JP7393989B2

JP7393989B2 - Turbine housing for exhaust turbo supercharger

Info

Publication number: JP7393989B2
Application number: JP2020052733A
Authority: JP
Inventors: 基樹小西
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2020-03-24
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2023-12-07
Anticipated expiration: 2040-03-24
Also published as: JP2021152347A

Description

本願発明は、排気ターボ過給機用タービンハウジングに関するものである。 The present invention relates to a turbine housing for an exhaust turbocharger.

車両用の内燃機関において、出力向上等のために排気ターボ過給機を設けることは広く行われている。この排気ターボ過給機は、タービンハウジングとコンプレッサハウジングと軸受ハウジングとを備えており、タービンハウジングには、タービン翼の回転方向に向かって断面積が縮小したタービンスクロール室と、タービンスクロール室の始端に連通した排気ガス導入通路と、タービン翼の回転軸心方向に開口した排気ガス出口通路とが形成されている。 2. Description of the Related Art In internal combustion engines for vehicles, it is widely practiced to provide an exhaust turbo supercharger in order to improve output. This exhaust turbo supercharger includes a turbine housing, a compressor housing, and a bearing housing. An exhaust gas introduction passage communicating with the turbine blade and an exhaust gas outlet passage opening in the direction of the rotation axis of the turbine blade are formed.

そして、タービンスクロール室は、タービン翼の軸心と直交した方向の幅を変えることにより、タービン翼の回転方向に向かって断面積を縮小させているが、このタービンスクロール室の形状に起因して、タービンスクロール室の終端部と前記排気ガス導入通路の終端部とで挟まれた部位は、排気ガス出口通路に向かって厚さが縮小した舌部になっている。 The cross-sectional area of the turbine scroll chamber is reduced in the direction of rotation of the turbine blade by changing the width in the direction perpendicular to the axis of the turbine blade, but due to the shape of the turbine scroll chamber, A portion sandwiched between the terminal end of the turbine scroll chamber and the terminal end of the exhaust gas introduction passage forms a tongue portion whose thickness decreases toward the exhaust gas outlet passage.

舌部は先端に向けて薄くなっているため、排気ガスの熱による損傷や、膨張・収縮に起因した熱応力によって亀裂が発生しやすいという問題があり、そこで、従来から対応策が提案されている。その例として特許文献１には、舌部に、これをタービン翼の回転軸心の方向に分断するスリットを形成することが開示されている。 Because the tongue becomes thinner toward the tip, it is susceptible to damage from exhaust gas heat and cracks due to thermal stress caused by expansion and contraction.Therefore, countermeasures have been proposed. There is. As an example, Patent Document 1 discloses that a slit is formed in the tongue portion to divide the tongue portion in the direction of the rotation axis of the turbine blade.

特許第５２６０２５８号公報Patent No. 5260258

特許文献１は、熱応力が舌部の表面部において大きいことを利用して、表面部にスリットを形成することによって熱応力を吸収しようとするものであるが、スリットを形成すると舌部の表面積が増大するため、スリットの箇所に熱が籠もる現象が発生して、スリットの箇所が過剰昇温して損傷しやすくなることが懸念される。特に、軽量化のためにタービンハウジングをアルミ製にした場合には、熱による損傷が強く懸念される。 Patent Document 1 attempts to absorb thermal stress by forming slits on the surface of the tongue, taking advantage of the fact that the thermal stress is large on the surface of the tongue. However, forming the slits reduces the surface area of the tongue. As a result, there is a concern that a phenomenon in which heat is trapped in the slit location may occur, causing the slit location to become excessively heated and easily damaged. In particular, if the turbine housing is made of aluminum in order to reduce weight, there is a strong concern that it will be damaged by heat.

更に、排気ガスがスリットを介して下流側に漏洩することにより、排気ガスに乱れが発生してタービン翼の円滑な高速回転が阻害されたり、過給効率が低下したりすることも懸念される。 Furthermore, there are concerns that exhaust gas leaking downstream through the slits may cause turbulence in the exhaust gas, impeding the smooth high-speed rotation of the turbine blades and reducing supercharging efficiency. .

本願発明はこのような現状を背景に成されたものであり、タービン翼の回転に悪影響を及ぼすことなく舌部の損傷や亀裂を防止できるタービンハウジングを、簡単な構造で提供しようとするものである。 The present invention was made against the background of this current situation, and aims to provide a turbine housing with a simple structure that can prevent damage and cracks on the tongue without adversely affecting the rotation of the turbine blade. be.

本願発明のタービンハウジングは、
「タービン翼の回転方向に向かって断面積が縮小したタービンスクロール室と、前記タービンスクロール室の始端に連通した排気ガス導入通路とを備えており、
前記タービンスクロール室の終端部と前記排気ガス導入通路の終端部とで挟まれた部位は、排気ガスの流れ方向に向けて厚さが縮小した舌部になっている」
という基本構成になっている。 The turbine housing of the present invention is
``Equipped with a turbine scroll chamber whose cross-sectional area decreases in the direction of rotation of the turbine blades, and an exhaust gas introduction passage communicating with the starting end of the turbine scroll chamber,
The portion sandwiched between the terminal end of the turbine scroll chamber and the terminal end of the exhaust gas introduction passage is a tongue portion whose thickness decreases in the flow direction of the exhaust gas.
This is the basic configuration.

そして、請求項１の発明では、上記基本構成において、
「前記舌部のうち前記排気ガス導入通路の終端部に露出した面に、前記排気ガス導入通路の終端部のみに開口して前記タービンスクロール室の終端部には連通していない切り欠き溝が、排気ガスの流れ方向に向かって深くなるように形成されている」
という特徴を備えている。 In the invention of claim 1, in the basic configuration,
"A notch groove is provided on a surface of the tongue portion exposed at the terminal end of the exhaust gas introduction passage that is open only to the terminal end of the exhaust gas introduction passage and does not communicate with the terminal end of the turbine scroll chamber . , is formed to become deeper in the direction of exhaust gas flow .
It has the following characteristics.

また、請求項２の発明では、上記基本構成において、
「前記舌部における前記排気ガス導入通路の終端部に露出した面と前記タービンスクロール室の終端部に露出した面とのうちいずれか一方又は両方に、圧縮変形可能なセラミック系素材より成る遮熱材が充填された切り欠き溝を形成している」
という特徴を備えている。
この請求項２の発明では、切り欠き溝は、請求項１のように排気ガス導入通路の終端部とタービンスクロール室の終端部との両方に連通していない態様であってもよいし、特許文献１のように、排気ガス導入通路の終端部とタービンスクロール室の終端部との両方には連通したスリットタイプであってもよい。 Moreover, in the invention of claim 2, in the above basic configuration,
" A heat shield made of a compressively deformable ceramic material on either or both of the surface of the tongue exposed at the terminal end of the exhaust gas introduction passage and the surface exposed at the terminal end of the turbine scroll chamber. It forms a cutout groove filled with material.
It has the following characteristics.
In the invention of claim 2, the notch groove may be in a mode in which it does not communicate with both the terminal end of the exhaust gas introduction passage and the terminal end of the turbine scroll chamber as in claim 1, or As in Document 1, it may be of a slit type that communicates with both the terminal end of the exhaust gas introduction passage and the terminal end of the turbine scroll chamber.

本願両発明において、切り欠き溝は、舌部の先端に向けて切り開かれているのが好ましい。また、切り欠き溝の始端は、舌部を超えて上流側まで延びていてもよい。 In both inventions of the present application, it is preferable that the notch groove is cut out toward the tip of the tongue . Further, the starting end of the notch groove may extend beyond the tongue to the upstream side.

切り欠き溝は鋳造時に形成してもよいし、フライスカッター等の切削工具を使用して後加工によって形成してもよい。或いは、削り代を残した状態で鋳造によって中間状態を形成してから、切削加工で仕上げることも可能である。請求項２の発明では、遮熱材の充填は後加工によって行われる。 The cutout grooves may be formed during casting, or may be formed by post-processing using a cutting tool such as a milling cutter. Alternatively, it is also possible to form an intermediate state by casting with a machining allowance left and then finish it by cutting. In the invention of claim 2, filling of the heat shield material is performed by post-processing.

さて、タービンスクロール室はタービン翼の回転軸心方向にある程度の幅があるため、舌部の先端はタービン翼の回転軸心方向（タービンスクロール室の幅方向）に細長い形状になっている。このため、排気ターボ過給機の運転・停止に伴って、舌部は、主としてその幅方向に膨張・収縮することになる。従って、熱応力も幅方向に作用し、特段の対策を施していない場合は、特に収縮によって蓄積した残留応力により、舌部をその幅方向に分離するような（回転軸の軸心方向に引き裂くような）亀裂が発生しやすい。 Since the turbine scroll chamber has a certain width in the direction of the rotation axis of the turbine blade, the tip of the tongue has an elongated shape in the direction of the rotation axis of the turbine blade (width direction of the turbine scroll chamber). Therefore, as the exhaust turbocharger starts and stops, the tongue expands and contracts mainly in its width direction. Therefore, thermal stress also acts in the width direction, and if no special measures are taken, the residual stress accumulated due to shrinkage may cause the tongue to separate in the width direction (tear in the axial direction of the rotating shaft). ) cracks are likely to occur.

これに対して本願両発明では、舌部に切り欠き溝が存在することにより、舌部が過給機の運転・停止の繰り返しによって膨張・収縮の変形作用を繰り返し受けても、その変形は切り欠き溝によって吸収され残留応力の蓄積を防止又は著しく抑制できる。これにより、舌部に亀裂が発生することを防止又は著しく抑制できる。 In contrast, in both inventions of the present application, the presence of the notch groove in the tongue prevents the deformation even if the tongue is subjected to repeated expansion and contraction deformations due to repeated operation and stop of the supercharger. Accumulation of residual stress absorbed by the groove can be prevented or significantly suppressed. This can prevent or significantly suppress the occurrence of cracks in the tongue.

そして、請求項１の発明では、切り欠き溝は、排気ガス導入通路とタービンスクロール室との両方には連通せずに舌部は分断されていないため、切り欠き溝を介して排気ガスが排気ガス導入通路とタービンスクロール室とに流れることはない。従って、タービンスクロール室での排気ガスの乱れが発生することはなくて、過給を安定化させて信頼性を保持できる。また、特許文献１に比べて熱の籠もりは少ないため、部分的な過剰昇温を抑制して溶損も防止又は著しく抑制できる。 In the invention of claim 1, the notch groove does not communicate with both the exhaust gas introduction passage and the turbine scroll chamber, and the tongue portion is not separated, so that the exhaust gas is exhausted through the notch groove. It does not flow into the gas introduction passage and the turbine scroll chamber. Therefore, turbulence of exhaust gas in the turbine scroll chamber does not occur, so that supercharging can be stabilized and reliability can be maintained. In addition, since there is less heat trapping than in Patent Document 1, it is possible to suppress local excessive temperature rise and prevent or significantly suppress melting damage.

特に、実施形態のように切り欠き溝を舌部の先端に向けて切り開かれた形態に形成すると、排気ガスの流れをスムース化して過給の安定化を一層向上できると共に、過剰昇温抑制効果も向上できる。 In particular, if the notch groove is cut out toward the tip of the tongue as in the embodiment, it is possible to smooth the flow of exhaust gas and further improve stabilization of supercharging, and also to suppress excessive temperature rise. can also be improved.

請求項２の発明では、切り欠き溝は遮熱材で充填されていることにより、排気ガスが切り欠き溝に入り込むことはないため、排気ガスの流れに乱れが発生することや、切り欠き溝の開口縁が過剰昇温（ヒートポイント化）することを防止できる。そして、遮熱材はセラミック系で容易に圧縮変形するため、熱による舌部の伸縮を阻害することはなくて、切り欠き溝の熱応力吸収機能に支障はない。 In the invention of claim 2, since the notch groove is filled with a heat shielding material, the exhaust gas does not enter the notch groove, so there is no possibility that turbulence will occur in the flow of exhaust gas or that the notch groove will not enter the notch groove. It is possible to prevent the edge of the opening from becoming excessively heated (heat point formation). Since the heat shield material is a ceramic material and is easily compressed and deformed, it does not inhibit the expansion and contraction of the tongue portion due to heat, and there is no problem with the thermal stress absorption function of the notch groove.

実施形態に係る排気ターボ過給機の正面図である。FIG. 2 is a front view of an exhaust turbo supercharger according to an embodiment. 排気ターボ過給機の背面図である。FIG. 3 is a rear view of the exhaust turbo supercharger. 図１のIII-III 視右側面図である。FIG. 2 is a right side view taken along III-III in FIG. 1; 図１のIV-IV 視左側面図である。FIG. 2 is a left side view taken along IV-IV in FIG. 1; 排気ターボ過給機の平面図である。It is a top view of an exhaust turbo supercharger. 図３及び図４のVI-VI 視断面図である。5 is a sectional view taken along VI-VI in FIGS. 3 and 4. FIG. 図６とほぼ同じ部位の部分拡大図である。7 is a partially enlarged view of substantially the same portion as FIG. 6. FIG. （Ａ）は図６及び図７のVIIIA-VIIIA 視断面図、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大図である。(A) is a sectional view taken along VIIIA-VIIIA of FIGS. 6 and 7, and (B) is a partially enlarged view of (A). 図８（Ａ）のIX-IX 視断面図である。It is a sectional view taken along line IX-IX in FIG. 8(A). 参考例及び別例を示す図である。It is a figure which shows a reference example and another example.

(1).基本構造
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は自動車用内燃機関の排気ターボ過給機に適用している。まず、基本構造を説明する。内燃機関との関係での方向について述べると、図１を正面図としているが、これは、シリンダヘッド（図示せず）の吸気側面と対向した方向から見た状態である。従って、クランク軸線方向は左右方向になり、シリンダヘッドの幅方向は前後方向になる。 (1).Basic Structure Next, embodiments of the present invention will be described based on the drawings. This embodiment is applied to an exhaust turbo supercharger for an internal combustion engine for an automobile. First, the basic structure will be explained. Regarding the direction in relation to the internal combustion engine, FIG. 1 is a front view, which is viewed from a direction opposite to the intake side of a cylinder head (not shown). Therefore, the direction of the crank axis is the left-right direction, and the width direction of the cylinder head is the front-rear direction.

図１，２から理解できるように、排気ターボ過給機は、排気ガスで駆動されるタービン翼２が配置されたタービンハウジング１と、図１，３から理解できるように、コンプレッサ翼３が配置されたコンプレッサハウジング４と、両者の間に位置した軸受ハウジング５とを備えている。タービン翼２は回転軸６の一端部に固定されて、コンプレッサ翼３は回転軸６の他端部に固定されている。従って、各ハウジング１，４，５は左右方向に並んでいる。 As can be understood from FIGS. 1 and 2, an exhaust turbo supercharger includes a turbine housing 1 in which turbine blades 2 driven by exhaust gas are disposed, and as can be understood in FIGS. 1 and 3, compressor blades 3 are disposed. The compressor housing 4 includes a compressor housing 4, and a bearing housing 5 located between the compressor housing 4 and the bearing housing 5. The turbine blades 2 are fixed to one end of the rotating shaft 6, and the compressor blades 3 are fixed to the other end of the rotating shaft 6. Therefore, the housings 1, 4, and 5 are arranged in the left-right direction.

図２に示すように、タービンハウジング１には、シリンダヘッド又は排気マニホールド（図示せず）に固定される入り口側フランジ７が形成されており、入り口側フランジ７には、排気ガスが流入する排気ガス導入通路８が後ろ向きに開口している。図７に示すように、排気ガス導入通路８はタービン翼２を囲うタービンスクロール室９に連通しており、タービンスクロール室９は、図３や図６に示す排気ガス出口通路１０と連通している。排気ガス出口通路１０は、左右方向に向いた出口側フランジ１１に開口している。 As shown in FIG. 2, the turbine housing 1 is formed with an inlet flange 7 that is fixed to a cylinder head or an exhaust manifold (not shown). A gas introduction passage 8 opens rearward. As shown in FIG. 7, the exhaust gas introduction passage 8 communicates with a turbine scroll chamber 9 surrounding the turbine blade 2, and the turbine scroll chamber 9 communicates with the exhaust gas outlet passage 10 shown in FIGS. 3 and 6. There is. The exhaust gas outlet passage 10 opens into an outlet side flange 11 facing in the left-right direction.

従って、タービンハウジング１は、タービンスクロール室９を囲うドラム状部１ａ（図１参照）と、排気ガス導入通路８が形成された筒状部１ｂ（図２及び図８（Ａ）参照）と、ドラム状部１ａ及び筒状部１ｂからコンプレッサハウジング４と反対側に張り出したサイド部１ｃ（図５参照）とを備えており、サイド部１ｃに、排気ガスを排気ガス導入通路８から排気ガス出口通路１０にリークさせるウェイストゲート通路１２（図６参照）が形成されている。ウェイストゲート通路１２の終端はウェイストゲートバルブ１３で開閉される。 Therefore, the turbine housing 1 includes a drum-shaped part 1a (see FIG. 1) surrounding the turbine scroll chamber 9, a cylindrical part 1b (see FIGS. 2 and 8(A)) in which the exhaust gas introduction passage 8 is formed, It is provided with a side portion 1c (see FIG. 5) projecting from the drum-shaped portion 1a and the cylindrical portion 1b to the side opposite to the compressor housing 4, and the side portion 1c is provided with exhaust gas from the exhaust gas introduction passage 8 to the exhaust gas outlet. A waste gate passage 12 (see FIG. 6) is formed that leaks into the passage 10. The end of the wastegate passage 12 is opened and closed by a wastegate valve 13.

図３に示すように、ウェイストゲートバルブ１３にはアーム１３ａが固定されており、アーム１３ａには前後長手の支軸１４が固定されている。支軸１４はタービンハウジング１のサイド部１ｃに回転自在に保持されており、外向きに突出した部位にリンク１５が固定されている。 As shown in FIG. 3, an arm 13a is fixed to the waste gate valve 13, and a longitudinal longitudinal support shaft 14 is fixed to the arm 13a. The support shaft 14 is rotatably held by the side portion 1c of the turbine housing 1, and a link 15 is fixed to an outwardly projecting portion.

図２に示すように、リンク１５は上下長手の姿勢であり、その上端部が支軸１４に固定されて、下端部には、左右長手のロッド１６の先端部が前後長手のピン１７によって相対回動可能に連結されている。ロッド１６は、コンプレッサハウジング４に固定されたアクチュエータ１８の弁体（図示せず）に固定されている。 As shown in FIG. 2, the link 15 is in a vertically longitudinal posture, and its upper end is fixed to the support shaft 14, and the tips of the left and right longitudinal rods 16 are connected to the lower end by the front and rear longitudinal pins 17. Rotatably connected. The rod 16 is fixed to a valve body (not shown) of an actuator 18 fixed to the compressor housing 4.

図３，６から明瞭に把握できるように、本実施形態では、タービンハウジング１の筒状部１ｂは入り口側フランジ７から斜め上向きに延びており、タービンスクロール室９やタービン翼２は入り口側フランジ７よりも上に配置されている。従って、本実施形態の排気ターボ過給機は、排気ガスが上向きに流れる上巻き方式になっている。 As can be clearly understood from FIGS. 3 and 6, in this embodiment, the cylindrical portion 1b of the turbine housing 1 extends obliquely upward from the inlet side flange 7, and the turbine scroll chamber 9 and the turbine blades 2 are connected to the inlet side flange 7. It is placed above 7. Therefore, the exhaust turbo supercharger of this embodiment is of an upward winding type in which the exhaust gas flows upward.

図６に示すように、コンプレッサハウジング４の内部にはコンプレッサスクロール室１９が形成されており、コンプレッサスクロール室１９に吸気を送る吸気入り口２０（図２参照）が軸心方向に開口している。コンプレッサスクロール室１９で加圧された吸気は、回転軸心と交叉した方向に開口した吸気出口２１（例えば図４参照）から排出される。図６に示すように、コンプレッサハウジング４は、コンプレッサスクロール室１９を形成するためのインナー部材２２を備えている。 As shown in FIG. 6, a compressor scroll chamber 19 is formed inside the compressor housing 4, and an intake inlet 20 (see FIG. 2) for supplying intake air to the compressor scroll chamber 19 opens in the axial direction. The intake air pressurized in the compressor scroll chamber 19 is discharged from an intake outlet 21 (see, for example, FIG. 4) that opens in a direction intersecting the rotation axis. As shown in FIG. 6, the compressor housing 4 includes an inner member 22 for forming the compressor scroll chamber 19. As shown in FIG.

図２から理解できるように、アクチュエータ１８はアクチュエータ用ブラケット２３にビス（図示せず）で固定されており、コンプレッサハウジング４と軸受ハウジング５とは、アクチュエータ用ブラケット２３と押さえプレート２４とを介して締結されている。図４に４本のボルト２５が現れているが、これらのボルト２５によってアクチュエータ用ブラケット２３と押さえプレート２４を引き付けることにより、軸受ハウジング５がコンプレッサハウジング４に押さえ固定されている。 As can be understood from FIG. 2, the actuator 18 is fixed to the actuator bracket 23 with screws ( not shown), and the compressor housing 4 and the bearing housing 5 are connected to each other via the actuator bracket 23 and the holding plate 24. It has been concluded. Four bolts 25 are shown in FIG. 4, and the bearing housing 5 is held and fixed to the compressor housing 4 by attracting the actuator bracket 23 and the holding plate 24 with these bolts 25.

図６に示すように、軸受ハウジング５の内部には、回転軸６を回転自在に保持するフローティングメタル２６が遊嵌している。そして、軸受ハウジング５には、フローティングメタル２６に向けてオイルを供給するオイル入り口２７が上向きに開口していると共に、オイルを排出する出口ポート２８が下向きに開口している。 As shown in FIG. 6, a floating metal 26 that rotatably holds the rotating shaft 6 is loosely fitted inside the bearing housing 5. The bearing housing 5 has an oil inlet 27 that opens upward to supply oil to the floating metal 26, and an outlet port 28 that discharges oil that opens downward.

本実施形態において、軽量化のために、タービンハウジング１と軸受ハウジング５はアルミの鋳造品として一体化されており、また、コンプレッサハウジング４はアルミのダイキャスト品である（鋳造品であってもよい。）。そこで、図６に示すように、タービンハウジング１の内部に冷却水ジャケット３１，３２を形成している。 In this embodiment, in order to reduce weight, the turbine housing 1 and the bearing housing 5 are integrated as an aluminum cast product, and the compressor housing 4 is an aluminum die-cast product (even if it is a cast product). good.). Therefore, as shown in FIG. 6, cooling water jackets 31 and 32 are formed inside the turbine housing 1.

すなわち、冷却水ジャケットは、軸受ハウジング５の側に位置した第１冷却水ジャケット３１と、排気ガス出口通路１０の側に位置した第２冷却水ジャケット３２とで構成されており、両者は隔壁３３で仕切られている。図２，８に示すように、両冷却水ジャケット３１，３２には、入り口側フランジ７に開口した枝通路３１ａ，３２ａを形成している。 That is, the cooling water jacket is composed of a first cooling water jacket 31 located on the side of the bearing housing 5 and a second cooling water jacket 32 located on the side of the exhaust gas outlet passage 10, both of which are connected to the partition wall 33. It is separated by As shown in FIGS. 2 and 8, both cooling water jackets 31 and 32 are formed with branch passages 31a and 32a that open to the inlet side flange 7.

第１冷却水ジャケット３１は、タービンスクロール室９を外周側と軸受ハウジング５の側とから囲うと共に、筒状部１ｂの下端部まで延びている。他方、第２冷却水ジャケット３２は、排気ガス出口通路１０を囲うと共に筒状部１ｂの下端部まで延びている。そして、筒状部１ｂの下端寄り部位に冷却水入り口ポート３４を設けて、ドラム状部１ａ及びサイド部１ｃが繋がった部位の上端に、冷却水出口ポート３５を設けている。両ポート３４，３５には、ホースを固定するための継手３６，３７（例えば図１参照）を接続している。 The first cooling water jacket 31 surrounds the turbine scroll chamber 9 from the outer peripheral side and the bearing housing 5 side, and extends to the lower end of the cylindrical portion 1b. On the other hand, the second cooling water jacket 32 surrounds the exhaust gas outlet passage 10 and extends to the lower end of the cylindrical portion 1b. A cooling water inlet port 34 is provided at a portion near the lower end of the cylindrical portion 1b, and a cooling water outlet port 35 is provided at the upper end of the portion where the drum portion 1a and the side portion 1c are connected. Both ports 34 and 35 are connected to joints 36 and 37 (see, for example, FIG. 1) for fixing hoses.

(2).舌部とその処理
図８（Ａ）に示すように、タービンスクロール室９は、始端から終端に向けて放射方向の幅（半径）が小さくなっており、このため、タービンスクロール室９の終端部９ａと排気ガス導入通路８の終端部８ａとで挟まれた部位に舌部３８が形成されている。正確に述べると、舌部３８は、タービン翼２の回転軸心と直交した方向の厚さが先端に向けて小さくなっている。このため、熱による損傷が発生したり、熱膨張・熱収縮の繰り返しによって残留応力（熱応力）が蓄積したりして、この熱応力によって、舌部３８に、これを回転軸心方向に破断させる亀裂が発生することがある。 (2).Tongue and its treatment As shown in Fig. 8(A), the width (radius) of the turbine scroll chamber 9 in the radial direction decreases from the starting end to the terminal end. A tongue portion 38 is formed at a portion sandwiched between the terminal end 9a of the exhaust gas introduction passage 9 and the terminal end 8a of the exhaust gas introduction passage 8. To be precise, the thickness of the tongue portion 38 in the direction perpendicular to the rotational axis of the turbine blade 2 decreases toward the tip. For this reason, thermal damage may occur, and residual stress (thermal stress) may accumulate due to repeated thermal expansion and contraction, and this thermal stress may cause the tongue portion 38 to break in the direction of the rotational axis. cracks may occur.

タービンスクロール室９はタービン翼２の回転軸心方向にある程度の幅Ｗ（図９参照）を有することから、舌部３８の先端３８ａはタービン翼２の軸心方向に長い形態になっており、このため、熱応力は舌部３８の幅方向（Ｗ方向）に作用する傾向を呈する。 Since the turbine scroll chamber 9 has a certain width W (see FIG. 9) in the direction of the rotation axis of the turbine blade 2, the tip 38a of the tongue portion 38 is long in the direction of the axis of the turbine blade 2. Therefore, the thermal stress tends to act in the width direction (W direction) of the tongue portion 38.

そこで、本実施形態では、図８，９に示すように、舌部３８のうち排気ガス導入通路８の終端部８ａに露出した面に、１本の切り欠き溝３９を形成している。切り欠き溝３９は排気ガスの流れ方向に長い形態で、断面は、角を丸めた四角形になっている。また、切り欠き溝３９は、舌部３８の先端３８ａに切り開かれた形態になっており、深さは排気ガスの流れ方向に向けて深くなっている。 Therefore, in this embodiment, as shown in FIGS. 8 and 9, one notch groove 39 is formed in the surface of the tongue portion 38 that is exposed to the terminal end portion 8a of the exhaust gas introduction passage 8. The cutout groove 39 is elongated in the flow direction of the exhaust gas, and has a rectangular cross section with rounded corners. Furthermore, the cutout groove 39 is cut out at the tip 38a of the tongue portion 38, and its depth increases in the flow direction of the exhaust gas.

舌部３８はタービン翼２の回転軸心方向（幅方向）に長い形態であるため、過給機の運転と停止とによって幅方向（Ｗ方向）の熱変形（熱膨張・熱収縮）が発生するが、過給機の運転と停止との繰り返しによって、伸び状態を維持するような残留応力が徐々に蓄積し、特段の対策を施していないと、運転停止後に収縮しきれずに、図９に一点鎖線で示すような亀裂４０が発生することがある。 Since the tongue portion 38 is long in the rotational axis direction (width direction) of the turbine blade 2, thermal deformation (thermal expansion/thermal contraction) in the width direction (W direction) occurs when the supercharger starts and stops. However, due to repeated operation and stop of the turbocharger, residual stress that maintains the elongated state gradually accumulates, and unless special measures are taken, it will not be able to fully contract after the operation is stopped, resulting in the condition shown in Figure 9. Cracks 40 as shown by the dashed line may occur.

これに対して本実施形態では、舌部３８をその幅方向に分断するように切り欠き溝３９が形成されているため、舌部３８の幅方向の伸びと収縮とが切り欠き溝３９によって吸収され、舌部３８に応力が残留することを防止又は著しく抑制できる。これにより、舌部３８に亀裂４０が発生して破断に至る問題を防止できる。 In contrast, in this embodiment, the notch groove 39 is formed to divide the tongue 38 in the width direction, so that the expansion and contraction of the tongue 38 in the width direction is absorbed by the notch groove 39. As a result, residual stress in the tongue portion 38 can be prevented or significantly suppressed. This can prevent the occurrence of cracks 40 in the tongue portion 38, which may lead to breakage.

また、切り欠き溝３９は排気ガス導入通路８の終端部８ａのみに露出しているため、排気ガス導入通路８の終端部８ａとタービンスクロール室９の終端部９ａとの間に排気ガスが漏洩することはない。従って、排気ガスの流れに乱れが発生することを無くして、過給性能を安定化できる。特許文献１に比べて熱の籠もりや部分的なヒートポイント化も抑制されるため、溶損の問題も防止できる。 Moreover, since the notch groove 39 is exposed only at the terminal end 8a of the exhaust gas introduction passage 8, exhaust gas leaks between the terminal end 8a of the exhaust gas introduction passage 8 and the terminal end 9a of the turbine scroll chamber 9. There's nothing to do. Therefore, the occurrence of turbulence in the flow of exhaust gas can be eliminated and the supercharging performance can be stabilized. Compared to Patent Document 1, trapping of heat and formation of partial heat points are also suppressed, so problems of melting and damage can also be prevented.

実施形態のように切り欠き溝３９を舌部３８の先端３８ａに向けて開口させると、排気ガスの流れをスムース化できて好適である。また、切り欠き溝３９を先端に向けて深くなるように傾斜させると、舌部３８の先端３８ａに応力が残留することを防止できるため、亀裂４０のきっかけが形成されることを防止できて好適である。 It is preferable to open the notch groove 39 toward the tip 38a of the tongue portion 38 as in the embodiment, since this allows smooth flow of exhaust gas. Furthermore, it is preferable to make the notch groove 39 slope deeper toward the tip, since it is possible to prevent stress from remaining at the tip 38a of the tongue portion 38, thereby preventing the formation of a trigger for the crack 40. It is.

図１０では切り欠き溝３９の参考例と別例を示している。このうち（Ａ）に示す第１参考例では、切り欠き溝３９に等しい深さの部分が続くように形成している。（Ａ）に一点鎖線で示すように、切り欠き溝３９の始端３９ａを舌部３８よりも上流側に位置させることも可能である。（Ｂ）に示す第２参考例では、切り欠き溝３９は舌部３８の先端３８ａには開口させずに、排気ガス導入通路８の終単部８ａのみに開口させている。 FIG. 10 shows a reference example and another example of the notch groove 39. In the first reference example shown in (A), a portion having the same depth as the notch groove 39 continues. It is also possible to position the starting end 39a of the notch groove 39 upstream of the tongue portion 38, as shown by the dashed line in FIG. In the second reference example shown in (B), the cutout groove 39 does not open at the tip 38a of the tongue portion 38, but opens only at the final portion 8a of the exhaust gas introduction passage 8.

更に、（Ｃ）に示す第３参考例では、切り欠き溝３９を舌部３８のうちタービンスクロール室９の終端部９ａに向いた面に形成している。この（Ｃ）の形態を採用すると、フライスカッターを排気ガス出口通路１０から挿入して切り欠き溝３９を加工できるため、切り欠き溝３９を後加工で形成する場合に有益である。（Ｃ）のようにタービンスクロール室９の終端部９ａに露出した面に形成する場合、（Ｂ）のように舌部３８の先端３８ａに開口しない状態に形成することも可能である。 Furthermore, in the third reference example shown in (C), the notch groove 39 is formed on the surface of the tongue portion 38 facing the terminal end 9a of the turbine scroll chamber 9. If this form (C) is adopted, the notch groove 39 can be machined by inserting a milling cutter from the exhaust gas outlet passage 10, which is advantageous when forming the notch groove 39 in post-processing. When it is formed on the surface exposed to the terminal end 9a of the turbine scroll chamber 9 as shown in (C), it is also possible to form it so that it does not open at the tip 38a of the tongue part 38 as shown in (B).

図１０のうち（Ｄ）に示す例は請求項２の発明の具体例であり、切り欠き溝３９をタービンスクロール室９の終端部９ａに向けて開口しつつ、切り欠き溝３９に遮熱材４１を充填している。遮熱材４１は、例えばアルミナ粉末と樹脂との混合物であり、溶射によって一体に固定したり、遮熱材の溶液に浸漬してから乾燥又は焼成して固定したりしている。 The example shown in FIG. 10 (D) is a specific example of the invention of claim 2, in which the notch groove 39 is opened toward the terminal end 9a of the turbine scroll chamber 9, and a heat shield material is provided in the notch groove 39. 41 is filled. The heat shielding material 41 is, for example, a mixture of alumina powder and resin, and is fixed together by thermal spraying, or by immersing it in a solution of the heat shielding material and then drying or baking.

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、切り欠き溝３９の断面形状は四角形に限らず、Ｖ形やＵ形、半円形なども採用できる。また、加工上の問題が許せば、舌部のうち排気ガス導入通路に向いた面とタービンスクロール室に向いた面との両方に切り欠き溝を形成することも可能である（この場合は、互いの面の切り欠き溝３９を回転軸心方向にずらすことになる。）。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be embodied in various other ways. For example, the cross-sectional shape of the cutout groove 39 is not limited to a square, but may also be V-shaped, U-shaped, semicircular, or the like. Furthermore, if processing problems permit, it is also possible to form cutout grooves on both the surface of the tongue facing the exhaust gas introduction passage and the surface facing the turbine scroll chamber (in this case, The notch grooves 39 on each surface are shifted in the direction of the rotation axis).

実施形態では、図８（Ａ）に示すように、第１冷却水ジャケット３１に、舌部３８の突出方向に向いた拡張部３１ｂを形成しているが、このように構成すると、舌部３８の熱応力を抑制できることと相まって、舌部３８に亀裂や損傷が発生することを的確に防止できる利点がある。 In the embodiment, as shown in FIG. 8(A), the first cooling water jacket 31 is formed with an expanded portion 31b facing in the direction in which the tongue portion 38 protrudes. Coupled with the ability to suppress thermal stress, there is an advantage that cracks and damage to the tongue portion 38 can be accurately prevented.

以上の実施形態はアルミ製の水冷式タービンハウジングに適用したが、本願発明は、鋳鋼製のタービンハウジングにも適用できる。 Although the above embodiment was applied to a water-cooled turbine housing made of aluminum, the present invention can also be applied to a turbine housing made of cast steel.

本願発明は、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。 The present invention can be embodied in an exhaust turbo supercharger. Therefore, it can be used industrially.

１タービンハウジング
２タービン翼
４コンプレッサハウジング
５軸受ハウジング
６回転軸
７入り口側フランジ
８排気ガス導入通路
８ａ排気ガス導入通路の終端部
９タービンスクロール室
９ａタービンスクロール室の終端部
１０排気ガス出口通路
３８舌部
３８ａ先端
３９切り欠き溝
４０亀裂
４１遮熱材 1 Turbine housing 2 Turbine blades 4 Compressor housing 5 Bearing housing 6 Rotating shaft 7 Inlet side flange 8 Exhaust gas introduction passage 8a Terminal end of exhaust gas introduction passage 9 Turbine scroll chamber 9a Terminal end of turbine scroll chamber 10 Exhaust gas outlet passage 38 Tongue Part 38a Tip 39 Notch groove 40 Crack 41 Heat shielding material

Claims

タービン翼の回転方向に向かって断面積が縮小したタービンスクロール室と、前記タービンスクロール室の始端に連通した排気ガス導入通路とを備えており、
前記タービンスクロール室の終端部と前記排気ガス導入通路の終端部とで挟まれた部位は、排気ガスの流れ方向に向けて厚さが縮小した舌部になっている構成であって、
前記舌部のうち前記排気ガス導入通路の終端部に露出した面に、前記排気ガス導入通路の終端部のみに開口して前記タービンスクロール室の終端部には連通していない切り欠き溝が、排気ガスの流れ方向に向かって深くなるように形成されている、
排気ターボ過給機用タービンハウジング。 It includes a turbine scroll chamber whose cross-sectional area is reduced in the direction of rotation of the turbine blades, and an exhaust gas introduction passage communicating with a starting end of the turbine scroll chamber,
A portion sandwiched between the terminal end of the turbine scroll chamber and the terminal end of the exhaust gas introduction passage is configured as a tongue portion whose thickness decreases in the flow direction of the exhaust gas,
A cutout groove is formed on a surface of the tongue portion exposed at the terminal end of the exhaust gas introduction passage, and is open only to the terminal end of the exhaust gas introduction passage and does not communicate with the terminal end of the turbine scroll chamber . It is formed to become deeper in the direction of exhaust gas flow.
Turbine housing for exhaust turbo supercharger.

タービン翼の回転方向に向かって断面積が縮小したタービンスクロール室と、前記タービンスクロール室の始端に連通した排気ガス導入通路とを備えており、
前記タービンスクロール室の終端部と前記排気ガス導入通路の終端部とで挟まれた部位は、排気ガスの流れ方向に向けて厚さが縮小した舌部になっている構成であって、
前記舌部における前記排気ガス導入通路の終端部に露出した面と前記タービンスクロール室の終端部に露出した面とのうちいずれか一方又は両方に、圧縮変形可能なセラミック系素材より成る遮熱材が充填された切り欠き溝を形成している、
排気ターボ過給機用タービンハウジング。 It includes a turbine scroll chamber whose cross-sectional area is reduced in the direction of rotation of the turbine blades, and an exhaust gas introduction passage communicating with a starting end of the turbine scroll chamber,
A portion sandwiched between the terminal end of the turbine scroll chamber and the terminal end of the exhaust gas introduction passage is configured as a tongue portion whose thickness decreases in the flow direction of the exhaust gas,
A heat shield made of a compressively deformable ceramic material on either or both of the surface of the tongue exposed at the terminal end of the exhaust gas introduction passage and the surface exposed at the terminal end of the turbine scroll chamber. forming a notched groove filled with
Turbine housing for exhaust turbo supercharger.