JP2015140689A - タービンハウジング - Google Patents

Abstract

【課題】仕切部材の内周側部の熱等による変形を抑制し、仕切部材と殻部材間における内周側の開口面積を安定化するタービンハウジングを提供する。
【解決手段】第１殻部材３ａと第２殻部材３ｂと、この第１殻部材３ａと第２殻部材３ｂとの間に設けた仕切部材３ｃを有し、第１殻部材３ａと第２殻部材３ｂと仕切部材３ｃを、その外周部３ｄで接合し、夫々の内周側に出口部と流通する連通孔２１を設け、第１殻部材３ａと仕切部材３ｃ間、及び、第２殻部材３ｂと仕切部材３ｃ間に夫々流路１３，１４を形成し、流路１３，１４は、入口部と出口部とに連通し、仕切部材３ｃの内周側部には、その周方向に凹部１５と凸部１６を、交互に夫々複数設け、この凹凸部１５，１６を、第１殻部材３ａと第２殻部材３ｂで挟持する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ターボ過給機等のタービンハウジングに関する。

ターボ過給機のタービンハウジングとして、鋳造製のものが一般的に使用されている。しかし、鋳造時の湯流れを考慮する必要があるため、肉厚を一定以下とすることができないため、軽量化や、熱容量の点において限界がある。

そのため、近年、鋼板のプレス成形品を用いてタービンハウジングを製作することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４５１２０５８号

前記特許文献１記載のタービンハウジングは、内側ハウジングと外側ハウジングを有し、内側ハウジングと外側ハウジングとの間に隙間を形成し、内側ハウジングは２枚の内殻部材を有し、２枚の内殻部材間には連結部材が設けられている。この連結部材の端部は、外側ハウジングに接合され、連結部材により内側ハウジングの外周部と外側ハウジングは連結されている。

２枚の内殻部材と仕切部材とは、その外周部において接合され、内周側では接合されていない。そのため、仕切部材の内周側が変形することにより、仕切部材と内殻部材間の開口面積が不均一となり、内側ハウジングの内周側に設けたタービンホイールへの排気ガスの供給が不均一となり、過給機の性能が低下する虞がある。

そこで、本発明は、上記問題点を解決したタービンハウジングを提供することを目的とするものである。

前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、流体を内部に導入する入口部と、前記流体が排出される出口部と、第１殻部材と第２殻部材と、この第１殻部材と第２殻部材との間に設けた仕切部材を有し、
前記第１殻部材と第２殻部材と仕切部材を、その外周部で接合し、夫々の内周側に前記出口部と流通する連通孔を設け、
前記第１殻部材と前記仕切部材間、及び、前記第２殻部材と前記仕切部材間に夫々流路を形成し、該流路は、前記入口部と出口部とに連通し、
前記仕切部材の内周側部には、その周方向に凹部と凸部を、交互に夫々複数設け、
この凹凸部を、前記第１殻部材と第２殻部材で挟持したことを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記仕切部材の凹凸部を、前記第１殻部材と第２殻部材における内周部に夫々接合したことを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記第１殻部材の内周面の一部と仕切部材の凹凸部の一部、及び、前記第２殻部材の内周面の一部と仕切部材の凹凸部の一部を当接することにより舌部を形成し、該舌部により、前記流路内で旋回した流体と前記入口部付近の流体とが合流することを抑制するようにしたことを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の発明において、外側ハウジングと、前記第１殻部材と第２殻部材と仕切部材で構成した内側ハウジングを有し、
外側ハウジングと内側ハウジングとの間に空間を形成するとともに、内側ハウジングの外周部と外側ハウジングを結合しないことを特徴とするものである。

本発明によれば、仕切部材の内周側部の周方向に、凹部と凸部を交互に夫々複数設け、この凹凸部を、第１殻部材と第２殻部材で挟持したことにより、仕切部材の内周部が、熱等により変形することを抑制することができる。これにより、前記従来技術よりも、殻部材と仕切部材間における内周側の開口面積が安定化し、タービンホイールへの排気ガスの供給を安定化させ、過給機の性能を向上することが出来る。

本発明の実施例に係るタービンハウジングの斜視図。 図１の右側面図。 図２のＡ−Ａ線断面図。 本発明の実施例に用いる内側ハウジングの斜視図。 図４の正面図。 図４の分解斜視図。 本発明の実施例に用いる第１内殻部材の内面図。 本発明の実施例に用いる第２内殻部材の内面図。 本発明の実施例に用いる仕切部材の一方の面の内面図。 本発明の実施例に用いる仕切部材の他方の面の内面図。

本発明を実施するための形態を図に示す実施例に基づいて説明する。
［実施例１］
図１は、本実施例のタービンハウジング１の斜視図、図２は図１の右側面図、である。なお、図面の一部においては、曲面形状がわかるように、稜線を記載した。

タービンハウジング１は、車両用ターボ過給機に用いられるタービンハウジングであり、図示しないエンジンから流入した流体である排気ガスが、入口１１からタービンハウジング１内に導入され、タービンハウジング１内を通り、出口１２から排出されるとともに、この排気ガスの流れにより、タービンハウジング１の中心側部に設けられた連通穴２０，２１内のタービンホイール（図示せず）が回転駆動されるようになっている。また、このタービンホイールの回転によりコンプレッサホイールが回転駆動され、エンジンへ空気が過給されるようになっている。

タービンハウジング１は、外側ハウジング２と内側ハウジング３と入口部材４と出口部材５を有している。

外側ハウジング２は、第１外殻部材２ａと第２外殻部材２ｂの２枚の部材で構成されている。第１外殻部材２ａと第２外殻部材２ｂは、夫々、金属製の板材を、プレス成形することにより一体に作製される。用いられる板材としては、耐食性、耐熱性に優れたものが好ましい。第１外殻部材２ａと第２外殻部材２ｂの中心部には連通穴２０ａ，２０ｂが夫々形成され、この連通穴２０ａ，２０ｂにより、外側ハウジング２の表裏を貫通する連通穴２０が構成される。

第１外殻部材２ａと第２外殻部材２ｂは、夫々外側方向に膨出し、内側に内側ハウジング３が配設できるようになっている。第１外殻部材２ａと第２外殻部材２ｂは、外周部において、入口１１以外の全周に亘って溶接等により接合されている。

外側ハウジング２内には、内側ハウジング３が配設され、外側ハウジング２と内側ハウジング３間には空間１０が形成されている。

内側ハウジング３は、第１殻部材である第１内殻部材３ａと、第２殻部材である第２内殻部材３ｂと仕切部材３ｃの３枚の部材で構成されている。第１内殻部材３ａと第２内殻部材３ｂと仕切部材３ｃは、金属製の板材を、夫々プレス成形で曲折することにより一体に作製される。用いられる板材としては、耐食性、耐熱性に優れたものが好ましい。仕切部材３ｃの板厚は、内殻部材３ａ，３ｂの板厚と同一かそれよりも薄くすることが好ましい。第１内殻部材３ａと第２内殻部材３ｂと仕切部材３ｃの中心部には連通穴２１ａ，２１ｂ，２１ｃが夫々形成され、この連通穴２１ａ，２１ｂ，２１ｃにより、内側ハウジング３の表裏を貫通する連通穴２１が構成される。

仕切部材３ｃは、図３〜５に示すように、入口１１部以外の外周部３ｄにおいて周方向全体に亘って、第１内殻部材３ａと第２内殻部材３ｂにより挟持されている。その挟持された外周部３ｄにおいて、内殻部材３ａ，３ｂと仕切部材３ｃは、溶接等により接合されている。

内側ハウジング３の外周部３ｄ、すなわち、内殻部材３ａ，３ｂ及び仕切部材３ｃの外周部３ｄと、外側ハウジング２とは結合されず、これらの間には空間１０が介在している。

仕切部材３ｃの内周側端部、すなわち、連通穴２１ｃの外周部には、その周方向に凹部１５と凸部１６が、交互に夫々複数個形成されている。凹凸部１５，１６は、板材をプレス成形で曲折することにより、仕切部材３ｃの本体部と一体に成形されている。

凹部１５と凸部１６との間の壁面１７は、図９，１０に示すように、連通穴２１ｃの内周面に対する接線に対する角度が徐々に変化するように形成され、流体をタービンホイールに導く案内羽根の役割を果たすようになっている。この接線に対する角度を３０°以下に設定することが好ましい。隣接するこの壁面１７と１７間の距離は内周側ほど狭く形成されている。なお、凹凸部１５，１６の形状は、流体をタービンホイールに導くことができれば、任意に形成することが出来る。

仕切部材３ｃの凹凸部１５，１６は、第１内殻部材３ａの内周部と、第２内殻部材３ｂの内周部とで挟持され、凹凸部１５，１６は内殻部材３ａ，３ｂの内周部に当接している。また、仕切部材３ｃの凹凸部１５，１６をその周方向において、内殻部材３ａ，３ｂの内周部に対して複数個所接合することが好ましく、本実施例では、仕切部材３ｃの凹凸部１５，１６を、内殻部材３ａ，３ｂの内周部に対して、その全周に亘って溶接等により接合した。

第１内殻部材３ａの内周面と仕切部材３ｃの一方の面により第１流路１３が形成され、第２内殻部材３ｂの内周面と仕切部材３ｃの他方の面により第２流路１４が形成されている。２つの流路１３，１４は、図７，８に示すように、「の」字状に形成され、周方向の一部が開口して入口１１と連通し、また、内周部の連通穴２１側が開口して出口１２と連通している。

上記の構成により、入口１１から流路１３，１４内に流入した流体は周方向に旋回した後に、内周側の開口から出口１２に排出されるようになっている。

入口１１部の内周側には、第１内殻部材３ａの内周面に設けた凸部１８ａと仕切部材３ｃの一つの凹部１５Ａ、及び、第２内殻部材３ｂの内周面に設けた凹部１８ｂと仕切部材３ｃの一つの凸部１５Ｂが夫々当接するとともに、溶接等で接合されて舌片状の舌部１８が形成されている。この舌部は、図７，８に示すように、入口１１から流入したばかりの流体と、流路１３，１４内を旋回した流体とが合流することを抑制し、流体が出口１２からスムーズに排出されるようにしている。

内側ハウジング３の入口１１側開口部には、フランジ状に形成された入口部材４が固設されている。この入口部材４には、図２に示すように、開口部４ａが形成され、この開口部４ａが入口１１を構成している。

出口部材５は、環状部材５ａと出口フランジ５ｂで構成され、第１外殻部材２ａの中心部の連通穴２０の開口部には環状部材５ａが挿通され、この環状部材５ａは第１外殻部材２ａに対して溶接等により接合されている。

また、第２内殻部材３ｂの内周側に形成された凸部２２は、第２外殻部材２ｂの内周部に形成された凸部２３に摺動可能に嵌合している。また、環状部材５ａの外側端部には出口フランジ５ｂが固設され、出口１２を形成している。

第１内殻部材３ａの貫通穴２１には取付フランジ２５が固設され、取付フランジ２５内にはタービンホイール等が収納されている。

このように、タービンハウジング１は、内部に２つの流路１３，１４が形成されたツインスクロール型のタービンハウジングである。

以上の構成により、外側ハウジング２は、内側ハウジング３を保護し、タービンハウジング１の剛性を高めている。

仕切部材３ｃの内周部に凹凸部１５，１６を設け、この凹凸部１５，１６を内殻部材３ａ，３ｂの内周部で挟持すると共に接合したことにより、内側ハウジング２の剛性を高めることができる。また、仕切部材３ｃの内周部が熱等により変形することを抑制することができるため、前記従来技術よりも、仕切部材３ｃの内周部と内殻部材３ａ，３ｂの内周部との間の開口面積が安定化し、タービンホイールへの排気ガスの供給を安定化させ、過給機の性能を向上することが出来る。

仕切部材３ｃにおける凹部１５と凸部１６との間の壁面１７が、流体をタービンホイールに導く案内羽根の役割を果たすことにより、排気ガスを効率よくタービンホイールに供給し、過給機の性能を向上することが出来る。

外側ハウジング２と内側ハウジング３との間に形成した空間１０を設け、かつ、内側ハウジング３の外周部を外側ハウジング２と接合しないようにしたことにより、内側ハウジング３の熱が外側ハウジング２に伝わりにくくなり、断熱効果を有し、排気ガスのエネルギーを効率よく、タービンホイールの回転運動に変換することができ、過給機の効率を高めることができる。また、内側ハウジング３と外側ハウジング２の温度差による膨張差・熱応力を従来技術のものよりも軽減できるため、タービンハウジング１の耐久性を従来技術のものよりも高くすることができる。

また、外側ハウジング２を、プレス成形で作製した外殻部材２ａ，２ｂで構成し、内側ハウジング３を、プレス成形で作製した内殻部材３ａ，３ｂと仕切部材３ｃで構成したことにより、タービンハウジング１の熱容量を低くすることができ、冷間始動時の排気ガス温度の上昇を早め、排気ガス浄化性能を向上させ、排気ガス浄化触媒の量を減らすことが出来る。

第１内殻部材３ａの凸部１８ａと仕切部材３ｃの凹部１５Ａ、及び、第２内殻部材３ｂの凹部１８ｂと仕切部材３ｃの凸部１６Ａを当接し、接合させて舌部１８を形成したことにより、この舌部１８を容易に構成することが出来る。

なお、外側ハウジング２を、プレス成形で作製した外殻部材２ａ，２ｂで構成し、内側ハウジング３を、プレス成形で作製した内殻部材３ａ，３ｂと仕切部材３ｃで構成するとともに、内側ハウジング２と外側ハウジング３との間に空間１０を設け、内側ハウジング２の外周部３ｄと外側ハウジング３とを接合しなければ、外殻部材２ａ，２ｂ、内殻部材３ａ，３ｂ、仕切部材３ｃは、図に示した形状に限定されること無く任意の形状とすることができる。

［実施例２］
前記実施例１では、内側ハウジング３の外側に外側ハウジング２を設けたが、この外側ハウジング２は設けなくてもよい。
その他の構造は、前記実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
なお、本実施例２においても、内側ハウジング３については、前記実施例１の内側ハウジング３と同様の作用、効果を発揮することが出来る。

１ タービンハウジング
２ 外側ハウジング
３ 内側ハウジング
３ａ 第１殻部材
３ｂ 第２殻部材
３ｃ 仕切部材
１０ 空間
１１ 入口部
１２ 出口部
１３，１４ 流路
１５ 凹部
１６ 凸部
１８ 舌部

Claims (4)

1. 流体を内部に導入する入口部と、前記流体が排出される出口部と、第１殻部材と第２殻部材と、この第１殻部材と第２殻部材との間に設けた仕切部材を有し、
   前記第１殻部材と第２殻部材と仕切部材を、その外周部で接合し、夫々の内周側に前記出口部と流通する連通孔を設け、
   前記第１殻部材と前記仕切部材間、及び、前記第２殻部材と前記仕切部材間に夫々流路を形成し、該流路は、前記入口部と出口部とに連通し、
   前記仕切部材の内周側部には、その周方向に凹部と凸部を、交互に夫々複数設け、
   この凹凸部を、前記第１殻部材と第２殻部材で挟持したことを特徴とするタービンハウジング。
2. 前記仕切部材の凹凸部を、前記第１殻部材と第２殻部材における内周部に夫々接合したことを特徴とする請求項１記載のタービンハウジング。
3. 前記第１殻部材の内周面の一部と仕切部材の凹凸部の一部、及び、前記第２殻部材の内周面の一部と仕切部材の凹凸部の一部を当接することにより舌部を形成し、該舌部により、前記流路内で旋回した流体と前記入口部付近の流体とが合流することを抑制するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載のタービンハウジング。
4. 外側ハウジングと、前記第１殻部材と第２殻部材と仕切部材で構成した内側ハウジングを有し、
   外側ハウジングと内側ハウジングとの間に空間を形成するとともに、内側ハウジングの外周部と外側ハウジングを結合しないことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のタービンハウジング。