特許 6060315 排気ガスターボ過給機のタービンハウジング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6060315

(24)【登録日】2016年12月16日

(45)【発行日】2017年1月11日

(54)【発明の名称】排気ガスターボ過給機のタービンハウジング

(51)【国際特許分類】

   F02B 39/00 20060101AFI20161226BHJP

   F01D 25/24 20060101ALI20161226BHJP

【ＦＩ】

   F02B39/00 D

   F01D25/24 E

   F01D25/24 K

   F02B39/00 S

【請求項の数】13

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-513970(P2016-513970)

(86)(22)【出願日】2014年4月30日

(65)【公表番号】特表2016-518553(P2016-518553A)

(43)【公表日】2016年6月23日

(86)【国際出願番号】US2014036042

(87)【国際公開番号】WO2014186129

(87)【国際公開日】20141120

【審査請求日】2015年11月13日

(31)【優先権主張番号】102013008209.9

(32)【優先日】2013年5月14日

(33)【優先権主張国】DE

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】500124378

【氏名又は名称】ボーグワーナー インコーポレーテッド

(73)【特許権者】

【識別番号】315001028

【氏名又は名称】イソライト ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100093861

【弁理士】

【氏名又は名称】大賀 眞司

(74)【代理人】

【識別番号】100129218

【弁理士】

【氏名又は名称】百本 宏之

(72)【発明者】

【氏名】ウァルデマール・ヘンケ

(72)【発明者】

【氏名】パトリック・ヘッカー

(72)【発明者】

【氏名】ステファン・ムエンツ

(72)【発明者】

【氏名】マティアス・クロール

(72)【発明者】

【氏名】ベルナー・ロイブル

(72)【発明者】

【氏名】ホルガー・オベールサウヤー

【審査官】 齊藤 公志郎

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭６０−０２４８３９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭６３−１１１２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０１４２１５２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−２３１９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第７０７４００９（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】 欧州特許出願公開第０３７４６０３（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００８／１４１９２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０７−１８９７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−０４０２３２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１２−１０２７４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ ３９／００−１６

Ｆ０１Ｄ ２５／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排気ガスターボ過給機（１５）のタービンハウジング（１）であって、
金属製の外側シェル（８）によって範囲が定められ、内壁（９）を有するタービンボリュート（７）と、
前記タービンボリュート（７）の前記内壁（９）に配置されるとともに、２個の板金シェル（３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂ）の間に完全に封止される熱絶縁コア（６Ａ、６Ｂ）を有する熱絶縁層（１０）と、
を有し、
前記２個の板金シェルのうち、一方の板金シェル（４Ａ、４Ｂ）が前記タービンボリュート（７）の内壁（９）に面し、他方の板金シェル（３Ａ、３Ｂ）がボリュート内部空間（１１）を画定し、
前記熱絶縁層（１０）は、別途の部品として形成され、かつ形成後に前記タービンボリュート（７）内に配置されて前記ボリュート内部空間（１１）を画定する、タービンハウジング。

【請求項2】

前記熱絶縁層（１０）は、前記タービンボリュート（７）内で一体に組み立てられる少なくとも２個の絶縁部品（１０Ａ、１０Ｂ）に分割される請求項１記載のタービンハウジング。

【請求項3】

前記絶縁部品（１０Ａ、１０Ｂ）は、前記２個の板金シェル（３Ａと４Ａ、３Ｂと４Ｂ）によって完全に封止される熱絶縁コア（６Ａ、６Ｂ）を有する請求項２に記載のタービンハウジング。

【請求項4】

前記板金シェル（３Ａ、３Ｂ；４Ａ、４Ｂ）は互いに連結される請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のタービンハウジング。

【請求項5】

前記板金シェル（３Ａ、３Ｂ；４Ａ、４Ｂ）は互いに溶接される請求項４に記載のタービンハウジング。

【請求項6】

前記熱絶縁層（１０）または熱絶縁部品（１０Ａ、１０Ｂ）は、押圧部（２）によって前記ボリュート内部空間（１１）内に固定される請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のタービンハウジング。

【請求項7】

前記ボリュート内部空間（１１）の方向に突出した突出部（５；５’、５’’、５’’’）が前記内壁（９）に配置されている請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のタービンハウジング。

【請求項8】

前記突出部（５、５’、５’’、５’’’）は鋳造または切削工程で製造される請求項７に記載のタービンハウジング。

【請求項9】

前記内壁（９）側に向かう前記板金シェル（４Ａ、４Ｂ）と内壁（９）との間に絶縁層（２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ）が配置されている請求項７または請求項８に記載のタービンハウジング。

【請求項10】

前記タービンボリュート（７）はアンダーカットがない形で、互いに連結可能な２個のタービンボリュート部分（７Ａ、７Ｂ）に分割される請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載のタービンハウジング。

【請求項11】

前記押圧部（２）は、シール（１４）を挟んでタービンボリュート（７）に固定される請求項７ないし請求項１０のいずれか一項に記載のタービンハウジング。

【請求項12】

排気ガスターボ過給機（１５）であって、
圧縮機ハウジング（１９）、
ベアリングハウジング（１７）、及び
タービンハウジング（１）を有し、
前記タービンハウジングは、
金属製の外側シェル（８）によって範囲が定められ、内壁（９）を有するタービンボリュート（７）と、
前記タービンボリュート（７）の前記内壁（９）に配置されるとともに、２個の板金シェル（３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂ）の間に完全に封止される熱絶縁コア（６Ａ、６Ｂ）を有する熱絶縁層（１０）と、
を有し、
前記２個の板金シェルのうち、一方の板金シェル（４Ａ、４Ｂ）が前記タービンボリュート（７）の内壁（９）に面し、他方の板金シェル（３Ａ、３Ｂ）がボリュート内部空間（１１）を画定し、
前記熱絶縁層（１０）は、別途の部品として形成され、かつ形成後に前記タービンボリュート（７）内に配置されて前記ボリュート内部空間（１１）を画定する、排気ガスターボ過給機。

【請求項13】

前記タービンハウジングは、請求項２ないし請求項１１のいずれか一項に記載のタービンハウジングである請求項１２に記載の排気ガスターボ過給機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の前提部による排気ガスターボ過給機のタービンハウジングに関する。

【背景技術】

【0002】

このような種類のタービンハウジングがＥＰ ０ ３７４ ６０３ Ａ１から公知である。該タービンハウジングの場合、タービンボリュート内に熱絶縁部が提供され、該熱絶縁部は熱絶縁材料層を有し、該層には耐高温性金属層が配置される。

【0003】

一般に、熱絶縁層の脆性材料は設置が難しいという点が、上記構成の短所になり得る。

【発明の概要】

【0004】

一方、本発明の目的は、タービンハウジングのタービンボリュート内に容易に設けられる熱絶縁層を有する、請求項１の前提部によるタービンハウジングを提供することである。

【0005】

上記目的は請求項１の特徴的事項から達成される。

【0006】

熱絶縁層は、製造後にタービンハウジングのタービンボリュート内に配置可能な別途の部品として形成されるので、設置工程が相当単純化され、その結果、これと関連して、本発明によるタービンハウジングに対する全体的な製造コストが減少される。

【0007】

このような場合、熱絶縁コアは好ましくは絶縁品、特にセラミックコアとして形成される。

【0008】

従属請求項は、本発明の有利な改良例を含む。

【0009】

熱絶縁コアを取り囲む２個の板金シェルの提供により得られる利点として、熱絶縁コアは全ての側で取り囲まれ、それによって熱絶縁材料は脆性を有するにもかかわらず安定して保持される。また、好ましくは、非常に薄い壁の形態でなっている第１及び２板金シェルの提供により得られる効果として、熱絶縁層は低い熱容量を有するようになり、その結果、有利にもタービンボリュートの表面が迅速に加熱され、それによってタービンハウジングは、作動中に排気ガスターボ過給機を備えるエンジンの冷間始動特性を悪化させるヒートシンクをこれ以上構成しないこととなる。

【0010】

好ましくは、前記熱絶縁層は２個の絶縁部品に分割されてもよく、各々の絶縁部品は、第１及び２板金シェルによって封止される熱絶縁コアを有する。

【0011】

ここで、前記板金シェルは互いに連結されてもよく、このような目的には溶接連結が特に有利である。

【0012】

前記熱絶縁部品は、押圧部によってタービンボリュート内部に固定されてもよく、その押圧部は別途の加圧される部分であるか、または本発明による排気ガスターボ過給機を形成するために本発明によるタービンハウジングに連結されるベアリングハウジングの後方壁に形成されてもよい。

【0013】

前記タービンボリュートの内壁に突出部が提供されることが特に好ましく、該突出部は先ず寸法及び位置公差の実現を可能にし、かつタービンボリュートの内壁と熱絶縁層との間のさらなる絶縁、または熱絶縁層の実現を可能にする。前記さらなる絶縁層は例えば空気層であってもよい。

【0014】

ここで、前記突出部は、タービンハウジングの鋳造過程中、またはタービンハウジングの鋳造後に切削機械加工工程で製造されてもよい。

【0015】

図１３及び１４には、独立に市販可能な対象として排気ガスターボ過給機が記載されている。

【0016】

本発明のさらなる詳細内容、利点及び特徴は図面を参照して例示的な実施形態に対する以下の説明により分かるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本発明によるタービンハウジングの一折半部を示す概略的に単純化して示した図である。

【図2】図２は、本発明によるタービンハウジングの斜視図を示す。

【図3】図３は、タービンハウジングの平面図を示す。

【図4】図４は、分割面の可能な位置を説明するため、本発明によるタービンハウジングを概略的に非常に単純化させて示した図である。

【図5】図５は、分割面の可能な位置を説明するため、本発明によるタービンハウジングを概略的に非常に単純化させて示した図である。

【図6】図６は、本発明によるタービンハウジングが提供され得る本発明による排気ガスターボ過給機を概略的に非常に単純化させて示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１において、図１で選択した図示で、本発明によるタービンハウジング１の上半分を示し、該タービンハウジングは、図６に示される本発明による排気ガスターボ過給機１５の一部分であってもよい。

【0019】

タービンハウジング１は、金属製の外側シェル８によって範囲が定められるタービンボリュート７を有する。金属製の外側シェル８は例えば鋳造品であってもよく、内壁９を有する。

【0020】

前記タービンボリュート７内には、熱絶縁層１０が配置されており、図１に示される例示的な実施形態において、該熱絶縁層は２個の絶縁部品１０Ａ，１０Ｂに分割される。各々の絶縁部品１０Ａ，１０Ｂは、それぞれ関連する熱絶縁コア６Ａ，６Ｂを有し、これらの熱絶縁コアは、適切な材料、特に繊維材料またはセラミック材料から製造されてもよい。

【0021】

各々の前記熱絶縁コア６Ａ，６Ｂは、２個の板金シェル３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂの配置によってそれぞれ封止されている。ここで、板金シェル３Ａ，３Ｂはボリュート内部空間１１に隣接して配置され、それによってタービンハウジング１の作動中に流動案内表面を形成する。設置状態において、前記板金シェル４Ａ，４Ｂは、前記内壁９に隣接して配置され、絶縁部品１０Ａ，１０Ｂをタービンボリュート７内に固定させる役割をする。

【0022】

図１に詳しく示されているように、板金シェル３Ａは熱絶縁コア６Ａの表面１２Ａ（ボリュート内部空間１１側に向かう）に接している。板金シェル４Ａは熱絶縁コア６Ａの表面１３Ａ（内壁９側に向かう）に接している。全ての側で板金シェル３Ａ，４Ａによって封止されるので、上述の熱絶縁コア６Ａの安定化がなされ、かつ前記熱絶縁コア６Ａの一部分がタービンボリュート７内に入り込むことが防止される。

【0023】

これに対応して、したがって熱絶縁コア６Ｂは、シェル３Ｂが表面１２Ｂに接し、シェル４Ｂは表面１３Ｂ及び押圧部２に隣接して配置される他の表面１３’Ｂに接するように構成される。絶縁部品１０Ａ，１０Ｂは（タービンハウジング１と独立に）製造後にタービンボリュート７内に配置され、前記押圧部２によってタービンボリュート７内に固定できる。

【0024】

ここで、前記押圧部２は別途の押圧部であるか、排気ガスターボ過給機１５のベアリングハウジング１７（図６に示される）のようなベアリングハウジングの後方壁であってもよい。

【0025】

図１に示される特に好ましい実施形態は、ボリュート内部空間１１の方向に向かうように前記内壁９に形成されている突出部５，５’，５’’をさらに有する。これらの突出部５，５’，５’’が提供されることにより、熱絶縁コア６Ａは設置状態でその外側シェル４Ａで前記突出部５，５’，５’’に接することとなる。これと関連する利点として、３個のさらなる絶縁層２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃが生成され、これらのさらなる絶縁層は、例えば空気で充填されてもよく、タービンボリュート７またはその外側シェル８と熱絶縁コア６Ａとの間の熱的分離を提供する。

【0026】

本発明によるタービンハウジング１の製造のために、このタービンハウジングは最初に鋳造され、熱絶縁層１０、またはその絶縁部品１０Ａ，１０Ｂが上述の方式で別に製造される。原理的に熱絶縁層１０は、図１に示されるような２個の絶縁部品だけでなく、多数のそのような絶縁部品にも分割されてもよいことは自明であり、また絶縁部品が結合してタービンボリュート７内に固定されてもよい。また、単一の一体型熱絶縁層１０も可能である。

【0027】

絶縁部品１０Ａ，１０Ｂが配置された後、これらの絶縁部品は、前記押圧部２の加圧によってタービンボリュート７内に固定され、例えば、Ｖ−断面シールの形態でなっているシール１４が好ましく前記押圧部２とタービンボリュート７の外側シェル８との間に提供され得る。

【0028】

図２は、図１に関連して上述した前記突出部５，５’，５’’，５’’’ の可能な位置を示すために、本発明によるタービンハウジング１を斜視図で示したものである。これに関連して、図２の図式的な図示を確かに参照することができる。

【0029】

図３は、ベアリングハウジングの軸線または押圧部の軸線Ａ１に対するタービンハウジングの軸線Ａ２の可能な偏心配置Ｅを示し、かかる配置によって、螺線状による半径方向へのタービンハウジングの不均一な空間要件が部分的に補償されるため空間要件が減少する。

【0030】

図４及び５は、タービンハウジング１を概略的に非常に単純化させて示した図であり、これら図示において、タービンハウジングはタービンボリュート部分７Ａ，７Ｂに分割される分割型タービンボリュートを有する。ここで、アンダーカットのない各々の分割面ＴＥが図４及び５に示されている。タービンボリュート部分７Ａ，７Ｂは適切な方式によって、例えば、ねじ連結または溶接連結で互いに連結可能である。

【0031】

図６は図１〜５に基づき上述の原理によって設計できるタービンハウジング１を有する、本発明による上述の排気ガスターボ過給機１５を概略的に非常に単純化させて示した図である。通常は、前記タービンハウジング１は軸１８の一端部に配置されるタービンホイール１６を収容し、該軸の他の端部には、圧縮機ハウジング１９内に配置される圧縮機ホイール２０が配置される。ここで、一般に軸１８はベアリングハウジング１７によって取り付けられる。

【0032】

よって、上記開示の記載に加えて、その開示に対する補充のために図１〜６に示されている本発明の図式的な図示を確かに参照することができる。

【符号の説明】

【0033】

１ タービンハウジング
２ 押圧部
３Ａ，３Ｂ 内側板金シェル
４Ａ，４Ｂ 外側板金シェル
５，５’，５’’，５’’’ 突出部
６Ａ，６Ｂ 熱絶縁コア
７ タービンボリュート
７Ａ，７Ｂ タービンボリュート部分
８ 外側シェル
９ 内壁
１０ 熱絶縁層
１０Ａ，１０Ｂ 絶縁部品
１１ ボリュート内部空間
１２ Ａ、１２Ｂ，１３Ａ，１３Ｂ，１３’Ｂ 熱絶縁コア６Ａ，６Ｂの表面
１４ シール
１５ 排気ガスターボ過給機
１６ タービンホイール
１７ ベアリングハウジング
１８ 軸
１９ 圧縮機ハウジング
２０ 圧縮機ホイール
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ 隔離または絶縁層
Ｌ 排気ガスターボ過給機の長さ方向の軸線
Ｅ 偏心
Ａ１ ベアリングハウジングの軸線または押圧部の軸線
Ａ２ タービンハウジングの軸線
ＴＥ アンダーカットのない分割面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】