JP6120005B2 - ターボチャージャにおけるハウジングの締結構造 - Google Patents

Description

本発明は、ターボチャージャにおけるハウジングの締結構造に関する。

特許文献１に示されるように、内燃機関のシリンダヘッドに取り付けられるタービンハウジングを備え、そのタービンハウジングをベアリングハウジングに締結したターボチャージャが知られている。こうしたターボチャージャのタービンハウジングには触媒コンバータが取り付けられる。なお、タービンハウジングとベアリングハウジングとの締結は、例えば特許文献２に示されるＶバンドクランプを用いて実現される。

特開２００８−１９０５０３公報 特表２０１２−５１５２９５公報

上記タービンハウジングでは、内燃機関の排気の高温化により熱変形量が増加するとともに、触媒コンバータの荷重によって最下点で変形量が大きくなり、それに伴い排気漏れが生じるおそれがある。すなわち、Ｖバンドクランプによるタービンハウジングとベアリングハウジングとの締結部分における鉛直方向最下部にて、排気漏れが生じるおそれがある。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、Ｖバンドクランプによるタービンハウジングとベアリングハウジングとの締結部分から排気が漏れることを抑制できるターボチャージャにおけるハウジングの締結構造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。
上記課題を解決するハウジングの締結構造が適用されるターボチャージャは、内燃機関のシリンダヘッドに取り付けられる一方で、排気流路下流側端部に触媒コンバータが組付けられて該触媒コンバータからの荷重を受けるタービンハウジングを備える。このタービンハウジングとターボチャージャのベアリングハウジングとはＶバンドクランプにより締結される。言い換えれば、タービンハウジングのベアリングハウジングとの締結部分がＶバンドクランプにより締結される。更に、タービンハウジングとベアリングハウジングとを締結したときのＶバンドクランプと上記締結部分との間において生じる面圧が最大となる部分が、Ｖバンドクランプの鉛直方向最下部となる位置に設定される。

タービンハウジングでは、内燃機関の排気からの熱を受けて熱変形量が増加するとともに、触媒コンバータの自重に基づく荷重によって最下点で変形量が大きくなる傾向がある。このため、Ｖバンドクランプによるタービンハウジングのベアリングハウジングとの締結部分における鉛直方向最下部にて、排気漏れが生じるおそれがある。しかし、上述したように、タービンハウジングとベアリングハウジングとを締結したときのＶバンドクランプと上記締結部分との間において生じる面圧が最大となる部分が、Ｖバンドクランプの鉛直方向最下部となる位置に設定されるため、上記締結部分の鉛直方向最下部での排気漏れを抑制することができる。

なお、上記Ｖバンドクランプは、半円弧状に形成された一対のクランプ片の端部同士を位置合わせした状態のもと、一方の端部同士をリンクで繋ぐとともに、もう一方の端部同士をボルトで繋いで締め付けることにより、タービンハウジングとベアリングハウジングとを締結するものとすることが考えられる。この場合、Ｖバンドクランプにおける周方向において上記面圧が最大となる部分は、Ｖバンドクランプにおけるリンクもしくはボルトから同クランプの中心線周りに４５°離れた部分となる。従って、Ｖバンドクランプにおけるリンクとボルトとを結ぶ直線が鉛直方向に対し４５°傾斜した状態となるよう、Ｖバンドクランプの周方向についての位置を設定することにより、Ｖバンドクランプにおける周方向において上記面圧が最大となる部分を、同Ｖバンドクランプの鉛直方向最下部となるようにすることができる。

ターボチャージャ及び内燃機関全体を示す略図。 Ｖバンドクランプを示す略図。 タービンハウジングと触媒コンバータとの関係を示す略図。 タービンハウジングとベアリングハウジングとの締結部分におけるＶバンドクランプの中心線周りの各箇所の位置を示す略図。 上記各箇所でのタービンハウジングの熱変形量を示すレーダーチャート。

以下、ターボチャージャにおけるハウジングの締結構造の一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
図１に示すように、内燃機関１に組み付けられるターボチャージャ２は、ベアリングハウジング３によって回転可能に支持された回転軸１２と、その回転軸１２の一方の端部に固定されたタービンホイール４と、上記回転軸１２のもう一方の端部に固定されたコンプレッサホイール５とを備えている。

タービンホイール４は、タービンハウジング６により覆われている。このタービンハウジング６は、ベアリングハウジング３に対し固定された状態のもと、内燃機関１のシリンダヘッド７に取り付けられている。また、タービンハウジング６における排気流路下流側端部には、内燃機関１の排気を浄化するための触媒コンバータ８が接続されている。このため、タービンハウジング６は触媒コンバータ８の自重に基づく荷重を受ける。一方、コンプレッサホイール５は、コンプレッサハウジング９により覆われている。このコンプレッサハウジング９は、ベアリングハウジング３に対し固定された状態のもと、内燃機関１の吸気通路１０と連通している。

内燃機関１の排気は、シリンダヘッド７に形成された排気ポート１１を介してタービンハウジング６に流れ、同タービンハウジング６を通過した後に触媒コンバータ８にて浄化されてから外部に排出される。そして、タービンハウジング６を通過する際の排気の運動エネルギによりタービンホイール４が回転すると、それに伴い回転軸１２及びコンプレッサホイール５が回転する。このコンプレッサホイール５の回転により、吸気通路１０内の空気が強制的に内燃機関１の燃焼室１３に送り込まれ、その空気により燃焼室１３内での燃料の燃焼が行われる。こうした燃焼室１３での燃料の燃焼後の排気は、排気ポート１１に送り出される。

次に、ターボチャージャ２のベアリングハウジング３に対するタービンハウジング６の固定について詳しく説明する。なお、こうした固定は、タービンハウジング６とベアリングハウジング３とをＶバンドクランプ２１で締結することによって実現される。

図２は、Ｖバンドクランプ２１の構造を概略的に示している。Ｖバンドクランプ２１は、半円弧状に形成された一対のクランプ片２２，２３の端部同士を位置合わせした状態のもと、一方の端部同士をリンク２４で繋ぐとともに、もう一方の端部同士をボルト２５で繋いで締め付けることにより、タービンハウジング６とベアリングハウジング３とを締結する。すなわち、Ｖバンドクランプ２１は、上述したようにボルト２５を締め付けることにより、同Ｖバンドクランプ２１（クランプ片２２，２３）の周方向全体に亘って中心線ＣＬに向けた面圧を作用させるように構成されており、その面圧の作用を通じてタービンハウジング６とベアリングハウジング３との締結を行う。

タービンハウジング６とベアリングハウジング３とを締結したときのＶバンドクランプ２１の周方向についての位置は、その周方向において上記面圧が最大となる部分が鉛直方向最下部となる位置に設定されている。Ｖバンドクランプ２１の構造の関係から、同クランプ２１ではリンク２４もしくはボルト２５から同クランプ２１に対し中心線ＣＬ周りに４５°離れた部分Ｐ１〜Ｐ４で上記面圧が他の部分よりも高くなる。言い換えれば、Ｖバンドクランプ２１では上記部分Ｐ１〜Ｐ４で上記面圧が最も高くなる。このため、Ｖバンドクランプ２１の周方向についての位置は、リンク２４とボルト２５とを結ぶ直線Ｌ１が鉛直方向に対し４５°傾斜した状態となる位置に設定される。これにより、Ｖバンドクランプ２１の周方向において上記面圧が最大となる部分（この例では部分Ｐ３）が同Ｖバンドクランプ２１の鉛直方向最下部となるようにされる。

次に、ターボチャージャにおけるハウジングの締結構造の作用について説明する。
図３に示すように、タービンハウジング６は、触媒コンバータ８の自重に基づく荷重、すなわち矢印Ｙで示すように下方に向かう荷重を受ける。また、タービンハウジング６は内燃機関１の排気からの熱を受けて高温になり、その際にタービンハウジング６の各所では熱変形が生じる。このときには、タービンハウジング６におけるベアリングハウジング３との締結部分にも熱変形が生じる。そして、上記締結部分の熱変形量は、触媒コンバータ８の自重に基づくタービンハウジング６に対する荷重から影響を受ける。

図４及び図５は、上記締結部分における中心線ＣＬ周りに等間隔をおいた合計八つの箇所Ｓ１〜Ｓ８と、それらの箇所Ｓ１〜Ｓ８でのタービンハウジング６の熱変形量を示している。これらの図から分かるように、Ｖバンドクランプ２１（図２、図３）によるタービンハウジング６とベアリングハウジング３との締結部分のうち、その鉛直方向最下部（箇所Ｓ５）でタービンハウジング６の上記熱変形量が最も大きくなる傾向がある。これは、タービンハウジング６に作用する触媒コンバータ８による図５の矢印Ｙ方向の荷重が箇所Ｓ１〜Ｓ８での熱変形量に影響を及ぼした結果によるものである。従って、上記締結部分のうちタービンハウジング６の熱変形量が大きくなる部分、すなわち鉛直方向最下部（この例では箇所Ｓ５）にて、排気漏れが生じるおそれがある。

しかし、タービンハウジング６とベアリングハウジング３とを締結するためのＶバンドクランプ２１の上記面圧は、上述したようにＶバンドクランプ２１の鉛直方向最下部（図２の部分Ｐ３）で最も高くなる。言い換えれば、タービンハウジングのベアリングハウジングとの締結部分とＶバンドクランプ２１との間において生じる面圧が最大となる部分が、Ｖバンドクランプ２１の鉛直方向最下部となる位置に設定される。従って、Ｖバンドクランプ２１によるタービンハウジング６とベアリングハウジング３との締結部分のうち、タービンハウジング６の熱変形量が大きくなる部分での排気漏れ、すなわち上記締結部分の鉛直方向最下部（図４では箇所Ｓ５）での排気漏れが抑制される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）Ｖバンドクランプ２１によるタービンハウジング６とベアリングハウジング３との締結部分から排気が漏れることを抑制できる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・タービンハウジング６とベアリングハウジング３とを締結したときのＶバンドクランプ２１の周方向についての位置は、その周方向において上記面圧が最大となる部分Ｐ３が鉛直方向最下部となる位置に設定されているが、これに代えて部分Ｐ１，Ｐ２，Ｐ４のうちのいずれかが鉛直方向最下部となる位置に設定されていてもよい。

・Ｖバンドクランプ２１における上記面圧が最大となる部分は、Ｖバンドクランプの構造によって変わる。このようにＶバンドクランプの構造の違いにより、上記面圧が最大となる部分が変わる場合、その部分が鉛直方向最下部となるようＶバンドクランプ２１の周方向についての位置を設定する。これにより、上記実施形態と同様の効果が得られる。

１…内燃機関、２…ターボチャージャ、３…ベアリングハウジング、４…タービンホイール、５…コンプレッサホイール、６…タービンハウジング、７…シリンダヘッド、８…触媒コンバータ、９…コンプレッサハウジング、１０…吸気通路、１１…排気ポート、１２…回転軸、１３…燃焼室、２１…Ｖバンドクランプ、２２，２３…クランプ片、２４…リンク、２５…ボルト。

Claims (1)

1. 内燃機関のシリンダヘッドに取り付けられる一方で、排気流路下流側端部に触媒コンバータが組付けられて該触媒コンバータからの荷重を受けるタービンハウジングを備えるターボチャージャに適用され、前記タービンハウジングの前記ターボチャージャのベアリングハウジングとの締結部分をＶバンドクランプにより締結したターボチャージャにおけるハウジングの締結構造において、
   前記タービンハウジングと前記ベアリングハウジングとを締結したときの前記Ｖバンドクランプと前記締結部分との間において生じる面圧が最大となる部分が前記Ｖバンドクランプの鉛直方向最下部となる位置に設定されており、
   前記Ｖバンドクランプは、半円弧状に形成された一対のクランプ片の端部同士を位置合わせした状態のもと、一方の端部同士をリンクで繋ぐとともに、もう一方の端部同士をボルトで繋いで締め付けることにより、前記タービンハウジングと前記ベアリングハウジングとを締結するものであり、
   前記Ｖバンドクランプにおける前記リンクと前記ボルトとを結ぶ直線が鉛直方向に対し４５°傾斜した状態となるよう、前記Ｖバンドクランプの周方向についての位置を設定することにより、前記Ｖバンドクランプにおける周方向において前記面圧が最大となる部分が同Ｖバンドクランプの鉛直方向の最下部となるようにされる
   ことを特徴とするターボチャージャにおけるハウジングの締結構造。