JP6322038B2 - ターボチャージャ - Google Patents

Description

本発明は、車両等に搭載されるターボチャージャに関する。

従来より内燃機関からの排気の流れを利用し、内燃機関への吸気を増加させるターボチャージャは種々提案されている。

例えば、図４に示すツインターボ１００は、内燃機関からの排気によって回転するタービンを有するターボチャージャ１０１と、ターボチャージャ１０１の下流側に配置されて排気が流入する排気集合管１０２と、ターボチャージャ１０１内のタービンが回転することによって外部からの吸気を取り入れるコンプレッサ１０３と、ターボチャージャ１０１と排気集合管１０２との間に配置される蛇腹管１０４とを備えている。

ターボチャージャ１０１には、内燃機関から高温の排気が流入するため、ターボチャージャ１０１が熱膨張によって変位するが、下流側に配置される蛇腹管１０４によって、ターボチャージャ１０１の熱膨張による変位を許容している。

図４に示すツインターボ１００では、図示しない内燃機関からの排気がターボチャージャ１０１に流入することによって、ターボチャージャ１０１内に配置されたタービンが回転し、この回転をシャフトを介してコンプレッサ１０３内に配置されるタービンを回転させて吸気を取り入れることによって内燃機関へ吸気を送っている。

また、ターボチャージャ１０１に流入した排気は、蛇腹管１０４を介して排気集合管１０２へ流入し、図示しない排気管へ排気が流れている。

特開２００２−３６４３７３号公報

しかしながら、ターボチャージャ１０１の下流側に配置される蛇腹管１０４は、内燃機関からの高温の排気に耐えることのできる高性能な部材を用いらなければならないため、製造コストが非常に高くなってしまうという問題があった。

そこで、本発明では、ターボチャージャ１０１が熱膨張による変位を許容することができるとともに、低コストのターボチャージャを提供することを目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明では、排気流路２７と、前記排気流路２７内に配置されるタービン３と、前記タービン３を回転自在に支持するタービンハウジング２とを備えるターボチャージャ１であって、前記排気流路２７を形成する内筒５，５Ａ，５Ｂと、前記内筒５，５Ａ，５Ｂの排気出口側の端部３１が摺動自在に接続される排気管１５と、前記内筒５，５Ａ，５Ｂに対して間隔を空けて覆うように設けられる外筒７，７Ｂとを備え、前記排気管１５と前記内筒５，５Ａ，５Ｂの前記端部３１との摺動箇所は、全周に亘って空間を空けて前記外筒７，７Ｂに覆われていることを特徴とする。

本発明によれば、内筒５，５Ａ，５Ｂの摺動部３１に排気管１５が摺動自在に挿入されているため、排気の熱により内筒５，５Ａ，５Ｂが熱膨張した場合であっても、摺動部３１が排気管１５と摺動することによって、内筒５，５Ａ，５Ｂの熱膨張による変位を許容することができる。

さらに、内筒５，５Ａ，５Ｂを覆うようにして外筒７，７Ｂが形成されているため、内筒５，５Ａ，５Ｂと排気管１５との隙間から排気が漏れた場合であっても、外筒７，７Ｂが設けられているため、外筒７，７Ｂの外に排気が漏れることを防止することができる。

第１実施形態を示すターボチャージャ（タービンハウジング）の拡大断面図である。 第２実施形態を示すターボチャージャ（タービンハウジング）の拡大断面図である。 第３実施形態を示すターボチャージャ（タービンハウジング）の拡大断面図である。 （ａ）ターボチャージャを備える従来のツインターボの全体図である。（ｂ）（ａ）に示すツインターボの一部拡大図である。

以下、本発明の実施形態について、図１〜３を用いて詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１を用いて本実施形態のターボチャージャ１について説明する。

図１に示すように、本実施形態のターボチャージャ１は、図示しないセンタハウジングと、タービンハウジング２と、図示しないコンプレッサハウジングとを備えている。

センタハウジングの一端側には、図示しないコンプレッサハウジングが固定され、他端側には、タービンハウジング２が固定されている。

図１に示すように、タービンハウジング２は、複数の薄板部材によって排気流路２７が形成される内筒５と、内筒５と所定間隔を空けて内筒５を覆うように設けられる外筒７と、内筒５が固定される内筒固定部１１と、外筒７が固定される外筒固定部１３と、排気流路２７内に配置されるタービン３と、タービン３を支持するベアリング９を備えている。

タービン３は、タービンハウジング２に回転自在支持されるシャフト１７と、シャフト１７の一端側に固定される羽根部１９とを備えている。

内筒５は、第１内筒分割体２１と第２内筒分割体２３とが接合することによって形成されている。

第１内筒分割体２１は、タービンハウジング２の内筒固定部１１に固定される一端側２１ａと、第２内筒分割体２３に接合される他端側２１ｂとを備えている。

第２内筒分割体２３は、第１内筒分割体２１の他端側２１ｂに接合される一端側２３ａと、排気管１５へ挿入される他端側２３ｂとを備え、一端側２３ａと他端側２３ｂの間には、摺動部３１と折曲部２９が設けられている。

摺動部３１は、第２内筒分割体２３の他端側２３ｂから直線形状に形成されている。また、摺動部３１のタービンハウジング２側には折曲部２９が設けられ、摺動部３１から湾曲するように折曲部２９が形成されている。

また、第１内筒分割体２１の他端側２１ｂと第２内筒分割体２３の一端側２３ａを接合することにより、内筒５の内側にスクロール室２５と排気流路２７とが形成される。

図示しない内燃機関から排気が流入するスクロール室２５は、上流側の断面積が広く、下流側へ向かうにつれて断面積が小さくなるように形成されており、排気流路２７と連通している。

排気流路２７は、スクロール室２５の下流側に設けられており、タービン３の羽根部１９が配置され、排気流路２７の下流側には、排気管１５が配置されている。

排気管１５は、先端部３３が第２内筒分割体２３の他端側２３ｂに形成される摺動部３１に摺動可能に挿入されており、先端部３３と第２内筒分割体２３の折曲部２９との間には所定の隙間Ｓが設けられるように挿入されている。

なお、第２内筒分割体２３は、第１内筒分割体２１より大きく曲がっているため、排気熱により常にタービン３の羽根部１９と反対方向へ弾性復帰しようとする力が作用する。また、排気管１５と第２内筒分割体２３が摺動する際、第２内筒分割体２３はタービン３の羽根部１９と反対方向に摺動する傾向があるため、内筒５を形成する内筒分割体２１，２３と羽根部１９との接触を防止することができる。

外筒７は、一端側をタービンハウジング２の外筒固定部１３に固定され、他端側を図示しない下流側の排気管等に固定され、内筒５と所定の間隔を空けて内筒５を覆うように設けられている。

次に、ターボチャージャ１の組付け方法について説明する。

まず、図示しないセンタハウジングの一端側に図示しないコンプレッサハウジングを固定し、センタハウジングの他端側にタービンハウジング２を固定する。

タービンハウジング２にシャフト１７と羽根部１９を一体に組付けたタービン３を、ベアリング９が配置されたタービンハウジング２に挿入する。

次に、タービンハウジング２の内筒固定部１１に内筒５の第１内筒分割体２１の一端側２１ａを接合する。（内筒固定工程）そして、第１内筒分割体２１の他端側２１ｂに第２内筒分割体２３の一端側２３ａを接合し、内筒５を形成する。

次に、排気管１５を第２内筒分割体２３の他端側２３ｂから挿入し、第２内筒分割体２３に設けられた折曲部２９と排気管１５の先端部３３との間に隙間Ｓを空けた状態となるように摺動自在に挿入する。（排気管挿入工程）

そして、内筒５を覆うように所定間隔を空けて外筒７を配置し、外筒７の一端側を外筒固定部１３に固定する。（外筒固定工程）

以上の工程により、ターボチャージャ１の組付けが完了する。

次に、ターボチャージャ１の動作について説明する。

図示しない内燃機関から排気がスクロール室２５へ流入し、スクロール室２５の上流側から下流側へ排気が流れる際に、タービン３の羽根部１９を回転させる。

タービン３の羽根部１９が回転することによって、羽根部１９に固定されたシャフト１７が回転し、図示しない他端側に配置されるコンプレッサハウジング内に配置されるタービン３を回転させている。

タービン３を回転させた排気は、排気流路２７を通り、排気管１５へと排気が流れる。

内燃機関からスクロール室２５及び排気流路２７へ排気が流入することによって、スクロール室２５及び排気流路２７を形成する内筒５が熱膨張によって変位するが、内筒５の他端側２３ｂの摺動部３１に摺動可能に下流側の排気管１５が挿入されているため、摺動部３１が排気管１５の内周と摺動することによって内筒５の変位を許容している。

本実施形態によれば、第２内筒分割体２３の摺動部３１に排気管１５が挿入されているため、排気の熱により内筒５が熱膨張した場合であっても、摺動部３１が排気管１５と摺動することによって、内筒５の熱膨張による変位を許容することができる。

また、本実施形態では、排気管１５の先端部３３と第２内筒分割体２３の折曲部２９との間には、所定の隙間Ｓが設けられているため、内筒５が熱膨張により変位した場合であっても、隙間Ｓが設けられているため、内筒５の熱膨張による変位を許容することができる。

さらに、内筒５に排気管１５を挿入しているため、接合を行わないため、製造工程を容易にすることができる。

加えて、内筒５を覆うようにして外筒７が形成されているため、内筒５と排気管１５との隙間から排気が漏れた場合であっても、外筒７が設けられているため、内筒５と外筒７との間に排気が充填されるので、外筒７の外に排気が漏れることを防止することができる。

なお、本実施形態において、内筒５は、第１内筒分割体２１と第２内筒分割体２３とから構成されていることについて説明したが、単一の部材によって内筒５を形成してもよい。

〔第２実施形態〕
次に、図２を用いて本実施形態のターボチャージャ１について説明する。なお、上記した第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図２に示すように、本実施形態のターボチャージャ１では、第１内筒分割体２１Ａの他端側２１ｂと第２内筒分割体２３Ａの一端側２３ａにそれぞれ突き合わせ部２２Ａ，２４Ａが立設するようにして設けられている。なお、第１内筒分割体２１Ａの他端側２１ｂ及び第２内筒分割体２３Ａの一端側２３ａは、上記した第１実施形態と同様の構成である。

第１内筒分割体２１Ａに形成される突き合わせ部２２Ａと第２内筒分割体２３Ａに形成される突き合わせ部２４Ａとを当接し、突き合わせ部２２Ａの端部と，突き合わせ部２４Ａの端部を接合することにより内筒５Ａが密閉され、内部に排気流路２７とスクロール室２５が形成されている。

また、各突き合わせ部２２Ａ，２４Ａの端部は、外筒７の内壁に接合している。
本実施形態によれば、上記した第１実施形態の効果に加えて、突き合わせ部２２Ａ，２４Ａの端部が接合され、さらに外筒７の内壁と接合されるため、内筒５Ａの剛性を高めることができ、内筒５Ａの熱膨張による変位を摺動部３１にて確実に許容することができる。

なお、本実施形態においては、突き合わせ部２２Ａ，２４Ａの端部を接合し、さらに突き合わせ部２２Ａ，２４Ａの端部と外筒７とを接合しているが、突き合わせ部２２Ａ，２４Ａの端部及び外筒７の内壁をまとめて接合してももちろんよい。

〔第３実施形態〕
次に、図３を用いて本実施形態のターボチャージャ１について説明する。なお、上述した第１，２実施形態と同様の構成については説明を省略する。

本実施形態では、図３に示すように、外筒７Ｂに内筒挿通部８Ｂが設けられている。

内筒挿通部８Ｂは、内筒５Ｂを形成する第１内筒分割体２１Ｂと第２内筒分割体２３Ｂにそれぞれ形成される突き合わせ部２２Ｂ，２４Ｂの端部が突出するように設けられており、内筒挿通部８Ｂから突出した突き合わせ部２２Ｂ，２４Ｂと外筒７Ｂの外壁とが接合される。

なお、内筒挿通部８Ｂは、外筒７Ｂの周方向に設けられており、突き合わせ部２２Ｂ，２４Ｂを突き合わせた厚みと同じ孔であるか、それ以上であることが好ましい。

本実施形態によれば、上述した第１，２実施形態の効果に加えて、突き合わせ部２２Ｂ，２４Ｂの端部が外筒７Ｂの内筒挿通部８Ｂから突出するため、突き合わせ部２２Ｂ，２４Ｂの位置決めを容易に行うことができる。

なお、本実施形態において説明した突き合わせ部２２Ｂ，２４Ｂの端部は、周方向の複数箇所で突出してもよく、突き合わせ部２２Ｂ，２４Ｂが設けられた箇所の外筒７Ｂに内筒挿通部８Ｂを設ければよい。

なお、本実施形態及び上述した第１，２実施形態では、内筒の一端側をタービンハウジングに固定し、内筒の他端側に形成される摺動部に排気管を摺動可能に挿入したことについて説明したが、コンプレッサハウジングに適用してもよい。

また、第１〜３実施形態において、内筒の外周に排気管が挿入されることについて説明したが、内筒の内周に排気管を挿入してももちろんよい。

１ ターボチャージャ
２ タービンハウジング
３ タービン
５，５Ａ，５Ｂ 内筒
７，７Ｂ 外筒
１５ 排気管
２１ａ 一端側
２３ｂ 他端側
２７ 排気流路

Claims (4)

1. 排気流路（２７）と、前記排気流路（２７）内に配置されるタービン（３）と、前記タービン（３）を回転自在に支持するタービンハウジング（２）とを備えるターボチャージャ（１）であって、
   前記排気流路（２７）を形成する内筒（５，５Ａ，５Ｂ）と、
   前記内筒（５，５Ａ，５Ｂ）の排気出口側の端部（３１）が摺動自在に接続される排気管（１５）と、
   前記内筒（５，５Ａ，５Ｂ）に対して間隔を空けて覆うように設けられる外筒（７，７Ｂ）とを備え、
   前記排気管（１５）と前記内筒（５，５Ａ，５Ｂ）の前記端部（３１）との摺動箇所は、全周に亘って空間を空けて前記外筒（７，７Ｂ）に覆われていることを特徴とするターボチャージャ（１）。
2. 請求項１記載のターボチャージャ（１）であって、
   前記内筒（５，５Ａ，５Ｂ）の前記端部（３１）は、前記タービン（３）よりも排気出口側で前記排気管（１５）と接続されることを特徴とするターボチャージャ（１）。
3. 請求項１または請求項２記載のターボチャージャ（１）であって、
   前記内筒（５，５Ａ，５Ｂ）は、前記端部（３１）に連続して設けられる折曲部（２９）を備え、
   前記排気管（１５）の先端部（３３）と前記折曲部（２９）との間には、隙間（Ｓ）が設けられていることを特徴とするターボチャージャ（１）。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のターボチャージャ（１）であって、
   前記内筒（５Ａ，５Ｂ）は、互いに突き合わせて溶接された複数の薄板部材を有することを特徴とするターボチャージャ（１）。

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