JP4847842B2 - タービンハウジング - Google Patents
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Description
本願発明者は、ノズルベーン付きターボチャージャーに関する次のような知見及び着想に基づいて本発明を完成させた。即ち、ノズルベーン付きターボチャージャーでは、タービンハウジング内でのガス流れは、スクロール本体により区画される環状トンネル状排気ガス通路の断面積よりもノズルベーンによるガス流制御によって専ら支配されるため、排気ガスの熱によってスクロール本体が多少熱変形したとしても、本来ならば、それによって過給性能は影響されないはずである。しかし、ノズルベーン付きターボチャージャーにおいては、排気タービンを回転可能に支持するベアリングハウジングに対してタービンハウジングを接続するための継手部としてのベアリングハウジング側フランジと、ノズルベーンをスラスト方向に位置決めするためのノズル壁面フランジとの間の配置関係又は寸法関係が、過給性能に重大な影響を及ぼすチップクリアランスを決定付けている。しかも、従来のタービンハウジングでは、スクロール本体(のみ)を介してベアリングハウジング側フランジとノズル壁面フランジとが連結関係にあったため、スクロール本体の熱変形等がベアリングハウジング側フランジとノズル壁面フランジとの相対配置関係を撹乱する要因となっていた。このため、スクロール本体の熱変形等に伴い、チップクリアランスが変化し、過給性能が低下するという事態を招いた。そこで本発明では、スクロール本体(又は周辺部品)が熱変形を起こしたとしても、ベアリングハウジング側フランジとノズル壁面フランジとの配置関係が極力維持されるように工夫した。
環状トンネル状の排気ガス通路を区画形成するスクロール本体と、前記スクロール本体の側部に設けられた排気ガス入口と、前記スクロール本体の正面側中央部に設けられた排気ガス出口と、排気タービンを回転可能に支持するベアリングハウジングに対して当該タービンハウジングを接続するための継手部として、前記スクロール本体の背面側に設けられたベアリングハウジング側フランジと、前記スクロール本体に対し前記ノズルベーンをスラスト方向に位置決めするための規制部として、前記スクロール本体の中央域且つ前記排気ガス出口の近傍に設けられたノズル壁面フランジと、前記ベアリングハウジング側フランジと前記ノズル壁面フランジとを相互連結するための連結リングとを備え、前記連結リングは、周方向に延びる複数の通気スリットと、前記複数の通気スリット間に存在する複数の柱状連結部とを有するものであり、
当該タービンハウジングは更に、
前記ベアリングハウジング側フランジにおける前記スクロール本体に面した部位を全周にわたって覆うためのリング形状のベアリングハウジング側フランジカバーを備え、
このベアリングハウジング側フランジカバーは、当該フランジカバーと前記ベアリングハウジング側フランジとの間に環状の断熱空間を区画形成し、且つ前記スクロール本体と共に前記環状トンネル状の排気ガス通路を区画形成するものであり、
前記ベアリングハウジング側フランジカバーと前記連結リングとは、予め一体成形された単一の部品として形成されている、ことを特徴とする(図10及び図11参照)。
請求項1によれば、ベアリングハウジング側フランジカバーと連結リングとを予め一体成形した単一の部品とすることで、部品点数の減少を図ることができる。なお、ベアリングハウジング側フランジには、当該フランジにおけるスクロール本体に面した部位を全周にわたって覆うリング形状のベアリングハウジング側フランジカバーが装着され、その結果、ベアリングハウジング側フランジカバーとベアリングハウジング側フランジとの間には環状の断熱空間が区画形成される。このため、当該フランジカバーにガイドされながら環状トンネル状排気ガス通路を流れる高温の排気ガスは、ベアリングハウジング側フランジに直接接触することがない。それ故、ベアリングハウジング側フランジの構成材料として、高価な高耐熱材料ではなく、比較的安価な通常グレードの材料を使用することができる。また、熱容量が比較的大きいベアリングハウジング側フランジに高温の排気ガスが直接当たらないことによって排気ガスの温度低下が抑制されるため、エンジンの冷間始動時における早期暖機や排気ガス浄化触媒の早期活性化を図りやすい。
本実施形態によれば、ベアリングハウジング側フランジ3とノズル壁面フランジ5とを複数の柱状連結部81を有する連結リング8で直接連結することで、これらの機械的剛性及び寸法安定性を高めている。このため、排気ガスの熱でスクロール本体1やタービンハウジングの周辺部品(例えばエキゾーストマニホールドやターボエルボ等)が熱変形を起こしたとしても、連結リングの柱状連結部81によって相互連結されたベアリングハウジング側フランジ3及びノズル壁面フランジ5は上記熱変形の影響をあまり受けない。つまり、タービンハウジングと排気タービンTとの間のチップクリアランスC1,C2を決定付けているところのベアリングハウジング側フランジ3とノズル壁面フランジ5との間の相対配置関係又は寸法関係はほとんど変化しない。このように本実施形態によれば、熱変形等によるチップクリアランスC1,C2の変化を極力防止することができる。また、スクロール本体1が熱変形した場合でもチップクリアランスC1,C2の変化を防止できるという長所を利用すれば、スクロール本体1を薄肉化してタービンハウジングの軽量化及び低熱容量化を図ることや、スクロール本体1の構成素材をより安価なものにすることでコスト低減を図ることが可能になる。
図10及び図11に示すように、ベアリングハウジング側フランジカバー7及び連結リング8を予め一体成形した単一の部品として準備することで、組立時の部品点数の減少を図ってもよい。その場合、特に図11に示すように、フランジカバー7の内周部分につながる板状円筒部を折り返し加工による二枚重ね構造としながら連結リング8部分を一体成形することは好ましい。連結リング8部分を二枚重ね構造とすることで、連結リング8の柱状連結部81の肉厚が増し強度アップが図られる。
Claims (5)
- ノズルベーン付きターボチャージャー用のタービンハウジングであって、
環状トンネル状の排気ガス通路を区画形成するスクロール本体と、
前記スクロール本体の側部に設けられた排気ガス入口と、
前記スクロール本体の正面側中央部に設けられた排気ガス出口と、
排気タービンを回転可能に支持するベアリングハウジングに対して当該タービンハウジングを接続するための継手部として、前記スクロール本体の背面側に設けられたベアリングハウジング側フランジと、
前記スクロール本体に対し前記ノズルベーンをスラスト方向に位置決めするための規制部として、前記スクロール本体の中央域且つ前記排気ガス出口の近傍に設けられたノズル壁面フランジと、
前記ベアリングハウジング側フランジと前記ノズル壁面フランジとを相互連結するための連結リングとを備え、
前記連結リングは、周方向に延びる複数の通気スリットと、前記複数の通気スリット間に存在する複数の柱状連結部とを有するものであり、
当該タービンハウジングは更に、
前記ベアリングハウジング側フランジにおける前記スクロール本体に面した部位を全周にわたって覆うためのリング形状のベアリングハウジング側フランジカバーを備え、
このベアリングハウジング側フランジカバーは、当該フランジカバーと前記ベアリングハウジング側フランジとの間に環状の断熱空間を区画形成し、且つ前記スクロール本体と共に前記環状トンネル状の排気ガス通路を区画形成するものであり、
前記ベアリングハウジング側フランジカバーと前記連結リングとは、予め一体成形された単一の部品として形成されている、ことを特徴とするタービンハウジング。 - 前記連結リング(8)は、前記複数の通気スリットの一群を間に挟んだ前端側及び後端側の環状部(82,83)を更に有しており、
前記連結リングの一方端の環状部(83)を前記ベアリングハウジング側フランジ(3)の内周部に溶接すると共に、前記連結リングの他方端の環状部(82)を前記ノズル壁面フランジ(5)の外周部に溶接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。 - 前記複数の柱状連結部の各々はその横断面形状が扇形をなしており、
各柱状連結部の一側面には、扇形横断面の一側辺に沿った排気ガス誘導用の傾斜面が、ターボ軸中心(C)と当該傾斜面の内側エッジ(E1)とを結ぶ半径方向線に対し30°〜60°の傾斜角(θ)を持つように形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のタービンハウジング。 - 前記複数の柱状連結部は、前記スクロール本体及び/又は前記ノズル壁面フランジに複数形成されたノズルベーン取り付け用ボルト孔の近傍にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のタービンハウジング。
- 前記環状トンネル状の排気ガス通路は、その全周にわたって断面積及び断面形状が共にほぼ一定となるように形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のタービンハウジング。
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