JP5340416B2

JP5340416B2 - タービンハウジングとベアリングハウジングとの接続配置及びエグゾーストターボチャージャ

Info

Publication number: JP5340416B2
Application number: JP2011545680A
Authority: JP
Inventors: ジークフリート・デリッツヨアヒム
Original assignee: IHI Charging Systems International GmbH
Current assignee: IHI Charging Systems International GmbH
Priority date: 2009-01-17
Filing date: 2010-01-14
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2030-01-14
Also published as: DE102009005013B4; RU2486352C2; WO2010081697A1; US20110299983A1; RU2011133951A; JP2012515295A; CN102282349B; EP2379864A1; CN102282349A; DE102009005013A1; US8827638B2

Description

本発明は、請求項１の前提部分に基づく、エグゾーストターボチャージャのタービンハウジングとベアリングハウジングとの接続配置、及び請求項１０の前提部分に基づくエグゾーストターボチャージャに関する。

このような接続配置はすでに知られており、図１に示されている。

図１は、エグゾーストターボチャージャのタービンハウジング１４とベアリングハウジング１２との接続配置１０を示している。この場合、タービンハウジング１４は、センタリングカラー２１によってベアリングハウジング１２の上にセンタリングされている。

両方のハウジングをＶバンドクランプ１６で接続する場合、必然的に接続継ぎ目１９が生じ、この接続継ぎ目にはシーリングが必要となる。

この接続継ぎ目１９のシーリングは、タービンハウジング１４とベアリングハウジング１２とが、断熱材１８と共に封止構造２０を形成することによって実現され、これによって、タービンハウジング１４内のタービン（図示されていない）を駆動する排気ガスがエグゾーストターボチャージャから周辺環境に漏れ出るのを防止している。

図１には、タービンハウジング１４、ベアリングハウジング１２及び断熱材１８のあいだで形成されているこの封止構造に符号２０が付けられている。図示されている封止構造２０により、断熱材１８が軸方向と半径方向とでタービンハウジング１４に接することから、断熱材１８の位置決めも実現される。

さらに、断熱材１８は、タービンハウジング１４を通過する高熱の排気ガスによってベアリングハウジング１２に過剰な熱が取り込まれるのを防止する、もしくは少なくとも軽減する働きがある。

ベアリングハウジング１２が鋳鉄素材から製造され、タービンハウジング１４が鋳鋼素材から製造されていることから、このタービンハウジングは高い熱膨張率を有している。従って、図１に示されている従来技術では、熱膨張率が異なっていることにより、両方のハウジングで異なる熱膨張を引き起こすという課題が生じる。

断熱材１８は、軸方向へタービンハウジング１４寄りに位置決めされており、従って、封止構造２０はＶバンドクランプ１６の中央に位置していないことから、極端な温度変化が生じた場合、ハウジングの熱膨張の差異により、このＶバンドクランプでは十分に補整できない、もしくは全く補整できないすき間ができるおそれがある。結果としてガス漏れが生じ、排気ガスがエグゾーストターボチャージャから周辺環境へ流出することになり得る。

さらに、断熱材１８の不利な位置決めにより、タービンハウジング１４はベアリングハウジング１２よりも加熱の度合いが大きくなることによって、ハウジングの熱膨張の差異が増大する。

しかも、この大きな熱の取込みによって、封止構造２０において接触状態にある断熱材１８の面に湾曲が生じる可能性があり、このことがガス漏れを引き起こす結果になる。

本発明の課題は、ガス漏れを防止すると同時に、両方のハウジングのセンタリングが相互に可能であるように、冒頭に述べた種類の接続配置をさらに改良することである。

この課題は、請求項１の特徴を有する接続配置および請求項１０の特徴を有するエグゾーストターボチャージャによって解決される。本発明の適切かつ重要な発展形態を備える有利な実施形態は、従属請求項に示されている。

本発明は、エグゾーストターボチャージャのタービンハウジングとベアリングハウジングとの接続配置であって、前記タービンハウジングと前記ベアリングハウジングとのそれぞれの中心軸が互いに一致するように相互にセンタリングされ互いに接続されており、前記タービンハウジングと前記ベアリングハウジングとの接続継ぎ目の範囲に封止構造が形成され、該封止構造は、前記タービンハウジングと前記ベアリングハウジングとの間に設けられた断熱材を含む、接続配置において、
タービンハウジングとベアリングハウジングとには、それぞれ相互にセンタリングするためのセンタリング手段が設けられ、前記断熱材には、少なくとも１つの開口部が設けられ、前記開口部を通して、前記タービンハウジングのセンタリング手段と前記ベアリングハウジングのセンタリング手段とが直接相互に関わり合って、タービンハウジングとベアリングハウジングとがセンタリングされていることを特徴とする。

このような配置により、断熱材と封止構造との有利な位置決めが可能となることから、ガス漏れが防止される。従って、タービンハウジングを通過して、エグゾーストターボチャージャのタービンを駆動する排気ガスは、排気ガス後処理装置によって浄化されないままエグゾーストターボチャージャから周辺環境に流出することはできない。排気ガスは、エグゾーストターボチャージャの中に残り、該当する排気ガス配管を介して排気ガス後処理装置に送られ、ここで浄化されてから、排気口を介して周辺環境に排出される。

本発明に基づく接続配置の場合、さらに、タービンハウジングとベアリングハウジングとを互いにセンタリングすることが可能である。このことにより、ハウジングをより適切に半径方向へ相互調整することが保証されるため、エグゾーストターボチャージャのタービンホイールの始動の危険が軽減される。

好ましいのは、断熱材の中に、センタリング手段のための複数の開口部が設けられていることである。しかし、同様に、ただ１つの開口部を設けることも考えられ、その場合、センタリング手段による十分なセンタリングを可能にするため、この開口部は、断熱材断面の比較的広い範囲にわたり広がっていなければならないであろう。

センタリング手段はセンタリングカラーであることが好ましく、本発明に基づき、ベアリングハウジングとタービンハウジングとは、ベアリングハウジングの外被面と、それに対応するタービンハウジングの内被面とによって相互にセンタリングされている。しかし、代替のセンタリング手段及び／又は前述した内被面と外被面とを逆にする方法も考えられる。

極めて適切なセンタリングのためには、それに応じて、外被面と内被面との接触部分ができる限り大きくなるようにしなければならない。

従って、接続配置の有利な実施形態においては、断熱材の少なくとも１つの開口部が、少なくとも部分的に環状になっているギャップとして、断熱材の半径方向の面の中に形成されている。すでに述べたように、極めて適切なセンタリングを達成するため、このギャップは、断熱材断面のできる限り広い範囲を取り囲んでいるべきである。

もう１つの有利な実施形態では、断熱材が複数の開口部を有し、それぞれ部分的に環状になっているギャップとして形成され、断熱材の半径方向の面の中にある。このことは、一方で、極めて適切なハウジングのセンタリングがこれらの開口部によって可能であるという点で、他方では、断熱材の安定性がさらに向上するという点で有利である。

ガス漏れを防ぐために極めて有効な封止作用のある封止構造を有利に形成すると同時に、言及したような断熱材の安定性を実現するため、本発明に基づく接続配置の場合、断熱材が少なくとも１つの（有利な実施形態では複数の）接続突起部を有しており、この接続突起部により、断熱材のシリンダ型部分である断熱材ボディと、断熱材の縁型部分とが接続され、この縁型部分は、これに対応するタービンハウジング面又はベアリングハウジング面と共に、封止構造を形成している。

この実施形態により、一方では、断熱材によるベアリングハウジングの極めて有効な熱封止ドが達成され、他方では、極めて有効な封止作用が達成されている。

この封止効果及び断熱効果をさらに高めるためには、タービンハウジング又はベアリングハウジングの断熱材を規定された位置に位置決めする及び／又はセンタリングすることが必要である。このことは、本発明に基づき、それぞれのハウジングの段付部によって実現されており、断熱材は、この段付部によってセンタリングされている。

説明されている個々の構成部品の位置決め方法及びセンタリング方法により、すでに言及した半径方向への構成部品の有利な位置調整、とりわけタービンハウジング及びベアリングハウジングの半径方向への有利な位置調整以外に、特に軸方向への有利な位置調整も実現されており、このことによって、タービンホイールの始動の危険がさらに軽減される。

本発明のもう１つの有利な実施形態の場合、前述した断熱材の縁型部分と、これに対応するタービンハウジング面及びベアリングハウジング面とからなる封止構造は、ベアリングハウジングとタービンハウジング間の接続装置が一方ではベアリングハウジング方向へ、他方ではタービンハウジング方向へと軸方向に広がっていることによって規定されている範囲内、とりわけ、その中心部に配置されている。

この接続装置は、例えばクランプとして、特にＶバンドクランプとして形成されている。前述の封止構造が説明したように位置決めされる場合、ガス漏れ及びそれに伴う非浄化ガスの周辺環境への流出が防止されるという利点が生じる。

このようなガス漏れの原因は、ベアリングハウジングとタービンハウジングとが、異なる材料から製造されていることにある。例えば、ベアリングハウジングが鋳鉄から製造され、タービンハウジングが鋳鋼から製造されている場合、タービンハウジングの方がより高い熱膨張率を有している。その結果、両方のハウジングが異なる大きさで膨張するため、本来なら接続装置によって、すなわち、Ｖバンドクランプによって微小な幅に保たれていなければならない両方のハウジングの接続継ぎ目が大きく広がってしまう。これは、ハウジングが異なる強さで加熱されることによって増大する。

説明したように、この接続装置に関して封止構造が中心部分に有利に位置決めされていることにより、ハウジングの熱膨張の差異が回避され、それによって、ガス漏れ及びガス漏れによる好ましくない環境汚染が防止される。しかし、前述したように、ベアリングハウジング及びタービンハウジング相互のセンタリングも同時に、断熱材の中にある開口部によって可能となる。

さらに、本発明に基づく封止構造の位置決めにより、高熱の排気ガスが通過するタービンハウジングの断熱材に比べて、ベアリングハウジングの断熱材の熱封止ドが明らかに改善されることから、例えば、従来の接続配置の場合にあるような、ハウジングの熱膨張の大きな差異は全く生じない。

それにもかかわらず、封止構造の中の対応する封止面が湾曲してガス漏れを引き起こす可能性も明らかに軽減されている。

本発明に基づく接続配置は、この場合、シングルフローのタービンハウジングに限定されるものではなく、多流のタービンハウジングにも使用可能である。さらに、言及した材料とは別の材料からなるハウジング部品の場合にも使用することができる。

本発明の有利な実施形態では、ベアリングハウジングがリセスを有しており、このリセスは、断熱材の少なくとも１つの接続突起部にスペースを提供している。このことにより、断熱材の位置決めがさらに有利になる。

本発明のもう１つの有利な態様は、従来の接続配置と比較して、ネガティブな影響を及ぼすことなく経費が安くなることであり、それは、全ての有利な実施形態が、経費のかかる製造工程及び／又は追加の製造工程なしに実現可能であるからである。現時点では、本発明に基づく接続配置が、例えば複数の部品からなるハウジング、特にベアリングハウジングにも使用可能であることを指摘しておきたい。

内燃機関のエグゾーストターボチャージャにおいて、本発明に基づく接続配置を使用することは、浄化されていない排気ガスの排出が防止され、それによって、例えばＮＯｘ排出増加によるさらなる環境汚染が防止されるため、極めて有利である。

本発明のさらなる利点、特徴及び詳細は、好ましい実施例及び図に基づく以下の説明によって生じる。ここまでの説明で述べた特徴及び特徴の組合せ、並びに以下の図の説明で述べられている、及び／又は図の中にのみ示されている特徴及び特徴の組合せは、それぞれに示された特徴の組合せだけではなく、本発明の範囲から出ることなく、その他の組合せ又は単独でも適用可能である。

従来技術に基づく接続配置の斜視図及び縦断面図である。タービンハウジングとベアリングハウジングとの接続配置の斜視図及び縦断面図である。図２による接続配置の斜視図及び別の縦断面図である。

図１は、ベアリングハウジング、タービンハウジング及び断熱材からなる封止構造と断熱材とが、軸方向にタービンハウジング寄りに位置決めされていることによって接続装置の範囲外に位置している、従来技術によるエグゾーストターボチャージャのタービンハウジングとベアリングハウジングとの接続配置を示し、一方、図２は、前述の封止構造が、接続エレメントの中心部分に位置決めされていることによってハウジングの中央に位置している、エグゾーストターボチャージャのタービンハウジングとベアリングハウジングとの接続配置を示している。図３は、図２による接続配置を示しているが、この場合の断面は、本接続配置の他の面上にあるため、図２による接続配置の別の側面が示されている。

図２は、ベアリングハウジング１２’とタービンハウジング１４’とが、Ｖバンドクランプ１６’として形成されている接続装置によって相互に接続されている接続配置３０を示している。

ベアリングハウジング１２’とタービンハウジング１４’との間には、断熱材１８’が配置されており、この断熱材は、１つには、タービンハウジング１４’を通過してタービンホイール（図示されていない）を駆動する高熱の排気ガスによって生じる大きな熱をベアリングハウジング１２’から遮断する目的を果たしている。

この役割は、大部分が、断熱材１８’のシリンダ型の主要部分によって実現される。

その他の面において、この断熱材１８’は、その縁型部分３８によって、ベアリングハウジング１２’とタービンハウジング１４’と共に封止構造２０’を形成し、この封止構造は、ベアリングハウジング１２’とタービンハウジング１４’とが接続される結果生じる接続継ぎ目１９’を封止するため、タービンハウジング１４’を通過する浄化されていない排気ガスは、周辺環境に流出するのではなく、該当する排気ガス配管を通って排気ガスシステムの排気ガス後処理装置に送られ、そこで浄化される。

図２に示された断熱材１８’の形態により、一方ではベアリングハウジング１４’の方向へ、他方ではタービンハウジング１２’の方向へと軸方向にＶバンドクランプ１６’が広がっていることによって規定されている範囲の中心部に封止構造２０’が配置されるように、封止構造２０’を位置決めすることが可能となる。前述したこの範囲は、線４０と４１とによって明確にされている。

封止構造２０’のこのような位置決めにより、対応する断熱材１８’の封止面と、ベアリングハウジング１２’の封止面と、タービンハウジング１４’の封止面とからなるこの封止構造２０’の封止作用が明らかに向上する。というのも、材料の相違から生じるベアリングハウジング１２’とタービンハウジング１４’の熱膨張の差異が生じないからである。

さらに、断熱材１８の熱封止も、断熱材１８’のシリンダ型部分３６の拡大によって改善されている。

さらに、図２に示されている接続配置３０により、ハウジングの半径方向の位置調整が最適化されている。

ベアリングハウジング１２’とタービンハウジング１４’のセンタリングは、図２による接続配置３０の場合、ベアリングハウジング１２’のセンタリング面３２と、これに対応するタービンハウジングのセンタリング面（この図には示されていない）とによって行われる。図で分かるように、この断熱材１８’は、その半径方向の面、すなわちシリンダ型部分３６に、それぞれ部分的に環状になっているギャップとして形成されている開口部４２を有している。

断熱材１８’の縁型部分３８とシリンダ型部分３６とを接続するため、この断熱材は接続突起部３４を有しており、この接続突起部は、それぞれ、ベアリングハウジングの対応するリセスを通っている。

断熱材１８’のセンタリングは、タービンハウジング１４’の段付部３７によって実現されている。これによって、名前を挙げた構成部品は、軸方向に最適に固定されているばかりでなく、半径方向にも固定されている。代替として、断熱材１８’の半径方向の固定は、タービンハウジング１４’ではなく、例えばベアリングハウジング１２’の該当する段付部又はカラーなど、他の手段でも実施することができる。

図２に示されている断面は接続突起部３４を通るものであるため、ハウジングのセンタリングは図２には示されていない。

ベアリングハウジング１２’とタービンハウジング１４’のセンタリングは、縦断面がセンタリング面３２を通っている図３に示されている。

図３には、図２による接続配置３０が同様に斜視図と縦断面図とで示されているが、図３の場合、図２とは異なる断面によって、接続配置３０の別の側面が明らかにされている。

図３の縦断面図で分かるのは、外被面として形成され、タービンハウジング１４’の対応する内被面と接触しているベアリングハウジングのセンタリング面３２により、ベアリングハウジング１２’とタービンハウジング１４’のセンタリングが行われていることである。つまり、両方のハウジングのセンタリングは、センタリングカラーによっても行われる。

図３の縦断面図は、まず、断熱材１８’が２つの部品から形成されているという印象を与え、一方の部品は断熱材１８’のシリンダ型部分３６となり、第２の部品は断熱材１８’の縁型部分３８になる。線４０と４１とで区切られているＶバンドクランプ１６’の範囲の中央に封止構造２０’を位置決めすると同時に、説明したようにハウジングを無理にセンタリングするために、断熱材１８’がこのように２分割されていてもよい。

しかし、図２による縦断面図と組み合わせて見れば、断熱材１８’が２つの部品に分かれていることは必要ではなく、説明したセンタリングと共に、説明した位置決めも確保されているのは明らかである。

このことは、これまでに説明した方法により、断熱材１８’の開口部４２と、接続突起部３４と、それに対応するベアリングハウジング１２’のリセスと、によって可能となっている。

１０接続配置
１２ベアリングハウジング
１４タービンハウジング
１６Ｖバンドクランプ
１８断熱材
１９接続継ぎ目
２０封止構造
２１センタリングカラー
１２’ ベアリングハウジング
１４’ タービンハウジング
１６’ Ｖバンドクランプ
１８’ 断熱材
１９’ 接続継ぎ目
２０’ 封止構造
３０接続配置
３２センタリング面
３４接続突起部
３６シリンダ型部分
３７段付部
３８縁型部分
４０線（Ｖバンドクランプの範囲）
４１線（Ｖバンドクランプの範囲）
４２開口部

Claims

エグゾーストターボチャージャのタービンハウジング（１４’）とベアリングハウジング（１２’）との接続配置（３０）であって、前記タービンハウジング（１４’）と前記ベアリングハウジング（１２’）とのそれぞれの中心軸が互いに一致するように相互にセンタリングされ互いに接続されており、前記タービンハウジング（１４’）と前記ベアリングハウジング（１２’）との接続継ぎ目（１９’）の範囲に封止構造（２０’）が形成され、該封止構造（２０’）は、前記タービンハウジング（１４’）と前記ベアリングハウジング（１２’）との間に設けられた断熱材（１８’）を含む、接続配置（３０）において、
タービンハウジング（１４’）とベアリングハウジング（１２’）とには、それぞれ相互にセンタリングするためのセンタリング手段（３２）が設けられ、前記断熱材（１８’）には、少なくとも１つの開口部（４２）が設けられ、前記開口部（４２）を通して、前記タービンハウジング（１４’）のセンタリング手段と前記ベアリングハウジング（１２’）のセンタリング手段とが直接相互に関わり合って、タービンハウジング（１４’）とベアリングハウジング（１２’）とがセンタリングされていることを特徴とする接続配置（３０）。
前記少なくとも１つの開口部（４２）が、少なくとも部分的に環状になっているギャップ（４２）として、前記断熱材（１８’）に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の接続配置（３０）。
前記断熱材（１８’）が、複数の前記ギャップ（４２）の間に少なくとも１つの接続部（３４）を有することを特徴とする、請求項２記載の接続配置（３０）。
前記ベアリングハウジング（１２’）に、前記断熱材（１８’）の少なくとも１つの前記接続部（３４）を受けるための凹部が設けられていることを特徴とする、請求項３記載の接続配置（３０）。
前記断熱材（１８’）は、前記ギャップ（４２）が形成されたシリンダ型部分（３６）と、縁型部分（３８）とを備え、前記接続部（３４）がシリンダ型部分（３６）と縁型部分（３８）とを接続することを特徴とする、請求項３または４記載の接続配置（３０）。
前記断熱材（１８’）が、前記タービンハウジング（１４’）又は前記ベアリングハウジング（１２’）の段付部（３７）によってセンタリングされていることを特徴とする、請求項１又は２のいずれか一項に記載の接続配置（３０）。
前記ベアリングハウジング（１２’）と前記タービンハウジング（１４’）とを接続する接続装置（１６’）が、前記ベアリングハウジング（１２’）の方向と前記タービンハウジング（１４’）の方向の両方に軸方向に広がっており、その接続装置（１６’）の広がっている範囲内に前記封止構造（２０’）が配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の接続配置（３０）。
前記封止構造（２０’）が、接続装置（１６’）の広がっている範囲の軸方向中心部に配置されることを特徴とする、請求項７記載の接続配置（３０）。
前記ベアリングハウジング（１２’）と前記タービンハウジング（１４’）とが、前記ベアリングハウジング（１２’）及び前記タービンハウジング（１４’）のいずれか一方に形成されたセンタリング手段としての外径方向を向いた外被面と、それに対応する前記ベアリングハウジング（１２’）及び前記タービンハウジング（１４’）のいずれか他方に形成されたセンタリング手段としての内径方向を向いた内被面との、前記開口部（４２）を通した接触によって相互にセンタリングされていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の接続配置（３０）。
請求項１〜９のいずれか一項に記載の接続配置（３０）を備えるエグゾーストターボチャージャ。