KR101278750B1 - 터보차저 및 터보차저의 제조 방법 - Google Patents

터보차저 및 터보차저의 제조 방법 Download PDF

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고이치 미네
도모유키 이소가이
다츠오 이이다
아키라 사토
다쿠야 가지타
히데키 요시카네
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아이신 다카오카 가부시키가이샤
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Abstract

엔진으로부터의 배기가스에 의해 구동되며 소정의 회전축 (3) 에 의해 회전 가능하게 지지되는 터빈 휠 (2); 및 상기 배기가스를 상기 터빈 휠 (2) 로 유도하는 배기가스 통로를 형성하는 터빈 하우징 (6) 을 포함하는 터보차저 (1) 로서, 상기 터빈 하우징 (6) 은, 판상 부재에 의해 구성되는 하우징 본체 (7) 와, 그 하우징 본체 (7) 와 함께 상기 배기가스 통로를 형성하고 상기 하우징 본체를 보강하는 보강 부재 (20) 를 포함하고, 상기 보강 부재는, 대략 환형의 형상을 갖고 상기 회전축 (3) 의 축방향으로 간격을 가지며 회전축의 축심 주위에 형성된 1 쌍의 환형부 (21, 22) 와, 1 쌍의 환형부 (21, 22) 를 접속하는 접속부 (24) 를 포함하고, 상기 1 쌍의 환형부 및 상기 접속부가, 판상 부재에 소성 가공을 행함으로써 일체 부품으로 성형되는 터보차저 (1).

Description

터보차저 및 터보차저의 제조 방법{TURBOCHARGER AND MANUFACTURING METHOD FOR TURBOCHARGER}
본 발명은, 예를 들어 자동차 엔진 등의 엔진에 탑재되는 터보차저 및 터보차저의 제조 방법에 관한 것이다.
종래 자동차 엔진 등의 엔진에는, 예를 들어 엔진 출력의 향상 등을 도모하기 위해 터보차저가 탑재되고 있다. 터보차저는, 엔진으로부터의 배기가스를 터빈 휠을 이용하여 동력원으로 전환시켜 엔진에 대한 과급을 실시한다.
배기가스의 클린화 (cleanliness) 를 도모하기 위해 터보차저의 열용량을 저감시키는 것이 많이 요구되고 있다. 이것에 대한 이유는 다음과 같다. 엔진에는, 배기가스의 유동에 있어서의 터보차저의 하류측에, 산화질소 (NOx) 환원 촉매 등의 촉매를 이용하여 배기가스를 정화하는 촉매 장치가 형성된다. 촉매 장치에서 촉매의 온도가 소정 범위 내에 있는 때에, 촉매가 활성화되어, 배기가스가 효율적으로 정화된다.
따라서, 터보차저의 열용량이 큰 경우, 예를 들어 엔진의 시동시 등에, 배기가스를 정화하는 촉매의 온도를 활성화 온도 (촉매가 활성화되는 온도) 까지 상승시켜야 하는 상태로부터, 촉매의 온도를 상승시키기 어렵다. 즉, 촉매 장치의 촉매의 온도는, 터보차저를 통과한 배기가스의 열에 의해 상승하고, 그러므로, 터보차저의 열용량이 큰 경우, 배기가스로부터 많은 열량이 빼앗기고, 이로써 촉매의 온도를 상승시키는 것이 어려워진다.
터보차저의 열용량에 대해서는, 엔진으로부터의 배기가스를 터빈 휠로 유도하는 배기가스 통로를 형성하는 하우징 (터빈 하우징) 의 열용량이, 배기가스의 온도 상승에 특히 큰 영향을 미친다. 따라서, 엔진의 배기계 부품으로서 역할하는 터빈 하우징의 열용량이 감소함에 따라, 배기가스로부터 빼앗기는 열량이 적어지고, 이로써 촉매의 온도를 활성화 온도까지 단시간에 상승시킬 수 있고, 그 결과 배기가스의 클린화가 향상된다.
종래 기술에서, 터보차저의 열용량을 감소시키기 위한 다양한 제안이 이루어지고 있다. 이러한 제안 중 하나로서, 터빈 하우징의 박육화(薄肉化) 또는 금속판화 (이하, 간단히 "터빈 하우징의 박육화"라고 함) 하는 기술이 있다. 터빈 하우징의 두께는, 예컨대 스테인리스강 (SUS) 판금 등의 내열 재료를 프레스 성형하여 얻어지는 박판재로 터빈 하우징을 구성함으로써 감소될 수 있다. 그러나, 터빈 하우징의 박육화는 터빈 하우징의 강성을 저하시킬 수 있다. 터빈 하우징의 강성의 저하는 터보차저의 성능 (터보 효율) 및 신뢰성을 저하시키고 터빈 하우징의 내구성을 저하시킨다.
더 구체적으로, 박육화로 인해 강성이 저하된 터빈 하우징은, 엔진의 운전에 수반되는 열적 사이클 동안 일어나는 열팽창 및 열수축, 엔진의 구성 부품 또는 터보차저의 주변 부품 (지지 스테이 등) 의 열변형, 엔진의 운전 동안의 진동 입력 등으로 인해, 열변형을 받기 더 쉬워진다. 터빈 하우징에서 열변형이 일어나는 때, 터빈 하우징의 가스 시일부의 변형이나 터빈 하우징과 다른 부재 사이의 클리어런스의 증가 등으로 인해, 가스 누출이 발생할 수 있다. 터보차저에서 이러한 타입의 가스 누출이 발생하는 경우, 터보차저의 성능 및 신뢰성이 저하된다. 또한, 박육화에 의해 강성이 저하된 터빈 하우징에서, 엔진의 운전시 등에 있어서 열변형이 발생하거나 터빈 하우징이 주변 부품의 열변형으로 인해 변형되는 경우, 터빈 하우징의 충분한 내구성을 확보하는 것이 곤란해진다.
터빈 하우징의 박육화에 수반되는 이러한 문제를 해소하기 위해, 터보차저에는, 터빈 하우징을 보강하기 위한 부재 (이하, "보강 부재"라고 함) 가 구비될 수 있다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 제2008－106667호 (JP-A-2008-106667) 및 일본 공개특허공보 제2008－121470호 (JP-A-2008-121470) 참조). 다시 말해, 보강 부재에 의해, 하우징 본체, 즉 박판재로 형성되는 터빈 하우징의 부분의 강성이 확보된다. 보강 부재는, 전체로서 대략 환형의 형상을 갖고, 배기가스의 통로를 형성하는 하우징 본체를 둘러싸도록 터보차저의 회전축심 주위에 형성된다.
더 구체적으로, 보강 부재는, 터보차저의 회전축 방향으로 간격을 갖는 상태로 회전축심 주위에 형성된 1 쌍의 링-형상의 환형부와, 환형부를 접속하는 기둥형 접속부를 갖는다. 각 측의 환형부가 하우징 본체에 용접 등에 의해 고정되어 보강 부재가 하우징 본체에 고정됨으로써, 터빈 하우징이 형성된다.
박판재로 구성되는 하우징 본체에 형성된 종래 보강 부재에서는, 1 쌍의 환형부 및 1 쌍의 환형부를 접속하는 접속부의 구성 부품이 용접 또는 주조에 의해 일체로 형성된다. 더 구체적으로는, JP-A-2008-106667 에 개시된 터보차저에서는, 보강 부재의 1 쌍의 환형부를 구성하는 1 쌍의 플랜지가, 보강 부재의 접속부를 구성하는 연결 링에 용접에 의해 일체화되어 있다. 또한, JP-A-2008-106667 에는, 환형부를 구성하는 1 쌍의 플랜지가 접속부를 포함하는 일체의 주조 부품으로서 제조될 수 있다는 것이 기재되어 있다. 또, JP-A-2008-121470 에 개시된 타보차저에 있어서, 1 쌍의 환형부를 구성하는 1 쌍의 베이스부와 이 1 쌍의 베이스부를 접속하는 접속부가 주조에 의해 일체로 형성된다는 것이 기재되어 있다.
그러나, 터빈 하우징의 보강 부재가 주조 부품 또는 용접된 일체화 구조인 경우, 다음과 같은 문제가 발생한다. 보강 부재가 주조 부품에 의해 구성되는 경우, 표면의 면 조도 (surface roughness) 가 증가하기 쉬워서, 보강 부재의 벽면을 흐르는 유체 (배기가스) 의 손실이 증가하게 된다. 또한, 주조 부품은 형성된 재료의 정밀도 부족을 보충하기 위해 기계 가공되어야 하므로, 비용이 증가하게 된다. 한편, 보강 부재가 용접된 일체화 구조에 의해 구성되는 경우, 용접 공정이 실시되어야 하므로, 공정이 복잡하게 된다. 더욱이, 용접된 구조의 경우, 용접 변형에 의해 정밀도가 저하되고, 비용이 증가하게 된다.
또한, 엔진 운전 동안 하우징 본체 및 주변 부품의 열변형 등에 기인하여 보강 부재에 작용하는 외력이 주로, 보강 부재를 터보차저의 회전축 방향으로 압축하는 방향으로 작용하는 하중, 또는 보강 부재를 회전축 방향으로 당기는 방향으로 작용하는 하중 (신장력 (stretching force)) 에 의해 구성된다는 것이, 실험 등을 통해 알려져 있다. 보강 부재에 입력되는 이러한 외력은 보강 부재의 변형량을 증가시켜, 보강 부재의 피로 수명을 저하시킨다.
본 발명의 일 태양은, 열변형에 의한 터빈 하우징의 변형량을 감소시켜 터빈 하우징의 피로 수명을 향상시키고 비용을 감소시킬 수 있음과 함께, 양호한 면 조도를 획득하여 벽면을 따라 흐르는 배기가스의 손실을 억제할 수 있는 터보차저 및 터보차저의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 제 1 태양에 따른 터보차저는, 엔진으로부터의 배기가스에 의해 구동되며 소정의 회전축에 의해 회전 가능하게 지지되는 터빈 휠; 및 상기 배기가스를 상기 터빈 휠로 유도하는 배기가스 통로를 형성하는 터빈 하우징을 포함하고, 상기 터빈 하우징은, 판상 부재에 의해 구성되는 하우징 본체와, 그 하우징 본체와 함께 상기 배기가스 통로를 형성하고 상기 하우징 본체를 보강하는 보강 부재를 포함하고, 상기 보강 부재는, 대략 환형의 형상을 갖고 상기 회전축의 축방향으로 간격을 가지며 회전축의 축심 주위에 형성된 1 쌍의 환형부와, 1 쌍의 환형부를 접속하는 접속부를 포함하고, 상기 1 쌍의 환형부 및 상기 접속부가, 판상 부재에 소성 가공을 행함으로써 일체 부품으로 성형된다.
전술한 상기 태양에서, 상기 소성 가공은, 상기 보강 부재에 작용하는 상기 회전축의 축방향 외력에 대항하도록, 상기 회전축의 축방향에서 상기 보강 부재의 적어도 접속부 부분에, 잔류 압축 응력 또는 잔류 인장 응력이 가해지는 냉간 단조일 수 있다.
전술한 상기 태양에서, 상기 배기가스를 상기 회전축의 직경 방향 내측으로 유도하는 배기가스 통로 구멍이 상기 접속부에 형성될 수 있고, 상기 배기가스 통로 구멍은 상기 회전축의 직경 방향 내측으로부터 직경 방향 외측으로 접속부를 펀칭함으로써 형성될 수 있다.
전술한 상기 태양에서, 상기 배기가스 통로 구멍은 상기 환형부의 둘레 방향을 길이 방향으로 갖는 기다란 구멍일 수 있고, 상기 환형부의 둘레 방향으로, 상기 회전축의 직경 방향에 대해 대향하는 위치에 복수 개로 형성될 수 있다.
전술한 상기 태양에서, 상기 1 쌍의 환형부는, 상기 회전축의 축방향에 대해 터빈 휠로 유도된 배기가스의 출구측에 위치하는 제 1 환형부, 및 제 1 환형부보다 상기 회전축의 직경 방향의 더 외측에 그리고 상기 회전축의 축방향에 대해 상기 출구측과 반대측에 위치하는 제 2 환형부를 포함할 수 있고, 상기 접속부는, 상기 회전축의 축심 방향을 원통축방향으로 갖는 원통형의 부분으로 구성되고 또한 상기 원통축방향의 일측이 상기 제 2 환형부의 내주측에 연속되는 원통부, 및 상기 원통부의 상기 원통축방향의 타측으로부터 상기 제 1 환형부의 외주측을 향해 연속적으로 연장된 접힘부에 의해 구성되는 R형상부를 포함할 수 있고, 상기 원통부에 상기 배기가스 통로 구멍이 형성될 수 있다.
전술한 상기 태양에서, 상기 제 1 환형부에 구멍이 형성될 수 있고, 이 구멍은 상기 환형부의 둘레 방향에 대해 상기 배기가스 통로 구멍의 대략 중앙에 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
전술한 상기 태양에서, 상기 터빈 하우징은, 상기 터빈 휠로 유도된 상기 배기가스의 출구측의 단부에 형성되고 또한 상기 회전축의 직경 방향 외측으로 연장됨과 함께 엔진의 본체측에 체결되는 체결 지지부를 포함하는 지지 부재에 의해 지지될 수 있고, 상기 지지 부재는, 상기 환형부의 둘레 방향으로 이웃하는 배기가스 통로 구멍들 사이에 배치된 부분인 기둥부에 대해스 통로 구멍의 사이의 부분인 주부에 대해, 상기 회전축의 축심을 중심으로 하는 위상에 대하여 상기 체결 지지부의 위상이 환형부의 둘레 방향으로 이웃하는 기둥부들 사이의 중간 위상이 되도록 형성될 수 있다.
전술한 상기 태양에서, 상기 보강 부재를 구성하는 판상 부재의 소성 이방성을 나타내는 Δr값이 0.25 이하의 절대값을 가질 수 있다.
본 발명의 제 2 태양에 따른 터보차저의 제조 방법에 있어서, 상기 터보차저는 엔진으로부터의 배기가스에 의해 구동되며 소정의 회전축에 의해 회전 가능하게 지지되는 터빈 휠, 및 상기 배기가스를 상기 터빈 휠로 유도하는 배기가스 통로를 형성하는 터빈 하우징을 포함하고, 상기 터빈 하우징은, 판상 부재에 의해 구성되는 하우징 본체와, 그 하우징 본체와 함께 상기 배기가스 통로를 형성하고 상기 하우징 본체를 보강하는 보강 부재를 포함하며, 본 제조 방법은, 판상 부재에 소성 가공을 행함으로써 상기 보강 부재를 일체로 성형하여, 대략 환형의 형상을 갖고 상기 회전축의 축방향으로 간격을 가지며 상기 회전축의 축심 주위에 형성된 1 쌍의 환형부와 그 1 쌍의 환형부를 접속하는 접속부를 포함하는 부품을 획득하는 단계를 포함한다.
전술한 상기 태양에서, 상기 소성 가공으로서, 상기 보강 부재에 작용하는 상기 회전축의 축방향 외력에 대항하도록, 상기 회전축의 축방향에서 상기 보강 부재의 적어도 접속부 부분에, 잔류 압축 응력 또는 잔류 인장 응력이 가해지는 냉간 단조를 행할 수 있다.
전술한 상기 태양에서, 상기 회전축의 직경 방향 내측으로부터 직경 방향 외측으로 상기 접속부를 펀칭함으로써, 상기 배기가스를 상기 회전축의 직경 방향 내측으로 유도하는 배기가스 통로 구멍을 상기 접속부에 형성할 수 있다.
전술한 상기 태양에서, 상기 배기가스 통로 구멍은 상기 환형부의 둘레 방향을 길이 방향으로 갖는 기다란 구멍일 수 있고, 상기 배기가스 통로 구멍은 상기 환형부의 둘레 방향으로, 상기 회전축의 직경 방향에 대해 대향하는 위치에 단일 공정에 의해 형성될 수 있다.
전술한 상기 태양에서, 1 쌍의 환형부로서, 상기 회전축의 축방향에 대해 터빈 휠로 유도된 배기가스의 출구측에 위치하는 제 1 환형부, 및 제 1 환형부보다 상기 회전축의 직경 방향의 더 외측에 그리고 상기 회전축의 축방향에 대해 상기 출구측과 반대측에 위치하는 제 2 환형부를 형성할 수 있고, 상기 접속부를, 상기 회전축의 축심 방향을 원통축방향으로 갖는 원통형의 부분으로 구성되고 또한 상기 원통축방향의 일측이 상기 제 2 환형부의 내주측에 연속되는 원통부, 및 상기 원통부의 상기 원통축방향의 타측으로부터 상기 제 1 환형부의 외주측을 향해 연속적으로 연장된 접힘부에 의해 구성되는 R형상부를 포함하는 부분으로서 형성할 수 있으며, 상기 원통부에 상기 배기가스 통로 구멍을 형성할 수 있다.
전술한 상기 태양에서, 상기 제 1 환형부에서 상기 환형부의 둘레 방향에 대해 상기 배기가스 통로 구멍의 대략 중앙에 대응하는 위치에 구멍을 형성할 수 있다.
전술한 상기 태양에서, 상기 터빈 하우징은, 상기 터빈 휠로 유도된 상기 배기가스의 출구측의 단부에 형성되고 또한 상기 회전축의 직경 방향 외측으로 연장됨과 함께 엔진의 본체측에 체결되는 체결 지지부를 포함하는 지지 부재에 의해 지지될 수 있고, 상기 환형부의 둘레 방향으로 이웃하는 배기가스 통로 구멍들 사이에 배치된 부분인 기둥부에 대해스 통로 구멍의 사이의 부분인 주부에 대해, 상기 회전축의 축심을 중심으로 하는 위상에 대하여 상기 체결 지지부의 위상이 환형부의 둘레 방향으로 이웃하는 기둥부들 사이의 중간 위상이 되도록 상기 지지 부재를 형성할 수 있다.
전술한 상기 태양에서, 상기 보강 부재를 구성하는 판상 부재로서 소성 이방성을 나타내는 Δr값의 절대값이 0.25 이하인 재료를 사용할 수 있다.
본 발명의 이러한 태양에 의해 다음과 같은 효과가 얻어진다. 본 발명의 이러한 태양에 따르면, 열변형으로 인한 터빈 하우징의 변형량이 감소될 수 있고, 그 결과 터빈 하우징의 피로 수명의 향상 및 비용의 저감이 가능하고, 양호한 면 조도가 획득되어, 벽면을 따라 흐르는 배기가스의 손실을 억제할 수 있다.
본 발명의 상기한 그리고 다른 목적, 특징 및 이점이, 유사한 부재를 나타내는데 유사한 도면번호를 사용한 첨부도면을 참조한 예시적인 실시형태에 대한 이하의 설명으로부터 분명해질 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 터보차저를 나타내는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 터빈 하우징의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3 은 발명의 일 실시형태에 따른 터보차저의 구성을 나타내는 부분 단면도이다.
도 4 는 가변 노즐 (VN) 기구부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5 는 환형 베이스의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 6 은 환형 베이스의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 7 은 도 6 의 선 7A-7A 를 따라 자른 단면도이다.
도 8 은 환형 베이스에 가해지는 잔류 압축 응력을 보여주는 설명도이다.
도 9 는 배기가스 통로 구멍을 보여주는 설명도이다.
도 10a 및 도 10b 는 배기가스 통로 구멍을 형성하기 위한 구성 및 공정을 보여주는 설명도이다.
도 11 은 환형 베이스와 출구 플랜지 사이의 위치 관계를 보여주는 설명도이다.
도 12a 및 도 12b 는 환형 베이스를 형성하는 재료를 보여주는 설명도이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 터보차저를 형성하는 터빈 하우징이, 내열 강판의 프레스 성형 등에 의해 박육화된 하우징 본체, 및 하우징 본체를 보강하기 위한 보강 부재를 포함한다. 보강 부재는 프레스 성형 등의 소성 가공에 의해 일체로 성형된다. 이하에서, 본 발명의 일 실시형태를 설명한다.
도 1 내지 도 3 에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 따른 터보차저 (1) 는, 예를 들어 자동차 엔진 등의 엔진에 탑재되고, 엔진으로부터의 배기가스를 동력원으로 전환하기 위한 터빈 휠 (2) 을 포함한다. 터빈 휠 (2) 은, 엔진으로부터의 배기가스를 받아 회전하고, 회전축 (3) 에 의해 회전 가능하게 지지된다.
회전축 (3) 은, 터보차저 (1) 을 형성하는 베어링 하우징 (4) (도 3) 의 내부에서 회전 가능하게 지지된다. 회전축 (3) 은, 베어링 하우징 (4) 대해 베어링 (5) (도 3) 등을 개재하여 소정의 회전축심 (C) 을 중심으로 회전 가능하게 지지된다. 회전축 (3) 의 일 단부측에 터빈 휠 (2) 이 고정된다. 이러한 구성으로, 터빈 휠 (2) 은, 터보차저 (1) 에서 회전축심 (C) 을 중심으로 회전 가능하게 형성된다.
터보차저 (1) 는, 압축기 휠 (도시 생략) 을 포함하고, 압축기 휠을 회전 시킴으로써, 터보차저 (1) 는 엔진으로부터의 배기가스를 회수하고 압축하여, 압축된 배기가스로 엔진에 과급을 실시한다. 압축기 휠은, 회전축 (3) 의 다른 단부측, 다시 말해 회전축 (3) 에 있어서 터빈 휠 (2) 이 형성된 측의 반대측에 고정된다. 따라서, 압축기 휠은, 전술한 것처럼 엔진으로부터의 배기가스를 받아 회전하는 터빈 휠 (2) 의 회전에 따라 회전한다.
그러므로, 터보차저 (1) 에 있어서, 회전축 (3) 과 회전축 (3) 의 각 단부측에 고정되는 터빈 휠 (2) 및 압축기 휠을 포함하는 구성으로부터, 베어링 하우징 (4) 에서 지지되는 상태로 일체로 회전하는 회전체가 형성된다.
터빈 휠 (2) 은, 회전축 (3) 을 지지하는 베어링 하우징 (4) 의 외측에 위치되고, 터빈 하우징 (6) 에 의해 덮인다. 도 3 에 나타낸 바와 같이, 터빈 하우징 (6) 은 베어링 하우징 (4) 의 일측 (터빈 휠 (2) 이 형성된 측) 에 부착된다. 터빈 하우징 (6) 은 하우징 본체로서의 셸 (7) 및 셸 (7) 을 보강하는 보강 부재로서의 환형 베이스 (20) 를 포함한다.
셸 (7) 은, 터보차저 (1) 의 회전축심 (C) 주위에 배기가스의 통로를 형성하는데 이용되는 부재이다. 셸 (7) 은, 예를 들어 SUS 판금 등의 내열 재료를 프레스 성형함으로써 형성되는 박판재로써 구성된다. 셸 (7) 이 중공 부재가 액압에 의해 성형되는 이른바 하이드로포밍 (hydroforming) 에 의해 형성되는 박판재로써 구성될 수 있다는 것에 주목해야 한다.
셸 (7) 은, 회전축 (3) 의 축심 방향으로부터 보았을 때 대략 환형의 외형을 갖는 하우징 부재이다 (도 1 참조). 회전축 (3) 의 축방향 (회전축심 (C) 의 방향, 이하에서 "터보 축방향"이라고 함) 에서 셸 (7) 의 일측 (도 2 에서 우측) 에, 회전축심 (C) 의 위치를 중심으로 하는 원형 구멍부 (7a) 가 형성되어 있다. 구멍부 (7a) 는, 셸 (7) 의 외측 (도 2 에서 우측) 에 원통형으로 돌출 하는 원통부 (7b) 로부터 형성된다. 다시 말해, 원통부 (7b) 의 내주면에 의해 구멍부 (7a) 가 형성된다. 원통부 (7b) 는 그의 원통축방향이 터보 축방향과 정렬되도록 형성된다.
또한, 터보 축방향에서 셸 (7) 의 다른 측 (도 2 에서 좌측) 은 완전히 개방되어 있다. 다시 말해, 터보 축방향에서 셸 (7) 의 다른 측은 원통형 내주면에 의해 형성되는 개구부 (7c) 가 된다.
환형 베이스 (20) 는 셸 (7) 의 형상에 대응하는 대략 환형의 외형을 갖는다. 환형 베이스 (20) 는, 셸 (7) 과 함께 회전축심 (C) 주위에 배기가스의 통로를 형성한다. 환형 베이스 (20) 는, 대략 환형 형상을 갖는 베이스 본체부 (20a) 및 대략 원통형 형상을 갖는 슬리브부 (20b) 를 포함한다.
베이스 본체부 (20a) 및 슬리브부 (20b) 는, 모두 그의 축심 위치가 터보차저 (1) 의 회전축심 (C) 에 일치하도록 형성된다. 더 구체적으로, 베이스 본체부 (20a) 는, 그의 중심축방향이 터보 축방향과 정렬되도록 형성되고, 슬리브부 (20b) 는, 그의 원통축 방향이 터보 축방향과 정렬되도록 형성된다. 슬리브부 (20b) 는, 터보 축방향에서 베이스 본체부 (20a) 의 일측으로부터 돌출하도록 형성된다.
환형 베이스 (20) 는 셸 (7) 의 내측에 형성된다. 다시 말해, 셸 (7) 은 환형 베이스 (20) 를 외측으로부터 덮도록 형성된다. 더 구체적으로, 환형 베이스 (20) 는, 슬리브부 (20b) 가 셸 (7) 의 내측으로부터 구멍부 (7a) 를 통해 돌출하도록 (즉, 슬리브부 (20b) 가 구멍부 (7a) 를 관통하도록) 셸 (7) 에 고정된다.
본 실시형태에서, 셸 (7) 과 환형 베이스 (20) 는 용접에 의해 서로 접합되어 고정된다. 셸 (7) 과 환형 베이스 (20) 사이의 용접 지점에는, 셸 (7) 의 구멍부 (7a) 를 형성하는 원통부 (7b) 의 내주면과 환형 베이스 (20) 의 슬리브부 (20b) 의 외주면 사이의 접촉부, 및 셸 (7) 의 개구부 (7c) 를 형성하는 내주면과 베이스 본체부 (20a) 의 외주면 사이의 접촉부가 포함된다. 이들 용접 지점 각각에는, 예를 들어 회전축심 (C) 을 중심으로 대략 주위 전체에서 용접이 행해진다.
따라서, 서로 고정되어 터빈 하우징 (6) 을 구성하는 때, 셸 (7) 및 환형 베이스 (20) 는 회전축심 (C) 주위에 환형의 터널형 공간을 형성한다. 이 공간이, 엔진으로부터의 배기가스를 터빈 휠 (2) 로 유도하는 배기가스 통로 (8) 가 된다. 배기가스 통로 (8) 는, 엔진으로부터의 배기가스가 터빈 휠 (2) 의 회전 방향을 따르는 방향으로 (즉, 회전축심 (C) 주위에서) 회전하면서 흐르도록 하는 형상을 갖는다.
터빈 하우징 (6) 에 있어서, 배기가스 통로 (8) 의 배기가스의 입구에 입구 플랜지 (9) 가 형성된다 (도 1). 배기가스 통로 (8) 의 입구는, 셸 (7) 의 일측 (도 1 에서 상측) 에서 개방된 개구부로서 형성된다. 배기가스 통로 (8) 의 입구의 둘레 가장자리에, 입구 플랜지 (9) 가 형성된다. 입구 플랜지 (9) 에는, 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 위한 통로를 형성하는 배기관이 접속된다.
또한, 터빈 하우징 (6) 에 있어서, 배기가스 출구에 출구 플랜지 (10) 가 형성된다. 배기가스 출구는, 터보 축방향에서 환형 베이스 (20) 의 일측 (도 2 에서 우측) 에서 개방된 슬리브부 (20b) 에 의해 환형 베이스 (20) 에 형성된다. 배기가스의 출구, 다시 말해 슬리브부 (20b) 의 선단 개구부의 둘레 가장자리에, 출구 플랜지 (10) 가 형성된다. 출구 플랜지 (10) 는, 예를 들어 슬리브부 (20b) 의 외주면에 용접 등을 행함으로써, 슬리브부 (20b) 에 고정된다. 출구 플랜지 (10) 에는, 터보차저 (1) 를 통과한 배기가스를 위한 통로를 형성하는 배기관이 접속된다. 따라서, 출구 플랜지 (10) 에는, 출구 플랜지 (10) 를 배기관에 접속하기 위한 볼트구멍 (10a) 이 형성되어 있다 (도 1).
이러한 구성에 있어서, 엔진으로부터 배출되어 입구 플랜지 (9) 측으로부터 배기가스 통로 (8) 에 유입한 배기가스는, 회전축심 (C) 주위에 선회한 후 (도 1 화살표 A1 참조), 회전축심 (C) 측으로 유동하여, 터빈 휠 (2) 로 유도된다. 배기가스는, 터빈 휠 (2) 을 회전시킨 후, 터빈 휠 (2) 의 회전에 따라 환형 베이스 (20) 의 슬리브부 (20b) 를 통과한 다음, 출구 플랜지 (10) 를 경유하여 배기관으로 배출된다.
배기가스 통로 (8) 주위를 선회한 배기가스는, 환형 베이스 (20) 를 경유하여 환형 베이스 (20) 의 내측에 위치된 터빈 휠 (2) 로 유도된다 (도 2 화살표 A2 참조). 이를 위해, 환형 베이스 (20) 의 베이스 본체부 (20a) 에는, 배기가스 통로 (8) 를 통해 흐르는 배기가스를 터빈 휠 (2) 로 유도하기 위한 구멍부인 배기가스 통로 구멍 (26) 이 형성되어 있다.
터보차저 (1) 로부터 배출되는 배기가스를 위한 배기 경로에는, NOx 환원 촉매 등의 촉매를 이용하여 배기가스를 정화하는 촉매 장치가 형성된다는 것에 주목해야 한다. 다시 말해, 전술한 것처럼 출구 플랜지 (10) 를 경유하여 배기관으로 배출된 배기가스는 촉매 장치에 의해 정화된 후 대기 중으로 배출된다.
또한, 터보차저 (1) 에는, VN 기구부 (11) 가 형성된다. VN 기구부 (11) 는, 터보차저 (1) 를 통한 배기가스의 유동에 대해 터빈 휠 (2) 의 상류측에 형성된다. 더 구체적으로, VN 기구부 (11) 는 배기가스 통로 (8) 와 터빈 휠 (2) 사이에 위치된다.
VN 기구부 (11) 는, 배기가스 통로 (8) 로부터 터빈 휠 (2) 까지 연장되는 배기가스 유로 (이하, "터빈 가스 유로"라고 함) 를 형성하고, 터빈 가스 유로의 개도를 조정한다. VN 기구부 (11) 는 복수의 노즐 베인 (12) 을 포함한다. 노즐 베인 (12) 의 기울기 (tilt) 를 조정함으로써, 터빈 가스 유로의 개도가 조정된다. 더 구체적으로, VN 기구부 (11) 는, 엔진 운전 상황 등에 따라 터빈 가스 유로의 개도를 조정하고, 이로써 터빈 휠 (2) 에 작용하는 배기가스의 유속이나 유량 등이 조정된다.
도 3 및 도 4 에 나타낸 바와 같이, 노즐 베인 (12) 은, 대략 직사각형 판-형태의 부재이며, 그 판면 (plate surface) 방향이 터보 축방향과 정렬되도록 회전 가능하게 (경동 가능하게 (tiltably)) 지지된다. 노즐 베인 (12) 은, 회전축 (3) 의 전체 둘레 방향에 등간격으로 형성된다 (도 4 참조). 인접한 노즐 베인 (12) 들의 대향하는 판면들이 터빈 가스 유로를 형성한다. 이러한 구성의 경우, 노즐 베인 (12) 의 기울기 (회전 각도) 를 조정함으로써, 터빈 가스 유로의 개도가 조정된다.
도 3 에 나타낸 바와 같이, 노즐 베인 (12) 은, 터보 축방향으로 간격을 두고 형성된 지지 플레이트 (13, 14) 사이에 개재되어서 회전 가능하게 지지된다. 지지 플레이트 (13, 14) 는, 그의 판면이 터보 축방향에 수직이 되도록 형성된다. 지지 플레이트 (13, 14) 는 모두 대략 환형 형상을 갖고, 터빈 하우징 (6) 의 내부 (환형 베이스 (20) 의 베이스 본체부 (20a) 의 내부) 에 제공되고, 터빈 휠 (2) 의 주위에 위치된다.
도 4 에 나타낸 바와 같이, 노즐 베인 (12) 은, 그 노즐 베인 (12) 을 터보 축방향으로부터 보았을 때 판면 방향 (길이 방향) 에서 대략 중앙 위치에 형성된 회전축부 (12a) 에 의해, 지지 플레이트 (13, 14) 에 대해 회전 가능하도록 지지된다. 노즐 베인 (12) 은 유니슨 링 (unison ring) (15) 을 이용하여 회전된다.
유니슨 링 (15) 은, 대략 원형 판-형태의 부재이며, 지지 플레이트 (13, 14) 와 마찬가지로, 판면이 터보 축방향에 수직이 되도록 형성된다. 유니슨 링 (15) 은, 터보 축방향에 있어서의 배기가스의 출구측 (도 3 에서 우측, 이하 "배기 출구측"이라고 함) 의 반대측 (도 3 에서 좌측, 이하 "압축기측"이라고 함) 에 위치하는 지지 플레이트 (14) 의 압축기측에 형성된다.
유니슨 링 (15) 은 그의 중심축방향이 터보 축방향과 정렬되도록 회전 가능하게 형성된다. 유니슨 링 (15) 은 도면에 도시하지 않은 액추에이터로부터의 구동력을 이용하여 회전된다. 유니슨 링 (15) 은 구동 아암 (16) 을 통해 각 노즐 베인 (12) 에 연결된다. 구동 아암 (16) 의 일단측이 유니슨 링 (15) 의 내주부에 형성된 오목부 (15a) 에 끼워 맞춰지고, 타단측이 노즐 베인 (12) 의 회전 축부 (12a) 와 동축으로 지지된다.
이러한 구성에 의해, 유니슨 링 (15) 이 회전축심 (C) 을 중심으로 회전할 때, 구동 아암 (16) 이 노즐 베인 (12) 의 회전 축부 (12a) 의 축심을 중심으로 회전한다. 구동 아암 (16) 이 회전하는 때, 노즐 베인 (12) 이 회전 축부 (12a) 에 의해 회전한다. 이런 식으로 유니슨 링 (15) 의 회전을 조정함으로써, 노즐 베인 (12) 의 기울기가 조정되어, 터빈 가스 유로의 개도가 조정된다.
터보차저 (1) 에 있어서, 터보 축방향에서의 배기 출구측에 위치하는 지지 플레이트 (13) 와 환형 베이스 (20) 사이에 가스 시일부가 형성된다는 것에 주목해야 한다. 더 구체적으로, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 지지 플레이트 (13) 는, 지지 플레이트 (13) 의 내주측 부분으로부터 터보 축방향의 배기 출구측을 향하여 원통형 형상으로 돌출하는 원통부 (13a) 를 포함하고, 지지 플레이트 (13) 의 원통부 (13a) 의 외주면과 환형 베이스 (20) 의 내주면 사이에 환형 개스킷 (17) 을 개재시킴으로써, 가스 시일부가 형성된다.
또한, 터보차저 (1) 에서 베어링 하우징 (4) 과 터빈 하우징 (6) 사이에 가스 시일부가 형성된다. 더 구체적으로는, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 베어링 하우징 (4) 과 터빈 하우징 (6) 의 환형 베이스 (20) 사이의 접촉면에 환형 개스킷 (18) 을 개재시킴으로써, 가스 시일부가 형성된다. 이들 가스 시일부에 의해, 배기가스 통로 (8) 내에 도입되어 터빈 휠 (2) 에 작용하는 배기가스의 기밀성이 확보된다.
전술한 것처럼 구성되는 터보차저 (1) 는, 엔진에 탑재된 때 다음과 같은 방식으로 기능한다. 엔진으로부터의 배기가스가, 엔진의 배기 통로를 개재하여 터빈 하우징 (6) 에 의해 형성되는 배기가스 통로 (8) 에 유입되어, 환형 베이스 (20) 에 형성된 배기가스 통로 구멍 (26) 을 개재하여 터빈 휠 (2) 에 작용한다. 그 결과, 터빈 휠 (2) 이 회전한다. 여기서, VN 기구부 (11) 에 의해, 터빈 휠 (2) 에 작용하는 배기가스의 유속이나 유량 등이 조정된다. 터빈 휠 (2) 의 회전에 따라, 회전축 (3) 을 통해 터보차저 (1) 의 압축기 휠이 회전한다. 압축기 휠이 회전할 때, 터보차저 (1) 내에 수집된 엔진으로부터의 배기가스가 압축되어, 흡기 (intake air) 로서 엔진에 재공급된다.
전술한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 터보차저 (1) 는, 엔진으로부터의 배기가스를 동력원으로 전환하기 위해 소정의 회전축 (3) 에 의해 회전 가능하게 지지되는 터빈 휠 (2) 로 엔진으로부터의 배기가스를 유도하기 위한 배기가스 통로 (8) 를 형성하는 터빈 하우징 (6) 을 포함한다. 또한, 터빈 하우징 (6) 은, 판상 부재에 의해 구성되는 하우징 본체로서의 셸 (7), 및 셸 (7) 과 함께 배기가스 통로 (8) 를 형성하여 셸 (7) 을 보강하는 보강 부재로서의 환형 베이스 (20) 를 포함한다.
터빈 하우징 (6) 을 형성하는 환형 베이스 (20) 에 대해, 도 5 내지 도 7 을 이용하여 상세하게 설명한다. 도 7 은 도 6 의 선 7A-7A 를 따라 자른 단면도이다. 환형 베이스 (20) 는, 터보 축방향으로 간격을 갖도록 회전축 (3) 의 축심 (회전축심 (C)) 주위에 형성된 대략 링 형상의 1 쌍의 환형부 (21, 22), 및 이 1 쌍의 환형부를 서로 접속하는 접속부 (23) 를 포함한다. 1 쌍의 환형부 (21, 22) 및 접속부 (23) 는 환형 베이스 (20) 중 베이스 본체부 (20a) 를 구성하는 부분이다.
환형 베이스 (20) 는, 판상 부재에 소성 가공을 가하여 1 쌍의 환형부 (21, 22) 와 접속부 (23) 를 일체로 성형함으로써 형성된다. 다시 말해, 평판 형상의 소재 (블랭크) 에 소성 가공을 실시함으로써, 1 쌍의 환형부 (21, 22) 및 접속부 (23) 를 포함하는 환형 베이스 (20) 의 각각의 형상 부분이 형성된다.
환형 베이스 (20) 를 형성하기 위한 소성 가공으로서는, 블랭크에 압력을 가하여서 블랭크를 목표 형상으로 변형시키는 가공이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 냉간 단조, 열간 단조, 프레스 성형 등이 채용될 수 있다. 환형 베이스 (20) 로 성형되는 판상 부재로는, 예를 들어 셸 (7) 을 구성하는 박판재보다 더 두꺼운 판두께를 갖는 판재, 셸 (7) 과 마찬가지로 예를 들어 SUS 판금 등의 내열 재료가 있다.
따라서, 본 실시형태에 따른 터보차저의 제조 방법 (이하, 간단히 "제조 방법"이라고 함) 에 있어서, 터빈 하우징 (6) 을 형성하는 환형 베이스 (20) 가, 판상 부재에 소성 가공을 가함으로써, 1 쌍의 환형부 (21, 22) 와 접속부 (23) 를 포함하는 부품으로 일체로 성형된다.
제 1 환형부 (21) 는, 터보 축방향에 대해 터빈 휠 (2) 로 유도되는 배기가스의 출구측 (배기 출구측) 에 위치된다. 제 2 환형부 (22) 는, 제 1 환형부 (21) 보다 회전축 (3) 의 직경 방향 (이하, "터보 직경 방향"이라고 함) 의 더 외측에 그리고 터보 축방향에 대해 압축기측에 위치된다.
제 1 환형부 (21) 및 제 2 환형부 (22) 는 모두 링 형상의 판상 부품이며, 그의 판면이 터보 축방향에 수직이 되도록 형성된다. 또한, 제 1 환형부 (21) 및 제 2 환형부 (22) 는 모두 그의 중심축방향이 터보 축방향과 정렬되도록 형성된다.
제 1 환형부 (21) 는, 환형 베이스 (20) 의 베이스 본체부 (20a) 에 있어서 슬리브부 (20b) 가 돌출하는 부분을 형성한다. 다시 말해, 링 형상의 제 1 환형부 (21) 의 내주측 부분으로부터, 대략 원통형의 슬리브부 (20b) 가 배기 출구측을 향하여 돌출한다.
제 2 환형부 (22) 는 환형 베이스 (20) 의 최대 외경 부분을 형성한다. 제 2 환형부 (22) 의 외주면이, 전술한 것처럼 셸 (7) 의 개구부 (7c) 를 형성하는 내주면에 용접되는 베이스 본체부 (20a) 의 외주면에 상당하다. 제 1 환형부 (21) 의 외주측 단부 및 제 2 환형부 (22) 의 내주측 단부는 터보 직경 방향에서 대략 같은 위치를 갖는다.
접속부 (23) 는, 전술한 것처럼 터보 직경 방향에서 대략 같은 위치를 갖는 제 1 환형부 (21) 의 외주측 단부와 제 2 환형부 (22) 의 내주측 단부를 접속한다. 접속부 (23) 는 원통부 (24) 및 R형상부 (25) 를 포함한다.
원통부 (24) 는, 회전축 (3) 의 축심 방향과 정렬된 원통축방향을 갖는 원통형 부분이며, 원통축방향의 일측 (제 2 환형부 (22) 측; 도 6 에서 좌측) 이 제 2 환형부 (22) 의 내주측과 연속된다. 더 구체적으로, 원통부 (24) 는, 제 2 환형부 (22) 의 내주측에서 그의 일부로부터 제 2 환형부 (22) 의 판면 방향에 대략 수직한 방향으로 굽혀짐으로써 전체로서 원통형 외형을 갖도록 형성된다.
R형상부 (25) 는, 원통축방향에서 원통부 (24) 의 다른 측 (제 1 환형부 (21) 측; 도 6 에서 우측) 으로부터 제 1 환형부 (21) 의 외주측을 향해 연속적으로 연장되는 접힘부이다. 더 구체적으로, 제 1 환형부 (21) 및 제 2 환형부 (22) 에 대해 대략 수직 방향으로 접힌 접속부 (23) 에 대해, 제 1 환형부 (21) 와 원통부 (24) 사이에 R형상부 (25) 가 형성되며, 터보 축방향으로부터 보았을 때 R형상의 단면을 갖는다.
원통부 (24) 와 R형상부 (25) 를 포함하는 접속부 (23) 에, 배기가스 통로 (8) 를 통해 흐르는 배기가스를 터빈 휠 (2) 로 유도하기 위한 배기가스 통로 구멍 (26) 이 형성된다. 다시 말해, 본 실시형태에 따른 환형 베이스 (20) 에서, 접속부 (23) 에 의해, 배기가스를 터보 직경 방향에서 내측으로 유도하기 위한 배기가스 통로 구멍 (26) 이 형성된다.
배기가스 통로 구멍 (26) 의 형상 (구멍 형상) 은 특별히 제한되지 않지만, 본 실시형태에서, 배기가스 통로 구멍 (26) 은, 제 1 환형부 (21) 및 제 2 환형부 (22) 의 둘레 방향 (회전축 (3) 의 둘레 방향, 이하에서 "터보 둘레 방향"이라고 함) 을 길이 방향으로 갖는 기다란 구멍으로서 형성된다. 더욱이, 본 실시형태에서, 4 개의 배기가스 통로 구멍 (26) 이 터보 둘레 방향에서 등간격으로 형성된다.
환형 베이스 (20) 에 있어서, 터보 둘레 방향으로 인접한 배기가스 통로 구멍 (26) 들 사이에 기둥부 (27) 가 형성된다. 기둥부 (27) 는, 터보 축방향에 대해 배기가스 통로 구멍 (26) 의 제 1 환형부 (21) 측 및 배기가스 통로 구멍 (26) 의 제 2 환형부 (22) 측에 있는 환형 베이스 (20) 의 각 부분들을, 터보 둘레 방향에서 부분적으로 접속한다. 대략 동일한 형상의 기둥부 (27) 는, 터보 둘레 방향에서 등간격으로 형성된 4 개의 배기가스 통로 구멍 (26) 을 포함하는 본 실시형태에 따른 환형 베이스 (20) 의 4 개의 위치에 형성된다.
따라서, 본 실시형태에 따른 제조 방법에 있어서, 판상 부재에 소성 가공을 가함으로써 형성되는 환형 베이스 (20) 에 제공된 1 쌍의 환형부로서, 제 1 환형부 (21) 및 제 2 환형부 (22) 가 형성된다. 또한, 환형부 (21, 22) 를 서로 접속하는 접속부 (23) 가 원통부 (24) 및 R형상부 (25) 로부터 형성된다. 더욱이, 접속부 (23) 에 배기가스 통로 구멍 (26) 이 형성된다.
상기한 각 형상 부분을 갖는 환형 베이스 (20) 를 성형하는데 이용되는 소성 가공은 바람직하게는 다음과 같이 행해진다. 본 실시형태에서, 환형 베이스 (20) 를 성형하는데 이용되는 소성 가공은, 환형 베이스 (20) 에 작용하는 터보 축방향 외력에 대항하도록, 터보 축방향으로 적어도 접속부 (23) 부분에 잔류 압축 응력 또는 잔류 인장 응력을 가하는 냉간 단조이다.
엔진의 운전에 수반되는 열적 사이클 동안 일어나는 열팽창 및 열수축, 엔진의 구성 부품 또는 터보차저 (1) 의 주변 부품 (지지 스테이 등) 의 열변형, 엔진의 운전 동안의 진동 입력 등으로 인해, 환형 베이스 (20) 에 외력이 작용한다. 환형 베이스 (20) 에 작용하는 이러한 외력 중, 터보 축방향 외력, 즉 터보 축방향으로 환형 베이스 (20) 를 당기는 방향으로 작용하는 외력 (이하, "인장 방향 외력"이라고 함), 또는 터보 축방향으로 환형 베이스 (20) 를 압축하는 방향으로 작용하는 외력 (이하, "압축 방향 외력"이라고 함) 이 비교적 크다는 것이, 실험 등을 통해 알려져 있다.
그러므로, 환형 베이스 (20) 를 성형하는데 이용되는 소성 가공으로서 냉간 단조가 채용되고, 냉간 단조 동안, 환형 베이스 (20) 에 작용하는 터보 축방향 외력에 따라 (외력에 대항하도록) 잔류 응력이 가해진다. 다시 말해, 환형 베이스 (20) 를 성형하기 위한 냉간 단조 동안, 성형 동안 터보 축방향으로 잔류 응력이 가해진다. 잔류 응력의 방향 및 크기가, 환형 베이스 (20) 에 작용하는 터보 축방향 외력에 대항하도록 의도적으로 제어된다.
따라서, 환형 베이스 (20) 에 작용하는 외력으로서 인장 방향 외력이 압축 방향 외력보다 더 큰 경우에는, 냉간 단조 동안 잔류 응력으로서 터보 축방향 잔류 압축 응력 (이하, 간단히 "잔류 압축 응력"이라고 함) 이 가해지고, 반대로, 환형 베이스 (20) 에 작용하는 외력으로서 압축 방향 외력이 인장 방향 외력보다 더 큰 경우에는, 냉간 단조 동안 잔류 응력으로서 터보 축방향 잔류 인장 응력 (이하, 간단히 "잔류 인장 응력"이라고 함) 이 가해진다.
환형 베이스 (20) 에 잔류 압축 응력이 가해지는 경우의 일례를, 도 8 을 이용하여 설명한다. 전술한 바와 같이, 인장 방향 외력이 환형 베이스 (20) 에 작용하는 외력의 더 큰 성분인 때, 환형 베이스 (20) 에 잔류 압축 응력이 가해진다.
도 8 에 나타낸 바와 같이, 환형 베이스 (20) 에 인장 방향 외력이 가해지는 때 (화살표 B1 참조), 터보 직경 방향의 내측에 위치되는 접속부 (23) 의 부분 (영역 B2 참조) 에는 인장 하중이 가해지는 한편, 터보 직경 방향의 외측에 위치되는 접속부 (23) 의 부분 (영역 B3 참조) 에는 압축 하중이 가해진다. 따라서, 접속부 (23) 의 각 부분에 가해지는 하중에 대항하도록, 환형 베이스 (20) 의 냉간 단조 동안 접속부 (23) 에 잔류 압축 응력이 가해진다.
더 구체적으로, 이 경우에 접속부 (23) 에 가해지는 잔류 압축 응력은, 인장 방향 외력으로 인해 인장 하중이 가해지는 환형 베이스 (20) 의 부분 (영역 B2 참조) 에 잔류하는 압축 응력 및 동일한 인장 방향 외력으로 인해 압축 하중이 가해지는 환형 베이스 (20) 의 부분 (영역 B3 참조) 에 잔류하는 인장 응력으로 구성되는 잔류 응력이다. 다시 말해, 환형 베이스 (20) 에 가해지는 잔류 압축 응력은, 환형 베이스 (20) 를 터보 축방향으로 압축하는 방향의 잔류 응력이며, 인장 방향 외력의 작용으로 인해 각 부분에 작용하는 하중 (인장 하중 또는 압축 하중) 에 대항하도록 환형 베이스 (20) 의 각 부분에 잔류하는 하중에 의해 구성된다.
따라서, 압축 방향 외력이 환형 베이스 (20) 에 작용하는 외력의 더 큰 성분인 경우, 잔류 인장 응력은 예컨대 다음과 같이 환형 베이스 (20) 에 가해진다. 환형 베이스 (20) 에 압축 방향 외력이 작용하는 경우, 터보 직경 방향의 내측에 위치되는 접속부 (23) 의 부분 (영역 B2 참조) 에는 압축 하중이 가해지고, 터보 직경 방향의 외측에 위치되는 접속부 (23) 의 부분 (영역 B3 참조) 에는 인장 하중이 작용한다.
그러므로, 접속부 (23) 의 각 부분에 가해지는 하중에 대항하도록, 환형 베이스 (20) 의 냉간 단조 동안 접속부 (23) 에 잔류 인장 응력이 가해진다. 더 구체적으로, 압축 방향 외력으로 인해 압축 하중이 작용하는 환형 베이스 (20) 의 부분 (영역 B2 참조) 에 잔류하는 인장 응력 및 동일한 압축 방향 외력으로 인해 인장 하중이 가해지는 환형 베이스 (20) 의 부분 (영역 B3 참조) 에 잔류하는 압축 응력에 의해 구성되는 잔류 응력이, 잔류 인장 응력으로서 환형 베이스 (20) 에 가해진다. 다시 말해, 환형 베이스 (20) 에 가해지는 잔류 인장 응력은, 환형 베이스 (20) 를 터보 축방향으로 당기는 방향으로 작용하는 잔류 응력이며, 압축방향 외력으로 인해 각 부분에 작용하는 하중 (인장 하중 또는 압축 하중) 에 대항하도록 환형 베이스 (20) 의 각 부분에 잔류하는 하중으로 구성된다.
냉간 단조 동안 잔류 응력이 가해지는 환형 베이스 (20) 의 부분은, 그 부분이 접속부 (23) 를 포함하는 한, 특별히 제한되지 않는다는 점에 주목해야 한다. 환형 베이스 (20) 의 잔류 응력은, 환형 베이스 (20) 가 터보 축방향 외력에 의해 더 변형되기 쉬운 접속부 (23) 에 우선적으로 가해지지만, 예를 들어 제 1 환형부 (21) 및 제 2 환형부 (22) 와 같이, 접속부 (23) 이외의 부분에 가해질 수 있다. 또한, 잔류 응력이 가해지는 환형 베이스 (20) 의 부분, 잔류 응력의 방향 및 크기 등은, 냉간 단조에서 사용되는 다이의 형상, 각 부에서 행해지는 인발 (drawing) 등의 냉간 단조 공정의 순서 등에 따라 조정된다.
전술한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 제조 방법에 있어서, 환형 베이스 (20) 를 성형하는데 이용되는 소성 가공은, 터보 축방향에서 환형 베이스 (20) 에 작용하는 외력에 대항하도록, 잔류 압축 응력 또는 잔류 인장 응력이 적어도 접속부 (23) 부분에 터보 축방향으로 가해지는 냉간 단조이다.
본 실시형태에 따른 터보차저 (1) 및 그 제조 방법에 의하면, 열변형으로 인한 터빈 하우징 (6) 의 변형량의 저감, 및 터빈 하우징 (6) 의 피로 수명의 향상과 비용의 저감을 달성할 수 있고, 양호한 면 조도를 획득할 수 있어서, 벽면을 따라 흐르는 배기가스의 손실이 억제된다.
더 구체적으로, 본 실시형태에 따른 터보차저 (1) 에 있어서, 터빈 하우징 (6) 을 형성하는 환형 베이스 (20) 가, 터보 축방향으로 작용하는 외력에 대항하기 위한 잔류 응력이 환형 베이스 (20) 에 가해지는 냉간 단조에 의해 성형된다. 그러므로, 환형 베이스 (20) 에 있어서, 엔진의 운전에 수반되는 열적 사이클 동안 발생하는 열팽창 및 열수축 등에 의해 환형 베이스 (20) 에 입력되는 외력으로 야기되는 열변형이 상쇄 또는 경감된다. 그 결과, 환형 베이스 (20) 에서의 열변형량이 감소하여, 환형 베이스 (20) 의 피로 수명이 향상된다.
또한, 냉간 단조와 같은 소성 가공에 의하면, 주조나 용접과 같은 가공에 비해 비용을 줄일 수 있다. 더욱이, 냉간 단조와 같은 소성 가공은, SUS 판금 등의 판상 부재를 채용하고, 따라서 주조 등을 이용하는 경우에 비해, 환형 베이스 (20) 의 표면에서 더 양호한 면 조도를 얻을 수 있다. 그 결과, 환형 베이스 (20) 의 벽면 (표면) 을 따라 흐르는 배기가스의 손실을 억제할 수 있다. 또한, 냉간 단조와 같은 소성 가공에 의하면, 용접에 비해 공정이 간단해질 수 있다.
부수적으로, 전술한 것처럼 접속부 (23) 에 형성된 배기가스 통로 구멍 (26) 은, 터보 직경 방향의 내측으로부터 외측까지 접속부 (23) 를 펀칭함으로써 형성되는 것이 바람직하다. 더 구체적으로, 도 9 에 나타낸 바와 같이, 접속부 (23) 에 형성된 배기가스 통로 구멍 (26) 은 예를 들어 펀치 (30) 를 이용한 펀칭에 의해 형성된다. 이 경우, 터보 직경 방향의 내측 (도 9 에서 하측) 으로부터 외측 (도 9 에서 상측) 까지 접속부 (23) 에 대해 펀치 (30) 를 이동시킴 (화살표 C1 참조) 으로써, 배기가스 통로 구멍 (26) 이 펀칭된다.
배기가스 통로 구멍 (26) 이 이런 식으로 터보 직경 방향의 내측으로부터 외측까지 접속부 (23) 를 펀칭함으로써 형성되는 경우, 배기가스 통로 구멍 (26) 은 다음과 같은 형상을 갖는다. 도 9 에 나타낸 바와 같이, 배기가스 통로 구멍 (26) 이 펀칭에 의해 형성되는 경우, 배기가스 통로 구멍 (26) 을 형성하는 표면 (이하, "통로 구멍 형성 표면"이라고 함) (26a) 이, 펀치 (30) 의 형상에 대응하는 전단면 (26b) 및 그 전단면 (26b) 으로부터 펀칭 방향으로 서서히 넓어지는 파단면 (26c) 을 포함한다.
여기서, 통로 구멍 형성 표면 (26a) 에 형성되는 전단면 (26b) 은, 펀치 (30) 의 날이 통로 구멍 형성 표면 (26a) 에 접촉하는 동안 형성하는 전단력에 의해 절단된다. 따라서, 전단면 (26b) 은, 펀칭 방향 (도 9 에서 상방향; 이하 같다) 에 해당하는 형상을 갖는다. 전단면 (26b) 은, 펀칭 방향에서 통로 구멍 형성 표면 (26a) 의 가까운 측 (도 9 에서 하측) 에 형성된다. 따라서, 본 실시형태에서, 전단면 (26b) 은, 통로 구멍 형성 표면 (26a) 에 있어서 터보 직경 방향의 내측에 위치되는 부분, 다시 말해 환형 베이스 (20) 의 내주측 부분에 위치되는 부분에 형성된다 (화살표 범위 D1 참조).
한편, 통로 구멍 형성 표면 (26a) 에 형성되는 파단면 (26c) 은, 펀칭 동안 펀치 (30) 에 의해 형성되는 인장 응력에 근거하는 파단에 의해 절단된다. 따라서, 파단면 (26c) 은, 펀칭 방향으로 넓어지는 형상을 갖는다. 파단면 (26c) 은 펀칭 방향에서 통로 구멍 형성 표면 (26a) 의 먼 측 (도 9 에서 상측) 에 형성된다. 따라서, 본 실시형태에서, 파단면 (26c) 은 터보 직경 방향의 외측에 위치되는 통로 구멍 형성 표면 (26a) 의 부분, 다시 말해 환형 베이스 (20) 의 외주측에 위치되는 부분에 형성된다 (화살표 범위 D2 참조).
따라서, 파단면 (26c) 은, 펀칭 방향에서 전단면 (26b) 의 먼 측과 연속되고, 전단면 (26b) 으로부터 펀칭 방향으로 배기가스 통로 구멍 (26) 을 점차 넓힌다. 그러므로, 터보 직경 방향의 내측으로부터 외측까지 접속부 (23) 를 펀칭함으로써 형성되는 배기가스 통로 구멍 (26) 의 외주측 부분은, 파단면 (26c) 으로 인해, 도 9 에 나타낸 것처럼 단면에서 보았을 때 터보 직경 방향의 내측으로부터 외측으로 넓어지는 대략 테이퍼 (tapered) 형태를 갖는다.
배기가스 통로 구멍 (26) 의 외주측 부분을 터보 직경 방향의 내측으로부터 외측으로 넓어지는 대략 테이퍼 형상으로 형성함에 따라, 배기가스 통로 (8) 로부터 배기가스 통로 구멍 (26) 을 경유하여 터빈 휠 (2) 로 배기가스가 매끄럽게 유도된다. 더 구체적으로, 배기가스 통로 (8) 로부터 터빈 휠 (2) 로 유도된 배기가스는 외주측 (터보 직경 방향의 외측) 으로부터 배기가스 통로 구멍 (26) 으로 유입되고 (화살표 C2 참조), 그러므로 배기가스 통로 구멍 (26) 을 외주측이 더 넓은 대략 테이퍼 형상으로 형성함에 의해, 배기가스 통로 구멍 (26) 을 경유하여 배기가스 통로 (8) 로부터 터빈 휠 (2) 로 배기가스가 매끄럽게 유도된다.
따라서, 본 실시형태에 따른 제조 방법에 있어서, 배기가스 통로 구멍 (26) 이 터보 직경 방향의 내측으로부터 외측까지 접속부 (23) 를 펀칭함으로써 형성되는 것이 바람직하다. 이렇게 함에 있어, 배기가스 통로 구멍 (26) 의 외주측 부분이 대략 테이퍼 형상을 갖고, 따라서 예를 들어 배기가스 통로 구멍 (26) 의 외주측 부분에 모따기 가공 등의 추가 가공을 실시하는 일 없이, 배기가스 통로 (8) 로부터 터빈 휠 (2) 로 배기가스가 매끄럽게 유도될 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 환형 베이스 (20) 에 있어서, 전술한 것처럼 터보 둘레 방향을 길이 방향으로 갖는 기다란 구멍부로서 접속부 (23) 에 형성되는 배기가스 통로 구멍 (26) 은, 터보 둘레 방향에서, 터보 직경 방향에 대향하는 위치에 다수 형성되어 있다. 본 실시형태에 따른 환형 베이스 (20) 에는, 터보 직경 방향에서 서로 각각 대향하는 2 세트 (총 4 개) 의 배기가스 통로 구멍 (26) 이 형성되어 있다. 전술한 것처럼, 4 개의 배기가스 통로 구멍 (26) 은 터보 둘레 방향에서 등간격으로 형성된다.
더 구체적으로, 도 7 에 나타낸 바와 같이, 4 개의 배기가스 통로 구멍 (26) 은, 임의의 터보 직경 방향 (도 7 에서 상하 방향) 위치에서 서로 대향하는 1 쌍의 배기가스 통로 구멍 (26(26A)), 및 이러한 1 쌍의 배기가스 통로 구멍 (26(26A)) 의 대향 방향에 대해 수직 방향 (도 7 에서 좌우 방향) 에서 서로 대향하는 1 쌍의 배기가스 통로 구멍 (26(26B)) 에 의해 구성된다. 다시 말해, 터보 직경 방향으로 서로 대향하는 각 쌍의 배기가스 통로 구멍 (26) 은, 터보 둘레 방향에서 서로 180°떨어진 위치에 형성된다.
또한, 터보 직경 방향으로 서로 대향하는 상기 쌍의 배기가스 통로 구멍 (26) 은 터보 직경 방향에 대해 대칭으로 형성된다. 터보 축방향에서 본 도면에 해당하는 도 7 에 있어서, 상하 방향으로 서로 대향하는 1 쌍의 배기가스 통로 구멍 (26(26A)) 은, 회전축심 (C) (도 1 참조) 을 통과하는 좌우 방향 직선에 대해 선대칭으로 형성되고 터보 둘레 방향 위치에 형성된다. 유사하게, 도 7 에 있어서, 좌우 방향으로 서로 대향하는 1 쌍의 배기가스 통로 구멍 (26(26B)) 은, 회전축심 (C) 을 통과하는 상하 방향의 직선에 대해 선대칭으로 형성되고 터보 둘레 방향 위치에 형성된다.
따라서, 터보 둘레 방향에서 터보 직경 방향 대향 위치에 복수의 배기가스 통로 구멍 (26) 을 형성함으로써, 대향하는 각 쌍의 배기가스 통로 구멍 (26) 이 단일 펀칭 공정으로 형성될 수 있다. 다시 말해, 터보 둘레 방향에서 180°간격으로 형성된 2 개의 배기가스 통로 구멍 (26) 이 단일 펀칭 공정으로 형성될 수 있다. 그 결과, 배기가스 통로 구멍 (26) 의 형성 비용이 감소될 수 있다.
대향하는 상기 쌍의 배기가스 통로 구멍 (26) 을 단일 펀칭 공정으로 형성하기 위해, 예를 들어 다음과 같은 구성을 채용할 수 있다. 도 10a 및 도 10b 에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 따른 구성은 1 쌍의 배기가스 통로 구멍 (26) 을 펀칭하기 위한 1 쌍의 펀치 (31) 및 그 1 쌍의 펀치 (31) 를 이동시키기 위한 슬라이더 (32) 를 포함한다.
1 쌍의 펀치 (31) 는 터보 직경 방향의 내측으로부터 외측으로 서로 연동하여 이동할 수 있도록 환형 베이스 (20) 에 대해 형성된다. 1 쌍의 펀치 (31) 는, 도면에 나타내지 않은 가이드 기구 등에 의해, 배기가스 통로 구멍 (26) 을 펀칭하는 방향을 포함하는 소정의 이동 방향으로 이동될 수 있도록 지지된다.
슬라이더 (32) 는, 예를 들어 유압 실린더, 모터 등에 의해 구성되는 이동 기구 (도시 생략) 에 의해, 1 쌍의 펀치 (31) 의 이동 방향에 대해 수직 방향 (도 10a 및 도 10b 에서 상하 방향) 으로 이동될 수 있도록 형성된다. 슬라이더 (32) 를 1 쌍의 펀치 (31) 쪽으로 향하는 방향 (도 10a 및 도 10b 에서 상방향) 으로 이동시킴으로써, 1 쌍의 펀치 (31) 는 배기가스 통로 구멍 (26) 을 펀칭하는 방향으로 연동하여 이동된다.
슬라이더 (32) 의 이동은, 각각의 펀치 (31) 와 슬라이더 (32) 사이의 맞물림부에 의해, 1 쌍의 펀치 (31) 의 이동으로 변환된다. 각각의 펀치 (31) 와 슬라이더 (32) 사이의 맞물림부는, 각 펀치 (31) 의 맞물림면 (31a) 과 슬라이더 (32) 의 맞물림면 (32a) 사이의 맞닿는 면 (mating surface) 에 의해 구성된다. 펀치 (31) 의 맞물림면 (31a) 및 슬라이더 (32) 의 맞물림면 (32a) 은, 1 쌍의 펀치 (31) 를 향한 슬라이더 (32) 의 이동이 터보 직경 방향의 내측으로부터 외측으로의 (즉, 펀칭 방향으로의) 1 쌍의 펀치 (31) 의 이동으로 변환되도록 각 부분의 이동 방향에 대해 기울어진 경사면에 의해 구성된다. 다시 말해, 펀치 (31) 의 맞물림면 (31a) 및 슬라이더 (32) 의 맞물림면 (32a) 은, 슬라이더 (32) 의 이동에 수반되는 1 쌍의 펀치 (31) 의 이동에 대한 슬라이딩면을 구성한다.
본 실시형태에서, 배기가스 통로 구멍 (26) 은 다음과 같은 방식으로 형성된다. 도 10a 에 나타낸 바와 같이, 환형 베이스 (20) 를 위해 배기가스 통로 구멍 (26) 의 형성 전에 환형 베이스 (20) 의 내부에서, 배기가스 통로 구멍 (26) 에 대응하는 소정의 터보 축방향 위치에 1 쌍의 펀치 (31) 가 설정된다. 이러한 상태로부터, 슬라이더 (32) 는 슬라이더 (32) 가 1 쌍의 펀치 (31) 에 맞물릴 때까지, 다시 말해 슬라이더 (32) 의 맞물림면 (32a) 이 펀치 (31) 의 각각의 맞물림면 (31a) 에 접촉할 때까지 펀치 (31) 측을 향하는 방향으로 이동된다.
슬라이더 (32) 는, 1 쌍의 펀치 (31) 와 맞물린 상태로부터, 펀치 (31) 와 맞물리는 방향 (도 10b 에서 상방향) 으로 도 10b (화살표 E1 참조) 에 나타낸 바와 같이 더 이동되어, 1 쌍의 펀치 (31) 가 터보 직경 방향의 외측을 향해 이동한다 (화살표 E2 참조). 다시 말해, 슬라이더 (32) 가 화살표 E1 방향으로 이동함에 따라, 슬라이더 (32) 의 맞물림면 (32a) 을 따라 각 맞물림면 (31a) 이 미끄러지면서, 1 쌍의 펀치 (31) 가 터보 직경 방향의 외측 방향 (화살표 E2 방향) 으로 이동하고, 이러한 1 쌍의 펀치 (31) 의 이동을 통해, 환형 베이스 (20) 의 접속부 (23) 에 터보 둘레 방향에서 180°간격으로 배기가스 통로 구멍 (26) 이 형성된다.
따라서, 본 실시형태에 따른 제조 방법에 의하면, 배기가스 통로 구멍 (26) 이 터보 둘레 방향에서 대향하는 터보 직경 방향 위치에 단일 공정으로 형성된다. 다시 말해, 예를 들어 도 7 에 나타낸 것처럼 터보 직경 방향으로 서로 대향하는 1 쌍의 배기가스 통로 구멍 (26(26A)) 이, 1 쌍의 펀치 (31) 및 슬라이더 (32) 의 이동을 위한 전술한 단일 공정으로 본 실시형태에 따른 환형 베이스 (20) 에 형성된다.
그러므로, 본 실시형태에 따른 환형 베이스 (20) 와 같이, 터보 직경 방향으로 서로 대향하는 2 세트 (총 4 개) 의 배기가스 통로 구멍 (26) 이 형성되는 경우에는, 2 개의 공정으로 4 개의 배기가스 통로 구멍 (26) 이 형성된다. 더 구체적으로, 본 실시형태에 따르면, 터보 직경 방향으로 서로 대향하는 1 쌍의 배기가스 통로 구멍 (26) 이 형성된 후, 1 쌍의 펀치 (31) 및 슬라이더 (32) 를 포함하는 구성이 터보 축방향을 회전축 방향으로서 이용하여 90°회전되고, 그리고 나서 다른 1 쌍의 배기가스 통로 구멍 (26) 이 형성된다.
환형 베이스 (20) 에 형성된 배기가스 통로 구멍 (26) 의 개수는, 터보 직경 방향으로 대향하는 위치에 복수의 배기가스 통로 구멍 (26) 이 형성되는 한, 특별히 제한되지 않는다. 따라서, 배기가스 통로 구멍 (26) 은, 터보 직경 방향으로 서로 대향하도록 단일 세트 (총 2 개) 또는 3 이상의 세트 (총 6 개 이상) 로 형성될 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 환형 베이스 (20) 에 있어서, 전술한 바와 같이, 배기가스 통로 구멍 (26) 이 형성된 접속부 (23) 가 원통부 (24) 및 R형상부 (25) 를 포함하고, 원통부 (24) 에 배기가스 통로 구멍 (26) 이 형성된다. 다시 말해, 전체로서 원통형의 외형을 갖는 원통부 (24) 에, 터보 둘레 방향을 길이 방향으로 갖는 기다란 구멍부에 의해 구성되는 4 개의 배기가스 통로 구멍 (26) 이 형성된다.
더 구체적으로는, 예를 들어 도 6 등에 나타낸 바와 같이, 터보 축방향으로 회전축심 (C) 을 통과하는 직선을 포함하는 단면에서 환형 베이스 (20) 를 보았을 때 평면을 형성하는 원통부 (24) 에, 전술한 것처럼 펀칭 등을 행함으로써 배기가스 통로 구멍 (26) 이 형성된다. 다시 말해, 원통부 (24) 에 형성된 배기가스 통로 구멍 (26) 은, 원통부 (24) 와 함께 접속부 (23) 를 구성하는 R형상부 (25) 를 손상시키지 않으면서 (즉, R형상부 (25) 를 온전히 유지하면서) 형성된다.
이런 식으로 배기가스 통로 구멍 (26) 을 접속부 (23) 의 원통부 (24) 에 형성함으로써, 배기가스 통로 (8) 를 선회한 후 배기가스 통로 구멍 (26) 을 개재하여 터빈 휠 (2) 로 유도된 배기가스가 정류된다. 더욱이, 터보차저 (1) 에서 양호한 성능이 확보될 수 있고, 환형 베이스 (20) 의 변형이 억제될 수 있다.
더 구체적으로, 배기가스 통로 구멍 (26) 을 접속부 (23) 의 원통부 (24) 에 형성함으로써, 배기가스 통로 구멍 (26) 이 터보 직경 방향으로 개방된 구멍부가 되어, 접속부 (23) 를 형성하는 R형상부 (25) 가 터보 둘레 방향의 주변 전체에 존재하게 된다. 따라서, 배기가스 통로 구멍 (26) 으로부터 환형 베이스 (20) 의 내측으로의 배기가스의 유동에 대응하는 환형 베이스 (20) 의 벽면으로서, 매끄러운 곡면인 R형상부 (25) 의 내주면이 터보 둘레 방향의 주변 전체에 존재한다. 그 결과, 배기가스 통로 구멍 (26) 을 통해 VN 기구부 (11) 로 유도된 배기가스가 정류된다.
R형상부 (25) 를 포함하는 부분에 배기가스 통로 구멍 (26) 이 형성되는 경우, 배기가스 통로 (8) 를 선회한 후 배기가스 통로 구멍 (26) 을 통해 흐르는 배기가스의 유동을 방해하는 벽면이 환형 베이스 (20) 에 형성되어, 배기가스가 매끄럽게 흐를 수 없다. 본 실시형태에서, R형상부 (25) 는 터보 둘레 방향의 전체 주변에 형성되고, 따라서 전술한 것처럼 배기가스 유동이 정류된다.
또한, 배기가스 통로 구멍 (26) 을 접속부 (23) 의 원통부 (24) 에 형성함으로써, 배기가스 통로 구멍 (26) 에 의해 VN 기구부 (11) 의 스로트 (throat) 면적 (유체 통과 면적) 이 확보된다. 배기가스 통로 면적을 확보함으로써, 터보차저 (1) 의 양호한 성능을 확보할 수 있다. 더욱이, 터보 둘레 방향의 전체 주변에 R형상부 (25) 가 존재하므로, 환형 베이스 (20) 에서 터보 축방향 외력 등에 대해 높은 정도의 강성을 확보할 수 있고, 이로써 환형 베이스 (20) 의 변형이 억제된다.
또한, 열용량 저감에 관하여, 본 실시형태에 따른 환형 베이스 (20) 의 제 1 환형부 (21) 는, 환형 베이스 (20) 의 경량화를 위한 구멍부인 경량구멍 (28) 을 포함한다. 경량구멍 (28) 은, 판면이 터보 축방향에 수직이 되도록 형성된 평판형 부분인 제 1 환형부 (21) 를 터보 축방향으로 관통한다. 제 1 환형부 (21) 에 형성된 경량구멍 (28) 은 환형 베이스 (20) 의 셸 (7) 에 대한 위치 결정 등을 위해서도 이용될 수 있다.
도 5, 도 7 등에 나타낸 바와 같이, 경량구멍 (28) 은, 터보 둘레 방향을 길이 방향으로 갖고 또한 제 1 환형부 (21) 의 원호 형상과 정렬되도록 굽은 기다란 구멍이다. 경량구멍 (28) 의 터보 둘레 방향의 길이는, 경량구멍 (28) 과 마찬가지로 터보 둘레 방향을 길이 방향으로 갖는 기다란 구멍으로서 형성된 배기가스 통로 구멍 (26) 의 터보 둘레 방향의 길이보다 더 짧게 형성된다. 본 실시형태에서는, 4 개의 경량구멍 (28) 이 터보 둘레 방향에서 등간격으로 형성되어 있다.
제 1 환형부 (21) 에 형성된 경량구멍 (28) 은, 터보 둘레 방향에 대해 배기가스 통로 구멍 (26) 의 대략 중앙에 대응하는 위치에 형성되어 있다. 더 구체적으로, 도 7 에 나타낸 바와 같이, 배기가스 통로 구멍 (26) 과 동일한 개수로 형성되지만 배기가스 통로 구멍 (26) 보다 더 짧은 터보 둘레 방향 길이를 갖는 4 개의 경량구멍 (28) 이, 각 배기가스 통로 구멍 (26) 에 대해, 터보 둘레 방향에 대한 대략 중앙 위치에 형성되어 있다.
다시 말해, 경량구멍 (28) 은 터보 둘레 방향에서 이웃하는 기둥부 (27) 들 사이의 대략 중앙 위치에 형성되어 있다. 따라서, 경량구멍 (28) 은 터보 둘레 방향에서 기둥부 (27) 와 교대로 형성된다.
그러므로, 본 실시형태에 따른 제조 방법에 있어서는, 제 1 환형부 (21) 에서, 터보 둘레 방향에 대해 각 배기가스 통로 구멍 (26) 의 대략 중앙에 대응하는 위치에, 경량구멍 (28) 이 형성된다. 그 결과, 환형 베이스 (20) 의 중량이 감소될 수 있고, 경량구멍 (28) 의 형성으로 인해 제 1 환형부 (21) 및 접속부 (23) 를 포함하는 부분의 강성이 감소하는 것을 억제할 수 있고, 환형 베이스 (20) 의 변형을 억제할 수 있다.
더 구체적으로, 경량구멍 (28) 이 터보 둘레 방향에서 기둥부 (27) 근방에 형성되는 경우, 기둥부 (27) 의 제 1 환형부 (21) 측 접속 부분에서 충분한 강도를 확보하는 것이 곤란해진다. 기둥부 (27) 의 접속부는, 환형 베이스 (20) 에 작용하는 외력에 의해 크게 영향을 받고, 그러므로 경량구멍 (28) 이 터보 둘레 방향에서 기둥부 (27) 근방에 형성되는 경우, 제 1 환형부 (21) 및 접속부 (23) 를 포함하는 부분의 터보 축방향 외력 등에 대한 강성이 부족하게 될 수 있다. 따라서, 터보 둘레 방향에서 각 배기가스 통로 구멍 (26) 의 대략 중앙에 대응하는 위치에 경량구멍 (28) 을 형성함으로써, 제 1 환형부 (21) 및 접속부 (23) 를 포함하는 부분에 충분한 강성을 확보하면서 환형 베이스 (20) 의 중량을 줄일 수 있다.
또한, 제 1 환형부 (21) 에 있어서, 터보 둘레 방향에서 배기가스 통로 구멍 (26) 이 형성되는 부위는, 배기가스 통로 구멍 (26) 의 형성으로 인해 감소된 평탄도 (flatness) 를 갖는다. 더 구체적으로, 배기가스 통로 구멍 (26) 은, 예를 들어 전술한 것처럼 터보 직경 방향의 내측으로부터 외측까지 펀칭을 행함으로써 형성되고, 그러므로 각 배기가스 통로 구멍 (26) 에 대응하는 제 1 환형부 (21) 의 부위는, 배기가스 통로 구멍 (26) 의 펀칭 동안 재료의 끌어당김 (pulling) 등으로 인해 감소된 평탄도를 갖는다. 제 1 환형부 (21) 의 평탄도는 터보 둘레 방향에 대해 배기가스 통로 구멍 (26) 의 중앙부에서 비교적 많이 저하된다.
평판형 제 1 환형부 (21) 는, 용접 등에 있어 환형 베이스 (20) 에 대한 다른 부재의 위치결정을 위해 이용될 수 있다. 그러므로, 제 1 환형부 (21) 에 소정의 평탄도가 확보되는 것이 바람직하다. 다시 말해, 제 1 환형부 (21) 의 평탄도가 불량한 경우, 소정의 평탄도를 얻기 위해 추가적인 가공이 요구될 수 있다.
따라서, 터보 둘레 방향에 대해 각 배기가스 통로 구멍 (26) 의 대략 중앙에 대응하는 제 1 환형부 (21) 의 위치에 경량구멍 (28) 을 형성함으로써, 제 1 환형부 (21) 의 평탄도가 비교적 크게 저하된 부위가 배제된다. 그 결과, 배기가스 통로 구멍 (26) 의 형성에 수반되는 제 1 환형부 (21) 의 평탄도의 저하를 억제할 수 있고, 환형 베이스 (20) 의 면 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 터보차저 (1) 에 있어서, 전술한 바와 같이 터빈 하우징 (6) 의 배기가스의 출구에 출구 플랜지 (10) 가 형성된다. 이런 식으로 배기가스의 출구에 형성된 출구 플랜지 (10) 는, 터보차저 (1) 를 형성하는 터빈 하우징 (6) 을, 터보차저 (1) 가 탑재된 엔진의 본체측에 대해 지지하기 위한 부재 (스테이) 로서 사용된다. 대안적으로는, 출구 플랜지 (10) 에 스테이가 부착된다. 출구 플랜지 (10) 가 엔진 본체측의 터빈 하우징 (6) 을 지지하게 함으로써, 엔진의 운전 동안 발생하는 진동에 수반되는 터보차저 (1) 의 진동을 억제할 수 있다.
더 구체적으로, 본 실시형태에서, 출구 플랜지 (10) 가 엔진의 본체측에서 터빈 하우징 (6) 을 지지하는 지지 부재로서 기능한다. 따라서, 출구 플랜지 (10) 는 터빈 하우징 (6) 을 개재하여 엔진의 본체측에서 터보차저 (1) 를 지지한다. 출구 플랜지 (10) 는 터빈 휠 (2) 로 유도된 배기가스의 출구측의 단부, 다시 말해 본 실시형태에서 배기가스 출구가 되는 환형 베이스 (20) 의 슬리브부 (20b) 의 선단 개구부의 둘레 가장자리에 형성된다.
도 1 에 나타낸 바와 같이, 터빈 하우징 (6) 에 형성된 출구 플랜지 (10) 가 체결 지지부 (40) 를 포함한다. 체결 지지부 (40) 는 출구 플랜지 (10) 로부터 터보 직경 방향 외측으로 연장되고, 엔진 본체측에 체결된다. 다시 말해, 본 실시형태에 따른 출구 플랜지 (10) 에 체결 지지부 (40) 를 형성함으로써, 출구 플랜지 (10) 는 엔진 본체측에서 터빈 하우징 (6) 을 지지하기 위한 지지 부재로서 기능 한다.
체결 지지부 (40) 는 배기관 접속용 볼트구멍 (10a) 이 형성된 출구 플랜지 (10) 의 부분과 연속되며, 볼트구멍 (10a) 이 형성된 출구 플랜지 (10) 의 부분보다 터보 직경 방향 외측으로 더 돌출하도록 연장된다. 본 실시형태에 따른 출구 플랜지 (10) 에서, 체결 지지부 (40) 는 터보 직경 방향에 해당하는 소정의 방향 (도 1 에서 하방향) 으로 연장된다.
체결 지지부 (40) 는 체결 구멍 (41) 을 포함한다. 체결 구멍 (41) 은 체결 지지부 (40) 의 돌출 방향 선단부에 형성된다. 따라서, 체결 지지부 (40) 에 형성된 체결 구멍 (41) 을 이용하여, 출구 플랜지 (10) 는, 예를 들어 엔진을 형성하는 실린더 블록 등의, 엔진 본체측에서 소정의 부위에 볼트 등의 체결 도구에 의해, 예를 들어 다른 부재 등을 개재시켜 고정된다. 따라서, 용접 등에 의해 환형 베이스 (20) 의 슬리브부 (20b) 에 고정된 출구 플랜지 (10) 는 일단부측 (체결 지지부 (40) 측) 이 엔진 본체측에 고정된다. 그 결과, 터빈 하우징 (6) 은 엔진 본체측에서 출구 플랜지 (10) 에 의해 지지된다.
체결 지지부 (40) 를 포함하는 출구 플랜지 (10) 는, 체결 지지부 (40) 의 위상이 회전축 (3) 의 축심 (회전축심 (C)) 위상에 대해 소정의 위상이 되도록 형성된다. 여기서, 위상은 회전축심 (C) 주위에서의 위치 (터보 둘레 방향에서의 위치) 이다. 체결 지지부 (40) 의 소정의 위상은, 터보 둘레 방향에서 이웃하는 배기가스 통로 구멍 (26) 들 사이에 형성된 이웃하는 기둥부 (27) 들 사이에서 터보 둘레 방향의 중간 위상이다. 다시 말해, 출구 플랜지 (10) 는 터보 직경 방향으로 출구 플랜지 (10) 로부터 연장되는 체결 지지부 (40) 의 돌출 방향 위상이 이웃하는 기둥부 (27) 들 사이의 중간 위상이 되도록 형성된다.
더 구체적으로, 도 11 에 나타낸 바와 같이, 회전축심 (C) 에 대한 체결 지지부 (40) 의 위상 (직선 F1 참조) 이 이웃하는 기둥부 (27(27A)) 의 위상 (직선 F2 참조) 들 사이의 중간 위상이 되도록, 출구 플랜지 (10) 가 형성된다. 본 실시형태에서, 체결 지지부 (40) 의 위상은 체결 지지부 (40) 의 선단부에 형성된 체결 구멍 (41) (의 중심 위치) 의 위상에 대응하는 한편, 기둥부 (27) 의 위상은 터보 둘레 방향에서의 기둥부 (27) 의 중앙 위치의 위상에 대응한다.
따라서, 터보 둘레 방향에서 체결 지지부 (40) 를 사이에 두는 2 개의 기둥부 (27(27A)) 들 사이의 위상차 (위상 간격) 가 대략 90°인 경우, 체결 지지부 (40) 의 위상을 나타내는 직선 (F1) 은, 예컨대 2 개의 기둥부 (27(27A)) 각각의 위상을 나타내는 2 개의 직선 (F2) 에 대해 대략 45°의 위상차를 갖는다. 다시 말해, 체결 지지부 (40) 를 사이에 두는 2 개의 기둥부 (27(27A)) 각각의 위상을 나타내는 2 개의 직선 (F2) 이 이루는 각도 (즉, 체결 지지부 (40) 를 사이에 두는 측의 각도) 가 대략 90°인 경우, 출구 플랜지 (10) 는, 체결 지지부 (40) 의 위상을 나타내는 직선 (F1) 이 양방의 직선 (F2) 에 대해 대략 45°의 각도를 이루도록 형성된다.
그러므로, 본 실시형태에 따른 제조 방법에 있어서, 출구 플랜지 (10) 는, 회전축심 (C) 주위에서 체결 지지부 (40) 의 위상이 터보 둘레 방향으로 이웃하는 기둥부 (27) 들 사이의 중간 위상이 되도록 형성된다. 따라서, 체결 지지부 (40) 를 개재하여 출구 플랜지 (10) 로부터 환형 베이스 (20) 로 입력되는 외력은 복수의 기둥부 (27) (주로 체결 지지부 (40) 를 사이에 두는 2 개의 기둥부 (27(27A))) 에 분산될 수 있고, 그 결과, 기둥부 (27) 의 단면적을 증가시키지 않으면서 환형 베이스 (20) 의 내구성을 향상시킬 수 있다.
더 구체적으로, 체결 지지부 (40) 의 위상이 환형 베이스 (20) 의 기둥부 (27) 의 위상과 대략 동일한 위상이 되도록 출구 플랜지 (10) 가 형성된 경우, 체결 지지부 (40) 를 개재하여 출구 플랜지 (10) 로부터 환형 베이스 (20) 로 입력되는 외력에 의해 생성되는 하중 (응력) 이, 체결 지지부 (40) 의 위상과 대략 동일한 위상을 갖는 기둥부 (27) 에 집중된다. 이런 식으로 단일 기둥부 (27) 에 응력이 집중되는 경우, 환형 베이스 (20) 에서 외력에 대한 충분한 내구성을 획득하는 것이 불가능하다.
외력에 대한 환형 베이스 (20) 의 내구성을 향상시키기 위해, 기둥부 (27) 의 단면적을 증가시킬 수 있다. 그러나, 기둥부 (27) 의 단면적이 증가하는 경우, 환형 베이스 (20) 의 판 두께가 증가하고, 배기가스 통로 구멍 (26) 이 좁아져야 하므로, 배기가스 통로 면적이 제한된다. 환형 베이스 (20) 의 판 두께의 증가는 환형 베이스 (20) 의 중량의 증가를 초래하고, 이는 열용량을 저감시킨다는 측면에서 바람직하지 않다. 또한, 배기가스 통로 면적의 제한은 터보차저 (1) 의 성능 저하로 연결된다.
따라서, 체결 지지부 (40) 의 위상이 2 개의 기둥부 (27) 사이의 중간 위상이 되도록 출구 플랜지 (10) 를 형성함으로써, 기둥부 (27) 의 단면적을 증가시키지 않으면서 환형 베이스 (20) 의 내구성을 향상시킬 수 있고, 이로써 환형 베이스 (20) 의 열용량의 증가 등을 방지할 수 있다.
출구 플랜지 (10) 에 형성된 체결 지지부 (40) 의 형상, 배치 위치 등은 본 실시형태에서 설명한 예로 한정되지 않는다. 또한, 본 실시형태에서, 체결 지지부 (40) 는 출구 플랜지 (10) 의 단일 위치에 형성되었지만, 여러 위치에 형성될 수도 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 출구 플랜지 (10) 가 체결 지지부 (40) 를 포함하는 지지 부재로서 이용되었지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 출구 플랜지 (10) 와는 다른 부재가 체결 지지부 (40) 를 포함하는 지지 부재로서 이용될 수 있다. 더욱이, 체결 지지부 (40) 의 위상에 관하여, 터보 둘레 방향에서 이웃하는 두 기둥부 (27) 사이의 중간 위상은, 터보 둘레 방향에서 이웃하는 2 개의 기둥부 (27) 사이의 임의의 위상이며, 바람직하게는 2 개의 기둥부 (27) 사이의 중앙 위상이다.
전술한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 터보차저 (1) 의 환형 베이스 (20) 로 성형되는 판상 부재로서, SUS 판금 등의 내열 재료가 사용된다. 이러한 내열 재료로서, 일반적으로 압연 강판이 사용된다.
더 구체적으로, 예를 들어 도 12a 에 나타낸 바와 같이, 환형 베이스 (20) 로 성형되는 판상 부재는 스트립 형상의 압연 강판 (50) 으로부터 획득된다. 다시 말해, 압연 강판 (50) 으로부터, 냉간 단조 등의 소성 가공되는 판재로서 원형 블랭크 (51) 가 절단된다. 스트립 형상의 압연 강판 (50) 의 길이 방향 (스트립의 길이 방향, 화살표 G1 참조) 이 압연 방향에 해당한다.
환형 베이스 (20) 를 형성하는 판상 부재인 압연 강판 (50) 에서, 소성 이방성을 나타내는 Δr값의 절대값이 0.25 이하인 것이 바람직하다. 여기서, Δr값은 다음과 같이 정의된다.
압연 강판 (50) 에 있어서, 압연 방향 (도 12a 의 화살표 G1 참조) 과 압연 방향에 수직한 방향 (스트립의 폭방향) 사이에서, r값 (또는 랭크포드 (Lankford) 값) 이 상이하다. 더 구체적으로, 도 12b 에 나타낸 바와 같이, 압연 강판 (50) 의 판면 방향에 대해 압연 방향에 해당하는 방향을 X방향이라고 하고, 압연 방향에 해당하는 방향에 대한 수직한 방향을 Y방향이라고 하면, 압연 강판 (50) 은 X방향과 Y방향에서 상이한 r값을 갖는다. 여기서, r값은 예컨대 인장 시험에서 판재에 가해지는 단축 인장에 의해 생성되는 판 폭방향 뒤틀림 (distortion) 과 판두께 방향 뒤틀림 사이의 비로서 표현된다.
위에서 언급한 것처럼, 압연 강판 (50) 의 Δr값은 X방향 r값과 Y방향 r값 사이의 차를 나타내는 값이다. 따라서, 압연 강판 (50) 의 Δr값은 예를 들어 다음과 같이 결정될 수 있다.
X방향 및 Y방향 각각을 길이 방향으로 갖는 스트립 형상 (직사각형 형상) 의 시험편을 압연 강판 (50) 으로부터 절단한다. 절단한 시험편 (X방향을 길이 방향으로 갖는 시험편 및 Y방향을 길이 방향으로 갖는 시험편) 각각에 대해, 시험편의 길이 방향을 인장 방향으로 하는 인장 시험을 실시하여, 각 시험편에 대한 r값을 결정한다. 따라서, 압연 강판 (50) 의 X방향 r값 및 Y방향 r값을 결정한다. 그리고 나서, X방향 r값 및 Y방향 r값에 기초하여, 압연 강판 (50) 의 Δr값을 결정한다.
이런 식으로 결정된 압연 강판 (50) 의 Δr값이 감소함에 따라, 해당 재료의 성형성이 압연 방향 (X방향) 의 영향이 감소한다. 다시 말해, Δr값이 감소할수록, 재료로부터 형성되는 성형품의 형상 정밀도 (예를 들어 진원도 (circularity)) 가 향상된다.
그러므로, 도 12b 에 나타낸 바와 같이, Δr값이 큰 경우, 블랭크 (51) 는 냉간 단조 등의 소성 가공을 따라, 예를 들어 도면에서 점선으로 나타낸 것처럼, 진원 (perfect circle) 형상으로부터 사각형에 가까운 형상으로 뒤틀린다. Δr값이 작은 경우, 블랭크 (51) 의 형상은 소성 가공 후에도, 도면에 실선으로 나타낸 바와 같이, 진원에 가까운 형상으로 유지된다. 환형 베이스 (20) 로 성형되는 블랭크 (51) 는 진원에 가까운 형상으로 유지되는 것이 바람직하다. 다시 말해, 압연 강판 (50) 의 Δr값은 가능한 한 작을수록 바람직하다. 도 12b 에서, 화살표 G2 로 나타낸 방향이 압연 강판 (50) 의 압연 방향에 해당한다.
한편, 큰 Δr값을 갖는 재료가 사용되는 경우, 성형품 (완성품) 의 형상 정밀도를 확보하기 위해, 블랭크 (51) 의 성형 동안 여분의 판두께를 확보해야 한다. 다시 말해, Δr값이 증가하는 경우, 전술한 것처럼 블랭크 (51) 의 형상이 뒤틀리고, 따라서 블랭크 (51) 로부터 성형되는 환형 베이스 (20) 에서 희망하는 형상 (예를 들어, 진원 형상 등) 을 얻기 위해서는, 뒤틀린 성형품에 예를 들어 절삭 등의 추가 가공을 실시해야 한다. 따라서, 추가 가공을 위해 가공 마진 (margin) 을 남겨야 하며, 그 결과 블랭크 (51) 의 성형 동안 여분의 판두께를 확보해야 한다. 이런 식으로 블랭크 (51) 의 판두께를 증가시키는 경우, 블랭크 (51) 의 성형성이 저하된다.
따라서, 환형 베이스 (20) 를 구성하는 판상 재료인 압연 강판 (50) 으로서, Δr값 (절대값) 이 0.25 이하인 재료가 사용된다. 따라서, 냉간 단조 등에 의한 환형 베이스 (20) 의 성형 동안, 압연 강판 (50) 의 압연 방향에서 발생하는 재료 변형 영향이 저감되어, 양호한 형상 정밀도 (예를 들어, 진원도 등) 를 갖는 성형품이 얻어진다. 그리고, 성형품 (완성품) 의 충분한 형상 정밀도를 확보하기 위해 블랭크 (51) 의 성형 동안 여분의 판두께를 확보할 필요가 없고, 따라서 양호한 성형성이 얻어진다.
Δr값은 압연 강판 (50) 으로서 사용되는 재료의 종류에 따라 어느 정도 고정된 값을 갖는다. 실험 예에서, 다음과 같은 결과가 얻어졌다. 압연 강판 (50) 으로서 SUS430 을 사용하였을 때, 성형품의 뒤틀림이 비교적 많았고, 충분한 형상 정밀도를 얻을 수 없었다. SUS430 의 Δr값은 약 0.27 이다. 한편, 압연 강판 (50) 으로서 SUS425 를 사용하였을 때, 성형품의 뒤틀림이 비교적 적었고, 성형품에서 진원에 가까운 형상이 얻어졌다. 따라서, 양호한 형상 정밀도를 얻을 수 있었다. SUS425 의 Δr값은 0.1 과 0.2 사이의 값이다.
전술한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 제조 방법에 있어서, 환형 베이스 (20) 를 구성하는 판상 재료로서 소성 이방성을 나타내는 Δr값의 절대값이 0.25 이하인 재료가 사용되는 것이 바람직하다. 그렇게 하면, 환형 베이스 (20) 를 구성하는 성형품의 형상 정밀도 및 성형성의 향상을 달성할 수 있다.

Claims (16)

  1. 엔진으로부터의 배기가스를 동력원으로 하기 위해 소정의 회전축에 의해 회전 가능하게 지지되는 터빈 휠에 대해 상기 배기가스를 유도하기 위한 배기가스 통로를 형성하는 터빈 하우징을 갖는 터보차저로서,
    상기 터빈 하우징은,
    판상 부재에 의해 구성되는 하우징 본체와,
    그 하우징 본체와 함께 상기 배기가스 통로를 형성하고 상기 하우징 본체를 보강하는 보강 부재를 구비하고,
    상기 보강 부재는,
    원환형상을 가지며 상기 회전축의 축방향으로 간격을 둔 상태에서 상기 회전축의 축심 주위에 형성되는 1 쌍의 환형부와, 그 1 쌍의 환형부끼리를 접속하는 접속부를 가지고,
    상기 1 쌍의 환형부 및 상기 접속부가, 판상 부재에 대한 소성 가공에 의해 일체 성형된 부품이고,
    상기 접속부는,
    상기 배기가스를 상기 회전축의 직경 방향 내측으로 유도하기 위한 배기가스 통로 구멍을 형성하는 부분이고,
    상기 배기가스 통로 구멍은,
    상기 회전축의 직경 방향에 대해 내측으로부터 외측으로의 펀칭에 의해 형성되는 구멍부로서,
    직경 방향의 내측으로부터 외측에 걸쳐 넓어지는 테이퍼 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 터보차저.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소성 가공은,
    적어도 상기 접속부의 부분에, 상기 보강 부재에 작용하는 상기 회전축의 축방향의 외력과 대항하도록, 상기 회전축의 축방향의 잔류 압축 응력 또는 잔류 인장 응력을 부여하는 냉간 단조인 것을 특징으로 하는 터보차저.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 배기가스 통로 구멍은,
    상기 환형부의 둘레 방향을 길이 방향으로 하는 긴 구멍부이며, 상기 환형부의 둘레 방향에 대해 상기 회전축의 직경 방향에 대향하는 위치에 복수 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 터보차저.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 1 쌍의 환형부는,
    상기 회전축의 축방향 중 상기 터빈 휠로 유도된 상기 배기가스의 출구측에 위치하는 상기 환형부인 제 1 환형부와, 그 제 1 환형부보다 상기 회전축의 직경 방향 외측이며 또한 상기 회전축의 축방향 중 상기 출구측과 반대측에 위치하는 상기 환형부인 제 2 환형부이고,
    상기 접속부는,
    상기 회전축의 축심 방향을 통축방향으로 하는 원통형의 부분이며 상기 통축방향의 일측이 상기 제 2 환형부의 내주측에 연속되는 원통부와,
    상기 원통부의 상기 통축방향의 타측으로부터 상기 제 1 환형부의 외주측에 걸쳐 연속되는 접힘 형상 부분인 R 형상부를 가지고,
    상기 원통부에, 상기 배기가스 통로 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 터보차저.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 환형부는,
    상기 보강 부재의 경량화를 도모하기 위한 구멍부인 경량 구멍을 가지고,
    상기 경량 구멍은,
    상기 환형부의 둘레 방향에 대해 상기 배기가스 통로 구멍의 중앙에 대응하는 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 터보차저.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 터빈 하우징은,
    엔진의 본체측에 대해 상기 터빈 휠로 유도된 상기 배기가스의 출구측의 단부에 형성되고 상기 회전축의 직경 방향 외측으로 연장됨과 함께 상기 본체측에 체결되는 부분인 체결 지지부를 갖는 지지 부재에 의해 지지되는 것으로,
    상기 지지 부재는,
    상기 회전축의 축심 주위의 위상에 대해,
    상기 체결 지지부의 위상이, 상기 환형부의 둘레 방향으로 이웃하는 상기 배기가스 통로 구멍 사이의 부분인 기둥부에 대해 상기 환형부의 둘레 방향으로 이웃하는 상기 기둥부의 중간의 위상이 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 보강 부재를 구성하는 판상 부재에 대해, 소성 이방성을 나타내는 Δr 값의 절대값이 0.25 이하인 것을 특징으로 하는 터보차저.
  8. 엔진으로부터의 배기가스를 동력원으로 하기 위해 소정의 회전축에 의해 회전 가능하게 지지되는 터빈 휠에 대해 상기 배기가스를 유도하기 위한 배기가스 통로를 형성하는 터빈 하우징을 갖는 터보차저의 제조 방법으로서,
    상기 터빈 하우징은,
    판상 부재에 의해 구성되는 하우징 본체와,
    그 하우징 본체와 함께 상기 배기가스 통로를 형성하고 상기 하우징 본체를 보강하는 보강 부재를 구비하는 것으로,
    상기 보강 부재를, 판상 부재에 대한 소성 가공에 의해 원환형상을 가지며 상기 회전축의 축방향으로 간격을 둔 상태에서 상기 회전축의 축심 주위에 형성되는 1 쌍의 환형부와, 그 1 쌍의 환형부끼리를 접속하는 접속부를 갖는 부품으로서 일체 성형하고,
    상기 접속부는,
    상기 배기가스를 상기 회전축의 직경 방향 내측으로 유도하기 위한 배기가스 통로 구멍을 형성하는 부분이고,
    상기 배기가스 통로 구멍을, 상기 회전축의 직경 방향에 대해 내측으로부터 외측으로의 펀칭에 의해 형성하고, 직경 방향의 내측으로부터 외측에 걸쳐 넓어지는 테이퍼 형상으로 하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 소성 가공으로서,
    적어도 상기 접속부의 부분에, 상기 보강 부재에 작용하는 상기 회전축의 축방향의 외력과 대항하도록, 상기 회전축의 축방향의 잔류 압축 응력 또는 잔류 인장 응력을 부여하는 냉간 단조를 실시하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 제조 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 배기가스 통로 구멍은, 상기 환형부의 둘레 방향을 길이 방향으로 하는 긴 구멍부이고,
    그 배기가스 통로 구멍을, 상기 환형부의 둘레 방향에 대해 상기 회전축의 직경 방향에 대향하는 위치에 동일 공정으로 형성하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 제조 방법.
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 1 쌍의 환형부로서, 상기 회전축의 축방향 중 상기 터빈 휠로 유도된 상기 배기가스의 출구측에 위치하는 상기 환형부인 제 1 환형부와, 그 제 1 환형부보다 상기 회전축의 직경 방향 외측이며 또한 상기 회전축의 축방향 중 상기 출구측과 반대측에 위치하는 상기 환형부인 제 2 환형부를 형성하고,
    상기 접속부를, 상기 회전축의 축심 방향을 통축방향으로 하는 원통형의 부분이며 상기 통축방향의 일측이 상기 제 2 환형부의 내주측에 연속되는 원통부와, 상기 원통부의 상기 통축방향의 타측으로부터 상기 제 1 환형부의 외주측에 걸쳐 연속되는 접힘 형상 부분인 R 형상부를 갖는 부분으로서 형성하고,
    상기 원통부에, 상기 배기가스 통로 구멍을 형성하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 제조 방법.
  12. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 환형부에 있어서의 상기 환형부의 둘레 방향에 대해 상기 배기가스 통로 구멍의 중앙에 대응하는 위치에, 상기 보강 부재의 경량화를 도모하기 하기 위한 구멍부분인 경량 구멍을 형성하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 제조 방법.
  13. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 터빈 하우징은,
    엔진의 본체측에 대해 상기 터빈 휠로 유도된 상기 배기가스의 출구측의 단부에 형성되고 상기 회전축의 직경 방향 외측으로 연장됨과 함께 상기 본체측에 체결되는 부분인 체결 지지부를 갖는 지지 부재에 의해 지지되는 것으로,
    상기 지지 부재를, 상기 회전축의 축심 주위의 위상에 대해, 상기 체결 지지부의 위상이, 상기 환형부의 둘레 방향으로 이웃하는 상기 배기가스 통로 구멍 사이의 부분인 기둥부에 대해 상기 환형부의 둘레 방향으로 이웃하는 상기 기둥부의 중간의 위상이 되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 제조 방법.
  14. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 보강 부재를 구성하는 판상 부재로서 소성 이방성을 나타내는 Δr 값의 절대값이 0.25 이하인 재료를 사용하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 제조 방법.
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