JP6754658B2 - 排気ターボ過給機用タービンの製造方法 - Google Patents

Description

本願発明は、自動車用等の内燃機関に設ける排気ターボ過給機に使用するタービンの製造方法に関するものである。

排気ターボ過給機は、排気ガスで駆動されるタービンによってコンプレッサを回転させるものであり、タービンとコンプレッサとは回転軸によって連結されている。そして、タービンと回転軸との固定手段としては、回転軸の一端部をタービンに形成した穴に強制嵌合するタイプが一般的であるが、特許文献１には、タービンを回転軸にボルト又はナットで締結していると思われる構造が開示されている。他方、従来の強制嵌合方式では、タービンには、一端部のみに開口した袋穴を空けて、この袋穴に回転軸の一端部を強制的に嵌め込んでいる。

特公昭５８−４９６９１号公報

特許文献１はねじ止め方式と推測されるが、ねじ止め方式は、組み立てに手間がかかる問題や、緩みが発生する可能性などがある。これに対して強制嵌合方式は、組み立てを短時間で行えると共に緩みも生じない利点があり、そこで、強制嵌合方式が一般化している。

さて、タービンの回転トルクはウエストゲートバルブによって制御されており、制御の応答性（すなわち過給の応答性）を良くするには、できるだけタービンの回転の慣性力が小さいのが好ましく、そのためには、タービンはできるだけ軽量化すべきである。また、タービンは排気ガスに晒されて高温になるため、放熱性もできるだけ良くすべきである。

しかし、ねじ式にしても強制嵌合方式にしても、従来のものは軽量化や放熱性が配慮されているとは言い難く、まだ改良の余地があるといえる。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

本願発明は、排気ターボ過給機に使用するタービンの製造方法に係るもので、前記タービンは、その両端に開口した中心穴が空いた状態に製造されており、使用状態において回転軸の一端部が前記中心穴に強制的に嵌着される構成において、
前記中心穴が１つの蓋で塞がれた状態の中間品を鋳造又はダイキャストで製造してから、前記蓋を除去して前記中心穴を両端に開口させることを特徴とするものである。

本願発明のタービンは、回転軸を強制嵌合する方式でありつつ、中心穴が両端に開口しているため、タービンを軽量化して回転慣性力を低減できる。このため、ウエストゲートバルブを過給制御の応答性を向上できる。従って、自動車用に適用すると、ドライバビリティを向上できる。

また、中心穴は排気ガスの排出方向に向いて開口しているため、従来に比べてタービンの放熱面積を増大でき、その結果、放熱性を向上して耐久性の向上に貢献できる。また、回転軸を強制嵌合するに際して、タービンの内部に空気が溜まるとこれが反力として回転軸に作用するが、本願発明では空気がタービンの内部に溜まることはないため、回転軸の強制嵌合をしっかりと行うことができる。

さて、タービンは複雑な形状であるため、特殊な合金を使用して鋳造していることが多い。この鋳造においては、高い品質を維持するためには、金属湯が鋳型の空所に均等に流れ込むことが要請される。しかるに、本願発明では、蓋の箇所から金属湯を鋳型に流すことにより、金属湯を鋳型の空所の各部位に等しい速度で流し込むことができるため、鋳込み不良のような問題が生じることはなく、高い品質を確保できる。

そして、中間品から蓋を切除すると、中心穴は両端に開口するために、上記した効果を享受できる。従って、本願発明によると、品質に優れて軽量化されたタービンを、容易に製造することができる。

（Ａ）は実施形態により製造されたタービンを使用した排気ターボ過給機の要 部縦断正面図、（Ｂ）はタービンの側面図、（Ｃ）はタービンの正面図である。 （Ａ）はタービンハウジングと回転軸との分離縦断正面図、（Ｂ）（Ｃ）はタービンの製造工程での中間品を示す図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、方向を明確にするため前後・左右の文言を使用するが、これは、回転軸の長手方向を左右方向として、これと直交した水平方向を前後方向としている。

図１（Ａ），図２（Ａ）に示すように、排気ターボ過給機は、ブレード式のタービン１を備えており、タービン１には回転軸２の一端部が強制嵌合によって固定されている。回転軸２の他端部にはコンプレッサが固定されているが、これは省略している。

タービン１は、タービンハウジング３に形成されたタービン室４に配置されており、他方、回転軸２は、中間ハウジング５に形成された軸受け部６に、フローティングメタル７を介して回転自在に保持されている。本実施形態では、タービンハウジング３と中間ハウジング５とは、アルミの鋳造によって一体に製造されている。中間ハウジング５のうちタービンハウジング３と反対側の端部には、図１（Ａ）に一部だけ示すコンプレッサハウジング８が、Ｃ形のストッパーリング９を介して抜け不能に嵌まっている。

タービンハウジング３には、タービン室４の外周部に連通したタービン側スクロール空間１０が形成されており、タービン側スクロール空間１０を挟んだ左右両側に、冷却水ジャケット１１が形成されている。軸受け部６の上部には、上下方向に貫通したオイル入口１２が形成されている。また、軸受け部６の下方には、空洞状のオイル出口空間１３が形成されている。更に、軸受け部６の左右両側方には、空洞部１４が形成されており、空洞部１４は、オイル出口空間１３と連通している。

軸受け部６のうちコンプレッサハウジング８の側の端部には、金属製の第１オイルシール１５を固定している。なお、第１オイルシール１５の断面表示（ハッチング）は省略している。また、中間ハウジング５の左端部は大きく開口しており、この大径の開口部にリテーナリング１６が固定されており、リテーナリング１６と第１オイルシール１５との間には、第２オイルシール１７が介在している。第２オイルシール１７は第１オイルシール１５に固定されている。

回転軸２のうち、タービンハウジング３の貫通穴（内周穴）３ａに嵌まっている一端寄り部位は、フローティングメタル７に嵌まっている部分より大径になっており、この大径部に複数の環状溝１８を形成して、環状溝１８にオイルシール１９を装着している。

排気ガスは、タービン側スクロール空間１０に周方向から流入して、タービン１を回転駆動する仕事をしてから軸方向に排出される。従って、タービンハウジング３には、タービン室４に連通した排気出口２０が、軸方向に向いて開口している。

本実施形態では、タービンハウジング３と中間ハウジング５とが一体化しているため、回転軸２及びタービン１は、排気出口２０の側からタービン室４に嵌め込む必要がある。そこで、タービン室４の外周はストレート状に形成されて、タービン１を構成するブレード２１の稜線も、正面で軸線と平行な部分を有している。

そして、タービン１には、その一端と他端とに開口するストレート状の中心穴２２が空いており、回転軸２の一端部２ａが、中心穴２２の端部に、焼き嵌め等の強制嵌合で固定されている。従って、タービン１を軽量化して過給制御の応答性を向上できると共に、表面積の増大によって放熱性も向上できる。

タービン１は合金鋼等の金属を用いた鋳造品であり、図２（Ｂ）（Ｃ）に示すように、他端部が蓋２３で塞がれた状態の中間品２４を鋳造してから、蓋２３を切削加工で切除して製品と成している。この場合、図２（Ｂ）の例では、蓋２３は、タービン１の他端面に連続した有底筒状に形成されており、フライス加工や旋盤加工で蓋２３を除去している。従って、タービン１の他端面の仕上げも同時に行われている。他方、図２（Ｃ）に示す例では、蓋２３は、その一部がタービン１の内部に入った栓の状態に形成されており、ドリル２５によって切除している。従って、図２（Ｃ）では、蓋２３の切除と中心穴２２の精度出しとを同時に行える。

いずれにしても、蓋２３は中心穴２２を塞いでいるため、鋳造に際しては、金属湯が蓋２３の箇所を介して鋳型の内部に均等に流れていく。このため、タービン１を高い精度で製造できると共に、品質も安定させることができる。つまり、蓋２３の部分が金属湯を均等に流す分配口として機能するため、タービン１を高精度で安定的に製造できるのである。

上記の実施形態は、タービンハウジングと中間ハウジングとを一体化しているが、本願発明は、タービンハウジングと中間ハウジングとが別体になっているタイプにも適用できる。従って、タービン１を構成するブレードは様々な形状を採用できる。また、実施形態の中心穴２２はストレート穴であったが、中心穴を、異なる内径の部分がある異径穴に形成することも可能である。

本願発明は、実際に排気ターボ過給機に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ タービン
２ 回転軸
３ タービンハウジング
４ タービン室
５ 中間ハウジング
６ 軸受け部
１０ タービン側スクロール空間
１４ 排気出口
２２ 中心穴
２３ 中間品の蓋
２４ 中間品

Claims (1)

1. 排気ターボ過給機に使用するタービンの製造方法であって、
   前記タービンは、その両端に開口した中心穴が空いた状態に製造されており、使用状態において回転軸の一端部が前記中心穴に強制的に嵌着される構成において、
   前記中心穴が１つの蓋で塞がれた状態の中間品を鋳造又はダイキャストで製造してから、前記蓋を除去して前記中心穴を両端に開口させることを特徴とする、
   排気ターボ過給機用タービンの製造方法。

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