JP2014148917A - Turbine housing and turbocharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ウェイストゲートバルブが設けられるタービンハウジングおよび同タービンハウジングを備えたターボチャージャに関するものである。 The present invention relates to a turbine housing provided with a waste gate valve and a turbocharger including the turbine housing.
近年、ターボチャージャのタービンハウジングをアルミニウム合金などの軽金属によって形成することが提案されている。またタービンハウジングに、タービンホイールを迂回して延びる形状で同タービンホイールより排気流れ方向上流側の部分と同下流側の部分とを連通するバイパス通路を設けるとともに、同バイパス通路による連通と同連通の遮断とを切り換えるウェイストゲートバルブを設けることが多用されている（例えば特許文献１参照）。このウェイストゲートバルブは、バイパス通路の一方の端部をバルブシート部として、同端部を開放した状態（開弁状態）と同端部を閉鎖した状態（閉弁状態）とを切り換える弁体を備えている。 In recent years, it has been proposed to form a turbine housing of a turbocharger with a light metal such as an aluminum alloy. The turbine housing is provided with a bypass passage that extends around the turbine wheel and communicates with the upstream portion and the downstream portion of the turbine wheel in the exhaust flow direction. It is often used to provide a waste gate valve for switching between blocking (see, for example, Patent Document 1). This wastegate valve has a valve body that switches between a state in which one end portion of the bypass passage is a valve seat portion and the end portion is opened (valve open state) and a state in which the end portion is closed (valve closed state). I have.
特許文献１のタービンハウジングでは、ウェイストゲートバルブのバルブシート部を補強するために、円環形状に形成された別部材（バルブシート部材）がバイパス通路の端部に固定されている。そして、このバルブシート部材がウェイストゲートバルブのバルブシート部として機能するようになっている。 In the turbine housing of Patent Document 1, another member (valve seat member) formed in an annular shape is fixed to the end portion of the bypass passage in order to reinforce the valve seat portion of the waste gate valve. And this valve seat member functions as a valve seat part of a wastegate valve.
特許文献１では、タービンハウジングにバルブシート部材を圧入したり鋳込んだりすることによって、バルブシート部材が補強されている。こうした補強方法を採用した場合には、タービンハウジングとバルブシート部材との密着性が低いため、ウェイストゲートバルブの閉弁に際してバルブシート部材に作用する応力により、同バルブシート部材の位置ずれなどを招くおそれがある。これは、ウェイストゲートバルブやタービンハウジングの信頼性の低下を招く一因となるため好ましくない。 In Patent Document 1, the valve seat member is reinforced by press-fitting or casting the valve seat member into the turbine housing. When such a reinforcing method is adopted, since the adhesion between the turbine housing and the valve seat member is low, the valve seat member is displaced due to stress acting on the valve seat member when the waste gate valve is closed. There is a fear. This is not preferable because it causes a decrease in reliability of the waste gate valve and the turbine housing.
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、信頼性の向上を図ることのできるタービンハウジングおよびターボチャージャを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a turbine housing and a turbocharger capable of improving reliability.
以下、上記課題を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
上記課題を解決するタービンハウジングは、軽金属により形成されるとともに、タービンホイールを迂回して延びる形状で該タービンホイールの排気流れ方向上流側の部分と同下流側の部分とを連通するバイパス通路が形成され、同バイパス通路の一部をなす貫通孔の開口部周縁が前記バイパス通路の開放と閉鎖とを切り換えるウェイストゲートバルブのバルブシート部になる。前記バルブシート部は肉盛溶接によって補強される。
Hereinafter, means for achieving the above-described problems and the effects thereof will be described.
The turbine housing that solves the above problems is formed of a light metal, and has a bypass passage that communicates the upstream portion and the downstream portion of the turbine wheel in the exhaust flow direction in a shape extending around the turbine wheel. The peripheral edge of the opening of the through hole forming a part of the bypass passage becomes a valve seat portion of the waste gate valve that switches between opening and closing of the bypass passage. The valve seat portion is reinforced by overlay welding.
上記タービンハウジングによれば、バルブシート部として機能する部分を溶接によってタービンハウジングに一体形成することができる。これにより、別部材をタービンハウジングに圧入したり鋳込んだりすることによってバルブシート部を補強するものと比較して、タービンハウジングとバルブシート部との密着性をごく高くすることができるために、バルブシート部の耐久性を高くすることができる。したがって、ウェイストゲートバルブおよびタービンハウジングの信頼性の向上を図ることができる。 According to the turbine housing, the portion functioning as the valve seat portion can be integrally formed with the turbine housing by welding. Thereby, compared with what reinforces the valve seat part by press-fitting or casting another member into the turbine housing, the adhesion between the turbine housing and the valve seat part can be made extremely high. The durability of the valve seat can be increased. Therefore, the reliability of the waste gate valve and the turbine housing can be improved.
上記タービンハウジングにおいて、前記軽金属をアルミニウム合金にすることができる。
タービンハウジングをアルミニウム合金によって形成する場合には、そのバルブシート部をアルミニウム合金によって形成すると十分な強度が得られないために、同バルブシート部を高強度の材料を用いて補強する必要がある。上記タービンハウジングによれば、そうしたものにおいて、バルブシート部をタービンハウジングとの密着性の高い状態で同タービンハウジングに設けることができ、バルブシート部の耐久性を高くすることができる。
In the turbine housing, the light metal may be an aluminum alloy.
When the turbine housing is formed of an aluminum alloy, it is necessary to reinforce the valve seat portion using a high-strength material because sufficient strength cannot be obtained if the valve seat portion is formed of an aluminum alloy. According to the turbine housing, the valve seat portion can be provided in the turbine housing with high adhesion to the turbine housing, and the durability of the valve seat portion can be increased.
また、上記課題を解決するターボチャージャは、上記各タービンハウジングのいずれかを備えている。 Moreover, the turbocharger which solves the said subject is provided with either of each said turbine housing.
以下、ターボチャージャのタービンハウジングについて説明する。
図１に示すように、排気駆動式のターボチャージャ２０は、内燃機関１０の吸気通路１１に設けられるコンプレッサ２１と、排気通路１２に設けられるタービン２２とを備えている。コンプレッサ２１は内部にコンプレッサインペラ２３を備えており、タービン２２は内部にタービンホイール２４を備えている。これらコンプレッサインペラ２３とタービンホイール２４とは、シャフト２５を介して一体回転可能に連結されている。こうしたターボチャージャ２０において、タービンホイール２４に内燃機関１０の排気が吹き付けられると、同タービンホイール２４およびコンプレッサインペラ２３が一体回転し、これにより吸気通路１１を流れる吸気が加圧されて内燃機関１０の燃焼室に強制的に送り込まれるようになる。
Hereinafter, the turbine housing of the turbocharger will be described.
As shown in FIG. 1, the exhaust drive type turbocharger 20 includes a compressor 21 provided in the intake passage 11 of the internal combustion engine 10 and a turbine 22 provided in the exhaust passage 12. The compressor 21 includes a compressor impeller 23 inside, and the turbine 22 includes a turbine wheel 24 inside. The compressor impeller 23 and the turbine wheel 24 are connected via a shaft 25 so as to be integrally rotatable. In such a turbocharger 20, when the exhaust of the internal combustion engine 10 is blown onto the turbine wheel 24, the turbine wheel 24 and the compressor impeller 23 rotate together, whereby the intake air flowing through the intake passage 11 is pressurized and the internal combustion engine 10. It is forced into the combustion chamber.
タービン２２にはタービンホイール２４を迂回して延びる形状のバイパス通路２６が設けられている。このバイパス通路２６は、排気通路１２における上記タービンホイール２４の排気流れ方向上流側の部分と同下流側の部分とを連通する形状で延設されている。また、タービン２２には、バイパス通路２６の開放と遮断とを切り換えるウェイストゲートバルブ２７が設けられている。 The turbine 22 is provided with a bypass passage 26 having a shape extending around the turbine wheel 24. The bypass passage 26 extends in a shape that communicates the upstream portion and the downstream portion of the exhaust passage 12 in the exhaust flow direction of the turbine wheel 24. The turbine 22 is provided with a waste gate valve 27 for switching between opening and closing of the bypass passage 26.
図２または図３に示すように、タービンハウジング３０の内部には冷却水が循環するウォータジャケット３１が形成されている。タービンハウジング３０には、ウォータジャケット３１の内部に冷却水を導入するための導入口３１Ａとウォータジャケット３１の内部から外部に冷却水を排出するための排出口３１Ｂとが形成されている。 As shown in FIG. 2 or 3, a water jacket 31 in which cooling water circulates is formed inside the turbine housing 30. The turbine housing 30 is formed with an inlet 31 </ b> A for introducing cooling water into the water jacket 31 and an outlet 31 </ b> B for discharging cooling water from the inside of the water jacket 31 to the outside.
タービンハウジング３０は、その略全体がアルミニウム合金により形成されている。このタービンハウジング３０には前記バイパス通路２６が形成されている。図３に示すように、バイパス通路２６は連通路３２と貫通孔３３とにより構成される。連通路３２は排気通路１２（図１参照）におけるタービンホイール２４より排気流れ方向下流側の部分に連通する形状に形成され、上記貫通孔３３は、排気通路１２におけるタービンホイール２４より排気流れ方向上流側の部分と連通路３２とを連通する形状に形成されている。 The turbine housing 30 is substantially entirely formed of an aluminum alloy. The turbine housing 30 is formed with the bypass passage 26. As shown in FIG. 3, the bypass passage 26 includes a communication passage 32 and a through hole 33. The communication passage 32 is formed in a shape communicating with a portion of the exhaust passage 12 (see FIG. 1) downstream of the turbine wheel 24 in the exhaust flow direction, and the through hole 33 is upstream of the turbine wheel 24 in the exhaust passage 12 in the exhaust flow direction. The side portion and the communication path 32 are formed in a communication shape.
図２または図３に示すように、前記ウェイストゲートバルブ２７は、上記貫通孔３３における上記連通路３２側の開口部周縁がバルブシート部４１になる。またウェイストゲートバルブ２７は、リンク機構４２を介してアクチュエータ４４に連結された弁体４６を備えている。このリンク機構４２は、回転軸３６の軸心を揺動中心として揺動する揺動アーム４３を備えている。この揺動アーム４３の一端には上記アクチュエータ４４の駆動ロッド４５が相対回動可能に連結されており、同揺動アーム４３の他端には円盤形状に形成された上記弁体４６が連結ピン４６Ａによって一体に取り付けられている。 As shown in FIG. 2 or 3, the waste gate valve 27 has a valve seat 41 at the periphery of the opening on the side of the communication path 32 in the through hole 33. The waste gate valve 27 includes a valve body 46 connected to the actuator 44 via the link mechanism 42. The link mechanism 42 includes a swing arm 43 that swings about the axis of the rotary shaft 36 as a swing center. A drive rod 45 of the actuator 44 is connected to one end of the swing arm 43 so as to be relatively rotatable, and a disc-shaped valve body 46 is connected to the other end of the swing arm 43. It is attached integrally by 46A.
アクチュエータ４４の作動量は、ＥＣＵによって内燃機関１０の運転状態に応じた量に制御される。これにより図３中に黒塗りの矢印で示すように、揺動アーム４３の作動位置が内燃機関１０の運転状態に応じて変更される。こうしたアクチュエータ４４の作動制御を通じて、弁体４６がバルブシート部４１に着座した位置（図３に示す位置［閉弁位置］）になると、貫通孔３３が閉鎖されるために、バイパス通路２６も閉鎖された状態（閉弁状態）になる。一方、弁体４６がバルブシート部４１から離座した位置（開弁位置）になると、貫通孔３３が開放されるために、バイパス通路２６が開放された状態（開弁状態）になる。 The operation amount of the actuator 44 is controlled by the ECU to an amount corresponding to the operating state of the internal combustion engine 10. As a result, the operating position of the swing arm 43 is changed according to the operating state of the internal combustion engine 10, as indicated by the black arrows in FIG. Through the operation control of the actuator 44, when the valve body 46 reaches the position where the valve seat 46 is seated on the valve seat portion 41 (position shown in FIG. 3 [valve closing position]), the through-hole 33 is closed, so the bypass passage 26 is also closed. (The closed state). On the other hand, when the valve body 46 is separated from the valve seat portion 41 (valve open position), the through hole 33 is opened, so that the bypass passage 26 is opened (valve open state).
ここで本実施形態では、タービンハウジング３０がアルミニウム合金によって形成されている。このタービンハウジング３０では、上記ウェイストゲートバルブ２７のバルブシート部をアルミニウム合金によって形成すると十分な強度が得られないために、同バルブシート部を高い強度の材料を用いて補強する必要がある。 Here, in this embodiment, the turbine housing 30 is formed of an aluminum alloy. In the turbine housing 30, if the valve seat portion of the waste gate valve 27 is formed of an aluminum alloy, sufficient strength cannot be obtained. Therefore, it is necessary to reinforce the valve seat portion using a high-strength material.
そうしたバルブシート部材の補強を、高強度の材料によって形成したバルブシート部材をタービンハウジングに圧入したり鋳込んだりすることによって行うことが考えられる。この場合、タービンハウジングとバルブシート部材との密着性が低いために、ウェイストゲートバルブの閉弁に際してバルブシート部材に作用する応力により、同バルブシート部材の位置ずれなどを招くおそれがある。しかも、この場合にはタービンハウジングを形成する材料とバルブシート部材を形成する材料とが異なる。そのため、内燃機関の運転に伴う温度上昇と運転停止による温度低下とが交互に繰り返されることにより、タービンハウジングとバルブシート部材との熱膨張量の相異に起因してタービンハウジングとバルブシート部材との間隙が大きくなるなどして、それらの密着性の低下を招くおそれがある。 It is conceivable to reinforce such a valve seat member by press-fitting or casting a valve seat member formed of a high-strength material into the turbine housing. In this case, since the adhesion between the turbine housing and the valve seat member is low, the valve seat member may be displaced due to stress acting on the valve seat member when the waste gate valve is closed. In this case, the material forming the turbine housing is different from the material forming the valve seat member. Therefore, the temperature increase due to the operation of the internal combustion engine and the temperature decrease due to the operation stop are alternately repeated, so that the turbine housing and the valve seat member are caused to be different due to the difference in thermal expansion amount between the turbine housing and the valve seat member. There is a possibility that the adhesion between them will be reduced due to an increase in the gap.
この点をふまえて本実施形態では、図３に示すように、タービンハウジング３０のバルブシート部４１が肉盛溶接によって補強されている。詳しくは、タービンハウジング３０に形成された前記貫通孔３３の開口部周縁に、レーザー肉盛溶接法（いわゆるレーザークラッド工法）により、肉盛部３４が形成される。 In view of this point, in this embodiment, as shown in FIG. 3, the valve seat portion 41 of the turbine housing 30 is reinforced by overlay welding. Specifically, the built-up portion 34 is formed on the periphery of the opening portion of the through hole 33 formed in the turbine housing 30 by a laser build-up welding method (so-called laser cladding method).
図４に示すように、レーザー肉盛溶接法では、貫通孔３３の開口部周縁（同図中に破線で示す部分）に、金属粉末（本実施形態では、銅合金の粉末）を供給しつつ、レーザー光が照射される。これにより、レーザー光によって金属粉末が溶融しつつタービンハウジング３０の表面に供給されるとともに、このときタービンハウジング３０の表面も溶融するため、同タービンハウジング３０の表面に肉盛部３４が一体形成される。本実施形態では、こうしたレーザー肉盛溶接法による肉盛部３４の形成が上記貫通孔３３の開口部周縁の周囲全周にわたって行われる。 As shown in FIG. 4, in the laser overlay welding method, while supplying metal powder (copper alloy powder in the present embodiment) to the periphery of the opening of the through-hole 33 (the portion indicated by the broken line in the figure). Laser light is irradiated. As a result, the metal powder is melted by the laser beam and supplied to the surface of the turbine housing 30, and at this time, the surface of the turbine housing 30 is also melted. Therefore, the overlay 34 is integrally formed on the surface of the turbine housing 30. The In the present embodiment, the build-up portion 34 is formed by the laser build-up welding method over the entire circumference of the periphery of the opening of the through hole 33.
これにより図５に示すように、貫通孔３３の周囲全周にわたって延びる円環形状の肉盛部３４が形成される。そしてタービンハウジング３０では、この肉盛部３４の表面がバルブシート部４１として機能する。
（作用）
上記タービンハウジング３０によれば、バルブシート部４１として機能する部分を同タービンハウジング３０に溶接によって一体に形成することができる。そのため、別部材をタービンハウジング３０に圧入したり鋳込んだりすることによってバルブシート部４１を補強するものと比較して、タービンハウジング３０とバルブシート部４１との密着性をごく高くすることができる。したがって、バルブシート部４１の耐久性を高くすることができ、これによりウェイストゲートバルブ２７およびタービンハウジング３０、ひいてはターボチャージャ２０の信頼性を向上させることができる。
As a result, as shown in FIG. 5, a ring-shaped built-up portion 34 extending over the entire circumference of the through hole 33 is formed. In the turbine housing 30, the surface of the built-up portion 34 functions as the valve seat portion 41.
(Function)
According to the turbine housing 30, a portion that functions as the valve seat portion 41 can be integrally formed with the turbine housing 30 by welding. Therefore, compared with what reinforces the valve seat part 41 by press-fitting or casting another member into the turbine housing 30, the adhesion between the turbine housing 30 and the valve seat part 41 can be made extremely high. . Accordingly, the durability of the valve seat portion 41 can be increased, and thereby the reliability of the waste gate valve 27 and the turbine housing 30, and hence the turbocharger 20 can be improved.
以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）タービンハウジング３０のバルブシート部４１を肉盛溶接によって補強するようにしたために、タービンハウジング３０およびターボチャージャ２０の信頼性を向上させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Since the valve seat portion 41 of the turbine housing 30 is reinforced by overlay welding, the reliability of the turbine housing 30 and the turbocharger 20 can be improved.
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・上記実施形態のタービンハウジング３０は、マグネシウム合金等といったアルミニウム合金以外の軽金属によって形成されるタービンハウジングにも適用することができる。
The above embodiment may be modified as follows.
-The turbine housing 30 of the said embodiment is applicable also to the turbine housing formed with light metals other than aluminum alloys, such as a magnesium alloy.
・レーザークラッド工法で用いる金属粉末として、銅合金の粉末を採用することに限らず、鉄合金の粉末やニッケル合金の粉末などを採用することができる。
・肉盛部３４を、レーザークラッド工法によって形成することに代えて、プラズマ粉体肉盛溶接法などといった他の肉盛溶接法を用いて形成するようにしてもよい。
The metal powder used in the laser cladding method is not limited to adopting a copper alloy powder, but may be an iron alloy powder or a nickel alloy powder.
-Instead of forming the build-up portion 34 by the laser cladding method, the build-up portion 34 may be formed using another build-up welding method such as a plasma powder build-up welding method.
１０…内燃機関、１１…吸気通路、１２…排気通路、２０…ターボチャージャ、２１…コンプレッサ、２２…タービン、２３…コンプレッサインペラ、２４…タービンホイール、２５…シャフト、２６…バイパス通路、２７…ウェイストゲートバルブ、３０…タービンハウジング、３１…ウォータジャケット、３１Ａ…導入口、３１Ｂ…排出口、３２…連通路、３３…貫通孔、３４…肉盛部、３６…回転軸、４１…バルブシート部、４２…リンク機構、４３…揺動アーム、４４…アクチュエータ、４５…駆動ロッド、４６…弁体、４６Ａ…連結ピン。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Internal combustion engine, 11 ... Intake passage, 12 ... Exhaust passage, 20 ... Turbocharger, 21 ... Compressor, 22 ... Turbine, 23 ... Compressor impeller, 24 ... Turbine wheel, 25 ... Shaft, 26 ... Bypass passage, 27 ... Waste Gate valve, 30 ... turbine housing, 31 ... water jacket, 31A ... inlet port, 31B ... discharge port, 32 ... communication passageway, 33 ... through hole, 34 ... overlaying portion, 36 ... rotating shaft, 41 ... valve seat portion, 42 ... Link mechanism, 43 ... Swing arm, 44 ... Actuator, 45 ... Drive rod, 46 ... Valve body, 46A ... Connection pin.
Claims (3)
前記バルブシート部は肉盛溶接によって補強されてなる
ことを特徴とするタービンハウジング。 A bypass passage formed of light metal and extending around the turbine wheel to communicate with the upstream portion and the downstream portion of the turbine wheel in the exhaust flow direction is formed, and a part of the bypass passage is formed. In the turbine housing in which the periphery of the opening of the through hole is a valve seat portion of a wastegate valve that switches between opening and closing of the bypass passage,
A turbine housing characterized in that the valve seat portion is reinforced by overlay welding.
前記軽金属はアルミニウム合金である
ことを特徴とするタービンハウジング。 The turbine housing according to claim 1,
The turbine housing according to claim 1, wherein the light metal is an aluminum alloy.
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Cited By (2)
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| CN110332041B (en) * | 2019-08-13 | 2024-03-29 | 无锡康明斯涡轮增压技术有限公司 | Exhaust valve seat device of turbocharger |
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