JP6745976B2 - 排気ターボ過給機用タービンのケーシング、排気ターボ過給機用タービン、及び製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、排気ターボ過給機用タービンのケーシング、排気ターボ過給機用タービン、及び排気ターボ過給機用タービンのケーシングの製造方法に関する。

従来、排気ターボ過給機用タービンに関する技術が知られている。例えば、特許文献１には、エンジンからの排気ガスを、ケーシングに形成されたスクロール内及びスクロールの内周側に設けられた複数のノズルベーンを通してタービンロータに作用させる可変容量型排気ターボ過給機が開示されている。

特許第４２７５０８１号公報

ところで、排気ターボ過給機用タービンでは、スクロールの内壁面の表面粗度が高いと、スクロール内における排気ガスの流れの圧力損失が増加する。また、スクロールの内壁面の表面粗度が高い場合、内壁面近傍での排気ガスの流れが乱れやすいことから、内壁面と排気ガスの流れとの間で熱伝達が促進されてしまい、排気ガスがタービンロータに導入される前にエネルギー損失が発生する。その結果、タービン効率の低下を招く。しかしながら、スクロールの全周にわたって内壁面の表面粗度を低下させる処理を施すと、排気ターボ過給機用タービンの製造コストの増加や量産性の低下につながってしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、安価かつ量産性に優れ、タービン効率を向上させることが可能な排気ターボ過給機用タービンの提供を目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、排気ガスにより駆動されるタービンロータを収容し、前記タービンロータへの前記排気ガスの供給経路である渦巻状のスクロールを形成する排気ターボ過給機用タービンのケーシングであって、前記スクロールは、巻き始めの位置から所定角度までの第一範囲と、前記所定角度から巻き終わりの位置の第二範囲とを含み、前記巻き始めの位置から前記巻き終わりの位置に向かうにつれて内壁面の表面積が減少し、前記第一範囲は、前記第二範囲よりも、前記内壁面の表面粗度が低い、ことを特徴とする。

この構成によれば、スクロールの内壁面のうち、相対的に表面積が大きい巻き始めの位置から所定角度までの第一範囲の内壁面について、第二範囲の内壁面よりも表面粗度を低下させることにより、排気ガスの流れの圧力損失及び熱エネルギー損失の発生を抑制することができる。また、相対的に表面積が小さく、排気ガスの流れの圧力損失及び熱エネルギー損失の発生が第一範囲よりも少ないスクロールの第二範囲の内壁面においては、表面粗度を低下させる処理を行わないことで、製造コストの増加や量産性の低下を抑制することができる。従って、本発明によれば、安価かつ量産性に優れ、タービン効率を向上させることが可能な排気ターボ過給機用タービンを提供することが可能となる。

また、前記所定角度は、１８０度以下であることが好ましい。

この構成によれば、流れの圧力損失及び熱エネルギー損失の発生を抑制する効果が相対的に大きい巻き始めの位置から１８０度以下までの第一範囲の内壁面のみ表面粗度を低下させるため、タービン効率の向上と、製造コストの増加及び量産性の低下の抑制との両立を、より良好に図ることができる。

また、前記所定角度は、１２０度以下であることが好ましい。

この構成によれば、流れの圧力損失及び熱エネルギー損失の発生を抑制する効果が相対的に最も大きい巻き始めの位置から１２０度以下までの第一範囲の内壁面のみ表面粗度を低下させるため、タービン効率の向上と、製造コストの増加及び量産性の低下の抑制との両立を、さらに良好に図ることができる。

また、前記第一範囲における前記内壁面の表面粗度は、前記第二範囲における前記内壁面の表面粗度に対して、１／２以下の値であることが好ましい。

この構成によれば、第一範囲における内壁面の表面粗度を十分に低下させて、第一範囲での流れの圧力損失及び熱エネルギー損失の発生を良好に抑制することができる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の排気ターボ過給機用タービンは、前記排気ターボ過給機用タービンのケーシングと、前記ケーシング内に収容され、前記スクロールを介して供給される排気ガスにより駆動されるタービンロータと、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、スクロールの内壁面のうち、相対的に表面積が大きい巻き始めの位置から所定角度までの第一範囲の内壁面について、第二範囲の内壁面よりも表面粗度を低下させることにより、排気ガスの流れの圧力損失及び熱エネルギー損失の発生を抑制することができる。また、相対的に表面積が小さく、排気ガスの流れの圧力損失及び熱エネルギー損失の発生が第一範囲よりも少ないスクロールの第二範囲の内壁面においては、表面粗度を低下させる処理を行わないことで、製造コストの増加や量産性の低下を抑制することができる。従って、本発明によれば、安価かつ量産性に優れ、タービン効率を向上させることが可能な排気ターボ過給機用タービンを提供することが可能となる。

また、本発明の排気ターボ過給機用タービンは、前記タービンロータへと供給される前記排気ガスの容量を制御する可変ノズル機構をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、特に小流量で作動させる際にスクロール内で熱エネルギー損失が発生しやすい可変容量型の排気ターボ過給機用タービンにおいて、熱エネルギー損失の発生を良好に抑制することができる。すなわち、本発明は、可変容量型の排気ターボ過給機用タービンへの適用に好適である。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、タービンロータへと排気ガスを供給する渦巻状のスクロールを形成する排気ターボ過給機用タービンのケーシングの製造方法であって、予め表面粗度を異ならせた二つの範囲を設けた鋳型を用いて前記ケーシングを鋳造することにより、前記スクロールを巻き始めの位置から所定角度までの第一範囲と、前記所定角度から巻き終わりの位置の第二範囲とを区画して形成し、前記第一範囲は、前記第二範囲よりも、内壁面の表面粗度が低い、ことを特徴とする。

この構成によれば、スクロールの内壁面のうち、相対的に表面積が大きい巻き始めの位置から所定角度までの第一範囲の内壁面について、第二範囲の内壁面よりも表面粗度を低下させることにより、排気ガスの流れの圧力損失及び熱エネルギー損失の発生を抑制することができる。また、相対的に表面積が小さく、排気ガスの流れの圧力損失及び熱エネルギー損失の発生が第一範囲よりも少ないスクロールの第二範囲の内壁面においては、表面粗度を低下させる処理を行わないことで、製造コストの増加や量産性の低下を抑制することができる。また、予め表面粗度を異ならせた二つの範囲を設けた鋳型を用いて、第一範囲よりも表面粗度が低い第二範囲を含むスクロールを形成するケーシングを鋳造することができるため、量産性の低下を良好に抑制することができる。従って、本発明によれば、安価かつ量産性に優れ、タービン効率を向上させることが可能な排気ターボ過給機用タービンを提供することが可能となる。

また、前記第一範囲の内壁面と前記第二範囲の内壁面とに、異なる材質の表面コーティングを施すことが好ましい。

この構成によれば、異なる材質の表面コーティングによって、第一範囲の内壁面の表面粗度と、第二範囲の内壁面の表面粗度とを、容易かつ適正に調整することができる。

本発明にかかる排気ターボ過給機用タービンのケーシング、排気ターボ過給機用タービン、及び排気ターボ過給機用タービンのケーシングの製造方法は、安価かつ量産性に優れ、タービン効率を向上させることが可能な排気ターボ過給機用タービンを提供することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施形態にかかるケーシング及び排気ターボ過給機用タービンを備えた排気ターボ過給機の概略構成図である。 図２は、スクロールを含むタービンの要部を示す斜視図である。 図３は、スクロールを含むタービンの要部を示す正面図である。 図４は、一般的な可変容量型の排気ターボ過給機用タービンにおける流量とタービン効率との関係を示す説明図である。 図５は、実施形態にかかる排気ターボ過給機用タービンにおけるスクロール内の流れの解析結果の一例を示す。 図６は、所定角度の増加に伴うタービン効率の向上代の解析結果の一例である。

以下に、本発明にかかる排気ターボ過給機用タービンのケーシング、排気ターボ過給機用タービン、及び排気ターボ過給機用タービンのケーシングの製造方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施形態にかかるケーシング及び排気ターボ過給機用タービンを備えた排気ターボ過給機の概略構成図である。図１に示す排気ターボ過給機１は、例えば自動車等の内燃機関（図示せず）から導かれた排気ガスによって駆動される排気ターボ過給機用タービン２（以下の説明では、適宜、「タービン２」と称する。）と、タービン２の駆動に伴って駆動されて内燃機関に外気を圧送するコンプレッサ３と、タービン２に導入される排気ガスの容量を制御する可変ノズル機構４とを備えている。本実施形態において、排気ターボ過給機１は、可変容量型の排気ターボ過給機である。

タービン２は、本発明の実施形態にかかるケーシング２１を有している。ケーシング２１は、外周部に、渦巻状に形成されたスクロール２２が形成されている。このスクロール２２は、内燃機関の排気側に接続される。また、スクロール２２の中心部には、輻流型のタービンロータ２３が配置されている。タービンロータ２３は、タービンシャフトＳの一端に固定され、タービンシャフトＳと共にタービンシャフトＳの軸心Ｃ廻りに回転可能に設けられている。タービンロータ２３は、複数のブレード２３ａが取り付けられている。また、ケーシング２１の中央には、軸心Ｃに沿う方向に沿って開口し、排気管（図示せず）が接続される排気ガス出口２４が設けられている。

コンプレッサ３は、コンプレッサハウジング３１を有している。コンプレッサハウジング３１は、外周部に、渦巻状の空気通路３２が形成されている。この空気通路３２は、内燃機関の給気側に接続される。また、空気通路３２の中心部には、インペラ３３が配置されている。インペラ３３は、タービンシャフトＳの一端に固定され、タービンシャフトＳと共にタービンシャフトＳの軸心Ｃ廻りに回転可能に設けられている。また、コンプレッサハウジング３１の中央には、軸心Ｃに沿う方向に沿って開口し、給気管（図示せず）が接続される空気入口３４が設けられている。

また、タービンシャフトＳは、タービン２とコンプレッサ３との間に介在される軸受ハウジング５１の内部に配置された軸受５２により回転自在に支持されている。

可変ノズル機構４は、図１に示すように、ノズルマウント４１と、ノズルプレート４２と、ノズルベーン４３と、ドライブリング４４と、レバープレート４５とを備えてなる。

ノズルマウント４１は、円環状に形成され、ケーシング２１内であって、軸受ハウジング５１側にて、円環状の中心を軸心Ｃと一致するようにケーシング２１に固定されている。

ノズルプレート４２は、円環状に形成され、ケーシング２１内であって、軸受ハウジング５１とは反対側に、円環状の中心を軸心Ｃと一致するようにケーシング２１に固定されている。ノズルプレート４２は、ノズルマウント４１と対向して設けられ、複数のノズルサポート４８を介してノズルマウント４１に連結されている。

ノズルベーン４３は、ノズルマウント４１のタービン２側、かつ、ノズルプレート４２の軸受ハウジング５１側であって、スクロール２２内に設けられている。ノズルベーン４３は、ノズルマウント４１とノズルプレート４２との間に画成される空間内に配置される。ノズルベーン４３は、ノズル軸４３ａが一体に形成されており、このノズル軸４３ａをノズルマウント４１に対して挿通することでノズル軸４３ａを中心に回転可能に支持されている。このノズルベーン４３は、ノズルマウント４１の円周方向に沿って複数配置されている。

ドライブリング４４は、円環状に形成され、ノズルマウント４１の軸受ハウジング５１側にて、円環状の中心を軸心Ｃと一致するようにドライブリング４４に支持されている。このドライブリング４４は、ノズルマウント４１に対し軸心Ｃ廻りに回転可能に設けられている。また、ドライブリング４４は、コンプレッサ３のコンプレッサハウジング３１に固定されたアクチュエータ４６の作動部に対し、リンク４７を介して接続されている。

レバープレート４５は、ドライブリング４４の軸受ハウジング５１側に設けられている。レバープレート４５は、一端側が自身に固定の連結ピン４５ａがドライブリング４４に係合され、かつ他端側がノズルベーン４３のノズル軸４３ａに連結されている。このレバープレート４５は、ドライブリング４４の円周方向に沿ってノズルベーン４３と同数配置されている。

このような可変容量型の排気ターボ過給機１では、内燃機関からの排気ガスは、タービン２のスクロール２２に導かれ、スクロール２２の渦巻きに沿って周回しながらノズルマウント４１とノズルプレート４２との間の空間へと導かれ、可変ノズル機構４のノズルベーン４３の位置に至る。さらに、排気ガスは、各ノズルベーン４３の翼間を通過しつつタービンロータ２３を回転させ、排気ガス出口２４から機外に送出される。一方、コンプレッサ３において、タービンロータ２３の回転に伴い、タービンシャフトＳを介してインペラ３３が回転する。すると、インペラ３３の回転に伴って空気入口３４からコンプレッサハウジング３１内に空気が導入される。そして、導入された空気は、空気通路３２にて圧縮されつつ内燃機関の給気側に過給される。ここで、可変ノズル機構４においては、アクチュエータ４６を駆動することによりドライブリング４４を回転させると、各レバープレート４５が揺動して各ノズルベーン４３の翼角が変化する。翼角が変化すると、各ノズルベーン４３の翼間が狭くなったり広がったりするので、タービンロータ２３に至る排気ガスの容量が制御できる。

ここで、図４は、一般的な可変容量型の排気ターボ過給機用タービンにおける流量とタービン効率との関係を示す説明図である。図示するように、一般的な排気ターボ過給機においては、流量が小さくなるほどタービン効率が低下する傾向にある。可変容量型の排気ターボ過給機は、例えば自動車等の内燃機関の負荷変動に合わせて流量を調整することができ、特に内燃機関の低負荷運転時におけるレスポンス性能を高めることができるものである。可変容量型の排気ターボ過給機において、小流量での作動時におけるタービン効率は、この内燃機関の低負荷運転時におけるレスポンス性能に大きく寄与する。そのため、特に、小流量での作動時にタービン効率を向上させることが求められる。以下、本実施形態にかかる排気ターボ過給機用タービン２において、タービン効率を向上させるための構成について説明する。

図２は、スクロールを含むタービンの要部を示す斜視図であり、図３は、スクロールを含むタービンの要部を示す正面図である。図２及び図３に示すように、スクロール２２は、ケーシング２１により、渦巻状の吸気経路として形成されている。スクロール２２は、図示しない内燃機関からの排気ガスを導入する筒状の導入部２２１と、導入部２２１から延びる環状部２２２とを有する。

環状部２２２は、タービンロータ２３を中心として渦巻状に形成されている。環状部２２２は、ノズルマウント４１とノズルプレート４２との外周部に連結されている。環状部２２２は、ノズルマウント４１とノズルプレート４２とにより区画され、ノズルベーン４３が配置される空間と連通している。環状部２２２は、図２及び図３に示す巻き始めの位置２２２ｓから、巻き終わりの位置２２２ｅに向かうにつれて、タービンロータ２３の軸方向（以下、単に「軸方向」と称する。）において、コンプレッサ３側（図１に示す左側、図２に示す右側、図３に示す奥側）に向かうにつれて、径が漸減する傾向に形成される。つまり、環状部２２２は、巻き始めの位置２２２ｓから巻き終わりの位置２２２ｅに向かうにつれて、その内壁面の表面積が減少する傾向に形成される。

巻き始めの位置２２２ｓは、環状部２２２の始点位置である。本実施形態において、巻き始めの位置２２２ｓは、スクロール２２の最も内周側に位置する面が排気ガスの流れ方向（図３における反時計回り方向）において渦巻状となり始める位置である。巻き終わりの位置２２２ｅは、環状部２２２の終点位置である。本実施形態において、巻き終わりの位置２２２ｅは、正面視において、巻き始めの位置２２２ｓと重なる位置であるとする。巻き終わりの位置２２２ｅは、正面視において、巻き始めの位置２２２ｓよりも排気ガスの流れ方向の下流側に位置してもよく、巻き始めの位置２２２ｓよりも排気ガスの流れ方向の上流側に位置してもよい。また、巻き始めの位置２２２ｓは、正面視において、環状部２２２の排気ガスの流れ方向の下流側の部分と重なる位置と定義されてもよい。この場合、環状部２２２は、巻き始めの位置２２２ｓから所定範囲において、渦巻状ではなく、直線状に延びる部分を含んでもよい。

スクロール２２の環状部２２２は、巻き始めの位置２２２ｓから、排気ガスの流れ方向（図３における反時計回り方向）に所定角度θだけ進んだ第一範囲２２２ａと、所定角度θから、排気ガスの流れ方向に巻き終わりの位置２２２ｅまで進んだ第二範囲２２２ｂとを含む。第一範囲２２２ａ及び第二範囲２２２ｂは、巻き始めの位置２２２ｓから巻き終わりの位置２２２ｅまでの３６０度にわたる全周の範囲を、２つに区画した領域である。

環状部２２２の第一範囲２２２ａは、第二範囲２２２ｂよりも、その内壁面の最大高さ粗さである表面粗度Ｒｚが低く形成されている。本実施形態において、第一範囲２２２ａの内壁面の表面粗度Ｒｚ１は、第二範囲２２２ｂの内壁面の表面粗度Ｒｚ２の１／２以下とされる。より具体的には、第一範囲２２２ａの内壁面の表面粗度Ｒｚ１は、例えば、値４０（ｓ）程度である。また、第二範囲２２２ｂの内壁面の表面粗度Ｒｚ２は、例えば、値１２０（ｓ）程度である。

実施形態にかかる排気ターボ過給機用タービン２のケーシング２１の製造方法について説明する。

本実施形態において、ケーシング２１は、鋳造により製造される。ケーシング２１を鋳造する際に用いる鋳型は、予め表面粗度を異ならせた二つの範囲を設けたものを用いる。すなわち、スクロール２２の第一範囲２２２ａに対応した範囲においては、鋳型の表面を相対的に細かい粒状で形成しておき、スクロール２２の第二範囲２２２ｂに対応した範囲においては、鋳型の表面を相対的に荒い粒状で形成しておく。その結果、ケーシング２１を鋳造する過程において、スクロール２２の第一範囲２２２ａと、第二範囲２２２ｂとの表面粗度Ｒｚを異ならせることが可能となる。このように、予め表面粗度を異ならせた二つの範囲を設けた鋳型を用いてケーシング２１を鋳造することで、量産性の低下をより良好に抑制し、第二範囲２２２ｂよりも表面粗度Ｒｚが低い第一範囲２２２ａを含むスクロール２２を容易に形成することが可能となる。

さらに、本実施形態において、ケーシング２１を鋳造した後、スクロール２２の第一範囲２２２ａの内壁面と、第二範囲２２２ｂの内壁面とに、異なる材質の表面コーティング処理を施す。第一範囲２２２ａにおいては、相対的に表面粗度Ｒｚ１を低下させることができるコーティング材を用い、第二範囲２２２ｂにおいては、相対的に第一範囲２２２ａよりも表面粗度Ｒｚ２が高くなるコーティング材を用いる。それにより、第一範囲２２２ａの内壁面の表面粗度Ｒｚ１と、第二範囲２２２ｂの内壁面の表面粗度Ｒｚ２とを、容易かつ適正に調整することが可能となる。

図５は、実施形態にかかる排気ターボ過給機用タービンにおけるスクロール内の流れの解析結果の一例を示す。スクロール２２内では、図中に破線矢印で示すように、表面積が大きい前半部分から、表面積が小さくなる後半部分にかけて、流れが捻じれながら流通する。この際、スクロール２２の内壁面の表面粗度Ｒｚが高いと、スクロール２２内における排気ガスの流れの圧力損失が増加する。また、スクロール２２の内壁面の表面粗度Ｒｚが高い場合、内壁面近傍での排気ガスの流れが乱れやすいことから、内壁面と排気ガスの流れとの間で熱伝達が促進される。そのため、排気ガスがタービンロータ２３に導入される前に、熱エネルギー損失が発生する。排気ガスの流れの圧力損失及び熱エネルギー損失の発生は、タービン効率の低下につながる。特に、エネルギーの絶対量が少ない小流量でタービン２を作動させる際に、熱エネルギー損失によるタービン効率の低下への影響が大きくなる。

本実施形態にかかる排気ターボ過給機用タービン２のケーシング２１は、上述したように、スクロール２２が、巻き始めの位置２２２ｓから所定角度θまでの第一範囲２２２ａと、所定角度θから巻き終わりの位置２２２ｅまでの第二範囲２２２ｂとを含む。第一範囲２２２ａは、第二範囲２２２ｂよりも、内壁面の表面粗度Ｒｚが低く形成されている。それにより、第二範囲２２２ｂに比べて、相対的に表面積が大きい第一範囲２２２ａの内壁面近傍において、流れが乱れることを抑制することが可能となる。また、表面積が大きい前半部分から、表面積が小さくなる後半部分にかけて、排気ガスの流れを滑らかに案内することができる。その結果、排気ガスの流れの圧力損失の発生を抑制することが可能となる。さらに、第二範囲２２２ｂに比べて、相対的に表面積が大きい第一範囲２２２ａの内壁面近傍において、流れが乱れることを抑制することで、この内壁面近傍における排気ガスの熱エネルギー損失の発生を抑制することができる。従って、タービン効率を向上させることが可能となる。

ここで、図６は、所定角度の増加に伴うタービン効率の向上代の解析結果の一例である。図６において、白色の棒グラフは、タービン効率の向上代を示す。「タービン効率の向上代」は、所定角度θを０度とした場合（すなわち、第一範囲２２２ａを設けない場合）のタービン効率に対する向上代である。図示するように、タービン効率の向上代は、所定角度θが増加するほど高くなり、所定角度θが３６０度である場合に最大となる。

一方、図６において、斜線を付した棒グラフは、ケーシング２１の製造コストを考慮したタービン効率の向上代を示す。「製造コストを考慮したタービン効率の向上代」は、所定角度θを０度とした場合のケーシング２１の製造コストに対する、所定角度θの増加に伴うケーシング２１の製造コストの増加量に基づいて、評価値を算出し、この評価値を上述したタービン効率の向上代から差し引いた値である。評価値は、所定角度θを３６０度とした場合（すなわち、第二範囲２２２ｂを設けない場合）の値を、上述したタービン効率の向上代と同一の値に設定する。つまり、所定角度θを３６０度とした場合において、製造コストを考慮したタービン効率の向上代を値０に設定する。評価値は、製造コストの増加量と比例関係にあるものとする。例えば、製造コストの増加量が、所定角度θを３６０度とした場合の製造コストの増加量に対して１／２である場合には、評価値の値も１／２として算出するものとする。

ケーシング２１の製造コストは、基本的に、第一範囲２２２ａが広いほど、すなわち所定角度θが増加するほど増加する。第二範囲２２２ｂに比べて第一範囲２２２ａの内壁面の表面粗度Ｒｚを低下させるための処理が必要となるためである。そのため、製造コストを考慮したタービン効率の向上代は、所定角度θを３６０度とした場合において最小となる。図示するように、製造コストを考慮したタービン効率の向上代は、所定角度θが１２０度で最大となることがわかる。また、所定角度θが１８０度の場合と、所定角度θが６０度の場合とでは、概ね同程度の値となることがわかる。所定角度θを１８０度よりも大きく増加させていくと、製造コストを考慮したタービン効率の向上代は、低下していく。従って、第一範囲２２２ａと第二範囲２２２ｂとを区画する所定角度θは、環状部２２２の巻き始めの位置２２２ｓから１８０度以下だけ進んだ角度とされることが好ましい。所定角度θは、環状部２２２の巻き始めの位置２２２ｓから１２０度だけ進んだ角度とされることが、最も好ましい。それにより、タービン効率の向上と、製造コストの増加の抑制との両立を良好に図ることができる。

以上説明したように、本発明の実施形態にかかるケーシング２１及び排気ターボ過給機用タービン２は、スクロール２２の内壁面のうち、相対的に表面積が大きい巻き始めの位置２２２ｓから所定角度θまでの第一範囲２２２ａの内壁面について、第二範囲２２２ｂの内壁面よりも表面粗度Ｒｚ１を低下させることにより、排気ガスの流れの圧力損失及び熱エネルギー損失の発生を抑制することができる。また、相対的に表面積が小さく、排気ガスの流れの圧力損失及び熱エネルギー損失の発生が第一範囲２２２ａよりも少ないスクロール２２の第二範囲２２２ｂの内壁面においては、表面粗度Ｒｚ２を低下させる処理を行わないことで、製造コストの増加や量産性の低下を抑制することができる。従って、本発明の実施形態にかかるケーシング２１及び排気ターボ過給機用タービン２によれば、安価かつ量産性に優れ、タービン効率を向上させることが可能となる。

また、本実施形態において、所定角度θは、１８０度以下である。

この構成によれば、流れの圧力損失及び熱エネルギー損失の発生を抑制する効果が相対的に大きい巻き始めの位置から１８０度以下までの第一範囲２２２ａの内壁面のみ表面粗度Ｒｚ１を低下させるため、タービン効率の向上と、製造コストの増加及び量産性の低下の抑制との両立を、より良好に図ることができる。

また、本実施形態において、所定角度θは、１２０度以下である。

この構成によれば、流れの圧力損失及び熱エネルギー損失の発生を抑制する効果が相対的に最も大きい巻き始めの位置から１２０度以下までの第一範囲２２２ａの内壁面のみ表面粗度Ｒｚ１を低下させるため、タービン効率の向上と、製造コストの増加及び量産性の低下の抑制との両立を、極めて良好に図ることができる。

また、本実施形態において、第一範囲２２２ａにおける内壁面の表面粗度Ｒｚ１は、第二範囲２２２ｂにおける内壁面の表面粗度Ｒｚ２に対して、１／２以下の値である。

この構成によれば、第一範囲２２２ａにおける内壁面の表面粗度Ｒｚ１を十分に低下させて、第一範囲２２２ａでの流れの圧力損失及び熱エネルギー損失の発生を良好に抑制することができる。

また、本実施形態にかかる排気ターボ過給機用タービン２は、タービンロータ２３へと供給される排気ガスの容量を制御する可変ノズル機構４をさらに備える。

この構成によれば、特に小流量で作動させる際にスクロール２２内で熱エネルギー損失が発生しやすい可変容量型の排気ターボ過給機用タービン２において、熱エネルギー損失の発生を良好に抑制することができる。すなわち、本発明は、可変容量型の排気ターボ過給機用タービン２への適用に好適である。なお、本発明は、可変ノズル機構４を備えた可変容量型の排気ターボ過給機用タービンへの適用に限られず、一定容量型の排気ターボ過給機用タービンに適用してもよい。

なお、スクロール２２の導入部２２１においても、環状部２２２の第一範囲２２２ａと同様に、内壁面の表面粗度Ｒｚを第二範囲２２２ｂの内壁面の表面粗度Ｒｚ２よりも低下させるものとしてもよい。

なお、ケーシング２１の製造方法は、上述したものに限られない。例えば、ケーシング２１を鋳造した後に、スクロール２２の第一範囲２２２ａの内壁面と第二範囲２２２ｂの内壁面とに、切削加工による表面処理を施し、第一範囲２２２ａの内壁面の表面粗度Ｒｚ１を第二範囲２２２ｂの内壁面の表面粗度Ｒｚ２よりも低くするものとしてもよい。また、ケーシング２１を鋳造した後に、スクロール２２の第一範囲２２２ａの内壁面と第二範囲２２２ｂの内壁面とに、異なる材質の板金を固定することによって、第一範囲２２２ａの内壁面の表面粗度Ｒｚ１を第二範囲２２２ｂの内壁面の表面粗度Ｒｚ２よりも低くするものとしてもよい。これらの場合、ケーシング２１を鋳造する際に用いる鋳物は、予め表面粗度を異ならせた二つの範囲を設けたものでなく、一定の表面粗度を有するものであってもよい。また、これらの場合においても、ケーシング２１を鋳造した後、スクロール２２の第一範囲２２２ａの内壁面と、第二範囲２２２ｂの内壁面とに、異なる材質の表面コーティング処理を施してもよい。

１ 排気ターボ過給機
２ 排気ターボ過給機用タービン
２１ ケーシング
２２ スクロール
２２１ 導入部
２２２ｓ 巻き始めの位置
２２２ｅ 巻き終わりの位置
２２２ 環状部
２２２ａ 第一範囲
２２２ｂ 第二範囲
２３ タービンロータ
２３ａ ブレード
２４ 排気ガス出口
３ コンプレッサ
３１ コンプレッサハウジング
３２ 空気通路
３３ インペラ
３４ 空気入口
４ 可変ノズル機構
４１ ノズルマウント
４２ ノズルプレート
４３ ノズルベーン
４３ａ ノズル軸
４４ ドライブリング
４５ レバープレート
４５ａ 連結ピン
４６ アクチュエータ
４７ リンク
４８ ノズルサポート
５１ 軸受ハウジング
５２ 軸受
Ｃ 軸心
Ｓ タービンシャフト
θ 所定角度

Claims (8)

1. 排気ガスにより駆動されるタービンロータを収容し、前記タービンロータへの前記排気ガスの供給経路である渦巻状のスクロールを形成する排気ターボ過給機用タービンのケーシングであって、
   前記スクロールは、前記排気ガスを導入する筒状の導入部と、前記導入部から延びる環状部とを有する鋳造物であり、
   前記環状部は、巻き始めの位置から所定角度までの第一範囲と、前記所定角度から巻き終わりの位置の第二範囲とを含み、前記巻き始めの位置から前記巻き終わりの位置に向かうにつれて内壁面の表面積が減少し、
   前記第一範囲は、前記第二範囲よりも、前記内壁面の表面粗度が低い、ことを特徴とする排気ターボ過給機用タービンのケーシング。
2. 前記所定角度は、１８０度以下であることを特徴とする請求項１に記載の排気ターボ過給機用タービンのケーシング。
3. 前記所定角度は、１２０度以下であることを特徴とする請求項１に記載の排気ターボ過給機用タービンのケーシング。
4. 前記第一範囲における前記内壁面の表面粗度は、前記第二範囲における前記内壁面の表面粗度に対して、１／２以下の値であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の排気ターボ過給機用タービンのケーシング。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の排気ターボ過給機用タービンのケーシングと、
   前記ケーシング内に収容され、前記スクロールを介して供給される排気ガスにより駆動されるタービンロータと、
   を備えることを特徴とする排気ターボ過給機用タービン。
6. 前記タービンロータへと供給される前記排気ガスの容量を制御する可変ノズル機構をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の排気ターボ過給機用タービン。
7. 排気ガスにより駆動されるタービンロータを収容し、前記タービンロータへの前記排気ガスの供給経路である渦巻状のスクロールを形成する排気ターボ過給機用タービンのケーシングの製造方法であって、
   予め表面粗度を異ならせた二つの範囲を設けた鋳型を用いて前記ケーシングを鋳造することにより、前記スクロールを巻き始めの位置から所定角度までの第一範囲と、前記所定角度から巻き終わりの位置の第二範囲とを区画して形成し、
   前記第一範囲は、前記第二範囲よりも、内壁面の表面粗度が低い、
   ことを特徴とする排気ターボ過給機用タービンのケーシングの製造方法。
8. 前記第一範囲の内壁面と前記第二範囲の内壁面とに、異なる材質の表面コーティングを施すことを特徴とする請求項７に記載の排気ターボ過給機用タービンのケーシングの製造方法。

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