JP4277242B2 - タービンハウジング一体排気マニホールドの製造方法 - Google Patents

タービンハウジング一体排気マニホールドの製造方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はタービンハウジングが一体となった排気マニホールドの鋳造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、排気系部品である排気マニホールドとタービンハウジングは、別体で製作された後、ボルト等で接合されて使用される。しかし、最近では、車体の軽量化要求等により、排気マニホールドとタービンハウジングを一体にした、タービンハウジング一体排気マニホールドが鋳造でつくられている。
【0003】
このタービンハウジング一体排気マニホールドを鋳造する場合、中子は、タービンハウジング部を形成するいわゆるスクロール中子と、排気マニホールド部を形成するいわゆるポート中子で形成される。
【0004】
ここで、スクロール中子とは、タービンハウジングのスクロール部を形成する中子と、幅木部を形成する中子とを備えた中子である。また、ポート中子とは、排気マニホールドのポート部を形成する中子と、幅木部を形成する中子とを備えた中子である。
【0005】
一般に、このようなタービンハウジング一体排気マニホールド用中子は、次のような方法で形成される。
【0006】
スクロール中子とポート中子では成形時の金型分割方向が異なるため、それらを其々別体で成形し、手作業にて組み付ける。その方法は、図6に示すように、スクロール中子に形成された突出部13を、ポート中子に形成された凹部20に挿入して接合させる。
【0007】
もうひとつの方法は、スクロール中子とポート中子とで成形金型の分割方向が異なるため、例えば図7に示すように、スクロール中子部1は左右型5、ポート中子部2は上下型6で分割方向が異なる多分割の成形機を用いて、スクロール中子とポート中子を一体で成形する。
【0008】
このようにして成形された中子を用いて、タービンハウジング一体排気マニホールドが鋳造されて製品となる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記、スクロール中子とポート中子を其々別体で成形し、手作業にて組み立てる方法では、組み付け作業の工数を要し、また、スクロール中子とポート中子を手作業で組み付け接合するため、タービンハウジング部の軸芯がずれる不具合が生じ易い。軸芯がずれると、ターボチャージャーのタービンは高速で回転するため、振動や回転不具合を生じる。さらに、手作業で組み付けるため、接合部に段差や小さな隙間が生じやすく、鋳造時にその部位に溶湯が差し込み、鋳バリが発生する。鋳バリは、排気ガスの流れを乱すのみでなく、排気ガスの圧力で鋳バリが取れて、ターボチャージャーや触媒を損傷する恐れがある。そのため、その品質保証上、鋳バリ確認検査及び鋳バリ除去作業が必要となる。しかし、タービンハウジング部と排気マニホールド部が一体となっているので、製品形状が複雑であることが多く、これらの作業はかなり困難で、場合によっては不可能な場合がある。
【0010】
また、接合部の精度向上や鋳バリの発生防止の為、多分割の成形機を用いる方法で、スクロール中子とポート中子を一体で成形しようとすると、スクロール中子とポート中子の型分割方向が異なるため、2分割では成形できず4分割、6分割等分割を増やす必要がある。しかし、分割型の増加と、このための設備が高価となり、経済的でなくなる。
【0011】
本発明の目的は、ポート中子またはスクロール中子との位置精度が確保されることにより、タービンハウジング部の軸芯がずれる不具合や、接合部の鋳バリ発生量を低減させることができ、鋳造製品の品質保証上の鋳バリ確認検査及び鋳バリ除去作業が軽減され、鋳造後の作業工程が簡略化できることにある。さらに、高価な多分割型成形機を用いずに、スクロール中子とポート中子が一体となったタービンハウジング一体排気マニホールド用中子を提供することにより、高精度で安価なタービンハウジング一体排気マニホールドを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明者は、タービンハウジングのスクロール中子もしくは、排気マニホールドのポート中子のどちらか一方先に成形し、他方の中子を成形する際に一体で成形することが、解決の手段であることに想到した。
【0024】
本発明は、シェルモールド法でタービンハウジング部のスクロール中子を成形し、2分割金型使用のコールドボックス法にて排気マニホールド部のポート中子成形時に、該スクロール中子を一体型として成形し、該一体型中子を用いて鋳造することを特徴とする、タービンハウジング一体排気マニホールドの製造方法である。
【0025】
本発明の一体型中子を用いて鋳造してなる排気マニホールドは、次のように作用する。予め成形されたスクロール中子またはポート中子が、ポート中子またはスクロール中子成形型内に位置決めされることにより、ポート中子とスクロール中子との位置精度が確保される。それにより、タービンハウジング部の軸芯がずれる不具合が生じなくなる。また、予め別型として成形するスクロール中子またはポート中子は、その成形方法は限定されないため、スクロールの形状、サイズ及び成形機種の都合により、成形方法を幅広く選択することができる。更に、ポート中子とスクロール中子との接合境界部は、滑らかな形状を有することになるので砂締まりが改善され、接合部は強固なものとなる。且つ、一体で成形するため、接合境界部が滑らかになるので鋳造後の鋳バリ発生量が低減し、鋳バリ除去作業工数が軽減される。また、一体中子が、2分割型成形機にて成形されるため、多分割型成形機を使用することなく、一体型の中子を安価に得ることができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何等限定されるものではない。
【0027】
【実施の形態1】
図1は本発明の一実施例で使用されるタービンハウジング一体マニホールド用中子を示す。このタービンハウジング一体マニホールド用中子は、タービンハウジング部のスクロール中子1のスクロール部10、幅木部11、マニホールド部のポート中子2のポート部21、22、23、幅木部24、25、26、27を備えている。
【0028】
予めシェルモールド法により、タービンハウジング部のスクロール中子1を成形する。これをコールドボックス法で成形されるマニホールド部のポート中子の2分割型3へ配置する。この時、スクロール中子は、図2に示す如く幅木部11と接合部12で型内へ位置決めされている。また、図4に示す如くポート中子との接合部12には突出部13を有している。ポート部の砂が充填されて固化する時に該突出部13と突出部周りの砂とが一体接合され、密着力が確保される。次に、ここでは図示しない2分割型の他方の型をセットし、金型内空所に成形砂を吹込んで、図2に示したマニホールド部のポート中子キャビティ部31に成形砂が充填される。次に、硬化ガス供給装置より成形砂内に硬化ガスが供給され、タービンハウジング部のスクロール中子1とマニホールド部のポート中子2が一体接合される。この後、上下金型が開き押出しピン等により、図1に示すスクロール部が一体となったポート中子が脱型される。この一体中子を用いて、タービンハウジング一体マニホールドが鋳造される。
【0029】
この鋳造されたタービンハウジング一体排気マニホールドの、軸芯ずれ量を測定した結果を表1に示す。軸芯ずれ量は、図8に示すように、タービン中心軸とマニホールド入口中心との距離A、Bの、図面記載の基準寸法と製品寸法との差で示す。また、鋳バリ高さは、スクロール中子とポート中子の接合境界部に発生したポート内面の鋳バリの高さで示す。形状が複雑なため、スクロール中子とポート中子の接合境界付近で製品を切断して鋳バリの高さを測定した。ここで、比較例は、スクロール中子とポート中子を其々別体で成形し、それらを手作業にて組み付けたものを用いて鋳造された、タービンハウジング一体排気マニホールドである。これから明らかなように、本発明により、軸芯距離が高精度で鋳バリ発生量の少ないタービンハウジング一体マニホールドを得ることができる。
【0030】
【表1】
Figure 0004277242
【0031】
【実施の形態2】
予めコールドボックス法により、マニホールド部のポート部中子2を成形する。図3に示すように、これをシェルモールド法で成形されるタービンハウジング部のスクロール中子の2分割型4へ配置する。この時、ポート中子は、幅木部27と接合部28で型内へ位置決めされている。また、図5に示すように、スクロール中子との接合部28には突出部29を有している。スクロール部の砂が充填されて固化する時に該突出部29と突出部周りの砂とが一体接合され、密着力が確保される。次に、ここでは図示しない2分割型の他方の型をセットし、金型内空所に成形砂を吹込んで図3に示したタービンハウジング部のスクロール中子キャビティ部41に成形砂が充填される。次に、金型内部にあるヒーターに通電して金型を昇温して成形砂を焼成し、スクロール中子1とポート中子2が一体接合される。この後、上下金型が開き押出しピン等により図1に示すポート中子が一体となったスクロール中子が脱型される。この一体中子を用いて、タービンハウジング一体排気マニホールドが鋳造される。
【0032】
この鋳造されたタービンハウジング一体排気マニホールドの、軸芯ずれ量を測定した結果を表2に示す。軸芯ずれ量は、図8に示すように、タービン中心軸とマニホールド入口中心との距離A、Bの、図面記載の基準寸法と製品寸法との差で示す。また、鋳バリ高さは、スクロール中子とポート中子の接合境界部に発生したポート内面の鋳バリの高さで示す。形状が複雑なため、スクロール中子とポート中子の接合境界付近で製品を切断して鋳バリの高さを測定した。ここで、比較例は、スクロール中子とポート中子を其々別体で成形し、それらを手作業にて組み付けたものを用いて鋳造された、タービンハウジング一体排気マニホールドである。これから明らかなように、本発明により、軸芯距離が高精度で鋳バリ発生量の少ないタービンハウジング一体マニホールドを得ることができる。
【0033】
【表2】
Figure 0004277242
【0034】
【実施の形態3】
予めシェルモールド法により、タービンハウジング部のスクロール中子を成形する。これを図2に示すように、シェルモールド法で成形されるマニホールド部のポート中子の2分割型3へ配置する。この時、タービンハウジング部のスクロール中子は、幅木部11と接合部12で型内へ位置決めされている。また、図4に示す如くポート中子との接合部12には突出部13を有している。ポート中子部の砂が充填されて固化する時に該突出部13と突出部周りの砂とが一体接合され、密着力が確保される。次に、ここでは図示しない2分割型の他方の型をセットし、金型内空所に成形砂を吹込んで図2に示したマニホールド部のポート中子キャビティ部31に成形砂が充填される。次に、金型内部にあるヒーターに通電して金型を昇温し成形砂を焼成し、スクロール中子1とポート中子2が一体接合される。この後、上下金型が開き押出しピン等により図1に示すスクロール中子が一体となったポート中子が脱型される。この一体中子を用いて、タービンハウジング一体排気マニホールドが鋳造される。
【0035】
この鋳造されたタービンハウジング一体排気マニホールドの、軸芯ずれ量を測定した結果を表3に示す。軸芯ずれ量は、図8に示すように、タービン中心軸とマニホールド入口中心との距離A、Bの、図面記載の基準寸法と製品寸法との差で示す。また、鋳バリ高さは、スクロール中子とポート中子の接合境界部に発生したポート内面の鋳バリの高さで示す。形状が複雑なため、スクロール中子とポート中子の接合境界付近で製品を切断して鋳バリの高さを測定した。ここで、比較例は、スクロール中子とポート中子を其々別体で成形し、それらを手作業にて組み付けたものを用いて鋳造された、タービンハウジング一体排気マニホールドである。これから明らかなように、本発明により、軸芯距離が高精度で鋳バリ発生の少ないタービンハウジング一体マニホールドを得ることができる。
【0036】
【表3】
Figure 0004277242
【0037】
【発明の効果】
予め成形されたスクロール中子またはポート中子が、ポート中子またはスクロール中子成形型内に位置決めされることにより、ポート中子とスクロール中子との位置精度が確保される。それにより、鋳造により成形される製品の寸法精度が向上し、タービンハウジング部の軸芯がずれる不具合が生じなくなる。また、予め別型として成形するスクロール中子又はポート中子は、その中子成形方法は限定されない。このため、スクロールの形状、サイズ及び成形機種の都合により、成形方法を幅広く選択することができる利点がある。更に、ポート中子とスクロール中子との接合境界部は、滑らかな形状を有することになるので砂締まりが改善され、接合部は強固なものとなる。且つ、一体で成形するため接合境界部が滑らかになるので鋳造後の鋳バリ発生量が低減する。このため、鋳造製品の品質保証上の鋳バリ確認検査及び鋳バリ除去作業が不要となり、鋳造後の作業工程が簡略化できる。また、タービンハウジング一体マニホールド用中子が2分割型成型機にて成形されるため、高価な多分割型成形機を使用することなく一体型の中子を得ることができる。このため、通常の2分割型成型機を有していれば新たに中子成形機を購入する費用が不要になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例であるタービンハウジング一体排気マニホールド用中子の斜視図である。
【図2】本発明の実施例であるマニホールドポート部中子成形用型の平面図である。
【図3】本発明の実施例であるタービンハウジングスクロール部中子成形用型の平面図である。
【図4】本発明の実施例であるタービンハウジングスクロール部中子の斜視図である。
【図5】本発明の実施例であるマニホールドポート部中子の斜視図である。
【図6】従来の方法である手作業で組み立てる手順を示した図である。
【図7】他の従来の方法であるマニホールドポート部中子とタービンハウジングのスクロール部中子を一体で成形する場合の分割方向を示した図である。
【図8】タービンハウジング一体排気マニホールドの軸芯ずれ量測定部位と鋳バリ発生部位を示した図である。
【符号の説明】
1 スクロール中子
2 ポート中子
3 マニホールド部のポート中子成形型
4 タービンハウジング部のスクロール中子成形型
5 スクロール中子用分割型
6 ポート中子用分割型
7 タービンハウジング一体排気マニホールド
8 鋳バリ
10 スクロール部
11 幅木部
12 接合部
13 突出部
20 勘合穴
21、22、23 ポート部
24、25、26、27 幅木部
28 接合部
29 突出部
31 ポート中子キャビティ部
41 スクロール中子キャビティ部
71 タービンハウジング部
72 マニホールド部

Claims (1)

  1. シェルモールド法でタービンハウジング部のスクロール中子を成型し、2分割金型使用のコールドボックス法にて排気マニホールド部のポート中子成型時に、該スクロール中子を一体型として成型し、該一体型中子を用いて鋳造するタービンハウジング一体排気マニホールドの製造方法。
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