JP2008069664A - タービンハウジング - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造にて、小型化とタービン効率向上に寄与し、耐熱強度を向上すること。
【解決手段】スクロール部は、内管２ａと外管２ｂとによって構成した。タービン入口フランジ３には、タービン通路入口開口部６ａおよびバイパス通路入口開口部５ａを設けた。タービン出口フランジ４には、タービン通路出口開口部６ｂおよびバイパス通路出口開口部５ｂを設けた。そして、内管２ａを、タービン通路入口開口部６ａからタービン通路出口開口部６ｂに至るタービン通路６として構成するとともに、内管２ａと外管２ｂとの間の隙間をバイパス通路入口開口部５ａからバイパス通路出口開口部５ｂに至るバイパス通路５として構成した。更に、両入口開口部５ａ，６ａを区画する隔壁は、内管２ａのみで構成した。
【選択図】 図１

Description

この発明は、内燃機関の排気ガスのエネルギーを利用して内燃機関に対する過給圧を発生させるターボチャージャに採用されるタービンハウジングに関し、更に詳しくは、外殻と内殻とを有するいわゆる二重管構造であって、小型化とタービン効率向上に寄与することができるとともに、耐熱強度を向上することができる簡易な構造のタービンハウジングに関する。

従来、内燃機関から排出される排気ガスを駆動源として吸気マニホールド内に昇圧空気を供給することにより内燃機関の出力を向上するターボチャージャが知られている。

このターボチャージャを車載用内燃機関に装着して用いる場合は、軽量化に配慮する必要がある。特に近年では、燃費や運動性能の向上の観点から、車両搭載部品の軽量化が要求され、上記従来のターボチャージャについても、許容される限りの軽量化が図られている。

したがって、近年では、従来の鋳造製のタービンハウジングに代えて、板金（薄板金属）製のタービンハウジングが使用されるようになっている。この板金製のタービンハウジングは、鋳造製のタービンハウジングと比較して簡単に製造できるとともに、重量が軽減される点において有利だからである。

また、タービンハウジングは、高温の排気ガスに直接さらされることになり、熱変形の影響を大きく受けるため、耐熱性についても十分な配慮が要求される。

このような板金製の配管から構成された従来のタービンハウジングとして、たとえば、図８および図９に示すものが公知である。ここで、図８は、従来のタービンハウジングを示す正面図、図９は、従来のタービンハウジングを示す背面図である。

図８および図９に示すように、従来のタービンハウジング１０は、破線にて部分表示した内管２ａと、この内管２ａを隙間のある状態で被包した外管２ｂとによって渦状の排気ガス通路として構成されたスクロール部２と、内管２ａ（スクロール部２）の内部と図示しない外部の排気ガス通路とをバイパスするバイパス通路出口開口部５ｂとを備えている。

なお、内管２ａおよび外管２ｂは、耐熱性および耐食性に優れた金属、たとえばステンレス鋼のプレス成形品にて形成されている。

また、タービンハウジング１０は、図示しない排気マニホルド等の排気ガス通路と接続されるタービン入口フランジ３と、図示しないコンプレッサハウジング側と接続されるタービン出口フランジ４と、排気ガスを導入するタービン通路入口開口部６ａと、排気ガスを排出するタービン通路出口開口部６ｂとを備えている。

すなわち、図示しない排気マニホルド等の排気ガス通路を流れてきた排気ガスは、タービン通路入口開口部６ａからタービン通路６としての内管２ａを流れ、図示しないタービンを回転させた後、タービン通路出口開口部６ｂから外部へと排出される。

また、バイパス通路出口開口部５ｂは、いわゆるウエストゲートポートとして機能するものであり、スクロール部２内における排気ガスの流量が過剰な時には、図示しないウエストゲートバルブによって開放されるようになっており、逆に排気ガスの流量が過剰でない時には、ウエストゲートバルブによって閉塞されるようになっている。このようなウエストゲートバルブの制御により、スクロール部２内を流通する排気ガスの流量が良好な状態で保持されるように設定されている。

なお、関連する従来技術として、二重管製のタービンハウジングにおいて、ウエストゲートバルブへのバイパス通路を専用の内管で構成したものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、二重管のうちの内管の開口部と、外管が設けられる金属製の相手部材の貫通孔とを連通させ、排気ガスのバイパス流路を形成したものが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

また、内殻と外殻とがともに耐熱鋼板のプレス成形品からなるタービンハウジングが提案されている（たとえば、特許文献３参照）。

特開２００４−１８３６５１号公報 特開２００１−３０３９６３号公報 特開２００３−２９３７８０号公報

しかしながら、従来のタービンハウジングのうち、鋳造製のものにあっては、バイパス通路出口開口部であるウエストゲートポートの位置を、タービンハウジングのタービン通路中に設ける必要があり、このタービン通路がウエストゲートポートによって分岐するため、流れが乱れてタービン効率が落ちるという課題があった。

また、板金製のタービンハウジングでは、ウエストゲートポートの上記分岐部分の構造が複雑になるため製造が難しいという課題があった。

更に、内管２ａと外管２ｂとからなる二重管の板金製タービンハウジング１０では、内管２ａと外管２ｂの温度差により内管２ａに応力が加わった場合に、配管径の小さいバイパス通路出口開口部（ウエストゲートポート部分）５ｂに応力が集中するため当該部分の強度確保が難しいという課題もあった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化とタービン効率向上に寄与することができるとともに、耐熱強度を向上することができる簡易な構造のタービンハウジングを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の請求項１に係るタービンハウジングは、少なくとも、内管とこの内管を隙間のある状態で被包した外管とによって渦状の排気ガス通路として構成されたスクロール部と、前記スクロール部の内部と外部の排気ガス通路とをバイパスするバイパス通路出口開口部と、を備えたタービンハウジングにおいて、前記内管と前記外管との間の前記隙間を前記バイパス通路出口開口部に通じるバイパス通路として構成したことを特徴とするものである。

また、この発明の請求項２に係るタービンハウジングは、請求項１に記載の発明において、前記タービンハウジングのタービン入口フランジに設けられた前記バイパス通路の入口開口部と前記タービン通路の入口開口部とを区画する隔壁を、前記内管のみで構成したことを特徴とするものである。

また、この発明の請求項３に係るタービンハウジングは、請求項１に記載の発明において、前記内管の端部を前記タービンハウジングのタービン入口フランジに設けられた開口部に嵌入する一方、前記外管の端部を前記タービン入口フランジに溶接固定したことを特徴とするものである。

また、この発明の請求項４に係るタービンハウジングは、請求項１または２に記載の発明において、前記バイパス通路出口開口部を有するフランジの当該バイパス通路出口開口部の外周縁近傍に前記外管の端部を溶接したことを特徴とするものである。

この発明に係るタービンハウジング（請求項１）によれば、簡易な構造にて、タービン通路の位置に制約されることなくバイパス通路出口開口部の位置を設定できるので、設計の自由度が拡大し、タービンハウジングの小型化に寄与することができる。

また、この発明に係るタービンハウジング（請求項２）によれば、内管の薄い板厚によって隔壁を構成できるので、この隔壁に排気ガスが衝突することによって生じる流れの乱れを抑制することができ、タービン効率を向上することができる。

また、この発明に係るタービンハウジング（請求項３）によれば、開口部に嵌入された内管を自由に膨張させることで、内管と外管と熱膨張差によって生じる熱応力の集中を抑制することができ、耐熱強度を向上することができる。

また、この発明に係るタービンハウジング（請求項４）によれば、外管の端部をそれよりも小径のバイパス通路出口開口部の内周縁部に接続するために必要であった調整部材が不要となり、外管の端部形状を単純化できるため、製造が容易になるとともに、熱応力の集中を抑制することができる。

以下に、この発明に係るタービンハウジングの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、この発明の実施例１に係るタービンハウジングを示す正面図、図２は、タービンハウジングを示す背面図、図３は、図１のＡ−Ａ断面を示す断面図、図４は、タービン入口フランジを示す正面図である。なお、以下の説明において、すでに説明した部材と同一もしくは相当する部材には、同一の符号を付して重複説明を省略または簡略化する。

図１〜図４に示すように、排気ガス通路となるスクロール部２は、内管２ａと、この内管２ａを隙間のある状態で被包した外管２ｂとによって渦巻き状に構成されている。なお、図中においては、内管２ａを破線にて適宜部分表示してある。

内管２ａと外管２ｂとの間の隙間は、たとえば図示しないスペーサを内管２ａと外管２ｂとの間に適宜介在させる等、公知技術によって形成することができる。

また、タービン入口フランジ３には、タービン通路入口開口部６ａおよびバイパス通路入口開口部５ａが設けられ、これらの入口開口部５ａ，６ａを区画する隔壁は、内管２ａのみで構成されている。

また、タービン出口フランジ４には、タービン通路出口開口部６ｂおよびバイパス通路出口開口部５ｂが設けられている。

また、内管２ａは、タービン通路入口開口部６ａからタービン通路出口開口部６ｂに至るタービン通路６として構成されている。内管２ａの一端部は、タービン入口フランジ３の開口部に挿通され溶接されている。

更に、内管２ａと外管２ｂとの間の隙間は、バイパス通路入口開口部５ａからバイパス通路出口開口部５ｂに至るバイパス通路５として構成されている。外管２ｂの一端部は、タービン入口フランジ３に溶接されている。

また、バイパス通路出口開口部５ｂの近傍は、たとえば図３に示すような構造となっている。すなわち、ウエストゲートポートとしてのバイパス通路出口開口部５ｂは、ウエストゲートポートフランジ５ｄに設けられた座面部材５ｃの開口部として形成されている。そして、このバイパス通路出口開口部５ｂを流通する排気ガスは、ウエストゲートバルブ７の開閉制御によって調節される。

また、図３に示すように、外管２ｂの一部である調整部材２ｃは、外管２ｂの端部をそれよりも小径のバイパス通路出口開口部５ｂ（座面部材５ｃの開口部の内周縁部）に溶接するためのものである。

上述したように、従来技術に係るタービンハウジング１０（図８および図９参照）では、内管２ａの一部と連通するようにバイパス通路出口開口部５ｂが設けられていたため、内管２ａとバイパス通路出口開口部５ｂとは、設計上、互いに配設位置が制約されていた。

これに対し、この実施例１に係るタービンハウジング１によれば、内管２ａと外管２ｂとの間の隙間をバイパス通路５として構成したので、タービン通路６の位置、すなわち内管２ａの位置に制約されることなくバイパス通路出口開口部５ｂの位置を設定することができる。したがって、簡易な構造とできるとともに、設計の自由度が拡大し、タービンハウジング１の小型化に寄与することができる。

また、バイパス通路入口開口部５ａとタービン通路入口開口部６ａを区画する隔壁を内管２ａの薄い板厚によって構成できるので、この隔壁に排気ガスが衝突することによって生じる流れの乱れを抑制することができ、タービン効率を向上することができる。

図５は、この発明の実施例２に係るタービンハウジング１を示す正面図、図６は、タービン入口フランジ３を示す正面図である。

図５および図６に示すように、本実施例２は、内管２ａの端部をタービン入口フランジ３に設けられたタービン通路入口開口部６ａに嵌入する一方、外管２ｂの端部をタービン入口フランジ３に溶接固定して構成したものである。

すなわち、内管２ａの端部は、タービン入口フランジ３に溶接されておらず、内管２ａが排気ガスの熱作用により膨張または収縮する際に、内管２ａの端部がタービン通路入口開口部６ａ内でスライド可能に構成したものである。

また、バイパス通路入口開口部５ａは、タービン入口フランジ３に穿設してある。その他の構成は、上記実施例１の構成と同様であるので、重複説明を省略する。

以上のように、この実施例２に係るタービンハウジング１によれば、タービン通路入口開口部６ａに嵌入された内管２ａを自由に膨張させることで、内管２ａと外管２ｂと熱膨張差によって生じる熱応力の集中を抑制することができ、耐熱強度を向上することができる。

図７は、この発明の実施例３に係るタービンハウジングのタービン入口フランジ３近傍を示す断面図であり、上述した実施例１における図１のＡ−Ａ断面に相当するものである。

本実施例３は、ウエストゲートポートフランジ５ｄに形成されているバイパス通路出口開口部５ｂの外周縁近傍に外管２ｂの端部を溶接したものである。図中の符号８は、この外管２ｂの溶接部を示している。その他の構成は、上記実施例１の構成と同様であるので、重複説明を省略する。

以上のように、この実施例３に係るタービンハウジングによれば、外管２ｂの端部をそれよりも小径のバイパス通路出口開口部５ｂの内周縁部（座面部材５ｃの開口部の内周縁部）に接続するために必要であった調整部材２ｃ（図３参照）が不要となり、外管２ｂの端部形状を単純化できるため、製造が容易になるとともに、熱応力の集中を抑制することができる。

以上のように、この発明に係るタービンハウジングは、内燃機関用ターボチャージャに採用される二重管構造の板金製タービンハウジングに有用であり、特に、簡易な構造にて小型化とタービン効率向上に寄与することができるとともに、耐熱強度を向上することを目指すタービンハウジングに適している。

この発明の実施例１に係るタービンハウジングを示す正面図である。 タービンハウジングを示す背面図である。 図１のＡ−Ａ断面を示す断面図である。 タービン入口フランジを示す正面図である。 この発明の実施例２に係るタービンハウジングを示す正面図である。 タービン入口フランジを示す正面図である。 この発明の実施例３に係るタービンハウジングのタービン入口フランジ近傍を示す断面図である。 従来のタービンハウジングを示す正面図である。 従来のタービンハウジングを示す背面図である。

符号の説明

１ タービンハウジング
２ スクロール部
２ａ 内管
２ｂ 外管
２ｃ 調整部材
３ タービン入口フランジ
４ タービン出口フランジ
５ バイパス通路
５ａ バイパス通路入口開口部
５ｂ バイパス通路出口開口部
５ｃ 座面部材
５ｄ ウエストゲートポートフランジ
６ タービン通路
６ａ タービン通路入口開口部
６ｂ タービン通路出口開口部
７ ウエストゲートバルブ
８ 溶接部

Claims (4)

1. 少なくとも、内管とこの内管を隙間のある状態で被包した外管とによって渦状の排気ガス通路として構成されたスクロール部と、
   前記スクロール部の内部と外部の排気ガス通路とをバイパスするバイパス通路出口開口部と、
   を備えたタービンハウジングにおいて、
   前記内管と前記外管との間の前記隙間を前記バイパス通路出口開口部に通じるバイパス通路として構成したことを特徴とするタービンハウジング。
2. 前記タービンハウジングのタービン入口フランジに設けられた前記バイパス通路の入口開口部と前記タービン通路の入口開口部とを区画する隔壁を、前記内管のみで構成したことを特徴とする請求項１に記載のタービンハウジング。
3. 前記内管の端部を前記タービンハウジングのタービン入口フランジに設けられた開口部に嵌入する一方、前記外管の端部を前記タービン入口フランジに溶接固定したことを特徴とする請求項１に記載のタービンハウジング。
4. 前記バイパス通路出口開口部を有するフランジの当該バイパス通路出口開口部の外周縁近傍に前記外管の端部を溶接したことを特徴とする請求項１または２に記載のタービンハウジング。

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