WO2012060187A1 - ツインスクロール型ターボチャージャのタービンハウジング - Google Patents

ツインスクロール型ターボチャージャのタービンハウジング Download PDF

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WO2012060187A1
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turbine
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turbine housing
flow path
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Inventor
豊隆 吉田
幹 惠比寿
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三菱重工業株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/026—Scrolls for radial machines or engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/02—Gas passages between engine outlet and pump drive, e.g. reservoirs
    • F02B37/025—Multiple scrolls or multiple gas passages guiding the gas to the pump drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers

Definitions

  • the present invention relates to a turbine housing of a twin scroll type turbocharger that suppresses a decrease in engine performance by improving the flow state of exhaust gas flowing through two scroll flow paths while keeping the outer diameter of the housing small.
  • a twin scroll turbocharger is known in which a flow path is divided into a front side (exhaust gas outlet side) and a rear side (bearing housing side).
  • Patent Documents 1 and 2 disclose such a twin scroll turbocharger.
  • the turbine housing 102 of the twin scroll turbocharger 100 has a spiral scroll passage for exhaust gas formed therein.
  • a partition wall 104 projecting from the channel is divided into a front scroll channel 106 and a rear scroll channel 108.
  • a turbine shaft 110 and a turbine wheel 112 integral with the turbine shaft 110 are disposed at the center of the turbocharger 100.
  • a plurality of turbine blades 114 are integrally formed radially around the turbine wheel 112.
  • both scroll flow paths 106 and 108 are formed in a spiral shape, and the exhaust gas e flows through both scroll flow paths from the outside in the radial direction to the inside, as indicated by arrows, It flows into the turbine rotor blade 114 from the outlet opening 116 and rotates the turbine wheel 112. Thereafter, the exhaust gas e is discharged through the outlet casing 118.
  • a bearing housing 120 is disposed adjacent to the turbine housing 102.
  • a connection flange 122 is provided in the turbine housing 102, and the connection flange 122 is in contact with the bearing housing 120 and coupled to the bearing housing 120.
  • a connection flange 122 and a connection flange (not shown) provided in the bearing housing 120 are usually fixed by a ring-shaped coupling.
  • a waste gate valve 126 for suppressing the supercharging pressure of the turbocharger 100 to a set value or less is provided in the vicinity of the outlet flange 124 of the turbine housing 102.
  • a part of the exhaust gas flowing through the front scroll passage 106 and the rear scroll passage 108 is allowed to escape from the waste gate valve 126 to the exhaust gas outlet, so that the supercharging pressure of the turbocharger 100 is suppressed to a set value or less. I have to.
  • the exhaust gas e exhausted from an engine flows into the turbine rotor blade 116 through both scroll passages 106 and 108, and rotates the turbine wheel 110.
  • the rotation of the turbine wheel 110 causes a compressor wheel (not shown) coupled to the turbine shaft 110 to rotate.
  • a supply airflow is formed, and the supply air is supplied to the combustion cylinder of the engine.
  • the exhaust gas e exhausted from the combustion cylinder is diverted to both scroll passages 106 and 108, thereby reducing interference of exhaust energy from other cylinders and effectively using exhaust pulsation.
  • the rotational efficiency of the turbine shaft 110 is increased.
  • the turbine housing 102 and the bearing housing 120 have their connection flanges that are in contact with each other fixed by a ring-shaped coupling. Therefore, a space for mounting the coupling is required, and therefore the front partition wall 128 of the turbine housing 102 has a shape inclined to the front side (exhaust gas outlet side).
  • the dimension of a radial direction must be enlarged, but there exists a restriction
  • the turbine housing 102 forming the scroll flow path is entirely inclined toward the front side, so that the front side scroll flow path 108 must be inclined toward the front side. Therefore, as indicated by the arrows in FIG. 3, the flow field of the exhaust gas e is not symmetric between the front side and the rear side with respect to a line orthogonal to the front edge 114a of the turbine rotor blade 114. As a result, a flow rate difference occurs between the front side flow path and the rear side flow path. This flow rate difference causes a difference in operating conditions on the engine side on the upstream side of the exhaust gas, leading to a decrease in engine performance.
  • the turbine housing that forms the scroll passage must be enlarged in the radial direction in order to secure the cross-sectional area of the scroll passage, and the narrow layout cannot be accommodated. There is.
  • the present invention provides a twin scroll turbocharger that keeps the cross-sectional area of the scroll flow path formed in the turbine housing while keeping the outer diameter small and partitioning both scroll flow paths.
  • a twin scroll turbocharger that keeps the cross-sectional area of the scroll flow path formed in the turbine housing while keeping the outer diameter small and partitioning both scroll flow paths.
  • a turbine housing of a twin scroll turbocharger accommodates a turbine shaft, and two independent scroll flow paths are formed on the front side and the rear side by a partition wall provided in the housing.
  • the front side partition of the turbine housing moves forward from the inside in the radial direction toward the outside.
  • the cross-sectional area of the scroll flow path and the rear scroll flow path is gradually reduced from the outside in the radial direction toward the inside, and the front end side part of the partition wall is directed to the direction perpendicular to the turbine blade front edge, and the vicinity of the front end side part
  • the front-side scroll flow path and the rear-side scroll flow path are configured so as to be symmetric with respect to the axis of the front end side portion.
  • the front side partition wall of the turbine housing is bent to the front side as it goes from the inner side to the outer side in the radial direction, thereby suppressing the outer diameter of the turbine housing to be small, and the front side scroll passage and the rear side scroll.
  • the cross-sectional area of the flow path is ensured.
  • the outer side area in the radial direction of the front-side scroll flow path and the rear-side scroll flow path is made uniform by bending the base side portion of the partition wall to the front side corresponding to the front-side partition wall.
  • the cross-sectional area of both scroll channels is gradually decreased from the radially outer side to the inner side, and the channel width is narrowest near the end of the partition wall.
  • both scroll flow paths in the vicinity of the tip side portion are symmetric with respect to the axis of the tip side portion.
  • the flow fields of both scroll flow paths can be made uniform.
  • the flow conditions of both scroll channels are made uniform, and the flow rate difference and the flow rate difference can be suppressed, so that the performance of the engine arranged on the upstream side is not deteriorated.
  • the present invention can be applied to, for example, a twin scroll turbocharger including a radial turbine including a variable capacity turbine, a mixed flow turbine, and the like.
  • the front-side scroll passage and the rear-side scroll passage are configured so that the annular areas opened to the turbine blades are uniform at the tip side portion of the partition wall. Good. This makes it easy to equalize the flow field of both scroll flow paths in the vicinity of the leading edge of the turbine rotor blade, and eliminates the flow rate difference and flow speed difference between both scroll flow paths, resulting in a decrease in engine output performance. Can be effectively prevented.
  • the front side inner surface and the rear side inner surface of the turbine housing are inclined toward the center in the flow direction of the exhaust gas flow, It is preferable that the exhaust gas flow flowing through the rear scroll flow path is an inclined flow that is directed toward the center with respect to the turbine rotor blade.
  • the exhaust gas flow flowing into the turbine blade leading edge flows toward the vicinity of the center of the turbine blade leading edge, so that the exhaust gas flow is closer to the front side inner surface or rear side inner surface of the turbine housing. Can be prevented. Therefore, even under the pulsation of the exhaust gas flow caused by the operating state of the engine, the uniform exhaust gas flows into the turbine rotor blade, so that it is possible to effectively prevent the turbocharger from deteriorating in supercharging performance.
  • a flow diffusion space is formed between the tip of the partition wall and the leading edge of the turbine rotor blade, and exhaust gas flowing out from the front side scroll flow path and the rear side scroll flow path is respectively an outlet opening of the scroll flow path. It is preferable that the entire area can be diffused.
  • the exhaust gas exhaust timing discharged from each combustion cylinder is different. Therefore, although the timing of the exhaust gas flowing into the turbine rotor blades from both scroll flow paths is different, an equal flow field can always be formed by allowing the exhaust gas to diffuse throughout the outlet openings of both scroll flow paths. Therefore, drift and the like can be suppressed, and a decrease in turbocharger performance can be prevented more effectively.
  • the rear-side partition wall of the turbine housing may be disposed in a direction perpendicular to the axis of the turbine shaft.
  • the turbine housing does not interfere with the mounting of the ring-shaped coupling that fixes the turbine housing and the bearing housing.
  • two scroll flow paths are formed on the front side and the rear side by accommodating the turbine shaft and provided by the partition wall provided in the housing, and the exhaust gas flows from the radially outer side toward the inner side.
  • the front partition wall of the turbine housing is bent to the front side from the inner side to the outer side in the radial direction, and the front side scroll passage and the rear side scroll are The cross-sectional area of the flow path is secured and the base side portion of the partition wall is bent to the front side corresponding to the front-side partition wall so that the cross-sectional areas of the front-side scroll flow path and the rear-side scroll flow path are equalized.
  • the cross-sectional area of the scroll channel and rear scroll channel is directed from the outside in the radial direction to the inside. And gradually reducing the leading end portion of the partition wall in the direction perpendicular to the leading edge of the turbine rotor blade, and the front-side scroll passage and the rear-side scroll passage in the vicinity of the leading-end portion are the axis of the leading-end portion. Therefore, while keeping the outer diameter of the turbine housing small, the cross-sectional area of the flow path can be secured, the flow resistance can be suppressed, and both scroll flow paths can be By eliminating the flow rate difference, it is possible to effectively prevent engine performance degradation.
  • FIG. 1 A first embodiment in which the turbine housing of the present invention is applied to a small twin scroll turbocharger installed in a small vehicle such as a passenger car equipped with a multi-cylinder engine will be described with reference to FIG.
  • the twin scroll turbocharger 10 ⁇ / b> A shown in FIG. 1 has a bearing housing 12 and a compressor housing 14 and a turbine housing 16 disposed on both sides of the bearing housing 12. The housings on both sides are coupled to the bearing housing 12. The bearing housing 12 and the turbine housing 16 are fastened and fixed to each other by flanges 18 and 18 at the ends of the housings.
  • the turbine wheel 20 and the compressor wheel 22 are connected via a turbine shaft 24 integral with the turbine wheel 20.
  • a plurality of turbine blades 26 are integrally formed radially around the turbine wheel 20, and a plurality of compressor blades 27 are radially formed around the compressor wheel 22.
  • the turbine shaft 24 is rotatably supported by two floating bearings 21 a and 21 b inside the bearing housing 12.
  • a thrust load S that is a difference between a thrust force in the direction of the central axis C applied to the turbine wheel 20 and a thrust force applied to the compressor wheel 22 is directed toward the right side (turbine wheel 20 side) in the figure. It is added to the turbine shaft 24.
  • the thrust bearing 28 is clamped between a turbine wheel side thrust collar 30 and a compressor side thrust collar 32 whose inner periphery is fixed to the turbine shaft 24.
  • the thrust bearing 28 slidably contacts the bearing housing 12 and supports the thrust load S while rotating together with the turbine shaft 24.
  • Oil supply passages 34, 36 and 38 are formed in the bearing housing 12, and lubricating oil is supplied to the floating bearings 21a and 21b through these oil supply passages.
  • a spiral flow path from the turbine housing inlet to the leading edge of the turbine blade is provided on the front side (exhaust gas outlet side) scroll flow by a partition wall 40 projecting from the central region of the flow path.
  • the passage 42 is divided into a rear side (bearing housing 12 side) scroll passage 44.
  • the exhaust gas e exhausted from an engine flows into the turbine rotor blades 26 through these scroll passages 42 and 44 and rotates the turbine wheel 20.
  • the turbine wheel 20 rotates
  • the compressor wheel 22 and the compressor rotor blade 27 rotate.
  • a supply air flow a is formed, and the supply air is supplied to the combustion cylinder of the engine.
  • exhaust gas e exhausted from a combustion cylinder (not shown) is divided into two scroll passages 42 and 44, thereby reducing interference of exhaust energy from other cylinders and exhausting.
  • the rotational efficiency of the turbine shaft 34 is increased by effectively using the pulsation.
  • Exhaust gas e exhausted from the side of the multi-cylinder engine flows through the scroll-shaped scroll passages at different timings and reaches the outlet openings 56 of these scroll passages.
  • the exhaust gas e that has reached the outlet opening 56 strikes the turbine blade 26 and rotates the turbine wheel 20, and then is discharged through the outlet casing 46.
  • the rear partition wall 48 is erected in a direction orthogonal to the central axis C, and the cross-sectional areas a 1 , a 2 , a 3 ,. and the flow path cross-sectional area b 1 of the rear scroll passage 44, b 2, b 3, for ensuring ..., the front bulkhead 50 of the turbine housing 12, thereby bending the front side.
  • the flow path cross-sectional area on the radially outer side of both scroll flow paths 42 and 44 is enlarged.
  • the flow path cross-sectional area is gradually decreased toward the inner side in the radial direction, and the flow path cross-sectional area becomes the smallest in the vicinity of the tip of the partition wall 40.
  • the shape of the partition wall 40 is also a shape in which the base portion 40b on the radially outer side is bent to the front side in accordance with the shape of the front partition 50. As a result, the cross-sectional area of the radially outer flow paths of the scroll flow paths 42 and 44 is made uniform.
  • the front end side portion 40a of the partition wall 40 is disposed at a position where the annular areas of the outlet openings 56 of the scroll flow paths 42 and 44 to the turbine rotor blades 26 are equal. Further, the tip side portion 40 a is directed in a direction substantially perpendicular to the front edge 26 a of the turbine rotor blade 26.
  • both scroll flow paths 42 and 44 are configured to be symmetric with respect to the axis X of the partition wall 40 in the vicinity of the front end side portion 40 a of the partition wall 40.
  • exhaust gas e flows into the scroll passages 42 and 44 from different combustion cylinders.
  • the inflow timing of the exhaust gas e flowing in from each combustion cylinder is not simultaneous in both scroll flow paths but has a time difference and pulsates alternately.
  • the front-side partition wall 50 of the turbine housing 16 is bent to the front side, so that the radii of the scroll flow paths 42 and 44 can be increased without increasing the outer diameter of the turbine housing 12.
  • the flow passage cross-sectional areas of the scroll flow passages 42 and 44 are gradually decreased toward the inner side in the radial direction, and the flow passage cross-sectional area is the narrowest in the vicinity of the tip of the partition wall 40. e becomes an accelerated flow. Thereby, the development of the boundary layer on the surface of the partition wall forming the flow path is suppressed, and the pressure loss of the exhaust gas e can be reduced.
  • the cross-sectional areas of the front scroll channel 42 and the rear scroll channel 44 are configured to be uniform from the radially outer side to the radially inner side, and the front end side portion 40a of the partition wall 40 is
  • the annular area opened to the turbine rotor blade 26 is configured to be uniform. Therefore, it is easy to make the flow field of both scroll flow paths uniform near the leading edge of the turbine rotor blade, the flow rate difference and flow speed difference of both scroll flow paths can be eliminated, and the output performance of the engine is reduced. It can be effectively prevented.
  • both scroll flow paths are configured to be symmetric with respect to the axis X of the front end portion 40a.
  • the flow fields of both scroll flow paths can be made uniform. For this reason, even if the exhaust gas e flows in pulsatingly, the flow velocity difference and the flow rate difference of the exhaust gas e in both scroll flow paths can be eliminated. Therefore, there is no difference in the operating conditions on the engine side upstream of the exhaust gas flow path, and the engine performance does not deteriorate.
  • the front side inner surface 52 and the rear side inner surface 54 of the turbine housing 12 are inclined toward the center in the flow direction of the exhaust gas flow in the vicinity of the outlet openings 56 of the scroll flow paths 42 and 44, Since the exhaust gas flows flowing through the scroll flow paths 42 and 44 are both inclined flows directed toward the center with respect to the turbine blades 26, the exhaust gas e becomes the leading edge 26 a of the turbine blades 26. It is easy to flow evenly. Therefore, the drift which approaches the front side inner surface 52 side or the rear side inner surface 54 side is suppressed, and the deterioration of the supercharging performance of the turbocharger can be further suppressed.
  • the ring-shaped coupling 18 is not obstructed. This also makes it easy to orient the rear scroll passage 44 in a direction perpendicular to the turbine blade leading edge 26a. In the vicinity of the tip side portion 40a of the partition wall 40, the axis X of the partition wall 40 is It becomes easy to form a symmetrical exhaust gas flow path by sandwiching it.
  • this embodiment is also an example applied to a small twin scroll turbocharger equipped in a passenger car equipped with a multi-cylinder engine.
  • the twin scroll turbocharger 10B shown in FIG. 2 the front end side portion 40a of the partition wall 40 of the turbine housing 16 is moved backward with respect to the turbine rotor blade 26 as compared with the first embodiment, and the flow diffusion space D is set. Forming.
  • Other configurations are the same as those of the turbocharger 10A of the first embodiment.
  • the inflow timing of the exhaust gas e flowing into both the scroll channels 42 and 44 is different.
  • the front side inner surface 52 and the rear side inner surface 54 of the turbine housing 16 are directed toward the flow direction of the exhaust gas flow in the vicinity of the outlet openings 56 of the scroll flow paths 42 and 44.
  • the exhaust gas flow that is inclined toward the center and flows through the front-side scroll flow path 42 and the rear-side scroll flow path 44 is configured to be an inclined flow toward the center side with respect to the turbine rotor blade 26.
  • the flow diffusion space D is formed between the tip side portion 40a of the partition wall 40 and the turbine blade leading edge 26a, as shown in FIG.
  • the exhaust gas flows e1 and e2 flowing into the blades 26 are diffused throughout the outlet opening 56. Therefore, the flow field in the vicinity of the distal end side portion 40a is more uniform than that in the first embodiment, the drift toward the front side inner surface 52 side or the rear side inner surface 54 side is suppressed, and the deterioration of the turbocharger performance is further suppressed. it can.
  • the outer diameter can be reduced and the flow field flowing into the turbine rotor blade can be made uniform.
  • a twin-scroll turbocharger that does not degrade performance can be realized.

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Abstract

ツインスクロール型ターボチャージャ１０Ａのタービンハウジング１２は、仕切壁４０によってフロント側スクロール流路４２とリア側スクロール流路４４とに分割されている。フロント側隔壁５０及び仕切壁４０の根元側部位４０ｂはフロント側に曲折され、流路断面積ａ１、ａ２、ａ３、・・・及びｂ１、ｂ２、ｂ３、・・・を確保している。両スクロール流路４２，４４の流路断面積は均等に形成され、仕切壁４０の先端側部位４０ａはタービン動翼２６に対して直角方向に向けられ、先端側部位４０ａ付近で両スクロール流路４２，４４は先端側部位４０ａの軸線Ｘに対して対称になるように構成され、流量差をなくしている。

Description

ツインスクロール型ターボチャージャのタービンハウジング
　本発明は、ハウジングの外径を小さく抑えつつ、２つのスクロール流路を流れる排気ガスの流動状態を改善して、エンジン性能の低下を抑えるようにしたツインスクロール型ターボチャージャのタービンハウジングに関する。
　車両等に装備されるターボチャージャのタービンハウジングとして、多気筒型エンジンの排気干渉を避けると共に、エンジンの排気脈動（動圧）を有効に利用するため、タービンハウジング入口からタービン動翼前縁までの流路がフロント側（排気ガス出口側）とリア側（ベアリングハウジング側）とに分割されているツインスクロール型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、かかるツインスクロール型ターボチャージャが開示されている。
　特許文献２に開示された従来のツインスクロール型ターボチャージャの一構成例を図３及び図４に基づいて説明する。図３において、このツインスクロール型ターボチャージャ１００のタービンハウジング１０２は、内部に排気ガスの渦巻き状のスクロール流路が形成されている。該流路に突設された仕切壁１０４によって、フロント側スクロール流路１０６とリア側スクロール流路１０８とに分割されている。
　ターボチャージャ１００の中心部に、タービン軸１１０及び該タービン軸１１０と一体のタービンホイール１１２が配置されている。タービンホイール１１２の周囲に放射状に複数のタービン動翼１１４は一体形成されている。
　図４に示すように、両スクロール流路１０６及び１０８は、渦巻き状に形成されており、排気ガスｅは、両スクロール流路を半径方向外側から内側に向かって流れ、矢印で示すように、出口開口１１６からタービン動翼１１４に流入し、タービンホイール１１２を回転させる。その後、排気ガスｅは出口ケーシング１１８を通って排出される。
　タービンハウジング１０２に隣接してベアリングハウジング１２０が配置されている。タービンハウジング１０２に接続フランジ１２２が設けられ、この接続フランジ１２２がベアリングハウジング１２０に対接され、ベアリングハウジング１２０と連結されている。タービンハウジング１０２とベアリングハウジング１２０との連結手段は、通常、接続フランジ１２２とベアリングハウジング１２０に設けられた接続フランジ（図示省略）とが、リング状のカップリングにより固定される。
　タービンハウジング１０２の出口フランジ１２４の付近に、ターボチャージャ１００の過給圧を設定値以下に抑えるためのウェイストゲートバルブ１２６が設けられている。フロント側スクロール流路１０６及びリア側スクロール流路１０８を流れる排気ガスの一部を、ウェイストゲートバルブ１２６から排気ガス流出口に逃がすことにより、ターボチャージャ１００の過給圧を設定値以下に抑えるようにしている。
　かかる構成において、図示省略のエンジンから排出された排気ガスｅが、両スクロール流路１０６及び１０８を通ってタービン動翼１１６に流入し、タービンホイール１１０を回転させる。タービンホイール１１０の回転によって、タービン軸１１０と結合されたコンプレッサホイール（図示省略）が回転する。これによって、給気流が形成され、給気がエンジンの燃焼シリンダに供給される。多気筒型のエンジンにおいては、燃焼シリンダから排気される排気ガスｅを両スクロール流路１０６、１０８に分流させることにより、他気筒からの排気エネルギーの干渉を低減させ、かつ排気脈動を有効利用して、タービン軸１１０の回転効率を高めるようにしている。
　これによって、Ａ／Ｒを小さくすることなく、低回転域でのタービン回転の立ち上がりを早めたもので、低回転域でのターボチャージャのレスポンスを早め、エンジンの出力を向上させるようにしている。
特開昭６３－１１７１２４号公開公報 特開２００６－３４８８９４号公開公報
　前述のように、タービンハウジング１０２とベアリングハウジング１２０とは、これらの互いに対接する接続フランジをリング状のカップリングで固定するようにしている。そのため、該カップリングを装着するためのスペースを必要とし、従って、タービンハウジング１０２のフロント側隔壁１２８が、フロント側（排気ガス出口側）に傾いた形状をしている。乗用車などの小型車両に装備される小型ターボチャージャほど、カップリング周辺のスペースは狭くなるので、タービンハウジングの形状を配慮する必要がある。また、スクロール流路の断面積を確保するためには、半径方向の寸法を大きくせざるを得ないが、配置スペース上の制約がある。
　このように、スクロール流路を形成するタービンハウジング１０２が全体的にフロント側へ傾くことで、フロント側スクロール流路１０８がフロント側に傾かざるを得ない。そのため、図３中の矢印で示すように、タービン動翼１１４の前縁１１４ａと直交する線に対して、排気ガスｅの流れ場がフロント側とリア側とで対称とならない。この結果、フロント側流路とリア側流路とで流量差が発生する。この流量差によって、排気ガス上流側にあるエンジン側の作動条件に差が生じ、エンジンの性能を低下させることにつながる。
　また、ツインスクロール型ターボチャージャを採用した場合、スクロール流路の断面積を確保するため、スクロール流路を形成するタービンハウジングが半径方向に大きくならざるを得ず、狭いレイアウトに対応できなくなるという問題がある。
　本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、ツインスクロール型ターボチャージャにおいて、タービンハウジングに形成されるスクロール流路の断面積を確保しつつ、外径を小さく抑え、かつ両スクロール流路を仕切る仕切壁の先端付近の流れ場において、フロント側スクロール流路とリア側スクロール流路とで流量差をなくすことで、エンジンの出力性能の低下を抑制し、ターボチャージャの過給性能を向上させることを目的とする。
　かかる目的を達成するため、本発明のツインスクロール型ターボチャージャのタービンハウジングは、タービン軸を収容し、ハウジング内に設けられた仕切壁によってフロント側及びリア側に独立した２つのスクロール流路が形成され、排気ガスが半径方向外側から内側に向かって流れ、タービン軸方向に流れて排出されるツインスクロール型ターボチャージャのタービンハウジングにおいて、タービンハウジングのフロント側隔壁を半径方向内側から外側へ向うにつれてフロント側へ曲折させ、フロント側スクロール流路及びリア側スクロール流路の断面積を確保すると共に、仕切壁の根元側部位をフロント側隔壁に対応させてフロント側へ曲折させ、フロント側スクロール流路及びリア側スクロール流路の断面積を均等にし、フロント側スクロール流路及びリア側スクロール流路の断面積を半径方向外側から内側へ向うにつれて漸減させると共に、仕切壁の先端側部位をタービン動翼前縁に対して直角方向に向け、該先端側部位付近におけるフロント側スクロール流路とリア側スクロール流路とが該先端側部位の軸線に対して対称になるように構成したものである。
　本発明のタービンハウジングは、タービンハウジングのフロント側隔壁を半径方向内側から外側へ向うにつれてフロント側へ曲折させ、これによって、タービンハウジングの外径を小さく抑えながら、フロント側スクロール流路及びリア側スクロール流路の断面積を確保するようにしている。
　また、仕切壁の根元側部位をフロント側隔壁に対応させてフロント側へ曲折させることで、フロント側スクロール流路及びリア側スクロール流路の半径方向外側断面積を均等にしている。こうして両スクロール流路の半径方向外側断面積を均等に維持しながら、両スクロール流路の断面積を半径方向外側から内側へ向うにつれて漸減させ、仕切壁の先端付近で流路幅が一番狭くなる構成とすることで、排気ガス流の半径方向の流れが増速流となる。これによって、境界層の発達が抑えられ、流動抵抗を抑えることができる。
　さらに、仕切壁の先端側部位をタービン動翼前縁に対して直角方向に向け、該先端側部位付近における両スクロール流路が該先端側部位の軸線に対して対称になるように構成したので、タービン動翼前縁付近で、両スクロール流路の流れ場を均等にすることができる。そのため、両スクロール流路の流動条件が揃えられ、流量差や流速差を抑えることができるので、上流側に配置されたエンジンの性能を低下させない。
　なお、本発明は、例えば、可変容量タービンを含むラジアルタービンや斜流タービン等を備えたツインスクロール型ターボチャージャに適用できる。
　本発明のタービンハウジングにおいて、前記構成に加えて、仕切壁の先端側部位において、フロント側スクロール流路及びリア側スクロール流路がタービン動翼に対して開口する環状面積が均等になるように構成するとよい。これによって、タービン動翼前縁付近で、両スクロール流路の流れ場を均等にするのが容易になり、両スクロール流路の流量差及び流速差をなくすことができ、エンジンの出力性能の低下を有効に防止できる。
　本発明において、スクロール流路の出口において、スクロール流路の出口付近において、タービンハウジングのフロント側内面及びリア側内面を排気ガス流の流れ方向に向かって中央向きに傾斜させ、フロント側スクロール流路及びリア側スクロール流路を流れる排気ガス流が共にタービン動翼に対して中央側に向く傾斜流となるように構成するとよい。
　これによって、タービン動翼前縁に流入する排気ガス流が、タービン動翼前縁の中心付近に向かって流入するので、排気ガス流が、タービンハウジングのフロント側内面寄り又はリア側内面寄りになることを防止できる。そのため、エンジンの運転状態に起因した排気ガス流の脈動下でも、均等な排気ガスがタービン動翼に流入するので、ターボチャージャの過給性能の低下を効果的に防止できる。
　本発明において、仕切壁の先端とタービン動翼前縁との間に流れの拡散空間を形成させ、フロント側スクロール流路及びリア側スクロール流路から流出する排気ガスが夫々スクロール流路の出口開口全域に拡散可能に構成するとよい。多気筒型エンジンにおいては、各燃焼シリンダから排出される排気ガスの排出タイミングが異なる。そのため、両スクロール流路からタービン動翼に流入する排気ガスのタイミングも異なるが、排気ガスを両スクロール流路の出口開口全域に拡散可能にしたことにより、常に均等の流れ場を形成できる。従って、偏流などが抑えられ、ターボチャージャ性能の低下をさらに有効に防止できる。
　本発明において、タービンハウジングのリア側隔壁がタービン軸の軸線に対して直角方向に配置されているとよい。これによって、タービンハウジングがタービンハウジングとベアリングハウジングとを固定するリング状カップリングの装着にじゃまにならない。また、リア側スクロール流路をタービン動翼前縁に対して直交する方向に向けることが容易になり、これによって、仕切壁の先端側部位付近において、仕切壁の軸線を挟んで左右対称の排気ガス流路を形成しやすくなる。
　本発明によれば、タービン軸を収容し、ハウジング内に設けられた仕切壁によってフロント側及びリア側に独立した２つのスクロール流路が形成され、排気ガスが半径方向外側から内側に向かって流れ、タービン軸方向に流れて排出されるツインスクロール型ターボチャージャのタービンハウジングにおいて、タービンハウジングのフロント側隔壁を半径方向内側から外側へ向うにつれてフロント側へ曲折させ、フロント側スクロール流路及びリア側スクロール流路の断面積を確保すると共に、仕切壁の根元側部位をフロント側隔壁に対応させてフロント側へ曲折させ、フロント側スクロール流路及びリア側スクロール流路の断面積を均等にし、フロント側スクロール流路及びリア側スクロール流路の断面積を半径方向外側から内側へ向うにつれて漸減させると共に、仕切壁の先端部位をタービン動翼前縁に対して直角方向に向け、該先端側部位付近におけるフロント側スクロール流路とリア側スクロール流路とが該先端側部位の軸線に対して対称になるように構成したので、タービンハウジングの外径を小さく抑えながら、流路断面積を確保できると共に、流動抵抗を抑え、かつタービン動翼前縁付近で、両スクロール流路の流量差をなくすことで、エンジンの性能低下を有効に防止できる。
本発明装置の第１実施形態に係るタービンハウジングの正面視断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、本発明装置の第２実施形態に係るタービンハウジングの正面視断面図である。 従来のツインスクロール型ターボチャージャの正面視断面図である。 図３のターボチャージャのスクロール流路を示す説明図である。
　以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
（実施形態１）
　本発明のタービンハウジングを、多気筒エンジンを装備した乗用車等の小型車両に装備される小型ツインスクロール型ターボチャージャに適用した第１実施形態を図１に基づいて説明する。図１に示すツインスクロール型ターボチャージャ１０Ａのハウジングは、ベアリングハウジング１２を挟んで、その両側にコンプレッサハウジング１４とタービンハウジング１６とが配置され、これら両側のハウジングがベアリングハウジング１２に結合されている。ベアリングハウジング１２とタービンハウジング１６とは、これらハウジングの端部で、双方の接続フランジ１３及び１７がリング状のカップリング１８で締付け固定されている。
　かかるハウジングの内部で、タービンホイール２０とコンプレッサホイール２２とは、タービンホイール２０と一体のタービン軸２４を介して連結されている。タービンホイール２０の周囲には、複数のタービン動翼２６が放射状に一体形成され、コンプレッサホイール２２の周囲には、複数のコンプレッサ動翼２７が放射状に形成されている。タービン軸２４は、ベアリングハウジング１２の内部で、２個のフローティング軸受２１ａ及び２１ｂで回転自在に支承されている。
　ターボチャージャ１０Ａにおいては、タービンホイール２０に加わる中心軸線Ｃ方向のスラスト力と、コンプレッサホイール２２に加わるスラスト力との差であるスラスト荷重Ｓが、図の右方（タービンホイール２０側）に向けてタービン軸２４に加わる。スラスト軸受２８は、内周をタービン軸２４に固定されたタービンホイール側スラストカラー３０及びコンプレッサ側スラストカラー３２とで挟持されている。スラスト軸受２８は、タービン軸２４と共に回転しながら、ベアリングハウジング１２に摺接してスラスト荷重Ｓを支承している。
　ベアリングハウジング１２に給油通路３４、３６及び３８が穿設されており、これら給油通路を介してフローティング軸受２１ａ及び２１ｂに潤滑油が供給される。
　タービンハウジング１６には、タービンハウジング入口からタービン動翼前縁までの渦巻き状の流路が、該流路の中央域に突設された仕切壁４０によって、フロント側（排気ガス出口側）スクロール流路４２とリア側（ベアリングハウジング１２側）スクロール流路４４とに分割されている。
　図４に示すように、図示省略のエンジンから排出された排気ガスｅが、これらのスクロール流路４２，４４を通ってタービン動翼２６に流入し、タービンホイール２０を回転させる。タービンホイール２０の回転によって、コンプレッサホイール２２及びコンプレッサ動翼２７が回転する。これによって、給気流ａが形成され、給気がエンジンの燃焼シリンダに供給される。多気筒型のエンジンにおいては、燃焼シリンダ（図示省略）から排気される排気ガスｅを２つのスクロール流路４２、４４に分流させることにより、他気筒からの排気エネルギーの干渉を低減させ、かつ排気脈動を有効利用して、タービン軸３４の回転効率を高めるようにしている。
　これによって、Ａ／Ｒを小さくすることなく、低回転域でのタービン回転の立ち上がりを早めたもので、低回転域でのターボチャージャのレスポンスを早め、エンジンのパワーを向上させるようにしている。
　図示省略の多気筒型エンジン側から排気された排気ガスｅは、異なるタイミングで、渦巻き状の前記両スクロール流路を流れ、これらスクロール流路の出口開口５６に達する。出口開口５６に達した排気ガスｅは、タービン動翼２６に当ってタービンホイール２０を回転させた後、出口ケーシング４６を通って排出される。
　タービンハウジング１２のリア側隔壁４８の外側では、カップリング１８を装着するためのスペースを確保する必要がある。そのため、本実施形態では、リア側隔壁４８を中心軸線Ｃに対して直交する方向に立設すると共に、フロント側スクロール流路４２の流路断面積ａ１、ａ２、ａ３、・・・及びリア側スクロール流路４４の流路断面積ｂ１、ｂ２、ｂ３、・・・を確保するため、タービンハウジング１２のフロント側隔壁５０を、フロント側に曲折させている。これによって、両スクロール流路４２，４４の半径方向外側の流路断面積を拡大している。そして、該流路断面積を半径方向内側へ行くほど漸減させ、仕切壁４０の先端付近で流路断面積が一番狭くなるように構成している。
　仕切壁４０の形状も、フロント側隔壁５０の形状に合わせて、半径方向外側の根元側部位４０ｂをフロント側へ曲折させた形状にしている。これによって、両スクロール流路４２，４４の半径方向外側流路断面積が均等になるようにしている。仕切壁４０の先端側部位４０ａは、両スクロール流路４２，４４のタービン動翼２６への出口開口５６の環状面積が均等になる位置に配置されている。また、先端側部位４０ａは、タービン動翼２６の前縁２６ａに対して実質的に直角となる方向に向けられている。
　また、両スクロール流路４３，４４の出口開口５６付近で、タービンハウジング１２のフロント側内面５２及びリア側内面５４を排気ガス流の流れ方向に向かって中央向きに傾斜させている。これによって、両スクロール流路４２，４４を流れる排気ガス流が、共にタービン動翼２６に対して中央側に向く傾斜流となる。そのため、仕切壁４０の先端側部位４０ａの付近において、両スクロール流路４２，４４が、仕切壁４０の軸線Ｘに対して、対称となるように構成されている。
　多気筒型エンジンの場合、両スクロール流路４２，４４は、夫々別な燃焼シリンダから排気ガスｅが流れ込む。しかも、各燃焼シリンダから流入する排気ガスｅの流入タイミングは、両スクロール流路で同時ではなく、時間差をもち、かつ脈動して交互に流れ込む。
　かかる構成の本実施形態によれば、タービンハウジング１６のフロント側隔壁５０が、フロント側に曲折されているので、タービンハウジング１２の外径を大きくすることなく、両スクロール流路４２，４４の半径方向外側流路断面積ａ１、ａ２、ａ３、・・・及びｂ１、ｂ２、ｂ３、・・・を拡大できる。
　また、両スクロール流路４２，４４の流路断面積を半径方向内側へ行くほど漸減させ、仕切壁４０の先端付近で流路断面積が一番狭くなるように構成しているので、排気ガスｅが増速流となる。これによって、流路を形成する隔壁表面での境界層の発達が抑えられ、排気ガスｅの圧力損失を低減できる。
　また、フロント側スクロール流路４２とリア側スクロール流路４４の流路断面積が、半径方向外側から半径方向内側に至るまで均等になるように構成すると共に、仕切壁４０の先端側部位４０ａのタービン動翼２６に対して開口する環状面積が均等になるように構成されている。そのため、タービン動翼前縁付近で、両スクロール流路の流れ場を均等にするのが容易になり、両スクロール流路の流量差及び流速差をなくすことができ、エンジンの出力性能の低下を有効に防止できる。
　また、仕切壁４０の先端側部位４０ａをタービン動翼前縁２６ａに対して直角方向に向け、両スクロール流路が、該先端側部位４０ａの軸線Ｘに対して対称となるように構成したので、タービン動翼２６の付近で両スクロール流路の流れ場を均等にできる。そのため、脈動して流入する排気ガスｅであっても、両スクロール流路の排気ガスｅの流速差及び流量差をなくすことができる。従って、排気ガス流路の上流側にあるエンジン側の作動条件に差が生じないので、エンジン性能が低下しない。
　さらに、本実施形態では、両スクロール流路４２，４４の出口開口５６付近で、タービンハウジング１２のフロント側内面５２及びリア側内面５４を排気ガス流の流れ方向に向かって中央向きに傾斜させ、両スクロール流路４２，４４を流れる排気ガス流が、共にタービン動翼２６に対して中央側に向く傾斜流となるように構成しているので、排気ガスｅがタービン動翼２６の前縁２６ａに均等に流れ込むのを容易にしている。そのため、フロント側内面５２側又はリア側内面５４側に寄る偏流が抑えられ、ターボチャージャの過給性能の低下をさらに抑制できる。
　さらに、リア側隔壁４８を軸線Ｘに対して直交する方向に立設しているので、リング状カップリング１８の装着にじゃまにならない。また、これによって、リア側スクロール流路４４をタービン動翼前縁２６ａに対して直交する方向に向けることが容易になり、仕切壁４０の先端側部位４０ａ付近において、仕切壁４０の軸線Ｘを挟んで左右対称の排気ガス流路を形成しやすくなる。
（実施形態２）
　次に、本発明装置の第２実施形態を図２により説明する。本実施形態も、前記第１実施形態と同様に、多気筒エンジンを装備した乗用車等に装備された小型のツインスクロール型ターボチャージャに適用した例である。図２に示すツインスクロール型ターボチャージャ１０Ｂでは、タービンハウジング１６の仕切壁４０の先端側部位４０ａを、第１実施形態と比べて、タービン動翼２６に対して後退させ、流れの拡散空間Ｄを形成している。その他の構成は、第１実施形態のターボチャージャ１０Ａと同一である。
　前述のように、両スクロール流路４２，４４に流入する排気ガスｅの流入タイミングは異なる。本実施形態でも、第１実施形態と同様に、両スクロール流路４２，４４の出口開口５６付近で、タービンハウジング１６のフロント側内面５２及びリア側内面５４を排気ガス流の流れ方向に向かって中央向きに傾斜させ、フロント側スクロール流路４２及びリア側スクロール流路４４を流れる排気ガス流が、共にタービン動翼２６に対して中央側に向く傾斜流となるように構成している。
　本実施形態では、仕切壁４０の先端側部位４０ａとタービン動翼前縁２６ａとの間に、流れの拡散空間Ｄを形成しているので、図示のように、夫々のスクロール流路からタービン動翼２６に流入する排気ガス流ｅ１及びｅ２は、出口開口５６の全域に拡散する。そのため、先端側部位４０ａ付近の流れ場が、第１実施形態と比べて、さらに均等となり、フロント側内面５２側又はリア側内面５４側に寄る偏流が抑えられ、ターボチャージャ性能の低下をさらに抑制できる。
　本発明によれば、比較的大きな断面積を有するスクロール流路であっても、外径を小さくでき、かつタービン動翼に流入する流れ場を均等にできるので、上流側に配置されたエンジンの性能を低下させないツインスクロール型ターボチャージャを実現できる。

Claims (5)

  1. 　タービン軸を収容し、ハウジング内に設けられた仕切壁によってフロント側及びリア側に独立した２つのスクロール流路が形成され、排気ガスが半径方向外側から内側に向かって流れ、タービン軸方向に流れて排出されるツインスクロール型ターボチャージャのタービンハウジングにおいて、
    　タービンハウジングのフロント側隔壁を半径方向内側から外側へ向うにつれてフロント側へ曲折させ、フロント側スクロール流路及びリア側スクロール流路の断面積を確保すると共に、
    　前記仕切壁の根元側部位をフロント側隔壁に対応させてフロント側へ曲折させ、フロント側スクロール流路及びリア側スクロール流路の断面積を均等にし、
    　フロント側スクロール流路及びリア側スクロール流路の断面積を半径方向外側から内側へ向うにつれて漸減させると共に、仕切壁の先端側部位をタービン動翼前縁に対して直角方向に向け、該先端側部位付近におけるフロント側スクロール流路とリア側スクロール流路とが該先端側部位の軸線に対して対称になるように構成したことを特徴とするツインスクロール型ターボチャージャのタービンハウジング。
  2. 　前記仕切壁の先端側部位において、フロント側スクロール流路及びリア側スクロール流路がタービン動翼に対して開口する環状面積が均等になるように構成したことを特徴とする請求項１に記載のツインスクロール型ターボチャージャのタービンハウジング。
  3. 　前記スクロール流路の出口付近において、タービンハウジングのフロント側内面及びリア側内面を排気ガス流の流れ方向に向かって中央向きに傾斜させ、
    　フロント側スクロール流路及びリア側スクロール流路を流れる排気ガス流が共にタービン動翼に対して中央側に向く傾斜流となるように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のツインスクロール型ターボチャージャのタービンハウジング。
  4. 　前記仕切壁の先端とタービン動翼前縁との間に流れの拡散空間を形成させ、フロント側スクロール流路及びリア側スクロール流路から流出する排気ガスが夫々スクロール流路の出口開口全域に拡散可能に構成したことを特徴とする請求項３に記載のツインスクロール型ターボチャージャのタービンハウジング。
  5. 　前記タービンハウジングのリア側隔壁がタービン軸の軸線に対して直角方向に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のツインスクロール型ターボチャージャのタービンハウジング。
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