JP2015165108A - turbine housing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タービンハウジングに関するものである。 The present invention relates to a turbine housing.
近年、タービンハウジングの内部に、タービンホイールが収容されるタービン室の内周壁を構成する内壁部材を設けることが提案されている。特許文献1のタービンハウジングでは、ハウジング本体におけるタービン室の内周面に、断熱材として機能するインシュレータが設けられている。 In recent years, it has been proposed to provide an inner wall member constituting an inner peripheral wall of a turbine chamber in which a turbine wheel is accommodated in the turbine housing. In the turbine housing of Patent Document 1, an insulator that functions as a heat insulating material is provided on the inner peripheral surface of the turbine chamber in the housing body.
上記タービンハウジングでは、ハウジング本体と内壁部材とが別体であるため、それらハウジング本体と内壁部材との接触部分に間隙が形成されてしまう。そして、この隙間にタービンハウジング内で発生した凝縮水が侵入すると、その凝縮水による電食などによって、ハウジング本体や内壁部材が腐食するおそれがある。 In the turbine housing, since the housing body and the inner wall member are separate, a gap is formed at the contact portion between the housing body and the inner wall member. And if the condensed water which generate | occur | produced in the turbine housing penetrate | invades in this clearance gap, there exists a possibility that a housing main body and an inner wall member may corrode by the electric corrosion etc. by the condensed water.
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、凝縮水による腐食を抑えることのできるタービンハウジングを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a turbine housing capable of suppressing corrosion due to condensed water.
上記課題を達成するためのタービンハウジングは、タービンホイールが収容されるタービン室を有するハウジング本体と、ハウジング本体の内部に同ハウジング本体とは別体に設けられて少なくともシュラウド部の内周壁を含む前記タービン室の内周壁を構成する筒形状の内壁部材と、を備える。そして、前記ハウジング本体の内周面における前記内壁部材に覆われた部分であって、その重力方向における下方側の部位に、前記覆われた部分の排気流れ方向上流側の端部まで前記タービンホイールの回転軸と平行に延びる溝が形成されている。前記溝の底部が前記端部に近づくに連れて重力方向下方側になるように水平方向に対して傾斜している。 A turbine housing for achieving the above object includes a housing main body having a turbine chamber in which a turbine wheel is accommodated, and an inner peripheral wall of at least a shroud portion provided inside the housing main body separately from the housing main body. A cylindrical inner wall member constituting the inner peripheral wall of the turbine chamber. The turbine wheel is a portion covered with the inner wall member on the inner peripheral surface of the housing main body, and is located at a lower portion in the gravitational direction to an end portion on the upstream side in the exhaust flow direction of the covered portion. A groove extending in parallel with the rotation axis is formed. The groove is inclined with respect to the horizontal direction so that the bottom of the groove approaches the end in the gravity direction.
上記タービンハウジングでは、低温時に発生した凝縮水がハウジング本体と内壁部材との間隙に侵入した場合に、この凝縮水が重力によってハウジング本体の内周面に形成された溝の内部に流れ落ちるとともに同溝の内部を排気流れ方向上流側の端部まで流れて、上記間隙の外部に排出されるようになる。このように上記タービンハウジングによれば、ハウジング本体と内壁部材との間隙から凝縮水を排出することができるため、凝縮水によるハウジング本体や内壁部材の腐食を抑えることができる。 In the turbine housing, when condensed water generated at a low temperature enters the gap between the housing main body and the inner wall member, the condensed water flows down into a groove formed on the inner peripheral surface of the housing main body due to gravity, and the groove Flows to the upstream end in the exhaust flow direction, and is discharged to the outside of the gap. Thus, according to the turbine housing, since the condensed water can be discharged from the gap between the housing main body and the inner wall member, corrosion of the housing main body and the inner wall member due to the condensed water can be suppressed.
以下、タービンハウジングの一実施形態について説明する。
図1に示すように、ターボチャージャ10は、内燃機関1の吸気通路2に配設されるコンプレッサ20と、同内燃機関1の排気通路3に配設されるタービン30と、それらコンプレッサ20およびタービン30を連結するセンターハウジング11とを備えている。
Hereinafter, an embodiment of the turbine housing will be described.
As shown in FIG. 1, the turbocharger 10 includes a compressor 20 disposed in the intake passage 2 of the internal combustion engine 1, a turbine 30 disposed in the exhaust passage 3 of the internal combustion engine 1, the compressor 20 and the turbine. And a center housing 11 for connecting 30.
コンプレッサ20はコンプレッサハウジング21を備えている。コンプレッサハウジング21の内部にはコンプレッサ室22が形成されており、コンプレッサ室22にはコンプレッサホイール23が収容されている。一方、タービン30はタービンハウジング31を備えている。タービンハウジング31の内部にはタービン室32が形成されており、同タービン室32にはタービンホイール33が収容されている。センターハウジング11には、シャフト12が回転可能に支持されており、同シャフト12の一端にはコンプレッサホイール23が固定され、他端にはタービンホイール33が固定されている。このターボチャージャ10は、コンプレッサホイール23とタービンホイール33とが一体回転する構造になっている。 The compressor 20 includes a compressor housing 21. A compressor chamber 22 is formed inside the compressor housing 21, and a compressor wheel 23 is accommodated in the compressor chamber 22. On the other hand, the turbine 30 includes a turbine housing 31. A turbine chamber 32 is formed inside the turbine housing 31, and a turbine wheel 33 is accommodated in the turbine chamber 32. A shaft 12 is rotatably supported on the center housing 11. A compressor wheel 23 is fixed to one end of the shaft 12, and a turbine wheel 33 is fixed to the other end. The turbocharger 10 has a structure in which the compressor wheel 23 and the turbine wheel 33 rotate integrally.
コンプレッサ室22はコンプレッサホイール23の回転軸L1に沿って延設されている。また、コンプレッサハウジング21には、上記コンプレッサホイール23の外周において渦巻形状で延びるスクロール通路24が形成されている。 The compressor chamber 22 extends along the rotation axis L <b> 1 of the compressor wheel 23. The compressor housing 21 is formed with a scroll passage 24 extending in a spiral shape on the outer periphery of the compressor wheel 23.
一方、タービン室32はタービンホイール33の回転軸L1に沿って延設されている。また、タービンハウジング31には上記タービンホイール33の外周において渦巻形状で延びるスクロール通路34が形成されている。スクロール通路34は上記タービン室32の周壁においてその全周にわたる円環形状で開口されている。 On the other hand, the turbine chamber 32 extends along the rotation axis L <b> 1 of the turbine wheel 33. The turbine housing 31 is formed with a scroll passage 34 extending in a spiral shape on the outer periphery of the turbine wheel 33. The scroll passage 34 is opened in an annular shape over the entire circumference of the peripheral wall of the turbine chamber 32.
上記ターボチャージャ10では次のようにして内燃機関1への過給が行われる。内燃機関1の排気がスクロール通路34を介してタービンホイール33に吹き付けられると、同タービンホイール33が排気流のエネルギを受けることによって回転する。そして、このタービンホイール33の回転がシャフト12を通じてコンプレッサホイール23に伝達されて、同コンプレッサホイール23が回転する。これによりコンプレッサ20内では、同コンプレッサ20の入口部20aからコンプレッサ室22に流入する吸気が、コンプレッサホイール23の回転による遠心力の作用により、スクロール通路24、ひいては内燃機関1の各気筒へと送られる。内燃機関1では、こうした排気の持つエネルギを利用した過給を行うことによって出力向上が図られる。 The turbocharger 10 supercharges the internal combustion engine 1 as follows. When the exhaust gas of the internal combustion engine 1 is blown onto the turbine wheel 33 through the scroll passage 34, the turbine wheel 33 rotates by receiving the energy of the exhaust flow. Then, the rotation of the turbine wheel 33 is transmitted to the compressor wheel 23 through the shaft 12, and the compressor wheel 23 rotates. Thereby, in the compressor 20, the intake air flowing into the compressor chamber 22 from the inlet 20 a of the compressor 20 is sent to the scroll passage 24 and eventually to each cylinder of the internal combustion engine 1 by the action of the centrifugal force due to the rotation of the compressor wheel 23. It is done. In the internal combustion engine 1, the output can be improved by performing supercharging using the energy of the exhaust.
上記ターボチャージャ10としては水冷式のものが採用されている。具体的には、ハウジング本体40の内部に、冷却水を循環させるための冷却水路35が形成されている。そして、この冷却水路35の内部に冷却水を強制的に循環させることにより、タービンハウジング31が冷却される構造になっている。なお本実施形態では、内燃機関1の運転に際して同内燃機関1の冷却に用いられる冷却水の一部が上記冷却水路35に供給されて循環するようになっている。 The turbocharger 10 is a water-cooled type. Specifically, a cooling water channel 35 for circulating the cooling water is formed inside the housing body 40. The turbine housing 31 is cooled by forcibly circulating the cooling water inside the cooling water passage 35. In the present embodiment, a part of the cooling water used for cooling the internal combustion engine 1 during operation of the internal combustion engine 1 is supplied to the cooling water passage 35 and circulated.
図1または図2に示すように、タービンハウジング31は、ハウジング本体40とその内部に取り付けられた内壁部材50とによって構成されている。ハウジング本体40はアルミニウム合金により形成されている。内壁部材50は、耐熱性の高い材料であり、且つハウジング本体40より熱伝導率の高い材料(本実施形態では、ステンレス鋼)により形成されている。このように本実施形態では、ハウジング本体40の内部に、同ハウジング本体40とは別体に形成された内壁部材50が設けられている。また内壁部材50は、一方(図1における左側)の端部が拡径された円筒形状に形成されている。 As shown in FIG. 1 or FIG. 2, the turbine housing 31 includes a housing body 40 and an inner wall member 50 attached to the inside of the housing body 40. The housing body 40 is made of an aluminum alloy. The inner wall member 50 is made of a material having high heat resistance and higher thermal conductivity than the housing body 40 (in this embodiment, stainless steel). Thus, in this embodiment, the inner wall member 50 formed separately from the housing body 40 is provided inside the housing body 40. Further, the inner wall member 50 is formed in a cylindrical shape in which one end (left side in FIG. 1) has an enlarged diameter.
そして内壁部材50は、タービン室32における上記タービンホイール33より排気流れ方向下流側の部分の一部、および上記タービンホイール33の周壁になる部分(いわゆるシュラウド部の内周壁)、およびスクロール通路34における上記タービンホイール33側の部分の内壁を形成するように、ハウジング本体40の内部に取り付けられる。なお内壁部材50は、拡径された形状の側の部分がシュラウド部およびスクロール通路34の内壁を形成する状態で配設されている。 The inner wall member 50 includes a part of the turbine chamber 32 on the downstream side in the exhaust flow direction from the turbine wheel 33, a part that becomes the peripheral wall of the turbine wheel 33 (the inner peripheral wall of the so-called shroud part), and the scroll passage 34. It is attached to the inside of the housing body 40 so as to form the inner wall of the portion on the turbine wheel 33 side. The inner wall member 50 is disposed in a state in which a portion on the side of the expanded shape forms the shroud portion and the inner wall of the scroll passage 34.
上記タービンハウジング31では、ハウジング本体40と内壁部材50とが別体に形成されるため、ハウジング本体40と内壁部材50との接触部分に間隙が形成されてしまう。この間隙は微小であるために、タービンハウジング31内で発生した凝縮水が侵入した場合に同凝縮水が溜まりやすい。そのため、上記間隙に侵入した凝縮水による電食などによってハウジング本体40や内壁部材50の腐食を招くおそれがある。 In the turbine housing 31, since the housing body 40 and the inner wall member 50 are formed separately, a gap is formed at the contact portion between the housing body 40 and the inner wall member 50. Since this gap is very small, when the condensed water generated in the turbine housing 31 enters, the condensed water tends to accumulate. Therefore, there is a possibility that corrosion of the housing body 40 and the inner wall member 50 may be caused by electrolytic corrosion due to condensed water entering the gap.
そこで、本実施形態では、ハウジング本体40と内壁部材50との間に、凝縮水を外部に排出するための排出溝41を設けるようにしている。以下、この排出溝41について詳細に説明する。 Therefore, in the present embodiment, a discharge groove 41 for discharging condensed water to the outside is provided between the housing main body 40 and the inner wall member 50. Hereinafter, the discharge groove 41 will be described in detail.
図3および図4に示すように、排出溝41は、ハウジング本体40の内周面における上記内壁部材50に覆われた部分であって、その重力方向における最も下方側の部位に、タービンホイール33の回転軸L1と平行に延びる形状で形成されている。排出溝41は、ハウジング本体40の内周面における上記内壁部材50に覆われた部分の排気流れ方向上流側(図3における左側)の端部まで延設されている。また排出溝41は、その底部が、上記端部に近づくに連れて重力方向下方側になるように水平方向に対して傾斜している。 As shown in FIGS. 3 and 4, the discharge groove 41 is a portion covered with the inner wall member 50 on the inner peripheral surface of the housing body 40, and the turbine wheel 33 is formed at the lowermost portion in the gravity direction. Are formed in a shape extending in parallel with the rotation axis L1. The discharge groove 41 extends to an end portion on the upstream side (left side in FIG. 3) in the exhaust flow direction of the portion of the inner peripheral surface of the housing body 40 covered with the inner wall member 50. Further, the discharge groove 41 is inclined with respect to the horizontal direction so that the bottom thereof becomes closer to the lower side in the gravity direction as it approaches the end.
以下、こうした排出溝41を設けることによる作用について説明する。
上記タービンハウジング31では、内燃機関1の運転停止時などの低温時に発生した凝縮水がハウジング本体40と内壁部材50との間隙に侵入すると、図4中に白抜きの矢印で示すように、この凝縮水が重力によって間隙内を伝い排出溝41の内部に流れ落ちるようになる。そして、この凝縮水は、図3中に白抜きの矢印で示すように、排出溝41の内部を排気流れ方向上流側の端部まで流れて、同端部からハウジング本体40と内壁部材50との間隙の外部(詳しくは、スクロール通路34内)に排出されるようになる。このように上記タービンハウジング31によれば、ハウジング本体40と内壁部材50との間隙から凝縮水を排出することができるため、凝縮水によるハウジング本体40や内壁部材50の腐食を抑えることができる。
Hereinafter, the effect | action by providing such the discharge groove 41 is demonstrated.
In the turbine housing 31, when condensed water generated at a low temperature such as when the operation of the internal combustion engine 1 is stopped enters the gap between the housing main body 40 and the inner wall member 50, this is indicated by a white arrow in FIG. 4. The condensed water flows along the gap due to gravity and flows down into the discharge groove 41. Then, as shown by the white arrow in FIG. 3, this condensed water flows through the inside of the discharge groove 41 to the upstream end in the exhaust flow direction, and from the same end, the housing body 40 and the inner wall member 50 Is discharged outside the gap (specifically, in the scroll passage 34). As described above, according to the turbine housing 31, the condensed water can be discharged from the gap between the housing main body 40 and the inner wall member 50, so that the corrosion of the housing main body 40 and the inner wall member 50 due to the condensed water can be suppressed.
図5に、高温時における排出溝41周辺の断面構造を示す。図5に示すように、上記タービンハウジング31では、排出溝41の深さは、内燃機関1の運転に伴ってタービンハウジング31が高温になったときに、熱膨張する内壁部材50によって排出溝41が埋まるように設定されている。 FIG. 5 shows a cross-sectional structure around the discharge groove 41 at a high temperature. As shown in FIG. 5, in the turbine housing 31, the depth of the discharge groove 41 is determined by the inner wall member 50 that thermally expands when the turbine housing 31 becomes hot as the internal combustion engine 1 is operated. Is set to fill.
内壁部材50は排気に直接触れて高温になるために熱膨張量が大きいのに対して、ハウジング本体40は冷却水によって冷却されて比較的低温になるために熱膨張量が小さい。タービンハウジング31では、そうした熱膨張量の差により、高温時には内壁部材50の外周面がハウジング本体40の内周面に押し付けられる。そして、このとき内壁部材50によってハウジング本体40の排出溝41が埋まる構造になっている。これにより、ターボチャージャ10の運転に際して、ハウジング本体40と内壁部材50との間隙に繋がる上記排出溝41を塞ぐことができるため、排出溝41を形成することに起因するターボチャージャ10の運転効率の低下を抑えることができる。 The inner wall member 50 has a large amount of thermal expansion because it directly touches the exhaust gas and becomes high temperature, whereas the housing main body 40 is cooled by the cooling water and becomes relatively low in temperature, so the amount of thermal expansion is small. In the turbine housing 31, due to such a difference in thermal expansion amount, the outer peripheral surface of the inner wall member 50 is pressed against the inner peripheral surface of the housing body 40 at a high temperature. At this time, the inner wall member 50 fills the discharge groove 41 of the housing body 40. Thereby, when the turbocharger 10 is operated, the discharge groove 41 connected to the gap between the housing main body 40 and the inner wall member 50 can be closed, so that the operation efficiency of the turbocharger 10 resulting from the formation of the discharge groove 41 is improved. The decrease can be suppressed.
また、内壁部材50の若干の膨張が許容されるため、低温時に内壁部材50の外周面とハウジング本体40の内周面とが強固に固定されているものと比較して、タービンハウジング31の温度変化に起因する内壁部材50やハウジング本体40における内部応力の発生が抑えられ、これによりタービンハウジング31の信頼性の向上を図ることができる。 Further, since the inner wall member 50 is allowed to slightly expand, the temperature of the turbine housing 31 is lower than that in which the outer peripheral surface of the inner wall member 50 and the inner peripheral surface of the housing body 40 are firmly fixed at low temperatures. Generation of internal stress in the inner wall member 50 and the housing main body 40 due to the change is suppressed, and thereby the reliability of the turbine housing 31 can be improved.
さらに、上記タービンハウジング31では、内壁部材50がハウジング本体40に強固に固定されておらず、若干の相対移動が可能な状態になっている。タービンハウジング31の内部において、内壁部材50より排気流れ方向下流側の部分(例えば、タービン室32におけるタービンホイール33より下流側の部分)の圧力P1(図3)は、内壁部材50より排気流れ方向上流側の部分(例えば、スクロール通路34)の圧力P2より低い(P1<P2)。そのため、内燃機関1が運転されて、そうした圧力差が生じると、この圧力差によって内壁部材50が排気流れ方向下流側に向けて押圧される。これにより、内壁部材50の排気流れ方向上流側の端部、すなわち拡径された形状の部分がハウジング本体40の内面に押し付けられるため、同端部における内壁部材50とハウジング本体40との密着の度合いが高くなり、これによっても上記排出溝41が塞がれるようになる。 Further, in the turbine housing 31, the inner wall member 50 is not firmly fixed to the housing main body 40, and is in a state where a slight relative movement is possible. Inside the turbine housing 31, the pressure P <b> 1 (FIG. 3) of a portion downstream of the inner wall member 50 in the exhaust flow direction (for example, a portion downstream of the turbine wheel 33 in the turbine chamber 32) is in the exhaust flow direction of the inner wall member 50. Lower than the pressure P2 of the upstream portion (for example, the scroll passage 34) (P1 <P2). Therefore, when the internal combustion engine 1 is operated and such a pressure difference is generated, the inner wall member 50 is pressed toward the downstream side in the exhaust flow direction due to the pressure difference. As a result, the end of the inner wall member 50 on the upstream side in the exhaust flow direction, that is, the portion with the expanded diameter is pressed against the inner surface of the housing main body 40, so that the inner wall member 50 and the housing main body 40 at the same end are in close contact with each other. The degree becomes higher, and this also closes the discharge groove 41.
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)ハウジング本体40の内周面における上記内壁部材50に覆われた部分であって、その重力方向における最も下方側の部位に、タービンホイール33の回転軸L1と平行に延びる形状の排出溝41を形成した。排出溝41をハウジング本体40の内周面における上記内壁部材50に覆われた部分の排気流れ方向上流側の端部まで延設し、排出溝41の底部を、上記端部に近づくに連れて重力方向下方側になるように水平方向に対して傾斜させた。これにより、排出溝41を通じてハウジング本体40と内壁部材50との間隙から凝縮水を排出することができるため、凝縮水によるハウジング本体40や内壁部材50の腐食を抑えることができる。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) A discharge groove having a shape extending in parallel with the rotation axis L1 of the turbine wheel 33 at a lowermost portion in the gravitational direction on the inner peripheral surface of the housing main body 40 covered with the inner wall member 50. 41 was formed. The discharge groove 41 is extended to the end of the inner peripheral surface of the housing body 40 covered by the inner wall member 50 on the upstream side in the exhaust flow direction, and the bottom of the discharge groove 41 is moved closer to the end. It was inclined with respect to the horizontal direction so as to be on the lower side in the direction of gravity. Thereby, since condensed water can be discharged | emitted from the clearance gap between the housing main body 40 and the inner wall member 50 through the discharge groove 41, corrosion of the housing main body 40 and the inner wall member 50 by condensed water can be suppressed.
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。
・ハウジング本体40と内壁部材50とを、相対移動しないように強固に固定してもよい。
The above embodiment may be modified as follows.
The housing body 40 and the inner wall member 50 may be firmly fixed so as not to move relative to each other.
・排出溝41を、一本のみ形成することに限らず、複数本形成してもよい。この場合には、それら排出溝を、ハウジング本体40の内周面における上記内壁部材50に覆われた部分であって、その重力方向における下方側の部位にそれぞれ形成すればよい。 -Not only forming one discharge groove 41 but you may form two or more. In this case, these discharge grooves may be formed in portions of the inner peripheral surface of the housing main body 40 that are covered with the inner wall member 50 and on the lower side in the gravity direction.
1…内燃機関、2…吸気通路、3…排気通路、10…ターボチャージャ、11…センターハウジング、12…シャフト、20…コンプレッサ、20a…入口部、21…コンプレッサハウジング、22…コンプレッサ室、23…コンプレッサホイール、24…スクロール通路、30…タービン、31…タービンハウジング、32…タービン室、33…タービンホイール、34…スクロール通路、35…冷却水路、40…ハウジング本体、41…排出溝、50…内壁部材。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine, 2 ... Intake passage, 3 ... Exhaust passage, 10 ... Turbocharger, 11 ... Center housing, 12 ... Shaft, 20 ... Compressor, 20a ... Inlet part, 21 ... Compressor housing, 22 ... Compressor chamber, 23 ... Compressor wheel, 24 ... scroll passage, 30 ... turbine, 31 ... turbine housing, 32 ... turbine chamber, 33 ... turbine wheel, 34 ... scroll passage, 35 ... cooling water passage, 40 ... housing body, 41 ... discharge groove, 50 ... inner wall Element.
Claims (1)
前記ハウジング本体の内周面における前記内壁部材に覆われた部分であって、その重力方向における下方側の部位に、前記覆われた部分の排気流れ方向上流側の端部まで前記タービンホイールの回転軸と平行に延びる溝が形成されており、
前記溝の底部が前記端部に近づくに連れて重力方向下方側になるように水平方向に対して傾斜している
ことを特徴とするタービンハウジング。 A housing main body having a turbine chamber in which a turbine wheel is accommodated, and a cylindrical shape which is provided separately from the housing main body inside the housing main body and includes at least an inner peripheral wall of a shroud portion. A turbine housing comprising:
Rotation of the turbine wheel to a portion of the inner peripheral surface of the housing body covered with the inner wall member, at a lower portion in the gravitational direction, to an end portion on the upstream side in the exhaust flow direction of the covered portion. A groove extending in parallel with the axis is formed,
A turbine housing that is inclined with respect to a horizontal direction so that a bottom portion of the groove approaches a lower side in a gravitational direction as the end portion is approached.
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