(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサハウジングと、このハウジング内に装着される、コンプレッサブレードを備えたコンプレッサホイールと、および軸受ハウジングとからなる求心コンプレッサであって、コンプレッサハウジングは、カバー部材と、このカバー部材および軸受ハウジングの双方に固定されるディフューザ部材とを含み、ディフューザ部材は、カバー部材に取着される外側周縁部分と、軸受ハウジングに取着される半径方向内側部分とを有する求心コンプレッサにおいて、ディフューザ部材が、その外側周縁部分と半径方向内側部分との中間位置に画定される脆弱化領域を有することを特徴とする求心コンプレッサ。
【請求項２】
脆弱化領域は溝形状からなることを特徴とする請求項１記載の求心コンプレッサ。
【請求項３】
溝は環状であることを特徴とする請求項２記載の求心コンプレッサ。
【請求項４】
コンプレッサホイールはチタニウムから製造されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の求心コンプレッサ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の求心コンプレッサを駆動するタービンを有するターボチャージャ。
【請求項６】
タービンハウジングと、このハウジング内に装着される、タービンブレードを備えたタービンホイールと、および軸受ハウジングとからなる求心タービンであって、タービンハウジングは、カバー部材と、このカバー部材および軸受ハウジングの双方に固定されるフランジ部材とを含み、フランジ部材は、カバー部材に取着される外側周縁部分と、軸受ハウジングに取着される半径方向内側部分とを有する求心タービンにおいて、フランジ部材が、その外側周縁部分と半径方向内側部分との中間位置に画定される脆弱化領域を有することを特徴とする求心タービン。
【請求項７】
求心コンプレッサを駆動する、請求項６に係るタービンを有するターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、求心コンプレッサおよびタービン、特に−但し、限定されるものではないが−、内燃機関に適用されるターボチャージャに使用するコンプレッサおよびタービンの内部またはこれに関連する改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ターボチャージャは、一般に、内燃機関の吸入圧を増大することによりその動力および効率を増大するように設計されている。通常の設計では、求心コンプレッサが、内燃機関の排気ガスで駆動される求心タービンで駆動されている。
【０００３】
ターボチャージャの求心コンプレッサは、一般に、半径方向に延在するブレードを備えた回転コンプレッサインペラを収容するコンプレッサハウジングを含む。コンプレッサハウジングは、カバープレート−なお、このプレートの一部分はインペラブレードの輪郭に密接に追随されていると共に別の一部分は環状の入口通路を画定している−と、ディフューザフランジ−なおこのフランジは、前記カバープレートと、コンプレッサおよびターボチャージャの軸受を収容する軸受ハウジングとの間に固定的に連結されている−とを含む。ディフューザは、軸受ハウジングに対し組付けねじで固定するか、或いは代案として、軸受ハウジングと一体的に鋳造することができる。
【０００４】
特に高出力乗物の高性能ターボチャージャに対する要求が絶えず増大されている。この要求に対処するため、従来から、コンプレッサが高圧力比および苛酷な作動条件に耐えられるようにコンプレッサインペラをチタニウムから製造することが良く行われて来た。インペラを、チタニウムまたは（通常のアルミニウム合金インペラよりも）高密度の他の材料（例えば、ステンレス鋼）から製造することの不利は、インペラが破損された場合にこれを保留することが（その増大された密度のために）より困難となることである。コンプレッサインペラの破損は、チタニウム内の欠陥、最高限界速度を越えた速度でのターボチャージャの使用、或いは極端な効率サイクル中における高／低ターボチャージャ速度間での連続サイクルに基因する材料疲労等によって発生される。コンプレッサインペラが使用中に破損された場合には、半径方向へ放出される破片をコンプレッサハウジング内に保留することにより、この破片によるターボチャージャの損傷および人体への傷害の危険性を低減することが望まれる。一般に、小さな破片は比較的容易に保留されるが、しかしながら大きな破片は、その衝撃力をもってコンプレッサハウジングまたはディフューザフランジを往々にして損傷する。特に、ディフューザフランジと軸受ハウジングとの間の連結部が危険である。若し前記両者が分離されると、軸受ハウジングから漏洩するオイルがエンジン室の火災或いはエンジン破損を発生する危険を増大する。
【０００５】
コンプレッサインペラの背面にスロットを切込むことによりインペラの破損時にこれを所定のサイズおよび質量の２部分に分割することは、実験だけの目的或いは保留確認のテストのためには知られている。そしてこれによれば、コンプレッサハウジングとディフューザフランジとは、破壊されたインペラを確実に保留するよう設計されることができる。しかしながらこれにおいては、破片のために、コンプレッサハウジングがディフューザフランジからうまくこじ上げられることも知られている。これを排除する試みには、コンプレッサカバーを長球形のグラファイト鉄から製造することが含まれている。しかしながらこれは、前記材料が所望される程にはエネルギを吸収せず従ってディフューザフランジおよび軸受ハウジングに伝達される衝撃負荷が通常よりは更に大きくなるため、満足には承認されていなかった。別の公知の試みは、破片の保留可能性を改善すべくディフューザフランジを強化することであるが、しかしながらこれは、破片の衝撃負荷が（軸受ハウジングとディフューザフランジとを連結する）組付けねじに伝達されてこれを軸受ハウジングから切断または破断する結果をもたらす。軸受ハウジングとディフューザフランジとの間の接続の（、その破損リスクを減少するための）設計変更は、接続設計構造をかなり変更すると共にコストをかなり上昇する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の一つの目的は、前記欠点を排除或いは軽減することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、下記のような、すなわち、コンプレッサハウジングと、このハウジング内に装着される、コンプレッサブレードを備えたコンプレッサホイールと、および軸受ハウジングとからなる求心コンプレッサであって、コンプレッサハウジングは、カバー部材と、このカバー部材および軸受ハウジングの双方に固定されるディフューザ部材とを含み、ディフューザ部材は、カバー部材に取着される外側周縁部分と、軸受ハウジングに取着される半径方向内側部分とを有する求心コンプレッサにおいて、ディフューザ部材が、その外側周縁部分と半径方向内側部分との中間位置に画定される脆弱化領域を有することを特徴とする求心コンプレッサが提供される。
【０００８】
本発明の好適な実施例では、脆弱化領域は、好適には環状の壊れやすい溝形状から構成されている。
【０００９】
コンプレッサホイールは、高圧力比或いは高温度に耐用されるようチタニウムから製造されることができる。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、上述の求心コンプレッサを駆動するタービンを備えたターボチャージャが提供される。
【００１１】
次に、本発明の特定の実施例を、単なる実施例として、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１２】
【実施例】
図面を参照すると、図１には、全体的に参照符号１で示す（本発明に係る）求心コンプレッサと全体的に参照符号２で示す求心タービンとを結合したターボチャージャが示されている。
【００１３】
コンプレッサ１はハウジング３を有し、このハウジングは、半径方向へ延在するインペラブレード５を備える回転コンプレッサインペラ４を収容する。コンプレッサハウジング３は環状のカバープレート６を有し、このカバープレートは、コンプレッサインペラ４の前部部分周りに配置される環状の入口７およびインペラブレード５の半径方向先端部に隣接配置される環状の出口通路８と、およびコンプレッサインペラ４の後部に配置されるディフューザフランジ８とを画定するよう形付けられている。
【００１４】
タービン２は同じくタービンインペラ１０を有し、このタービンインペラは、タービンハウジング１１内に回転可能に収容されると共に、コンプレッサインペラ４と共通の回転軸１２の端縁部上に装着されている。タービン２は通常の設計であるので、ここで詳細には説明されない。
【００１５】
コンプレッサおよびタービンハウジング３，１１の中間部には、回転軸１２を受入れるための中央穴部１４を備えた軸受ハウジング１３が設けられ、そしてこの回転軸１２の端縁部は、コンプレッサおよびタービンハウジング３，１１内へ突出してコンプレッサおよびタービンインペラ４，１０をそれぞれ支持している。軸受ハウジング１３は軸１２を支持する軸受１５を含み、この軸は、参照符号１６で示す導管１６を介して潤滑されている。
【００１６】
ディフューザフランジ９（図２および図３に詳細に示されている）は、回転軸１２を受入れるための中央穴部１７を有する略ディスク形状に形成されている。ディフューザフランジ９の周縁部は薄肉のリム１８を有し、このリムを介して、ディフューザ９がカバープレート６に連結されている。一方、フランジ９の中央部分１９は比較的厚肉に形成されると共に等角度に離間された４つの穴部２０を有し、この穴部を介して、ディフューザフランジ９が組付けねじ２１（その１つだけが図１に示されている）により軸受ハウジング１３に固定されている。組付けねじ穴２０の直ぐ外側には機械加工された環状溝部２２（図１には示されていない）が設けられており、従ってこの領域ではディフューザフランジ９の厚みがかなり減少されている。
【００１７】
環状溝部２２は、ディフューザフランジ９の脆弱領域を提供することにより、予期されるべきディフューザ９の破損領域を許容している。コンプレッサインペラ４が使用中に破損されると、その破片はカバープレート６へ向け半径方向外側へ放出される。破片の衝撃力は、カバープレート６、ディフューザフランジ９およびそのリム１８との間の連結部に歪みを負荷するが、この場合これによる最初の破損部は、ディフューザフランジ９の脆弱な溝部２２に発生されるであろう。これによって、軸受ハウジング１３とディフューザフランジ９との間の連結部が無傷に維持されそしてオイル洩れの可能性が確実に阻止される。ディフューザフランジ９の大部分はカバープレート６にそのまま保持され、そしてこのカバープレート６と共に、インペラの破片を保留するための丈夫な収容容器を提供する。
【００１８】
図４に示す代案としての実施例では、ディフューザフランジ９は、軸受ハウジング１３と一体のものに図示されている。
【００１９】
本発明は、また、軸受ハウジングのオイルが排気中へ漏洩されて火災および爆発を発生する危険を防止するように、ターボチャージャのタービンステージに適用され得ることは理解されるであろう。溝またはその他の脆弱部は、図１に参照符号２３で示されているフランジ部分に機械加工によって設けられる。
【００２０】
上記設計に対する種々の変形が、添付請求の範囲に規定される本発明の範囲を逸脱することなく可能であることは理解されるであろう。例えば、ディフューザフランジは任意適宜の方法で部分的に脆弱化されることができる。すなわち、上記環状溝部は単なる一実施例として理解されるべきものである。また、インペラは、アルミニウムよりも高密度の適宜任意の材料から構成されることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコンプレッサと結合されたターボチャージャを示す軸方向断面図である。
【図２】本発明のディフューザフランジを示す正面図である。
【図３】図２に示すディフューザフランジのＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】ターボチャージャの代案としての実施例を示す軸方向断面図である。
【符号の説明】
１  求心コンプレッサ
２  求心タービン
３  ハウジング
４  コンプレッサインペラ
５  インペラブレード
６  カバープレート
７  入口
８  出口通路
９  ディフューザフランジ
１０  タービンインペラ
１１  ハウジング
１２  回転軸
１３  軸受ハウジング
１４  中央穴部
１５  軸受
１６  導管
１７  中央穴部
１８  薄いリム
１９  中央部分
２０  組付けねじ用穴部
２１  組付けねじ
２２  環状溝部
２３  フランジ部分
【図１】
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【図２】
0004202483.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004202483.tif 000005