JPH0240842B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ターボチヤージヤ、特に、ターボチ
ヤージヤのタービン部分のハウジング構造に関す
る。

ターボチヤージヤは、内燃機関特に、トラツ
ク、トラクタ及びそれらと同様なもののデイーゼ
ルエンジン用の省エネルギー装置である。ターボ
チヤージヤは、タービンとコンプレツサホイール
が共通軸で連結又は接続された、タービンとコン
プレツ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によつて、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。コンプレツサホイー
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。従つて、ターボチヤージヤ
は、排気ガスのエネルギー（タービンホイールを
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ヤフト
から直接コンプレツサホイールの動力を引き出す
周知のスーパーチヤージヤとは別に、ターボチヤ
ージヤは、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、ターボチヤージヤのタービン部分の
ハウジングの改良に関する。或る適用では、ター
ビンハ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
がわかつている。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
部分とによつて構成されている。分割壁は、ハウ
ジングの最も外方の部分から、ガスがタービンホ
イールへ抜ける環状スロートに向つて半径方向、
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、米国特許第3270495号及び第
3292364号に記載されている。

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ボチヤージヤ構
造では、ターボチヤージヤのタービン部分のハウ
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。ターボチヤージヤの操作
中、内燃機関のシリンダからターボチヤージヤに
来る熱に排気ガスは、ハ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、従つてハウジングの大きさ
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。分割壁とハウジン
グの双方は、温度の上昇に伴つて、半径方向に延
びる傾向がある。しかしながら、ハウジングの壁
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、ハウジングより高い温度に達する。こ
の温度差によつて、分割壁の拘束されない半径方
向の熱膨張は、ハウジングの熱膨張より大きい。
ハウジ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ハウジングの形状
は、温度変化によつて、たとえ、温度勾配がない
場合でも熱応力を生じさせ、かくして、全体の応
力水準を増加させる点で自己拘束している。これ
らの応力によつて、分割壁の破損又は、ひび割れ
を生じ、続いてターボチヤージヤの破損が起こる
ことがわかつた。

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。これを達成するために、本発
明の１実施例では、ターボチヤージヤハウジング
と分割壁を別々に作り、分割壁の半径方向に最も
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。この構造によつて、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。従つて、熱によつ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
つて軸線方向に偏つ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、それによつて、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、ハウジン
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、それを収容するハウジング溝の外端の半
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２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ハ
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、ターボチヤージヤのタービン部分のハウジン
グを示す。ハウジングは環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の半部分１２によつて構成
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
だてた多数の出張り１８を有し、部分１２と補完
し合うハウジングの半部分を示す。数字２０は、
環状的に連続する凹部を示し、その凹部に、例え
ば、ワイヤで形成された位置的に連続したシール
２２がはめ込まれている。数字２４は、補完し合
う出張り１４，１８を固定するためのリベツト又
はボルトを示す。

半部分（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、
ハウジングの半部分１２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２
９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。壁部分２９、切除部２８及びハウジングの半
部分１６は、分割壁の半径方向に最も外方の周囲
部を受け入れるための環状的に連続した溝を構成
している。

数字３０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、軸線方向に偏つた
一連のセグメントのうちいずれか１つを示し、分
割壁はエネルギー３４で示されている。円形壁３
４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３３
は、壁３４（セグメント３０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２
９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３６は、環状的に連続する第１のタービン
室を、数字３８は、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１
２，１６の中で半径方向内方に延びている分割壁
３４によつて構成されている。

数字４０は、ハウジングの半部分１２の半径方
向に最も内方の部分を示し、数字４２は、左のハ
ウジングの半部分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４０，４２に隣接した領域に、室３６，
３８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４
６とコンプレツサホイール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、ターボチヤージヤ（図示せ
ず）内の適当な配管によつて環状室３６，３８の
１方又は双方に供給される。ガスは、スロート４
４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
のブレードに沿つて、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の回転によつて、
コンプレツサホイール４８が回転し、それによつ
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。ターボチヤージヤ
の、コンプ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３４は、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３３によつて、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、それによつて、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
移動しなかつたとすれば、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、セグメントの有効巾は、薄板
金材料の厚さより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２
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、セグメントの曲がつた形状
によつて、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、波形ワツシヤばねとし
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３４の最外周部の溝付又はひだ付外形を示して
いる。周囲部３０は、曲がつた又は波打つた形状
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、
AISI321オーステナイトステンレス鋼、すなわち
アメリカ鉄鋼協会（AISI）で規格された鋼種番
号321のオーステナイト系ステンレス鋼（JISの
SUS321に相当）で形成し、ハウジングの半部分
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３４の変形例
が示されている。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。分割壁の外方周
囲部を受け入れる環状的に連続した溝に、第１図
の実施例のすき間３３のようなクリアランスは必
要ないことがわかる。この実施例では、円板３４
と同様の円板３４′の大部分の、ハウジングに対
する半径方向の運動は、円板に形成された溝によ
つて構成される環状的に連続する伸縮継手６０に
よつて可能になる。伸縮継手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によつて構成される。連続的な環状又は円周
方向の延長部からなり、好ましくは、分割壁３
４′の半径方向の外端近くに位置決めされる。分
割壁３４′を構成している円板を型打加工するこ
とによつて伸縮継手６０を、形成するのがよい。
上昇温度によつて生じる分割壁３４′の半径方向
の膨張によつて、伸縮継手６０のゆがみが生じる
ことが容易にわかる。伸縮継手６０があるため、
上昇温度に付随する半径方向の力によつて、分割
壁３４′には好ましくない高い応力が発生するの
に対して伸縮継手６０のゆがみが生ずる。伸縮継
手６０の半径方向、内方向のこれらの円板部分の
膨張は、伸縮継手によつて吸収される。伸縮継手
を半径方向に越えた円板半径方向の膨張によつ
て、その部分に応力が生じるが、このような応力
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
３４′のリムを、溝壁２９から間隔をへだてて、
円板の残りの部分よりも厚く示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による構造のターボチヤージ
ヤ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
ンホイールとコンプ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り、変形例
を示す。 １０……ハウジング、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、３４……分割壁、４６……ター
ビンホイール、４７……軸線、４８……コンプレ
ツサホイール、５０……共通軸、６０……伸縮継
手。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱いガスを受け入れる第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、それによつ
   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をへだてたコン
   プレツサホイールに連結され、コンプレツサホイ
   ールは、空気を圧縮するようになつており、第１
   および第２の環状室は、ハウジングの半径方向に
   最も外方の部分から、前記スロートに向けて通る
   環状的に連続した分割壁によつて構成されている
   分割タービンハウジング型のターボチヤージヤ構
   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
   割壁の少なく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
   れによつて、上昇温度によつて生じる分割壁の半
   径方向の膨張が、上昇した温度によつて生じるハ
   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ボチヤージヤ構造。 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つて構成され、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１項に記載のターボチヤージヤ構造。 ３ 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つ
   て構成されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載のターボチヤージヤ構造。 ４ 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つ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項に記載のターボチヤー
   ジヤ構造。 ５ 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伸縮継手によつ
   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項に記載のターボチヤージヤ構造。 ６ 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項に記載のターボチヤージヤ構
   造。 ７ 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項に記載のターボチヤージヤ構
   造。