JP2011501021A - インペラ用ハウジング - Google Patents

Abstract

本発明は、鋳込材料から形成され、１つの通路仕切りによって互いに区分されている少なくとも２つの通路（１０、１２）を備えた、インペラ用ハウジング、特にターボチャージャのタービンホイール用タービンハウジングであって、通路仕切りが、ハウジングの壁領域（１８）に鋳込まれる独立したインサート（１４）として、特に金属プレート又は鋳造部材として形成されているハウジングに関する。
【選択図】図２

Description

本発明は、インペラ用ハウジング、特に請求項１の前提部分に開示された種類の、排気ガスターボチャージャのタービンホイール用タービンハウジングに関する。さらに本発明は、請求項６の前提部分に開示された種類の、ハウジングの製造方法に関する。

このようなハウジング、特に排気ガスターボチャージャの、すなわち特に商用車のターボチャージャのタービンホイール用タービンハウジングは、しばしばいわゆるツインフローハウジングとして仕上げられ、２つの通路又はチャンバが１つの通路仕切りによって互いに区分されている。ターボチャージャの作動特性と性能は、通路仕切り先端と対応するハウジング壁との間の距離であると説明されるクリアランスと密接に関連している。

従来技術では、この通路仕切りは、鋳込材料から作られたハウジングのその他のハウジング壁と一体になって形成されている。ハウジング壁と通路仕切りはこの場合１回の手順段階で一体に鋳造される。可能な限り小さく、正確に形成されたクリアランスを実現するため、鋳造技術、特に鋳物用中子に関して最高水準の技術的要件が求められる。まさにクリアランスの領域には、鋳物用中子が非常に薄いにもかかわらず鋳造時に高い負荷がかかる。
さらに通路仕切りの領域では、作動中に応力がかかる可能性があり、この応力によって極端なケースでは通路仕切り領域に亀裂が生じ、その結果排気ガスターボチャージャの性能低下や、それどころか故障さえ引き起こす可能性があり、そのために特許文献１において、通路仕切りが独立したプレートとして２つのハウジングハーフの間に挟み込まれているハウジングが公知である。

英国特許第２１８６３２８Ａ号明細書

本発明の課題は、正確で小さなクリアランスを備えた通路仕切りが、関連する２つの通路の間に配置されるハウジング、及び鋳造方法を創作することである。

この課題は発明に従い、請求項１又は６の特徴を備えたハウジング及び方法によって解決される。有利な実施形態は、目的にかなった重要な更なる発明の発展形態と共に、各従属請求項に開示される。

ハウジング内に通路仕切りがより優れた方法で配置されたハウジングを作製するために、本発明に従い、通路仕切りは独立したインサートとして、特にハウジングの壁領域内に鋳込まれている金属プレート又は鋳造部材として形成される。このようにして、通路仕切りを製造技術的に特に簡単にそして好ましい方法でハウジング内に配置することができる。さらに別の利点は、特に金属プレート又は鋳造部材から形成された独立した通路仕切りを使用して、通路仕切りと対応するハウジングの壁領域との間の隙間を非常に小さなクリアランスにすることができることである。このようなことは、例えばハウジング鋳込材料自体から作られた通路仕切りでは、鋳造公差が大きすぎるために不可能なはずである。各クリアランスは従って非常に正確に調整することができ、結果としてターボチャージャの効率性向上がもたらされる。さらに別の利点は、独立したインサートは亀裂に関して発生度が低いため、本発明のハウジングでは亀裂によって引き起こされる排気ガスターボチャージャの性能低下又は故障すら確実に回避できることである。

複数のインサートをもみの木のようなやり方で相対的に相互に配置した、多重通路ハウジングを作成することも可能であることは明らかである。

ここでインサートは異なる材料、製造プロセス及び形状であってよい。例えば金属プレート、特に特殊鋼又は鋳鋼部材がよく適している。鋳造部材の場合、特に簡単に表面輪郭又は複雑な形状を実現することができる可能性を備えている。

本発明のさらに別の実施形態では、インサートと、ハウジングのそれぞれ対応する壁領域の間に、約２ｍｍから約６ｍｍまでの、好ましくは約３〜４ｍｍのクリアランスを備えた隙間があると有利であることが明らかになる。このように狭い隙間は、良好な排ガス値に有利に働く。

本発明のさらに別の実施形態では、インサートがハウジングの壁領域内で形状的に適合するように後部が固定され及び／又は材料的に適合するように及び部分的に冶金学的に鋳込まれていると有利であることが示される。このことによって、対応するハウジングの壁領域とインサートとの特に信頼性の高い結合が得られる。

本発明のさらに別の実施形態では、ハウジングは、薄肉の鋳鋼及び／又はインサートは、鋼の、特に耐熱鋼から作られている。ここで薄肉鋳鋼製ハウジングは、特に重量的に有利に製造することができる。ここで鋼製、特に高硬度鋼材製インサートは、圧縮するべき媒体に対して特に耐久性のあることで有利である。

さらに、インサートが、割り当てられた鋳物用中子を固定するためにハウジングに配置されると有利であることが明らかになる。これによってインサートにさらなる機能が与えられる。すなわち、非常に均一で再現可能なクリアランスを達成するために、関連している鋳物用中子を特に鋳型に対して、又は完成後のハウジングに対して確実に位置決めするという機能である。

前述の、本発明に従ったハウジングに関連して説明された利点は、同じように請求項６に従った方法にも有効である。これは、インサートが関連しているハウジングの壁領域に鋳込まれることによって特に特徴付けられる。これによって、ハウジングを製造することのできる、特に簡単で安価な方法がもたらされる。さらにこれによって、すでに前述した有利なハウジングがもたらされる。

本発明のさらに別の実施形態では、ハウジングを鋳造する前に対応する鋳型内に配置される鋳物用中子をインサートと一体化するとさらに有利であることが明らかになる。その際鋳物用中子によってインサートは特に有利に、そして確実な位置にハウジング内又は鋳型内に位置決めされる。このことによって、特に有利な方法で、インサートと対応するハウジングの壁領域との間に非常に正確な、又は狭いクリアランスがもたらされる。

ここで特に有利には、金属プレート様の通路仕切りが、隙間領域で鋳物用中子のための機械的押えを形成する。この領域では鋳物用中子の厚みが比較的薄いため、鋳物用中子がインサートを内蔵することで機械的強度が大幅に高められる。これによって例えば中子焼成プロセスによる鋳物用中子製造だけでなく鋳造プロセスそのものにも、非常に好都合な結果をもたらす。これによって、鋳造技術的には並みの品質で、比較的小さいクリアランスを得ることができる。

ここで特に簡単な鋳物用中子の製造を可能にするため、中子はインサートと共に、好ましくは１つの作業工程で焼成される。

本発明のさらに別の実施形態では、特にハウジング内でインサートの均一で再現可能な位置決めを達成するために、鋳物用中子が少なくとも１つの中子押えを使用して鋳型内に位置決めされ、保持されるとさらに有利であることが明らかになる。

本発明のさらに別の実施形態では、インサートはさらに鋳物用中子の取付け及び／又は補強の役割を果たし、その結果中子は特に有利に鋳型内で保持される。特に有利な補強は、インサートが鋳物用中子をその最も薄い箇所で、つまり特にインサートと対応する壁領域の間の隙間の領域で、相応の補強をもたらした場合に生じる。

最後に、独立したインサートと鋳造されたハウジングとが最適に結合するために、インサートが、ハウジングの壁領域内で形状的に適合するように後部が固定され及び／又は材料的に適合するように鋳込まれていると有利であることが示される。

本発明のさらなる利点、特徴及び詳細は、以下の好ましい具体例の記述と、図を使用して示される。

排気ガスターボチャージャのタービンホイール用タービンハウジングとして形成されたハウジングの軸方向断面図である。このハウジングは複流式に形成され、その２つの通路は１つの通路仕切りによって互いに区分され、通路仕切りは独立したインサートとして、特に金属プレート又は鋳造部材から作られており、対応するハウジングの壁領域に鋳込まれている。 図１に従った２つの通路の部分拡大断面図である。この２つの通路は、独立したインサートとして形成された通路仕切りによって互いに区分されており、鋳物用中子が識別できる。この中子を使用して鋳造プロセスの間にインサートは鋳型内に保持される。

図１には、ここには図示していない排気ガスターボチャージャのタービンホイール用のハウジングとして形成された、タービンハウジングの軸方向断面図が示されている。特に商用車又は乗用車にも導入されるこのタービンハウジングは、独立したインサート１４の形をした１つの通路仕切りで互いに区分されている２つのチャンバ又は通路１０、１２を備えている。この実施形態では、インサート１４は金属合金から製造され、金属プレートとして形成されている。ここでは特に、ハウジング内部に流れ込む媒体に耐えるために適している耐熱鋼を使用することができる。本発明の範囲で包括的に見た場合、金属合金又は金属プレート又は鋳造部材の代りに必要に応じて例えばセラミックベースなどの他の材料を使用することもできる。

ハウジング自体はこの場合、鋳込材料、特に薄肉鋳鋼から形成される。金属プレート又は鋳造部材は、従って、適用に応じて、異なる材料から作られることができる。例えば鋳込材料に関しては、材料は適切な堅牢性、弾性、耐熱性、耐摩耗性を、及び例えばより小さい又は最適な熱膨張係数をも備えたものとなる。

このハウジングの向きを変えた部分拡大断面図である図２と共に見ると、２つの通路１０、１２を区分する独立したインサート１４が対応するハウジングの壁領域１６に鋳込まれていることが分かる。

これはこの場合、ハウジングの製造方法によって実行される。図２に示されるように、ハウジングではまずインサート１４が、ハウジングを鋳造する前に適切な鋳型内に配置される鋳物用中子１８に一体化される。この場合、鋳物用中子１８は中子砂であり、１つの作業工程でインサート１４と一緒に焼成される。このインサートは、ここでは２つの通路１２及び１０のための中子押えとして用いられる。鋳物用中子１８によってインサート１４は非常に確実に、及び正確に鋳型内に保持されて固定され、その結果、非常に正確で再現可能な鋳造結果が得られる。

それに加えて、インサート１４とそれぞれ割り当てられた壁領域２０、２２との間に、約２ｍｍから約６ｍｍまでの、好ましくは約４ｍｍのクリアランスを備えた比較的小さい隙間ａ、ｂが鋳物用中子１８によって実現される。鋳物用中子１８はその際にハウジング壁領域２０、２２に近い領域で、つまり中子の最も薄い箇所で、インサート１４自身によって補強される。

鋳物用中子１８はその際、適切な中子受け２６を使用して鋳型内に位置決めされて保持され、その結果、溶湯を注いだあとに結果として所望の小さい隙間ａ、ｂがハウジングの各壁領域２０、２２とインサート１４との間に生じる。ハウジングの壁領域２０、２２と向かい合っている側に、インサート１４は相応して鋳込まれ、その際対応するインサート１４の終端領域２４は鋳型内に鋳物用中子１８を保持するために役立つ。換言すれば、インサート１４は中子固定のためにも、特に回転及びずれがないように、鋳型内で役に立つ。これによってインサート１４はその自由端の領域、つまり隙間ａ、ｂの領域で中子押えとして役立つだけでなく、鋳物用中子１８の位置決めにも役立つ。インサート１４はその際に、特に金属プレート又は鋳造部材から成るインサート１４と溶湯又は鋳込材料との間に形状的に適合するように後部が固定され及び／又は材料的に適合するように又は冶金学的な結合を生み出すように、対応するハウジングの辺縁領域１６に鋳込まれることができる。

本発明の範囲で包括的に見た場合、ハウジングは言うまでもなくここに示されている２つの通路１０、１２よりも多くの、もみの木のようなやり方で相対的に相互に配置され又は構成される、複数のインサート１４を備えることもできる。しかしながら全体としては、ここで鋳込まれたインサート１４は非常に再現性に優れたハウジングを作ることができ、このハウジングは隙間ａ、ｂの領域で非常に小さく正確なクリアランスを備えて作成可能で、その結果全体として排気ガスターボチャージャを使用して非常に好都合な排ガス値が達成されることができるようになる。

Claims (11)

1. 鋳込材料から形成され、１つの通路仕切りによって互いに区分されている少なくとも２つの通路（１０、１２）を備えた、特にターボチャージャのタービンホイール用タービンハウジングであるインペラ用ハウジングにおいて、
   通路仕切りがハウジングの壁領域（１６）に鋳込まれる独立したインサート（１４）として形成されていることを特徴とするインペラ用ハウジング。
2. 前記インサート（１４）とそれぞれ対応する１つの壁領域（２０、２２）との間に約２ｍｍから約６ｍｍまでの、好ましくは約４ｍｍのクリアランスを備えた隙間（ａ、ｂ）が備えられていることを特徴とする、請求項１に記載のハウジング。
3. 前記インサート（１４）が、ハウジングの前記壁領域（１６）内で形状的に適合するように後部が固定され及び／又は材料的に適合するように鋳込まれていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のハウジング。
4. ハウジングが薄肉鋳鋼から形成され、前記インサート（１４）が耐熱鋼から形成されていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のハウジング。
5. 前記インサート（１４）が前記ハウジングに一体鋳造された金属プレート又は鋳造部材であることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のハウジング。
6. 鋳込材料から形成され、１つの通路仕切りによって互いに区分されている少なくとも２つの通路（１０、１２）を備えた、特にターボチャージャのタービンホイール用タービンハウジングであるインペラ用ハウジングを製造する方法において、
   通路仕切りとして意図されているインサート（１４）が鋳物用中子に固定され、インサートの一部がハウジングの壁領域（１６）に鋳込まれるように鋳物用中子にハウジング材料が注がれることを特徴とするインペラ用ハウジングの製造方法。
7. 前記ハウジングへ鋳込むことが意図されている領域とは別に、前記ハウジングの内部輪郭のための鋳物用中子（１８）内に完全に統合されるインサート（１４）として、金属プレート又は鋳造部材が選択されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記鋳物用中子（１８）が前記インサート（１４）と共に１つの作業工程で焼成されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記鋳物用中子（１８）が少なくとも１つの中子押え（２６）を使用して鋳型内に位置決めされて保持されることを特徴とする、請求項６ないし８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記鋳物用中子（１８）が前記インサート（１４）、特に金属プレート又は鋳造部材を使用して鋳型内に保持され及び／又は補強されることを特徴とする、請求項６ないし９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記インサート（１４）、特に金属プレート又は鋳造部材がハウジングの前記壁領域（１６）に形状的に適合するように後部が固定され及び／又は材料的に適合するように鋳込まれることを特徴とする、請求項６ないし１０のいずれか１項に記載の方法。

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