JP4681211B2 - ターボチャージャの圧縮機のケーシング部分並びにフィルタ吸音器を有する装置 - Google Patents

Description

【０００１】
技術分野：
本発明は、特許請求の範囲の請求項１に発明の上位概念として特定したように、フィルタ吸音器を緊締子を介して圧縮機のケーシング部分に着脱可能に固定した形式の、内燃機関用ターボチャージャに所属する圧縮機のケーシング部分並びにフィルタ吸音器を有する装置に関する。
【０００２】
背景技術：
ターボチャージャの圧縮機入口では、高放出度のノイズが発生する。それ故に大抵は圧縮機入口に、このノイズ放出を低下させるフィルタ吸音器が配置されている。該フィルタ吸音器は圧縮機のケーシング部分に剛性結合されており、かつこれは振動技術の点でターボチャージャから遮断されていないので、ターボチャージャの振動はフィルタ吸音器に伝搬される。ターボチャージャ自体は通常は直接にか又は固定足部を介して内燃機関のブラケット上に固定されている。固定足部とフィルタ吸音器との間の軸方向間隔は概して著しく大である。ターボチャージャが機関振動によって励振され、かつ／又は固有周波数で振動する場合、振動振幅は、フィルタ吸音器の幾何学的形状に基づいて最大に達する。これは殊に、その結果として大きな材料負荷が生じるので、好ましいことではない。相応の規定を有する国々では、これらの振動問題は、技術的ライセンスの却下にまで及ぶこともある。
【０００３】
発明の開示：
それ故に本発明の課題は、明細書冒頭に述べた形式の緊締装置を改良して、前記の欠点を簡単かつ低廉に除くことである。
【０００４】
前記課題は、請求項１の特徴部に記載した構成手段を有する緊締装置によって解決される。
【０００５】
本発明の緊締装置は、圧縮機入口でフィルタ吸音器を圧縮機のケーシング部分に結合するために、フィルタ吸音器と圧縮機のケーシング部分との間に、振動遮断器を有している。該振動遮断器によってフィルタ吸音器は、振動技術的に、圧縮機ケーシング部分から、ひいてはターボチャージャから充分に遮断されている。ターボチャージャもしくは圧縮機からフィルタ吸音器への振動伝搬時に、フィルタ吸音器において大きな振動振幅は避けられ、かつ振動に起因した高い材料応力による早期の材料疲労は阻止される。
【０００６】
振動遮断器としては、温度及びオイル安定性並びに耐摩耗性のゴム弾性質エレメントを使用するのが最も有利である。このようにして振動遮断器は使用条件に最も良く適合されており、これによって振動遮断器の高い耐用寿命が保証される。（例えばデュポン社のヴィトン又はシリコーンから成るような）エラストマーから製作されたゴム弾性質エレメントが、振動遮断器として極めて好適であることが判った。
【０００７】
振動遮断器は、組付け状態で見て、ターボチャージャの軸方向並びに該軸方向に対して直角な方向では僅かな曲げ剛さを有しているのが有利である。軸方向及び該軸方向に対して直角な方向での曲げ剛さは、ターボチャージャの６つの固有周波数に関連して種々異なるように選ぶことができる。僅かな曲げ剛さは、フィルタ吸音器と圧縮機のケーシング部分との間の振動伝搬を充分に遮断するように働く。
【０００８】
構造上の条件を考慮して振動遮断器は、可能な限り軟性に選ばれる。しかし少なくとも曲げ剛さは、構成部品の重量及び該構成部品の幾何学的形状を考慮すると共にフィルタ吸音器と圧縮機のケーシング部分との間の継手の幾何学的形状を考慮して、フィルタ吸音器が究極的には、ターボチャージャの少なくとも最低の固有周波数の約２５％〜５０％の固有周波数、殊に有利には４０％の固有周波数を有するように選ばれる。例えば機関振動に起因してターボチャージャが固有周波数範囲で励振する場合、フィルタ吸音器は臨界超過範囲で振動する。
【０００９】
振動遮断器は、予荷重をかけられているのが特に有利である。このようにすれば、振動遮断器と構成部分との間の接触が失われて、振動遮断器において摩耗が発生するような事態を回避することが可能になる。
【００１０】
振動遮断器はＯリングの形に形成するのが特に有利である。それというのは、この実施形態の場合には、継手によって吸収すべき力がＯリングの全周に分配されるからである。
【００１１】
Ｏリング形の振動遮断器が毀損した場合に、フィルタ吸音器と圧縮機のケーシング部分との間の結合解消を防止する安全子を設けておくのが有利である。
【００１２】
その他の有利な実施形態は、請求の範囲のその他の従属請求項に記載した通りである。
【００１３】
発明を実施するための最良の形態：
次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。なお図面で使用した符号及びその名称は、実施例の説明の文末に纏めてリスト・アップされている。原則として図面中、同一の構成要素には同一符号を付した。以下に説明する実施形態は、本発明の具体例として列挙するものであって、決して発明を減縮するものではない。
【００１４】
図１のターボチャージャ１２の縦軸線１０に沿った断面図には、ターボチャージャ１２及び、該ターボチャージャ１２の圧縮機入口１４に固定されたフィルタ吸音器１６の一部分が示されている。前記ターボチャージャ１２は典型的な構造を有し、つまり圧縮機１８とタービン２０とから成り、両者の動翼車２２，２４は共通の軸２６上に相互間隔をおいて配置されている。ターボチャージャ１２はターボチャージャケーシング２８を有しており、該ターボチャージャケーシングは複数のケーシング部分、例えばタービンケーシング２９、軸受ケーシング３０及び圧縮機ケーシング２７から成っており、前記のケーシング自体はやはり複数のケーシング部分から成ることができる。軸受ケーシング３０内では前記軸２６が、タービン動翼車２４と圧縮機動翼車２２との間で軸支されている。固定足部３１を介してターボチャージャ１２は、機関（図示せず）のブラケット３４上に固定されている。ノイズ放出を低下させるために、圧縮機入口１４で圧縮機１８のケーシング部分３２にはフィルタ吸音器１６が固定されている。
【００１５】
フィルタ吸音器１６と圧縮機１８のケーシング部分３２は、緊締装置３６を介して互いに固定結合されている。該緊締装置３６は本例では、ターボチャージャ軸線１０を中心とする同一円周線上に複数配置された第１緊締開口３８を有しており、該第１緊締開口は圧縮機１８のケーシング部分３２内に設けられている。前記の第１緊締開口３８はねじ山を有している。また緊締装置３６は、フィルタ吸音器１６のフランジ４０内に配置された第２緊締開口４２を有し、該第２緊締開口は前記の第１緊締開口３８と共軸に合致させることができる。やはり緊締装置３６に所属する緊締子４４は、本例ではねじとして構成されており、該緊締子は、第２緊締開口４２を通って第１緊締開口３８内に螺入されており、こうしてフィルタ吸音器１６を圧縮機１８のケーシング部分３２と固定結合する。
【００１６】
図１から判るように、固定足部３１とフィルタ吸音器１６との間の間隔は極めて大である。ブラケット３４及び固定足部３１を介して機関（図示せず）からターボチャージャ１２へ伝搬される振動及びターボチャージャ１２の固有振動は、固定的な緊締装置３６を介してフィルタ吸音器１６に伝搬される。固定足部３１とフィルタ吸音器１６との間の大きな間隔に基づいて、フィルタ吸音器１６における振動振幅は最大になるので、その結果として、すでに挙げた欠点が必然的に随伴する。
【００１７】
図２〜図４には本発明の緊締装置３６が夫々図示されている。各緊締装置３６は、圧縮機１８のケーシング部分３２内に配置された雌ねじ山を有する第１緊締開口３８並びに、該第１緊締開口３８内に螺入されているねじの形の緊締子４４から成っている。複数の第１緊締開口３８は殊に、ターボチャージャ縦軸線１０に直交する同一平面内で、ターボチャージャ縦軸線１０を中心とする１つのリングに沿って配置されている。ターボチャージャ縦軸線１０の位置する方向は夫々矢印ａで表示されている。前記リングは理想的には１つの円環であり、かつ第１緊締開口３８は該円環に均等配分されている。また本発明の緊締装置３６は、振動遮断器４６を有し、該振動遮断器は、フィルタ吸音器１６と、圧縮機１８のケーシング部分３２との間に配置されている。前記振動遮断器４６は、ターボチャージャ１２の軸方向及び該軸方向に対して直角な方向で低い曲げ剛さを有するエラストマーから製作されている。前記曲げ剛さは、フィルタ吸音器１６の固有周波数が、ターボチャージャ１２の少なくとも最低固有周波数の約４０％であるように選ばれている。該曲げ剛さは殊に、構成部分の幾何学形状及び該構成部分の重量並びに緊締装置３６の構成に関連している。
【００１８】
図２に示した緊締装置３６は、更にまた複数の第２緊締開口４２を有しており、該第２緊締開口は、フィルタ吸音器１６のフランジ４０内において、第１緊締開口３８と軸整合するように配置されている。このような第２緊締開口４２の内径は、第１緊締開口３８の内径よりも大である。振動遮断器４６は、エラストマーから成る２つの遮断素子４７を有しており、該遮断素子の基本形状は中空円筒体４８であり、該中空円筒体の一端には、半径方向外向きに張出す素子フランジ５０が設けられている。中空円筒体４８の外径は第２緊締開口４２の内径にほぼ等しい。両遮断素子４７の中空円筒体４８は、互いに反対の側から第２緊締開口４２内へ挿嵌されているので、前記素子フランジ５０は、第２緊締開口４２のエッジを超えて側方に張出してフランジ４０の一部分をカバーしている。中空円筒体４８の長さは、素子フランジ５０が第２緊締開口４２のエッジと当接した場合に、フランジの無い端面同士が接し合うように選ばれているのが有利である。遮断素子４７は等しく形成されており、従って製作が単純化されるので有利である。しかし該遮断素子は、第２緊締開口４２及び／又はフランジ４０の形状が必要とする限り、殊に素子フランジ５０に関して異なった形状に構成することもできる。中空円筒体４８は共に緊締子４４を受容するために、振動遮断器４６内に１つの開口５２を形成している。振動遮断器４６に対して特定の予荷重をかけ得るようにするために、前記開口５２内にはスペーサブシュ５４が収蔵されており、該スペーサブシュの基本形状自体はやはり中空円筒体５６であり、該中空円筒体の一端には、半径方向外向きに張出すブシュフランジ５８が設けられている。スペーサブシュ５４の中空円筒体５６は、開口５２内で緊締子４２を包囲するように配置されている。ブシュフランジ５８は吸音器側の素子フランジ５０と当接して位置している。
【００１９】
圧縮機１８のケーシング部分３２にフィルタ吸音器１６を固定するためには、先ず遮断エレメント４７が、フィルタ吸音器１６のフランジ４０の第２緊締開口４２内へ挿嵌される。スペーサブシュ５４が、遮断エレメント４７によって形成される開口５２内へ挿嵌される。次いで第２緊締開口４２と第１緊締開口３８が互いに軸整合され、かつねじ状の緊締子４４によって互いにねじ締結される。スペーサブシュ５４の中空円筒体５６の長さは、開口５２の深さよりも短い。すなわち開口５２内へ挿嵌されたスペーサブシュ５４のブシュフランジ５８が、遮断素子４７の吸音器側の素子フランジ５０に当接した場合、中空円筒体５６のフランジの無い端面と、第１緊締開口３８のエッジとの間にはギャップが残留する。緊締子４４の緊締によってスペーサブシュ５４が第１緊締開口３８のエッジに当接させられ、かつ遮断素子４７が緊縮される。遮断素子４７は特定の予荷重をかけられ、その結果、緊締装置３６によってフィルタ吸音器１６と圧縮機１８のケーシング部分３２との間に形成される結合部が負荷されることによって、種々の構成部分は常に振動遮断器４６と接触した状態に維持され、かつ該振動遮断器は不均等な負荷に対して防護される。
【００２０】
ターボチャージャ軸線１０を中心として均等配分された第１及び第２の緊締開口３８，４２が１０個であり、フィルタ吸音器１６の重量が約３８０Ｋｇであり、かつ全ての振動遮断器４６の軸方向及び半径方向の曲げ剛さが、合わせて約５０００Ｎ／ｍｍ〜１５０００Ｎ／ｍｍである場合、フィルタ吸音器１６の固有周波数がターボチャージャ１２の固有周波数の約４０％であるような振動遮断作用が得られる。
【００２１】
図３に示した緊締装置３６は、前記構成エレメントに加えて、Ｏリング形の振動遮断器４６、フィルタ吸音器１６の１つの吸音素子６０内に前記振動遮断器４６を支持するために配置された半径方向外向きに開いたリング溝６２、並びに２つの緊締リング６４，６６を有している。２つの緊締リング６４，６６は、緊締子４４を収容するために、圧縮機１８のケーシング部分３２内の第１緊締開口３８と共軸に整合可能な穴６８を有している。両緊締リングは互いに共軸に、かつ軸方向で相前後して圧縮機１８のケーシング部分３２に続いて配置されている。ねじ状の緊締子４４を介して、緊締リング６４，６６が圧縮機１８のケーシング部分３２に定着されている。緊締リング６４，６６は、その半径方向内位寄りに支持面６７を有しており、該支持面はＯリング４６を約＋３０゜〜＋５０゜もしくは−３０゜〜−５０゜の角度で支持している。支持面６７は相俟って同じく一種のリング溝を形成しており、該リング溝は半径方向内向きに開いており、かつ吸音素子６０内のリング溝６２に対して間隔をおいて該リング溝６２に平行に延びている。緊締リング６４，６６の半径方向内位側の直径及び、フィルタ吸音器１６の吸音素子６０におけるリング溝６２の直径は、中間に配置されたＯリング状の振動遮断器４６が緊締状態では予荷重をかけられているように選ばれている。
【００２２】
フィルタ吸音器１６がやはり重量約３８０Ｋｇで本発明の構成を有する場合、７０００Ｎ／ｍｍ〜１４０００Ｎ／ｍｍの軸方向曲げ剛さ及び１５０００Ｎ／ｍｍ〜４００００Ｎ／ｍｍの半径方向曲げ剛さによって、ターボチャージャ１２の約４０％の固有周波数がフィルタ吸音器１６において得られる。
【００２３】
図４には、図３に示した実施形態にほぼ同様に構成された別の実施形態が図示されている。もっとも本例ではなお安全子６８が緊締装置３６に所属している。該安全子６８は軸方向で見て、フィルタ吸音器１６に隣接した緊締リング６６に続いて配置されており、かつ緊締子４４を介して、緊締リング６４，６６と一緒にケーシング部分３２に固定されている。該安全子は半径方向内向きにも、半径方向外向きにも、緊締リング６４，６６を超えて張出している。Ｏリングの損傷時に前記安全子は、リング溝６２を有する、フィルタ吸音器１６の吸音素子６０の背面に係合し、こうしてフィルタ消音器１６と圧縮機１８のケーシング部分３２との間の結合解消を防止する。安全子６８は、緊締リング６４，６６と同様に、リング状に形成することができるが、図示例のようにリングセグメント片から構成することもできる。
【００２４】
原理的には図３もしくは図４に示した実施形態に等しく構成された、図示を省いた実施形態では、圧縮機１８のケーシング部分３２に隣接した緊締リング６４は、ケーシング部分３２と一体に構成されている。
【００２５】
図５に概略的に示した別の実施形態は、図３に基づいて既知の実施形態の更なる変化態様である。ねじ状の緊締子４４の代わりに緊締装置３６は、クランプエレメント７２の形の緊締子４４を有している。それ故に圧縮機１８のケーシング部分３２は、第１緊締開口３８の代わりに緊締フランジ７０を有している。また緊締リング６４，６６は第１緊締開口３８を有していない。圧縮機１８のケーシング部分３２における緊締リング６４，６６の固着は、ねじ状の緊締子４４による代わりに、構成部品間の固定結合のために全周にわたって配分された複数のクランプエレメント７２によって行われる。
【００２６】
Ｏリング形の振動遮断器４６を有する緊締装置３６のこの構成の場合には、組付けのために先ずＯリング形の振動遮断器４６と緊締リング６４，６６（両者は例えば緊締クランプによって、或いは穿穴された補助穴及び補助ねじによって、互いに結合される）がフィルタ吸音器１６に予め組付けられる。次いでフィルタ吸音器１６が、緊締リング６４，６６を介して緊締子４４によって圧縮機１８のケーシング部分３２に、ひいてはターボチャージャ１２に固定される。
【００２７】
フィルタ吸音器１６がやはり約３８０Ｋｇの重量を有し、本発明の構成を有している場合、振動遮断器４６の軸方向曲げ剛さ７０００Ｎ／ｍｍ〜１４０００Ｎ／ｍｍ及び振動遮断器４６の半径方向曲げ剛さ１５０００Ｎ／ｍｍ〜４００００Ｎ／ｍｍによって、ターボチャージャ１２の約４０％のフィルタ吸音器１６の固有周波数が得られる。
【００２８】
前記緊締装置３６の種々異なった更なる態様及び組合せが当然考えられる。例えばクランプエレメント７２とねじ状の緊締子４４を組合せて使用することも可能である。第２緊締開口４２は、フィルタ吸音器１６のフランジ４０にではなく、圧縮機入口１４に近接した、フィルタ吸音器１６の別の構成エレメントに配置することもできる。圧縮機１８のケーシング部分３２内の第１緊締開口３８ではなくて、フィルタ吸音器１６内の第２緊締開口４２が雌ねじ山を有していることもできる。圧縮機１８のケーシング部分３２内の第１緊締開口３８は、ケーシング部分３２のフランジ内に配置することもできる。ねじ状の緊締子４４はその場合、フィルタ吸音器１６の側からではなくて、圧縮機側から螺入されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術による緊締装置によって圧縮機入口に配置されたフィルタ吸音器を備えたターボチャージャをターボチャージャ軸線に沿って断面して示した断面図である。
【図２】 本発明による緊締装置の第１実施形態の一部分を拡大して示した図１相当の断面図である。
【図３】 本発明による緊締装置の第２実施形態の一部分の図２相当断面図である。
【図４】 安全エレメントを備えた、図３の緊締装置部分の断面図である。
【図５】 本発明の緊締装置の第３実施形態の一部分の図２相当の断面図である。
【符号の説明】
１０ ターボチャージャ縦軸線、 １２ ターボチャージャ、 １４ 圧縮機入口、 １６ フィルタ吸音器、 １８ 圧縮機、 ２０ タービン、 ２２ 圧縮機動翼車、 ２４ タービン動翼車、 ２６ 共通の軸、 ２７ 圧縮機ケーシング、 ２８ ターボチャージャケーシング、 ２９ タービンケーシング、 ３０ 軸受ケーシング、 ３１ 固定足部、 ３２ 圧縮機のケーシング部分、 ３４ ブラケット、 ３６ 緊締装置、 ３８ 第１緊締開口、 ４０ フランジ、 ４２ 第２緊締開口、 ４４ 緊締子、 ４６ 振動遮断器、 ４７ 遮断素子、 ４８ 中空円筒体、 ５０ 素子フランジ、 ５２ 開口、 ５４ スペーサブシュ、 ５６ 中空円筒体、 ５８ ブシュフランジ、 ６０ 吸音素子、 ６２ リング溝、 ６４，６６ 緊締リング、 ６７ 支持面、 ６８ 安全子、 ７０ 緊締フランジ、 ７２ クランプエレメント

Claims (11)

1. 内燃機関用のターボチャージャ（１２）に所属した圧縮機（１８）のケーシング部分（３２）並びにフィルタ吸音器（１６）を有する装置であって、前記フィルタ吸音器（１６）を緊締子（４４，６４，６６）によって圧縮機の前記ケーシング部分（３２）に着脱可能に固定した形式のものにおいて、
   前記装置が、Ｏリングの形に形成された振動遮断器（４６）を有しており、該振動遮断器（４６）が、フィルタ吸音器（１６）と圧縮機（１８）のケーシング部分（３２）との間の、前記緊締子（４４，６４，６６）の領域内にターボチャージャ縦軸線に対して同軸的に配置されており、これに基づいて前記フィルタ吸音器（１６）が励振時に、圧縮機ケーシング（２７）とは異なった周波数で振動するようになっており、
   圧縮機入口（１４）に隣接したフィルタ吸音器（１６）の吸音素子（６０）内に配置されていて、ターボチャージャ縦軸線を基準にして半径方向外向きに開いた１つのリング溝（６２）と、圧縮機（１８）のケーシング部分（３２）に固定された、ターボチャージャ縦軸線を基準として半径方向内向きに開いたリング溝として構成された支持面（６７）とが設けられており、
   前記振動遮断器（４６）が、一方の側では前記振動遮断器（４６）のリング溝（６２）によって、また他方の側では、半径方向内向きに開いたリング溝として構成された前記支持面（６７）によって支持されていることを特徴とする、内燃機関用のターボチャージャの圧縮機のケーシング部分並びにフィルタ吸音器を有する装置。
2. 半径方向内向きに開いたリング溝として構成された前記支持面（６７）が２つの緊締リング（６４，６６）によって形成されており、これらの緊締リング（６４，６６）の半径方向内寄り側が、前記リング溝（６２）から半径方向に間隔をおいて該リング溝に対して平行に延びており、しかも前記の両緊締リング（６４，６６）が、縦軸線方向で共軸に相前後して配置されており、かつ緊締子（４４）によって圧縮機（１８）のケーシング部分（３２）に結合されている、請求項１記載の装置。
3. 振動遮断器（４６）として、特にエラストマーから成る耐摩耗性並びに温度及びオイル安定性のゴム弾性質エレメントが設けられている、請求項１又は２記載の装置。
4. 振動遮断器（４６）が、ターボチャージャ（１２）の縦軸線方向（１０）でも該縦軸線方向（１０）に対して直角な方向でも低い曲げ剛さを有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 遮断されたフィルタ吸音器（１６）の少なくとも最低固有周波数の周波数が、ターボチャージャ（１２）の最低固有周波数の約４０％に相当するような曲げ剛さを、振動遮断器（４６）が有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 圧縮機（１８）のケーシング部分（３２）に隣接した、振動遮断器（４６）を支持するための緊締リング（６４）が、前記ケーシング部分と一体に形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. 振動遮断器（４６）の故障時にフィルタ吸音器（１６）と圧縮機（１８）のケーシング部分（３２）との間の結合解消を防止する安全子（６８）が設けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
8. 安全子（６８）が、圧縮機（１８）のケーシング部分（３２）に隣接した緊締リング（６４，６６）の少なくとも１つに、かつ／又は圧縮機（１８）のケーシング部分（３２）に固定されており、かつ振動遮断器（４６）の故障時にはフィルタ吸音器（１６）のサイドから、該フィルタ吸音器（１６）の、リング溝（６２）を有する吸音素子（６０）の背面に係合する、請求項７記載の装置。
9. 振動遮断器（４６）が機械的に予荷重をかけられている、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
10. 予荷重が、圧縮機（１８）のケーシング部分（３２）に固定された緊締リング（６４，６６）を介して振動遮断器（４６）にかけられており、かつ前記緊締リング（６４，６６）がＯリング形の振動遮断器（４６）を、殊に約＋３０゜〜＋５０゜もしくは−３０゜〜−５０゜の角度で支持している、請求項９記載の装置。
11. 内燃機関過給用のターボチャージャにおいて、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置が設けられていることを特徴とする、内燃機関過給用のターボチャージャ。

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