JP2017089450A - タービンハウジング - Google Patents

Abstract

【課題】スクロール部の排気出口側の領域の熱変形及び亀裂等の発生を確実に防止でき、剛性及び耐久性を高め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】排気ガスＢの入口１２ａを構成する排気入口側のフランジ１２と排気ガスＢの出口１３ａを構成する排気出口側のフランジ１３との間に渦状の排気ガス流路Ｋを構成するスクロール部２０を備え、スクロール部２０の中心部Ｏに配設されたタービンホイール１４を経由して排気ガスＢを排気出口側に排出するタービンハウジング１０において、スクロール部２０の排気ガスＢの排気出口側の領域としてのタービンホイール１４に相対向する部位を鋳物製のスクロール部材２３によって形成し、残りの部位を板金製のスクロール板材２１，２２によって形成した。【選択図】図４

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〜図１０に示す。

図８〜図１０に示すように、タービンハウジング１は、渦状の排気ガス通路を構成するスクロール部２と、このスクロール部２から突設され、排気ガスの出口となるタービン出口２ｂを構成するタービン出口構成配管７と、スクロール部２を外部の排気ガス通路（図示せず）とバイパスするバイパス通路５を構成するためにスクロール部２から突設され、タービン出口構成配管７と別体に並設されたバイパス通路構成配管６と、タービン出口構成配管７とバイパス通路構成配管６とで支持されるタービン出口フランジ４とを備えている。なお、図中符号２ａはタービン入口を示し、符号３はタービン入口フランジを示している。

そして、タービンハウジング１は、タービン出口構成配管７とバイパス通路構成配管６の２つの配管によって、鋳物品で比較的重量のあるタービン出口フランジ４を支持している。

特開２００８−５７４４８号公報

しかしながら、前記従来のタービンハウジング１では、スクロール部２が全て板金製で形成されているため、軽量ではあるが、熱により変形したり、亀裂等が発生し易く、耐久性の確保が難しかった。

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、渦状の排気ガス流路を有したスクロール部の排気出口側の領域の熱変形及び亀裂等の発生を確実に防止することができると共に、剛性及び耐久性を向上させ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、排気ガスの入口を構成する排気入口側のフランジと前記排気ガスの出口を構成する排気出口側のフランジとの間に渦状の排気ガス流路を構成するスクロール部を備え、前記スクロール部の中心部に配設されたタービンホイールを経由して前記排気ガスを排気出口側に排出するタービンハウジングにおいて、前記スクロール部の前記排気ガスの排気出口側の領域を板金製より耐熱性の高い材料からなるスクロール部材によって形成し、かつ、前記スクロール部の残りの領域を板金製のスクロール部材によって形成したことを特徴とする。

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、前記スクロール部の前記タービンホイールに相対向する部位を前記板金製より耐熱性の高い材料からなるスクロール部材によって形成し、残りの部位を前記板金製のスクロール板材によって形成したことを特徴とする。

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、前記渦状の排気ガス流路を構成するスクロール部を、分割された少なくとも２つの板金製の内筒分割体と前記タービンホイールに相対向する部位に位置する板金製より耐熱性の高い材料からなる内筒分割体とからなる内筒で構成し、前記内筒を分割された少なくとも２つの板金製の外筒分割体からなる外筒で所定間隔を空けて覆ったことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３記載のタービンハウジングであって、前記板金製の内筒分割体と前記板金製より耐熱性の高い材料からなる内筒分割体の隣接する端部同士を前記排気ガス流路の流路面の反対側の面からの溶接により接合したことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のタービンハウジングであって、前記板金製より耐熱性の高い材料は、鋳造より形成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、渦状の排気ガス流路を有したスクロール部の排気ガスの排気出口側の領域を板金製より耐熱性の高い材料からなるスクロール部材によって形成し、かつ、スクロール部の残りの領域を板金製のスクロール部材によって形成したことにより、スクロール部の排気出口側の領域の熱変形及び亀裂等の発生を確実に防止することができると共に、剛性及び耐久性を向上させることができる。

請求項２の発明によれば、スクロール部のタービンホイールに相対向する部位を板金製より耐熱性の高い材料からなるスクロール部材によって形成し、残りの部位を板金製のスクロール板材によって形成したことにより、簡単な構造でスクロール部のタービンホイールに相対向する部位の熱変形及び亀裂等の発生を確実に防止することができると共に、剛性及び耐久性をより一段と向上させることができる。これにより、スクロール部とタービンホイールとのクリアランス（チップクリアランス）を簡単かつ確実に経時的に確保することができる。

請求項３の発明によれば、渦状の排気ガス流路を構成するスクロール部を、分割された少なくとも２つの板金製の内筒分割体とタービンホイールに相対向する部位に位置する板金製より耐熱性の高い材料からなる内筒分割体とからなる内筒で構成し、この内筒を分割された少なくとも２つの板金製の外筒分割体からなる外筒で所定間隔を空けて覆ったことにより、内筒を外筒により保護することができると共に、外筒から外に排気ガスが漏れることを確実に防止することができる。

請求項４の発明によれば、板金製の内筒分割体と板金製より耐熱性の高い材料からなる内筒分割体の隣接する端部同士を排気ガス流路の流路面の反対側の面からの溶接により接合したことにより、板金製の内筒分割体と鋳物製の内筒分割体の隣接する端部同士を接合した溶接部分が高温の排気ガスにより溶けることを防止することができ、接合した各内筒分割体の隣接する端部間から排気ガスが漏れるのを確実に防止することができる。

請求項５の発明によれば、板金製より耐熱性の高い材料として鋳造より形成された鋳物製のスクロール部材を用いたことにより、スクロール部の一部を構成する排気ガスの排気出口側の領域を簡単かつ確実に製造することができる。

本発明の一実施形態のターボチャージャに用いられるタービンハウジングの側面図である。 上記タービンハウジングの正面図である。 上記タービンハウジングの背面図である。 上記タービンハウジングの断面図である。 上記タービンハウジングの板金製のスクロール部材と鋳物製のスクロール部材との接合状態を示す部分拡大断面図である。 （ａ）は上記タービンハウジングの鋳物製のスクロール部材と排気管の接合状態を示す部分拡大断面図、（ｂ）は同鋳物製のスクロール部材と排気管の別の接合状態を示す部分拡大断面図である。 図４中Ｙ−Ｙ線に沿う断面図である。 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を示す側面図である。 上記従来の板金製のタービンハウジングの背面図である。 図９中Ｘ−Ｘ線に沿う断面図である。

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タービンハウジングの側面図、図２は同タービンハウジングの正面図、図３は同タービンハウジングの背面図、図４は同タービンハウジングの断面図、図５は同タービンハウジングの板金製のスクロール部材と鋳物製のスクロール部材との接合状態を示す部分拡大断面図、図６（ａ）は同タービンハウジングの鋳物製のスクロール部材と排気管の接合状態を示す部分拡大断面図、図６（ｂ）は同鋳物製のスクロール部材と排気管の別の接合状態を示す部分拡大断面図、図７は図４中Ｙ−Ｙ線に沿う断面図である。

図１〜図４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、吸入空気（吸気）Ａの入口１１ａを構成する吸気入口側のフランジ１１と、排気ガスＢの入口１２ａを構成する排気入口側のフランジ１２と、排気ガスＢの出口１３ａを構成する排気出口側（排気流れ下流側）のフランジ１３との間に備えられた渦状の排気ガス流路Ｋを構成するスクロール部としての内筒２０と、この内筒２０の排気出口側の箇所（円筒状部２３ｄ）に接続された排気管３０と、これら内筒２０と排気管３０を隙間Ｇ（所定間隔）を空けて覆う外筒４０とからなる所謂二重殻構造となっていて、排気入口側のフランジ１２の入口１２ａから入った排気ガスＢを、内筒２０の旋回中心部（中心部）Ｏに配設されたタービンホイール１４を経由して排気出口側のフランジ１３の出口１３ａから排出するものである。

図１に示すように、吸気入口側のフランジ１１には外部から吸入空気Ａを取り入れるコンプレッサ１５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１３には排気ガスＢの有害な汚染物質を取り除く触媒コンバータ（排気ガス浄化装置）１６が連結フランジ１７と連結管１８を介して接続されている。即ち、タービンハウジング１０は、吸気側のコンプレッサ１５と触媒コンバータ１６の間に介在されている。

図２及び図４に示すように、内筒（スクロール部）２０がハウジング内部の排気ガスＢの渦巻き状の排気ガス流路Ｋを実質的に区画形成し、外筒４０は内筒２０及び排気管３０を隙間（所定間隔）Ｇを空けて完全に覆い、内筒２０及び排気管３０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。

図４に示すように、内筒２０は、タービンホイール１４のタービン軸１４ａの軸方向Ｌに直交する方向で２分割形成された板金製で薄板状のスクロール部材から成る第１内筒分割体２１及び第２内筒分割体２２と、タービンホイール１４に相対向する部位（排気ガスＢの排気出口側の領域）に位置する板金製より耐熱性の高い材料として鋳造より形成された鋳物製のスクロール板材から成る第３内筒分割体２３とから構成されている。

図２及び図４に示すように、第１内筒分割体２１と第２内筒分割体２２は、板金をプレス加工することにより所定の湾曲筒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内筒分割体２１の後周縁側の端部２１ｂと第２内筒分割体２２の前周縁側の端部２２ａを溶接により接合して固定してある。即ち、第１内筒分割体２１の後周縁側の端部２１ｂと第２内筒分割体２２の前周縁側の端部２２ａは、外側に垂直に長さが異なるように折り曲げ形成されており、この長短の端部２１ｂ，２２ａ同士は溶接（溶接部分を符号Ｅで示す）により固定されている。

また、図２及び図４に示すように、第３内筒分割体２３は、鋳物部品にて所定の湾曲筒形状に成形されていて、図４及び図５に示すように、板金製の第２内筒分割体２２の後周縁側の端部２２ｂと鋳物製の第３内筒分割体２３の後外周縁側の段差凹状の端部２３ｂ同士を排気ガス流路Ｋの流路面ｋの反対側の面からの溶接（溶接部分を符号Ｅで示す）により接合して固定してある。これにより、内筒２０の排気ガスＢの排気出口側の領域としてのタービンホイール１４に相対向する部位は、鋳物製のスクロール部材から成る鋳物製の第３内筒分割体２３によって形成され、残りの部位は、板金製のスクロール板材から成る板金製の第１内筒分割体２１及び第２内筒分割体２２から形成されていて、その内部に渦巻き状の排気ガス流路Ｋが形成されている。

さらに、図２及び図４に示すように、鋳物製の第３内筒分割体２３の正面２３ａは、平坦部になっていて、その下側（排気入口側のフランジ１２）の面積が上側（排気入口側のフランジ１２の反対側）の面積よりも広く形成されている。即ち、図４に示すように、鋳物製の第３内筒分割体２３の排気入口側のフランジ１２寄りの部位は、その反対側の部位よりも厚肉に形成されている。これにより、鋳物製の第３内筒分割体２３によって内筒２０の排気ガス流路Ｋの流路面ｋの一部が形成されている。

さらに、鋳物製の第３内筒分割体２３の排気入口側には段差円環状の凹部２３ｃが形成されていると共に、排気出口側には円筒状部（筒状部）２３ｄが一体突出形成されている。この段差円環状の凹部２３ｃには、タービンホイール１４を保護する円環リング状の補強部材（図示省略）を嵌め込んである。

また、図６（ａ）に示すように、円筒状部２３ｄの内壁は出口側に行くに従って拡がる円錐状の斜面２３ｅに形成されていて、この円筒状部２３ｄの内壁の斜面２３ｅに排気管３０の前側の端部３１を嵌め込んで両者が溶接（溶接部分を符号Ｅで示す）により固定されている。

図１〜図４に示すように、外筒４０は、タービンホイール１４のタービン軸１４ａの軸方向Ｌ（車両走行時の振動方向）に沿って２分割形成された第１外筒分割体４１と第２外筒分割体４２との２枚の板金製の薄板部材によって構成されている。この第１外筒分割体４１と第２外筒分割体４２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枚の板金製の第１外筒分割体４１と板金製の第２外筒分割体４２を溶接により接合することにより、内筒２０及び排気管３０が隙間Ｇを空けて完全に覆われるようになっている。

即ち、図１，図３，図４及び図７に示すように、板金製の第１外筒分割体４１の段差状に延びた他端部４１ｂと板金製の第２外筒分割体４２の段差状に延びた一端部４２ａは、第１外筒分割体４１の他端部４１ｂを下にして重ね合わせてタービンホイール１４のタービン軸１４ａの軸方向（軸直線方向）Ｌに沿って溶接（溶接部分を符号Ｅで示す）により互いに固定されている。これにより、車両が走行中において、タービン軸１４ａ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、溶接目の破裂が防止されようになっている。

また、図７に示すように、外筒４０を構成する板金製の第１外筒分割体４１と板金製の第２外筒分割体４２の各内面には、外筒４０の湾曲形状に沿うようにプレス成形された板金製の各プレート（補強板材）４５，４６が少なくとも一点の溶接（点状の溶接）により固定されている。

図２及び図４に示すように、吸気入口側のフランジ１１は、円環状に形成されており、その中央の円形の開口部１１ａが吸入空気Ａの入口になっている。そして、吸気入口側のフランジ１１の内周面１１ｂには、内筒２０の板金製の第１内筒分割体２１の前周縁側の端部２１ａが溶接（溶接部分を符号Ｅで示す）により固定されている。また、吸気入口側のフランジ１１の外周面１１ｃには、外筒４０を構成する板金製の第１外筒分割体４１及び板金製の第２外筒分割体４２の前周縁側の各端部４１ｃ，４２ｃが溶接（溶接部分を符号Ｅで示す）により固定されている。尚、吸気入口側のフランジ１１には、ボルト取付用のネジ孔１１ｄが等間隔に複数形成されている。

図４に示すように、排気入口側のフランジ１２は、略円環状に形成されており、その開口部１２ａが排気ガスＢの入口になっている。そして、排気入口側のフランジ１２の外周面１２ｂの上側には、段差環状の凹部１２ｃが形成されている。この凹部１２ｃに沿って内筒２０の板金製の第１内筒分割体２１の下端部２１ｃ側及び板金製の第２内筒分割体２２の下端部２２ｃ側が半円弧湾曲状にそれぞれ形成されていると共に該凹部１２ｃのまわりにスライド自在に当接して嵌め込まれている。

また、図２〜図４に示すように、排気入口側のフランジ１２の外周面１２ｂに沿って外筒４０を構成する板金製の第１外筒分割体４１及び板金製の第２外筒分割体４２の下端部４１ｅ，４２ｅ側が半円弧湾曲状にそれぞれ形成されていると共に該外周面１２ｂに溶接（溶接部分を符号Ｅで示す）により固定されている。尚、排気入口側のフランジ１２には、図示しないボルト取付用のネジ孔が等間隔に複数形成されている。

さらに、図３及び図４に示すように、排気出口側のフランジ１３は、略四角板状に形成されており、その中央の円形の開口部１３ａが排気ガスＢの出口になっている。そして、排気出口側のフランジ１３の内周面１３ｂには、外筒４０を構成する板金製の第１外筒分割体４１及び板金製の第２外筒分割体４２の後周縁側の各端部４１ｄ，４２ｄ及び排気管３０の後側の端部３２が溶接（溶接部分を符号Ｅで示す）により固定されている。尚、排気出口側のフランジ１３には、角部にはボルト取付用のネジ孔１３ｄがそれぞれ形成されている。

以上実施形態のタービンハウジング１０によれば、図４に示すように、渦状の排気ガス流路Ｋを有した内筒（スクロール部）２０のタービンホイール１４に相対向する部位（排気ガスＢの排気出口側の領域）を鋳物製の内筒分割体（鋳物製のスクロール部材）２３によって形成し、残りの部位を板金製の内筒分割体（板金製のスクロール板材）２１，２２によって形成したことにより、簡単な構造で内筒２０のタービンホイール１４に相対向する部位の熱変形及び亀裂等の発生を確実に防止することができると共に、剛性及び耐久性をより一段と向上させることができる。これにより、内筒２０の鋳物製の内筒分割体２３とタービンホイール１４とのクリアランス（チップクリアランス）を簡単かつ確実に経時的に確保することができる。

また、渦状の排気ガス流路Ｋを構成する内筒２０を、分割された２つの板金製の内筒分割体２１，２２とタービンホイール１４に相対向する部位に位置する鋳物製の内筒分割体２３とで構成し、この内筒２０を分割された２つの板金製の外筒分割体４１，４２からなる外筒４０で所定間隔Ｇを空けて覆ったことにより、内筒２０を外筒４０により保護することができると共に、外筒４０から外に排気ガスＢが漏れることを確実に防止することができる。

さらに、図５に示すように、板金製の内筒分割体２２と鋳物製の内筒分割体２３の隣接する端部２２ｂ，２３ｂ同士を排気ガス流路Ｋの流路面ｋの反対側の面からの溶接により接合したことにより、板金製の内筒分割体２２の端部２２ｂと鋳物製の内筒分割体２３の２３ｂを簡単かつ確実に溶接して固定することができ、また、板金製の内筒分割体２２の端部２２ｂと鋳物製の内筒分割体２３の端部２３ｂを接合した溶接部分Ｅが高温の排気ガスＢに晒されて溶けることがない。これにより、接合した各内筒分割体２２，２３の隣接する端部２２ｂ，２３ｂ間から排気ガスＢが漏れるのを確実に防止することができる。

さらに、板金製より耐熱性の高い材料として鋳造より形成された鋳物製のスクロール板材を用いたことにより、内筒２０の一部を成す排気ガスＢの排気出口側の領域に位置する第３内筒分割体２３を簡単かつ確実に製造することができる。

また、図７に示すように、外筒４０を構成する板金製の第１外筒分割体４１と板金製の第２外筒分割体４２の各内面に、各プレート補強板材４５，４６をそれぞれ少なくとも一点の溶接により固定したことにより、外筒４０を構成する板金製の第１外筒分割体４１と板金製の第２外筒分割体４２の歪み変形を確実に防止することができると共に、外筒４０全体の振幅を減衰させることができる。これにより、熱膨張による板金製の第１外筒分割体４１と板金製の第２外筒分割体４２の歪みを有効に分散して防止することができる。

尚、前記実施形態では、図６（ａ）に示すように、鋳物製の第３内筒分割体２３の排気出口側に一体突出形成した円筒状部２３ｄの内壁を、出口側に行くに従って拡がる円錐状の斜面２３ｅに形成して、この円筒状部２３ｄの内壁の斜面２３ｅに排気管３０の前側の端部３１を嵌め込んで溶接により固定したが、図６（ｂ）に示すように、円筒状部２３ｄの内壁に、排気管３０の前側の端部３１を位置決めする位置決め用のリブ（突起）２３ｆを一体突出形成し、この円筒状部２３ｄの内壁の位置決め用のリブ２３ｆで排気管３０の前側の端部３１を位置決めして溶接（溶接部分を符号Ｅで示す）により固定しても良い。これにより、排気管３０の前側の端部３１が円筒状部２３ｄの内壁の奥に行き過ぎることがなく、円筒状部２３ｄに排気管３０の前側の端部３１を簡単かつ確実に位置決めして溶接により固定することができる。

また、前記実施形態によれば、外筒をタービンホイールのタービン軸の軸方向に沿って２分割した薄板部材によって構成したが、タービンホイールのタービン軸の軸方向に直交する方向に沿って２分割した薄板部材によって構成しても良い。

さらに、前記実施形態によれば、板金製より耐熱性の高い材料として鋳造より形成された鋳物製のスクロール板材を用いたが、鋳物以外の材料で形成したスクロール板材を用いても良い。

１０ タービンハウジング
１２ 排気入口側のフランジ
１２ａ 開口部（排気ガスの入口）
１３ 排気出口側のフランジ
１３ａ 開口部（排気ガスの出口）
１４ タービンホイール
２０ 内筒（スクロール部）
２１ 板金製の第１内筒分割体（板金製のスクロール部材）
２２ 板金製の第２内筒分割体（板金製のスクロール部材）
２２ｂ 端部
２３ 鋳物製の第３内筒分割体（板金製より耐熱性の高い材料として鋳造より形成された鋳物製のスクロール部材）
２３ｂ 端部
４０ 外筒
４１ 板金製の第１外筒分割体
４２ 板金製の第２外筒分割体
Ｂ 排気ガス
Ｋ 渦状の排気ガス流路
ｋ 流路面
Ｇ 隙間（所定間隔）
Ｏ 旋回中心部（中心部）

Claims (5)

1. 排気ガス（Ｂ）の入口（１２ａ）を構成する排気入口側のフランジ（１２）と前記排気ガス（Ｂ）の出口（１３ａ）を構成する排気出口側のフランジ（１３）との間に渦状の排気ガス流路（Ｋ）を構成するスクロール部（２０）を備え、前記スクロール部（２０）の中心部（Ｏ）に配設されたタービンホイール（１４）を経由して前記排気ガス（Ｂ）を排気出口側に排出するタービンハウジング（１０）において、
   前記スクロール部（２０）の前記排気ガス（Ｂ）の排気出口側の領域を板金製より耐熱性の高い材料からなるスクロール部材（２３）によって形成し、かつ、前記スクロール部（２０）の残りの領域を板金製のスクロール部材（２１，２２）によって形成したことを特徴とするタービンハウジング。
2. 請求項１記載のタービンハウジング（１０）であって、
   前記スクロール部（２０）の前記タービンホイール（１４）に相対向する部位を前記板金製より耐熱性の高い材料からなるスクロール部材（２３）によって形成し、残りの部位を前記板金製のスクロール板材（２１，２２）によって形成したことを特徴とするタービンハウジング。
3. 請求項１記載のタービンハウジング（１０）であって、
   前記渦状の排気ガス流路（Ｋ）を構成するスクロール部（２０）を、分割された少なくとも２つの板金製の内筒分割体（２１，２２）と前記タービンホイール（１４）に相対向する部位に位置する板金製より耐熱性の高い材料からなる内筒分割体（２３）とからなる内筒（２０）で構成し、前記内筒（２０）を分割された少なくとも２つの板金製の外筒分割体（４１，４２）からなる外筒（４０）で所定間隔（Ｇ）を空けて覆ったことを特徴とするタービンハウジング。
4. 請求項３記載のタービンハウジング（１０）であって、
   前記板金製の内筒分割体（２２）と前記板金製より耐熱性の高い材料からなる内筒分割体（２３）の隣接する端部（２２ｂ，２３ｂ）同士を前記排気ガス流路（Ｋ）の流路面（ｋ）の反対側の面からの溶接により接合したことを特徴とするタービンハウジング。
5. 請求項１〜４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、
   前記板金製より耐熱性の高い材料は、鋳造より形成されていることを特徴とするタービンハウジング。

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