JPH0212274Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案はターボチヤージヤの断熱構造に関
し、特に、ターボチヤージヤの低速低負荷時の排
気エネルギの損失を抑え、かつ高速高負荷時のタ
ーボチヤージヤの過温度上昇を防ぐことができる
ターボチヤージヤの断熱構造に関する。

〔従来の技術〕

近年、ターボチヤージヤの利用によるエンジン
の出力向上技術の発達には目覚しいものがあり、
小型乗用車にもターボチヤージヤが次々と採用さ
れている。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかるに、ターボチヤージヤは高速高負荷では
余裕エネルギがあり、エンジンへの取出し過給圧
も大きくなるが、低速低負荷では排気エネルギの
エントロピが低いため、駆動力が小さくて過給圧
も小さくなり、十分な出力回復が期待できない。
また、高負荷ではターボチヤージヤの温度が高温
になると、ターボチヤージヤのフロートベアリン
グの耐久性が問題になると共に、ハウジングにシ
ヤープエツジ（鋭利部）があると熱疲労によつて
その部分に亀裂が発生してしまう等の問題が生じ
ている。

このように、ターボチヤージヤは、低速ではで
きるだけ放熱エネルギを少なくしてその効率、過
給圧を高め、高速高負荷ではターボチヤージヤ全
体の過熱を防止する必要がある。

さらに、エンジンの燃焼室、ピストン等をセラ
ミツクス材等で構成し、冷却水への放熱量を減少
させるようにした断熱エンジンも実用段階に入ろ
うとしているが、このような断熱エンジンの断熱
構造は複雑でかつ燃焼火炎により高温度になるた
め、材質の選定等は非常に難しいものとなつてい
る。また、この断熱エンジンの排気行程では、排
気ガス温度が1000℃前後に低下し、一般の耐熱金
属で十分使用できるが、排気ガスが通過する排気
ポート、排気マニホルド、ターボチヤージヤ等か
ら大気に放出される熱エネルギは非常に多量とな
り、断熱エンジンにより得られた熱エネルギを消
費することになる。従つて、このような断熱エン
ジンにおいては、排気ガスの熱を断熱ターボチヤ
ージヤにより確保して出力に交換する必要があ
る。

ところで、ターボチヤージヤの熱対策として水
冷式タービンケーシング内壁に耐酸、耐熱及び断
熱性の高い塗料を塗布するようにした実開昭55−
112031号公報の考案がある。この先行技術は、冷
却水によつて排気ガス通路が冷却され、該ガス中
の硫酸ミストが壁面に凝縮して壁面を腐食させる
ことを防止することを目的としたものであり、同
公報には使用する塗料として目標耐熱温度が400
℃程度のシリコン系エポキシ変性樹脂を例示して
いる。

しかしながら、前記のとおり断熱エンジンの排
気ガス温度は1000℃以上に達する高温であり、到
底前記のような塗料では耐えることができない。

そこでターボチヤージヤのタービンスクロール
部内壁をセラミツクスで形成し、タービンハウジ
ングとの間にセラミツクス緩衝材を備えた実開昭
57−171104号公報の考案がある。そしてこの公報
には、前記緩衝材は、熱による伸縮及び機械的振
動を緩衝し、さらに断熱層を兼ねるもので、好ま
しい緩衝材の形態としては、粉末状材料の使用を
推奨している。

しかしながら、この考案はタービンハウジング
の耐熱性の向上と熱エネルギの消費を防止するこ
とはできるが、推奨される粉末緩衝材を使用する
と内殻と外殻とが一体になつていないので機械的
強度が低下するという問題があり、またタービン
インペラのベアリングが高熱により劣化すること
を防止することができないという問題がある。

この考案は、かかる従来の問題点及び必要性に
着目して案出されたものであつて、その目的とす
るところは、タービンのスクロール部及びセンタ
ハウジング部の断熱効率をより高め、且つタービ
ンの出力をより向上させることができ、しかも強
度及び製造能率を高めて総合的に性能を向上させ
たターボチヤージヤの断熱構造を提供することで
ある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するためのこの考案のターボチ
ヤージヤの断熱構造の構成は、スクロール部内殻
をセラミツクス及びステンレスのいずれかで形成
し、該内殻の外表面に、断熱フアイバ及び熱伝導
の小さいセラミツクス溶射体から選ばれた材料か
ら成る断熱層を形成して鋳ぐるむことにより鋳鉄
製タービンハウジングを形成し、前記スクロール
部に続く前記タービンハウジング内周とセラミツ
クス製タービンインペラとの間にガス誘導用のセ
ラミツクス製ガイドを取付け、前記タービンイン
ペラのシヤフトを貫通するセンタハウジング側ノ
ズル部近傍に断熱材を介装したセラミツクス及び
ステンレスのいずれかで内壁を形成した断熱プレ
ートを設けたものである。

前記断熱フアイバとしては、例えばセラミツク
フアイバ、石綿、これらを織布としたものなどで
ある。また、熱伝導率の小さいセラミツクスとし
ては、例えばジルコニアである。

前記スクロール部とガイド部とを別部材とする
構成は、まず第１に、前記スクロール部内壁と断
熱層とを鋳ぐるんでも熱歪による亀裂の発生を防
止して製造能率を向上させ、また複層構造体を一
体として強度を高くできる。

また、前記タービンインペラとガイド部とをセ
ラミツクスで形成する構成は、熱変形を小さくし
て相互及び周囲との熱による緩衝を防止できるの
で、両部材の間のクリアランスを小さくしてター
ビンの効率を高めることができる。

さらにセンタハウジングのタービン室側内壁を
前記構成とすることによりベアリングが排気ガス
の熱によつて劣化することを防止する。

以上によつて、エンジンが低負荷で排気ガスが
低温のときには排気ガスエネルギの損失を防止
し、しかもエンジンの高負荷時の排気ガスの高熱
でハウジングが加熱されることを防止できる。特
に断熱エンジンを使用した場合には排気ガスが
1000℃以上に達するので有利にする。

以下図面を用いてこの考案の実施例を説明す
る。

〔実施例〕

第１図はこの考案のターボチヤージヤの断熱構
造の一実施例を示すターボチヤージヤ１のタービ
ン部２の断面を示すものである。この図において
３はタービンインペラ、４はタービンシヤフト、
５はベアリング、６はタービンハウジング、７は
スクロール部、８はセンタハウジング、９はノズ
ル部をそれぞれ示しており、この実施例では前記
タービンインペラ３はセラミツク材で形成する。

この考案では、前記のように構成されたターボ
チヤージヤ１の、タービンハウジング６の排気通
路であるスクロール部７であつて、常時排気ガス
にさらされる部位、すなわち、内周部を断熱構造
とする。このために、この考案では従来タービン
ハウジング６が鋳鉄製であることを利用し、セラ
ミツクス材及びステンレスから選ばれた耐熱材Ｓ
を用いてスクロール部７の内殻１０を最初に形成
する。この内殻１０は前記ノズル部９まで延長し
て設ける。次いでこの耐熱材Ｓの外周部を、セラ
ミツクフアイバや石綿、あるいは織布等の断熱フ
アイバ材Ｆで被覆して断熱層１１を形成する。一
方、セラミツクフアイバ材の代用として、熱伝導
率の小さい例えばジルコニア粉末を溶射接着し断
熱層１１としても良い。そして、これらをタービ
ンハウジング鋳造時に鋳型のスクロール部に中子
として挿入し、鋳鉄で鋳ぐるむ。これにより第
１図の構造のタービンハウジング６ができ上る。

なお、前記タービンハウジング６を構成するに
際しては、鋳鉄と耐熱材Ｓとを鋳込み時に一体
化するために、この実施例では内殻１０の端部に
は耳部１０Ｄを設けておく。また、実際には前記
スクロール部７は雄型と雌型により鋳造するため
に、第１図のＡ部は第２図のようになつており、
内殻１０もハウジングプレート１０Ａとハウジン
グプレート１０Ｂとを重ね合わせてある。１０Ｃ
は耐熱材Ｓと鋳鉄と一体化させるために設けた
耳部である。さらに、耐熱材Ｓの外周部に被覆し
た断熱フアイバ材Ｆは、柔軟性を有するものを使
用し、内殻１０とタービンハウジング６との間に
空気を含んだ僅かに伸縮性を有する断熱層１１を
形成させる。内壁１０の外周には、断熱フアイバ
材Ｆの代りに熱伝導性の悪いジルコニア粉末を溶
射接着する方法では、内殻１０への接合が簡単に
でき断熱層を形成できる。

次に、この実施例では前記タービンインペラ３
のタービンプレート３Ａから流れ出る排気ガスの
ガイド部１３をセラミツクス材で形成すると共
に、その外周部に環状の溝１４を設けて断熱空気
層１２とする。ガイド部１３はタービンインペラ
３と同一の材質として同一熱膨脹率とすることに
より、タービンインペラ３とガイド部１３のクリ
アランスを小さくでき、性能が向上する。さら
に、前記タービンインペラ３の背面のセンタハウ
ジング８には、ノズル部９からタービンシヤフト
４の近傍まで連続する断熱プレート１５を取り付
け、この断熱プレート１５とセンタハウジング８
との間には断熱織布を配置して、排気ガスの熱の
ベアリング５への伝達を防止している。

前述のようにこの実施例ではターボチヤージヤ
１のタービン部２において、排気ガスの導通路を
全て断熱したことにより、排気ガスの熱エネルギ
の損失を最大限に抑えながら排気ガスをタービン
部２から排出することができる。

〔考案の効果〕

以上説明したようにこの考案のターボチヤージ
ヤの断熱構造を構成したので、次の効果を得るこ
とができる。

即ち、スクロール部の内殻及び断熱層形成後、
該スクロール部のハウジングを鋳ぐんで形成する
際の不良品の発生を防止し、且つ強度を向上させ
ることができる。また前後スクロール部と別部材
としたガイド部とタービンインペラとをセラミツ
クスで形成することにより両者の間隙を狭くして
タービンの性能を向上させることができる。さら
にセンタハウジング側もスクロール部側と同様に
断熱構造とすることにより熱効率の向上、ベアリ
ング部の高熱からの保護を行うことができる。従
つて、総合的に性能を高めたターボチヤージヤの
断熱構造を提供することができる。

以上によつて、エンジンの低速回転時には排気
エネルギの損失がなく、しかも高速回転時には高
温の排気ガスによるハウジング及びタービンを軸
支するベアリング部の温度の過上昇を効果的に防
止することができる。

従つて、この考案の断熱構造を採用したターボ
チヤージヤは、熱エネルギの回収が必要な断熱エ
ンジンや、ターボチヤージヤを二連にしたツイン
ターボチヤージヤ等に非常に有効に適用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案のターボチヤージヤの断熱構
造の一実施例を示す、ターボチヤージヤタービン
部の断面図、第２図は第１図のＡ部の拡大断面図
である。 １……ターボチヤージヤ、３……タービンイン
ペラ、３Ａ……タービンプレート、５……ベアリ
ング、６……タービンハウジング、７……スクロ
ール部、８……センタハウジング、９……ノズル
部、１０……内殻、１０Ａ，１０Ｂ……ハウジン
グプレート、１０Ｃ，１０Ｄ……耳部、１１……
断熱層、１２……断熱空気層、１３……ガイド
部、１５……断熱プレート、１６……断熱織布。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. スクロール部内殻をセラミツクス及びステンレ
   スのいずれかで形成し、該内殻の外表面に、断熱
   フアイバ及び熱伝導の小さいセラミツクス溶射体
   から選ばれた材料から成る断熱層を形成して鋳ぐ
   るむことにより鋳鉄製タービンハウジングを形成
   し、前記スクロール部に続く前記タービンハウジ
   ング内周とセラミツクス製タービンインペラとの
   間にガス誘導用のセラミツクス製ガイドを取付
   け、前記タービンインペラのシヤフトを貫通する
   センタハウジング側ノズル部近傍に断熱材を介装
   したセラミツクス及びステンレスのいずれかで内
   壁を形成した断熱プレートを設けたターボチヤー
   ジヤの断熱構造。