JP4616055B2 - コンプレッサ・ハウジング - Google Patents

Description

本発明は、排気ガス・ターボチャージャの分野に関する。本発明は、請求項１の前提部分に記載の、コンプレッサ・ハウジングに空気吸入口ハウジングを固定する固定装置、並びに請求項７の前提部分に記載の、排気ガス・ターボチャージャのコンプレッサ・ハウジングに関する。

排気ガス・ターボチャージャには、高い周速で回転する遠心コンプレッサが用いられる。このことにより、構成部材には、高い運動エネルギが貯えられる。コンプレッサ・ホイールが破裂した場合に、人および有価物が危険に晒されないように、破片が、ホイールを取り囲むハウジングを通って外側に到達することがないことが要求される。

この課題は、コンプレッサ・ホイールが、コンプレッサ・ホイールが破裂した場合に、ホイールに貯えられたエネルギを吸収することができる複数のハウジング部分によって取り囲まれることによって、解決される。コンプレッサ・ホイールが破裂した場合に飛び散る部分の、ハウジング内での受け止めは、「収納」と呼ばれる。エネルギの減少の際に作用する力を、許容できないレベルまで増大させることがないように、構造体の複数の部分は、弾性変形および塑性変形し、かくして、コンプレッサ・ホイールが破裂した場合に飛び散る部分のための衝撃吸収部を形成することが可能でなければならない。

排気ガス・ターボチャージャは、直接的にまたは特殊なフットによってエンジン・ブラケットに固定される。大抵の場合、フットと、空気吸入口側でコンプレッサに固定されている空気吸入口ハウジングとの間の軸方向の間隔は、非常に大きい。空気吸入口ハウジングは、フィルタ・サイレンサまたは空気吸引接続ピースとしてデザインされていてもよい。

エンジンの振動によって、許容できないほど大きな振動が空気吸入口ハウジングに生じることがある。このことは、特に、空気吸入口ハウジングの固有振動数が、ターボチャージャ固定装置の固有振動数よりもほんの僅か上回っているときに生じる。この場合、振動の許容できない過大な増大が、空気吸入口ハウジングに生じることがある。このような振動の問題を回避することができるために、ターボチャージャには、高い固有振動数が要求される。このことは、再度、出来る限り剛性の高いハウジングによって達成される。

特許文献１に記載かつ図示されているように、典型的には、コンプレッサに前に置かれたフィルタ・サイレンサが、あるいは、このフィルタ・サイレンサがない場合には、対応の空気吸引接続ピースが軸方向にコンプレッサ・ハウジングにフランジで取り付けられる。フランジ接続手段は、出来る限り大きな外径でデザインされる。大きな直径で空気吸入口ハウジングを固定することは、固い接続を保証する。それにも拘わらず、この構成部材が、多くの場合、ターボチャージャ全体の固有振動数を規定する。

振動の減少および収納の異なったデザイン目的は、結果として、対立する要求を生ずる。すなわち、一方では、固有振動数を増大させるための高い剛性が求められ、他方では、複数の部分が変形できるための、低い剛性が求められる。
欧州特許出願公開第 1 186 781 A1 号明細書

従って、本発明の課題は、空気吸入口ハウジングをコンプレッサ・ハウジングに固定する固定装置、並びに排気ガス・ターボチャージャのコンプレッサ・ハウジングのための対応の構造体を提供することである。固定装置によって、高い固有振動数および改善された収納性を実現することができる。

本発明によれば、この課題は、請求項１の特徴を有する固定装置および請求項７の特徴を有するコンプレッサ・ハウジングによって解決される。

空気吸入口ハウジングおよびコンプレッサ・ハウジングは、従来のアウターフランジのほかに、アウターフランジよりも小さい半径で設けられているサポートフランジの形の第二の支持手段を有する。サポートフランジは、好都合にも空気吸入口ハウジングおよびコンプレッサ・ハウジングの軸方向の押圧によってもたらされる摩擦係合を有する。二重の支持は、空気吸入口ハウジングの固有振動数の増大をもたらす。

本発明では、コンプレッサ・ハウジングのサポートフランジは、接触領域から斜め外側に延びており、コンプレッサ・ハウジングの、サポートフランジを形成する部分は、出来る限り大きな半径で、残りのコンプレッサ・ハウジングに固定されている。他のインナーハウジング部分は、コンプレッサ・ハウジングが破裂した場合に、飛び散るコンプレッサ・ホイール部分から空気吸入口ハウジングへの、直接的な軸方向の衝撃伝達が生じることを阻止する。これによって、空気吸入口ハウジングが軸方向に叩き落とされる危険性が、減少する。コンプレッサ・ハウジングの、外側に位置するアウターハウジング部分は、空気吸入口ハウジングの、内側のサポートフランジと共に、高い固有振動数の達成のために必要とされる、ハウジングの剛性部分を形成する。

サポートフランジとコンプレッサ・ホイールとの間の領域では、このデザインによって、飛び散るコンプレッサ・ホイール部分のエネルギの減少のために必要とされる、より少ない剛性を持つハウジング部分を設けるための空間が形成される。

斜め外側に延びているサポートフランジは、追加的に軸方向にリブが付けられることが可能な錐形の壁として、デザインされている。内側のサポートフランジの、他の好都合な実施の形態は、サポートフランジが、周方向に交互に変化する径方向の傾斜を有する壁としてデザインされているときに、達成される。周方向にジグザグに形成されたこのような形状によって、特に硬い成形品（Form）が得られる。

サポートフランジおよびアウターフランジは、数個構成で形成されているか、あるいは、一個構成で製造、例えば鋳造されることが可能である。

他の利点は、従属請求項から明らかである。

以下、図面を参照して、本発明に係わる固定装置を略示しかつ詳述する。全ての図で、同一の作用を有する要素は同一の参照符号を有する。図１は、コンプレッサ・ハウジング２と、コンプレッサの空気吸入口に設けられた空気吸入口ハウジング１とを有する排気ガス・ターボチャージャの空気吸入口側の断面を示す。長い一点鎖線で示された軸を中心として、回転自在に取り付けられたコンプレッサ・ホイール並びに排気ガス・ターボチャージャのタービン側全体は、示されていない。圧縮される媒体の、典型的には空気の流れ方向は、矢印で示されている。

空気吸入口ハウジング１は、例えば、サイレンサまたは空気吸引接続ピースとしてデザインされていてもよい。

空気吸入口ハウジング１は、周囲に沿って分布された複数のねじまたは他の適切な固定手段によって、コンプレッサ・ハウジング２に固定されている。これらのねじは、コンプレッサ・ハウジング２の外側部分に対し、空気吸入口ハウジング１を軸方向および径方向に固定する。ねじは、図１では、短い一点鎖線によって示されているだけである。

ねじによる固定のために、空気吸入口ハウジング１は、コンプレッサ・ハウジング２に向いたハウジング壁の、径方向外側の領域に、固定フランジ１２を有する。コンプレッサ・ハウジング２は、同様に、径方向外側の領域に、固定フランジ１２に対応する外側の固定フランジ２２を有する。外側の固定フランジ２２は、図示した実施の形態では、径方向外側に、ハウジング外壁２１によって補強されている。２部構成の成形品が取付上の理由から必要とされないときは、ハウジング外壁２１および固定フランジ２２は一体的に形成されていてもよい。

空気吸入口ハウジング１の前記ハウジング壁の、径方向内側の領域には、サポートフランジ１３が設けられている。このサポートフランジ１３によって、空気吸入口ハウジング１は、コンプレッサ・ハウジング２の、サポートフランジ１３に対応するサポートフランジ２３に、軸方向に支持されている。

本発明では、サポートフランジ２３は、空気吸入口ハウジング１のサポートフランジ１３との接触点から出発して、斜め外側に延びており、外側で、固定フランジ２２に固定されている。図２に示すように、サポートフランジ２３が、外側の壁部すなわち固定フランジ２２と共に、一体製造、例えば一体鋳造されていることは好都合である。

本発明の本質は、斜め外側に延びているサポートフランジ２３によって、コンプレッサ・ハウジング２のサポートフランジ２３と内側の壁部との間に生じる間隔であり、この間隔は改善された収納性にとって決定的である。この間隔は、破裂するコンプレッサ・ホイールの場合に、空気吸入口ハウジング１とコンプレッサ・ハウジング２の間の接続が損なわれることなく、内側の壁部、すなわち中間壁２４および挿入壁２５の変形および軸方向の移動を可能にする。キャビティ２６の領域における挿入壁２５のおよび中間壁２４の変形によって並びに移動によって、高速のコンプレッサ・ホイールの運動エネルギの大部分が減少される。

続いて、残りのエネルギは、インナーフランジ（サポートフランジ）２３およびアウターフランジ（固定フランジ）２２における、コンプレッサ・ハウジング２と空気吸入口ハウジング１との間のしっかりした固い接続によって、減少されることが可能である。そのときまだ、これらの接続に作用する力は、飛び散るコンプレッサ・ホイール部品からの、直接的な、軸方向の衝撃伝達によって発生された元の力の、ほんの一部分に対応している。

インナーハウジング部分２４，２５とアウターハウジング部分２１，２２の機能的な分離によって、個々の部分の変形性および剛性に関して全く妥協する必要がない。従って、サポートフランジ２３は、任意の剛性をもって形成されることが可能である。サポートフランジ２３の、錐形に外側に延びている壁は、例えば、軸方向に延びているリブで、追加的に補強されることが可能である。滑らかに錐形に延びている形の代わりに、壁は、周方向に交互に変化する径方向の傾斜を有することもできる。図１では、この波形の形状は、前から見て交互に左に、右におよび再度左に斜めに突出する、細かに描かれた３つのリブによって示されており、図２も、サポートフランジ２３のこの実施の形態を示す。これらの措置すべては、サポートフランジ２３の更なる剛性をもたらす。

空気吸入口ハウジング１の固定フランジ１２によって、空気吸入口ハウジング１のサポートフランジ１３に、軸方向にプレストレスが加えられていることは好都合である。空気吸入口ハウジング１をコンプレッサ・ハウジング２に軸方向に装着する際に、まず、サポートフランジ１３および２３の領域で、空気吸入口ハウジング１とコンプレッサ・ハウジング２との接触が生じる。固定フランジ１２と２２の接触領域で、軸方向にギャップが生じる。このギャップは、複数のねじの続いての締付によって始めて閉じられる。ギャップを閉じることによって、空気吸入口ハウジング１のハウジングは、固定フランジとサポートフランジの間で僅かに歪められ、これにより、空気吸入口ハウジング１に、軸方向のプレストレスが加えられる。

排気ガス・ターボチャージャの、本発明では空気吸入口ハウジングに接続されているコンプレッサ・ハウジングの、その断面図を示す。 図１に示したコンプレッサ・ハウジングの一部分の図を示す。

符号の説明

１・・・空気吸入口ハウジング、
１２・・・固定フランジ、
１３・・・載置面を有するサポートフランジ、
２・・・コンプレッサ・ハウジング、
２１・・・ハウジング外壁、アウターハウジング部分、
２２・・・固定フランジ、アウターハウジング部分、
２３・・・載置面を有するサポートフランジ、インナーフランジ、
２４・・・中間壁、インナーフランジ部分、
２５・・・挿入壁、インナーフランジ部分、
２６・・・キャビティ、衝撃吸収部。

Claims (9)

1. 空気吸入口ハウジング（１）を排気ガス・ターボチャージャのコンプレッサ・ハウジング（２）に固定する固定装置であって、
   前記コンプレッサ・ハウジング（２）は、軸の周りに回転可能に設けられたコンプレッサ・ホイールを取り囲み、かつ、径方向内側に位置するインナーハウジング部分（２４，２５）および径方向外側に位置するアウターハウジング部分（２１，２２）を有し、
   前記インナーハウジング部分（２４，２５）は、前記コンプレッサ・ホイールが破裂した場合に、運動エネルギを吸収しかつ少なくとも部分的に減少させるために設けられており、
   前記空気吸入口ハウジング（１）は、第一の接続領域で、前記アウターハウジング部分（２２）にしっかり固定されている、固定装置において、
   前記空気吸入口ハウジング（１）は、第二の接続領域で、前記コンプレッサ・ハウジング（２）のサポートフランジ（２３）に支持されていること、および、
   このサポートフランジ（２３）は、前記インナーハウジング部分（２４，２５）の径方向外側で、前記インナーハウジング部分（２４，２５）とサポートフランジ（２３）との間に距離を空けて、前記アウターハウジング部分（２２）に固定され、それにより、コンプレッサ・ホイールが破裂した場合に、その運動エネルギの少なくとも一部を、前記インナーハウジング部分（２４，２５）が吸収し且つ散逸させるように構成されていること、
   を特徴とする固定装置。
   
2. 前記空気吸入口ハウジング（１）は、前記第一の接続領域に固定フランジ（１２）を有し、この固定フランジ（１２）によって、前記空気吸入口ハウジング（１）が前記アウターハウジング部分（２２）に固定されていること、および、
   前記空気吸入口ハウジング（１）は、前記第二の接続領域にサポートフランジ（１３）を有し、このサポートフランジ（１３）によって、前記空気吸入口ハウジング（１）が前記コンプレッサ・ハウジング（２）の前記サポートフランジ（２３）に支持されていること、および、
   固定された状態では、前記空気吸入口ハウジング（１）の前記固定フランジ（１２）によって、前記空気吸入口ハウジング（１）の前記サポートフランジ（１３）に、軸方向のプレストレスが加えられていること、
   を特徴とする請求項１に記載の固定装置。
3. 前記インナーハウジング部分は、挿入壁（２５）を有し、この挿入壁（２５）は、圧縮のために前記コンプレッサ・ホイールに送られる媒体のための流路を区画すること、および、
   前記コンプレッサ・ハウジングの前記サポートフランジ（２３）は、前記挿入壁（２５）の径方向外側で、前記アウターハウジング部分（２２）に固定されていること、
   を特徴とする請求項１または２に記載の固定装置。
4. 前記インナーハウジング部分は、挿入壁（２５）と、少なくとも１つの中間壁（２４）とを有し、前記挿入壁（２５）は、圧縮のために前記コンプレッサ・ホイールに送られる媒体のための流路を区画し、かつ、少なくとも１つのキャビティ（２６）が前記中間壁（２４）と前記挿入壁（２５）との間に形成されていること、および、
   前記コンプレッサ・ハウジングの前記サポートフランジ（２３）は、前記中間壁（２４）の径方向外側で、前記アウターハウジング部分（２２）に固定されていること、
   を特徴とする請求項３に記載の固定装置。
5. 前記コンプレッサ・ハウジングの前記サポートフランジ（２３）は、前記第二の接続領域から径方向外側へ延びる錐形の壁としてデザインされていること、を特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の固定装置。
6. 前記コンプレッサ・ハウジングの前記サポートフランジ（２３）は、前記第二の接続領域から径方向外側へ延びており、かつ周方向に交互に変化する径方向の傾斜を有する壁としてデザインされていること、を特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の固定装置。
7. コンプレッサ・ホイールを収容するための、排気ガス・ターボチャージャのコンプレッサ・ハウジングであって、
   流路と、インナーハウジング部分（２４，２５）と、アウターハウジング部分（２１，２２）と、を備え、
   前記インナーハウジング部分は、前記流路を取り囲み、前記コンプレッサ・ホイールが破裂した場合に、運動エネルギを吸収しかつ少なくとも部分的に減少させるために設けられており、かつ、前記アウターハウジング部分は、前記インナーハウジング部分の径方向外側に設けられている、コンプレッサ・ハウジングにおいて、
   このコンプレッサ・ハウジングは、空気吸入口ハウジング（１）を前記コンプレッサ・ハウジング（２）に接続するために、２つの囲んでいるフランジ（２２，２３）を有し、これら２つのフランジは、径方向に離れて設けられていること、および、
   径方向外側のフランジ（２２）は、アウターハウジング部分の構成部分であり、径方向内側のフランジ（２３）は、前記インナーハウジング部分の径方向外側で、前記径方向外側のフランジ（２２）に接続されていること、を特徴とするコンプレッサ・ハウジング。
8. 前記径方向内側のフランジ（２３）は、前記空気吸入口ハウジング（１）への接続点から径方向外側に延びる錐形の壁としてデザインされていること、を特徴とする請求項７に記載のコンプレッサ・ハウジング。
9. 前記径方向内側のフランジ（２３）は、前記空気吸入口ハウジング（１）への接続点から径方向外側へ延びており、かつ周方向に交互に変化する径方向の傾斜を有する壁としてデザインされていること、を特徴とする請求項７に記載のコンプレッサ・ハウジング。

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