JP6882038B2 - Exhaust turbocharger - Google Patents
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Description
本願発明は、内燃機関に使用する排気ターボ過給機に関するものである。 The present invention relates to an exhaust turbocharger used in an internal combustion engine.
内燃機関に使用する排気ターボ過給機では、タービンが配置されているタービンハウジングが高温の排気ガスに晒される。そこで、タービンハウジングに冷却水ジャケットを形成して水冷式とすることが提案されており、その例が特許文献1〜3に開示されている。 In an exhaust turbocharger used for an internal combustion engine, the turbine housing in which the turbine is arranged is exposed to high-temperature exhaust gas. Therefore, it has been proposed to form a cooling water jacket on the turbine housing to make it a water-cooled type, and an example thereof is disclosed in Patent Documents 1 to 3.
排気ターボ過給機は、タービンが配置されたタービンハウジングと、コンプレッサ翼が配置されたコンプレッサハウジングと、両者の間に位置した中間ハウジングを有しているが、特許文献1は、これら3つのハウジングをアルミで一体に鋳造して、各ハウジングに冷却水ジャケットを形成している。 The exhaust turbocharger has a turbine housing in which a turbine is arranged, a compressor housing in which a compressor blade is arranged, and an intermediate housing located between the two. Patent Document 1 describes these three housings. Is integrally cast with aluminum to form a cooling water jacket in each housing.
他方、特許文献2では、冷却水ジャケットはタービンハウジングのみに形成されており、冷却水ジャケットは、スクロール室の外側の部位と入口通路の周囲とに、一体に連続した状態で、又は互いに分離した状態で形成されている。この特許文献2でも、タービンハウジングをアルミ製とすることが開示されている。
On the other hand, in
更に、特許文献3には、スクロール室を囲うように冷却水ジャケットを形成した場合において、冷却水ジャケットを、スクロール室の外周の外側に位置したリブにより、コンプレッサの側に位置した部分と排気出口の側に位置した部分とに左右に分離することが開示されている。
Further, in
冷却水ジャケットを設けると、冷却水ジャケットの内側に位置した部分は支持強度が低下するため、タービンを安定的に保持できるように、必要な剛性を確保することが要請される。冷却性能を高めるために冷却水ジャケットの広がり面積を大きくすると、剛性確保の要請は一層高くなる。しかし、特許文献1,2には単にスクロール室を囲う冷却水ジャケットが開示されているに過ぎず、剛性確保の要請についての配慮は見受けられない。
When the cooling water jacket is provided, the supporting strength of the portion located inside the cooling water jacket is lowered, so that it is required to secure the necessary rigidity so that the turbine can be stably held. If the spread area of the cooling water jacket is increased in order to improve the cooling performance, the demand for ensuring rigidity becomes even higher. However,
他方、特許文献3では、冷却水ジャケットで区分された内外の部分は、冷却水ジャケットを左右に分断するリブによって繋がっているため、特許文献1,2に比べて剛性を向上できるといえる。しかし、冷却水ジャケットはスクロール室を部分的に囲うように形成しているに過ぎないため、十分な冷却性能を確保できるか疑問である。
On the other hand, in
本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、水冷式の排気ターボ過給機を、冷却性能と剛性とが確保された態様で提供せんとするものである。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a water-cooled exhaust turbocharger in a manner in which cooling performance and rigidity are ensured.
本願発明の排気ターボ過給機は、
「タービンハウジングに、排気ガスにてタービンを回転駆動するスクロール室と、前記スクロール室に排気ガスを送り込む入口通路と、前記スクロール室及び入口通路を囲う冷却水ジャケットとが形成されている」
という構成において、
「前記スクロール室を囲う冷却水ジャケットは、前記入口通路の長手方向と同方向に長く延びる横長隔壁によって上下に区分されていると共に、前記横長隔壁の上方において前記タービンの周方向に延びる上縦長リブ及び前記横長隔壁の下方において前記タービンの周方向に延びる下縦長リブにより、前記入口通路の軸心方向から見て左右に区分されており、
前記冷却水ジャケットのうち前記入口通路の箇所は、前記上縦長リブの上流側において左右が一体に連続した上部冷却水ジャケットを有し、前記上部冷却水ジャケットに上向きの冷却水出口が連通している」
という構成になっている。なお、縦長リブは縦長隔壁と呼ぶことも可能である。The exhaust turbocharger of the present invention is
"The turbine housing, and the scroll chamber for rotating the turbine at the exhaust gas, an inlet passage for feeding exhaust gas into the scroll chamber, a cooling water jacket surrounding the scroll chamber and the inlet passage is formed"
In the configuration that,
"The cooling water jacket surrounding the scroll chamber is vertically divided by a horizontally long partition wall extending in the same direction as the longitudinal direction of the inlet passage, and an upper vertically long rib extending above the horizontally long partition wall in the circumferential direction of the turbine. And below the horizontally long partition wall, it is divided into left and right when viewed from the axial direction of the inlet passage by a lower vertically long rib extending in the circumferential direction of the turbine.
The inlet passage portion of the cooling water jacket has an upper cooling water jacket that is integrally continuous on the left and right on the upstream side of the upper vertically elongated rib, and an upward cooling water outlet communicates with the upper cooling water jacket. There "
It is configured as. The vertically long rib can also be called a vertically long partition wall.
横長隔壁及び縦長リブは、それぞれ一連に連続していてもよいし、分断しつつ直列状に延びていてもよい。また、縦長リブは1本(又は一列)に形成されていてもよいし、複数列に形成されていてもよい。 The horizontally long partition wall and the vertically long rib may be continuous in a series, or may be divided and extended in series. Further, Vertical ribs may be formed in one (or one row), but it may also be formed in a plurality of rows.
本願発明では、冷却水ジャケットで区分された内外の部分は、入口通路の軸心方向から見て前後方向に長い横長隔壁と、上下方向に長い縦長リブとによって繋がっている。従って、冷却水ジャケットを広い面積にしてタービンハウジングの冷却性能を高めつつ、全体の剛性を高めてタービンを安定的に保持できる。このため、タービンハウジングを熱害に強い構成にして信頼性を高めたり、アルミ製として軽量化したりすることに大きく貢献できる。 In the present invention, the inner and outer portions separated by the cooling water jacket are connected by a horizontally long partition wall that is long in the front-rear direction and a vertically long rib that is long in the vertical direction when viewed from the axial direction of the inlet passage. Therefore, the cooling water jacket has a large area to improve the cooling performance of the turbine housing, and the overall rigidity can be increased to stably hold the turbine. For this reason, it is possible to greatly contribute to improving the reliability of the turbine housing by making it resistant to heat damage and reducing the weight by making it made of aluminum.
また、横長隔壁及び縦長リブを利用して冷却水の流れを制御することも可能であるため、タービンハウジングを隅々までまんべんなく冷却して熱ひずみを抑制することにも貢献可能である。
また、上縦長リブの後ろにおいて上部ジャケットは左右が一体に連続しているため、冷却水を冷却水出口にスムースに集めることができる。
Further, since it is possible to control the flow of the cooling water by using the horizontally long partition wall and the vertically long rib, it is possible to contribute to suppressing the thermal strain by evenly cooling the turbine housing to every corner.
Further, since the left and right sides of the upper jacket are integrally continuous behind the upper vertically elongated rib, the cooling water can be smoothly collected at the cooling water outlet.
(1).概要
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図1〜3を参照して概要を説明する。本実施形態では、方向を明確にするため前後・左右・上下の文言を使用するが、回転軸の長手方向を左右方向として、これと直交すると共にシリンダヘッドの排気側面と直交した方向を前後方向として、シリンダヘッドから向いた方向を前としている。上下方向は鉛直方向である。念のため、図1,2等に方向を明示している。
(1). Outline Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, an outline will be described with reference to FIGS. 1 to 3. In the present embodiment, the words front-back, left-right, and up-down are used to clarify the direction, but the longitudinal direction of the rotation axis is the left-right direction, and the direction orthogonal to this is the front-back direction. The direction facing from the cylinder head is the front. The vertical direction is the vertical direction. Just in case, the direction is clearly shown in Figures 1 and 2.
図3に示すように、排気ターボ過給機は、ブレード式のタービン1及びコンプレッサ翼2を備えており、両者は、水平姿勢の回転軸3の一端部と他端部とに固定されている。また、排気ターボ過給機は、タービンハウジング4とコンプレッサハウジング5、及び、両者の間に位置した中間ハウジング6とを有しており、タービンハウジング4と中間ハウジング6とは、アルミの鋳造品として一体に製造されている。コンプレッサハウジング5は、アルミのダイキャスト品又は鋳造品である。
As shown in FIG. 3, the exhaust turbocharger includes a blade-type turbine 1 and a
タービンハウジング4には、タービン1が回転自在に配置されたタービン室7と、タービン室7の外周部に連通したタービン側スクロール室8とが形成されている。タービン側スクロール室8は、タービン1の回転軸心からの距離は始端が大きくて終端に向けて小さくなる渦巻き形状になっており、その始端(上端)に、図1(B)に示す入口通路9が連通している。
The
従って、タービンハウジング4は、タービン側スクロール室8が形成された円形状部4aと、入口通路9が形成された入口筒部4bとを有しており、かつ、中間ハウジング6と反対側に突出したサイド張り出し部4cが、円形状部4a及び入口筒部4bと一体に繋がった状態で形成されている。入口筒部4bの後端には、シリンダヘッド(又は排気マニホールドの集合部)にボルトで固定される入口側フランジ12が形成されている。
Therefore, the
また、図3から理解できるように、サイド張り出し部4cには、タービン室7から排出された排気ガスが流れる出口通路13と、入口通路9と出口通路13とを繋ぐウエストゲート通路14とが形成されており、ウエストゲート通路14は、回動式のウエストゲートバルブ15で開閉される。出口通路13には、タービン側スクロール室8の内周部を構成するためのシュラウドピース13aを装着している。ウエストゲートバルブ15は、図1に示すダイヤフラム式のアクチュェータ16によって駆動される。アクチュェータ16はロッド17を有しており、ロッド17が前後動すると、外リンク18と支軸19と内リンク20とを介して、ウエストゲートバルブ15が支軸19の軸心回りに回動する。
Further, as can be understood from FIG. 3, an
サイド張り出し部4cには出口側フランジ21が形成されており、図示は省略するが、この出口側フランジ16に触媒ケースが固定される(排気管を固定してもよい。)。排気ガスが排出される出口穴13bは、斜め下向きに開口している。
An
図3に示すように、コンプレッサハウジング5には、吸気入口22と、コンプレッサ翼2の外側に位置したコンプレッサ側スクロール室23とが形成されており、コンプレッサ側スクロール室23で加圧された吸気は、排出口24から吸気系に排出される。コンプレッサハウジング5は、C形又は2つ割り状のリング25を介して中間ハウジング6と連結されている。
As shown in FIG. 3, the
中間ハウジング6には、フローティングメタル26を介して回転軸3を回転自在に保持する軸受け部27が形成されている。軸受け部27には、上向きに開口したオイル供給穴28と、下向きに開口したオイル排出穴29とが形成されている。回転軸3のシール構造は、本願発明との関係はないので説明は省略する。
The
(2).タービンハウジングの冷却構造
タービンハウジング4には、冷却水が流れる冷却水ジャケットを形成している。この点を、図4以下の図面を参照して説明する。図7(C)及び図8に示すように、冷却水ジャケット31は、基本的には、タービンハウジング4の円形状部4aと入口筒部4bとを全体的に覆う形態である。
(2). Cooling structure of the turbine housing The
そして、冷却水ジャケット31のうち、スクロール室8を挟んで手前側の部位は、前部横長隔壁32aで上下に仕切られて、スクロール室8を挟んで後ろ側の部位は、左右の後部横長隔壁32bで上下に仕切られている。前部横長隔壁32aは、スクロール室8を左右と手前から囲うように平面視で略U形の形態を成しており、大まかには、横長隔壁32a,32bは、入口筒部4bの軸心方向である前後方向に長く延びる形態になっている。
The front portion of the cooling
従って、冷却水ジャケット31は、横長隔壁32a,32bにより、上部ジャケット33と下部ジャケット34に区分されている。そして、上下ジャケット33,34は、1つのフロント連通部35と、左右2つのリア連通部36によって連通している。下部ジャケット34には冷却水入口37が連通して、上部ジャケット33には冷却水出口38が連通している。冷却水入口37及び冷却水出口38はボス部に形成されており、図8,9に示すように、継手筒37a,38aを介してホースに接続されている。
Therefore, the cooling
連通部35,36は前後に分かれているので、冷却水は上下ジャケット33,34の全体をまんべんなく流れて冷却水出口38から排出される。従って、タービンハウジング4の全体をできるだけ均等に冷却して、熱ひずみの発生を大幅に抑制できる。
Since the
図3,5,7(A)(B)などに示すように、サイド張り出し部4cは、円形状部4a及び入口筒部4bよりも上に突出した山形になっており、最も高い部位に出口ボス39を形成して、これに冷却水出口38を形成している。従って、上部ジャケット33は、側面視及び正面視で上向きに窄まった漏斗状になっており、下部ジャケット34から送られた冷却水は、途中で淀むようなことなく、冷却水出口38に集められて確実に排出される。上部ジャケット33の上向き突出部に、例えば図6(B)において符号33aを付している。
As shown in FIGS. 3, 5, 7 (A), (B) and the like, the
また、例えば図5に明示するように、冷却水ジャケット31の冷却水入口37は、タービン室7の真下に位置して筒状の形態になっている一方、冷却水出口38は、出口通路13及びウエストゲート通路14の側に偏っており、両者は左右方向に離れている(オフセットされている。)。また、上下冷却水ジャケット33,34も、出口通路13及びウエストゲート通路14の側(サイド張り出し部4cの側)において、中間ハウジング6の側よりも体積(容積)が遥かに大きくなっている。このため、高温に晒されて熱害を受けやすい部位(特に、排気ガス通路で囲まれた部位)を強く冷却して、熱ひずみの発生を大幅に抑制できる。
Further, for example, as clearly shown in FIG. 5, the cooling
連通穴35,36は、外向きに開口した空洞部40にねじ式のプラグ41を嵌め込むことによって形成されている。すなわち、プラグ41を空洞部40の途中までねじ込むことにより、空洞部40の一部を連通穴35,36と成している。
The communication holes 35 and 36 are formed by fitting a screw-
図4(B)や図8(A)、図9(B)から理解できるように、円形状部4aには、上部ジャケット33と下部ジャケット34とを左右に二分する上下の縦長リブ42,43が形成されている。従って、円形状部4aの箇所において冷却水ジャケット31で区分された内外の部分は、前部横長隔壁32aと上下の縦長リブ42,43とによって繋がっており、これら前部横長隔壁32aと上下の縦長リブ42,43とは、正面視で十文字状の形態を成している。縦長リブ42,43は、スクロール室8を半割りする位置に形成されている。
As can be understood from FIGS. 4 (B), 8 (A), and 9 (B), the
上下の縦長リブ42,43は、水流を左右に分ける整流機能も保持させ得るため、冷却水の流れのスムース化にも貢献できる。更に、縦長リブ42,43は放熱の機能も発揮するため、熱の籠もりを抑制できる利点もある。図8(A)から理解できるように、上部縦長リブ42は、概ね円形状部4aの前半分程度に形成されており、上縦長リブ42の後ろにおいて上部ジャケット33は左右が一体に連続している。従って、冷却水は、冷却水出口38にスムースに集められる。
Since the upper and lower vertically elongated
他方、下部縦長リブ43は、冷却水入口37を挟んで前後両側に形成されている。従って、下部ジャケット34は、円形状部4aの箇所では、前後の下部縦長リブ43と、冷却水入口37を形成しているボス部とによって左右に分離しており、手前の下部縦長リブ43で左右に分離された水流は、フロント連通部35に集合して上部ジャケット33に流れて、後ろの下部縦長リブ43で左右に分離された水流は、入口筒部4bの箇所において下部ジャケット34に集合して、左右のリア連通部36に分かれて上部ジャケット33に流れていく。
On the other hand, the lower vertically elongated
円形状部4a(スクロール室8を囲う部分)の箇所では、冷却水ジャケット31で区分された内外の部分は、左右の前部横長隔壁32aと上下の縦長リブ42,43とによって繋がっている。すなわち、円形状部4aでは、冷却水ジャケット31で分離した内外の部分は、十文字状に配置された前部横長隔壁32aと縦長リブ42,43とによって連結されている。このため、スクロール室8を冷却水ジャケット31で全体的に囲いつつ、高い剛性を確保できる。特に、スクロール室8が形成されている内側部分に高い剛性を保持できるため、タービン1を安定的に保持できて高い信頼性を確保できる。
At the portion of the
また、円形状部4aの後ろ半分も、冷却水ジャケット31(33,34)で区分された内外の部分は、左右の横長隔壁32a,32bと下部の縦長リブ43とで連結されているため、冷却水の排出の確実性を損なうことなく、高い剛性を確保できる。
Further, as for the rear half of the
さて、コンプレッサハウジング5には吸気管が接続されている一方、タービンハウジング4の出口側フランジ21には触媒ケースや排気管が接続されており、従って、タービンハウジング4は下向きの曲げ作用を受けるが、実施形態のように下部縦長リブ43を円形状部4aの後半部にも形成すると、後ろ側の下部縦長リブ43が曲げに対する高い抵抗になるため、タービンハウジング4全体として高い剛性を確保できる利点がある。
Now, while the intake pipe is connected to the
図7(B)に示すように、入口筒部4bは、その後端から前端に向けて高さが少し高くなるように傾斜している。このため、図7(C)に示すように、冷却水ジャケット31のうち入口筒部4bの箇所に位置した部分も、手前に向けて高くなるように側面視でやや傾斜している。この冷却水ジャケット31の形態に対応して、後部横長隔壁32bは、いったん立ち上がってから水平状の姿勢で後ろに向かい、それから後ろに向けて低くなるように傾斜しており、このため、下部ジャケット34の上面は、概ね側面視で山形の形態を成している。
As shown in FIG. 7B, the
そこで、下部ジャケット34の上端部に気泡が溜まることを確実に阻止すべく、後部横長隔壁32bのうち高さが高い部分に、図9(A)に示すように連通穴44を形成している。このため、冷却水に気泡が含まれていたり、冷却水が沸騰して気泡が発生したりしても、気泡を速やかに排除できる。このため、高い冷却性を確保できる。連通穴44はドルリ加工で形成されているため、タービンハウジング4には連通穴44と同心のドリル穴45が空いているが、このドリル穴45は図示しないプラグで塞がれている。
Therefore, in order to surely prevent air bubbles from accumulating at the upper end of the
図8に示すように、タービン側スクロール室8は渦巻き状になっているため、タービン側スクロール室8の始端部は入口通路9の終端部とで挟まれた部分は、先端に向けて厚さが薄くなった舌部46になっている。このため、舌部46はタービンハウジング4で最も過酷な熱環境に晒されるが、本実施形態では、概ね舌部46の横に後部横長隔壁32bの前端部が位置しており、後部横長隔壁32bのうち舌部46の横に位置した部位に連通穴44が空いている。
As shown in FIG. 8, since the turbine-
そして、連通穴44を冷却水が流れることにより、後部横長隔壁32bから冷却水への熱交換が著しく促進されるため、舌部46の熱も後部横長隔壁32bを介して冷却水に速やかに放熱される。その結果、舌部46が過剰に昇温することを防止して、高い品質を確保できる。図9に示すように、入口通路9とウエストゲート通路14とは左右に並んでおり、両者の間に後部横長隔壁32bの片側が位置しているが、後部横長隔壁32bに連通穴44を空けると、ウエストゲート通路14の箇所からの伝熱も抑制できるため、舌部46の保護手段として一層有益である。
Then, since the cooling water flows through the
以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は、他にも様々に具体化できる。例えば冷却水ジャケットの形態は、タービンハウジングの形状等に応じて適宜設定できる。中間ハウジングとタービンハウジングとは別体であってもよい。また、円形状部の箇所の冷却水ジャケットと入口筒部の箇所の冷却水ジャケットとを分離することも可能である。冷却水ジャケットで分離された内外の部分は、横長隔壁と縦長リブの他に、柱状や帯板状等の補助リブで連結することも可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be embodied in various ways. For example, the shape of the cooling water jacket can be appropriately set according to the shape of the turbine housing and the like. The intermediate housing and the turbine housing but it may also be a separate body. Also, it is possible to separate the cooling water jacket portion of the cooling water jacket and the inlet tube portion of the portion of the circular portion. The inner and outer parts separated by the cooling water jacket can be connected by auxiliary ribs such as columns and strips in addition to the horizontally long partition wall and the vertically long ribs.
本願発明は、実際に排気ターボ過給機に具体化できる。従って、産業上利用できる。 The invention of the present application can be actually embodied in an exhaust turbocharger. Therefore, it can be used industrially.
1 回転軸
2 タービン
4 タービンハウジング
4a 円形状部
4b 入口筒部
4c サイド張り出し部
7 タービン室
8 タービン側スクロール室
9 入口通路
31 冷却水ジャケット
32a,32b 横長隔壁
33 上部ジャケット
34 下部ジャケット
35,36 連通部
37 冷却水入口
39 冷却水出口
42,43 縦長リブ
1 Rotating
Claims (1)
前記スクロール室を囲う冷却水ジャケットは、前記入口通路の長手方向と同方向に長く延びる横長隔壁によって上下に区分されていると共に、前記横長隔壁の上方において前記タービンの周方向に延びる上縦長リブ及び前記横長隔壁の下方において前記タービンの周方向に延びる下縦長リブにより、前記入口通路の軸心方向から見て左右に区分されており、
前記冷却水ジャケットのうち前記入口通路の箇所は、前記上縦長リブの上流側において左右が一体に連続した上部冷却水ジャケットを有し、前記上部冷却水ジャケットに上向きの冷却水出口が連通している、
排気ターボ過給機。The turbine housing, and the scroll chamber for rotating the turbine at the exhaust gas, an inlet passage for feeding exhaust gas into the scroll chamber, a configuration in which the cooling water jacket surrounding the scroll chamber and the inlet passage is formed ,
Cooling water jacket surrounding the scroll chamber, said by the longitudinal and extending long Horizontal partition wall in the same direction of the inlet passage with being divided into upper and lower, longitudinal ribs on extending in the circumferential direction of the turbine above the said horizontal partition wall and Below the horizontally long partition wall, a lower vertically long rib extending in the circumferential direction of the turbine divides the turbine into left and right when viewed from the axial direction of the inlet passage.
The inlet passage portion of the cooling water jacket has an upper cooling water jacket that is integrally continuous on the left and right on the upstream side of the upper vertically elongated rib, and an upward cooling water outlet communicates with the upper cooling water jacket. Yes,
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