合箇所であり、なぜならば、それら２つのハウジング部分の結合箇所には非常に大きな温度差が存在し、また非常に大きな温度変動も発生するからである。それゆえ、それら２つのハウジング部分を結合する結合具は、それらハウジング部分の間の熱膨張量の差を吸収できるものでなければならず、また、その結合具に作用する様々な応力の変化に対応し得るものでなければならない。

かかる結合具は多くの場合、パイプどうしを連接するために用いられているクランプ式結合具と同様に構成されている。即ち、その結合具の周方向に延在する２つの部材を備えており、それら２つの部材は両端が互いに対向するように組合わされ、両端のうちの少なくとも一端どうしが、ネジとナットから成る連結要素により連結解除可能に連結されるように構成されている。

その一例として、特許文献１には、プロファイル材のごとく所定の横断面形状を有するクランプ式結合具が開示されている。この結合具では、２つの部材の互いに対向する両端のうち、ネジとナットから成る連結要素が備えられている方の一端において、それら２つの部材に夫々に突片部が設けられており、それら２つの部材のフランジ部どうしが、それら突片部においてのみ互いに当接するようにしてある。また、２つの部材はプロファイル材のごとく所定の横断面形状を有するものとされ、両側に側縁壁部を備えることで、その横断面形状は台形状とされており、このようにしているのは、この所定の横断面形状を有するクランプ式結合具がテーパの付いたフランジ部に装着するための結合具だからである。

かかる結合具を備えた排気ガス過給機の作動中には、その結合具の特定の箇所に大きな引張応力及び圧縮応力が作用し、その特定の箇所とは通常、両端において端部どうしが互いに連結されている、実質的に貝殻形状の部材の、その両端の連結箇所である。作用する大きな引張応力及び圧縮応力によって結合具に伸びが生じるおそれがあり、最悪の場合には、排気ガス過給機の作動中に破裂による機能障害が発生するおそれもある。

独国特許出願公開第１０ ２０１４ １０３ ６８３ Ａ１号

本発明の目的は、確実な結合を行える排気ガス過給機のための結合具を提供することにある。また更なる目的は、改良した排気ガス過給機を提供することにある。

本発明の上記目的は請求項１に記載した特徴を備えた排気ガス過給機のための結合具により達成される。また、上記更なる目的は請求項８に記載した特徴を備えた排気ガス過給機により達成される。従属請求項は本発明の好適且つ重要な構成上の特徴を備えた特に有利な構成例を記載したものである。

本発明は排気ガス過給機のための結合具に関するものであり、該結合具は、略々湾曲状の第１部材と湾曲状の第２部材とを備えている。前記第１部材と前記第２部材とは、第１端部領域と第２端部領域とにおいて連結解除可能に互いに連結され、第３端部領域と第４端部領域とにおいて可動に互いに連結されており、前記第１端部領域と前記第３端部領域との間を第１支持部が延在し、前記第２端部領域と前記第４端部領域との間を第２支持部が延在しており、前記第１及び第２支持部は前記排気ガス過給機のハウジング部分を収容するために設けられている支持部である。本発明によれば、応力を低減するために前記第１部材及び／又は前記第２部材に凹部が形成されている。前記凹部を形成することで、また特に、前記第１部材と前記第２部材とのいずれにも前記凹部を形成することで更に、前記結合具に発生する応力の全周に亘る分布をより良好なものとすることができる。即ち、その応力が特定の箇所に集中することがなくなり、換言するならば、特定の箇所に大きな応力が存在する一方で、その他の箇所には応力が全く或いは殆ど存在しないということがなくなる。

その結果として、排気ガス過給機の動作安定性が向上する。なぜならば、応力の分布がより良好なものとなることによって、特に排気ガス過給機の作動中の温度変動による変形量が格段に小さくなるからである。

前記凹部は特に、前記部材の大きな引張応力が作用する箇所及び大きな圧縮応力が作用する箇所に形成される。これによって、前記凹部の形成箇所では前記結合具の横断面積が小さくなるが、発生する周方向の力の結合具の全体に亘る分布がより良好となるため、引張応力及び圧縮応力の集中が緩和される。

特に、前記支持部に３つの前記凹部を形成するとよいことが判明している。このことは以下の理由による。先ず、前記部材の両端の端部領域においては、略々湾曲状に形成された前記支持部が、前記部材の急角度で屈曲した先端部分を経由して、それら端部領域の各々へ移行している。そのため前記支持部には、略々直角に屈曲した形状の当接箇所が存在している。それら当接箇所には大きな引張応力及び圧縮応力が作用する。そこで、かかる応力を小さく抑えるために、それらの当接箇所の近傍に１つずつ、または前記部材の両端の端部領域に１つずつ、前記凹部を形成する。更に加えて、収容しようとするハウジング部分に装着時に最初に当接することになる前記支持部の当接箇所に、より具体的にはそれらのハウジング部分の夫々のフランジ面に形成された環状フランジ部に、もう１つの前記凹部を形成する。この当接箇所に前記凹部を形成する理由は、当該箇所が、排気ガス過給機に装着される際に大きな引張応力が作用する箇所だからである。以上の理由から、前記支持部に少なくとも３つの前記凹部を備えるのがよいのである。

別の１つの構成例によれば、前記凹部は、前記支持部の帯状部に形成されている。これによって、前記支持部の強度を維持しつつ、前記帯状部の断面積を減少させている。前記第１及び第２部材は、プロファイル材のごとく所定の横断面形状を有するものとし、また特にＵ字形状の横断面形状を有するものすることが好ましい。ただし、ここでいうＵ字形状の横断面形状にはＶ字形状の横断面形状も含まれ、そのＶ字形状の横断面形状の両脚の間の角度は適宜に設定される。これによって、前記結合具の全体としての弾性力を、結合対象のハウジング部分に対する前記結合具の適合性を良好にし得るような、好適な大きさの弾性力にすることができる。前記結合具を締結する際には、前記結合具の内周部に軸心方向の力が作用するために、軸受ハウジング（軸受構造部）及びタービンハウジング（排気流通部）のフランジ部に当接する前記第１及び第２部材の当接箇所に、曲げ応力が発生する。この曲げ応力は前記第１及び第２部材の両端の端部領域の近傍において最大となり、より詳しくは前記第１及び第２部材の両端の屈曲箇所において最大となる。前記凹部は、当該箇所の剛性を小さくし、もって、前記結合具に発生する応力のピーク並びに前記ハウジングに作用する応力のピークを低くするものである。

前記凹部を形成した前記部材の断面係数を適切な大きさにするには、前記凹部の最大幅寸法が前記帯状部の幅寸法以下であって、前記凹部の形状が適切な形状であるようにすればよい。また、ここでいう適切な形状とは、周方向に分布させて作用させる軸方向の力成分に適合するように定めた形状である。

本発明に係る結合具の別の１つの構成例によれば、前記凹部は丸みの付いた形状に形成されており、これによって、尖った角や縁部での応力集中による亀裂発生のおそれが払拭されている。

本発明の第２の局面は排気ガス過給機に関するものであり、該排気ガス過給機は、高温の排気がその中を貫流して流れる第１ハウジング部分と、第２ハウジング部分とを備え、前記第１ハウジング部分と前記第２ハウジング部分とが結合具により互いに結合されている。本発明によれば、前記結合具は請求項１乃至７の何れか１項記載の結合具である。

前記排気ガス過給機の作動中には、排気による高温のために前記第１及び第２ハウジング部分に熱膨張が生じている。そこで、そのような熱膨張が、前記排気ガス過給機の効率に大きな影響を及ぼさないようにするために、前記結合具は請求項１乃至９の何れか１項記載の結合具とされる。これによって、前記第１ハウジング部分と前記第２ハウジング部分とが確実に結合され、もって、有害物質の漏出が低減ないし防止される。

本発明の更なる利点、特徴、及び細部構成については、以下に示す好適な実施の形態についての説明を参照し、また添付図面を参照することにより明らかとなる。以上の説明中で言及した様々な特徴及びそれら特徴の組合せ、並びに、添付図面に関連した以下の説明中で言及し、及び／又は、図面中に示す様々な特徴及びそれら特徴の組合せは、それら説明ないし図面に示した通りの組合せで利用し得るばかりでなく、それとは異なる組合せで利用することもでき、また、個々の特徴を単独で利用することも可能なものであって、そのように特徴を利用した場合でも本発明の範囲から逸脱するものではない。

本発明に係る排気ガス過給機のための結合具の斜視図である。 図１の結合具の断面図である。 図１の結合具の平面図である。 第１変更実施例に係る結合具の部分平面図である。 第２変更実施例に係る結合具の部分平面図である。 第３変更実施例に係る結合具の部分平面図である。

排気ガス過給機（不図示）は第１ハウジング部分を備えている。第１ハウジング部分は、排気ガス過給機の作動中に気体がその中を貫流して流れる排気流通部として形成されており、流れる気体は通常、排気そのものである。またここでいう排気とは概ねエンジン（不図示）の燃焼生成物であるが、ただし必ずしもそれに限られない。

排気ガス過給機は第２ハウジング部分を備えている。第２ハウジング部分は、軸受構造部として形成されており、排気ガス過給機の回転体アセンブリ（不図示）を軸支している。軸受構造部は、吸気がその中を貫流して流れる排気ガス過給機の吸気流通部（不図示）と、排気流通部との間に配設されている。

回転体アセンブリ（不図示）は、コンプレッサ羽根車（不図示）とタービン羽根車（不図示）とを備えており、それら２つの羽根車は、それらが一体回転するように連結回転軸（不図示）を介して互いに連結されている。コンプレッサ羽根車は、吸気流通部のコンプレッサ羽根車ケーシング（不図示）の中に収容されており、気体の吸入を行い、吸入する気体は通常、外気である。タービン羽根車（不図示）は、排気流通部の羽根車ケーシング（不図示）の中に回転可能に収容されている。

排気ガス過給機の作動中には、排気流通部の中を貫流して流れる排気がタービン羽根車に作用してタービン羽根車を駆動しており、それによってタービン羽根車の回転運動が発生している。この回転運動が連結回転軸を介してコンプレッサ羽根車に伝達されることで、タービン羽根車の回転運動と一体的なコンプレッサ羽根車の回転運動が発生している。そして、コンプレッサ羽根車によって、即ちコンプレッサ羽根車の回転運動によって外気が吸入され、その吸入された外気が吸気流通部において圧縮される。

排気流通部には軸受構造部の方を向いた側の端部に第１フランジ面が形成されている。軸受構造部には、この第１フランジ面に対向する第２フランジ面が形成されており、それら２つのフランジ面は互いに略々対応する形状に形成されている。

２つのフランジ面はいずれも排気ガス過給機の縦方向軸心（これはタービン羽根車の回転軸心である）に対して径方向及び周方向に延展するように形成されている。排気流通部は軸受構造部に対向するように形成された第１環状フランジ部を備えており、この第１環状フランジ部は、軸受構造部の第２環状フランジ部に対して、軸心方向に隣接して位置するものである。第１フランジ面は第１環状フランジ部に形成されており、第２フランジ面は第２環状フランジ部に形成されている。

排気流通部と軸受構造部とは、本発明に係る結合具１によって、第１フランジ面の形成箇所と第２フランジ面の形成箇所とで互いに結合されている。結合具１は、主要部分が周方向に延在するように湾曲した略々湾曲状の第１部材２と、同じく主要部分が周方向に延在するように湾曲した略々湾曲状の第２部材３とを備えている。第１部材２と第２部材３とは、それらの一端どうしが第１連結要素４を介して連結解除可能に互いに連結されるようにしてあり、また、それらの他端どうしが第２連結要素５を介して相対的に可動に互いに連結されており、これらについては、結合具１を斜視図で示した図１を参照されたい。結合具１は、パイプどうしを連接するためのクランプ式結合具と基本的に同様の構成を有するものである。即ち、ここに提示する結合具１は、２つのハウジング部分を結合するために、第１環状フランジ部及び第２環状フランジ部の外周を少なくとも部分的に支持し、しかも径方向、軸心方向、及び周方向において支持する、帯状の形態を有する結合具である。

第１部材２の第１端部領域６と、第２部材３の第２端部領域７とは、第１連結要素４を介して互いに連結されるようにしてあり、この第１連結要素４はネジとナットで構成されている。また、その連結のために、第１部材２の第１端部領域６には第１荷重印加アーム部８が設けられ、第２部材３の第２端部領域７には第２荷重印加アーム部９が設けられている。第１及び第２荷重印加アーム部８、９には夫々に開口１０が形成されており、それら開口１０に、第１連結要素４であるネジが挿通される。また、第１連結要素４の頭部１１が第１荷重印加アーム部８の表面に当接する。頭部１１とは反対側の連結要素端部１２にはワッシャ１３と締結部材１４とが備えられ、この締結部材１４は図示例ではナットとして形成されており、この構成とすることで、第１連結要素４による締結力で第１部材２と第２部材３とを締結できるようにしている。

第１部材２は、第１ストッパ部１５を備えている第１荷重印加アーム部８から、第１支持部１６を経由して第３端部領域１７まで延在しており、この第３端部領域１７には輪っか形状の第１安全要素１８が形成されている。第２部材３も同様の構成であり、即ち、第２部材３は第２荷重印加アーム部９から、第２支持部１９を経由して第４端部領域２１まで延在しており、この第４端部領域２１には輪っか形状の第２安全要素２０が形成されている。また、第２荷重印加アーム部９は、第２安全要素２０とは反対側の第２端部領域７に、第２ストッパ部２２を備えている。

結合具１の内周部２３が２つの環状フランジ部の外周部に良好に適合できるようにするために、第１部材２及び第２部材３は、プロファイル材から製作されており、このプロファイル材は帯状部２４とその脚部２５とを備えることで、概ねＵ字形状またはＶ字形状の横断面形状を有するものとなっている。ただしその横断面形状は台形状としてもよい。

図２に示したのは結合具１の断面図である。矢印で示した箇所２６は供用時に引張応力及び圧縮応力が作用する箇所であり、特に、第３端部領域１７における当該箇所２６と、第４端部領域２１における当該箇所２６は、材料に大きな変形量の変形加工が施された箇所である。

それら箇所２６に作用する引張応力及び圧縮応力を軽減するために、第１支持部１６及び第２支持部１９には凹部２７が設けられている。凹部２７は当該箇所２６の近傍領域に形成されており、また更に加えて、第１及び第２支持部１６、１９の、結合具の装着作業に際して引張応力が作用する部分箇所２８にも凹部２７が形成されている。本実施例において、当該部分箇所２８に形成された凹部２７は、上記２つの当該箇所２６の近傍領域に形成された２つの凹部２７の間の中点に位置している。従って、第１部材２及び第２部材は３つずつの凹部２７を備えており、このようにそれら部材の各々が３つずつの凹部を備えることが好ましい。

引張応力が作用する箇所及び圧縮応力が作用する箇所がどこであるかを知るには、コンピュータプログラムによるシミュレーションを行うのが理想的であり、それによって、それら圧縮応力及び引張応力を軽減し或いは消滅させるための凹部２７の形成位置を決定することができる。

図４〜図６は凹部２７の様々な形状を示した図である。凹部２７の好適な形状は、どのように応力が発生しているか、或いは発生すると予測されるかに応じて選択されるものであり、その選択の際には、第１及び第２部材２、３の材料としていかなる材料が選ばれているかも考慮される。更には、第１連結要素４及び第２連結要素５がいかなる構造であるかも考慮される。

特に、図３に示した本発明に係る結合具１の平面図に明らかなように、凹部２７の形状として、同図に示した実施例では長円形の形状が選択されている。凹部２７の形状は尖った角のない形状とすることが好ましく、なぜならば、尖った角は亀裂を生じる原因となり得るからである。

図示した凹部２７は、帯状部２４の壁厚Ｄを完全に貫通する貫通穴の形状に形成されている。ただし、支持部１６、１９の強度低下を回避することが望まれる場合には、凹部２７を支持部１６、１９に部分的に形成するようにすればよい。凹部２７の形状は帯状部２４の中心線２９に関して対称形とすることが好ましく、また、凹部２７の最大幅寸法Ｂｍａｘは帯状部２４の幅寸法Ｂの半分を超えない大きさとすることが好ましい。この最大幅寸法Ｂｍａｘが幅寸法Ｂの半分を超えると強度不足となるおそれがあり、即ち、支持部１６、１９の、凹部２７が形成されている部分の横断面の断面係数が小さくなるために、特に高温に曝露されたときに、結合具１に伸びが生じて結合具１が緩むおそれがある。

凹部２７の形成位置を決定する際には、２つのハウジング部分に対する相対的な結合部１の装着位置も考慮すべきである。なぜならば、結合具１の軸受構造部に当接する側の部分よりも、結合具１の排気流通部に当接する側の部分の方が、より大きな熱膨張を生じると見込まれるからである。

本発明は、請求項１の前段部分に記載した種類の排気ガス過給機のための結合具に関する。本発明は更に、請求項８の前段部分に記載した種類の排気ガス過給機に関する。

Claims (8)

1. 排気ガス過給機のための結合具であって、略々湾曲状の第１部材（２）と略々湾曲状の第２部材（３）とを備えており、前記第１部材（２）と前記第２部材（３）とは、第１端部領域（６）又は第２端部領域（７）において連結解除可能に互いに連結され、第３端部領域（１７）又は第４端部領域（２１）において可動に互いに連結されており、前記第１端部領域（６）と前記第３端部領域（１７）との間を第１支持部（１６）が延在し、前記第２端部領域（７）と前記第４端部領域（２１）との間を第２支持部（１９）が延在しており、前記第１及び第２支持部（１６、１９）は前記排気ガス過給機のハウジング部分を収容するために設けられている支持部である、前記結合具において、
   応力を低減するために前記結合具（１）は前記部材（２；３）に形成された凹部（２７）を備えている、ことを特徴とする結合具（１）。
2. 前記凹部（２７）は前記支持部（１６；１９）に形成されていることを特徴とする請求項１記載の結合具。
3. 前記凹部（２７）は大きな引張応力及び圧縮応力が生じる箇所に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の結合具。
4. 前記支持部（１６；１９）に３つの前記凹部（２７）が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の結合具。
5. 前記凹部（２７）は前記支持部（１６；１９）の帯状部（２４）に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の結合具。
6. 前記凹部（２７）はその最大幅寸法（Ｂｍａｘ）が前記帯状部（２４）の幅寸法（Ｂ）以下であることを特徴とする請求項５記載の結合具。
7. 前記凹部（２７）は丸みの付いた形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の結合具。
8. 高温の排気がその中を貫流して流れる第１ハウジング部分と、第２ハウジング部分とを備え、前記第１ハウジング部分と前記第２ハウジング部分とが結合具（１）により互いに結合されている排気ガス過給機において、前記結合具は請求項１乃至７の何れか１項記載の結合具であることを特徴とする排気ガス過給機。

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