JPH0481523A

JPH0481523A - ターボチャージャ用タービンハウジングおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH0481523A
Application number: JP19335390A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Sugiura; 泰夫杉浦
Original assignee: Asahi Tec Corp
Current assignee: Asahi Tec Corp
Priority date: 1990-07-20
Filing date: 1990-07-20
Publication date: 1992-03-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、ターボチャージャ用タービンハウジングに
関し、とくにウェイストゲート弁を備えたバイパス通路
を有するものに関する。

（従来の技術）ターボチャージャは、エンジンの排気ガスの運動エネル
ギによりタービンを回転させ、このタービンと同軸上に
設置した圧縮機を駆動させることによって、エンジンの
吸気を圧縮し、高密度の吸気をエンジンに供給すること
によって、エンジンの出力を高めるものである。

すなわち、ターボチャージャのタービンは、エンジンか
らの高温の排気ガスで駆動されるものであるので、従来
から、タービンおよびタービン室等を有するタービンハ
ウジングは耐熱性に富んだ材料で製造されており、かか
るタービンハウジングを鋳鉄で形成する場合、耐熱性に
富んだ鋳鉄材料である。ニレジストダクタイル鋳鉄等に
より一体に鋳造されている。

（発明が解決しようとする課題）ところで、このような従来の技術においては、鋳鉄成分
がＮ１等の耐熱性合金元素を多量に含有しているので、
高価であり、また湯流れ等の点で製造が効率的でない。

また、本願発明者の知見によれば、ターボチャージャ用
タービンハウジングにおいては、極めて高温となる部分
はその一部分であり、このように高温となる部分を除き
、タービンハウジングの全体の耐熱性はそれほど高めず
とも十分である。

一方、かかるタービンハウジングの高温となる部分にお
いて酸化物か表面から脱落すると、これらの酸化物が異
物としてタービンやウェイストゲート弁等の運動部分の
円滑な動作を損なう一因ともなるので酸化物の脱落は極
力防止すべきである。

二の発明は、このような背景および本願発明者の知見に
基づいてなされたもので、製造効率かよく、必要部分の
耐熱性が確保されるとともに、酸化物の脱落を防止した
ターボチャージャ用タービンハウジングを提供すること
を目的とするものである。

（課題を解決するための手段）この目的を達成するために、この発明は、回転可能に軸
支したタービンの周囲を囲むタービン室と、このタービ
ン室へエンジンの排気ガスを導入する導入路と、前記タ
ービン室に供給された排気ガスを外部に導出する導出路
とを有し、前記導入路と導出路との間に前記タービン室
を迂回するバイパス通路を形成したターボチャージャ用
タービンハウジングにおいて、このターボチャージャ用
タービンハウジングを鋳鉄鋳物にて形成するとともに、
このタービンハウジングの内面のうち少なくとも前記バ
イパス通路の内表面には、この鋳物内部より耐熱性合金
元素に富んだ合金層を形成したものである。

（作用）この発明によれば、この種のターボチャージャ用タービ
ンハウジングにおいて、エンジンの排気ガスの熱が多量
に伝達され高温となる部分である。

バイパス通路の内表面に、鋳物内部より耐熱性合金元素
に富んだ合金層を形成しであるので、このバイパス通路
の部分での耐熱性が高められるとともに、このバイパス
通路で発生しがちな酸化物の脱落を効果的に防止するこ
とができる。

また、これは逆にそれ以外の部分を形成する鋳物材料に
高い耐熱性を求めずに済むことを意味するから、タービ
ンハウジングの鋳造に際して、耐熱合金元素の含有量が
多く湯流れ等の良好でない。

溶湯の使用を避けることができるから、タービンハウジ
ングの製造効率がよくなる。

（実施例）以下、図面に示す一実施例によりこの発明を説明するが
、この実施例は自動車用のターボチャージャに関するも
のである。

ます、第４図によりターボチャージャ１の全体を順に説
明する。

ターボチャージャ１は、センタハウジング２と、タービ
ンハウジング３と、圧縮機４とからなる。

センタハウジング２には、フローティングベヤリング等
により回転軸５か支持されており、この回転軸５の一端
にはタービン６が、また、この回転軸５の他端にはイン
ペラ７がともに一体に取り付けられている。

そして、前記タービン６の外側にはタービンハウジング
３が設置され、前記インペラ７の外側にはコンプレッサ
ハウジング８が設置されている。

タービンハウジング３の具体的形状は、第１図〜第３図
に示すとおりである。

このタービンハウジング３は、ニレジストダクタイル鋳
鉄のＤ−２ｆｔ　（ＡＳＴＭ　Ａ４３９のＤ−２、ＪＩ
Ｓ　ＦＣＤＡＮｉＣｒ２０２相当）にて後述のように一
体に鋳造したものである。

そして、このタービンハウジング３には、前記タービン
６の周囲を囲むタービン室３ａと、エンジンからの排気
ガス（図中矢印Ｅ）をタービン室３ａに導入するスクロ
ール部３ｂ（この発明でいう導入路に該当する）と、前
記タービン室３ａでタービン６を駆動した排気ガスを消
音装置等の排気装置に導く導出路３Ｃとが形成されてい
る。

前記スクロール部３ｂは、前記タービン６のまわりに、
エンジンから供給される排気ガスを渦巻状に案内してタ
ービン６を回転駆動する公知のものである（第１図）。

タービンハウジング３のスクロール部３ｂを経る排気ガ
スは、スクロール部３ｂの旋回の中央部分に一側方から
配置されたタービン６に運動エネルギを伝達して駆動し
ながら、タービン室３ａの中央部分に至１バ　ここでタ
ービン６とは逆側に延びて形成された導出路３Ｃ内に向
かい、不図示の消音器等の排気装置を経て大気中に排出
される（第２図）。

このタービンハウジング３には、前記スクロール部３ｂ
と導出路３Ｃとの間を、前記タービン室３ａを迂回して
連通させるバイパス通路１１が形成されており、このバ
イパス通路１１の内表面１１ａには全周面に渡って後述
の方法により耐熱性合金元系に富んだ合金層Ｃが形成さ
れている（第３図）。なお、この合金層Ｃの詳細はその
製造方法とともに後から説明する。

そして、このバイパス路１１のスクロール部３ｂとの連
結端近傍には、開閉弁からなるウェイストケート弁１２
が設置されている。

このウェイストゲート弁１２は、後述する圧縮機４の圧
力に応じて作動するアクチュエータ１３にロッドを介し
て連結されており、エンジンの高速域においてウェイス
トゲート弁１２を作動させてバイパス通路１１を開き、
吸気圧力が過度に上昇させないようにするものである（
第４図参照）。

一方、圧縮機４を形成するコンプレッサハウジング８は
、第４図に示すように、前記インペラ７の周囲を囲む圧
縮室８ａと、エアクリーナおよびエアフローメータを経
て前記圧縮室８ａに空気を供給する流入路８ｂと、前記
圧縮室８ａで圧縮された空気をサージタンクや燃焼室へ
送り出す流出路８ｃとが形成されている。なお、図中矢
印Ａは空気の流れを示す。

したがって、エンジンの排気ガスが前記タービン室３ａ
に供給されると、排気ガスによって前記タービン６が回
転軸５まわりに回転駆動され、この回転軸５の他端に取
り付けられた圧縮機４のインペラ７が駆動するので、エ
アクリーナ側から圧縮室８ａに供給された空気はこの圧
縮機４で加圧され、高密度の吸気として流出路８ｃを経
てエンジンに供給される。

また、エンジンが高回転領域にあって多量の排気ガスが
タービンハウジング３内に流入する場合には、前記ウェ
イストゲート弁１２が作動して前記バイパス通路１１が
開放し、タービン６の過回転を防止して吸気圧を適度な
範囲に制御する。

かかるターボチャージャ１のタービンハウジング３の製
造は、次のようにして行なわれる。

まず、タービンハウジング３の形状に応じた鋳型２１を
用意する（第５図）。

なお、第５図は、前記第３図に対応する断面における鋳
型２１の説明断面図である。

この実施例における鋳型２１は、割型として形成された
上型２２と下型２３と、これらの間に装着する。第１の
中子２４と第２の中子２５とを有し、いずれも砂型から
なるものである。

そして、これらの上型２２と下型２３にはタービンハウ
ジング１の外形形状に対応したキャビティ２６が形成さ
れ、上型２２には不図示の湯口および押湯が形成されて
いる。

第１の中子２４は、主にスクロール部３ｂとタービン室
３ａとを形成するもので、スクロール部形成部２４ｂの
中央部分には一体にタービン室形成部２４ａが設けられ
ているとともに、前記スクロール部形成部２４ａにはバ
イパス通路１１の形成用の突部２４ｃが一体に形成され
ている。

また、第２の中子２５は、導出路３Ｃを形成するもので
あって、この第２の中子２５の上部には前記第１の中子
２４のタービン室形成部２４ａと突部２４ｃのそれぞれ
の下端部が衝合される位置決め用凹部２５ａ、２５ｂが
形成されている。

そして、これらの第１および第２の中子２４゜２５を所
定の状態にはめ合わせて、下型２３内にセットし、上ｆ
ｆ１２２を閉じれば、この鋳型２１内のキャビティ２６
は、前記タービンハウジング３の形状に対応したものと
なる。

この実施例においては、前記第１の中子２４の突部２４
ｃの周面全域に渡って、金属粉末が薄膜状に塗着されて
金属粉末層２７が形成される。

この金属粉末層２７を形成する金属粉末は、粒度がおよ
そ７０μｍ程度で、Ｎｉを主成分としＣｒおよびＳｌを
含有した合金からなるもので、この合金の融解温度はお
よそ１０００℃に調整しである。

そして、かかる金属粉末は、公知のバインダを用いてペ
ースト状として、前記突部２４ｃの表面に塗着して金属
粉末層２７を形成したものである。

二のようにバインダを用いたのは、かかる金属粉末の前
記突部２４ｃ表面への付着を確実なものとし、また形成
する金属粉末層２７の厚さの調整作業を容易にするため
であシバ　かかるバインダを用いず、金属粉末自体を層
状に付着させることとしてもよい。

この実施例においては、前記突部２４ｃの表面に形成さ
れた金属粉末層２７の厚さは、およそ２００μｍ程度で
ある。

このように金属粉末層２７が突部２．４　ｃの表面に形
成された後、鋳型２１がセットされ、この鋳型２１には
、表、１に示す化学成分の鋳鉄の溶湯が注湯される。

なお、この実施例での注湯温度は１６２０℃である。

表、　１このような鋳鉄の溶湯を前記鋳型２１に注湯することに
よって、前記突部２４ｃの表面に形成された前記金属粉
末層２７は、溶湯の熱により融解する。

そして、Ｎｉを主成分とする溶解した金属成分は溶湯の
表面近傍の部分に取り入れられ、タービンハウジング１
のバイパス通路１１の表面近傍の表層部分で鋳鉄と反応
して、Ｎ１の含有量の多い耐熱性合金層Ｃを形成する。

なお、この実施例においては、溶湯の有する熱のみによ
って金属粉末層２７を融解することとしたが、例えば、
鋳型２１を予め加熱したり、ヒータ等の加熱手段を設置
することとして溶湯の有する熱を補助することとしても
よい。

このようにして得られたタービンハウジング３の第３図
に■で示したバイパス通路１１における耐熱性合金層２
は、第６図に示すようである。

第６因は、１００倍の倍率で作成されたバイパス通路１
１の断面図であって、３１は母材部（鋳物内部に該当す
る）であり、この実施例では前述の溶湯を注湯したので
、いわゆるニレジストダクタイル鋳鉄のＤ−２種の金属
組織となっている。

また、この母材部３１の外側（第６図の上側）には、本
願にかかる耐熱性合金層Ｃが形成され、最外表面には酸
化被膜からなる黒皮部３２が一体的に形成されている。

そして、前記母材部３１と耐熱性合金層Ｃとの境界部分
（第６図のＸ−Ｘ線）には格別の境界面は形成されてい
ないが、金属組織に析出されるクロム炭化物３３や黒鉛
３４の状態から、両者の境界部分を判断することができ
る。

すなわち、母材部３１であるニレジストダクタイル鋳鉄
においては、これらの図の下部おいて明らかなように適
度な密度で黒鉛３４の析出があるが、表面側に近づくほ
ど黒鉛３４の析出がまばらとなっており、代わりにクロ
ム炭化物３３が分散している。

このように分布した黒鉛３４の分布状況から前記母材部
３１と耐熱性合金層Ｃとの境界位置を判断すればよい。

この実施例においては、Ｎｌの含有量の多い耐熱性合金
層Ｃの厚さはおよそ６００μｍ程度である。

このような耐熱性合金層Ｃを有する鋳鉄鋳物の耐熱性を
確認するため、本願発明者らは第７図に示すような直方
体状の試験用ブロック３５を作成し、このブロック３５
からテストピース３５ａを切りだして試験装置３６で酸
化減量の測定試験を行なった。

この試験装置３６は加熱炉３８ａとテストビス３５ａの
昇降装置（不図示）とからなり、テストピース３５ａを
炉中で上下の一定位置間に移動させることによって、テ
ストピース３５ａに一定の熱サイクルを加えるものであ
る。この熱サイクルは、自動車の駆動・停止を模擬した
ものである。

このような試験装置３６を用いた試験条件は次の通りで
ある。

温度　　　　　２００〜８７０℃ 回数　　　　　５００サイクルテストピース　直方体（３０ｍｍＸ　２０ｍｍＸ　３ｍ
ｍ　）但し、３０ｍｍＸ　２０ｍｍの１面が黒皮状態で
ある。

これは、本願発明にかかる鋳鉄鋳物の前記耐熱性合金層
Ｃは、鋳鉄鋳物の表層に薄く形成されたものであるから
である。

そして、本願にかかる耐熱性合金層Ｃを有する鋳鉄鋳物
の耐熱性能をより明確にするため、同様の試験条件で、
ニレジストダクタイル鋳鉄のうち黒皮付きのＤ−２種、
黒皮なしのＤ−２種、黒皮なしの９５種を併せて試験−
し、次のような酸化減量の測定結果を得た。

黒皮なしのＤ−２種　　　０．０２２０ｇ／ａｍ２黒皮
状態のＤ−２種　　　０．００８７ｇ／ａｍ２黒皮なし
のＤ−５種　　−０，００２７ｇ／ａｍ２黒皮状態の本
願発明　−０，００８５ｇ／ｅｍ２第９図において、棒
グラフＰは黒皮なしのＤ−２種の酸化減量を、棒グラフ
Ｑは黒皮状態のＤ−２種のものを、棒グラフＲは黒皮な
しのＤ−５種のものを示し、棒グラフＳは黒皮状態の前
記実施例による酸化減量を示すものである。

第９図から明らかなように、Ｄ−２種は黒皮の有無にか
かわらず、いずれも酸化減量がプラスである。

また、Ｄ＝５種および本願発明の鋳鉄鋳物はともに酸化
減量がマイナス（酸化によって質量が増加）となってい
るが、本願発明の鋳鉄鋳物の方がＤ〜５種より酸化減量
が小さく、耐熱性が良好であることがわかる。

この結果の妥当性は、第１ｏ図に示す断面図からも理解
することができる。

第１０図は、前記のようにして行なった試験後の本願実
施例にかかるテストピース３５ａの断面図であり、１０
０倍の倍率で作成したものである。

第１０図において、３７は酸化領域を示し、前記試験に
より酸化された部分である。

この酸化領域３７の厚さは、極めて薄く、耐熱性合金層
Ｃには酸化されていない領域３８が十分に残された状態
となっている。

そのため、このテストピース３５ａをさらに加熱しても
これまでと同様の良好な耐熱性能を生じることができ、
本願発明に係る鋳鉄鋳物はきわめて良好な耐熱性を有す
るものであることがわかる。

また、本願にかかる耐熱合金層Ｃの酸化領域３７の物性
は、従来のＤ−２種の酸化領域より高い密着性を有し、
酸化領域３７の表面からの酸化物の剥離か少ない。

したがって、このタービンハウジング３においては酸化
物の脱落が少なく、これに起因するターボチャージャ１
のトラブルの発生が軽減する。

さらに、この実施例において、使用した溶湯がニレジス
トダクタイル鋳鉄Ｄ−２種相当であるので、Ｄ−５種よ
り優れた鋳造性を有し、その耐熱性もＤ−５種と同等あ
るいはそれ以上である。

そのうえ、同等の耐熱性を得るために、高価なＮ１の使
用量が少ないことは、耐熱性鋳鉄鋳物の材料コストの低
減となる利点がある。

以上説明した実施例においては、バイパス通路１１部分
にのみ耐熱性合金層Ｃを形成したが、本願はこれに限ら
ず、耐熱性合金層Ｃをスクロール部３ｂやタービン室３
ａ等の内面にも拡大しても良く、また、鋳造に用いる第
１および第２の中子２４．２５の外表面の全体に渡って
、金属粉末層２７を形成して、タービンハウジング３の
内面の全域に耐熱合金層Ｃを形成することとしても良い
。

さらに、二の実施例においては、母材となる溶湯として
耐熱性の良好なニレジストダクタイル鋳鉄を用いたが、
本願は、これに限らず、普通のダクタイル鋳鉄や普通鋳
鉄を用いてもその耐熱性能を向上させることができる。

また、耐熱性合金元素としてＮ１を用いるものについて
説明したが、鋳鉄の耐熱性の向上に用いられる。その他
の合金元素を用いても良いことはいうまでもない。

（発明の効果）以上説明したように、この発明によれば、この種のター
ボチャージャ用タービンハウジングにおいて、エンジン
の排気ガスの熱が多量に伝達され高温となる部分である
。バイパス通路の内表面に、鋳物内部より耐熱性合金元
素に富んだ合金層を形成しであるので、このバイパス通
路の部分での耐熱性が高められるとともに、このバイパ
ス通路で発生しがちな酸化物の脱落を効果的に防止する
ことができる。

また、これは逆にそれ以外の部分を形成する鋳物材料に
高い耐熱性を求めずに済むことを意味するから、タービ
ンハウジングの鋳造に際して、耐熱合金元素の含有量か
多く湯流れ等の良好でない。

【図面の簡単な説明】第１図から第３図は、タービンハウジングに関し、第１
図は一部を破断した正面図、第２図は第１図の■方向か
ら見た一部破断側面図、第３図は第１図のｍ−■断面図
、第４図はターボチャージャの全体説明図、第５図は鋳
をの説明断面図、第６図は第３図の■部分における耐熱
性合金層の説明断面図、第７図は試験用ブロックの説明
図、第８区は試験装置の説明図、第９図は酸化減量を示
すグラフ、第１０図は試験後におけるテストピースの耐
熱合金層の説明断面図である。Ｃ：合金層（耐熱性合金層）、１　ターボチャージャ、３・　タービンハウジング、ａ；　タービン室、ｂ；導入路（スクロール部）、Ｃ；導出路、回転軸、６；　タービン、１；バイパス通路、１１ａ；内表面、２；　ウェイストゲート弁、１；鋳型、２；上型、２３；下型、４：第１の中子、２４ｃ；突部、５：第２の中子、７；金属粉末層、１；鋳物内部（母材部）。第１図３．７ゼニ八らシン７′ しｍ第２図６ｊタービン第図１２；つぴトｒ斗イ「第５図流；央部５ａ第６図３１；イθ才２−＆ヤ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）回転可能に軸支したタービンの周囲を囲むタービ
ン室と、このタービン室へエンジンの排気ガスを導入す
る導入路と、前記タービン室に供給された排気ガスを外
部に導出する導出路とを有し、前記導入路と導出路との
間に前記タービン室を迂回するバイパス通路を形成した
ターボチャージャ用タービンハウジングにおいて、このターボチャージャ用タービンハウジングを鋳鉄鋳物
にて形成するとともに、このタービンハウジングの内面
のうち少なくとも前記バイパス通路の内表面には、この
鋳物内部より耐熱性合金元素に富んだ合金層を形成した
ことを特徴とするターボチャージャ用タービンハウジン
グ。
（２）回転可能に軸支したタービンの周囲を囲むタービ
ン室と、このタービン室へエンジンの排気ガスを導入す
る導入路と、前記タービン室に供給された排気ガスを外
部に導出する導出路とを有し、前記導入路と導出路との
間に前記タービン室を迂回するバイパス通路を形成した
ターボチャージャ用タービンハウジングの鋳型を、割型
と中子とで構成し、前記バイパス通路を中子に形成した
突部で形成するものにおいて、この中子の少なくとも前記突部の外周面に耐熱合金元素
を主材とする金属粉末を付着させ、この後、鋳型内に注
湯することを特徴とするターボチャージャ用タービンハ
ウジングの製造方法。