JPWO2019087279A1 - タービン及びこれを備えたターボチャージャ - Google Patents

Abstract

タービンは、タービンインペラと、前記タービンインペラを覆うように設けられ、内側に排ガスが流れるスクロール流路を形成するタービンハウジングと、前記タービンハウジングとは別部材として設けられるスロート形成部と、を備え、前記スロート形成部は、軸方向において、前記タービンハウジングのうち前記スクロール流路のスロート部のシュラウド側壁面を形成する部位に対して対向して設けられ、前記スロート部のハブ側壁面を形成する。

Description

本開示は、タービン及びこれを備えたターボチャージャに関する。

一般に、舶用、自動車用等の内燃機関では、その排気エネルギーを利用してタービンインペラを回転させ、タービンインペラと同軸上に設けられるコンプレッサインペラを回転させることで、内燃機関の吸気圧力を高めて内燃機関の出力を増大させるターボチャージャが知られている。

特許文献１及び特許文献２には、タービンインペラを覆うように設けられるタービンハウジングを備えたターボチャージャが開示されている。

特開２０１３−１７４１２９号公報 特開平１１−２２９８８７号公報

近年、内燃機関の小型化が促進される分野では、これに伴いターボチャージャ自体の小型化も要求されている。通常、タービンハウジングは鋳物で成型するため、タービンハウジングの内壁形状を形成する中子の成立性が重要である。ところが、近年の要請によりターボチャージャが小型化すると、タービンハウジングの内壁形状を形成する中子の成型が困難になり、中子の成立性が低下する可能性がある。特に、スクロール流路のスロート部は、他の部位に比べて幅狭であるため、ターボチャージャの小型化に起因した中子の成立性が問題になりやすい。

そこで、本発明の少なくとも一つの実施形態の目的は、上記の事情に鑑みて、ターボチャージャの小型化を促進しながら、鋳造によるタービンハウジングの内壁形状の成型性を向上できるタービンハウジング及びこれを備えた過給機を提供することである。

（１）本発明の幾つかの実施形態に係るタービンは、
タービンインペラと、
前記タービンインペラを覆うように設けられ、内側に排ガスが流れるスクロール流路を形成するタービンハウジングと、
前記タービンハウジングとは別部材として設けられるスロート形成部と、
を備え、
前記スロート形成部は、軸方向において、前記タービンハウジングのうち前記スクロール流路のスロート部のシュラウド側壁面を形成する部位に対して対向して設けられ、前記スロート部のハブ側壁面を形成する。

上記（１）の構成によれば、スクロール流路のうち軸方向における幅が他の部位に比べて狭いスロート部において、シュラウド側壁面に対向するハブ側壁面を、タービンハウジングとは別部材のスロート形成部により形成できる。したがって、タービンが小型化する場合であっても、タービンハウジングの鋳造に際して内壁形状を形成する中子の成型を容易にすることができ、タービンハウジングの内壁形状の成型性を高めることができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記スロート形成部は、
前記スロート部の前記ハブ側壁面を形成する第１部分と、
前記第１部分に対して径方向内側において前記タービンインペラの背面に対向する第２部分と、
を含む。

上記（２）の構成によれば、スロート形成部は、スロート部のハブ側壁面を形成する第１部分とタービンインペラの背面に対向する第２部分を含むため、スロート形成部をタービンインペラの背面に対向する部分としても利用できる。こうした簡単な構造により、タービンハウジングの鋳造における中子の成立性を向上するとともに、タービンインペラの背面側における排ガスの放熱を抑制することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記スロート形成部は、前記スロート部の前記ハブ側壁面を形成する板部材を含む。

上記（３）の構成によれば、スロート形成部に板状の部材を採用できるため、板金品（例えば一般的に使用されるバックプレート等）を用いてスロート部のハブ側壁面を形成することができる。

（４）本発明の幾つかの実施形態に係るタービンは、
タービンインペラと、
前記タービンインペラを覆うように設けられ、前記タービンインペラを通過後の排ガスを排出するための出口部を有するタービンハウジングと、
前記タービンインペラ又は該タービンインペラに連通するスクロール流路の少なくとも一方を挟んで、軸方向において前記出口部とは反対側に位置する遮熱部と、を備え、
前記遮熱部は、
第１遮熱板部と、
少なくとも部分的に前記第１遮熱板部との間に隙間を有して配置される第２遮熱板部と、
を含む。
なお、遮熱部を構成する「第１遮熱板部」又は「第２遮熱板部」の何れか一方が、上記（１）〜（３）における「スロート形成部」を構成していてもよい。

上記（４）の構成は、上述した課題（タービンハウジングの内壁形状の成型性向上）とは異なり、排ガスの放熱を抑制することによってタービンの効率を向上するという課題を解決するためのものである。
即ち、上記（４）の構成によれば、第１遮熱板部及び第２遮熱板部を含む遮熱部は、タービンインペラ又はスクロール流路の少なくとも一方を挟んで軸方向において出口部と反対側に位置するため、スクロール流路やタービンインペラを流れる排ガスの放熱を抑制できる。また、第１遮熱板部及び第２遮熱板部の間に少なくとも部分的に隙間を挟むことで中間層が形成され、一方の遮熱板部から他方の遮熱板部へ熱が移動するのを抑制できる。したがって、排ガスが外部へ放熱するのを抑制することでタービンの効率を向上できる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記軸方向において前記タービンハウジングの前記出口部とは反対側に設けられるベアリングハウジングを備え、
前記第１遮熱板部及び前記第２遮熱板部は、前記第１遮熱板部の第１端部及び前記第２遮熱板部の第２端部が前記タービンハウジング及び前記ベアリングハウジングの間に挟持されて固定され、互いに向かい合う前記第１端部の第１面又は前記第２端部の第２面の少なくとも一方が凹部を有する。

上記（５）の構成によれば、タービンハウジングとベアリングハウジングとの間に挟持される第１端部及び第２端部において、互いに向かい合う面（第１面及び第２面）の少なくとも一方が凹部を有するため、凹部によって第１面と第２面とが接する面積を低減できる。これにより、第１端部又は第２端部の一方から他方へ熱が移動するのを抑制することができる。したがって、タービンハウジングからベアリングハウジングへの熱の移動を抑制し、タービンの効率を向上可能である。

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記第１遮熱板部の前記第１面は、周方向又は径方向の一方に沿って延在する第１凹部を含み、
前記第２遮熱板部の前記第２面は、前記周方向又は前記径方向の他方に沿って延在する第２凹部を含む。

上記（６）の構成によれば、第１遮熱板部の第１面が、第２遮熱板部の第２面に設けられた第２凹部と延在方向が異なる第１凹部を有する。このため、タービンハウジングとベアリングハウジングとの間に挟持される第１端部及び第２端部において、第１面と第２面が互いに接する面積を効果的に低減することができる。したがって、タービンハウジングからベアリングハウジングへの熱の移動をより一層抑制できる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（４）〜（６）の何れか一つの構成において、
前記隙間に設けられた断熱材を備える。

上記（７）の構成によれば、第１遮熱板部と第２遮熱板部との隙間に断熱材を設けることで、一方の遮熱板部から他方の遮熱板部への熱の移動を効果的に抑制できる。したがって、排ガスの放熱抑制効果を向上することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（４）〜（７）の何れか一つの構成において、
前記軸方向において前記タービンハウジングの前記出口部とは反対側に設けられるベアリングハウジングを備え、
前記第１遮熱板部及び前記第２遮熱板部は、前記第１遮熱板部の第１端部及び前記第２遮熱板部の第２端部が前記タービンハウジング及び前記ベアリングハウジングの間に挟持されて固定され、
前記第１遮熱板部のうちの前記第１端部を除く部位の少なくとも一部と、前記第２遮熱板部のうちの前記第２端部を除く部位の少なくとも一部との間に前記隙間が形成される。

上記（８）の構成によれば、第１遮熱板部及び第２遮熱板部は、タービンハウジング及びベアリングハウジングに挟持される第１端部及び第２端部を除く部位の少なくとも一部において隙間が形成される。これにより、各遮熱板部のうち、スクロール流路やタービンインペラの背面等を流れる排ガスに曝されやすい部位に隙間が形成されるため、効果的に排ガスの放熱を抑制できる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の構成において、
前記タービンが、前記第１遮熱板部と前記第２遮熱板部との間の前記隙間に設けられた断熱材を備え、 前記第１遮熱板部及び前記第２遮熱板部は、前記タービンハウジング及び前記ベアリングハウジング間に挟持される前記第１端部及び前記第２端部とは反対側の端部同士が互いに連結されている。

上記（９）の構成によれば、第１遮熱板部と第２遮熱板部との隙間に設けられた断熱材が第１端部及び第２端部とは反対側の端部同士の間から脱落するのを抑制でき、高い放熱抑制効果を維持することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（８）の構成において、
前記第１遮熱板部及び前記第２遮熱板部の各々は、前記タービンハウジング及び前記ベアリングハウジング間に挟持される前記第１端部又は前記第２端部とは反対側の端部が自由端である。

上記（１０）の構成によれば、タービンハウジング及びベアリングハウジング間に挟持される第１端部又は第２端部とは反対側の端部が自由端であり拘束されない。したがって、排ガスの入熱による第１遮熱板部及び第２遮熱板部の熱変形を許容し、第１遮熱板部及び第２遮熱板部の熱応力を低減できるため、各遮熱板部の耐久性を向上できる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（４）〜（１０）の何れか一つの構成において、
前記第１遮熱板部は、少なくとも部分的に前記スクロール流路に面するように設けられ、
前記第２遮熱板部は、少なくとも部分的に、前記第１遮熱板部の径方向内側において前記タービンインペラの背面に面するように設けられる。
この場合において、第１遮熱板部が、上記（１）〜（３）における「スロート形成部」を構成していてもよい。

スクロール流路に面する領域とタービンインペラの背面に面する領域とを比較すると、排ガスがタービンインペラに導入される前のスクロール流路に面する領域の方が、排ガスからの入熱量を決定づける熱伝達率が高い。
よって、上記（１１）のように、熱伝達率が高いスクロール流路に面する領域に第１遮熱板部を設け、この第１遮熱板部に対して隙間を存して第２遮熱板部を設けることで、排ガスからの放熱を効果的に抑制できる。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（４）〜（１０）の何れか一つの構成において、
前記第１遮熱板部又は前記第２遮熱板部の少なくとも一方には、遮熱コーティングが施される。

上記（１２）の構成によれば、第１遮熱板部及び第２遮熱板部による排ガスの放熱抑制効果をより一層高めることができ、タービンの効率を向上できる。

（１３）本発明の幾つかの実施形態に係るターボチャージャは、
上記（１）〜（１２）の何れか一項に記載のタービンと、
コンプレッサインペラを有し、前記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。

上記（１３）の構成によれば、上記（１）〜（１２）で述べたように、スクロール流路のうち軸方向における幅が他の部位に比べて狭いスロート部において、シュラウド側壁面に対向するハブ側壁面をタービンハウジングとは別のスロート形成部により形成できる。このため、タービンが小型化する場合であっても、タービンハウジングの鋳造に際して内壁形状を形成する中子の成型を容易にすることができ、タービンハウジングの内壁形状の成型性を高めることができる。
あるいは、上記（４）で述べたように、第１遮熱板部及び第２遮熱板部を含む遮熱部は、タービンインペラ又はスクロール流路の少なくとも一方を挟んで軸方向において出口部と反対側に位置するため、スクロール流路やタービンインペラを流れる排ガスの放熱を抑制できる。また、第１遮熱板部及び第２遮熱板部の間に少なくとも部分的に隙間を挟むことで中間層が形成され、一方の遮熱板部から他方の遮熱板部へ熱が移動するのを抑制できる。したがって、排ガスが外部へ放熱するのを抑制することでタービンの効率を向上できる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、ターボチャージャの小型化を促進しながら、鋳造によるタービンハウジングの内壁形状の成型性を向上できるタービンハウジング及びこれを備えた過給機を提供することできる。

一実施形態に係るタービンが適用されるターボチャージャの全体構成を表す模式的な断面図である。 図１のターボチャージャにおけるタービン付近の拡大図である。 幾つかの実施形態に係る遮熱部を備えたタービンを表す図である。 幾つかの実施形態に係る断熱材を有する遮熱部の形態を表す図である。 幾つかの実施形態に係る遮熱部の変形例を表す図である。 幾つかの実施形態に係る遮熱部の他の変形例を表す図である。 図３〜図６における第１端部及び第２端部付近を拡大した図である。 幾つかの実施形態に係る遮熱部の端部における凹部の形態を表すための斜視図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して、幾つかの実施形態に係るタービンが適用されるターボチャージャの全体構成について説明する。図１は、一実施形態に係るタービン３１が適用されるターボチャージャ１の概略構成を表す図である。

図１に示すように、本発明の幾つかの実施形態に係るターボチャージャ１は、ベアリングハウジング１０を挟んで配置されたコンプレッサハウジング２０とタービンハウジング３０とを備える。回転軸１２は、タービンハウジング３０内に収容されるタービンインペラ３２を一端に有し、コンプレッサハウジング２０に収容されるコンプレッサインペラ２２を他端に有している。回転軸１２、タービンインペラ３２及びコンプレッサインペラ２２は、互いに連結又は結合されて全体として一体物を構成しており、ベアリングハウジング１０内に設けられる軸受１４によって回転軸１２が回転可能に支持される。

コンプレッサハウジング２０には、空気をコンプレッサハウジング２０内に取り入れるための空気入口部２４が形成される。コンプレッサインペラ２２の回転により圧縮された空気は、ディフューザ流路２６やコンプレッサスクロール流路２８を通り、空気出口部（不図示）を経由してコンプレッサハウジング２０の外側へ排出される。

タービンハウジング３０には、エンジン（不図示）からの排ガスをタービンハウジング３０内に取入れるためのガス入口部（不図示）が形成されており、このガス入口部は、エンジンの排気マニホールド（不図示）に接続可能である。また、タービンハウジング３０内においてタービンインペラ３２の外周部には、渦巻き状のスクロール流路３６がタービンインペラ３２を覆うように設けられる。このスクロール流路３６は、ガス入口部と連通しており、排ガスを内部に取入れるように形成される。スクロール流路３６の径方向内側には、スクロール流路３６からの排ガスをタービンインペラ３２へ導くためのスロート部３８が設けられる。このスロート部３８は、スクロール流路３６のうち軸方向における幅が他の部位に比べて狭い部位である。タービンインペラ３２を経由した排ガスは、ガス出口部３９を介してタービンハウジング３０の外側に排出される。
以上のように、ターボチャージャ１は、エンジンの排ガスを用いてタービンインペラ３２を回転駆動することで、回転軸１２を介して回転力をコンプレッサインペラ２２に伝達し、コンプレッサハウジング２０に入る空気を遠心力によって圧縮してエンジンへ供給することができる。

図２は、ターボチャージャ１におけるタービン３１付近を拡大した図である。図２に示すように、幾つかの実施形態では、タービン３１はタービンハウジング３０とは別部材として設けられるスロート形成部４１を備え、スロート形成部４１は、軸方向において、タービンハウジング３０のうちスクロール流路３６のスロート部３８のシュラウド側壁面４３を形成する部位に対して対向して設けられ、スロート部３８のハブ側壁面４４を形成する。

スロート部３８のシュラウド側壁面４３及びハブ側壁面４４の両方をタービンハウジング３０で形成する場合、タービンハウジング３０の内壁形状によって比較的幅の狭いスロート部３８を形成することとなる。通常、タービンハウジング３０は鋳物で成型するため、タービンハウジング３０の内壁形状を形成する中子の成立性が重要である。ところが、近年の要請によりターボチャージャ１が小型化すると、タービンハウジング３０の内壁形状を形成する中子の成型が困難になり、中子の成立性が低下する可能性がある。特に、スクロール流路３６のスロート部３８は、他の部位に比べて幅狭であるため、ターボチャージャ１の小型化に起因した中子の成立性が問題になりやすい。

スクロール流路３６の内壁形状を形成する中子は、スロート部３８付近で括れを有する。スロート部３８のシュラウド側壁面４３及びハブ側壁面４４の両方をタービンハウジングによって形成する場合、中子の軸方向における括れの最小幅は、シュラウド側壁面４３とハブ側壁面４４との間隔Ｌ１となる。
一方で、本実施形態によれば、スロート部３８において、シュラウド側壁面４３に対向するハブ側壁面４４を、タービンハウジング３０とは別部材のスロート形成部４１により形成できる。この場合、タービンハウジング３０の内壁形状によってスロート部３８のうちシュラウド側壁面４３のみを形成すればよく、中子の軸方向における括れの最小幅を、Ｌ１よりも大きいＬ２とすることができる。

このように、本実施形態によれば、タービン３１が小型化する傾向にあっても、タービンハウジング３０の鋳造に際して内壁形状を形成する中子の成型を容易にすることができる。よって、タービンハウジング３０の内壁形状の成型性を高めることができる。また、スロート部３８付近における中子の括れの最小幅を拡大することによって、鋳造に繰り返し使用される中子自身の強度を高めることもできる。

幾つかの実施形態では、図２に示すように、スロート形成部４１は、スロート部３８のハブ側壁面４４を形成する第１部分４７と、第１部分４７に対して径方向内側においてタービンインペラ３２の背面３３に対向する第２部分４８とを含む。

本実施形態によれば、スロート形成部４１は、スロート部３８のハブ側壁面４４を形成する第１部分４７とタービンインペラ３２の背面３３に対向する第２部分４８を含むため、スロート形成部４１をタービンインペラ３２の背面３３に対向する部分としても利用できる。こうした簡単な構造により、タービンハウジング３０の鋳造における中子の成立性を向上するとともに、タービンインペラ３２の背面３３側における排ガスの放熱を抑制することができる。

また、幾つかの実施形態では、スロート形成部４１は、スロート部３８のハブ側壁面４４を形成する板部材を含む。図２における例示的な実施形態では、全体が板状をなす部材によりスロート形成部４１が形作られ、スロート形成部４１における径方向外側の端部４６がタービンハウジング３０の挟持部３７及びベアリングハウジング１０の挟持部１８の間に挟まれて固定される。タービンハウジング３０及びベアリングハウジング１０は、挟持部同士（１８，３７）をクランプ１６で締結することにより連結される。

本実施形態によれば、スロート形成部４１に板状の部材を採用できるため、板金品を用いてスロート部３８のハブ側壁面４４を形成することができる。板金品には、例えば、図２の具体例に示されるような一般的に使用されるバックプレート等が含まれる。

（第２実施形態）
次に説明する第２実施形態は、上記までに説明した第１実施形態によって解決される課題（タービンハウジング３０の内壁形状の成型性向上）とは異なり、排ガスの放熱を抑制することによってタービン３１の効率を向上するという課題を解決するためのものである。第２実施形態における遮熱部５０の構成に関して、図３〜図６を参照しながら説明する。図３は、幾つかの実施形態に係る遮熱部５０を備えたタービン３１を表す図である。図４は、幾つかの実施形態に係る断熱材５９を有する遮熱部５０の形態を表す図である。図５は、幾つかの実施形態に係る遮熱部５０の変形例を表す図である。図６は、幾つかの実施形態に係る遮熱部５０の他の変形例を表す図である。

幾つかの実施形態では、図３に示すように、タービンインペラ３２又は該タービンインペラ３２に連通するスクロール流路３６の少なくとも一方を挟んで、軸方向においてガス出口部３９とは反対側に位置する遮熱部５０とを備え、遮熱部５０は、第１遮熱板部５１と、少なくとも部分的に第１遮熱板部５１との間に隙間５４を有して配置される第２遮熱板部５２と、を含む。
図３における一実施形態では、第１遮熱板部５１がスクロール流路３６を挟んで軸方向においてガス出口部３９とは反対側に設けられるとともに、第２遮熱板部５２がタービンインペラ３２を挟んで同じくガス出口部３９とは反対側に設けられる。また、第１遮熱板部５１の内径側かつ第２遮熱板部５２の外径側の領域に隙間５４が生じるように、各遮熱板部（５１，５２）が配置される。

本実施形態によれば、第１遮熱板部５１及び第２遮熱板部５２を含む遮熱部５０は、タービンインペラ３２又はスクロール流路３６の少なくとも一方を挟んで軸方向においてガス出口部３９と反対側に位置するため、スクロール流路３６やタービンインペラ３２を流れる排ガスの放熱を抑制できる。また、第１遮熱板部５１及び第２遮熱板部５２の間に少なくとも部分的に隙間５４を挟むことで中間層が形成され、一方の遮熱板部から他方の遮熱板部へ熱が移動するのを抑制できる。したがって、排ガスが外部へ放熱するのを抑制することでタービン３１の効率を向上できる。

幾つかの実施形態では、同じく図３に示されるように、軸方向においてタービンハウジング３０のガス出口部３９とは反対側に設けられるベアリングハウジング１０を備え、第１遮熱板部５１及び第２遮熱板部５２は、第１遮熱板部５１の第１端部５７及び第２遮熱板部５２の第２端部５８がタービンハウジング３０及びベアリングハウジング１０の間に挟持されて固定され、第１遮熱板部５１のうちの第１端部５７を除く部位の少なくとも一部と、第２遮熱板部５２のうち第２端部５８を除く部位の少なくとも一部との間に隙間５４が形成される。
本実施形態によれば、各遮熱板部（５１，５２）のうち、スクロール流路３６やタービンインペラ３２の背面３３等を流れる排ガスに曝されやすい部位に隙間５４が形成されるため、効果的に排ガスの放熱を抑制できる。

また、第１遮熱板部５１及び第２遮熱板部５２の各々は、タービンハウジング３０及びベアリングハウジング１０間に挟持される第１端部５７又は第２端部５８とは反対側の端部（６５，６６）が自由端である。
これにより、排ガスの入熱による第１遮熱板部５１及び第２遮熱板部５２の熱変形を許容し、第１遮熱板部５１及び第２遮熱板部５２の熱応力を低減できるため、各遮熱板部（５１，５２）の耐久性を向上できる。

幾つかの実施形態に係るタービン３１は、図４に示すように、隙間５４に設けられた断熱材５９を備える。本実施形態によれば、一方の遮熱板部から他方の遮熱板部への熱移動を効果的に抑制できる。また、第１遮熱板部５１及び第２遮熱板部５２の間に設けられる隙間５４内では、輻射による熱移動が生じやすく、これを抑制する観点からも隙間５４への断熱材５９の採用は効果的である。この結果、本実施形態によれば、優れた排ガスの放熱抑制効果を得ることができる。

また、一実施形態では、図４に例示するように、第１遮熱板部５１と第２遮熱板部５２との間の隙間５４に設けられた断熱材５９を備え、第１遮熱板部５１および第２遮熱板部５２は、タービンハウジング３０及びベアリングハウジング１０間に挟持される第１端部５７及び第２端部５８とは反対側の端部（６５，６６）同士が互いに連結される。

本実施形態によれば、第１遮熱板部５１と第２遮熱板部５２との隙間５４に設けられた断熱材５９が第１端部５７及び第２端部５８とは反対側の端部（６５，６６）同士の間から脱落するのを抑制でき、高い放熱抑制効果を維持することができる。

なお、図３及び図４に示した例示的な実施形態では、第１遮熱板部５１は第２遮熱板部５２とは別の部材で構成されるが、遮熱部５０の具体的構成はこの例に限定されない。即ち、図５に示す変形例のように、１つの板状部材を折り曲げることにより、第１遮熱板部５１及び第２遮熱板部５２を含む遮熱部５０を構成してもよい。この場合においても、図４に示す実施形態と同様に、第１遮熱板部５１及び第２遮熱板部５２の端部（６５，６６）同士が連結されることになる。

幾つかの実施形態では、第１遮熱板部５１又は第２遮熱板部５２の少なくとも一方には、遮熱コーティングが施されていてもよい。各遮熱板部（５１，５２）上に遮熱層をなす被膜を形成することによって、より高い放熱抑制効果を得ることが出来る。

幾つかの実施形態では、図３〜図５に示すように、第１遮熱板部５１は、少なくとも部分的にスクロール流路３６に面するように設けられ、第２遮熱板部５２は、少なくとも部分的に、第１遮熱板部５１の径方向内側においてタービンインペラ３２の背面３３に面するように設けられる。

スクロール流路３６に面する領域とタービンインペラ３２の背面３３に面する領域とを比較すると、排ガスがタービンインペラ３２に導入される前のスクロール流路３６に面する領域の方が、排ガスからの入熱量を決定づける熱伝達率が高い。
よって、本実施形態のように、熱伝達率が高いスクロール流路３６に面する領域に第１遮熱板部５１を設け、この第１遮熱板部５１に対して隙間５４を存して第２遮熱板部５２を設けることで、排ガスからの放熱を効果的に抑制できる。

なお、本実施形態において、第１遮熱板部５１が、第１実施形態におけるスロート形成部４１を構成していてもよい。図３〜図５には、第１遮熱板部５１が、タービンハウジング３０の代わりに、スロート形成部４１としてスロート部３８のハブ側壁面４４を構成する例が示されている。このような実施形態によれば、排ガスの放熱抑制効果を効果的に享受できるだけでなく、既に第１実施形態で述べたように、タービンハウジング３０の鋳造に際して中子の成立性が向上するため、タービン３１の小型化を促進することもできる。

また、一実施形態では、図３に示すように、第１遮熱板部５１は、少なくとも部分的にスクロール流路３６に面するように設けられ、第２遮熱板部５２は、少なくとも部分的に、第１遮熱板部５１の径方向内側においてタービンインペラ３２の背面３３に面するように設けられた上で、タービンハウジング３０及びベアリングハウジング１０間に挟持される第１端部５７及び第２端部５８とは反対側の端部（６５，６６）同士が自由端である。

タービンインペラ３２の背面３３に面する領域よりもスクロール流路３６に面する領域の方が排ガスは相対的に高温となることから、両領域では遮熱部５０の熱変形の仕方に差異が生じる。このため、両領域に遮熱部５０を設ける場合には、熱変形の仕方の差を踏まえた上でタービンインペラ３２への干渉を抑制するような構成を採用するのが望ましい。
この点、本実施形態によれば、相対的に高温となる領域に第１遮熱板部５１を設け、相対的に低温となる領域に第２遮熱板部５２を設けることができる。また、端部６５，６６同士が拘束されず自由端であるため、排ガス温度によって異なる熱変形の仕方を第１遮熱板部５１及び第２遮熱板部５２がそれぞれ吸収できる。したがって、上記のような簡単な構成によって、排ガスの放熱を効果的に抑制しながら各遮熱板部（５１，５２）の熱変形によるタービンインペラ３２への干渉を抑制できる。

以上、図３〜図５を参照しながら第２実施形態に係る幾つかの構成について説明してきたが、第２実施形態は図３〜図５に例示されるように、第１遮熱板部５１によってスロート部３８のハブ側壁面４４を構成する形態に限るものではなく、タービンハウジング３０自体がスロート部３８のハブ側壁面４４を形成する場合にも適用可能である。この場合、図６に例示するように、第１遮熱板部５１及び第２遮熱板部５２の両方がタービンインペラ３２の背面３３側に対向するように隙間５４を有して設けられてもよい。

以降では、幾つかの実施形態に係る第１遮熱板部５１の第１端部５７及び第２遮熱板部５２の第２端部５８における構造について、図７及び図８を参照しながら説明する。図７は、図３〜図６における第１端部５７及び第２端部５８付近を拡大した図である。図８は、幾つかの実施形態に係る遮熱部５０の端部（５７，５８）における凹部の形態を表すための斜視図である。以降で述べる幾つかの実施形態は、上記までに述べた第２実施形態についての各構成に適用可能である。

幾つかの実施形態では、図７及び図８に示すように、第１遮熱板部５１及び第２遮熱板部５２は、第１遮熱板部５１の第１端部５７及び第２遮熱板部５２の第２端部５８がタービンハウジング３０及びベアリングハウジング１０の間に挟持されて固定され、互いに向かい合う第１端部５７の第１面６１又は第２端部５８の第２面６２の少なくとも一方が凹部を有する。

図７に示すように、第１遮熱板部５１の第１端部５７及び第２遮熱板部５２の第２端部５８が挟持される部分では、タービンハウジング３０の挟持部３７及び第１端部５７が当接し、ベアリングハウジング１０の挟持部１８及び第２端部５８が当接する。また、第１端部５７の第１面６１及び第２端部５８の第２面６２も当接する。このため、タービンハウジング３０側からの熱が挟持部（１８，３７）及び各端部（５７，５８）を介してベアリングハウジング１０側に移動しやすく、タービン３１の効率低下を招く可能性がある。
この点、本実施形態によれば、タービンハウジング３０とベアリングハウジング１０との間に挟持される第１端部５７及び第２端部５８において、互いに向かい合う面（第１面６１及び第２面６２）の少なくとも一方が凹部を有するため、凹部によって第１面６１と第２面６２とが接する面積を低減できる。これにより、第１端部５７又は第２端部５８の一方から他方へ熱が移動するのを抑制することができる。したがって、タービンハウジング３０からベアリングハウジング１０への熱の移動を抑制し、タービン３１の効率を向上可能である。
なお、第１端部５７の第３面６３がタービンハウジング３０の挟持部３７の内壁７３とメタルタッチするとともに、第２端部５８の第４面６４がベアリングハウジング１０の挟持部１８の内壁７４とメタルタッチするように構成することで、第１面６１及び第２面６２の少なくとも一方に凹部が設けられていても、排ガスの外部への漏洩を抑制できる。

一実施形態では、図８に示すように、第１遮熱板部５１の第１面６１は、周方向又は径方向の一方に沿って延在する第１凹部７１を含み、第２遮熱板部５２の第２面６２は、周方向又は径方向の他方に沿って延在する第２凹部７２を含む。図８の例では、第１面６１が径方向に延在する第１凹部７１を周方向に複数含み、第２面６２が周方向に延在する第２凹部７２を径方向に１つ含んでいる。

第１端部５７及び第２端部５８が挟持される際に、第１面６１及び第２面６２が当接すると、実際に接触する部分は図８の例では同図の第２面６２に斜線で示すとおりとなり、互いの接触面積を低減できる。このように、本実施形態によれば、第１遮熱板部５１の第１面６１が、第２遮熱板部５２の第２面６２に設けられた第２凹部７２と延在方向が異なる第１凹部７１を有することで、第１面６１と第２面６２が互いに接する面積を効果的に低減することができる。したがって、タービンハウジング３０からベアリングハウジング１０への熱の移動をより一層抑制できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
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。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「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。

１ ターボチャージャ
１０ ベアリングハウジング
１２ 回転軸
１４ 軸受
１６ クランプ
１８ 挟持部
２０ コンプレッサハウジング
２２ コンプレッサインペラ
２４ 空気入口部
２６ ディフューザ流路
２８ スクロール流路
３０ タービンハウジング
３１ タービン
３２ タービンインペラ
３３ 背面
３６ スクロール流路
３７ 挟持部
３８ スロート部
３９ ガス出口部
４１ スロート形成部
４３ シュラウド側壁面
４４ ハブ側壁面
４６ 端部
４７ 第１部分
４８ 第２部分
５０ 遮熱部
５１ 第１遮熱板部
５２ 第２遮熱板部
５４ 隙間
５７ 第１端部
５８ 第２端部
５９ 断熱材
６１ 第１面
６２ 第２面
７１ 第１凹部
７２ 第２凹部

Claims (13)

1. タービンインペラと、
   前記タービンインペラを覆うように設けられ、内側に排ガスが流れるスクロール流路を形成するタービンハウジングと、
   前記タービンハウジングとは別部材として設けられるスロート形成部と、
   を備え、
   前記スロート形成部は、軸方向において、前記タービンハウジングのうち前記スクロール流路のスロート部のシュラウド側壁面を形成する部位に対して対向して設けられ、前記スロート部のハブ側壁面を形成する
   ことを特徴とするタービン。
2. 前記スロート形成部は、
   前記スロート部の前記ハブ側壁面を形成する第１部分と、
   前記第１部分に対して径方向内側において前記タービンインペラの背面に対向する第２部分と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のタービン。
3. 前記スロート形成部は、前記スロート部の前記ハブ側壁面を形成する板部材を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のタービン。
4. タービンインペラと、
   前記タービンインペラを覆うように設けられ、前記タービンインペラを通過後の排ガスを排出するための出口部を有するタービンハウジングと、
   前記タービンインペラ又は該タービンインペラに連通するスクロール流路の少なくとも一方を挟んで、軸方向において前記出口部とは反対側に位置する遮熱部と、を備え、
   前記遮熱部は、
   第１遮熱板部と、
   少なくとも部分的に前記第１遮熱板部との間に隙間を有して配置される第２遮熱板部と、
   を含むことを特徴とするタービン。
5. 前記軸方向において前記タービンハウジングの前記出口部とは反対側に設けられるベアリングハウジングを備え、
   前記第１遮熱板部及び前記第２遮熱板部は、前記第１遮熱板部の第１端部及び前記第２遮熱板部の第２端部が前記タービンハウジング及び前記ベアリングハウジングの間に挟持されて固定され、互いに向かい合う前記第１端部の第１面又は前記第２端部の第２面の少なくとも一方が凹部を有することを特徴とする請求項４に記載のタービン。
6. 前記第１遮熱板部の前記第１面は、周方向又は径方向の一方に沿って延在する第１凹部を含み、
   前記第２遮熱板部の前記第２面は、前記周方向又は前記径方向の他方に沿って延在する第２凹部を含む
   ことを特徴とする請求項５に記載のタービン。
7. 前記隙間に設けられた断熱材を備えることを特徴とする請求項４乃至６の何れか一項に記載のタービン。
8. 前記軸方向において前記タービンハウジングの前記出口部とは反対側に設けられるベアリングハウジングを備え、
   前記第１遮熱板部及び前記第２遮熱板部は、前記第１遮熱板部の第１端部及び前記第２遮熱板部の第２端部が前記タービンハウジング及び前記ベアリングハウジングの間に挟持されて固定され、
   前記第１遮熱板部のうちの前記第１端部を除く部位の少なくとも一部と、前記第２遮熱板部のうちの前記第２端部を除く部位の少なくとも一部との間に前記隙間が形成されることを特徴とする請求項４乃至７の何れか一項に記載のタービン。
9. 前記第１遮熱板部と前記第２遮熱板部との間の前記隙間に設けられた断熱材を備え、
   前記第１遮熱板部および前記第２遮熱板部は、前記タービンハウジング及び前記ベアリングハウジング間に挟持される前記第１端部及び前記第２端部とは反対側の端部同士が互いに連結されていることを特徴とする請求項８に記載のタービン。
10. 前記第１遮熱板部および前記第２遮熱板部の各々は、前記タービンハウジング及び前記ベアリングハウジング間に挟持される前記第１端部又は前記第２端部とは反対側の端部が自由端であることを特徴とする請求項８に記載のタービン。
11. 前記第１遮熱板部は、少なくとも部分的に前記スクロール流路に面するように設けられ、
    前記第２遮熱板部は、少なくとも部分的に、前記第１遮熱板部の径方向内側において前記タービンインペラの背面に面するように設けられることを特徴とする請求項４乃至１０の何れか一項に記載のタービン。
12. 前記第１遮熱板部又は前記第２遮熱板部の少なくとも一方には、遮熱コーティングが施されることを特徴とする請求項４乃至１０の何れか一項に記載のタービン。
13. 請求項１乃至１２の何れか一項に記載のタービンと、
    コンプレッサインペラを有し、前記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ターボチャージャ。
    

Images