以下、ターボチャージャに用いられるタービンハウジングを具体化した一実施形態を図1及び図2にしたがって説明する。本実施形態のターボチャージャは、車両に搭載されている。ターボチャージャは、車両のエンジンへの吸気の過給を行う。
図1に示すように、ターボチャージャ10のハウジング11は、ベアリングハウジング20、タービンハウジング30、及びコンプレッサハウジング40を有している。ベアリングハウジング20及びコンプレッサハウジング40は、鋳造製である。タービンハウジング30の内部には、エンジンEから排出された排ガスが流れる。コンプレッサハウジング40の内部には、エンジンEへ導かれる吸気が流れる。
ベアリングハウジング20は、インペラシャフト12を回転可能に支持する。インペラシャフト12の回転軸線方向の一端には、タービンホイール13が連結されている。インペラシャフト12の回転軸線方向の他端には、コンプレッサインペラ14が連結されている。タービンハウジング30は、ベアリングハウジング20におけるインペラシャフト12の回転軸線方向の一端に連結されている。コンプレッサハウジング40は、ベアリングハウジング20におけるインペラシャフト12の回転軸線方向の他端に連結されている。
ベアリングハウジング20は、挿通孔21hが形成された筒状の本体部21を有している。挿通孔21hには、インペラシャフト12が挿通されている。本体部21は、挿通孔21hに挿通されたインペラシャフト12を、ラジアル軸受15を介して回転可能に支持している。本体部21の軸線方向は、インペラシャフト12の回転軸線方向に一致する。
ベアリングハウジング20は、第1フランジ部22及び第2フランジ部23を有している。第1フランジ部22は、本体部21の外周面における軸線方向の一端部から本体部21の径方向外側に環状に突出している。第2フランジ部23は、本体部21の外周面における軸線方向の他端部から本体部21の径方向外側に環状に突出している。さらに、本体部21は、筒状の突出部24を有している。突出部24は、本体部21におけるインペラシャフト12の回転軸線方向に位置する一端面21aから突出している。挿通孔21hは、突出部24の先端面24aに開口している。
本体部21におけるインペラシャフト12の回転軸線方向においてコンプレッサハウジング40側に位置する端面21bには、第1収容凹部25が形成されている。さらに、第1収容凹部25の底面には、第2収容凹部26が形成されている。第1収容凹部25の中心軸線と第2収容凹部26の中心軸線とは互いに一致している。挿通孔21hは、第2収容凹部26の底面に開口している。第2収容凹部26の孔径は、挿通孔21hの孔径よりも大きい。第1収容凹部25の中心軸線、及び第2収容凹部26の中心軸線は、挿通孔21hの中心軸線に一致している。第2収容凹部26内には、スラスト軸受16が収容されている。スラスト軸受16は、第2収容凹部26の底面に接した状態で第2収容凹部26内に収容されている。
第1収容凹部25には、板状の蓋部材29が嵌め込まれている。蓋部材29には、第2収容凹部26に連通する連通孔29hが形成されている。連通孔29hの孔径は、第2収容凹部26の孔径と同じである。連通孔29hの中心軸線と第2収容凹部26の中心軸線とは互いに一致している。
コンプレッサハウジング40は、有底筒状のコンプレッサ本体部41を有している。コンプレッサ本体部41は、略円板状の底壁41aと、底壁41aの外周部から筒状に立設される周壁41bと、を有している。周壁41bにおける底壁41aとは反対側の一面は開口している。コンプレッサハウジング40は、周壁41bにおける開口側の端部と第2フランジ部23とが図示しない螺子により取り付けられることにより、ベアリングハウジング20におけるインペラシャフト12の回転軸線方向の他端に連結されている。周壁41bの開口は、本体部21及び第2フランジ部23によって閉塞されている。
また、コンプレッサハウジング40は、吸気口42aが形成されたコンプレッサ筒状部42を有している。コンプレッサ筒状部42は、底壁41aの外面から周壁41bとは反対側に突出している。吸気口42aは、インペラシャフト12の回転軸線方向に延びている。吸気口42aの中心軸線は、インペラシャフト12の回転軸線に一致している。
コンプレッサハウジング40内には、コンプレッサインペラ室43、ディフューザ流路44、及びコンプレッサスクロール流路45が形成されている。コンプレッサインペラ室43は、吸気口42aに連通するとともにコンプレッサインペラ14を収容する。コンプレッサスクロール流路45は、コンプレッサインペラ室43の外周を渦巻状に周回している。ディフューザ流路44は、コンプレッサインペラ室43の周囲で環状に延びるとともに、コンプレッサインペラ室43とコンプレッサスクロール流路45とを連通する。
コンプレッサハウジング40内には、筒状のコンプレッサシュラウド部材46が設けられている。コンプレッサシュラウド部材46は、コンプレッサ筒状部42の内周面に沿って延びる筒部46aと、筒部46aに連続するとともに底壁41aの内底面に沿って環状に延びる環状部46bと、を有している。コンプレッサインペラ室43は、コンプレッサシュラウド部材46の筒部46aとベアリングハウジング20の第2収容凹部26とで囲まれた空間である。
コンプレッサインペラ14は、インペラシャフト12の回転軸線方向に延び、且つ、インペラシャフト12が挿通可能なシャフト挿通孔14hを有している。インペラシャフト12の回転軸線方向の他端部は、コンプレッサインペラ室43に突出している。そして、コンプレッサインペラ14は、インペラシャフト12におけるコンプレッサインペラ室43に突出している部分がシャフト挿通孔14hに挿通された状態で、インペラシャフト12と一体的に回転可能となるように、ナットなどを介してインペラシャフト12に取り付けられている。コンプレッサインペラ14におけるベアリングハウジング20側の端部は、図示しないシールリングカラーやスラストカラーなどを介してスラスト軸受16により支持されている。スラスト軸受16は、コンプレッサインペラ14に作用するスラスト方向の荷重を受ける。
コンプレッサシュラウド部材46の環状部46bにおけるベアリングハウジング20と対向する面46cは、インペラシャフト12の径方向に延びる平坦面状である。そして、ディフューザ流路44は、環状部46bの面46cと、ベアリングハウジング20におけるインペラシャフト12の回転軸線方向の他端に位置する端面であって、且つ環状部46bの面46cとインペラシャフト12の回転軸線方向で対向する部分との間に形成されている。
コンプレッサハウジング40内には、環状のコンプレッサスクロール部材47が設けられている。コンプレッサスクロール部材47は、コンプレッサシュラウド部材46の周囲に延びている。コンプレッサスクロール流路45は、コンプレッサシュラウド部材46の環状部46bの外周面、コンプレッサ本体部41の底壁41aの内底面、及びコンプレッサスクロール部材47の内周面によって形成されている。なお、コンプレッサスクロール部材47及びコンプレッサシュラウド部材46が、コンプレッサハウジング40と別部材ではなく、コンプレッサハウジング40に一体形成されている構成であってもよい。
図2に示すように、タービンハウジング30は、内装部材30aと、内装部材30aを収容する外装部材30bと、を備えている。
外装部材30bは、有底筒状のハウジング本体31と、閉塞部材38と、を有している。ハウジング本体31及び閉塞部材38は、それぞれ鋳造製である。したがって、外装部材30bは、鋳造製である。ハウジング本体31は、略円板状の本体底壁31aと、本体底壁31aの外周部から筒状に立設される本体周壁31bと、を有している。本体周壁31bにおける本体底壁31aとは反対側の一面は開口している。
本体周壁31bの外周面における開口側の端部には、ハウジング本体31の径方向外側に突出する環状のフランジ部31fが形成されている。フランジ部31fにおける本体底壁31aとは反対側の端面31cは、本体周壁31bにおける開口側の端面31dよりも本体底壁31aとは反対寄りに位置している。フランジ部31fの端面31c及び本体周壁31bの端面31dは、ハウジング本体31の径方向に延びる平坦面状である。
閉塞部材38は、ハウジング本体31の開口を閉塞している。閉塞部材38は、略円板状の閉塞底壁38aと、閉塞底壁38aの外周部から筒状に立設される閉塞周壁38bと、を有する有底筒状である。閉塞底壁38aには、貫通孔38hが形成されている。また、閉塞部材38は、閉塞周壁38bの外周面における閉塞底壁38aとは反対側の端部から閉塞部材38の径方向外側に向かって延びる環状のフランジ部38cを有している。閉塞周壁38bの開口端部は、フランジ部38cにおける閉塞底壁38aとは反対側の端面381よりも突出する突出部38dになっている。
ハウジング本体31と閉塞部材38とは、フランジ部31fの端面31cと閉塞部材38のフランジ部38cの端面381とが接触した状態で、フランジ部31fとフランジ部38cとが螺子17により取り付けられることにより、互いに連結されている。そして、閉塞部材38は、本体周壁31bの開口を閉塞している。ハウジング本体31の軸線と、閉塞部材38の軸線とは互いに一致している。
フランジ部31fの端面31cと閉塞部材38の端面381との間には、シール部材18が設けられている。シール部材18は、フランジ部31fの端面31cと閉塞部材38の端面381との間をシールする。
閉塞部材38は、閉塞底壁38aと第1フランジ部22とが図示しない螺子により取り付けられることにより、ベアリングハウジング20の本体部21に連結されている。これにより、タービンハウジング30の外装部材30bが、ベアリングハウジング20に連結されている。ハウジング本体31の軸線、及び閉塞部材38の軸線と、インペラシャフト12の回転軸線とは一致している。本体部21の突出部24は、閉塞部材38の貫通孔38hに挿入されている。そして、閉塞部材38が本体部21に連結された状態において、閉塞部材38は、本体部21の突出部24の周囲を取り囲むように位置している。
外装部材30bは、本体底壁31aから本体周壁31bとは反対側に突出するタービン筒状部32を有している。タービン筒状部32内には、吐出口32aが形成されている。吐出口32aは、インペラシャフト12の回転軸線方向に延びている。吐出口32aの中心軸線は、インペラシャフト12の回転軸線に一致している。タービン筒状部32の開口端面32eは、インペラシャフト12の径方向に延びる平坦面状である。
タービン筒状部32の外周面における開口側端部には、環状の連結フランジ32fが突出している。また、吐出口32aには、下流側排気管19が接続されている。下流側排気管19は、下流側排気管19の連結フランジ19fとタービン筒状部32の連結フランジ32fとがクランプ部材19cによって挟み込まれた状態で互いに連結されることにより、タービン筒状部32に連結されている。下流側排気管19におけるタービン筒状部32側の端面19eは、タービン筒状部32の開口端面32eと平行に延びる平坦面状である。
下流側排気管19は、ターボチャージャ10と、タービンハウジング30よりも排ガスの流れ方向の下流に設けられる触媒C1とを接続する。触媒C1は、排ガスを浄化する。触媒C1は、活性化温度以上に温度が上昇することで、排ガスの浄化能力を発揮する。
タービンハウジング30内には、タービン室33、連通流路34、及びタービンスクロール流路35が形成されている。タービンスクロール流路35は、エンジンEから排出される排ガスが流れる渦巻状のスクロール流路である。タービン室33は、タービンホイール13を収容する。タービンスクロール流路35は、タービン室33の外周を渦巻状に周回している。よって、タービンスクロール流路35は、タービン室33の周囲を取り囲むとともにタービンホイール13を囲繞するように形成されている。タービンスクロール流路35は、タービンハウジング30に流入した排ガスをタービン室33に導く流路の一部である。連通流路34は、タービン室33の周囲で環状に延びるとともに、タービンスクロール流路35とタービン室33とを連通する。
ターボチャージャ10は、複数のノズルベーン50、第1プレート51、及び第2プレート52を備えている。複数のノズルベーン50は、連通流路34の流路面積を可変とし、タービン室33に導かれる排ガスの流速を調整する。複数のノズルベーン50は、連通流路34の周方向において互いに間隔を置いてそれぞれ配置されている。
第1プレート51は、閉塞部材38の閉塞周壁38bの内側に配置されるとともに、ベアリングハウジング20の突出部24の周囲で環状に延びている。第1プレート51は、複数のノズルベーン50を回動可能に支持するとともに連通流路34におけるベアリングハウジング20側の内壁を形成している。第1プレート51は、第1プレート51の内周面からインペラシャフト12の径方向内側に突出する環状の凸部51fを有している。凸部51fは、突出部24に対してインペラシャフト12の回転軸線方向で対向している。また、第1プレート51は、ベアリングハウジング20の本体部21の一端面21aに当接している。
第2プレート52は、インペラシャフト12の回転軸線方向に延びる筒部52aと、筒部52aに連続するとともにインペラシャフト12の径方向に延びる環状部52bと、を有している。タービン室33は、第2プレート52の筒部52a、第1プレート51の凸部51f、及びベアリングハウジング20の突出部24の先端面24aにより囲まれた空間である。タービン室33は、吐出口32aに連通している。吐出口32aは、タービン室33を通過した排ガスが導かれる。
第2プレート52の環状部52bは、インペラシャフト12の回転軸線方向で第1プレート51と対向配置され、第1プレート51と協働して複数のノズルベーン50を回動可能に支持する。環状部52bは、連通流路34における本体底壁31a側の内壁を形成している。したがって、第2プレート52は、連通流路34における本体底壁31a側の内壁を形成するシュラウド部である。インペラシャフト12の回転軸線方向での第1プレート51と第2プレート52の環状部52bとの間隔は、柱状の複数のスペーサ53により保持されている。複数のスペーサ53は、連通流路34の周方向において互いに間隔を置いてそれぞれ配置されている。なお、複数のノズルベーン50は、図示しないリンク部材によって駆動する。
タービンホイール13は、挿通孔21hに向けて突出する嵌合凸部13fを有している。インペラシャフト12における回転軸線方向の一端面には、嵌合凸部13fが嵌合可能な嵌合凹部12fが形成されている。そして、タービンホイール13は、嵌合凸部13fがインペラシャフト12の嵌合凹部12fに嵌合された状態で、インペラシャフト12と一体的に回転可能となるように、溶接などによりインペラシャフト12に取り付けられている。タービンホイール13は、タービン室33に導入された排ガスによって回転し、このタービンホイール13の回転に伴ってインペラシャフト12が一体的に回転する。タービンホイール13の回転軸線は、インペラシャフト12の回転軸線と一致している。
ハウジング本体31は、ハウジング本体31の本体底壁31aの外周部において、ベアリングハウジング20とは反対側に向けて膨出する環状の膨出壁36を有している。膨出壁36は、タービン筒状部32の周囲を取り囲んでいる。膨出壁36は、本体底壁31aの一部分である。膨出壁36は、ベアリングハウジング20とは反対側に向けて凸となる弧状に湾曲した形状である。膨出壁36は、ハウジング本体31の本体周壁31bにおける開口側とは反対側の端部と本体底壁31aにおける膨出壁36よりもインペラシャフト12の径方向内側の部位とを接続している。
内装部材30aは、閉塞プレート60と、スクロール流路形成プレート65と、サブプレート70と、を有している。閉塞プレート60、スクロール流路形成プレート65、及びサブプレート70は、薄板状の板金製である。したがって、内装部材30aは、板金製である。よって、外装部材30bは、内装部材30aよりも熱膨張し難い。閉塞プレート60の厚み、スクロール流路形成プレート65の厚み、及びサブプレート70の厚みは、それぞれ同じである。
閉塞プレート60は、環状である。閉塞プレート60は、第1プレート51の周囲に配置されている。閉塞プレート60は、タービンホイール13の回転軸線に対して直交する方向に延びるとともに、タービンスクロール流路35におけるハウジング本体31の本体周壁31bの開口側に位置する内壁であるスクロール閉塞壁61を形成している。閉塞プレート60の外周部は、本体周壁31bの端面31dと閉塞部材38の突出部38dの端面380との間に延びている。また、閉塞プレート60は、閉塞プレート60の内周部からインペラシャフト12の回転軸線方向で本体底壁31a側に向けて突出する筒状のリブ62を有している。リブ62は、第1プレート51に対して非接触である。
スクロール流路形成プレート65は、タービン室33の外周を渦巻状に周回している。スクロール流路形成プレート65は、第1スクロール外周壁66、スクロール内周壁67、スクロール連繋壁68、及び固定用内周壁69を有している。
第1スクロール外周壁66は、本体底壁31a側から本体周壁31bの開口に向けて延びている。第1スクロール外周壁66は、筒状である。第1スクロール外周壁66は、タービンスクロール流路35の外周側に位置する内壁であって、且つ本体底壁31a側の部位の内壁を形成している。第1スクロール外周壁66は、第2プレート52よりもインペラシャフト12の径方向外側でタービン室33の外周を取り囲んでいる。第1スクロール外周壁66の外周面は、本体周壁31bの内周面に沿って延びている。第1スクロール外周壁66の外周面は、本体周壁31bの内周面から離間している。
スクロール内周壁67は、第1スクロール外周壁66の内側に位置している。スクロール内周壁67は、タービンスクロール流路35の内周側に位置する内壁を形成している。スクロール内周壁67の内周面は、第2プレート52の環状部52bの外周縁とインペラシャフト12の径方向においてほぼ同じ位置にある。スクロール連繋壁68は、第1スクロール外周壁66における本体底壁31a側の端縁とスクロール内周壁67における本体底壁31a側の端縁とを繋ぐ。スクロール連繋壁68は、膨出壁36の内周面に沿って延びている。スクロール連繋壁68の外周面は、膨出壁36の内周面から離間している。
固定用内周壁69は、スクロール内周壁67におけるスクロール閉塞壁61側の端縁からインペラシャフト12の径方向内側に向けて延びている。したがって、固定用内周壁69は、タービンホイール13の回転軸線に対して直交する方向に延びている。固定用内周壁69は、スクロール流路形成プレート65におけるスクロール閉塞壁61とは反対側の端部である。固定用内周壁69は、環状である。固定用内周壁69は、インペラシャフト12の回転軸線方向において本体底壁31aと第2プレート52の環状部52bとの間でインペラシャフト12の径方向に延びている。
サブプレート70は、タービン室33の外周を渦巻状に周回している。サブプレート70は、第2スクロール外周壁71及び固定用フランジ72を有している。
第2スクロール外周壁71は、本体周壁31bの開口側から本体底壁31aに向けて延びている。第2スクロール外周壁71は、筒状である。第2スクロール外周壁71は、タービンスクロール流路35における本体周壁31b側に位置する内壁であって、且つ本体周壁31bの開口側の部位の内壁を形成している。第2スクロール外周壁71は、第1プレート51よりもインペラシャフト12の径方向外側でタービン室33の外周を取り囲んでいる。第2スクロール外周壁71の外周面は、本体周壁31bの内周面に沿って延びている。第2スクロール外周壁71の外周面は、本体周壁31bの内周面から離間している。
第1スクロール外周壁66及び第2スクロール外周壁71は、タービンスクロール流路35の外周側に位置する内壁であるスクロール外周壁73を形成している。したがって、スクロール流路形成プレート65は、タービンスクロール流路35の外周側に位置する内壁であるスクロール外周壁73の一部を形成している。スクロール流路形成プレート65は、スクロール外周壁73における本体底壁31a側の部位である第1スクロール外周壁66を形成している。第2スクロール外周壁71は、第1スクロール外周壁66と協働してスクロール外周壁73を形成している。サブプレート70は、スクロール外周壁73における本体周壁31bの開口側の部位である第2スクロール外周壁71を形成している。
タービンスクロール流路35は、閉塞プレート60のスクロール閉塞壁61と、スクロール流路形成プレート65における第1スクロール外周壁66、スクロール内周壁67、及びスクロール連繋壁68と、サブプレート70の第2スクロール外周壁71と、によって区画されている。したがって、内装部材30aは、タービンスクロール流路35の内壁を少なくとも形成する。
第2スクロール外周壁71の長さL2は、第1スクロール外周壁66の長さL1よりも短い。したがって、第2スクロール外周壁71の剛性は、第1スクロール外周壁66の剛性よりも高い。第1スクロール外周壁66の長さL1は、第1スクロール外周壁66における本体底壁31a側の端縁から先端までの長さである。第2スクロール外周壁71の長さL2は、第2スクロール外周壁71におけるスクロール閉塞壁61側の端縁から先端までの長さである。なお、第1スクロール外周壁66の剛性、及び第2スクロール外周壁71の剛性は、タービンスクロール流路35を流れる排ガスの圧力が作用したときの第1スクロール外周壁66又は第2スクロール外周壁71に加わる応力に基づいて予め求められている。
スクロール流路形成プレート65とサブプレート70とは、第1スクロール外周壁66における本体周壁31bの開口側の端部と第2スクロール外周壁71における本体底壁31a側の端部とが重なった状態で配置されている。第2スクロール外周壁71における本体底壁31a側の端部は、第1スクロール外周壁66における本体周壁31bの開口側の端部よりも外周側に位置している。したがって、本実施形態では、第1スクロール外周壁66よりも剛性が高い第2スクロール外周壁71における本体底壁31a側の端部が、第1スクロール外周壁66における本体周壁31bの開口側の端部よりも外周側に位置している。
固定用フランジ72は、第2スクロール外周壁71におけるスクロール閉塞壁61側の端縁からインペラシャフト12の径方向外側に向けて延びている。固定用フランジ72は、環状である。固定用フランジ72の外周部は、本体周壁31bの端面31dと閉塞部材38の突出部38dの端面380との間に延びている。そして、閉塞プレート60の外周部、及び固定用フランジ72の外周部は、螺子17の締結力によって、本体周壁31bの端面31dと突出部38dの端面380とで挟み込まれている。したがって、閉塞プレート60は、閉塞プレート60の外周部が固定端であるとともに、リブ62の端部が自由端である。また、サブプレート70は、固定用フランジ72の外周部が固定端であるとともに、第2スクロール外周壁71における本体底壁31a側の端部が自由端である。
スクロール流路形成プレート65の固定用内周壁69は、第2プレート52と本体底壁31aとの間に配置された皿バネ79の弾性力が付与されることにより第2プレート52に対して押し付けられた状態で固定されている。スクロール流路形成プレート65は、スクロール流路形成プレート65におけるスクロール閉塞壁61とは反対側の端部である固定用内周壁69が固定端であるとともに、第1スクロール外周壁66におけるスクロール閉塞壁61側の端部が自由端である。なお、「固定用内周壁69が固定端である状態」とは、皿バネ79が弾性変形することに追従して、固定用内周壁69が移動する状態を含む。
タービンハウジング30は、スクロール部空気層76を備えている。スクロール部空気層76は、スクロール流路形成プレート65及びサブプレート70とハウジング本体31との間に形成されるスクロール断熱層である。スクロール部空気層76は、スクロール流路形成プレート65及びサブプレート70からハウジング本体31への熱の伝達を遮断する。
第2スクロール外周壁71の外周面とハウジング本体31の本体周壁31bとの間には、スクロール弾性部材77が介在されている。スクロール弾性部材77は、スクロール部空気層76内に位置している。スクロール弾性部材77は、第2スクロール外周壁71の外周面に取り付けられる環状のワイヤーメッシュである。スクロール弾性部材77は、第2スクロール外周壁71の外周面と本体周壁31bの内周面との間に押し潰された状態で配置されている。スクロール弾性部材77は、第2スクロール外周壁71の外周面に、例えば、マイクロスポット溶接により溶接されている。そして、第2スクロール外周壁71は、スクロール弾性部材77を介してハウジング本体31に支持されている。
タービンハウジング30は、閉塞部材38と閉塞プレート60との間に形成される環状空気層78を備えている。環状空気層78は、閉塞部材38と閉塞プレート60との間に形成されるスクロール断熱層である。環状空気層78は、閉塞プレート60から閉塞部材38への熱の伝達を遮断する。
ターボチャージャ10は、吐出口32aの壁面を形成する板金製である筒状の吐出口形成部材80を備えている。吐出口形成部材80は、吐出口32aの壁面を形成する筒状の吐出口本体壁81と、吐出口本体壁81におけるタービン室33とは反対側の端縁からインペラシャフト12の径方向外側に向けて延びる環状の吐出口外周縁82と、を有している。
吐出口本体壁81におけるタービン室33側の端部81aは、第2プレート52の筒部52aにおける環状部52bとは反対側の端部を取り囲んでいる。吐出口本体壁81の外周面81bにおけるタービン室33側の端部とタービン筒状部32の内周面との間には、吐出口弾性部材83が介在されている。吐出口弾性部材83は、吐出口本体壁81の外周面81bに取り付けられる環状のワイヤーメッシュである。吐出口弾性部材83は、吐出口本体壁81の外周面81bとタービン筒状部32の内周面との間に押し潰された状態で配置されている。吐出口弾性部材83は、吐出口本体壁81の外周面81bに、例えば、マイクロスポット溶接により溶接されている。そして、吐出口本体壁81は、吐出口弾性部材83を介してタービン筒状部32に支持されている。
吐出口外周縁82は、タービン筒状部32の開口から突出して、タービン筒状部32の開口端面32eに沿って延びている。そして、吐出口外周縁82は、クランプ部材19cの締結力によって、タービン筒状部32の開口端面32eと下流側排気管19の端面19eとで挟み込まれている。つまり、吐出口外周縁82は、タービンハウジング30と下流側排気管19とで挟み込まれている。
ターボチャージャ10は、吐出口本体壁81の外周面81bとタービン筒状部32の内周面との間に形成される吐出口空気層84を備えている。吐出口空気層84は、吐出口形成部材80と外装部材30bとの間に形成される吐出口断熱層である。吐出口空気層84は、吐出口形成部材80からタービン筒状部32への熱の伝達を遮断する。
エンジンEから排出された排ガスは、タービンスクロール流路35に導入され、タービンスクロール流路35を流れて、連通流路34、タービン室33、吐出口32a、及び下流側排気管19の内部を通過して触媒C1へ流れる。タービン室33に排ガスが導入されると、タービンホイール13は、タービン室33に導入された排ガスによって回転する。そして、タービンホイール13に回転に伴って、コンプレッサインペラ14がインペラシャフト12を介してタービンホイール13と一体的に回転する。コンプレッサインペラ14が回転すると、吸気口42aを介してコンプレッサインペラ室43に導入された吸気が、コンプレッサインペラ14の回転によって圧縮されるとともに、ディフューザ流路44を通過する際に減速され、吸気の速度エネルギーが圧力エネルギーに変換される。そして、高圧となった吸気がコンプレッサスクロール流路45に吐出され、エンジンEに供給される。このようなターボチャージャ10によるエンジンEへの吸気の過給が行われることで、エンジンEの吸気効率が高まり、エンジンEの性能が向上する。
次に、本実施形態の作用について説明する。
閉塞プレート60、スクロール流路形成プレート65、サブプレート70、及び吐出口形成部材80が、外装部材30bへの排ガスの熱の伝達を抑制するため、排ガスは、タービンハウジング30内を流れる間に熱が奪われ難く、温度が低下し難くなっている。その結果として、触媒C1の温度が活性化温度以上に上昇するまでの時間が短くなる。よって、例えば、エンジンEの冷間始動時などの触媒C1の早期暖機が要求される運転条件の時に、触媒C1の温度が早期に活性化温度以上に上昇し易くなる。
ところで、例えば、スクロール流路形成プレート65及びサブプレート70は、タービンスクロール流路35を流れる排ガスの熱によって暖められる。すると、第1スクロール外周壁66がスクロール閉塞壁61に向けて熱伸びするとともに、第2スクロール外周壁71が本体底壁31aに向けて熱伸びしていく。
このとき、第1スクロール外周壁66におけるスクロール閉塞壁61側の端部と第2スクロール外周壁71における本体底壁31a側の端部とは重なった状態で互いにスライドしながら延び、第1スクロール外周壁66及び第2スクロール外周壁71それぞれの熱伸びが許容される。したがって、スクロール外周壁73の一部であって、第1スクロール外周壁66におけるスクロール閉塞壁61側の端部と第2スクロール外周壁71における本体底壁31a側の端部とが重なっている部位は、初期は縮められた状態であるとともに熱膨張すると伸びて、スクロール外周壁73の熱膨張を許容するように構成された熱膨張許容部75になっている。よって、本実施形態のタービンハウジング30は、スクロール外周壁73の一部に熱膨張許容部75を備えている。
そして、熱膨張許容部75により、第1スクロール外周壁66及び第2スクロール外周壁71それぞれの熱伸びが許容されなくなってしまうことが抑制される。その結果、スクロール流路形成プレート65及びサブプレート70に過大な応力が局所的に作用してしまうことが抑制され、スクロール流路形成プレート65及びサブプレート70の変形が抑制される。
また、例えば、第1スクロール外周壁66の熱伸びが許容されなくなると、スクロール流路形成プレート65の固定用内周壁69を固定するために皿バネ79から固定用内周壁69に付与されている弾性力に抗した過大な反力が、固定用内周壁69から皿バネ79に作用する場合がある。この場合、皿バネ79が変形してしまう虞がある。しかし、本実施形態では、第1スクロール外周壁66の熱伸びが許容されなくなってしまうことが熱膨張許容部75によって抑制されるため、皿バネ79から固定用内周壁69に付与されている弾性力に抗した過大な反力が、固定用内周壁69から皿バネ79に作用してしまうことが抑制される。したがって、皿バネ79が変形してしまうことが抑制されている。
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
(1)タービンハウジング30は、スクロール外周壁73の一部に、初期は縮められた状態であるとともに熱膨張すると伸びて、スクロール外周壁73の熱膨張を許容するように構成された熱膨張許容部75を備えた。これによれば、例えば、スクロール流路形成プレート65が、タービンスクロール流路35を流れる排ガスの熱によって暖められると、熱膨張許容部75によって、第1スクロール外周壁66の熱膨張が許容される。したがって、第1スクロール外周壁66の熱伸びが許容されなくなってしまうことを抑制することができる。
(2)例えば、スクロール流路形成プレート65及びサブプレート70が、タービンスクロール流路35を流れる排ガスの熱によって暖められると、第1スクロール外周壁66が本体周壁31bの開口に向けて熱伸びするとともに、第2スクロール外周壁71が本体底壁31aに向けて熱伸びしていく。このとき、第1スクロール外周壁66における本体周壁31bの開口側の端部と第2スクロール外周壁71における本体底壁31a側の端部とは重なった状態で互いにスライドしながら延び、第1スクロール外周壁66及び第2スクロール外周壁71それぞれの熱伸びが許容される。したがって、スクロール外周壁73の一部であって、第1スクロール外周壁66における本体周壁31bの開口側の端部と第2スクロール外周壁71における本体底壁31a側の端部とが重なっている部位が、スクロール外周壁73の熱膨張を許容する熱膨張許容部75として機能する。これにより、スクロール外周壁73の熱伸びが許容されなくなってしまうことを抑制することができる。
(3)第2スクロール外周壁71の剛性は、第1スクロール外周壁66の剛性よりも高く、第2スクロール外周壁71における本体底壁31a側の端部は、第1スクロール外周壁66における本体周壁31bの開口側の端部よりも外周側に位置している。これによれば、例えば、タービンスクロール流路35を流れる排ガスの圧力によって、第1スクロール外周壁66が外周側に押圧されても、第2スクロール外周壁71における本体底壁31a側の端部によって、第1スクロール外周壁66の変形を抑えることができる。
(4)第2スクロール外周壁71の長さL2が、第1スクロール外周壁66の長さL1よりも短い構成は、第2スクロール外周壁71の剛性が、第1スクロール外周壁66の剛性よりも高い構成として好適である。
(5)スクロール流路形成プレート65の固定用内周壁69は、第2プレート52と本体底壁31aとの間に配置された皿バネ79の弾性力が付与されることにより第2プレート52に対して押し付けられた状態で固定されている。例えば、第1スクロール外周壁66の熱伸びが許容されなくなると、スクロール流路形成プレート65の固定用内周壁69を固定するために皿バネ79から固定用内周壁69に付与されている弾性力に抗した過大な反力が、固定用内周壁69から皿バネ79に作用する場合がある。この場合、皿バネ79が変形してしまう虞がある。しかし、本実施形態では、第1スクロール外周壁66の熱伸びが許容されなくなってしまうことが熱膨張許容部75によって抑制されるため、皿バネ79から固定用内周壁69に付与されている弾性力に抗した過大な反力が、固定用内周壁69から皿バネ79に作用してしまうことが抑制される。したがって、皿バネ79が変形してしまうことが抑制されるため、信頼性を向上させることができる。
(6)第1スクロール外周壁66における本体周壁31bの開口側の端部と第2スクロール外周壁71における本体底壁31a側の端部とが重なっている。これによれば、第1スクロール外周壁66における本体周壁31bの開口側の端部をスクロール閉塞壁61に極力近付ける必要が無い。したがって、第1スクロール外周壁66が本体周壁31bの開口に向けて熱伸びしても、第1スクロール外周壁66における本体周壁31bの開口側の端部がスクロール閉塞壁61に突き当たってしまうことを回避することができる。
(7)一般的に、タービンハウジング30の外装部材30bは、剛性を確保する必要があることから、鋳造により肉厚に形成されているため、質量が大きく、熱容量が大きい。そこで、本実施形態のタービンハウジング30は、外装部材30b内に板金製の内装部材30aを収容し、内装部材30aにより、外装部材30bへの排ガスの熱の伝達を抑制するようにした。これによれば、排ガスがタービンハウジング30内を流れる間に、排ガスの温度が低下してしまうことが抑制されるため、触媒C1の温度が活性化温度以上に上昇するまでの時間を短くすることができる。よって、例えば、エンジンEの冷間始動時などの触媒C1の早期暖機が要求される運転条件の時に、触媒C1の温度を早期に活性化温度以上に上昇させることができる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○ 図3に示すように、サブプレート70Aが、タービンホイール13の回転軸線に対して直交する方向に延びるとともに、タービンスクロール流路35におけるハウジング本体31の本体周壁31bの開口側に位置する内壁であるスクロール閉塞壁61をさらに有していてもよい。スクロール閉塞壁61は、第2スクロール外周壁71に連続している。また、サブプレート70Aは、延設壁63及び固定用内周壁64を有している。延設壁63は、スクロール閉塞壁61における内周側の端縁から本体底壁31aとは反対側に向けて延びる筒状である。固定用内周壁64は、延設壁63における本体底壁31aとは反対側の端縁からインペラシャフト12の径方向内側に向けて延びている。固定用内周壁64は、環状である。固定用内周壁64は、インペラシャフト12の回転軸線方向において第1プレート51とベアリングハウジング20の本体部21の一端面21aとの間に延びている。
固定用内周壁64は、皿バネ79の弾性力が付与されることにより第1プレート51とベアリングハウジング20の本体部21とで挟み込まれている。したがって、サブプレート70Aは、固定用内周壁64が固定端であるとともに、第2スクロール外周壁71における本体底壁31a側の端部が自由端である。スクロール流路形成プレート65とサブプレート70Aとは、第1スクロール外周壁66における本体周壁31bの開口側の端部と第2スクロール外周壁71における本体底壁31a側の端部とが重なった状態で配置されている。
これによれば、サブプレート70Aが、第2スクロール外周壁71に加えて、タービンホイール13の回転軸線に対して直交する方向に延びるとともに、タービンスクロール流路35におけるハウジング本体31の本体周壁31bの開口側に位置する内壁であるスクロール閉塞壁61を形成している。このため、スクロール閉塞壁61を形成するためのプレートを別途用意する必要が無く、部品点数を削減することができる。
○ 実施形態において、スクロール外周壁73が、第1スクロール外周壁66と第2スクロール外周壁71とから形成されていなくてもよい。例えば、サブプレート70を削除し、スクロール流路形成プレート65によって、スクロール外周壁73を形成するようにしてもよい。この場合、スクロール外周壁73は、スクロール連繋壁68からスクロール閉塞壁61の手前まで延びている。したがって、スクロール流路形成プレート65は、スクロール外周壁73の少なくとも一部を形成していればよい。そして、例えば、スクロール外周壁73の一部を、インペラシャフト12の回転軸線方向に伸縮可能な蛇腹状に形成してもよい。これによれば、スクロール流路形成プレート65が、タービンスクロール流路35を流れる排ガスの熱によって暖められたときに、スクロール外周壁73の一部である蛇腹状の部位が熱伸びすることで、スクロール外周壁73の熱膨張が許容される。このように、スクロール外周壁73の一部である蛇腹状の部位を、初期は縮められた状態であるとともに熱膨張すると伸びて、スクロール外周壁73の熱膨張を許容するように構成された熱膨張許容部75として機能させるようにしてもよい。
○ 実施形態において、第1スクロール外周壁66の長さL1と第2スクロール外周壁71の長さL2とが同じであってもよい。
○ 実施形態において、第2スクロール外周壁71の長さL2が、第1スクロール外周壁66の長さL1よりも長くてもよい。
○ 実施形態において、第1スクロール外周壁66の剛性と第2スクロール外周壁71の剛性とが同じであってもよい。
○ 実施形態において、第2スクロール外周壁71の剛性が、第1スクロール外周壁66の剛性よりも低くてもよい。
○ 実施形態において、例えば、第1スクロール外周壁66の一部分に切欠や孔が形成されていることによって、第1スクロール外周壁66の剛性が第2スクロール外周壁71の剛性よりも低くなっている構成であってもよい。
○ 実施形態において、第2スクロール外周壁71における本体底壁31a側の端部が、第1スクロール外周壁66におけるスクロール閉塞壁61側の端部よりも内周側に位置していてもよい。
○ 実施形態において、固定用内周壁69が、タービンホイール13の回転軸線に対して斜交する方向に延びていてもよい。要は、固定用内周壁69は、タービンホイール13の回転軸線に対して交差する方向に延びていればよい。
○ 実施形態において、スクロール閉塞壁61が、タービンホイール13の回転軸線に対して斜交する方向に延びていてもよい。要は、スクロール閉塞壁61は、タービンホイール13の回転軸線に対して交差する方向に延びていればよい。
○ 実施形態において、ターボチャージャ10は、皿バネ79を備えていない構成であってもよい。この場合、固定用内周壁69は、例えば、インペラシャフト12の回転軸線方向において本体底壁31aと第2プレート52の環状部52bとで挟み込まれることにより固定されていてもよい。
○ 実施形態において、外装部材30bは、閉塞部材38を有していなくてもよい。この場合、ハウジング本体31の本体周壁31bの開口が、例えば、ベアリングハウジング20によって閉塞されていてもよい。
○ 実施形態において、タービンスクロール流路35におけるハウジング本体31の本体周壁31bの開口側に位置する内壁が、例えば、ベアリングハウジング20によって形成されていてもよい。
○ 実施形態において、タービンスクロール流路35は、タービン室33の外周を渦巻状に周回していなくてもよい。要は、タービンスクロール流路35は、タービンホイール13を囲繞するようにタービンハウジング30の内部に形成されていればよい。