WO2016136313A1

WO2016136313A1 - ターボチャージャ及びその製造方法

Info

Publication number: WO2016136313A1
Application number: PCT/JP2016/050856
Authority: WO
Inventors: 悟横嶋; 飯島　徹
Original assignee: カルソニックカンセイ株式会社
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2016-01-13
Publication date: 2016-09-01
Also published as: JP2016156329A

Abstract

　排気流路２７内に配置されるタービン３と、タービン３のタービンホイール１９を覆うタービンハウジング５と、タービンハウジング５の下流側に配置される排気管接続用のフランジ１４とを備えたターボチャージャ１であって、タービンハウジング５とフランジ１４との間に排気ガイド部１５を有し、排気ガイド部１５の一端側１５ａとタービンハウジング５の組合せ、及び、排気ガイド部１５の他端側とフランジ１４の組合せのうち、いずれか一方の組合せ内の要素同士を溶接Ｅにより固定し、他方の組合せ内の要素同士を摺動自在に組み立てた。

Description

ターボチャージャ及びその製造方法

　本発明は、車両等に搭載されるターボチャージャ及びその製造方法に関する。

　内燃機関からの排気の流れを利用し、内燃機関への吸気を増加させるターボチャージャは種々提案されている（下記特許文献１）。

　図５に示すツインターボ１００は、内燃機関からの排気によって回転するタービンを有するターボチャージャ１０１と、ターボチャージャ１０１の下流側に配置されて排気が流入する排気集合管１０２と、ターボチャージャ１０１内のタービンが回転することによって外部からの吸気を取り入れるコンプレッサ１０３と、ターボチャージャ１０１と排気集合管１０２との間に配置される蛇腹管１０４とを備えている。

　ターボチャージャ１０１には、内燃機関から高温の排気が流入するため、ターボチャージャ１０１が熱膨張によって変位する。しかし、ターボチャージャ１０１の下流側に蛇腹管１０４が配置されていることにより、ターボチャージャ１０１の熱膨張による変位が許容される（図６参照）。

　図５に示すツインターボ１００では、図示しない内燃機関からの排気がターボチャージャ１０１に流入することによって、ターボチャージャ１０１内に配置されたタービンが回転する。ターボチャージャ１０１内に配置されたタービンの回転を、シャフトを介してコンプレッサ１０３内に配置されるタービンに伝達する。そしてコンプレッサ１０３内に配置されるタービンを回転させて吸気を取り入れることによって内燃機関へ吸気を送っている。

　また、ターボチャージャ１０１に流入した排気は、蛇腹管１０４を介して排気集合管１０２へ流入し、図示しない排気管へ排気が流れている。

特開２００２－３６４３７３号公報

　しかしながら、前述のターボチャージャ１０１の下流側に配置される蛇腹管１０４には、内燃機関からの高温の排気に耐えることのできる高性能な部材を用いることが求められる。そのため、ターボチャージャ１０１の製造コストが非常に高くなってしまうという問題があった。

　本発明は、前述の課題を解決すべくなされたものであり、熱膨張を吸収することができるタービンハウジングを簡単かつ低コストで製造することができるターボチャージャ及びその製造方法を提供することを目的とする。

　本発明のターボチャージャは、排気流路内に配置されるタービンと、タービンのタービンホイールを覆うタービンハウジングと、タービンハウジングの下流側に配置される排気管接続用のフランジとを備えたターボチャージャであって、タービンハウジングとフランジの間に排気ガイド部を有し、この排気ガイド部の一端側とタービンハウジングの組合せ、及び、排気ガイド部の他端側とフランジの組合せのうち、いずれか一方の組合せ内の要素同士を溶接により固定し、他方の組合せ内の要素同士を摺動自在に組み立てたことを特徴とする。

　また、本発明のターボチャージャの製造方法は、排気流路内に配置されるタービンと、タービンのタービンホイールを覆うタービンハウジングと、タービンハウジングの下流側に配置される排気ガイド部及びフランジとを備えたターボチャージャの製造方法である。本発明のターボチャージャの製造方法は、タービンハウジングと排気ガイド部と溶接により固定して、タービンハウジングと一体化された排気ガイド部を構成し、タービンハウジングと一体化された排気ガイド部をフランジに挿入することを特徴とする。又は、本発明のターボチャージャの製造方法は、フランジと排気ガイド部と溶接により固定して、フランジと一体化された排気ガイド部を構成し、フランジと一体化された排気ガイド部にタービンハウジングを挿入することを特徴とする。

図１は、本発明の第１実施形態を示すターボチャージャの拡大断面図である。図２は、本発明の第２実施形態を示すターボチャージャの拡大断面図である。図３は、本発明の第３実施形態を示すターボチャージャの拡大断面図である。図４は、本発明の第４実施形態を示すターボチャージャの拡大断面図である。図５は、ターボチャージャを備える従来のツインターボの全体図である。図６は、図５に示す従来のツインターボの一部拡大図である。

　以下、本発明の実施形態について、図１～図４を用いて詳細に説明する。

　〔第１実施形態〕
　図１を用いて第１実施形態のターボチャージャ１について説明する。

　図１に示すように、第１実施形態のターボチャージャ１は、図示しないセンタハウジングと、タービンハウジング本体２と、図示しないコンプレッサハウジングとを備えている。

　図示しないセンタハウジングの一端側には、図示しないコンプレッサハウジングが固定され、他端側には、タービンハウジング本体２が固定されている。

　タービンハウジング本体２は、複数の薄板部材によって排気流路２７が形成される内筒５（タービンハウジング）と、内筒５が固定される内筒固定部１１と、排気流路２７の下流側に配置される排気管接続用のフランジ１４と、排気流路２７内に配置されるタービン３と、タービン３を支持するベアリング９を備えている。また、内筒５とフランジ１４との間に排気ガイド部１５を有している。

　タービン３は、タービンハウジング本体２に回転自在支持されるシャフト１７と、シャフト１７の一端側に固定される羽根部１９（タービンホイール）とを備えている。

　内筒５は、第１内筒分割体２１（薄板部材）と第２内筒分割体２３（薄板部材）とが溶接により接合されることによって形成されている。

　第１内筒分割体２１は、タービンハウジング本体２の内筒固定部１１に溶接により固定される一端側２１ａと、第２内筒分割体２３に溶接により接合される他端側２１ｂとを備えている。

　第２内筒分割体２３は、第１内筒分割体２１の他端側２１ｂに溶接により接合される一端側２３ａと、排気ガイド部１５内へ挿入される他端側２３ｂとを備え、一端側２３ａと他端側２３ｂの間には、摺動部３１と折曲部２９が設けられている。

　摺動部３１は、第２内筒分割体２３の他端側２３ｂから直線形状に形成されている。また、摺動部３１のタービンハウジング本体２側には折曲部２９が設けられ、摺動部３１から湾曲するように折曲部２９が形成されている。

　また、第１内筒分割体２１の他端側２１ｂ及び第２内筒分割体２３の一端側２３ａには、それぞれ突き合わせ部２２，２４が立設するようにして設けられている。第１内筒分割体２１に形成される突き合わせ部２２と第２内筒分割体２３に形成される突き合わせ部２４とを当接し、突き合わせ部２２の端部と突き合わせ部２４の端部を溶接により接合することにより内筒５が密閉され、内部に排気流路２７とスクロール室２５が形成される。

　図示しない内燃機関から排気が流入するスクロール室２５は、上流側の断面積が広く、下流側へ向かうにつれて断面積が小さくなるように形成されており、排気流路２７と連通している。

　排気流路２７は、スクロール室２５の下流側に設けられており、タービン３の羽根部１９が配置され、排気流路２７の下流側には、排気ガイド部１５が配置されている。

　第２内筒分割体２３の他端側２３ｂに形成される摺動部３１は、排気ガイド部１５の一端部１５ａ（一端側）に摺動自在に挿入されており、一端部１５ａと第２内筒分割体２３の折曲部２９との間には、所定の隙間Ｓが設けられるように挿入されている。すなわち、所定の隙間Ｓは、摺動部３１の挿入方向における一端部１５ａと折曲部２９の間の隙間である。

　また、排気ガイド部１５の他端部１５ｂ（他端側）は、フランジ１４に溶接Ｅにより固定されている。このフランジ１４には排気を吐出する図示しない排気管が接続される。

　なお、第２内筒分割体２３は、第１内筒分割体２１より大きく曲がっているため、排気熱により常にタービン３の羽根部１９と反対方向へ弾性復帰しようとする力が作用する。また、排気ガイド部１５と第２内筒分割体２３が摺動する際、第２内筒分割体２３はタービン３の羽根部１９と反対方向に摺動する傾向があるため、内筒５を形成する第１内筒分割体２１、第２内筒分割体２３と、羽根部１９との接触を防止することができる。

　次に、ターボチャージャ１の製造方法について説明する。

　まず、図示しないセンタハウジングの一端側に図示しないコンプレッサハウジングを固定し、センタハウジングの他端側にタービンハウジング本体２を固定する。

　タービンハウジング本体２にシャフト１７と羽根部１９を一体に組付けたタービン３を、ベアリング９が配置されたタービンハウジング本体２に挿入する。

　次に、タービンハウジング本体２の内筒固定部１１に内筒５の第１内筒分割体２１の一端側２１ａを溶接により接合する。そして、第１内筒分割体２１の他端側２１ｂに第２内筒分割体２３の一端側２３ａを溶接により接合し、内筒５を形成する。

　次に、第２内筒分割体２３の他端側２３ｂを排気ガイド部１５に挿入し、第２内筒分割体２３に設けられた折曲部２９と排気ガイド部１５の一端部１５ａとの間に隙間Ｓを空けた状態となるように、排気ガイド部１５に対して摺動自在に、第２内筒分割体２３の他端側２３ｂを挿入する。

　この際、排気ガイド部１５の他端部１５ｂを、フランジ１４に溶接Ｅにより固定して、フランジ１４が一体化された排気ガイド部１５を構成し、このフランジ１４が一体化された排気ガイド部１５の一端部１５ａ内に内筒５の第２内筒分割体２３の他端側２３ｂを挿入することによって、タービンハウジングとしての内筒５と排気ガイド部１５とフランジ１４を一体に形成したターボチャージャハウジング部Ａを簡単かつ低コストで製造することができる。

　以上により、ターボチャージャ１の組付けが完了する。

　次に、ターボチャージャ１の動作について説明する。

　図示しない内燃機関から排気がスクロール室２５へ流入し、スクロール室２５の上流側から下流側へ排気が流れる際に、タービン３の羽根部１９を回転させる。

　タービン３の羽根部１９が回転することによって、羽根部１９に固定されたシャフト１７が回転し、図示しない他端側に配置されるコンプレッサハウジング内に配置されるタービン３を回転させている。

　タービン３を回転させた排気は、排気流路２７を通り、排気ガイド部１５へと排気が流れる。

　内燃機関からスクロール室２５及び排気流路２７へ排気が流入することによって、スクロール室２５及び排気流路２７を形成する内筒５が熱膨張によって変位するが、内筒５の他端側２３ｂの摺動部３１が摺動自在に下流側の排気ガイド部１５に挿入されているため、摺動部３１が排気ガイド部１５の内周と摺動することによって内筒５の変位を許容している。

　本実施形態によれば、第２内筒分割体２３の摺動部３１が排気ガイド部１５に摺動自在に挿入されているため、排気の熱により内筒５が熱膨張した場合であっても、摺動部３１が排気ガイド部１５と摺動することによって、内筒５の熱膨張による変位を許容することができる。

　また、本実施形態では、排気ガイド部１５の一端部１５ａと内筒５の第２内筒分割体２３の折曲部２９との間には、所定の隙間Ｓが設けられているため、内筒５が熱膨張により変位した場合であっても、隙間Ｓが設けられているため、排気の漏れを防止しつつ、内筒５の熱膨張による変位を許容することができる。

　さらに、内筒５に排気ガイド部１５を挿入し、内筒５と排気ガイド部１５の間で接合を行わないため、製造工程を容易にすることができる。すなわち、熱膨張を吸収することができるターボチャージャハウジング部Ａを簡単かつ低コストで製造することができる。

　〔第２実施形態〕
　次に、図２を用いて第２実施形態のターボチャージャ１について説明する。なお、上記した第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。

　図２に示すように、第２実施形態のターボチャージャ１では、排気ガイド部１５の一端部１５ａ（一端側）と内筒５の第２内筒分割体２３の他端側２３ｂを溶接Ｅにより固定すると共に、排気ガイド部１５の他端部１５ｂ（他端側）をフランジ１４の孔部１４ａ内に挿入して摺動自在に取り付けてある。

　フランジ１４の孔部１４ａと第２内筒分割体２３の折曲部２９との間には、所定の隙間Ｓ２が設けられている。所定の隙間Ｓ２は、排気ガイド部１５の挿入方向におけるフランジ１４の孔部１４ａと折曲部２９の間の隙間である。

　なお、他の構成は、上記した第１実施形態と同様の構成である。

　これにより、第１実施形態と同様の作用・効果を奏する。

　本実施形態によれば、排気ガイド部１５の他端部１５ｂ（他端側）がフランジ１４の孔部１４ａ内に摺動自在に挿入されているため、排気の熱により内筒５が熱膨張した場合であっても、他端部１５ｂ（他端側）がフランジ１４の孔部１４ａと摺動することによって、排気の漏れを防止しつつ、内筒５の熱膨張による変位を許容することができる。

　また、本実施形態では、フランジ１４の孔部１４ａと内筒５の第２内筒分割体２３の折曲部２９との間には、所定の隙間Ｓ２が設けられているため、内筒５が熱膨張により変位した場合であっても、隙間Ｓ２が設けられているため、排気の漏れを防止しつつ、内筒５の熱膨張による変位を許容することができる。

　さらに、本実施形態では、排気ガイド部１５の一端部１５ａと内筒５の第２内筒分割体２３の他端側２３ｂを溶接Ｅにより固定して、内筒５と一体化された排気ガイド部１５を構成し、この内筒５と一体化された排気ガイド部１５の他端部１５ｂをフランジ１４の孔部１４ａ内に挿入している。そのため、タービンハウジングとしての内筒５と排気ガイド部１５とフランジ１４を一体に形成したターボチャージャハウジング部Ａを簡単かつ低コストで製造することができる。

　また、本実施形態では、排気ガイド部１５の他端部１５ｂ（他端側）をフランジ１４の孔部１４ａ内に挿入し、他端部１５ｂ（他端側）とフランジ１４の間で接合を行わないため、製造工程を容易にすることができる。すなわち、熱膨張を吸収することができるターボチャージャハウジング部Ａを簡単かつ低コストで製造することができる。

　〔第３実施形態〕
　次に、図３を用いて第３実施形態のターボチャージャ１について説明する。なお、上記した第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。

　図３に示すように、第３実施形態のターボチャージャ１では、排気ガイド部１５の一端部１５ａ（一端側）内に内筒５の第２内筒分割体２３の他端側２３ｂを挿入して摺動自在に取り付けると共に、排気ガイド部１５の他端部１５ｂ（他端側）とフランジ１４を溶接Ｅにより固定してある。また、内筒５と所定間隔を空けて内筒５を覆うように設けられる外筒７が設けられている。

　すなわち、外筒７は、一端側をタービンハウジング本体２の外筒固定部１３に溶接により固定され、他端側をフランジ１４に溶接Ｅにより固定されており、外筒７は、内筒５と所定の間隔を空けて、内筒５を覆うように設けられている。また、内筒５の突き合わせ部２２，２４は、外筒７に設けられた内筒挿通部８より外側に突出している。なお、他の構成は、上記した第１実施形態と同様の構成である。

　これにより、第１実施形態と同様の作用・効果を奏する。

　加えて、内筒５を覆うようにして外筒７が設けられているので、内筒５と排気ガイド部１５との隙間から排気が漏れた場合であっても、内筒５と外筒７との間に排気が充填されて、外筒７の外に排気が漏れることを防止することができる。このように、外筒７は、内筒５との間に所定間隔を空けて内筒５を覆うため、内筒５を保護すると同時に断熱し、かつ、タービンハウジングとしての剛性を高めることができる。

　〔第４実施形態〕
　次に、図４を用いて第４実施形態のターボチャージャ１について説明する。なお、上述した第２実施形態と同様の構成については説明を省略する。

　図３に示すように、第４実施形態のターボチャージャ１では、排気ガイド部１５の一端部１５ａ（一端側）と内筒５の第２内筒分割体２３の他端側２３ｂを溶接Ｅにより固定すると共に、排気ガイド部１５の他端部１５ｂ（他端側）をフランジ１４の孔部１４ａ内に挿入して摺動自在に取り付けてある。また、内筒５と所定間隔を空けて内筒５を覆うように設けられる外筒７が設けられている。

　すなわち、外筒７は、一端側をタービンハウジング本体２の外筒固定部１３に溶接により固定され、他端側をフランジ１４に溶接Ｅにより固定されており、外筒７は、内筒５と所定の間隔を空けて内筒５を覆うように設けられている。また、内筒５の突き合わせ部２２，２４は、外筒７に設けられた内筒挿通部８より外側に突出している。なお、他の構成は、上記した第２実施形態と同様の構成である。

　これにより、第２実施形態と同様の作用・効果を奏する。

　加えて、内筒５を覆うようにして外筒７が設けられているので、内筒５と排気ガイド部１５との隙間から排気が漏れた場合であっても、内筒５と外筒７との間に排気が充填されて、外筒７の外に排気が漏れることを防止することができる。このように、外筒７は、内筒５と所定間隔を空けて内筒５を覆うため、内筒５を保護すると同時に断熱し、かつ、タービンハウジングとしての剛性を高めることができる。

　なお、前述の各実施形態によれば、内筒は第１内筒分割体と第２内筒分割体とから構成されているが、単一の部材によって内筒を形成しても良い。

　以上の本発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。

　本出願は、２０１５年２月２５日に出願された日本国特許願第２０１５－０３５０９１号に基づく優先権を主張しており、これらの出願の全内容が参照により本明細書に組み込まれる。

　本発明によれば、タービンハウジングが排気ガイド部に、或いは、排気ガイド部がフランジの孔部に摺動自在に挿入されているため、排気の熱によりタービンハウジングが熱膨張した場合であっても、タービンハウジング或いは排気ガイド部が摺動することによって、タービンハウジングの熱膨張による変位を許容することができる。

　１　ターボチャージャ
　３　タービン
　５　内筒（タービンハウジング）
　７　外筒（タービンハウジング）
　１４　フランジ
　１４ａ　孔部
　１５　排気ガイド部
　１５ａ　一端部（一端側）
　１５ｂ　他端部（他端側）
　１９　羽根部（タービンホイール）
　２１，２３　内筒分割体（薄板部材）
　２７　排気流路
　Ａ　ターボチャージャハウジング部
　Ｅ　溶接部分（溶接）

Claims

　排気流路（２７）内に配置されるタービン（３）と、前記タービン（３）のタービンホイール（１９）を覆うタービンハウジング（５）と、前記タービンハウジング（５）の下流側に配置される排気管接続用のフランジ（１４）とを備えたターボチャージャ（１）であって、
　前記タービンハウジング（５）と前記フランジ（１４）との間に排気ガイド部（１５）を有し、
　　前記排気ガイド部（１５）の一端側（１５ａ）と前記タービンハウジング（５）の組合せ、及び、前記排気ガイド部（１５）の他端側（１５ｂ）と前記フランジ（１４）の組合せのうち、
　一方の組合せ内の要素同士を溶接（Ｅ）により固定し、他方の組合せ内の要素同士を摺動自在に組み立てたこと
を特徴とするターボチャージャ。
　請求項１に記載のターボチャージャ（１）であって、
　前記排気ガイド部（１５）の一端側（１５ａ）と前記タービンハウジング（５）を摺動自在に組み立てると共に、前記排気ガイド部（１５）の他端側（１５ｂ）と前記フランジ（１４）を溶接（Ｅ）により固定したこと
を特徴とするターボチャージャ。
　請求項１に記載のターボチャージャ（１）であって、
　前記排気ガイド部（１５）の一端側（１５ａ）と前記タービンハウジング（５）を溶接（Ｅ）により固定すると共に、前記排気ガイド部（１５）の他端側（１５ｂ）と前記フランジ（１４）の孔部（１４ａ）を摺動自在に組み立てたこと
を特徴とするターボチャージャ。
　請求項１乃至３のいずれか一項に記載のターボチャージャ（１）であって、
　前記タービンハウジング（５）を、複数の薄板部材（２１，２３）より成る内筒（５）によって構成し、
　前記内筒（５）との間に所定間隔を空けて該内筒（５）を覆う外筒（７）を更に有すること
を特徴とするターボチャージャ。
　排気流路（２７）内に配置されるタービン（３）と、前記タービン（３）のタービンホイール（１９）を覆うタービンハウジング（５）と、前記タービンハウジング（５）の下流側に配置される排気ガイド部（１５）及びフランジ（１４）とを備えたターボチャージャ（１）の製造方法であって、
　前記タービンハウジング（５）と前記排気ガイド部（１５）と溶接（Ｅ）により固定して、前記タービンハウジング（５）と一体化された排気ガイド部（１５）を構成し、前記タービンハウジング（５）と一体化された排気ガイド部（１５）を前記フランジ（１４）に挿入すること、又は
　前記フランジ（１４）と前記排気ガイド部（１５）と溶接（Ｅ）により固定して、前記フランジ（１４）と一体化された排気ガイド部（１５）を構成し、前記フランジ（１４）と一体化された排気ガイド部（１５）に前記タービンハウジング（５）を挿入すること
を特徴とするターボチャージャの製造方法。