JPS5874807A - 自由な浮動分割壁型タ−ビンハウジング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ターがチャージャ、特に、ターがチャージャ
のタービン部分のハウジング構造に関する。

ターがチャージャは、内燃機関特に、トラック、トラク
タ及びそれらと同様なもののディーゼルエンジン用の省
エネルギー装置である。ターがチャージャは、タービン
とコンプレッサホイールが共通軸で連結又は接続された
、タービンとコンプレッサの組み合わせとして考えられ
る。内燃機関からの排気ガスは、タービンホイールへ供
給される。

ガスはタービンホイールを通過し、ホイールを回転させ
ることＫよって、ガスからエネルギーを引き出すことが
できる。

次に、ガスは排出される。；ンプレツサホイールは、周
囲の空気を圧縮し、それを、エンジンの吸気口へ供給す
る。従って、タープチャージャは、排気ガスのエネルギ
ー（タービンホイールヲ回転させる）を使用して、空気
又は燃料−空気混合を、高い圧力で加圧して内燃機関へ
押し入れるための装置である。エンジンのクランクシャ
フトから直接コンプレッサホイールの動力を引き出す周
知のスーツ譬−テヤージャとは別に、タープチャージャ
は、排気ガスのエネルギーからその動力を引き出す。

本発明は、ターがチャージャのタービン部分のハウジン
グの改良に関する。成る適用では、タービン・・ウジン
グの内部の円環状又はドーナツ形状の室を２つの部分に
分割するのが便利であ゛ることがわかっている。これら
の２つの部分は、半径方向に延びる円形の分割壁と、ハ
ウジングの残りの部分とによって構成されている６分割
壁は、ハウジングの最も外方の部分から、がスがタービ
ンホイールへ抜ける環状スロートに向って半一方向、内
方向に延びている。タービンは、半径方向に流入する通
常の型式のものである。このようなハウジング構造の例
は、米ｇＡ４１ｉＩ許第、３．２７０．ｌ１９！ｒ号及
び第３．２９２．３１ｓｔ１４１Ｋ記載されている。

これら２つの米国特許に例示されるような、典型的な分
割ハウジング型式のターがチャージャ構造では、ターゲ
チャージャのタービン部分のノ・ウジング並びに半径方
向に延びる分割壁は、鋳鉄で一体に形成されている。タ
ーゲチャージャの操作中、内燃機関のシリンダからター
〆チャージャに来る熱に排気ガスは、ノーウジングのタ
ービン部分の２つの室のうち１方又は双方に入る。これ
らのガスは、非常に熱く、従ってノ・ウジングの大きさ
が変化し、これらの変化は、温度の増加に伴う金属の通
常の熱膨張効果による。分割壁とノ・ウジングの双方ハ
、温度の上昇に伴って、半径方向に延びる傾向がある。

しかしながら、ノ・ウジングの壁の一面が冷たい周囲空
気にさらされるのに対して、分割壁は両面が熱いガスに
さらされるから、分割壁は、ハウジングよシ高い温度に
達する。この湯度差によって、分割壁の拘束されない半
径方向の熱膨張は、ノ・ウジングの熱膨張より大きい。

ノ・ウゾングのより少ない膨張は、分、割、壁の熱膨張
を拘束し、かくして、分割壁に熱応力を生じさせる。

更に、分割されたタービンノ・ウジングの形状は、温度
変化によって、たとえ、温度勾配がない場合でも熱応力
Ｉじさせ、かくして、全体の応力水準を増加させる一点
で自己拘束している。これらの応力によって、分割壁の
破損又は、ひび割れを生じ、続いてターゲチャージャの
破損が起こることがわかった。

本発明の実施によれば、半径方向の膨張差の問題は、解
消される。これる達成するために、本発明の！実施例で
は、ター−チャージャハウジングと分割壁を別々に作り
、分割壁の半径方向く最も外方の周囲部が、タービンハ
ウジング室の隣接部分に位置した溝の中へ延びる。半径
方向のすき間が、分割壁の半径方向に最も外方の部分と
、溝の半径方向に最も外方の部分との間４に設けられ、
その中へ、分割壁の周囲が延びかつ配置されている。

この構造によりて、分割壁は、操作中、半径方向に膨張
して最も外方の周囲部が溝内で半径方向外方に摺動し、
ハウジング内に応力を生じさせず、このような半径方向
の運動は、比較的に阻止されない、従って、熱によって
引き起される分割壁の応力が回避される。好ましくは、
分割壁の半径方向に最も外方の周囲部は、角度的に交互
であって軸線方向に偏ったセグメントを構成するために
、溝形又は、鋸歯状をなし、セグメントは、通常軸線方
向に互いに離れるように付勢されており、それによって
、ハウジングと分割壁との間の心出し又は位置決め作用
を行う。組立てを容易にするため、ハウジングを２つの
部分から作り、２つの部分を結合するときに、環状的に
連続した溝を構成するように、１方の部分に連続的な環
状切欠きを設ける。好ましくは、分割壁を、ノ・ウジン
グの残りの部分を形成している鋳鉄より高い熱膨張率を
示すステンレス鋼のような耐熱材料で形成する。

本発明の他の実施例によれば、分割壁の外端の半径は、
それを収容するノ・ウジフグ溝の外端の半径と同じであ
り、分割板には、環状的に連続した膨張継手が形成され
ている。第コの構造では膨張継手が円形分割壁の大部分
の外方の膨張を受け、分割壁の最も外方の部分の膨張だ
けがタービンノ・ウジングを半径方向外方に押す。

今、図面を参照すると、数字１０は、一般的に、ターが
チャージャのタービン部分のノ１ウジングを示す。ハウ
ジングｉｊｍ状的に連続しており、それと一体の、角度
的に間隔をへだてた多数の出張り１４を有する第１の手
部分１ｚによって構成されている。数字１６は、ハウジ
ングを組立てるとき、出張り１４に一致する、角度的に
間隔をへだてた多数の出張シ１８を有し、部分１２と補
完し合うハウジングの手部分を示す、数字２０Ｆｉ、環
状的に連続する溝を示し、その溝に、例えば、ワイヤで
形成された環状的に連続したシール２ｚがはめ込まれて
いる。数字２４は、補完し合う出張り１４、Ｉ８を固定
するためのリベット又はがルトを示す。

手部分（部分１２．１６）を結合する溶接のような、他
の方法を使用してもよい。数字２８は、ハウジングの手
部分１ｚの外方フランジ部分の一方の面の半径方向に延
びる切除部を示し、数字２９は、切除部２８からハウジ
ング１２のフランジ部分の面まで軸線方向に延びる円周
壁部分を示す。

数字８０は、円形の、円板形状の分割壁の周囲に位置し
た、円周方向に延び、軸線方向に偏った一連のセグメン
トのうちいずれか１つを示し、分割壁は数字Ｂ４で示さ
れている。円形壁８４には、タービンホイール４６を収
容するために、中央に開口部が設けられている。数字８
Ｂは、壁８４（セグメント８０を有する）の半径方向に
最、も外方の部分と軸線方向に延びる壁部分２９との間
の半径方向に延びるすき間、即ち間隔を示している。

数字８６Ｆｉ、ＩＩ状的に連続する第７のタービン室を
、数字８８Ｆｉ、環状的に連続する第２のタービン室を
示し、これら２つの室は、ハウジング１２．１６の中で
半径方向内方に延びている分割壁８４によって構成され
ている。

数字４０は、ハウジングの手部分１２の半径方向に最も
内方の部分を示し、数字４２Ｆｉ、左のノ・ウジングの
手部分１６の対応する半径方向に最も内方のハウジング
部分４２を示す。スロート４４が、部分４０．４９に隣
接した領域に、室８６、Ｂ８の半径方向最内端部分とし
て構成されている。

数字４６は、軸線４７の囲りを回転する在来のタービン
ホイールを示し、タービンホイール４６とコンプレッサ
ホイール４８の双方は、共通軸５０に取り付けられてい
る。操作の態様は、次のとうりである。

熱い排気ガスが、ター−チャージャ（図示せス）内の適
当な配管によって環状室８６．８８の１方又は双方に供
給される。ガスは、スロート４４を半径方向内方に通過
し、タービンホイールの周囲部に至る。次に、ガスは、
タービンホイールのブレードに沿って、かつこれらの間
を通過し、引き続く排気のために、一般的に軸線方向に
排出される。タービンホイール４６の回転によって、コ
ンプレッサホイール４８が回転し、それによって、内燃
機関用の空気又は空気−燃料混合気の通過のため、空気
を圧縮する。ター−チャージャの、コンゾレツサハウジ
ングのような残りの部分は、本発明の一部を構成せず、
この分野でよく知られているから、図示しない。

操作中、分割壁８４Ｆｉ、タービンハウジング部分１２
．１６の半径方向の膨張より大きく、半径方向に膨張す
る。すき間８８によって、分割壁の外周部が拘束される
ことなく半径方向外方に移動することができ、それＫよ
って、機械的応力を回避する。分割壁の外周部が半径方
向外方に自由に移動しなかったとすれば、この機械的な
応力が分割壁に形成される。分割壁が、半径方向外方に
自由に移動しないことは、先行技術による分割壁タービ
ンハウジング構造の特徴であり、上述したように、壁の
破損をひき起している。

軸方向に対向した交互のセグメントの機能は、３つある
。第１に、セグメントの有効中は、薄板金材料の厚さよ
シ容易に制御できるから、セグメントはより良い溝巾の
公差を可能にする。第コに、セグメントは、鋳造物と線
接触をするだけだから、分割壁と鋳造物との間の摩擦を
制御することができる。第３に、セグメントの曲がった
形状によって、分割壁を位置決めする目的のために、一
定の軸線方向予荷重を確立することができる。すなわち
、セグメントは、波形ワッシャばねとして機能をするの
で設定される予荷重を最少にすることができる。

今、第２図を参照すると、端面図は、円形分割壁８４の
最外周部の溝付又はひだ付外形を示している。周囲部８
０は、曲がった又は波打った形状をしていることがわか
る。

本発明の特定の例として、分割壁３４を、ＡＩＳ　ｌ　
、３２／オーステナイトステンレス鋼で形成し、ハウジ
ングの手部分１２．１６を加工された通常の鉄で形成す
る。

今、第３図を参照すると、分割壁８４の変形例が示さｎ
ている。本実施例において、分割壁の外周部は溝を有し
ていても良いし或は熱膨張差を許容するように変形され
ても良い。第１図の実施例のすき間８８は必要でないこ
とがわかる。この実施例では、円板８４と同様の円板８
４′の大部分へハウジングに対する半径方向の運動は、
円板の溝６０によって構成される環状的に連続する膨張
継手によって可能になる。溝６０は軸線方向に延びる部
分６２．６４および半径方向に延びる部分６６によって
構成される。溝は、連続的な壇状又は円周方向の延長部
からなシ、好ましくは、分割壁８４′の半径方向の外端
近くに位置決めされる。

分割４１８４’を構成している円板を型打加工すること
Ｋよって膨張部゛・分６０を、形成するのがよい。

上昇温度によって生ずる分割壁８４′の半径方向の膨張
によって、膨張継手６０のゆがみが生じることが容易に
わかる。膨張継手６０があるため、上昇温度に付随する
半径方向の力によって、分割壁８４′には好ましくない
高い応力が発生するのに対して膨張継手６０のゆがみが
生ずる。膨張継手６０の半径方向、内方向のこれらの円
板部分の膨張は、膨張継手によって吸収される。膨張継
手を半径方向に越えた円板半径方向の膨張によって、そ
の部分に応力が生じるが、仁のような応力は、低いので
破損を生じさせない。

第３図では、図示を明らかにするため、分割壁８４′の
リムを、溝壁２９から間隔をへだてて、円板の残シの部
分よシも厚く示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による構造のター？チャージャタービ
ンハウジング部分の長さ方向の横断面図であり、又、ハ
ウジングと結合した通常のタービンホイールとコノグレ
ツサホイールの位置を示す。 第２図は、第１図の分割壁の端面図である。 第３図は、第１図と同様の部分図であシ、変形例を示す
。 ｌＯ・・・タービン、１４．１８・・・出張り、２０・
・・環状的に連続した溝、２２・・・環状的に連続した
シール、８４・・・分割壁、４６・・・タービンホイー
ル、４７・・・軸線、４８・・・圧縮ホイール、５０・
・・共通軸、６０・・・膨張継手。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１熱いガスを受は入れる第１および第２の環状ター
   ビン室を有し、前記室は、環状ハウジング内に位置決め
   され、半径方向内方に位置決めされたタービンホイール
   を有し、前記ハウジングの半径方向に最も内方の部分は
   環状スロートを有し、タービンホイールは、スロートの
   半径方向内方に位置決めされ、２つの環状室からスロー
   トを通して半径方向内方へ通る熱いガスを受け、それに
   よってタービンホイールが回転しタービンホイールはこ
   のホイールから軸線方向に間隔ヲへだてたコンプレッサ
   ホイールに連結され、コンプレッサホイールは、空気を
   圧縮するようになってお９、第７および第２の環状室は
   、ハウジングの中径方向に最ち外方の部分から、前記ス
   ロー）Ｋ向けて通る環状的に連続した分割壁によって構
   成されている分割タービンハウソング型のターゲチャー
   ジャ構造において、分割壁は、ハウジングから分離可能
   であり、半径方向に最も外方の周囲部は、ハウジングの
   環状的に連続した溝に収容されており、分割壁の少な（
   とも大部分がハウジングに対して半径方向の運動を受け
   るようにする装置を有し、それによって、上昇温度によ
   って生じる分割壁の半径方向の膨張が、上昇した温度に
   よって生じるハウジングの大きさの変化とは実質的に独
   ・立に起ることを特徴とするター−チャージャ構造。 （２）　　ハウジングは、２つの環状的に連続したハウ
   ジングの半部分によって構成され、前記ハウジングの半
   部分の１方は、前記環状的に連続した溝の少なくとも１
   部を有することを特徴とする特許請求の範囲第１１１項
   に記載のターがチャージャ構造。 １３１　　分割壁の大部分がハウジングに対して半径方
   向の運動を受けるようにする装置は、分割壁の半径方向
   に最も外方の周囲部と、溝の半径方向に最も外方の周囲
   部との間の半径方向のすき間によって構成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（１２項に記載のター
   ゲチャーゾヤ構造。 １４３　　分割壁の半径方向に最も外方の周囲部には、
   軸線方向に対向する偏ったセグメントが設けられ、前記
   セグメントは交互に、前記溝の対向した軸線方向の側に
   交互に接触していることを特徴とする特許請求の範囲第
   （３）項に記載のタープチャージャ構造。 （町　分割壁の大部分がハウジングに対して半径方向の
   運動を受けるようにする装置は、分割壁と一体に形成さ
   れた角度的に連続した膨張継手によって構成され、分割
   壁の半径方向に最も内方の部分より半径方向に、ハウジ
   ングに近い位置に位置決めされることを特徴とする特許
   請求の範囲第（１）項又は第（２）項に記載のターゲチ
   ャーノ構造。 ＋ａｉ　　ハウジング構造の材料と、分割壁の構造の材
   料は、異なる膨張率を有することを特徴とする特許請求
   の範囲第（５）Ｋ記載のタープチャージャ構造。 １７＋　　ハウジングの構造の材料と分割壁の構造の材
   料は異なる熱膨張率を有することを特徴とする特許請求
   の範囲第（３）項に記載のタープチャージャ構造。