JP2005147139A - 内燃機関のターボ過給機のためのハウジング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術から出発した内燃機関のターボ過給機のためのハウジング装置を改良して、「頑丈」なケーシングの利点を利用して、ターボ羽根車における排ガスの漏出が最小化された状態に継続可能に形成されている。
【解決手段】オーバフロー領域（９）が、羽根車ハウジング（４）に相対摺動可能に連結されているようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のターボ過給機のためのハウジング装置であって、このハウジング装置が、供給通路を有する羽根車ハウジングを有しており、この羽根車ハウジングに連結されていて、かつ流出口フランジに接続された、排ガスのためのオーバフロー領域を有しており、少なくともオーバフロー領域と羽根車ハウジングと供給通路とを取り囲むジャケットハウジングを有している形式のものに関する。

この形式のハウジング装置の主な、しかし唯一ではない構成部材が、供給通路を有する羽根車ハウジングと、この羽根車ハウジングに連結されており、かつ流出口フランジに接続されている、排ガスのためのオーバフロー領域と、少なくともオーバフロー領域と前記羽根車ハウジングと供給通路とを取り囲むジャケットハウジングである。

この関連では、ドイツ連邦共和国特許第１００２２０５２号明細書の範囲では、羽根車ハウジングを２部材により形成し、排出管の終端部に溶接することが公知である。この排出管は、別の終端部を介して、結合フランジでジャケットハウジングの半割部と共に溶接されている。

一方では羽根車ハウジングに、かつ他方では結合フランジに流出管が溶接されていることにより、タービン羽根車においてエアギャップを介した排ガスの通過は効果的に防止されるが、羽根車ハウジングと排出管とから成る内部システム内には著しい熱的な応力ももたらされてしまう。このような熱的な応力は、ジャケットハウジングが、断熱するエアギャップに基づいて、羽根車ハウジング及びオーバフロー領域へ向かって、排ガスと直接に接触する場合よりもはるかに冷たくなっている場合には、それだけ一層強められる。運転温度が高い場合のこのような応力負荷は、材料の尚早な疲労、ひいては羽根車ハウジング及び／又は流出管の早すぎる故障をもたらす。

従来技術では、さらに熱により誘発された変形により、羽根車ハウジングと羽根車との接触が起こり得る。このようなことは、ターボ過給機の急速な故障に結びつく。
ドイツ連邦共和国特許第１００２２０５２号明細書

そこで本発明の課題は、従来技術から出発した内燃機関のターボ過給機のためのハウジング装置を改良して、「頑丈」なケーシングの利点を利用して、ターボ羽根車における排ガスの漏出が最小化された状態に継続可能に形成されているようにすることである。

この課題を解決した本発明の手段によれば、オーバフロー領域が羽根車ハウジングに、相対摺動可能に連結されている。

本発明は、一方のジャケットハウジングの機能と他方の羽根車ハウジングの機能との公知の分離を利用している。それぞれの用途のために構造的に対応して、適合された、有利には鋼薄板又は少なくとも部分的にロストワックス法から成っていてよい複数部分から成るジャケットハウジングが、シール及び支承の機能を引き受け、かつ同様に複数部材により形成された羽根車ハウジングが排ガス案内の機能を引き受けることができるようになっており、これにより、羽根車ハウジングは非常に迅速に熱くなり、ひいては「触媒の迅速な加熱」機能を付加的に支援する。この目的のためには、羽根車ハウジングの壁厚さはできるだけ薄く構成されていることが望ましい。

冷間時のエンジンが始動された場合に、したがって羽根車ハウジングは極めて迅速に加熱され、対応して膨張する。しかしながら、これに対してジャケットハウジングはまだ冷たく、熱膨張の影響下にはないも同然である。オーバフロー領域と羽根車ハウジングとの相対摺動可能な連結に基づき、この場合に羽根車ハウジングの熱に基づく運動は補償することができるようになっており、高い温度においても妨害となる応力は生じない。羽根車ハウジングと羽根車との接触、ひいてはこれに伴うネガティブな結果も排除されている。

別の運転状況においても、本発明の利点は明らかである。例えば、道路を、坂道を上りながら走行する場合には、羽根車ハウジングは非常に温かくなる。次いで車両が、特にエンジンブレーキにより坂道を下りながら走行する場合には、羽根車ハウジングは比較的急速に冷却される。なぜならば、冷たい空気（燃焼なしにいわゆる「燃料カットオフ」が作用している）がエンジンにより羽根車ハウジング内へ案内されるからである。これにより、羽根車ハウジングは比較的迅速に収縮し、かつジャケットケーシングはまだ温かいままに維持される。したがって、このような走行状態においても羽根車ハウジングとオーバフロー領域との相対的に摺動可能な連結は、許容できない応力を阻止する。これにより、本発明により構成されたハウジング装置の耐用寿命は著しく高められる。

本発明の主な利点は、加熱過程においても冷却過程においても熱的な応力の除去により得られるより高い耐久性である。さらに、より高い総体的作用度が、運転温度に関して最適化された運転特性により得られる。製造コストも、材料多様化又はより安価な材料の使用により低減することができる。本発明は、ツインフローのハウジングにおいても、「調節可能なタービン幾何学」を有するターボ過給機においても同様に有利に使用することができる。

オーバフロー領域の構成自体は任意に行われる。オーバフロー領域は、１つの特別な構成部材であってもよいし、例えば流出口フランジの製造のために特にロストワックス法が使用される場合には、流出口フランジ内に一体的に組み込まれていてもよい。

本発明の有利な１構成が請求項２の特徴に明らかである。これによれば、羽根車ハウジングは軸線方向に整列された管状の排出管片を有している。この排出管片は、オーバフロー領域の円筒状に形成された終端部により、相対的に摺動可能に上から係合されている。したがってこの場合には密な構成にもかかわらず、ガス密である必要はない摺動座である。なぜならば、ジャケットハウジングが周辺に対するシールを引き受けるからである。

排出管片の外周への、オーバフロー領域の円筒状に形成された終端部の接触は、請求項３の特徴部によれば、オーバフロー領域の、排出管片を上から係合する終端部に、半径方向内側へ向かって形成された環状隆起部が設けられていることにより改良される。すなわち、環状隆起部の凸状の表面は、排出管片の表面と摩擦接触している。

摺動機能が極めて良好で、かつシステム全体の耐用寿命が高められた場合に改良されたシール機能が、請求項４の特徴により得られる。この構成では、オーバフロー領域の、排出管片を上から係合する終端部には、半径方向外側へ向かって形成された環状隆起部が設けられている。これにより形成された内側の環状溝にはシールエレメントが埋め込まれている。このシールエレメントは、特にシールリングの形で形成されており、このシールリングは、排出管片の外側の表面に接触する。

羽根車ハウジングと流出口フランジとの間の長さ補償のさらに改良された１変化形が、請求項５の特徴部に記載されている。これによれば、羽根車ハウジングは、軸線方向に整列された管状の排出管片を有している。この排出管片は、オーバフロー領域の円筒状に形成された終端部に、ベローズにより密に連結されている。この構成でも、オーバフロー領域は、例えば薄板により形成された管の形の独立した構成部分であってよい。しかしながら、オーバフロー領域は流出口フランジに直接に対応配置されていてもよい。

ベローズによる、オーバフロー領域と羽根車ハウジングとの連結は、完璧なシール機能を保証する。なぜならば、ベローズは排出管片にもオーバフロー領域にも密に接合することができるからである。

請求項６によれば、ベローズは環状の終端区分により、排出管片と、オーバフロー領域の隣接する終端部を上から係合し、これらの終端区分を介して排出管片とオーバフロー領域とに密に接合、特に溶接される。

排出管片とオーバフロー領域とへのベローズの別の固定装置が、請求項７の特徴部に記載されている。これによれば、ベローズの管状の終端区分が、被せ嵌められた固定リングにより、排出管片とオーバフロー領域とに固定されている。この固定リングは、排出管片の外側の表面と、オーバフロー領域の外側の表面とに対してベローズの終端区分を引き寄せ、このような形式でベローズを確実に固定する。

次に本発明を図示の実施例につきさらに詳しく説明する。この場合、図１、図２及び図３は、ジャケットケーシング、供給通路を備えた羽根車ケーシング、オーバフロー領域及び流出口フランジの概略的な鉛直長手方向横断面図を示している。

図１、図２及び図３には、２つの薄板シェル２，３から成るロート状の供給通路が符号１により示されている。この供給通路１は、詳しく図示しない形式で内燃機関の排ガス管に接続されている。供給通路１は、渦巻状に曲げられた羽根車ハウジング４内に開口している。この羽根車ハウジング４は、２つの薄板シェル５，６から成っており、これらの薄板シェル５，６は外周で接合されている。羽根車はさらに詳しく図示しない。軸線７のみを示す。

羽根車ハウジング４の薄板シェル６は、軸線方向に整列された管状の排出管片８を有している。この排出管片８は、以下にさらに詳しく説明する形式で、排ガスのためのオーバフロー領域９に相対的に摺動可能に連結されている。このオーバフロー領域９は、鋼薄板により管状に成形されていてよい。オーバフロー領域９の、羽根車ハウジング４に向いていない方の終端部１０は、鋳物から成る流出口フランジ１１内に係合しており、この流出口フランジ１１に接合されている。

図１から図３までの破線から判るように、流出口フランジ１１、オーバフロー領域９、羽根車ハウジング４及び供給通路１は、ジャケットハウジング（さらに詳しく図示しない）１２により取り囲まれてている。このジャケットハウジング１２は、周辺へ向かってガス密に形成されており、それぞれの用途に応じて構造的に形成されている。

羽根車ハウジング４とオーバフロー領域９との相対摺動可能な連結が、図１の構成によれば、オーバフロー領域９の円筒状に形成された終端部１３が、排ガス管片８を上から係合することにより実施されている。この場合に、前記終端部１３には、半径方向内側へ向かって形成された環状隆起部１４が設けられている。したがって、この環状隆起部１４の凸状の表面１５は、排出管片８の外側の表面と摩擦接触する。

図２の構成では、オーバフロー領域９の、排出管片８を上から係合する終端部１３ａには、半径方向外側へ向かって形成された環状隆起部１７が設けられている。これにより、内側の環状溝１８が形成され、この環状溝１８には、シールリングの形のシールエレメント１９が埋め込まれる。このシールエレメント１９は、排出管片８の外側の表面１６に接触する。オーバフロー領域９と羽根車ハウジング４との熱に基づいた相対摺動が、これにより問題なく確保されている。

図３の構成の範囲では、オーバフロー領域９がベローズ２０により羽根車ハウジング４の排出管片８に密に連結されている。ベローズ２０は管状の終端区分２１を有しており、この終端区分２１により、ベローズ２０は排出管片８と、オーバフロー領域９の隣接する終端部２２とに上から係合する。終端区分２１に被せ嵌められた固定リング２３により、ベローズ２０は排出管片８とオーバフロー領域９とに固定される。

ジャケットケーシング、供給通路を備えた羽根車ケーシング、オーバフロー領域及び流出口フランジの概略的な鉛直長手方向横断面図である。 ジャケットケーシング、供給通路を備えた羽根車ケーシング、オーバフロー領域及び流出口フランジの概略的な鉛直長手方向横断面図である。 ジャケットケーシング、供給通路を備えた羽根車ケーシング、オーバフロー領域及び流出口フランジの概略的な鉛直長手方向横断面図である。

符号の説明

１ 供給通路、 ２ 薄板シェル、 ３ 薄板シェル、 ４ 羽根車ハウジング、 ５ 薄板シェル、 ６ 薄板シェル、 ７ 軸線、 ８ 排出管片、 ９ オーバフロー領域、 １０ 終端部、 １１ 流出口フランジ、 １２ ジャケットケーシング、 １３ 終端部、 １３ａ 終端部、 １４ 環状隆起部、 １５ 表面、 １６ 表面、 １７ 環状隆起部、 １８ 環状溝、 １９ シールエレメント、 ２０ ベローズ、 ２１ 終端区分、 ２２ 終端部、 ２３ 固定リング

Claims (7)

1. 内燃機関のターボ過給機のためのハウジング装置であって、該ハウジング装置が、供給通路（１）を有する羽根車ハウジング（４）と、該羽根車ハウジング（４）に連結されており、かつ流出口フランジ（１１）に接続されている、排ガスのためのオーバフロー領域（９）と、少なくともオーバフロー領域（９）と羽根車ハウジング（４）と供給通路（１）とを取り囲むジャケットハウジング（１２）とを有している形式のものにおいて、オーバフロー領域（９）が、羽根車ハウジング（４）に相対摺動可能に連結されている、内燃機関のターボ過給機のためのハウジング装置。
2. 羽根車ハウジング（４）が、軸線方向に整列された管状の排出管片（８）を有しており、該排出管片（８）が、オーバフロー領域（９）の円筒状に形成された終端部（１３）により、相対摺動可能に上から係合されている、請求項１記載のハウジング装置。
3. オーバフロー領域（９）の、排出管片（８）を上から係合する終端部（１３）に、半径方向内側へ向かって形成された環状隆起部（１４）が設けられている、請求項２記載のハウジング装置。
4. オーバフロー領域（９）の、排出管片（８）を上から係合する終端部（１３ａ）に、半径方向外側へ向かって形成された環状隆起部（１７）が設けられており、かつこれにより形成された内側の環状溝（１８）内に、シールエレメント（１９）が埋め込まれている、請求項２記載のハウジング装置。
5. 羽根車ハウジング（４）が、軸線方向に整列された管状の排出管片（８）を有しており、該排出管片（８）が、オーバフロー領域（９）の円筒状に形成された終端部（２２）に、ベローズ（２０）により密に連結されている、請求項１記載のハウジング装置。
6. ベローズ（２０）の管状の終端区分（２１）が、排出管片（８）と、オーバフロー領域（９）の隣接する終端部（２２）とに上から係合する、請求項５記載のハウジング装置。
7. ベローズ（２０）の管状の終端区分（２１）が、被せ嵌められた固定リング（２３）により、排出管片（８）と、オーバフロー領域（９）とに固定されている、請求項６記載のハウジング装置。

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