JP2018178725A

JP2018178725A - タービンハウジングおよびターボチャージャー

Info

Publication number: JP2018178725A
Application number: JP2017073723A
Authority: JP
Inventors: 岳夫青木; Takeo Aoki; 淳江部; Jun Ebe; 和貴大石; Kazuki Oishi
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2017-04-03
Filing date: 2017-04-03
Publication date: 2018-11-15

Abstract

【課題】タービンハウジングの熱膨張に起因して、収容部を形成する壁とタービンインペラとが干渉することを抑制することが可能なタービンハウジングおよびターボチャージャーを提供する。【解決手段】タービンハウジングは、内部に排気ガスが入り込む排気入口と、排気入口から入り込んだ排気ガスがタービンインペラの回転に沿って周回する流路とを有する本体部と、本体部に設けられ、タービンインペラを収容する円形状の収容部と、を備え、収容部の中心は、タービンインペラの回転中心に対して、排気ガスが流路を周回する際に発生する本体部の熱膨張差に起因して、収容部を形成する壁とタービンインペラとの間の隙間が狭まる方向と逆方向側にずれている。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の過給に用いられるタービンハウジングおよびターボチャージャーに関する。

従来、車両の内燃機関においては、過給機としてターボチャージャーを設けたものが知られている。ターボチャージャーには、排気ガスを取り込むことで、排気ガスのエネルギーを機械的動力に変換するタービンが設けられている（例えば、特許文献１参照）。

図１に示すように、タービン１０は、排気ガスが取り込まれるタービンハウジング１１と、タービンハウジング１１内の収容部１１Ａに回転可能に収容されるタービンインペラ１２とを有する。

特開２０１６−２１１５１２号公報

しかしながら、タービンハウジング１１内に取り込まれる排気ガスは高温であるため、タービンハウジング１１が熱膨張した場合、その熱膨張に起因して、タービンハウジング１１が動いてしまう場合がある。図１では、矢印の方向にタービンハウジング１１が動く例を示している。

タービンハウジング１１が動いてしまうと、収容部１１Ａを形成する壁とタービンインペラ１２との間隔が縮まって、収容部１１Ａとタービンインペラ１２とが干渉してしまうおそれがあった。

本発明の目的は、タービンハウジングの熱膨張に起因して、収容部を形成する壁とタービンインペラとが干渉することを抑制することが可能なタービンハウジングおよびターボチャージャーを提供することである。

本発明に係るタービンハウジングは、
内部に排気ガスが入り込む排気入口と、前記排気入口から入り込んだ前記排気ガスがタービンインペラの回転に沿って周回する流路とを有する本体部と、
前記本体部に設けられ、前記タービンインペラを収容する円形状の収容部と、
を備え、
前記収容部の中心は、前記タービンインペラの回転中心に対して、前記排気ガスが前記流路を周回する際に発生する前記本体部の熱膨張差に起因して、前記収容部を形成する壁と前記タービンインペラとの間の隙間が狭まる方向と逆方向側にずれている。

本発明に係るターボチャージャーは、
上記したタービンハウジングと、
回転可能なタービンインペラと、
を備える。

本発明によれば、タービンハウジングの熱膨張に起因して、収容部を形成する壁とタービンインペラとが干渉することを抑制することができる。

従来例におけるタービンを示す図である。本実施の形態に係るタービンハウジングを備えるターボチャージャーおよびその周辺構造を示す図である。本実施の形態に係るタービンハウジングを有するタービンを示す図である。

以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図２は、本実施の形態に係るタービンハウジング１２１を備えるターボチャージャー１００およびその周辺構造を示す図である。

図２に示すように、ターボチャージャー１００は、内燃機関１の吸気管２の途中に配設されたコンプレッサ１１０と、内燃機関１の排気管３の途中に配設されたタービン１２０とを備えている。

コンプレッサ１１０は、コンプレッサハウジング１１１と、コンプレッサインペラ１１２とを有する。タービン１２０は、タービンハウジング１２１と、タービンインペラ１２２とを有する。

コンプレッサインペラ１１２とタービンインペラ１２２とは回転軸１３０を介して一体に回転するように構成されている。

また、図３に示すように、タービンハウジング１２１は、本体部１２１Ａと、タービンインペラ１２２と小さなクリアランスを形成する収容部１２１Ｂとを有する。

本体部１２１Ａは、内部に排気ガスＧが入り込む排気入口１２１Ｃと、排気入口１２１Ｃから入り込んだ排気ガスＧがタービンインペラ１２２の回転に沿って周回する流路（破線矢印参照）とを有する。

このように本体部１２１Ａが形成されることで、排気管３における排気ガスがタービンハウジング１２１内に送り込まれてタービンインペラ１２２が回転する。これに伴って、コンプレッサインペラ１１２が回転する。

コンプレッサインペラ１１２の回転により、吸気管２から吸気した空気が圧縮されて内燃機関１の燃焼室に送り込まれる。これにより、燃焼室の空気温度が高くなり、ひいては燃焼状態が良好な状態となる。このようにターボチャージャー１００は、排気ガスをタービン１２０に取り込んで、排気ガスのエネルギーを機械的動力に変換することにより、内燃機関１における燃焼効率を向上させる。

ところで、タービンハウジング１２１の本体部１２１Ａに入り込む排気ガスは高温であるため、本体部１２１Ａは排気ガスに起因して熱膨張する場合がある。本体部１２１Ａが熱膨張すると、その熱膨張に起因して本体部１２１Ａが動いてしまう場合がある。

熱膨張に起因して本体部１２１Ａが変形する例としては、例えば、本体部１２１Ａの部位によって温度が異なる場合が挙げられる。

本体部１２１Ａの温度は、排気ガスＧの温度に対して低いため、排気ガスＧは、排気入口１２１Ｃから本体部１２１Ａ内に入り込んだ後、タービンハウジング１２１の流路の下流側に行くほど温度が下がっていく。

図３の場合、本体部１２１Ａの上部が、排気ガスＧの流路の最下流側に相当するため、その他の部位に対して温度が低くなる。このように本体部１２１Ａの部位によって温度差が生じてしまうことにより、本体部１２１Ａの部位における熱膨張の度合いが異なる。

具体的には、本体部１２１Ａの上部は、本体部１２１Ａのその他の部分に対して熱膨張による変形が小さくなる。そのため、本体部１２１Ａの下部の熱膨張による変形に起因して、本体部１２１Ａの上部が影響を受けて変形してしまう場合がある。

熱膨張に起因して本体部１２１Ａが変形する別の例としては、例えば、本体部１２１Ａの固定部位の影響を受ける場合が挙げられる。

本体部１２１Ａは、所定の部位を直接又は間接的にターボチャージャー１００が搭載される車両の任意の位置に固定される。本体部１２１Ａの固定部位は、当該固定部位の外側への変形が妨げられた状態となっている。そのため、本体部１２１Ａおよび排気管３を構成する部品が排気ガスＧの温度に起因して熱膨張する場合、当該固定部位の変形が妨げられている分、本体部１２１Ａの固定部位とは反対側の部位における熱膨張に起因する変形量が相対的に大きくなりやすい。これにより、当該固定部位の部分が、その反対側の部位に引っ張られて動いてしまう場合がある。

それに対し、タービンインペラ１２２は、回転軸１３０がコンプレッサインペラ１１２と同軸に設けられているため、その回転中心１２２Ａが固定されている。そのため、本体部１２１Ａが動いてしまうと、収容部１２１Ｂを形成する壁と、タービンインペラ１２２との間隔が縮まってしまい、収容部１２１Ｂを形成する壁とタービンインペラ１２２とが干渉してしまうおそれがあった。

そこで、本実施の形態では、収容部１２１Ｂの中心１２１Ｄが、排気ガスＧが流路を周回する際に発生する本体部１２１Ａの熱膨張差に起因して、収容部１２１Ｂを形成する壁とタービンインペラ１２２との間の隙間が狭まる方向と逆方向側にずれている。

具体的には、本体部１２１Ａの熱膨張差が流路における排気ガスＧの温度差に起因して発生する場合、収容部１２１Ｂの中心１２１Ｄが、タービンインペラ１２２の回転中心１２２Ａに対して、タービンインペラ１２２の回転方向のおける流路の最下流側に対応する部分側にずれている。これにより、流路の最下流側に対応する収容部１２１Ｂを形成する壁とタービンインペラ１２２との間隔が広がる。

流路の最下流側に対応する部分である本体部１２１Ａの上部は、温度が比較的低い部位であるため、熱膨張による変形しにくい部位である。そのため、本体部１２１Ａにおける最下流側とは反対側の下部の部分が熱膨張により変形した際、当該下部に引っ張られて下側に動きやすい。

しかし、本実施の形態では、流路の最下流側に対応する収容部１２１Ｂを形成する壁とタービンインペラ１２２との間隔が広くなっている。これにより、本体部１２１Ａにおける熱膨張による変形に起因して、本体部１２１Ａが動いても、タービンインペラ１２２と収容部１２１Ｂを形成する壁とが干渉することを抑制することができる。

また、本体部１２１Ａの熱膨張差が本体部１２１Ａの固定状態に起因して発生する場合、収容部１２１Ｂの中心１２１Ｄが、タービンインペラ１２２の回転中心１２２Ａに対して、本体部１２１Ａの固定部位側にずれていても良い。

本体部１２１Ａは、所定の箇所を直接又は間接的にターボチャージャー１００が搭載される車両の任意の位置に固定されるので、当該固定部位の部分においては、熱膨張による変形が妨げられた状態となる。そのため、本体部１２１Ａが排気ガスＧの温度に起因して熱膨張する場合、本体部１２１Ａの固定部位とは反対側の部位が熱膨張の影響を受けて変形してしやすくなり、ひいては当該固定部位の箇所が、反対側の部位に引っ張られて動きやすい。

しかし、収容部１２１Ｂの中心１２１Ｄが、タービンインペラ１２２の回転中心１２２Ａに対して、本体部１２１Ａの固定部位側にずらしておくことで、収容部１２１Ｂの固定部位に対応する部分の壁と、タービンインペラ１２２との間隔が広くなる。

例えば、タービンハウジング１２１の上部が直接又は間接的に固定される場合、上部が固定部位となるため、図３の例のように、上部側に収容部１２１Ｂの中心１２１Ｄをずらすことで、当該上部とタービンインペラ１２２との間隔が広くなる。

そのため、本体部１２１Ａの固定部位とは反対側の部位における熱膨張による変形に引っ張られて本体部１２１Ａが動いても、収容部１２１Ｂを形成する壁とタービンインペラ１２２とが干渉することを抑制することができる。

なお、本体部１２１Ａの固定部位が上部以外の部位である場合、収容部１２１Ｂの中心１２１Ｄが、タービンインペラ１２２の回転中心１２２Ａに対して、当該固定部位側にずれるようにすれば良い。また、本体部１２１Ａにおける温度が低い部分を固定部位とするように構成しても良い。

その他、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本開示のタービンハウジングは、タービンハウジングの熱膨張に起因して、収容部を形成する壁とタービンインペラとが干渉することを抑制することが可能なタービンハウジングおよびターボチャージャーとして有用である。

１００ターボチャージャー
１１０コンプレッサ
１１１コンプレッサハウジング
１１２コンプレッサインペラ
１２０タービン
１２１タービンハウジング
１２１Ａ本体部
１２１Ｂ収容部
１２１Ｃ排気入口
１２１Ｄ中心
１２２タービンインペラ
１２２Ａ回転中心

Claims

内部に排気ガスが入り込む排気入口と、前記排気入口から入り込んだ前記排気ガスがタービンインペラの回転に沿って周回する流路とを有する本体部と、
前記本体部に設けられ、前記タービンインペラを収容する円形状の収容部と、
を備え、
前記収容部の中心は、前記タービンインペラの回転中心に対して、前記排気ガスが前記流路を周回する際に発生する前記本体部の熱膨張差に起因して、前記収容部を形成する壁と前記タービンインペラとの間の隙間が狭まる方向と逆方向側にずれている、
タービンハウジング。
前記本体部の前記熱膨張差は、前記流路における前記排気ガスの温度差に起因して発生する、
請求項１に記載のタービンハウジング。
前記本体部の前記熱膨張差は、前記本体部の固定状態に起因して発生する、
請求項１または請求項２に記載のタービンハウジング。
請求項１〜３の何れか１項に記載のタービンハウジングと、
回転可能なタービンインペラと、
を備えるターボチャージャー。