JPWO2018109933A1 - タービンハウジング、排気タービン、及び過給機 - Google Patents
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Abstract
Description
タービンホイールを収容するように構成され、前記タービンホイールに排ガスを導くための入口流路を形成する入口部と、前記タービンホイールからの前記排ガスを排出するための出口流路を形成する出口部と、を含むハウジング本体と、
前記ハウジング本体の前記入口部又は前記出口部の少なくとも一方の内壁面に沿って設けられる少なくとも一つのスリーブと、を備え、
各々の前記スリーブは、前記排ガスの流れ方向に沿って分割された複数のセクションを含むことを特徴とする。
前記ハウジング本体は、前記ハウジング本体の前記入口部又は前記出口部の少なくとも一方の前記排ガスの流路の開口端の周縁に沿って設けられる凹部を含み、
前記少なくとも一つのスリーブは、前記凹部に嵌合するように前記スリーブの径方向外側に突出して設けられる凸部を含むことを特徴とする。
前記ハウジング本体に前記スリーブを固定するための固定用ピースをさらに備え、
前記スリーブの前記凸部は、前記ハウジング本体の前記凹部に嵌合された状態で、前記固定用ピースと前記ハウジング本体との間に挟持されることを特徴とする。
前記少なくとも一つのスリーブは、前記スリーブの外面と前記ハウジング本体の内壁面との間に隙間が形成されるように、前記ハウジング本体に支持されている。
前記少なくとも一つのスリーブは、排ガスの上流側の端部と下流側の端部との間の領域に、該スリーブの外面から突出して設けられる突起部を含み、
前記突起部は、前記スリーブの前記外面と前記ハウジング本体の内壁面との間に隙間を形成するように構成されたことを特徴とする。
前記突起部は、前記スリーブの内面から外面に向かって凹むように設けられたディンプルによって形成されたことを特徴とする。
前記ハウジング本体の前記入口部又は前記出口部の少なくとも一方は、前記スリーブの前記タービンホイール側の端部が嵌合する嵌合溝を含むことを特徴とする。
例えば、スリーブの外面とハウジング本体の内壁面との間に隙間を形成する場合には、スリーブの外面とハウジング本体の内壁面との間の隙間をより確実に保持することができる。そのため、排ガスからタービンハウジングへの入熱を抑制することができ、排ガスの熱エネルギーの損失をより抑制することが可能となる。
前記ハウジング本体の前記入口部又は前記出口部の少なくとも一方に、前記スリーブの前記タービンホイール側の端部を締結するための締結部材をさらに備えることを特徴とする。
例えば、スリーブの外面とハウジング本体の内壁面との間に隙間を形成する場合には、スリーブの外面とハウジング本体の内壁面との間の隙間をより確実に保持することができる。そのため、排ガスからタービンハウジングへの入熱を抑制することができ、排ガスの熱エネルギーの損失をより抑制することが可能となる。
前記スリーブの内面に遮熱コーティングを備えることを特徴とする。
前記ハウジング本体の前記入口部又は前記出口部の少なくとも一方の内壁面と前記スリーブの間に設けられる断熱材をさらに備えることを特徴とする。
上記(1)から(10)のいずれか一つのタービンハウジングと、
前記タービンハウジングに収容されるタービンホイールと、を備えることを特徴とする。
上記(11)の排気タービンと、
前記排気タービンによって駆動されるように構成されたコンプレッサと、
を備えることを特徴とする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
なお、幾つかの実施形態では、排気タービン7の排ガスの流れ方向の下流側には、排ガス中の有害成分を浄化するための触媒5を設けることができる。
タービンスクロール流路91を流れてタービンホイール11に作用した排ガスは、回転軸2の軸方向に沿って延伸する出口流路121からタービンハウジング9の外部へと排出される。
回転軸2の軸方向に沿って延伸する吸気導入流路39を流れ、コンプレッサインペラ31によって圧縮された吸気は、回転軸2の軸直交方向に沿って延伸するディフューザ流路41を介してコンプレッサスクロール流路35に導入され、不図示のエンジンへと供給される。
図3は、本発明の幾つかの実施形態に係るタービンハウジングの排ガス入口部の一例を示す図である。ここで、図3(a)は、タービンハウジングの排ガスの入口開口を正面から視た図であり、図3(b)は、タービンハウジングの排ガス入口部の断面図である。
図4は、本発明の幾つかの実施形態に係るタービンハウジングの排ガス入口部の変形例を示す図である。なお、図4(a)は、タービンハウジングの排ガスの入口開口を正面から視た図であり、図4(b)は、タービンハウジングの排ガス入口部の断面図である。
図5は、本発明の幾つかの実施形態に係るタービンハウジングの排ガス出口部の一例を示す図である。ここで、図5(a)は、タービンハウジングの排ガス出口部の断面図であり、図5(b)は、タービンハウジングの排ガスの出口開口を正面から視た図である。
図6は、本発明の幾つかの実施形態に係るタービンハウジングの排ガス出口部の変形例を示す図である。なお、図6(a)は、タービンハウジングの排ガス出口部の断面図であり、図6(b)は、タービンハウジングの排ガスの出口開口を正面から視た図である。
ハウジング本体100の入口部110には、図3及び図4に示す入口スリーブ210が設けられ、ハウジング本体100の出口部120には、図5及び図6に示す出口スリーブ220が設けられる。入口スリーブ210及び出口スリーブ220の具体的構成について、以下で詳述する。
なお、幾つかの実施形態では入口スリーブ210は、排ガスの流れ方向に沿って3つ以上のセクションに分割されていてもよい。また、入口スリーブ210は、排ガスの流れ方向に沿って複数のセクションに分割されていることに加えて、各セクションが排ガスの流れ方向に交差する方向に沿ってさらに分割されていてもよい。
ハウジング本体100の入口部110は、排ガスの入口流路111の開口端113の周縁に沿って設けられる入口凹部115(凹部)を含んでいる。
一方、入口スリーブ210は、入口スリーブ210の排ガスの上流側の端部211において、入口スリーブ210の径方向外側に突出して設けられた入口凸部(凸部)217を含む。そして、入口凸部217は、ハウジング本体100の入口凹部115に嵌合されている。
具体的には、入口スリーブ210は、入口スリーブ210の排ガスの上流側の端部211と下流側の端部213との間の領域に、入口スリーブ210の外面215から突出して設けられる突起部219を含んでいる。突起部219は、ハウジング本体100の入口内壁面117と、入口スリーブ210の外面215との間に隙間501を形成するように設けられている。
なお、幾つかの実施形態において固定用ピース300はハウジング本体100の入口凹部115に対して溶接で固定されることができる。
本変形例によれば、固定用ピース300を備えるため、固定用ピース300をハウジング本体100に対して溶接で固定しつつ、入口スリーブ210の入口凸部217を固定用ピース300とハウジング本体100との間に挟持することもできる。このことによって、ハウジング本体100に対する入口スリーブ210の固定をより強固なものにすることができる。
なお、幾つかの実施形態では、出口スリーブ220は、ウエストゲート弁250が設けられない過給機(例えば、VGターボ)のタービンハウジングに備えられていても良い。
なお、本発明の幾つかの実施形態では出口スリーブ220は、排ガスの流れ方向に沿って3つ以上のセクションに分割されていてもよい。また、出口スリーブ220は、排ガスの流れ方向に沿って複数のセクションに分割されていることに加えて、各セクションが排ガスの流れ方向に交差する方向に沿ってさらに分割されていてもよい。
ハウジング本体100の出口部120は、排ガスの出口流路121の開口端123の周縁に沿って設けられる出口凹部125(凹部)を含んでいる。
一方、出口スリーブ220は、出口スリーブ220の排ガスの下流側の端部221において、出口スリーブ220の径方向外側に突出して設けられた出口凸部227(凸部)を含んでいる。そして、本出口凸部227は、ハウジング本体100の出口凹部125に嵌合されている。
一方、出口スリーブ220の出口凸部227は、出口スリーブ220の周方向に沿って離間して複数設けられている。このことにより、出口スリーブ220の出口凸部が周方向に沿って連続した環状である場合よりも、出口スリーブ220とハウジング本体100との接触面積を小さくすることができる。その結果、排ガスからタービンハウジング9への入熱が抑制される。
また、幾つかの実施形態では、図4に示したタービンハウジング9の排ガス入口部の変形例のように、ハウジング本体100の出口部120に出口スリーブ220を固定するための固定用ピースをさらに備えていてもよい。この場合、固定用ピースは、例えば環状の部材であり、ハウジング本体100の出口凹部125に嵌合される。そして、出口スリーブ220の出口凸部227は、ハウジング本体100の出口凹部225に嵌合された状態で、固定用ピースとハウジング本体100との間に挟持される。
この場合、幾つかの実施形態において固定用ピースはハウジング本体100の出口凹部125に対して溶接で固定されることができる。
具体的には、出口スリーブ220は、ハウジング本体100の出口凹部125に出口スリーブ220の出口凸部227が嵌合すると共に、ハウジング本体100の嵌合溝129に出口スリーブ220の排ガスの上流側端部223が嵌合することによって、出口スリーブ220が、出口スリーブ220の外面225とハウジング本体100の出口部120の内壁面127との間に隙間501を形成しつつ、ハウジング本体100の出口部120に支持されている。
なお、幾つかの実施形態では、図3に示したタービンハウジング9の排ガス入口部のように、出口スリーブ220の排ガスの上流側の端部223と下流側の端部221との間の領域に、出口スリーブ220の外面225から突出して設けられる突起部を含んでいてもよい。そして、この突起部が、ハウジング本体100の入口内壁面117と、入口スリーブ210の外面215との間に隙間501を形成するように設けられていてもよい。この場合、例えば、ハウジング本体100の嵌合溝129を省略してもよい。
また、幾つかの実施形態では、ハウジング本体100の入口部110と同様、突起部は出口スリーブ220の内面から外面225に向かって凹むように設けられたディンプルによって形成されることができる。
出口スリーブ220の上流側端部223とハウジング本体100の出口部120とをカラーを介さずに直接締結する場合、出口スリーブ220の上流側端部223が部分的にハウジング本体100の出口部120から浮上がり、隙間501に排ガスが侵入してしまうことがある。この点、出口スリーブ220の上流側端部223とハウジング本体100の出口部120との間にカラーを介在させることで、出口スリーブ220の上流側端部223とハウジング本体100の出口部120との間の締結部を介して隙間501に侵入する排ガスの流れをカラーによって阻止することができる。
なお、他の実施形態では、カラーを介さずに、出口スリーブ220の上流側端部223とハウジング本体100の出口部120とが締結部材233を用いて直接締結される。
すなわち、本実施形態によれば、ハウジング本体100の内壁面(117,127)とスリーブ(210,220)との間に隙間501が形成され、さらに、スリーブ(210,220)の内面に遮熱コーティング400が形成される。こうして、隙間501、スリーブ(210,220)及び遮熱コーティング400の3つの層によって、排ガス流路とハウジング本体100の内壁面とが隔てられる。
なお、本変形例においては、スリーブ(210,220)の内面に遮熱コーティング400が形成されているが、これに限られず、幾つかの実施形態では遮熱コーティング400を省略してもよい。
このことにより、例えば、排気タービン7の排ガスの流れ方向下流側に触媒5を設けている場合には、排気タービン7から排出される排ガスの温度を高く保つことができるので、過給機1の始動時において、触媒5を活性化させるまでの時間を短縮することができる。
また、入口スリーブ210によって、熱容量が大きいハウジング本体100の内壁面と排ガスとの接触を防ぐことで、より大きな熱エネルギーを持った排ガスをタービンホイール11に流入させることができる。よって、エンジンの始動時においてタービンホイール11に対して排ガスがより多くの仕事をすることになり、過給機1のレスポンスを改善することができる。
また、タービンハウジング9の入口スクロール部(タービンスクロール流路91)からハウジング本体100を介して、出口ディフューザ部(出口流路121)への伝熱に起因して、タービンスクロール流路91を流れる排ガスの温度が低下してしまうことがある。この点、上記構成の出口スリーブ220を設けることで、入口スクロール部から出口ディフューザ部への伝熱を抑制することができ、過給機1のレスポンスを改善することができる。
また、出口スリーブ220の外面225とハウジング本体100の出口内壁面127との間の隙間501をより確実に保持することができるので、排ガスからタービンハウジング9への入熱を抑制することができ、排ガスの熱エネルギーの損失をより抑制することが可能となる。
3 コンプレッサ
31 コンプレッサインペラ
33 コンプレッサハウジング
35 コンプレッサスクロール流路
39 吸気導入路
41 ディフューザ流路
5 触媒
7 排気タービン
9 タービンハウジング
91 タービンスクロール流路
11 タービンホイール
100 ハウジング本体
110 入口部
111 入口流路
113 入口開口端
115 入口凹部
117 入口内壁面
120 出口部
121 出口流路
123 出口開口端
125 出口凹部
127 出口内壁面
129 嵌合溝
210 入口スリーブ
210a 入口スリーブ第1セクション
210b 入口スリーブ第2セクション
211 入口スリーブの上流側端部
213 入口スリーブの下流側端部(タービンホイール側の端部)
215 入口スリーブの外面
217 入口凸部
219 突起部(ディンプル)
220 出口スリーブ
220a 出口スリーブ第1セクション
220b 出口スリーブ第2セクション
221 出口スリーブの下流側端部
223 出口スリーブの上流側端部(タービンホイール側の端部)
225 出口スリーブの外面
227 出口凸部
233 締結部材
250 ウエストゲート弁
300 固定用ピース
400 遮熱コーディング
501 隙間
502 断熱材
Claims (12)
- タービンハウジングであって、
タービンホイールを収容するように構成され、前記タービンホイールに排ガスを導くための入口流路を形成する入口部と、前記タービンホイールからの前記排ガスを排出するための出口流路を形成する出口部と、を含むハウジング本体と、
前記ハウジング本体の前記入口部又は前記出口部の少なくとも一方の内壁面に沿って設けられる少なくとも一つのスリーブと、を備え、
各々の前記スリーブは、前記排ガスの流れ方向に沿って分割された複数のセクションを含むことを特徴とするタービンハウジング。 - 前記ハウジング本体は、前記ハウジング本体の前記入口部又は前記出口部の少なくとも一方の前記排ガスの流路の開口端の周縁に沿って設けられる凹部を含み、
前記少なくとも一つのスリーブは、前記凹部に嵌合するように前記スリーブの径方向外側に突出して設けられる凸部を含む
ことを特徴とする請求項1に記載のタービンハウジング。 - 前記ハウジング本体に前記スリーブを固定するための固定用ピースをさらに備え、
前記スリーブの前記凸部は、前記ハウジング本体の前記凹部に嵌合された状態で、前記固定用ピースと前記ハウジング本体との間に挟持される
ことを特徴とする請求項2に記載のタービンハウジング。 - 前記少なくとも一つのスリーブは、前記スリーブの外面と前記ハウジング本体の内壁面との間に隙間が形成されるように、前記ハウジング本体に支持されてい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タービンハウジング。
- 前記少なくとも一つのスリーブは、排ガスの上流側の端部と下流側の端部との間の領域に、該スリーブの外面から突出して設けられる突起部を含み、
前記突起部は、前記スリーブの前記外面と前記ハウジング本体の内壁面との間に隙間を形成するように構成されたことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のタービンハウジング。 - 前記突起部は、前記スリーブの内面から外面に向かって凹むように設けられたディンプルによって形成されたことを特徴とする請求項5に記載のタービンハウジング。
- 前記ハウジング本体の前記入口部又は前記出口部の少なくとも一方は、前記スリーブの前記タービンホイール側の端部が嵌合する嵌合溝を含むことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のタービンハウジング。
- 前記ハウジング本体の前記入口部又は前記出口部の少なくとも一方に、前記スリーブの前記タービンホイール側の端部を締結するための締結部材をさらに備えることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のタービンハウジング。
- 前記スリーブの内面に遮熱コーティングを備えることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のタービンハウジング。
- 前記ハウジング本体の前記入口部又は前記出口部の少なくとも一方の内壁面と前記スリーブの間に設けられる断熱材をさらに備えることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一項に記載のタービンハウジング。
- 請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のタービンハウジングと、
前記タービンハウジングに収容されるタービンホイールと、を備えることを特徴とする排気タービン。 - 請求項11に記載の排気タービンと、
前記排気タービンによって駆動されるように構成されたコンプレッサと、
を備えることを特徴とする過給機。
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