JPWO2019171431A1 - ターボ過給機及び内燃機関 - Google Patents
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Abstract
一実施形態に係るターボ過給機は、排ガスによって回転駆動されるタービンホイールを収容したタービンハウジングと、前記タービンハウジングに隣接され、前記タービンホイールが取り付けられる回転軸を収容する軸受ハウジングと、前記排ガスが前記タービンホイールをバイパス可能にするバイパス通路、及び該バイパス通路を流れる前記排ガスの流量を調整可能な弁体を有するウェイストゲート部と、を備えるターボ過給機であって、前記タービンハウジングは、鋳造により少なくとも前記タービンホイールの径方向外側に前記排ガスを前記タービンホイールに供給するためのスクロール通路が形成され、前記スクロール通路より径方向外側に、前記タービンハウジングと前記軸受ハウジングとを締結する締結部が設けられる。
Description
本開示は、ターボ過給機及び該ターボ過給機を備える内燃機関に関する。
内燃機関などの吸入空気を過給するターボ過給機において、内燃機関などから排出された排ガスが導入されるタービンハウジングは、スクロール通路など内部に複雑な排ガス流路が形成されるため、通常は鋳造により製造される。
また、ターボ過給機は、過給圧が予め設定した最高過給圧を超えないように制御される。過給圧を制御する手段として、タービンホイールに流入する排ガスの流量を可変とする可変ノズルを備える手段や、排ガスがタービンホイールをバイパス可能にするバイパス通路を設け、該バイパス通路を流れる排ガス流量を調整することで、過給圧を調整可能とするウェイストゲートバルブ方式がある。
また、ターボ過給機は、過給圧が予め設定した最高過給圧を超えないように制御される。過給圧を制御する手段として、タービンホイールに流入する排ガスの流量を可変とする可変ノズルを備える手段や、排ガスがタービンホイールをバイパス可能にするバイパス通路を設け、該バイパス通路を流れる排ガス流量を調整することで、過給圧を調整可能とするウェイストゲートバルブ方式がある。
特許文献１及び２には、可変ノズル機構を備えたターボ過給機が開示され、特許文献３には、ウェイストゲートバルブ方式を採用したターボ過給機が開示されている。
タービンハウジングは隣接される軸受ハウジングと締結具などを用いて締結される。特許文献１及び２に開示されているように、可変ノズル機構を備えたターボ過給機においては、可変ノズル機構を設ける関係上、上記締結部は中心部から径方向外側に離れた位置になる。一方、ウェイストゲートバルブ方式を採用したターボ過給機は、可変ノズル機構を設ける制約はないので、軸受ハウジングのコンパクト化を図る観点から、特許文献３に開示されているように、上記締結部は中心部から径方向に近い位置に設けられている。
タービンハウジングは隣接される軸受ハウジングと締結具などを用いて締結される。特許文献１及び２に開示されているように、可変ノズル機構を備えたターボ過給機においては、可変ノズル機構を設ける関係上、上記締結部は中心部から径方向外側に離れた位置になる。一方、ウェイストゲートバルブ方式を採用したターボ過給機は、可変ノズル機構を設ける制約はないので、軸受ハウジングのコンパクト化を図る観点から、特許文献３に開示されているように、上記締結部は中心部から径方向に近い位置に設けられている。
タービンハウジングを鋳造によって製作する場合、排ガス流路を形成する壁面の表面粗さが比較的大きくなり、排ガスの摩擦損失が増加する。そのため、特にスクロール通路などで空力性能が低下するという問題がある。また、鋳造では壁部の肉厚が比較的大きくなるために、壁部の熱容量が増加し、排ガスの熱損失が増加するという問題がある。特に、運転初期段階では、排ガスの温度低下が起こるため、過渡的な性能の低下が起こる。
上記問題を回避するため、タービンハウジングを板金加工で製造ことが考えられるが、複雑な板金部品を用意する必要があると共に、溶接個所が増大するため、コスト高となる。
上記問題を回避するため、タービンハウジングを板金加工で製造ことが考えられるが、複雑な板金部品を用意する必要があると共に、溶接個所が増大するため、コスト高となる。
一実施形態は、鋳造によって製造されるタービンハウジングの上記問題に鑑み、タービンハウジングを流れる排ガスの空力性能の低下と熱損失の増加を抑制することを目的とする。
（１）一実施形態に係るターボ過給機は、
排ガスによって回転駆動されるタービンホイールを収容したタービンハウジングと、
前記タービンハウジングに隣接され、前記タービンホイールが取り付けられる回転軸を収容する軸受ハウジングと、
前記排ガスが前記タービンホイールをバイパス可能にするバイパス通路、及び該バイパス通路を流れる前記排ガスの流量を調整可能な弁体を有するウェイストゲート部と、
を備えるターボ過給機であって、
前記タービンハウジングは、鋳造により少なくとも前記タービンホイールの径方向外側に前記排ガスを前記タービンホイールに供給するためのスクロール通路が形成され、
前記スクロール通路より径方向外側に、前記タービンハウジングと前記軸受ハウジングとを締結する締結部が設けられる。
なお、上記「径方向外側」とは、上記回転軸に対して径方向外側であることを意味する。
排ガスによって回転駆動されるタービンホイールを収容したタービンハウジングと、
前記タービンハウジングに隣接され、前記タービンホイールが取り付けられる回転軸を収容する軸受ハウジングと、
前記排ガスが前記タービンホイールをバイパス可能にするバイパス通路、及び該バイパス通路を流れる前記排ガスの流量を調整可能な弁体を有するウェイストゲート部と、
を備えるターボ過給機であって、
前記タービンハウジングは、鋳造により少なくとも前記タービンホイールの径方向外側に前記排ガスを前記タービンホイールに供給するためのスクロール通路が形成され、
前記スクロール通路より径方向外側に、前記タービンハウジングと前記軸受ハウジングとを締結する締結部が設けられる。
なお、上記「径方向外側」とは、上記回転軸に対して径方向外側であることを意味する。
上記（１）の構成によれば、上記締結部がスクロール通路より径方向外側に設けられるため、タービンハウジングのスクロール通路形成部は該締結部の内側に配置される形となる。従って、軸受ハウジング側に対向するスクロール通路の軸受ハウジング側対向面は、必ずしも厚肉壁とする必要がなくなる。そこで、スクロール通路形成部の軸受ハウジング側対向面を開放面としたタービンハウジングを鋳造し、該開放面に薄肉の背板を配置してスクロール通路を形成することができる。
これによって、鋳造後のタービンハウジングは、スクロール通路に研磨刃及び切削刃を挿入可能になり、スクロール通路を形成する壁面の切削や研磨が可能になる。そのため、研磨刃によって面粗さを低減して排ガスに対する空力性能を向上できると共に、切削刃によってスクロール通路を形成する壁部を薄肉化して排ガスの熱損失を抑制できる。また、スクロール通路形成部の軸受ハウジング側対向面を開放面とすることで、鋳造時にスクロール通路を形成するための中子が不要になるため、鋳造工程を低コスト化できる。
本実施形態では、前述のように、ウェイストゲートバルブ方式を採用したターボ過給機においては、軸受ハウジングのコンパクト化を図る観点から、締結部を径方向において中心部から近い位置に設けるという既成概念に囚われず、締結部をスクロール通路より径方向外側に設けることで、上記作用効果を得ることができる。
（２）一実施形態では、前記（１）の構成において、
前記スクロール通路を形成するスクロール通路形成部は、前記軸受ハウジング側に対面する側が開放されたスクロール通路形成部で構成され、
少なくとも前記スクロール通路形成部の軸受ハウジング側開放面を塞ぐように設けられた背板を備える。
前記スクロール通路を形成するスクロール通路形成部は、前記軸受ハウジング側に対面する側が開放されたスクロール通路形成部で構成され、
少なくとも前記スクロール通路形成部の軸受ハウジング側開放面を塞ぐように設けられた背板を備える。
上記（２）の構成によれば、上記軸受ハウジング側開放面を薄肉の背板で塞ぐことでスクロール通路を形成するので、排ガスからスクロール通路形成部に伝達する熱伝達量を抑制できるため、排ガスの熱損失を抑制できる。また、スクロール通路形成部の軸受ハウジング側対向面を開放面としたことで、前述のように、スクロール通路に研磨刃及び切削刃を挿入可能になる。これによって、研磨刃によって面粗さを低減して排ガスに対する空力性能を向上できると共に、切削刃によってスクロール通路を形成する壁部を薄肉化して排ガスの熱損失を抑制できる。また、スクロール通路形成部の軸受ハウジング側対向面を開放面とすることで、鋳造時にスクロール通路を形成するための中子が不要になるため、鋳造工程を低コスト化できる。
なお、背板を断熱材で構成することで、排ガスの熱損失を効果的に抑制できる。
なお、背板を断熱材で構成することで、排ガスの熱損失を効果的に抑制できる。
（３）一実施形態では、前記（２）の構成において、
前記背板のうち前記スクロール通路を塞ぐ位置に配置された部位は、前記背板の他の部位より厚肉で構成される。
上記（３）の構成によれば、スクロール通路を塞ぐ位置に配置された部位の背板が他の部位より厚肉で構成されるため、排ガスの流体圧に対する強度を高めることができる。また、背板の熱変形を抑制でき、スクロール通路の形状を維持できる。従って、運転中長時間に亘って排ガスに対する空力性能を維持できる。
前記背板のうち前記スクロール通路を塞ぐ位置に配置された部位は、前記背板の他の部位より厚肉で構成される。
上記（３）の構成によれば、スクロール通路を塞ぐ位置に配置された部位の背板が他の部位より厚肉で構成されるため、排ガスの流体圧に対する強度を高めることができる。また、背板の熱変形を抑制でき、スクロール通路の形状を維持できる。従って、運転中長時間に亘って排ガスに対する空力性能を維持できる。
（４）一実施形態では、前記（２）又は（３）の構成において、
前記背板は前記締結部まで径方向外側に向かって延在し、前記背板の径方向外側端部は前記締結部に固定される。
上記（４）の構成によれば、背板の径方向外側端部が締結部に固定されるので、背板は排ガスの流体圧に対する支持強度を高めることができる。
前記背板は前記締結部まで径方向外側に向かって延在し、前記背板の径方向外側端部は前記締結部に固定される。
上記（４）の構成によれば、背板の径方向外側端部が締結部に固定されるので、背板は排ガスの流体圧に対する支持強度を高めることができる。
（５）一実施形態では、前記（４）の構成において、
前記締結部は、
前記タービンハウジングに設けられる第１締結部と、
前記軸受ハウジングに設けられる第２締結部と、
前記第１締結部と前記第２締結部とを締結する締結具と、
で構成され、
前記背板の前記径方向外側端部は、前記第１締結部と前記第２締結部とで挟持される。
上記（５）の構成によれば、背板の径方向外側端部が第１締結部と第２締結部とで挟持されるので、背板は排ガスの流体圧に対する支持強度を高めることができる。
前記締結部は、
前記タービンハウジングに設けられる第１締結部と、
前記軸受ハウジングに設けられる第２締結部と、
前記第１締結部と前記第２締結部とを締結する締結具と、
で構成され、
前記背板の前記径方向外側端部は、前記第１締結部と前記第２締結部とで挟持される。
上記（５）の構成によれば、背板の径方向外側端部が第１締結部と第２締結部とで挟持されるので、背板は排ガスの流体圧に対する支持強度を高めることができる。
（６）一実施形態では、前記（５）の構成において、
前記第２締結部は前記軸受ハウジングから径方向外側に向かって延在するフランジ部で構成される。
上記（６）の構成によれば、軸受ハウジング側に形成される第２締結部が、軸受ハウジングから径方向外側に向かって延在するフランジ部で構成されるので、第２締結部をコンパクト化できる。
前記第２締結部は前記軸受ハウジングから径方向外側に向かって延在するフランジ部で構成される。
上記（６）の構成によれば、軸受ハウジング側に形成される第２締結部が、軸受ハウジングから径方向外側に向かって延在するフランジ部で構成されるので、第２締結部をコンパクト化できる。
（７）一実施形態では、前記（６）の構成において、
前記フランジ部は前記軸受ハウジングの周方向全域に設けられ、
前記締結部は前記軸受ハウジングの周方向全域に設けられる。
上記（７）の構成によれば、第２締結部を構成する上記フランジ部及びこのフランジ部によって形成される締結部が軸受ハウジングの周方向全域に設けられるので、排ガスの流体圧に対する背板の支持強度をさらに向上できる。
前記フランジ部は前記軸受ハウジングの周方向全域に設けられ、
前記締結部は前記軸受ハウジングの周方向全域に設けられる。
上記（７）の構成によれば、第２締結部を構成する上記フランジ部及びこのフランジ部によって形成される締結部が軸受ハウジングの周方向全域に設けられるので、排ガスの流体圧に対する背板の支持強度をさらに向上できる。
（８）一実施形態では、前記（５）〜（７）の何れかの構成において、
前記背板と前記第２締結部との間に充填される断熱材を備える。
上記（８）の構成によれば、背板と第２締結部との間に断熱材を充填させることで、排ガスから背板側へ伝達する熱伝達量を抑制でき、排ガスの熱損失を抑制できる。
前記背板と前記第２締結部との間に充填される断熱材を備える。
上記（８）の構成によれば、背板と第２締結部との間に断熱材を充填させることで、排ガスから背板側へ伝達する熱伝達量を抑制でき、排ガスの熱損失を抑制できる。
（９）一実施形態では、前記（５）〜（８）の何れかの構成において、
前記第２締結部の前記背板に対向する対向面は、熱放射率を低下させるように研磨加工されている。
上記（９）の構成によれば、第２締結部の背板に対向する対向面を研磨加工して熱放射率を低下させることで、熱反射率を高めることができる。これによって、排ガスから背板側に伝達する熱伝達量を抑制でき、排ガスの熱損失を抑制できる。
前記第２締結部の前記背板に対向する対向面は、熱放射率を低下させるように研磨加工されている。
上記（９）の構成によれば、第２締結部の背板に対向する対向面を研磨加工して熱放射率を低下させることで、熱反射率を高めることができる。これによって、排ガスから背板側に伝達する熱伝達量を抑制でき、排ガスの熱損失を抑制できる。
（１０）一実施形態では、前記（５）〜（９）の何れかの構成において、
前記締結具はボルトで構成され、
前記第１締結部と前記第２締結部とはボルト結合される。
上記（１０）の構成によれば、第１締結部と第２締結部とをボルトで締結することで、締結強度を高め、かつ締結手段を低コスト化できる。
前記締結具はボルトで構成され、
前記第１締結部と前記第２締結部とはボルト結合される。
上記（１０）の構成によれば、第１締結部と第２締結部とをボルトで締結することで、締結強度を高め、かつ締結手段を低コスト化できる。
（１１）一実施形態に係る内燃機関は、
前記（１）〜（１０）の何れかの構成を有するターボ過給機であって、前記タービンホイールと回転軸を介して一体に接続されたコンプレッサホイールを収容するコンプレッサハウジングを備えるターボ過給機と、
少なくとも１個のシリンダと、
前記シリンダから排出された前記排ガスを前記タービンハウジングに導入する排ガス管と、
給気を前記コンプレッサハウジングを介して前記シリンダに供給する給気管と、
を備える。
前記（１）〜（１０）の何れかの構成を有するターボ過給機であって、前記タービンホイールと回転軸を介して一体に接続されたコンプレッサホイールを収容するコンプレッサハウジングを備えるターボ過給機と、
少なくとも１個のシリンダと、
前記シリンダから排出された前記排ガスを前記タービンハウジングに導入する排ガス管と、
給気を前記コンプレッサハウジングを介して前記シリンダに供給する給気管と、
を備える。
上記（１１）の構成を有する内燃機関によれば、上記構成のターボ過給機を備えることで、タービンハウジングの鋳造後、スクロール通路に切削刃及び研磨刃を挿入可能になる。これによって、スクロール通路を形成する壁面の切削や研磨が可能になるため、面粗さを低減して排ガスに対する空力性能を向上できると共に、スクロール通路を形成する壁部を薄肉化して排ガスの熱損失を抑制できる。また、軸受ハウジング側仕切壁をなくすことで、鋳造時にスクロール通路を形成するための中子が不要になるため、鋳造工程を低コスト化できる。
一実施形態によれば、タービンハウジングを流れる排ガスに対する空力性能の低下と熱損失を抑制できると共に、タービンハウジングの製造を低コスト化できる。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載され又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図１〜図４は幾つかの実施形態に係るターボ過給機１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ）を示す。
図１〜図４において、ターボ過給機１０（１０Ａ〜１０Ｄ）のハウジングは、タービンハウジング２０、タービンハウジング２０に隣接した軸受ハウジング３０及び軸受ハウジング３０に隣接したコンプレッサハウジング４０で構成される。タービンハウジング２０は、内部に排ガスによって回転駆動されるタービンホイール２２を収容している。タービンハウジング２０、軸受ハウジング３０及びコンプレッサハウジング４０の内部には、これらハウジングに跨りかつこれらハウジング内の中心部に回転軸１２が設けられる。また、タービンハウジング２０の内部でタービンホイール２２が回転軸１２に固定され、コンプレッサハウジング４０の内部でコンプレッサホイール４２が回転軸１２に固定されている。回転軸１２は、軸受ハウジング３０の内部に設けられたラジアル軸受３２及びスラスト軸受３４で回転自在に支持されている。
図１〜図４において、ターボ過給機１０（１０Ａ〜１０Ｄ）のハウジングは、タービンハウジング２０、タービンハウジング２０に隣接した軸受ハウジング３０及び軸受ハウジング３０に隣接したコンプレッサハウジング４０で構成される。タービンハウジング２０は、内部に排ガスによって回転駆動されるタービンホイール２２を収容している。タービンハウジング２０、軸受ハウジング３０及びコンプレッサハウジング４０の内部には、これらハウジングに跨りかつこれらハウジング内の中心部に回転軸１２が設けられる。また、タービンハウジング２０の内部でタービンホイール２２が回転軸１２に固定され、コンプレッサハウジング４０の内部でコンプレッサホイール４２が回転軸１２に固定されている。回転軸１２は、軸受ハウジング３０の内部に設けられたラジアル軸受３２及びスラスト軸受３４で回転自在に支持されている。
また、ターボ過給機１０には、タービンホイール２２を通過する排ガスｅの流量を調整することで、ターボ過給機１０の過給圧が予め設定された最高過給圧を超えないように制御可能なウェイストゲート部５０を備える。ウェイストゲート部５０は、タービンホイール２２の上流側に設けられた排ガス導入路２６とタービンホイール２２の下流側に設けられた排ガス排出路２８とに連通するバイパス通路５２と、バイパス通路５２に設けられ、バイパス通路５２を流れる排ガスｅの流量を調整可能にする弁体５４と、を有する。
弁体５４をアクチュエータ（不図示）で作動させてバイパス通路５２を流れる排ガスｅの流量を調整することで、ターボ過給機１０の過給圧が予め設定された最高過給圧を超えないように制御できる。
弁体５４をアクチュエータ（不図示）で作動させてバイパス通路５２を流れる排ガスｅの流量を調整することで、ターボ過給機１０の過給圧が予め設定された最高過給圧を超えないように制御できる。
一実施形態では、弁体５４はアクチュエータ（不図示）によって作動し、単にバイパス通路５２を開閉可能なだけの機能を有する弁体であってもよい。
また、ターボ過給機１０のタービンハウジング２０は鋳造により製造される。鋳造時に、タービンホイール２２より回転軸１２の径方向外側に排ガスｅをタービンホイール２２に供給するためのスクロール通路２４が形成される。スクロール通路２４は排ガス導入路２６に連通し、排ガス導入路２６から導入された排ガスをタービンホイール２２に形成された絞り部２３を介してタービンホイール２２に供給する。
さらに、スクロール通路２４より径方向外側に位置する部位に、タービンハウジング２０と軸受ハウジング３０とを締結する締結部６０が設けられる。
さらに、スクロール通路２４より径方向外側に位置する部位に、タービンハウジング２０と軸受ハウジング３０とを締結する締結部６０が設けられる。
上記構成によれば、締結部６０がスクロール通路２４より径方向外側に設けられるため、タービンハウジング２０のスクロール通路形成部２５（スクロール通路２４を形成する壁部）は締結部６０の内側に配置される形となる。従って、軸受ハウジング側に対向するスクロール通路２４の軸受ハウジング側対向面は、必ずしも厚肉壁で構成する必要がなくなる。そこで、スクロール通路形成部２５の軸受ハウジング側対向面を開放面２５ｃとしたタービンハウジング２０を鋳造し、該開放面２５ｃに薄肉の背板１４を配置してスクロール通路２４を形成することができる。
これによって、鋳造後のタービンハウジング２０は、スクロール通路２４に研磨刃及び切削刃を挿入可能になり、スクロール通路２４を形成する壁面の切削や研磨が可能になるため、研磨刃によって面粗さを低減して排ガスに対する空力性能を向上できると共に、切削刃によってスクロール通路２４を形成する壁部を薄肉化して排ガスの熱損失を抑制できる。また、スクロール通路形成部２５の軸受ハウジング側対向面を開放面２５ｃとすることで、鋳造時にスクロール通路２４を形成するための中子が不要になるため、鋳造工程を低コスト化できる。
本実施形態のように、ウェイストゲートバルブ方式を採用したターボ過給機１０においては、軸受ハウジング３０のコンパクト化を図る観点から、締結部６０を径方向において中心部（回転軸１２）から近い位置に設けるという既成概念に囚われず、締結部６０をスクロール通路２４より径方向外側に設けることで、上記作用効果を得ることができる。
一実施形態では、図１に示すように、排ガス導入路２６は、タービンハウジング２０に接続されるハウジング２７に形成される。ハウジング２７は内燃機関８０から導設される排ガス管８６に接続され、内燃機関８０で発生した排ガスは排ガス管８６を介して排ガス導入路２６に導入される。
一実施形態では、締結部６０はタービンハウジング２０及び軸受ハウジング３０の径方向最外側部に設けられる。これによって、締結部６０は、スクロール通路２４より径方向外側に配置できる。
一実施形態では、締結部６０はタービンハウジング２０及び軸受ハウジング３０の径方向最外側部に設けられる。これによって、締結部６０は、スクロール通路２４より径方向外側に配置できる。
一実施形態では、図１に示すように、スクロール通路形成部２５は、タービンハウジング側仕切壁２５ａ及び径方向外側仕切壁２５ｂのみを有し、軸受ハウジング側が開放され、軸受ハウジング側開放面２５ｃが形成されている。背板１４は、少なくとも軸受ハウジング側開放面２５ｃを塞ぐように設けられる。
この実施形態では、軸受ハウジング側開放面２５ｃを背板１４を用いて塞ぐことでスクロール通路２４を形成する。従って、背板１４を薄肉とすることで、排ガスからスクロール通路形成部２５に伝達する熱伝達量を抑制できるため、排ガスの熱損失を抑制できる。また、スクロール通路形成部２５の軸受ハウジング側対向面を開放面２５ｃとしたことで、前述のように、スクロール通路２４に研磨刃及び切削刃を挿入可能になる。これによって、研磨刃によって面粗さを低減して排ガスに対する空力性能を向上できると共に、切削刃によってスクロール通路を形成する壁部を薄肉化して排ガスの熱損失を抑制できる。また、スクロール通路形成部２５の軸受ハウジング側対向面を開放面２５ｃとすることで、鋳造時にスクロール通路２４を形成するための中子が不要になるため、鋳造工程を低コスト化できる。
一実施形態では、背板１４を断熱性能が高い高強度の材料で構成することで、排ガスの熱損失をさらに抑制できる。
一実施形態では、図１に示すように、背板１４の径方向内側端は、タービンホイール２２と軸受ハウジング３０との間に形成された隙間に挿入され、タービンハウジング２０と軸受ハウジング３０とによって支持される。これによって、背板１４の支持強度を高めることができる。
一実施形態では、背板１４は中心部に回転軸１２が挿入される円形の孔が形成され、回転軸１２を囲むように配置された円形の板状体で構成される。
一実施形態では、図１に示すように、背板１４の径方向内側端は、タービンホイール２２と軸受ハウジング３０との間に形成された隙間に挿入され、タービンハウジング２０と軸受ハウジング３０とによって支持される。これによって、背板１４の支持強度を高めることができる。
一実施形態では、背板１４は中心部に回転軸１２が挿入される円形の孔が形成され、回転軸１２を囲むように配置された円形の板状体で構成される。
一実施形態では、背板１４は、少なくとも軸受ハウジング側開放面２５ｃを覆うように配置される。
一実施形態では、図１に示すように、背板１４は、軸受ハウジング側開放面２５ｃ及びタービンホイール２２の背面側も含め、実質的に軸受ハウジング側に対面するタービンハウジング２０の全面を覆うように配置される。これによって、排ガスの熱損失を効果的に抑制できる。
一実施形態では、図１に示すように、背板１４は、軸受ハウジング側開放面２５ｃ及びタービンホイール２２の背面側も含め、実質的に軸受ハウジング側に対面するタービンハウジング２０の全面を覆うように配置される。これによって、排ガスの熱損失を効果的に抑制できる。
一実施形態では、図１に示すように、背板１４は、締結部６０まで径方向外側に延在し、背板１４の径方向外側端部は締結部６０に固定される。
この実施形態によれば、背板１４の径方向外側端部が締結部６０に固定されるので、背板１４は排ガスの流体圧に対する支持強度を高めることができる。
この実施形態によれば、背板１４の径方向外側端部が締結部６０に固定されるので、背板１４は排ガスの流体圧に対する支持強度を高めることができる。
一実施形態では、図１に示すように、締結部６０は、タービンハウジング２０に設けられる第１締結部６２と、軸受ハウジング３０に設けられる第２締結部６４と、第１締結部６２と第２締結部６４とを締結する締結具６６と、で構成される。背板１４の径方向外側端部は、第１締結部６２と第２締結部６４とで挟持される。
この実施形態によれば、背板１４の径方向外側端部が第１締結部６２と第２締結部６４とで挟持されるので、背板１４は排ガスの流体圧に対する支持強度を高めることができる。
この実施形態によれば、背板１４の径方向外側端部が第１締結部６２と第２締結部６４とで挟持されるので、背板１４は排ガスの流体圧に対する支持強度を高めることができる。
一実施形態では、背板１４と第２締結部６４との間にドーナツ形状の空間ｓが形成される。
一実施形態では、スクロール通路２４に対して背板１４を介して対面した位置に空間ｓが形成される。
一実施形態では、スクロール通路２４に対して背板１４を介して対面した位置に空間ｓが形成される。
一実施形態では、図２に示すように、背板１４のうち、スクロール通路２４を塞ぐ位置に配置された部位１４ａは、背板１４の他の部位より厚肉で構成される。
この実施形態によれば、スクロール通路２４を塞ぐ部位１４ａが他の部位より厚肉で構成されるため、排ガスの流体圧に耐えられる強度を得ることができる。また、背板１４の熱変形を抑制でき、スクロール通路２４の形状を維持できる。従って、運転中長時間に亘って排ガスに対する空力性能を維持できる。
一実施形態では、図２に示すように、厚肉部位１４ａは軸受ハウジング側開放面２５ｃを塞ぐように配置される。これによって、厚肉部位１４ａは、スクロール通路形成部２５のタービンハウジング側仕切壁２５ａ及び径方向外側仕切壁２５ｂとでスクロール通路２４を形成できる。
この実施形態によれば、スクロール通路２４を塞ぐ部位１４ａが他の部位より厚肉で構成されるため、排ガスの流体圧に耐えられる強度を得ることができる。また、背板１４の熱変形を抑制でき、スクロール通路２４の形状を維持できる。従って、運転中長時間に亘って排ガスに対する空力性能を維持できる。
一実施形態では、図２に示すように、厚肉部位１４ａは軸受ハウジング側開放面２５ｃを塞ぐように配置される。これによって、厚肉部位１４ａは、スクロール通路形成部２５のタービンハウジング側仕切壁２５ａ及び径方向外側仕切壁２５ｂとでスクロール通路２４を形成できる。
一実施形態では、厚肉部位１４ａは軸受ハウジング側開放面２５ｃを塞ぐように配置されたドーナツ形状の円形の板状体で構成される。
一実施形態では、背板１４と第２締結部６４との間に形成されたドーナツ形状の空間ｓに厚肉部位１４ａが配置される。
一実施形態では、上述のように、空間ｓは、スクロール通路２４に対して背板１４を介して対面した位置に形成され、該空間ｓに厚肉部位１４ａが配置される。
一実施形態では、背板１４と第２締結部６４との間に形成されたドーナツ形状の空間ｓに厚肉部位１４ａが配置される。
一実施形態では、上述のように、空間ｓは、スクロール通路２４に対して背板１４を介して対面した位置に形成され、該空間ｓに厚肉部位１４ａが配置される。
一実施形態では、図１に示すように、第１締結部６２はタービンハウジング２０の径方向最外側部に設けられ、第２締結部６４は軸受ハウジング３０の径方向最外側部に設けられる。そして、締結具６６がカップリング６６（６６ａ）で構成され、第１締結部６２と第２締結部６４とはカップリング６６（６６ａ）によって外側から締め付けられて締結される。
一実施形態では、図１に示すように、第２締結部６４には凹部６４ａが形成され、第１締結部６２の少なくとも一部が凹部６４ａに篏合可能に構成されている。これによって、第１締結部６２及び第２締結部６４間の位置決めが容易である。
一実施形態では、図１に示すように、第２締結部６４には凹部６４ａが形成され、第１締結部６２の少なくとも一部が凹部６４ａに篏合可能に構成されている。これによって、第１締結部６２及び第２締結部６４間の位置決めが容易である。
一実施形態では、図１に示すように、軸受ハウジング３０に形成される第２締結部６４は軸受ハウジング３０から径方向外側に向かって延在するフランジ部６８で構成される。
この実施形態によれば、第２締結部６４が軸受ハウジング３０から径方向外側に延在するフランジ部６８で構成されるので、軸受ハウジング３０をコンパクト化できる。
この実施形態によれば、第２締結部６４が軸受ハウジング３０から径方向外側に延在するフランジ部６８で構成されるので、軸受ハウジング３０をコンパクト化できる。
一実施形態では、図１に示すように、フランジ部６８は軸受ハウジング３０の周方向全域に設けられ、締結部６０は軸受ハウジング３０の周方向全域に設けられる。
この実施形態によれば、第２締結部６４を構成するフランジ部６８及びフランジ部６８を含む締結部６０が軸受ハウジング３０の周方向全域に設けられるので、背板１４の支持強度をさらに向上できる。
この実施形態によれば、第２締結部６４を構成するフランジ部６８及びフランジ部６８を含む締結部６０が軸受ハウジング３０の周方向全域に設けられるので、背板１４の支持強度をさらに向上できる。
一実施形態では、図３に示すように、背板１４と第２締結部６４との間に断熱材７０が充填される。
この実施形態によれば、背板１４と第２締結部６４との間に断熱材７０を充填させることで、排ガスの熱損失を抑制できる。
一実施形態では、第１締結部６２は回転軸１２の軸方向で背板１４よりも軸受ハウジング側に延在する。これによって、第１締結部６２の内側に空間ｓを形成できる。空間ｓを形成することで、断熱材７０を充填するスペースを確保できる。
この実施形態によれば、背板１４と第２締結部６４との間に断熱材７０を充填させることで、排ガスの熱損失を抑制できる。
一実施形態では、第１締結部６２は回転軸１２の軸方向で背板１４よりも軸受ハウジング側に延在する。これによって、第１締結部６２の内側に空間ｓを形成できる。空間ｓを形成することで、断熱材７０を充填するスペースを確保できる。
一実施形態では、熱伝導度が常温で０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下の断熱材７０を充填する。これによって、排ガスからの背板１４への熱伝達を効果的に抑制でき、排ガスの熱損失を効果的に抑制できる。
一実施形態では、図３に示すように、背板１４と第２締結部６４との間でスクロール通路２４に対応した径方向外側位置にドーナツ形状の空間ｓが形成され、該空間ｓにドーナツ形状の断熱材７０が充填される。これによって、スクロール通路２４を流れる排ガスの熱損失を効果的に抑制できる。
一実施形態では、図３に示すように、背板１４と第２締結部６４との間でスクロール通路２４に対応した径方向外側位置にドーナツ形状の空間ｓが形成され、該空間ｓにドーナツ形状の断熱材７０が充填される。これによって、スクロール通路２４を流れる排ガスの熱損失を効果的に抑制できる。
一実施形態では、第２締結部６４（例えばフランジ部６８）の背板１４に対向する対向面６８ａは、熱放射率を低下させるように研磨加工されている。
この実施形態によれば、第２締結部６４の背板１４に対向する対向面を熱放射率が低い面とすることで、熱反射率を高めることができる。これによって、排ガスから背板１４に伝達する熱伝達量を低減できるため、排ガスの熱損失を抑制できる。
この実施形態によれば、第２締結部６４の背板１４に対向する対向面を熱放射率が低い面とすることで、熱反射率を高めることができる。これによって、排ガスから背板１４に伝達する熱伝達量を低減できるため、排ガスの熱損失を抑制できる。
一実施形態では、図４に示すように、締結具６６はボルト６６（６６ｂ）で構成され、第１締結部６２と第２締結部６４とはボルト結合される。
この実施形態によれば、第１締結部６２と第２締結部６４とをボルト６６（６６ｂ）で締結することで、締結部６０の締結強度を高め、かつ締結手段を低コスト化できると共に、ターボ過給機１０の組立方法の自由度を広げることができる。
一実施形態では、図４に示すように、ボルト６６（６６ｂ）は片締めボルトで構成される。また、別な実施形態では、ボルト６６（６６ｂ）は両締めボルトで構成される。
この実施形態によれば、第１締結部６２と第２締結部６４とをボルト６６（６６ｂ）で締結することで、締結部６０の締結強度を高め、かつ締結手段を低コスト化できると共に、ターボ過給機１０の組立方法の自由度を広げることができる。
一実施形態では、図４に示すように、ボルト６６（６６ｂ）は片締めボルトで構成される。また、別な実施形態では、ボルト６６（６６ｂ）は両締めボルトで構成される。
一実施形態に係る内燃機関８０は、図１に示すように、上記構成を有するターボ過給機１０であって、タービンホイール２２と回転軸１２を介して一体に接続されたコンプレッサホイール４２を内蔵するコンプレッサハウジング４０を備えるターボ過給機１０を備える。さらに、内燃機関８０は、少なくとも１個の燃焼用シリンダ８２と、燃焼用シリンダ８２から排出された排ガスｅをタービンハウジング２０に導入する排ガス管８６と、給気ａをコンプレッサハウジング４０を介して燃焼用シリンダ８２に供給する給気管８４と、を備える。
上記構成によれば、上記構成のターボ過給機１０を備えることで、タービンハウジング２０の鋳造後、スクロール通路２４に外部から切削刃及び研磨刃を挿入可能になる。これによって、スクロール通路２４を形成する壁面（タービンハウジング側仕切壁２５ａ、径方向外側仕切壁２５ｂ等）の切削や研磨が可能になるため、これら壁面の面粗さを低減して空力性能を向上できると共に、これら壁部を薄肉化して排ガスｅの熱損失を抑制できる。また、軸受ハウジング側仕切壁をなくし、開放面２５ｃとすることで、鋳造時にスクロール通路２４を形成するための中子が不要になるため、鋳造工程を低コスト化できる。
一実施形態によれば、ターボ過給機を構成するタービンハウジングを流れる排ガスの空力性能の低下と熱損失の増加を抑制できると共に、該ターボ過給機を備える内燃機関の性能や熱効率を向上できる。
１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ） ターボ過給機
１２ 回転軸
１４ 背板
１４ａ 厚肉部位
２０ タービンハウジング
２２ タービンホイール
２３ 絞り部
２４ スクロール通路
２５ スクロール通路形成部
２５ａ タービンハウジング側仕切壁
２５ｂ 径方向外側仕切壁
２５ｃ 軸受ハウジング側開放面
２６ 排ガス導入路
２７ ハウジング
２８ 排ガス排出路
３０ 軸受ハウジング
３２ ラジアル軸受
３４ スラスト軸受
４０ コンプレッサハウジング
４２ コンプレッサホイール
５０ ウェイストゲート部
５２ バイパス通路
５４ 弁体
６０ 締結部
６２ 第１締結部
６４ 第２締結部
６４ａ 凹部
６６ 締結具
６６（６６ａ） カップリング
６６（６６ｂ） ボルト
６８ フランジ部
６８ａ 対向面
７０ 断熱材
８０ 内燃機関
８２ 燃焼用シリンダ
８４ 給気管
８６ 排ガス管
ａ 給気
ｅ 排ガス
ｓ 空間
１２ 回転軸
１４ 背板
１４ａ 厚肉部位
２０ タービンハウジング
２２ タービンホイール
２３ 絞り部
２４ スクロール通路
２５ スクロール通路形成部
２５ａ タービンハウジング側仕切壁
２５ｂ 径方向外側仕切壁
２５ｃ 軸受ハウジング側開放面
２６ 排ガス導入路
２７ ハウジング
２８ 排ガス排出路
３０ 軸受ハウジング
３２ ラジアル軸受
３４ スラスト軸受
４０ コンプレッサハウジング
４２ コンプレッサホイール
５０ ウェイストゲート部
５２ バイパス通路
５４ 弁体
６０ 締結部
６２ 第１締結部
６４ 第２締結部
６４ａ 凹部
６６ 締結具
６６（６６ａ） カップリング
６６（６６ｂ） ボルト
６８ フランジ部
６８ａ 対向面
７０ 断熱材
８０ 内燃機関
８２ 燃焼用シリンダ
８４ 給気管
８６ 排ガス管
ａ 給気
ｅ 排ガス
ｓ 空間
Claims (11)
- 排ガスによって回転駆動されるタービンホイールを収容したタービンハウジングと、
前記タービンハウジングに隣接され、前記タービンホイールが取り付けられる回転軸を収容する軸受ハウジングと、
前記排ガスが前記タービンホイールをバイパス可能にするバイパス通路、及び該バイパス通路を流れる前記排ガスの流量を調整可能な弁体を有するウェイストゲート部と、
を備えるターボ過給機であって、
前記タービンハウジングは、鋳造により少なくとも前記タービンホイールの径方向外側に前記排ガスを前記タービンホイールに供給するためのスクロール通路が形成され、
前記スクロール通路より径方向外側に、前記タービンハウジングと前記軸受ハウジングとを締結する締結部が設けられることを特徴とするターボ過給機。 - 前記スクロール通路を形成するスクロール通路形成部は、前記軸受ハウジングに対面する側が開放されたスクロール通路形成部で構成され、
少なくとも前記スクロール通路形成部の軸受ハウジング側開放面を塞ぐように設けられた背板を備えることを特徴とする請求項１に記載のターボ過給機。 - 前記背板のうち前記スクロール通路を塞ぐ位置に配置された部位は、前記背板の他の部位より厚肉で構成されることを特徴とする請求項２に記載のターボ過給機。
- 前記背板は径方向外側に向かって前記締結部まで延在し、前記背板の径方向外側端部は前記締結部に固定されることを特徴とする請求項２又は３に記載のターボ過給機。
- 前記締結部は、
前記タービンハウジングに設けられる第１締結部と、
前記軸受ハウジングに設けられる第２締結部と、
前記第１締結部と前記第２締結部とを締結する締結具と、
で構成され、
前記背板の前記径方向外側端部は、前記第１締結部と前記第２締結部とで挟持されることを特徴とする請求項４に記載のターボ過給機。 - 前記第２締結部は前記軸受ハウジングから径方向外側に向かって延在するフランジ部で構成されることを特徴とする請求項５に記載のターボ過給機。
- 前記フランジ部は前記軸受ハウジングの周方向全域に設けられ、
前記締結部は前記軸受ハウジングの周方向全域に設けられることを特徴とする請求項６に記載のターボ過給機。 - 前記背板と前記第２締結部との間に充填される断熱材を備えることを特徴とする請求項５乃至７の何れか一項に記載のターボ過給機。
- 前記第２締結部の前記背板に対向する対向面は、熱放射率を低下させるように研磨加工されていることを特徴とする請求項５乃至８の何れか一項に記載のターボ過給機。
- 前記締結具はボルトで構成され、
前記第１締結部と前記第２締結部とはボルト結合されることを特徴とする請求項５乃至９の何れか一項に記載のターボ過給機。 - 請求項１乃至１０の何れか一項に記載の前記ターボ過給機は、
前記タービンホイールと回転軸を介して一体に接続されたコンプレッサホイールと、
該コンプレッサホイールを収容するコンプレッサハウジングと、
を備え、
少なくとも１個のシリンダと、
前記シリンダから排出された前記排ガスを前記タービンハウジングに導入する排ガス管と、
給気を前記コンプレッサハウジングを介して前記シリンダに供給する給気管と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2018/008322 WO2019171431A1 (ja) | 2018-03-05 | 2018-03-05 | ターボ過給機及び内燃機関 |
Publications (2)
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