JP2006161573A - ターボチャージャのタービンハウジング - Google Patents

Abstract

【課題】 鋼板製のスクロールの剛性不足の問題を解消して信頼性を向上することができるターボチャージャのタービンハウジングを提供する。
【解決手段】 鋼板製のスクロール１の入口側に固定される入口フランジ２と出口側に固定される出口フランジ３とが相互に連結されているため、ターボチャージャが車両に装着された使用状態において、エンジンの排気マニホールドから入口フランジ２に作用する熱応力や振動は出口フランジ３にも伝達され、マニバータや排気管等から出口フランジ３に作用する熱応力や振動は入口フランジ２にも伝達される。そして、入口フランジ２側の排気マニホールドおよび出口フランジ３側のマニバータや排気管等から伝達される熱応力や振動は、相互に連結された入口フランジ２と出口フランジ３とで吸収される。その結果、入口フランジ２および出口フランジ３の熱変形、特に出口フランジ３の熱変形が大幅に抑制され、スクロール１の剛性不足の問題を解消される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両に装備されるターボチャージャのタービンハウジングの構造に関するものである。

車両に装備されるターボチャージャにおいて、そのタービンを収容するタービンハウジングとしては、タービンの周囲に渦巻き状の排気ガス流路を形成するスクロールと、スクロールの入口側に固定される入口フランジと、スクロールの出口側に固定される出口フランジとを備えたものが従来一般に知られている（例えば特許文献１参照）。

また、この種のタービンハウジングとして、スクロールを鋼板により成形したものが従来一般に知られている。そして、このようなタービンハウジングの入口フランジは、通常、エンジンの排気マニホールドに接続され、出口フランジは、通常、ターボエルボ、マニバータ、排気管に接続される。
実開昭５５−１３２３２９号公報（第３頁第５行〜第９行、第３図）

ところで、特許文献１に記載された従来のターボチャージャのタービンハウジングにおいては、入口フランジ（入口５）と出口フランジ（出口７）とが離間してそれぞれ独立に構成されている。このため、入口フランジが接続されるエンジンの排気マニホールドからの熱応力と、出口フランジが接続されるターボエルボやマニバータ等からの熱応力とがスクロールに個別に作用する。

ここで、出口フランジがターボチャージャ以降のマニバータや排気管等から受ける熱応力および振動は大きいため、スクロールが鋼板により成形されている場合には、その剛性不足が懸念される。

そこで、本発明は、鋼板製のスクロールの剛性不足の問題を解消して信頼性を向上することができるターボチャージャのタービンハウジングを提供することを課題とする。

本発明に係るターボチャージャのタービンハウジングは、ターボチャージャのタービンを収容するタービンハウジングであって、鋼板製のスクロールと、このスクロールの入口側に固定される入口フランジと、スクロールの出口側に固定される出口フランジとを備え、入口フランジと出口フランジとが相互に連結されていることを特徴とする。

本発明に係るターボチャージャのタービンハウジングでは、鋼板製のスクロールの入口側に固定される入口フランジと出口側に固定される出口フランジとが相互に連結されているため、ターボチャージャが車両に装着された使用状態において、入口フランジ側のエンジンの排気マニホールドから入口フランジに作用する熱応力や振動は出口フランジにも伝達され、また、出口フランジ側のマニバータや排気管等から出口フランジに作用する熱応力や振動は入口フランジにも伝達されるようになる。そして、入口フランジ２側の排気マニホールドおよび出口フランジ３側のマニバータや排気管等から伝達される熱応力や振動は、相互に連結された入口フランジ２と出口フランジ３とで吸収されるようになる。その結果、入口フランジおよび出口フランジの熱変形、特に出口フランジの熱変形が大幅に抑制され、スクロールの剛性不足の問題が解消される。

本発明に係るターボチャージャのタービンハウジングにおいて、入口フランジと出口フランジとは、溶接により相互に連結されていてもよいし、ステンレス鋼の鋳造、鍛造またはステンレス鋼板のプレス曲げ成形により一部品として一体に成形されていてもよい。また、入口フランジと出口フランジとは、一端部が入口フランジの周面に溶接され、他端部が出口フランジの周面に溶接されるブリッジ部材により相互に連結されていてもよい。

本発明に係るターボチャージャのタービンハウジングでは、鋼板製のスクロールの入口側に固定される入口フランジと出口側に固定される出口フランジとが相互に連結されているため、ターボチャージャが車両に装着された使用状態において、入口フランジ側のエンジンの排気マニホールドから入口フランジに作用する熱応力や振動は出口フランジにも伝達され、また、出口フランジ側のマニバータや排気管等から出口フランジに作用する熱応力や振動は入口フランジにも伝達されるようになる。そして、入口フランジ側の排気マニホールドおよび出口フランジ側のマニバータや排気管等から伝達される熱応力や振動は、相互に連結された入口フランジと出口フランジとで吸収されるようになる。

従って、本発明のタービンハウジングによれば、入口フランジおよび出口フランジの熱変形、特に出口フランジの熱変形を大幅に抑制することができる。その結果、スクロールの剛性不足の問題が解消して信頼性を向上することができる。

以下、図面を参照して本発明に係るターボチャージャのタービンハウジングの実施の形態を説明する。参照する図面において、図１は一実施形態に係るターボチャージャのタービンハウジングの外観を示す正面図、図２は図１に示したタービンハウジングの左側面図、図３は図１に示したタービンハウジングの底面図である。

一実施形態に係るターボチャージャのタービンハウジングは、図示しない車両の排気系と吸気系とに跨って設置されるターボチャージャにおいて、排気ガスの流通により回転するタービン（図示省略）を収容する部分である。このタービンハウジングは、図１〜図３に示すように、タービン（図示省略）を収容するスクロール１と、排気ガスの流入口を構成する入口フランジ２と、排気ガスの流出口を構成する出口フランジ３と、タービン（図示省略）を回転自在に支持するベアリングハウジング（図示省略）に接続される接続フランジ４とを備えている。

図４に示すように、スクロール１は、タービン（図示省略）の周囲に渦巻状の排気ガス流路を形成するスクロール部５と、このスクロール部５を所定の断熱空間を開けて覆うカバー部６とを備えた二重管構造とされている。なお、スクロール１は、スクロール部５のみとし、カバー部６を持たない単管構造としてもよい。

スクロール部５は、熱容量の小さい耐熱ステンレス鋼板などにより半割状にプレス成形された２つのスクロール部材５Ａ，５Ｂを溶接により接合したシェル構造とされており、一方のスクロール部材５Ａの外周縁部の内側に他方のスクロール部材５Ｂの外周縁部が嵌合されて重ね合せ接合されている。そして、一方のスクロール部材５Ａの内周縁部は接続フランジ４の内周に溶接され、他方のスクロール部材５Ｂの内周縁部は、後述する他方のカバー部材６Ｂの内周縁部の内側に嵌合されて重ね合せ接合により溶接されている。なお、カバー部６を持たない単管構造では、スクロール部材５Ｂの内周縁部は、出口フランジ３に外端部が溶接された出口ケース７の内端部の内周に嵌合されて溶接される。

カバー部６は、熱容量の小さい耐熱ステンレス鋼板などにより半割状にプレス成形された２つのカバー部材６Ａ，６Ｂを溶接により接合したシェル構造とされており、一方のカバー部材６Ａの外周縁部の内側に他方のカバー部材６Ｂの外周縁部が嵌合されて重ね合せ接合されている。そして、一方のカバー部材６Ａの内周縁部は接続フランジ４の外周に溶接され、他方のカバー部材６Ｂの内周縁部は、出口フランジ３に外端部が溶接された出口ケース７の内端部の内周に嵌合されて溶接されている。

なお、図示省略したが、カバー部６に形成された筒状の接続口が入口フランジ２に嵌合して溶接されており、このカバー部６の接続口の内側には、スクロール部５の入口側に形成された筒状の接続口が嵌合して溶接されている。なお、カバー部６を持たない単管構造では、スクロール部５の入口側が入口フランジ２に嵌合されて溶接される。

図１〜図４に示した入口フランジ２、出口フランジ３および接続フランジ４は、熱容量の小さい例えば耐熱ステンレス鋼の鋳鋼品または鍛鋼品あるいは厚板材のプレス成形品で構成されている。そして、出口フランジ３には、図２に示すように、ウェイストゲートブッシュ８がボスに嵌合して圧入されており、このウェイストゲートブッシュ８を支持部としてウェイストゲートバルブ９が装着されている。

ここで、図１〜図３に示すように、入口フランジ２と出口フランジ３とは直交状態で近接して配置されており、入口フランジ２の出口フランジ３側に向く周面には出口フランジ３に沿って延びる平坦な接合面２Ａが形成されている。また、この接合面２Ａに直交する平坦な接合面３Ａが出口フランジ３の入口フランジ２側に向く周面に形成されている。そして、この入口フランジ２の接合面２Ａと出口フランジ３の接合面３Ａとが隅肉溶接による溶接部Ｗによって一体化されている。

以上のように構成された一実施形態のタービンハウジングを備えたターボチャージャは、図示しない車両のエンジンの排気マニホールドに入口フランジ２が接続され、出口フランジ３がターボエルボやマニバータ等に接続されて装着される。そして、このように車両に装着された使用状態において、一実施形態のタービンハウジングでは、エンジンの排気マニホールドから入口フランジ２に作用する熱応力や振動が出口フランジ３にも伝達され、また、マニバータや排気管等から出口フランジ３に作用する熱応力や振動が入口フランジ２にも伝達されるようになる。そして、入口フランジ２側の排気マニホールドおよび出口フランジ３側のマニバータや排気管等から伝達される熱応力や振動は、相互に連結された入口フランジ２と出口フランジ３とで吸収されるようになる。

従って、一実施形態のタービンハウジングによれば、入口フランジ２および出口フランジ３の熱変形、特に出口フランジ３の熱変形を大幅に抑制することができる。その結果、出口フランジ３と出口ケース７との溶接部および出口ケース７とスクロール１との溶接部への応力集中を緩和することができると共に、出口ケース７やスクロール１を構成するスクロール部５およびカバー部６の剛性不足の問題を解消してタービンハウジングの信頼性を向上することができる。

本発明のターボチャージャのタービンハウジングは、一実施形態に限定されるものではない。例えば、図１〜図３に示した入口フランジ２および出口フランジ３は、図５〜図７に示すように、ステンレス鋼の鋳造または鍛造により一部品として一体に成形されていてもよい。また、ステンレス鋼板のプレス曲げ成形により一部品として一体に成形されていてもよい。

さらに、図８に示すように、入口フランジ２および出口フランジ３は、一端部が入口フランジ２の周面に溶接され、他端部が出口フランジ３の周面に溶接されるブリッジ部材１０により相互に連結されていてもよい。

一実施形態のターボチャージャのタービンハウジングでは、入口フランジ２と出口フランジ３とが相互に連結されて全体の剛性が高くなっているため、ターボステーを省略してコスト低減を図っているが、ターボステーを追加すれば全体の剛性を更に高めることができる。また、出口フランジ３にボスを追加形成し、このボスとスクロール１または接続フランジ４側に接続されるベアリングハウジング（図示省略）との間をステーで連結すれば、タービンハウジングの剛性をより一層向上させることができる。

本発明に係る一実施形態のターボチャージャのタービンハウジングでは、スクロール１を、タービン（図示省略）の周囲に渦巻状の排気ガス流路を形成するスクロール部５と、このスクロール部５を所定の断熱空間を開けて覆うカバー部６とを備えた二重管構造としたが、カバー部６を省略してスクロール部５のみからなる単管構造としてもよい。この場合、他方のスクロール部材５Ｂの内周縁部は、出口フランジ３に外端部が溶接された出口ケース７の内端部の内周に嵌合されて溶接される。

更に、本発明に係る一実施形態のターボチャージャのタービンハウジングにおけるスクロール部材５Ａ，５Ｂやカバー部材６Ａ，６Ｂ等の重ね合せ接合に代えて、ジョッグル接合をも用いてもよい。この接合により、接合強度を高めることができる。

本発明の一実施形態に係るターボチャージャのタービンハウジングの外観を示す正面図である。 図１に示したタービンハウジングの左側面図である。 図１に示したタービンハウジングの底面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 他の実施形態に係るターボチャージャのタービンハウジングの外観を示す正面図である。 図５に示したタービンハウジングの左側面図である。 図５に示したタービンハウジングの底面図である。 さらに他の実施形態に係るターボチャージャのタービンハウジングの外観を示す正面図である。

符号の説明

１ スクロール
２ 入口フランジ
２Ａ 接合面
３ 出口フランジ
３Ａ 接合面
４ 接続フランジ
５ スクロール部
５Ａ 一方のスクロール部材
５Ｂ 他方のスクロール部材
６ カバー部
６Ａ 一方のカバー部材
６Ｂ 他方のカバー部材
７ 出口ケース
８ ウェイストゲートブッシュ
９ ウェイストゲートバルブ
１０ ブリッジ部材
Ｗ 溶接部

Claims (1)

1. ターボチャージャのタービンを収容するタービンハウジングであって、鋼板製のスクロールと、このスクロールの入口側に固定される入口フランジと、前記スクロールの出口側に固定される出口フランジとを備え、前記入口フランジと出口フランジとが相互に連結されていることを特徴とするターボチャージャのタービンハウジング。
   

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