(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスターボチャージャのコンプレッサであって、軸（Ａ）を中心として回転可能なコンプレッサホイール（１４）と、外側のコンプレッサハウジング（１０１）及び内側のコンプレッサハウジング（１０２）を有する２体構成のコンプレッサハウジングとを具備し、前記内側のコンプレッサハウジング（１０２）は、前記コンプレッサホイール（１４）の径方向外側に設けられており、かつ、前記コンプレッサホイールのハブ（１４１）と共に流れ通路を区画する挿入壁輪郭部材（１０３）を有し、前記内側のコンプレッサハウジング（１０２）は、前記外側のコンプレッサハウジング（１０１）に軸方向に取り付けられると共に、前記内側のコンプレッサハウジング（１０２）のシリンダ状の外面が前記外側のコンプレッサハウジング（１０１）のシリンダ状の内面に沿うコンプレッサにおいて、
前記内側のコンプレッサハウジング（１０２）は、軸方向力を、前記挿入壁輪郭部材（１０３）から、前記外側のコンプレッサハウジング（１０１）に取り付けるための手段（１０６、１０９）へ伝達するために、前記コンプレッサホイールの破裂の場合に軸方向力を吸収するために設けられておりかつ環状のベローズ（１０５）の形態をとる吸収要素を有し、前記ベローズは、前記内側のコンプレッサハウジングのシリンダ状の外面に配置され、前記外側のコンプレッサハウジングのシリンダ状の内面に沿って延び、前記ベローズは、径方向内側に向けられていることを特徴とするコンプレッサ。
【請求項２】
前記ベローズは、横断面で、２つの脚部を有し、双方の脚部は、軸方向に対し、異なった大きさの角度（α１，α２）で延びている、請求項１に記載のコンプレッサ。
【請求項３】
前記軸方向力を吸収する一方の脚部は、前記軸方向力を放出する脚部の角度（α２）よりも軸方向に対し急な角度（α１）で延びている、請求項２に記載のコンプレッサ。
【請求項４】
前記吸収要素は、前記軸（Ａ）に関して回転対称的に形成されている、請求項１ないし３のいずれか1項に記載の排気ガスターボチャージャのコンプレッサ。
【請求項５】
前記吸収要素は、軸方向において、前記環状のベローズ（１０５）に続いて、少なくとも１つの第２の環状のベローズを有する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の排気ガスターボチャージャのコンプレッサ。
【請求項６】
前記内側のコンプレッサハウジング（１０２）を、前記外側のコンプレッサハウジング（１０１）に、取付手段（１０６）によって取り付ける、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の排気ガスターボチャージャのコンプレッサ。
【請求項７】
前記内側のコンプレッサハウジング（１０２）を、前記外側のコンプレッサハウジング（１０１）に、軸方向ストッパ（１０９）によって形状結合で取り付ける、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の排気ガスターボチャージャのコンプレッサ。
【請求項８】
前記吸収要素は、別個のハウジング部分の一部であり、この別個のハウジング部分は、残りの内側のコンプレッサハウジング（１０２）の材料とは異なる材料から製造されている、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の排気ガスターボチャージャのコンプレッサ。
【請求項９】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のコンプレッサを有する排気ガスターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給される内燃機関のための排気ガスターボチャージャの分野に関する。
【０００２】
本発明は、コンプレッサホイールの破裂の場合に軸方向力を吸収するためのコンプレッサハウジングの吸収要素、及び、排気ガスターボチャージャの、このような吸収要素を有するコンプレッサに関する。
【背景技術】
【０００３】
【背景技術】
内燃機関（燃焼エンジン）の出力を上げるために、今日では、通常は、内燃機関の燃焼室に燃焼プロセス用の空気を供給するコンプレッサと、内燃機関の排気系に設けられた排気ガスタービンとを有する排気ガスターボチャージャが、使用される。内燃機関の過給によって、シリンダ内の空気及び燃料の量が増大され、このことから、内燃機関のための顕著な出力増大が得られる。この目的のために使用される排気ガスターボチャージャは、通常では、コンプレッサホイール、タービンホイール及び軸受からなるロータと、空気及び排気ガスの流れを案内するハウジング部分（コンプレッサハウジング、タービンハウジング）と、軸受ハウジングとから構成されている。
【０００４】
内燃機関が全負荷で運転され、かつ、これに対応して、排気ガスターボチャージャの排気ガスタービンに、大きな排気ガス流が当てられるとき、タービンホイール及びコンプレッサホイールの回転ブレードの先端における、非常に高い回転速度が達成される。ターボチャージャの最大許容ロータ回転数は、ホイールサイズの、形状の、及び、使用された材料の機械的強度特性の関数である。一般的には、回転構成要素は、非常に高い遠心負荷従ってまた高い材料応力に晒されている。材料構造の欠陥は、場合によっては、コンプレッサホイールまたはタービンホイールの破裂をもたらし、隣接のハウジングについての予測不可能な結果が生じる。コンプレッサホイールの最初の故障イメージは、ブレードの破壊またはハブの複数部分の破裂によって描かれる。ブレードの破裂の場合には、ブレードは、コンプレッサの根元領域で故障するが、ホイールのハブは故障していない。ハブの複数部分の破裂の場合に、ハブ領域は、通常、２ないし４の破片に分解する。コンプレッサの破裂の危険な場合は、３つのほぼ同じ大きさの破片（３×１２０°の扇形）を有する、ハブの３部分からなる破壊である。排気ガスターボチャージャの破裂防止構想（封じ込め構想）は、破裂速度（Brestdrehzahl）が予め定められているとき、ハブの、複数部分からなる破裂の場合に、すべての破片が、ハウジングの外側ジャケットの内側でとどめられるように、解釈されるべきである。例えば、排気ガスターボチャージャの構造では、コンプレッサの運動エネルギが、ロータに近い内側のハウジング部分において既に、塑性変形によって減少され、従って、径方向外側に飛ばされた破片の残留運動エネルギが、ハウジングの外側ジャケットに浸透するために、あるいは、外側のハウジングジョイント（例えば、ボルト）を故障させるには、不十分であることが考慮される。
【０００５】
破裂するコンプレッサホイールの場合にハウジングジョイントの負荷を軽減させるための種々の方策は、知られている。
【０００６】
WO 02/090722特許文献１によれば、予定破壊点が、コンプレッサホイールの回転ブレードの上方で流れ通路を径方向外側に区画するハウジング挿入壁に設けられている。その目的は、コンプレッサホイールの破裂の場合に、ハウジング部分の、またはコンプレッサハウジングに取り付けられた構成要素の軸方向の放擲を阻止するためである。
【０００７】
EP 1 586 745特許文献２には、支持フランジによって、及び該支持フランジとハウジング挿入壁との十分に大きな間隔によって、コンプレッサホイールの破裂の場合に、飛び散るコンプレッサホイール部分から空気流入ハウジングへの直接的な軸方向の衝撃の伝達がなされることが、阻止される。かくして、複数のハウジング部分の間の上方のジョイントの負荷が減少され、ジョイントの割れ（Aufbrechen）及び破片の飛散が防止される。
【０００８】
特GB 2 414 769許文献３に記載の他の変形例では、ハブの破裂の際のハウジング挿入壁の軸方向の負荷は、長い伸張ボルト（Dehnschrauben）によって十分に吸収され、かつ、コンプレッサハウジングと軸受ハウジングとの間に螺着されたフランジジョイントが十分に軽減される。
【０００９】
DE 10 2004 028 133特許文献４に記載の変形例では、このような伸張ボルトは、ボルトと、ハウジング挿入壁と、コンプレッサハウジングとの間の追加の嵌合部分を備える。破裂の際に生じる周囲力が、この嵌合部分によって吸収され、かつ、コンプレッサハウジングに対する挿入壁のねじれが回避される。
【００１０】
DE 10 2005 039 820特許文献５では、ハウジング挿入壁は、保持手段によって補足される。その目的は、このことによって、コンプレッサホイールの及びハウジング挿入壁の、軸方向前方に投げられた破片を捕えまたは掴むためである。
【００１１】
上述の変形例は、通常、該変形例に記述された特徴を実施するための、構造上の大きな容積を必要とする。更に、幾つかの変形例では、非常に長い伸張嵌合ボルト（Dehnpassschrauben）が必要とされる。このことにより、ハウジング製造の精度、製造コスト及びターボチャージャの排気量への従来のボルトの使用の場合より高い要求がなされる。DE 10 2005 039 820、DE 10 2004 028 133及びGB 2 414 769では、軸方向に作用する破裂力は、まず、伸張嵌合ボルトによって吸収されたか、その後はじめて、ハウジング壁部を介して、コンプレッサハウジングと軸受ハウジングの間の、上方の、従来のボルトの使用の場合より短いボルトジョイントへ導かれる。後者のボルトジョイントは、コンプレッサ側の破裂構想の臨界の及び保護されるべき箇所である。
【００１２】
EP 2 216 517 A1は、挿入壁輪郭部材と外側のコンプレッサハウジングとの間に力による結合によって曲げ要素を有する、遠心コンプレッサのための破裂保護装置を開示している。曲げ要素は、環状の支持リングと、該支持リングの軸方向前方及び後方に互いにずれて設けられている、軸方向に向いた複数のウェブとで構成されている。曲げ要素は、軸方向に軟らかい構造体を有する。該構造体は、コンプレッサホイールの破裂の場合に生じる軸方向力を抑えることができる。
【発明の概要】
【００１３】
本発明の課題は、内側のコンプレッサハウジング部分と外側のコンプレッサホイール部分との間のハウジングジョイント及び／またはコンプレッサハウジングと軸受ハウジングとの間の外側のハウジングジョイントを故障に対し保護することによって、排気ガスターボチャージャのコンプレッサのハウジング複合体を、コンプレッサホイールの故障の場合に、破裂から保護するために構成することである。
【００１４】
本発明によれば、このことは、コンプレッサホイールの軸に対し回転対称的に形成されており、かつ、コンプレッサホイールの破裂の場合に軸方向力を吸収するために設けられている吸収要素によって、達成される。吸収要素は、環状のベローズの形態で形成されている。
【００１５】
吸収要素のベローズは、コンプレッサホイールの破裂の場合にまず弾性変形され、次に塑性変形される圧縮ゾーンである。
【００１６】
故障の際に放出される運動エネルギは、ベローズ状の弾性変形及び塑性変形によって吸収される。従って、できる限り小さな設置スペースに設けられた本発明に係わる吸収要素は、コンプレッサホイールの破裂の場合には、内側のコンプレッサハウジング部分と、外側のコンプレッサハウジング部分との間の及び／またはコンプレッサハウジングと軸受ハウジングとの間のハウジングジョイントの高い軸方向の負荷軽減を引き起こす。
【００１７】
更なる利点は、従属請求項から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
以下、図面を参照して、排気ガスターボチャージャのコンプレッサのための本発明に係わる破裂構想の実施の形態を記述する。
【図１】略示された２つの異なる吸気ハウジング、フィルタ消音器及び吸気管を有するコンプレッサを具備する、従来の技術に係わる排気ガスターボチャージャの全体図を示す。
【図２】２部構成のコンプレッサハウジングの、本発明により形成された吸収要素を有する、排気ガスターボチャージャのコンプレッサの、その断面図を示す。
【図３】２つのコンプレッサハウジング部分の間のジョイントの代替の実施の形態を有する２部構成のコンプレッサハウジングの、本発明により形成された吸収要素の詳細図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、コンプレッサ1及び排気ガスタービン３を有する従来の排気ガスターボチャージャの側面図を示す。コンプレッサは、コンプレッサハウジング１０に設けられたコンプレッサホイールを有し、タービンは、タービンハウジング３０に設けられたタービンホイールを有する。タービンとコンプレッサとの間には、軸受ハウジング２０が設けられている。排気ガスタービン３のハウジングは、ガス流入口３１を有し、このガス流入口を通って、高温の排気ガスがタービンホイールに流れ当たり、かつ、該タービンホイールを駆動し、その後、排気ガスが、排気ガス流出口３２を通って、排気系に供給される。
【００２０】
タービンホイールは、軸Ａを中心として回転可能なターボチャージャシャフトの一端に設けられている。ターボチャージャシャフトは、軸受ハウジング２０に回転自在に取り付けられている。ターボチャージャシャフトの他端には、コンプレッサホイールがあって、該コンプレッサホイールは、空気流入口１１を介して吸引された空気を圧縮し、この空気は、続いて、スパイラルハウジングまたはコレクタハウジングに集められ、空気流出口１２を介して、内燃エンジンの燃焼室に供給される。吸引された空気は、管状の吸気管６（図１では左半分において軸線Ａの上方に示す）または消音器４（図１では左半分において軸線Ａの下方に示す）を介して、コンプレッサに供給される。消音器は、更に、より大きな粒子がコンプレッサに浸入することを防止する複数のフィルタ要素を有してもよい。この場合、フィルタ消音器について、述べている。
【００２１】
図２はコンプレッサの拡大部分図を示す。このコンプレッサは、基本的な構造において、前図の排気ガスターボチャージャのコンプレッサに対応している。コンプレッサハウジングの内部には、コンプレッサホイール１４が設けられている。このコンプレッサホイールは、ターボチャージャシャフト２１の取付ピン２１１に取り付けられている。コンプレッサハウジングは２つに分割されており、外側のコンプレッサハウジング（スパイラルハウジング）１０１及び内側のコンプレッサハウジング１０２を有する。図示した内側のコンプレッサ１０２は一体的に形成されているが、複数の機能的な部分領域を有する。これらの部分領域が、別個のハウジング部分として形成されていてもよいことは任意である。
【００２２】
内側のコンプレッサハウジングの第１の部分領域は、挿入壁１０３である。図示した遠心コンプレッサにおいては、挿入壁は、コンプレッサホイールの吸引領域で、軸方向に整列されており、続いて、径方向への湾曲を被る。挿入壁１０３は、コンプレッサホイール１４のハブ１４１と共に、コンプレッサの流れ通路を区画する。コンプレッサホイールの回転ブレード１４２は、流れ通路に位置している。コンプレッサホイールの下流では、内側のコンプレッサハウジングは、ディフューザ領域で、反対側の軸受ハウジングと共に、流れ通路を区画する。ディフューザ領域に、案内装置（ブレードの付いたディフューザ）が設けられているのは任意である。ディフューザの下流で、流れ通路は、螺旋状のウォームハウジングに通じている。該ウォームハウジングは、外側のコンプレッサハウジング１０１によって、径方向外側に区画されている。コンプレッサの入口の領域に、すなわち、コンプレッサホイールの回転ブレード１４２の先端の直前または直後に、挿入壁１０３は、複数の再循環開口部を有してもよい。既に圧縮された空気が、これらの開口部を通って、運転状況に応じて、吸引領域へ流れ戻る。再循環開口部が、挿入壁の環状スリットとして任意に形成されている。この環状スリットは、この領域で、挿入壁を分割する。この場合に、あるいは、一般的には、内側のコンプレッサハウジングの、流れ通路を区画する部分をセンタリングするために、径方向外側に延びている複数のストラット１０４が設けられている。ストラット１０４は、厳密に径方向に整列されているが、または、径方向に斜めに延びていてもよい。
【００２３】
内側のコンプレッサハウジングは、図示した実施の形態では、ボルト１０６によって、外側のコンプレッサハウジングに取り付けられている。任意で、ボルトとは異なる、力による（kraftschluessig）取付手段を設けてもよい。あるいは、図３に示すように、内側のコンプレッサハウジングは、外側のコンプレッサハウジングと軸受ハウジングとの間の形状結合（Formschluss）によって、締め付けられていてもよい。この場合、内側のコンプレッサハウジングは、外側のコンプレッサハウジングの軸方向ストッパ１０９に当接している。
【００２４】
コンプレッサホイールの破裂の場合に、内側のコンプレッサハウジングと外側のコンプレッサハウジングとの間の形状結合または力結合の負荷を軽減するために、内側のコンプレッサハウジングは、本発明によれば、環状のベローズ１０５の形態の吸収要素を有する。ベローズ１０５は、回転対称的に形成されており、かつ、内側のコンプレッサハウジングのシリンダ状の外面に沿って延びている。ベローズは、軸方向に延びている横断面では、２つの脚部を有する。これらの脚部は、湾曲部を介して互いに結合されている。脚部及び湾曲部は、軸方向荷重がコンプレッサの入口に（図では左側へ）向けられている場合に、内側のコンプレッサハウジングが、まず弾性変形し、次に塑性変形することを引き起こす。脚部が、軸方向に対し異なった急な角度で延びているとき、変形が限定的に影響を受けることができる。この場合、軸方向力を吸収する一方の脚部、すなわち、軸方向においてコンプレッサホイールにより近くに（図では更に右側に）位置している脚部は、軸方向力を、内側のコンプレッサハウジングと外側のコンプレッサハウジングとの間のジョイントの方向に伝える他方の脚部よりも、軸方向に対し急な角度α１で延びている。α２は、軸方向に対するベローズの力放出用脚部の角度を表わしている。
【００２５】
吸収要素が、別個のハウジング部分の一部として設計されていてもよいことは任意である。この場合、吸収要素すなわち環状のベローズ、しかしまた、吸収要素の部分は、残りの内側のコンプレッサハウジングの材料に比較して弾性変形及び／または塑性変形に関して最適化された特性、例えば、より高い破断伸びを有する材料で製造されていてもよい。従って、残りの内側のコンプレッサハウジングの領域では材料の選択に関して折り合いをつける必要なしに、吸収要素のエネルギ吸収特性を強化させることができる。
【００２６】
吸収要素は、更に、第２のベローズまたは軸方向に相前後に配置された複数の他のベローズを有してもよいことは任意である。
【００２７】
コンプレッサホイールの破裂の場合に、コンプレッサホイールのバラバラの破片は、軸方向力を周囲のハウジング部分へ引き起こす。具体的には、破片を、径方向分力及び軸方向分力によって、内側のコンプレッサハウジングの挿入壁へ押圧する。挿入部材自体は、軸方向力を、内側のコンプレッサハウジングのシリンダ状の外側領域に加える。この軸方向力は、本発明によれば、吸収要素によって吸収され、かつ、少なくとも部分的に、弾性変形及び塑性変形によって吸収される。次に、残りの残留エネルギを、続いて、ハウジングジョイントによって吸収することができる。
［１］コンプレッサハウジングの吸収要素であって、該吸収要素は、コンプレッサホイールの軸に関して回転対称的に形成されており、かつ、コンプレッサホイールの破裂の場合に軸方向力を吸収するために設けられおり、
前記吸収要素は、環状のベローズであることを特徴とする。
［２］前記ベローズは、横断面で、２つの脚部を有し、双方の脚部は、軸方向に対し、異なった大きさの角度（α１，α２）で延びている、［１］に記載の吸収要素。
［３］前記軸方向力を吸収する一方の脚部は、該軸方向力を放出する脚部の角度（α２）よりも軸方向に対し急な角度（α１）で延びている、［２］に記載の吸収要素。
［４］排気ガスターボチャージャのコンプレッサであって、軸を中心として回転可能なコンプレッサホイール（１４）と、外側のコンプレッサハウジング（１０１）と、前記コンプレッサホイール（１４）の径方向外側に設けられた内側のコンプレッサハウジング（１０２，１０３）とを具備し、該内側のコンプレッサハウジングは、前記コンプレッサホイール（１）のハブと共に流れ通路を区画する挿入壁輪郭部材を有し、前記内側のコンプレッサハウジング（１０）は、前記外側のコンプレッサハウジング（２０）に軸方向に取り付けられていてなるコンプレッサにおいて、
前記内側のコンプレッサハウジングは、前記軸方向力を、前記挿入壁輪郭部材（１１）から、前記外側のコンプレッサハウジング（１０１）に取り付けるための手段（１０６，１０９）へ伝達するために、環状のベローズ（１０５）の形態をとる吸収要素を有することを特徴とするコンプレッサ。
［５］前記ベローズは、横断面において、軸方向に対し大きさの異なる角度（α１，α２）で延びている２つの脚部を有する、［４］に記載のコンプレッサ。
［６］前記軸方向力を吸収する一方の脚部は、該軸方向力を放出する脚部の角度（α２）よりも、軸方向に対し急な角度（α１）で延びている、［５］に記載のコンプレッサ。
［７］前記吸収要素は、軸方向において、前記環状のベローズ（１０５）に続いて、少なくとも１つの第２の環状のベローズを有する、［４］〜［６］のいずれか１項に記載の排気ガスターボチャージャのコンプレッサ。
［８］前記内側のコンプレッサハウジング（１０２）を、前記外側のコンプレッサハウジング（１０１）に、取付手段（１０６）によって取り付ける、［４］〜［６］のいずれか１項に記載の排気ガスターボチャージャのコンプレッサ。
［９］前記内側のコンプレッサハウジング（１０２）を、前記外側のコンプレッサハウジング（１０１）に、軸方向ストッパ（１０９）によって形状結合で取り付ける、［４］〜［６］のいずれか１項に記載の排気ガスターボチャージャのコンプレッサ。
［１０］前記吸収要素は、別個のハウジング部分の一部であり、この別個のハウジング部分は、残りの内側のコンプレッサハウジング（１０２）の材料とは異なる材料から製造されている、［４］〜［６］のいずれか１項に記載の排気ガスターボチャージャのコンプレッサ。
［１１］［４］〜［９］のいずれか１項に記載のコンプレッサを有する排気ガスターボチャージャ。
【符号の説明】
【００２８】
１  コンプレッサ
１０  コンプレッサハウジング
１０１  外側のコンプレッサハウジング（スパイラルハウジング）
１０２  内側のコンプレッサハウジング
１０３  挿入壁
１０４  ストラット
１０５  ベローズの形態の吸収要素
１０６  取付手段
１０９  軸方向ストッパ
１１  コンプレッサへの空気入口
１２  コンプレッサからの空気出口
１４  コンプレッサホイール
１４１  コンプレッサホイールのハブ
１４２  コンプレッサホイールの回転ブレード
１４３  コンプレッサホイールの取付フランジ
２０  軸受ハウジング
２１  ターボチャージャシャフト
２１１  取付ピン
３  排気ガスタービン
３０  タービンハウジング
３１  タービンへのガス流入口
３２  タービンからのガス流出口
４  フィルタ消音器
４１  フィルタ消音器のハウジング
６  吸気管
Ａ  ロータの軸（コンプレッサホイール、タービンホイール、ターボチャージャのシャフト）
α１  軸方向に対する、ベローズの力吸収用脚部の角度
α２  軸方向に対する、ベローズの力放出用脚部の角度
【図１】
0005866376.tif 000002
【図２】
0005866376.tif 000003
【図３】
0005866376.tif 000004