JP5052649B2 - タービンハウジング - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前段に記載の特徴を有する排ガスターボ過給機のタービンハウジングに関する。

車両用の内燃機関は、燃料消費の低減を達成するためにターボ過給機によって過給されることが多くなってきている。しかし、排ガス装置自体の重量も燃料消費に影響を及ぼす。したがって、ターボ過給機は可能な限り軽量にすべきである。これは、ターボ過給機がその使用中にかなりの機械的負荷及び特に非常に大きい熱負荷にさらされ、そのため頑丈な構造が必要となることと相容れない。熱的に誘導される応力が、ターボ過給機の寿命に対する本質的な影響を有する。したがって、対応する熱補償要素が設けられるが、これには気密性の問題が伴う。特許文献１では、この問題を解決するために、例えば、排ガスを案内する構成部材と、支持又はシールする外部構造とを切り離すことが提案されている。特許文献１に示されている構成は、内部システムを外部システムに気密に結合することを可能にするが、この構成は、発生する熱応力に対しては、構成部材を変形することでしか対処できない。これによって、内部システム又は羽根車ハウジングとタービン羽根車との衝突の危険が生じる。

しかし、実際には、タービン羽根車の効率的な作動状態を保証するために、内部システムがある程度の気密性要件を満たす必要があることが示されている。特許文献２には、気密性及び同時に疲労強度の問題を解決するために、複数の可能性が提示されている。具体的には、羽根車ハウジングと、排ガスを流出口フランジに案内する排気領域との間で熱的に引き起こされる応力を回避する摺動座が提案されている。特許文献２には、伸張補償を実現できる方法が提示されているが、発生する熱機械的負荷、その結果として必然的に求められる材料の性質、及び正常な稼動のために求められる製造公差により、ハウジングの経済的な製造ができないことがある。

独国特許出願公開第１００２２０５２Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０３５２９６０Ａ１号明細書

上記のことをふまえて、本発明の課題は、内部システムのシール作用を最大にしながら、羽根車ハウジングと排ガス用の排出管との間の温度伸張補償が可能であり、同時に非常に薄い材料を使用することができ、また羽根車ハウジングの繊細な出口領域で溶接作業を必要としない排ガスターボ過給機のタービンハウジングを提供することである。

この課題は、請求項１の特徴を有するタービンハウジングによって解決される。

本発明による排ガスターボ過給機のタービンハウジングは、管状の筒口を有する羽根車ハウジングが内部に配置される外部ハウジングを含む。さらに、タービンハウジングは排出管を含み、この排出管を通して、排ガスを羽根車ハウジングから流出口フランジの方向に送ることができる。排出管は、熱的に誘導される伸長を補償するために、羽根車ハウジングと相対移動可能に連結される。筒口と排出管との間に、別個のシールリングがある。シールリングは、別個の構成部材として排出管と結合することができる。シールリングは、筒口と排出管との間の移行部をシールする。

本発明によるタービンハウジングの特徴は、シールリングが内側に向かって縁曲げされることである。シールリングは、筒口の出口領域、すなわち排ガスを案内する内部システムの出口領域を覆って、弾性的に移動され、排出管に対する筒口のシール及び軸方向移動性を保証する。このように形成されたシールリングの非常に優れたシール作用は、筒口に対するシールリングの弾性的な固定に基づき達成される。シールリングの高い弾性は、内側に向かう端部側の縁曲げから得られる。

縁曲げとは、少なくとも１８０°の角度範囲にわたる折り返しを意味する。縁曲げされた端部は筒口に対して固定される。シールリングに対する筒口の確実な当接又は筒口に対するシールリングの確実な当接は、筒口を拡げるために拡開マンドレルを筒口に差し込むことによって実現することができる。この方法では、筒口と排出管との間での所望のシール作用が、拡開マンドレルを用いてシール隙間を調整することによって後で達成されるので、筒口に関してより大きな製造公差を選択することもできる。

シールリングの縁曲げされた端部は、少なくとも１８０°の角度範囲にわたって延在する。１８０°の角度では、筒口とシールリングとの間の線接触が生じる。好ましくは、シールリングと筒口との間の当接領域は、排ガスターボ過給機において生じるような頻繁な移動の際に材料の摩耗を低減するために、縁曲げされた端部の自由端区域からある程度離れて位置する。したがって、シールリングが、その縁曲げされた端部に、漏斗状に拡げられた自由端区域を備えることが企図される。自由端区域は、筒口の外側に対して５°〜２０°の角度で位置することが好ましい。これによって、自由端区域は、当接領域の前に設けられるいわば導入傾斜部（Ｅｉｎｌａｕｆｓｃｈｒａｅｇｅ）を形成する。

したがって、シールリングは、縁曲げされた端部、それに直接隣接する当接領域、及びそれに続く漏斗状に拡げられた自由端区域を備える。当接領域は、少なくとも環状であるので、筒口と線接触する。しかし、当接領域は平坦であってもよい。この場合、当接領域は、筒口の規定の長さ区域にわたって延在し、その結果、実際のシール座は、環状にのみならず、円筒形カバー状に形成される。

縁曲げ部と反対側のシールリングの端部は、排出管に固定するために使用される。シールリングは、排出管の外側を取り囲むことができる。排出管に対するシールリングの固定は、はんだ付け又は溶接のような熱的接合によって行うことができる。しかし、支持リングを使用してシールリングを排出管と圧着することも考えられる。また、支持リングは、例えば溶接開先のような溶接継目の影響をくい止めることができるので、融接法のような熱的接合法と組み合わせて使用することもできる。

基本的に、シールリングは好ましくは金属材料からなる。シールリングが、排出管と結合される別個の構成部材であるため、材料選択の自由がある。したがって、特に適切であり特に廉価な材料を使用することができる。シールリングは、例えばニッケルベースの合金からなることがある。

さらに、シールリングは、非常に薄い壁の材料から製造することができる。壁厚は、１．０ｍｍ未満になることもある。このことは、触媒ライトオフ挙動（Ｋａｔａｌｙｓａｔｏｒａｎｓｐｒｉｎｇｖｅｒｈａｌｔｅｎ）に好影響を与える。

排出管は、排ガス装置に結合するためのフランジの一部片構成部材であってよく、したがって、通常はシールリングよりも大きな壁厚を有するので、シールリングに加えて、シールリングを囲む支持リングを設けることによって、シールリングと排出管との間の溶融溶接結合を改良することができる。このようにして、本質的に等しい厚さの構成部材が互いに溶接され、これにより、熱導入がより均一になるため、溶接が容易になる。

壁厚の増大のために、支持リングは２層に形成することもでき、これによって、シールリングの弾性特性をさらに顕著に高めることができる。

次に、図面に示した例示的実施形態を参照して、本発明をより詳細に説明する。

タービンハウジングの断面図である。 図１のシール領域の詳細図である。

図１は、排ガスターボ過給機のタービンハウジング１を示している。タービンハウジング１は、ハウジングフランジ３から流出口フランジ４まで延在する外部ハウジング２を含む。外部ハウジング２は、ハウジングフランジ３及び流出口フランジ４の両方と溶接され、気密の内部空間を画定する。この外部ハウジング２の内部に、２つの薄板シェル６、７から形成された羽根車ハウジング５があり、薄板シェル６、７は、羽根車ハウジング５の外周で互いに溶接される。図面では左側に示した薄板シェル７は、流出口フランジ４の方向に延在する管状の筒口８を備える。タービン羽根車９は、筒口８内まで突出し、筒口８の輪郭はタービン羽根車９の外部輪郭に適合される。筒口８は、羽根車ハウジング５から流出する排ガスを、排出管１０を通して流出口フランジ４に導き、排ガスは、流出口フランジ４を通ってターボ過給機１から流出する。排出管１０は、流出口フランジ４の一部片構成部材である。排出管１０は、筒口８に隣接した端部でシールリング１１と結合され、シールリング１１は、筒口８の外側を取り囲み、これは図２の拡大図から分かる。

シールリング１１は、筒口８に向き合いかつ内側方向に縁曲げされた端部１２と、排出管１０に向き合う端部１３とを有し、端部１３は、排出管１０の外側を取り囲み、シールリング１１を固定するために使用される。シールリング１１の排出管側の端部１３は、支持リング１４によって囲まれる。支持リング１４、シールリング１１の端部１３、及び排出管１０は、溶接シーム１５によって互いに溶接される。

排出管側の端部１３から、シールリング１１は、まず、縁曲げされた端部１２の方向に円筒状に延在する。縁曲げされた端部１２は、１８０°内側に向かって折り返される。縁曲げされた端部１２の領域の曲げ半径は、一定の壁厚の材料から製造されるシールリング１１のほぼ半分の壁厚に対応する。この場合、シールリング１１の壁厚は、排出管１０の壁厚よりもはるかに小さくてよい。

縁曲げされた端部１２には、まず当接領域１６が隣接する。この当接領域は、シールリング１１の外側領域に対して本質的に平行に延在する。これにより、この当接領域１６は、いわば、円筒形カバー状に形成され、非常に高い気密性を有する平坦なシール座部をもたらす。この当接領域１６には、自由端区域１７が隣接する。自由端区域１７は漏斗状に拡げられる。自由端区域１７は、筒口８の外面１８に対して５°〜２０°の角度Ｗを成す。自由端区域１７は、排出管１０の前面１９から間隔を空けて終端する。筒口８も、排出管１０の前面１９から間隔を空けて終端し、この間隔は、通常の動作温度の範囲内で、熱による長さの増減が問題なく可能であるように選択される。

１ ターボ過給機
２ 外部ハウジング
３ ハウジングフランジ
４ 流出口フランジ
５ 羽根車ハウジング
６ 薄板シェル
７ 薄板シェル
８ 筒口
９ タービン羽根車
１０ 排出管
１１ シールリング
１２ 縁曲げされた端部
１３ 端部
１４ 支持リング
１５ 溶接シーム
１６ 当接領域
１７ 自由端区域
１８ 外側
１９ 前面
Ｗ 角度

Claims (8)

1. 外側ハウジング（２）に取り囲まれている排ガスターボ過給機のタービンハウジングであって、外側ハウジング（２）内に、管状の筒口（８）を有する羽根車ハウジング（５）と、排出管（１０）とが配置され、前記排出管（１０）が前記管状の筒口（８）と相対移動可能に連結され、筒口（８）と排出管（１０）との間に、排出管（１０）と結合された別個のシールリング（１１）が配置されるタービンハウジングにおいて、
   前記排出管（１０）と前記筒口（８）が、軸方向に間隔を置いて配置され、前記シールリング（１１）が、円筒状に形成され、一端で、排出管（１０）に固定され、他端に、少なくとも１８０°の角度範囲にわたって内側に向かって折り返すことによって形成された、縁曲げされた端部（１２）を備え、この縁曲げされた端部（１２）が、当接領域（１６）を備え、この当接領域が、前記羽根車ハウジング（５）の筒口（８）を取り囲み、この筒口（８）に当接し、この筒口（８）上を移動可能であることを特徴とするタービンハウジング。
2. 前記シールリング（１１）が、前記シールリング（１１）の縁曲げされた端部（１２）によって、前記筒口（８）に対して弾性的に固定されることを特徴とする、請求項１に記載のタービンハウジング。
3. 前記シールリング（１１）が、前記シールリング（１１）の縁曲げされた端部（１２）に、漏斗状に拡げられた自由端区域（１７）を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載のタービンハウジング。
4. 前記自由端区域（１７）が、前記筒口（８）の外面（１８）に対して５°〜２０°の角度で位置することを特徴とする、請求項３に記載のタービンハウジング。
5. 前記シールリング（１１）が支持リング（１４）によって囲まれ、支持リング（１４）及びシールリング（１１）が熱的接合によって前記排出管（１０）と結合されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のタービンハウジング。
6. 前記シールリング（１１）が前記排出管（１０）にクランプ保持されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のタービンハウジング。
7. 前記シールリング（１１）がニッケルベースの合金からな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タービンハウジング。
8. 前記シールリング（１１）が二重壁で形成されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のタービンハウジング。

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