JP4779898B2 - Turbine housing - Google Patents
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この発明は、内燃機関の排気ガスのエネルギーを利用して内燃機関に対する過給圧を発生させるターボチャージャに採用されるタービンハウジングに関し、更に詳しくは、外殻と内殻とを有するいわゆる二重管構造であって、小型化とタービン効率向上に寄与することができるとともに、耐熱強度を向上することができる簡易な構造のタービンハウジングに関する。 The present invention relates to a turbine housing used in a turbocharger that generates supercharging pressure for an internal combustion engine using the energy of exhaust gas of the internal combustion engine, and more specifically, a so-called double pipe having an outer shell and an inner shell. The present invention relates to a turbine housing having a simple structure that can contribute to downsizing and improvement in turbine efficiency and can improve heat resistance.
従来、内燃機関から排出される排気ガスを駆動源として吸気マニホールド内に昇圧空気を供給することにより内燃機関の出力を向上するターボチャージャが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a turbocharger that improves the output of an internal combustion engine by supplying pressurized air into an intake manifold using exhaust gas discharged from the internal combustion engine as a drive source is known.
このターボチャージャを車載用内燃機関に装着して用いる場合は、軽量化に配慮する必要がある。特に近年では、燃費や運動性能の向上の観点から、車両搭載部品の軽量化が要求され、上記従来のターボチャージャについても、許容される限りの軽量化が図られている。 When this turbocharger is used by being mounted on an in-vehicle internal combustion engine, it is necessary to consider weight reduction. In recent years, in particular, from the viewpoint of improving fuel efficiency and athletic performance, it is required to reduce the weight of vehicle-mounted components, and the above-described conventional turbocharger has also been reduced as much as possible.
したがって、近年では、従来の鋳造製のタービンハウジングに代えて、板金(薄板金属)製のタービンハウジングが使用されるようになっている。この板金製のタービンハウジングは、鋳造製のタービンハウジングと比較して簡単に製造できるとともに、重量が軽減される点において有利だからである。 Therefore, in recent years, a turbine housing made of sheet metal (thin metal) has been used instead of the conventional cast turbine housing. This is because the sheet metal turbine housing can be easily manufactured as compared with the cast turbine housing, and is advantageous in that the weight is reduced.
また、タービンハウジングは、高温の排気ガスに直接さらされることになり、熱変形の影響を大きく受けるため、耐熱性についても十分な配慮が要求される。 Further, since the turbine housing is directly exposed to high-temperature exhaust gas and is greatly affected by thermal deformation, sufficient consideration is required for heat resistance.
このような板金製の配管から構成された従来のタービンハウジングとして、たとえば、図8および図9に示すものが公知である。ここで、図8は、従来のタービンハウジングを示す正面図、図9は、従来のタービンハウジングを示す背面図である。 As a conventional turbine housing composed of such sheet metal piping, for example, those shown in FIGS. 8 and 9 are known. Here, FIG. 8 is a front view showing a conventional turbine housing, and FIG. 9 is a rear view showing the conventional turbine housing.
図8および図9に示すように、従来のタービンハウジング10は、破線にて部分表示した内管2aと、この内管2aを隙間のある状態で被包した外管2bとによって渦状の排気ガス通路として構成されたスクロール部2と、内管2a(スクロール部2)の内部と図示しない外部の排気ガス通路とをバイパスするバイパス通路出口開口部5bとを備えている。
As shown in FIGS. 8 and 9, the
なお、内管2aおよび外管2bは、耐熱性および耐食性に優れた金属、たとえばステンレス鋼のプレス成形品にて形成されている。
The
また、タービンハウジング10は、図示しない排気マニホルド等の排気ガス通路と接続されるタービン入口フランジ3と、図示しないコンプレッサハウジング側と接続されるタービン出口フランジ4と、排気ガスを導入するタービン通路入口開口部6aと、排気ガスを排出するタービン通路出口開口部6bとを備えている。
The
すなわち、図示しない排気マニホルド等の排気ガス通路を流れてきた排気ガスは、タービン通路入口開口部6aからタービン通路6としての内管2aを流れ、図示しないタービンを回転させた後、タービン通路出口開口部6bから外部へと排出される。
That is, exhaust gas that has flowed through an exhaust gas passage such as an exhaust manifold (not shown) flows through the
また、バイパス通路出口開口部5bは、いわゆるウエストゲートポートとして機能するものであり、スクロール部2内における排気ガスの流量が過剰な時には、図示しないウエストゲートバルブによって開放されるようになっており、逆に排気ガスの流量が過剰でない時には、ウエストゲートバルブによって閉塞されるようになっている。このようなウエストゲートバルブの制御により、スクロール部2内を流通する排気ガスの流量が良好な状態で保持されるように設定されている。
Further, the bypass passage outlet opening 5b functions as a so-called waste gate port, and when the flow rate of the exhaust gas in the
なお、関連する従来技術として、二重管製のタービンハウジングにおいて、ウエストゲートバルブへのバイパス通路を専用の内管で構成したものが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 In addition, as a related prior art, a double pipe turbine housing in which a bypass passage to a waste gate valve is configured by a dedicated inner pipe has been proposed (for example, see Patent Document 1).
また、二重管のうちの内管の開口部と、外管が設けられる金属製の相手部材の貫通孔とを連通させ、排気ガスのバイパス流路を形成したものが提案されている(たとえば、特許文献2参照)。 Further, there has been proposed one in which an opening portion of an inner tube of a double tube and a through hole of a metal mating member provided with an outer tube are communicated to form an exhaust gas bypass passage (for example, , See Patent Document 2).
また、内殻と外殻とがともに耐熱鋼板のプレス成形品からなるタービンハウジングが提案されている(たとえば、特許文献3参照)。 In addition, a turbine housing is proposed in which both the inner shell and the outer shell are made of a heat-resistant steel plate press-formed product (see, for example, Patent Document 3).
しかしながら、従来のタービンハウジングのうち、鋳造製のものにあっては、バイパス通路出口開口部であるウエストゲートポートの位置を、タービンハウジングのタービン通路中に設ける必要があり、このタービン通路がウエストゲートポートによって分岐するため、流れが乱れてタービン効率が落ちるという課題があった。 However, in the case of a conventional turbine housing made of cast, it is necessary to provide the position of the wastegate port, which is the bypass passage outlet opening, in the turbine passage of the turbine housing. Because of branching by the port, there is a problem that the flow is disturbed and the turbine efficiency is lowered.
また、板金製のタービンハウジングでは、ウエストゲートポートの上記分岐部分の構造が複雑になるため製造が難しいという課題があった。 In addition, the turbine housing made of sheet metal has a problem that it is difficult to manufacture because the structure of the branch portion of the wastegate port is complicated.
更に、内管2aと外管2bとからなる二重管の板金製タービンハウジング10では、内管2aと外管2bの温度差により内管2aに応力が加わった場合に、配管径の小さいバイパス通路出口開口部(ウエストゲートポート部分)5bに応力が集中するため当該部分の強度確保が難しいという課題もあった。
Further, in the double-pipe sheet
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化とタービン効率向上に寄与することができるとともに、耐熱強度を向上することができる簡易な構造のタービンハウジングを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and it is an object of the present invention to provide a turbine housing having a simple structure that can contribute to miniaturization and improvement in turbine efficiency and can improve heat resistance. To do.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の請求項1に係るタービンハウジングは、少なくとも、内管とこの内管を隙間のある状態で被包した外管とによって渦状の排気ガス通路として構成されたスクロール部と、前記外管の外側で前記隙間と外部の排気ガス通路とを接続するウエストゲートポートフランジあるいは当該ウエストゲートポートフランジに設けられた座面部材に形成され、前記スクロール部の内部と前記外部の排気ガス通路とをバイパスするバイパス通路出口開口部と、を備えたタービンハウジングにおいて、前記内管と前記外管との間の前記隙間を前記バイパス通路出口開口部に通じるバイパス通路として構成したことを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a turbine housing according to a first aspect of the present invention includes a spiral exhaust including at least an inner tube and an outer tube encapsulating the inner tube with a gap. A scroll portion configured as a gas passage, and a waist gate port flange connecting the gap and an external exhaust gas passage outside the outer pipe or a seat member provided on the waist gate port flange, In a turbine housing comprising a bypass passage outlet opening that bypasses the inside of the scroll portion and the external exhaust gas passage, the gap between the inner pipe and the outer pipe is formed in the bypass passage outlet opening. It is characterized by comprising as a bypass passage that leads to.
また、この発明の請求項2に係るタービンハウジングは、請求項1に記載の発明において、前記タービンハウジングのタービン入口フランジに設けられた前記バイパス通路の入口開口部と前記タービン通路の入口開口部とを区画する隔壁を、前記内管のみで構成したことを特徴とするものである。 A turbine housing according to a second aspect of the present invention is the turbine housing according to the first aspect, wherein an inlet opening of the bypass passage and an inlet opening of the turbine passage provided in a turbine inlet flange of the turbine housing. The partition wall for partitioning is constituted only by the inner tube.
また、この発明の請求項3に係るタービンハウジングは、請求項1に記載の発明において、前記バイパス通路出口開口部が前記座面部材に形成されている場合において、前記内管の端部を前記タービンハウジングのタービン入口フランジに設けられた開口部に嵌入する一方、前記外管の端部を前記タービン入口フランジに溶接固定したことを特徴とするものである。 A turbine housing according to a third aspect of the present invention is the turbine housing according to the first aspect , wherein when the bypass passage outlet opening is formed in the seat member, the end of the inner pipe is While being fitted into an opening provided in a turbine inlet flange of the turbine housing, an end portion of the outer pipe is welded and fixed to the turbine inlet flange.
また、この発明の請求項4に係るタービンハウジングは、請求項1または2に記載の発明において、前記バイパス通路出口開口部が前記ウエストゲートポートフランジに形成されている場合において、前記バイパス通路出口開口部の外周縁近傍に前記外管の端部を溶接したことを特徴とするものである。
A turbine housing according to a fourth aspect of the present invention is the turbine housing according to the first or second aspect, wherein the bypass passage outlet opening is formed when the bypass passage outlet opening is formed in the waist gate port flange. The end portion of the outer tube is welded in the vicinity of the outer peripheral edge of the portion.
この発明に係るタービンハウジング(請求項1)によれば、簡易な構造にて、タービン通路の位置に制約されることなくバイパス通路出口開口部の位置を設定できるので、設計の自由度が拡大し、タービンハウジングの小型化に寄与することができる。 According to the turbine housing of the present invention (Claim 1), the position of the bypass passage outlet opening can be set with a simple structure without being restricted by the position of the turbine passage. This can contribute to downsizing of the turbine housing.
また、この発明に係るタービンハウジング(請求項2)によれば、内管の薄い板厚によって隔壁を構成できるので、この隔壁に排気ガスが衝突することによって生じる流れの乱れを抑制することができ、タービン効率を向上することができる。 Further, according to the turbine housing according to the present invention (Claim 2), since the partition wall can be constituted by the thin plate thickness of the inner pipe, it is possible to suppress the turbulence of the flow caused by the exhaust gas colliding with the partition wall. The turbine efficiency can be improved.
また、この発明に係るタービンハウジング(請求項3)によれば、開口部に嵌入された内管を自由に膨張させることで、内管と外管と熱膨張差によって生じる熱応力の集中を抑制することができ、耐熱強度を向上することができる。 Further, according to the turbine housing according to the present invention (Claim 3), the inner pipe fitted into the opening is freely expanded, thereby suppressing the concentration of thermal stress caused by the difference in thermal expansion between the inner pipe and the outer pipe. And the heat resistance strength can be improved.
また、この発明に係るタービンハウジング(請求項4)によれば、外管の端部をそれよりも小径のバイパス通路出口開口部の内周縁部に接続するために必要であった調整部材が不要となり、外管の端部形状を単純化できるため、製造が容易になるとともに、熱応力の集中を抑制することができる。 Further, according to the turbine housing according to the present invention (Claim 4), the adjustment member required for connecting the end portion of the outer pipe to the inner peripheral edge portion of the bypass passage outlet opening having a smaller diameter is unnecessary. Thus, since the end shape of the outer tube can be simplified, the manufacture becomes easy and the concentration of thermal stress can be suppressed.
以下に、この発明に係るタービンハウジングの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a turbine housing according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
図1は、この発明の実施例1に係るタービンハウジングを示す正面図、図2は、タービンハウジングを示す背面図、図3は、図1のA−A断面を示す断面図、図4は、タービン入口フランジを示す正面図である。なお、以下の説明において、すでに説明した部材と同一もしくは相当する部材には、同一の符号を付して重複説明を省略または簡略化する。
1 is a front view showing a turbine housing according to
図1〜図4に示すように、排気ガス通路となるスクロール部2は、内管2aと、この内管2aを隙間のある状態で被包した外管2bとによって渦巻き状に構成されている。なお、図中においては、内管2aを破線にて適宜部分表示してある。
As shown in FIGS. 1-4, the
内管2aと外管2bとの間の隙間は、たとえば図示しないスペーサを内管2aと外管2bとの間に適宜介在させる等、公知技術によって形成することができる。
The gap between the
また、タービン入口フランジ3には、タービン通路入口開口部6aおよびバイパス通路入口開口部5aが設けられ、これらの入口開口部5a,6aを区画する隔壁は、内管2aのみで構成されている。
Further, the
また、タービン出口フランジ4には、タービン通路出口開口部6bおよびバイパス通路出口開口部5bが設けられている。 The turbine outlet flange 4 is provided with a turbine passage outlet opening 6b and a bypass passage outlet opening 5b.
また、内管2aは、タービン通路入口開口部6aからタービン通路出口開口部6bに至るタービン通路6として構成されている。内管2aの一端部は、タービン入口フランジ3の開口部に挿通され溶接されている。
The
更に、内管2aと外管2bとの間の隙間は、バイパス通路入口開口部5aからバイパス通路出口開口部5bに至るバイパス通路5として構成されている。外管2bの一端部は、タービン入口フランジ3に溶接されている。
Further, the gap between the
また、バイパス通路出口開口部5bの近傍は、たとえば図3に示すような構造となっている。すなわち、ウエストゲートポートとしてのバイパス通路出口開口部5bは、ウエストゲートポートフランジ5dに設けられた座面部材5cの開口部として形成されている。そして、このバイパス通路出口開口部5bを流通する排気ガスは、ウエストゲートバルブ7の開閉制御によって調節される。
Further, the vicinity of the bypass passage outlet opening 5b has a structure as shown in FIG. 3, for example. That is, the bypass passage outlet opening 5b as a wastegate port is formed as an opening of the
また、図3に示すように、外管2bの一部である調整部材2cは、外管2bの端部をそれよりも小径のバイパス通路出口開口部5b(座面部材5cの開口部の内周縁部)に溶接するためのものである。
Further, as shown in FIG. 3, the adjusting
上述したように、従来技術に係るタービンハウジング10(図8および図9参照)では、内管2aの一部と連通するようにバイパス通路出口開口部5bが設けられていたため、内管2aとバイパス通路出口開口部5bとは、設計上、互いに配設位置が制約されていた。
As described above, in the
これに対し、この実施例1に係るタービンハウジング1によれば、内管2aと外管2bとの間の隙間をバイパス通路5として構成したので、タービン通路6の位置、すなわち内管2aの位置に制約されることなくバイパス通路出口開口部5bの位置を設定することができる。したがって、簡易な構造とできるとともに、設計の自由度が拡大し、タービンハウジング1の小型化に寄与することができる。
On the other hand, according to the
また、バイパス通路入口開口部5aとタービン通路入口開口部6aを区画する隔壁を内管2aの薄い板厚によって構成できるので、この隔壁に排気ガスが衝突することによって生じる流れの乱れを抑制することができ、タービン効率を向上することができる。
Moreover, since the partition which divides the bypass
図5は、この発明の実施例2に係るタービンハウジング1を示す正面図、図6は、タービン入口フランジ3を示す正面図である。
FIG. 5 is a front view showing a
図5および図6に示すように、本実施例2は、内管2aの端部をタービン入口フランジ3に設けられたタービン通路入口開口部6aに嵌入する一方、外管2bの端部をタービン入口フランジ3に溶接固定して構成したものである。
As shown in FIGS. 5 and 6, in the second embodiment, the end of the
すなわち、内管2aの端部は、タービン入口フランジ3に溶接されておらず、内管2aが排気ガスの熱作用により膨張または収縮する際に、内管2aの端部がタービン通路入口開口部6a内でスライド可能に構成したものである。
That is, the end of the
また、バイパス通路入口開口部5aは、タービン入口フランジ3に穿設してある。その他の構成は、上記実施例1の構成と同様であるので、重複説明を省略する。
Further, the bypass passage inlet opening 5 a is formed in the
以上のように、この実施例2に係るタービンハウジング1によれば、タービン通路入口開口部6aに嵌入された内管2aを自由に膨張させることで、内管2aと外管2bと熱膨張差によって生じる熱応力の集中を抑制することができ、耐熱強度を向上することができる。
As described above, according to the
図7は、この発明の実施例3に係るタービンハウジングのタービン入口フランジ3近傍を示す断面図であり、上述した実施例1における図1のA−A断面に相当するものである。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the vicinity of the
本実施例3は、ウエストゲートポートフランジ5dに形成されているバイパス通路出口開口部5bの外周縁近傍に外管2bの端部を溶接したものである。図中の符号8は、この外管2bの溶接部を示している。その他の構成は、上記実施例1の構成と同様であるので、重複説明を省略する。
In the third embodiment, the end of the
以上のように、この実施例3に係るタービンハウジングによれば、外管2bの端部をそれよりも小径のバイパス通路出口開口部5bの内周縁部(座面部材5cの開口部の内周縁部)に接続するために必要であった調整部材2c(図3参照)が不要となり、外管2bの端部形状を単純化できるため、製造が容易になるとともに、熱応力の集中を抑制することができる。
As described above, according to the turbine housing according to the third embodiment, the end of the
以上のように、この発明に係るタービンハウジングは、内燃機関用ターボチャージャに採用される二重管構造の板金製タービンハウジングに有用であり、特に、簡易な構造にて小型化とタービン効率向上に寄与することができるとともに、耐熱強度を向上することを目指すタービンハウジングに適している。 As described above, the turbine housing according to the present invention is useful for a sheet metal turbine housing having a double-pipe structure employed in a turbocharger for an internal combustion engine. In particular, the simple structure reduces the size and improves the turbine efficiency. It is suitable for turbine housings that can contribute and improve heat resistance.
1 タービンハウジング
2 スクロール部
2a 内管
2b 外管
2c 調整部材
3 タービン入口フランジ
4 タービン出口フランジ
5 バイパス通路
5a バイパス通路入口開口部
5b バイパス通路出口開口部
5c 座面部材
5d ウエストゲートポートフランジ
6 タービン通路
6a タービン通路入口開口部
6b タービン通路出口開口部
7 ウエストゲートバルブ
8 溶接部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記外管の外側で前記隙間と外部の排気ガス通路とを接続するウエストゲートポートフランジあるいは当該ウエストゲートポートフランジに設けられた座面部材に形成され、前記スクロール部の内部と前記外部の排気ガス通路とをバイパスするバイパス通路出口開口部と、
を備えたタービンハウジングにおいて、
前記内管と前記外管との間の前記隙間を前記バイパス通路出口開口部に通じるバイパス通路として構成したことを特徴とするタービンハウジング。 At least a scroll portion configured as a spiral exhaust gas passage by an inner tube and an outer tube encapsulating the inner tube with a gap;
A waste gate port flange that connects the gap and an external exhaust gas passage outside the outer pipe or a seat member provided on the waste gate port flange, and the exhaust gas inside and outside the scroll portion. A bypass passage outlet opening for bypassing the passage;
In a turbine housing with
A turbine housing characterized in that the gap between the inner pipe and the outer pipe is configured as a bypass passage leading to the bypass passage outlet opening.
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