JP4729462B2

JP4729462B2 - ターボチャージャ用取付具

Info

Publication number: JP4729462B2
Application number: JP2006249880A
Authority: JP
Inventors: 正和田畑; 一弘都築
Original assignee: Aisin Takaoka Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisin Takaoka Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2026-09-14
Also published as: JP2008069721A

Description

この発明は、内燃機関の排気ガスのエネルギーを利用して内燃機関に対する過給圧を発生させるターボチャージャにおけるタービンハウジング側の部分を、内燃機関側のエンジンブロック等の固定部材に取り付けるのに用いるターボチャージャ用取付具に関する。

一般に、自動車の内燃機関（エンジン）等として用いられるディーゼルエンジン又はガソリンエンジン等では、タービン側とコンプレッサ側とを一体的に構成したターボチャージャが利用されている。

このようなターボチャージャでは、内燃機関の機関排気流によってタービンハウジング内に装着されたタービンホイールを回転駆動し、このタービンホイールに連動してコンプレッサハウジング内に装着されたコンプレッサホイールを回転することにより、内燃機関の燃焼室内へ吸気を過給している。

このようなターボチャージャ用のタービンハウジングには、厚肉の鋳物として構成した剛性が高いものの他に、薄肉鋳物又は耐熱薄板鋼板のプレス成形品として構成した剛性が低いものがある。

さらに、ターボチャージャにおける耐熱薄板鋼板のプレス成形品として構成した剛性が低いタービンハウジングに対しては、内燃機関の冷間始動時における触媒の早期活性化の観点から、タービン側において、排気ガスの温度を低下させることなく、熱吸収を少なくすることが要求されている。

そこで、従来のターボチャージャでは、例えば、耐熱薄板鋼板のプレス成形品で形成したタービンハウジングの外殻の内部に、同じく耐熱薄板鋼板のプレス成形品で形成された内殻を所定距離だけ離間させて配置した二重管構造に構成する。

そして、このターボチャージャのタービンハウジングでは、内殻と外殻との間に中空の断熱層を形成して断熱する作用により、排気マニホールドからタービンを回転させるため内殻内へ送気されて来た高温の排気ガスが内殻の内壁に接触して熱が吸収されることを抑制し、排気ガスを高温に保ったまま触媒に導くようにして内燃機関の冷間始動時における触媒の早期活性化を実現するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、内燃機関にターボチャージャを取り付ける場合に、ターボチャージャにおける耐熱薄板鋼板のプレス成形品として構成した剛性が低いタービンハウジングをエンジンブロックに間接的に取り付ける部分では、例えば剛性が低いタービンハウジングの一部分にステー座を設け、このステー座にボルト及びナットで一端部を締結し、この取り付け金具の他端部をエンジンブロックにボルト及びナットで締結して、完全に拘束されるように固定する（すなわち、熱ひずみ分さえも自由に変形することができないように拘束されるように固定する）。

さらに、このように完全に動かないように固定されたタービンハウジングには、エンジンヘッドからタービンハウジングへ高温の排気ガスを送気するために接続されているエギゾーストマニホールドやターボエルボ等の配管や部材を接続する。

このようにタービンハウジングを取り付け金具で完全に拘束されるように固定した場合には、内燃機関から送気されて来た高温の排気ガスでタービンハウジング自体が加熱されて熱膨張することにより生じる熱応力と共に、タービンハウジングに接続されているエギゾーストマニホールドやターボエルボ等の配管や部材が熱膨張すると、これらの熱膨張により生じる熱応力とによって、耐熱薄板鋼板のプレス成形品として構成した剛性が低いタービンハウジング自体が圧縮降伏して塑性変形するといったような損傷を受ける虞がある。

また、耐熱薄板鋼板のプレス成形品として構成した剛性が低いタービンハウジングでは、タービンハウジング自体を安定して支持するために、例えばタービンハウジングの両端部を２個の取り付け金具を用いてそれぞれ内燃機関のエンジンブロックに対して完全に拘束されるように固定すると、エンジンブロック自体の熱膨張によって２個の取り付け金具の間隔が開きタービンハウジングに熱応力が働いて耐熱薄板鋼板のプレス成形品として構成した剛性が低いタービンハウジング自体が圧縮降伏して塑性変形するといったような損傷を受ける虞がある。

特開２００３−２９３７８０号公報

本発明は上述した点に鑑み、内燃機関に設置するターボチャージャにおけるタービンハウジングの部分を、内燃機関側の固定部材に対して熱応力によって塑性変形することを抑制可能な状態で間接的に取り付けられるようにしたターボチャージャ用取付具を新たに提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載のターボチャージャ用取付具は、内燃機関の固定部材に、ターボチャージャのタービンハウジング部分を間接的に取り付ける取付具において、タービンハウジングにおける、排気ガス取入れ口側のステー座に取り付けられる第１の腕部と、第１の腕部に一体的に連続するよう構成され、固定部材のステー座に取り付けられる第２の腕部と、固定部材のステー座と排気ガス取入れ口側のステー座との間に配置された、第１の腕部から第２の腕部にかけて連続した部分の中間所定位置から分岐するように一体的に連続し、又は第１の腕部のステー座に取り付けた部分から一体的に連続して、全体が一体化した剛構造に構成され、その自由端部が排気ガス排出口に近い側のステー座に取り付けられる第３の腕部と、を有することを特徴とする。

上述のように構成することにより、固定部材側の部材からターボチャージャのタービンハウジングの排気ガス取入れ口側部分に外力が負荷されたときに、取付具における一体となった第１の腕部から第３の腕部にかけての一連の部分が、タービンハウジングにおける排気ガス取入れ口側のステー座と排気ガス排出口側のステー座との間の距離が変わらないように支持する（排気ガス取入れ口側のステー座側で第１の腕部を変位させると、その変位が第３の腕部へ伝達されるように支持する、例えば、相互間の位置関係が変わらないように支持する）ので、タービンハウジングが圧力に降伏して塑性変形することを抑制できる。また、この取付具では、固定部材に対して一本の第２の腕部だけで取り付けられているため、固定部材が熱膨張してもタービンハウジングにおける排気ガス排出口側フランジ部のステー座と排気ガス取入れ口側フランジのステー座との間の距離が変わることはないので、固定部材が熱膨張してタービンハウジングが圧力に降伏して塑性変形することを抑制できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のターボチャージャ用取付具において、第１の腕部から第２の腕部へ連続する部分の剛性が、第３の腕部の剛性よりも高い剛性となるように構成したことを特徴とする。

上述のように構成することにより、請求項１に記載の発明の作用、効果に加えて、排気マニホールド側から入力した応力を、第１の腕部及び第２の腕部部分が弾性変形して受けるので、タービンハウジング本体に排気マニホールド側から入力した応力が働くことを抑制できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のターボチャージャ用取付具において、第１の腕部から第３の腕部へ連続する部分の剛性が、第２の腕部の剛性よりも高い剛性となるように構成したことを特徴とする。

上述のように構成することにより、請求項１に記載の発明の作用、効果に加えて、排気マニホールド側から入力した応力を比較的に剛性が低い第２の腕部の部分が弾性変形して吸収し、さらに排気マニホールド側から入力した応力が第１の腕部から第３の腕部にかけての一連の剛性が比較的高い部分を通じてタービンハウジングに働くことを抑制し、タービンハウジングの耐久信頼性を向上できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のターボチャージャ用取付具において、第３の腕部部分の剛性が、タービンハウジング部分の剛性よりも低い剛性となるように構成したことを特徴とする。

上述のように構成することにより、請求項１又は請求項２に記載の発明の作用、効果に加えて、タービンハウジング自体が熱膨張して、その排気ガス取入れ口側のステー座と排気ガス排出口に近い側のステー座との間の距離が変化した場合に、剛性を低く構成した第３の腕部が弾性変形して吸収するので、タービンハウジングに過度の熱応力が生じることを抑制できる。

本発明のターボチャージャ用取付具によれば、内燃機関に設置するターボチャージャにおけるタービンハウジングの部分を、内燃機関側の固定部材に対して熱応力によって塑性変形することを抑制できる状態で間接的に取り付けることを可能とし、構成が簡素で廉価な製品を提供できるようにするという効果がある。

本発明のターボチャージャ用取付具に関する実施の形態について、図１乃至図６により説明する。

図２は、ターボチャージャ全体の概略構造を示す概略断面図であり、図で１は、ターボチャージャ本体１である。このターボチャージャ本体１は、輻流型のタービンで輻流型のコンプレッサを駆動するよう一体的に構成する。

このため、ターボチャージャ本体１では、タービンハウジング３とコンプレッサハウジング４とをセンタハウジング５を介して一体的に組み付けてターボチャージャ本体１全体のケーシングを構成する。

このターボチャージャ本体１では、内燃機関２(図１に図示)の機関排気流によって駆動される輻流型のタービンを構成するため、タービンハウジング３の内部にタービンホイール６を装着する。

また、コンプレッサハウジング４の内部には、内燃機関２の燃焼室内への吸気を過給する輻流型のコンプレッサを構成するためコンプレッサホイール７を装着する。

このタービンホイール６とコンプレッサホイール７とは、ロータシャフト８によって接続することにより、ターボチャージャ本体１のケーシング内で一体的に回動するよう構成する。すなわち、ロータシャフト８には、その一方の端部にタービンホイール６を固着し、その他方の端部にコンプレッサホイール７を固着して一体的に構成する。

さらに、ロータシャフト８は、センタハウジング５に貫通させた中間部を、センタハウジング５内に配置したフルフロートベアリング９で支受される。このように構成することによって、タービンホイール６、コンプレッサホイール７及びロータシャフト８は、一体となって回動自由に支受されることになる。

ターボチャージャ本体１における輻流型のタービンを構成するためのタービンハウジング３の内部には、タービンホイール６を取り囲むように、渦巻き状のスクロール室１０を形成する。

このタービンハウジング３は、内部にスクロール室１０を形成するための耐熱薄板鋼板のプレス成形品からなる内殻１８を配置し、その外側に所定間隔を開けて取り巻くように、耐熱薄板鋼板のプレス成形品からなる外殻１９を配置して、内殻１８と外殻１９との間に断熱層をなす空気断熱層を設けた、いわゆる二重管構造に構成する。なお、耐熱薄板鋼板としては、例えばステンレス鋼、ハステロイ（登録商標）、インコネル（登録商標）製等を利用できる。

この内殻１８の内部に形成されるスクロール室１０には、ロータシャフト８の接線方向に開口する排気ガス取入れ口１１と、ロータシャフト８の軸線方向に開口する排気ガス排出口１２を設ける。

このスクロール室１０は、排気ガス取入れ口１１側の所定部所からタービンホイール６の回転方向前方に向かうにしたがって、外周縁とロータシャフト８の軸心との距離が短くなるような渦巻き状に形成する。

さらに、スクロール室１０の渦巻き状の部分には、タービンホイール６のラジアル方向からタービン翼部分に向けて排気ガスを噴射させるための細い隙間を形作るシュラウド部３２を形成する。

この排気ガス取入れ口１１は、内燃機関２の排気マニホールド１４(図１に図示)に接続する。また、排気ガス排出口１２は、その排出口周縁部として形成されたケース１３を介して触媒へと排気ガスを導く排気管（図示略）に接続する。

このケース１３は、内殻１８及び外殻１９と同様の耐熱薄板鋼板のプレス加工品からなり、外殻１９の側面に溶接して固定される。このケース１３には、内殻１８の排気ガス排出口１２部分が挿通される挿通孔２０(図１に図示)を形成する。

また、このターボチャージャには、内燃機関に対する過給圧が必要以上に上昇するのを抑制するために、タービンハウジング３のスクロール室１０内に供給される排気ガスの圧力が所定値を超えると、スクロール室１０内に送気される排気ガスの一部をタービンホイール６より排気ガス送気方向上流側から外部に排出するウェイストゲイトバルブ装置を装着する。

このため、タービンハウジング３の排気ガス排出口１２側の所定部分には、図１に示すように、ウェイストゲートノズル２３（逃がしノズル、いわゆるＷＧノズル）を連通させるように設ける。このウェイストゲートノズル２３の一部は、ケース１３に穿設したＷＧノズル挿通孔２４に装着する。

また、タービンハウジング３のケース１３には、排気ガス排出口１２部分が挿通される挿通孔２０と、ＷＧノズル挿通孔２４との間に仕切板２８を設ける。これによりケース１３の内部空間は、排気ガス排出口１２が開口する排気室２５と、ウェイストゲートノズル２３先端のウェイストゲートポート２６が開口する逃がし室２７との、相互に独立した空間となる２室に区画される。

このウェイストゲートノズル２３には、ウェイストゲートポート２６を開閉操作可能に構成したウェイストゲートバルブ２９（リリーフ弁）を装着する。このウェイストゲートバルブ２９は、図示しないが、例えば、過給気吐出口１７側に装着したダイアフラムに所定値を超えた過給気の圧力が加わったときにダイアフラムがウェイストゲートポート２６を開放するよう操作し、スクロール室１０内を通る排気ガスの一部を逃がし室２７内に排出するよう構成する。

また、ウェイストゲートバルブ２９は、図示しないが、過給気の圧力が所定値以下となったときには、ダイアフラムが作動しないのでウェイストゲートポート２６が閉止され、スクロール室１０内を通過する排気ガスの逃がし室２７への排出が抑制されるよう構成する。

図１及び図２に示すように、タービンハウジング３のケース１３には、ケース１３における周壁の開口端から外方に膨出するようにフランジ部２１を形成する。また、タービンハウジング３のスクロール室１０を形成するパイプ状部材における排気ガス取入れ口１１の周縁部には、取入れ口フランジ３０を設ける。

図２に示すように、ターボチャージャ本体１における内燃機関２の燃焼室内への吸気を過給する輻流型のコンプレッサを構成するためのコンプレッサハウジング４の内部には、コンプレッサホイール７を取り囲むように、渦巻き状（前述したスクロール室１０と同様の渦巻き構造）のディフューザ１５を構成する。

このディフューザ１５には、ロータシャフト８の軸線方向に開口する給気取入れ口１６と、ロータシャフト８の接線方向に開口する過給気吐出口１７とを設ける。この給気取入れ口１６は、エアクリーナ（図示略）に接続する。また、過給気吐出口１７は、内燃機関２の吸気マニホールド（図示略）に接続する。

次に、上述のように構成したターボチャージャ本体１の動作について説明する。このターボチャージャ本体１では、内燃機関の運転に伴って発生する高温高圧の排気ガスが排気ガス取入れ口１１からスクロール室１０の渦巻き状の室内に吹き込まれる。

このスクロール室１０は、内部に吹き込まれた排気ガスを、スクロール室１０のシュラウド部３２からタービンホイール６のタービン翼部分にラジアル方向に向けて高速で噴射させることによりタービンホイール６を回転させて、排気ガス排出口１２から排気管に排出させる。

このときのタービンホイール６の回転に連動してコンプレッサホイール７が回転し、給気取入れ口１６からディフューザ１５内に導かれた給気の圧力が高められ、過給気として過給気吐出口１７から燃焼室に供給される。

また、このターボチャージャでは、過給気吐出口１７内を流通する過給気の圧力が所定値を超えて高まると、ウェイストゲートバルブ２９のウェイストゲートポート２６をアクチュエータが開放操作してタービンハウジング３のスクロール室１０内に供給する排気ガスの圧力を低下させる。

これにより、このターボチャージャでは、排気ガスがタービンホイール６を回転させる力を弱めてタービンホイール６と一体的に回転するコンプレッサホイール７による圧縮率を下げ、ディフューザ１５から内燃機関の燃焼室に過度に圧力の高められた過給気が供給されることを抑制する。

また、コンプレッサで給気が過度に圧縮されないようにして過給気の温度が所定以上に高くならないようにすることにより、コンプレッサホイール７に悪影響を与えることを抑制できる。

次に、上述のように構成したターボチャージャ本体１における、高速回転するタービンホイール６と、ウェイストゲイトバルブ装置とを備えたタービンハウジング３の部分を、内燃機関（エンジン）に間接的に取り付ける部分の構成について説明する。

このターボチャージャ本体１では、タービンハウジング３部分を内燃機関２に間接的に取り付けるため、タービンハウジング３のケース１３におけるフランジ部２１に、断面Ｌ字形に突出させた排気ガス排出口側フランジ部のステー座２２を設ける。このステー座２２には、ねじ部品で締結するための図示しない透孔を穿孔する。

また、タービンハウジング３における排気ガス取入れ口１１の取入れ口フランジ３０の所定部所には、排気ガス取入れ口側フランジのステー座３１を設ける。このステー座３１には、ねじ部品で締結するための図示しない透孔を穿孔する。

なお、このターボチャージャ本体１では、２つのステー座をそれぞれ取入れ口フランジ３０又はフランジ部２１以外の外殻１９等の所定の場所に設定しても良い。

図１に示すように、タービンハウジング３部分を内燃機関２に間接的に取り付ける構成では、排気ガス排出口側フランジ部のステー座２２と、排気ガス取入れ口側フランジのステー座３１と、内燃機関２との間に、取付具３３を介在させた状態で、内燃機関２にタービンハウジング３部分を支持させる。

図１及び図２に示すように、タービンハウジング３部分を内燃機関２に間接的に取り付ける構成では、タービンハウジング３側に設ける２つの取り付け位置（２つのステー座２２、３１の位置）の間隔が、タービンハウジング３を安定して支持できる距離以上となるように設定する。

これと共に、このタービンハウジング３部分を内燃機関２に取付具３３を介して取り付ける構成では、タービンハウジング３側に設ける２つの取り付け位置の間に橋渡すように配置する取付具３３の第１の腕部３４と第２の腕部３５との部分が内燃機関２の運転時に加熱されて熱膨張する量と、タービンハウジング３に設けた２つの取り付け位置の間隔が運転時に昇温して熱膨張する量との差が許容範囲に収まり、タービンハウジング３における２つの取り付け位置の間で圧力により降伏して塑性変形するという損傷を受けることがない距離以内となるように設定する。

さらに、このタービンハウジング３部分を取付具３３によって内燃機関２に取り付ける構成では、高速回転するタービンホイール６と、精密構造のウェイストゲイトバルブ装置とを備えたターボチャージャ本体１に動作不良を起こさせるような塑性変形を与えないように構成する。

図示する取付具３３は、３本の腕部３４、３５、３６が全体として略三叉状に分岐して延出するよう一体化した剛体となる剛構造に構成する。この３本の腕部３４、３５、３６には、それぞれ断面Ｌ字形の長尺部材（アングル材）若しくは断面略Ｕ字状の長尺部材又は断面円形若しくは断面多角形若しくは筒形状等の種々の断面形状の長尺部材を所定長さに切断した材料を用いることができる。

このように取付具３３は、第１の腕部３４、第２の腕部３５及び第３の腕部３６を一体化した簡素な構成であるから、容易に製造でき廉価な製品を提供できる。

取付具３３の第１の腕部（エギゾーストマニホールド側腕部）３４は、その先端部を排気ガス取入れ口側フランジのステー座３１に締結するため、その先端近くの部位で大きく屈曲し、先端部の所定位置に、締結用の透孔３８Ａ(図６に図示)を穿孔する。

そして、第１の腕部（エギゾーストマニホールド側腕部）３４は、その先端部の締結用透孔３８Ａを排気ガス取入れ口側フランジのステー座３１の透孔と連通させた状態でボルト及びナット等のねじ部品３７で締結する。

取付具３３の第２の腕部（内燃機関２本体側腕部）３５は、その先端部を固定部材であるエンジンブロック２Ａにおける所定位置に形成した図示しないステー座に締結するため、その先端近くの部位で小さく屈曲し、先端部の所定位置に、締結用の透孔３８Ｂ(図５に図示)を穿孔する。

なお、取付具３３の第２の腕部３５を取り付ける対象となる固定部材は、上述したエンジンブロック２Ａの他に、シリンダブロック、シリンダヘッド、トランスミッションのハウジング又はオイルパンでも良い。

そして、第２の腕部（内燃機関２本体側腕部）３５は、その先端部の締結用透孔３８Ｂをエンジンブロック２Ａのステー座に穿孔した透孔（図示せず）と連通させた状態でボルト及びナット等のねじ部品３７で締結する。

取付具３３の第３の腕部（タービン側腕部）３６は、その先端部を排気ガス排出口側フランジ部のステー座２２に締結するため、その中間部の所定部位で大きく屈曲し、先端部の所定位置に締結用の透孔３８Ｃ(図６に図示)を穿孔する。

そして、第３の腕部（タービン側腕部）３６は、その先端部の締結用透孔３８Ｃを排気ガス排出口側フランジ部のステー座２２の透孔と連通させた状態でボルト及びナット等のねじ部品３７で締結する。

なお図１に示すように、ターボチャージャ本体１における排気ガス取入れ口１１の取入れ口フランジ３０には、エンジンヘッド２Ｂから延出された排気マニホールド１４の自由端部のフランジ部分を締結して、内燃機関２の排気ガスが排気マニホールド１４を通じて排気ガス取入れ口１１から供給されるように接続する。

また、排気ガス排出口１２のフランジ部２１には、図示しない排気ガス浄化用触媒へと排気ガスを導くための排気管を接続する。

上述のようにしてターボチャージャ本体１におけるタービンハウジング３部分を内燃機関２に取付具３３を用いて取り付ける構成では、所定距離だけ離間した位置にある排気ガス取入れ口側フランジのステー座３１と排気ガス排出口側フランジ部のステー座２２と、エンジンブロック２Ａの所定位置に設けたステー座（図示せず）の３点を、３本の腕部３４、３５、３６を全体として略三叉状に分岐して一体化した剛体である取付具３３で固定した構造となる。

このような取付具３３を用いた取り付け構造でタービンハウジング３部分をエンジンブロック２Ａに間接的に取り付けた状態では、エンジンヘッド２Ｂとタービンハウジング３の取入れ口フランジ３０との間を接続するように配置した排気マニホールド１４が内燃機関２の排気ガスにより加熱されて熱膨張するとタービンハウジング３の取入れ口フランジ３０を押圧する方向の熱応力が作用する。

このとき、排気マニホールド１４が鋳物で剛性が高い場合には、排気マニホールド１４の熱変位量をタービンハウジング３側で吸収することになる。

この場合には、取付具３３における一体となった第１の腕部３４及び第３の腕部３６の部分が、タービンハウジング３における排気ガス排出口側フランジ部のステー座２２と排気ガス取入れ口側フランジのステー座３１との間の距離が変わらないように支持する（排気マニホールド１４側の熱応力による第１の腕部３４の変位が第３の腕部３６へ伝達されるように支持する、例えば、相互間の位置関係が変わらないように支持する）ので、排気マニホールド１４が熱膨張してタービンハウジング３を圧縮降伏させて塑性変形させることを抑制できる。

さらに、この場合には、排気マニホールド１４側の熱応力を受けたとき、第１の腕部３４と第３の腕部３６とが一体的に動く（同期して動く）ので、第１の腕部３４と第３の腕部３６とが別方向に動いてこれらが支持しているタービンハウジング３を微小回転させ、排気マニホールド１４の取り付け部との間にねじれ方向の応力集中を生じることを防止できる。

また、この取付具３３では、一体となった第１の腕部３４及び第３の腕部３６の部分を、一本の第２の腕部３５でエンジンブロック２Ａに取り付けているため、後述する離間して配置した２個の取付具で支持する構造のように、エンジンブロック２Ａが熱膨張してもタービンハウジング３における排気ガス排出口側フランジ部のステー座２２と排気ガス取入れ口側フランジのステー座３１との間の距離が変わることはないので、エンジンブロック２Ａが熱膨張してタービンハウジング３を圧縮降伏させて塑性変形させることを抑制できる。

ここで、前述した取付具３３の作用を、タービンハウジング３における排気ガス取入れ口側フランジのステー座３１と、排気ガス排出口側フランジ部のステー座２２とをそれぞれ離間して配置した別体の取付具で支持する構造と比較して説明する。

この別体の取付具でタービンハウジング３を支持する構造の場合には、排気マニホールド１４が熱膨張すると、排気ガス取入れ口側フランジのステー座３１を支持する一方の取付具が変形してタービンハウジング３側に熱応力が作用する。

このとき排気マニホールド１４から作用する熱応力は、タービンハウジング３の本体に働き、さらに排気ガス排出口側フランジ部のステー座２２を支持する他方の取付具で受けられる。

すなわち、タービンハウジング３は、熱膨張した排気マニホールド１４に押されたときに働く熱応力が、排気マニホールド１４に近接した一方の取付具を変形させることによりタービンハウジング３本体に伝達し、さらに他方の取付具に伝達して、この他方の取付具で熱応力が受けられることになる。

よって、タービンハウジング３の本体には、排気マニホールド１４側から押圧する熱応力と、他方の取付具側から働く反力とによって押し潰される方向の外力が作用することを免れないため、タービンハウジング３が圧縮降伏して塑性変形するという損傷を受ける虞が残る。

しかも、エンジンブロックの離間した２点と、各々対応する排気ガス取入れ口側フランジのステー座３１と、排気ガス排出口側フランジ部のステー座２２との間をそれぞれ離間して配置した別体の取付具で支持する構造の場合には、エンジンブロックが熱膨張して２つの取付具の取り付け位置の間隔が開くと、排気ガス取入れ口側フランジのステー座３１と排気ガス排出口側フランジ部のステー座２２との間隔を広げる方向の熱応力が作用してタービンハウジング３が引っ張り力で降伏して塑性変形するという損傷を受ける虞が残る。

以上より、本実施の形態に関わる取付具３３を用いた取り付け構造でタービンハウジング３部分をエンジンブロック２Ａに間接的に取り付けた場合には、タービンハウジング３以外の部材に関わる熱応力が作用してタービンハウジング３が外力に降伏して塑性変形するという損傷を受けることを良好に抑制できることが理解できる。

なお、上述した取付具３３は、一本の棒状部材を屈曲して構成しても良い。この場合には、図示しないが、所定形状に屈曲した棒状部材の一方の端部をエンジンブロック２Ａに取り付け、その中間所定位置を排気ガス取入れ口側フランジのステー座３１に取り付け、その他方の端部を排気ガス排出口側フランジ部のステー座２２に取り付ける構造とする。

このように構成した場合には、所定形状に屈曲した棒状部材における、エンジンブロック２Ａに取り付ける一方の端部から排気ガス取入れ口側フランジのステー座３１に取り付ける中間所定位置までの部分が、第２の腕部３５と第１の腕部３４とを兼ねる構造となり、そのステー座３１に取り付ける中間所定位置から屈曲して他方の端部に至る部分が第３の腕部３６となる。

次に、取付具３３の他の構成例について、図１乃至図３、図５及び図６により説明する。

この図１乃至図３、図５及び図６に示す取付具３３の構成例では、第１の腕部３４から第２の腕部３５にかけての一連の部分の剛性を、第３の腕部３６の部分の剛性よりも強く構成し、さらに、第３の腕部３６の部分の剛性をタービンハウジング３の剛性よりも弱く構成する。

この取付具３３では、第１の腕部３４及び第２の腕部３５を、それぞれ第３の腕部３６に比較して剛性が高い断面Ｌ字形の長尺部材（アングル材）で構成し、第３の腕部３６を、第１の腕部３４及び第２の腕部３５に比較して剛性が低い断面Ｌ字形の長尺部材（アングル材）で構成する。

この取付具３３における第１の腕部３４と第２の腕部３５とは、一本の比較的に剛性が高い断面Ｌ字形の長尺部材で形成する。

また、この取付具３３における第３の腕部３６は、比較的に剛性が低い（ここでは断面Ｌ字形の幅を狭めることにより剛性を低く構成してある）断面Ｌ字形の長尺部材の基端部を、第１の腕部３４と第２の腕部３５とを一連にした一本の比較的に剛性が高い断面Ｌ字形の長尺部材の任意の位置に溶接等の手段で固着して、取付具３３全体が剛体となるように構成する。

この第１の腕部３４から第２の腕部３５にかけての一連の部分の剛性を、第３の腕部３６の部分の剛性よりも強くした構成例では、排気マニホールド１４側から入力した応力を、第１の腕部３４及び第２の腕部３５部分が弾性変形して受けるので、タービンハウジング３本体に排気マニホールド１４側から入力した応力が働くことを抑制できる。

この第１の腕部３４から第２の腕部３５にかけての一連の部分の剛性を、第３の腕部３６の部分の剛性よりも強くした構成例では、剛性を低く構成した第３の腕部３６の基端部を排気ガス取入れ口側フランジのステー座３１に近づけて固着するほど、排気マニホールド１４の熱応力が働く第１の腕部３４の部分の距離を短くして、第１の腕部３４部分の変形による影響を少なくできる。

さらに、この第１の腕部３４から第２の腕部３５にかけての一連の部分の剛性を、第３の腕部３６の部分の剛性よりも強くした構成例では、タービンハウジング３自体が熱膨張して排気ガス取入れ口側フランジのステー座３１と排気ガス排出口側フランジ部のステー座２２との間の距離が変化した場合に、剛性を低く構成した第３の腕部３６が弾性変形して吸収するので、タービンハウジング３に過度の熱応力が生じることを防止できる。

なお、この第１の腕部３４から第２の腕部３５にかけての一連の部分の剛性を、第３の腕部３６の部分の剛性よりも強くした構成例では、さらに第３の腕部３６の部分の剛性をタービンハウジング３の剛性よりも弱く構成しているためタービンハウジング３に働く外力の影響を減少させることができるので、熱応力で塑性変形することを抑制できる。

よって、この第１の腕部３４から第２の腕部３５にかけての一連の部分の剛性を、第３の腕部３６の部分の剛性よりも強くした構成例では、タービンハウジング３を薄板又は薄肉にして強度を低く構成した場合でも、タービンハウジング３の耐久信頼性を向上させることができる。

次に、取付具３３のさらに他の構成例について、図４により説明する。この図４に示す取付具３３の構成例では、第１の腕部３４から第３の腕部３６にかけての一連の部分の剛性を、第２の腕部３５の部分の剛性よりも強く構成する。

この第１の腕部３４から第３の腕部３６にかけての一連の部分の剛性を、第２の腕部３５の部分の剛性よりも強くした構成例では、排気マニホールド１４側から入力した応力を比較的に剛性が低い第２の腕部３５部分が弾性変形して吸収し、さらに排気マニホールド１４側から入力した応力が第１の腕部３４から第３の腕部３６にかけての一連の剛性が比較的高い部分を通じてタービンハウジング３に働くことを抑制することができる。

また、この第１の腕部３４から第３の腕部３６にかけての一連の部分の剛性を、第２の腕部３５の部分の剛性よりも強くした構成例では、この第１の腕部３４の自由端部と第３の腕部３６の自由端部との間の距離が、排気マニホールド１４側から入力した応力によって変化することを抑制できる。

よって、第１の腕部３４から第３の腕部３６にかけての一連の部分における両端のステー座３１とステー座２２との２つの締結部を結ぶ直線距離と、タービンハウジング３における排気ガス取入れ口側フランジのステー座３１と排気ガス排出口側フランジ部のステー座２２との間の距離との相対的な変位量を少なくして、タービンハウジング３に負荷される外力による影響を減少させることができるので、外力でタービンハウジング３が塑性変形することを抑制でき、さらにタービンハウジング３の耐久信頼性を向上させることができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限られるものではなく、内燃機関としてのガソリンエンジン又はディーゼルエンジン等のターボチャージャのタービンハウジングを備えたものに適用でき、しかも本発明の要旨を逸脱しない範囲で、その他種々の構成を採り得ることは勿論である。

本発明の実施の形態に係るターボチャージャ用取付具を介して内燃機関にターボチャージャを取り付ける部分を示す正面図である。本発明の実施の形態に係るターボチャージャ用取付具を介して内燃機関に取り付けられるターボチャージャのタービンハウジング部分を示す概略断面図である。本発明の実施の形態に係るターボチャージャ用取付具の他の構成例を示す正面図である。本発明の実施の形態に係るターボチャージャ用取付具の、さらに他の構成例を示す正面図である。本発明の実施の形態に係る図１に示すターボチャージャ用取付具の側面図である。本発明の実施の形態に係る図１に示すターボチャージャ用取付具の平面図である。

符号の説明

１ターボチャージャ本体
２内燃機関
３タービンハウジング
６タービンホイール
８ロータシャフト
１１排気ガス取入れ口
１２排気ガス排出口
１３ケース
１４排気マニホールド
１８内殻
１９外殻
２０挿通孔
２１フランジ部
２２排気ガス排出口側フランジ部のステー座
３０取入れ口フランジ
３１排気ガス取入れ口側フランジのステー座
３３取付具
３４第１の腕部
３５第２の腕部
３６第３の腕部
３７ねじ部品

Claims

内燃機関の固定部材に、ターボチャージャのタービンハウジング部分を間接的に取り付ける取付具において、
前記タービンハウジングにおける、排気ガス取入れ口側のステー座に取り付けられる第１の腕部と、
前記第１の腕部に一体的に連続するよう構成され、固定部材のステー座に取り付けられる第２の腕部と、
前記固定部材の前記ステー座と前記排気ガス取入れ口側のステー座との間に配置された、前記第１の腕部から前記第２の腕部にかけて連続した部分の中間所定位置から分岐するように一体的に連続し、又は前記第１の腕部の前記ステー座に取り付けた部分から一体的に連続して、全体が一体化した剛構造に構成され、その自由端部が排気ガス排出口に近い側のステー座に取り付けられる第３の腕部と、
を有することを特徴とするターボチャージャ用取付具。
前記第１の腕部から前記第２の腕部へ連続する部分の剛性が、前記第３の腕部の剛性よりも高い剛性となるように構成したことを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ用取付具。
前記第１の腕部から前記第３の腕部へ連続する部分の剛性が、前記第２の腕部の剛性よりも高い剛性となるように構成したことを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ用取付具。
前記第３の腕部部分の剛性が、前記タービンハウジング部分の剛性よりも低い剛性となるように構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のターボチャージャ用取付具。