JP2011174460A - 板金タービンハウジング - Google Patents
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Abstract
【解決手段】板金製のスクロール部材5、7を向い合わせに突合せ溶接して形成されるタービンハウジングで、スクロール部3の中心部に配置されるセンターコア部は、タービンホイールの周囲を囲繞するハウジング部93と、タービンホイールを軸支するベアリング嵌合部91と、ハウジング部93とベアリング嵌合部91との円周方向に間隔を有して架橋した複数の支柱92とを一体的に鋼材から形成した。
【選択図】図2
Description
また、単一の鋳造品にした場合には、鋳物の鋳口などの無駄な材料使用量が多くなり、精度が確保し難い。
更には、鋳造品とするため、部材が厚くなり、熱容量が大きく、排気浄化触媒の触媒暖気の妨げとなる不具合を有している。
ターボチャージャの重量が軽くなると共に、鋼材の加工品なので従来の鋳造製に比較してコスト低減が可能となる。
さらに、鋼板製の一体成形のため、複雑形状の鋳物構造よりも強度を確保し易く、板厚の設定により耐衝撃性の向上が容易である。
なお、支柱の断面積は、ベアリングハウジング側の部材とタービン動翼の外側を形成する流路出口側の部材とを連結し、且つ、タービン動翼との隙間を一定に保持できるような剛性および強度を確保するのに必要とする断面積を有している。
また、二重構造とすることにより、内部壁が内部ガスによる熱負荷部、外部壁がガスリーク防止部との機能分担が可能になるため、軽量化を維持すると共に、ターボチャージャの性能向上を図ることができ、更にはタービンハウジングの耐衝撃性も向上できる。
さらに、肉厚を薄くすることができたので、ターボチャージャの重量が軽くなると共に、鋼管材の加工品なので従来の鋳造製に比較してコスト低減が可能となる。
図1〜図4を参照して、本発明の第1実施形態に係るタービンハウジンについて説明する。
図1、2に示すように、板金製のタービンハウジング1は大きく分けてスクロール部3と、センターコア部9と、出口管部23とからなり、さらに、スクロール部3は向かい合わせて接合される第1スクロール部5と、第2スクロール部7とからなっている。そしてこれら4つの部材が溶接接合されることでタービンハウジング1が形成される。
溶接は片側すみ肉溶接でなく、板金材の先端同士を突合せてその部分を突合せ溶け込み溶接にて接合している。
また、第1スクロール部5および、第2スクロール部7は薄板の板金材で、材質はオーステナイト系ステンレス鋼等の耐熱鋼を成形加工して構成されるとよい。
従って、それぞれのスクロール部はガス通路をスクロール方向にほぼ半割にした断面形状を有している。
スクロール部3の外周部はエンジンからの排気ガス流の脈動により、スクロール部3の外周部の壁面に対し、該壁面の垂直方向に排気ガスの圧力が作用するため、溶接部の構造を引張力に有利な突合せ溶け込み溶接とすることで、溶接部の耐久信頼性を向上させている。
尚、センターコア部9の素材を鋼管材から中実の棒材から削りだしても、第一実施例と同様のセンターコア部9を製造できる。
また、センターコア部9は鋼管材なので材質強度が高いので各部の厚みを薄くでき、重量も軽減できる。
さらには、センターコア部9は鋼管材を一体的に機械加工して形成するため、別作業の溶接が不要になると共に、機械加工の多軸盤を自動制御することにより、大幅なコスト低減が可能となる。
図4はタービンホイール24の軸方向視における複数の支柱92が周方向に配置されると共に、その支柱92の断面形状を示し、支柱92はベアリング嵌合部15と流路出口部17とを有する略円筒形状のセンターコア部9(図2参照)を機械加工、例えば切削加工によって当該支柱92となる部分を残してその間を切除することで加工して、切除した箇所に流路94を形成する。
支柱92は略四角形状の断面形状の上流側角部がθ1に、および下流側角部がθ2に形成して、上流側面95および下流側面96をガス流に沿うように傾斜された断面形状に形成することにより、排気ガスの流路抵抗を従来の長方形の断面形状に比べて減少でき、支柱92によるガス流の損失低減およびウェイク(流動歪み)の発生を低減できる。
なお、ハウジング部93の先端にはパイプ形状の出口管部23が全周溶接によって接合されている。
次に、第2実施形態について図5を参照して説明する。
図5において、第1実施形態と同一の構成には同一符号を付する。スクロール部31の旋回中心部には、センターコア部33が設けられ、このセンターコア部33は全体に略円筒形状をし、タービンホイール24の回転軸を支持するベアリングが配設されるベアリング嵌合部35と、タービンホイール24の外周を囲繞してガス排出口を形成するハウジング部37と、このベアリング嵌合部35とハウジング部37との間に円周方向に間隔を有して架橋された複数の支柱92とで構成され、一体的に形成されている。
なお、このセンターコア部33の製造方法、材料等については、前記第1実施形態と同様である。
また、図5に示す第2実施形態では、第1実施形態の出口管部23を設けていない構成を示しているが、図5のハウジング部37の先端部にさらに出口管部23を接続してもよいことは勿論である。
さらに、次の段階として、スクロール部31のC部分の破損によるエネルギー吸収であり、このC部分での吸収量は前記運動エネルギーの約5%程度である。
次に、図8を参照して第3実施形態について説明する。第3実施形態は、第2実施形態に対して、スクロール部41の板金製のスクロール部材が二重壁構造からなることを特徴とする。
図8に示すように、スクロール部41が、内部壁43と外部壁45とからなり、内部壁43が内部ガスによる熱負荷部、外部壁45がガスリーク防止部との機能を分担するように構成されている。
また、内部壁43と外部壁45との間には空間層Kが介在されて断熱層を形成している。
また、二重構造とすることにより、内部壁43を内部ガスによる熱負荷部、外部壁45をガスリーク防止部との機能分担が可能になるため、熱負荷を低減しつつリーク防止が得られるスクロール部を形成できる。このため、重量軽減を図ると共に、ターボチャージャの性能向上を図ることができ、更にはタービンハウジングの耐衝撃性も向上できる。
3 スクロール部
5 第1スクロール部(スクロール部材)
7 第2スクロール部(スクロール部材)
9 センターコア部
23 出口管部
24 タービンホイール
32 上流側面
34 下流側面
43 内部壁
45 外部壁
91 ベアリング嵌合部
92 支柱
93 ハウジング部
94 流路
95 上流側面
96 下流側面
a 突合せ溶け込み溶接接合
b 全周溶接
c 全周溶接
k 空間層
θ1 上流側傾斜角度
θ2 下流側傾斜角度
Claims (6)
- エンジン排気マニホールド下流に装着され、排気ガスによってタービンを駆動するターボチャージャの渦状の排ガス通路を構成するスクロール部が板金製のスクロール部材によって形成される板金タービンハウジングにおいて、
前記スクロール部の中心部に配置されるセンターコア部は、一端側に成されて前記タービンの周囲を囲繞するハウジング部と、他端側に成されて前記タービンを軸支するベアリングを嵌合するベアリング嵌合部と、前記ハウジング部と前記ベアリング嵌合部との間を円周方向に間隔を有し、タービンの軸芯方向に架橋した複数の支柱部とを備え、これら前記ハウジング部、前記ベアリング嵌合部及び前記支柱部が鋼材からなる環形状で、且つ一体的に形成されたことを特徴とする板金タービンハウジング。 - 前記支柱部の前記タービン軸芯方向視における断面形状が排気ガス流の上流側角部及び下流側角部のそれぞれを鋭角に形成して、上流側面及び下流側面をガス流に沿うように傾斜させたことを特徴とする請求項1記載の特徴とする板金タービンハウジング。
- 前記スクロール部は、前記一端の前記ハウジング部に固着される板金製の第1スクロール部と、前記他端の前記ベアリング嵌合部に固着される板金製の第2スクロール部とを有し、前記第1スクロール部と前記第2スクロール部との接合構造は前記スクロール部の外周部にて突合せ溶け込み溶接としたことを特徴とする請求項1記載の板金タービンハウジング。
- 前記タービンの周囲を囲繞する前記ハウジング部の板厚を前記タービンの外周側に対応する部分を他の部分より増加させて形成することを特徴とする請求項1記載の板金タービンハウジング。
- 前記板厚が増加される部分が、少なくとも前記タービンのタービンホイールの外周側に対応する部分であることを特徴とする請求項4記載の板金タービンハウジング。
- 前記スクロール部の板金製のスクロール部材が二重壁構造からなることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の板金タービンハウジングハウジング。
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