JP2008106667A - Turbine housing - Google Patents
Turbine housing Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008106667A JP2008106667A JP2006289904A JP2006289904A JP2008106667A JP 2008106667 A JP2008106667 A JP 2008106667A JP 2006289904 A JP2006289904 A JP 2006289904A JP 2006289904 A JP2006289904 A JP 2006289904A JP 2008106667 A JP2008106667 A JP 2008106667A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- flange
- exhaust gas
- scroll body
- bearing housing
- turbine housing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Supercharger (AREA)
Abstract
Description
本発明は、ターボチャージャーにおける排気タービン用のハウジング(いわゆるタービンハウジング)に関する。特に、ノズルベーン付きターボチャージャー用のタービンハウジングに関するものである。 The present invention relates to an exhaust turbine housing (so-called turbine housing) in a turbocharger. In particular, it relates to a turbine housing for a turbocharger with nozzle vanes.
従来、タービンハウジングは鋳物製が一般的であったが、鋳物製のタービンハウジングには種々の欠点があった。例えば、イ:概して形状が複雑なタービンハウジングでは鋳造不良がでやすい、ロ:一般的に鋳造性がよくない高耐熱性材料を使用した場合に鋳造不良がでやすい、ハ:鋳物製品は重量が重く車載には不利である、等の欠点があった。このため、例えばタービンハウジングを二分割し、それぞれの分割ケーシングを金属板材のプレス加工品とすることで、複雑な形状への対応、高耐熱性材料の使用、ハウジング本体の軽量化を可能にすることも提案されている(特許文献1参照)。当初は、鋳物製品の欠点を解消するためにタービンハウジングの脱鋳物化が提案されたのであるが、近年では自動車用エンジンの低温始動時における排気ガス浄化触媒の早期活性化を図るという観点から、排気系部品の一種であるタービンハウジングについても薄肉化による低熱容量化が求められるようになっている。 Conventionally, the turbine housing is generally made of a casting, but the casting turbine housing has various drawbacks. For example, A: Casting failure is likely to occur in turbine housings that are generally complex in shape, B: Casting failure is likely to occur when high heat resistant materials that are generally poorly castable are used, C: Cast products are heavy There were drawbacks such as being heavy and disadvantageous for in-vehicle use. For this reason, for example, the turbine housing is divided into two parts, and each divided casing is made of a metal plate press product, thereby enabling to cope with a complicated shape, use a high heat resistant material, and reduce the weight of the housing body. This has also been proposed (see Patent Document 1). Initially, the casting of the turbine housing was proposed in order to eliminate the drawbacks of the cast product, but in recent years, from the viewpoint of early activation of the exhaust gas purification catalyst at the low temperature start of the automobile engine, A turbine housing, which is a kind of exhaust system component, is also required to have a low heat capacity by thinning.
ところで、ターボチャージャーの分野においては、タービンハウジングのスクロール本体によって区画形成される環状の排気ガス通路と、排気タービンとの間に可変ノズルベーンを配設し、この可変ノズルベーンの開度(具体的には各ベーンの傾角)をエンジンの運転状況等に応じて調節することにより、排気タービンに作用する排気ガスの流速又は流量を調節可能とした可変ノズルベーン付きターボチャージャーが知られている(例えば特許文献2参照)。 By the way, in the turbocharger field, a variable nozzle vane is disposed between an annular exhaust gas passage defined by the scroll body of the turbine housing and the exhaust turbine, and the opening of the variable nozzle vane (specifically, There is known a turbocharger with a variable nozzle vane that can adjust the flow rate or flow rate of exhaust gas acting on the exhaust turbine by adjusting the inclination angle of each vane according to the operating condition of the engine (for example, Patent Document 2). reference).
上述のようにタービンハウジングは薄肉化の方向にあるが、その反面、ハウジングの薄肉化は機械的剛性の低下をもたらす。このため、ターボチャージャーの運転時にタービンハウジングが自ら熱変形(あるいは周辺部品の熱変形の影響を受けて変形)する結果、タービンハウジングの内周部と排気タービンの外周部との間のクリアランス(「チップクリアランス」と呼ばれる)が変化し、過給性能に悪影響を及ぼすという問題を生じ得る。特にノズルベーン付きターボチャージャー用のタービンハウジングでは、ノズルベーンを位置決めすべくハウジングの中央域に設けられたノズル壁面フランジと、排気タービンとの間に確保されるチップクリアランスの変化が、過給性能に重大な影響を及ぼす。 As described above, the turbine housing is in the direction of thinning. On the other hand, the thinning of the housing causes a decrease in mechanical rigidity. For this reason, the turbine housing itself undergoes thermal deformation (or deformation due to the influence of thermal deformation of peripheral components) during operation of the turbocharger. As a result, the clearance between the inner peripheral portion of the turbine housing and the outer peripheral portion of the exhaust turbine (“ This may cause a problem that the “chip clearance” changes) and adversely affects the supercharging performance. In particular, in a turbine housing for a turbocharger with nozzle vanes, the change in the tip clearance secured between the nozzle wall flange provided in the central area of the housing for positioning the nozzle vanes and the exhaust turbine is critical to the supercharging performance. affect.
本発明の目的は、スクロール本体を薄肉化した場合でも、熱変形等によるチップクリアランスの変化を極力防止することができるタービンハウジングを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a turbine housing capable of preventing changes in tip clearance due to thermal deformation or the like as much as possible even when the scroll body is thinned.
本願発明者は、ノズルベーン付きターボチャージャーに関する次のような知見及び着想に基づいて本発明を完成させた。即ち、ノズルベーン付きターボチャージャーでは、タービンハウジング内でのガス流れは、スクロール本体により区画される環状トンネル状排気ガス通路の断面積よりもノズルベーンによるガス流制御によって専ら支配されるため、排気ガスの熱によってスクロール本体が多少熱変形したとしても、本来ならば、それによって過給性能は影響されないはずである。しかし、ノズルベーン付きターボチャージャーにおいては、排気タービンを回転可能に支持するベアリングハウジングに対してタービンハウジングを接続するための継手部としてのベアリングハウジング側フランジと、ノズルベーンをスラスト方向に位置決めするためのノズル壁面フランジとの間の配置関係又は寸法関係が、過給性能に重大な影響を及ぼすチップクリアランスを決定付けている。しかも、従来のタービンハウジングでは、スクロール本体(のみ)を介してベアリングハウジング側フランジとノズル壁面フランジとが連結関係にあったため、スクロール本体の熱変形等がベアリングハウジング側フランジとノズル壁面フランジとの相対配置関係を撹乱する要因となっていた。このため、スクロール本体の熱変形等に伴い、チップクリアランスが変化し、過給性能が低下するという事態を招いた。そこで本発明では、スクロール本体(又は周辺部品)が熱変形を起こしたとしても、ベアリングハウジング側フランジとノズル壁面フランジとの配置関係が極力維持されるように工夫した。 The inventor of the present application has completed the present invention based on the following knowledge and idea regarding the turbocharger with nozzle vanes. That is, in the turbocharger with nozzle vanes, the gas flow in the turbine housing is dominated by the gas flow control by the nozzle vane rather than the cross-sectional area of the annular tunnel-shaped exhaust gas passage defined by the scroll body, and therefore the heat of the exhaust gas. Even if the scroll main body is somewhat thermally deformed, the supercharging performance should not be affected by that. However, in a turbocharger with a nozzle vane, a bearing housing side flange as a joint for connecting the turbine housing to a bearing housing that rotatably supports the exhaust turbine, and a nozzle wall surface for positioning the nozzle vane in the thrust direction The positional relationship or dimensional relationship between the flanges determines the tip clearance that has a significant effect on the supercharging performance. In addition, in the conventional turbine housing, the bearing housing side flange and the nozzle wall flange are connected via the scroll body (only), so that the thermal deformation of the scroll body is caused by the relative relationship between the bearing housing side flange and the nozzle wall flange. It was a factor that disturbed the arrangement. For this reason, with the thermal deformation etc. of the scroll body, the tip clearance is changed and the supercharging performance is lowered. Therefore, in the present invention, even if the scroll main body (or peripheral parts) is thermally deformed, the invention is devised so that the arrangement relationship between the bearing housing side flange and the nozzle wall surface flange is maintained as much as possible.
請求項1の発明は、ノズルベーン付きターボチャージャー用のタービンハウジングであって、環状トンネル状の排気ガス通路を区画形成するスクロール本体と、前記スクロール本体の側部に設けられた排気ガス入口と、前記スクロール本体の正面側中央部に設けられた排気ガス出口と、排気タービンを回転可能に支持するベアリングハウジングに対して当該タービンハウジングを接続するための継手部として、前記スクロール本体の背面側に設けられたベアリングハウジング側フランジと、前記スクロール本体に対し前記ノズルベーンをスラスト方向に位置決めするための規制部として、前記スクロール本体の中央域且つ前記排気ガス出口の近傍に設けられたノズル壁面フランジと、前記ベアリングハウジング側フランジと前記ノズル壁面フランジとを相互連結するための複数の柱状連結部とを備えることを特徴とするタービンハウジングである。
The invention of
請求項1によれば、ベアリングハウジング側フランジとノズル壁面フランジとを複数の柱状連結部で連結することで、これらの機械的剛性及び寸法安定性を高めている。このため、排気ガスの熱でタービンハウジングのスクロール本体及び/又はタービンハウジングの周辺部品が熱変形を起こしたとしても、柱状連結部によって相互連結されたベアリングハウジング側フランジ及びノズル壁面フランジは上記熱変形の影響をあまり受けない。つまり、タービンハウジングと当該ハウジング内に組み込まれる排気タービンとの間のチップクリアランスを決定付けるところのベアリングハウジング側フランジとノズル壁面フランジとの間の相対配置関係(又は寸法関係)はほとんど変化しない。このように熱変形等によるチップクリアランスの変化を極力防止できるため、過給性能を低下させること無くスクロール本体の薄肉化(ひいては低熱容量化及び軽量化)を図ることができる。 According to the first aspect, the mechanical rigidity and the dimensional stability are enhanced by connecting the bearing housing side flange and the nozzle wall surface flange with the plurality of columnar connecting portions. For this reason, even if the scroll body of the turbine housing and / or peripheral components of the turbine housing are thermally deformed by the heat of the exhaust gas, the bearing housing side flange and the nozzle wall flange interconnected by the columnar connecting portions are not affected by the heat deformation. Not much affected by That is, the relative arrangement relationship (or dimensional relationship) between the bearing housing side flange and the nozzle wall surface flange, which determines the tip clearance between the turbine housing and the exhaust turbine incorporated in the housing, hardly changes. Thus, since the change of the tip clearance due to thermal deformation or the like can be prevented as much as possible, the scroll main body can be thinned (and hence reduced in heat capacity and weight) without deteriorating the supercharging performance.
請求項2の発明は、請求項1に記載のタービンハウジングにおいて、前記ベアリングハウジング側フランジ、前記ノズル壁面フランジ及び前記複数の柱状連結部は、予め一体鋳造された単一の鋳造部品として形成されていることを特徴とする(図9参照)。 According to a second aspect of the present invention, in the turbine housing according to the first aspect, the bearing housing side flange, the nozzle wall surface flange, and the plurality of columnar connecting portions are formed as a single cast part integrally cast in advance. (Refer to FIG. 9).
請求項2によれば、ベアリングハウジング側フランジ、ノズル壁面フランジ及び複数の柱状連結部が予め一体鋳造された単一の鋳造部品として形成されている。それ故、ベアリングハウジング側フランジとノズル壁面フランジとの間の配置関係が鋳造段階で確定し、その結果、熱変形等によるチップクリアランスの変化を極力防止することができる。 According to the second aspect of the present invention, the bearing housing side flange, the nozzle wall surface flange, and the plurality of columnar connecting portions are formed as a single cast part integrally cast in advance. Therefore, the positional relationship between the bearing housing side flange and the nozzle wall surface flange is determined at the casting stage, and as a result, changes in the tip clearance due to thermal deformation or the like can be prevented as much as possible.
請求項3の発明は、ノズルベーン付きターボチャージャー用のタービンハウジングであって、環状トンネル状の排気ガス通路を区画形成するスクロール本体と、前記スクロール本体の側部に設けられた排気ガス入口と、前記スクロール本体の正面側中央部に設けられた排気ガス出口と、排気タービンを回転可能に支持するベアリングハウジングに対して当該タービンハウジングを接続するための継手部として、前記スクロール本体の背面側に設けられたベアリングハウジング側フランジと、前記スクロール本体に対し前記ノズルベーンをスラスト方向に位置決めするための規制部として、前記スクロール本体の中央域且つ前記排気ガス出口の近傍に設けられたノズル壁面フランジと、前記ベアリングハウジング側フランジと前記ノズル壁面フランジとを相互連結するための連結リングとを備え、前記連結リングは、周方向に延びる複数の通気スリットと、前記複数の通気スリット間に存在する複数の柱状連結部とを有することを特徴とするタービンハウジングである。
The invention of
請求項3によれば、ベアリングハウジング側フランジとノズル壁面フランジとを複数の柱状連結部を有する連結リングで連結することで、これらの機械的剛性及び寸法安定性を高めている。このため、排気ガスの熱でタービンハウジングのスクロール本体及び/又はタービンハウジングの周辺部品が熱変形を起こしたとしても、連結リングの柱状連結部によって相互連結されたベアリングハウジング側フランジ及びノズル壁面フランジは上記熱変形の影響をあまり受けない。つまり、タービンハウジングと当該ハウジング内に組み込まれる排気タービンとの間のチップクリアランスを決定付けるところのベアリングハウジング側フランジとノズル壁面フランジとの間の相対配置関係(又は寸法関係)はほとんど変化しない。このように熱変形等によるチップクリアランスの変化を極力防止できるため、過給性能を低下させること無くスクロール本体の薄肉化(ひいては低熱容量化及び軽量化)を図ることができる。また、複数の柱状連結部を連結リングという単一部品にひとまとめにしているので、ベアリングハウジング側フランジ及びノズル壁面フランジに対して連結リングを正確に位置決めするだけで、両フランジに対して個々の柱状連結部を一度に位置決めすることができ、複数の柱状連結部のタービンハウジングに対する組み付け性を良くすることができる。 According to the third aspect, the mechanical rigidity and the dimensional stability are enhanced by connecting the bearing housing side flange and the nozzle wall surface flange with the connecting ring having a plurality of columnar connecting portions. For this reason, even if the scroll body of the turbine housing and / or peripheral components of the turbine housing are thermally deformed by the heat of the exhaust gas, the bearing housing side flange and the nozzle wall surface flange interconnected by the columnar connecting portion of the connecting ring are Not affected by the heat deformation. That is, the relative arrangement relationship (or dimensional relationship) between the bearing housing side flange and the nozzle wall surface flange, which determines the tip clearance between the turbine housing and the exhaust turbine incorporated in the housing, hardly changes. Thus, since the change of the tip clearance due to thermal deformation or the like can be prevented as much as possible, the scroll main body can be thinned (and hence reduced in heat capacity and weight) without deteriorating the supercharging performance. In addition, since a plurality of columnar connection parts are grouped into a single part called a connection ring, each columnar connection is made to both flanges by simply positioning the connection ring with respect to the bearing housing side flange and the nozzle wall flange. The connecting portions can be positioned at a time, and the assemblability of the plurality of columnar connecting portions with respect to the turbine housing can be improved.
請求項4の発明は、請求項3に記載のタービンハウジングにおいて、前記連結リングは、前記複数の通気スリットの一群を間に挟んだ前端側及び後端側の環状部を更に有しており、前記連結リングの一方端の環状部を前記ベアリングハウジング側フランジの内周部に溶接すると共に、前記連結リングの他方端の環状部を前記ノズル壁面フランジの外周部に溶接したことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the turbine housing according to the third aspect, the connection ring further includes a front end side and a rear end side annular portion sandwiching a group of the plurality of ventilation slits, The annular portion at one end of the connecting ring is welded to the inner peripheral portion of the bearing housing side flange, and the annular portion at the other end of the connecting ring is welded to the outer peripheral portion of the nozzle wall surface flange.
請求項4によれば、連結リングの一方端の環状部をベアリングハウジング側フランジの内周部に溶接すると共に、連結リングの他方端の環状部をノズル壁面フランジの外周部に溶接したことで、ベアリングハウジング側フランジとノズル壁面フランジとが相互連結される。
According to
請求項5の発明は、請求項3に記載のタービンハウジングにおいて、前記ベアリングハウジング側フランジにおける前記スクロール本体に面した部位を全周にわたって覆うためのリング形状のベアリングハウジング側フランジカバーを更に備え、このベアリングハウジング側フランジカバーは、当該フランジカバーと前記ベアリングハウジング側フランジとの間に環状の断熱空間を区画形成し、且つ前記スクロール本体と共に前記環状トンネル状の排気ガス通路を区画形成するものであり、前記ベアリングハウジング側フランジカバーと前記連結リングとは、予め一体成形された単一の部品として形成されていることを特徴とする(図10及び図11参照)。 According to a fifth aspect of the present invention, the turbine housing according to the third aspect further comprises a ring-shaped bearing housing side flange cover for covering the part of the bearing housing side flange facing the scroll body over the entire circumference. The bearing housing side flange cover defines an annular heat insulating space between the flange cover and the bearing housing side flange, and defines the annular tunnel-shaped exhaust gas passage together with the scroll body. The bearing housing side flange cover and the connection ring are formed as a single component that is integrally molded in advance (see FIGS. 10 and 11).
請求項5によれば、ベアリングハウジング側フランジカバーと連結リングとを予め一体成形した単一の部品とすることで、部品点数の減少を図ることができる。なお、ベアリングハウジング側フランジには、当該フランジにおけるスクロール本体に面した部位を全周にわたって覆うリング形状のベアリングハウジング側フランジカバーが装着され、その結果、ベアリングハウジング側フランジカバーとベアリングハウジング側フランジとの間には環状の断熱空間が区画形成される。このため、当該フランジカバーにガイドされながら環状トンネル状排気ガス通路を流れる高温の排気ガスは、ベアリングハウジング側フランジに直接接触することがない。それ故、ベアリングハウジング側フランジの構成材料として、高価な高耐熱材料ではなく、比較的安価な通常グレードの材料を使用することができる。また、熱容量が比較的大きいベアリングハウジング側フランジに高温の排気ガスが直接当たらないことによって排気ガスの温度低下が抑制されるため、エンジンの冷間始動時における早期暖機や排気ガス浄化触媒の早期活性化を図りやすい。 According to the fifth aspect, the number of parts can be reduced by forming the bearing housing side flange cover and the connecting ring as a single part integrally molded in advance. The bearing housing side flange is provided with a ring-shaped bearing housing side flange cover that covers the entire surface of the flange facing the scroll body. As a result, the bearing housing side flange cover and the bearing housing side flange are connected to each other. An annular heat insulating space is defined between them. For this reason, the high-temperature exhaust gas flowing through the annular tunnel-shaped exhaust gas passage while being guided by the flange cover does not directly contact the bearing housing side flange. Therefore, as a constituent material of the bearing housing side flange, a relatively inexpensive normal grade material can be used instead of an expensive high heat resistant material. In addition, since the temperature drop of the exhaust gas is suppressed by the high-temperature exhaust gas not directly hitting the bearing housing side flange having a relatively large heat capacity, early warm-up at the cold start of the engine and early exhaust gas purification catalyst Easy to activate.
請求項6の発明は、請求項1〜5のいずれか一項に記載のタービンハウジングにおいて、前記複数の柱状連結部の各々はその横断面形状が扇形をなしており、各柱状連結部の一側面には、扇形横断面の一側辺に沿った排気ガス誘導用の傾斜面が、ターボ軸中心(C)と当該傾斜面の内側エッジ(E1)とを結ぶ半径方向線に対し30°〜60°の傾斜角(θ)を持つように形成されていることを特徴とする。 A sixth aspect of the present invention is the turbine housing according to any one of the first to fifth aspects, wherein each of the plurality of columnar connecting portions has a sector shape in cross section, and one of the columnar connecting portions is one of the columnar connecting portions. On the side surface, an inclined surface for guiding exhaust gas along one side of the sector cross section is 30 ° to a radial line connecting the turbo shaft center (C) and the inner edge (E1) of the inclined surface. It is characterized by having an inclination angle (θ) of 60 °.
請求項6によれば、各柱状連結部の一側面に形成された排気ガス誘導用の傾斜面は、排気ガスの流れをガイドする。このため、スクロール本体の環状トンネル状排気ガス通路から、複数の柱状連結部の間(つまり通気スリット)を経由してノズルベーンに到る径方向排気ガス通路の通気抵抗を小さくでき、柱状連結部を設けたことによる過給効率の低下を極力防止することができる。 According to the sixth aspect, the inclined surface for guiding the exhaust gas formed on one side surface of each columnar connecting portion guides the flow of the exhaust gas. For this reason, it is possible to reduce the ventilation resistance of the radial exhaust gas passage from the annular tunnel-like exhaust gas passage of the scroll body to the nozzle vane via the space between the plurality of column-like connection portions (that is, the ventilation slits). A reduction in supercharging efficiency due to the provision can be prevented as much as possible.
請求項7の発明は、請求項1〜6のいずれか一項に記載のタービンハウジングにおいて、前記複数の柱状連結部は、前記スクロール本体及び/又は前記ノズル壁面フランジに複数形成されたノズルベーン取り付け用ボルト孔の近傍にそれぞれ設けられていることを特徴とする。 A seventh aspect of the present invention is the turbine housing according to any one of the first to sixth aspects, wherein the plurality of columnar connecting portions are for mounting nozzle vanes formed in the scroll body and / or the nozzle wall surface flange. It is provided respectively in the vicinity of the bolt hole.
請求項7によれば、各柱状連結部をノズルベーン取り付け用ボルト孔の近傍に設けることで、取り付けボルトを用いてノズルベーンをタービンハウジングに装着した場合でも、複数の柱状連結部の間(つまり通気スリット)の開口面積が比較的広く確保される。このため、スクロール本体の環状トンネル状排気ガス通路から、複数の柱状連結部の間(つまり通気スリット)を経由してノズルベーンに到る径方向排気ガス通路の通気抵抗を小さくでき、柱状連結部を設けたことによる過給効率の低下を極力防止することができる。 According to the seventh aspect, by providing each columnar coupling portion in the vicinity of the nozzle vane mounting bolt hole, even when the nozzle vane is mounted to the turbine housing using the mounting bolt, the columnar coupling portions (that is, the ventilation slits) are provided. ) Is relatively large. For this reason, it is possible to reduce the ventilation resistance of the radial exhaust gas passage from the annular tunnel-like exhaust gas passage of the scroll body to the nozzle vane via the space between the plurality of column-like connection portions (that is, the ventilation slits). A reduction in supercharging efficiency due to the provision can be prevented as much as possible.
請求項8の発明は、請求項1〜7のいずれか一項に記載のタービンハウジングにおいて、前記環状トンネル状の排気ガス通路は、その全周にわたって断面積及び断面形状が共にほぼ一定となるように形成されていることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the turbine housing according to any one of the first to seventh aspects, the annular tunnel-shaped exhaust gas passage has a substantially constant cross-sectional area and cross-sectional shape over the entire circumference. It is characterized by being formed.
請求項8によれば、環状トンネル状排気ガス通路の一部分がボトルネックとなってノズルベーンの効果が減殺されることが防止され、ターボチャージャーの過給性能を向上させることが可能になる(詳細は後述)。 According to the eighth aspect, it is possible to prevent the effect of the nozzle vane from being reduced due to a part of the annular tunnel-shaped exhaust gas passage being a bottleneck, and it is possible to improve the supercharging performance of the turbocharger. Later).
各請求項に記載のノズルベーン付きターボチャージャー用のタービンハウジングによれば、スクロール本体を薄肉化した場合でも、熱変形等によるチップクリアランスの変化を極力防止することができる。 According to the turbine housing for a turbocharger with nozzle vanes described in each claim, even when the scroll body is thinned, a change in the tip clearance due to thermal deformation or the like can be prevented as much as possible.
以下、本発明の一実施形態に従う可変ノズルベーン付きターボチャージャー用のタービンハウジングを図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, a turbine housing for a turbocharger with a variable nozzle vane according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1〜図6に示すように、本実施形態のタービンハウジングは、スクロール本体1、出口フランジ2、ベアリングハウジング側フランジ3、入口フランジ4、ノズル壁面フランジ5、環状補強部材6、ベアリングハウジング側フランジカバー7及び連結リング8を備えている。なお、各図に示した中心軸線Cは、タービンハウジング及びスクロール本体1に共通の中心軸線であると共に、ターボチャージャーにおけるターボ軸中心でもある。
As shown in FIGS. 1 to 6, the turbine housing of this embodiment includes a
図1〜図3に示すように、スクロール本体1は、正面視がほぼ円形状をなすと共に、中心軸線Cを包含するような任意の仮想断面において中心軸線Cに対し高い対称性を持った形状となっている。図2に示すように、スクロール本体1は、あたかもドーナツのように膨らんだ略リング形状をなす外周部1aと、その略リング状外周部1aの径方向内側領域であるスクロール本体中心域に位置する出口孔周辺壁1bとを有している。スクロール本体の略リング状外周部1aは、後述するベアリングハウジング側フランジカバー7と共に環状トンネル状の排気ガス通路11を区画形成する。また、スクロール本体の出口孔周辺壁1bは、前記略リング状外周部1aの正面側内周部から中心軸線Cに向かって(つまりタービンハウジングの半径方向に)鍔状に延設されており、中心軸線Cに対してほぼ直交している。なお、スクロール本体1は、例えばステンレス鋼板をプレスして得た半割り部品を重ね合わせ接合又は突合せ接合して溶接することにより得られる板金製品、又は、中空な金属素材を液圧成形(ハイドロフォーミング)することにより得られる一体成形品として提供される。スクロール本体1の肉厚は、好ましくは0.8〜2.5mmである。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
スクロール本体1の出口孔周辺壁1bの中央部には、出口孔周辺壁1bの内周端部によって円形状の出口孔12が区画形成されている。この出口孔12は、スクロール本体1の中央部正面に開口したタービンハウジングからの排気ガス出口である。そして図1(A)及び図2に示すように、出口孔周辺壁1bの正面側には、環状補強部材6を介して出口フランジ2が装着されている。より具体的には、環状補強部材6は、出口孔12とほぼ同径の中心軸線Cに沿って延びる円筒状首部6aと、その円筒状首部6aの基端部からタービンハウジングの半径方向外向きに延びる鍔状スカート部6bとを少なくとも有している。そして、スクロール本体の出口孔周辺壁1bの正面側に鍔状スカート部6bを接合した状態で全周溶接(図2のW1及びW2)を施すことにより、環状補強部材6がスクロール本体1に対し溶接固定されている。また、環状補強部材の円筒状首部6aの先端部付近に略リング形状の出口フランジ2を外嵌した状態で全周溶接(W3)を施すことにより、スクロール本体1及び環状補強部材6に対し出口フランジ2が溶接固定されている。なお、出口フランジ2は、タービンハウジングの出口孔12に対し、タービンハウジングよりも下流側の外部配管(例えばエルボ等)を接続するためのフランジ継手(継手部)である。
A
図1(C)及び図2に示すように、スクロール本体1の略リング状外周部1aの背面側内周縁の内側領域には、略リング形状のベアリングハウジング側フランジ3(「センターハウジング側フランジ」ともいう)が設けられている。このベアリングハウジング側フランジ3は、ターボチャージャーのベアリングハウジングに対してタービンハウジングを接続固定するためのフランジ継手(継手部)の役割と、可変ノズルベーン20及び/又は排気タービンT(図2に二点鎖線で示す)をラジアル方向に位置決めするための規制部としての役割とを担う。
As shown in FIGS. 1C and 2, a substantially ring-shaped bearing housing side flange 3 (“center housing side flange”) is formed in the inner region of the rear side inner peripheral edge of the substantially ring-shaped outer
図2に示すように、ベアリングハウジング側フランジ3には、当該フランジ3におけるスクロール本体1に面した正面側部位を全周にわたって覆うためのベアリングハウジング側フランジカバー7が装着されている。このフランジカバー7は概してリング形状をなすと共に、フランジカバー7の外周部7aは中心軸線Cを中心とする短円筒リング形状に形成されている。フランジカバー7の構成素材としては、スクロール本体1の構成素材と同等又はそれ以上の高耐熱材(例えばフェライト系ステンレス鋼)を使用することが好ましい。フランジカバー7の厚さは、好ましくは0.5〜3.0mmである。そして、フランジカバー7の外周部7aは、ベアリングハウジング側フランジ3の環状外周部の外側面に外嵌された状態で全周溶接(W4)されることにより、フランジ3の環状外周部に対して溶接固定されている。また、フランジカバー7の内周部7bは、ベアリングハウジング側フランジ3の環状前端部に当接した状態で全周溶接(W5)されることにより、フランジ3の環状前端部に対して溶接固定されている。その結果、フランジカバー7とベアリングハウジング側フランジ3との間には環状の断熱空間10が確保されている。
As shown in FIG. 2, the bearing
更に本実施形態では、スクロール本体1の外周部1aの背面側内周縁がフランジカバー7の外周部7aに対し全周溶接(W4)されることにより、スクロール本体1とフランジカバー7とが連結されている。その結果、スクロール本体の外周部1aとフランジカバー7とが共同して環状トンネル状の排気ガス通路11を区画している。即ち、ベアリングハウジング側フランジ3におけるスクロール本体1に面した正面側部位を全周にわたって覆うリング形状のフランジカバー7は、排気ガス通路11に沿った排気ガスの流れをガイドするための排気ガス通路区画壁としての役割と、高温の排気ガスがベアリングハウジング側フランジ3に直接接触するのを防止するガス遮断壁としての役割とを担う。
Furthermore, in this embodiment, the
図1及び図3に示すように、スクロール本体1の側部(図3では上端部)には、排気ガス入口としての入口孔13が形成され、その入口孔13を区画しているスクロール本体1の壁部の外側には、入口フランジ4が設けられている。入口フランジ4は、タービンハウジングの入口孔13に対し、タービンハウジングよりも上流側の外部配管(図示略)を接続するためのフランジ継手(継手部)である。更に図3に示すように、スクロール本体1の排気ガス通路11内であって入口孔13の内側には、湾曲したガイド壁14aを備えたガイド部材14が設けられている。ガイド部材14はその湾曲したガイド壁14aによって、入口孔13に進入した排気ガスを環状トンネル状排気ガス通路11の一方の側に導くことで、当該排気ガス通路11内に一方向のガス流れを作り出す働きをする。なお、ガイド部材14は、スクロール本体1内に区画形成された環状トンネル状排気ガス通路11の入口位置(環状トンネルの始点)と、環状トンネル状排気ガス通路11の巻終り位置(環状トンネルの終点)との境をなす仕切り材でもある。
As shown in FIGS. 1 and 3, an
本実施形態における環状トンネル状排気ガス通路11は、その全周にわたって通路の断面積がほぼ一定であり且つ通路の断面形状もほぼ一定となるように形成されている。即ち図7のグラフに示すように、環状トンネル状排気ガス通路11の入口位置(0°の位置)から巻終り位置(360°の位置)に到るまでの全周にわたるどの位置においても、通路断面積が一定となっている。これに対し、比較例(従来型の徐変断面形状のタービンハウジング)では、排気ガス通路の入口位置から巻終り位置に向かうに従い、通路断面積が徐々に減少する傾向にある。
The annular tunnel-shaped
図2に示すように、スクロール本体1の中央域であって出口孔周辺壁1bの内壁面側には、円板状リング形状のノズル壁面フランジ5が設けられている。ノズル壁面フランジ5は、出口孔周辺壁1bに接合した状態で全周溶接(W1)を施すことにより、スクロール本体1に一体化されている。ノズル壁面フランジ5は、スクロール本体1に対して可変ノズルベーン20(二点鎖線で示す)をスラスト方向に位置決めするための規制部としての役割と、可変ノズルベーン20を構成する複数のベーン21(破線で示す)に隣接してベーン間通路の区画形成に関与するベーン間通路区画壁としての役割とを担う。
As shown in FIG. 2, a disk-shaped ring-shaped
図2に示すように、ベアリングハウジング側フランジ3とノズル壁面フランジ5とはスラスト方向に所定間隔を隔てて離間配置されるため、フランジ3の環状前端部とノズル壁面フランジ5の外周部との間には環状の隙間が確保される。この環状の隙間を介して環状トンネル状排気ガス通路11と、タービンハウジングの内部中央域に設定される排気タービンT(二点鎖線で示す)の収容室15とが連通可能となっている。なお、排気タービン収容室15に排気タービンTを収容したとき、排気タービンTの外周部とノズル壁面フランジ5の内周部との間には、スラストクリアランスC1(「入口側クリアランス」ともいう)及びラジアルクリアランスC2(「出口側クリアランス」ともいう)が確保される。これらのクリアランスC1,C2こそが、タービンハウジングと排気タービンTとの間のチップクリアランスに相当する。
As shown in FIG. 2, the bearing
図1(A),(C)及び図3に示すように、タービンハウジングの正面側多重壁を構成すべく重ね合わされた環状補強部材6の鍔状スカート部6b、スクロール本体1の出口孔周辺壁1b及びノズル壁面フランジ5には、当該タービンハウジングに可変ノズルベーン20を取り付けるためのボルト孔16が複数(本例では3つ)貫通形成されている。
As shown in FIGS. 1 (A), 1 (C) and FIG. 3, the flange-
図2及び図3に示すように、ベアリングハウジング側フランジ3とノズル壁面フランジ5との間には、金属製の短円筒状リング形状の連結リング8が介装されると共に、この連結リング8によって両フランジ3,5は相互に連結されている。より具体的には図5及び図6に示すように、連結リング8は、周方向に延びる複数の通気スリットS(本例では3条)と、これらの通気スリットS間に存在する複数の柱状連結部81(本例では3柱)と、一群の通気スリットSを挟んでその前後にそれぞれ位置する前端側環状部82及び後端側環状部83とを有している。つまり、前端側環状部82と後端側環状部83とは3つの柱状連結部81を介して相互連結されている。なお、通気スリットSは、排気タービン収容室15を含むタービンハウジングの中央域と、環状トンネル状排気ガス通路11とを連通させる径方向排気ガス通路を提供する。
As shown in FIGS. 2 and 3, a metal short cylindrical ring-shaped connecting
そして、連結リングの前端側環状部82がノズル壁面フランジ5の外周部に対し全周溶接(W6)されると共に、連結リングの後端側環状部83が、ベアリングハウジング側フランジ3の内周部に形成された環状段差部3aに係合され且つ当該フランジ3の内周部に対し全周溶接(W7)されることで、連結リング8(より本質的には連結リングの柱状連結部81)は、ベアリングハウジング側フランジ3とノズル壁面フランジ5とを強固に連結している。連結リング8の肉厚は、好ましくは1.0〜5.0mmである。連結リング8を比較的厚手にすることで強度や耐熱性を向上させたい場合には、例えば厚さ2mmの板状リングを2枚重ね合わせて厚さ4mmの連結リング8としてもよい。
The front end side
図3、図4及び図6に示すように、柱状連結部81の各々は、その横断面形状が扇形をなすように形成されている。そして、各柱状連結部81の両側面(即ち扇形横断面における内側円弧及び外側円弧以外の二側辺に沿った側面)には、排気ガス誘導用の傾斜面84が形成されている。この排気ガス誘導用の傾斜面84は、扇形横断面における内側円弧の一端につながる内側エッジE1と、扇形横断面における外側円弧の一端につながる外側エッジE2とを有している。傾斜面84は、ターボ軸中心Cと傾斜面84の内側エッジE1とを結ぶ半径方向線に対して所定の傾斜角θを持つように形成されている。
As shown in FIGS. 3, 4, and 6, each of the columnar connecting
傾斜面84の傾斜角θは、連結リング8の内側領域に配設されることになる可変ノズルベーン20の開度(より具体的にはベーン21の取付け角度及びその角度可変範囲)との関係を考慮して決定される。本実施形態では、傾斜面84の傾斜角θを約45°に設定したが、傾斜角θは30°〜60°の範囲に設定されることが好ましい。というのも、傾斜角θが30°よりも小さいと、傾斜面84による排気ガスの誘導効果が低くなり、柱状連結部81を設けたことがタービンハウジング内の通気抵抗を増大させる原因となり得る。他方、傾斜角θが60°よりも大きいと、傾斜面84による排気ガスの誘導効果が低くなるのみならず、柱状連結部81の柱幅が広がることで通気スリットSの通気断面積を相対的に小さくする結果となり、タービンハウジング内の通気抵抗を過度に増大させるおそれがある。
The inclination angle θ of the
連結リング8をタービンハウジング内に固定する際には、連結リングの3つの柱状連結部81がそれぞれノズル壁面フランジ5及びスクロール本体1に貫通形成された3つの可変ノズルベーン取付け用ボルト孔16の近傍に位置するように、連結リング8がスクロール本体1に対して位置決めされる。具体的には図4に示すように、各柱状連結部81の扇型横断面における内側円弧(二つの傾斜面84の内側エッジE1,E1を結ぶ円弧)が前記ボルト孔16に対面するように、あるいは、ターボ軸中心Cと前記ボルト孔16の中心とを結ぶ半径方向線の延長上に各柱状連結部81が位置するように、連結リング8が位置決めされる。また、各柱状連結部81の周方向柱幅の最小値(つまり図4における内側エッジE1,E1間の距離又は間隔)は、前記ボルト孔16の直径(つまり取付けボルトの径)とほぼ同等又はそれ以下に設定されている。
When the
本実施形態では、連結リングの柱状連結部81を横断面扇形の柱形状としたこと、柱状連結部81の側部に傾斜角θの排気ガス誘導用傾斜面84を形成したこと、柱状連結部81を可変ノズルベーン取付け用ボルト孔16の近傍に配置したこと、及び、柱状連結部81の周方向柱幅の最小値をボルト孔16の直径(即ち取付けボルトの径)とほぼ同等又はそれ以下に設定したことの相乗効果により、スクロール本体の環状トンネル状排気ガス通路11から通気スリットSを経由して可変ノズルベーン20に到る径方向排気ガス通路の通気抵抗を極力小さくしている。
In the present embodiment, the
ところで、本実施形態のタービンハウジングは、ターボチャージャーの排気タービン部において、当該タービンハウジング内に可変ノズルベーン20が組み込まれた状態で使用される。ターボチャージャーの稼動時、エンジンからの排気ガスは、入口孔13を介して環状トンネル状排気ガス通路11に進入し、ガイド部材14に導かれて当該通路11内を一方向に流れる。排気ガス通路11を流れる排気ガスは、通気スリットS及び可変ノズルベーン20のベーン間通路を通ってタービンハウジングの中心域に配設された排気タービンTに作用し、その後、出口孔12を通って下流側に排出される。排気タービンTに作用する排気ガスの流量又は流速は、可変ノズルベーン20の開度(つまりベーン21の傾角に対応するベーン間通路の連通断面積)を調節することによって制御される。即ち、エンジンの低速回転時(排気ガス流量小の時)には、可変ノズルベーン20の開度を絞ることにより、ベーン間通路を通過する排気ガスの流速を高めて過給圧を増大させる。他方、エンジンの高速回転時(排気ガス流量大の時)には、可変ノズルベーン20の開度を大きく開くことにより、排気抵抗を低減し、ベーン間通路を通過する排気ガス流量を増大させて過給圧を増大させる。
By the way, the turbine housing of this embodiment is used in the state where the
エンジンの低速回転時には可変ノズルベーン20の開度を絞るような制御がなされるため、タービンハウジングの排気ガス通路11の断面積及び断面形状が全周にわたってほぼ一定であるか、それとも徐変断面形状が採用されているかは、過給性能にほとんど影響を及ぼさない。これに対し、エンジンの高速回転時には、可変ノズルベーン20の開度を大きく開くような制御がなされるため、タービンハウジングの排気ガス通路11の断面積及び断面形状が全周にわたってほぼ一定であるか、それとも徐変断面形状が採用されているかは、過給性能に大きく影響する。
Since control is performed to reduce the opening of the
例えば、徐変断面形状を採用する従来のタービンハウジング(図7の比較例)の場合には、タービンハウジングの排気ガス通路11の一部に、可変ノズルベーン20の最大開度よりも通路断面積が狭くなる部位(狭断面部)があり、そのために、タービンハウジングを経由するガス流れは、可変ノズルベーン20の開度ではなく排気ガス通路11中の上記狭断面部の通路断面積によって支配される。つまり、排気ガス通路11中の狭断面部がターボチャージャーの排気タービン部における圧力損失の大きさを決定付け、過給性能をかなり低下させてしまう。これに対し本実施形態では、排気ガス通路11の断面積及び断面形状が全周にわたってほぼ一定であるため、排気ガス通路11の通路断面積を可変ノズルベーン20の最大開度よりも予め大きくしておくことができる。それ故、可変ノズルベーン20の開度の変更可能範囲に対応した過給圧制御を実現できると共に、図7の比較例に比べ、可変ノズルベーン20の最大開度時における排気タービン部の圧力損失を小さくして過給性能を向上させることができる。
For example, in the case of a conventional turbine housing adopting a gradually changing cross-sectional shape (comparative example in FIG. 7), the passage cross-sectional area is larger than the maximum opening of the
上記の考察を裏付けるべく、本実施形態及び比較例にそれぞれ従うタービンハウジングの特性評価を行った。具体的には、本実施形態のタービンハウジングを使用した可変ノズルベーン付きターボチャージャーと、従来のタービンハウジング(図7の比較例)を使用した可変ノズルベーン付きターボチャージャーとを用意し、それぞれを同型のエンジンに組み付けた。そして、それぞれのエンジンにつきエンジン全負荷性能評価試験を行った。この評価試験では、エンジン回転数と可変ノズルベーン20の開度との関係が同一条件となるように条件統一して、二つのターボチャージャーの過給性能を比較可能とした。図8はその評価試験の結果をグラフ化したものである。図8の横軸はエンジン回転数を示し、縦軸はエンジン出力を示す。前述のように、ターボチャージャー付きエンジンでは、エンジンの低速回転時には可変ノズルベーン20の開度は絞られ、その低速回転時よりもエンジン回転数が高速になるに伴い可変ノズルベーン20の開度が大きく開かれる。当然のことながら、同一エンジン回転数においてエンジン出力が高い方が、ターボチャージャーの過給性能がより優れていると評価される。
In order to support the above consideration, the characteristics of the turbine housing according to the present embodiment and the comparative example were evaluated. Specifically, a turbocharger with a variable nozzle vane using the turbine housing of the present embodiment and a turbocharger with a variable nozzle vane using a conventional turbine housing (comparative example of FIG. 7) are prepared, and each is the same type of engine. Assembled. An engine full load performance evaluation test was conducted for each engine. In this evaluation test, the conditions were unified so that the relationship between the engine speed and the opening degree of the
図8からわかるように、エンジン回転数が低速から中速の範囲では(つまり可変ノズルベーン20の開度が絞られているときには)、本実施形態と比較例とでエンジン出力にほとんど違いはない。ところが、エンジン回転数が中速から高速の範囲では(つまり可変ノズルベーン20の開度が大きく開かれているときには)、本実施形態のタービンハウジングを使用したターボチャージャー付きエンジンのエンジン出力は比較例を常に上回っている。つまり、可変ノズルベーン20の開度が大きくなるとき(エンジンの高速回転時)には、明らかに比較例よりも本実施形態の方が優れた過給性能を示した。図8の結果は、上述の考察を裏付けるものである。
As can be seen from FIG. 8, when the engine speed is in the range from low speed to medium speed (that is, when the opening of the
[実施形態の効果]
本実施形態によれば、ベアリングハウジング側フランジ3とノズル壁面フランジ5とを複数の柱状連結部81を有する連結リング8で直接連結することで、これらの機械的剛性及び寸法安定性を高めている。このため、排気ガスの熱でスクロール本体1やタービンハウジングの周辺部品(例えばエキゾーストマニホールドやターボエルボ等)が熱変形を起こしたとしても、連結リングの柱状連結部81によって相互連結されたベアリングハウジング側フランジ3及びノズル壁面フランジ5は上記熱変形の影響をあまり受けない。つまり、タービンハウジングと排気タービンTとの間のチップクリアランスC1,C2を決定付けているところのベアリングハウジング側フランジ3とノズル壁面フランジ5との間の相対配置関係又は寸法関係はほとんど変化しない。このように本実施形態によれば、熱変形等によるチップクリアランスC1,C2の変化を極力防止することができる。また、スクロール本体1が熱変形した場合でもチップクリアランスC1,C2の変化を防止できるという長所を利用すれば、スクロール本体1を薄肉化してタービンハウジングの軽量化及び低熱容量化を図ることや、スクロール本体1の構成素材をより安価なものにすることでコスト低減を図ることが可能になる。
[Effect of the embodiment]
According to the present embodiment, the mechanical rigidity and the dimensional stability are enhanced by directly connecting the bearing
本実施形態では、複数の柱状連結部81を連結リング8という単一部品にひとまとめにしているので、ベアリングハウジング側フランジ3及びノズル壁面フランジ5に対して連結リング8を正確に位置決めするだけで、両フランジ3,5に対して個々の柱状連結部81を一度に位置決めすることができ、複数の柱状連結部81のタービンハウジングに対する組み付け性を良くすることができる。
In the present embodiment, since the plurality of columnar connecting
本実施形態では、環状トンネル状排気ガス通路11と排気タービン収容室15とをつなぐガス流路の途中に、障害物(通気抵抗の増大原因)となる柱状連結部81が存在していることになる。しかしながら上述のように、連結リングの柱状連結部81を横断面扇形の柱形状としたこと、柱状連結部81の側部に傾斜角θの排気ガス誘導用傾斜面84を形成したこと、柱状連結部81を可変ノズルベーン取付け用ボルト孔16の近傍に配置したこと、及び、柱状連結部81の周方向柱幅の最小値をボルト孔16の直径(即ち取付けボルトの径)とほぼ同等又はそれ以下に設定したことの相乗効果により、スクロール本体の環状トンネル状排気ガス通路11から通気スリットSを経由して可変ノズルベーン20に到る径方向排気ガス通路の通気抵抗を極力小さくできる。それ故、タービンハウジング内部に柱状連結部81を設けたことがターボチャージャーの過給性能の低下につながることは無く、上述のように熱変形等によるチップクリアランスC1,C2の変化を防止できるというプラス面が大きいので、柱状連結部81無しの従来構造の場合よりもむしろ過給性能が向上又は安定化する。
In the present embodiment, there is a columnar connecting
本実施形態によれば、環状トンネル状排気ガス通路11をその全周にわたって断面積及び断面形状がほぼ一定となるように形成しているので、排気ガス通路11の各位置における通路断面積を、当該位置に対応するベーン間通路の最大開き時の通路断面積よりも大きく設定することができる。それ故、環状トンネル状排気ガス通路11の一部分がボトルネックとなってノズルベーンの効果が減殺されることが防止され、ターボチャージャーの過給性能を比較例よりも向上させることができる。特に図8に示すように、可変ノズルベーン20が開き傾向にあるときには、エンジン出力を比較例よりも高めることができる。
According to the present embodiment, the annular tunnel-shaped
また、環状トンネル状排気ガス通路11を断面積のみならず断面形状についても当該排気ガス通路11の全周にわたってほぼ一定となるように形成したことで、中心軸線Cに対するスクロール本体1の対称性が非常に高められ、ターボチャージャーの稼動時にタービンハウジングが熱膨張を起こしたとしても、その熱膨張は中心軸線Cを中心として全ての方向にほぼ均等なものになる。従って、熱膨張の不均一性(又は非等方位性)に起因してタービンハウジングが中心軸線Cに対して傾斜変形し、その結果、タービンハウジングと排気タービンTとが干渉し合うというような機械的障害を生じ難い。また、上記のようにスクロール本体1が全方位に均等な熱変形特性を有することは、スクロール本体1の薄肉化を容易にし、熱容量の小さなターボチャージャーを構築し易くする。
In addition, the annular tunnel-like
ベアリングハウジング側フランジ3におけるスクロール本体外周部1aに面した部位を全周にわたって覆うリング形状のフランジカバー7を設けて、高温の排気ガスがベアリングハウジング側フランジ3に直接接触しないようにしたので、ベアリングハウジング側フランジ3の構成材料として、高価な高耐熱材料ではなく、比較的安価な材料(例えば通常グレードの鉄系金属)を使用することができる。また、熱容量が比較的大きいベアリングハウジング側フランジ3に高温の排気ガスが直接当たらないようにしたので、タービンハウジング内を流れる排気ガスの温度低下を極力抑制でき、その結果として、エンジンの冷間始動時における早期暖機や排気ガス浄化触媒の早期活性化を図ることができる。
Since the ring-shaped
[変更例]上記実施形態では、タービンハウジングの組み立て段階で、ベアリングハウジング側フランジ3及びノズル壁面フランジ5を、スリットS間に柱状連結部81を有する連結リング8により連結する構造としたが、図9に示すように、ベアリングハウジング側フランジ3、ノズル壁面フランジ5及び複数の柱状連結部81を予め一体鋳造した単一の鋳造部品として準備してもよい。この場合、ベアリングハウジング側フランジ3とノズル壁面フランジ5との間の配置関係は鋳造段階でほぼ確定する。
[Modification] In the above embodiment, at the stage of assembling the turbine housing, the bearing
[変更例]図10及び図11に示すように、ベアリングハウジング側フランジカバー7及び連結リング8を予め一体成形した単一の部品として準備することで、組立時の部品点数の減少を図ってもよい。その場合、特に図11に示すように、フランジカバー7の内周部分につながる板状円筒部を折り返し加工による二枚重ね構造としながら連結リング8部分を一体成形することは好ましい。連結リング8部分を二枚重ね構造とすることで、連結リング8の柱状連結部81の肉厚が増し強度アップが図られる。
[Modification] As shown in FIG. 10 and FIG. 11, the bearing housing
1…スクロール本体、2…出口フランジ、3…ベアリングハウジング側フランジ、4…入口フランジ、5…ノズル壁面フランジ、7…ベアリングハウジング側フランジカバー、8…連結リング、10…環状の断熱空間、11…環状トンネル状の排気ガス通路、12…出口孔(排気ガス出口)、13…入口孔(排気ガス入口)、16…可変ノズルベーン取付け用ボルト孔、20…可変ノズルベーン、81…柱状連結部、82…前端側環状部、83…後端側環状部、84…排気ガス誘導用の傾斜面、C…中心軸線(ターボ軸中心)、E1…傾斜面の内側エッジ、E2…傾斜面の外側エッジ、S…通気スリット、T…排気タービン。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
環状トンネル状の排気ガス通路を区画形成するスクロール本体と、
前記スクロール本体の側部に設けられた排気ガス入口と、
前記スクロール本体の正面側中央部に設けられた排気ガス出口と、
排気タービンを回転可能に支持するベアリングハウジングに対して当該タービンハウジングを接続するための継手部として、前記スクロール本体の背面側に設けられたベアリングハウジング側フランジと、
前記スクロール本体に対し前記ノズルベーンをスラスト方向に位置決めするための規制部として、前記スクロール本体の中央域且つ前記排気ガス出口の近傍に設けられたノズル壁面フランジと、
前記ベアリングハウジング側フランジと前記ノズル壁面フランジとを相互連結するための複数の柱状連結部とを備えることを特徴とするタービンハウジング。 A turbine housing for a turbocharger with nozzle vanes,
A scroll body for defining an annular tunnel-shaped exhaust gas passage;
An exhaust gas inlet provided on a side of the scroll body;
An exhaust gas outlet provided at the front center of the scroll body;
A bearing housing side flange provided on the back side of the scroll body as a joint for connecting the turbine housing to a bearing housing that rotatably supports the exhaust turbine;
As a restricting portion for positioning the nozzle vane in the thrust direction with respect to the scroll body, a nozzle wall surface flange provided in a central area of the scroll body and in the vicinity of the exhaust gas outlet,
A turbine housing comprising a plurality of columnar coupling portions for interconnecting the bearing housing side flange and the nozzle wall surface flange.
環状トンネル状の排気ガス通路を区画形成するスクロール本体と、
前記スクロール本体の側部に設けられた排気ガス入口と、
前記スクロール本体の正面側中央部に設けられた排気ガス出口と、
排気タービンを回転可能に支持するベアリングハウジングに対して当該タービンハウジングを接続するための継手部として、前記スクロール本体の背面側に設けられたベアリングハウジング側フランジと、
前記スクロール本体に対し前記ノズルベーンをスラスト方向に位置決めするための規制部として、前記スクロール本体の中央域且つ前記排気ガス出口の近傍に設けられたノズル壁面フランジと、
前記ベアリングハウジング側フランジと前記ノズル壁面フランジとを相互連結するための連結リングとを備え、
前記連結リングは、周方向に延びる複数の通気スリットと、前記複数の通気スリット間に存在する複数の柱状連結部とを有することを特徴とするタービンハウジング。 A turbine housing for a turbocharger with nozzle vanes,
A scroll body for defining an annular tunnel-shaped exhaust gas passage;
An exhaust gas inlet provided on a side of the scroll body;
An exhaust gas outlet provided at the front center of the scroll body;
A bearing housing side flange provided on the back side of the scroll body as a joint for connecting the turbine housing to a bearing housing that rotatably supports the exhaust turbine;
As a restricting portion for positioning the nozzle vane in the thrust direction with respect to the scroll body, a nozzle wall surface flange provided in a central area of the scroll body and in the vicinity of the exhaust gas outlet,
A coupling ring for interconnecting the bearing housing side flange and the nozzle wall surface flange;
The connection ring includes a plurality of ventilation slits extending in a circumferential direction and a plurality of columnar connection portions existing between the plurality of ventilation slits.
前記連結リングの一方端の環状部を前記ベアリングハウジング側フランジの内周部に溶接すると共に、前記連結リングの他方端の環状部を前記ノズル壁面フランジの外周部に溶接したことを特徴とする請求項3に記載のタービンハウジング。 The connection ring further includes an annular portion on a front end side and a rear end side sandwiching a group of the plurality of ventilation slits,
The annular portion at one end of the connecting ring is welded to the inner peripheral portion of the flange on the bearing housing side, and the annular portion at the other end of the connecting ring is welded to the outer peripheral portion of the nozzle wall surface flange. Item 4. The turbine housing according to Item 3.
各柱状連結部の一側面には、扇形横断面の一側辺に沿った排気ガス誘導用の傾斜面が、ターボ軸中心(C)と当該傾斜面の内側エッジ(E1)とを結ぶ半径方向線に対し30°〜60°の傾斜角(θ)を持つように形成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のタービンハウジング。 Each of the plurality of columnar connecting portions has a fan-shaped cross section,
On one side surface of each columnar connecting portion, an exhaust gas guiding inclined surface along one side of the sector cross section connects the turbo shaft center (C) and the inner edge (E1) of the inclined surface in the radial direction. The turbine housing according to claim 1, wherein the turbine housing is formed so as to have an inclination angle (θ) of 30 ° to 60 ° with respect to the line.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006289904A JP4847842B2 (en) | 2006-10-25 | 2006-10-25 | Turbine housing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006289904A JP4847842B2 (en) | 2006-10-25 | 2006-10-25 | Turbine housing |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008106667A true JP2008106667A (en) | 2008-05-08 |
JP4847842B2 JP4847842B2 (en) | 2011-12-28 |
Family
ID=39440244
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006289904A Expired - Fee Related JP4847842B2 (en) | 2006-10-25 | 2006-10-25 | Turbine housing |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4847842B2 (en) |
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6464463A (en) * | 1987-08-13 | 1989-03-10 | Tokyo Electric Co Ltd | Input scanning device |
WO2010082119A2 (en) | 2009-01-15 | 2010-07-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Turbocharger and manufacturing method for turbocharger |
JP2011085114A (en) * | 2009-10-19 | 2011-04-28 | Toyota Motor Corp | Turbocharger |
DE102009058534A1 (en) * | 2009-12-16 | 2011-06-22 | Bosch Mahle Turbo Systems GmbH & Co. KG, 70376 | Turbocharger has bearing housing, particularly made of cast material, where supporting cage structure and gas-bearing shell structure are formed in turbine housing |
WO2011078035A1 (en) * | 2009-12-21 | 2011-06-30 | 三菱重工業株式会社 | Turbine housing |
WO2011086467A2 (en) | 2010-01-15 | 2011-07-21 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Turbocharger and wheel housing |
WO2011095892A2 (en) | 2010-02-04 | 2011-08-11 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Turbocharger and turbocharger wheel housing |
JP2012057592A (en) * | 2010-09-13 | 2012-03-22 | Ihi Corp | Fixed vane type turbocharger |
WO2012077711A1 (en) | 2010-12-09 | 2012-06-14 | 三菱重工業株式会社 | Sheet metal turbine housing |
JP2012515295A (en) * | 2009-01-17 | 2012-07-05 | アイ・エイチ・アイ チャージング システムズ インターナショナル ゲーエムベーハー | Connection arrangement of turbine housing and bearing housing and exhaust turbocharger |
JP2013542372A (en) * | 2010-11-13 | 2013-11-21 | ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト | Insert parts for turbines for exhaust gas turbocharger, exhaust gas turbocharger, exhaust gas turbocharger |
JP2015505004A (en) * | 2012-01-18 | 2015-02-16 | アイ・エイチ・アイ チャージング システムズ インターナショナル ゲーエムベーハー | Exhaust gas turbocharger turbine guide mechanism and turbine |
WO2015093143A1 (en) * | 2013-12-19 | 2015-06-25 | 株式会社Ihi | Variable nozzle unit and variable-capacity supercharger |
JP2015224570A (en) * | 2014-05-27 | 2015-12-14 | カルソニックカンセイ株式会社 | Turbocharger |
CN106481374A (en) * | 2015-08-27 | 2017-03-08 | 韩华泰科株式会社 | Turbine apparatus |
JPWO2016071959A1 (en) * | 2014-11-04 | 2017-05-25 | 三菱重工業株式会社 | Turbine housing and method for manufacturing turbine housing |
CN108350797A (en) * | 2015-11-06 | 2018-07-31 | 康奈可关精株式会社 | Turbine case |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63147903A (en) * | 1986-12-09 | 1988-06-20 | Isuzu Motors Ltd | Turbine casing structure |
JP2004084667A (en) * | 2002-08-26 | 2004-03-18 | Borgwarner Inc | Turbocharger and its vane support ring |
-
2006
- 2006-10-25 JP JP2006289904A patent/JP4847842B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63147903A (en) * | 1986-12-09 | 1988-06-20 | Isuzu Motors Ltd | Turbine casing structure |
JP2004084667A (en) * | 2002-08-26 | 2004-03-18 | Borgwarner Inc | Turbocharger and its vane support ring |
Cited By (43)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6464463A (en) * | 1987-08-13 | 1989-03-10 | Tokyo Electric Co Ltd | Input scanning device |
WO2010082119A2 (en) | 2009-01-15 | 2010-07-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Turbocharger and manufacturing method for turbocharger |
JP2010163966A (en) * | 2009-01-15 | 2010-07-29 | Toyota Motor Corp | Turbocharger and method of manufacturing turbocharger |
WO2010082119A3 (en) * | 2009-01-15 | 2011-04-21 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Turbocharger and manufacturing method for turbocharger |
US9222367B2 (en) | 2009-01-15 | 2015-12-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Turbocharger and manufacturing method for turbocharger |
CN102282339A (en) * | 2009-01-15 | 2011-12-14 | 丰田自动车株式会社 | Turbocharger and manufacturing method for turbocharger |
JP2012515295A (en) * | 2009-01-17 | 2012-07-05 | アイ・エイチ・アイ チャージング システムズ インターナショナル ゲーエムベーハー | Connection arrangement of turbine housing and bearing housing and exhaust turbocharger |
JP2011085114A (en) * | 2009-10-19 | 2011-04-28 | Toyota Motor Corp | Turbocharger |
DE102009058534A1 (en) * | 2009-12-16 | 2011-06-22 | Bosch Mahle Turbo Systems GmbH & Co. KG, 70376 | Turbocharger has bearing housing, particularly made of cast material, where supporting cage structure and gas-bearing shell structure are formed in turbine housing |
CN102472115A (en) * | 2009-12-21 | 2012-05-23 | 三菱重工业株式会社 | Turbine housing |
EP3260670A1 (en) * | 2009-12-21 | 2017-12-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Turbine housing |
JP2011127575A (en) * | 2009-12-21 | 2011-06-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Turbine housing |
EP2441924B1 (en) * | 2009-12-21 | 2018-01-24 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Turbine housing |
WO2011078035A1 (en) * | 2009-12-21 | 2011-06-30 | 三菱重工業株式会社 | Turbine housing |
CN102472115B (en) * | 2009-12-21 | 2015-06-03 | 三菱重工业株式会社 | Turbine housing |
US20120275914A1 (en) * | 2009-12-21 | 2012-11-01 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Turbine housing |
US9194292B2 (en) | 2009-12-21 | 2015-11-24 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Turbine housing |
KR101329507B1 (en) * | 2009-12-21 | 2013-11-13 | 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 | Turbine housing |
WO2011086467A2 (en) | 2010-01-15 | 2011-07-21 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Turbocharger and wheel housing |
WO2011086467A3 (en) * | 2010-01-15 | 2011-11-17 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Wheel housing for a turbocharger |
US9234459B2 (en) | 2010-01-15 | 2016-01-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Turbocharger and wheel housing |
US9581045B2 (en) | 2010-02-01 | 2017-02-28 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Sheet metal turbine housing |
JP2011163129A (en) * | 2010-02-04 | 2011-08-25 | Toyota Motor Corp | Turbocharger and turbocharger wheel housing |
CN102741507A (en) * | 2010-02-04 | 2012-10-17 | 丰田自动车株式会社 | Turbocharger and turbocharger wheel housing |
WO2011095892A2 (en) | 2010-02-04 | 2011-08-11 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Turbocharger and turbocharger wheel housing |
WO2011095892A3 (en) * | 2010-02-04 | 2011-12-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Turbocharger and turbocharger wheel housing |
US9121281B2 (en) | 2010-02-04 | 2015-09-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Turbocharger and turbocharger wheel housing |
JP2012057592A (en) * | 2010-09-13 | 2012-03-22 | Ihi Corp | Fixed vane type turbocharger |
JP2013542372A (en) * | 2010-11-13 | 2013-11-21 | ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト | Insert parts for turbines for exhaust gas turbocharger, exhaust gas turbocharger, exhaust gas turbocharger |
CN102959197A (en) * | 2010-12-09 | 2013-03-06 | 三菱重工业株式会社 | Sheet metal turbine housing |
WO2012077711A1 (en) | 2010-12-09 | 2012-06-14 | 三菱重工業株式会社 | Sheet metal turbine housing |
JP2015505004A (en) * | 2012-01-18 | 2015-02-16 | アイ・エイチ・アイ チャージング システムズ インターナショナル ゲーエムベーハー | Exhaust gas turbocharger turbine guide mechanism and turbine |
JP2015117645A (en) * | 2013-12-19 | 2015-06-25 | 株式会社Ihi | Variable nozzle unit and variable displacement supercharger |
CN105814293A (en) * | 2013-12-19 | 2016-07-27 | 株式会社Ihi | Variable nozzle unit and variable displacement supercharger |
WO2015093143A1 (en) * | 2013-12-19 | 2015-06-25 | 株式会社Ihi | Variable nozzle unit and variable-capacity supercharger |
US10233828B2 (en) | 2013-12-19 | 2019-03-19 | Ihi Corporation | Variable nozzle unit and variable geometry system turbocharger |
JP2015224570A (en) * | 2014-05-27 | 2015-12-14 | カルソニックカンセイ株式会社 | Turbocharger |
JPWO2016071959A1 (en) * | 2014-11-04 | 2017-05-25 | 三菱重工業株式会社 | Turbine housing and method for manufacturing turbine housing |
CN106481374A (en) * | 2015-08-27 | 2017-03-08 | 韩华泰科株式会社 | Turbine apparatus |
CN106481374B (en) * | 2015-08-27 | 2020-10-09 | 韩华压缩机株式会社 | Turbine device |
CN108350797A (en) * | 2015-11-06 | 2018-07-31 | 康奈可关精株式会社 | Turbine case |
EP3372801A4 (en) * | 2015-11-06 | 2018-09-12 | Calsonic Kansei Corporation | Turbine housing |
US10519806B2 (en) | 2015-11-06 | 2019-12-31 | Calsonic Kansei Corporation | Turbine housing |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4847842B2 (en) | 2011-12-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4847842B2 (en) | Turbine housing | |
JP5338991B1 (en) | Turbine housing and exhaust turbine supercharger | |
EP1287235B1 (en) | Casing assembly for the turbine of an exhaust turbocharger | |
JP4630331B2 (en) | Improved variable geometry assembly for turbochargers | |
JP3327814B2 (en) | Gas turbine sealing device | |
EP2044292B1 (en) | Turbine housing for a turbocharger | |
EP3354855B1 (en) | Sheet metal turbine housing for a turbocharger | |
EP3354864B1 (en) | Sheet metal turbine housing with containment dampers | |
US9121281B2 (en) | Turbocharger and turbocharger wheel housing | |
EP3354861B1 (en) | Sheet metal turbine housing for a turbine housing system | |
EP3354856B1 (en) | Turbine housing assembly | |
JP4812597B2 (en) | Turbocharger | |
JP4779898B2 (en) | Turbine housing | |
JP4634319B2 (en) | Turbine housing | |
JP5754282B2 (en) | Exhaust turbine supercharger and internal combustion engine | |
US20220034239A1 (en) | Turbine housing and turbocharger | |
WO2003025349A1 (en) | Turbine housing for high exhaust temperature | |
JP2002054447A (en) | Turbine housing | |
JP6259520B2 (en) | Turbine casing, turbine, core for casting turbine casing, and method for manufacturing turbine casing | |
JP7107433B2 (en) | Variable displacement turbocharger | |
JP6667488B2 (en) | Turbine housing | |
US11300041B2 (en) | Turbocharger | |
JP6756008B2 (en) | Turbocharger | |
JP3120755B2 (en) | Turbocharger |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090707 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110531 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110630 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20111004 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20111014 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141021 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4847842 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |