JP2000274238A - タービンハウジング一体排気マニホールド及びその製造方法 - Google Patents

タービンハウジング一体排気マニホールド及びその製造方法

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JP2000274238A
JP2000274238A JP11080898A JP8089899A JP2000274238A JP 2000274238 A JP2000274238 A JP 2000274238A JP 11080898 A JP11080898 A JP 11080898A JP 8089899 A JP8089899 A JP 8089899A JP 2000274238 A JP2000274238 A JP 2000274238A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 タービンハウジング一体排気マニホールドの
鋳造用中子は、スクロール中子とポート中子をそれぞれ
別体で成形後手作業で組付けるため、タービンハウジン
グ部とマニホールド部の軸芯がずれたり、内面に鋳バリ
が生じる。もしくは、多分割型中子成形機を使用するた
め、高価となる。 【解決手段】 スクロール中子もしくは、ポート中子の
どちらか一方を予め成形し、他方の中子を成形する際に
一体で成形して一体中子とし、該一体型中子を用いて鋳
造することにより、高精度で安価なタービンハウジング
一体排気マニホールドを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はタービンハウジング
が一体となった排気マニホールドの鋳造に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、排気系部品である排気マニホール
ドとタービンハウジングは、別体で製作された後、ボル
ト等で接合されて使用される。しかし、最近では、車体
の軽量化要求等により、排気マニホールドとタービンハ
ウジングを一体にした、タービンハウジング一体排気マ
ニホールドが鋳造でつくられている。
【0003】このタービンハウジング一体排気マニホー
ルドを鋳造する場合、中子は、タービンハウジング部を
形成するいわゆるスクロール中子と、排気マニホールド
部を形成するいわゆるポート中子で形成される。
【0004】ここで、スクロール中子とは、タービンハ
ウジングのスクロール部を形成する中子と、幅木部を形
成する中子とを備えた中子である。また、ポート中子と
は、排気マニホールドのポート部を形成する中子と、幅
木部を形成する中子とを備えた中子である。
【0005】一般に、このようなタービンハウジング一
体排気マニホールド用中子は、次のような方法で形成さ
れる。
【0006】スクロール中子とポート中子では成形時の
金型分割方向が異なるため、それらを其々別体で成形
し、手作業にて組み付ける。その方法は、図6に示すよ
うに、スクロール中子に形成された突出部13を、ポー
ト中子に形成された凹部20に挿入して接合させる。
【0007】もうひとつの方法は、スクロール中子とポ
ート中子とで成形金型の分割方向が異なるため、例えば
図7に示すように、スクロール中子部1は左右型5、ポ
ート中子部2は上下型6で分割方向が異なる多分割の成
形機を用いて、スクロール中子とポート中子を一体で成
形する。
【0008】このようにして成形された中子を用いて、
タービンハウジング一体排気マニホールドが鋳造されて
製品となる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記、スクロール中子
とポート中子を其々別体で成形し、手作業にて組み立て
る方法では、組み付け作業の工数を要し、また、スクロ
ール中子とポート中子を手作業で組み付け接合するた
め、タービンハウジング部の軸芯がずれる不具合が生じ
易い。軸芯がずれると、ターボチャージャーのタービン
は高速で回転するため、振動や回転不具合を生じる。さ
らに、手作業で組み付けるため、接合部に段差や小さな
隙間が生じやすく、鋳造時にその部位に溶湯が差し込
み、鋳バリが発生する。鋳バリは、排気ガスの流れを乱
すのみでなく、排気ガスの圧力で鋳バリが取れて、ター
ボチャージャーや触媒を損傷する恐れがある。そのた
め、その品質保証上、鋳バリ確認検査及び鋳バリ除去作
業が必要となる。しかし、タービンハウジング部と排気
マニホールド部が一体となっているので、製品形状が複
雑であることが多く、これらの作業はかなり困難で、場
合によっては不可能な場合がある。
【0010】また、接合部の精度向上や鋳バリの発生防
止の為、多分割の成形機を用いる方法で、スクロール中
子とポート中子を一体で成形しようとすると、スクロー
ル中子とポート中子の型分割方向が異なるため、2分割
では成形できず4分割、6分割等分割を増やす必要があ
る。しかし、分割型の増加と、このための設備が高価と
なり、経済的でなくなる。
【0011】本発明の目的は、ポート中子またはスクロ
ール中子との位置精度が確保されることにより、タービ
ンハウジング部の軸芯がずれる不具合や、接合部の鋳バ
リ発生量を低減させることができ、鋳造製品の品質保証
上の鋳バリ確認検査及び鋳バリ除去作業が軽減され、鋳
造後の作業工程が簡略化できることにある。さらに、高
価な多分割型成形機を用いずに、スクロール中子とポー
ト中子が一体となったタービンハウジング一体排気マニ
ホールド用中子を提供することにより、高精度で安価な
タービンハウジング一体排気マニホールドを提供するこ
とにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明者は、タービンハウジングのスクロール中
子もしくは、排気マニホールドのポート中子のどちらか
一方先に成形し、他方の中子を成形する際に一体で成形
することが、解決の手段であることに想到した。
【0013】具体的に、本発明の第1の発明は、タービ
ンハウジング部と排気マニホールド部が一体となった鋳
造製タービンハウジング一体排気マニホールドにおい
て、タービンハウジングと排気マニホールドの軸芯ずれ
量が0.5mm以下であることを特徴とする、タービン
ハウジング一体排気マニホールドである。軸芯ずれ量
は、図8に示すように、タービンハウジング一体排気マ
ニホールド7の、タービン中心軸とマニホールド入口中
心との距離A、Bの、図面記載の基準寸法と製品寸法と
の差で示される。
【0014】軸芯ずれ量が0.5mmを越えると、ター
ボチャージャーのタービンが高速で回転した際に振動が
大きくなり、この振動によってタービンの回転が不安定
となり、破損等が生じる恐れがある。従って、軸芯ずれ
量は0.5mm以下とする必要がある。
【0015】本発明の第2の発明は、タービンハウジン
グ部と排気マニホールド部が一体となった鋳造製タービ
ンハウジング一体排気マニホールドにおいて、排気マニ
ホールド部とタービンハウジング部の境界部に生じる鋳
バリ高さが2mm以下であることを特徴とする、タービン
ハウジング一体排気マニホールドである。
【0016】鋳バリ高さが2mmを越えると、排気ガスの
流れが悪化し、更に、排気ガスの圧力で鋳バリが取れ
て、ターボチャージャーや触媒を損傷する恐れがある。
従って、鋳バリ高さは2mm以下とする必要がある。
【0017】本発明の第3の発明は、タービンハウジン
グ部と排気マニホールド部が一体となった鋳造製タービ
ンハウジング一体排気マニホールドにおいて、タービン
ハウジング部と排気マニホールド部の軸芯ずれ量が0.
5mm以下でありかつ、排気マニホールド部とタービン
ハウジング部の境界部に生じる鋳バリ高さが2mm以下で
あることを特徴とする、タービンハウジング一体排気マ
ニホールドである。
【0018】本発明の第4の発明は、タービンハウジン
グ部と排気マニホールド部が一体となった鋳造製タービ
ンハウジング一体排気マニホールドにおいて、排気マニ
ホールド部のポート中子成形時に、予め成形されたター
ビンハウジング部のスクロール中子を一体型として成形
し、該一体型中子を用いて鋳造してなることを特徴とす
る、タービンハウジング一体排気マニホールドである。
【0019】スクロール中子は、予め別型として成形す
るのでその中子成形方法は、コールドボックス法、シェ
ルモールド法等何ら限定されない。また、ポート中子の
成形方法も、コールドボックス法、シェルモールド法等
何ら限定されない。
【0020】本発明の第5の発明は、タービンハウジン
グ部と排気マニホールド部が一体となった鋳造製タービ
ンハウジング一体排気マニホールドにおいて、タービン
ハウジング部のスクロール中子成形時に、予め成形され
た排気マニホールド部のポート中子を、一体型として成
形し、該一体型中子を用いて鋳造してなることを特徴と
する、タービンハウジング一体排気マニホールドであ
る。
【0021】ポート中子は、予め別型として成形するの
でその中子成形方法は、コールドボックス法、シェルモ
ールド法等何ら限定されない。また、スクロール中子の
成形方法も、コールドボックス法、シェルモールド法等
何ら限定されない。
【0022】本発明の第6の発明は、タービンハウジン
グ部と排気マニホールド部が一体となった鋳造製タービ
ンハウジング一体排気マニホールドにおいて、タービン
ハウジング部のスクロール中子がシェルモールド法にて
成形されてなることを特徴とする、タービンハウジング
一体排気マニホールドである。
【0023】タービンハウジング内はタービンが高速で
回転するため、その内面の肌粗さは精細なものが要求さ
れるので、スクロール中子はシェルモールド法で成形さ
れることが好ましい。
【0024】本発明の第7の発明は、シェルモールド法
でタービンハウジング部のスクロール中子を成形し、2
分割金型使用のコールドボックス法にて排気マニホール
ド部のポート中子成形時に、該スクロール中子を一体型
として成形し、該一体型中子を用いて鋳造することを特
徴とする、タービンハウジング一体排気マニホールドの
製造方法である。
【0025】本発明の一体型中子を用いて鋳造してなる
排気マニホールドは、次のように作用する。予め成形さ
れたスクロール中子またはポート中子が、ポート中子ま
たはスクロール中子成形型内に位置決めされることによ
り、ポート中子とスクロール中子との位置精度が確保さ
れる。それにより、タービンハウジング部の軸芯がずれ
る不具合が生じなくなる。また、予め別型として成形す
るスクロール中子またはポート中子は、その成形方法は
限定されないため、スクロールの形状、サイズ及び成形
機種の都合により、成形方法を幅広く選択することがで
きる。更に、ポート中子とスクロール中子との接合境界
部は、滑らかな形状を有することになるので砂締まりが
改善され、接合部は強固なものとなる。且つ、一体で成
形するため、接合境界部が滑らかになるので鋳造後の鋳
バリ発生量が低減し、鋳バリ除去作業工数が軽減され
る。また、一体中子が、2分割型成形機にて成形される
ため、多分割型成形機を使用することなく、一体型の中
子を安価に得ることができる。
【0026】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を詳細に説明
するが、本発明はこれらの実施例により何等限定される
ものではない。
【0027】
【実施の形態1】図1は本発明の一実施例で使用される
タービンハウジング一体マニホールド用中子を示す。こ
のタービンハウジング一体マニホールド用中子は、ター
ビンハウジング部のスクロール中子1のスクロール部1
0、幅木部11、マニホールド部のポート中子2のポー
ト部21、22、23、幅木部24、25、26、27
を備えている。
【0028】予めシェルモールド法により、タービンハ
ウジング部のスクロール中子1を成形する。これをコー
ルドボックス法で成形されるマニホールド部のポート中
子の2分割型3へ配置する。この時、スクロール中子
は、図2に示す如く幅木部11と接合部12で型内へ位
置決めされている。また、図4に示す如くポート中子と
の接合部12には突出部13を有している。ポート部の
砂が充填されて固化する時に該突出部13と突出部周り
の砂とが一体接合され、密着力が確保される。次に、こ
こでは図示しない2分割型の他方の型をセットし、金型
内空所に成形砂を吹込んで、図2に示したマニホールド
部のポート中子キャビティ部31に成形砂が充填され
る。次に、硬化ガス供給装置より成形砂内に硬化ガスが
供給され、タービンハウジング部のスクロール中子1と
マニホールド部のポート中子2が一体接合される。この
後、上下金型が開き押出しピン等により、図1に示すス
クロール部が一体となったポート中子が脱型される。こ
の一体中子を用いて、タービンハウジング一体マニホー
ルドが鋳造される。
【0029】この鋳造されたタービンハウジング一体排
気マニホールドの、軸芯ずれ量を測定した結果を表1に
示す。軸芯ずれ量は、図8に示すように、タービン中心
軸とマニホールド入口中心との距離A、Bの、図面記載
の基準寸法と製品寸法との差で示す。また、鋳バリ高さ
は、スクロール中子とポート中子の接合境界部に発生し
たポート内面の鋳バリの高さで示す。形状が複雑なた
め、スクロール中子とポート中子の接合境界付近で製品
を切断して鋳バリの高さを測定した。ここで、比較例
は、スクロール中子とポート中子を其々別体で成形し、
それらを手作業にて組み付けたものを用いて鋳造され
た、タービンハウジング一体排気マニホールドである。
これから明らかなように、本発明により、軸芯距離が高
精度で鋳バリ発生量の少ないタービンハウジング一体マ
ニホールドを得ることができる。
【0030】
【表1】
【0031】
【実施の形態2】予めコールドボックス法により、マニ
ホールド部のポート部中子2を成形する。図3に示すよ
うに、これをシェルモールド法で成形されるタービンハ
ウジング部のスクロール中子の2分割型4へ配置する。
この時、ポート中子は、幅木部27と接合部28で型内
へ位置決めされている。また、図5に示すように、スク
ロール中子との接合部28には突出部29を有してい
る。スクロール部の砂が充填されて固化する時に該突出
部29と突出部周りの砂とが一体接合され、密着力が確
保される。次に、ここでは図示しない2分割型の他方の
型をセットし、金型内空所に成形砂を吹込んで図3に示
したタービンハウジング部のスクロール中子キャビティ
部41に成形砂が充填される。次に、金型内部にあるヒ
ーターに通電して金型を昇温して成形砂を焼成し、スク
ロール中子1とポート中子2が一体接合される。この
後、上下金型が開き押出しピン等により図1に示すポー
ト中子が一体となったスクロール中子が脱型される。こ
の一体中子を用いて、タービンハウジング一体排気マニ
ホールドが鋳造される。
【0032】この鋳造されたタービンハウジング一体排
気マニホールドの、軸芯ずれ量を測定した結果を表2に
示す。軸芯ずれ量は、図8に示すように、タービン中心
軸とマニホールド入口中心との距離A、Bの、図面記載
の基準寸法と製品寸法との差で示す。また、鋳バリ高さ
は、スクロール中子とポート中子の接合境界部に発生し
たポート内面の鋳バリの高さで示す。形状が複雑なた
め、スクロール中子とポート中子の接合境界付近で製品
を切断して鋳バリの高さを測定した。ここで、比較例
は、スクロール中子とポート中子を其々別体で成形し、
それらを手作業にて組み付けたものを用いて鋳造され
た、タービンハウジング一体排気マニホールドである。
これから明らかなように、本発明により、軸芯距離が高
精度で鋳バリ発生量の少ないタービンハウジング一体マ
ニホールドを得ることができる。
【0033】
【表2】
【0034】
【実施の形態3】予めシェルモールド法により、タービ
ンハウジング部のスクロール中子を成形する。これを図
2に示すように、シェルモールド法で成形されるマニホ
ールド部のポート中子の2分割型3へ配置する。この
時、タービンハウジング部のスクロール中子は、幅木部
11と接合部12で型内へ位置決めされている。また、
図4に示す如くポート中子との接合部12には突出部1
3を有している。ポート中子部の砂が充填されて固化す
る時に該突出部13と突出部周りの砂とが一体接合さ
れ、密着力が確保される。次に、ここでは図示しない2
分割型の他方の型をセットし、金型内空所に成形砂を吹
込んで図2に示したマニホールド部のポート中子キャビ
ティ部31に成形砂が充填される。次に、金型内部にあ
るヒーターに通電して金型を昇温し成形砂を焼成し、ス
クロール中子1とポート中子2が一体接合される。この
後、上下金型が開き押出しピン等により図1に示すスク
ロール中子が一体となったポート中子が脱型される。こ
の一体中子を用いて、タービンハウジング一体排気マニ
ホールドが鋳造される。
【0035】この鋳造されたタービンハウジング一体排
気マニホールドの、軸芯ずれ量を測定した結果を表3に
示す。軸芯ずれ量は、図8に示すように、タービン中心
軸とマニホールド入口中心との距離A、Bの、図面記載
の基準寸法と製品寸法との差で示す。また、鋳バリ高さ
は、スクロール中子とポート中子の接合境界部に発生し
たポート内面の鋳バリの高さで示す。形状が複雑なた
め、スクロール中子とポート中子の接合境界付近で製品
を切断して鋳バリの高さを測定した。ここで、比較例
は、スクロール中子とポート中子を其々別体で成形し、
それらを手作業にて組み付けたものを用いて鋳造され
た、タービンハウジング一体排気マニホールドである。
これから明らかなように、本発明により、軸芯距離が高
精度で鋳バリ発生の少ないタービンハウジング一体マニ
ホールドを得ることができる。
【0036】
【表3】
【0037】
【発明の効果】予め成形されたスクロール中子またはポ
ート中子が、ポート中子またはスクロール中子成形型内
に位置決めされることにより、ポート中子とスクロール
中子との位置精度が確保される。それにより、鋳造によ
り成形される製品の寸法精度が向上し、タービンハウジ
ング部の軸芯がずれる不具合が生じなくなる。また、予
め別型として成形するスクロール中子又はポート中子
は、その中子成形方法は限定されない。このため、スク
ロールの形状、サイズ及び成形機種の都合により、成形
方法を幅広く選択することができる利点がある。更に、
ポート中子とスクロール中子との接合境界部は、滑らか
な形状を有することになるので砂締まりが改善され、接
合部は強固なものとなる。且つ、一体で成形するため接
合境界部が滑らかになるので鋳造後の鋳バリ発生量が低
減する。このため、鋳造製品の品質保証上の鋳バリ確認
検査及び鋳バリ除去作業が不要となり、鋳造後の作業工
程が簡略化できる。また、タービンハウジング一体マニ
ホールド用中子が2分割型成型機にて成形されるため、
高価な多分割型成形機を使用することなく一体型の中子
を得ることができる。このため、通常の2分割型成型機
を有していれば新たに中子成形機を購入する費用が不要
になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例であるタービンハウジング一体
排気マニホールド用中子の斜視図である。
【図2】本発明の実施例であるマニホールドポート部中
子成形用型の平面図である。
【図3】本発明の実施例であるタービンハウジングスク
ロール部中子成形用型の平面図である。
【図4】本発明の実施例であるタービンハウジングスク
ロール部中子の斜視図である。
【図5】本発明の実施例であるマニホールドポート部中
子の斜視図である。
【図6】従来の方法である手作業で組み立てる手順を示
した図である。
【図7】他の従来の方法であるマニホールドポート部中
子とタービンハウジングのスクロール部中子を一体で成
形する場合の分割方向を示した図である。
【図8】タービンハウジング一体排気マニホールドの軸
芯ずれ量測定部位と鋳バリ発生部位を示した図である。
【符号の説明】
1 スクロール中子 2 ポート中子 3 マニホールド部のポート中子成形型 4 タービンハウジング部のスクロール中子成形型 5 スクロール中子用分割型 6 ポート中子用分割型 7 タービンハウジング一体排気マニホールド 8 鋳バリ 10 スクロール部 11 幅木部 12 接合部 13 突出部 20 勘合穴 21、22、23 ポート部 24、25、26、27 幅木部 28 接合部 29 突出部 31 ポート中子キャビティ部 41 スクロール中子キャビティ部 71 タービンハウジング部 72 マニホールド部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早田 智臣 福岡県京都郡苅田町長浜町35番地日立金属 株式会社九州工場内 Fターム(参考) 3G004 DA02 DA12 FA04 GA03 3G005 EA04 EA16 FA00 GB82 KA09 4E093 QB02 QC02 UA05

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】タービンハウジング部と排気マニホールド
    部が一体となった鋳造製タービンハウジング一体排気マ
    ニホールドにおいて、タービンハウジング部と排気マニ
    ホールド部の軸芯ずれ量が0.5mm以下であるタービ
    ンハウジング一体排気マニホールド。
  2. 【請求項2】タービンハウジング部と排気マニホールド
    部が一体となった鋳造製タービンハウジング一体排気マ
    ニホールドにおいて、排気マニホールド部とタービンハ
    ウジング部の境界部に生じる鋳バリ高さが2mm以下であ
    るタービンハウジング一体排気マニホールド。
  3. 【請求項3】タービンハウジング部と排気マニホールド
    部が一体となった鋳造製タービンハウジング一体排気マ
    ニホールドにおいて、タービンハウジング部と排気マニ
    ホールド部の軸芯ずれ量が0.5mm以下でありかつ、
    排気マニホールド部とタービンハウジング部の境界部に
    生じる鋳バリ高さが2mm以下であるタービンハウジング
    一体排気マニホールド。
  4. 【請求項4】タービンハウジング部と排気マニホールド
    部が一体となった鋳造製タービンハウジング一体排気マ
    ニホールドにおいて、排気マニホールド部のポート中子
    成形時に、予め成形されたタービンハウジング部のスク
    ロール中子を一体型として成形し、該一体型中子を用い
    て鋳造してなる請求項1乃至3に記載のタービンハウジ
    ング一体排気マニホールド。
  5. 【請求項5】タービンハウジング部と排気マニホールド
    部が一体となった鋳造製タービンハウジング一体排気マ
    ニホールドにおいて、タービンハウジング部のスクロー
    ル中子成形時に、予め成形された排気マニホールド部の
    ポート中子を、一体型として成形し、該一体型中子を用
    いて鋳造してなる請求項1乃至3に記載のタービンハウ
    ジング一体排気マニホールド。
  6. 【請求項6】タービンハウジング部と排気マニホールド
    部が一体となった鋳造製タービンハウジング一体排気マ
    ニホールドにおいて、タービンハウジング部のスクロー
    ル中子がシェルモールド法にて成形されてなる請求項4
    乃至5に記載のタービンハウジング一体排気マニホール
    ド。
  7. 【請求項7】シェルモールド法でタービンハウジング部
    のスクロール中子を成形し、2分割金型使用のコールド
    ボックス法にて排気マニホールド部のポート中子成形時
    に、該スクロール中子を一体型として成形し、該一体型
    中子を用いて鋳造するタービンハウジング一体排気マニ
    ホールドの製造方法。
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Cited By (12)

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