JP5338991B1 - タービンハウジング及び排気タービン過給機 - Google Patents

Abstract

タービンハウジング（１）は、板金により形成されるとともにハウジング本体を構成する第１シェル部材（１０）及び第３シェル部材（３０）と、これらシェル部材（１０）、（３０）の内周面に固定されるとともにこれらシェル部材（１０）、（３０）とは別体のタング部材（４０）であってインレットポートとスクロール空間とをハウジング本体の内部において区画するタング部材（４０）とを備えている。

Description

本発明は、排気のエネルギによってタービンホイールが回転駆動されることにより過給を行なう排気タービン過給機、及びその筐体であってタービンホイールを囲繞するタービンハウジングに関する。

従来、この種の排気タービン過給機及びタービンハウジングとしては例えば特許文献１に記載の排気タービン過給機（以下、過給機）及びタービンハウジングがある。

図１５に示すように、特許文献１に記載のタービンハウジング６０１は、過給機のベアリングハウジングに接続される第１フランジ６０４と、同過給機における排気の出口を構成する第２フランジ６０５との間に、外側シェルと内側シェルとが設けられており、これらシェルによって二重管構造をなしている。

外側シェルは第１フランジ６０４の外周面に連結された第１シェル部材６１０と第２フランジ６０５に連結された第２シェル部材６２０とからなり、これらシェル部材６１０、６２０は板金をプレス成形することにより形成されている。尚、これらシェル部材６１０、６２０は重ね継ぎ手により互いに接合されている。

内側シェルは第１フランジ６０４の内周面に連結された第３シェル部材６３０と第２シェル部材６２０の内周面に連結された第４シェル部材６４０とからなり、これらシェル部材６３０、６４０も板金をプレス成形することにより形成されている。尚、これらシェル部材６３０、６４０も基本的には重ね継ぎ手により互いに接合されている。具体的には、第３シェル部材６３０の先端部６３１の内周面と第４シェル部材６４０の基端部６４１の外周面とが接合されている。

また、図１６に示すように、内側シェルの内部にはタング部６５０が設けられており、このタング部６５０によってタービンハウジング６０１の内部に排気を導入するインレットポート６０７とスクロール空間６０８とが区画されている。上述したように、図１６に矢印で示す領域Ｒにおいて各シェル部材６３０、６４０が重ね継ぎ手により互いに接合されている。一方、タング部６５０は各シェル部材６３０、６４０をフレア継ぎ手にて接合することによって形成されている。

図１７に示すように、第３シェル部材６３０には先端側に向けて突出した突面部６３２が形成されている。また、第４シェル部材６４０には基端側に向けて突出した突面部６４２が形成されている。そして、これら突面部６３２、６４２は互いに当接するようにして、すなわちフレア継ぎ手にて接合されている。これら突面部６３２、６４２の接合部によってタング部６５０が構成されている。

こうしたタービンハウジングは、鋳造製のタービンハウジングに比べて薄肉であることから、タービンハウジング自体の熱容量を低減することができる。このため、タービンハウジングを通過する際に排気の熱が奪われにくくなり、過給機の下流側に設けられて排気を浄化する触媒装置の暖機が促進されるようになる。

特開２００６―１６１５７４号公報

ところが、シェル部材をフレア継ぎ手にて互いに接合することでタング部が形成されるタービンハウジングの場合には、以下の不都合が生じるおそれがある。

すなわち、図１７に示すように、タング部６５０の厚さｔは各シェル部材６３０、６４０の板厚の２倍とされる。すなわち、タング部の厚さは各シェル部材の板厚に依存することとなる。そのため、タービンハウジング自体の熱容量を低減すべく各シェル部材の板厚を薄くするほどタング部の厚さが小さくなり、同タング部の耐熱強度を確保することが困難となる。

また、このようにフレア継ぎ手による接合を用いる場合、図１８に示すように、重ね継ぎ手による接合部（６３１、６４１）とフレア継ぎ手による接合部（６３２、６４２）との境界においては、各シェル部材６３０、６４０にひねりが生じるため、各シェル部材６３０、６４０の間に隙間が生じることとなる。したがって、こうした部位を接合する工法としては、各シェル部材の間の隙間が大きくてもこれらを接合することのできるアーク溶接に限られてしまい、各シェル部材に熱歪みが生じてしまう。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、インレットポートとスクロール空間とを区画する部位における耐熱強度の設定の自由度を高めることのできるタービンハウジング及び排気タービン過給機を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。

上記目的を達成するため、本発明に従うタービンハウジングは、タービンホイールを囲繞するタービンハウジングにおいて、板金により形成されるハウジング本体と、前記ハウジング本体の内周面に固定されるとともに同ハウジング本体とは別体のタング部材であって、インレットポートとスクロール空間とを同ハウジング本体の内部において区画する前記タング部材とを備えることをその要旨としている。

こうした構成によれば、ハウジング本体が板金により形成されるものにあって、インレットポートとスクロール空間とを区画するタング部材が同ハウジング本体とは別体とされている。このため、タング部材の厚さや材質などを、ハウジング本体を構成する板金とは独立して設定することができるようになる。したがって、インレットポートとスクロール空間とを区画する部位における耐熱強度の設定の自由度を高めることができるようになる。

尚、ハウジング本体に対してタング部材を固定する態様としては、ハウジング本体及びタング部材に熱歪みが生じにくい、ろう付が好ましい。

この場合、前記ハウジング本体は前記タービンホイールの軸線方向において前記タング部材を挟み込む一対のシェル部材を有し、それらシェル部材は重ね継ぎ手により互いに接合されるといった構成が好ましい。

こうした構成によれば、タング部材がハウジング本体とは別体とされているため、一対のシェル部材を接合部位の全体にわたって重ね継ぎ手により互いに接合することができるようになる。すなわち、フレア継ぎ手によることなくシェル部材を互いに接合することができるようになる。このため、フレア継ぎ手を採用する場合に必須とされるアーク溶接などの溶融接合が必ずしも必要ではなくなり、アーク溶接におけるトーチのためのスペースを確保することが不要となる。したがって、タービンホイールの径方向におけるタービンハウジングの体格を小さくすることができるようになる。

またこの場合、前記タング部材は、前記一対のシェル部材を重ね継ぎ手にて接合することにより形成された段差空間に対応した形状を有し且つ同段差空間内に位置する凸部を有するといった構成が好ましい。

こうした構成によれば、一対のシェル部材により形成された段差空間にタング部材の凸部を位置させて同タング部材の位置決めを行なった状態で、これらシェル部材に対してタング部材が接合される。このため、シェル部材に対するタング部材の位置決め及びその接合を容易且つ的確に行なうことができるようになる。

また、前記タング部材は前記タービンホイールの軸線方向において所定の厚さを有する金属片からなるといった構成が好ましい。

こうした構成によれば、タービンホイールの軸線方向におけるタング部材の厚さを適宜設定することにより、タング部材の耐熱強度を好適に設定することができるようになる。

また、前記ハウジング本体は前記タービンホイールの軸線方向において前記タング部材を挟み込む一対のシェル部材を有し、それらシェル部材は重ね継ぎ手により互いに接合されるといった構成にあっては、前記タング部材は前記タービンホイールの軸線方向において前記一対のシェル部材の板厚の和よりも大きい厚さを有する金属片からなるといった構成が好ましい。

こうした構成によれば、ハウジング本体を構成する一対のシェル部材をフレア継ぎ手により接合することでインレットポートとスクロール空間とを区画する構成に比べて、当該区画する部位の厚さが大きくされる。したがって、タング部材とハウジング本体とが同一の材料によって形成される場合においては、このようにタング部材の厚さを設定することによってインレットポートとスクロール空間とを区画する部位における耐熱強度を的確に高めることができるようになる。

この場合、前記タング部材の内部には冷却媒体が流通する冷却通路が形成されるといった構成が好ましい。

こうした構成によれば、タング部材の内部に形成された冷却通路内を冷却媒体が流通するようになる。このため、タング部材の温度が過度に上昇することを好適に抑制することができる。また、タング部材がハウジング本体とは別体であるため、こうした冷却通路を容易に形成することができるようになる。尚、こうした冷却媒体としては例えば水が望ましい。

これらの場合、前記タング部材の内部には前記タービンホイールを迂回する迂回通路が形成されるといった構成が好ましい。

こうした構成によれば、インレットポートを通じてタービンハウジング内部に導入された排気をタング部材の内部に形成された迂回通路を通じてタービンホイールの下流に流すことができるようになる。すなわち、ウェイストゲート通路としての機能をタング部材に具備させることができるようになる。また、タング部材がハウジング本体とは別体であるため、こうした迂回通路を容易に形成することができるようになる。

また、前記タング部材は断熱材により覆われるといった構成が好ましい。

タング部材はインレットポート側及びスクロール空間側の双方から高温の排気に曝されることから加熱されて高温となりやすい。そのため、例えばタング部材とこれを覆うハウジング本体とが広範囲にわたって、ろう材によって接合されている場合にあって、加熱及び冷却が繰り返されると、ろう材である合金とタング部材との線膨張係数の差によってタング部材が熱劣化するなどの不都合が生じるおそれがある。

この点、上記構成によれば、タング部材が断熱材により覆われているため、タング部材が排気に直接曝されなくなる。これにより、排気の熱がタング部材に伝わることを抑制することができ、タング部材の温度上昇、ひいてはタング部材の熱膨張を抑制することができるようになる。したがって、加熱及び冷却が繰り返されることに起因したタング部材の熱劣化を好適に抑制することができるようになる。

この場合、前記タング部材は前記インレットポートと前記スクロール空間との境界を区画する先端部を有し、前記断熱材は同先端部を被覆するといった構成が好ましい。

タング部材においてインレットポートとスクロール空間との境界を区画する先端部は先細形状とされることから耐熱強度の確保が難しい。そのため、上記構成によるように、タング部の先端部を断熱材によって被覆するようにすれば、同先端部の温度上昇を抑制することができ、同先端部の熱膨張を抑制することができるようになる。したがって、加熱及び冷却が繰り返されることに起因して先端部が熱劣化することを的確に抑制することができるようになる。

また、前記タング部材は前記インレットポートと前記スクロール空間との境界に向けて次第に細くなる先細形状とされ、同タング部材は、その基端側の部位において前記ハウジング本体に接合される一方、その先端側の部位においては前記ハウジング本体に接合されないといった構成が好ましい。

タング部材においては、インレットポートとスクロール空間との境界を区画する先端部が先細形状とされることから耐熱強度の確保が難しい。そのため、タング部材における先端側の部位では熱膨張及び熱収縮が繰り返されることによって熱劣化が生じることを無視することができないのに対して、基端側の部位についてはこうした不都合が生じることはほとんどない。

この点、上記構成によれば、タング部材はその基端側の部位がハウジング本体に接合され、その先端側の部位はハウジング本体に対して自由とされる。すなわち、例えば、ろう材によってタング部材とハウジング本体とを接合する構成にあって、タング部材の先端側の部位には、ろう材が設けられない。このため、ろう材とタング部材との線膨張係数の差によってタング部材に熱劣化が生じることを回避することができるようになる。

また、前記タング部材は長尺状の薄板により形成されるとともに、その長手方向における途中において屈曲して前記インレットポートと前記スクロール空間との境界を区画する屈曲部を有しており、同タング部材はその長手方向における両端においてのみ前記ハウジング本体に固定されるといった構成が好ましい。

こうした構成によれば、タング部材はタービンホイールの軸線方向に対して垂直な方向において可撓性を有するものとなる。これにより、タング部材は高温となっても撓むことによってタング部材内部の熱エネルギを放出することができ、応力集中に起因したタング部材の熱劣化を好適に抑制することができるようになる。

この場合、前記屈曲部の変位を規制する規制部材を備えるといった構成が好ましい。

タング部材が長尺状の薄板によって形成されるとともに、その途中において屈曲した屈曲部を有するものとされ、更にその両端においてのみハウジング本体に対して固定される構成にあっては、タング部材が高温となり熱変形することで屈曲部が変位すると、インレットポート及びスクロール空間の形状が変化して過給機の過給性能に影響を与えるおそれがある。

この点、上記構成によれば、規制部材によって屈曲部の変位が規制されるようになるため、インレットポート及びスクロール空間の形状変化を好適に抑制することができるようになる。

この場合、更に、上記規制部材を屈曲部の内側に設けるようにすれば、同規制部材を設けることに起因してインレットポートなどを通過する排気の流れを妨げることもない。

またこれらの場合、前記タング部材の内側空間には同タング部材とこれを覆う前記ハウジング本体との間をシールするシール部材が設けられるといった構成が好ましい。

タング部材が長尺状の薄板によって形成されるとともに、その途中において屈曲した屈曲部を有するものとされ、更にその両端においてのみハウジング本体に対して固定される構成にあっては、タング部材とこれを覆うハウジング本体との間に間隙が生じる。そのため、インレットポートからの排気がこうした間隙を通じてスクロール空間に漏出するおそれがある。

この点、上記構成によれば、タング部材とこれを覆うハウジング本体との間がシール部材によってシールされるようになる。したがって、インレットポートからの排気が上記間隙を通じてスクロール空間に漏出することを好適に抑制することができるようになる。

尚、こうしたシール部材としては、タング部材の熱変形に追従して変形するものが望ましい。すなわち、シール部材としては可撓性を有するものが望ましい。

この場合、前記シール部材は金属メッシュにより形成されるといった構成が好ましい。

こうした構成によれば、シール部材が可撓性を有する金属メッシュとされるため、同シール部材がタング部材の熱変形に追従して好適に変形するようになる。したがって、シール部材を設けることに起因してタング部材の可撓性が損なわれることを好適に抑制することができるようになる。

また、上記発明のタービンハウジングを備え、排気のエネルギによってタービンホイールが回転駆動されることにより過給を行なう排気タービン過給機といった構成が好ましい。

本発明の第１実施形態に係るタービンハウジングについて、ベアリングハウジング側から見た平面構造を示す平面図。 図１のＡ−Ａ線に沿ったタービンハウジングの断面構造を部分的に示す部分断面図。 同実施形態におけるタービンハウジングについて、第２フランジ及び第３フランジ側から視た斜視構造を示す斜視図。 図５のＢ−Ｂ線に沿ったタービンハウジングの断面構造を示す断面図。 同実施形態におけるタービンハウジングについて、第２フランジ側から視た平面構造を示す平面図。 図５のＣ−Ｃ線に沿ったタービンハウジングの断面構造を示す断面図。 図５のＤ−Ｄ線に沿ったタービンハウジングの断面構造を示す断面図。 第２実施形態におけるタービンハウジングについて、図４の断面構造に対応する断面構造を示す断面図。 第３実施形態におけるタービンハウジングについて、図４の断面構造に対応する断面構造を示す断面図。 同実施形態におけるタービンハウジングについて、第２フランジ側から視た斜視構造を示す斜視図。 第４実施形態におけるタービンハウジングについて、図４の断面構造に対応する断面構造を示す断面図。 図１１のＥ−Ｅ線に沿ったタービンハウジングの断面構造を示す断面図。 第５実施形態におけるタービンハウジングについて、図４の断面構造に対応する断面構造を示す断面図。 図１３のＦ−Ｆ線に沿ったタービンハウジングの断面構造を示す断面図であって、（ａ）ろう付け前の状態を示す断面図、（ｂ）ろう付け後の断面構造を示す断面図。 従来のタービンハウジングについて、タービンホイールの軸線方向に沿った断面構造を示す断面図。 従来のタービンハウジングを構成する内側シェルについて、タービンホイールの軸線方向に垂直な方向に沿った断面構造を示す断面図。 図１６のＧ−Ｇ線に沿った内側シェルの断面構造を示す断面図。 図１６の矢印Ｈ方向から見た内側シェルの側面構造を示す側面図。

以下、図１〜図７を参照して、本発明を車載内燃機関に搭載される排気タービン過給機（以下、過給機と称する）及びタービンハウジングとして具体化した第１実施形態について詳細に説明する。

図１に、本実施形態に係るタービンハウジングについて、ベアリングハウジング側から見た平面構造を示す。また、図２に、図１のＡ−Ａ線に沿ったタービンハウジングの断面構造を部分的に示す。尚、以降において、タービンホイール２の軸線方向Ｚにおけるベアリングハウジングに近接する側（図２における左側）を基端側と称し、ベアリングハウジングから離間する側（図２における右側）を先端側と称する。

過給機は、内燃機関の排気通路の途中に設けられるとともに排気のエネルギによって回転駆動されるタービンホイール２と、吸気通路の途中に配置されるとともにタービンシャフト３を介してタービンホイール２に連結されたコンプレッサインペラ（図示略）とを備えている。タービンホイール２は、排気通路において排気マニホルドの下流側に設けられている。

図１及び図２に併せ示すように、タービンハウジング１はタービンホイール２を囲繞するものであり、３つのフランジ４、５、６と、これらフランジの間に設けられたハウジング本体と、ハウジング本体とは別体のタング部材４０とを備えている。

第１フランジ４はベアリングハウジングに接続され、第２フランジ５はタービンハウジング１の下流側の排気管に接続され、第３フランジ６はタービンハウジング１の上流側の排気管、すなわち排気マニホルドに接続される。尚、タービンシャフト３はベアリングハウジング内部に設けられたベアリングにより回転自在に支持されている。また、タービンハウジング１の下流側の排気管には排気を浄化する触媒装置が設けられている。

図２に示すように、ハウジング本体は、３つのシェル部材１０、２０、３０と、支持パイプ５０及びシール部材６０とを備えている。

これら３つのシェル部材１０、２０、３０及び支持パイプ５０は共にステンレス鋼製の板金をプレス成形することにより形成されている。また、これらシェル部材１０、２０、３０にはタービンホイール２が挿通される挿通孔がそれぞれ形成されている。尚、本実施形態ではこれらシェル部材１０、２０、３０は共に同一の板厚ｔ１を有している。

第１シェル部材１０は、その基端部１１が第１フランジ４の先端外周面に接合されるとともに、その先端部１２の外周面が第２シェル部材２０の基端部２１の内周面に接合されている。第２シェル部材２０は、その先端部２２の外周面が第２フランジ５の内周面に接合されている。第３シェル部材３０は、その基端部３１の外周面が第１シェル部材１０の先端部１２の内周面に接合されている。すなわち、これらシェル部材１０、２０、３０は重ね継ぎ手にて互いに接合されている。具体的には、これらシェル部材１０〜３０は、「ろう付け」にて互いに接合されている。

第１シェル部材１０は基端部１１から先端部１２に向かう途中の部位が基端側に向けて湾曲した形状をなしており、その先端側の面は凹部１３となっている。また、第３シェル部材３０は、軸線方向Ｚにおいて上記凹部１３に対向する部位が先端側に向けて湾曲した形状をなしており、その基端側の面は凹部３３となっている。これら凹部１３、３３によって区画される空間がタービンハウジング１のスクロール空間８とされる。

第３シェル部材３０は、上記凹部３３からタービンホイール２に向けて延び、屈曲して先端側に向けて延びるシュラウド部３４を有している。このシュラウド部３４はタービンホイール２の羽根部２ａに沿った形状をなしている。

シール部材６０は略円筒状をなしており、第３シェル部材３０の先端部３２の外周面と支持パイプ５０の内周面との間に設けられている。シール部材６０は例えばシール性及び耐熱性を有するワイヤメッシュによって形成されている。

タング部材４０は、ステンレス鋼製の片であって第１シェル部材１０の内壁１０ａと、軸線方向Ｚにおいて同内壁１０ａに対向する第３シェル部材３０の内壁３０ａとによって挟み込まれている。具体的には、タング部材４０の軸線方向Ｚにおける厚さｔｚは、第１シェル部材１０の板厚ｔ１と第３シェル部材３０の板厚ｔ１との和（＝２×ｔ１）よりも大きくされている（ｔｚ＞２×ｔ１）。

次に、図２〜図７を参照して、タング部材４０の構造について説明する。

図３に、本実施形態におけるタービンハウジング１について、第２フランジ５及び第３フランジ６側から視た斜視構造を示す。また、図４に、図３のＢ−Ｂ線に沿ったタービンハウジング１の断面構造、すなわち、第３フランジ６の中心孔の中心Ｙを通るとともにタービンホイール２の軸線方向Ｚに対して垂直な方向に沿った断面構造を示す。

図４に示すように、タング部材４０は、断面略三角形状をなしており、各辺をそれぞれ含む底壁４１、スクロール壁４２、及びポート壁４３を有している。

スクロール壁４２はタービンホイール２の回転中心Ｚを中心とした円弧状をなしており、第１シェル部材１０の内壁１０ａ（図４では非表示）及び第３シェル部材３０の内壁３０ａと共にスクロール空間８を形成する。

ポート壁４３は第１シェル部材１０の内壁１０ａ及び第３シェル部材３０の内壁３０ａと共にインレットポート７を形成する。インレットポート７は第３フランジ６からタービンハウジング１内部に流入した排気を上記スクロール空間８に向けて導入するための通路であってその通路断面積は下流側ほど（図４における上側ほど）小さくされている。

このように、タービンハウジング１内部はタング部材４０によってインレットポート７とスクロール空間８とに区画されている。

図５に、本実施形態におけるタービンハウジング１について、第２フランジ５側から視た平面構造を示す。また、図６に、図５のＣ−Ｃ線に沿ったタービンハウジング１の断面構造を示す。また、図７に、図５のＤ−Ｄ線に沿ったタービンハウジング１の断面構造を示す。

図４及び図６に併せ示すように、タング部材４０の底壁４１は、第１シェル部材１０と第３シェル部材３０とが重ね合わされた部位の内周面に沿った形状を有している。具体的には、第１シェル部材１０の先端部１２の内周面及び第３シェル部材３０の基端部３１の内周面にはこれらシェル部材１０、３０が重ね継ぎ手にて接合されることによって段差空間１４が形成されており、底壁４１は同段差空間１４に対応した凸部４１ａを有している。この凸部４１ａは段差空間１４内に位置している。

次に、本実施形態の作用について説明する。

タービンハウジング１を構成する第１シェル部材１０、第３シェル部材３０が板金により形成されるものにあって、インレットポート７とスクロール空間８とを区画するタング部材４０がこれらシェル部材１０、３０とは別体とされている。また、タング部材４０は軸線方向Ｚにおいて所定の厚さｔｚを有する金属片とされており、その厚さｔｚは第１シェル部材１０の板厚ｔ１と第３シェル部材３０の板厚ｔ１との和（＝２×ｔ１）よりも大きくされている（ｔｘ＞２×ｔ１）。このため、先の図１５〜図１８に示したようにシェル部材６３０、６４０をフレア継ぎ手により接合することでインレットポート６０７とスクロール空間６０８とを区画するタング部６５０が形成される構成に比べて、当該区画する部位の厚さｔｚが大きくされる。すなわち、軸線方向Ｚにおけるタング部６５０の厚さｔ１が一対のシェル部材６３０、６４０の板厚の和とされる構成に比べて、当該区画する部位の厚さｔｚが大きくされる。その結果、タング部材４０における耐熱強度が高められるようになる。

また、タング部材４０は軸線方向Ｚにおいて一対のシェル部材１０、３０により挟み込まれている。また、これらシェル部材１０、３０は互いに重ね継ぎ手により、ろう付けにて接合されている。上述したように、タング部材４０がハウジング本体を構成する第１シェル部材１０及び第３シェル部材３０とは別体とされているため、これら一対のシェル部材１０、３０を接合部位の全体にわたって重ね継ぎ手により互いに接合することができるようになる。すなわち、フレア継ぎ手によることなくシェル部材１０、３０を互いに接合することができるようになる。このため、フレア継ぎ手を採用する場合に必須とされるアーク溶接などの溶融接合が必ずしも必要ではなくなり、アーク溶接におけるトーチのためのスペースを確保することが不要となる。

以上説明した本実施形態に係るタービンハウジング及び排気タービン過給機によれば、以下に示す効果（１）〜（４）が得られるようになる。

（１）タービンハウジング１は、板金により形成されるとともにハウジング本体を構成する第１シェル部材１０及び第３シェル部材３０と、これらシェル部材１０、３０の内周面に固定されるとともにこれらシェル部材１０、３０とは別体のタング部材４０であってインレットポート７とスクロール空間８とをハウジング本体の内部において区画するタング部材４０とを備えている。こうした構成によれば、インレットポート７とスクロール空間８とを区画する部位であるタング部材４０における耐熱強度の設定の自由度を高めることができるようになる。

（２）タング部材４０は、タービンホイール２の軸線方向Ｚにおいて一対のシェル部材１０、３０により挟み込まれている。また、これらシェル部材１０、３０は互いに重ね継ぎ手により、ろう付けにて接合されている。こうした構成によれば、タービンホイール２の径方向におけるタービンハウジング１の体格を小さくすることができるようになる。また、ハウジング本体を構成する第１シェル部材１０及び第３シェル部材３０に対して、ろう付けによりタング部材４０が接合されているため、これらシェル部材１０、３０、及びタング部材４０に熱歪みが生じにくい。

（３）タング部材４０はタービンホイール２の軸線方向Ｚにおいて所定の厚さｔｚを有する金属片とされている。具体的には、タング部材４０の上記所定の厚さｔｚは第１シェル部材１０の板厚と第３シェル部材３０の板厚との和よりも大きくされている。こうした構成によれば、このようにタング部材４０の厚さｔｚを設定することによってタング部材４０における耐熱強度を的確に高めることができるようになる。

（４）タング部材４０は上記一対のシェル部材１０、３０を重ね継ぎ手にて接合することにより形成された段差空間１４に対応した形状を有し且つ同段差空間１４内に位置する凸部４１ａを有している。こうした構成によれば、一対のシェル部材１０、３０により形成された段差空間１４にタング部材４０の凸部４１ａを位置させて同タング部材４０の位置決めを行なった状態で、これらシェル部材１０、３０に対してタング部材４０が接合される。このため、シェル部材１０、３０に対するタング部材４０の位置決め及びその接合を容易且つ的確に行なうことができるようになる。

以下、図８を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。

図８に、本実施形態におけるタービンハウジング２０１について、図４の断面構造に対応する断面構造を示す。尚、先の第１実施形態に対応する構成については「２００」を付した符号を付すことにより重複した説明を割愛する。

図８に示すように、本実施形態では、タング部材２４０の内部に略Ｖ字状をなす冷却通路２４５が形成されている。この冷却通路２４５の両端部は共に底壁２４１に開口している。また、第１シェル部材２１０、第２シェル部材２２０、及び第３シェル部材２３０には上記冷却通路２４５の入口部に接続する導入孔及び同冷却通路２４５の出口部に接続する排出孔がそれぞれ貫通形成されている。また、上記導入孔及び排出孔には冷却通路２４５に対する冷却水の供給及び冷却通路２４５からの冷却水の排出を行なうための冷却水供給装置（図示略）が接続されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。

冷却水供給装置から供給される冷却水がタング部材２４０の内部に形成された冷却通路２４５内を流通するようになる。このため、タング部材２４０の温度が過度に上昇することが好適に抑制されるようになる。

以上説明した本実施形態に係るタービンハウジング及び排気タービン過給機によれば、先の第１実施形態の効果（１）〜（４）に加えて、新たに以下に示す効果（５）が得られるようになる。

（５）タング部材２４０の内部には冷却水が流通する冷却通路２４５が形成されている。こうした構成によれば、タング部材２４０の温度が過度に上昇することを好適に抑制することができる。また、タング部材２４０が各シェル部材２１０，２３０とは別体であるため、こうした冷却通路２４５を容易に形成することができるようになる。

以下、図９及び図１０を参照して、本発明に係るタービンハウジング及び排気タービン過給機の第３実施形態について説明する。

図９に、本実施形態におけるタービンハウジング３０１について、図４の断面構造に対応する断面構造を示す。また、図１０に、本実施形態におけるタービンハウジング３０１について、第２フランジ３０５側から視た斜視構造を示す。尚、先の第１実施形態に対応する構成については「３００」を付した符号を付すことにより重複した説明を割愛する。

図９に示すように、タング部材３４０の内部には迂回通路３４６が形成されている。この迂回通路３４６は一端がポート壁３４３に開口するとともに、図１０に示すように、他端がタング部材３４０の先端側（図１０において紙面手前側）の面に開口している。すなわち、迂回通路３４６はインレットポート３０７とタービンホイール２の下流側とを接続する通路、すなわちタービンホイール２を迂回する通路とされている。尚、ここでは図示を割愛するが、迂回通路３４６の出口部にはアクチュエータにより同出口部を開閉するバルブが設けられている。

以上説明した本実施形態に係るタービンハウジング及び排気タービン過給機によれば、先の第１実施形態の効果（１）〜（４）に加えて、新たに以下に示す効果（６）が得られるようになる。

（６）タング部材３４０の内部にはタービンホイール２を迂回する迂回通路３４６が形成されている。こうした構成によれば、インレットポート３０７を通じてタービンハウジング１内部に導入された排気をタング部材３４０の内部に形成された迂回通路３４６を通じてタービンホイール２の下流に流すことができるようになる。すなわち、ウェイストゲート通路としての機能をタング部材３４０に具備させることができるようになる。また、タング部材３４０が各シェル部材３１０，３３０とは別体であるため、こうした迂回通路３４６を容易に形成することができるようになる。

以下、図１１及び図１２を参照して、本発明の第４実施形態について説明する。

図１１に、本実施形態におけるタービンハウジング４０１について、図４の断面構造に対応する断面構造を示す。また、図１２に、図１１のＥ−Ｅ線に沿ったタービンハウジング４０１の断面構造を示す。尚、先の第１実施形態に対応する構成については「４００」を付した符号を付すことにより重複した説明を割愛する。

タング部材はインレットポート側及びスクロール空間側の双方から高温の排気に曝されることから加熱されて高温となりやすい。そのため、例えばタング部材とこれを覆うハウジング本体とが広範囲にわたって、ろう材によって接合されている場合にあって、加熱及び冷却が繰り返されると、ろう材である合金とタング部材との線膨張係数の差によってタング部材に熱劣化が生じるなどの不都合が生じるおそれがある。特に、タング部材においてインレットポートとスクロール空間との境界を区画する先端部は先細形状とされることから耐熱強度の確保が難しい。

そこで、本実施形態では、図１１及び図１２に併せ示すように、タング部材４４０を断熱部材４４８により被覆するようにしている。タング部材４４０はインレットポート４０７とスクロール空間４０８との境界に向けて徐々に細くなる先端部４４７を有している。また、断熱部材４４８は上記先端部４４７から同先端部４４７と底壁４４１との略中央位置までの部位全体を被覆している。
尚、断熱部材４４８は断熱性及び耐熱性に優れたガラス繊維とされている。

次に、本実施形態の作用について説明する。

タング部材４４０の先端部４４７が断熱部材４４８により覆われているため、タング部材４４０、特に先端部４４７が排気に直接曝されなくなる。これにより、排気の熱が先端部４４７に伝わることを抑制することができ、先端部４４７の温度上昇、ひいては先端部４４７の熱膨張が抑制されるようになる。

以上説明した本実施形態に係るタービンハウジング及び排気タービン過給機によれば、先の第１実施形態の効果（１）〜（４）に加えて、新たに以下に示す効果（７）が得られるようになる。

（７）タング部材４４０は断熱部材４４８により覆われている。具体的には、タング部材４４０はインレットポート４０７とスクロール空間４０８との境界を区画する先端部４４７を有しており、断熱部材４４８は同先端部４４７を被覆している。こうした構成によれば、加熱及び冷却が繰り返されることに起因して先端部４４７が熱劣化することを好適に抑制することができるようになる。

以下、図１３及び図１４を参照して、本発明の第５実施形態について説明する。

図１３に、本実施形態におけるタービンハウジング５０１について、図４の断面構造に対応する断面構造を示す。また、図１４に、図１３のＦ−Ｆ線に沿ったタービンハウジング５０１の断面構造を示す。尚、先の第１実施形態に対応する構成については「５００」を付した符号を付すことにより重複した説明を割愛する。

図１３に示すように、タング部材５４０は長尺状の薄板をその長手方向における途中において屈曲させることにより略Ｖ字状に形成されている。具体的には、タング部材５４０は、スクロール空間５０８を区画するスクロール壁部５４２と、インレットポート５０７を区画するポート壁部５４３と、これらインレットポート５０７とスクロール空間５０８との境界を区画する屈曲部５４７とを有している。尚、本実施形態のタング部材５４０はステンレス鋼製である。

また、スクロール壁部５４２の基端部５４２ａ及びポート壁部５４３の基端部５４３ａは第１シェル部材５１０及び第３シェル部材５３０に接合されている。具体的には、図１４（ａ）に示すように、第１シェル部材５１０及び第３シェル部材５３０において上記各基端部５４２ａ、５４３ａに対応する部位には導入孔５１９、５３９がそれぞれ形成されている。そして、図１４（ｂ）に示すように、これら導入孔５１９、５３９を通じて、ろう付けに用いられる合金ＡＬＹが溶融状態にて流し込まれることによってタング部材５４０の長手方向における両端部５４２ａ，５４３ａにおいてのみ各シェル部材５１０、５３０に接合されている。

また、図１３に示すように、屈曲部５４７の内側には同屈曲部５４７の変位を規制する規制ピン５７０が設けられている。この規制ピン５７０はその軸線が軸線方向Ｚに沿うようにして各シェル部材５１０、５３０に取り付けられる一方、タング部材５４０（屈曲部５４７）に対しては固定されず当接した状態とされている。

また、タング部材５４０の内側空間全体には、タング部材５４０とこれを覆う各シェル部材５１０、５３０との間をシールするシール部材５８０が設けられている。具体的には、シール部材５８０はステンレス鋼製のメッシュにより形成されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。

タング部材５４０は軸線方向Ｚに対して垂直な方向において可撓性を有するため、タング部材５４０は高温となっても撓むことによってタング部材５４０内部の熱エネルギが放出されるようになる。

ところで、タング部材５４０が長尺状の薄板によって形成されるとともに、その途中において屈曲した屈曲部５４７を有するものとされ、更にその両端部５４２ａ、５４３ａにおいてのみ各シェル部材５１０、５３０に対して固定される構成にあっては、以下の不都合が生じるおそれがある。

すなわち、タング部材５４０が高温となり熱変形することで屈曲部５４７が変位すると、インレットポート５０７及びスクロール空間５０８の形状が変化して過給機の過給性能に影響を与えるおそれがある。

この点、上記実施形態によれば、規制ピン５７０によって屈曲部５４７の変位が規制されるようになるため、インレットポート５０７及びスクロール空間５０８の形状変化が好適に抑制されるようになる。

また、タング部材５４０とこれを覆う各シェル部材５１０、５３０との間に間隙が生じるため、インレットポート５０７からの排気がこうした間隙を通じてスクロール空間５０８に漏出するおそれがある。

この点、上記実施形態によれば、タング部材５４０とこれを覆うハウジング本体との間がシール部材５８０によってシールされるようになる。

更に、シール部材５８０は可撓性を有するステンレス鋼製のメッシュにより形成されているため、シール部材５８０がタング部材５４０の熱変形に追従して好適に変形するようになる。

以上説明した本実施形態に係るタービンハウジング及び排気タービン過給機によれば、先の第１実施形態の効果（１）〜（３）に加えて、新たに以下に示す効果（８）〜（１０）が得られるようになる。

（８）タング部材５４０はステンレス鋼の長尺状の薄板により形成されるとともに、その長手方向における途中において屈曲してインレットポート５０７とスクロール空間５０８との境界を区画する屈曲部５４７を有している。また、タング部材５４０はその長手方向における両端部５４２ａ，５４３ａにおいてのみハウジング本体を構成する各シェル部材５１０、５３０に固定されている。こうした構成によれば、応力集中に起因したタング部材５４０の熱劣化を好適に抑制することができるようになる。

（９）屈曲部５４７の内側には同屈曲部５４７の変位を規制する規制ピン５７０が設けられている。こうした構成によれば、インレットポート５０７及びスクロール空間５０８の形状変化を好適に抑制することができるようになる。しかも、規制ピン５７０を設けることに起因してインレットポート５０７などを通過する排気の流れを妨げることもない。

（１０）タング部材５４０の内側空間には同タング部材５４０とこれを覆う各シェル部材５１０、５３０との間をシールするシール部材５８０が設けられている。具体的には、シール部材５８０はステンレス鋼製のメッシュにより形成されている。こうした構成によれば、インレットポート５０７からの排気が上記間隙を通じてスクロール空間５０８に漏出することを好適に抑制することができるようになる。また、シール部材５８０を設けることに起因してタング部材５４０の可撓性が損なわれることを好適に抑制することができるようになる。

尚、本発明に係るタービンハウジング及び排気タービン過給機は、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。

・上記第１実施形態によるように、タング部材４０が凸部４１ａを有するものとすることが、シェル部材１０、３０に対するタング部材４０の位置決め及びその接合を容易且つ的確に行なう上では望ましい。しかしながら、こうした凸部に依らなくともタング部材の位置決めや接合を好適に行なうことができるのであれば、こうした凸部を割愛することもできる。

・上記第１実施形態では、タング部材４０の軸線方向Ｚにおける厚さｔｚを各シェル部材１０、３０の板厚の２倍よりも大きくしたが、タング部材の当該厚さを各シェル部材１０、３０の板厚の２倍以下とすることもできる。すなわち、本発明によれば、各シェル部材を構成するステンレス鋼よりも耐熱強度の高い材料によってタング部材を形成することもできる。そのため、タング部材の軸線方向における厚さを当該材料の耐熱強度に応じて適宜設定するようにすればよい。

・上記第１実施形態では、タング部材４０をステンレス鋼の片、すなわち中空状ではなくステンレス綱の塊とした。これに代えて、タング部材を中空状とすることもできる。この場合、タング部材の軽量化を図ることができ、ひいてはタービンハウジング、過給機の軽量化を図ることができるようになる。

・上記第２実施形態では、タング部材２４０の内部に形成された冷却通路２４５に冷却水を流通させるようにした。この場合、タング部材の温度を推定するとともにタング部材の温度が高いときほど冷却水の流通量を増大させるようにすれば、タング部材の温度上昇を的確に抑制するとともに、タング部材の過冷却についてもこれを抑制することができるようになる。

・上記第２実施形態では、冷却通路２４５に冷却水を流通させるようにしたが、本発明に係る冷却媒体は水に限られるものではない。他に例えば、冷却通路に対して空気などの気体や水以外の液体を流通させるようにしてもよい。

・上記第４実施形態では、タング部材４４０の一部を断熱部材４４８により被覆するようにしたが、これに代えて、タング部材全体を断熱部材により覆うようにしてもよい。

・上記第４実施形態及びその変形例では、タング部材を断熱部材によって覆うようにしたが、タング部材表面を断熱材によってコーティングするようにしてもよい。

１，２０１，３０１，４０１，５１０…タービンハウジング、２…タービンホイール、２ａ…羽根部、３…タービンシャフト、４…第１フランジ、５，３０５…第２フランジ、６，２０６，３０６，４０６，５０６…第３フランジ、７，２０７，３０７，４０７，５０７…インレットポート、８，２０８，３０８，４０８，５０８…スクロール空間、１０，２１０，３１０，４１０，５１０…第１シェル部材（ハウジング本体）、１０ａ…内壁、１１…基端部、１２，４１２…先端部、１３…凹部、１４…段差空間、２０，２２０，３２０，４２０，５２０…第２シェル部材、２１…基端部、２２…先端部、３０，２３０，３３０，４３０，５３０…第３シェル部材（ハウジング本体）、３０ａ…内壁、３１，４３１…基端部、３２…先端部、３３…凹部、３４…シュラウド部、４０，２４０，３４０，４４０，５４０…タング部材、４１，２４１，４４１…底壁、４１ａ，４４１ａ…凸部、４２…スクロール壁、４３，３４３…ポート壁、５０…支持パイプ、６０…シール部材。２４５…冷却通路、３４６…迂回通路、４４７…先端部、４４８…断熱部材（断熱材）、５１９…導入孔、５３９…導入孔、５４２…スクロール壁部、５４２ａ…基端部、５４３…ポート壁部、５４３ａ…基端部、５４７…屈曲部、５７０…規制ピン（規制部材）、５８０…シール部材、６０１…タービンハウジング、６０４…第１フランジ、６０５…第２フランジ、６０７…インレットポート、６０８…スクロール空間、６１０…第１シェル部材、６２０…第２シェル部材、６３０…第３シェル部材、６３１…先端部、６３２…突面部、６４０…第４シェル部材、６４１…基端部、６４２…突面部、６５０…タング部。

Claims (15)

1. タービンホイールを囲繞するタービンハウジングにおいて、
   板金により形成されるハウジング本体と、
   前記ハウジング本体の内周面に固定されるとともに同ハウジング本体とは別体のタング部材であって、インレットポートとスクロール空間とを同ハウジング本体の内部において区画する前記タング部材とを備える
   ことを特徴とするタービンハウジング。
2. 請求項１に記載のタービンハウジングにおいて、
   前記ハウジング本体は前記タービンホイールの軸線方向において前記タング部材を挟み込む一対のシェル部材を有し、それらシェル部材は重ね継ぎ手により互いに接合される
   ことを特徴とするタービンハウジング。
3. 請求項２に記載のタービンハウジングにおいて、
   前記タング部材は、前記一対のシェル部材を重ね継ぎ手にて接合することにより形成された段差空間に対応した形状を有し且つ同段差空間内に位置する凸部を有する
   ことを特徴とするタービンハウジング。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のタービンハウジングにおいて、
   前記タング部材は前記タービンホイールの軸線方向において所定の厚さを有する金属片からなる
   ことを特徴とするタービンハウジング。
5. 請求項２又は請求項３に記載のタービンハウジングにおいて、
   前記タング部材は前記タービンホイールの軸線方向において前記一対のシェル部材の板厚の和よりも大きい厚さを有する金属片からなる
   ことを特徴とするタービンハウジング。
6. 請求項４又は請求項５に記載のタービンハウジングにおいて、
   前記タング部材の内部には冷却媒体が流通する冷却通路が形成される
   ことを特徴とするタービンハウジング。
7. 請求項４〜請求項６のいずれか一項に記載のタービンハウジングにおいて、
   前記タング部材の内部には前記タービンホイールを迂回する迂回通路が形成される
   ことを特徴とするタービンハウジング。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のタービンハウジングにおいて、
   前記タング部材は断熱材により覆われる
   ことを特徴とするタービンハウジング。
9. 請求項８に記載のタービンハウジングにおいて、
   前記タング部材は前記インレットポートと前記スクロール空間との境界を区画する先端部を有し、前記断熱材は同先端部を被覆する
   ことを特徴とするタービンハウジング。
10. 請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載のタービンハウジングにおいて、
    前記タング部材は前記インレットポートと前記スクロール空間との境界に向けて次第に細くなる先細形状とされ、同タング部材は、その基端側の部位において前記ハウジング本体に接合される一方、その先端側の部位においては前記ハウジング本体に接合されない
    ことを特徴とするタービンハウジング。
11. 請求項１又は請求項２に記載のタービンハウジングにおいて、
    前記タング部材は長尺状の薄板により形成されるとともに、その長手方向における途中において屈曲して前記インレットポートと前記スクロール空間との境界を区画する屈曲部を有しており、同タング部材はその長手方向における両端においてのみ前記ハウジング本体に固定される
    ことを特徴とするタービンハウジング。
12. 請求項１１に記載のタービンハウジングにおいて、
    前記屈曲部の変位を規制する規制部材を備える
    ことを特徴とするタービンハウジング。
13. 請求項１１及び請求項１２に記載のタービンハウジングにおいて、
    前記タング部材の内側空間には同タング部材とこれを覆う前記ハウジング本体との間をシールするシール部材が設けられる
    ことを特徴とするタービンハウジング。
14. 請求項１３に記載のタービンハウジングにおいて、
    前記シール部材は金属メッシュにより形成される
    ことを特徴とするタービンハウジング。
15. 請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載のタービンハウジングを備え、排気のエネルギによってタービンホイールが回転駆動されることにより過給を行なう排気タービン過給機。

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