(57)【要約】  本発明は、自動車用のターボチャージャであって、コンプレッサハウジングとタービンハウジングと、少なくとも１つのコンプレッサ側のフランジを備えた軸受ハウジングとが設けられている形式のものに関する。このように形式のターボチャージャにおいて本発明の構成では、タービンハウジングが、コンプレッサ側のフランジに配置された固定手段を用いて軸受ハウジングと、摩擦力結合式に結合されている。これによって、ターボチャージャの組立てを完全に自動化式して実施することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車用のターボチャージャであって、コンプレッサハウジング（１００）とタービンハウジング（１０６）と、少なくとも１つのコンプレッサ側のフランジ（１２２）を備えた軸受ハウジング（１２４）とが設けられている形式のものにおいて、
タービンハウジング（１０６）が、コンプレッサ側のフランジ（１２２）に配置された固定手段（１３０）を用いて軸受ハウジング（１２４）と、摩擦力結合式に結合されていることを特徴とするターボチャージャ。
【請求項２】
軸受ハウジング（１２４）のコンプレッサ側のフランジ（１２２）が、固定手段（１３０）を受容するための成形部を有している、請求項１記載のターボチャージャ。
【請求項３】
固定手段（１３０）が、抗張アンカとして作用するねじとして形成されている、請求項１又は２記載のターボチャージャ。
【請求項４】
ねじのねじ山（１３２）の長さが、タービンハウジング（１０６）の厚さよりも長くない、請求項３記載のターボチャージャ。
【請求項５】
ねじのシャフト（１３１）が、ねじ山（１３２）よりも小さな直径を有している、請求項３又は４記載のターボチャージャ。
【請求項６】
ねじのねじ山（１３２）が、セルフシール作用のあるねじ山（１３２）として形成されている、請求項５記載のターボチャージャ。
【請求項７】
固定手段（１３０）が、内側に位置する係合部を備えた頭を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載のターボチャージャ。
【請求項８】
ターボチャージャを組み立てる方法であって、
第１の製造ステップにおいて軸受ハウジング（１２４）をタービンハウジング（１０６）に装着し、
次の製造ステップにおいて、請求項１から７までのいずれか１項記載の固定手段（１３０）を、タービンハウジング（１０６）の固定のために該タービンハウジング（１０６）内に挿入して、機械式にねじ結合させ、
さらに続く製造ステップにおいて、コンプレッサハウジング（１００）を装着することを特徴とする、ターボチャージャを組み立てる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排ガスターボチャージャに関する。
【０００２】
過給されない汎用の内燃機関では、空気の吸込み時に吸気マニホルド内に負圧が生ぜしめられ、この負圧は機関回転数の上昇と共に増大し、機関の理論的に得られる出力を制限する。このような現象とは反対の作用ひいては出力上昇を達成する可能性は、排ガスターボチャージャ（ＡＴＬ）の使用によって得られる。排ガスターボチャージャ又は単にターボチャージャは内燃機関用の過給系であり、この過給系を用いて内燃機関のシリンダは高められた過給圧によって負荷される。
【０００３】
詳しい構造及び作用形式は一般的に知られており、例えば印刷物「Aufladung von PKW DI Ottomotoren mit Abgasturboledern mit variaboler Turbingeometrie」２００６年９月、Hans-Oeter Schmalzl に記載されており、従って以下においては簡単に述べる。ターボチャージャは、排ガス流（排気回路）内における排ガスタービンから成っており、この排ガスタービンは１つの共通の軸を介して、吸気マニホルド（給気回路）におけるコンプレッサと結合されている。タービンは、機関の排ガス流によって回転させられ、コンプレッサを駆動する。コンプレッサは機関の吸気マニホルドにおける圧力を高め、その結果この圧縮によって吸気サイクル中に、汎用の自然吸気機関におけるよりも大量の空気が内燃機関のシリンダ内に達する。これによってより多くの酸素を燃焼のために利用することができる。機関の平均圧の上昇によって、トルク及び出力は著しく高められる。大量の新鮮空気の供給は、流入側の圧縮プロセスとの関連において、過給もしくはチャージと呼ばれる。過給のためのエネルギはタービンによって、高速で流れる高温の排ガスから取り出されるので、内燃機関の全効率が高められる。
【０００４】
ＡＴＬつまり排ガスターボチャージャには高い要求が課せられる。この高い要求は特に、１０００℃を越える高い排ガス温度と、回転数範囲に応じてまったく異なったガス量と、４００，０００ｒｐｍまでの高い最大回転数とによって条件付けられている。汎用の排ガスターボチャージャは、特にタービンハウジングとコンプレッサハウジングとから成っていて、両ハウジングは軸受ハウジングに固定される。軸受ハウジングはそのためにタービン側のフランジとコンプレッサ側のフランジとを有しており、タービンハウジングは固定手段、有利にはねじを用いて、タービン側のフランジと結合されている。タービンハウジングの温度が、高温の排ガス流によって回転数に応じて、異なった高さの温度に加熱され得るのに対して、軸受ハウジングは、特にコンプレッサからの空気冷却によってほぼ通常の温度範囲にある。これによって特にねじに沿ってタービンハウジングから軸受ハウジングまでに、時間的に強く変動する部分的に極めて高い温度勾配が生じる。ねじが必要な高い引張り応力をタービンハウジングに加えることができるようにするために、ねじは十分な予負荷もしくはプレロードを有しており、これによってタービンハウジングは摩擦力結合式（kraftschluessig）及び形状結合式（formschluessig）に全運転範囲にわたって軸受ハウジングと結合されることができる。出願人の調査もしくは実験によれば、ねじは特に高回転数範囲における極めて高い排ガス温度時に、ねじの熱膨張に基づいて負の予負荷もしくはプレロードの生じることがある。これによって、ねじ頭が軸受ハウジングのタービン側のフランジから持ち上がり、タービンハウジングと軸受ハウジングとの間における確実な結合がもはや保証されなくなるおそれがある。特に、タービンハウジングは一般的に貫通孔を有しているので、シール性が損なわれるおそれがある。さらにねじは、高負荷に耐えられるようにするために、高価な特殊材料から製造されねばならない。また、軸受ハウジングにタービンハウジングを固定するためのねじのための切欠きもしくは凹部は、極めて接近しにくい箇所に位置している。それというのは、軸受ハウジングは、構造上の理由からコンプレッサホイールとタービンホイールとの間において小さな直径しか有していないからである。従って固定手段は、軸受ハウジングにタービンハウジングをフランジ結合するために、手によってねじ込まれねばならない。
【０００５】
ゆえに本発明の課題は、上に述べた欠点を排除することである。
【０００６】
この課題を解決するために本発明によるターボチャージャは、請求項１の特徴部記載のように構成されており、本願発明によるターボチャージャを組み立てる方法では、請求項８の特徴部に記載のようにした。
【０００７】
すなわち本発明によるターボチャージャは、自動車用のターボチャージャであって、コンプレッサハウジングとタービンハウジングと、少なくとも１つのコンプレッサ側のフランジを備えた軸受ハウジングとが設けられている形式のものにおいて、タービンハウジングが、コンプレッサ側のフランジに配置された固定手段を用いて軸受ハウジングと、摩擦力結合式に結合されている。
【０００８】
また本発明による方法は、ターボチャージャを組み立てる方法であって、第１の製造ステップにおいて軸受ハウジングをタービンハウジングに装着し、次の製造ステップにおいて、本発明による固定手段を、タービンハウジングの固定のために該タービンハウジング内に挿入して、機械式にねじ結合させ、さらに続く製造ステップにおいて、コンプレッサハウジングを装着するようにした。
【０００９】
本発明の根本をなす思想は、タービンハウジングを、軸受ハウジングのコンプレッサ側のフランジから引張り応力を加える固定手段と結合することにある。本発明によって得られる利点としては次のことがある。すなわち本発明による固定手段の著しく大きな長さによって、温度勾配が小さくなり、つまり固定手段の平均的な温度が小さくなり、その結果固定手段の温度に関連した長さ変化が、ねじの長さに関連して著しく小さくなる。出願人の調査もしくは実験によれば、本発明による固定手段によって高い排ガス温度においても、大きな予負荷もしくはプレロードが固定手段からタービンハウジングに加えられる。さらに、平均的な低い温度によって固定手段のために安価な材料を使用することも可能である。
【００１０】
本発明による固定手段の使用における別の利点としては、ターボチャージャの機会による組立てのための方法であって、本発明によって初めてねじ頭に自由に接近可能である方法が提供される、ということがある。これによりタービンハウジングの製造を、著しく簡単にかつ安価に実施することができる。
【００１１】
本発明の別の有利な構成もしくは実施形態は、従属請求項及び図示の実施例に対する記載に開示されている。
【００１２】
本発明の１実施形態では、軸受ハウジングのコンプレッサ側のフランジが、固定手段を受容するための成形部を有している。このように構成されていると、固定手段のヘッドを軸受ハウジングのコンプレッサ側のフランジ内に十分に沈み込ませることができる。固定手段は有利には、抗張アンカとして作用するねじとして形成されている。
【００１３】
本発明の別の実施形態では、ねじのねじ山の長さが、タービンハウジングの厚さよりも長くなく、また有利には、ねじがねじ山の範囲においてシャフト直径よりも大きな直径を有している。このように構成されていると、高い温度負荷の範囲において、引張り力を吸収するために大きな材料横断面を利用することができる。
【００１４】
本発明の別の有利な構成では、ねじのねじ山が、セルフシール作用のあるねじ山として形成されている。
【００１５】
さらに別の有利な構成では、固定手段、特にねじが、内側に位置する係合部、例えば六角形孔を備えた頭を有している。
【００１６】
次に図面を参照しながら、本発明の実施例を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】タービンハウジングの本発明による固定装置を示す図である。
【図２ａ】従来技術によるタービンハウジングの固定装置を備えた排ガスターボチャージャを示す概略図である。
【図２ｂ】図２ａに示されたタービンハウジングの固定装置を示す図である。
【００１８】
図面において、同じ機能を有するエレメント、特徴及びサイズは、差異が記載されていない場合には、同じ符号で示されている。
【００１９】
図２ａには、タービン１１８とコンプレッサ１１６とを備えた従来技術による排ガスターボチャージャ１０２が概略的に示されている。排ガスタービン１１８のタービンハウジング１０６の内部には、タービンホイール１０８が回転可能に支承されていて、軸１１０の一方の端部と結合されている。コンプレッサ１１６のコンプレッサハウジング１００の内部においては、コンプレッサホイール１０４が同様に回転可能に支承されていて、軸１１０の他方の端部と結合されている。タービン入口１１２を介して高温のガスが、図示されていない内燃機関からタービン１１８内に流入され、これによってタービンホイール１０８は回転させられる。排ガス流はタービン出口１１４を通ってタービン１１８から流出する。タービンホイール１０８をコンプレッサホイール１０４に連結する軸１１０を介して、タービン１０８はコンプレッサ１１６を駆動する。流出側においてタービンハウジング１０６はねじ１０７を用いて、軸受ハウジング１２４のタービン側のフランジ１２３に固定されている。流入側においてコンプレッサハウジング１００は、軸受ハウジング１２４のコンプレッサ側のフランジ１２２に固定されている。
【００２０】
図２ｂには、従来技術による排ガスターボチャージャの一部が拡大して示されている。この従来技術では、タービンハウジング１０６が短いねじ１０７を用いて、軸受ハウジング１２４のタービン側のフランジ１２３に固定されている。コンプレッサ側のフランジ１２２とタービン側のフランジ１２３との間における軸受ハウジング１２４の直径は、構造上の理由から著しく小さく、かつ軸受ハウジング１２４はねじ頭を受容するための凹部もしくは切欠き１２５を有しているので、タービンハウジングのねじ結合のためにねじを短時間のうちに手によって導入して、ねじ結合がなされねばならない。
【００２１】
図１には、軸受ハウジング１２４へのタービンハウジング１０６の本発明による固定形式が示されている。軸受ハウジング１２４のタービン側のフランジ１２３に形状結合式（formschluessig）に取り付けられているタービンハウジング１０６は、軸１２０に配置されたタービンホイール１０８を取り囲んでいる。タービンハウジング１０６と軸受ハウジング１２４との間における摩擦力結合（Kraftschluss）は、長いねじ１３０を用いて生ぜしめられ、このねじ１３０は、コンプレッサ側のフランジ１２２の切欠きを貫いて差し込まれる。通しボルトもしくは抗張アンカ（Zuganker）として形成された長いねじ１３０は、タービンハウジング１０６を高い排ガス温度時にも軸受ハウジング１２４に確実に固定するために、予負荷もしくはプレロードを有している。ねじ１３０はねじ山領域１３２を有しており、このねじ山領域１３２は有利には完全にタービンハウジング１０６内にねじ込まれている。出願人の調査もしくは実験によれば、コンプレッサ側のフランジ１２２がねじ１３０のねじ頭１３３を受容するための切欠きを有していると、さらに有利である。コンプレッサ側における圧縮される混合気の不都合な渦流は、これによって減じられる。さらにまたねじ結合とは別の固定形式を使用すること、例えばスタッドボルト又は、リベットを用いた差込み結合、又は固定リングを使用することも可能である。
【００２２】
本発明による固定形式の利点としては次のことがある。すなわちコンプレッサ側のフランジへのタービンハウジングのねじ結合によって、ねじは大きな長さを有しており、温度差を大きな長さに分配することができる。抗張アンカであるねじもしくはボルトの平均温度は、従来技術における短いねじにおけるよりも低い。これによって、ねじの材料のために安価な材料を使用することができる。短いねじ長さでは予負荷力が完全に消滅するまでの著しい減少の原因である、タービンハウジングの材料とねじの材料との異なった熱膨張係数の影響は、大きな伸張長さによって著しく小さくなる。その結果ねじ結合の確実性が高まる。別の利点としては次のことがある。すなわち本発明の構成では、ターボチャージャの製造時にねじをもはや、コンプレッサ側のフランジとタービン側のフランジとの間に手によって導入して、ねじ結合する必要がなくなる。ターボチャージャの著しく合理的なひいては安価な製造の他に、機械式に行われるねじ結合によって、確実性がさらに高められる。それというのは、自動製造装置において予負荷力もしくはプレロードを予め調節することができるからである。出願人の調査もしくは実験によれば、本発明による構成によって、ターボチャージャを大量生産で完全に自動化して製造することが可能になる。特に、ロータ及び支承部を有しているバランス調整された軸受ハウジングは、組立て箇所において有利には垂直に緊締されたタービンハウジング内に、コンプレッサ側を上に向けて挿入されることができる。その後で、同様に上から供給される固定手段によって、有利には抗張アンカとして形成された両方のねじが、互いにねじ結合される。その後でコンプレッサハウジングの装着及び固定が行われる。
【図１】
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【図２Ａ】
2010523899.tif 000004
【図２Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年12月14日(2009.12.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車用のターボチャージャであって、コンプレッサハウジング（１００）とタービンハウジング（１０６）と軸受ハウジング（１２４）とが設けられており、該軸受ハウジング（１２４）が、少なくとも１つのコンプレッサ側のフランジ（１２２）を備えている形式のものにおいて、
タービンハウジング（１０６）が、コンプレッサ側のフランジ（１２２）に配置された固定手段（１３０）を用いて軸受ハウジング（１２４）と、摩擦力結合式に結合されていることを特徴とするターボチャージャ。
【請求項２】
軸受ハウジング（１２４）のコンプレッサ側のフランジ（１２２）が、固定手段（１３０）を受容するための成形部を有している、請求項１記載のターボチャージャ。
【請求項３】
固定手段（１３０）が、抗張アンカとして作用するねじとして形成されている、請求項１又は２記載のターボチャージャ。
【請求項４】
ねじのねじ山（１３２）の長さが、タービンハウジング（１０６）の厚さよりも長くない、請求項３記載のターボチャージャ。
【請求項５】
ねじのシャフト（１３１）が、ねじ山（１３２）よりも小さな直径を有している、請求項３又は４記載のターボチャージャ。
【請求項６】
ねじのねじ山（１３２）が、セルフシール作用のあるねじ山（１３２）として形成されている、請求項５記載のターボチャージャ。
【請求項７】
固定手段（１３０）が、内側に位置する係合部を備えた頭を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載のターボチャージャ。
【請求項８】
ターボチャージャを組み立てる方法であって、
第１の製造ステップにおいて軸受ハウジング（１２４）をタービンハウジング（１０６）に装着し、
次の製造ステップにおいて、請求項１から７までのいずれか１項記載の固定手段（１３０）を、タービンハウジング（１０６）の固定のために該タービンハウジング（１０６）内に挿入して、機械式にねじ結合させ、
さらに続く製造ステップにおいて、コンプレッサハウジング（１００）を装着することを特徴とする、ターボチャージャを組み立てる方法。
【国際調査報告】
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