JP6667488B2 - タービンハウジング - Google Patents

Description

本発明は、排気タービン過給機のタービンハウジングに関する。

車両等の内燃機関（エンジン）において、その排気系に排気タービン過給機（ターボチャージャ）が設けられる場合がある。この排気タービン過給機を排気ガスが流通することによって、内蔵されたタービンを回転させて吸入空気を過給し、それによりエンジン性能を高めて低燃費化を実現することができる。排気タービン過給機のタービンハウジンは、従来、鋳造により一体的に形成されていた。

鋳造製品である従来のタービンハウジングでは、軽量化及びそれによるコスト低減のために薄肉化することが困難であった。そこで、タービンハウジングを鋳造部品と板金部品とに分けることにより、その軽量化を図る構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この構成では、導入流路及びスクロール流路を有する内側ハウジングが鋳造部品とされ、タービン室から流出する排気ガスの流路を形成する外側ハウジングが板金部品とされ、両ハウジングの複合により、タービンハウジングが形成されている。

特開２０１５−１８３５６１号公報

鋳造製の内側ハウジングと板金製の外側ハウジングとが複合されてなる上記タービンハウジングでは、両ハウジングは溶接により固定されている。この場合、スクロール中心軸線方向から見た場合における内側ハウジングの外縁部に、外側ハウジングの板部を当接させ、その当接した部分で溶接等によって接合される。

ところで、内側ハウジングの導入流路やスクロール流路には、エンジンから排出された直後の高温状態にある排気ガスが流通することから、内側ハウジングの表面も高温状態となる。そのため、内側ハウジングの外縁部と外側ハウジングの板内面とが当接して接合された部分も高温化してしまう。すると、内側ハウジングと外側ハウジングとの接合部分において、熱膨張によって応力が増加し、それによる亀裂が生じるおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、鋳造製の内側ハウジングと板金製の外側ハウジングとの接合部位における応力増加とそれによる亀裂発生が抑制されたタービンハウジングを提供することを主たる目的とする。

上記課題を解決すべく、第１の発明のタービンハウジングは、
タービンインペラが収容されるタービン室を取り囲み、排気ガスを円環状に流通させつつ前記タービン室に流出させるスクロール流路が設けられたスクロール管部と、排気ガスを前記スクロール流路に導く導入管部と、前記タービン室から流出する排気ガスが流通する出口通路部とを有する鋳造製の内側ハウジングと、
スクロール中心軸線方向からみた場合における前記内側ハウジングの外縁部を囲う開口端部と、前記開口端部を形成する開口部と反対側に設けられ、前記出口通路部から流出した排気ガスを排出する排気出口とを有する板金製の外側ハウジングと、
を備え、
前記内側ハウジングの前記外縁部には外方へ突出する突出部が設けられ、当該突出部の突出端部と前記外側ハウジングの前記開口端部とが接合されることにより、前記外側ハウジングと前記内側ハウジングとが一体化されていることを特徴とする。

第１の発明によれば、高温状態の排気ガスが導入流路やスクロール流路を流通することで内側ハウジングの表面温度が高まっても、その熱が内側ハウジングと外側ハウジングとの接合部位に伝わる前に、突出部の側面から放熱される。この放熱効果により、接合部位における過度な高温化が抑制され、当該部位における応力増加とそれによる亀裂発生を抑制できる。

第２の発明では、第１の発明のタービンハウジングにおいて、
前記スクロール流路は、排気ガスが流入する流路入口と、排気ガスが流出する流路出口とを有し、流路出口から流出した排気ガスは流路入口から流入する排気ガスと合流するように形成されており、
前記突出部は、前記流路入口と前記流路出口とが設けられた合流部において、前記外縁部における他の部位よりも突出量が大きくなるように設定されていることを特徴とする。

内側ハウジングにおけるスクロール流路の合流部を有する部位は、高温状態の排気ガスの影響を受け、内側ハウジングの中で最も表面温度が高くなる。そのため、第２の発明によれば、当該部位の外縁部に設けられた突出部によって十分な放熱効果が得られ、内側ハウジングと外側ハウジングとの接合部位における過度な高温化を好適に抑制できる。

第３の発明では、第２の発明のタービンハウジングにおいて、
前記突出部は、前記合流部から前記スクロール流路の下流側に向けて、突出長が徐々に短くなるように設定されていることを特徴とする。

内側ハウジングでは、スクロール流路の合流部から下流側に向けての部位は、排気ガスが徐々にタービン室に流出することにより、下流側に行くほど表面温度が低下する。そのため、放熱効果を得るための突出部の突出長を低く設定しても、内側ハウジングと外側ハウジングとの接合部位における過度な高温化を抑制できる一方で、突出長を短くしたことで内側ハウジングの大型化や重量増加を抑制できる。したがって、第３の発明によれば、スクロール流路に沿った内側ハウジングの表面温度分布に合わせて突出部の突出長が調整され、放熱効果を得つつ内側ハウジングの大型化や重量増加を抑制できる。

第４の発明では、第１の発明乃至第３の発明のいずれか一つのタービンハウジングにおいて、
前記軸線方向からみた場合に、前記導入管部は、前記スクロール管部の下流部に近接する第１導入外縁部と、前記導入管部を挟んだ反対側の第２導入外縁部とを有し、
前記第１導入外縁部に設けられる前記突出部と、前記スクロール管部の下流部に設けられる前記突出部とが一体となり、前記第１導入外縁部と前記スクロール管部の前記下流部とをつなぐ平板状のつなぎ部が設けられていることを特徴とする。

第４の発明によれば、互いに近接する外縁部に設けられる突出部同士が一体化されて平板状をなすつなぎ部とされていることにより、突出部の表面積を広げて放熱効果が高められる。特に、スクロール流路の下流部では、合流部に近づくにつれて内側ハウジングの表面温度が上昇するため、放熱効果の高まりは、内側ハウジングと外側ハウジングとの接合部位における過度な高温化の抑制に好適となる。また、内側ハウジングは鋳造製であるため、平板状をなすつなぎ部として一体化することで、互いに近接する外縁部同士の間に隙間が形成されず、鋳造性を高めることができる。

第５の発明では、第４の発明のタービンハウジングにおいて、
前記第２導入外縁部に設けられた前記突出部は、前記導入管部の入口側端部より下流側に向かって突出量が大きくなるように設定されていることを特徴とする。

例えば、タービンハウジングを内燃機関（エンジン）のシリンダヘッドに取り付ける場合、シリンダヘッドは水冷により排気ガスの温度に比べて十分温度が低くなっているため、タービンハウジングの取付け部分における温度は低くなっている。その場合、内側ハウジングの表面温度は、導入管部の入口側端部から下流側に向かって高くなる。そのような場合に、第５の発明によれば、導入管部の外縁部に設けられた突出部は温度が高くなるほど突出量も大きくなるように設定されるため、十分な放熱効果を得ることができる。また、温度が低い状態の入口側端部では突出量が小さくなるように設定されるため、温度分布に合わせて突出部の突出量が調整され、放熱効果を得つつ内側ハウジングの大型化や重量増加を抑制できる。

第６の発明では、第１の発明乃至第４の発明のいずれか一つのタービンハウジングにおいて、
前記導入管部の入口側端部には、前記導入管部の周方向に沿った外周部から突出する外周突出部が設けられ、
前記外側ハウジングには、前記外周突出部の突出端部に当接する当接部を有し、
前記突出端部と前記当接部とが接合されていることを特徴とする。
上記第５の発明とは逆に、例えば、タービンハウジングを排気マニホールドに取り付ける場合、排気マニホールドは排気ガスの影響により高温状態となっているため、タービンハウジングの取付け部分における温度も高温状態となっている。その場合、内側ハウジングの表面温度は、導入管部の入口側端部においてすでに高温状態となっている。そのような場合に、第６の発明によれば、導入管部の外縁部に設けられた突出部だけでなく、外周突出部においても放熱効果が得られる。これにより、前述のような取付け対象である場合に、導入管部の入口側端部の外周部分においても、過度な高温化が抑制され、当該部位における応力増加とそれによる亀裂発生を抑制できる。

タービンハウジングを示す斜視図。 タービンハウジングを示す分解斜視図。 内側ハウジングを示す平面図。 図３におけるつなぎ部の一部拡大図。 外側ハウジングの開口端部が内側ハウジングの外縁部に当接した状態を一部破断して示す平面図。 図１におけるＡ−Ａ断面図。 内側ハウジングにおける温度分布を示すグラフ。 タービンハウジングの別例における排気入口付近を示す分解斜視図。

以下、本発明を具体化した一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、自動車用の排気タービン過給機（ターボチャージャ）に用いられるタービンハウジングに具体化したものである。

図１及び図２に示すように、本実施形態のタービンハウジング１０は、内側ハウジング１１と、外側ハウジング１２とを備えている。内側ハウジング１１は鋳造製であり、外側ハウジング１２は板金製である。タービンハウジング１０は、この両者の複合によって構成されたものとなっている。

図２及び図３に示すように、内側ハウジング１１は、その外形が全体として概ね渦巻き形状をなしている。内側ハウジング１１は、高耐熱性を有する鋳鉄又は鋳鋼からなり、鋳造によって継目なく一体に形成されている。内側ハウジング１１は、図６も参照して説明すると、導入管部２１と、スクロール管部２２と、タービン室２３（図６参照）と、出口通路部２４とを有している。

導入管部２１は、自動車の内燃機関（エンジン）から流出した排気ガスが内側ハウジング１１に導入された直後に流通する導入部分である。導入管部２１は排気ガスを導入する排気入口２１１を有し、排気入口２１１からの排気導入方向（Ｘ方向）に沿って延びている。図３に示すように、導入管部２１の内部には、導入管部２１に沿って延びる導入流路２１２が形成されている。導入流路２１２は、流路断面が徐々に絞られるように形成されている。図１及び図２に示すように、導入管部２１の排気入口２１１が設けられた入口側端部２１３には、入口フランジ２１４が設けられている。入口フランジ２１４を用いて、タービンハウジング１０がエンジンのシリンダヘッドや排気マニホールド等の上流側部材と連結される。

図２及び図３に示すように、スクロール管部２２は、導入管部２１の排気入口２１１とは反対側の端部から渦巻き状をなすように形成されている。スクロール管部２２におけるスクロール中心軸線Ｃ１は、排気入口２１１に排気ガスが導入される排気導入方向（Ｘ方向）に対して略直交している。図３に示すように、スクロール管部２２にはその内部にスクロール流路２２１が形成されている。

スクロール流路２２１は、スクロール管部２２の形状に沿って渦巻き状をなす流路となっている。その流路入口２２２は導入流路２１２に連通し、円環状に略３６０度の１周をして流路出口２２３に至り、再び流路入口２２２に合流する流路が形成されている。そのため、スクロール管部２２において、スクロール流路２２１の流路入口２２２及び流路出口２２３が設けられた部位が合流部２２４となっている。スクロール流路２２１の流路断面は、その流路入口２２２から流路出口２２３の下流側へ向かって徐々に小さくなるように形成されている。導入流路２１２を経て、流路入口２２２からスクロール流路２２１に流入した排気ガスは、スクロール流路２２１に沿って円環状に流通する。

タービン室２３は、排気タービン過給機のタービンインペラＩが収容される空間である。図６に示すように、タービン室２３は、スクロール管部２２のスクロール中央部に設けられている。このため、タービン室２３の外周側にスクロール管部２２が円環状をなすように設けられている。タービン室２３は、スクロール中心軸線Ｃ１の延びる方向における一方の側に向けて開口しており、開口部分からタービン室２３にタービンインペラＩが収容される。スクロール中心軸線Ｃ１はタービン室２３の中心軸線でもある。

前記スクロール管部２２の内周側には環状連通部２２５が設けられており、その環状連通部２２５により、スクロール流路２２１の内周側はその周方向全域にわたってタービン室２３と連通している。このため、スクロール流路２２１を流通する排気ガスは、円環状に流通しながら、その一部が環状連通部２２５を通じてタービン室２３に徐々に流出する。

図２及び図６に示すように、出口通路部２４は、スクロール管部２２のスクロール中央部において、タービン室２３とは反対側（以下、反タービン側という。）に向けてスクロール管部２２から突出するように立設されている。出口通路部２４は管状をなすように形成され、その管の延びる方向がスクロール中心軸線Ｃ１の延びる方向と平行をなしている。また、出口通路部２４は、その中心軸線がスクロール中心軸線Ｃ１と一致すように設けられている。そして、出口通路部２４の管内には排気流路２４１が形成されている。排気流路２４１の一方の側はタービン室２３に連通してその一部を構成し、他方の側はハウジング外に向けて開口している。この開口部分は、通路出口２４２となる。このため、タービン室２３に導入された排気ガスは、出口通路部２４の排気流路２４１を流通し、その後、通路出口２４２から内側ハウジング１１の外に流出する。

したがって、排気入口２１１から内側ハウジング１１に導入された排気ガスは、導入流路２１２、スクロール流路２２１、タービン室２３及び排気流路２４１を流通し、通路出口２４２からハウジング外に流出する。この流れの途中において、排気ガスがタービン室２３に収容されたタービンインペラＩに衝突し、それによってタービンインペラＩが回転する。

なお、内側ハウジング１１には、図２に示すように、導入管部２１の出口側に、バイパス出口２５が設けられている。バイパス出口２５は、出口通路部２４が設けられた側で開口している。図１に示すように、バイパス出口２５には、当該バイパス出口２５を開閉するバルブ体１３が設けられている。バルブ体１３によってバイパス出口２５が閉じられている場合、前述したように、排気入口２１１から流入した排気ガスは、導入流路２１２からスクロール流路２２１に流入する。一方、バイパス出口２５が開放されている場合、排気入口２１１から流入した排気ガスは、導入流路２１２を流通した後、その一部がスクロール流路２２１へ流入せず、バイパス出口２５から流出する。エンジン始動直後は、バイパス出口２５から排気ガスを流出させることにより、下流側の排気ガス浄化装置が有するガス浄化触媒を早期に活性化させることができる。なお、図２及び図６では、バルブ体１３は省略されている。

以上の内側ハウジング１１において、図３及び図４に示すように、スクロール中心軸線方向から見た平面視における外縁部２６には、その全域が外方へ突出する外側突出部２１６、環状突出部２２７及びつなぎ部２７が設けられている。この外側突出部２１６の突出端部２１７、環状突出部２２７の突出端部２２８及びつなぎ部２７の端縁部２７１によって、前記平面視における内側ハウジング１１の外縁が形成されている。なお、これら外側突出部２１６、環状突出部２２７及びつなぎ部２７が本発明における突出部に相当する。

外側突出部２１６は、導入管部２１の一対の側部２１５ａ，２１５ｂのうち、スクロール管部２２と近接する側の第１側部２１５ａとは反対側の第２側部２１５ｂに設けられている。外側突出部２１６は平板状をなし、第２側部２１５ｂからスクロール中心軸線Ｃ１に対する直交方向へ向けて突出している。外側突出部２１６は、第２側部２１５ｂにおいて、入口側端部２１３から合流部２２４に至るまで設けられている。なお、第１側部２１５ａは本発明における第１導入外縁部に、第２側部２１５ｂは本発明における第２導入外縁部に相当する。

環状突出部２２７は、スクロール管部２２の外周部２２６に設けられている。環状突出部２２７は平板状をなし、外周部２２６からスクロール中心軸線Ｃ１に対する直交方向へ向けて突出している。ここで、説明上の便宜のため、図３に示すように、流路入口２２２から流路出口２２３まで略３６０度の１周をするスクロール流路２２１について、その１周を９０度ずつ区分し、それぞれを第１区間Ｒ１から第４区間Ｒ４と仮に設定する。この区分を前提とすると、第１区間Ｒ１の始点部位及び第４区間Ｒ４の終点部位は合流部２２４に相当する。環状突出部２２７は、第１区間Ｒ１の始点部位（合流部２２４）から第３区間Ｒ３の終点部位に至るまで、それぞれの外周部２２６ａ〜２２６ｃの全域にわたって設けられている。環状突出部２２７と外側突出部２１６とは、途切れることなくつながっている。

図４に示すように、つなぎ部２７は、互いに近接し合う導入管部２１の第１側部２１５ａとスクロール管部２２の第４区間Ｒ４の外周部２２６ｄとで挟まれた領域に設けられている。つなぎ部２７は、第１側部２１５ａ及び第４区間Ｒ４の外周部２２６ｄの両者の間で板状をなして広がっている。そのため、つなぎ部２７は、第１側部２１５ａからスクロール中心軸線Ｃ１に対する直交方向へ向けて突出した内側突出部２１８と、外周部２２６ｄから同方向へ向けて突出した環状突出部２２７ｄとが一体とされている。つなぎ部２７は、環状突出部２２７における第３区間Ｒ３の終点部位と、途切れることなくつながっている。また、つなぎ部２７は、導入管部２１の第１側部２１５ａにおける入口側端部２１３に至るまで形成されている。なお、スクロール管部２２の第４区間Ｒ４は、本発明における「スクロール管部の下流部」に相当する。

次に、外側ハウジング１２について説明する。図１及び図２に示すように、外側ハウジング１２は、内側ハウジング１１の反タービン側に設けられ、内側ハウジング１１と一体化されている。

図２及び図６に示すように、外側ハウジング１２は全体として略筒状をなすように形成されている。外側ハウジング１２は、高耐熱性を有するステンレス鋼等の金属材料を素材とする板金製であり、曲げ等の加工を施すことによって継目なく一体に形成されている。図１、図２及び図６に示すように、外側ハウジング１２は、ハウジング側筒部３１と、出口側筒部３２とを有している。ハウジング側筒部３１は、外側ハウジング１２が延びる方向のうち、内側ハウジング１１の側に設けられ、それとは反対側が出口側筒部３２となっている。

まず、ハウジング側筒部３１は、内側ハウジング１１の反タービン側を取り囲むようにして内部に収容する部分である。図６に示すように、ハウジング側筒部３１には、出口側筒部３２と反対側に開口部３１１が設けられ、その開口部３１１に内側ハウジング１１の反タービン側部分が入り込み、タービン側部分が開口部３１１の外に設けられた状態となっている。ハウジング側筒部３１の内側には、出口通路部２４やバイパス出口２５も収容されている。

図１及び図５に示すように、開口部３１１を形成する開口端部３１２は、内側ハウジング１１の外縁部２６に当接している。開口端部３１２は、外側突出部２１６の突出端部２１７に当接する第１当接部３１３と、環状突出部２２７の突出端部２２８に当接する第２当接部３１４と、つなぎ部２７の端縁部２７１に当接する第３当接部３１５とを有している。

第１当接部３１３と第３当接部３１５との間には、図２に示すように、導入管部２１に被さる導入側覆い部３１６が設けられている。導入側覆い部３１６は、図１及び図２に示すように、排気導入方向（Ｘ方向）から見た場合の横断面が略半円形状をなすドーム状に形成され、ハウジング側筒部３１から外方へ突出するように形成されている。導入側覆い部３１６の突出先端部３１７は、導入管部２１の入口側端部２１３における入口の周方向に沿った外周部２１９に当接している。それにより、導入管部２１に導入側覆い部３１６が被さった状態となっている。

図６に示すように、これら各当接部分が溶接によって接合され、接合部分に溶接部１４が設けられている。この溶接接合によって、内側ハウジング１１と外側ハウジング１２とのつなぎ目がすべて塞がれつつ両者が一体化されている。

なお、ハウジング側筒部３１には、内側ハウジング１１のバイパス出口２５を開閉するバルブ体１３を回動させるための回動機構の一部となるブッシュが設けられるブッシュ設置孔３３が設けられている。

次に、図２及び図６に示すように、出口側筒部３２は略円筒状をなすように形成されており、その中心軸線Ｃ２は、内側ハウジング１１におけるスクロール中心軸線Ｃ１と平行をなしている。出口側筒部３２の内側空間には、ハウジング側筒部３１の内側空間に連通する出口流路３２１が形成されている。そのため、出口通路部２４の通路出口２４２やバイパス出口２５から流出した排気ガスは、出口流路３２１に流入して流通し、その後、出口側筒部３２の内側ハウジング１１の側とは反対側の開口部分から排出される。この開口部分は、タービンハウジング１０の排気出口３２２となっている。排気出口３２２には、出口フランジ３２３が設けられている。出口フランジ３２３を用いて、タービンハウジング１０が触媒装置等の下流側部材と連結される。

以上の構成を有する本実施形態のタービンハウジング１０では、外側ハウジング１２の開口端部３１２を当接させる内側ハウジング１１の部位が、従来と異なっている。つまり、外側ハウジング１２の開口端部３１２を、導入管部２１やスクロール管部２２の管外面に直に当接させるのではなく、内側ハウジング１１が有する外側突出部２１６、環状突出部２２７の各突出端部２１７，２２８やつなぎ部２７の端縁部２７１に当接させている。その上で、当該当接部分で溶接している。そのため、溶接部１４が設けられた接合部位は、導入管部２１やスクロール管部２２の管外面から離間した位置に設けられることとなる。

そうすると、図６に示すように、高温状態の排気ガスの流通によって、導入管部２１やスクロール管部２２の管外面の温度が高まっても、その熱が接合部位に伝わる前に、環状突出部２２７及びつなぎ部２７の側面から放熱される。この放熱効果により、接合部位における過度な高温化が抑制され、当該部位における応力増加とそれによる亀裂発生が抑制される。

加えて、本実施形態のタービンハウジング１０では、外側突出部２１６、環状突出部２２７及びつなぎ部２７は、それぞれが設けられる部位に応じて、異なる突出長Ｌ１〜Ｌ３を有している。これは、排気ガスが流通している状態における導入管部２１及びスクロール管部２２の温度分布が異なっているためであり、その温度分布に応じた突出長Ｌ１〜Ｌ３が設定されている。放熱効果を得るためには突出長Ｌ１〜Ｌ３が長い方が好ましい一方で、外側突出部２１６や環状突出部２２７及びつなぎ部２７の存在はタービンハウジング１０の大型化や重量増加を招く原因となってしまう。そのため、放熱効果と大型化・重量増加とのバランスから、導入管部２１及びスクロール管部２２において、比較的温度が低くなっている部位では、突出長Ｌ１〜Ｌ３が短く（突出量が小さく）なるように設定されている。また、比較的温度が高くなっている部位では、突出長Ｌ１〜Ｌ３が長く（突出量が大きく）なるように設定されている。

以下、外側突出部２１６、環状突出部２２７及びつなぎ部２７の各突出長Ｌ１〜Ｌ３について、さらに具体的に説明する。なお、ここでは、外側突出部２１６の突出長Ｌ１は、スクロール中心軸線方向から見た場合（図３に示す状態）において、排気導入方向（Ｘ方向）に対して直交方向の長さを意味している。環状突出部２２７の突出長Ｌ２は、径方向に突出する長さを意味している。また、図４に示すように、つなぎ部２７の突出長Ｌ３は、導入管部２１の第１側部２１５ａ及びスクロール管部２２の第４区間Ｒ４における外周部２２６ｄと、つなぎ部２７の端縁部２７１との間の最短距離をとった長さを意味している。

さらに、本実施形態のタービンハウジング１０は、入口フランジ２１４を用いて、エンジンのシリンダヘッドに取り付けられる場合を想定している。シリンダヘッドは、エンジン駆動中に水冷されるために温度上昇が抑制され、それにより、導入管部２１の入口側端部２１３でも温度上昇が抑制され、排気ガスが有する温度と比較して十分温度が低くなっている。このタービンハウジング１０における温度分布は、次のとおりとなっている。

すなわち、図７に示すように、シリンダヘッドに取り付けられる導入管部２１の入口側端部２１３において最も温度が低い状態となっている。これは、取付け対象のシリンダヘッドが有する温度の影響を受け、入口側端部２１３の温度も、排気ガスの温度と比較して十分低くなっているからである。そして、その入口側端部２１３から導入管部２１の下流側へ向かうにしたがい、導入流路２１２を流通する高温状態の排気ガスの影響を受けて、温度は徐々に高くなっていく。導入管部２１の下流端部でありかつスクロール管部２２の上流端部（第１区間Ｒ１の始点部分）は、合流部２２４に当たる部分であり、ここで温度がピークとなる。

その後、スクロール管部２２の下流側へ向かうにしたがって、スクロール流路２２１を流通する排気ガスの一部はタービン室２３に流出し、排気ガスの温度がスクロール管部２２に与える影響が小さくなる。そのため、第３区間Ｒ３の終点部分に至るまで、スクロール管部２２の温度は徐々に低下する。

第４区間Ｒ４では、温度上昇している導入管部２１の下流側に近接しているため、その温度上昇の影響を受けやすく、また、終点部分は合流部２２４にあたる。そのため、この第４区間Ｒ４では、始点部分から終点部分に至るまで温度が再上昇し、終点の合流部２２４において再び温度のピークとなる。

このような温度分布を受け、まず、外側突出部２１６の突出長Ｌ１は、入口側端部２１３が設けられた上流端部において、外側突出部２１６の中で最も短く（突出量が小さく）なるように設定されている。この場合の突出長Ｌ１の範囲は、例えば２ｍｍ以下に設定することが好ましい。外側突出部２１６の突出長Ｌ１は、そこから導入管部２１の下流側に向かって徐々に長く（大きく）なるように設定されている。そして、導入管部２１の下流端部において、外側突出部２１６の中で突出長Ｌ１が最も長く（突出量が最も大きく）なるように設定されている。この場合の突出長Ｌ１の範囲は、例えば５〜２０ｍｍに設定することが好ましい。

環状突出部２２７の突出長Ｌ２は、スクロール管部２２の上流端部において、外側突出部２１６がその下流端において有する突出長Ｌ１を引き継いでいる。環状突出部２２７は、そこから第３区間Ｒ３の終点部分まで徐々に短くなり、第３区間Ｒ３の終点部分において最も短く（突出量が小さく）なるように設定されている。この場合に、第１区間Ｒ１の終点部分でありかつ第２区間Ｒ２の始点部分における突出長Ｌ２の範囲は、例えば４〜１５ｍｍに設定することが好ましい。第２区間Ｒ２の終点部分でありかつ第３区間Ｒ３の始点部分における突出長Ｌ２の範囲は、例えば２〜１０ｍｍに設定することが好ましい。第３区間Ｒ３の終点部分でありかつ第４区間Ｒ４の始点部分における突出長Ｌ２の範囲は、例えば１０ｍｍ以下に設定することが好ましい。

つなぎ部２７の突出長Ｌ３は、その上流端部において、環状突出部２２７がその下流端において有する突出長Ｌ２を引き継いでいる。また、導入管部２１の第１側部２１５ａにおいて、入口側端部２１３が設けられた上流端部での突出長Ｌ３は、つなぎ部２７の中で最も短く（突出量が最も小さく）なるように設定されている。この場合の突出長Ｌ３の範囲は、例えば２ｍｍ以下に設定することが好ましい。スクロール管部２２における第４区間Ｒ４の終点部分（合流部２２４）からの突出長Ｌ３については、つなぎ部２７の中で最も長く（突出量が最も大きく）なるように設定されている。この場合の突出長Ｌ３の範囲は、例えば５〜４０ｍｍに設定することが好ましい。

このように、タービンハウジング１０では、内側ハウジング１１において、外側突出部２１６、環状突出部２２７及びつなぎ部２７の各突出長Ｌ１〜Ｌ３は、それぞれが設けられる部位の温度分布に応じて異なる長さ（異なる突出量）となるように設定されている。これにより、外側突出部２１６、環状突出部２２７及びつなぎ部２７による放熱効果を得ながら、タービンハウジング１０の大型化や重量増加を抑制できる。

本実施形態のタービンハウジング１０の構成及び得られる作用効果は以上のとおりであり、これをまとめると以下の通りである。

（１）内側ハウジング１１の外縁部２６には外側突出部２１６、環状突出部２２７及びつなぎ部２７が設けられ、それらの突出端部２１７，２２８や端縁部２７１に外側ハウジング１２の開口端部３１２が接合されている。そのため、高温状態の排気ガスが流通することにより導入管部２１やスクロール管部２２の表面温度が高まっても、内側ハウジング１１と外側ハウジング１２との接合部位にその熱が伝わる前に、各突出部２１６，２２７及びつなぎ部２７の側面から放熱される。この放熱効果により、接合部位における過度な高温化が抑制され、当該部位における応力増加とそれによる亀裂発生を抑制できる。

（２）スクロール管部２２の合流部２２４は、高温状態の排気ガスの影響を受け、内側ハウジング１１の中で最も表面温度が高くなる。外側突出部２１６及び環状突出部２２７は、この合流部２２４の外縁部２６にあたる導入管部２１の下流端部（スクロール管部２２の上流端部）において、突出長Ｌ１，Ｌ２が最も長くなるように設定されている。そのため、合流部２２４では、外側突出部２１６及び環状突出部２２７によって十分な放熱効果が得られ、内側ハウジング１１と外側ハウジング１２との接合部位における過度な高温化を好適に抑制できる。

（３）スクロール管部２２では、合流部２２４から下流側に向けて表面温度が低下する。そのため、環状突出部２２７の突出長Ｌ２が短くなるように設定しても、内側ハウジング１１と外側ハウジング１２との接合部位における過度な高温化を抑制できる。その一方で、突出長Ｌ２を短くしたことにより、内側ハウジング１１の大型化や重量増加を抑制できる。したがって、スクロール管部２２に沿った表面温度分布に合わせて環状突出部２２７の突出長Ｌ２が調整され、放熱効果を得つつ内側ハウジング１１の大型化や重量増加を抑制できる。

（４）導入管部２１の第１側部２１５ａとスクロール管部２２の第４区間Ｒ４における外周部２２６ｄとの間に、平板状をなすつなぎ部２７が設けられている。第１側部２１５ａから突出する内側突出部２１８と外周部２２６ｄから突出する環状突出部２２７ｄとを個別に形成するよりも、両者が一体化されて表面積が広がり、放熱効果が高められる。特に、スクロール管部２２の第４区間Ｒ４では、合流部２２４に近づくにつれて表面温度が上昇するため、放熱効果の高まりは、内側ハウジング１１と外側ハウジング１２との接合部位における過度な高温化の抑制に好適となる。また、内側ハウジング１１は鋳造製であるため、平板状をなすつなぎ部２７として一体化することで、第１側部２１５ａと外周部２２６ｄとの間に隙間が形成されず、鋳造性を高めることができる。

（５）タービンハウジング１０がシリンダヘッドに取り付けられているため、導入管部２１における温度は入口側端部２１３から下流側に向かって高くなる。導入管部２１に設けられた外側突出部２１６は、下流側に向かって突出長Ｌ１が長くなるように設定されているため、導入管部２１の温度が高くなるにつれ、十分な放熱効果が得られる。また、温度が低い状態の入口側端部２１３では突出長Ｌ１が短くなるように設定されるため、温度分布に合わせて外側突出部２１６の突出長Ｌ１が調整され、放熱効果を得つつ内側ハウジング１１の大型化や重量増加を抑制できる。

なお、タービンハウジング１０の構成については、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば以下のように実施してもよい。

（ａ）上記実施の形態では、外側突出部２１６の突出長Ｌ１が導入管部２１の入口側端部２１３から下流側に向けて徐々に長くなるように設定されているが、全域にわたって同じ突出長Ｌ１となるように設定してもよい。また、突出長Ｌ１を徐々に長くしたり長さを一定としたりするだけでなく、複数の異なる長さとなるように設定してもよい。

（ｂ）上記実施の形態では、外側突出部２１６の突出長Ｌ１が導入管部２１の入口側端部２１３で最も短くなるように設定されているが、入口側端部２１３における突出長Ｌ１をより長くなるように設定してもよい。例えば、タービンハウジング１０を排気マニホールドに取り付ける場合、排気マニホールドは排気ガスの影響により高温状態となっているため、タービンハウジング１０の入口側端部２１３における温度も高温状態となっている。そのような場合に、入口側端部２１３においても外側突出部２１６の突出長Ｌ１として、少なくとも外側ハウジング１２の板厚以上の長さが設定されることにより、放熱効果が得られ、応力増加とそれによる亀裂発生を抑制できる。

また、このように入口側端部２１３においても高温状態となる場合、図８に示すように、導入管部２１の外周部２１９に外周突出部２１０を設けた構成を採用してもよい。この場合、外周突出部２１０の突出端部と導入側覆い部３１６の突出先端部３１７とを当接させ、その当接部分を溶接等によって接合させる。これにより、外周部２１９においても外周突出部２１０による放熱効果が得られるため、入口側端部２１３の外周部２１９で過度な高温化が抑制され、当該外周部２１９における応力増加とそれによる亀裂発生を抑制できる。

（ｃ）上記実施の形態では、環状突出部２２７の突出長Ｌ２がスクロール管部２２の合流部２２４より下流側に向けて徐々に短くなるように設定されているが、全域にわたって同じ突出長Ｌ２となるように設定してもよい。また、第１区間Ｒ１から第３区間Ｒ３の区間ごとで同じ突出長Ｌ２となるように設定し、第１区間Ｒ１、第２区間Ｒ２、第３区間Ｒ３の順に突出長Ｌ２が短くなるように設定してもよい。

（ｄ）上記実施の形態では、導入管部２１の第１側部２１５ａとスクロール管部２２の第４区間Ｒ４における外周部２２６ｄとの間に、つなぎ部２７が設けられている。これに代えて、第１側部２１５ａから突出する内側突出部２１８と、外周部２２６ｄから突出する環状突出部２２７ｄとを個別に形成してもよい。

（ｅ）上記実施の形態では、内側ハウジング１１と外側ハウジング１２との接合を溶接によって行ったが、ろう付などの界面接合などを用いて接合してもよい。

（ｆ）上記実施の形態では、自動車用の排気タービン過給機に用いられるタービンハウジング１０を例としたが、船舶や航空機等、自動車以外の内燃機関に設けられる排気タービン過給機に適用してもよい。

１０…タービンハウジング、１１…内側ハウジング、１２…外側ハウジング、２１…導入管部、２１５ａ…第１側部（第１導入外縁部）、２１５ｂ…第２側部（第２導入外縁部）、２１６…外側突出部（突出部）、２２…スクロール管部、２２２…流路入口、２２３…流路出口、２２４…合流部、２２７…環状突出部（突出部）２３…タービン室、２４…出口通路部、２６…外縁部、２７…つなぎ部、３１１…開口部、３１２…開口端部、４２２…排気出口。

Claims (4)

1. タービンインペラが収容されるタービン室を取り囲み、排気ガスを円環状に流通させつつ前記タービン室に流出させるスクロール流路が設けられたスクロール管部と、排気ガスを前記スクロール流路に導く導入管部と、前記タービン室から流出する排気ガスが流通する出口通路部とを有する鋳造製の内側ハウジングと、
   スクロール中心軸線方向からみた場合における前記内側ハウジングの外縁部を囲う開口端部と、前記開口端部を形成する開口部と反対側に設けられ、前記出口通路部から流出した排気ガスを排出する排気出口とを有する板金製の外側ハウジングと、
   を備え、
   前記内側ハウジングの前記外縁部には外方へ突出する突出部が設けられ、当該突出部の突出端部と前記外側ハウジングの前記開口端部とが接合されることにより、前記外側ハウジングと前記内側ハウジングとが一体化され、
   前記スクロール流路は、排気ガスが流入する流路入口と、排気ガスが流出する流路出口とを有し、流路出口から流出した排気ガスは流路入口から流入する排気ガスと合流するように形成されており、
   前記突出部は、前記流路入口と前記流路出口とが設けられた合流部において、前記外縁部における他の部位よりも突出量が大きくなるように設定され、
   前記突出部は、前記合流部から前記スクロール流路の下流側に向けて、突出長が徐々に短くなるように設定されていることを特徴とするタービンハウジング。
2. タービンインペラが収容されるタービン室を取り囲み、排気ガスを円環状に流通させつつ前記タービン室に流出させるスクロール流路が設けられたスクロール管部と、排気ガスを前記スクロール流路に導く導入管部と、前記タービン室から流出する排気ガスが流通する出口通路部とを有する鋳造製の内側ハウジングと、
   スクロール中心軸線方向からみた場合における前記内側ハウジングの外縁部を囲う開口端部と、前記開口端部を形成する開口部と反対側に設けられ、前記出口通路部から流出した排気ガスを排出する排気出口とを有する板金製の外側ハウジングと、
   を備え、
   前記内側ハウジングの前記外縁部には外方へ突出する突出部が設けられ、当該突出部の突出端部と前記外側ハウジングの前記開口端部とが接合されることにより、前記外側ハウジングと前記内側ハウジングとが一体化され、
   前記導入管部の入口側端部には、前記導入管部の周方向に沿った外周部から突出する外周突出部が設けられ、
   前記外側ハウジングには、前記外周突出部の突出端部に当接する当接部を有し、
   前記突出端部と前記当接部とが接合されていることを特徴とするタービンハウジング。
3. 前記軸線方向からみた場合に、前記導入管部は、前記スクロール管部の下流部に近接する第１導入外縁部と、前記導入管部を挟んだ反対側の第２導入外縁部とを有し、
   前記第１導入外縁部に設けられる前記突出部と、前記スクロール管部の下流部に設けられる前記突出部とが一体となり、前記第１導入外縁部と前記スクロール管部の前記下流部とをつなぐ平板状のつなぎ部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のタービンハウジング。
4. 前記第２導入外縁部に設けられた前記突出部は、前記導入管部の入口側端部より下流側に向かって突出量が大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項３に記載のタービンハウジング。

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