JP4835330B2

JP4835330B2 - タービンハウジング

Info

Publication number: JP4835330B2
Application number: JP2006235818A
Authority: JP
Inventors: 正和田畑
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2026-08-31
Also published as: JP2008057448A

Description

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板金製のタービンハウジングに関し、更に詳しくは、バイパス通路の耐久性を向上することができるタービンハウジングに関する。

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。

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。

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。

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。

このような板金製の配管から構成されたタービンハウジングとして、以下のものが公知である。すなわち、少なくとも、渦状の排気ガス通路を構成するスクロール部と、このスクロール部から突設され、排気ガスの出口を構成するタービン出口構成配管と、スクロール部を外部の排気ガス通路とバイパスするために当該スクロール部から突設され、タービン出口構成配管と別体に並設されたバイパス通路構成配管と、タービン出口構成配管とバイパス通路構成配管とで支持されるタービン出口フランジとを備えたものである。

なお、関連する従来技術として、タービン出口通路とバイパス通路をそれぞれ独立した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）。

また、内管、外管および相手部材の少なくとも１つを耐熱材料にて形成した排気バイパス構造に関する技術が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

また、排気通路壁に、排気通路壁を形成する部材よりも熱膨張係数が小さい部材によって形成されるスリーブを嵌挿したものも提案されている（たとえば、特許文献３参照）。

特開２００４−１８３６５１号公報特開２００１−３０３９６３号公報実公平４−４４８１９号公報

上述したように、従来のタービンハウジングは、タービン出口構成配管とバイパス通路構成配管の２つの配管によって、鋳造品で比較的重量のあるタービン出口フランジを支持している。バイパス通路構成配管の径は、タービン出口構成配管の径よりも小さいため、バイパス通路構成配管側に応力が集中し易い。

また、排気ガスはタービンを通過することで膨張し温度が下がるため（たとえば、１００℃程度）、タービン出口構成配管ではバイパス通路構成配管よりも雰囲気温度が低い。

したがって、このような理由からバイパス通路構成配管に亀裂が発生する虞があり、上記板金製のタービンハウジングでは、耐久性の確保が難しいという課題があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、バイパス通路の耐久性を向上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。

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、渦状の排気ガス通路を構成するスクロール部と、前記スクロール部から突設され、排気ガスの出口を構成するタービン出口構成配管と、前記スクロール部を外部の排気ガス通路とバイパスするために前記スクロール部から突設され、前記タービン出口構成配管と別体に並設されたバイパス通路構成配管と、前記タービン出口構成配管と前記バイパス通路構成配管とで支持されるタービン出口フランジと、を備えたタービンハウジングにおいて、前記バイパス通路構成配管を前記スクロール部および前記タービン出口フランジに固定するとともに、前記バイパス通路構成配管の板厚を前記タービン出口構成配管の板厚よりも厚く形成したことを特徴とするものである。

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、前記バイパス通路構成配管の材質を前記タービン出口構成配管の材質よりも熱膨張率の小さいものとしたことを特徴とするものである。

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または２に記載の発明において、前記バイパス通路構成配管の材質を前記タービン出口構成配管の材質よりも高温強度の高いものとしたことを特徴とするものである。

この発明に係るタービンハウジング（請求項１）によれば、バイパス通路構成配管の板厚をタービン出口構成配管の板厚よりも厚くすることにより、タービン出口構成配管と同等の強度を確保することができるので、バイパス通路構成配管への亀裂の発生等を抑制して信頼性を高めることができる。

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、排気ガスの作用により雰囲気温度差が生じても、熱歪みの影響を低減することができる。

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、排気ガスの作用により雰囲気温度差が生じても、熱歪みの影響を低減することができる。

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。

図１は、この発明の実施例に係るタービンハウジングを示す側面図、図２は、タービンハウジングを示す正面図、図３は、図２のＡ−Ａ断面を示す断面図であり、タービン出口径ＤTOを示したものである。

また、図４は、図２のＢ−Ｂ断面を示す断面図であり、バイパス通路径ＤBを示したものである。図５は、タービン出口径ＤTOとバイパス通路径ＤBとの関係を示すグラフである。

図１および図２に示すように、タービンハウジング１は、少なくとも、渦状の排気ガス通路を構成するスクロール部２と、スクロール部２から突設され、排気ガスの出口（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、図中の符号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。

上述したように、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、鋳造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。

図３〜図５に示すように、バイパス通路構成配管６の径ＤBは、タービン出口構成配管７の径ＤTOの約半分であり小さい。このため、バイパス通路構成配管６側に応力が集中し易い。

図５に示すように、他の体格のタービンハウジングについても、バイパス通路構成配管６の径ＤBは、タービン出口構成配管７の径ＤTOの約半分となる傾向が見られる。

そこで、バイパス通路構成配管６の板厚ｔ２をタービン出口構成配管７の板厚ｔ１のほぼ２倍程度とし、タービン出口構成配管７とほぼ同等の強度を確保するようにしたものである。たとえば、バイパス通路構成配管６の板厚ｔ２をタービン出口構成配管７の板厚ｔ１の１．７〜２．３倍程度に形成するのが好適である。

また、排気ガスはタービン（図示せず）を通過することで膨張し温度が下がるため（たとえば、１００℃程度）、タービン出口構成配管７ではバイパス通路構成配管６よりも雰囲気温度が低いことが分かっている。

そこで、バイパス通路構成配管６の材質をタービン出口構成配管７の材質よりも熱膨張率の小さいものとするとともに、バイパス通路構成配管６の材質をタービン出口構成配管７の材質よりも高温強度の高いものとし、雰囲気温度差による熱歪みの影響を低減するようにした。

以上のように、この実施例に係るタービンハウジングによれば、バイパス通路構成配管６の機械的・熱的耐久性をタービン出口構成配管７とほぼ同等にすることができ、バイパス通路構成配管６への亀裂の発生等を抑制して信頼性を高めることができる。

なお、上記実施例においては、バイパス通路構成配管６の板厚ｔ２をタービン出口構成配管７の板厚ｔ１のほぼ２倍程度とするのに加え、バイパス通路構成配管６の材質をタービン出口構成配管７の材質よりも熱膨張率の小さいものとし、更に、バイパス通路構成配管６の材質をタービン出口構成配管７の材質よりも高温強度の高いものにする、として説明したが、これに限定されない。

たとえば、バイパス通路構成配管６の板厚ｔ２を調整することで所望の耐久性を確保できる場合には、バイパス通路構成配管６の材質を、熱膨張率の小さい材質または高温強度の高い材質のいずれか一方にするだけでもよい。

以上のように、この発明に係るタービンハウジングは、ターボチャージャに採用される板金製のタービンハウジングに有用であり、特に、バイパス通路の耐久性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。

この発明の実施例に係るタービンハウジングを示す側面図である。タービンハウジングを示す正面図である。図２のＡ−Ａ断面を示す断面図である。図２のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。タービン出口径ＤTOとバイパス通路径ＤBとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１タービンハウジング
２スクロール部
２ａタービン入口
２ｂタービン出口
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
６バイパス通路構成配管
７タービン出口構成配管
ｔ２バイパス通路構成配管の板厚
ｔ１タービン出口構成配管の板厚

Claims

少なくとも、渦状の排気ガス通路を構成するスクロール部と、
前記スクロール部から突設され、排気ガスの出口を構成するタービン出口構成配管と、
前記スクロール部を外部の排気ガス通路とバイパスするために前記スクロール部から突設され、前記タービン出口構成配管と別体に並設されたバイパス通路構成配管と、
前記タービン出口構成配管と前記バイパス通路構成配管とで支持されるタービン出口フランジと、
を備えたタービンハウジングにおいて、
前記バイパス通路構成配管を前記スクロール部および前記タービン出口フランジに固定するとともに、
前記バイパス通路構成配管の板厚を前記タービン出口構成配管の板厚よりも厚く形成したことを特徴とするタービンハウジング。
前記バイパス通路構成配管の材質を前記タービン出口構成配管の材質よりも熱膨張率の小さいものとしたことを特徴とする請求項１に記載のタービンハウジング。
前記バイパス通路構成配管の材質を前記タービン出口構成配管の材質よりも高温強度の高いものとしたことを特徴とする請求項１または２に記載のタービンハウジング。