JP6858856B2 - ターボチャージャ - Google Patents

Description

本発明は、ターボチャージャに関する。

特許文献１からは、ターボチャージャの基本的な構造が知られている。ターボチャージャは、タービンを有しており、タービン内で第１の媒体が膨張する。さらに、ターボチャージャは、圧縮機を有しており、圧縮機内では、第２の媒体が、タービン内での第１の媒体の膨張の際に得られたエネルギーを用いて圧縮される。ターボチャージャのタービンは、タービンハウジング及びタービンロータを有している。ターボチャージャの圧縮機は、圧縮機ハウジング及び圧縮機ロータを有している。タービンのタービンハウジングと圧縮機の圧縮機ハウジングとの間には、軸受ハウジングが配置されており、軸受ハウジングは、一方ではタービンハウジングと、他方では圧縮機ハウジングと接続されている。軸受ハウジング内には、シャフトが取り付けられており、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。

実践から知られていることに、タービンのタービンハウジング、すなわちいわゆるタービン流入ハウジングと軸受ハウジングとは、好ましくはクランプジョーとして構成された固定装置を通じて、互いに接続されている。このような、好ましくはクランプジョーとして構成された固定装置は、その第１の部分で、タービンハウジングのフランジに、固定手段によって取り付けられており、第２の部分で、軸受ハウジングのフランジを、少なくとも部分的に覆っている。このような固定装置によって、軸受ハウジング及びタービンハウジングから成る群又は結合体は、特にノズルリングのフランジがクランプされた状態において、及び、必要に応じて、タービンハウジングのフランジと軸受ハウジングのフランジとの間における熱シールドのフランジがクランプされた状態において、固定される。

タービンハウジングは、膨張すべき第１の媒体で、特に膨張すべき排ガスで満たされている。タービンハウジングのタービン流入ハウジングは、排ガスをタービンロータの方向に誘導する。タービン流入ハウジング内には、周囲に対する陽圧が存在しており、この陽圧は、タービンにおいて、第１の媒体の膨張の際にエネルギーを得ることで解消される。タービンハウジング又はタービン流入ハウジングと軸受ハウジングとの接続箇所の領域では、漏れが生じる可能性があるので、第１の、タービン内で膨張すべき媒体は、タービンハウジングと軸受ハウジングとの間の接続領域を通って、周囲に到達する可能性がある。これは欠点である。

このようなタービン内で膨張すべき第１の媒体の漏れに対処するために、実践においては、タービンハウジング又はタービン流入ハウジングと軸受ハウジングとの間の固定が、特に固定手段に関するより高い締め付けトルクを通じて高められる。当該締め付けトルクを通じて、好ましくはクランプジョーとして構成された固定装置は、タービンハウジングに取り付けられている。それによって、固定装置と軸受ハウジングとの間のクランプ力も増大する。軸受ハウジングと固定装置との間の接触箇所は、軸受ハウジング及びタービンハウジング又はタービン流入ハウジングの熱膨張が異なるゆえに、高い相対運動に晒されている。軸受ハウジングと固定装置との間における高い接触圧力又は高いプレテンション又は高いクランプ力と結びついて、いわゆるトレンチ効果の結果、固定装置及び／又は軸受ハウジングにおいて摩耗が生じ得る。それによって、タービン内で膨張すべき第１の媒体の、周囲への漏れが引き起こされ得る。

独国特許出願公開第１０２０１３００２６０５号明細書

従って、本発明の課題は、新しい種類のフランジ接続を有するターボチャージャを創出することにある。

本発明の第１の態様によると、本課題は、請求項１に記載のターボチャージャによって解決される。それによると、ノズルリングは、ノズルリングのフランジが、流路に関して、流路の、軸受ハウジングのフランジに固定されたタービンハウジングのフランジの反対側に位置しているように取り付けられている。それによって、タービンハウジング又はタービン流入ハウジング及び軸受ハウジングの接続領域又は固定領域における部材の数が減少する。それによって、タービンハウジング又はタービン流入ハウジングと軸受ハウジングとの接続箇所の、特に有利な密封が可能である。タービン内で膨張すべき媒体が、タービンハウジングと軸受ハウジングとの間の接続領域を通って周囲に到達する危険が減少する。

本発明の第２の態様によると、本課題は、請求項１０に記載のターボチャージャによって解決される。それによると、軸受ハウジングのフランジと、タービンハウジングのフランジとの間には、バネ要素が配置されており、当該バネ要素は、ノズルリングのフランジを、軸方向において、タービンハウジングのフランジに対して押圧する。これによっても、タービンハウジング又はタービン流入ハウジングと軸受ハウジングとの接続箇所の、特に有利な密封が可能である。タービン内で膨張すべき媒体が、タービンハウジングと軸受ハウジングとの間の接続領域を通って周囲に到達する危険が減少する。

本発明の好ましいさらなる発展形態は、従属請求項及び以下の説明から明らかになる。本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明するが、それに限定されるものではない。示されているのは以下の図である。

タービンハウジングと軸受ハウジングとの接続領域における、本発明に係る第１のターボチャージャの部分を横断面で示した図である。 タービンハウジングと軸受ハウジングとの接続領域における、本発明に係る第２のターボチャージャの部分を横断面で示した図である。 タービンハウジングと軸受ハウジングとの接続領域における、本発明に係る第３のターボチャージャの部分を横断面で示した図である。

本発明は、ターボチャージャに関する。

ターボチャージャは、第１の媒体を膨張させるため、特に内燃機関の排ガスを膨張させるためのタービンを有している。さらに、ターボチャージャは、第２の媒体、特に給気を、タービン内での第１の媒体の膨張の際に得られたエネルギーを用いて圧縮するための圧縮機を有している。その際、タービンは、タービンハウジング及びタービンロータを有している。圧縮機は、圧縮機ハウジング及び圧縮機ロータを有している。圧縮機ロータは、軸受ハウジング内に取り付けられたシャフトを介して、タービンロータと連結しており、軸受ハウジングは、タービンハウジングと圧縮機ハウジングとの間に位置しており、タービンハウジングとも、圧縮機ハウジングとも接続されている。このターボチャージャの基本構造は、当業者によく知られている。

本発明は、ターボチャージャの、好ましくはラジアルタービンとして構成されたタービンのタービンハウジングと、ターボチャージャの軸受ハウジングとの接続に関する詳細部分を対象とする。以下に、図１から図３に関連して、ターボチャージャの様々な実施例について記載する。図１から図３はそれぞれ、タービンハウジングと軸受ハウジングとの接続領域におけるターボチャージャの対応する部分を示している。

図１は、本発明の第１の態様に係るターボチャージャの第１の実施例を示しており、図１には、タービンハウジング、すなわちタービンハウジングのタービン流入ハウジング１と、排ガスターボチャージャの軸受ハウジング２との間の接続箇所が示されている。さらに、図１は、ノズルリング３、熱シールド４、及び、いわゆるインサート１１を示している。

タービン流入ハウジング１は、固定装置５を通じて軸受ハウジング２に、固定装置５がタービン流入ハウジング１のフランジ６に、複数の固定手段８を通じて第１の部分７で取り付けられ、固定装置５が第２の部分９で、軸受ハウジング２のフランジ１０を少なくとも部分的に覆うように接続されている。固定装置５は、クランプジョーとも呼ばれ、タービン流入ハウジング１と軸受ハウジング２とを互いに固定している。固定装置５は、周方向に見て、分割されていてもよい。

図１及び図２に示された実施例において、各固定手段８は、タービン流入ハウジング１のフランジ６に螺入されたネジ８ａと、ネジ８ａの他方の端部に作用するナット８ｂとを含んでおり、ナット８ｂの引き締めによって、所定のプレテンション力が、固定装置５を通じて、タービン流入ハウジング１及び軸受ハウジング１０に及ぼされ得る。

図１に示された、本発明の第１の態様に係る排ガスターボチャージャの第１の実施例においては、タービンのノズルリング３は、ノズルリング３のフランジ１３が、その領域にノズルリング３が配置されているタービンの流路２４に関して、流路２４の、タービン流入ハウジング１のフランジ６と、従って軸受ハウジング２のフランジ１０との反対側に位置するように取り付けられている。

図１の実施例では、固定装置５によって固定されたタービン流入ハウジング１のフランジ６と、軸受ハウジング２のフランジ１０との間には、専ら熱シールド４のフランジ１２がクランプされている。それに対して、ノズルリング３のフランジ１３は、軸受ハウジング１及びタービン流入ハウジング２の当該固定領域において、それらのフランジ６、１０の間で、もはやクランプされておらず、それによって、固定部における部材の数は減少し、固定部において、明確に決定された密封箇所が形成される。それによって、排ガスが、タービン流入ハウジング１及び軸受ハウジング２のフランジ６、１０の間の接続領域を通って、周囲に到達する危険は減少し得る。

ノズルリング３のフランジ１３は、タービン流入ハウジング１の部分１４に固定可能であり、部分１４は、ノズルリング３のフランジ１３と同様に、流路２４に関して、流路２４の、タービン流入ハウジング１及び軸受ハウジング２のフランジ６、１０の間の固定領域の反対側に位置している。

図１の実施例では、ノズルリング３のフランジ１３は、少なくとも部分的に、タービン流入ハウジング１の当該部分１４のリセス１５に係合しており、ノズルリング３のフランジ１３は、径方向に見て、一方の端部で、タービン流入ハウジング１の部分１４の当該リセス１５の境界部分に、反対側の端部で、インサート１１に支持されている。ノズルリング３のフランジ１３が支持されているタービン流入ハウジング１の部分１４のリセス１５には、弾性バネ要素１６が受容されており、弾性バネ要素１６は、ノズルリング３のフランジ１３を、軸方向に押圧している。その際、この弾性バネ要素１６は、ノズルリング３がバネ要素１６によって、タービン流入ハウジング１及び軸受ハウジング２のフランジ６、１０の接続領域の方向に押圧されるように、ノズルリング３のフランジ１３を押圧する。図１の実施例では、ノズルリング３が、熱シールド４のフランジ１２を押圧している。

図２は、本発明の第１の態様に係るターボチャージャの第２の実施例を示している。図２においても、ノズルリング３のフランジ１３は、タービンの流路２４の、タービン流入ハウジング１及び軸受ハウジング２のフランジ６、１０の固定領域の反対側に位置している。

図２の実施例が図１の実施例と異なっているのは、図２では、フェザーキー１７として構成され、軸受ハウジング１の部分１４の対応するリセス１８に受容された固定装置によって、ノズルリング３のフランジ１３が、軸受ハウジング１の部分１４に取り付けられているという点である。図２においても、ノズルリング３のフランジ１３は、少なくとも部分的に、タービン流入ハウジング１の部分４のリセス１８に突出している。

図２の実施例の、図１の実施例に対するさらなる相違点は、図２では、熱シールド４のフランジ１２が、タービン流入ハウジング１及び軸受ハウジング２のフランジ６、１０の間においてクランプされていないという点にある。むしろ、図２においては、軸受ハウジング２のフランジ１０は、タービン流入ハウジング１のフランジ６に直接接している。

軸受ハウジング２のフランジ１０と、タービン流入ハウジング１のフランジ６との間の密封領域では、付加的に、シール要素１９を配置することが可能であり、シール要素１９は、好ましくはＯリング又はＣリングの形状の金属製のシールリングであり得る。シール要素１９は、グラファイトから製造されていてもよい。図２では、シール要素１９は、タービン流入ハウジング１のフランジ６のリセス２０に受容されており、特に軸方向において、タービン流入ハウジング１及び軸受ハウジング２の互いに接するフランジ６、１０の密封面の間を密封している。

図２の実施例では、熱シールド４のフランジ１２は、軸受ハウジング２のフランジ１０に作用しているが、すでに述べたように、軸受ハウジング２のフランジ１０と、タービン流入ハウジング１のフランジ６との間にクランプされてはいない。むしろ、熱シールド４のフランジ１２は、図２では、回転防止装置２１を通じて、軸受ハウジング２のフランジ１０に作用している。図２では、軸受ハウジング２とタービン流入ハウジング１との間の固定部における部材の数は、さらに減少している。

本発明の第１の態様においては、同様に、ノズルリング３を、インサート１１の一体的な構成要素として設計することが可能である。この場合、ノズルリング３を別個にタービン流入ハウジング１に固定する必要はない。むしろ、ノズルリング３を一体的なアセンブリとして供給しているインサート１１は、ノズルリング３のタービン内での受容を引き継いでいる。

図３は、本発明の第２の態様に係るターボチャージャの実施例を示している。図３では、先行技術において一般的であるように、ノズルリング３のフランジ１３と、熱シールド４のフランジ１２との両方が、軸受ハウジング２のフランジ１０とタービン流入ハウジング１のフランジ６との間に、固定装置５を通じて、この固定部にもたらされるクランプ力によってクランプされている。

本発明の第２の態様では、軸受ハウジング２のフランジ１０と、タービンハウジング１のフランジ６との間に、バネ要素２３を配置することが定められており、バネ要素２３は、ノズルリング３のフランジ１３を、軸方向において、タービン流入ハウジング１のフランジ６に対して押圧する。図３の実施例では、当該バネ要素２３は、軸受ハウジング２のフランジ１０と熱シールド４のフランジ１２との間に配置されているので、バネ要素２３は、熱シールド４のフランジ１２を、ノズルリング３のフランジ１３に対して、及び、ノズルリング３のフランジ１３を、タービン流入ハウジング１のフランジ６に対して押圧する。

その際、バネ要素２３は、一方では軸受ハウジング２のフランジ１０に、他方では熱シールド４のフランジ１２に支持されている。すでに述べたように、バネ要素２３は、ノズルリング３のフランジ１３を、軸方向において、タービン流入ハウジング１のフランジ６に対して押圧し、それによって、当該アセンブリが、動作中に、異なる熱膨張に晒された場合でも、軸受ハウジング２及びタービン流入ハウジング１の接続領域における常に良好な密封効果が保証されるので、排ガスが当該接続領域を通って周囲に流出する危険は存在しない。

上述の本発明の第２の態様によると、さらに、クランプジョー等の個別のクランプ装置を省くことができる。軸受ハウジングのフランジは、直接、タービン流入ハウジングにネジで固定される。それによって、フランジ１０とフランジ６との間に明確な密封面が形成され、当該密封面を通って、固定要素８の力の流れ全体が流れる。熱シールド及びノズルリングのクランプは、バネ要素２３によって行われ得る。

１ タービン流入ハウジング
２ 軸受ハウジング
３ ノズルリング
４ 熱シールド
５ 固定装置
６ フランジ
７ 部分
８ 固定手段
８ａ ネジ
８ｂ ナット
９ 部分
１０ フランジ
１１ インサート
１２ フランジ
１３ 密封領域
１４ 部分
１５ リセス
１６ バネ要素
１７ フェザーキー
１８ リセス
１９ シール要素
２０ リセス
２１ 回転防止装置
２２ シール要素
２３ バネ要素
２４ 流路

Claims (2)

1. 第１の媒体を膨張させるためのタービンと、
   前記タービン内での前記第１の媒体の膨張の際に得られるエネルギーを用いて、第２の媒体を圧縮するための圧縮機と、を有するターボチャージャであって、
   前記タービンは、タービンハウジング（１）と、ノズルリング（３）と、タービンロータとを有しており、
   前記圧縮機は、圧縮機ハウジングと、前記タービンロータにシャフトを介して連結された圧縮機ロータとを有しており、
   前記タービンハウジング（１）と前記圧縮機ハウジングとはそれぞれ、前記タービンハウジング（１）と前記圧縮機ハウジングとの間に配置され、内部に前記シャフトが取り付けられている軸受ハウジング（２）に接続されており、
   前記タービンハウジング（１）及び前記軸受ハウジング（２）は、固定装置（５）によって、前記固定装置が前記タービンハウジング（１）のフランジ（６）に第１の部分（７）で取り付けられ、第２の部分（９）で前記軸受ハウジング（２）のフランジ（１０）を少なくとも部分的に覆っているように接続されているターボチャージャにおいて、
   前記ノズルリング（３）は、前記ノズルリング（３）のフランジ（１３）が、固定装置によって、前記タービンハウジング（１）の部分（１４）に固定されように取り付けられ、前記部分（１４）は、流路（２４）に関して、前記流路（２４）の、前記タービンハウジング（１）の前記フランジ（６）の反対側に位置しており、かつ、前記ノズルリング（３）の前記フランジ（１３）を前記タービンハウジング（１）の前記部分（１４）に取り付ける前記固定装置はフェザーキーであることを特徴とするターボチャージャ。
2. 前記フランジ（１３）を含む前記ノズルリング（３）が、前記タービンのインサート（１１）の一体的な構成要素であ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。

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