JP2016153607A

JP2016153607A - タービンハウジング

Info

Publication number: JP2016153607A
Application number: JP2015031367A
Authority: JP
Inventors: 悟横嶋; Satoru Yokoshima; 飯島　徹; Toru Iijima; 徹飯島
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2015-02-20
Filing date: 2015-02-20
Publication date: 2016-08-25
Anticipated expiration: 2035-02-20
Also published as: JP6449673B2

Abstract

【課題】車両走行時の振動方向に沿って外筒を構成する複数の薄板部材を溶接することによって、振動による応力を緩和することができ、溶接部分の割れを確実に防止することができるタービンハウジングを提供する。【解決手段】吸気側のコンプレッサ１４と触媒コンバータの間に介在するタービンハウジング１０であって、タービンホイール１３ａが配置される排気流路Ｋを形成する内筒２０と、内筒２０と所定間隔Ｇを空けて内筒２０を覆う外筒３０と、を備え、外筒３０は、タービンホイール１３ａのタービン軸１３ｂの軸方向Ｌに沿って分割された複数の薄板部材３１，３２によって構成され、複数の薄板部材３１，３２の隣接する端部３１ｂ，３２ａ同士は、タービンホイール１３ａのタービン軸１３ｂの軸方向Ｌに沿って溶接により固定されている。【選択図】図２

Description

本発明は、車両のターボチャージャ（ターボ過給機）に用いられる板金製のタービンハウジングに関する。

ターボチャージャに用いられるタービンハウジングとしては、鋳造製のものが一般的である。これに対し、板金製のタービンハウジングが例えば特許文献１により開示されている。これを、図８と図９に示す。

図８と図９に示すように、ターボチャージャ用のタービンハウジング１は、タービンホイール６ａが入って吸入空気（吸気）Ａの入口を構成するセンターフランジ７と排気ガスＢの入口を構成する入口側フランジ８及び排気ガスＢの出口を構成する出口側フランジ９に溶接等により接続固定される板金製の内側ハウジング２及び板金製の外側ハウジング３からなる所謂二重殻構造となっている。

内側ハウジング２がハウジング内部の排気ガスＢの流路を実質的に区画形成し、外側ハウジング３は内側ハウジング２を隙間Ｇを介して覆い、内側ハウジング２を保護すると同時に断熱し、かつ、タービンハウジング１としての剛性を高める役割を担う外殻構造体をなしている。

図９に示すように、内側ハウジング２は、タービンホイール６ａのタービン軸６ｂの軸線Ｌに直交する面で２分割形成された第１内側ハウジング部材２Ａと第２内側ハウジング部材２Ｂとを互いに嵌め合わせ、全周に渡って溶接により固定することで作製されている。

また、外側ハウジング３は、タービンホイール６ａのタービン軸６ｂの軸線Ｌに直交する面で２分割形成された第１外側ハウジング部材３Ａと第２外側ハウジング部材３Ｂとを互いに嵌め合わせ、全周に渡って溶接により固定することで作製されている。

そして、内側ハウジング２の第１内側ハウジング部材２Ａの一端部２ａはセンターフランジ７の内側端面７ａに溶接により接続固定され、外側ハウジング３の第１外側ハウジング部材３Ａの一端部３ａはセンターフランジ７に形成された段部７ｂに溶接により接続固定されている。また、外側ハウジング３の第２外側ハウジング部材３Ｂの他端部３ｂは出口側フランジ９に溶接により固着された出口管４に嵌められて溶接により固定され、内側ハウジング２の第２内側ハウジング部材２Ｂの他端部２ｂは、第２外側ハウジング部材３Ｂの他端部３ｂに溶接により固定されたシュラウド部材５と第２外側ハウジング部材３Ｂの他端部３ｂとの間に挿入されている。

尚、吸気側のセンターフランジ７側には外部から吸入空気Ａを取り入れる図示しないコンプレッサ等が接続され、また、排気ガスＢを放出する出口側フランジ９側には排気ガスＢの有害な汚染物質を取り除く図示しない触媒コンバータ等が接続されている。

特開２００７−２７９１号公報

前記従来のタービンハウジング１では、外側ハウジング３の第１外側ハウジング部材３Ａと第２外側ハウジング部材３Ｂが排気ガスＢの流れ方向の軸方向（タービン軸６ｂの軸線Ｌ）に垂直な部分で２分割されて、その両端部３ａ，３ｂが吸気側のセンターフランジ７と排気側の出口側フランジ９に固定の出口管４に溶接により一体化されている。従って、車両が走行する際に、走行中の振動によって、外側ハウジング３の軸方向Ｌにおいて伸縮する振動が生じるが、外側ハウジング３の第１外側ハウジング部材３Ａと第２外側ハウジング部材３Ｂの溶接部分Ｅの溶接目がタービン軸６ｂの軸方向Ｌに対して垂直な方向（振動方向に直交する方向）となっているため、その伸縮振動（引っ張られたり、縮んだりする振動）により図９中矢印Ｄ方向に向けた応力を受け、溶接部分Ｅに割れが発生し易かった。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、車両走行時の振動方向に沿って外筒を構成する複数の薄板部材を溶接することによって、振動による応力を緩和することができ、溶接部分の割れを確実に防止することができるタービンハウジングを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、ターボチャージャにおけるタービンハウジングであって、タービンホイールが配置される排気流路を形成する内筒と、前記内筒と所定間隔を空けて該内筒を覆う外筒と、を備え、前記外筒は、前記タービンホイールのタービン軸の軸方向に沿って分割された複数の薄板部材によって構成され、前記複数の薄板部材の隣接する端部同士は、前記タービンホイールのタービン軸の軸方向に沿って溶接により固定されていることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載のタービンハウジングであって、前記薄板部材の少なくとも一方の端部には、段差部が形成され、前記段差部には、隣接する薄板部材の他方の端部が溶接により固定されていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１記載のタービンハウジングであって、前記薄板部材の少なくとも一方の端部には、外側または内側に折り曲げられた折曲部が形成され、前記折曲部には、隣接する薄板部材の他方の端部が溶接により固定されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のタービンハウジングであって、前記複数の薄板部材は、前記タービン軸の軸方向に沿って２分割された第１外筒分割体と第２外筒分割体との２つの薄板部材によって構成され、前記第１外筒分割体と前記第２外筒分割体の隣接する端部同士が前記タービン軸の軸方向に沿って溶接により固定されていることを特徴とする。

以上説明したように、請求項１の発明によれば、車両走行時の振動方向であるタービンホイールのタービン軸の軸方向に沿って外筒を構成する複数の薄板部材の隣接する端部同士を溶接により固定することによって、車両走行時の振動による応力を緩和することができ、複数の薄板部材の隣接する端部の溶接部分の割れを確実に防止することができる。

請求項２の発明によれば、薄板部材の少なくとも一方の端部には、段差部が形成され、段差部には、隣接する薄板部材の他方の端部が溶接により固定されていることにより、複数の薄板部材の隣接する端部同士を簡単かつ確実に溶接して固定することができる。

請求項３の発明によれば、薄板部材の少なくとも一方の端部には、外側または内側に折り曲げられた折曲部が形成され、折曲部には、隣接する薄板部材の他方の端部が溶接により固定されていることにより、複数の薄板部材の隣接する端部同士を簡単かつ確実に溶接して固定することができる。

請求項４の発明によれば、車両走行時の振動方向であるタービンホイールのタービン軸の軸方向に沿って２分割されて外筒を構成する第１外筒分割体と第２外筒分割体の隣接する端部同士を溶接により固定することによって、車両走行時の振動による応力を緩和することができ、第１外筒分割体と第２外筒分割体の隣接する端部の溶接部分の割れを確実に防止することができる。

本発明の一実施形態のターボチャージャに用いられる板金製のタービンハウジングを示す側面図である。本発明の一実施形態の板金製のタービンハウジングの要部の拡大断面図である。（ａ）は上記タービンハウジングの外筒の接合状態を示す要部の部分断面図、（ｂ）は同外筒の他の接合状態を示す要部の部分断面図である。（ａ）〜（ｅ）は外筒の接合状態の他の変形例を示す要部の断面図である。（ａ）〜（ｇ）は外筒の接合状態の更に他の変形例を示す要部の断面図である。（ａ）〜（ｇ）は外筒の接合状態の別の変形例を示す要部の断面図である。（ａ）〜（ｅ）は外筒の接合状態の更に別の変形例を示す要部の断面図である。従来のターボチャージャに用いられる板金製のタービンハウジングの側面図である。上記従来のタービンハウジングの要部の断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態のターボチャージャに用いられる板金製のタービンハウジングを示す側面図、図２は要部の拡大断面図、図３（ａ）は同タービンハウジングの外筒の接合状態を示す要部の部分断面図、図３（ｂ）は同外筒の他の接合状態を示す要部の部分断面図である。

図１，図２に示すように、タービンハウジング１０は、車両のターボチャージャ（ターボ過給機）のハウジングとして用いられ、タービンホイール１３ａが入って吸入空気（吸気）Ａの入口を構成する吸気側のフランジ１１と、排気ガスの入口を構成する排気入口側のフランジ１５、及び、排気ガスの出口を構成する排気出口側（排気流れ下流側）のフランジ１６に溶接によりそれぞれ固定される内筒２０及び外筒３０からなる所謂二重殻構造となっている。

図１に示すように、吸気側のフランジ１１には外部から吸入空気Ａを取り入れるコンプレッサ１４が接続され、また、排気ガスＢを放出する排気出口側のフランジ１６には排気ガスＢの有害な汚染物質を取り除く図示しない触媒コンバータが接続される。すなわち、タービンハウジング１０は、吸気側のコンプレッサ１４と触媒コンバータの間に介在される。

図２に示すように、内筒２０がハウジング内部の排気ガスの排気流路Ｋを実質的に区画形成し、外筒３０は内筒２０を隙間Ｇ（所定間隔）を空けて完全に覆い、内筒２０を保護すると同時に断熱し、かつ、タービンハウジング１０としての剛性を高める役割を担う外殻構造体をなしている。

内筒２０は、プレス成形された２つの板金製の分割体２１，２２を溶接により接合することにより、内部にＬ字状の排気流路Ｋが形成される。

また、外筒３０は、タービンホイール１３ａのタービン軸１３ｂの軸方向Ｌ（車両走行時の振動方向）に沿う面で２分割形成された第１外筒分割体３１と第２外筒分割体３２との２つの板金製の薄板部材によって構成されている。すなわち、第１外筒分割体３１と第２外筒分割体３２は、板金をプレス加工することにより所定の湾曲形状に成形されていて、このプレス成形された２つの板金製の第１外筒分割体３１と第２外筒分割体３２を溶接により接合することにより、内筒２０を隙間Ｇを空けて完全に覆うようになっている。そして、図３（ａ）に示すように、第１外筒分割体３１の段差状に延びた段差部である他端部３１ｂと第２外筒分割体３２の段差状に延びた段差部である一端部３２ａとは、第１外筒分割体３１の他端部３１ｂを下にして重ね合わせてタービンホイール１３ａのタービン軸１３ｂの軸方向（軸直線方向）Ｌに沿って溶接により互いに固定されている。この溶接部分を符号Ｅで示す。車両が走行中において、タービン軸１３ｂの軸方向Ｌで伸縮するため、軸方向Ｌに沿って溶接することによって、溶接目の破裂を防止することができるようになっている。

尚、図３（ｂ）に示すように、第１外筒分割体３１の段差状の他端部３１ｂを第２外筒分割体３２の段差状の一端部３２ａの上に重ね合わせてタービンホイール１３ａのタービン軸１３ｂの軸方向Ｌに沿って溶接により互いに固定しても良い。また、図１に示すように、第１外筒分割体３１の一端部３１ａ側及び第２外筒分割体３２の他端部（図示省略）側は、排気入口側のフランジ１５の開口部に沿った半円弧湾曲状にそれぞれ形成されて、開口部のまわりの排気入口側のフランジ１５に溶接により互いに固定されている。

図２に示すように、吸気側のフランジ１１は、円形の開口部１１ａを有した円環状に形成されており、その外周側にタービンホイール１３ａのタービン軸１３ｂより外側に延びる円環板状の突起１２が形成されている。この円環板状の突起１２は、第１内筒分割体２１と第２内筒分割体２２とでスクロール室Ｆを形成したスクロール状の内筒２０の円周より大きい円周を成している。そして、吸気側のフランジ１１の開口部１１ａの周りの内端側の段部１１ｂには、第１内筒分割体２１の一端部２１ａが溶接により固定されている。これにより、図２に示すように、第１内筒分割体２１と突起１２の間には、隙間Ｓが形成される。

また、図２に示すように、突起１２の外端側には、第１外筒分割体３１の一方の側端部３１ｃを位置決めする位置決め用の凸部１２ａが形成されている。この位置決め用の凸部１２ａと突起１２との間に補強用のリブ１２ｂが一体突出形成されている。そして、突起１２の位置決め用の凸部１２ａには、第１外筒分割体３１の一方の側端部３１ｃが溶接により固定されている。この溶接部分を符号Ｅで示す。また、突起１２の上端面（外端）１２ｃには、第２外筒分割体３２の一方の側端部３２ｃが溶接により固定されている。これにより、外筒３０と突起１２の溶接部分Ｅがスクロール状の内筒２０よりも外側に位置するようになっている。

以上実施形態のタービンハウジング１０によれば、車両走行時の振動方向であるタービンホイール１３ａのタービン軸１３ｂの軸方向Ｌに沿って２分割されて外筒３０を構成する第１外筒分割体３１と第２外筒分割体３２の隣接する端部３１ｂ，３２ａ同士を、タービンホイール１３ａのタービン軸１３ｂの軸方向Ｌに沿って溶接により固定することによって、車両走行時の振動による応力を緩和することができ、第１外筒分割体３１と第２外筒分割体３２の隣接する端部３１ｂ，３２ａの溶接部分Ｅの割れを確実に防止することができる。これにより、経時的に溶接部分Ｅの状態がより安定した板金製のタービンハウジング１０を低コストで提供することができる。

また、図３（ａ），（ｂ）に示すように、第１外筒分割体３１の段差部である他端部３１ｂを、隣接する第２外筒分割体３２の段差部である一端部３２ａの下側に重ねたり、上側に重ねて溶接により固定したことにより、２つの第１，第２外筒分割体３１，３２の隣接する端部３１ｂ，３２ａ同士を簡単かつ確実に溶接して固定することができる。

尚、前記実施形態によれば、図３（ａ），（ｂ）に示すように、第１，第２外筒分割体３１，３２の隣接する端部３１ｂ，３２ａを段差状に水平に延びるように形成したが、第１，第２外筒分割体３１，３２の隣接する端部３１ｂ，３２ａを、図４〜図７に示す種々の形状にしても良い。

すなわち、図４（ｃ），（ｄ）に示すように、第１，第２外筒分割体３１，３２の隣接する端部３１ｂ，３２ａのうち一方を段差状に形成したり、図４（ａ），（ｂ），（ｅ）に示すように、両方を段差状にすることなく、重ねたり、突き合わせて接合しても良い。

また、図５（ａ）〜図５（ｇ）に示すように、第１，第２外筒分割体３１，３２の隣接する端部のうち少なくとも一方を外側に垂直に折り曲げた折曲部３１ｂ′，３２ａ′にしたり、さらに、図６（ａ）〜図６（ｇ）に示すように、その先端を更に水平、垂直に折り曲げても良い。

さらに、図７（ａ）〜図７（ｅ）に示すように、第１，第２外筒分割体３１，３２の隣接する端部のうち少なくとも一方を内側に垂直に折り曲げた折曲部３１ｂ″，３２ａ″にしても良い。

これらにより、前記実施形態と同様に、２つの第１，第２外筒分割体３１，３２の隣接する端部３１ｂ，３２ａ、３１ｂ′，３２ａ′、３１ｂ″，３２ａ″同士を簡単かつ確実に溶接して固定することができる。

１０タービンハウジング
１３ａタービンホイール
１３ｂタービン軸
１４コンプレッサ
１９触媒コンバータ
２０内筒
３０外筒
３１第１外筒分割体（薄板部材）
３１ｂ段差部（一方の端部）
３１ｂ′，３１ｂ″ 折曲部（一方の端部）
３２第２外筒分割体（薄板部材）
３２ａ，３２ａ′，３２ａ″ 他方の端部
Ｋ排気流路
Ｇ隙間（所定間隔）
Ｌ軸方向

Claims

ターボチャージャにおけるタービンハウジング（１０）であって、
タービンホイール（１３ａ）が配置される排気流路（Ｋ）を形成する内筒（２０）と、前記内筒（２０）と所定間隔（Ｇ）を空けて該内筒（２０）を覆う外筒（３０）と、を備え、
前記外筒（３０）は、前記タービンホイール（１３ａ）のタービン軸（１３ｂ）の軸方向（Ｌ）に沿って分割された複数の薄板部材（３１，３２）によって構成され、
前記複数の薄板部材（３１，３２）の隣接する端部（３１ｂ，３２ａ）同士は、前記タービンホイール（１３ａ）のタービン軸（１３ａ）の軸方向（Ｌ）に沿って溶接により固定されていることを特徴とするタービンハウジング。
請求項１記載のタービンハウジング（１０）であって、
前記薄板部材（３１，３２）の少なくとも一方の端部には、段差部（３１ｂ）が形成され、
前記段差部（３１ｂ）には、隣接する薄板部材（３２）の他方の端部（３２ａ）が溶接により固定されていることを特徴とするタービンハウジング。
請求項１記載のタービンハウジング（１０）であって、
前記薄板部材（３１，３２）の少なくとも一方の端部には、外側または内側に折り曲げられた折曲部（３１ｂ′，３１ｂ″）が形成され、
前記折曲部には、隣接する薄板部材（３２）の他方の端部（３２ａ′，３２ａ″）が溶接により固定されていることを特徴とするタービンハウジング。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のタービンハウジング（１０）であって、
前記複数の薄板部材（３１，３２）は、前記タービン軸（１３ｂ）の軸方向（Ｌ）に沿って２分割された第１外筒分割体（３１）と第２外筒分割体（３２）との２つの薄板部材によって構成され、前記第１外筒分割体（３１）と前記第２外筒分割体（３２）の隣接する端部（３１ｂ，３２ａ）同士が前記タービン軸（１３ｂ）の軸方向（Ｌ）に沿って溶接により固定されていることを特徴とするタービンハウジング。