JP6351049B2 - タービンハウジングおよびタービンハウジングの製造方法 - Google Patents
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Description
排気ガスによって回転するタービンホイールを収容するためのタービンハウジングであって、
前記タービンハウジングは、
前記タービンホイールの周囲において前記タービンホイールに供給される前記排気ガスが流れる環状のスクロール流路を形成するスクロール部と、
前記タービンホイールを通過した前記排気ガスが前記タービンホイールの軸線方向に沿って流れる排気流路を形成する排気管部と、
前記スクロール部と前記排気管部との接続部においてハブ側に迫り出して設けられるシュラウド部であって、前記シュラウド部の外周面は、前記スクロール流路に面するとともに、前記シュラウド部の内周面は、前記タービンホイールの動翼との間に所定の隙間を存して形成されるシュラウド部と、を含む鋳造製のタービンハウジングであって、
前記タービンホイールの軸線方向に沿った断面において、前記タービンホイールの軸線から前記シュラウド部の先端までの半径方向距離をR1、前記タービンホイールの軸線から前記スクロール部のハブ側壁面の内周端までの半径方向距離をR2としたときに、R1<R2となる半径R2を有する開口部が前記スクロール部のハブ側に形成され、
前記タービンホイールの軸線方向に沿った断面において、前記シュラウド部の先端よりも半径方向外側における前記スクロール流路に面する前記シュラウド部および前記スクロール部の流路面の内、前記シュラウド部の先端からの所定範囲を領域A、前記領域Aと隣接する所定範囲を領域Bとしたときに、前記領域Aにおける流路面の粗度が、前記領域Bにおける流路面の粗度よりも小さくなるように構成される。
また、幾つかの実施形態では、領域Aの半径方向における存在範囲は、1.20Dから1.4Dの範囲の少なくとも一部を含むように構成される。
さらに、幾つかの実施形態では、領域Aの半径方向における存在範囲は、1.25Dから1.4Dの範囲の少なくとも一部を含むように構成される。
また、鋳造製のタービンハウジングと一体的に舌部を形成する場合と比べて、舌部を薄く形成することが出来る。これにより、舌部の後流側で発生する流動ひずみの発生を抑制でき、導入流路からスクロール流路に流れる排気ガスの通気抵抗を小さくすることができる。
したがって、上記(13)に記載の実施形態によれば、タービンホイールの円周方向の全周に亘って領域Aを同一の半径方向幅に形成することで、タービンホイールの円周方向の全周に亘って排気ガスの通気抵抗を低減することが出来る。
したがって、上記(14)に記載の実施形態によれば、導入流路の流路中心をS字カーブに形成することで、舌部の外周側を流れる排気ガスの流れを外向きに旋回させることで、舌部外周側での圧力を低下させ、舌部に作用する圧力差を小さくすることが出来る。
排気ガスによって回転するタービンホイールを収容するためのタービンハウジングの製造方法であって、
前記タービンハウジングは、
前記タービンホイールの周囲において前記タービンホイールに供給される前記排気ガスが流れる環状のスクロール流路を形成するスクロール部と、
前記タービンホイールを通過した前記排気ガスが前記タービンホイールの軸線方向に沿って流れる排気流路を形成する排気管部と、
前記スクロール部と前記排気管部との接続部においてハブ側に迫り出して設けられるシュラウド部であって、前記シュラウド部の外周面は、前記スクロール流路に面するとともに、前記シュラウド部の内周面は、前記タービンホイールの動翼との間に所定の隙間を存して形成されるシュラウド部と、を含み、
前記タービンホイールの軸線方向に沿った断面において、前記タービンホイールの軸線から前記シュラウド部の先端までの半径方向距離をR1、前記タービンホイールの軸線から前記スクロール部のハブ側壁面の内周端までの半径方向距離をR2としたときに、R1<R2となる半径R2を有する開口部が前記スクロール部のハブ側に形成され、
前記タービンホイールの軸線方向に沿った断面において、前記シュラウド部の先端よりも半径方向外側における前記スクロール流路に面する前記シュラウド部および前記スクロール部の流路面の内、前記シュラウド部の先端からの所定範囲を領域A、前記領域Aと隣接する所定範囲を領域Bとしたときに、鋳造後に前記領域Aの流路面を加工し、前記領域Aにおける流路面の粗度が、前記領域Bにおける流路面の粗度よりも小さくなるようにする。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
本発明の一実施形態にかかるターボチャージャ1は、特に限定されないが、例えば自動車用エンジン等に搭載される小型ターボチャージャである。
図1に示したように、本発明の一実施形態にかかるターボチャージャ1は、タービンホイール5を収容するためのタービンハウジング2、コンプレッサホイール6を収容するためのコンプレッサハウジング3、及び一端にタービンホイール5、他端にコンプレッサホイール6が連結される回転軸7を回転可能に支持する軸受装置10A,10Bを収容するためのベアリングハウジング4を備えている。また、タービンホイール5は、裁頭円錐状のハブ部8と、ハブ部8の外周面に間隔を置いて設けられる複数の動翼9とからなる。
また、図3に示すように、タービンハウジング2は、そのスクロール流路12の入口側に、鋳造によって一体的に形成される導入管部25を備えている。
これに対して、図12に示す従来の比較例のタービンハウジング2´における開口部16´では、その半径R2´は、R1´≧R2´の関係にある。この比較例のタービンハウジング2´においては、シュラウド部23´の平行面23b´及び内周面23c´(領域C)については加工されているが、開口部16´の半径R2´が、R1´≧R2´の関係にあるため、シュラウド部23´の外周面23a´までは加工することが困難であった。
幾つかの実施形態では、領域Aの流路面の加工は、鋳造されたタービンハウジングの内部に開口部16からバイト(工具)を挿入し、この状態で鋳造されたタービンハウジング2を回転させることで領域Aの流路面を切削または研削する旋盤加工からなる。
また、鋳造製のタービンハウジング2と一体的に舌部50を形成する場合と比べて、舌部50を薄く形成することが出来る。これにより、舌部50の後流側で発生する流動ひずみの発生を抑制でき、導入流路18からスクロール流路12に流れる排気ガスGの通気抵抗を小さくすることができる。
また、第4プレート部材48の先端部が傾斜面であるシュラウド部23の外周面23aに当接している。このため、圧力差によって第4プレート部材48に対して作用する外周側から内周側に向けての半径方向の作用力を外周面23aによって支持することが出来るため、薄肉に形成される第4プレート部材48の振動や変形を防止することが出来る。
また、屈曲部40Aの先端部が傾斜面であるシュラウド部23の外周面23aに当接している。このため、圧力差によって屈曲部40Aに対して作用する外周側から内周側に向かう半径方向の作用力を外周面23aによって支持することが出来るため、板金製の第1プレート部材40の屈曲部40Aの振動や変形を防止することが出来る。
また、幾つかの実施形態では、図9A,Bに示したように、第2プレート部材44は、板金製からなり、タービンホイール5の軸線方向に沿って折り曲げられてなる屈曲部44Aを有する。そして、この屈曲部44Aにより上述した舌部50が形成される。
なお、図9A,Bに示した実施形態では、屈曲部44Aは折り返された2重のプレートによって形成されているが、これに限定されない。他の実施形態では、図示しないが、屈曲部44Aは、折り返されずに1重のプレートによって形成される。
また、屈曲部44Aの先端部が傾斜面であるシュラウド部23の外周面23aに当接している。このため、圧力差によって屈曲部44Aに対して作用する外周側から内周側に向かう半径方向の作用力を外周面23aによって支持することが出来るため、薄肉に形成される第2プレート部材44の屈曲部44Aの振動や変形を防止することが出来る。
さらに、第3プレート部材46の先端部が傾斜面であるシュラウド部23の外周面23aに当接している。このため、圧力差によって第3プレート部材46に対して作用する外周側から内周側に向かう半径方向の作用力を外周面23aによって支持することが出来るため、板金製の第3プレート部材46の振動や変形を防止することが出来る。
したがって、このような実施形態によれば、導入流路18の流路中心18cをS字カーブに形成することで、舌部50の外周側を流れる排気ガスの流れを外向きに旋回させることで、舌部50の外周側での圧力を低下させ、舌部50に作用する圧力差を小さくすることが出来る。
2 タービンハウジング
3 コンプレッサハウジング
4 ベアリングハウジング
4A 突出部
4a 壁面
5 タービンホイール
6 コンプレッサホイール
7 回転軸
8 ハブ部
9 動翼
9a 前縁
9b 後縁
9c 外周縁
10A,B 軸受装置
12 スクロール流路
14 排気流路
16 開口部
18 導入流路
18a 入口部
18b 合流部
18c 流路中心
21 スクロール部
21a シュラウド側壁面(流路面)
21b 外周側壁面(流路面)
21c ハブ側壁面(流路面)
21d ハブ側壁面の内周端
21e シュラウド側壁面の内周端
22 排気管部
23 シュラウド部
23a 外周面(流路面)
23b 平行面
23c 内周面
23d シュラウド部の先端
24 フランジ部
25 導入管部
26 連結部
27 カップリング
40 第1プレート部材
40A 屈曲部
40a 流路部
40a1 第2プレート部材によって覆われていない部分
40a2 第2プレート部材によって覆われている部分
40b 背面部
40c 外周縁部
40d 段部
44 第2プレート部材
44A 屈曲部
44a 流路部
44a1 外周側の流路部
44a2 内周側の流路部
44c 外周縁部
44d 段部
46 第3プレート部材
48 第4プレート部材
50 舌部
50A 舌部部材
50B 舌部部材
50C 舌部部材
Claims (17)
- 排気ガスによって回転するタービンホイール(5)を収容するためのタービンハウジング(2)であって、
前記タービンハウジング(2)は、
前記タービンホイール(5)の周囲において前記タービンホイール(5)に供給される前記排気ガス(G)が流れる環状のスクロール流路(12)を形成するスクロール部(21)と、
前記タービンホイール(5)を通過した前記排気ガス(G)が前記タービンホイール(5)の軸線方向に沿って流れる排気流路(14)を形成する排気管部(22)と、
前記スクロール部(21)と前記排気管部(22)との接続部においてハブ側に迫り出して設けられるシュラウド部(23)であって、前記シュラウド部(23)の外周面は、前記スクロール流路(12)に面するとともに、前記シュラウド部(23)の内周面は、前記タービンホイール(5)の動翼(9)との間に所定の隙間(c)を存して形成されるシュラウド部(23)と、を含む鋳造製のタービンハウジング(2)であって、
前記タービンホイール(5)の軸線方向に沿った断面において、前記タービンホイールの軸線(K)から前記シュラウド部(23)の先端(23d)までの半径方向距離をR1、前記タービンホイールの軸線(K)から前記スクロール部(21)のハブ側壁面(21c)の内周端(21d)までの半径方向距離をR2としたときに、R1<R2となる半径R2を有する開口部(16)が前記スクロール部(21)のハブ側に形成され、
前記タービンホイール(5)の軸線方向に沿った断面において、前記シュラウド部(23)の先端(23d)よりも半径方向外側における前記スクロール流路(12)に面する前記シュラウド部(23)および前記スクロール部(21)の流路面(21a,21b,21c,23a)の内、前記シュラウド部(23)の先端(23d)からの前記タービンハウジング(2)の鋳造後に加工される所定範囲を領域A、前記領域Aと隣接する所定範囲を領域Bとしたときに、前記領域Aにおける流路面の粗度が、前記領域Bにおける流路面の粗度よりも小さくなるように構成されるタービンハウジング。 - 前記タービンホイール(5)の外径をDとしたときに、前記領域Aの半径方向における存在範囲は、1.15Dから1.4Dの範囲の少なくとも一部を含むように構成される請求項1に記載のタービンハウジング。
- 前記タービンホイール(5)の軸線方向に沿った断面において、前記シュラウド部(23)の外周面(23a)は、前記タービンホイールの軸線方向に対して傾斜する傾斜面からなり、前記領域Aは前記外周面(23a)の少なくとも一部を含むように構成される請求項1または2に記載のタービンハウジング。
- 前記開口部(16)に配設され、前記スクロール流路(12)に面する流路部(40a)と、前記タービンホイール(5)の背面との間に隙間を存する背面部(40b)と、を有する環状の第1プレート部材(40)をさらに備える請求項1〜3の何れか一項に記載のタービンハウジング。
- 前記タービンハウジング(2)は、前記タービンハウジング(2)の外部から導入される前記排気ガス(G)を前記スクロール流路(12)へと導く導入流路(18)を形成する導入管部(25)をさらに備え、
前記導入流路(18)と前記スクロール流路(12)とを半径方向に仕切る舌部(50)が、前記第1プレート部材(40)側から前記シュラウド部(23)に向かって延在する、前記タービンハウジング(2)とは別体の舌部部材(50A)により形成される請求項4に記載のタービンハウジング。 - 前記舌部部材(50A)は、前記第1プレート部材(40)であって、前記第1プレート部材(40)は、板金製からなり、前記タービンホイール(5)の軸線方向に沿って折り曲げられてなる屈曲部(40A)を有し、前記屈曲部(40A)により前記舌部(50)が形成される請求項5に記載のタービンハウジング。
- 前記タービンハウジング(2)の前記開口部(16)において、前記第1プレート部材(40)の流路部(40a)の一部を覆うように配設される第2プレート部材(44)をさらに備え、
前記舌部部材(50A)は、前記第2プレート部材(44)からなる請求項5に記載のタービンハウジング。 - 前記第2プレート部材(44)は、板金製からなり、前記タービンホイール(5)の軸線方向に沿って折り曲げられてなる屈曲部(44A)を有し、前記屈曲部(44A)により前記舌部(50)が形成される請求項7に記載のタービンハウジング。
- 前記第2プレート部材(44)は、前記タービンホイール(5)の周方向の全周に亘って延在する環状部材からなり、
前記タービンホイール(5)の軸線方向に沿った断面において、前記第1プレート部材(40)における前記第2プレート部材(44)で覆われている部分(40a2)を除いた前記スクロール流路(12)に面する流路部(40a1)が、前記タービンホイール(5)の周方向の全周に亘って同一の半径方向幅(rb)となるように構成されている請求項7又は8に記載のタービンハウジング。 - 前記タービンハウジング(2)の背面側には、前記タービンホイール(5)と連結される回転軸(7)を回転可能に支持する軸受装置(10A,10B)を収容するためのベアリングハウジング(4)が連結され、
前記タービンハウジング(2)は、前記タービンハウジング(2)の外部から導入される前記排気ガス(G)を前記スクロール流路(12)へと導く導入流路(18)を形成する導入管部(25)をさらに備え、
前記導入流路(18)と前記スクロール流路(12)とを半径方向に仕切る舌部(50)が、前記ベアリングハウジング(4)から前記シュラウド部(23)に向かって延在する、前記タービンハウジング(2)とは別体の舌部部材(50C)により形成される請求項1〜3の何れか一項に記載のタービンハウジング。 - 前記舌部部材(50C)は、前記ベアリングハウジング(4)に接続される第3プレート部材(46)からなる請求項10に記載のタービンハウジング。
- 前記第3プレート部材(46)は、板金製からなる請求項11に記載のタービンハウジング。
- 前記タービンホイール(5)の軸線方向から視認した断面において、前記領域Aは、前記タービンホイール(5)の円周方向の全周に亘って同一の半径方向幅(ra)に形成される請求項5〜12の何れか一項に記載のタービンハウジング。
- 前記タービンホイール(5)の軸線方向から視認した断面において、前記導入流路(18)の流路中心(18c)は、前記導入流路(18)の入口部(18a)から前記スクロール流路(12)との合流部(18b)に向かって、前記舌部(50)に連なる前記導入管部(25)の内壁面側に凸に湾曲した後に、前記舌部(50)に対面する前記導入管部(25)の外壁面側に凸に湾曲するS字カーブに形成される請求項6、8及び12の何れか一項に記載のタービンハウジング。
- 排気ガスによって回転するタービンホイール(5)を収容するためのタービンハウジング(2)の製造方法であって、
前記タービンハウジング(2)は、
前記タービンホイール(5)の周囲において前記タービンホイール(5)に供給される前記排気ガス(G)が流れる環状のスクロール流路(12)を形成するスクロール部(21)と、
前記タービンホイール(5)を通過した前記排気ガス(G)が前記タービンホイール(5)の軸線方向に沿って流れる排気流路(14)を形成する排気管部(22)と、
前記スクロール部(21)と前記排気管部(22)との接続部においてハブ側に迫り出して設けられるシュラウド部(23)であって、前記シュラウド部(23)の外周面は、前記スクロール流路(12)に面するとともに、前記シュラウド部(23)の内周面は、前記タービンホイール(5)の動翼(9)との間に所定の隙間(c)を存して形成されるシュラウド部(23)と、を含み、
前記タービンホイール(5)の軸線方向に沿った断面において、前記タービンホイールの軸線(K)から前記シュラウド部(23)の先端(23d)までの半径方向距離をR1、前記タービンホイールの軸線(K)から前記スクロール部(21)のハブ側壁面(21c)の内周端(21d)までの半径方向距離をR2としたときに、R1<R2となる半径R2を有する開口部(16)が前記スクロール部(21)のハブ側に形成され、
前記タービンホイール(5)の軸線方向に沿った断面において、前記シュラウド部(23)の先端(23d)よりも半径方向外側における前記スクロール流路(12)に面する前記シュラウド部(23)および前記スクロール部(21)の流路面(21a,21b,21c,23a)の内、前記シュラウド部(23)の先端(23d)からの所定範囲を領域A、前記領域Aと隣接する所定範囲を領域Bとしたときに、鋳造後に前記領域Aの流路面を加工し、前記領域Aにおける流路面の粗度が、前記領域Bにおける流路面の粗度よりも小さくなるようにするタービンハウジングの製造方法。 - 前記領域Aの流路面の加工は、機械加工からなる請求項15に記載のタービンハウジングの製造方法。
- 前記領域Aの流路面の加工は、鋳造されたタービンハウジングの内部に前記開口部(16)からバイトを挿入し、鋳造されたタービンハウジングを回転させることで前記領域Aの流路面を切削または研削する旋盤加工からなる請求項16に記載のタービンハウジングの製造方法。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2014/079239 WO2016071959A1 (ja) | 2014-11-04 | 2014-11-04 | タービンハウジングおよびタービンハウジングの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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