JP2009264120A - Turbine housing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ターボチャージャーの主要な構成部品の1つである排気タービンホイール用のハウジング(通称、タービンハウジング)に関するものである。 The present invention relates to a housing (commonly referred to as a turbine housing) for an exhaust turbine wheel, which is one of the main components of a turbocharger.
一般に、タービンハウジングは鋳物製であるが、鋳物製ハウジングは重くて熱容量が大きいという欠点がある。それゆえ近年、タービンハウジングの薄肉化(ひいては軽量化及び低熱容量化)を図るため、スクロール部の全部又は一部を金属板材の板金加工やハイドロフォーミングによって形成してなる非鋳物製のタービンハウジングが提案されている(例えば特許文献1参照)。図1及び図2は、そのような非鋳物製タービンハウジングの一従来例を示す。 Generally, the turbine housing is made of a casting, but the casting housing has a drawback that it is heavy and has a large heat capacity. Therefore, in recent years, in order to reduce the thickness of the turbine housing (and thus reduce the weight and heat capacity), there is a non-casting turbine housing in which all or part of the scroll portion is formed by sheet metal processing or hydroforming of a metal plate material. It has been proposed (see, for example, Patent Document 1). 1 and 2 show one conventional example of such a non-cast turbine housing.
図1及び図2のタービンハウジングは、スクロール本体部11及びガス導入部12からなるスクロール部10を備え、このスクロール部10に対し、入口フランジ13、出口フランジ14及びセンターハウジング側フランジ(図示略)を固着して構成されている。スクロール本体部11は、その内部に、巻き始め位置と巻き終り位置とがつながった略環状のガス流路を区画するものである。ガス導入部12は、入口フランジ13に対応するガス入口13aから取り込んだ排気ガスを前記スクロール本体部11の巻き始め位置に導くための導管である。
The turbine housing shown in FIGS. 1 and 2 includes a
特に図2に示すように、ガス導入部12は、第1の半割りパーツ21と第2の半割りパーツ22とを接合すると共に、両半割りパーツ接合時における左右両側の重ね合わせ接合部23(図2(a)参照)に対し溶接を施すことにより一体化されている。更に、このガス導入部12の内壁部には、前記第1及び第2の半割りパーツ21,22とは別体の整流板24が装着されている。この整流板24は、ガス入口13aから導入された排気ガスと、スクロール本体部11を一巡し還流してきた排気ガスとの合流点におけるガス流れを整えて、新規導入の排気ガスと還流排気ガスとの干渉による排気抵抗の増大を回避するために設けられている。
In particular, as shown in FIG. 2, the
なお、かかる整流板24は、タービンハウジングの非鋳物化に伴って特に必要となった部材であり、鋳物製タービンハウジングにおいてスクロール部内壁の延長に位置するように一体鋳造されていたタング部に相当するものである。特許文献1の図3に示されたガイド部材(9)は、上記非鋳物製タービンハウジングにおける整流板24に対応する。
しかしながら、図1及び図2に示すタービンハウジングのように、整流板24を別体のものとすると、部品点数の増加及び溶接工数の増加によるコスト増を招いてしまうおそれがあった。また、第1及び第2の半割りパーツ21,22の溶接位置(溶接ビードの位置)と、整流板24をガス導入部12内に溶接したときの溶接位置(溶接ビードの位置)とが接近している場合には、不要な入熱によって溶接強度が低下するおそれがあることから、タービンハウジングの耐久信頼性を更に向上させることが望まれている。
However, if the rectifying
本発明の目的は、従来よりも部品点数の削減、溶接工数の削減および耐久信頼性の向上を図ることができるタービンハウジングを提供することにある。また、スクロール部に新規導入される排気ガスと還流排気ガスとの排気干渉を生じにくいタービンハウジングを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a turbine housing capable of reducing the number of parts, reducing the number of welding steps, and improving the durability reliability as compared with the prior art. Another object of the present invention is to provide a turbine housing that hardly causes exhaust interference between exhaust gas newly introduced into a scroll portion and recirculated exhaust gas.
請求項1の発明は、巻き始め位置と巻き終り位置とがつながった略環状のガス流路を区画するスクロール本体部、及び、ガス入口から取り込んだ排気ガスを前記スクロール本体部の巻き始め位置に導くためのガス導入部を備えたタービンハウジングであって、少なくとも前記ガス導入部は、相互に接合可能な第1分割パーツ及び第2分割パーツを含む複数のパーツを接合することにより形成され、前記第1及び第2分割パーツの一方には、前記ガス入口から前記スクロール本体部の巻き始め位置に導入される排気ガスと、前記スクロール本体部を一巡して前記巻き終り位置から前記巻き始め位置に向かう還流排気ガスとの合流点において排気ガス流れを整流化するための整流部が一体形成されていることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, the scroll main body section that defines the substantially annular gas flow path in which the winding start position and the winding end position are connected, and the exhaust gas taken in from the gas inlet is provided at the winding start position of the scroll main body section. A turbine housing having a gas introduction part for guiding, wherein at least the gas introduction part is formed by joining a plurality of parts including a first divided part and a second divided part that can be joined to each other, One of the first and second divided parts includes an exhaust gas introduced from the gas inlet to the winding start position of the scroll main body, and makes a round of the scroll main body from the winding end position to the winding start position. A rectifying unit for rectifying the exhaust gas flow is integrally formed at a junction with the recirculating exhaust gas that is directed.
この構成によれば、ガス導入部を形成する第1及び第2分割パーツの一方には、ガス入口から新規導入される排気ガスと還流排気ガスとの合流点において排気ガス流れを整流化するための整流部が一体形成されている。このため、整流板が別体化されていた従来例に比べて、部品点数の削減および溶接工数の削減を図ることができると共に、溶接ビードの接近による耐久性の低下を回避して耐久信頼性の向上を図ることができる。 According to this configuration, in one of the first and second divided parts forming the gas introduction portion, the exhaust gas flow is rectified at the junction of the exhaust gas newly introduced from the gas inlet and the recirculated exhaust gas. Are integrally formed. For this reason, compared with the conventional example in which the current plate is separated, it is possible to reduce the number of parts and the number of welding processes, and avoid the deterioration of the durability due to the approach of the weld bead. Can be improved.
請求項2の発明は、請求項1に記載のタービンハウジングにおいて、前記第1及び第2分割パーツは、それぞれ金属板材の板金加工によって形成されると共に、これら分割パーツの相互接合部に溶接を施すことにより一体化されて前記ガス導入部の本体部分を形成することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the turbine housing according to the first aspect, each of the first and second divided parts is formed by sheet metal processing of a metal plate material, and welding is performed on the mutual joint portion of the divided parts. In this way, the main body part of the gas introduction part is formed by being integrated.
このように、ガス導入部の本体部分が、板金加工製の二つの分割パーツの相互接合部に溶接を施して一体化されたものである場合(つまり非鋳物製品である場合)に、本発明の有用性や必要性が特に認められる。 As described above, when the main body portion of the gas introduction portion is integrated by welding the joint portions of the two divided parts made of sheet metal processing (that is, when it is a non-cast product), the present invention The usefulness and necessity of is particularly recognized.
請求項3の発明は、請求項1又は2に記載のタービンハウジングにおいて、当該タービンハウジングに前記整流部が存在しない場合における前記スクロール本体部の巻き終り位置での流路断面積をAeとした場合、前記整流部によって前記Aeの28〜38%が閉ざされ、その結果、前記スクロール本体部の巻き終り位置での流路断面積が前記Aeの62〜72%となるように前記整流部が設けられていることを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the turbine housing according to
このように、スクロール本体部の巻き終り位置での流路断面積が、Ae(タービンハウジングに整流部が存在しない場合におけるスクロール本体部の巻き終り位置での流路断面積)の62〜72%となるように整流部を設けることで、整流板の形状如何にかかわらず、新規導入の排気ガスと還流排気ガスとの合流点での排気干渉を緩和して、排気干渉に起因する過給性能の低下を防止することができる。ちなみに、スクロール本体部の巻き終り位置での流路断面積がAeの62%未満であると、還流排気ガスの流通抵抗が過大になり、過給性能が低下するおそれがある。他方、巻き終り位置での流路断面積がAeの72%を超えると、整流部が全く存在しないケースに近くなり、新規導入ガスと還流ガスとの排気干渉が顕著化して過給性能が低下するおそれがある。 Thus, the flow passage cross-sectional area at the winding end position of the scroll main body portion is 62 to 72% of Ae (the flow passage cross-sectional area at the winding end position of the scroll main body portion when the rectifying portion is not present in the turbine housing). By providing a rectifying unit to reduce the exhaust interference at the junction of the newly introduced exhaust gas and the recirculated exhaust gas regardless of the shape of the rectifying plate, the supercharging performance due to the exhaust interference Can be prevented. Incidentally, if the flow passage cross-sectional area at the winding end position of the scroll body is less than 62% of Ae, the flow resistance of the recirculated exhaust gas becomes excessive, and the supercharging performance may be lowered. On the other hand, when the cross-sectional area of the flow path at the end of winding exceeds 72% of Ae, it becomes close to the case where there is no rectification part, and the exhaust interference between the newly introduced gas and the reflux gas becomes noticeable and the supercharging performance decreases. There is a risk.
本発明のタービンハウジングによれば、従来よりも部品点数の削減、溶接工数の削減および耐久信頼性の向上を図ることができる。また、スクロール部に新規導入される排気ガスと還流排気ガスとの排気干渉を生じにくくすることができる。 According to the turbine housing of the present invention, the number of parts, the number of welding steps, and the durability reliability can be improved as compared with the conventional case. Further, it is possible to make it difficult for exhaust interference between the exhaust gas newly introduced into the scroll portion and the recirculated exhaust gas to occur.
以下、本発明の一実施形態を図3〜図5を参照しつつ説明する。
図3及び図4に示すように、タービンハウジングはスクロール部10を備え、このスクロール部10に対し入口フランジ13、出口フランジ14及びセンターハウジング側フランジ(図示略)を固着して構成されている。スクロール部10は、スクロール本体部11と、それに連なるガス導入部12(「助走部」ともいう)とから構成されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 3 and 4, the turbine housing includes a
スクロール本体部11の内部には、巻き始め位置と巻き終り位置とがつながった略環状トンネル状のガス流路11aが区画されている。このようなスクロール本体部11は、例えばステンレス鋼板等の金属板材をプレス成形して得た半割り部品(二つ)を重ね合わせ接合又は突き合せ接合して溶接することにより得られる板金加工品、又は、中空な金属素材をハイドロフォーミングすることにより得られる液圧成形品として提供される。
Inside the
スクロール本体部11の中央部正面側には、略リング形状の出口フランジ14が設けられている。出口フランジ14は、当該タービンハウジングにそれよりも下流側の外部配管(例えばエルボ、図示略)を接続する際の継手部であり、スクロール本体部11内を循環した排気ガスが当該タービンハウジングの外へ逃れ出るためのガス出口14aを提供するものである。他方、スクロール本体部11の中央部背面側(図示略)には、センターハウジング側フランジ(図示略)が設けられている。センターハウジング側フランジは、当該タービンハウジングをターボチャージャーのセンターハウジング(ベアリングハウジングともいう)に接続固定する際の継手部となるものである。
A substantially ring-
スクロール部10の一側部を占めるガス導入部12の先端部には、入口フランジ13が設けられている。入口フランジ13は、当該タービンハウジングにそれよりも上流側の外部配管(図示略)を接続する際の継手部であり、当該タービンハウジングに導入されるべき排気ガスの入口(ガス入口13a)を提供するものである。ガス導入部12は、ガス入口13aから取り込んだ排気ガスをスクロール本体部11の巻き始め位置に導く導管の役目を果たす。
An
図4(a)に示すように、ガス導入部12は、横断面略円形の円筒形状をなしており、その略円形の横断面をほぼ水平に横切る直径線(図中に二点鎖線で示す接合境界15)に沿って上下に二分割したような二つの半割りパーツ(即ち第1の分割パーツ31及び第2の分割パーツ32)から形成されている。第1及び第2の分割パーツ31,32は、金属板材(例えばステンレス鋼板)の板金加工(例えばプレス加工)によってそれぞれ別パーツとして形成されている。本実施形態では、図4(a)においてガス導入部12の下側半分を構成する第2の分割パーツ32には、湾曲板形状の整流部33が分割パーツ本体部分と一体形成されている。この整流部33は、ガス入口13aから導入された排気ガスと、スクロール本体部11を一巡し還流してきた排気ガスとの合流点におけるガス流れを整えて、新規導入の排気ガスと還流排気ガスとの干渉による排気抵抗の増大を回避する。
As shown in FIG. 4A, the
本実施形態では、第1の分割パーツ31と第2の分割パーツ32とを互いに接合させると共に、その相互接合部分に溶接を施すことにより、両分割パーツ31,32は一体化されている。即ち図4(a)では、ガス導入部12の右端位置において両分割パーツ31,32が突き合せ接合され、この突き合せ接合部に対し溶接W1が施されている。また、ガス導入部12の左端位置において両分割パーツ31,32が重ね合わせ接合され、この重ね合わせ接合部に対し溶接W2が施されている。
In the present embodiment, the first divided
なお、本実施形態では、第2分割パーツ32に一体形成された整流部33が、両分割パーツの接合境界15を超えて第1分割パーツ31の内側に入り込んでいる(図4(a)参照)。この第1分割パーツ31の内側に入り込んだ整流部33の先端部又はその近傍に溶接W3を施して、整流部33の先端部またはその近傍を第1分割パーツ31の内壁面に溶接固定することは好ましい。溶接W3を施すことで、スクロール部内部での整流部33の支持が確実になり、タービンハウジングの耐久信頼性が更に向上する。
In the present embodiment, the rectifying
本実施形態のタービンハウジングは、図5のグラフに示すような流路断面積を有している。即ち、ガス導入部12の流路断面積は、ガス入口13a(断面積S1)からスクロール本体部11の巻き始め位置(断面積S2)に向かうにつれて絞り込まれている。他方、スクロール本体部11の流路断面積は、ガス導入部におけるほどの急峻な変化はないものの、巻き始め位置から巻き終わり位置に向けて徐々に減少する傾向にある。特に、当該タービンハウジングに前記整流部33が存在しない場合におけるスクロール本体部11の巻き終り位置での流路断面積をAeとした場合(図5の太破線の場合)、本実施形態では、整流部33によって前記Aeの約1/3(即ち約33%)が閉ざされ、その結果、スクロール本体部11の巻き終り位置での流路断面積が前記Aeの約2/3(即ち約67%)に設定されている。
The turbine housing of this embodiment has a flow path cross-sectional area as shown in the graph of FIG. That is, the flow path cross-sectional area of the
本実施形態によれば、ガス導入部12を形成する第1及び第2分割パーツ31,32の一方(即ち第2分割パーツ32)には、ガス入口13aから新規導入される排気ガスと還流排気ガスとの合流点において排気ガス流れを整流化するための整流部33が一体形成されている。このため、整流板24が別体化されていた従来のタービンハウジング(図1及び図2)に比べて、部品点数の削減および溶接工数の削減を図ることができる。また、第1及び第2分割パーツ31,32を結合するための溶接W1,W2は、接合境界15に沿った位置での溶接だけで足り、従来例のような整流板24の溶接が不要なので、従来例の場合よりも、溶接ビードの接近による耐久性の低下を回避することができる。
According to the present embodiment, the exhaust gas newly introduced from the
本実施形態では、スクロール本体部11の巻き終り位置での流路断面積が、整流部33を設けることで、タービンハウジングに整流部33が存在しない場合におけるスクロール本体部11の巻き終り位置での流路断面積Aeの約2/3となるように設定されている。かかる整流部33の配設および巻き終り位置での流路断面積設定により、非鋳造製タービンハウジングにありがちな、排気干渉による過給性能の低下を効果的に防止することができる。特に、エンジンが最大出力に近い状態で回転し、排気ガスが高流量となっている場合の排気干渉を非常に効果的に回避することができる。
In the present embodiment, the flow passage cross-sectional area at the winding end position of the scroll
なお、本発明を完成するまでに幾多の試作実験を積み重ねた結果、非鋳造製タービンハウジングでの整流部33の整流作用は、その整流部33の形状の差異(具体的にはその整流部33がストレート板形状かそれとも滑らかな湾曲板形状かといった違い)よりも、巻き終り位置での流路断面積をどの程度の大きさにし得る寸法を当該整流部33が有するかの方がはるかに大きな影響を受けることが判明した。かかる技術的知見に基づいて、本実施形態の整流部33は、当該整流部33によって前記Aeの約1/3が閉ざされ、その結果、スクロール本体部11の巻き終り位置での流路断面積が前記Aeの約2/3となるように寸法設定されている。なお、このような寸法設定が整流部33の最善の寸法設定と思われるが、この寸法を中心として若干の寸法幅が許されることは言うまでもない。
In addition, as a result of accumulating many trial experiments until the completion of the present invention, the rectifying action of the rectifying
[変更例]図3〜図5の上記実施形態では、第2分割パーツ32の側に整流部33を一体形成したが、第1分割パーツ31の側に整流部33を一体形成してもよく、又、第1及び第2分割パーツ31,32の双方にそれぞれ整流部33を一体形成してもよい。
[Modification] In the above embodiment of FIGS. 3 to 5, the rectifying
[付記]本発明の更に好ましい態様や追加的構成要件を以下に列挙する。
請求項1〜3において、前記第1及び第2分割パーツの一方に一体形成された整流部が、これら分割パーツの相互接合時にはその接合境界を超えて前記第1及び第2分割パーツのうちの他方の内側に入り込んでいること。更に、前記他方の分割パーツの内側に入り込んだ整流部の一部(例えば先端部)が、当該他方の分割パーツの内壁に対して溶接固定されていること。
[Additional remarks] Further preferable aspects and additional constituent elements of the present invention are listed below.
In Claims 1-3, the rectification part integrally formed in one of the 1st and 2nd division parts of the 1st and 2nd division parts exceeds the junction boundary at the time of mutual junction of these division parts. Being inside the other. Furthermore, a part of the rectification part (for example, the front end part) that has entered the inside of the other divided part is welded and fixed to the inner wall of the other divided part.
10…スクロール部、11…スクロール本体部、11a…略環状トンネル状のガス流路、12…ガス導入部、13a…ガス入口、14a…ガス出口、31…第1の分割パーツ、32…第2の分割パーツ、33…整流部。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
少なくとも前記ガス導入部は、相互に接合可能な第1分割パーツ及び第2分割パーツを含む複数のパーツを接合することにより形成され、
前記第1及び第2分割パーツの一方には、前記ガス入口から前記スクロール本体部の巻き始め位置に導入される排気ガスと、前記スクロール本体部を一巡して前記巻き終り位置から前記巻き始め位置に向かう還流排気ガスとの合流点において排気ガス流れを整流化するための整流部が一体形成されていることを特徴とするタービンハウジング。 A scroll main body section that defines a substantially annular gas flow path in which a winding start position and a winding end position are connected, and a gas introduction section that guides exhaust gas taken from the gas inlet to the winding start position of the scroll main body section. A turbine housing comprising:
At least the gas introduction part is formed by joining a plurality of parts including a first divided part and a second divided part that can be joined to each other,
One of the first and second divided parts includes an exhaust gas introduced from the gas inlet to the winding start position of the scroll main body, and the winding start position from the winding end position through the scroll main body. A turbine housing, in which a rectifying unit for rectifying the exhaust gas flow is integrally formed at a junction with the recirculated exhaust gas toward.
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