JP6111978B2 - 排気タービン過給機 - Google Patents

Description

本発明は、排気の動的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う排気タービン過給機に関し、特にタービンホイールを囲繞するタービンハウジングを備えた排気タービン過給機に関する。

従来、タービンホイールを囲繞するタービンハウジングを備えた排気タービン過給機としては、車両用エンジン等に装備されるターボチャージャが知られている。

特に、この種のターボチャージャに関して、タービンホイールの外周側に略環状のスクロール通路を有するタービンハウジングを備えるとともに、該スクロール通路が基端側シェルと内側シェルとによって形成されてなる排気タービン過給機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

すなわち、上記した従来の排気タービン過給機は、板状のステンレス鋼によって基端側シェルと内側シェルとが形成されるとともに、基端側シェルによってスクロール通路の基端面が形成され、内側シェルによってスクロール通路の先端面が形成されている。また、内側シェルは、タービンハウジングの外周側において基端側シェルと接合されるとともに、タービンホイールに対向するシュラウド部を有している。

特開２０１３−１５５６４６号公報

しかしながら、上述のような従来の排気タービン過給機にあっては、スクロール部を構成するスクロール通路内が排気ガスに晒されることによって高温になると、シュラウド部とタービンホイールとの間のチップクリアランス量が変化し、過給効率が低下するという問題があった。

すなわち、特許文献１に記載のように、板状のステンレス鋼を金型プレス成形することによって所定の形状に形成されてなる基端側シェルと内側シェルとからスクロール通路を形成するようにした場合、内側シェルは、排気ガスと接触する部位と接触しない部位との温度差により容易に変形する。特に、内側シェルは、シュラウド部側が固定（拘束）されていないため、その付近での変位量が大きく、熱変形し易いものであった。内側シェルの変形は、シュラウド部とタービンホイールとの間のチップクリアランス量を変化させる要因となるため、排気タービン過給機としての効率の低下を招く。

そこで、本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、スクロール通路を構成する内側シェルの温度差による局所的な変形を抑えることができ、効率の低下を抑制できる排気タービン過給機を提供するものである。

本願第１の発明に係る排気タービン過給機は、上記の問題を解決するために、タービンホイールを囲繞するとともに、前記タービンホイールの外周側に略環状のスクロール通路を有するタービンハウジングを備えた排気タービン過給機であって、前記タービンホイールの軸線方向においてタービンシャフトに近接する前記タービンハウジングの基端側に、前記スクロール通路の基端面を形成する基端側シェルと、前記タービンシャフトから離間する前記タービンハウジングの先端側に、前記タービンハウジングの外周側において前記基端側シェルと面接触し排気が接触しない第１延設部と、前記第１延設部の内周端より延在され前記タービンハウジングの先端側に湾曲して前記スクロール通路の先端面を形成し排気が接触するスクロール部と、前記スクロール部の内周端より延在され前記タービンホイールに対向するシュラウド部とを有する内側シェルと、を備え、前記内側シェルにおける前記タービンホイールの外周側と内周側との温度差による応力分布を均一化して、前記シュラウド部の変位量を抑制する変位量抑制部として、前記スクロール部の湾曲部を局所的に薄肉部を有する形状とされたことを特徴とする。
本願第２の発明に係る排気タービン過給機は、上記の問題を解決するために、タービンホイールを囲繞するとともに、前記タービンホイールの外周側に略環状のスクロール通路を有するタービンハウジングを備えた排気タービン過給機であって、前記タービンホイールの軸線方向においてタービンシャフトに近接する前記タービンハウジングの基端側に、前記スクロール通路の基端面を形成する基端側シェルと、前記タービンシャフトから離間する前記タービンハウジングの先端側に、前記タービンハウジングの外周側において前記基端側シェルと面接触し排気が接触しない第１延設部と、前記第１延設部の内周端より延在され前記タービンハウジングの先端側に湾曲して前記スクロール通路の先端面を形成し排気が接触するスクロール部と、前記スクロール部の内周端より延在され前記タービンホイールに対向するシュラウド部とを有する内側シェルと、を備え、前記内側シェルにおける前記タービンホイールの外周側と内周側との温度差による応力分布を均一化して、前記シュラウド部の変位量を抑制する変位量抑制部として、前記スクロール部の湾曲部を局所的に、厚肉部と前記厚肉部の両側に薄肉部とを有する形状とされたことを特徴とする。
本願第３の発明に係る排気タービン過給機は、上記の問題を解決するために、タービンホイールを囲繞するとともに、前記タービンホイールの外周側に略環状のスクロール通路を有するタービンハウジングを備えた排気タービン過給機であって、前記タービンホイールの軸線方向においてタービンシャフトに近接する前記タービンハウジングの基端側に、前記スクロール通路の基端面を形成する基端側シェルと、前記タービンシャフトから離間する前記タービンハウジングの先端側に、前記タービンハウジングの外周側において前記基端側シェルと面接触し排気が接触しない第１延設部と、前記第１延設部の外周端より前記タービンハウジングの先端側に延在された第２延設部と、前記第１延設部の内周端より延在され前記タービンハウジングの先端側に湾曲して前記スクロール通路の先端面を形成し排気が接触するスクロール部と、前記スクロール部の内周端より延在され前記タービンホイールに対向するシュラウド部とを有する内側シェルと、前記内側シェルの第２延設部の内周面に重ね合わされて接合された基端部と、前記基端部から先端側に延びるとともに、縮径されてタービンハウジングの出口部を形成する先端部とを有する先端側シェルと、先端部の外周面が前記先端側シェルの先端部の内周面に接合され、基端部が、その内周面と前記シュラウド部の先端部の外周面との間にチップクリアランスを有するように前記シュラウド部の先端部に外挿され、前記タービンホイールから排出される排気を先端側の出口部に案内する案内パイプと、を備え、前記内側シェルにおける前記タービンホイールの外周側と内周側との温度差による応力分布を均一化して、前記シュラウド部の変位量を抑制する変位量抑制部として、前記スクロール部の湾曲部を局所的に薄肉部を有する形状とされ、前記先端側シェル内に、内周面側の一端が前記内側シェルの前記シュラウド部の近傍における外周面に固定され、外周面側の他端が前記先端側シェルの前記基端部の近傍における内周面に固定されたリテーナをさらに有する、ことを特徴とする。
本願第４の発明に係る排気タービン過給機は、上記の問題を解決するために、タービンホイールを囲繞するとともに、前記タービンホイールの外周側に略環状のスクロール通路を有するタービンハウジングを備えた排気タービン過給機であって、前記タービンホイールの軸線方向においてタービンシャフトに近接する前記タービンハウジングの基端側に、前記スクロール通路の基端面を形成する基端側シェルと、前記タービンシャフトから離間する前記タービンハウジングの先端側に、前記タービンハウジングの外周側において前記基端側シェルと面接触し排気が接触しない第１延設部と、前記第１延設部の外周端より前記タービンハウジングの先端側に延在された第２延設部と、前記第１延設部の内周端より延在され前記タービンハウジングの先端側に湾曲して前記スクロール通路の先端面を形成し排気が接触するスクロール部と、前記スクロール部の内周端より延在され前記タービンホイールに対向するシュラウド部とを有する内側シェルと、前記内側シェルの第２延設部の内周面に重ね合わされて接合された基端部と、前記基端部から先端側に延びるとともに、縮径されてタービンハウジングの出口部を形成する先端部とを有する先端側シェルと、先端部の外周面が前記先端側シェルの先端部の内周面に接合され、基端部が、その内周面と前記シュラウド部の先端部の外周面との間にチップクリアランスを有するように前記シュラウド部の先端部に外挿され、前記タービンホイールから排出される排気を先端側の出口部に案内する案内パイプと、を備え、前記内側シェルにおける前記タービンホイールの外周側と内周側との温度差による応力分布を均一化して、前記シュラウド部の変位量を抑制する変位量抑制部として、前記スクロール部の湾曲部を局所的に、厚肉部と前記厚肉部の両側に薄肉部とを有する形状とされ、前記先端側シェル内に、内周面側の一端が前記内側シェルの前記シュラウド部の近傍における外周面に固定され、外周面側の他端が前記先端側シェルの前記基端部の近傍における内周面に固定されたリテーナをさらに有する、ことを特徴とする。

上記の構成の本願第１の発明ないし第４の発明は、いずれも、内側シェルにおけるタービンハウジングの外周側と内周側との温度差による応力分布を平準化できるようになるため、スクロール通路を構成する内側シェルの局所的な変形を抑制することが可能となる。したがって、シュラウド部の変位量を小さくでき、シュラウド部とタービンホイールとの間のチップクリアランス量の変化に伴う効率の低下を抑えることが可能な排気タービン過給機を提供することができる。
さらに、本願第２、第４の発明は、リテーナを備えたことにより、タービンホイールと内側シェルのシュラウド部との間におけるチップクリアランスの経時変化を抑制し、タービンハウジングの性能が低下するのを阻止し、また、タービンハウジングの剛性を局所的に高くすることにより固有振動数を上昇させて、ＮＶ（Noise Vibration）の減少に寄与し、さらに、シュラウド部から排出される排気の回り込みを防止し、排気を案内パイプへと案内するので、内側シェルにおいては、シュラウド部の温度が上昇するのを抑制することが可能となり、部材の低グレード化や排気タービン過給機としての信頼性の向上が可能となる排気タービン過給機を提供することができる。

本発明によれば、内側シェルにおけるタービンハウジングの外周側と内周側との温度差による応力分布を平準化できるようになるため、スクロール通路を構成する内側シェルの局所的な変形を抑制することが可能となり、その結果、シュラウド部の変位量を小さくでき、シュラウド部とタービンホイールとの間のチップクリアランス量の変化に伴う過給効率の低下を抑えることができる排気タービン過給機を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る排気タービン過給機について示す、タービンハウジングの断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る排気タービン過給機を示すもので、（ａ）は、タービンハウジングの外観図であり、（ｂ）は、図（ａ）におけるIIＢ−IIＢ断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る排気タービン過給機のタービンハウジングの要部を拡大して示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る排気タービン過給機のタービンハウジングの要部を拡大して示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る排気タービン過給機において、（ａ）は、シュラウド部の軸線方向に対する変位量と温度差×半径方向の距離との関係を示す図であり、（ｂ）は、内側シェルの基端側シェルとの接触部の板厚と温度差×半径方向の距離との関係を示す図である。 本発明の参考例に係る排気タービン過給機を示すもので、（ａ）は、タービンハウジングの外観図であり、（ｂ）は、図（ａ）におけるVIＢ−VIＢ断面図である。 （ａ）は、図６に示した参考例の作用・効果を説明するために示す断面図であり、（ｂ）は、特性図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る排気タービン過給機が備えるタービンハウジング１０の断面を示すものである。なお、本実施の形態の排気タービン過給機は、車両の動力源となる内燃機関であるエンジンに装備されるターボチャージャとして適用されるものである。

また、以下の記載においては、タービンホイール２の軸線方向Ａに対して、タービンシャフト３に近接する側（図１において、左側）をタービンハウジング１０の基端側Ａｂとし、タービンシャフト３から離間する側（図１において、右側）をタービンハウジング１０の先端側Ａｆとする。また、タービンホイール２の軸線方向Ａを単に軸線方向Ａとも称し、タービンホイール２の径方向Ｒを単に径方向Ｒとも称する。

同様に、タービンハウジング１０の基端側Ａｂを単に基端側Ａｂとも称し、タービンハウジング１０の先端側Ａｆを単に先端側Ａｆとも称する。また、径方向Ｒにおいて、タービンシャフト３に近接する側をタービンハウジング１０の内周側Ｒｉまたは単に内周側Ｒｉと称するとともに、タービンシャフト３から離間する側をタービンハウジング１０の外周側Ｒｏまたは単に外周側Ｒｏと称する。

なお、図中のＲａは、径方向Ｒにおいて、タービンシャフト３の中心から基端側シェル２０と内側シェル（シェルＮｏ．１）４０との接触部Ｔまでの半径方向の距離であり（図２（ｂ）参照）、図中のＡｘは、軸線方向Ａに対する、タービンハウジング１０の基端（基端側フランジ４の基端側）からの内側シェル４０におけるシュラウド部４１の変位量である。

まず、排気タービン過給機の全体構成について説明する。

図１に示すように、排気タービン過給機は、図示しないベアリングによって回転可能に支持されるタービンシャフト３と、タービンシャフト３の先端に連結されるタービンホイール２と、タービンホイール２を囲繞するタービンハウジング１０と、を備えている。そして、この排気タービン過給機は、排気（または、排気ガス）の動的エネルギによってタービンホイール２が回転駆動されることにより、タービンシャフト３の基端に連結された、図示しないコンプレッサホイールが回転駆動されることで過給が行われる。

タービンハウジング１０は、大きくは、３つのフランジ（基端側フランジ４、先端側フランジ５、および上流側フランジ６）と、３つのシェル（基端側シェル２０、先端側シェル３０、および内側シェル４０）と、円筒状の案内パイプ５０と、によって構成されている。

基端側フランジ４は、上記したベアリングを囲繞するベアリングハウジング（図示しない）に連結される。先端側フランジ５は、図示しない排気通路において、タービンハウジング１０の下流側の排気管に連結される。なお、当該排気管には触媒装置が設けられる。また、上流側フランジ６は、図示しない排気マニホルドにおいて、タービンハウジング１０の上流側の排気管に連結される。

基端側シェル２０は、タービンホイール２の軸線方向Ａの基端側Ａｂにおいて、基端側フランジ４に接合される基端部２３と、基端部２３から外周側Ｒｏに延びるとともに、先端側Ａｆに屈曲してスクロール通路１２の基端面を形成するスクロール部２２と、スクロール部２２の端部から屈曲して外周側Ｒｏに延びる第１延設部２４と、第１延設部２４の端部から屈曲して先端側Ａｆに延びる第２延設部２５と、を有している。

内側シェル４０は、軸線方向Ａおよび径方向Ｒの双方において、タービンホイール２の羽根部２ａに対向するとともに、タービンハウジング１０の出口部１８に向けて先端側Ａｆに延びるシュラウド部４１を有している。また、内側シェル４０は、シュラウド部４１の端部から外周側Ｒｏに延びるとともに、先端側Ａｆに湾曲してスクロール通路１２の先端面を形成するスクロール部４２を有している。すなわち、スクロール通路１２は、内側シェル４０のスクロール部４２と基端側シェル２０のスクロール部２２とによって、タービンホイール２の外周側Ｒｏに略環状に形成される。

また、内側シェル４０は、スクロール部４２の端部から屈曲して外周側Ｒｏに延びる第１延設部４４と、第１延設部４４の端部から屈曲して先端側Ａｆに延びる第２延設部４５と、を有している。

内側シェル４０は、第１延設部４４が基端側シェル２０の第１延設部２４と面接触するとともに、第２延設部４５が基端側シェル２０の第２延設部２５と重ね合わされている。因みに、本実施の形態においては、第２延設部４５と第２延設部２５とが溶接にて接合されている。すなわち、内側シェル４０は、基端側シェル２０の基端部２３よりも先端側Ａｆに配設され、外周側Ｒｏの端部において、基端側シェル２０に接合されている。

本実施の形態において、内側シェル４０は、スクロール部４２が先端側Ａｆに湾曲した形状の湾曲部Ｓを有して形成されている（図２（ｂ）参照）。また、内側シェル４０は、外周側Ｒｏにおいて、基端側シェル２０の第１延設部２４と面接触することによって接触部Ｔを構成する第１延設部４４を備えている。さらに、内側シェル４０の該スクロール部４２および該接触部Ｔには、剛性を局所的に変化させることによって内側シェル４０における応力分布を均一化（平準化）して、シュラウド部４１の変位量を抑制するための変位量抑制部が設けられている。なお、内側シェル４０の構成の詳細については、後述する。

先端側シェル３０は、外周側Ｒｏにおいて、内側シェル４０の第２延設部４５に接合される基端部３３と、基端部３３から先端側Ａｆに延びるとともに、縮径されてタービンハウジング１０の出口部１８を形成する先端部３４と、を有している。すなわち、タービンハウジング１０は、先端側シェル３０の内周面と内側シェル４０の外周面とによって部分的な二重管構造とされている。

なお、先端側シェル３０は、基端部３３の外周面が内側シェル４０の第２延設部４５の内周面に重ね合わされて溶接にて互いに接合されている。また、先端側シェル３０は、先端部３４の外周面が先端側フランジ５の内周面に接合されている。

なお、各シェル２０、３０、４０は、板状のステンレス鋼（板金）を金型プレス成形することによって形成されている。

また、タービンハウジング１０には、タービンホイール２を迂回するウエイストゲート部６０が設けられている。因みに、本実施の形態においては、ウエイストゲート部６０は内側シェル４０の一部として一体的に形成されている。

案内パイプ５０は、その先端部の外周面が、先端側シェル３０の先端部３４の内周面に溶接にて接合されている。また、案内パイプ５０は、その基端部が、内側シェル４０のシュラウド部４１の先端部に外挿されている。

案内パイプ５０は、その内周面とシュラウド部４１の先端部の外周面との間に、径方向Ｒにおいて、所定の間隙（チップクリアランス）が全周にわたり形成されている。すなわち、案内パイプ５０は、軸線方向Ａにおいて、内側シェル４０のシュラウド部４１に対して一部が重なり合うとともに、変位可能とされており、タービンホイール２から排出される排気を出口部１８に案内する。

ウエイストゲート部６０は、その排出部６２が、先端側シェル３０の内部に開口されている。因みに、先端側シェル３０の内部において、排出部６２の近傍には、ウエイストゲート部６０の排出部６２を通じて排出された排気の空燃比を検出する空燃比センサ（図示しない）が設けられている。

図２（ａ）は、図１に示した排気タービン過給機におけるタービンハウジング１０の外観図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のIIＢ−IIＢ断面の拡大図である。

図２（ａ），（ｂ）に示すように、内側シェル４０は、接触部Ｔにおける第１延設部４４の板厚がシュラウド部４１等の他の部位よりも局所的に厚く形成されている。また、内側シェル４０は、スクロール部４２の湾曲部Ｓにおける板厚が、シュラウド部４１等の他の部位よりも局所的に薄く形成されている。

すなわち、本実施の形態においては、上記した変位量抑制部として、内側シェル４０を形成する板金の第１延設部４４の板厚が増厚されるとともに、スクロール部４２の板厚が減厚されている。これにより、内側シェル４０は、排気と接触するスクロール部４２と接触しない第１延設部４４との境界部分の剛性が、より強固なものとされている。

次に、作用について説明する。

上述したように、本実施の形態の排気タービン過給機においては、スクロール通路１２を構成する内側シェル４０の、基端側シェル２０との接触部Ｔにおける第１延設部４４の板厚を他の部位よりも厚肉化させるとともに、スクロール部４２の板厚を他の部位よりも薄肉化させる。

このような構成とすることによって、内側シェル４０においては、排気と接触するスクロール部４２と接触しない第１延設部４４との境界部分の剛性を局所的に強固なものとすることが可能となる。すなわち、内側シェル４０における外周側Ｒｏと内周側Ｒｉとの温度差による応力分布を均一化できるようになる。これにより、スクロール部４２がたとえ高温となったとしても、どこにも拘束されていないシュラウド部４１の位置が大きく変位し、内側シェル４０が局所的に変形するのを抑制することが可能となる。

この構成によれば、内側シェル４０は、過給時に、シュラウド部４１の位置を変位させることなく、所定の形状を維持できるようになる。そのため、タービンハウジング１０としては、シュラウド部４１とタービンホイール２との間に設けられる所定の間隙から、タービンホイール２から排出される排気を出口部１８に案内するといった性能が低下されるのを阻止することが可能となる。したがって、本実施の形態に係る排気タービン過給機においては、内側シェル４０が熱変形することに伴って、シュラウド部４１とタービンホイール２との間のチップクリアランス量が変化し、タービンホイール２から排出される排気を出口部１８に案内し難くなることにより過給効率が低下するといった不具合を改善できるようになる。

なお、上述した第１の実施の形態においては、スクロール通路１２を構成する内側シェル４０と基端側シェル２０との接触部Ｔにおける該内側シェル４０の、基端側シェル２０の第１延設部２４と面接触する第１延設部４４の板厚を厚肉化するとともに、スクロール部４２の板厚を薄肉化するようにした場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。

＜第２の実施の形態＞
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る排気タービン過給機のタービンハウジングの要部を拡大して示すものである。なお、上述した第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付し、詳しい説明は省略する。

本実施の形態における排気タービン過給機は、スクロール通路１２を構成する基端側シェル２０と内側シェル４０ａとの接触部Ｔにおいて、面接触する基端側シェル２０の第１延設部２４と内側シェル４０ａの第１延設部４４ａとの間が接合部（変位量抑制部）７０により相互に接合されている。接合部７０は、アーク溶接、レーザ溶接またはロウ付け等によって形成されている。

このような構成とした場合にも、内側シェル４０ａにおいては、排気が接触するスクロール部４２ａと接触しない第１延設部４４ａとの境界部分の剛性を局所的により強くすることが可能となる。このため、内側シェル４０ａにおいて、外周側Ｒｏと内周側Ｒｉとの温度差による応力分布を均一化でき、シュラウド部４１が大きく変位するのを抑制できる。

したがって、本実施の形態においても、上述した第１の実施の形態の場合と同様に、内側シェル４０ａが熱変形することに伴って、シュラウド部４１とタービンホイール２との間のチップクリアランス量が変化し、タービンホイール２から排出される排気を出口部１８に案内し難くなることにより過給効率が低下するといった不具合を改善できる。

＜第３の実施の形態＞
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る排気タービン過給機のタービンハウジングの要部を拡大して示すものである。なお、上述した第１，第２の実施の形態と同一部分には同一符号を付し、詳しい説明は省略する。

本実施の形態における排気タービン過給機は、径方向Ｒに対して、スクロール通路１２を構成する内側シェル４０ｂのスクロール部４２ｂの湾曲部Ｓに、１個以上の、例えば２個の窪み部（変位量抑制部）４３がプレス成形等により形成されている。

このような構成とした場合にも、内側シェル４０ｂにおいては、図４中の湾曲部Ｓの剛性を局所的により低下させることが可能となる。このため、内側シェル４０ｂにおいては、外周側Ｒｏと内周側Ｒｉとの温度差による応力分布を均一化でき、シュラウド部４１が大きく変位するのを抑制できる。

したがって、本実施の形態においても、上述した第１，第２の実施の形態の場合と同様に、内側シェル４０ｂが熱変形することに伴って、シュラウド部４１とタービンホイール２との間のチップクリアランス量が変化し、タービンホイール２から排出される排気を出口部１８に案内し難くなることにより過給効率が低下するといった不具合を改善できる。

＜第４の実施の形態＞
図５（ａ），（ｂ）は、本発明の第４の実施の形態に係る排気タービン過給機について示すものである。因みに、図５（ａ）は、シュラウド部の変位量Ａｘ［ｍｍ］と温度差×半径方向の距離Ｒａ［℃・ｍｍ］との関係を示す特性図であり、図５（ｂ）は、内側シェルの第１延設部の板厚（肉厚）［ｍｍ］と温度差×半径方向の距離Ｒａ［℃・ｍｍ］との関係を示す特性図である。

図５（ａ）からも明らかなように、シュラウド部の変位量Ａｘ［ｍｍ］と温度差×半径方向の距離Ｒａ［℃・ｍｍ］との間には、所定の相関関係が認められる。但し、本実施の形態の場合、半径方向の距離Ｒａ［ｍｍ］は略一定となる。したがって、シュラウド部の変位量Ａｘ［ｍｍ］は、上記の温度差［℃］に概ね比例して変化（増減）する。

これに対し、図５（ｂ）からも明らかなように、内側シェルの第１延設部の板厚［ｍｍ］と温度差×半径方向の距離Ｒａ［℃・ｍｍ］との間には、接合部の有無によって、相関関係に違いが認められる。

すなわち、基端側シェルの第１延設部と内側シェルの第１延設部とが面接触する接触部を接合部により接合していない接合無しの場合には、所定の相関関係が認められる。但し、本実施の形態の場合、半径方向の距離Ｒａ［ｍｍ］は略一定となる。したがって、内側シェルの第１延設部の板厚［ｍｍ］は、上記の温度差［℃］が大きくなるにつれ、製造限界板厚に近似させる必要がある。

一方、接触部を接合部により接合した接合有りの場合、温度差×半径方向の距離Ｒａ［℃・ｍｍ］にかかわらず、内側シェルの第１延設部の板厚［ｍｍ］は略一定（製造限界板厚）とすることができる。

このような特性をふまえ、内側シェルは、スクロール通路内の温度分布や半径方向の距離Ｒａに応じて軸線方向Ａの板厚を徐々に変化させたり、接触部における接合部の有無を使い分けることにより、温度差による応力分布を均一化でき、シュラウド部が局所的に大きく変位するのを抑制できる。すなわち、上述した第１〜第３の実施の形態を単独で適用する場合に限らず、適宜、状況等に応じて組み合わせることも可能である。

なお、上述した各実施の形態においては、スクロール通路を構成する内側シェルの湾曲部または内側シェルと基端側シェルとが面接触する接触部の少なくともいずれか一方に、内側シェルの温度差による応力分布を均一化することが可能な変位量抑制部を設けた構成とした場合について説明したが、これに限定されるものではない。

＜参考例＞
以下に、参考例として、リテーナを設けるようにした場合について示す。

図６（ａ），（ｂ）および図７（ａ），（ｂ）は、本発明の参考例に係る排気タービン過給機を示すものである。因みに、図６（ａ）は、タービンハウジングの外観図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のVIＢ−VIＢ断面図である。また、図７（ａ）は、図６（ａ），（ｂ）に示した排気タービン過給機の作用・効果を説明するために示す断面図であり、図７（ｂ）は、特性図である。なお、上述した第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付し、詳しい説明は省略する。

図６（ａ），（ｂ）に示すように、本参考例の排気タービン過給機は、タービンハウジング１０Ａにおいて、部分的な二重管構造を形成する先端側シェル３０の内周面と内側シェル４０の外周面との間に、リテーナ８０が設けられている。リテーナ８０は、その一端（内周面側）が、内側シェル４０ｃのシュラウド部４１の近傍における外周面に拘束（固定）され、他端（外周面側）が、先端側シェル３０の基端部３３の近傍における内周面に拘束（固定）されている。

ここで、リテーナ８０は、タービンホイール２と内側シェル４０ｃのシュラウド部４１との間におけるチップクリアランスの経時変化を抑制し、タービンハウジング１０Ａの性能が低下するのを阻止する。

また、リテーナ８０は、タービンハウジング１０Ａの剛性を局所的に高くすることにより固有振動数を上昇させて、ＮＶ（Noise Vibration）の減少に寄与する。

また、図７（ａ）に示すように、リテーナ８０は、シュラウド部４１から排出される排気Ｆの回り込みを防止し、排気Ｆを案内パイプ５０ａへと案内する。これにより、内側シェル４０ｃにおいては、図７（ｂ）に示すように、シュラウド部４１の温度が上昇するのを抑制することが可能となり、部材の低グレード化や排気タービン過給機としての信頼性の向上が可能となる。

以上説明したように、本発明の排気タービン過給機は、内側シェルにおけるタービンハウジングの外周側と内周側との温度差による応力分布を平準化できるようになるため、スクロール通路を構成する内側シェルの局所的な変形を抑制することが可能となる。その結果、シュラウド部の変位量を小さくでき、シュラウド部とタービンホイールとの間のチップクリアランス量の変化に伴う過給効率の低下を抑えることができる。このような本発明は、車両用エンジン等に装備されるターボチャージャに好適な排気タービン過給機全般に有用である。

２…タービンホイール、３…タービンシャフト、１０…タービンハウジング、１２…スクロール通路、２０…基端側シェル、４０，４０ａ，４０ｂ…内側シェル、４１…シュラウド部、４２…スクロール部（変位量抑制部）、４３…窪み部（変位量抑制部）、４４…第１延設部（変位量抑制部）、７０…接合部（変位量抑制部）、Ｓ…湾曲部、Ｔ…接触部

Claims (4)

1. タービンホイールを囲繞するとともに、前記タービンホイールの外周側に略環状のスクロール通路を有するタービンハウジングを備えた排気タービン過給機であって、前記タービンホイールの軸線方向においてタービンシャフトに近接する前記タービンハウジングの基端側に、前記スクロール通路の基端面を形成する基端側シェルと、前記タービンシャフトから離間する前記タービンハウジングの先端側に、前記タービンハウジングの外周側において前記基端側シェルと面接触し排気が接触しない第１延設部と、前記第１延設部の内周端より延在され前記タービンハウジングの先端側に湾曲して前記スクロール通路の先端面を形成し排気が接触するスクロール部と、前記スクロール部の内周端より延在され前記タービンホイールに対向するシュラウド部とを有する内側シェルと、を備え、前記内側シェルにおける前記タービンホイールの外周側と内周側との温度差による応力分布を均一化して、前記シュラウド部の変位量を抑制する変位量抑制部として、前記スクロール部の湾曲部を局所的に薄肉部を有する形状とされたことを特徴とする排気タービン過給機。
2. タービンホイールを囲繞するとともに、前記タービンホイールの外周側に略環状のスクロール通路を有するタービンハウジングを備えた排気タービン過給機であって、前記タービンホイールの軸線方向においてタービンシャフトに近接する前記タービンハウジングの基端側に、前記スクロール通路の基端面を形成する基端側シェルと、前記タービンシャフトから離間する前記タービンハウジングの先端側に、前記タービンハウジングの外周側において前記基端側シェルと面接触し排気が接触しない第１延設部と、前記第１延設部の内周端より延在され前記タービンハウジングの先端側に湾曲して前記スクロール通路の先端面を形成し排気が接触するスクロール部と、前記スクロール部の内周端より延在され前記タービンホイールに対向するシュラウド部とを有する内側シェルと、を備え、前記内側シェルにおける前記タービンホイールの外周側と内周側との温度差による応力分布を均一化して、前記シュラウド部の変位量を抑制する変位量抑制部として、前記スクロール部の湾曲部を局所的に、厚肉部と前記厚肉部の両側に薄肉部とを有する形状とされたことを特徴とする排気タービン過給機。
3. タービンホイールを囲繞するとともに、前記タービンホイールの外周側に略環状のスクロール通路を有するタービンハウジングを備えた排気タービン過給機であって、前記タービンホイールの軸線方向においてタービンシャフトに近接する前記タービンハウジングの基端側に、前記スクロール通路の基端面を形成する基端側シェルと、前記タービンシャフトから離間する前記タービンハウジングの先端側に、前記タービンハウジングの外周側において前記基端側シェルと面接触し排気が接触しない第１延設部と、前記第１延設部の外周端より前記タービンハウジングの先端側に延在された第２延設部と、前記第１延設部の内周端より延在され前記タービンハウジングの先端側に湾曲して前記スクロール通路の先端面を形成し排気が接触するスクロール部と、前記スクロール部の内周端より延在され前記タービンホイールに対向するシュラウド部とを有する内側シェルと、前記内側シェルの第２延設部の内周面に重ね合わされて接合された基端部と、前記基端部から先端側に延びるとともに、縮径されてタービンハウジングの出口部を形成する先端部とを有する先端側シェルと、先端部の外周面が前記先端側シェルの先端部の内周面に接合され、基端部が、その内周面と前記シュラウド部の先端部の外周面との間にチップクリアランスを有するように前記シュラウド部の先端部に外挿され、前記タービンホイールから排出される排気を先端側の出口部に案内する案内パイプと、を備え、前記内側シェルにおける前記タービンホイールの外周側と内周側との温度差による応力分布を均一化して、前記シュラウド部の変位量を抑制する変位量抑制部として、前記スクロール部の湾曲部を局所的に薄肉部を有する形状とされ、前記先端側シェル内に、内周面側の一端が前記内側シェルの前記シュラウド部の近傍における外周面に固定され、外周面側の他端が前記先端側シェルの前記基端部の近傍における内周面に固定されたリテーナをさらに有する、ことを特徴とする排気タービン過給機。
4. タービンホイールを囲繞するとともに、前記タービンホイールの外周側に略環状のスクロール通路を有するタービンハウジングを備えた排気タービン過給機であって、前記タービンホイールの軸線方向においてタービンシャフトに近接する前記タービンハウジングの基端側に、前記スクロール通路の基端面を形成する基端側シェルと、前記タービンシャフトから離間する前記タービンハウジングの先端側に、前記タービンハウジングの外周側において前記基端側シェルと面接触し排気が接触しない第１延設部と、前記第１延設部の外周端より前記タービンハウジングの先端側に延在された第２延設部と、前記第１延設部の内周端より延在され前記タービンハウジングの先端側に湾曲して前記スクロール通路の先端面を形成し排気が接触するスクロール部と、前記スクロール部の内周端より延在され前記タービンホイールに対向するシュラウド部とを有する内側シェルと、前記内側シェルの第２延設部の内周面に重ね合わされて接合された基端部と、前記基端部から先端側に延びるとともに、縮径されてタービンハウジングの出口部を形成する先端部とを有する先端側シェルと、先端部の外周面が前記先端側シェルの先端部の内周面に接合され、基端部が、その内周面と前記シュラウド部の先端部の外周面との間にチップクリアランスを有するように前記シュラウド部の先端部に外挿され、前記タービンホイールから排出される排気を先端側の出口部に案内する案内パイプと、を備え、前記内側シェルにおける前記タービンホイールの外周側と内周側との温度差による応力分布を均一化して、前記シュラウド部の変位量を抑制する変位量抑制部として、前記スクロール部の湾曲部を局所的に、厚肉部と前記厚肉部の両側に薄肉部とを有する形状とされ、前記先端側シェル内に、内周面側の一端が前記内側シェルの前記シュラウド部の近傍における外周面に固定され、外周面側の他端が前記先端側シェルの前記基端部の近傍における内周面に固定されたリテーナをさらに有する、ことを特徴とする排気タービン過給機。

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